JP2715317B2 - 高分子液晶共重合体化合物 - Google Patents

高分子液晶共重合体化合物

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高分子側鎖に液晶性メソーゲン基を有する
新規な高分子液晶共重合体化合物に関する。本発明は高
分子液晶共重合体化合物はディスプレイ,メモリーに代
表されるオプトエレクトロニクス材料、光学機器材料等
として使用することができる。
[従来の技術] 従来の液晶素子としては、例えばエム・シャット(M.
Schadt)とダブリュー・エルフリッヒ(W.Helfrich)著
“アプライド・フィジックス・レターズ”(“Applied
Physics Letters")第18巻,第4号(1971年2月15日発
行)第127頁〜128頁の“ボルテージ・ディペンダント・
オブ・ア・ツイステッド・ネマチック・リキッド・クリ
スタル”(“Voltage Dependent Optical Activity of
a Twisted Nematic liquid Crystal")に示されたツイ
ステッド・ネマチック(twisted nematic)液晶を用い
たものが知られている。しかしながら、このTN液晶は、
画素密度を高くしたマトリクス電極構造を用いたとき分
割駆動のとき、クロストークを発生する問題点があるた
め、画素数が制限されていた。
また、電界応答が遅く視野角特性が悪いためにディス
プレイとしての用途は限定されていた。また、各画素に
薄膜トランジスタを形成する工程が極めて煩雑な上、大
面積の表示素子を作成することが難しい問題がある。
このような問題点を解決するため、高分子液晶を用い
たディスプレイ、メモリーが提案されている。例えば、
特開昭62−14114号公報、特開昭62−278529号公報、特
開昭63−191673号公報があげられる。これらは、高分子
液晶の液晶から等方相への転移点近傍で熱、電場などの
外部場を印加することにより、媒体である高分子液晶の
配向状態の一部または全部に変化を与えることによって
記録を行ない室温下でその配向を維持することによって
記録を保持する。記録の保持に関しては、媒体である高
分子液晶のガラス転移点より高温で保持できる場合もあ
るが、ガラス転移点以下で保持する方が記録保持性の面
ですぐれている。
このような高分子液晶を用いた素子においては、液晶
から等方相への転移点、ガラス転移点の制御が大きな問
題となっており、特に単一のモノマーによる重合体では
微妙な制御が困難であった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は従来、単一のメソーゲン側鎖を有する
高分子液晶重合体においては、困難であった各転移温度
の制御という問題を解決し、ディスプレイまたはメモリ
ー等の光学機器材料として、良好な高分子液晶材料を提
供しようとするものである。
[課題を解決するための手段及び作用] 本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、一般式[I]で
表わされる繰り返し単位を他成分と共重合することによ
り、広い範囲で転移温度の制御ができることを見出し本
発明を完成するに至った。
(式中、Uは高分子主鎖、VはCH2 またはC
H2−OまたはCH2−OCH2
表わし、これらのメチレン水素原子の1つもしくは2つ
以上はアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基
またはカルボニル基で置換されていてもよい。m,n,pは
それぞれ0から30の整数を表わす。Wは、−O−,−OC
O−,−COO−,−CONR′−,−CO−,または−NR′−を
表わし、R′は水素原子またはアルキル基を表わす。X
はメソーゲンを表わし、置換されていてもよいホモ芳香
族環,ヘテロ芳香族環又は脂肪族環のうち2つ以上の環
が単結合、−O−,−OCO−,−COO−,CH2 q,−N
=N−,CH=CHq,−CH=N−,C≡Cq,−CON
R′−,COまた−NR′により結合している化学構
造を表わす。YはCH2 r,CO2(CH2 r,−O−(CH2
r,−OCO−を表わす。rは0から3までの整数を表わ
す。Zは−R2、−COR2を表わし、R2は置換されていても
よいアルキル基を表わす。) 本発明は一般式[I]で表わされる繰り返し単位を有
することを特徴とする高分子液晶共重合体化合物であ
る。
ここでいう高分子主鎖Uとは例えば があげられる。
本発明の高分子液晶共重合体化合物の製造は、 イ)たとえばポリビニル系の高分子液晶化合物であれ
ば、該当する複数種のモノマーをラジカル重合あるい
は、アニオン重合あるいは、カチオン重合することによ
って、 ロ)たとえばポリエステル系の高分子液晶化合物であれ
ば、該当する複数種のジオールとジカルボン酸を縮合重
合することによって、 ハ)たとえばポリシロキサン系の高分子液晶化合物であ
れば、ポリメチルハイドロシロキサン主鎖に該当する複
数種のビニル基を有する側鎖部分をグラフト反応的に付
加することによって得られる。
たとえば以上のように製造される本発明の高分子液晶
共重合体化合物の数平均分子量は、好ましくは2,000〜
1,000,000さらに好ましくは4,000〜500,000である。2,0
00未満であると該高分子液晶化合物のフィルム性、塗布
膜としての成型性に支障を生じる場合があり、1,000,00
0を越えると粘度の上昇に伴ない外部場に対する応答性
が悪くなる場合がある。
一般式[I]で表わされる繰り返し単位の共重合比は
5mol%以上90mol%以下が望ましい。さらに望ましくは1
0mol%以上80mol%以下である。5mol%未満では転移挙
動に与える影響が顕著ではなく、90mol%を越えると、
単一重合体と比べ転移挙動に顕著な相異がない場合があ
る。
また、他の共重合成分は一般式[I]の構造であって
もよいし、一般式[I]以外の構造であってもよい。
本発明において特徴的に用いられる構造は、側鎖末端
における乳酸誘導体構造である。以下にその合成例をあ
げる。
以上の1)、2)、3)のように合成されたアルコール
又はカルボン酸部をメソーゲン部とエステル結合又はエ
ーテル結合で結合させることによってモノマーの合成を
行なうが、末端アルキル基(R2)の長短,分枝の調節は
容易である。したがって本発明に特徴的に用いられる繰
り返し単位は、アルキル基の長短,分枝に応じて制御で
きる転移温度範囲が広範囲にわたって可能となる。
なお、本発明で特徴的に用いられる一般式[I]の繰
り返し単位の構造は例えば、以下の構造があげられる
が、以下の構造に限定されるものではない。
また他の共重合成分としては、例えば以下の構造があ
げられる。
本発明の高分子液晶共重合体化合物は、一般式[I]
で表わされる繰り返し単位(例えば〜の構造)と、
これと異なる一般式[I]で表わされる繰り返し単位ま
たは例えば〜のような一般式[I]以外の構造との
共重合体化合物である。一般に、複数種の液晶性モノマ
ーによる共重合体化合物は、それぞれの単一重合体化合
物の相転移温度を共重合比に比例配分して求められる転
移温度にくらべ、液晶をとる温度領域が広がり、等方相
転移点が高くなり、ガラス転移点が低くなる傾向にあ
る。これに対し、本発明に特徴的に用いられる一般式
[I]で表わされる繰り返し単位を含む共重合体化合物
においては、実施例に示すように、共重合比に比例配分
して求められる転移温度にくらべ、等方相転移点の高温
化、ガラス転移点の低温化がほとんどなく、より転移温
度の制御が容易であるという優位点を有している。
特に等方相転移点の高温化は顕著におさえられてお
り、この点において大きな優位点を有している。
第1図に、一般式[I]の繰り返し単位をもつ下記の
単一重合体ポリマー(A) と、下記のモノマー性化合物の単一重合体ポリマー
(B) 及びこれら2種の繰り返し単位の共重合体ポリマー(A
+B)の相転移挙動を図示した。
第1図にみられるように、共重合比に比例配分して求
められる転移温度(図中の破線上の温度)に比べ、本発
明の共重合体ポリマーにおいては、等方相転移点の高温
化が顕著におさえられており、かつガラス転移点の低温
化もほとんどない。また、実施例4〜7に示すように、
他の共重合成分を複数種にすることにより、ガラス転移
点、等方相転移点も広範囲に、かつ任意に制御すること
が可能である。
なお本発明に係わる高分子液晶共重合体化合物には、
低分子液晶、色素、光安定化剤、可塑剤、光吸収剤等を
添加することができる。
[作用] 本発明の高分子液晶共重合体化合物は、単一重合体で
は従来微妙な転移温度の制御が難かしかったのに対し
て、広い範囲で容易に転移温度の制御が可能となり、メ
モリー、ディスプレイ等のオプトエレクトロニクス材料
として有用である。
[実施例] 以下、実施例により更に詳細に説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。
実施例1(モノマーの合成) 4[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキシ)
ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロピル
オキシエチルエステルの合成は以下の行程からなる。
行程1:4−ヒドロキシ安息香酸2−メチル−3−プロピ
ルオキシエチルエステルの合成(1a) P−ヒドロキシ安息香酸3.2gと2−メチル−2−プロ
ピルオキシエタノール13.8gを硫酸1mlとともにベンゼン
中で20時間加熱還流した。反応液を濃縮後カラムクロマ
トグラフィーにより生成物を4.9g得た。
行程2:4−(6−ヒドロキシヘキシルオキシ)安息香酸
の合成(1b) P−ヒドロキシ安息香酸5.4gをエタノールジオキサン
混合溶媒中、水酸化カリウム6.6gを含む水溶液を加えた
後、6−ブロモヘキサノール7.9gを滴下し12時間加熱還
流した。酸性にして酢酸エチルで抽出し、カラムクロマ
トグラフィーにより生成物5.3gを得た。(収率57%) 行程3:4−(6−アクリロイロキシヘキシルオキシ)安
息香酸の合成(1c) 4−(6−ヒドロキシヘキシルオキシ)安息香酸4.8g
とアクリル酸5.8gをハイドロキノンの存在下、硫酸1ml
とベンゼン中40時間加熱還流した後、溶媒を留去し、再
結晶して生成物3.2gを得た。(収率55%) 行程4:4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオ
キシ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プ
ロピルオキシエチルエステルの合成(1d) 4−(6−アクリロイロキシヘキシルオキシ)安息香
酸5.8gを2,6−t−ブチルフェノールの存在下、チオニ
ルクロライド10ml中2時間加熱還流した後チオニルクロ
ライドを留去した。これに無水THFとトリエチルアミン
を加え、0℃で4−ヒドロキシ安息香酸2−メチル−3
−プロピルオキシエチルエステル3.2gのTHF溶液を滴下
した後、50℃で4時間撹拌した。酢酸エチルで抽出しカ
ラムクロマトグラフィーにより生成物3.5gを得た。
実施例2(共重合体の合成) 4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキ
シ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロ
ピルオキシエチルエステル(1d)4.15g(8.04mmol)と
下記(3)のモノマー性化合物10.85g(32.2mmol)と
を、 3mol%のAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)と乾燥ト
ルエン中凍結脱気した後、65℃で24時間反応させた。メ
タノール中へ再沈澱をくり返し目的とするポリマー9.1g
を得た。(収率61%) 数平均分子量18,800、重量平均分子量43,900(GPCに
よるポリスチレン換算値、以下同じ) 相転移挙動(DSC、偏光顕微鏡観察による) 1H−NMRによると共重合比は、1d:(3)=2:8であっ
た。またPerkin−elmer社製のdSC7装置によるDSC(示差
走査熱量測定)の結果を第2図に示す。
実施例3 4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキ
シ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロ
ピルオキシエチルエステル(1d)2.53(4.89mmol)と前
記モノマー性化合物(3)2.47g(7.33mmol)とを、実
施例2と同様の操作を行ない目的とするポリマー3.2g
(収率64%)を得た。
数平均分子量9,300、重量平均分子量14,500 1H−NMRによると共重合比は1d:(3)=4:6であった。
またDSCの測定結果を第3図に示す。
実施例4 4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキ
シ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロ
ピルオキシエチルエステル(1d)2.50g(4.82mmol)と
前記モノマー性化合物(3)1.63g(4.82mmol)と下記
(4)のモノマー性化合物0.87g(2.12mmol)とを、 実施例2と同様の操作を行ない、目的とするポリマー3.
4g(収率68%)を得た。
数平均分子量8,900、重量平均分子量12,100 1H−NMRによると共重合比は1d:(3):(4)=4:4:2
であった。
実施例5 4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキ
シ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロ
ピルオキシエチルエステル(1d)4.76g(9.30mmol)と
前記モノマー性化合物(4)1.92g(4.65mmol)と下記
(5)のモノマー性化合物3.39g(9.30mmol)とを 実施例2と同様の操作を行ない、目的とするポリマー7.
1g(収率70%)を得た。
数平均分子量10,100、重量平均分子量14,800 1H−NMRによると共重合比は1d:(4):(5)=4:2:4
であった。1H−NMR(in COCl3)の測定結果を第4図に
示す。
実施例6 4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキ
シ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロ
ピルオキシエチルエステル(1d)4.1g(8.0mmol)と前
記モノマー性化合物(4)2.83g(6.86mmol)と前記モ
ノマー性化合物(5)2.92g(8.0mmol)とを、実施例2
と同様の操作を行ない、目的とするポリマー7.2g(収率
71%)を得た。
数平均分子量9,600、重量平均分子量13,200 1H−NMRによると共重合比は1d:(4):(5)=3.5:3:
3.5であった。1H−NMR(in COCl3)の測定結果を第5図
に示す。
実施例7 4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキ
シ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロ
ピルオキシエチルエステル(1d)6.50g(12.7mmol)と
モノマー性化合物(4)0.87g(2.1mmol)と下記(6)
のモノマー性化合物2.26g(6.4mmol)とを、 実施例2と同様の操作を行ない、目的とするポリマー6.
7g(収率70%)を得た。
数平均分子量9,800、重量平均分子量17,800 1H−NMRによると共重合比は1d:(4):(6)=6:1:3
であった。1H−NMR(in COCl3)の測定結果を第6図に
示す。
比較例 ・4−[4′−(6−アクリロイロキシヘキシルオキ
シ)ベンゾイルオキシ]安息香酸2−メチル−2−プロ
ピルオキシエチルエステル(1d)0.50gを、実施例2と
同様の操作で目的とするポリマーを得た。その相移挙動
であった。
・モノマー性化合物(3)0.05gを実施例2と同様の操
作で目的とするポリマーを得た。その相転移挙動は であった。
[発明の効果] 従来、単一重合体では液晶温度範囲の精密な制御が困
難であったが、本発明の高分子液晶共重合体化合物にお
いては、広い温度範囲でかつ任意に転移温度の制御が可
能となった。したがって、ディスプレイ、メモリー等の
光学機器材料として広く使用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の高分子液晶共重合体化合物の共重合比
(mol比)とその転移挙動を示す図である。第2図は実
施例2のポリマーのDSC(示差走査熱量測定)、第3図
は実施例3のDSCである。第4図、第5図及び第6図は
それぞれ実施例5、6、7の1H−NMR(in COCl3)であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // G02F 1/13 500 G02F 1/13 500 (72)発明者 吉永 和夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−101049(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式[I]で表わされる繰り返し単
    位を有することを特徴とする高分子液晶共重合体化合
    物。 (式中、Uは高分子主鎖、VはCH2 またはC
    H2−OまたはCH2−OCH2
    表わし、これらのメチレン水素原子の1つもしくは2つ
    以上はアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基
    またはカルボニル基で置換されていてもよい。m,n,pは
    それぞれ0から30の整数を表わす。Wは、−O−,−OC
    O−,−COO−,−CONR′−,−CO−,または−NR′−を
    表わし、R′は水素原子またはアルキル基を表わす。X
    はメソーゲンを表わし、置換されていてもよいホモ芳香
    族環,ヘテロ芳香族環又は脂肪族環のうち2つ以上の環
    が単結合、−O−,−OCO−,−COO−,CH2 q,−N
    =N−,CH=CHq,−CH=N−,C≡Cq,−CON
    R′−,COまた−NR′により結合している化学構
    造を表わす。YはCH2 r,CO2(CH2 r,−O−(CH2
    r,−OCO−を表わす。rは0から3までの整数を表わ
    す。Zは−R2、−COR2を表わし、R2は置換されていても
    よいアルキル基を表わす。)
  2. 【請求項2】前記請求項(1)における一般式[I]の
    繰り返し単位が5mol%以上90mol%以下含まれているこ
    とを特徴とする高分子液晶共重合体化合物。
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