JP2003519244A

JP2003519244A - 液晶材料

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Publication number: JP2003519244A
Application number: JP2000582494A
Authority: JP
Inventors: ベール，アレクサンダー; グツドバイ，ジヨン・ウイリアム; ハード，マイクル; ケリイ，ステイーブン・マルコム
Original assignee: キネテイツク・リミテツド
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2003-06-17
Also published as: EP1141172A1; WO2000029505A1

Abstract

(57)【要約】液晶材料がスメクチック・ホスト成分と、（ａ）キラル・ドーパントおよび（ｂ）中間部の両端に二つの重合可能部を有するモノマーと前記モノマーからなるポリマーのいずれか、の一方または両方を有する。このスメクチック・ホスト成分は、前記キラル・ドーパント及び/又は中間部に長さで密接に適合させる。好ましくは、成分（ａ）および（ｂ）の一方または他方に分極率でも密接に適合させる。好ましい強誘電性組成物では、成分（ａ）および（ｂ）が両方とも存在し、キラル成分の量は、スメクチック成分＋キラル成分に対して５〜３０重量％である。これらは、良好なスイッチング速度と共に、Ｓ_Ｃ／Ｓ_Ａ転移温度を過度に低下させずに、表面安定表示装置において機械的衝撃に対する抵抗を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は液晶材料に関し、特に強誘電性液晶材料に関するがそれに限定されな
い。

【０００２】１９８０年にＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，１９８０，
３６，８９９で開示されて以来、面安定強誘電性液晶表示装置は、表示用途では
従来の技術にとどまっており、双安定であるか緩和時間が長い、または双安定で
あるかのように動作するよう構成可能な強誘電性液晶材料を必要としていた。

【０００３】このような材料は、スメクチックＣ^＊（Ｓ_Ｃ ^＊またはＳｍＣ^＊）相を有する強
誘電性スメクチック液晶材料を含む。当業者には明らかなように、強誘電性を示
し光学活性を有するのはスメクチックＣ（Ｓ_ＣまたはＳｍＣ）ではなく、スメク
チックＣ^＊相のみであり、スメクチックＣ^＊相を得る一般的な方法は、通常のス
メクチックＣ液晶ホスト材料または組成物に光学的に活性な成分を加えることで
ある。

【０００４】スメクチックＣホスト材料、特に非常に低粘度のジフルオロ・テルフェニル類
に、キラル・シアノヒドリンエーテル成分を添加すると、非常に速い光学的スイ
ッチングが得られることが知られている。しかし、こうするとＳ_Ｃ ^＊／Ｓ_Ａ転移
温度が、元のＳ_Ｃ／Ｓ_Ａ転移温度に対して著しく低下し望ましくない。このこと
から、この転移温度は強誘電性材料を含む含まないにかかわらず、Ｓ_Ｃ／Ｓ_Ａ転
移温度と呼ばれることがある。

【０００５】大部分克服すべきままとなっている主要な問題は、既知の面安定強誘電性液晶
表示装置が、機械的衝撃に極端に弱く、液晶配向を劣化または破壊し、非常に不
都合な光学的影響を引き起こすことである。

【０００６】動作速度が重要でない場合、Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，１９９１，１２
２，５３で説明されているようなポリマー強誘電性液晶表示装置を用いることが
この問題の解決策を提供するが、これらの装置は低速であり、テレビジョン、お
よび実時間表示を含む他の形態の映像などの用途に対して必要なスイッチング速
度に欠けている。

【０００７】この問題の他の解決策には、例えばＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１９９１，９
，４０５で説明されているようなポリマー分散強誘電性、およびＬｉｑｕｉｄ
Ｃｒｙｓｔａｌｓ，１９９２，１２，３１９で説明されているようなポリマー添
加強誘電性などの、ポリマー／低モル質量混合系の提供がある。ネマチックおよ
びコレステリック液晶材料用として以前用いられていた異方性ネットワーク安定
系を用いることが、Ａｄｖ．Ｍａｔ．１９９５，７（３），３００およびＬｉｑ
ｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ，１９９５，１９，６５で最近提案されている。ネッ
トワーク安定系では、安定な均一配向強誘電性液晶は、配向させたサンプル内の
異方性構築単位のポリマー・ネットワークを構成することによって表示装置内に
形成される。このような全ての場合において、光学的応答性は多くの市販用とし
てまだ遅すぎる。

【０００８】スメクチック・ホストとキラル・ドーパントを注意深く選択すると、Ｓ_Ｃ／Ｓ _Ａ転移温度を過度に低下させずに、非常に良好なスイッチング速度を備えた強誘
電性スメクチック材料を提供できることが現在見出されている。さらに、所定の
異方性ネットワーク基礎単位と共に、このような材料を用いることによって、高
速スイッチングを保持しながら耐衝撃性を改善したネットワーク安定強誘電性を
構築できることが見出されている。

【０００９】第一の形態では、本発明は、スメクチック・ホスト成分と、（ａ）キラル・ドーパントおよび（ｂ）中間部の両端に二つの重合可能部を有するモノマーまたは前記モノマー
から形成されるポリマー、からなるグループから選択した少なくとも一つ以上の
成分を有する液晶材料を提供し、そのスメクチック・ホスト成分は、前記キラル・ドーパントまたは前記中間部
に長さで適合させる。

【００１０】スメクチック・ホスト成分は、単一化合物であっても、複数の異なる化合物を
有してもよい。同様に、キラル・ドーパントを有する場合、それは単一の化合物
であっても、複数の異なる化合物を有してもよい。モノマーを有する場合、それ
は単一の化合物であっても、複数の異なる化合物を有してもよく、後者は異なる
中間部を有してもそうでなくてもよく、そこから生成したポリマーは、それに対
応して同じまたは異なる中間部を有することができる。

【００１１】いずれの成分も単一化合物ではない場合、またはポリマーが異なる中間部を有
する場合、個々の分子の関数である特性、例えばある鎖内の環状構造の長さと数
はモル％加重平均で決定される。従って、各々２個の環状構造および３個の環状
構造を備えた二種類のスメクチック化合物を等モル量有するスメクチック・ホス
ト成分は、２．５個の環状構造を備えていると見なされ、その長さは関連する二
つの分子の長さの平均となる。しかし、分極率などの他の特性も可能であれば同
様の方法で決定することができ、その成分全体の特性を用いることもできる。

【００１２】各々の場合における「長さ」は、オールトランス構成（分子または分子の一部
）の長さであり、例えば各々の場合においてコンピュータ・シミュレーション、
または（物理的）Ｄｒｉｅｄｉｎｇモデルを用いることによって決定される。液
晶および関連する分子は通常主長軸を有することが知られており、各々の場合に
おいて終端水素原子は全て除外する。

【００１３】この明細書で用いられている「長さで適合させた」という語句は、言及された
第一材料の長さが、言及された第二材料の長さの３０％の範囲内であることを意
味する。

【００１４】この明細書で用いられている「分極率（という条件）で適合させた」という語
句は、言及された第一材料の分極率が、第二材料の分極率の３０％の範囲内であ
ることを意味する。この形態およびそれを実現可能な方法は以降でより詳細に説
明する。各々の場合における「分極率」は、例えば誘電分光学または光学的測定
（複屈折率／屈折率）から同様の既知の方法で決定される。

【００１５】この明細書において、「重合可能部」という語句は重合プロセスに必要な部分
を意味する。従って、例えばモノマーが一般式（式１）のジアクリレート、

【００１６】

【化６】ここで、ＲはＨまたは低アルキル基（水素でない場合は１〜５個の炭素原子、好
ましくは非分岐および好ましくはメチル基）で、Ａがメソゲニックコアであれば
重合可能部は（式２）であり、

【００１７】

【化７】中間部は−Ｏ−Ａ−Ｏ−全体である。ＲがＨであるジアクリレートモノマーを用
いる場合は、この明細書で後ほどより具体的に説明する。当業者には明らかなよ
うに、カルボニル基はポリマー鎖に組み込まれていないが、それらは重合を引き
起こすのには必須であり、従って、「重合可能部」の一部と見なされる。

【００１８】本発明による好ましい材料では、スメクチック・ホストに加えて、成分（ａ）
、（ｂ）の両方が存在する。スメクチック・ホストとそのような成分の一つの間
でのみ長さで適合させるが、成分（ａ）、（ｂ）の各々に対して、スメクチック
・ホストを長さで適合させることが特に好ましい。

【００１９】好ましい実施形態では、スメクチック・ホストの分極率も、前記他の成分の分
極率に適合させる。成分（ａ）または（ｂ）の一方のみが存在する場合、これを
長さおよび分極率について適合させる。成分（ａ）、（ｂ）が両方とも存在する
場合、成分（ａ）、（ｂ）の各々に対してスメクチック・ホストの分極率を適合
させることが特に好ましいが、必ずしも必要というわけではない。一般に、（ａ
）、（ｂ）が存在し、分極率が適合している場合、一方の成分を長さで、または
長さと分極率の両方で適合させ、他方を長さで、または分極率で、または長さと
分極率の両方で適合させる。成分（ａ）、（ｂ）の両方に対して、長さと分極率
の両方で適合させることが最も望ましい。

【００２０】長さ及び/又は分極率を容易に適合させることが可能な一つの特別な方法は、
同様の外観を有する分子式を備えた材料を選択することである。特に、多くの一
般的なスメクチック・ホストおよびドーパントは、炭素環式または複素環式、芳
香族または非芳香族の複数の環状構造を備えた鎖を有する。このような環状構造
は一般に六員環であるが、それが必要というわけではない。本発明に従って用い
られるモノマーまたはポリマーの中間部が、同様に複数の環状構造を有すること
もできる。高速スイッチングについて認識された要件の一つは、低粘度であるこ
とであり、後で説明する実施例はジフルオロ・テルフェニル・ホスト・スメクチ
ックＣ材料に基づき、上記のように著しい低粘度を有することが知られている。

【００２１】従って、スメクチック・ホストが、鎖内に第一の数の環状構造を有し、ドーパ
ント及び/又は中間部が第二の数の環状構造を有し、その数が第一の数の３０％
の範囲内である（環状構造の数を適合させた）鎖を有する場合、長さの適合が実
現される。スメクチック・ホストに加えて、成分（ａ）、（ｂ）が存在し、これ
らの成分の一方のみがこのような環状構造の数の適合性を示してもよいが、両方
の成分がスメクチック・ホストの３０％の範囲内の環状構造の適合性を示すこと
が特に望ましい。

【００２２】さらに、第一の数の環状構造は、好ましくは全て芳香族または全て非芳香族で
ある。好ましくは、長さと分極率の両方を適合させる面から、前の段落で定義し
たように第二の数の環状構造も、全て芳香族または全て非芳香族であり、より好
ましくは第一および第二の数の環状構造は、合わせて全て芳香族または全て非芳
香族のどちらか一方である。スメクチック・ホストに加えて、成分（ａ）、（ｂ
）が両方とも存在する場合、これらの条件の各々を一つの成分についてのみ適用
してもよいが、これらの条件の各々を両方の成分について適用する方がより望ま
しい。本発明による材料の好ましい一形態では、テルフェニル鎖が、全てのスメ
クチック・ホスト、全てのキラル・ドーパント、およびモノマーまたは生成され
たポリマーの全ての中間部に存在する。

【００２３】本発明は、液晶材料の製造方法、液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法
にまで及ぶ。

【００２４】キラル・ドーパントが存在する場合、本発明の液晶材料内に存在するキラル・
ドーパントの量は（ホスト＋ドーパントに対して）好ましくは３０モル％以下で
あり、より好ましくは２０モル％以下であって、さらに好ましくは１０モル％以
下である。添加する場合、好ましくは少なくとも５モル％のキラル・ドーパント
が存在する。

【００２５】しかし、本発明は、上記に例示されたスメクチック・ホスト材料の種類に限定
されるとは見なされない。多くの用途でより重要なことは、ホスト材料に対して
極度に変化しないＳ_Ｃ／Ｓ_Ａ転移温度を保持し、出発ホスト材料の粘度にかかわ
らずスイッチング速度を最適化し、ポリマー・ネットワーク材料の場合、機械的
衝撃に対する抵抗を改善したシステムを得ることである。元来、低粘度の材料は
高速表示用途という面で望ましい。

【００２６】有用な種類のスメクチックＣ材料は、鎖で結合した通常２〜４個の複数の環状
構造からなる中心部を有する。各環状構造は、例えば５、６または７個のメンバ
ーからなる複素環式または脂環式の環状構造であって、ピリジン、ピリミジン、
ピロールまたはシクロヘキサンなど芳香族であっても、そうでなくてもよい。環
状構造の鎖は通常、各終端の環状構造のパラ配位で置換され、さらにその鎖の環
状構造のいずれかまたは全てで置換してもよい。

【００２７】分極率の点で、ドーパントまたはそのモノマーに適合させようとする場合、最
善の適合は通常、特に環状構造の数や、その環状構造が（上記のように）芳香族
であるかないか、およびおそらくより少ない程度ではあるが、置換基や複素環式
原子の存在や種類といった点で、非常に同様の構造を備えた分子によって行われ
ることが期待される。従って、実施例の説明で特に限定したテルフェニル類に加
えて、本発明は、例えば他のテルフェニル類、テルフェニル類似体を含む他の既
知のスメクチック材料にも等しく適用可能であり、ここで一つ、二つまたは全て
のフェニル環は、別の５、６または７員複素環式または脂環式の環状構造で置換
され、テルフェニル類の場合と同様に、ピリジン、ピリミジン、ピロールまたは
シクロヘキサンなど芳香族であっても、そうでなくても、ビフェニル類および他
のポリフェニル類、およびその類似体であってもよい。

【００２８】従って、スメクチック・ホストはテルフェニル、例えば４’４”置換テルフェ
ニル、より好ましくは式（３）

【００２９】

【化８】または式（４）

【００３０】

【化９】のジフルオロテルフェニルであってもよく、ここで、Ｒ１、Ｒ２は同じかまたは異なり、各々３〜１０個の炭素原子の分岐鎖
または直鎖を有するアルキル基またはアルコキシ基である。

【００３１】キラル・ドーパントは、テルフェニル、好ましくは例えば式（５）

【００３２】

【化１０】のジフルオロテルフェニルであってもよく、ここで、Ｒ３、Ｒ４はアルキル基、好ましくは３〜１０個の炭素原子を備えたｎ
−アルキル基である。

【００３３】モノマーの中間部はテルフェニル部分、同様に好ましくはジフルオロテルフェ
ニル部分を有することができる。重合可能部は、アクリル酸エステル基であって
もよい。好ましい一形態ではモノマーは式（６）

【００３４】

【化１１】を有し、ここで、Ａは−Ｏ−または、より好ましくは−ＣＨ_２−であってｎは５〜８であ
る。

【００３５】本発明の他の特徴と利点は、読者が参照するところの添付の請求項を考慮する
ことと、添付の図面を参照しながら、スメクチック・ホスト、ドーパントおよび
ポリマー・ネットワーク材料の組み合わせに関する以降のより詳しい説明から得
られる。

【００３６】図１は、異なるキラル・ドーパントを添加したスメクチック材料の五種類の混
合物について、見かけのチルト角を温度の関数として示すグラフである。

【００３７】図２は、図１と同じ五種類の混合物について、自発分極を温度に対して示すグ
ラフである。

【００３８】図３は、図１と同じ五種類の混合物について、光学的応答時間を温度に対して
示すグラフである。

【００３９】図４は、キラル・ドーパントを添加したスメクチック材料の三種類の混合物に
ついて、見かけのチルト角を温度の関数として示すグラフであって、その内二種
類は異なるポリマー・ネットワークを有する。

【００４０】図５は、図４と同じ三種類の混合物について、光学的応答時間を温度に対して
示すグラフである。

【００４１】図６は、異なるキラル・ドーパントに基づくさらに三種類の混合物について、
光学的応答時間を温度に対して示すグラフである。

【００４２】図７は、キラル・ドーパントＩＩＩ、ＩＶの調製における手順を示す図である
。

【００４３】図８は、キラル・ドーパントＶ、ＶＩの調製における手順を示す図である。

【００４４】図９は、キラル・ドーパントＶＩＩの調製における手順を示す図である。

【００４５】図１０及び１１は、モノマーＭ．１、Ｍ．２の調製における手順を示す図であ
る。

【００４６】（Ａ）スメクチック・ホストとキラル・ドーパントの混合物スメクチック・ホスト。この研究で用いる基本的なスメクチックＣホストは、
これ以降「Ｓ_Ｃ−ホスト」と呼ぶが、２’，３’−ジフルオロ−４−ヘプチル−４”−ペンチル−ｐ−テルフェニル（
Ｉ）５０％、２，３−ジフルオロ−４−ヘプチル−４”−ペンチル−ｐ−テルフェニル（ＩＩ
ａ）２５％、及び２，３−ジフルオロ−４”−ヘプチル−４−ペンチル−ｐ−テルフェニル（ＩＩ
ｂ）２５％からなり、室温ＳｍＣ相、及びＳｍＣ／ＳｍＡ転移温度８７．２℃（表１）であ
り、相順序ＳｍＣ／ＳｍＡ／Ｎ／Ｉを示す。

【００４７】

【化１２】ドーパント。五種類のキラル・ドーパントＩＩＩ〜ＶＩＩを合成した。これら
のドーパントの合成については説明の最後に示す。

【００４８】

【化１３】ドーパントＩＩＩ〜ＶＩは、２’，３’−ジフルオロテルフェニルメソゲンに
基づき、一方、ドーパントＶＩＩは２，３−ジフルオロビフェニルユニットを有
する。用いたキラル部は、（Ｓ）−２−ヘキシルプロピオン酸（ＩＩＩ、Ｖ）ま
たは（Ｓ）−α−フルオロオクタン酸（ＩＶ、ＶＩ、ＶＩＩ）であった。ドーパ
ントＩＩＩ、ＩＶ、ＶＩＩはキラル部を一つ有し、Ｓ_Ｃ−ホストを含む全混合物
に対して１０モル％の濃度で用い、一方、ドーパントＶ、ＶＩはこのようなキラ
ル部を二つ有し、Ｓ_Ｃ−ホストを含む全混合物に対して５モル％加えた。これら
の混合物は、これ以降、用いたドーパントに対応する数字で混合物ＩＩＩ〜ＶＩ
Ｉと呼ぶ。

【００４９】混合物と成分の物理的特性下記の表１は、スメクチックＣホスト（Ｓ_Ｃ−ホスト）、ドーパントＩＩＩ〜
ＶＩＩ、および強誘電性混合物ＩＩＩ〜ＶＩＩの相順序と転移温度を示しており
、顕微および示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で加熱しながら決定した。

【００５０】

【表１】表のように、ドーパントＶＩＩは室温で液体であるが、その他は結晶である。
α−フルオロオクタン酸基を有するドーパントＩＶ、ＶＩも、スメクチックＡ相
を有する。

【００５１】全ての強誘電性混合物は相順序Ｓ_Ｃ ^＊／Ｓ_Ａ／Ｎ／Ｉを示し、テルフェニル成
分を有する混合物ＩＩＩ〜ＶＩでは、転移温度は未添加のホスト（８７．２℃）
に対してほんのわずかだけ低下する。これは、それらの非常に密接な構造による
と思われている。より短いビフェニル成分を有する混合物ＶＩＩは、Ｓ_Ｃ−ホス
トより融点は低いが、Ｓ_Ｃ ^＊／Ｓ_Ａ転移温度は７１．９℃でかなり低減される。

【００５２】電気光学特性図１は、一般に０．１Ｈｚという低い周波数の矩形波の電界で測定した見かけ
のチルト角θ及び無電界まで外挿した値を示している。

【００５３】図２は、一般に８０〜１００Ｈｚの三角波を用いて、電流信号（電流パルス技
術）から計算した自発分極Ｐ_Ｓを示している。

【００５４】図３は、矩形波の電界７．３Ｖ／μｍを印加し、光透過性が１０〜９０％に変
化する時間として定義した光学的応答時間τを示している。

【００５５】これらの測定に関する詳細は、下記の実験の項で説明する。

【００５６】図１〜３の値は全て、温度の関数として示されている。図１の曲線の形状は、
チルト角が主にスメクチックＣホスト（Ｓ_Ｃ−ホスト）によって制御されること
を示している。図３において、４８℃とＳ_Ｃ ^＊／Ｓ_Ａ転移温度の間では、混合物
はμ秒の範囲で非常に速い光学的応答性を示し、その温度依存の類似性は、この
範囲では応答時間がホスト材料の粘度に支配されていることを示している。４０
℃以下では、二つのエステル基を含むドーパントを含む混合物Ｖ、ＶＩが著しく
低速になり、基本的に粘度の影響によると推測される。混合物ＩＶ、ＶＩＩは室
温で高速スイッチングを示し、応答時間は各々７０、１１０μ秒である。

【００５７】図２に示したように、温度が低いほどチルト角は大きくなる。しかし、このパ
ラメータの場合、その値は、どちらも２−ヘキシルオキシプロピオン酸基を有す
るドーパントＩＩＩ、Ｖと、α−フルオロ酸基を有するドーパントＩＶ、ＶＩ、
ＶＩＩの間で実質的に異なる。

【００５８】従って、この系では、混合物ＩＩＩ〜ＶＩの場合ドーパントをスメクチック・
ホストに長さで密接に適合させたとき、重要なパラメータであるＳ_Ｃ ^＊／Ｓ_Ａ転
移温度が非常にわずかな量だけで影響される。さらに、モノエステル成分を有す
る混合物ＩＩＩ、ＩＶは、分極率でホスト材料により適合させると光学的スイッ
チング時間も短くなる。

【００５９】（Ｂ）ネットワーク安定化材料混合物ＩＶ、ＶＩＩは、各々モノマーＭ．１またはＭ．２と組み合わせて研究
した。混合物ＩＩＩは、３０℃で自発分極（Ｐ_Ｓ）２０ｎＣ／ｃｍ^２、チルト角
（θ）２７°、光学的応答時間（τ）９５μ秒（８Ｖ／μｍ^１）を示している。
同じ条件で、混合物ＶＩＩは、Ｐ_Ｓ１３．５ｎＣ／ｃｍ^２、チルト角２７．５°
、応答時間８５μ秒を示している。

【００６０】モノマーＭ．１の合成は、「調製」と名付けた項で説明する。モノマーＭ．２
の合成は、２’，３’−ジフルオロ−４，４”−ジヒドロキシ−ｐ−テルフェニ
ルからの既知の手順に従い、全収率は４４％である（図８参照）。モノマーＭ．
２は、その４位及び４”位を酸素置換する範囲で、モノマーＭ．１よりホスト材
料により適合する。上記酸素置換は特に分極率の適合には悪影響を及ぼすと思わ
れる。

【００６１】

【化１４】混合物ＩＶ及びＶＩＩの組成物は、１０モル％のモノマーを有していた。ホス
トＳ_Ｃ−ホスト、混合物ＩＶ、ＶＩＩ（ＩＩＩ／ＶＩＩ混合）、モノマー（ＩＶ
／ＶＩＩ混合＋１０％Ｍ．１／２）を有する添加型混合物、およびポリマー（Ｉ
Ｖ／ＶＩＩネットワーク＋１０％Ｐ．１／２）を有する添加型混合物が、下記の
表２にまとめられている。モノマーは、下記の実験の項で説明するように電気光
学セル内でそのまま重合させた。

【００６２】表２の熱的データでて示されているように、モノマーＭ．１に基づく強誘電性
ネットワーク系のスメクチックＣ^＊からスメクチックＡへの転移温度は、モノマ
ーＭ．２に基づくネットワークの転移温度より低く、元の混合物（ＩＶ／ＶＩＩ
混合）の転移温度よりも低い。結果として、十分適合させていない系（図４、５
参照）で観察されるものより、チルト角（θ）は大きくなり、スイッチング時間
（τ）は短くなり、さらにポリマー・ネットワークなし（図６）の強誘電性混合
物より短くできる。従って、ネットワークを生成するモノマー組成物の全てまた
は多くの成分が、特に長さや分極率の点で非常に似ていれば有利である。

【００６３】

【表２】別の形態では、モノマーの低粘性が強誘電性ネットワークの高速スイッチング
時間をもたらすことと、スメクチックＣ^＊混合物、キラル・ドーパントおよびモ
ノマーのアキラル成分を適合させると、重合させたネットワーク内の相分離を避
けられることが意外にも見出されている。

【００６４】実験転移温度は、加熱しながら光学顕微鏡で決定した（偏光顕微鏡Ｚｅｉｓｓ、校
正した高温ステージメトラーＦＰ５２付きＦＰ５）。全ての転移は、示差走査熱
量計（ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒＤＳＣ７）で検査した。電気光学測定では、
試料は１１μｍＩＴＯテストセル（ＥＨＣ逆平行ラビングＰＩ）で調べた。チル
ト角は光学的チルト角であり、標準パラメータは、０．１Ｈｚ矩形波ＡＣ電界（
波形生成器ＨｅｗｌｅｔｔＰａｃｋａｒｄ３３１２０Ａおよび特注増幅器）
であり、全ての値は無電界まで外挿した。応答時間は、光透過性が１０〜９０％
に変化するのにかかる光学的応答時間であり、フォトダイオード、信号増幅器、
オシロスコープ（ＨｅｗｌｅｔｔＰａｃｋａｒｄＨＰ５４６０００Ｂ）を
用い、標準パラメータは８０Ｈｚ矩形波ＡＣ電界である。自発分極値は、電流パ
ルス技術と上記のオシロスコープ、およびＨＰプログラム３４８１０Ａベンチリ
ンクに基づくコンピュータ支援信号積分を用いて測定した。

【００６５】分光分析データＩＲ：ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ９８３ＧまたはＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ
４８７Ｇ；^１Ｈ−ＮＭＲ：ＪＥＯＬＪＭＮＧＸ２７０ＦＴ分光器（２７
０ＭＨｚ）、溶媒ＣＤＣｌ_３；ＭＳ：ＦｉｎｎｉｇａｎＭＡＴ１０２０Ｇ
Ｃ／ＭＳ分光器、溶媒アセトンまたはエーテル；全ての目標化合物の純度は、Ｔ
ＣＬ（アルミニウム・シート上に塗布したシリカゲルＦ２５４）、ＨＰＬＣ（Ａ
ｎａｃｈｅｍＭｉｃｒｏｓｏｒｂ５μｍＣ１８，２５ｃｍ／４．６ｍｍＩ
Ｄ；Ｓｐｅｃｔｒａｆｌｏｗ７５７ＵＶ検出器（２５４ｎｍ）；Ｐｅｒｋｉ
ｎＥｌｍｅｒデータステーション）および顕微鏡を用いて検査した。

【００６６】調製強誘電性ＬＣを有するネットワークの調製テストセルには、強誘電性系、モノマーおよび光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ
１８４、モノマーに対して５モル％）を含む重合可能な混合物（ＩＩＩ／ＶＩＩ
混合物＋１０％のＭ．１／２）を充填した。この充填は、暗室でキラル・ネマチ
ック（コレステリック）相の混合物で行った。試料は、顕微鏡（Ｏｌｙｍｐｕｓ
ＢＨ２、赤色光）と温度制御用の高温ステージ（ＴＨＭ６００付きＬｉｎｋａ
ｍＰＲ６００）を用いて配置した。次に、混合物のＳｍＣ^＊相、ＳｍＡ相ま
たは高ピッチのキラル・ネマチック相に対応する所定の温度で、ＵＶ光源（Ｐｈ
ｉｌｉｐｓＨＢ１７１／Ａ、ＵＶＡ照射６５Ｗ／ｍ^２、ＵＶＢ０．０１２Ｗ
／ｍ^２、距離２ｃｍ）で１時間、混合物を露光した。

【００６７】合成ドーパントドーパントＩＩＩ、ＩＶの合成は、図７に示されている。これは、上記のドー
パントだけでなく、ドーパントＶ、ＶＩの合成用中間体、およびモノマーＭ．１
を生成する直線的な五つの手順からなる。

【００６８】ＭＨｉｒｄら、Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．１９９３，１５，１２３で公開されて
いる手順に従って、テトラキス−（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）
を触媒として用い、２，３−ジフルオロフェニルボロン酸１．７を４−テトラヒ
ドロピラニルオキシブロモベンゼン２．７に結合した。得られた２，３−ジフル
オロビフェニル３．７の４位でのＨ−酸性を用いて、−７０℃で当該リチウム塩
を生成し、次にワンポット反応（Ｊ．ＣｈｅｍＳｏｃＰｅｒｋｉｎＴｒａ
ｎｓＩＩ，１９８９，２０４１）で、ボロン酸４．７に変換した。４．７を１
−ブロモ−４−ヘキシルベンゼン５．７とアリル−アリル結合し、ジフルオロテ
ルフェニル６．７を生成した。ＴＨＰ−エーテル保護基の酸接触開裂により、フ
ェノール７．７を生成させ、Ｓｔｅｉｇｌｉｃｈ法（ＡｎｇｅｗａｎｄｔｅＣ
ｈｅｍｉｅＩｎｔＥｄＥｎｇｌ，１７，１９７８，５２２）を用いて、（
Ｓ）−２−ヘキシルオキシプロピオン酸８．７またはＳ−α−フルオロオクタン
酸９．７によって最終的にエステル化し、各々全収率３８％、３０％でドーパン
トＩＩＩ、ＩＶを生成した。

【００６９】ドーパントＶ、ＶＩの合成は、図８に示されている。ビフェニルボロン酸４．
７を１−ブロモ−４−テトラヒドロピラニルオキシベンゼン２．８に結合し、対
称テルフェニル１０．８を得る。ＴＨＰ−エーテル保護基の両方の開裂により、
ジヒドロキシテルフェニル１１．８を生成させ、酸８．７または９．７でエステ
ル化して、各々全収率３８％、５８％でドーパントＶ、ＶＩを生成した。

【００７０】図９は、ドーパントＶＩＩの調製を示している。希釈した過酸化水素水を用い
て、２，３−ジフルオロ−４’−ペンチルビフェニル−４−イルボロン酸１２．
９をフェノール１３．９に変換した。次に、この生成物を酸９．８でエステル化
して、全収率１５％でドーパントＶＩＩを生成した。

【００７１】モノマーモノマーＭ．２の合成は、図１０に示されている。炭酸カリウムをベースとし
て用い、Ｗｉｔｔｉｇ反応で、８−ベンジルオキシオクタナール１８を４−ブロ
モベンジル臭化ホスホニウム１９に結合し、シスおよびトランス配座の４−（１
−アルケニル）−ブロモベンゼン２０の１対１混合物を生成した。ボロン酸結合
手順における化合物２０と１．７の結合は、２，３−ジフルオロビフェニル２１
を生成し、４．７の構造と同様の方法で、ボロン酸２２に変換した。テルフェニ
ル誘導体２３は、上記２０と同一の第二化合物と２２とのアリル−アリル結合に
よって生成した。化合物２３は、シス／シス、シス／トランスおよびトランス／
トランス異性体の混合物からなり、全体のシス対トランスの比率は、ＮＭＲ分析
によると約１：１であった。触媒としてチャコール上パラジウムを用いて、四つ
の等価な水素に２３を反応させると、α，ｗ−ジオール２４を生成し、最終的に
アクリロイルクロライド１７でエステル化して、全収率１２％でモノマーＭ．１
を生成した。

【００７２】モノマーＭ．２の合成は、図１１に示されている。炭酸カリウムをベースとし
て用い、ジフルオロジヒドロキシテルフェニル１１を１−ブロモ−８−テトラヒ
ドロピラニル−オクタン１４でエステル化した。次に、得られた液晶化合物１５
の両方のＴＨＰ−エーテル保護基を切断して、難溶性α，ｗ−ジオール１６を生
成した。アクリロイル・クロライド１７で１６をエステル化し、全収率４４％で
モノマーＭ．２を生成した。

【００７３】長さ、分極率および環状構造の数の適合性は、３０％の制限内であると説明し
てきたが、各場合のより好ましい制限は、個々に見て（つまり、これらのパラメ
ータの他の二つに同じ制限を適用するかどうかにかかわらず）２０％であり、さ
らに好ましくは１０％である。例えば、スメクチック・ホストと中間部の間の長
さの適合性を３０％より良くしながら、スメクチック・ホストとキラル・ドーパ
ントの間の長さの適合性を２０％より良くすることができる。スメクチック・ホ
ストと両方の成分（ａ）、（ｂ）の間で、環状構造の数の適合性を１０％または
２０％より良くすることができ、例えば特別な場合、例えば液晶材料の主要部分
が全てテルフェニル誘導体である場合、おそらく完全に適合させることができる

【図面の簡単な説明】

【図１】異なるキラル・ドーパントを添加したスメクチック材料の五種類の混合物につ
いて、見かけのチルト角を温度の関数として示すグラフである。

【図２】図１と同じ五種類の混合物について、自発分極を温度に対して示すグラフであ
る。

【図３】図１と同じ五種類の混合物について、光学的応答時間を温度に対して示すグラ
フである。

【図４】キラル・ドーパントを添加したスメクチック材料の三種類の混合物について、
見かけのチルト角を温度の関数として示すグラフであって、その内二種類はさら
に異なるポリマー・ネットワークを有する。

【図５】図４と同じ三種類の混合物について、光学的応答時間を温度に対して示すグラ
フである。

【図６】異なるキラル・ドーパントに基づくさらに三種類の混合物について、光学的応
答時間を温度に対して示すグラフである。

【図７】キラル・ドーパントＩＩＩ、ＩＶの調製における手順を示す図である。

【図８】キラル・ドーパントＶ、ＶＩの調製における手順を示す図である。

【図９】キラル・ドーパントＶＩＩの調製における手順を示す図である。

【図１０】モノマーＭ．１の調製における手順を示す図である。

【図１１】モノマーＭ．２の調製における手順を示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１１月１４日（２０００．１１．１４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【化１】である請求項８記載の液晶材料。

【化２】を有し、Ａが−Ｏ−または好ましくは−ＣＨ_２−であって、ｎが５〜８である、
請求項９記載の液晶材料。

【化３】を有する請求項１８記載の液晶材料。

【化４】および／または式（４）：

【化５】のいずれか一方または両方を有し、Ｒ１およびＲ２が同じかまたは異なり、３〜
１０個の炭素原子の分岐鎖または直鎖を有するアルキル基またはアルコキシ基で
ある請求項２０記載の液晶材料。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【０００９】第一の形態では、本発明は、スメクチック・ホスト成分（ａ）と、（ｂ）中間部の両端に二つの重合可能部を有するモノマーおよび（ｃ）前記モノマーから形成されるポリマー、からなるグループから選択した
少なくとも一つの別の成分を有する液晶材料を提供し、そのスメクチック・ホスト成分は、前記別の成分に長さで適合させる。

【００１０】スメクチック・ホスト成分は、単一化合物であっても、複数の異なる化合物を
有してもよい。同様に、モノマーは、単一の化合物であっても、複数の異なる化
合物を有してもよく、後者は異なる中間部を有してもそうでなくてもよく、そこ
から生成したポリマーは、それに対応して同じまたは異なる中間部を有すること
ができる。

【００１１】組成物はさらに、また好ましくは、キラル・ドーパント（ｄ）を含み、また単
一組成物または複数の異なった組成物を含みうる。スメクチックホスト成分はま
た好ましくは、ドーパント（ｄ）の長さで適合されうる。

【００１２】（ａ）〜（ｄ）のいずれの成分も単一化合物ではない場合、またはポリマーが
異なる中間部を有する場合、個々の分子の関数である特性、例えばある鎖内の環
状構造の長さと数はモル％加重平均で決定される。従って、各々２個の環状構造
および３個の環状構造を備えた二種類のスメクチック化合物を等モル量有するス
メクチック・ホスト成分は、２．５個の環状構造を備えていると見なされ、その
長さは関連する二つの分子の長さの平均となる。しかし、分極率などの他の特性
も可能であれば同様の方法で決定することができ、その成分全体の特性を用いる
こともできる。

【００１３】各々の場合における「長さ」は、オールトランス構成（分子または分子の一部
）の長さであり、例えば各々の場合においてコンピュータ・シミュレーション、
または（物理的）Ｄｒｉｅｄｉｎｇモデルを用いることによって決定される。液
晶および関連する分子は通常主長軸を有することが知られており、各々の場合に
おいて終端水素原子は全て除外する。

【００１４】この明細書で用いられている「長さで適合させた」という語句は、言及された
第一材料の長さが、言及された第二材料の長さの３０％の範囲内であることを意
味する。

【００１５】この明細書で用いられている「分極率（という条件）で適合させた」という語
句は、言及された第一材料の分極率が、第二材料の分極率の３０％の範囲内であ
ることを意味する。この形態およびそれを実現可能な方法は以降でより詳細に説
明する。各々の場合における「分極率」は、例えば誘電分光学または光学的測定
（複屈折率／屈折率）から同様の既知の方法で決定される。

【００１６】この明細書において、「重合可能部」という語句は重合プロセスに必要な部分
を意味する。従って、例えばモノマーが一般式（式１）のジアクリレート、

【００１７】

【００１８】

【００１９】好ましい実施形態では、スメクチック・ホストの分極率も、別の成分やキラル
・ドーパント（存在する場合）の分極率に適合させる。前記別の成分（ｂ）およ
び／または（ｃ）のみが存在する場合、これを長さおよび分極率について適合さ
せる。キラル・ドーパントも存在する場合、別の成分（ｂ）および／または（ｃ
）とキラル・ドーパントの両方に、スメクチック・ホストの分極率を適合させる
ことが特に好ましいが必要というわけではない。一般に、成分（ｂ）および／ま
たは（ｃ）がキラル・ドーパント成分（ｄ）と共に存在する場合、一方の成分を
長さで、または長さと分極率の両方で適合させ、他方を長さで、または分極率で
、または長さと分極率の両方で適合させる。両方の成分に対して、長さと分極率
の両方で適合させることが最も望ましい。

【００２０】長さ及び／又は分極率を容易に適合させることが可能な一つの特別な方法は、
同様の外観を有する分子式を備えた材料を選択することである。特に、多くの一
般的なスメクチック・ホストおよびドーパントは、炭素環式または複素環式、芳
香族または非芳香族の複数の環状構造を備えた鎖を有する。このような環状構造
は一般に六員環であるが、それが必要というわけではない。本発明に従って用い
られるモノマーまたはポリマーの中間部が、同様に複数の環状構造を有すること
もできる。高速スイッチングについて認識された要件の一つは、低粘度であるこ
とであり、後で説明する実施例はジフルオロ・テルフェニル・ホスト・スメクチ
ックＣ材料に基づき、上記のように著しい低粘度を有することが知られている。

【００２１】従って、スメクチック・ホストが、鎖内に第一の数の環状構造を有し、ドーパ
ント及び／又は中間部が第二の数の環状構造を有し、その数が第一の数の３０％
の範囲内である（環状構造の数を適合させる）と、長さの適合が実現される。別
の成分（ｂ）および／または（ｃ）に加えて、キラル成分（ｄ）が存在し、これ
らの成分の一方のみがこのような環状構造の数の適合性を示してもよいが、両方
の成分がスメクチック・ホストの３０％の範囲内の環状構造の適合性を示すこと
が特に望ましい。

【００２２】さらに、第一の数の環状構造は、好ましくは全て芳香族または全て非芳香族で
ある。好ましくは、長さと分極率の両方を適合させる面から、前の段落で定義し
たように第二の数の環状構造も、全て芳香族または全て非芳香族であり、より好
ましくは第一および第二の数の環状構造は、合わせて全て芳香族または全て非芳
香族のどちらか一方である。別の成分（ｂ）および／または（ｃ）に加えて、キ
ラル成分（ｄ）が存在する場合、これらの条件の各々を一つの成分についてのみ
適用してもよいが、これらの条件の各々を両方の成分について適用する方がより
望ましい。本発明による材料の好ましい一形態では、テルフェニル鎖が、全ての
スメクチック・ホスト、全てのキラル・ドーパント、およびモノマーまたは生成
されたポリマーの全ての中間部に存在する。

【００２５】しかし、本発明は、上記に例示されたスメクチック・ホスト材料の種類に限定
されるとは見なされない。多くの用途でより重要なことは、ホスト材料に対して
極度に変化しないＳ_Ｃ／Ｓ_Ａ転移温度を保持し、出発ホスト材料の粘度にかかわ
らずスイッチング速度を最適化し、ポリマー・ネットワーク材料の場合、機械的
衝撃に対する抵抗を改善したシステムを得ることである。元来、低粘度の材料は
高速表示用途という面で望ましい。ドーパントＶＩＩを生成した。

【００２９】

【化８】または式（４）

【００３０】

【００３２】

【００３４】

【００４７】

【００４８】

【００５０】

【００６１】

【００６３】

【００７３】長さ、分極率および環状構造の数の適合性は、３０％の制限内であると説明し
てきたが、各場合のより好ましい制限は、個々に見て（つまり、これらのパラメ
ータの他の二つに同じ制限を適用するかどうかにかかわらず）２０％であり、さ
らに好ましくは１０％である。例えば、スメクチック・ホストと中間部の間の長
さの適合性を３０％より良くしながら、スメクチック・ホストとキラル・ドーパ
ントの間の長さの適合性を２０％より良くすることができる。スメクチック・ホ
ストと（ｂ）および／または（ｃ）およびキラル成分（ｄ）の間で、環状構造の
数の適合性を１０％または２０％より良くすることができ、例えば特別な場合、
例えば液晶材料の主要部分が全てテルフェニル誘導体である場合、おそらく完全
に適合させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＧＢ，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者ハード，マイクルイギリス国、ハル・エイチ・ユー・６・７・アール・エツクス、ハル・ユニバーシテイ、スクール・オブ・ケミストリー（番地なし) (72)発明者ケリイ，ステイーブン・マルコムイギリス国、ハル・エイチ・ユー・６・７・アール・エツクス、ハル・ユニバーシテイ、スクール・オブ・ケミストリー（番地なし) Ｆターム(参考） 4H027 BA07 BA11 BD14 BD18 CD09 CF08 CF09 CG05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スメクチック・ホスト成分と、（ａ）キラル・ドーパントおよび、（ｂ）中間部の両端に二つの重合可能部を有するモノマーまたは前記モノマー
から形成されるポリマー、からなるグループから選択した少なくとも一つの別の
成分を有する液晶材料であって、該スメクチック・ホスト成分を、前記キラル・ドーパントまたは前記中間部に
長さで適合させた液晶材料。
【請求項２】スメクチック・ホスト成分を、前記少なくとも一つの別の成
分に分極率でも適合させた請求項１記載の液晶材料。
【請求項３】成分（ａ）と（ｂ）を両方とも有する請求項１または請求項
２記載の液晶材料。
【請求項４】スメクチック・ホスト成分を、前記成分（ａ）と（ｂ）の両
方に長さで適合させた請求項３記載の液晶材料。
【請求項５】スメクチック・ホスト成分を、前記成分（ａ）と（ｂ）の両
方に分極率で適合させた請求項３または請求項４記載の液晶材料。
【請求項６】ドーパント成分（ａ）とスメクチック・ホスト成分を合わせ
た量に対して、３０モル％以下の量の前記キラル・ドーパント成分（ａ）を有す
る請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶材料。
【請求項７】スメクチック・ホストが、鎖で結合した第一の数の環状構造
を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶材料。
【請求項８】前記キラル・ドーパントが、鎖内に第二の数の環状構造を有
するか、または中間部が、鎖で結合した第三の数の環状構造を有する請求項７記
載の液晶材料。
【請求項９】前記第一の数が、前記第二または第三の数の３０％の範囲内
である請求項８記載の液晶材料。
【請求項１０】両方の成分（ａ）と（ｂ）を有し、前記第一の数が、前記
第二および第三の数の両方の３０％の範囲内である請求項９記載の液晶材料。
【請求項１１】第一の数の環状構造が、全て芳香族または全て非芳香族で
ある請求項７〜１０のいずれか一つに記載の液晶材料。
【請求項１２】前記第二または第三の数の環状構造が、全て芳香族または
全て非芳香族である請求項８記載の液晶材料。
【請求項１３】第二および／または第三の数の環状構造と、第一の数の環
状構造を合わせて、全て芳香族または全て非芳香族である請求項１１および請求
項１２記載の液晶材料。
【請求項１４】前記中間部が、テルフェニル部分を有する請求項１〜１３
のいずれか１項に記載の液晶材料。
【請求項１５】前記テルフェニル部分が、【化１】である請求項１４記載の液晶材料。
【請求項１６】前記モノマーが式：【化２】を有し、式中、Ａが−Ｏ−またはより好ましくは−ＣＨ_２−であって、ｎが５〜
８である請求項１５記載の液晶材料。
【請求項１７】スメクチック・ホストが、少なくとも一つの４，４”置換
テルフェニル化合物を有する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の液晶材料。
【請求項１８】前記少なくとも一つの４，４”置換テルフェニル化合物が
、式（３）：【化３】および／または式（４）：【化４】を有し、Ｒ１およびＲ２が同じかまたは異なり、３〜１０個の炭素原子の分岐鎖
、または直鎖を有するアルキル基またはアルコキシ基である請求項１７記載の液
晶材料。
【請求項１９】Ｒ１およびＲ２が両方ともｎ−アルキル基であり、その炭
素原子の合計数が１２である請求項１８記載の液晶材料。
【請求項２０】キラル・ドーパント成分（ａ）が、テルフェニル化合物で
ある請求項１〜１９のいずれか１項に記載の液晶材料。
【請求項２１】ドーパント・テルフェニル化合物が、式ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ
、ＶＩまたはＶＩＩ【化５】を有する請求項２０記載の液晶材料。
【請求項２２】請求項１〜２１のいずれか１項に記載の液晶材料を有する
液晶表示装置。
【請求項２３】請求項１〜２１のいずれか１項に記載され、前記モノマー
成分を有する材料をセル内に配置し、紫外光で露光してモノマーを重合させる液
晶セルの製造方法。
【請求項２４】前記モノマー成分を有し、紫外光で露光してモノマーを重
合させる請求項１〜２１のいずれか一つに記載の液晶材料の製造方法。