CN102046584B - 化合物、聚合性液晶性组合物、光学元件和光信息记录再生装置 - Google Patents

化合物、聚合性液晶性组合物、光学元件和光信息记录再生装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供耐光性良好且聚合后可获得所需的液晶性的化合物以及包含该化合物的聚合性液晶性组合物。此外,还提供耐光性良好的光学元件以及使用该光学元件的光信息记录再生装置。以CH2=CR1-COO-R2-Cy-Ph-R3-OCO-CR4=CH2表示的化合物。较好是R1和R4为氢原子。R3是在与环基结合的末端具有或不具有氧原子的碳数为1~15的亚烷基,较好是基团中的与碳原子结合的氢原子可部分或全部被氟原子取代的亚烷基或者在与环基结合的末端具有氧原子的亚烷基。使用该液晶性化合物制成的衍射光栅2的耐光性良好,所以可以制成光源1使用蓝色激光而适合于大容量化的光信息记录再生装置。

Description

化合物、聚合性液晶性组合物、光学元件和光信息记录再生装置
技术领域
本发明涉及化合物、聚合性液晶性组合物、光学元件和光信息记录再生装置。
背景技术
在CD(Compact Disk,压缩盘)和DVD(Digital Versatile Disk,数字通用盘)等光盘的表面设有被称为凹坑(pi t)的凹凸。光头装置是可以通过对光盘照射激光并检测其反射光来读取记录于凹坑的信息的装置。
例如,从光源出射的直线偏振光经由分光器、准直透镜、相位差板和物镜而到达光盘的信息记录面。在这里,去程的直线偏振光直接透过分光器后被相位差板变换为圆偏振光。该圆偏振光在光盘的信息记录面被反射而成为回程的圆偏振光后,与去程相反地依次经过物镜、相位差板和准直透镜而回程。并且,通过回程的相位差板变换为与入射前正交的直线偏振光。藉此,形成如下的结构:回程的光的直线偏振光的方向相对于去程的光偏转90度,通过分光器时前进方向偏转90度而到达光检测器。
光头装置中,如果信息的读取和写入时光盘发生面抖动等,则射束点的聚焦位置从记录面偏离,所以需要检测并校正该偏离而使射束点与记录面上的凹凸坑随动的伺服机构。这样的机构如下构成:使由激光光源照射的射束点的焦点会聚在记录面上来检测道的位置,追踪目标的道。此外,光头装置还需要使得在记录面上未遇到凹坑而被反射的激光不会直接回到光源。
因此,光头装置中需要对来自的光源的激光进行调制(偏振、衍射、相位调整等)的光学元件。例如,上述的相位差板具有下述效果:根据由相位差板的光轴与入射光的相位面形成的角度赋予入射光不同的折射率,再将通过双折射产生的2个分量的光的相位分离。相位分离了的2种光从相位差板出射时被合成。相位偏差的大小由相位差板的厚度决定,所以通过调节厚度,可制成使相位恰好偏差π/2的1/4波片、使相位恰好偏差π的1/2波片等。例如,通过1/4波片的直线偏振光变成圆偏振光,而通过1/2波片的直线偏振光变成其偏振面倾斜了90度的直线偏振光。通过利用这样的性质来组合多种光学元件,可构成上述的伺服机构。此外,上述光学元件也被用于使得在记录面上未遇到凹坑而被反射的激光不会直接回到光源。
上述的光学元件可使用液晶材料制作。例如,具有聚合性官能团的液晶分子兼具作为聚合性单体的性质和作为液晶的性质。因此,如果使具有聚合性官能团的液晶分子取向后进行聚合,则可获得液晶分子的取向固定的光学各向异性材料。光学各向异性材料具有来源于介晶基元(メソゲン)骨架的折射率各向异性等光学各向异性,利用该性质可制成衍射元件或相位差板等。作为光学各向异性材料,例如专利文献1中揭示了将包含以CH2=CH-COO-Ph-OCO-Cy-Z表示的化合物(Z:烷基)的液晶性组合物聚合而成的高分子液晶。此外,专利文献2中还揭示了包含具有聚合性官能团和介晶基元骨架的单体的液晶性组合物。
另外,通常要求上述的光学元件具有如下的特性:
1)根据使用波长或用途具有适当的延迟值(Rd值);
2)面内的光学特性(Rd值、透射率等)均一;
3)对于使用波长几乎没有散射和吸收;
4)光学特性容易与构成元件的其他材料一致;
5)对于使用波长,折射率和折射率各向异性的波长分散小。
1)的具有适当的Rd值特别重要。在这里,Rd值是使用折射率各向异性(Δn)和光的传播方向的厚度(d)由Rd=Δn×d的关系确定的值。希望获得所需的Rd值时,如果形成光学元件的液晶材料的Δn小,则需要加大厚度d。但是,如果厚度d增大,则液晶的取向变得困难,因此难以获得所需的光学特性。另一方面,如果Δn大,则需要减小厚度d,但该情况下难以实现厚度的精密控制。因此,对于液晶材料,具有适当的Δn值是非常重要的。
近年来,为了实现光盘的大容量化,不断缩短信息的写入和读取所使用的激光的波长,进一步减小光盘上的凹凸坑尺寸。例如,CD使用波长780nm的激光,DVD使用波长650nm的激光,BD(Blu-ray Disk,蓝光盘)和HDDVD(High-Definition Digital Versatile Disk,高清晰度数字通用盘)使用波长405nm的激光。也可以预见下一代光记录介质将会进一步短波长化,存在波长300~450nm的激光(以下也记作蓝色激光)的使用在今后不断增加的倾向。然而,专利文献1和专利文献2中所记载的高分子液晶对于蓝色激光的耐受性不足。
例如,如果将使用液晶制成的相位差板配置于以蓝色激光为光源的光头装置,则可能会随着时间的推移而产生像差。其原因被认为是由于暴露于蓝色激光,因而对相位差板的构成材料造成破坏。如果产生像差,则从光源出射并通过准直透镜或相位差板的光(光束)在通过物镜而到达记录介质的表面时无法成像于一点。如果这样的话,光的利用效率下降,信息的读取和写入的效率下降。
另外,通常为了将光学元件小型化、高效化,需要具有高折射率各向异性的材料。通常,具有高折射率各向异性的材料具有高折射率,但由于高折射率材料的折射率的波长分散大,因此存在对于短波长的光的吸收大(即,材料的摩尔消光系数大)的倾向。因此,以往的高折射率材料存在对于如蓝色激光等短波长的光的耐受性低的问题。
为了实现耐光性的提高,较好是减小材料的摩尔消光系数,例如可考虑采用全脂环结构等不含芳香环的结构的化合物。然而,全脂环型液晶单体通常Δn小,形成聚合物后Δn进一步减小或者变成各向同性,存在难以获得所需的液晶性的问题。
例如,下述的2种全脂环型液晶单体虽然呈现光学各向异性(双折射性),但通过聚合而形成各向同性的聚合物。
CH2=CH-COO-Cy-Cy-C3H7
CH2=CH-COO-Cy-Cy-C5H11
专利文献1:日本专利特开2004-263037号公报
专利文献2:日本专利特开2001-220583号公报
发明的概要
本发明是鉴于上述问题而完成的发明。即,对波长300nm~450nm的激光进行调制的光学元件需要即使暴露于该波长带的光也劣化少、耐久性良好且液晶性也好的光学各向异性材料。并且,对于这样的各向异性材料,用于液晶组合物的化合物的结构是非常重要的。于是,本发明的目的在于提供对于蓝色激光的耐光性良好且用作液晶组合物聚合后可获得所需的液晶性的具有适合用于液晶组合物的交联性的化合物以及包含该化合物的聚合性液晶性组合物。
此外,本发明的目的还在于提供对于蓝色激光的耐光性良好的光学元件和使用该光学元件的光信息记录再生装置。
本发明的其他目的和优点由以下的记载可知。
本发明的第1种形态涉及以下式(1)表示的化合物。
CH2=CR1-COO-R2-Cy-Ph-R3-OCO-CR4=CH2   (1)
式(1)中,R1和R4分别独立地表示氢原子或者甲基。R2表示单键或者在与环基结合的末端具有氧原子的碳数为1~15的烃基。R3表示在与环基结合的末端具有或不具有氧原子的碳数为1~15的亚烷基。除R2为单键的情况之外,R2和/或R3可以分别独立地在亚烷基的碳-碳键间具有醚键性氧原子,该亚烷基中的与碳原子结合的氢原子还可部分或全部被氟原子取代。Cy表示反-1,4-亚环己基,该基团中的与碳原子结合的氢原子可分别独立地被氟原子、氯原子或甲基取代。Ph表示1,4-亚苯基,该基团中的与碳原子结合的氢原子可分别独立地被氟原子、氯原子或甲基取代。
本发明的第1种形态中,较好是R2为单键。
本发明的第1种形态中,较好是R1和R4为氢原子,R3为所述亚烷基中的与碳原子结合的氢原子可部分或全部被氟原子取代的亚烷基或者在与环基结合的末端具有氧原子的亚烷基。
本发明的第2种形态涉及聚合性液晶性组合物,其特征在于,包含本发明的第1种形态的化合物和除该化合物以外的聚合性液晶性化合物。
本发明的第2种形态可以包含1质量%~30质量%的本发明的第1种形态的化合物、70质量%~99质量%的以下式(2)表示的非交联性化合物,且包括本发明的第1种形态的化合物和其他交联性化合物在内的交联性化合物合计为1质量%~30质量%。
CH2=CR5-COO-R6-A1-Y1-A2-A3-A4-R7    (2)
式(2)中,R5表示氢原子或者甲基。R6表示单键或者碳数为1~15的亚烷基,R6为亚烷基时,可以分别独立地在亚烷基的碳-碳键间或者与环基结合的末端具有醚键性氧原子,该亚烷基中的与碳原子结合的氢原子还可部分或全部被氟原子取代。R7是碳数为1~12的烷基、碳数为1~12的烷氧基、碳数为1~12的烷基羰基氧基或者氟原子,R7是烷基、烷氧基或烷基羰基氧基时,这些基团中的与碳原子结合的氢原子可部分或全部被氟原子取代。Y1表示单键或者-COO-。A1、A2、A3和A4分别独立地表示单键、反-1,4-亚环己基或者1,4-亚苯基,A1、A2、A3和A4中的2个以下为单键,且至少1个为反-1,4-亚环己基,而且不具有3个连续的1,4-亚苯基,反-1,4-亚环己基或者1,4-亚苯基的氢原子可部分或全部被氟原子取代。
本发明的第3种形态涉及光学元件,其特征在于,具备将本发明的第2种形态的聚合性液晶性组合物聚合而得的高分子液晶。
本发明的第4种形态涉及光信息记录再生装置,它是将信息记录于光记录介质且/或将记录于光记录介质的信息再生的光信息记录再生装置,其特征在于,具备本发明的第3种形态的光学元件。
如果采用本发明的第1种形态,则能够制成对蓝色激光的耐光性良好、相容性好且可获得适合作为聚合性液晶组合物的Rd值的化合物。
如果采用本发明的第2种形态,则能够制成可通过聚合而获得所需的液晶性的聚合性液晶性组合物。
如果采用本发明的第3种形态,则能够制成对蓝色激光的耐光性良好的光学元件。
如果采用本发明的第4种形态,则能够制成适合于大容量化的光信息记录再生装置。
附图的简单说明
图1是本发明的光信息记录再生装置的结构图的一例。
实施发明的最佳方式
本发明人认真研究后发现,通过使用式(1)所示的多官能化合物,不仅使对于蓝色激光的耐光性良好,而且相容性好,聚合性液晶组合物聚合后也可获得所需的液晶性。
CH2=CR1-COO-R2-Cy-Ph-R3-OCO-CR4=CH2    (1)
式(1)中,R1和R4分别独立地表示氢原子或者甲基。R2表示单键或者在与环基结合的末端具有氧原子的亚烷基。考虑到聚合后的分子的刚性,该亚烷基的碳数较好是在1~15的范围内。从使聚合变得容易的角度来看,特别好是3~10的碳数。
R3表示在与环基结合的末端具有或不具有氧原子的碳数为1~15的亚烷基。除R2为单键的情况之外,R2和/或R3可以分别独立地在亚烷基的碳-碳键间具有醚键性氧原子,该亚烷基中的与碳原子结合的氢原子还可部分或全部被氟原子取代。
Cy表示反-1,4-亚环己基,该基团中的与碳原子结合的氢原子可分别独立地被氟原子、氯原子或甲基取代。Ph表示1,4-亚苯基,该基团中的与碳原子结合的氢原子可分别独立地被氟原子、氯原子或甲基取代。
如式(1)所示,本发明的化合物中,亚环己基环与苯环直接结合。这是考虑到一般多官能的交联性化合物在聚合后不易呈现液晶性。即,苯基和亚环己基是负责液晶性的基团,所以通过将它们直接结合,从而形成保持刚性的同时容易呈现液晶性或与液晶性化合物的相容性高的骨架。
此外,本发明的化合物设计为不会形成共振结构。例如,由于-COO-Ph-、-OCO-Ph-和-Ph-Ph-等形成共振结构,因此如果这些结构存在于分子中,则吸收带向长波长侧偏移,耐光性下降。通过以不具有这样的共振结构的条件进行分子设计,可以使耐光性提高,使化合物对于蓝色激光也具有良好的耐光性。
本发明的化合物中,较好是R1和R4为氢原子。这是因为官能团附近存在体积较大的分子时聚合变得困难。此外,较好是R3为亚烷基中的与碳原子结合的氢原子可部分或全部被氟原子取代的亚烷基或者在与环基结合的末端具有氧原子的亚烷基。藉此,熔点、相转变温度(Tc)和相容性等的控制变得容易。此外,通过改变亚烷基的数量,可以改变分子长度。使用本发明的化合物制备聚合性液晶性组合物的情况下,通过使其分子长度适应于混合的其他聚合性液晶性化合物的分子长度,可以提高交联密度,使耐光性进一步提升。
作为本发明的化合物,可以例举例如下式的化合物。
CH2=CH-COO-Cy-Ph-CmH2m-OCO-CH=CH2
CH2=CH-COO-Cy-Ph-O-CmH2m-OCO-CH=CH2
CH2=CH-COO-CnH2n-O-Cy-Ph-CmH2m-OCO-CH=CH2
CH2=CH-COO-CnH2n-O-Cy-Ph-O-CmH2m-OCO-CH=CH2
上述的化合物中,反-1,4-亚环己基上都结合有醚键或酯键的氧原子。这样的结构使弯曲性提高,所以与例如下式的化合物相比,聚合时更容易发生交联。还有,1,4-亚苯基上结合有醚键的结构也同样。
CH2=CH-COO-CnH2n-Cy-Ph-CmH2m-OCO-CH=CH2
本发明的化合物与其他聚合性化合物混合后用作为聚合性液晶性组合物。聚合性液晶性组合物较好是包含1质量%~30质量%的本发明的化合物、70质量%~99质量%的以下式(2)表示的非交联性化合物,且包括本发明的化合物和其他交联性化合物在内的交联性化合物合计为1质量%~30质量%。还有,为了进一步提高本发明的效果,较好是交联性化合物中以质量%计一半以上为本发明的化合物。此外,聚合性液晶性组合物更好是包含5质量%~30质量%的本发明的化合物,特别好是包含10质量%~30质量%的本发明的化合物。
CH2=CR5-COO-R6-A1-Y1-A2-A3-A4-R7  (2)
式(2)中,R5表示氢原子或者甲基。
R6表示单键或者碳数为1~15的亚烷基,R6为亚烷基时,可以分别独立地在亚烷基的碳-碳键间或者与环基结合的末端具有醚键性氧原子,该亚烷基中的与碳原子结合的氢原子还可部分或全部被氟原子取代。
R7是碳数为1~12的烷基、碳数为1~12的烷氧基、碳数为1~12的烷基羰基氧基或者氟原子,R7是烷基、烷氧基或烷基羰基氧基时,这些基团中的与碳原子结合的氢原子可部分或全部被氟原子取代。
Y1表示单键或者-COO-。
A1、A2、A3和A4分别独立地表示单键、反-1,4-亚环己基或者1,4-亚苯基,A1、A2、A3和A4中的2个以下为单键,且至少1个为反-1,4-亚环己基,而且不具有3个连续的1,4-亚苯基,反-1,4-亚环己基或者1,4-亚苯基的氢原子可部分或全部被氟原子取代。
作为除本发明的化合物以外的交联性化合物,可使用具有与本发明的化合物类似的结构的呈现液晶性或与液晶的相容性良好、具有2官能以上的聚合性基团且不破坏本发明的特性的化合物。具体来说,有以下式(3)表示的化合物。
CH2=CR8-COO-R9-A5-Y2-A6-Y3-A7-Y4-A8-R10-OCO-CR11=CH2   (3)
式(3)中,R8和R11分别独立地表示氢原子或者甲基。
R9和R10分别独立地表示单键或者碳数为1~15的亚烷基,R9或R10为亚烷基时,可以分别独立地在亚烷基的碳-碳键间或者与环基结合的末端具有醚键性氧原子,该亚烷基中的与碳原子结合的氢原子还可部分或全部被氟原子取代。
Y2表示单键或者-COO-,Y4表示单键或者-OCO-。
Y3表示单键或者-CH2-CH2-。
A5、A6、A7和A8分别独立地表示单键、反-1,4-亚环己基或者1,4-亚苯基,A1、A2、A3和A4中的2个以下为单键,且至少1个为反-1,4-亚环己基,而且不具有3个连续的1,4-亚苯基,反-1,4-亚环己基或者1,4-亚苯基的氢原子可部分或全部被氟原子取代。
上述聚合性液晶性组合物中,较好是交联性化合物的分子长度与非交联性化合物的分子长度为同等程度。藉此,可以提高聚合后的Δn,容易保持液晶性。
还有,本发明的聚合性液晶性组合物中可以包含光聚合引发剂、抗氧化剂和染料等添加剂。
下面,对将本发明的聚合性液晶性组合物聚合来获得高分子液晶的例子进行说明。
高分子液晶可以通过将上述的聚合性液晶性组合物在该液晶性组合物呈现液晶相且液晶取向的状态下聚合来获得。
为了保持液晶性组合物呈现液晶相的状态,将气氛温度设定为向列相-各向同性相相转变温度(Tc)以下即可。但是,在接近Tc的温度下液晶性组合物的Δn极小,所以较好是气氛温度的上限设定为(Tc-10)以下。
作为聚合方法,可例举光聚合或热聚合等,但从容易在保持液晶性的情况下使其固化的角度来看,优选使用光聚合。作为用于光聚合的光,较好是紫外线或可见光。进行光聚合的情况下,较好是使用光聚合引发剂,特别好是适当选自苯乙酮类、二苯酮类、苯偶姻类、苯偶酰类、米蚩酮类、苯偶姻烷基醚类、苯偶酰二甲基缩酮类和噻吨酮类等的光聚合引发剂。光聚合引发剂可以使用1种或2种以上组合使用。光聚合引发剂的量相对于聚合性液晶性组合物的总量较好是0.01质量%~5质量%,特别好是0.01质量%~2质量%。
高分子液晶可以通过将上述的聚合性液晶性组合物在夹于一对表面实施了取向处理的基板间的状态下聚合来获得。以下,对具体例子进行说明。
首先,准备透明基板。作为透明基板,例如可使用由对于可见光的透射率高的材料形成的基板。具体来说,除了含碱玻璃、无碱玻璃和石英玻璃等无机玻璃之外,还可例举由聚酯、聚碳酸酯、聚醚、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇和聚氟乙烯等含氟聚合物等透明树脂形成的基板。从刚性高这一点来看,较好是使用由无碱玻璃形成的基板。透明基板的厚度没有特别限定,通常可以设为0.2mm~1.5mm,较好是0.3mm~1.1mm。该透明基板上可根据需要设置以防止碱溶出、粘接性提高、防反射或硬涂层等为目的的由无机物或有机物等形成的表面处理层。
接着,对透明基板的表面实施取向处理。例如,在透明基板上形成取向膜,对取向膜进行取向处理。取向膜只要具有使液晶取向的功能即可,例如可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯和聚苯乙烯等有机材料或者SiO2和Al2O3等无机材料。取向处理具体可以使用摩擦法等进行。例如,可以通过用尼龙或人造丝等的摩擦布朝一个方向对取向膜的表面进行摩擦,从而使液晶分子朝该方向取向。此外,除了摩擦法以外,还可以通过SiO的斜向蒸镀、离子束法或者光取向膜等使液晶分子的取向一致。
接着,在取向膜上形成高分子液晶。除上述的透明基板(以下称为第1基板)之外,另外新准备表面形成有取向膜的第2基板。该取向膜与第1基板同样地形成即可。然后,对形成有取向膜的一侧的第2基板的表面进行脱模处理。作为脱模剂,例如可使用氟代硅烷类或具有含氟脂肪族环结构的含氟聚合物等。接着,将第1基板重叠于该第2基板,空开间隔进行临时粘接。这时,使第2基板的经脱模处理的面与第1基板的形成有取向膜的面相互朝向内侧。此外,预先设置可从外部填充聚合性液晶性组合物的开口部。然后,通过该开口部向基板间注入本发明的聚合性液晶性组合物。注入可以使用真空注入法,也可以使用在大气中利用毛细现象的方法。注入聚合性液晶性组合物后,照射规定波长的光使聚合性液晶性组合物聚合。根据需要,可以在光照后进一步进行加热处理。然后,除去临时粘接的第2基板,从而可以获得在第1基板上形成有取向膜和高分子液晶的结构。本实施方式中,聚合性液晶性组合物朝与第1基板的表面大致平行的方向取向,高分子液晶以固定为该取向的状态获得。
此外,高分子液晶的形成例如也可以如下进行。
首先,准备形成有取向膜的第1基板和形成有取向膜并施以脱模剂的第2基板。接着,在形成于第1基板的取向膜上滴加本发明的聚合性液晶性组合物。然后,将第2基板与第1基板重叠,使得脱模剂的涂布面位于聚合性液晶性组合物的一侧。接着,照射规定波长的光使聚合性液晶性组合物聚合。然后,除去第2基板后,与上述同样,可以获得在第1基板上形成有取向膜和高分子液晶的结构。
通过本发明的聚合性液晶性组合物得到的高分子液晶可用作光学元件用材料。上述的说明中,为了简化说明,高分子液晶仅与取向膜接触,但通过为了控制光学特性而设置电极或为了用作反射型元件而设置反射膜,可以制成光学元件。另外,可以根据需要而在基板的表面设置菲涅耳透镜结构、衍射光栅用光栅、色调调整用着色层或漫射光抑制用低反射层等。
使用上述的高分子液晶,可以制成衍射光栅、相位差板或波面校正元件等。例如,可以制成由包含通过本发明的聚合性液晶性组合物得到的高分子液晶的第1材料形成的第1构件与由具有各向同性的折射率的第2材料形成的第2构件交替配置而形成格子状的衍射光栅。通过交替配置第1构件和第2构件,透过它们的光相互干涉而引发衍射。本发明中,第1构件为高分子液晶,所以通过与各向同性的第2构件交替配置,透过它们的光发生根据入射光的偏振方向而不同的衍射,形成偏振光依赖性的衍射光栅。
上述的例子中,将第1材料加工成格子状而制成第1构件时,一般采用基于等离子体蚀刻的加工方法。在这里,本发明的聚合性液晶性组合物可以在保持液晶性的同时提高交联密度,所以所得的高分子液晶成为耐光性良好的材料。因此,对第1材料进行等离子体蚀刻时高分子液晶遭受的破坏比不使用本发明的聚合性液晶性组合物的材料小。
还有,本发明的光学元件并不限于光头装置,还可以应用于例如投影仪用途等中的成像元件或波长可变滤光器用途等中的通信用器件等。
具备将本发明的聚合性液晶性组合物聚合而得的高分子液晶的光学元件适合用于将信息记录于光记录介质且/或将记录于光记录介质的信息再生的光信息记录再生装置。具体来说,本发明的光学元件较好是配置于光信息记录再生装置的激光的光路中。特别适合于如BD和HDDVD等使用蓝色激光的光信息记录再生装置用的光头。
例如,具备上述的衍射光栅的光信息记录再生装置中,从光记录介质反射的光被衍射光栅衍射。还有,除了衍射光栅之外,该光信息记录再生装置还可以具有产生入射衍射光栅的光的光源、将从光源出射的光聚光于光记录介质的物镜、检测在光记录介质反射的光的检测器等。
图1中示出基于本发明的光信息记录再生装置的一例。图1中,从光源1出射的光透过衍射光栅2,通过物镜3聚光于光盘4。接着,在光盘4反射的光再次透过物镜3后被衍射光栅2衍射,到达光检测器5。光源1采用通常的光信息记录再生装置所使用的通常的激光光源。具体来说,较好是半导体激光器,但也可以是其他激光器。本发明的衍射光栅对于蓝色激光的耐光性良好,所以通过使用蓝色激光作为光源,可以实现光信息记录再生装置的大容量化。图1中,衍射光栅2起到全息分光器的作用。并且,通过在衍射光栅2与光盘4之间插入1/4波片6,可以使从光源1出射的直线偏振光的偏振方向在去程和回程中偏转90度。藉此,对于去程的偏振方向的光可以提高透射率,对于回程的偏振方向的光可以提高衍射效率,所以能够使光信息记录再生装置整体的光的利用效率进一步提高。
还有,本发明并不局限于上述实施方式,在不脱离本发明的技术思想的范围内,可以进行各种变形来实施。
以下,对本发明的实施例及比较例进行说明。
实施例1.
<化合物(1A)的合成>
首先,按照下述的反应式合成了反-4-(4-(6-羟基己氧基)苯基)环己醇(化合物1A-1)。
Figure BPA00001263342900121
向300ml的茄形瓶中加入5g(0.026mol)的反-(4-羟基环己基)苯酚、20g(0.13mol)的碳酸钾、0.86g(0.0052mol)的碘化钾、100ml的丙酮和7.06g(0.039mol)的6-溴己醇,将混合物在加热回流下搅拌24小时。反应结束后,过滤固体而得的反应溶剂用旋转蒸发器馏去。然后,用50ml的乙醚清洗析出的固体2次,获得4.51g呈白色固体的化合物(1A-1)。收率为59%。
接着,使用化合物(1A-1),按照下述反应式合成了化合物(1A)。
Figure BPA00001263342900122
在氮气气氛下,在300ml的三口烧瓶上安装回流管、滴液漏斗和填充有分子筛
Figure BPA00001263342900123
的筒,加入4.51g(0.0154mol)的化合物(1A-1)、0.76g(0.004mol)的对甲苯磺酸一水合物、0.63g(0.0057mol)的氢醌和100ml的氯仿,在室温下滴加5.56g(0.771mol)的丙烯酸。然后,在加热回流下搅拌34小时。在搅拌后的混合物中加入200ml的饱和食盐水,用100ml的二氯甲烷萃取。用无水硫酸钠干燥所得的有机层,用旋转蒸发器馏去溶剂后,用硅胶柱色谱法(展开溶剂:己烷/乙酸乙酯=8∶1)纯化。其结果是,以47%的收率获得2.91g的液晶性化合物(1A)。然后,将该化合物用二氯甲烷和己烷重结晶,结果获得1.7g的白色固体。收率为27%。化合物(1A)的熔点在53.4℃~57℃的范围内。
化合物(1A)的鉴定通过1H-NMR进行。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ=1.40-1.60(m,8H,-CH2-)、1.69-1.80(m,4H,-CH2-)、1.90-2.0(m,2H,-CH2-)、2.10-2.20(m,2H,-CH2-)、2.49(m,1H,Ar-CH)、3.93(t,2H,J=6.6Hz,-O-CH2-)、4.17(t,2H,J=6.6Hz,-O-CH2-)、4.80-4.90(m,1H,-O-CH-)、5.79-5.82(d,2H,J=12Hz,丙烯酰基)、6.08-6.38(dd,2H,丙烯酰基)、6.37-6.44(d,2H,丙烯酰基)、6.82(d,2H,J=8.8Hz芳香族H)、7.10(d,2H,J=8.8Hz,芳香族H)
实施例2.
<化合物(1B)的合成>
首先,按照下述的反应式合成了2-(6-溴己氧基)-四氢-2H-吡喃(化合物(1B-1))。
向500ml的茄形瓶中加入25g(0.139mol)的6-溴己醇、12.83g(0.152mol)的二氢吡喃、1.74g(0.007mol)对甲苯磺酸吡啶
Figure BPA00001263342900132
和300ml的二氯甲烷,将混合物在室温下搅拌1小时。反应结束后,用旋转蒸发器馏去反应溶剂后,通过蒸馏获得30g 2-(6-溴己氧基)-四氢-2H-吡喃(1B-1)的透明液体。收率为82%。
接着,使用化合物(1B-1)按照下述反应式合成了反-4-(4-(6-(四氢-2H-吡喃-2-基氧基)己氧基)苯基)环己醇(1B-2)。
Figure BPA00001263342900133
在300ml的茄形瓶上安装回流管,加入3g(0.015mol)的反-(4-羟基环己基)苯酚、10.8g(0.078mol)的碳酸钾、0.26g(0.0016mol)的碘化钾、50ml的丙酮和4.97g(0.016mol)的化合物(1B-1),将混合物在加热回流下搅拌24小时。反应结束后,过滤固体而得的反应溶剂用旋转蒸发器馏去,用硅胶柱色谱法(展开溶剂:己烷/乙酸乙酯=3∶1)纯化。其结果是,获得5.6g呈白色固体的化合物(1B-2)。收率为95%。
接着,使用化合物(1B-1)和化合物(1B-2)按照下述反应式合成了反-2-(6-(4-(4-(6-(四氢-2H-吡喃-2-基氧基)己氧基)苯基)环己氧基)己氧基)四氢-2H-吡喃(1B-3)。
Figure BPA00001263342900141
在100ml的茄形瓶上安装回流管,在氮气气氛下,加入2g(0.0053mol)的化合物(1B-2)、20ml的四氢呋喃和2ml的六甲基磷酰三胺,再平稳地加入0.85g(0.021mol)的氢化钠(60%分析)后,将混合物在加热回流下搅拌30分钟。然后,加入5.07g(0.019mol)的化合物(1B-1),再在加热回流下搅拌24小时。反应结束后,向所得的混合物中加入10ml的饱和氯化铵水溶液,再加入50ml的饱和食盐水,然后用200ml的乙酸乙酯进行萃取。用无水硫酸钠干燥所得的有机层,用旋转蒸发器馏去溶剂后,用硅胶柱色谱法(展开溶剂:己烷/乙酸乙酯/二氯甲烷=4∶1∶0.5)纯化。其结果是,以78%的收率获得2.31g的化合物(1B-3)。
接着,使用化合物(1B-3)按照下述反应式合成了反-6-(4-(4-(6-羟基己氧基)苯基)环己氧基)己烷-1-醇(1B-4)。
向100ml的茄形瓶中加入2.31g(0.0041mol)的化合物(1B-3)、20ml的甲醇和0.08g(0.0004mol)的对甲苯磺酸一水合物,将混合物在室温下搅拌2小时。反应结束后,滴加数滴饱和碳酸氢钠水溶液,再用旋转蒸发器馏去反应溶剂后,用硅胶柱色谱法(展开溶剂:己烷/乙酸乙酯=1∶1)纯化。其结果是,以74%的收率获得1.19g的化合物(1B-4)。
接着,使用化合物B4,按照下述反应式合成了化合物(1B)。
Figure BPA00001263342900151
加入1.19g(0.00303mol)的化合物(1B-4)、0.04g(0.0003mol)的4-二甲基氨基吡啶、20ml的二氯甲烷和0.67g(0.0067mol)三乙胺,在0℃慢慢滴加0.6g(0.0067mol)的丙烯酰氯后,在室温下搅拌1小时。向搅拌后的混合物中加入50ml的饱和食盐水,用100ml的二氯甲烷萃取。用无水硫酸钠干燥所得的有机层,用旋转蒸发器馏去溶剂后,用硅胶柱色谱法(展开溶剂:己烷/乙酸乙酯=4∶1)纯化。其结果是,获得1.3g透明油状的化合物(1B)。收率为86%。
化合物(1B)的鉴定通过1H-NMR进行。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ=1.19-1.82(m,20H,-CH2-)、1.90(m,2H,-CH2-)、2.13(m,2H,-CH2-)、2.45(m,1H,Ar-CH)、3.25(m,1H,O-CH-)3.49(t,2H,-O-CH2-)、3.93(t,2H,-O-CH2-)、4.10-4.20(m,4H,-O-CH2-)、5.79-5.82(d,2H,丙烯酰基)、6.08-6.16(dd,2H,丙烯酰基)、6.37-6.44(d,2H,丙烯酰基)、6.82(d,2H,芳香族H)、7.10(d,2H,芳香族H)
实施例3.
<聚合性液晶性组合物(S1)的制备>
将以下式表示的化合物(4-1)、(4-2)、(4-3)和(4-4)与实施例1中合成的化合物(1A)以13∶13∶33.4∶33.4∶7.2的摩尔比混合后,加入0.1质量%的聚合引发剂(汽巴精化公司(チバスペシヤリテイ一ケミカルズ社)制,商品名:IRGACURE 754)、0.3质量%的下述化合物(5-1)(受阻胺类光稳定剂(旭电化工业株式会社(旭電化工業社)制,商品名:LA62))、0.4质量%的化合物(5-2)(受阻酚类阻聚剂(旭电化工业株式会社制,商品名:AO50))。由此,获得聚合性液晶性组合物(S1)。化合物(1A)∶化合物(4-1)、(4-2)、(4-3)和(4-4)的总和为9.1质量%∶90.9质量%。
Figure BPA00001263342900161
实施例4.
<衍射光栅(K1)的制作>
首先,准备2块纵5cm、横5cm、厚0.5mm的玻璃基板,在各玻璃基板上通过旋涂机涂布聚酰亚胺溶液并干燥。接着,对于所得的各聚酰亚胺膜,用尼龙布朝一定方向进行摩擦处理,制成取向膜。然后,在一块玻璃基板的取向膜上涂布脱模剂后,将该基板介以环氧类密封剂粘合于另一块玻璃基板而制成液晶盒。这时,使形成有取向膜的面相互朝向内侧,并且对于各玻璃基板进行的取向处理的方向相同。此外,在玻璃基板之间散布直径3.5μm的玻璃珠,使它们的间隔为3.5μm。
在60℃的温度下向以上得到的液晶盒中注入实施例3的聚合性液晶性组合物(S1)。接着,在60℃的温度下,照射强度45mW/cm2的紫外线,使累计光量达到11000mJ/cm2,进行聚合性液晶性组合物(S1)的光聚合。然后,使用加热板于145℃进行60分钟的加热处理。由此,获得高分子液晶膜(P1)。该高分子液晶膜(P1)对于波长404nm的光的寻常光线折射率no为1.546,非常光线折射率ne为1.578。
接着,将设有脱模剂的一方的玻璃基板从液晶盒取下,在露出的高分子液晶膜(P1)上通过溅射法形成铬膜。然后,在铬膜上设置抗蚀膜,通过光刻法将抗蚀膜加工成规定的形状。接着,将抗蚀膜作为掩模,使用硝酸铈铵溶液对铬膜进行湿法蚀刻,然后对高分子液晶膜(P1)进行反应性离子蚀刻,加工成剖面呈矩形格子形状。还有,格子的间距为6μm。
接着,在高分子液晶膜(P1)上承载各向同性填充剂,所述各向同性填充剂使用2种光聚合性丙烯酸类单体以固化后与高分子液晶膜的寻常光线折射率no大致相同的条件进行了折射率调整,使格子的间隙被该介质填充。接着,再准备1块纵5cm、横5cm、厚0.5mm的玻璃基板,将该玻璃基板承载于所述高分子液晶膜(P1)上的各向同性填充剂上,使得高分子液晶膜(P1)和各向同性填充剂被2块玻璃基板夹住。然后,照射强度3000mW/cm2的紫外线,使累计光量达到3500mJ/cm2,通过光聚合使各向同性填充剂固化,然后用切割机切成纵2cm×横2cm的尺寸。通过以上的工序获得了衍射光栅(K1)。
比较例1.
<聚合性液晶性组合物(S2)的制备>
将实施例3中所述的化合物(4-1)、(4-2)、(4-3)和(4-4)以14∶14∶36∶36的摩尔比混合后,加入0.1质量%的聚合引发剂(汽巴精化公司制,商品名:IRGACURE 754)、0.3质量%的下述化合物(5-3)(受阻胺类光稳定剂(旭电化工业株式会社制,商品名:Tinuvin123))、0.4质量%的实施例3中所述的化合物(5-2)(受阻酚类阻聚剂(旭电化工业株式会社制,商品名:AO50))。由此,获得聚合性液晶性组合物(S2)。
Figure BPA00001263342900171
比较例2.
<衍射光栅(K2)的制作>
在70℃的温度下向与实施例4同样地制成的液晶盒中注入比较例1中合成的聚合性液晶性组合物(S2)。接着,在66℃的温度下,照射强度45mW/cm2的紫外线,使累计光量达到8100mJ/cm2,进行聚合性液晶性组合物(S2)的光聚合。然后,使用加热板于145℃进行15分钟的加热处理。由此,获得高分子液晶膜(P2)。
接着,与实施例4同样地进行操作,进行高分子液晶膜(P2)的反应性离子蚀刻,加工成剖面呈矩形格子形状。还有,格子的间距为6μm。
接着,在高分子液晶膜(P2)上承载各向同性填充剂,使格子的间隙被该介质填充。接着,再准备1块纵5cm、横5cm、厚0.5mm的玻璃基板,将该玻璃基板承载于各向同性填充剂上,使得高分子液晶膜和各向同性填充剂被2块玻璃基板夹住。然后,照射强度3000mW/cm2的紫外线,使累计光量达到3500mJ/cm2,通过光聚合使各向同性填充剂固化,然后用切割机切成纵1cm×横1cm的尺寸。通过以上的工序获得了衍射光栅(K2)。
<衍射光栅(K1)和(K2)的评价>
对于实施例4中制成的衍射光栅(K1)和比较例2中制成的衍射光栅(K2),使用Kr激光装置(相干公司(コヒ一レント社)制,商品名:Innova 302),将Kr激光(波长407、413nm的多波长模式)设定为最大衍射的方位角使其垂直入射。还有,试验温度设为80℃,累计光量设为10Wh/mm2~60Wh/mm2
表1表示衍射光栅(K1)和(K2)的以10Wh/mm2~60Wh/mm2的累计光量曝光时的单位相位差的综合光量的变化量。还有,综合光量是0次光(透射光)和1次光(衍射光)的和。
表1
Figure BPA00001263342900181
由表1可知,本发明的衍射光栅(K1)至累计光量50Wh/mm2为止综合光量几乎没有变化,综合光量自累计光量60Wh/mm2左右开始下降。与之相对,比较例的衍射光栅(K2)虽然至累计光量10Wh/mm2为止综合光量没有大的变化,但综合光量自累计光量20Wh/mm2左右开始下降。由以上的结果可知,如果采用本发明,则可获得耐光性良好的衍射光栅。可以制成将实施例3中使用的化合物(1A)替换为化合物(1B)的聚合性液晶性组合物,使用该组合物与实施例4同样地获得衍射光栅。
产业上利用的可能性
本发明的化合物对蓝色光具有高耐光性,制成聚合性液晶组合物时容易获得所需的液晶特性,所以适合用于各种光学元件、特别是使用强蓝色光的光盘、光学元件等需要高折射率材料的用途。另外,该光学元件可用于衍射光栅、全息图元件、透镜元件、像差校正元件、相位差板等,特别适合于使用蓝色激光的光头装置。
另外,在这里引用2008年5月30日提出申请的日本专利申请2008-142147号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容作为本发明说明书的揭示。
符号的说明
1  光源
2  衍射光栅
3  物镜
4  光盘
5  光检测器
6  1/4波片

Claims (6)

1.一种化合物,其特征在于,以下式(1)表示,
CH2=CR1-COO-R2-Cy-Ph-R3-OCO-CR4=CH2  (1);
R1和R4分别独立地表示氢原子或者甲基;
R2表示单键或者在与环基结合的末端具有氧原子的碳数为1~15的亚烷基;
R3表示在与环基结合的末端具有或不具有氧原子的碳数为1~15的亚烷基;
Cy表示反-1,4-亚环己基;Ph表示1,4-亚苯基。
2.如权利要求1所述的化合物,其特征在于,R2为单键。
3.如权利要求1或2所述的化合物,其特征在于,
R1和R4为氢原子。
4.一种光学元件,其特征在于,具备使用权利要求1所述的化合物而得的高分子液晶。
5.一种光信息记录再生装置,它是将信息记录于光记录介质且/或将记录于光记录介质的信息再生的光信息记录再生装置,其特征在于,
具备权利要求4所述的光学元件。
6.如权利要求5所述的光信息记录再生装置,其特征在于,使用蓝色激光作为光源。
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