JP3769021B2 - 液晶ポリマー - Google Patents
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Description
本発明は、新規な液晶ポリマー（ＬＣＰ）材料、新規な中間体およびその調製方法に関する。
液晶は、種々の相で存在することができる。実質的には、3種類の異なる液晶物質があり、各々が特徴のある分子配列を有する。それらの種類は、ネマチック、キラルネマチック（コレステリック）およびスメクチックである。広範囲のスメクチック相は、例えば、スメクチックＡおよびスメクチックＣがある。液晶物質は、温度を変動させることにより多数の液晶相を有するものもあれば、１相のものもある。例えば、液晶物質は、等方相から降温させることにより次の相を示すことができる：−等方相−ネマチック相−スメクチックＡ相−スメクチックＣ相−固体相。物質がスメクチックＡであるとして記載される場合には、その物質は有効な作動温度範囲にわたってスメクチックＡ相を有することを意味する。
スメクチックＡ（ＳA）相を有する物質は、エレクトロクリニック効果を示すことができる。エレクトロクリニック効果は、最初にS. Garoff & R.Meyer, Phys. Rev. Lett., 38, 848 (1977)によって記載された。エレクトロクリニック装置は、英国特許出願第2 244 566 A号にも記載された。その具体的な装置は、表面の傾きを狭い範囲の角度で与える表面配向を用いてエレクトロクリニック（ＥＣ）装置の不十分な配向の問題を克服することを援助するものである。
スメクチックＡ相がキラル分子から構成される場合、エレクトロクリニック効果、即ち、分子の傾きを印加電場へ直接接合させることを示すことができる。キラル極性分子から構成されたスメクチックＡ相におけるエレクトロクリニック効果の由来は、次の通りGaroff & R. Meyerによって記載された。かかるスメクチックＡ相のスメクチック相と平行な電場の印加は、横分子双極子の自由回転にバイアスをかけ、分子分極の横成分の非ゼロ平均を生じる。かかる双極子モーメントが存在しかつ分子キラリティーに結合される場合、双極子モーメントに垂直な面には分子長軸の傾き（配向ベクトル）が誘導される。
薄い試料、例えば、１〜３mmおよびガラス板に対して傾いたスメクチック相または垂直なスメクチック相においては、エレクトロクリニック効果が低印加電場で検出可能である。
配向したスメクチックＡ試料において、配向ベクトルの傾きは、光学軸の傾きに直接関係する。エレクトロクリニック効果は、直線的な電気光学応答を生じる。電気光学効果は、装置の有効複屈折の変調として発現することができる。
エレクトロクリニック（ＥＣ）装置は、例えば、印加電圧で直線的に変動する出力を有する空間光変調装置に有効である。ＥＣ装置の利点は、更に、ねじれたネマチック型装置より非常に速い高速応答時間を有することである。既知の強誘電型装置は双安定であり、対照的にＥＣ装置は双安定でなく、印加電圧で直線的に変動する出力を有する。
エレクトロクリニック効果は、しばしばソフトモード効果とも言われる、G. Anderssonら，Appl. Phys. Lett., 51, 9, (1987)。
一般に、エレクトロクリニック効果に関して、低電圧を印加することにより大きな誘導傾き角を生じることは有利である。誘導傾き角の増大は、コントラスト比の増大を生じる。また、大きな誘導傾き角が可能なかぎり低電圧で得られることは有利である。
また、分子の誘導傾き角と印加電圧間の関係が温度依存症であることも有利である。印加電圧の増大が誘導傾き角の変化をほとんどまたは全く生じない場合、試験される物質は、一般に、飽和電圧効果を示していると言われる。
ＳA *は、ある割合のキラル分子を含むＳA相を意味する。
コレステリックまたはキラルネマチック液晶は、らせんのピッチ長の変化によって温度変化に応答することができるねじれたらせん構造を有する。従って、温度が変化するにつれて、コレステリック平面構造から反射した光の波長は変化し、反射した光が可視範囲に及ぶ場合には、明瞭な色の変化が温度が変化するにつれて生じる。これは、サーモグラフィーおよびサーモオプチクスの領域を含む多くの応用が可能であることを意味する。
コレステリック中間相は、コレステリック相における配向ベクトルが空間に一定でないながらせんひずみを受ける点でネマチック相と異なる。らせんのピッチの長さは３６０°まで回転する配向ベクトルの距離の尺度である。
定義によれば、コレステリック物質はキラル物質である。コレステリック物質は、電気光学表示にドーパントとして、例えば、逆ねじれ欠陥を除去するために用いられるねじれネマチック表示に用いられる。また、導波を防止することによりコントラストを強めるために用いられるコレステリックからネマチックへの着色相変化にも用いられる。
コレステリック液晶物質のサーモクロミック用途は、通常、ブラックバックグラウンドに対して見られる物質の薄膜調製物を用いる。これらの温度検出装置は、温度測定法、医用サーモグラフィー、非破壊試験、放射検出を含む多数の用途および装飾用に配置することができる。これらの例は、D G McDonnellのサーモトロピック液晶、応用化学に関するクリティカルレポート，Vol. 22, edit. G W Gray, 1987 pp 120-44に見られる；この参考文献は、サーモクロミックコレステリック液晶の概説も含む。
一般に、市販のサーモクロミック用途には、低融点、短いピッチの長さおよび必要とされた温度検出領域のすぐ下にスメクチック転移を有する混合物の製剤を必要とする。好ましくは、混合物または物質は、低融点および高スメクチック−コレステリック転移温度を維持しなければならない。
一般に、サーモクロミック液晶装置は、透明な支持基板とブラック吸収層との間に挟まれたコレステロゲンの薄膜を有する。製造法の１つは、ポリマーに封入することにより液晶を有する‘インク’を製造する工程およびそれを支持基板に施す印刷技術を用いる工程を必要とする。インクの製造方法は、ゼラチンマイクロカプセル化、米国特許第3,585,318号及びポリマー分散液、米国特許第1,161,039号および同第3,872,050号が含まれる。コレステリック液晶の良好に配向した薄膜構造を調製する方法の１つは、２枚のエンボスプラスチックシート間に液晶をラミネートすることを含む。その手法は、英国特許第2,143,323号に記載されている。
アキラルホストとキラルドーパントを混合することにより製造される強誘電性スメチック液晶物質は、傾いたキラルスメクチックＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫ相の強誘電性を用いる。キラルスメクチックＣ相はＳｃ*を示し、*はキラリティを示す。Ｓｃ相は、一般的には、最少の粘性であるので最も有効であると考えられる。強誘電性スメクチック液晶物質は、理想的には次の特性：低粘度、制御可能な自発分極（Ｐｓ）および周囲温度を含まねばならない広範囲の温度にわたって持続しかつ化学的および光化学的安定性を示すＳｃ相を有する。これらの特性を有する物質は、超高速スイッチング液晶含有装置の見込みがある。強誘電性液晶の用途は、J S Patel & J W Goodby, Opt. Eng., 1987, 26, 273に記載されている。
強誘電型液晶装置においては、分子は印加電場の極性によって異なる配向方向間でスイッチする。これらの装置は、双安定性を示すために配列され、他のスイッチ状態にスイッチされるまで２つの状態のうちの１つに維持される傾向がある。かかる装置は、表面安定化強誘電装置と呼ばれ、例えば、米国特許第5061047号、同第4367927号および同第4563059号に記載されている。この双安定性は、極めて大きく複雑な装置の多重アドレス指定を可能にする。
共通多重表示は、例えば、文字数字の表示についてはＸ、Ｙマトリックスフォーマットに配列した表示素子、即ち、画素を有する。一連のけた電極として一方のスライド上に電極をつくり一連の列電極としてもう一方のスライド上に電極をつくることによりマトリックスフォーマットが設けられる。各けたと列間の交差がアドレス可能素子または画素となる。他のマトリックスレイアウト、例えば、７バー文字数字表示も既知である。
異なる多くの多重アドレス指定スキームがある。共通の特徴は、配列の各列またはラインにストローブ電圧と呼ばれる電圧を印加することを含む。各列に印加したストローブと同時にデータ電圧と呼ばれる適切な電圧が全けた電極に印加される。別個のスキーム間の差異は、ストローブとデータ電圧波形の形にある。
他のアドレス指定スキームは、英国特許第2,146,473-A号；同第2,173,336-A号；同第2,173,337-A号；同第2,173,629-A号；国際出願第89/05025号；Haradaら1985 S.I.D Paper 8.4 pp 131-134; Lagerwallら1985 I.D.R.C. pp 213-221; P MalteseらProc 1988 I.D.R.C. pp 90-101強誘電型ＬＣ表示パネル用高速アドレス指定に記載されている。
物質は、逆符号の２つのストローブパルスによってデータ波形と共に２つの状態間でスイッチされる。また、物質を一方の状態にスイッチするように帰線消去パルスが用いられる。周期的に帰線消去パルスとストローブパルスの符号が交互になって正味d.c.値が維持される。
これらの帰線消去パルスは、通常ストローブパルスより印加の振幅と長さが大きくなるので２つのデータ波形がいずれかの交差に印加されるかに無関係に物質がスイッチする。帰線消去パルスは、ストローブの前方のラインバイアスによってラインに印加されるか、全表示が一度に妨害されるか、ライングループが同時に妨害される。
強誘電型液晶技術の分野においては、装置から最高の性能を得るために具体的な種類の装置に最も適した強誘電性スメクチック特性を有する物質を与える化合物の混合物を用いることが重要であることは周知のことである。
パルス電圧曲線に対する応答時間を考慮することにより装置の速度が評価される。この関係は、具体的な印加電圧（Ｖmin）におけるスイッチング時間（ｔmin）の最少を示すことができる。Ｖminより大きいまたは小さい電圧においてはスイッチング時間はｔminより長い、電圧曲線に対する応答時間が最小の装置が他の強誘電型液晶装置よりコントラストが大きく高いデューティ比で多重動作されることは十分に理解される。低電圧源と高速フレームアドレス再生速度を用いて装置を動作することができるように各々低印加電圧および短パルス長で前記電圧曲線に対する応答時間の最小が生じることは好ましいことである。
強誘電型装置に含まれる場合にそのような最小を可能にしない既知の典型的な物質（物質は適切な液晶特性を有する化合物の混合物である）はSCE13およびZLI-3654（共にMerck UK Ltd製,ドーセット州プール）として知られる市販の物質が含まれる。そのような最小を示す装置は、ＰＣＴ／英国第88/01004号に従い市販のSCE8(Merck UK Ltd)のような物質を用いて作られる。従来技術の物質の他の例は、ＰＣＴ／英国第86/00040号、同第87/00441号および英国特許第2232416B号に例示されている。
ポリマーの基本的な構造ブロックである単位はモノマーと呼ばれる。
重合法、即ち、成分モノマーからのポリマーの生成は一般に一様な分子量のポリマーを生成せず、むしろ生成されるものは分子量の分布である。ポリマー試料を述べるためにポリマー中の平均モノマー数を述べることが必要である。これは重合度(D.P.)と呼ばれる。ポリマー分子の大部分がこの平均値とどのくらい異なるかによって（または分子量の広がりを述べることは）多分散度と呼ばれる。
Ｍn‐数平均分子量およびＭw‐重量平均分子量を含むある試料のゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）から多数の異なる平均分子量が引き出される。D.P.を算出するために用いられる数値は通常Ｍnであり、多分散度は通常Ｍw／Ｍnとして定義される。
ポリマーは異なる種類のモノマーから製造され、その場合のポリマーはコポリマーと呼ばれる。２種類のモノマーがランダム方式で結合される場合にはそのポリマーはランダムコポリマーと呼ばれる。２つのモノマーが最初に１種類の短い配列を生成してから結合して最終ポリマーを生成する場合にはブロックコポリマーが生じる。モノマーの一方の短い配列がモノマーのもう一方からなる長い配列に側鎖として結合する場合にはポリマーはグラフトポリマーと呼ばれる。
液晶（ＬＣ）ポリマーにおいては、モノマーは実質的に２つの方法で共に結合される。ポリマーの液晶部分またはメソゲン単位は主鎖型ＬＣポリマーを生じるポリマー骨格の一部である。また、メソゲン単位はペンダント基としてポリマー骨格に結合される。即ち、ポリマー骨格から伸びている。これは側鎖型ＬＣポリマーを生じる。これらの異なる種類のポリマー液晶を下記に模式図で示す。メソゲン単位は矩形で示される。
側鎖型液晶ポリマーは、一般的には、下記に模式図で示される短い可撓性（または剛直性）単位によって長さに沿って結合した可撓性ポリマーと剛直性セグメント（メソゲン単位）を含むものとして考えられる。液晶相において配向秩序度を示すメソゲン単位の異方性剛直性部分である。液晶によって示される相および後の光学的性質に影響するために変えられる多くの特徴があり、これらの特徴は側鎖型液晶ポリマーに特に適切なものがある。これらの特徴の１つは、一般にスペーサ基と呼ばれるポリマー骨格にメソゲン単位を結合する可撓性部分である。このスペーサ基の長さと可撓性は変えられる。
多くの側鎖型液晶ポリマーが既知である。例えば、英国第2146787A号を参照されたい。
既知の液晶ポリマー（ＬＣＰ）は液晶ポリアクリレートである。ＬＣＰは既知であり電気光学用途、例えば、パイロ電気装置、非線形光学装置および光メモリ装置に用いられる。例えば、英国特許第2146787号およびMakromol. Chem. （1985）186 2639-47を参照されたい。
下記式のような側鎖型液晶ポリアクリレートは、Polymer Communications (1988), 24, 364-365に記載されている。
式中、（ＣＨ2）mは可撓性スペーサ基であり、Ｘは側鎖メソゲン単位であり、Ｒは水素またはアルキルである。
下記式のような側鎖型液晶ポリクロロアクリレートはMakromol. Chem. Rapid Commun. (1984), 5, 393-398に記載されている。
式中、Ｒは塩素である。
ＰＣＴ／英国第94/00662号には、特に、新規な液晶ポリマーの範囲をつくるバイリス・ヒルマン反応の使用が記載されている。
英国特許出願第9203730.8号には、下記の反復単位を有するポリアクリレートホモポリマーまたはコポリマーの調製方法が記載されている。
Ｒ1Ｒ2は独立してアルキルまたは水素であり、Ｒ3はアルキル、水素または塩素であり、ｍは０または１〜２０の整数であり、Ｗは結合基ＣＯＯまたはＯＯＣまたはＯであり、Ｘはメソゲン基である。
液晶ポリマーにおける主な課題の１つは、装置内で配向させることが非常に難しいことである。実質的には液晶ポリマーを配向するために２つの手法が用いられてきた。下記に詳述される低モル質量液晶と同様の方法で液晶ポリマーを配向させようとすることが可能である。また、せん断のような機械的手法も用いられる。典型的には機械的せん断はホットローラー上で行われ、この手法は一般的には可撓性基板にのみ適している。ガラススライド間で試料をせん断することは可能であるが、ガラススライドは従来の方法では封入されない。
ＬＣＤの材料と組立法,Morozumi, Liquid Crystals Applications and uses, vol. 1 Ed. Bahadur, World Scientific Publishing Co, Pte. Ltd, 1990 pp 171-194およびその中の参考文献にはタイトルが示すように液晶装置の組立方法が述べられている。
低モル質量液晶を配向させる手法は、典型的には、次の通りである。透明電極を基板の表面上に作る。基板は、典型的には、ガラス、例えば、ガラススライドでできている。ねじれネマチックまたは超ねじれネマチック装置においては、例えば、配向処理が双方の基板に必要である。液晶分子を配向させるために薄い配向層を堆積させ、典型的には、有機あるいは無機配列層が用いられ、例えば、蒸着によって堆積したＳｉＯは典型的な無機配向層である。配向層をつくる方法は、表面を生地または布で擦ることを必要とする。層の表面配向にポリイミドも用いられる。ポリイミドを、電極をもつ基板にスピナで被覆し、次に、硬化して約５０nm厚の層を形成する。次に、各層表面を適切な物質で実質的に一方向に繰り返し擦る。液晶分子がその層上に堆積する場合には擦ることによってつくられた方向に自動的に配向する。分子が小さなプレチルト角を有する場合には典型的には２〜３°がたいてい好ましい。より大きいプレチルト角がしばしば必要である。
次に、２枚の基板を、例えば、接着剤によって共に固定し、材料を隔置することにより別々に維持する。これにより一様で正確な間隔が得られる。典型的な接着剤は、エポキシ樹脂である。この封入材料は、通常、予備硬化される。次に、電極が正確に配列されて、例えば、表示画素となる。次に、セルを、例えば、１００〜１５０℃で硬化する。この時点で、空液晶セルが完了する。
この時点でセルに液晶物質を充填する。液晶セルの封入面積の開口はどちらかといえば小さいのでセルを、例えば、真空チャンバ内で減圧にし、ガス圧を介して液晶物質をセル内に進める。封入面積中１以上の孔が用いられる。空セルを真空チャンバ内に入れてから真空チャンバをポンプで排気する。セルを減圧した後にシーラントの開放領域を液晶物質に浸漬し、真空チャンバを標準圧にもどす。毛細管現象の結果として液晶物質がセルに引きつけられ、圧力を高めるために外部ガスが加えられる。充填処理の完了時にシーラントの孔に蓋をし、セルを液晶物質のクリア点より高い温度で硬化して液晶分子配向を安定にしかつキャップ物質を硬化する。
ポリマー液晶分子は、低分子量液晶物質より粘性である傾向があり、配向させることも装置に充填することも難しい。低分子量を有する液晶ポリマーのみセルにフロー充填され、約３０または４０反復単位より大きい重合度に達するとほとんどの液晶ポリマーが粘性になるのでフロー充填セルが非常に困難である。液晶ポリマーを試みかつ配列するために非常に緩慢な冷却が必要であり、これにより常に配向の一様性が不十分になる。
液晶分子の不十分な配向は、一般に必要とされる高速スイッチング高コントラスト物質および装置をもたらさない。
上記の手法は、スメクチック中間相、例えば、強誘電体を表示および使用する液晶物質を用いる装置を含む多くの液晶物質に適している。適切な配向手法は、英国特許第2210469B号にも見られる。
強誘電性液晶混合物を含む装置は、高速スイッチング時間（１００μSより高速）を示すことができる。Clark & Lagerwall, Appl. Phys. Lett.,36, 89, 1980.双安定であることは同時ライン走査法を用いて高レベルで多重化されることを意味する。強誘電性物質は、高解像度フラットパネルディスプレイでの用途のために多量の調査研究を受け続けている。液晶物質を含む装置の重要な特徴は、高速応答時間を示さなければならないことである。応答時間は多くの要因に依存し、１つはＰｓと表される自発分極である（nC cm-2として測定）。液晶混合物にキラルドーパントを加えることにより、Ｐｓ値が高くなり装置の応答時間を減少させる。アキラルホストとキラルドーパントを混合することにより生じる強誘電体スメクチック液晶物質は、傾いたキラルスメクチックＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫ相の強誘電性を用いる。キラルスメクチックＣ相はＳC *と示され、*はキラリティを示す。ＳC *相は、一般的には、最高速スイッチングであるので最も有効であると考えられる。液晶物質を含む装置の表面配向を援助するために材料はキラルスメクチック相より高い温度で長ピッチキラルネマチック相（Ｎ*と示される）とＳA相を示さなければならないことが望ましい。強誘電性スメクチック液晶物質は、理想的には次の特性：周囲温度を含まねばならない広範囲温度にわたって持続しかつ化学および光化学安定性を示す低粘度の制御可能なＰｓおよびＳC *相をもたねばならない。これらの特性を有する物質は、超高速スイッチング液晶含有装置に見込みがある。
強誘電型ＬＣＤ,Dijon, Liquid Crystals Applications and Uses, vol.1 Ed.Bahadur, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 1990 pp 350-360およびその中の参考文献には、低モル質量物質のスメクチック相の配向法が述べられている。セルの充填は、スメクチック相の粘性のために等方相またはネマチック相にのみ可能であると考えられる。一般的には、下記の相配列を有する物質が良好な配向を示す。
しかし、下記の相配列を有する物質は配列させにくい。
従って、典型的には、スメクチック相の液晶物質を用いるために該物質をネマッチク相または等方相まで加熱しかつ配向スメクチック状態に徐々に冷却させることが必要である。この手法がポリマー液晶物質に適用されると、配向を援助するために冷却時間は通常非常に長いがたいてい配向は不十分である。
１以上の既知の電気光学装置を含む装置に用いられることを可能にする性能を有する新規な液晶ポリマーが依然として求められている。
本発明によれば、下記一般式Ｉを有する物質が提供される。
（式中、Ｘ1およびＸ2は独立してＨ、ＣＮ、ＣＯＣＨ3、ＣＯ2ＣＨ3より選ばれる；
ｍ＝少なくとも５；
Ｘ3およびＸ4は独立して式ＩＡより選ばれる：
ここで、ＹはＣＯＯ、ＯＣＯ、Ｏ、Ｓ、ＣＨＯＨ、ＣＨＦ、ＣＨ2より選ばれる；Ｑ＝（ＣＨ2）、ここで、１個以上の非隣接メチレンはＯで置換されていてもよく、ｎ＝１〜２０である；
ＺはＯ、Ｓ、共有単結合、ＣＯＯ、ＯＣＯより選ばれる；
ＹがＣＨ2の場合にはｎは０であってもよい；
はメソゲン基を表す；
Ｘ3およびＸ4はまた独立してＨ、ＯＨ、ＯＣＯＲ1、ＣＯＯＨ、ＣＯ2Ｒ1、（ＣＨ2）pＯＨ、（ＣＨ2）pＣＯ2Ｈ、−（ＣＨ2）pＯＲ1または−（ＣＨ2）pＣＯ2Ｒ1より選ばれ、ｐ＝１〜２０、Ｒ1＝ＨまたはＣ1-16アルキルである；
Ｒ1＝Ｃ2-16アルキルの場合にはＣＨ3末端基はＢｒまたはＣｌで置換されていてもよい；但し、Ｘ3とＸ4の少なくとも１つは式ＩＡより選ばれる。）
メソゲン基は、下記の一般構造ＩＩから定義される。
（Ａ、Ｂ、Ｄは下記の環より選ばれる：
上記の環は用いうる置換位置の少なくとも１ヵ所に次の置換基の１個以上で置換されていてもよい：Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＣＨ3、ＣＮ、ＯＲ、ＲおよびＮＣＳ、ここで、ＲはＣ1-5分枝鎖または直鎖アルキルを示す；
ＺはＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、ＮＯ2、Ｒ、ＯＲ、ＣＯ2Ｒ、ＣＦ3、ＯＯＣＲ、ＮＣＳ、ＳＣＮＬより選ばれ、ここで、Ｒ＝炭素原子１〜１６個を含む直鎖または分枝鎖アルキルであり、１個以上のＣＨ2非隣接基はＣＨ（ＣＮ）、ＣＨ（ＣＦ3）、ＣＨ（Ｃｌ）、ＣＨ（ＣＨ3）でキラルまたは非キラルとして置換されていてもよい場合を含む；
但し、存在する全環数は４より大きくない；
Ｗ1およびＷ2は独立してＣＯＯ、ＯＣＯ、単結合、ＣＨ2ＣＨ2、ＣＨ2Ｏ、ＯＣＨ2、Ｏ、Ｓ、ＣＨ＝ＣＨ、Ｃ≡Ｃより選ばれる。）
本発明の別の態様によれば、液晶ポリマーは適切に機能化されたジエンの環化により合成される。
本発明の別の態様によれば、式■の液晶ポリマーおよびその類縁体は下記の一般式ＩＩＩの環化により合成される。
（式中、Ｘ、Ｘ1、Ｙ、Ｙ1は独立してＨ、式ＩＡ、Ｃ1-16アルキル、ＯＨ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｆ、Ｉ、ＣＯ2Ｈより選ばれる。但し、Ｘ、Ｘ1、Ｙ、Ｙ1の少なくとも１種は式ＩＡより選ばれる；
ＺおよびＺ1は独立してＨ、ＣＨＯ、ＣＯＣＨ3、ＣＯ2Ｈ、ＣＮ、ＣＦ3、Ｆ、ＣＯ2Ｒ、Ｃｌより選ばれ、ここで、Ｒはキラル鎖を含み炭素原子４〜１２個を含む直鎖または分枝鎖アルキル基、または脂肪族環または芳香族環または適切に機能化されたメソゲン側鎖基である。）
式ＩＩＩの類縁体は、式Ｉの化合物を製造するために用いられる。
本発明によって記載された液晶ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーを含む既知の種類のいずれかとすることができる。
式ＩＡのＹは、ＣＨＯＨとすることができ、そのＯＨ基は架橋剤の結合点として用いられエラストマーを生成する。
ここで、本発明は、下記の図面に関して具体例によって記載される。
図１は、エステル結合ＬＣＰの合成スキームである。
図２は、エーテル結合ＬＣＰの合成スキームである。
図３は、逆エステル結合ＬＣＰの合成スキームである。
図４は、ヒドロキシル化スペーサ基ＬＣＰの合成スキームである。
図５は、フッ化スペーサ基ＬＣＰの合成スキームである。
図６は、直接付加ＬＣＰの合成スキームである。
図７は、本発明によって記載された化合物のキラル分離を示すスキームである。
図８は、バイリス・ヒルマン反応：二重付加から誘導されたポリ（1.5−ヘキサジエン）を示すスキームである。
図９は、バイリス・ヒルマン反応：一重付加から誘導されたポリ（1,5−ヘキサジエン）を示すスキームである。
図１０は、液晶装置を示す図である。
図１１は、パイロ電気装置を示す図である。
図１２および図１３は、本発明の物質が組込まれる異なる比率で描かれた反射空間光変調器を示す各々正面図および断面図である。
下記の試薬を図１〜図９に用いた。スキーム１〜９は、各々図１〜図９に関連する。
スキーム１
a/ＤＣＣ，ＤＭＡＰ[1]
Ｋ2ＣＯ3,ブタノン［2］
c/重合,lrgacure 184,UV
スキーム２
a/ＴＢＡＢ，ＫＯＨ，ＴＨＦ［3］
Ｋ2ＣＯ3,ブタノン［2］
c/重合，irgacure 184, UV
スキーム３
a/(i) n-ブチルリチウム,ＴＨＦ；(ii)ＣＯ2,(iii)Ｈ2Ｏ,Ｈ+[4]
b/ＤＣＣ，ＤＭＡＰ[1]
c/Ｋ2ＣＯ3,ブタノン[2]
c/重合,Irgacure 184,UV
スキーム４
a/Ｍｇ,エーテル[5]
b/ＨＣＯ（ＣＨ2）nＯＴＢＭＰＳ[5]
c/ＴＢＤＰＳ−Ｃｌ,ＣＨ2Ｃｌ2,Ｅｔ3Ｎ[6]
d/ＴＢＡＦ,ＴＨＦ,ＣＨ2Ｃｌ2[7]
e/ＨＯ−メソゲン,ＤＥＡＤ[8]
f/希ＨＣｌ[9]
c/重合,Irgacure 184, UV
スキーム５
a/ＤＡＳＴ[10]
b/重合,Irgacure 184, UV
スキーム６
a/-ＯＥｔ,Ｂｒ（ＣＨ2）nＢｒ[11]
b/ＢＨ3エーテル[12]
c/ＰＤＣ[13]
d/Ｋ2ＣＯ3,ＭＥＫ[2]
e/Ｐｈ3Ｐ＝ＣＨ2ウィッチヒ反応[13]
f/重合,Irgacure 184, UV
スキーム７
a/キラル分割剤、例えば、Ｏ−メチルマンデル酸（+）または（-）[14]
b/ＮａＯＨ,エタノール／水[2]
c/スキーム１,工程(a)および(b)およびまたはスキーム２,工程(a)および（b）を参照
d/重合,Irgacure 184, UV
スキーム８
a/3-キヌクリジノール[10]
b/スキーム７工程c/を参照
c/重合,Irgacure 184, UV
スキーム９
a/ＰＤＣ[14]
b/ＣＨ2ＣＨＸ,3-キヌクリジノール,ここで、ＸはＣＮ,ＣＯＣＨ3またはＣＯ2ＣＨ3より選ばれる[10]
c/メソゲン−Ｏ（ＣＨ2）nＣＯＯＨ／ＤＣＣ／ＤＭＡＰまたはメソゲン−Ｏ（ＣＨ2）n−Ｂｒ／ＮａＨ
d/重合
ここで、
ＤＣＣ＝ジシクロヘキシルカルボジイミド
ＤＭＡＰ＝ジメチルアミノピリジン
ＴＢＡＢ＝テトラブチルアンモニウムブロミド
ＴＢＭＰＳ−Ｃｌ＝t-ブチルメトキシフェニルシリルクロリド
ＴＢＤＰＳ＝t-ブチルジフェニルシラン
ＴＢＡＦ＝テトラブチルアンモニウムフルオリド
ＰＤＣ＝ピリジニウムジクロメート
ＭＥＫ＝メチルエチルケトン
ＤＡＳＴ＝ジエチルアミノスルファトリフルオリド
角括弧［］の数字は、適切な合成工程に関する情報が見られる下記の参考文献を意味する。
［1］Boltonら，Liq Cryst, 12(2), 305, 1992.
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［14］Caneyら，Tet Letts, 399, 1979.
スキーム１〜９に用いられる試薬は、チバガイギーから市販されているイルガキュア(Irgacure)184以外はアルドリッヒから市販されている。スキーム１〜９に示される化合物の調製については引用文献に示されている実験の詳細をわずかに変更した。全ての物質の構造は、1Ｈｎｍｒ(JEOL JNM-GX 270MHz 分光計)を含むｎｍｒ分光法、赤外線スペクトル法(Perkin-Elmer 457回折格子分光計およびPerkin-Elmer 783格子分光光度計)および質量分析法の組合わせによって確認した。化合物の純度は、ｔｌｃ（シングルスポット）および／またはｈｐｌｃ（５μm，２５×０．４６cm, ODS Microsorbカラム，メタノール，＞９９％）で調べ、ポリマーの純度はｇｐｃ［５μm，３０×０．７５cm，２×混合D PLカラム，ポリスチレン標準を用いて検定した（Mp=1000-430500），トルエン；モノマーは存在しない］で調べた。
転移温度は、オリンパス753偏光顕微鏡と連結したメットラーFP5高温段階および制御ユニットを用いておよびＤＳＣ（Perkin Elmer DSC 7）で測定した。物質の相挙動を光学顕微鏡（メットラーFP5高温段階および制御ユニットと連結したオリンパス753偏光顕微鏡）およびＸ線回折（ブリストル大学）の組合わせで求めた。
ジエンの一般重合法を下記に示す。
乾燥ジクロロメタン（3ml）中ジエン（０．００４４モル）とIrgacure 184光開始剤（Ciba-Geigy）（０．０９ミリモル）の溶液をガラスプレート（１８×２５cm）上に拡散し、溶媒を蒸発してモノマーと光開始剤の薄膜を得た。その薄膜にＵＶＡ太陽灯(Philips)からの紫外線を６時間照射した。得られたポリマーを、メタノールを加えてジクロロメタンから沈殿させることにより精製し、遠心分離（５００rpm３０分間）で分離した。モノマー前駆体が完全に除去されるまで（ｔｌｃシリカゲル、ジクロロメタン）精製手順を繰り返した。次に、ポリマーを乾燥ジクロロメタン（５ml）に溶解し、得られた溶液を石油画分（bp 40-60℃）に激しく攪拌しながら滴下した。生じた白色沈殿をろ過で回収し、石油画分（bp 40-60℃）（２×５０cm3）で２回洗浄し、乾燥ジクロロメタン（５cm3）に溶解した。次に、この溶液を０．５μmメンブランフィルターに通過させ、溶媒を除去してポリマーをガラスとして得た。それを減圧下５０℃で６時間乾燥した。
下記の実験の詳細は、環状ポリ（1,5−ヘキサジエン）がどのように製造されるかを具体例によって示すものである。
乾燥ジクロロメタン（７５cm3）中1,5−ヘキサジエン−３，４−ジオール（０．０１３モル）、１１−ブロモウンデカン酸（０．０２６モル）、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）（０．０３０モル）およびＮ，Ｎ−ジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）（０．２０ｇ）を室温で６時間共に攪拌した。ジシクロヘキサウレアをろ過で除去し、次に、溶媒を減圧下で除去して黄色油状物を得、放置時に固化した。ブタノンから再結晶して化合物１を白色固形物（７５％）mp 43-45℃として得た。
ジブロモジエン（１）（０．００５０モル）、４−シアノ−４′−ヒドロキシビフェニル（０．０１モル）および炭酸カリウム（３．０ｇ）を乾燥ブタノン（６０cm3）中で２４時間還流した。過剰量の炭酸カリウムをろ過で除去し、次に、溶媒を減圧下で除去して白色固形物を得、これを溶離剤として酢酸エチルを用いてカラムクロマトグラフィー（シリカゲル）で精製した。アセトニトリルから再結晶して化合物２を白色粉末（８９％）,mp 72-74℃として得た。
モノマー（２）（０．００４３モル）およびIrgacure 184光開始剤（Ciba-Geigy）（０．０２２ミリモル）を乾燥ジクロロメタン（３．０cm3）に溶解し、得られた溶液をホウケイ酸ガラスプレート（２５×１８cm2）上に一様に拡散した。溶媒を空気中で蒸発してモノマーフィルムを得た。同様のガラスプレートをモノマーフィルム上に置き、２枚のプレートを共に圧搾してプレート間に超薄膜を生成した。次に、フィリップスＵＶＡ（70w.）太陽灯の下でモノマー“サンドイッチ”に３０分間照射した。得られたポリマーをプレートから取り出し、メタノールに懸濁し、遠心分離（１１，０００rpmで１０分間）した。遠心分離を更に３回繰り返し、ポリマーを乾燥ジクロロメタン（１０cm3）に溶解した。得られた溶液を０．５μmメンブランフィルターに通過した。溶媒を除去してポリマー３をクリーム色の固形物（５５％）として得た。
テトラアンモニウムブロミド（ＴＢＡＢ）（０．００１２モル）を乾燥テトラヒドロフラン（３０cm3）中で微細に粉砕した水酸化カリウム（０．０１０モル）に加えた。３−ヒドロキシ−1.5−ヘキサジエン（０．０１０モル）および1,8−ジブロモオクタン（０．０１２モル）を加え、混合液を室温で１８時間攪拌した。溶媒を減圧下で除去し、液体残留物をジクロロメタン（５０cm3）に溶解した。得られた溶液を水（２×２０cm3）、次に塩酸（1M）（２０cm3）、水（２０cm3）で洗浄し、最後に硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下で除去して黄色油状物を得、溶離剤としてジクロロメタンを用いてカラムクロマトグラフィー（シリカゲル）で精製して化合物４を無色透明な油状物（５８％）として得た。
４−シアノ−４′−ヒドロキシビフェニル（０．００３４モル）、化合物４（０．００４０モル）および炭酸カリウム（５ｇ）を乾燥ブタノン（６０cm3）中で１８時間共に還流した。ろ過して過剰の炭酸カリウムを除去し、次に、溶媒を減圧下で除去して白色固形物を得、これを溶離剤としてジクロロメタンを用いてカラムクロマトグラフィー（シリカゲル）で精製した。アセトニトリルから再結晶して化合物５を白色粉末（８４％）mp 91-93℃として得た。
モノマー５（０．００１２４モル）およびIrgacure 184光開始剤（Ciba-Geigy）（０．００６２ミリモル）を乾燥ジクロロメタン（３cm3）に溶解し、その溶液をホウケイ酸ガラスプレート（２５×１８cm2）上に一様に拡散した。溶媒を空気中で蒸発してモノマー／開始剤のフィルムを得た。同様のガラスプレートをモノマーフィルム上に置き、２枚のプレートを共に圧搾してプレート間に超薄膜を生成した。フィリップスＵＶＡ（７０w）太陽灯の下でモノマー“サンドイッチ”に３０分間照射した。得られたポリマーを取り出し、メタノールに懸濁し、遠心分離（１１，０００r.p. m.で１０分間）した。これを更に３回繰り返し、回収したポリマーを乾燥ジクロロメタン（１０cm3）に溶解した。得られた溶液を０．５μmメンブランフィルターに通過した。溶媒を除去してポリマー６を白色色の固形物（５５％）として得た。
下記の化合物（１〜７）は、本発明に従って合成した具体例である。
上記化合物１〜７のＧＰＣデータは次の通りである。
更に、８、８ａおよび８ｂも具体例である。
下記の本発明に従って製造したコポリマー、コポリ（1,5−ヘキサジエン）の具体例を示す。
ここで、本発明を具体的に示す物質および装置の使用の例を図１０について述べる。
液晶装置は、２枚の透明プレート１および２、例えば、ガラスから作られたプレートからなる。これらのプレートは、透明な伝導性電極３および４で内面上に被覆される。配向相5,6は、セルの内面に導入されるので液晶物質をつくる分子の平面配向はガラスプレート１および２にほぼ平行である。これは、ガラスプレート1,2を伝導性電極で完全に被覆することにより行われるので各けたと列間の交差はアドレス可能素子または画素のx, yマトリックスをつくる。ある表示型については配向方向は直交である。セルをつくる前に、層5,6を布（例えば、ベルベットからつくられた）で覆ったローラで一定方向に擦り、摩擦方向はセルをつくる際に平行に整えられる（同一または逆方向）。スペーサ７、例えば、ポリメチルメタクリレートのスペーサは、ガラスプレート１および２を適当な距離、例えば、２ミクロンに分ける。液晶物質８は、ガラスプレート1,2間にそれらの間の空間をふさぐことにより導入される。これは、標準法を用いてセルをフロー充填することにより行われる。スペーサ７は、既存の手法を用いて減圧下で接着剤９で密閉される。偏光子10,11は、セルの前後に配置される。
配向層は、摩擦、斜蒸着またはポリマー配向層を使用することによる上記のような標準表面処理法の１種以上によって１以上のセル壁に導入される。
代替的実施態様においては、配向層が上にある基板を加熱およびせん断して配向を誘導するかまたは配向層を有する基板をガラス転移温度より高く等方相転移までの液晶より低く印加電場と共に熱的にアニールする。組合わせは、更に、これらの配向手法の組合わせを必要とする。これらの組合わせにおいては配向層が必要としないものがある。
装置は、伝達モードまたは反射モードで動作することができる。前者では、装置を通過する光、例えば、タングステン球からの光は選択的に透過または遮断されて所望の表示を生じる。反射モードにおいては、ミラーまたは拡散反射鏡（１２）が第２偏光子１１の後ろに配置されて周囲光をセルおよび２つの偏光子まで逆に反射する。ミラーを部分的に反射させることにより装置は伝達モードと反射モードの双方で動作することができる。
配向層5,6は、２つの機能を有し、１つは液晶分子を好ましい方向で接触させて配向させることおよびもう１つは数度、典型的には約４または５°のこれらの分子に対する傾き−いわゆる表面の傾き−を与えることである。配向層5,6は、セル壁上に数滴のポリイミドを入れ一様な厚さが得られるまで該壁を回転させることにより形成される。次に、ポリイミドを所定の温度まで所定の時間加熱することにより硬化した後、ナイロンクロスで被覆したローラで一方向に摩擦する。
代替的実施態様においては、単一偏光子および染料が組合わせられる。
セルに導入される際の液晶物質８は、液晶ポリマーからなってもよく、液晶モノマーと光開始剤からなってもよい。ポリマーの分子量を制限する試薬、例えば、連鎖移動剤を含んでもよく、熱開始剤を含んでもよい。
モノマー材料は、標準法を用いて重合する前に、例えば、等方相まで加熱し等方相からまたはネマチックまたはキラルネマチック相のような液晶相から冷却することにより配向される。また、液晶ポリマーは、表面力、せん断配向または電場配向の使用を含む１種以上の手法によって配向されることも可能である。
重合後に若干量のモノマー物質がなお残っていることも可能である。重合性基をもたない未反応モノマーまたは低モル質量添加剤であってもよい。
重合は、既知の手法のいずれかを用いて行われる。例えば、モノマー物質と開始剤は、紫外線に曝露され、モノマーおよび／またはポリマーの一定相内で重合を可能にするように熱が加えられる。
また、重合プロセスは、熱および熱開始剤の存在下に行われる。しかしながら、この手法が用いられる場合にはモノマー材料の液晶相に相当する温度で行われることが好ましい。
その場重合は、英国特許出願第9420632.3号に記載されており、液晶ポリマーの分子量を制御するための連鎖移動剤の使用も記載されている。上述したように本発明の混合物中に連鎖移動剤を存在させることもできる。英国特許出願第9514970.4号には、陽イオン光開始剤の存在下のその場重合が記載されている。
式Ｉの化合物および式Ｉの化合物を含む混合物によって記載された化合物の多くは液晶挙動を示し、液晶装置に有効に用いられる。かかる装置の例としては、光学装置およびエレクトロ光学装置、磁気光学装置および温度変化および全圧または分圧変化のような刺激に応答する装置が挙げられる。式Ｉの化合物は、少なくとも２種の化合物を含む混合物が含まれる。典型的な混合物としては、式Ｉの化合物からなる混合物および式Ｉの少なくとも１種の化合物と式Ｉでない少なくとも１種の化合物を含む混合物が含まれる。
レーザビームを用いて物質の表面を走査するためにまたはそれに書き込んだ痕跡を残すレーザアドレス用途の物質が提案されている。様々な理由でこれらの物質の多くは可視領域が少なくとも部分的に透明な有機材料からなっている。その手法は、局部的加熱を引き起しレーザビームとの接触領域において透明物質の光学的性質を変えるレーザエネルギーの局部的吸収によるものである。従って、ビームが該物質を横切るので、その経路の書き込んだ痕跡が後ろに残る。これらの用途の最も重要なものの１つは、レーザアドレス光メモリ装置、および光が物質を含有するセルを通って進みかつスクリーンに投射されるレーザアドレス投射表示である。かかる装置は、Khan Appl. Phys. Lett. vol.22, p111, 1973; Harold & Steele, Proceedings of Euro display 84, p29-31, Sep.1984,フランス国パリに記載されており、その装置内の物質はスメクチック液晶物質であった。光メモリ媒体として液晶物質を用いる装置は、重要な装置である。半導体レーザ、特にＧａXＡｌ1-XＡｓレーザ（ｘは０〜１であり、好ましくは1である）の使用は、見ることができずビジュアルディスプレイを妨害することができないが明瞭な強い熱エネルギーを有効に供給することができるので上記用途に評判がよい。ガリウムヒ素レーザは、約８５０nmの波長のレーザ光を供給し、上記の用途に有効である。Ａｌ含量が増すにつれて（ｘ＜１）、レーザ波長は約７５０nmまで低下することがある。レーザまたは短い波長を用いることにより記憶濃度が高められる。
本発明の化合物は、光メモリ媒体として適切であり、レーザアドレス装置、例えば、光記録媒体において有用な染料と組合わせられる。
本発明に記載された物質のスメクチックおよび／またはネマチック特性が利用される。例えば、本発明の物質は強誘電性混合物および装置に用いられる。
本発明の化合物は、また、パイロ電気装置、例えば、検出器、ステアリングアレーおよびビジコンカメラに用いられる。
図１１は、本発明の物質が組込まれる単純なパイロ電気検出器を示す図である。
パイロ電気検出器は、電極プレート1,2からなり、少なくとも１つはピクセル化される。動作上、該検出器は放射線Ｒ、例えば、赤外線に曝露され、電極によって吸収される。これにより、温度の上昇がもたらされ、導電によりパイロ電気物質層３に伝達される。温度の変化により熱膨張が引き起こされ、電荷が生じる。この電荷の変化は、電荷出力と比較した場合に温度変化と共に自発分極、Ｐｓが変化するために一般に小さい。これにより、一次パイロ電気効果が構成される。電荷の変化により、電極間の電位差の変化がもたらされる。各画素についての電荷が読み取られ、生じたシグナルが、例えば、ビデオモニタおよび赤外走査のビジュアルイメージの走査回路を変えるために用いられる。
本発明に記載された物質の選択的反射特性は、本発明の物質をインクおよび塗料に用いられることを可能にし、偽造防止動作に有効である。また、いわゆるセキュリティーインクに用いられる。他の用途としては熱制御処理が含まれ、、例えば、赤外線を反射するために１枚以上の窓に適用されるコーティングに含まれる。
図１２および図１３に示される空間光変調装置は、液晶セル１を含む、典型的には２枚のガラス壁２および３および０．１〜１０μm、例えば、２．５μm厚のスペーサ４でつくられる。壁の内面は、可変電圧源７に接続された薄い酸化インジウムスズ透明電極5,6を備えている。電極5,6の上面には、例えば、後に詳細に記載される摩擦したポリイミドの表面配向層8,9がある。他の配向方法、例えば、ＳｉＯ2の蒸着のような非摩擦方法も適切である。液晶物質層１０は、壁2,3とスペーサ４の間に封入される。セル１の前方に線形偏光子があり；セル１の後方に四分の一板１２（これは任意である）およびミラー１３がある。線形偏光子の一例は、偏光ビームスプリッターである（ここでは図示されていない）。
本発明の化合物が組込まれる種々のエレクトロクリニック装置がある。例えば、上記の図１２および図１３においては、能動背面動作が用いられる。セルを形成する壁の１つは、シリコン基板、例えば、画素を動作するエレクトロ回路を有するウェハで形成される。
これらの装置の多くについては、セルに最適な厚さがあり、下記式で示される複屈折（Δｎ）に関係する。
式中、λ＝操作波長
Δn＝液晶物質の複屈折
m＝整数
本発明によって記載されたエレクトロクリニック装置を動作するのに適切な方法は、英国特許出願第2 247 972 A号に見られる。
本発明によって記載された装置の操作モードとしては、振幅変調あるいは位相変調が含まれる。同様に、反射モードまたは伝達モードでも装置が用いられる。
本発明の態様の物質は、既知の多くの液晶表示装置、例えば、キラルスメクチック電気光学装置に用いられる。かかる装置は、電極構造をもった２枚の隔置されたセル壁と液晶物質分子を配向させるために処理された表面間に含まれる液晶物質層を含むことができる。液晶混合物は、強誘電装置、サーモクロミック装置およびエレクトロクリニック装置を含む多くの用途がある。
本発明の化合物は、有効な液晶混合物を生成するために相互に混合される。また、他の液晶ポリマーまたは低モル質量非ポリマー液晶物質と共に用いられる。
本発明の物質が組込まれる適切な装置としては、ビームスチアラー、シャッタ、変調装置およびパイロ電気センサおよび圧電センサが含まれる。
本発明の物質は、多重化される強誘電型液晶装置のドーパントとしても有効であり、能動背面強誘電型液晶装置にも用いられる。本発明の物質は、ホスト物質としても有効である。本発明の物質は、１種以上のドーパントを含む混合物にも含まれる。
式Ｉの化合物は、有効な液晶組成物を形成するために広範囲のホスト、例えば、スメクチックホストと混合される。かかる組成物は、ある範囲のＰｓ値を有することができる。式Ｉの化合物は、１種以上のホストＶＩＩＩ殻ＸＩＩＩと混合される。これらの異なる種類のホストは一種に混合され、これに一般式Ｉの化合物が添加される。
典型的なホストとしては、下記の化合物が含まれる。
ＰＣＴ／英国第86/00040号に記載された、例えば、下記式ＶＩＩＩを有する化合物
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ12アルキルまたはアルコキシである。）
欧州特許出願第84304894.3号及び英国出願第8725928号に記載された、例えば、下記式ＩＸを有するフルオロターフェニル化合物
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ12アルキルまたはアルコキシであり、ｘは１であり、Ｆは指定されたフェニル環について用いうる置換位置のいずれにあってもよい。）
英国出願第8905422.5号に記載された、例えば、下記式Ｘを有するジフルオロターフェニル化合物
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ12アルキルまたはアルコキシである。）
国際出願第86/00087号に記載された、例えば、下記式ＸＩを有するフェニルピリミジン化合物
（式中、Ｒ1はＣ3〜Ｃ12アルキルであり、Ｒ2が一般式（ＣＨ2）n−ＣＨＸＣＨ2ＣＨ3（ｎは１〜５であり、ＸはＣＮまたはＣｌである。）で示される。）
ドイツ、E. Merck Ltdから市販されているR. Eidenschinkら，Cyclohexanederivative mit Getilteneten Smektischen Phasen、第16回フライベルグ液晶会議、ドイツ、フライベルグp8に記載された、例えば、下記式ＸＩＩを有する化合物
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ1〜Ｃ15アルキルである。）
Reiffenrathら，強誘電性液晶に関する第２回国際シンポジウム、スウェーデン、ゲテボルグ、1989年６月に記載された、例えば、下記式ＸＩＩＩを有するジフルオロフェニルピリミジン化合物
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ9アルキルである。）
本発明の物質は、サーモクロミック装置、例えば、D.G. McDonnell、サーモクロミック液晶、応用化学に関するクリティカルレポート、Vol. 22, edit. G.W. Gray, 1987 pp 120-44およびその中の参考文献に記載された装置にも有効である。
液晶は、種々の相で存在することができる。実質的には、3種類の異なる液晶物質があり、各々が特徴のある分子配列を有する。それらの種類は、ネマチック、キラルネマチック（コレステリック）およびスメクチックである。広範囲のスメクチック相は、例えば、スメクチックＡおよびスメクチックＣがある。液晶物質は、温度を変動させることにより多数の液晶相を有するものもあれば、１相のものもある。例えば、液晶物質は、等方相から降温させることにより次の相を示すことができる：−等方相−ネマチック相−スメクチックＡ相−スメクチックＣ相−固体相。物質がスメクチックＡであるとして記載される場合には、その物質は有効な作動温度範囲にわたってスメクチックＡ相を有することを意味する。
スメクチックＡ（ＳA）相を有する物質は、エレクトロクリニック効果を示すことができる。エレクトロクリニック効果は、最初にS. Garoff & R.Meyer, Phys. Rev. Lett., 38, 848 (1977)によって記載された。エレクトロクリニック装置は、英国特許出願第2 244 566 A号にも記載された。その具体的な装置は、表面の傾きを狭い範囲の角度で与える表面配向を用いてエレクトロクリニック（ＥＣ）装置の不十分な配向の問題を克服することを援助するものである。
スメクチックＡ相がキラル分子から構成される場合、エレクトロクリニック効果、即ち、分子の傾きを印加電場へ直接接合させることを示すことができる。キラル極性分子から構成されたスメクチックＡ相におけるエレクトロクリニック効果の由来は、次の通りGaroff & R. Meyerによって記載された。かかるスメクチックＡ相のスメクチック相と平行な電場の印加は、横分子双極子の自由回転にバイアスをかけ、分子分極の横成分の非ゼロ平均を生じる。かかる双極子モーメントが存在しかつ分子キラリティーに結合される場合、双極子モーメントに垂直な面には分子長軸の傾き（配向ベクトル）が誘導される。
薄い試料、例えば、１〜３mmおよびガラス板に対して傾いたスメクチック相または垂直なスメクチック相においては、エレクトロクリニック効果が低印加電場で検出可能である。
配向したスメクチックＡ試料において、配向ベクトルの傾きは、光学軸の傾きに直接関係する。エレクトロクリニック効果は、直線的な電気光学応答を生じる。電気光学効果は、装置の有効複屈折の変調として発現することができる。
エレクトロクリニック（ＥＣ）装置は、例えば、印加電圧で直線的に変動する出力を有する空間光変調装置に有効である。ＥＣ装置の利点は、更に、ねじれたネマチック型装置より非常に速い高速応答時間を有することである。既知の強誘電型装置は双安定であり、対照的にＥＣ装置は双安定でなく、印加電圧で直線的に変動する出力を有する。
エレクトロクリニック効果は、しばしばソフトモード効果とも言われる、G. Anderssonら，Appl. Phys. Lett., 51, 9, (1987)。
一般に、エレクトロクリニック効果に関して、低電圧を印加することにより大きな誘導傾き角を生じることは有利である。誘導傾き角の増大は、コントラスト比の増大を生じる。また、大きな誘導傾き角が可能なかぎり低電圧で得られることは有利である。
また、分子の誘導傾き角と印加電圧間の関係が温度依存症であることも有利である。印加電圧の増大が誘導傾き角の変化をほとんどまたは全く生じない場合、試験される物質は、一般に、飽和電圧効果を示していると言われる。
ＳA *は、ある割合のキラル分子を含むＳA相を意味する。
コレステリックまたはキラルネマチック液晶は、らせんのピッチ長の変化によって温度変化に応答することができるねじれたらせん構造を有する。従って、温度が変化するにつれて、コレステリック平面構造から反射した光の波長は変化し、反射した光が可視範囲に及ぶ場合には、明瞭な色の変化が温度が変化するにつれて生じる。これは、サーモグラフィーおよびサーモオプチクスの領域を含む多くの応用が可能であることを意味する。
コレステリック中間相は、コレステリック相における配向ベクトルが空間に一定でないながらせんひずみを受ける点でネマチック相と異なる。らせんのピッチの長さは３６０°まで回転する配向ベクトルの距離の尺度である。
定義によれば、コレステリック物質はキラル物質である。コレステリック物質は、電気光学表示にドーパントとして、例えば、逆ねじれ欠陥を除去するために用いられるねじれネマチック表示に用いられる。また、導波を防止することによりコントラストを強めるために用いられるコレステリックからネマチックへの着色相変化にも用いられる。
コレステリック液晶物質のサーモクロミック用途は、通常、ブラックバックグラウンドに対して見られる物質の薄膜調製物を用いる。これらの温度検出装置は、温度測定法、医用サーモグラフィー、非破壊試験、放射検出を含む多数の用途および装飾用に配置することができる。これらの例は、D G McDonnellのサーモトロピック液晶、応用化学に関するクリティカルレポート，Vol. 22, edit. G W Gray, 1987 pp 120-44に見られる；この参考文献は、サーモクロミックコレステリック液晶の概説も含む。
一般に、市販のサーモクロミック用途には、低融点、短いピッチの長さおよび必要とされた温度検出領域のすぐ下にスメクチック転移を有する混合物の製剤を必要とする。好ましくは、混合物または物質は、低融点および高スメクチック−コレステリック転移温度を維持しなければならない。
一般に、サーモクロミック液晶装置は、透明な支持基板とブラック吸収層との間に挟まれたコレステロゲンの薄膜を有する。製造法の１つは、ポリマーに封入することにより液晶を有する‘インク’を製造する工程およびそれを支持基板に施す印刷技術を用いる工程を必要とする。インクの製造方法は、ゼラチンマイクロカプセル化、米国特許第3,585,318号及びポリマー分散液、米国特許第1,161,039号および同第3,872,050号が含まれる。コレステリック液晶の良好に配向した薄膜構造を調製する方法の１つは、２枚のエンボスプラスチックシート間に液晶をラミネートすることを含む。その手法は、英国特許第2,143,323号に記載されている。
アキラルホストとキラルドーパントを混合することにより製造される強誘電性スメチック液晶物質は、傾いたキラルスメクチックＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫ相の強誘電性を用いる。キラルスメクチックＣ相はＳｃ*を示し、*はキラリティを示す。Ｓｃ相は、一般的には、最少の粘性であるので最も有効であると考えられる。強誘電性スメクチック液晶物質は、理想的には次の特性：低粘度、制御可能な自発分極（Ｐｓ）および周囲温度を含まねばならない広範囲の温度にわたって持続しかつ化学的および光化学的安定性を示すＳｃ相を有する。これらの特性を有する物質は、超高速スイッチング液晶含有装置の見込みがある。強誘電性液晶の用途は、J S Patel & J W Goodby, Opt. Eng., 1987, 26, 273に記載されている。
強誘電型液晶装置においては、分子は印加電場の極性によって異なる配向方向間でスイッチする。これらの装置は、双安定性を示すために配列され、他のスイッチ状態にスイッチされるまで２つの状態のうちの１つに維持される傾向がある。かかる装置は、表面安定化強誘電装置と呼ばれ、例えば、米国特許第5061047号、同第4367927号および同第4563059号に記載されている。この双安定性は、極めて大きく複雑な装置の多重アドレス指定を可能にする。
共通多重表示は、例えば、文字数字の表示についてはＸ、Ｙマトリックスフォーマットに配列した表示素子、即ち、画素を有する。一連のけた電極として一方のスライド上に電極をつくり一連の列電極としてもう一方のスライド上に電極をつくることによりマトリックスフォーマットが設けられる。各けたと列間の交差がアドレス可能素子または画素となる。他のマトリックスレイアウト、例えば、７バー文字数字表示も既知である。
異なる多くの多重アドレス指定スキームがある。共通の特徴は、配列の各列またはラインにストローブ電圧と呼ばれる電圧を印加することを含む。各列に印加したストローブと同時にデータ電圧と呼ばれる適切な電圧が全けた電極に印加される。別個のスキーム間の差異は、ストローブとデータ電圧波形の形にある。
他のアドレス指定スキームは、英国特許第2,146,473-A号；同第2,173,336-A号；同第2,173,337-A号；同第2,173,629-A号；国際出願第89/05025号；Haradaら1985 S.I.D Paper 8.4 pp 131-134; Lagerwallら1985 I.D.R.C. pp 213-221; P MalteseらProc 1988 I.D.R.C. pp 90-101強誘電型ＬＣ表示パネル用高速アドレス指定に記載されている。
物質は、逆符号の２つのストローブパルスによってデータ波形と共に２つの状態間でスイッチされる。また、物質を一方の状態にスイッチするように帰線消去パルスが用いられる。周期的に帰線消去パルスとストローブパルスの符号が交互になって正味d.c.値が維持される。
これらの帰線消去パルスは、通常ストローブパルスより印加の振幅と長さが大きくなるので２つのデータ波形がいずれかの交差に印加されるかに無関係に物質がスイッチする。帰線消去パルスは、ストローブの前方のラインバイアスによってラインに印加されるか、全表示が一度に妨害されるか、ライングループが同時に妨害される。
強誘電型液晶技術の分野においては、装置から最高の性能を得るために具体的な種類の装置に最も適した強誘電性スメクチック特性を有する物質を与える化合物の混合物を用いることが重要であることは周知のことである。
パルス電圧曲線に対する応答時間を考慮することにより装置の速度が評価される。この関係は、具体的な印加電圧（Ｖmin）におけるスイッチング時間（ｔmin）の最少を示すことができる。Ｖminより大きいまたは小さい電圧においてはスイッチング時間はｔminより長い、電圧曲線に対する応答時間が最小の装置が他の強誘電型液晶装置よりコントラストが大きく高いデューティ比で多重動作されることは十分に理解される。低電圧源と高速フレームアドレス再生速度を用いて装置を動作することができるように各々低印加電圧および短パルス長で前記電圧曲線に対する応答時間の最小が生じることは好ましいことである。
強誘電型装置に含まれる場合にそのような最小を可能にしない既知の典型的な物質（物質は適切な液晶特性を有する化合物の混合物である）はSCE13およびZLI-3654（共にMerck UK Ltd製,ドーセット州プール）として知られる市販の物質が含まれる。そのような最小を示す装置は、ＰＣＴ／英国第88/01004号に従い市販のSCE8(Merck UK Ltd)のような物質を用いて作られる。従来技術の物質の他の例は、ＰＣＴ／英国第86/00040号、同第87/00441号および英国特許第2232416B号に例示されている。
ポリマーの基本的な構造ブロックである単位はモノマーと呼ばれる。
重合法、即ち、成分モノマーからのポリマーの生成は一般に一様な分子量のポリマーを生成せず、むしろ生成されるものは分子量の分布である。ポリマー試料を述べるためにポリマー中の平均モノマー数を述べることが必要である。これは重合度(D.P.)と呼ばれる。ポリマー分子の大部分がこの平均値とどのくらい異なるかによって（または分子量の広がりを述べることは）多分散度と呼ばれる。
Ｍn‐数平均分子量およびＭw‐重量平均分子量を含むある試料のゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）から多数の異なる平均分子量が引き出される。D.P.を算出するために用いられる数値は通常Ｍnであり、多分散度は通常Ｍw／Ｍnとして定義される。
ポリマーは異なる種類のモノマーから製造され、その場合のポリマーはコポリマーと呼ばれる。２種類のモノマーがランダム方式で結合される場合にはそのポリマーはランダムコポリマーと呼ばれる。２つのモノマーが最初に１種類の短い配列を生成してから結合して最終ポリマーを生成する場合にはブロックコポリマーが生じる。モノマーの一方の短い配列がモノマーのもう一方からなる長い配列に側鎖として結合する場合にはポリマーはグラフトポリマーと呼ばれる。
液晶（ＬＣ）ポリマーにおいては、モノマーは実質的に２つの方法で共に結合される。ポリマーの液晶部分またはメソゲン単位は主鎖型ＬＣポリマーを生じるポリマー骨格の一部である。また、メソゲン単位はペンダント基としてポリマー骨格に結合される。即ち、ポリマー骨格から伸びている。これは側鎖型ＬＣポリマーを生じる。これらの異なる種類のポリマー液晶を下記に模式図で示す。メソゲン単位は矩形で示される。
既知の液晶ポリマー（ＬＣＰ）は液晶ポリアクリレートである。ＬＣＰは既知であり電気光学用途、例えば、パイロ電気装置、非線形光学装置および光メモリ装置に用いられる。例えば、英国特許第2146787号およびMakromol. Chem. （1985）186 2639-47を参照されたい。
下記式のような側鎖型液晶ポリアクリレートは、Polymer Communications (1988), 24, 364-365に記載されている。
下記式のような側鎖型液晶ポリクロロアクリレートはMakromol. Chem. Rapid Commun. (1984), 5, 393-398に記載されている。
ＰＣＴ／英国第94/00662号には、特に、新規な液晶ポリマーの範囲をつくるバイリス・ヒルマン反応の使用が記載されている。
英国特許出願第9203730.8号には、下記の反復単位を有するポリアクリレートホモポリマーまたはコポリマーの調製方法が記載されている。
液晶ポリマーにおける主な課題の１つは、装置内で配向させることが非常に難しいことである。実質的には液晶ポリマーを配向するために２つの手法が用いられてきた。下記に詳述される低モル質量液晶と同様の方法で液晶ポリマーを配向させようとすることが可能である。また、せん断のような機械的手法も用いられる。典型的には機械的せん断はホットローラー上で行われ、この手法は一般的には可撓性基板にのみ適している。ガラススライド間で試料をせん断することは可能であるが、ガラススライドは従来の方法では封入されない。
ＬＣＤの材料と組立法,Morozumi, Liquid Crystals Applications and uses, vol. 1 Ed. Bahadur, World Scientific Publishing Co, Pte. Ltd, 1990 pp 171-194およびその中の参考文献にはタイトルが示すように液晶装置の組立方法が述べられている。
低モル質量液晶を配向させる手法は、典型的には、次の通りである。透明電極を基板の表面上に作る。基板は、典型的には、ガラス、例えば、ガラススライドでできている。ねじれネマチックまたは超ねじれネマチック装置においては、例えば、配向処理が双方の基板に必要である。液晶分子を配向させるために薄い配向層を堆積させ、典型的には、有機あるいは無機配列層が用いられ、例えば、蒸着によって堆積したＳｉＯは典型的な無機配向層である。配向層をつくる方法は、表面を生地または布で擦ることを必要とする。層の表面配向にポリイミドも用いられる。ポリイミドを、電極をもつ基板にスピナで被覆し、次に、硬化して約５０nm厚の層を形成する。次に、各層表面を適切な物質で実質的に一方向に繰り返し擦る。液晶分子がその層上に堆積する場合には擦ることによってつくられた方向に自動的に配向する。分子が小さなプレチルト角を有する場合には典型的には２〜３°がたいてい好ましい。より大きいプレチルト角がしばしば必要である。
次に、２枚の基板を、例えば、接着剤によって共に固定し、材料を隔置することにより別々に維持する。これにより一様で正確な間隔が得られる。典型的な接着剤は、エポキシ樹脂である。この封入材料は、通常、予備硬化される。次に、電極が正確に配列されて、例えば、表示画素となる。次に、セルを、例えば、１００〜１５０℃で硬化する。この時点で、空液晶セルが完了する。
この時点でセルに液晶物質を充填する。液晶セルの封入面積の開口はどちらかといえば小さいのでセルを、例えば、真空チャンバ内で減圧にし、ガス圧を介して液晶物質をセル内に進める。封入面積中１以上の孔が用いられる。空セルを真空チャンバ内に入れてから真空チャンバをポンプで排気する。セルを減圧した後にシーラントの開放領域を液晶物質に浸漬し、真空チャンバを標準圧にもどす。毛細管現象の結果として液晶物質がセルに引きつけられ、圧力を高めるために外部ガスが加えられる。充填処理の完了時にシーラントの孔に蓋をし、セルを液晶物質のクリア点より高い温度で硬化して液晶分子配向を安定にしかつキャップ物質を硬化する。
ポリマー液晶分子は、低分子量液晶物質より粘性である傾向があり、配向させることも装置に充填することも難しい。低分子量を有する液晶ポリマーのみセルにフロー充填され、約３０または４０反復単位より大きい重合度に達するとほとんどの液晶ポリマーが粘性になるのでフロー充填セルが非常に困難である。液晶ポリマーを試みかつ配列するために非常に緩慢な冷却が必要であり、これにより常に配向の一様性が不十分になる。
液晶分子の不十分な配向は、一般に必要とされる高速スイッチング高コントラスト物質および装置をもたらさない。
上記の手法は、スメクチック中間相、例えば、強誘電体を表示および使用する液晶物質を用いる装置を含む多くの液晶物質に適している。適切な配向手法は、英国特許第2210469B号にも見られる。
強誘電性液晶混合物を含む装置は、高速スイッチング時間（１００μSより高速）を示すことができる。Clark & Lagerwall, Appl. Phys. Lett.,36, 89, 1980.双安定であることは同時ライン走査法を用いて高レベルで多重化されることを意味する。強誘電性物質は、高解像度フラットパネルディスプレイでの用途のために多量の調査研究を受け続けている。液晶物質を含む装置の重要な特徴は、高速応答時間を示さなければならないことである。応答時間は多くの要因に依存し、１つはＰｓと表される自発分極である（nC cm-2として測定）。液晶混合物にキラルドーパントを加えることにより、Ｐｓ値が高くなり装置の応答時間を減少させる。アキラルホストとキラルドーパントを混合することにより生じる強誘電体スメクチック液晶物質は、傾いたキラルスメクチックＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫ相の強誘電性を用いる。キラルスメクチックＣ相はＳC *と示され、*はキラリティを示す。ＳC *相は、一般的には、最高速スイッチングであるので最も有効であると考えられる。液晶物質を含む装置の表面配向を援助するために材料はキラルスメクチック相より高い温度で長ピッチキラルネマチック相（Ｎ*と示される）とＳA相を示さなければならないことが望ましい。強誘電性スメクチック液晶物質は、理想的には次の特性：周囲温度を含まねばならない広範囲温度にわたって持続しかつ化学および光化学安定性を示す低粘度の制御可能なＰｓおよびＳC *相をもたねばならない。これらの特性を有する物質は、超高速スイッチング液晶含有装置に見込みがある。
強誘電型ＬＣＤ,Dijon, Liquid Crystals Applications and Uses, vol.1 Ed.Bahadur, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 1990 pp 350-360およびその中の参考文献には、低モル質量物質のスメクチック相の配向法が述べられている。セルの充填は、スメクチック相の粘性のために等方相またはネマチック相にのみ可能であると考えられる。一般的には、下記の相配列を有する物質が良好な配向を示す。
１以上の既知の電気光学装置を含む装置に用いられることを可能にする性能を有する新規な液晶ポリマーが依然として求められている。
本発明によれば、下記一般式Ｉを有する物質が提供される。
ｍ＝少なくとも５；
Ｘ3およびＸ4は独立して式ＩＡより選ばれる：
ＺはＯ、Ｓ、共有単結合、ＣＯＯ、ＯＣＯより選ばれる；
ＹがＣＨ2の場合にはｎは０であってもよい；
Ｘ3およびＸ4はまた独立してＨ、ＯＨ、ＯＣＯＲ1、ＣＯＯＨ、ＣＯ2Ｒ1、（ＣＨ2）pＯＨ、（ＣＨ2）pＣＯ2Ｈ、−（ＣＨ2）pＯＲ1または−（ＣＨ2）pＣＯ2Ｒ1より選ばれ、ｐ＝１〜２０、Ｒ1＝ＨまたはＣ1-16アルキルである；
Ｒ1＝Ｃ2-16アルキルの場合にはＣＨ3末端基はＢｒまたはＣｌで置換されていてもよい；但し、Ｘ3とＸ4の少なくとも１つは式ＩＡより選ばれる。）
メソゲン基は、下記の一般構造ＩＩから定義される。
ＺはＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、ＮＯ2、Ｒ、ＯＲ、ＣＯ2Ｒ、ＣＦ3、ＯＯＣＲ、ＮＣＳ、ＳＣＮＬより選ばれ、ここで、Ｒ＝炭素原子１〜１６個を含む直鎖または分枝鎖アルキルであり、１個以上のＣＨ2非隣接基はＣＨ（ＣＮ）、ＣＨ（ＣＦ3）、ＣＨ（Ｃｌ）、ＣＨ（ＣＨ3）でキラルまたは非キラルとして置換されていてもよい場合を含む；
但し、存在する全環数は４より大きくない；
Ｗ1およびＷ2は独立してＣＯＯ、ＯＣＯ、単結合、ＣＨ2ＣＨ2、ＣＨ2Ｏ、ＯＣＨ2、Ｏ、Ｓ、ＣＨ＝ＣＨ、Ｃ≡Ｃより選ばれる。）
本発明の別の態様によれば、液晶ポリマーは適切に機能化されたジエンの環化により合成される。
本発明の別の態様によれば、式■の液晶ポリマーおよびその類縁体は下記の一般式ＩＩＩの環化により合成される。
ＺおよびＺ1は独立してＨ、ＣＨＯ、ＣＯＣＨ3、ＣＯ2Ｈ、ＣＮ、ＣＦ3、Ｆ、ＣＯ2Ｒ、Ｃｌより選ばれ、ここで、Ｒはキラル鎖を含み炭素原子４〜１２個を含む直鎖または分枝鎖アルキル基、または脂肪族環または芳香族環または適切に機能化されたメソゲン側鎖基である。）
式ＩＩＩの類縁体は、式Ｉの化合物を製造するために用いられる。
本発明によって記載された液晶ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーを含む既知の種類のいずれかとすることができる。
式ＩＡのＹは、ＣＨＯＨとすることができ、そのＯＨ基は架橋剤の結合点として用いられエラストマーを生成する。
ここで、本発明は、下記の図面に関して具体例によって記載される。
図１は、エステル結合ＬＣＰの合成スキームである。
図２は、エーテル結合ＬＣＰの合成スキームである。
図３は、逆エステル結合ＬＣＰの合成スキームである。
図４は、ヒドロキシル化スペーサ基ＬＣＰの合成スキームである。
図５は、フッ化スペーサ基ＬＣＰの合成スキームである。
図６は、直接付加ＬＣＰの合成スキームである。
図７は、本発明によって記載された化合物のキラル分離を示すスキームである。
図８は、バイリス・ヒルマン反応：二重付加から誘導されたポリ（1.5−ヘキサジエン）を示すスキームである。
図９は、バイリス・ヒルマン反応：一重付加から誘導されたポリ（1,5−ヘキサジエン）を示すスキームである。
図１０は、液晶装置を示す図である。
図１１は、パイロ電気装置を示す図である。
図１２および図１３は、本発明の物質が組込まれる異なる比率で描かれた反射空間光変調器を示す各々正面図および断面図である。
下記の試薬を図１〜図９に用いた。スキーム１〜９は、各々図１〜図９に関連する。
スキーム１
a/ＤＣＣ，ＤＭＡＰ[1]
c/重合,lrgacure 184,UV
スキーム２
a/ＴＢＡＢ，ＫＯＨ，ＴＨＦ［3］
c/重合，irgacure 184, UV
スキーム３
a/(i) n-ブチルリチウム,ＴＨＦ；(ii)ＣＯ2,(iii)Ｈ2Ｏ,Ｈ+[4]
b/ＤＣＣ，ＤＭＡＰ[1]
c/Ｋ2ＣＯ3,ブタノン[2]
c/重合,Irgacure 184,UV
スキーム４
a/Ｍｇ,エーテル[5]
b/ＨＣＯ（ＣＨ2）nＯＴＢＭＰＳ[5]
c/ＴＢＤＰＳ−Ｃｌ,ＣＨ2Ｃｌ2,Ｅｔ3Ｎ[6]
d/ＴＢＡＦ,ＴＨＦ,ＣＨ2Ｃｌ2[7]
e/ＨＯ−メソゲン,ＤＥＡＤ[8]
f/希ＨＣｌ[9]
c/重合,Irgacure 184, UV
スキーム５
a/ＤＡＳＴ[10]
b/重合,Irgacure 184, UV
スキーム６
a/-ＯＥｔ,Ｂｒ（ＣＨ2）nＢｒ[11]
b/ＢＨ3エーテル[12]
c/ＰＤＣ[13]
d/Ｋ2ＣＯ3,ＭＥＫ[2]
e/Ｐｈ3Ｐ＝ＣＨ2ウィッチヒ反応[13]
f/重合,Irgacure 184, UV
スキーム７
a/キラル分割剤、例えば、Ｏ−メチルマンデル酸（+）または（-）[14]
b/ＮａＯＨ,エタノール／水[2]
c/スキーム１,工程(a)および(b)およびまたはスキーム２,工程(a)および（b）を参照
d/重合,Irgacure 184, UV
スキーム８
a/3-キヌクリジノール[10]
b/スキーム７工程c/を参照
c/重合,Irgacure 184, UV
スキーム９
a/ＰＤＣ[14]
b/ＣＨ2ＣＨＸ,3-キヌクリジノール,ここで、ＸはＣＮ,ＣＯＣＨ3またはＣＯ2ＣＨ3より選ばれる[10]
c/メソゲン−Ｏ（ＣＨ2）nＣＯＯＨ／ＤＣＣ／ＤＭＡＰまたはメソゲン−Ｏ（ＣＨ2）n−Ｂｒ／ＮａＨ
d/重合
ここで、
ＤＣＣ＝ジシクロヘキシルカルボジイミド
ＤＭＡＰ＝ジメチルアミノピリジン
ＴＢＡＢ＝テトラブチルアンモニウムブロミド
ＴＢＭＰＳ−Ｃｌ＝t-ブチルメトキシフェニルシリルクロリド
ＴＢＤＰＳ＝t-ブチルジフェニルシラン
ＴＢＡＦ＝テトラブチルアンモニウムフルオリド
ＰＤＣ＝ピリジニウムジクロメート
ＭＥＫ＝メチルエチルケトン
ＤＡＳＴ＝ジエチルアミノスルファトリフルオリド
角括弧［］の数字は、適切な合成工程に関する情報が見られる下記の参考文献を意味する。
［1］Boltonら，Liq Cryst, 12(2), 305, 1992.
［2］Lewthwaiteら，J. Mater Chem, 3(3), 241, 1993.
［3］Takaharaら,Heterocycles, 12, 11, 1979.
［4］Seedら，J. Mater Chem 5(1), 1, 1995.
［5］Vogel's textbook of Practical Organic Chemistry, 5th Edit., Longman,534-6.
［6］Hanessianら，Can J. chem, 53, 2975, 1975.
［7］Guindonら，Tetrahedron Lett, 25, 4717, 1984.
［8］Boothら，J Mater Chem, 4(5), 747, 1994.
［9］Overmanら，Tetrahedron Lett, 27, 4391, 1986.
［10］Hallら，Supramolecular Science, 1(1), 21, 1994.
［11］Petragnaniら，Synthesis, 521, 1982.
［12］Lane, Chem Rev, 76, 773, 1976.
［13］Villierasら，Synthesis, 924, 1982.
［14］Caneyら，Tet Letts, 399, 1979.
スキーム１〜９に用いられる試薬は、チバガイギーから市販されているイルガキュア(Irgacure)184以外はアルドリッヒから市販されている。スキーム１〜９に示される化合物の調製については引用文献に示されている実験の詳細をわずかに変更した。全ての物質の構造は、1Ｈｎｍｒ(JEOL JNM-GX 270MHz 分光計)を含むｎｍｒ分光法、赤外線スペクトル法(Perkin-Elmer 457回折格子分光計およびPerkin-Elmer 783格子分光光度計)および質量分析法の組合わせによって確認した。化合物の純度は、ｔｌｃ（シングルスポット）および／またはｈｐｌｃ（５μm，２５×０．４６cm, ODS Microsorbカラム，メタノール，＞９９％）で調べ、ポリマーの純度はｇｐｃ［５μm，３０×０．７５cm，２×混合D PLカラム，ポリスチレン標準を用いて検定した（Mp=1000-430500），トルエン；モノマーは存在しない］で調べた。
転移温度は、オリンパス753偏光顕微鏡と連結したメットラーFP5高温段階および制御ユニットを用いておよびＤＳＣ（Perkin Elmer DSC 7）で測定した。物質の相挙動を光学顕微鏡（メットラーFP5高温段階および制御ユニットと連結したオリンパス753偏光顕微鏡）およびＸ線回折（ブリストル大学）の組合わせで求めた。
ジエンの一般重合法を下記に示す。
乾燥ジクロロメタン（3ml）中ジエン（０．００４４モル）とIrgacure 184光開始剤（Ciba-Geigy）（０．０９ミリモル）の溶液をガラスプレート（１８×２５cm）上に拡散し、溶媒を蒸発してモノマーと光開始剤の薄膜を得た。その薄膜にＵＶＡ太陽灯(Philips)からの紫外線を６時間照射した。得られたポリマーを、メタノールを加えてジクロロメタンから沈殿させることにより精製し、遠心分離（５００rpm３０分間）で分離した。モノマー前駆体が完全に除去されるまで（ｔｌｃシリカゲル、ジクロロメタン）精製手順を繰り返した。次に、ポリマーを乾燥ジクロロメタン（５ml）に溶解し、得られた溶液を石油画分（bp 40-60℃）に激しく攪拌しながら滴下した。生じた白色沈殿をろ過で回収し、石油画分（bp 40-60℃）（２×５０cm3）で２回洗浄し、乾燥ジクロロメタン（５cm3）に溶解した。次に、この溶液を０．５μmメンブランフィルターに通過させ、溶媒を除去してポリマーをガラスとして得た。それを減圧下５０℃で６時間乾燥した。
下記の実験の詳細は、環状ポリ（1,5−ヘキサジエン）がどのように製造されるかを具体例によって示すものである。
下記の化合物（１〜７）は、本発明に従って合成した具体例である。
液晶装置は、２枚の透明プレート１および２、例えば、ガラスから作られたプレートからなる。これらのプレートは、透明な伝導性電極３および４で内面上に被覆される。配向相5,6は、セルの内面に導入されるので液晶物質をつくる分子の平面配向はガラスプレート１および２にほぼ平行である。これは、ガラスプレート1,2を伝導性電極で完全に被覆することにより行われるので各けたと列間の交差はアドレス可能素子または画素のx, yマトリックスをつくる。ある表示型については配向方向は直交である。セルをつくる前に、層5,6を布（例えば、ベルベットからつくられた）で覆ったローラで一定方向に擦り、摩擦方向はセルをつくる際に平行に整えられる（同一または逆方向）。スペーサ７、例えば、ポリメチルメタクリレートのスペーサは、ガラスプレート１および２を適当な距離、例えば、２ミクロンに分ける。液晶物質８は、ガラスプレート1,2間にそれらの間の空間をふさぐことにより導入される。これは、標準法を用いてセルをフロー充填することにより行われる。スペーサ７は、既存の手法を用いて減圧下で接着剤９で密閉される。偏光子10,11は、セルの前後に配置される。
配向層は、摩擦、斜蒸着またはポリマー配向層を使用することによる上記のような標準表面処理法の１種以上によって１以上のセル壁に導入される。
代替的実施態様においては、配向層が上にある基板を加熱およびせん断して配向を誘導するかまたは配向層を有する基板をガラス転移温度より高く等方相転移までの液晶より低く印加電場と共に熱的にアニールする。組合わせは、更に、これらの配向手法の組合わせを必要とする。これらの組合わせにおいては配向層が必要としないものがある。
装置は、伝達モードまたは反射モードで動作することができる。前者では、装置を通過する光、例えば、タングステン球からの光は選択的に透過または遮断されて所望の表示を生じる。反射モードにおいては、ミラーまたは拡散反射鏡（１２）が第２偏光子１１の後ろに配置されて周囲光をセルおよび２つの偏光子まで逆に反射する。ミラーを部分的に反射させることにより装置は伝達モードと反射モードの双方で動作することができる。
配向層5,6は、２つの機能を有し、１つは液晶分子を好ましい方向で接触させて配向させることおよびもう１つは数度、典型的には約４または５°のこれらの分子に対する傾き−いわゆる表面の傾き−を与えることである。配向層5,6は、セル壁上に数滴のポリイミドを入れ一様な厚さが得られるまで該壁を回転させることにより形成される。次に、ポリイミドを所定の温度まで所定の時間加熱することにより硬化した後、ナイロンクロスで被覆したローラで一方向に摩擦する。
代替的実施態様においては、単一偏光子および染料が組合わせられる。
セルに導入される際の液晶物質８は、液晶ポリマーからなってもよく、液晶モノマーと光開始剤からなってもよい。ポリマーの分子量を制限する試薬、例えば、連鎖移動剤を含んでもよく、熱開始剤を含んでもよい。
モノマー材料は、標準法を用いて重合する前に、例えば、等方相まで加熱し等方相からまたはネマチックまたはキラルネマチック相のような液晶相から冷却することにより配向される。また、液晶ポリマーは、表面力、せん断配向または電場配向の使用を含む１種以上の手法によって配向されることも可能である。
重合後に若干量のモノマー物質がなお残っていることも可能である。重合性基をもたない未反応モノマーまたは低モル質量添加剤であってもよい。
重合は、既知の手法のいずれかを用いて行われる。例えば、モノマー物質と開始剤は、紫外線に曝露され、モノマーおよび／またはポリマーの一定相内で重合を可能にするように熱が加えられる。
また、重合プロセスは、熱および熱開始剤の存在下に行われる。しかしながら、この手法が用いられる場合にはモノマー材料の液晶相に相当する温度で行われることが好ましい。
その場重合は、英国特許出願第9420632.3号に記載されており、液晶ポリマーの分子量を制御するための連鎖移動剤の使用も記載されている。上述したように本発明の混合物中に連鎖移動剤を存在させることもできる。英国特許出願第9514970.4号には、陽イオン光開始剤の存在下のその場重合が記載されている。
式Ｉの化合物および式Ｉの化合物を含む混合物によって記載された化合物の多くは液晶挙動を示し、液晶装置に有効に用いられる。かかる装置の例としては、光学装置およびエレクトロ光学装置、磁気光学装置および温度変化および全圧または分圧変化のような刺激に応答する装置が挙げられる。式Ｉの化合物は、少なくとも２種の化合物を含む混合物が含まれる。典型的な混合物としては、式Ｉの化合物からなる混合物および式Ｉの少なくとも１種の化合物と式Ｉでない少なくとも１種の化合物を含む混合物が含まれる。
レーザビームを用いて物質の表面を走査するためにまたはそれに書き込んだ痕跡を残すレーザアドレス用途の物質が提案されている。様々な理由でこれらの物質の多くは可視領域が少なくとも部分的に透明な有機材料からなっている。その手法は、局部的加熱を引き起しレーザビームとの接触領域において透明物質の光学的性質を変えるレーザエネルギーの局部的吸収によるものである。従って、ビームが該物質を横切るので、その経路の書き込んだ痕跡が後ろに残る。これらの用途の最も重要なものの１つは、レーザアドレス光メモリ装置、および光が物質を含有するセルを通って進みかつスクリーンに投射されるレーザアドレス投射表示である。かかる装置は、Khan Appl. Phys. Lett. vol.22, p111, 1973; Harold & Steele, Proceedings of Euro display 84, p29-31, Sep.1984,フランス国パリに記載されており、その装置内の物質はスメクチック液晶物質であった。光メモリ媒体として液晶物質を用いる装置は、重要な装置である。半導体レーザ、特にＧａXＡｌ1-XＡｓレーザ（ｘは０〜１であり、好ましくは1である）の使用は、見ることができずビジュアルディスプレイを妨害することができないが明瞭な強い熱エネルギーを有効に供給することができるので上記用途に評判がよい。ガリウムヒ素レーザは、約８５０nmの波長のレーザ光を供給し、上記の用途に有効である。Ａｌ含量が増すにつれて（ｘ＜１）、レーザ波長は約７５０nmまで低下することがある。レーザまたは短い波長を用いることにより記憶濃度が高められる。
本発明の化合物は、光メモリ媒体として適切であり、レーザアドレス装置、例えば、光記録媒体において有用な染料と組合わせられる。
本発明に記載された物質のスメクチックおよび／またはネマチック特性が利用される。例えば、本発明の物質は強誘電性混合物および装置に用いられる。
本発明の化合物は、また、パイロ電気装置、例えば、検出器、ステアリングアレーおよびビジコンカメラに用いられる。
図１１は、本発明の物質が組込まれる単純なパイロ電気検出器を示す図である。
パイロ電気検出器は、電極プレート1,2からなり、少なくとも１つはピクセル化される。動作上、該検出器は放射線Ｒ、例えば、赤外線に曝露され、電極によって吸収される。これにより、温度の上昇がもたらされ、導電によりパイロ電気物質層３に伝達される。温度の変化により熱膨張が引き起こされ、電荷が生じる。この電荷の変化は、電荷出力と比較した場合に温度変化と共に自発分極、Ｐｓが変化するために一般に小さい。これにより、一次パイロ電気効果が構成される。電荷の変化により、電極間の電位差の変化がもたらされる。各画素についての電荷が読み取られ、生じたシグナルが、例えば、ビデオモニタおよび赤外走査のビジュアルイメージの走査回路を変えるために用いられる。
本発明に記載された物質の選択的反射特性は、本発明の物質をインクおよび塗料に用いられることを可能にし、偽造防止動作に有効である。また、いわゆるセキュリティーインクに用いられる。他の用途としては熱制御処理が含まれ、、例えば、赤外線を反射するために１枚以上の窓に適用されるコーティングに含まれる。
図１２および図１３に示される空間光変調装置は、液晶セル１を含む、典型的には２枚のガラス壁２および３および０．１〜１０μm、例えば、２．５μm厚のスペーサ４でつくられる。壁の内面は、可変電圧源７に接続された薄い酸化インジウムスズ透明電極5,6を備えている。電極5,6の上面には、例えば、後に詳細に記載される摩擦したポリイミドの表面配向層8,9がある。他の配向方法、例えば、ＳｉＯ2の蒸着のような非摩擦方法も適切である。液晶物質層１０は、壁2,3とスペーサ４の間に封入される。セル１の前方に線形偏光子があり；セル１の後方に四分の一板１２（これは任意である）およびミラー１３がある。線形偏光子の一例は、偏光ビームスプリッターである（ここでは図示されていない）。
本発明の化合物が組込まれる種々のエレクトロクリニック装置がある。例えば、上記の図１２および図１３においては、能動背面動作が用いられる。セルを形成する壁の１つは、シリコン基板、例えば、画素を動作するエレクトロ回路を有するウェハで形成される。
これらの装置の多くについては、セルに最適な厚さがあり、下記式で示される複屈折（Δｎ）に関係する。
Δn＝液晶物質の複屈折
m＝整数
本発明によって記載されたエレクトロクリニック装置を動作するのに適切な方法は、英国特許出願第2 247 972 A号に見られる。
本発明によって記載された装置の操作モードとしては、振幅変調あるいは位相変調が含まれる。同様に、反射モードまたは伝達モードでも装置が用いられる。
本発明の態様の物質は、既知の多くの液晶表示装置、例えば、キラルスメクチック電気光学装置に用いられる。かかる装置は、電極構造をもった２枚の隔置されたセル壁と液晶物質分子を配向させるために処理された表面間に含まれる液晶物質層を含むことができる。液晶混合物は、強誘電装置、サーモクロミック装置およびエレクトロクリニック装置を含む多くの用途がある。
本発明の化合物は、有効な液晶混合物を生成するために相互に混合される。また、他の液晶ポリマーまたは低モル質量非ポリマー液晶物質と共に用いられる。
本発明の物質が組込まれる適切な装置としては、ビームスチアラー、シャッタ、変調装置およびパイロ電気センサおよび圧電センサが含まれる。
本発明の物質は、多重化される強誘電型液晶装置のドーパントとしても有効であり、能動背面強誘電型液晶装置にも用いられる。本発明の物質は、ホスト物質としても有効である。本発明の物質は、１種以上のドーパントを含む混合物にも含まれる。
式Ｉの化合物は、有効な液晶組成物を形成するために広範囲のホスト、例えば、スメクチックホストと混合される。かかる組成物は、ある範囲のＰｓ値を有することができる。式Ｉの化合物は、１種以上のホストＶＩＩＩ殻ＸＩＩＩと混合される。これらの異なる種類のホストは一種に混合され、これに一般式Ｉの化合物が添加される。
典型的なホストとしては、下記の化合物が含まれる。
ＰＣＴ／英国第86/00040号に記載された、例えば、下記式ＶＩＩＩを有する化合物
欧州特許出願第84304894.3号及び英国出願第8725928号に記載された、例えば、下記式ＩＸを有するフルオロターフェニル化合物
英国出願第8905422.5号に記載された、例えば、下記式Ｘを有するジフルオロターフェニル化合物
国際出願第86/00087号に記載された、例えば、下記式ＸＩを有するフェニルピリミジン化合物
ドイツ、E. Merck Ltdから市販されているR. Eidenschinkら，Cyclohexanederivative mit Getilteneten Smektischen Phasen、第16回フライベルグ液晶会議、ドイツ、フライベルグp8に記載された、例えば、下記式ＸＩＩを有する化合物
Reiffenrathら，強誘電性液晶に関する第２回国際シンポジウム、スウェーデン、ゲテボルグ、1989年６月に記載された、例えば、下記式ＸＩＩＩを有するジフルオロフェニルピリミジン化合物
本発明の物質は、サーモクロミック装置、例えば、D.G. McDonnell、サーモクロミック液晶、応用化学に関するクリティカルレポート、Vol. 22, edit. G.W. Gray, 1987 pp 120-44およびその中の参考文献に記載された装置にも有効である。
Claims (16)
- 下記の一般式を有する物質。
（式中、Ｘ1およびＸ2は独立してＨ、ＣＮ、ＣＯＣＨ3、ＣＯ2ＣＨ3より選ばれる；
ｍ＝少なくとも５；
Ｘ3およびＸ4は独立して下記の式ＩＡより選ばれる；
ここで、ＹはＣＯＯ、ＯＣＯ、Ｏ、Ｓ、ＣＨＯＨ、ＣＨＦ、ＣＨ2より選ばれる；
Ｑ＝（ＣＨ2）n、ここで、１個以上の非隣接メチレンはＯで置換されていてもよく、ｎ＝１〜２０である；
ＺはＯ、Ｓ、共有単結合、ＣＯＯ、ＯＣＯより選ばれる；
ＹがＣＨ2の場合にはｎは０であってもよい；
はメソゲン基を表す；
Ｘ3およびＸ4はまた独立してＨ、ＯＨ、ＯＣＯＲ1、ＣＯＯＨ、ＣＯ2Ｒ1、（ＣＨ2）pＯＨ、（ＣＨ2）pＣＯ2Ｈ、-（ＣＨ2）pＯＲ1または-（ＣＨ2）pＣＯ2Ｒ1より選ばれ、ｐ＝１〜２０、Ｒ1＝ＨまたはＣ1-16アルキルである；Ｒ1＝Ｃ2-16アルキルの場合にはＣＨ3末端基はＢｒまたはＣｌで置換されていてもよい；但し、Ｘ3とＸ4の少なくとも１つは式ＩＡより選ばれる。） - 該メソゲン基が下記の一般構造ＩＩによって示される請求項１記載の物質。
（Ａ、Ｂ、Ｄは下記の環より選ばれる：
上記の環は用いうる置換位置の少なくとも１ヵ所に次の置換基の１個以上で置換されていてもよい：Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＣＨ3、ＣＮ、ＯＲ、ＲおよびＮＣＳ、ここで、ＲはＣ1-5分枝鎖または直鎖アルキルを示す；
ＺはＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、ＮＯ2、Ｒ、ＯＲ、ＣＯ2Ｒ、ＣＦ3、ＯＯＣＲ、ＮＣＳ、ＳＣＮより選ばれ、ここで、Ｒ＝炭素原子１〜１６個を含む直鎖または分枝鎖アルキルであり、１個以上のＣＨ2非隣接基はＣＨ（ＣＮ）、ＣＨ（ＣＦ3）、ＣＨ（Ｃｌ）、ＣＨ（ＣＨ3）でキラルまたは非キラルとして置換されていてもよい場合を含む；
但し、存在する全環数は４より大きくない；
Ｗ1およびＷ2は独立してＣＯＯ、ＯＣＯ、単結合、ＣＨ2ＣＨ2、ＣＨ2Ｏ、ＯＣＨ2、Ｏ、Ｓ、ＣＨ＝ＣＨ、Ｃ≡Ｃより選ばれる。） - 請求項１記載の化合物の少なくとも１種を含む液晶混合物。
- 請求項１記載の化合物の少なくとも１種を含む強誘電性液晶混合物。
- 請求項１記載の化合物の少なくとも１種を含むコレステリック液晶混合物。
- 請求項１記載の化合物のいずれかと下記の一般式を有する物質を含む液晶混合物。
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ12アルキルまたはアルコキシである。） - 請求項１記載の化合物のいずれかと下記の一般式を有する物質を含む液晶混合物。
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ12アルキルまたはアルコキシであり、ｘは１であり、Ｆは指定されたフェニル環について用いうる置換位置のいずれにあってもよい。） - 請求項１記載の化合物のいずれかと下記の一般式を有する物質を含む液晶混合物。
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ12アルキルまたはアルコキシである。） - 請求項１記載の化合物のいずれかと下記の一般式を有する物質を含む液晶混合物。
（式中、Ｒ1はＣ3〜Ｃ12アルキルであり、Ｒ2は一般式（ＣＨ2）n−ＣＨＸＣＨ2ＣＨ3（ｎは１〜５であり、ＸはＣＮまたはＣｌである）で示される。） - 請求項１記載の化合物のいずれかと下記の一般式を有する物質を含む液晶混合物。
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ1〜Ｃ15アルキルである。） - 請求項１記載の化合物のいずれかと下記の一般式を有する物質を含む液晶混合物。
（式中、Ｒ1およびＲ2は独立してＣ3〜Ｃ9アルキルである。） - 各々が電極構造をもちかつ少なくとも一方の面している表面上に配向層で処理された２枚の隔置されたセル壁を含み、液晶物質層が該セル壁間に封入された装置であって、請求項３、４、５のいずれかに記載された液晶混合物を組込んでいることを特徴とする装置。
- ２枚の隔置された電極および該電極間に封入された液晶物質の層を含むパイロ電気装置であって、請求項３記載の液晶混合物を組込んでいることを特徴とする装置。
- ２枚の隔置された電極および該電極間に封入された液晶物質の層を含む圧電装置であって、請求項３記載の液晶混合物を組込んでいることを特徴とする装置。
- 液晶電気光学表示装置であって、請求項３、４、５のいずれかに記載された液晶混合物を組込んでいることを特徴とする装置。
- 請求項１記載の化合物の１種以上および染料を含む記録層を含む光記録媒体。
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