JPH03500058A - 低屈折率を有するｆｋ混合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 低屈折率を宥するＦＫ混合物 本発明は低屈折率を有する液晶混合物およびこれらの混合物を集積光学素子のオ ーバーレイ材料として使用することに間する。

液晶混合物は、それらの種々の物理的性質および化学的性質によって、現在まで 、ますます増大する技術的用途が見い出されている。

たとえば、電場の影響の下に、光吸収、光散乱、複屈折、反射または色のような 光学的性質を変えることができる。かなりの場合に、混合成分を計画的に選択す ることによって、特定の技術用途に適するパラメーターを調整することができる 。

極めて一般的に、これらの効果を電子補遺部品および光構造部品に工業的に適用 するには、多数の要件に適合しなければならない液晶相が要求される。これらの 要件の中で・は、水分、空気および熱、赤外部、可視部および紫外部の照射線お よび直流および交流電場のような物理的影響に対する化学的耐性が特に重要であ る。

集積光学素子の急速な発達によって、スイッチ、カプラー、モジュレータ−およ び偏光子のような新しい光学部品の開発が必要になっている。これらの部品は光 データ通信および光センサ−チクノロシイで使用される。

一般に、これらの部品は電気光学スイッチング素子にもとづいている。導波路そ れ自体の電気光学的活性化を得ることは、しばしば非常に困誼であるが、電気光 学的に活性なオーバーレイ材料における消失場を利用することによって、単純な 方法で光伝導挙動の所望の影響を得ることができる。

液晶材料を使用することによって得ることができる屈折率の場誘発による大きい 変化の結果として、これらの材料はプラナ−導波路のオーバーレイ材料として、 およヒ光学ガラスまたは光学重合体ファイバーにおける電気光学的に活性なりラ ッド材料として特に適している。これらの用途においては、液晶の屈折率の少な くとも一つが導波路の屈折率よりも小さいことが必要である。最適効果を得るた めには、屈折率を特定の導波路構造にさらに適合させなければならない。

ガラス導波路と組合せて液晶を使用する場合には、たとえば、屈折率の一つがｎ 　＝　１．４５７の数値を超えてはならないことが必須であり、他方、重合体導 波路（たとえばＰＭＨＡにもとづく）の場合には、屈折率の一つは８９０ｒ＋ｎ の波長で１．４８３より大きくあってはならない。

フッ素化分子が相当する水素添加された化合物よりも小さい屈折率を有すること は知られている。このタイプのフ“ツ素化成分を含有する混合物はＧＢ　８，７ ０２，１２ｆ３に記載されている。しかしながら、相当する化合物は高度にフッ 素化されている［多数の（ＣＦ２−　ＣＦ２）。単位を有するｃ式中ｎ≧３）で ある］、シかしながら、液晶混合物にフッ素化液晶成分を加えると、液晶相の不 安定化が生じる。さらにまた、これらの物質の若干は、主成分として非フツ素化 液晶化合物を含有する慣用のＥＣ混合物中て゛、僅かに可溶性であるか、もしく は不溶性である。このような混合成分のフッ素化度が高いほど、前記の欠点がさ らに際立つ。

従って、本発明の目的は、光学ガラスまたは光学重合体の導波路と組合せて、電 気光学的に活性な材料として使用するために、特に好ましいｎＱ値およびｎ＠ｊ ｉｇを有し、かつまた前記の欠点を有していないか、または僅かな程度にしか有 していない、新規な液晶材料を提供することをも含有していない成分よりなる液 晶混合物が集積光学素子におけるオーバーレイ材料として格別に適することが見 い出された。

従って、本発明は、（−ＣＦ２−　ＣＦ２）　ｎ一単位（式中、ｎは自然数であ る）を有する液晶成分を含有していない、液晶混合物であり、この混合物の屈折 率ｎ□値が１．４６〜１．５２から選ばれる数値より小さく、かつまたこの混合 物の屈折率のｎｅ値が１．４６〜１．５２から選ばれる数値と少なくとも同程度 に大きい、液晶混合物に間するものである。

本発明は、好ましくは式Ｉおよび式■ で示される化合物の群から選ばれる正の誘電率を有する成分、および所望により 、式■および式■ＲＱ−ＣＰ　−Ｑ”　−Ｒ”　ＩＩ Ｒｔ−ｃｐ−ｃｐ−２−ａｌ−Ｒｚ　ｒｖで示される化合物の群から選ばれるニ ュートラルの誘電率を有する成分（上記各式中、Ｑ！は１．４−シクロヘキシレ ンまたは１，４−フェニレンであり、σ、Ｑは１．４−シクロヘキシレンであり 、環σまたは環σのうちの一つはまた、１，４−シクロヘキセニレンであり　ｌ （ｌ、Ｒ２、Ｒ８は非極性の側鎖基であり、Ｘは極性の１ＩＩＩａ基であり、Ｚ は架橋員または単結合である） を含有する混合物に関する。

本発明はさらにまた、このタイプの混合物を、集積光学素子のオーバーレイ材料 として使用することに関する。

本発明はさらにまた、基本的に、導波路および光スイツチング素子よりなり、そ のオーバーレイ材料がこのタイプの混合物の少なくとも一種よりなる、電気光学 スイッチング素子に間する。

本発明において、ニュートラルの誘電率を有する成分は、その誘電異方性値が一 ２≦ムさく＋２である化合物を意味し、そして正の誘電率を有する成分は、格別 に大きい誘電異方性値（ムε≧＋５）、好ましくは≧＋７の誘電異方性値を有す る化合物を意味するものと理解する。

基Ｒ１、Ｒ２、Ｒｚ、ＸおよびＺはＬＣ化学で慣用の意味を有する。この点に関 して、ＷＡＨＡ的学術書であるり、　Ｄｅｍｕ３によるＦｌｊｉｓｓｉｇｅ　Ｋ ｒ１ｓｔａｌｌｅ　ｉｎ　Ｔａｂｅｉｌｅｎ、　ＶＥＢ　ＤｅｕｔｓｃｈｅｒＶ ｅｒｌａｇ　ｆｊｒ　Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ、Ｌｅｉｐｚｉ ｇ　１９７４　（Ｖｏｌ。

■）および１９８４　（Ｖｏｌ、Ｉ［）およびＨｌにｅｌｋｅｒ、　Ｒ，Ｈａｔ ＺによるＨａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ、　Ｖａｒ ｌａｇ　Ｃｈｅｎｉｅ、　Ｗｅｉ−ｎｈｅｉｉ　１９８０．を参照することがで き、これらの文献には多数の慣用で、適当な基が記載されている。

式１〜式■において、１１、Ｒ２およびＲ３は非極性の側鎖基であり、これらの 基は、それぞれ相互に独立して、好ましくは、炭素原子１〜１２個をそれぞれ有 する、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基またはオキサアルキル基である 。

Ｒ１、Ｒ２および（または）　ＲＺがアルキル基および（または）アルコキシ基 である場合に、これらの基は直鎖状または分枝鎖状であることができる。好まし くは、これらの基は直鎖状であり、従って、好ましくは、メチル、エチル、プロ ピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、メトキシ、エトキシ、１０ボキ シ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシまたはへブトキシであり、さらにまた、 オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、オクトキシ、ツノキシ、デ クキシ、ウンデコキシである。

オキサアルキルは、好ましくは直鎖状の２−オキサプロピル（＝メトキシメチル ）、２−（＝エトキシメチル）または３−オキサブチル（＝２−メトキシエチル ）、２−１３−または４−オキサペンチル、２−１３−１４−または５−オキサ ヘキシル、２−１３−１４−１５−または６−オキサへ１チル、２−１３−１４ −１５−１６−または７−オキサオクチル、２−．３−１４−２５−１６−５７ −または８−オキサノニル、２−１３−１４−５５−２６−１７−１８−または ９−オキサデシルて′ある。

一般に、この種の分枝鎖状基は１個より多くの鎖分校を有していない、好ましい 分枝鎖状基Ｒ１、Ｒ２およびＲ３はイソプロピル、２−ブチル（＝１−メチル１ ０ピル）、イソブチル（＝２−メチルプロピル）、２−メチルブチル、インペン チル（＝３−メチルブチル）、２−メチルペンチル、３−メチルペンチル、２− エチルヘキシル、２−プロピルペンチル、イン１０ボキレ、２−メチル１０ボキ シ、２−メチルブトキシ、３−メチルブトキシ、２−メチｌしへメトキシ、３− メチルペントキシ、２−エチルヘキソキシ、１−メチルヘキソキシ、１−メチル へブトキシて゛ある。

Ｒ１、Ｒ２および（または）Ｒ３がアルケニル基て゛ある場合に、これらの基は 直鎖状または分枝鎖状であることができる。好ましくは、これらの基は直鎖状て ′あり、炭素原子２〜１０個を有する。従って、これらの基は、好ましくはビニ ル、１０グー１−１または１０ブー２−エニル、ブドー１−１２−またはブドー ３−エニル、ベント−１−１２−１３−またはベント−４−エニル、ヘキス−１ −１２−１３−５４−またはへキス−５−エニル、へ１トー１−１２−１３−５ ４−１５−またはへ７）−６−エ二ル、オクト−１−１２−５３−１４−１５− １６−またはオクト−７−エニル、ノン−１−１２−１３−１４−１５−１６− １７−またはノン−８−エニル、デク−１−５２−１３−１４−１５−１６−５ ７−１８−またはデク−９−エニルである。

Ｑは１，４−シクロヘキシレンまたは１，４−フェニレンである。ＣＰおよびＧ は１．４−シクロヘキシレンおよび１．４−シクロヘキセニレンであるが、σお よびσを含有する化合物において、これらの２個の環のうちの一つだけは、１． ４−シクロヘキセニレンであることができる。

１．４−シクロヘキセニレンの二重結合異性体の中で、原子０１または原子Ｃ４ のうちの一つが二重結合の一部分である異性体は非常に特に好ましい。

Ｘは極性の側鎖基であり、Ｘは好ましくは−ＣＦ、、−ＮＯ２、−ＣＭおよびＦ である。−ｃｒ、、−ＣＭおよびＦは非常に特に好ましい、實橋員２は好ましく は−ＣＯ−Ｏ−５−Ｏ−ＣＯ−。

−Ｃ）１２０−、−０ＣＲ２または−ＣＨ＊　ＣＨ２−である、さらにまた、Ｚ はまた、単結合であることができる。　−ｃｏ−ｏ−、−ｏ−ｃｏ−。

−ＣＨ２ＣＨ２−および単結合は特に好ましい。

従って、式Ｉで示される、正の誘電率を有する化合物は下記部分式のＩａおよび Ｉｂで示される化合物を包含する： 式■て′示される、正の誘電率を有する化合物は、下記部分式のＵａおよびｎｂ で示される化合物を包含する二重■で示される、ニュートラルの誘電率を有する 好ましい化合物は下記部分式１１ａ〜ｆｌ［ｃで示される化合物を包含する： 式■で示される、ニュートラルの誘電率を有する好ましい化合物は下記部分式１ ’９ａ〜ＩＶＪで示される化合物を包含する： 従って、その分子中に存在するＲ１、Ｒ２、Ｒ３、ＸおよびＺが前記の好ましい 意味を有する、部分式Ｉａ、より、Ｉ［ａ、■ｂ、ｌｌａ　〜［［ｃおよびＩＶ ａ　〜ＩＶＪで示される化合物は特に好ましい、すなわち、部分式ＩＶａで示さ れる化合物の中では、下記部分式の■ａａ〜ｌ’９ａｃで示される化合物は非常 に特に好ましい。

従って、部分式］Ｖｂで示される化合物の中では、下記の部分式ＩＶｂａ〜ＩＶ ｂｃで示される化合物が非常に特に好ましい。

本発明による液晶相の式１〜式■で示される化合物はそれぞれ、既知であるか、 またはそれらの合成方法は、文献に記載の標準的方法にもとづくものて゛あるこ とから、当業者により公知技術から容易に見い出すことができる。

相当する化合物は、たとえば、ＤＥ　２，７０２，５９８．２．６３６，６８４ ．２，９２２，２３６．３，２３３，６４１　、３，３２１，３７３．２．８０ ０，５５３　、３，２１１，６０１．３，３１７，５９７　オ、にヒ３，０２３ ，３６８ならびにＥＰ　Ｏ，０９４，４８７に記載されている。

本発明による液晶混合物の中て′、少なくとも一種の正の誘電率を有する成分工 または■および少なくとも一種のニュートラルの誘電率を有する成分■または■ を含有する混合物、あるいは少なくとも二種の、正の誘電率を有する成分を含有 し、成分工または成分Ｈのうちの少なくとも一種が１．４−フェニル基を含有し ていない、混合物は特に好ましい。

上記第一の場合に、混合物は好ましくは、正の誘電率を有する成分２〜６０％、 特に５〜４０％、および一種または二種以上のニュートラルの誘電率を有する成 分４０〜９８％、特に６０〜９５％を含有する。

混合物が少なくとも二種の正の誘電率を有する成分を含有し、その成分Ｉまたは 成分■のうちの少なくとも一つが１，４−フェニレン基を含有していない場合に 、この混合物は１，４−フェニレンを含有しない化合物を好ましくは、５０〜９ ５％、特に７０〜９０％含有する。

本発明による液晶混合物は好ましくは、式１〜式■で示される群から選ばれる各 化合物を５０〜１００％、特に８０〜９５％含有する。

本発明の特別の態様においては、この混合物は、もっばらフッ素を含有しない成 分を含有する。

本発明による混合物の調製はそれ自体慣用の方法で行なう０通常、少ない方の量 で使用する成分の所望量を主成分として用いられる成分中に、有利には高められ た温度において、溶解させる。諸成分の有機溶剤中、たとえばアセトン、クロロ ホルムまたはメタノール中の溶液を混合し、次いで混合した後に、たとえば蒸留 により溶剤を再び除去することもできる。

本発明による混合物は重合体導波路またはガラス導波路用のオーバーレイ材料と して適しており、低い粘度および広いメソフェース範囲を有することによって、 きわ立っている。使用することができる重合体は慣用のポリ（メタ）アクリレー ト類、ポリシロキサン類、ポリイミド類、あるいはまた、当業者に知られている その他の物質である。

オーバーレイ材料によって被覆される、これらの導波路の重要な用途分野はデー タ通信および光センサ−チクノロシイの分野における集積光学素子の電気光学ス イッチ、カプラー、モジュレータ−および偏光子である。

添付図面（第１図）は電気光学スイッチング素子のデザインの例を示すものであ る。簡潔にするために、部品１〜６の相互の大きさは省略されている。

この素子は基板（１）よりなり、この基板に導波路（２）が内接されている。導 波路の両側上には、基板表面に適用されているｔ極（３）が配置されており、電 源（図示されていない）に連結されている。導波路の上とｔ’ｌの部分との間の 空間はオーバーレイ材料である液晶混合物（４）によって満たされる。この空間 はスペーサー（５）により両側上に、そしてガラス板（６）により頂上部と結合 している。その結果として、この導波路材料の屈折率値は基板の屈折率値よりも 大きく、かつまた液晶混合物のｎｇ値とｎｅ値との間にあるが、大きくてもｎ６ 値と同程度の太きさにある。

この素子は種々の方法で使用することができる。用途の一つにおいては、場が印 加されていない状態における液晶分子の長軸はｔ＠間の好ましい方向が基板表面 に対して垂直である（ホメオトロピックである）ような様相で、予備配向させる 。電場が適用されると、この分子の配向は逆転し、これらは場の方向に沿って配 向され、これにより、導波路の性質が変えられる。すなわち、たとえば、場が適 用された後に、導波路のＴＥ波の到着は、その先に伝導されない、従って、この 構造部品は、たとえば非分極光用の偏光子として、または、直ｉｉｉ光用の０Ｎ １０ＦＦスイツチとして、機能することができる。駆動を変えた場合には、モジ ュレータ−として使用することもできる。別様に、この電極はまた、導波路の上 と下とに配置することもでき、液晶分子はまた、基板表面に対して平行に、予備 配向させることもできる。この配置においても、スイッチング原則は変化するこ となく残る。

次例は本発明を説明しようとするものであり、本発明をこの例に制限するもので はない。

記号は下記の意味を有する： Ｓ−Ｎ：スメクテイツクーネマテイック相転移温度Ｃｐ：透明点 本明細書の全体を通して、温度は全て、摂氏度で示されている。パーセンテージ は重量による。

例　１ Ｐ−トランス−４−プロピルシクロへキシル−ベンゾニトリル　１５％ トランス、トランス−４−メトキシ−４°−プロピルシクロへキシルシクロヘキ サン　１０％ トランス、トランス−４−１０ボキシ−４−１０ピルシクロへキシルシクロヘキ サン　１５％トランス、トランス−４−メトキシ−４゛−ペンチルシクロへキシ ルシクロヘキサン　１０％ トランス、トランス−４−エトキシ−４°−ペンチルシクロへキシルシクロヘキ サン　１０％ トランス−４−プロピルシクロヘキシルトランス、トランス−４−プロピルシク ロへキシルシクロヘキサン−４“−カルボキシレート　５％ トランス−４−ペンチルシクロヘキシルトランス、トランス−４−プロピルシク ロへキシルシクロヘキサン−４°−カルボキシレート　５％ トランス−４−プロピルシクロヘキシルトランス、トランス−４−ブチルシクロ へキシルシクロヘキサン−４゛−カルボキシレート　５％ トランス−４−ペンチルシクロヘキシルトランス、トランス−４−ブチルシクロ へキシルシクロヘキサン−４゜−カルボキシレート　５％ ４−プロピルフェニルトランス、トランス−４−プロピルシクロへキシルシクロ ヘキサン−４°−カルボキシレート　５％ ４−ペンチルフェニルトランス、トランス−４−プロピルシクロへキシルシクロ ヘキサン−４゛−カルボキシレート　５％ ４−プロピルフェニルトランス、トランス−４−ブチルシクロへキシルシクロヘ キサン−４°−カルボキシレート　５　％ ４−ペンチルフェニルトランス、トランス−４−ブチルシクロへキシルシクロヘ キサン−４°−カルボキシレート　５　％ よりなる混合物はＳ−Ｎ＜−２０”、Ｃｐ９１°を示し、そして２Ｇ”で測定し て下記のｎｏ値およびｎＱ値を有する：ｎ６　ｎ＠　λ　ｎｎ １．４７６８　１゜５４４１　５８９ １．４７２０　１．５４１４　６３３ １．４６９０　１．５３３９　９００ １．４６６４　１．５３００　１３００第　１　図 国際調査報告 一−−−−＾−−−ｈｗ−ＰＣＴ／ＥＰ　８９１００３１２ｍｗ＋ｗｗｍ　ａ− ｂ＠１１＋ｍ　ＰＣＴ／ＥＰ　８９１００３１２”ｍ”’　ＰＣＴ／ＥＰ　８９ １００３１２国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．（−ＣＦ２−ＣＦ２−）ｎ単位（式中、ｎは自然数である）を有する液晶成 分を含有していない液晶混合物であつて、この混合物の屈折率値ｎｏは１．４６ 〜１．５２から選ばれる数値よりも小さく、かつまたこの混合物の屈折率値ｎｅ は１．４６〜１．５２から選ばれる数値と少なくとも同程度の大きさを有する液 晶混合物。
2. ２．式Ｉおよび式ＩＩ ▲数式、化学式、表等があります▼Ｉ ▲数式、化学式、表等があります▼ＩＩで示される化合物の群から選ばれる正の 誘電率を有する成分、および所望により、式ＩＩＩおよび式ＩＶＲ２−Ｑ２−Ｑ ３−Ｒ３　ＩＩＩ Ｒ２−Ｑ２−Ｑ３−Ｚ−Ｑ１−Ｒ３　ＩＶで示される化合物の群から選ばれるニ ユートラルの誘電率を有する成分、 ［上記各氏中、Ｑ１は１，４−シクロヘキシレンまたは１，４−フエニレンであ り、Ｑ２、Ｑ３は１，４−シクロヘキシレンであり、環Ｑ２または環Ｑ３のうち の一つはまた、１，４−シクロヘキセニレンであることもでき、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ ３は非極性の側鎖基であり、Ｘは極性の側鎖基であり、Ｚは架橋員子または単結 合である］ を含有する、請求項１に記載の混合物。
3. ３．式Ｉまたは式ＩＩにおいて、その分子中に存在するＱ１が１，４−シクロヘ キシレンである化合物少なくとも一種を含有し、そして、さらに、式Ｉおよび式 ＩＩで示される化合物の群から選ばれる正の誘電率を有する成分少なくとも一種 を含有する、請求項２に記載の混合物。
4. ４．式ＩＩＩおよび式ＩＶで示される化合物の群から選ばれるニユートラルの誘 電率を有する成分少なくとも一種を含有する、請求項２に記載の混合物。
5. ５．請求項１、２、３および４のうちの少なくとも一項に記載の混合物を、集積 光学素子のオーバーレイ材料として使用すること。
6. ６．本質的に、導波路およびオーバーレイ材料よりなる電気光学スイッチング素 子であつて、この材料が請求項１、２、３または４のうちの少なくとも一項に記 載の混合物よりなる、電気光学スイッチング素子。