JP3802084B2 - 液晶シロキサン化合物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶性を有するオリゴマーシロキサン化合物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
長い、あるいはロッド状の構造を有する化合物からなるモノマー液晶は、よく知られている。このような分子は、通常、永久的な電気的な双極子を含み、且つ容易に極性化可能な化学基を含むものであり、ネマティック（Ｎ）、カイラルネマティック（Ｎ＊）、スメクティック（Ｓ）およびカイラルスメクティック（Ｓ＊）のメソフェーズ（中間相ｍｅｓｏｐｈａｓｅ）を示すが、より低い温度に冷却すると、固体結晶への移行を示す。この液晶の固体結晶への移行は、液晶の秩序（ｏｒｄｅｒ）を破壊する。同様の液晶相を示すが、低温では、液晶状態から、粘度のあるまたはガラス状態への移行を受けることにより、液晶の秩序を維持する側鎖ポリマー材料も知られている。液晶相、またはメソ相は、位置および配列が秩序あるほとんど完全な立体構造と等方性の液体で秩序がランダムな状態との間で、種々の度合いの分子秩序の状態をしめす。
【０００３】
ネマティック相（Ｎ）において、すべての位置の秩序は失われ、分子の集合体（mass）の中心が、空間においてランダムに配置されるようになる。しかしながら、配列の秩序は、その長軸に平行である分子の統計的配列秩序が存在するように維持される。このような相は、機械的、電気的、光学的また磁気的な界（field）の適用により、その配列が変化する方向を有する。その方向をスイッチする能力は、例えばディスプレイまたはディスプレイの情報に使用され得るエレメントへの利用を可能にする。ネマティック相をベースにした液晶ディスプレイエレメントは、デジタル腕時計、計算機、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等のような電気光学的装置に幅広く使用されている。しかしながら、これらのディスプレイに現在用いられているネマティック液晶材料は、その双安定性（bistability）または記憶性能およびそれが高速度スイッチングに適用できないという問題があった。
【０００４】
カイラルネマチック（Ｎ＊）またはコレステリック中間相では、分子の秩序はネマチックにおけると同様の配列秩序で特徴付けられるが、この相では軸の方向が、最初のそれに対して垂直に連続的に変化し、螺旋状の軌跡になる。このメソフェーズでは、メソーゲン物質が光学的に活性であるか光学的に活性な添加物を有していて捻じれたまたはカイラルなネマチックメソフェーズを生成することが必要である。もし螺旋のピッチが可視光線の波長のオーダーであれば、このＮ＊相の特性は明るい選択的な色反射である。このようなカイラルネマチックメソフェーズは、僅かな温度変化で螺旋ピッチが変化し、それにより反射され伝達される光の色が変化するので、しばしばサーモグラフィー（thermography）に利用される。
【０００５】
スメクチック相（smectic phase）では、分子の秩序は、ラメラ（lamellar）構造を与える配列秩序と２つの度合いの方向秩序で特徴付けられる。この広いクラスの相には多くのタイプのスメクチック相があり、それらは、それぞれの層の分子の集合体（mass）の中心がランダムに配列しているかどうか（ＳＡ相のように）、それら自身秩序立っているかどうか（ＳＢ相のように）、ラメラ層が相互関係（correlated）をもっているか、または配列秩序（orientational order）が正常な層にたいしてある角度で傾斜しているかどうか（ＳＣ相）等によって異なる。スメクチック相は電気的、磁気的または光学的な界（field）によって整列し、装置に記憶性または情報蓄積の能力を与える。低分子量の化合物の場合には、この記憶効果は機械的に脆弱であり、ポリマーの場合には、この記憶は強いが応答時間は大分遅い。
【０００６】
カイラルスメクチック相（ＳＣ＊）においては、配列秩序は通常、正常な層に対し傾斜している（ＳＣ相のように）。しかし、配列の方向は正常な層の軸に対して連続的に変化し、コルクスクリュウのような螺旋の軌跡をつくる。この層の中の配列秩序のタイプに応じて、種々のカイラルスメクチック相が存在する。このカイラルメソフェーズは、通常、フェロエレクトリック性（ferroelectric properties）を有している。そして、このようなカイラルメソフェーズ（いわゆるフェロエレクトリック）を有する液晶ディスプレイ素子は、１０マイクロ秒のオーダーの高速応答の能力と記憶性を有している。
【０００７】
カイラルおよび非−カイラルネマチックまたはスメクチック構造を有する低分子集合体（low molar mass）液晶は知られており、その電気的性質によりは多くの技術的用途が、とくに光−電子分野にみいだされている。しかしながら、これまで知られている材料は、その働きに限界があり、最終的な用途を制限している。
【０００８】
最近、常温での使用に適した電子−光特性を有する低分子集合体（ＬＭＭ）液晶に関する研究が多くなされている。１つの非常に求められている性質は、速い電子−光スイッチングであり、このスイッチング時間は協働する分子の再配列に依存するので、平均粘度が低い比較的に小さな分子の合成が注目されている。しかしながら、広範囲の材料が調製されたにもかかわらず、シアノビフェニル類の化合物の発見で電子−光装置が確立されたのは、極めて最近のことである。低温においては、これらの化合物は結晶相を示してメソモルフィックフェーズ（mesomorphic phase）内での応答を制限し、該メソフェーズから結晶相への冷却により導入された秩序を破壊する。ＬＭＭ液晶は、例えばスメクチック相中に導入された秩序を蓄積するのに使用されてきたが、いかに述べるような多数の欠点がある：
【０００９】
１．スメクチック相に蓄積された情報が、機械的または熱的なストレスにより、容易に失われる；
２．冷却して固有の結晶相となるとき、導入された秩序を破壊する；
３．光伝達または散乱の制御の度合いが異なったものが生成することによるグレイスケーリング（grey scaling）；
４．等方性の相から冷却する際におこる配列の制御の困難性。これは、この材料が一般的に垂直配向（ホメオトロピックhomeotropic）に整列する傾向がある、すなわち、基体に主として平行になり光学的なコントラストの高い状態ではなくて、基体に垂直に配向するようになりがちだからである。
【００１０】
【発明が解決すべき課題】
以上のような欠点を克服する材料が求められている。そこで本発明の目的は、シロキサン含有構造の材料およびこれを含有する混合物で、広範囲の光−光、磁気−光、電子−光、および機械−光、熱−光 記憶及び非記憶装置に組み込まれることのできる新規な低分子集合体液晶材料を提供することである。
【００１１】
シロキサン含有液晶ポリマーで、メソゲンが側鎖としてあるものは、米国特許第４，３５８，３９１号、英国特許第２１４６７８７Ｂ号として知られている。シロキサン含有液晶は、欧州特許公開第０３２２７０３号に開示され、これは鎖状メソモルフィックポリマーおよびメソモルフィックモノマーを主として含有し、さらにスメクチック相を示す。欧州特許公開０４７８０３４は、均質性のエレクトロレオロジカル（electrorheorogical）な流動体に関し、これは、主として多数の液晶グループが分子鎖で連結した液晶化合物からなり、または溶質と溶媒を含むリオトロピック（lyotropic）液晶からなる。この液晶化合物は、シロキサン分子鎖を有していてもよい。シロキサンを含有するカイラルスメクチック液晶は、特開平１−１４４４９１号、特開平１−２６８７８５号公報に開示され、またネマチックシロキサン含有液晶は、特開平２−８０８９０号に開示されている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、スメクチック液晶相を有し、次の一般式（Ｉ）で表されるシロキサン化合物が提供される：
【００１３】
【化３】
【００１４】
ここに、それぞれのＲは炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜６のアルケニル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表し、Ｑは−（ＣＨ２）ｎＯＭ’であり、ｘは１〜１０の整数、それぞれのｎは４〜１１の整数、それぞれのＭおよびＭ’は同じでも異なっていてもよく次式で表される。
【００１５】
【化４】
【００１６】
ここに、ＴはＣＮ、ＣｌまたはＦであり、ただし、ＴがＦまたはＣｌの場合、ｘは少なくとも２である。
【００１７】
Ｑに与えられる意味に応じて、一般式（Ｉ）はＡＢまたはＢＡＢ配列を有するか含有する分子を表わす。ここに、Ｂは有機メソゲン基部分であり、Ａはシロキサン部分を表わす。例えば、Ｑがアルキル、アルケニルまたはアリールであれば、この分子はＡＢ構造を有する。Ｑが−（ＣＨ２）ｎＯＭ’であれば、この分子はＢＡＢ構造をとる。Ｌが次の構造であれば、
【００１８】
【化５】
【００１９】
この分子は環状シロキサンに結合した多数のＡＢ構造からなるであろう。上記の一般式において、Ｒは好ましくは炭素数１〜５のｎ−アルキル、Ｔは好ましくはＣＮおよびｘは好ましくは１〜４、ｎは６〜１１である。
【００２０】
本発明のシロキサン含有液晶は、シリコン原子１１個以下で末端シリコンの１つまたは両方に結合した水素を有するジオルガノシロキサンオリゴマーと、アルケニルを末端に有するメソゲンとを、適当なハイドロシリレーション触媒、例えば白金化合物または錯体の存在下に、反応させることにより得られる。これは、ＡＢおよびＢＡＢの場合について以下に系統的に示される。
【００２１】
【化６】
【００２２】
もし、Ｌが次式の環状シロキサン構造であれば、
【００２３】
【化７】
【００２４】
この液晶は、まずメチルアルケニル、例えばメチルビニル、環状シロキサンと、シロキサンオリゴマーを有する例えば末端にシリコン結合した水素のあるテトラメチルジシロキサンとを、１分子当たり１個のＳｉＨがそれぞれのアルケニル基に反応するような条件で反応させることにより得られる。生成物は次に上記したように、末端不飽和を有するメソゲンと反応させる。
【００２５】
本発明のシロキサン含有液晶はその構造および相のタイプにより、公知の技術、例えば２９Ｓｉ ＮＭＲ、Ｘ線散乱、光学顕微鏡、ＤＳＣ、誘電緩和、レオロジーおよび光学スペクトル等により特徴付けられる。シロキサン単位の導入はメソゲン構造素子の結晶相の抑制を伴い、これらを非常に低いガラス転移点Ｔｇのガラス相で置換し、それにより応答時間を改善することができる。さらに、スメチック相は強化された構造秩序を有し、これが機械的衝撃に対する抵抗を強め、グレイスケーリング能力を改善するのに役立つ。
【００２６】
本発明の１態様において、基Ｑは染色部分を含有することができる。この染色部分は多色ハロー（pleochrioc）、蛍光性または光学的に非線形に活性であり、それにより、着色されたおよび／または機能性の材料が製造される。同様に、シロキサン含有分子に化学的に結合しまたはしていないそのような染色構造は、液晶ホスト（host）中にゲスト（gest）として包含されることができる。ゲストとしての好ましい染色部分は、例えばアントラキノン、アゾまたはペリレン構造である。
【００２７】
この発明のシロキサン化合物の利点は、他の液晶物質を存在させることなしにスメチック相を示すことである。しかしながら、所望ならば、これら自身をまたは他の低分子集合体またはポリマー液晶と混合して、全体の性質を改善または変更することもできる。これらは、公知の低分子集合体（ＬＭＭ）液晶と混合してもよい。このようにして使用された場合、低分子集合体の弾性係数、粘度係数、光学的および誘電的性質を有用に改変することもできる。この種の混合がなされた場合、作動温度範囲、粘度および多重化可能性において改善を行うことができる。このようにして使用された場合、低分子集合体は、Ｍおよび／またはＭ’と同じまたは近い構造関係にある化合物を少なくとも１種含有することが好ましい。例えば、Ｍが次の基である場合、
【００２８】
【化８】
【００２９】
好ましい液晶物質は、英国特許第１４３３１３０号に記載されたような、例えば次式の化合物を含有する。
【００３０】
【化９】
【００３１】
ここに、ｔは０または１、Ｒ’はアルキルまたはアルコキシ、またはシロキサン側鎖ポリマー（英国特許Ａ−２第２１４６７８７号に記載）である。
【００３２】
本発明の液晶材料は、液晶ディスプレイを使用する多くの装置に用途がみいだせる。最も普通のディスプレイにおいては、スメクチック物質が、ガラスまたは適当なポリマー材料の１対の基材の間に置かれる。内部表面は透明な導電性フィルム、例えばインジュウムスズ酸化物、および配向剤（aligning agent）でコーティングされている。液晶物質の厚みは、通常１〜１００μｍであるが、スペーサーで境界されている。スペーサーは例えばポリマーフィルム、ガラスファイバー、マイクロビーズであり、光エッチングされていてもよい。導電性フィルムは基材の全内表面をカバーし、あるいは適当なパターン、例えばドットマトリックス、セブンセグメントディスプレイのようにエッチングしてもよい。フィルムの地域（regions）は、それから電気的、磁気的、または熱的（例えばレーザー）な手段でアドレスされ、物質組織の変化を起こさせ、それにより所定の情報をディスプレイする。透明なまたは光散乱の状態で、本発明のシロキサン含有液晶は、とくに機械的な衝撃に抵抗性がある。さらにまた、例えば電気的および熱的というように、界（field）の組み合わせも適用して、情報の選択的な消去、記録もできるようにし、この物質を光学的な記録および蓄積に応用するのに特に適するようにすることができる。熱的なソースは低出力のレーザーでよく、レーザーエネルギーおよび／または界の適当な選択により、グレイスケール（grey scale）を達成することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
実施例１（参考例）
６−ブロモヘキセン−１と４−シアノ−４’−ヒドロキシビフェニルとの反応により得られた４−シアノ−４’−ヘキセニルオキシビフェニル（３．４０ｇ）を、撹拌機、滴下ロート、窒素パージおよび還流用コンデンサーを付けた二首丸底フラスコに装入した。このフラスコにさらに、トルエン（４５．０ｍｌ）および、触媒としてジビニルテトラメチルジシロキサンと塩化白金酸とから生成した錯体を添加した。この触媒は、ペンタメチルジシロキサン反応剤中のＳｉＨの１モル当たり８．８×１０−５モル白金（金属として）となる量だけ添加した。この混合物を５５℃に加熱し、この温度でペンタメチルジシロキサン（２．００ｇ、メソゲンに対して１０％過剰のＳｉＨ）を、３０分かけて滴下ロートから滴下した。やや発熱があった。この混合物を６０℃に１時間維持し、さらに２４時間還流温度まで昇温した。反応混合物を冷却し、トルエンおよび過剰のシロキサンを回転蒸発器を使用して除去し、次式の化合物を得た。
【００３４】
【化１０】
【００３５】
この化合物をヘキサンに溶解して精製した。この不溶のメソゲン化合物を濾過により分離し、ヘキサンを加熱による蒸発で除去した。このオリゴマー生成物を赤外分光で分析したところ、２１８０ｃｍ−１におけるＳｉＨのピークが消滅していた。この生成物を通常のＤＳＣおよび偏光顕微鏡により、メソフェーズの生成および性質を検査した。顕微鏡検査においては、サンプルは所定の間隔（７μｍ）のガラススライドの間におき、加熱、冷却を数回繰り返した。温度の変化は２℃／分にコントロールされた。スメクチックＡ相が４３．８℃まで観測され、４８．９℃でサンプル等方性になった。
【００３６】
実施例２（参考例）
実施例１の方法にしたがい、ペンタメチルジシロキサンを、１０−ブロモヘキセン−１と４−シアノ−４’−ヒドロキシビフェニルとの反応で得られた４−シアノ−４’−デセニル−オキシビフェニル（４．１０ｇ）と反応させた。生成物は次式のとおりであり、
【００３７】
【化１１】
【００３８】
これを実施例１の記載にしたがい精製し、ＤＳＣおよび偏光顕微鏡により検査した。この生成物はスメクチックＡ相を３９．４〜４７．５℃の範囲で示し、６１．３℃で等方性となった。
【００３９】
実施例３（参考例）
ペンタメチルジシロキサンを１，１，１，３，３，５，５−ヘプタメチルトリシロキサン（３．００ｇ、メソゲンに対して１０％過剰）に変えた以外は、実施例１の方法を繰り返した。生成物を精製したところ、これはスメクチックＡ相を４５℃まで示し、５８℃で等方性になった。
【００４０】
実施例４
実施例１の方法にしたがい、４−シアノ−４’−ヘキセニルオキシビフェニル（４．１９ｇ）を１，１，３，３，５，５，７，７，９，９−デカメチルペンタシロキサン（３．００ｇ、メソゲンに対して１：１の比のＳｉＨ）と反応させた。精製後の生成物は、次の式のとおりであり、これはスメクチックＡ相を４６．５℃まで示し、５６．７℃で等方性となった。
【００４１】
【化１２】
【００４２】
実施例５
実施例１の方法を繰り返し、４−シアノ−４’−デセニルオキシビフェニル（１４．９０ｇ）とテトラメチルジシロキサン（３．００ｇ、メソゲンに対して１：１の比のＳｉＨ）とを反応させた。反応生成物をジクロロメタンに溶解し、メタノールを添加し、メタノール層を分離し、最後にジクロロメタンを加熱により蒸発させた。得られた生成物は次式のとおりであり、スメクチックＡ相を９９．４℃まで示し、１０２．１℃で等方性となった。
【００４３】
【化１３】
【００４４】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、応答速度が速く、機械的衝撃に強い優れた液晶性を示すシロキサン化合物を提供することができる。
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶性を有するオリゴマーシロキサン化合物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
長い、あるいはロッド状の構造を有する化合物からなるモノマー液晶は、よく知られている。このような分子は、通常、永久的な電気的な双極子を含み、且つ容易に極性化可能な化学基を含むものであり、ネマティック（Ｎ）、カイラルネマティック（Ｎ＊）、スメクティック（Ｓ）およびカイラルスメクティック（Ｓ＊）のメソフェーズ（中間相ｍｅｓｏｐｈａｓｅ）を示すが、より低い温度に冷却すると、固体結晶への移行を示す。この液晶の固体結晶への移行は、液晶の秩序（ｏｒｄｅｒ）を破壊する。同様の液晶相を示すが、低温では、液晶状態から、粘度のあるまたはガラス状態への移行を受けることにより、液晶の秩序を維持する側鎖ポリマー材料も知られている。液晶相、またはメソ相は、位置および配列が秩序あるほとんど完全な立体構造と等方性の液体で秩序がランダムな状態との間で、種々の度合いの分子秩序の状態をしめす。
【０００３】
ネマティック相（Ｎ）において、すべての位置の秩序は失われ、分子の集合体（mass）の中心が、空間においてランダムに配置されるようになる。しかしながら、配列の秩序は、その長軸に平行である分子の統計的配列秩序が存在するように維持される。このような相は、機械的、電気的、光学的また磁気的な界（field）の適用により、その配列が変化する方向を有する。その方向をスイッチする能力は、例えばディスプレイまたはディスプレイの情報に使用され得るエレメントへの利用を可能にする。ネマティック相をベースにした液晶ディスプレイエレメントは、デジタル腕時計、計算機、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等のような電気光学的装置に幅広く使用されている。しかしながら、これらのディスプレイに現在用いられているネマティック液晶材料は、その双安定性（bistability）または記憶性能およびそれが高速度スイッチングに適用できないという問題があった。
【０００４】
カイラルネマチック（Ｎ＊）またはコレステリック中間相では、分子の秩序はネマチックにおけると同様の配列秩序で特徴付けられるが、この相では軸の方向が、最初のそれに対して垂直に連続的に変化し、螺旋状の軌跡になる。このメソフェーズでは、メソーゲン物質が光学的に活性であるか光学的に活性な添加物を有していて捻じれたまたはカイラルなネマチックメソフェーズを生成することが必要である。もし螺旋のピッチが可視光線の波長のオーダーであれば、このＮ＊相の特性は明るい選択的な色反射である。このようなカイラルネマチックメソフェーズは、僅かな温度変化で螺旋ピッチが変化し、それにより反射され伝達される光の色が変化するので、しばしばサーモグラフィー（thermography）に利用される。
【０００５】
スメクチック相（smectic phase）では、分子の秩序は、ラメラ（lamellar）構造を与える配列秩序と２つの度合いの方向秩序で特徴付けられる。この広いクラスの相には多くのタイプのスメクチック相があり、それらは、それぞれの層の分子の集合体（mass）の中心がランダムに配列しているかどうか（ＳＡ相のように）、それら自身秩序立っているかどうか（ＳＢ相のように）、ラメラ層が相互関係（correlated）をもっているか、または配列秩序（orientational order）が正常な層にたいしてある角度で傾斜しているかどうか（ＳＣ相）等によって異なる。スメクチック相は電気的、磁気的または光学的な界（field）によって整列し、装置に記憶性または情報蓄積の能力を与える。低分子量の化合物の場合には、この記憶効果は機械的に脆弱であり、ポリマーの場合には、この記憶は強いが応答時間は大分遅い。
【０００６】
カイラルスメクチック相（ＳＣ＊）においては、配列秩序は通常、正常な層に対し傾斜している（ＳＣ相のように）。しかし、配列の方向は正常な層の軸に対して連続的に変化し、コルクスクリュウのような螺旋の軌跡をつくる。この層の中の配列秩序のタイプに応じて、種々のカイラルスメクチック相が存在する。このカイラルメソフェーズは、通常、フェロエレクトリック性（ferroelectric properties）を有している。そして、このようなカイラルメソフェーズ（いわゆるフェロエレクトリック）を有する液晶ディスプレイ素子は、１０マイクロ秒のオーダーの高速応答の能力と記憶性を有している。
【０００７】
カイラルおよび非−カイラルネマチックまたはスメクチック構造を有する低分子集合体（low molar mass）液晶は知られており、その電気的性質によりは多くの技術的用途が、とくに光−電子分野にみいだされている。しかしながら、これまで知られている材料は、その働きに限界があり、最終的な用途を制限している。
【０００８】
最近、常温での使用に適した電子−光特性を有する低分子集合体（ＬＭＭ）液晶に関する研究が多くなされている。１つの非常に求められている性質は、速い電子−光スイッチングであり、このスイッチング時間は協働する分子の再配列に依存するので、平均粘度が低い比較的に小さな分子の合成が注目されている。しかしながら、広範囲の材料が調製されたにもかかわらず、シアノビフェニル類の化合物の発見で電子−光装置が確立されたのは、極めて最近のことである。低温においては、これらの化合物は結晶相を示してメソモルフィックフェーズ（mesomorphic phase）内での応答を制限し、該メソフェーズから結晶相への冷却により導入された秩序を破壊する。ＬＭＭ液晶は、例えばスメクチック相中に導入された秩序を蓄積するのに使用されてきたが、いかに述べるような多数の欠点がある：
【０００９】
１．スメクチック相に蓄積された情報が、機械的または熱的なストレスにより、容易に失われる；
２．冷却して固有の結晶相となるとき、導入された秩序を破壊する；
３．光伝達または散乱の制御の度合いが異なったものが生成することによるグレイスケーリング（grey scaling）；
４．等方性の相から冷却する際におこる配列の制御の困難性。これは、この材料が一般的に垂直配向（ホメオトロピックhomeotropic）に整列する傾向がある、すなわち、基体に主として平行になり光学的なコントラストの高い状態ではなくて、基体に垂直に配向するようになりがちだからである。
【００１０】
【発明が解決すべき課題】
以上のような欠点を克服する材料が求められている。そこで本発明の目的は、シロキサン含有構造の材料およびこれを含有する混合物で、広範囲の光−光、磁気−光、電子−光、および機械−光、熱−光 記憶及び非記憶装置に組み込まれることのできる新規な低分子集合体液晶材料を提供することである。
【００１１】
シロキサン含有液晶ポリマーで、メソゲンが側鎖としてあるものは、米国特許第４，３５８，３９１号、英国特許第２１４６７８７Ｂ号として知られている。シロキサン含有液晶は、欧州特許公開第０３２２７０３号に開示され、これは鎖状メソモルフィックポリマーおよびメソモルフィックモノマーを主として含有し、さらにスメクチック相を示す。欧州特許公開０４７８０３４は、均質性のエレクトロレオロジカル（electrorheorogical）な流動体に関し、これは、主として多数の液晶グループが分子鎖で連結した液晶化合物からなり、または溶質と溶媒を含むリオトロピック（lyotropic）液晶からなる。この液晶化合物は、シロキサン分子鎖を有していてもよい。シロキサンを含有するカイラルスメクチック液晶は、特開平１−１４４４９１号、特開平１−２６８７８５号公報に開示され、またネマチックシロキサン含有液晶は、特開平２−８０８９０号に開示されている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、スメクチック液晶相を有し、次の一般式（Ｉ）で表されるシロキサン化合物が提供される：
【００１３】
【化３】
ここに、それぞれのＲは炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜６のアルケニル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表し、Ｑは−（ＣＨ２）ｎＯＭ’であり、ｘは１〜１０の整数、それぞれのｎは４〜１１の整数、それぞれのＭおよびＭ’は同じでも異なっていてもよく次式で表される。
【００１５】
【化４】
ここに、ＴはＣＮ、ＣｌまたはＦであり、ただし、ＴがＦまたはＣｌの場合、ｘは少なくとも２である。
【００１７】
Ｑに与えられる意味に応じて、一般式（Ｉ）はＡＢまたはＢＡＢ配列を有するか含有する分子を表わす。ここに、Ｂは有機メソゲン基部分であり、Ａはシロキサン部分を表わす。例えば、Ｑがアルキル、アルケニルまたはアリールであれば、この分子はＡＢ構造を有する。Ｑが−（ＣＨ２）ｎＯＭ’であれば、この分子はＢＡＢ構造をとる。Ｌが次の構造であれば、
【００１８】
【化５】
この分子は環状シロキサンに結合した多数のＡＢ構造からなるであろう。上記の一般式において、Ｒは好ましくは炭素数１〜５のｎ−アルキル、Ｔは好ましくはＣＮおよびｘは好ましくは１〜４、ｎは６〜１１である。
【００２０】
本発明のシロキサン含有液晶は、シリコン原子１１個以下で末端シリコンの１つまたは両方に結合した水素を有するジオルガノシロキサンオリゴマーと、アルケニルを末端に有するメソゲンとを、適当なハイドロシリレーション触媒、例えば白金化合物または錯体の存在下に、反応させることにより得られる。これは、ＡＢおよびＢＡＢの場合について以下に系統的に示される。
【００２１】
【化６】
もし、Ｌが次式の環状シロキサン構造であれば、
【００２３】
【化７】
この液晶は、まずメチルアルケニル、例えばメチルビニル、環状シロキサンと、シロキサンオリゴマーを有する例えば末端にシリコン結合した水素のあるテトラメチルジシロキサンとを、１分子当たり１個のＳｉＨがそれぞれのアルケニル基に反応するような条件で反応させることにより得られる。生成物は次に上記したように、末端不飽和を有するメソゲンと反応させる。
【００２５】
本発明のシロキサン含有液晶はその構造および相のタイプにより、公知の技術、例えば２９Ｓｉ ＮＭＲ、Ｘ線散乱、光学顕微鏡、ＤＳＣ、誘電緩和、レオロジーおよび光学スペクトル等により特徴付けられる。シロキサン単位の導入はメソゲン構造素子の結晶相の抑制を伴い、これらを非常に低いガラス転移点Ｔｇのガラス相で置換し、それにより応答時間を改善することができる。さらに、スメチック相は強化された構造秩序を有し、これが機械的衝撃に対する抵抗を強め、グレイスケーリング能力を改善するのに役立つ。
【００２６】
本発明の１態様において、基Ｑは染色部分を含有することができる。この染色部分は多色ハロー（pleochrioc）、蛍光性または光学的に非線形に活性であり、それにより、着色されたおよび／または機能性の材料が製造される。同様に、シロキサン含有分子に化学的に結合しまたはしていないそのような染色構造は、液晶ホスト（host）中にゲスト（gest）として包含されることができる。ゲストとしての好ましい染色部分は、例えばアントラキノン、アゾまたはペリレン構造である。
【００２７】
この発明のシロキサン化合物の利点は、他の液晶物質を存在させることなしにスメチック相を示すことである。しかしながら、所望ならば、これら自身をまたは他の低分子集合体またはポリマー液晶と混合して、全体の性質を改善または変更することもできる。これらは、公知の低分子集合体（ＬＭＭ）液晶と混合してもよい。このようにして使用された場合、低分子集合体の弾性係数、粘度係数、光学的および誘電的性質を有用に改変することもできる。この種の混合がなされた場合、作動温度範囲、粘度および多重化可能性において改善を行うことができる。このようにして使用された場合、低分子集合体は、Ｍおよび／またはＭ’と同じまたは近い構造関係にある化合物を少なくとも１種含有することが好ましい。例えば、Ｍが次の基である場合、
【００２８】
【化８】
好ましい液晶物質は、英国特許第１４３３１３０号に記載されたような、例えば次式の化合物を含有する。
【００３０】
【化９】
ここに、ｔは０または１、Ｒ’はアルキルまたはアルコキシ、またはシロキサン側鎖ポリマー（英国特許Ａ−２第２１４６７８７号に記載）である。
【００３２】
本発明の液晶材料は、液晶ディスプレイを使用する多くの装置に用途がみいだせる。最も普通のディスプレイにおいては、スメクチック物質が、ガラスまたは適当なポリマー材料の１対の基材の間に置かれる。内部表面は透明な導電性フィルム、例えばインジュウムスズ酸化物、および配向剤（aligning agent）でコーティングされている。液晶物質の厚みは、通常１〜１００μｍであるが、スペーサーで境界されている。スペーサーは例えばポリマーフィルム、ガラスファイバー、マイクロビーズであり、光エッチングされていてもよい。導電性フィルムは基材の全内表面をカバーし、あるいは適当なパターン、例えばドットマトリックス、セブンセグメントディスプレイのようにエッチングしてもよい。フィルムの地域（regions）は、それから電気的、磁気的、または熱的（例えばレーザー）な手段でアドレスされ、物質組織の変化を起こさせ、それにより所定の情報をディスプレイする。透明なまたは光散乱の状態で、本発明のシロキサン含有液晶は、とくに機械的な衝撃に抵抗性がある。さらにまた、例えば電気的および熱的というように、界（field）の組み合わせも適用して、情報の選択的な消去、記録もできるようにし、この物質を光学的な記録および蓄積に応用するのに特に適するようにすることができる。熱的なソースは低出力のレーザーでよく、レーザーエネルギーおよび／または界の適当な選択により、グレイスケール（grey scale）を達成することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
実施例１（参考例）
６−ブロモヘキセン−１と４−シアノ−４’−ヒドロキシビフェニルとの反応により得られた４−シアノ−４’−ヘキセニルオキシビフェニル（３．４０ｇ）を、撹拌機、滴下ロート、窒素パージおよび還流用コンデンサーを付けた二首丸底フラスコに装入した。このフラスコにさらに、トルエン（４５．０ｍｌ）および、触媒としてジビニルテトラメチルジシロキサンと塩化白金酸とから生成した錯体を添加した。この触媒は、ペンタメチルジシロキサン反応剤中のＳｉＨの１モル当たり８．８×１０−５モル白金（金属として）となる量だけ添加した。この混合物を５５℃に加熱し、この温度でペンタメチルジシロキサン（２．００ｇ、メソゲンに対して１０％過剰のＳｉＨ）を、３０分かけて滴下ロートから滴下した。やや発熱があった。この混合物を６０℃に１時間維持し、さらに２４時間還流温度まで昇温した。反応混合物を冷却し、トルエンおよび過剰のシロキサンを回転蒸発器を使用して除去し、次式の化合物を得た。
【００３４】
【化１０】
この化合物をヘキサンに溶解して精製した。この不溶のメソゲン化合物を濾過により分離し、ヘキサンを加熱による蒸発で除去した。このオリゴマー生成物を赤外分光で分析したところ、２１８０ｃｍ−１におけるＳｉＨのピークが消滅していた。この生成物を通常のＤＳＣおよび偏光顕微鏡により、メソフェーズの生成および性質を検査した。顕微鏡検査においては、サンプルは所定の間隔（７μｍ）のガラススライドの間におき、加熱、冷却を数回繰り返した。温度の変化は２℃／分にコントロールされた。スメクチックＡ相が４３．８℃まで観測され、４８．９℃でサンプル等方性になった。
【００３６】
実施例２（参考例）
実施例１の方法にしたがい、ペンタメチルジシロキサンを、１０−ブロモヘキセン−１と４−シアノ−４’−ヒドロキシビフェニルとの反応で得られた４−シアノ−４’−デセニル−オキシビフェニル（４．１０ｇ）と反応させた。生成物は次式のとおりであり、
【００３７】
【化１１】
これを実施例１の記載にしたがい精製し、ＤＳＣおよび偏光顕微鏡により検査した。この生成物はスメクチックＡ相を３９．４〜４７．５℃の範囲で示し、６１．３℃で等方性となった。
【００３９】
実施例３（参考例）
ペンタメチルジシロキサンを１，１，１，３，３，５，５−ヘプタメチルトリシロキサン（３．００ｇ、メソゲンに対して１０％過剰）に変えた以外は、実施例１の方法を繰り返した。生成物を精製したところ、これはスメクチックＡ相を４５℃まで示し、５８℃で等方性になった。
【００４０】
実施例４
実施例１の方法にしたがい、４−シアノ−４’−ヘキセニルオキシビフェニル（４．１９ｇ）を１，１，３，３，５，５，７，７，９，９−デカメチルペンタシロキサン（３．００ｇ、メソゲンに対して１：１の比のＳｉＨ）と反応させた。精製後の生成物は、次の式のとおりであり、これはスメクチックＡ相を４６．５℃まで示し、５６．７℃で等方性となった。
【００４１】
【化１２】
実施例５
実施例１の方法を繰り返し、４−シアノ−４’−デセニルオキシビフェニル（１４．９０ｇ）とテトラメチルジシロキサン（３．００ｇ、メソゲンに対して１：１の比のＳｉＨ）とを反応させた。反応生成物をジクロロメタンに溶解し、メタノールを添加し、メタノール層を分離し、最後にジクロロメタンを加熱により蒸発させた。得られた生成物は次式のとおりであり、スメクチックＡ相を９９．４℃まで示し、１０２．１℃で等方性となった。
【００４３】
【化１３】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、応答速度が速く、機械的衝撃に強い優れた液晶性を示すシロキサン化合物を提供することができる。
Claims (6)
- 次の一般式で表されることを特徴とする、スメクチック液晶相を有するシロキサン化合物：
Ｑは−（ＣＨ２）ｎＯＭ’である；
ｘは１〜１０の整数、それぞれのｎは４〜１１の整数、それぞれのＭおよびＭ’は同じでも異なっていてもよく次式で表される。
- Ｔが−ＣＮであることを特徴とする、請求項１に記載のシロキサン化合物。
- ｘが１〜４の範囲の値をとることを特徴とする、請求項１または２に記載のシロキサン化合物。
- ｎが６〜１１の範囲の値をとることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシロキサン化合物。
- Ｒがメチルであることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシロキサン化合物。
- ハイドロシリレーション触媒の存在下に、（Ａ）末端アルケニルのメソゲンを（Ｂ）シリコンに結合した水素を有するオルガノシロキサンオリゴマーと反応させてシロキサン化合物を製造する方法において、
（Ａ）は一般式ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨ２）ｎ−２ＯＭおよび
ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨ２）ｎ−２ＯＭ’（ここにｎ、Ｍ、Ｍ’は請求項１に定義されたとおりである）；
（Ｂ）は末端シリコン原子の１つまたは両方に結合した水素原子を有し、分子中のシリコン原子は１１個以下である；
ことを特徴とする製造方法。
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