JPH10265531A - 液晶高分子、偏光ホログラム素子および光ピックアップモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複屈折率の温度依存性の小さな液晶高分子、偏
光ホログラム素子、および光ピックアップモジュールを
提供する。 【解決手段】非架橋性液晶性モノマーを５０〜９５重量
％、および、架橋性モノマーを５〜５０重量％含む液晶
性組成物を重合させた液晶高分子を得る。さらに、その
液晶高分子を用いて偏光ホログラム素子を作製し、その
偏光ホログラム素子を用いて光ピックアップモジュール
を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複屈折率の温度依
存性が小さい液晶高分子、それを用いた偏光ホログラム
素子および光ピックアップモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ヘッド装置は光源の光を光ディスク上
に収束させ、光ディスク上に情報の書き込みを行った
り、光ディスクからの反射光を受光素子に受光すること
により、光ディスク上の情報の読み取りを行うようにし
た装置であり、これに用いられる光ヘッドはビームスプ
リッタとして機能する。

【０００３】従来、光ヘッドとしては、ガラスやプラス
チック上に矩形格子（レリーフ型）をドライエッチング
したもの、または射出成形によって等方性格子を形成し
たものや、複屈折結晶表面に異方性格子を形成し、１／
４波長板と組み合わせて偏光選択性をもたせたものが知
られている。

【０００４】光重合性液晶モノマーは、液晶配向状態を
制御した後、光重合により液晶高分子にすることによ
り、複屈折結晶と同等の高い往復効率が得られることが
知られている。液晶高分子は材料が安価であるため、民
生分野へ適用でき、位相差フィルムや光ヘッド装置に用
いられる光ヘッド等への応用が期待されている。

【０００５】また、表示素子に用いられる通常の非重合
系の液晶も同様の目的に採用されうる。非重合系の液晶
を重合させた高分子では、その複屈折率が高温では小さ
くなるか場合によっては０となる。つまり、複屈折率が
温度によって大きく変わる傾向があるので、偏光ホログ
ラム素子の回折効率の温度依存性が大きくなる欠点があ
る。

【０００６】一方、光重合性液晶モノマーを重合させた
液晶高分子を用いた偏光ホログラム素子においては、回
折効率の温度依存性はかなり小さいが、温度環境が大き
く変化する車載用等の用途では、回折効率の低下に伴う
信号／雑音比の劣化が問題になることがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複屈
折率の温度依存性の小さな液晶高分子、およびその液晶
高分子を用いた偏光ホログラム素子、さらにはその偏光
ホログラム素子を用いた光ピックアップモジュールの提
供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、鋭意検討した結果、非架橋性液晶性モ
ノマーおよび架橋性モノマーの２種を特定割合で含む液
晶性組成物を重合させた液晶高分子が上記課題を解決す
ることを見い出した。

【０００９】すなわち、本発明は、非架橋性液晶性モノ
マーを５０〜９５重量％、および、架橋性モノマーを５
〜５０重量％含む液晶性組成物を重合させた液晶高分子
を提供する。また、該液晶高分子を用いた偏光ホログラ
ム素子、さらに、該偏光ホログラム素子を用いた光ピッ
クアップモジュールを提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明における非架橋性液晶性モ
ノマーとは、重合性部位を１個有し、かつ、液晶性を有
する重合性単量体であり、下式１で表される液晶性アク
リル酸誘導体化合物が好ましい。ただし、式１中、Ａ¹
はフッ素原子、塩素原子、水素原子、またはメチル基で
あり、ｍは０〜８の整数であり、ｍが０または１である
場合のｎは０であり、ｍが２〜８の整数である場合のｎ
は１であり、Ｘ¹ は単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、
または−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −であり、Ｙは１，４−フェニレ
ン基または１，４−トランス−シクロヘキシレン基であ
り、Ｚ¹ は炭素数１〜８のアルキル基、炭素数１〜８の
アルコキシル基、フッ素原子、塩素原子、またはシアノ
基である。

【００１１】

【化３】

【００１２】アクリル酸誘導体化合物（式１）中のそれ
ぞれの記号において、Ａ¹ は水素原子が好ましく、ｍは
０または１が好ましく、特に０が好ましく、Ｘは−ＯＣ
Ｏ−が好ましい。Ｚ¹ がアルキル基またはアルコキシル
基である場合には直鎖の構造が好ましい。また、Ｚ¹ は
炭素数１〜８のアルキル基が好ましく、特に炭素数１〜
８の直鎖のアルキル基が好ましい。

【００１３】さらに、液晶性アクリル酸誘導体化合物
（式１）としては、下式３で表される化合物が好まし
い。ただし、式３中、Ｙは上記と同じ意味を示し、Ｚ²
は炭素数１〜８のアルキル基を示す。非架橋性液晶性モ
ノマーは、１種のみを用いてもよく、２種以上を組合せ
て用いてもよい。

【００１４】

【化４】

【００１５】化合物（式３）の好適な具体例としては、
以下の化合物が挙げられる。４−（トランス−４’−ｎ
−プロピルシクロヘキシルカルボニルオキシ）フェニル
アクリレート、４−（トランス−４’−ｎ−ブチルシク
ロヘキシルカルボニルオキシ）フェニルアクリレート、
４−（トランス−４’−ｎ−ペンチルシクロヘキシルカ
ルボニルオキシ）フェニルアクリレート、４−（４’−
ｎ−プロピルフェニルカルボニルオキシ）フェニルアク
リレート、４−（４’−ｎ−ブチルフェニルカルボニル
オキシ）フェニルアクリレート、４−（４’−ｎ−ペン
チルフェニルカルボニルオキシ）フェニルアクリレー
ト。

【００１６】また、化合物（式３）以外の液晶性アクリ
ル酸誘導体化合物（式１）の例としては、下式１ａで表
される４−（トランス−４’−ｎ−プロピルシクロヘキ
シル）フェニルアクリレート（高津、長谷部、第１０６
回フォトポリマー懇話会例会資料、ＩＩＩ−１）、下式
１ｂで表される４−［３−（アクリロイルオキシ）プロ
ピルオキシ］−４’−シアノビフェニル等が挙げられ
る。

【００１７】

【化５】

【００１８】本発明における架橋性モノマーとは、重合
性部位を２個以上有する重合性化合物をいい、重合性部
位を２個有する化合物が好ましい。架橋性モノマーは液
晶性であっても非液晶性であってもよい。

【００１９】架橋性モノマーとしては、下式２で表され
るジアクリル酸誘導体化合物が好ましい。ただし、式２
中、Ａ² は、フッ素原子、塩素原子、水素原子、または
メチル基であり、ｑは０〜８の整数であり、ｑが０また
は１である場合のｒは０であり、ｑが２〜８の整数であ
る場合のｒは１であり、Ｘ² は単結合、−ＣＯＯ−、−
ＯＣＯ−、または−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −であり、ｓは０また
は１であり、ｐは０または１であり、ｐが０である場合
のＸ³ は単結合であり、ｐが１である場合のＸ³ はＸ²
と同一である。

【００２０】

【化６】

【００２１】ジアクリル酸誘導体化合物（式２）中のそ
れぞれの記号において、Ａ² は水素原子が好ましく、ｑ
は０〜３の整数が好ましく、Ｘ² は−ＯＣＯ−または単
結合が好ましく、ｐは０が好ましい。また、ｐが１であ
り、かつ、ｓが１である場合のメチル基が結合した１，
４−フェニレン基の構造としては特に限定されず、メチ
ル基はどの位置に結合していてもよい。

【００２２】式２で表される化合物の具体例としては、
下式２ａで示される２−メチル−１，４−フェニレンビ
ス（４−（６−アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ）
ベンゾエート）（Ｄ．Ｊ．Ｂｒｏｅｒ等、Ｍａｋｒｏｍ
ｏｌ．Ｃｈｅｍ．１９０，３２０１（１９８９））、下
式２ｂで示される１，４−フェニレンビス（４−（６−
アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ）ベンゾエー
ト）、下式２ｃで表される４，４’−ビスアクリロイル
オキシビフェニル等が好ましい。架橋性モノマーは、１
種のみを用いてもよく、２種以上を組合せて用いてもよ
い。

【００２３】

【化７】

【００２４】本発明の液晶高分子は、上記非架橋性液晶
性モノマーを５０〜９５重量％、好ましくは６０〜９０
重量％、および上記架橋性モノマーを５〜５０重量％、
好ましくは１０〜４０重量％含む液晶性組成物を重合さ
せて得られる液晶高分子である。非架橋性液晶性モノマ
ーが９５重量％を超えると、液晶高分子の複屈折率の温
度依存性が大きくなり、架橋性モノマーが５０重量％を
超えると、液晶高分子の融点が高くなり作業性が悪くな
る。

【００２５】本発明の液晶性組成物中には、用途、要求
性能等に応じて、架橋性液晶性モノマーおよび架橋性モ
ノマー以外の他のモノマー成分を、適宜含ませてもよ
い。他のモノマー成分としては、低温で液晶性を示すモ
ノマー成分、低温用の低粘性モノマー成分、屈折率異方
性を調整するモノマー成分、誘電率異方性を調整するモ
ノマー成分、コレステリック性を付与するモノマー成
分、またはその他各種添加剤としてのモノマー成分が挙
げられる。

【００２６】上記液晶性組成物の重合は、光重合法によ
るのが好ましい。光重合においては、光重合開始剤を用
いて重合させるのが効率的であり好ましい。光重合開始
剤としては特に限定されず、アセトフェノン類、ベンゾ
フェノン類、ベンゾイン類、ベンジル類、ミヒラーズケ
トン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンジルジメ
チルケタール類、チオキサントン類等が好ましく使用で
きる。また必要に応じ、２種以上の光重合開始剤を混合
使用してもよい。光重合開始剤は、上記液晶性組成物に
対して、０．１〜１０重量％を含ませるのが好ましく、
特に０．５〜２重量％を含ませるのが好ましい。また、
光重合には放射線を照射するのが好ましく、紫外線を照
射するのが好ましい。

【００２７】本発明の液晶高分子は、複屈折率の温度依
存性が低い利点がある。この複屈折率（Δｎ）の温度依
存性（Ｔ）は、５０℃での複屈折率（Δｎ５０℃）と６
０℃での複屈折率（Δｎ６０℃）によって、Ｔ＝（Δｎ
６０℃）／（Δｎ５０℃）で定義された場合のＴ値が
０．９０以上であることが好ましい。複屈折率（Δｎ）
とは、異常光屈折率（ｎ_e ）と常光屈折率（ｎ_o ）との
差の絶対値をいう。

【００２８】本発明においては、上記液晶性組成物を重
合させて液晶高分子とする。重合に際しては、支持体と
してガラス、プラスチック等を使用するのが好ましい。
また、支持体面には配向処理を施すのが好ましい。配向
処理の方法は、支持体面を、綿、羊毛等の天然繊維、ナ
イロン、ポリエステル等の合成繊維などで直接ラビング
する方法、またはポリイミド、ポリアミド等を塗布しそ
の面を上記繊維等でラビングする方法等が挙げられる。

【００２９】さらに２枚の支持体に、ガラスビーズなど
のスペーサを配置し、所望のギャップに調節し、この支
持体間に挟まれた部分に組成物を注入し、充填するのが
好ましい。この際、液晶高分子を液晶状態に保つために
は雰囲気温度を融点［Ｔ_m （℃）以上でネマチック−等
方性相転位温度［Ｔ_c （℃）］以下にすればよいが、
［Ｔ_c （℃）］に近い温度では複屈折率がきわめて小さ
いので、雰囲気温度の上限は（Ｔ_c −１０）℃以下とす
るのが好ましい。そして、該雰囲気下で重合させるのが
好ましい。該方法で液晶高分子を得た場合、液晶高分子
は、支持体に挟んだまま用いてもよく、支持体から剥離
して用いてもよい。

【００３０】本発明の液晶高分子は、光学素子に好適で
ある。具体的には、位相差フィルムとして使用できる。
また、格子状に配向制御した液晶高分子と１／４波長板
とを組み合わせたり、格子凹部に液晶高分子を充填した
ものと１／４波長板と組み合わせることにより、偏光依
存性をもつ往復効率の高い偏光ホログラムビームスプリ
ッタを作製できる。また１／４波長板のない構造によ
り、温度特性の優れた偏光素子を作製できる。さらに、
得られた光学素子を用いて光利用効率の高い光ヘッドを
作製できる。

【００３１】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが、本発明は、これらの例によって限定されな
い。

【００３２】［例１（実施例）］ピッチ３０μｍ、深さ
３μｍの矩形格子をもつガラス板上に、配向剤としてポ
リイミドをスピンコータで塗布し、熱処理した後、ナイ
ロンクロスで格子と平行方向にラビング処理を行ったも
のと、配向処理を同様に行ったガラス平板を、配向処理
面が向かい合うように接着剤を用いて貼り合わせた。そ
の際、配向方向が平行になるようにしたセルを準備し
た。

【００３３】式１ａで示される４−（トランス−４’−
ｎ−プロピルシクロヘキシル）フェニルアクリレート
（Ｔ_c ＝３９℃）、式１ｂで示される４−［３−（アク
リロイルオキシ）プロピルオキシ］−４’−シアノビフ
ェニル（Ｔ_c ＝４５℃）、および４−（トランス−４’
−ｎ−ペンチルフェニルカルボニルオキシ）フェニルア
クリレート（Ｔ_c ＝７０℃）をそれぞれ等重量ずつ混合
した組成物を調製し、該組成物の全重量の２５重量％と
なるように、架橋性モノマーとしての前記式２ｃで示さ
れる４，４’−ビスアクリロイルオキシビフェニルを混
合し液晶性組成物とした。

【００３４】液晶性組成物、および、光重合開始剤とし
ての２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］
−２−モルホリノプロパン−１−オンを液晶組成物中に
１重量％添加したものを、上記で準備したセルに１３０
℃で注入し、格子状凹部を該液晶組成物で充填した。使
用した架橋性液晶組成物のＴ_c は６１℃を示し、３０℃
以上で液晶性を示した。

【００３５】次に、３５℃で１０ｍＷ／ｃｍ² の強度の
紫外線を１５０秒照射し、光重合を行った。得られたセ
ルの片面に１／４波長板を積層し、偏光ホログラムビー
ムスプリッタを作製した。この偏光ホログラムビームス
プリッタを光ヘッドに用いたところ、波長６５０ｎｍの
レーザ光源で、２０％の光利用効率を得た。光利用効率
の温度特性は、２５℃では２０％、６０℃では１８．５
％まで変化した。

【００３６】また、得られた液晶高分子の複屈折率の温
度依存性Ｔは、０．９３であった。さらに、液晶高分子
を用いた偏光ホログラム素子の回折効率温度依存性は小
さく、温度環境を大きく変化させた用いたところ、回折
効率の低下に伴う信号／雑音比の劣化がほとんどなかっ
た。

【００３７】［例２（比較例）］架橋性モノマーを用い
なかった以外は例１と同様にして光重合を行い光ヘッド
を製造した。得られた光ヘッドの光利用効率の温度特性
は、２５℃では２０％、６０℃では１７％まで変化し
た。

【００３８】

【発明の効果】本発明の液晶高分子は、複屈折率の温度
依存性が小さいため、位相差フィルムや光ヘッドに使用
できる。また、この液晶高分子を用いて、偏光依存性を
もつ往復効率の高い偏光ホログラム素子である偏光ホロ
グラムビームスプリッタを作製でき、同素子を用いて光
利用効率の高い光ヘッドを作製できる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 5/30 Ｇ０２Ｂ 5/30

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非架橋性液晶性モノマーを５０〜９５重量
   ％、および、架橋性モノマーを５〜５０重量％含む液晶
   性組成物を重合させた液晶高分子。
2. 【請求項２】非架橋性液晶性モノマーが下式１で表され
   るアクリル酸誘導体化合物である請求項１記載の液晶高
   分子。 【化１】 （式１中、Ａ¹ はフッ素原子、塩素原子、水素原子、ま
   たはメチル基であり、ｍは０〜８の整数であり、ｍが０
   または１である場合のｎは０であり、ｍが２〜８の整数
   である場合のｎは１であり、Ｘ¹ は単結合、−ＣＯＯ
   −、−ＯＣＯ−、または−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −であり、Ｙは
   １，４−フェニレン基または１，４−トランス−シクロ
   ヘキシレン基であり、Ｚ¹ は炭素数１〜８のアルキル
   基、炭素数１〜８のアルコキシル基、フッ素原子、塩素
   原子、またはシアノ基である。）
3. 【請求項３】架橋性モノマーが下式２で表されるジアク
   リル酸誘導体化合物である請求項１記載の液晶高分子。 【化２】 （式２中、Ａ² は、フッ素原子、塩素原子、水素原子、
   またはメチル基であり、ｑは０〜８の整数であり、ｑが
   ０または１である場合のｒは０であり、ｑが２〜８の整
   数である場合のｒは１であり、Ｘ² は単結合、−ＣＯＯ
   −、−ＯＣＯ−、または−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −であり、ｓは
   ０または１であり、ｐは０または１であり、ｐが０であ
   る場合のＸ³ は単結合であり、ｐが１である場合のＸ³
   はＸ² と同一構造である。）
4. 【請求項４】本文中に定義する複屈折率の温度依存性が
   ０．９０以上である請求項１、２または３記載の液晶高
   分子。
5. 【請求項５】請求項１、２、３または４記載の液晶高分
   子を用いた偏光ホログラム素子。
6. 【請求項６】請求項５記載の偏光ホログラム素子を用い
   た光ピックアップモジュール。