(57)【要約】【課題】本発明は、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜、ならびにこのようなキラル薄膜を簡易に低コストで製造する方法を提供しうる。【解決手段】高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下により自然分掌しうるスメクチック相（「スメクチックＸ相」）を呈する、屈曲形構造を有する化合物を、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つように２枚の基板間に配した後、降温してスメクチックＸ相に転移させて、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相薄膜を得ることを特徴とするキラル薄膜の製造方法。【選択図】図２
2007232976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下により自然分掌しうるスメクチック相（「スメクチックＸ相」という）を呈する、屈曲形構造を有する化合物を、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つように２枚の基板間に配した後、降温してスメクチックＸ相に転移させて、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相薄膜を得ることを特徴とするキラル薄膜の製造方法。
【請求項２】
互いに方向が異なるねじれ配向処理を２枚の基板に施してなる請求項１記載のキラル薄膜の製造方法。
【請求項３】
高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下によりスメクチックＸ相を呈する、屈曲形構造を有する化合物からなり、かつ単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜。
【請求項４】
高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下によりスメクチックＸ相を呈する、屈曲形構造を有する化合物を、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つように２枚の基板間に配した後、降温してスメクチックＸ相に転移させて得られる、単一のキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキラル薄膜およびその製造方法に関し、さらに詳しくは屈曲形構造を有する化合物を用いたキラル薄膜およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不斉炭素を有しない屈曲形構造を有する化合物を含む液晶（いわゆるバナナ型液晶）は、液晶セルに封入して、数十〜数百μｍ程度の比較的小さな、複数のドメインを形成しうる。これらのドメインはキラルなスメクチック相であり、半分が右円偏光性、半分が左円偏光性である。したがって、これを単一キラリティのとするためには、これらをすべて同一方向の円偏光性（すべて右円偏光性もしくはすべて左円偏光性）に変換することが必要となる。このために、少量のキラル分子を混合する、液晶セルの表面をキラル処理する、光反応性であればキラル光（円偏光）を照射する、等の方法が採用されているが、得られるドメインの大きさ、キラル性、装置の必要性、処理時間等に難点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜、ならびにこのようなキラル薄膜を簡易に低コストで製造する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するために以下の発明を提供する。
（１）高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下により自然分掌しうるスメクチック相（「スメクチックＸ相」という）を呈する、屈曲形構造を有する化合物を、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つように２枚の基板間に配した後、降温してスメクチックＸ相に転移させて、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相薄膜を得ることを特徴とするキラル薄膜の製造方法；
（２）互いに方向が異なるねじれ配向処理を２枚の基板に施してなる（１）記載のキラル薄膜の製造方法；
（３）高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下によりスメクチックＸ相を呈する、屈曲形構造を有する化合物からなり、かつ単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜；ならびに
（４）高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下によりスメクチックＸ相を呈する、屈曲形構造を有する化合物を、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つように２枚の基板間に配した後、降温してスメクチックＸ相に転移させて得られる、単一のキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜、
である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜、ならびにこのようなキラル薄膜を簡易に低コストで製造する方法を提供しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のキラル薄膜の製造方法においては、高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下により自然分掌しうるスメクチック相（「スメクチックＸ相」という）を呈する、屈曲形構造を有する化合物を、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つように２枚の基板間に配した後、降温してスメクチックＸ相に転移させて、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相薄膜を得る。このねじれキラリティは、不斉炭素によるものではなく、分子のねじれ構造に起因するものである。
【０００７】
本発明において用いられる屈曲形構造を有する化合物は、高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下により自然分掌しうるスメクチック相（「スメクチックＸ相」という）を呈するものである。このような化合物は、環状基を含む屈曲開始部分において、その環状基を中心として両側にそれぞれ通常スペーサ基を介して剛直なコア部分に結合し、中心の環状基を含む屈曲開始部分とともに、液晶性を示すのに必要な骨格部分を形成する。そして、このコア部分の両端には、柔軟な末端部分が配置され、全体として本発明で用いる屈曲形構造を有する化合物を構成する。このように屈曲形構造を有する化合物は、上記骨格部分が非直線状構造をなすものであり、一定の屈折角度で屈曲形構造を有することになる。
【０００８】
上記の中心環状基としては、５員環、６員環等が挙げられ、ナフタレン環のような縮合環であってもよい。また、ヘテロ原子を含んでいてもよい。たとえば、５員環の場合、１，３−位もしくは２，５−位、ナフタレン環の場合、３，６−位においてスペーサ基に結合されるのが好適である。上記の屈折角度としては６０〜１６５度、好ましくは１１０〜１５０度程度から選ばれ、屈曲形構造は、いわゆる「く」の字形であるのが好適であるが、屈曲部分に若干の直線状部位があってもよい。
【０００９】
このような屈曲形構造を有する化合物について、さらに詳しく説明すると、本発明の屈曲形構造を有する化合物は、上記のように中心環状基の両隣にはスペーサ基を介して、もしくは介さないで直接に、通常２〜４個の環状化合物を含むコア部分があり、骨格部分は、コア部分１―スペーサ基１―中心環状基―スペーサ基２―コア部分２からなることになる。そして、このコア部分１および２の他端にはそれぞれ柔軟な末端部分１および２が結合される。したがって、このスペーサ基、コア部分ならびに末端部分は、液晶分野において、それぞれスペーサ基、剛直なコア部分もしくは柔軟な末端部分を形成するために通常用いられている基を用いることができる。これらの末端部分１および２は、少なくとも一方がＣ、Ｏ，ＳｉまたはＳが５〜３０程度の長鎖を有するのが好ましい。
【００１０】
本発明においては、このような屈曲形構造を有する化合物の中から、高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下によりスメクチックＸ相を呈するものを選定して用いることができ、最も好適な屈曲形構造を有する化合物の例は、図１に示される。これらの化合物の合成は、たとえば、T.J.Dingemans et al., Liq.Cryst.27,131(2000)に記載されている方法によることができる。
【００１１】
本発明における液晶は、このような屈曲形構造を有する化合物の中から用いられるが、異なる種類の化合物を混合して用いることもできる。
【００１２】
そして、本発明方法においては、このような屈曲形構造を有する化合物を、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つように２枚の基板間に配置される。このような基板としては、たとえばガラス基板もしくは合成樹脂基板が好適である。合成樹脂基板としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等が好適に用いられ、ガラス基板の表面に有機もしくは無機皮膜を形成させたものであってもよい。これらの基板は必ずしも透明である必要はない。上記の屈曲形構造を有する化合物を２枚の基板間に配置する際には、たとえば２枚の基板でセルを形成し、上記化合物を注入することができる。注入量は得られる薄膜の目的等により異なるが、膜厚が通常１〜２０μｍ程度になるように選定される。
【００１３】
ここで、注入された化合物がネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列がねじれ配列を持つようにするために、上記注入前もしくは後に、互いに方向が異なるねじれ配向処理を２枚の基板に施こすことができる。そのねじれ配向角度は屈曲形構造を有する化合物の種類および目的等に応じて選択され、注入前の場合には１〜９０度、好ましくは４５〜９０度程度であり、注入後の場合には通常１〜３６０度、好ましくは４５〜１８０度から選択される。配向処理自体は特に制限されず、ラビングもしくは非ラビング法による常法を用いることができる。たとえば、非ラビング法としては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ等のイオンを照射するイオンビーム法、偏光光を照射する光配向法等が好適に使用されうる。
【００１４】
ついで、上記の注入された化合物が、基板のねじれ配向に基づきネマチック相もしくはスメクチックＡ相における分子配列が所定角度のねじれ配列を持つようになった後に、スメクチックＸ相に転移させるために降温される。降温速度は特に制限されないが、好ましくは３℃/分以下程度のゆっくりした速度とするのが好適である。この降温により、ネマチック相もしくはスメクチックＡ相からスメクチックＸ相への転移が発現され、実質的に単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜が得られる。等方相〜ネマチック相もしくはスメクチックＡ相〜スメクチックＸ相への転移温度は、上記化合物によって異なるが、たとえば上記の図１に示される化合物１の場合には、等方相−（２６６℃）−ネマチック相−（２５２℃）―スメクチックＸ相（１９３℃）−結晶と相転移する。
【００１５】
本発明における、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜は、上記の方法により、高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下によりスメクチックＸ相を呈する、屈曲形構造を有する化合物を用いて得られる。そして、本発明によれば、セル全面がモノドメインとなる大面積のキラル薄膜を得ることができる。
【００１６】
得られるキラル薄膜は、光学デバイス、計測・センサー等の各種液晶デバイスの材料として目的に応じて使用されうる。これらの場合、上記の液晶性および配向性に悪影響を及ぼさない感光性基を含む重合性化合物を、上記屈曲形構造を有する化合物に配合しておくと、光照射による感光性基の重合により液晶―高分子複合材を形成させ、ついで基板を除去して自立キラル薄膜を得ることもできる。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１〜４および比較例１
高温側でネマチック相もしくはスメクチックＡ相を呈し、かつ温度降下によりスメクチックＸ相を呈する、屈曲形構造を有する化合物として、図１に示す化合物１を用いた。この化合物１は、等方相−（２６６℃）−ネマチック相−（２５２℃）―スメクチックＸ相（１９３℃）−結晶と相転移する。
【００１８】
ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）で表面をコーティングされた、一対のガラス基板を用いて、上下イオンビーム軸が０、５０、７０および８０および−８０度ねじれるように配向処理した。ここで、このねじれ配向角度は上基板のイオンビーム軸に対する下基板のイオンビーム軸の角度を示し、時計回りは＋、反時計回りは−である。ついでこれらの基板を組み合わせてセルを形成し、２７０℃に加熱しながら、化合物１を等方相で注入した。所定角度ねじれたネマチック相を約２６０℃で確立した後、１℃/分で徐冷させ、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜が、ねじれ配向角度５０、７０および８０および−８０度の場合（実施例１〜４）に得られた。得られた薄膜の円偏光二色性スペクトルを図２および図３に示す（横軸は波長ｎｍを示す）。ねじれ配向角０度（比較例１）のとき、左右円偏光性がほとんど同数の複数のドメインであり、ねじれ配向角５０〜８０度ではスペクトルメーターを振り切るほど大きな円偏光二色性を示した。ねじれ配向角５０、−５０、８０および−８０度について、偏光顕微鏡観察したところ（図示せず）、５０度および−５０度、ならびに８０度および−８０度では円偏光二色性が反転しており、ねじれの向きによってキラリティを制御しうることわかった。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によれば、単一のねじれキラリティを有する分子からなるスメクチックＸ相を含むキラル薄膜、ならびにこのようなキラル薄膜を簡易に低コストで製造する方法を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例において用いた、屈曲形構造を有する化合物の化学式。
【図２】キラル薄膜の円偏光二色性スペクトル。
【図３】キラル薄膜の円偏光二色性スペクトル。
【図１】
2007232976.tif 000003
【図２】
2007232976.tif 000004
【図３】
2007232976.tif 000005