KR101052451B1 - 액정 광 변조 소자 및 광 헤드 장치 - Google Patents

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Abstract

파장 500㎚ 이하의 레이저광을 장기간에 걸쳐 안정적으로 변조 가능한 액정 광 변조 소자의 제공.
한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지하여 이루어지는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자로서, 상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 포함하고, 상기 배향막과 상기 액정 조성물이 접하고 있으며, 상기 액정 조성물이 산화 방지제를 함유하는 액정 광 변조 소자.
액정 광 변조 소자, 광 헤드 장치

Description

액정 광 변조 소자 및 광 헤드 장치{LIQUID CRYSTAL LIGHT MODULATING ELEMENT AND OPTICAL HEAD DEVICE}
본 발명은, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하기 위해 사용되는 액정 광 변조 소자에 관한 것이다.
액정 소자는 소형이고, 가동부가 없기 때문에 내구성이 높은 점에서 광 변조 소자로서 주목받고 있으며, 예를 들어, 광 헤드 장치에 탑재하여 레이저광의 변조 소자로서 사용하는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조). 최근, 기록 밀도 향상을 위해, 광 디스크의 판독이나 기록에 사용되는 레이저광의 단파장화가 진행되고 있어, 파장 500㎚ 이하 (예를 들어, 파장 405㎚ 부근) 의 레이저광을 판독 기록하는 데에 이용하는 고밀도 광 디스크의 개발이 진행되고 있다. 그에 수반하여, 그 파장 영역의 레이저광을 변조하기 위한 액정 소자가 요구되고 있다 (예를 들어, 비특허 문헌 1 참조).
이러한 용도에 사용되는 액정 소자는, 통상, 한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지(挾持)한 것으로서, 이 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막이 이 순서로 적층되어 있고, 상기 배향막과 액정 조성물이 접하는 상태가 되어 있다. 이 배향막은, 통상 러빙 처리되어 있으며, 서로 접하는 액정 조성물 중의 액정은 러빙 방향으로, 또한 배향막이 실시된 표면과 수 도 ∼ 10 도정도의 각도 (이것을 이하 「프리틸트각」이라 한다.) 를 이루어 배향한다. 배향막의 재료로서는, 내열성 및 절연성이 높은 점에서 폴리이미드가 널리 사용되고 있다.
특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 2002-260269호
특허 문헌 2: 일본 공개특허공보 2002-237077호
비특허 문헌 1: 「2002 International Symposium on Optical Memory and Optical Data Storage Topical Meeting Technical Digest」p.57
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 파장 350∼500㎚ 의 레이저광 (이하, 청색 레이저광이라고도 기재한다.) 의 변조 소자로서 폴리이미드 배향막을 갖는 액정 소자를 이용한 경우, 액정의 배향 상태가 초기 상태로부터 변동하는 것을 본 발명자들은 발견하였다.
예를 들어, 초기의 액정의 배향이, 액정 소자의 광축 방향의 주위에 비틀림 없는 비트위스트 배향 (패럴렐 배향, 안티패럴렐 배향, 벤드 배향 등) 이 되어 있는 액정 소자에 있어서, 입사하는 청색 레이저광의 편광 방향이 액정의 배향 방향과 대략 평행해지도록 청색 레이저광의 조사를 계속하면, 액정의 배향이 소자의 광축 주위에서 비틀리는 것이 관측되었다.
또한, 초기의 액정의 배향이, 소자의 광축 방향의 주위에 비틀림이 있는 트위스트 배향인 액정 소자에 있어서도, 입사하는 청색 레이저광의 편광 방향이 소자내의 적어도 일부의 액정의 배향 방향과 평행해지도록 (즉, 청색 레이저광의 편광 방향이 트위스트각내에 들어가도록) 청색 레이저광의 조사를 계속하면, 트위스트각이 초기 상태에 비해 커지는 것이 관측되었다.
또한, 청색 레이저광의 조사를 계속하면, 프리틸트각이 초기 상태와 비교하여 커지는 것도 관측되었다.
이와 같이, 액정 조성물과 접촉하는 면에 폴리이미드 배향막을 갖는 액정 소자에, 청색 레이저광의 조사를 계속하면, 액정의 배향 상태의 변화 (즉, 트위스트각의 발생 및 증대, 프리틸트각의 증대) 가 발생하고, 이것에 의해 액정 소자의 광 변조 특성이 열화되어, 실용에 견딜 수 없게 되는 문제가 생기게 된다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 청색 레이저광을 장기간에 걸쳐 안정적으로 변조할 수 있는 액정 광 변조 소자를 제공한다. 즉, 본 발명은, 이하의 발명을 제공한다.
<1> 한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지하여 이루어지는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자로서, 상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 포함하고, 상기 배향막과 상기 액정 조성물이 접하고 있으며, 상기 액정 조성물이 산화 방지제를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 광 변조 소자.
<2> 한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지하여 이루어지는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자로서, 상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 포함하고, 상기 배향막과 상기 액정 조성물이 접하고 있으며, 상기 액정 조성물이 힌더드아민계 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 광 변조 소자.
<3> 한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지하여 이루어지는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자로서, 상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막이 이 순서로 적층되어 있고, 상기 배향막과 상기 액정 조성물이 접하고 있으며, 상기 액정 조성물이 힌더드아민계 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 광 변조 소자.
<4> 한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지하여 이루어지는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자로서, 상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 포함하고, 상기 배향막과 상기 액정 조성물이 접하고 있으며, 상기 액정 조성물이 힌더드페놀계 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 광 변조 소자.
<5> 한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지하여 이루어지는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자로서, 상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 포함하고, 상기 배향막과 상기 액정 조성물이 접하고 있으며, 상기 액정 조성물이 힌더드아민계 화합물 및 힌더드페놀계 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 광 변조 소자.
<6> 액정 광 변조 소자가 파장 380∼450㎚ 의 레이저광을 변조하는 <1>∼<5> 중 어느 하나에 기재된 액정 광 변조 소자.
<7> 상기 힌더드아민계 화합물의 양이 상기 액정 조성물의 전체량에 대하여 0.01∼5질량% 인, <2>, <3>, <5>, <6> 중 어느 하나에 기재된 액정 광 변조 소자.
<8> 상기 힌더드아민계 화합물이, 2,2,6,6-테트라알킬피페리딘 유도체인, <2>, <3>, <5>, <6>, <7> 중 어느 하나에 기재된 액정 광 변조 소자.
<9> 상기 힌더드페놀계 화합물의 양이 상기 액정 조성물의 전체량에 대하여 0.01∼5질량% 인, <4>, <5>, <6> 중 어느 하나에 기재된 액정 광 변조 소자.
<10> 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 출사하는 광원과, 이 광원으로부터 출사된 레이저광을 광 기록 매체 상에 집광시키는 대물 렌즈와, 집광되어 광 기록 매체에 의해 반사된 광을 수광하는 광 검출기와, 상기 광원과 상기 광 기록 매체 사이의 광로 중 또는 상기 광 기록 매체와 상기 광 검출기 사이의 광로 중에 배치된 <1>∼<9> 중 어느 하나에 기재된 액정 광 변조 소자를 구비하는 광 헤드 장치.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 청색 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자에 있어서, 액정의 배향 상태의 변화를 억제할 수 있어, 광 변조 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 명세서에 있어서는, 식 (1) 로 표시되는 화합물을 화합물 (1) 이라고도 기재한다. 식 (A) 로 표시되는 기를 기 (A) 라고도 기재한다. 다른 화합물 및 기에 대해서도 동일하게 기재한다. 「접합각」은, 서로 대향하는 한 쌍의 기판 상에 있어서의 각각의 배향막의 러빙 방향이 서로 이루는 각도를 의미한다. 또한, 파장은 일점의 값으로 기재되어 있는 경우에도, 기재치±15㎚ 의 범위를 포함하는 것으로 한다.
본 발명에 있어서의 액정 셀은, 투명 기판과 전극과 폴리이미드 배향막을 포함하는 한 쌍의 적층체가, 폴리이미드 배향막의 면이 대향하도록 배치되고, 적층체 상의 주연부(周緣部)를 시일(seal)제로 시일하여 조립되어 제작된다. 적층체로서는, 투명 기판에 전극 및 폴리이미드 배향막이 이 순서로 적층된 적층체가 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 폴리이미드 배향막이 기판으로부터 가장 멀어진 층으로서 형성되어 있고, 폴리이미드 배향막의 면이 액정 조성물과 접촉하는 구성으로 되어 있는 한, 다른 층을 갖고 있어도 된다. 다른 층으로서는 후술하는 층간 절연막의 층 등을 들 수 있다. 다른 층은, 기판과 전극 사이에 형성되어 있어도 되고, 전극과 폴리이미드 배향막 사이에 형성되어 있어도 된다. 이하, 투명 기판에 전극 및 폴리이미드 배향막이 이 순서로 적층된 구성에 한정하지 않고, 다른 층을 갖는 것도 「적층체」로서 표기한다.
투명 기판으로서는, 투명 유리 기판 및 투명 수지 기판이 바람직하며, 강성이 높은 점에서, 투명 유리 기판이 특히 바람직하다. 투명 기판의 두께는 0.2∼1.5㎜ 가 바람직하고, 0.3∼1.1㎜ 가 특히 바람직하다. 전극으로서는, ITO 막, SnO2 막 등의 투명 도전막을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 적층시켜 이루어지는 막상 투명 전극이 바람직하다. 막상 투명 전극은, 용도에 따라 포토리소그래피, 웨트 에칭 등의 방법으로 패터닝하는 것이 바람직하다.
폴리이미드 배향막으로서는 공지의 방법에 의해 형성할 수 있고, 폴리아믹산 용액을 도포한 후에 소성하는 방법, 가용성 폴리이미드 용액을 도포한 후에 용매를 휘발시키는 방법 등에 의해 형성할 수 있다. 폴리이미드로서는, 지환식 폴리이미드가 바람직하다. 방향족 폴리이미드를 이용하는 경우에는, 그 폴리이미드 중의 방향고리가 불소 원자, 트리플루오로메틸기로 치환되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 배향막의 표면은 러빙 처리하는 것이 바람직하다.
적층체가 다른 층을 갖는 경우, 투명 도전막과 폴리이미드 배향막 사이에, 단락 방지 등의 목적으로 무기물로 이루어지는 층간 절연막의 층을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 투명 도전막의 표면에, TiO2, SiO2, ZrO2, Al2O3 등의 금속 산화물의 졸을 스핀 코트 등의 방법에 의해 도포한 후, 소성함으로써 층간 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 증착 혹은 스퍼터링에 의해, 상기 금속 산화물의 막을 막형성해도 된다. 이 층간 절연막의 두께는, 10∼100㎚ 인 것이 바람직하다. 그 절연막 층의 두께가 10㎚ 미만이면, 절연막으로서의 기능이 불충분해지고, 100㎚ 초과이면, 액정 조성물에 대하여 실효적인 전압을 인가하는 것이 곤란해질 우려가 있어, 바람직하지 않다.
액정 셀의 제작은 통상적인 방법에 따라 실시할 수 있으며, 예를 들어 이하에 나타내는 방법으로 제작할 수 있다. 우선 상기 적층체의 한 쌍을 준비하고, 적어도 일방의 적층체의, 폴리이미드 배향막이 형성되어 있는 측의 면의 주연부에 에폭시 수지 등의 시일제를 고리형으로 도포한다. 시일제에는, 원하는 셀 갭을 얻기 위한 스페이서, 전압 인가를 위한 도전 경로가 되는 도전성 미립자 등을 미리 혼합할 수 있다. 이어서, 폴리이미드 배향막의 면이 대향하는 형태로, 원하는 간격 (셀 갭) 및 접합각으로 한 쌍의 적층체를 배치하고, 시일제를 경화하여, 공(空) 셀을 형성한다. 셀 갭은 1∼20㎛ 가 바람직하고, 2∼10㎛ 가 특히 바람직하다. 시일제의 고리형의 도포 부분에는, 적어도 일부, 액정 조성물을 주입하기 위한 주입구가 되는 불연속 부분이 형성되어 있고, 그 주입구로부터 액정 조성물을 주입함으로써 액정 광 변조 소자가 제작된다. 액정 조성물은 폴리이미드 배향막과 접하는 상태에서 주입된다.
액정 광 변조 소자의 구성은 상기의 구성에 한정되지 않고, 예를 들어, 투명 기판의 전극이 적층된 면과 반대측의 면에 반사 방지막이 적층되어 있어도 되며, 또한, 위상판 등이 적층되어 있어도 된다.
본 발명의 액정 광 변조 소자에 사용되는 액정 조성물로서는, 하기 화합물 (1), 하기 화합물 (2), 및 하기 화합물 (3) 으로부터 선택되는 적어도 1 종의 화합물을 함유하는 액정 조성물이며, 화합물 (1)∼화합물 (3) 의 합계량이, 액정 조성물에 대하여 95질량% 이상인 것이 바람직하다. 화합물 (1)∼화합물 (3) 은 단독으로 액정성을 나타낼 필요는 없고, 조성물로 하였을 때에 네마틱 액정성을 나타내면 된다.
R11-A11-(X11-B11)j-(X12-B12)k-X13-C11-R12 (1)
R21-A21-(X21-B21)p-(X22-B22)q-X23-A22-R22 (2)
R31-A31-X31-C31-R32 (3).
단, 식 중의 기호는 이하의 의미를 나타낸다.
j, k, p, q: 각각 독립적으로 0 또는 1.
R11, R21, R22, R31: 각각 독립적으로, 탄소수 2∼7 의 직쇄 알킬기, 탄소수 2∼7 의 직쇄 알콕시기, 탄소수 2∼7 의 직쇄 알케닐기, 또는 탄소수 2∼7 의 직쇄 알케닐옥사이드기.
R12: 불소 원자, 트리플루오로메틸기, 트리플루오로메톡시기, 또는 디플루오로 메톡시기.
R32: 탄소수 2∼7 의 직쇄 알킬기 또는 탄소수 2∼7 의 직쇄 알콕시기.
X11, X12, X13, X21, X22, X23, X31: 각각 독립적으로, 단결합, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -(CF2)2-, -CF2O-, 또는 -OCF2-.
A11, A21, A22, A31: 각각 독립적으로, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기.
B11, B12, B21, B22: 각각 독립적으로, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기, 1,4-페닐렌기, 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기.
C11, C31: 1,4-페닐렌기 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기.
단, 상기의 고리형기 중, 1,4-페닐렌기 및 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기는, 이들 기 중의 탄소 원자에 결합한 수소 원자의 1 개 이상이 불소 원자로 치환되어 있어도 된다.
탄소수 2∼7 의 직쇄 알킬기로서는, 탄소수 2∼5 의 직쇄 알킬기가 바람직하며, 에틸기, n-프로필기, 또는 n-펜틸기가 특히 바람직하다. 탄소수 2∼7 의 직쇄 알콕시기로서는, 탄소수 2∼5 의 직쇄 알콕시기가 바람직하며, 에톡시기, n-프로필옥사이드기, 또는 n-부틸옥사이드기가 특히 바람직하다.
탄소수 2∼7 의 직쇄 알케닐기로서는, 탄소수 2∼5 의 직쇄 알케닐기가 바람직하다. 상기 알케닐기 중, 탄성 상수비 (K33/K11) 가 큰 점에서, 1-알케닐기 또는 3-알케닐기가 바람직하다 (단, n-알케닐기란, 고리형기에 결합하는 n 번째의 탄소 원자로부터 알케닐 사슬 말단을 향하여 이중 결합이 있는 알케닐기를 의미한다). 탄소수 2∼7 의 직쇄 알케닐옥사이드기로서는, 탄소수 2∼5 의 직쇄 알케닐옥사이드기가 바람직하다.
R11, R21, R22 및 R31 로서는, 탄소수 2∼7 의 직쇄 알킬기가 바람직하다. R12 로서는 불소 원자가 바람직하다. R32 로서는, 탄소수 2∼7 의 직쇄 알콕시기가 바람직하다.
A11, A21, A22 및 A31 로서는, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기가 바람직하다. B11, B12, B21 및 B22 로서는, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 하기 기 (PhF), 또는 하기 기 (PhFF) 가 바람직하다. C11 및 C31 로서는, 1,4-페닐렌기, 하기 기 (PhF), 또는 하기 기 (PhFF) 가 바람직하다.
Figure 112006092192092-pct00001
X11, X12, X13, X21, X22, X23 및 X31 로서는, 단결합 또는 -(CH2)2- 가 바람직하다.
화합물 (1)∼화합물 (3) 에 있어서, 청색 레이저광에 대한 안정성을 보다 높게 할 수 있는 점에서, 직접 결합하는 1,4-페닐렌기 (그 기 중의 탄소 원자에 결합한 수소 원자의 1 개 이상이 불소 원자로 치환된 기도 포함한다.) 의 수는 2 개 이하가 바람직하다.
이하에, 화합물 (1)∼화합물 (3) 의 구체예를 나타낸다 (단, 이하의 구체예 에 있어서의 RA 및 RB 는, 각각 독립적으로 탄소수 2∼7 의 직쇄 알킬기를 나타낸다).
화합물 (1) 로서는, 하기 화합물을 들 수 있다. 이들 중, 네마틱 액정 상을 나타내는 온도 범위가 넓고 또한 유전율 이방성이 큰 점에서는, 하기 화합물 (1a-2), 하기 화합물 (1d-2), 하기 화합물 (1h-1), 하기 화합물 (1g-1), 하기 화합물 (1g-2), 하기 화합물 (1b-1), 하기 화합물 (1b-2), 하기 화합물 (1c-1), 하기 화합물 (1c-2), 하기 화합물 (1e-1), 하기 화합물 (1f-1), 하기 화합물 (1i-1), 또는 하기 화합물 (1j-1) 이 바람직하다. 또한, 네마틱상-등방상 상전이 온도가 높고 또한 굴절률 이방성이 큰 점에서는, 하기 화합물 (1k-1), 하기 화합물 (1k-2), 하기 화합물 (1m-1), 또는 하기 화합물 (1m-2) 이 바람직하다.
Figure 112006092192092-pct00002
화합물 (2) 로서는, 하기 화합물 (2a)∼하기 화합물 (2d) 등을 들 수 있다. 이들 중, 네마틱상-등방상 상전이 온도가 높고 또한 굴절률 이방성이 큰 점에서는, 하기 화합물 (2c) 또는 하기 화합물 (2d) 이 바람직하다.
Figure 112006092192092-pct00003
화합물 (3) 으로서는, 하기 화합물 (3a) 및 하기 화합물 (3b) 이 바람직하다. 이들 화합물은 저점성이며, 그 화합물을 사용함으로써 액정 조성물의 점도를 작게 할 수 있다.
Figure 112006092192092-pct00004
액정 조성물로서는, 화합물 (1) 을 필수로 하고, 액정 광 변조 소자에 요구되는 특성에 따라 화합물 (2), 화합물 (3) 을 적절히 조합하는 것이 바람직하다. 화합물 (2) 을 이용함으로써, 액정 조성물의 액정성을 나타내는 온도 범위를 넓게 할 수 있고, 화합물 (3) 을 이용함으로써, 액정 조성물의 점성을 낮게 할 수 있다. 액정 조성물로서는, 예를 들어, 하기 화합물 (1a-2-1), 하기 화합물 (1g-1-1), 하기 화합물 (1d-2-1), 하기 화합물 (1d-2-2), 하기 화합물 (1d-2-3), 및 하기 화합물 (3a-1) 을 함유하는 액정 조성물이 바람직하다.
Figure 112006092192092-pct00005
본 발명의 액정 광 변조 소자는, 주로 광 헤드 장치에 탑재하여 사용된다. 광 헤드 장치의 사용 환경이 통상 실온 부근인 점, 또한, 광 헤드 장치 내부의 온도가 70℃ 정도까지 상승할 가능성이 있는 점에서, 액정 조성물은 적어도 20∼70℃ 의 범위에서 네마틱 액정성을 나타낼 필요성이 있다. 또한, 액정 광 변조 소자가 안정적으로 동작하기 위해서는, 결정상-네마틱상 전이점은 -20℃ 이하이며, 네마틱상-등방상 전이점은 90℃ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 굴절률 이방성이 양의 값을 취하는 액정 조성물을 예시하였지만, 굴절률 이방성이 음의 값을 취하는 액정 조성물을 이용해도 된다.
본 발명에 있어서의 액정 조성물은 산화 방지제를 함유한다. 본 발명에 있어서의 산화 방지제란, 라디칼 반응에 있어서, (1) 연쇄 개시 반응의 금지, (2) 연쇄 성장 반응의 금지, 및 (3) 과산화물의 분해 중 어느 것에 유효한 화합물이면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 산화 방지제로서는, 힌더드아민계 화합물 및 힌더드페놀계 화합물이 바람직하다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 각각 2 종 이상을 병용해도 된다. 또한, 힌더드아민계 화합물과 힌더드페놀계 화합물 을 병용해도 된다.
힌더드아민계 화합물로서는, 하기 식 (A) 로 표시되는 기를 적어도 1 개 갖는 화합물이 바람직하며, 2,2,6,6-테트라알킬피페리딘 유도체인 것이 특히 바람직하다.
Figure 112006092192092-pct00006
단, 식 중의 R1, R2, R3 및 R4 는 알킬기 또는 페닐기를 나타내며, R5 는 수소 원자, 알킬기, 또는 알콕시기를 나타낸다.
R1, R2, R3 및 R4 로서는, 알킬기가 바람직하다. 그 기는 직쇄 구조 또는 분기 구조 중 어느 것이어도 되며, 직쇄 구조인 것이 바람직하다. R1∼R4 로서는, 에틸기 또는 메틸기가 바람직하며, 메틸기가 특히 바람직하다. R1, R2, R3 및 R4 는 동일한 기여도 되고 상이한 기여도 되며, 동일한 기인 것이 바람직하고, R1∼R4 모두가 메틸기인 것이 특히 바람직하다.
R5 가 알킬기인 경우, 탄소수 1∼4 의 직쇄 알킬기인 것이 바람직하고, 메틸기인 것이 특히 바람직하다. R5 가 알콕시기인 경우, 그 알콕시기는 직쇄 구조, 분기 구조, 또는 부분적으로 고리를 갖는 구조 중 어느 것이어도 되며, 직쇄 구조인 것이 바람직하다. 그 알콕시기를 구성하는 탄소 원자의 수는 1∼18 이며, 1∼10 이 바람직하다. 그 알콕시기로서는, n-옥틸옥사이드기, n-프로필옥사이드기, 및 n-시클로헥실옥사이드기 등을 들 수 있고, n-옥틸옥사이드기가 바람직하다. R5 로서는, 수소 원자, 메틸기, 또는 n-옥틸옥사이드기가 바람직하며, 청색 레이저광에 대한 안정화 효과가 높은 점에서 메틸기가 특히 바람직하다.
식 (A) 로 표시되는 기로서는, 하기 기 (A1), 하기 기 (A2), 또는 하기 기 (A3) 이 바람직하다.
Figure 112006092192092-pct00007
본 발명에 있어서의 힌더드아민계 화합물로서는, 예를 들어 하기 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006092192092-pct00008
본 발명에 있어서의 힌더드페놀계 화합물로서는, 페놀성 수산기의 2 위치 및 6 위치 중 적어도 어느 1 개소에 치환기를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 치환기로서는, 메틸기 또는 t-부틸기가 바람직하다. 힌더드페놀계 화합물로서는, 모노페놀류, 비스페놀류, 및 폴리페놀류 중 어느 하나이어도 되고, 페놀계 산화 방지제로서 시판되고 있는 화합물로부터 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
힌더드페놀계 화합물로서는, 예를 들어 이하에 나타내는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006092192092-pct00009
본 발명에 있어서, 힌더드아민계 화합물 및 힌더드페놀계 화합물 등의 산화 방지제는 액정 조성물에 첨가하여 이용되고, 액정 조성물 외, 폴리이미드 배향막에 첨가해도 지장 없다. 또한, 힌더드아민계 화합물 및 힌더드페놀계 화합물은, 각각, 1 종을 사용해도 되고 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
힌더드아민계 화합물의 양은, 그 양이 적으면 광 변조 소자의 특성 열화를 방지하는 효과가 작고, 그 양이 많으면 액정 조성물이 나타내는 액정 온도 범위가 좁아지기 때문에, 액정 조성물에 대하여 0.01∼5질량% 가 바람직하고, 0.1∼2질량% 가 특히 바람직하다.
힌더드페놀계 화합물의 양은, 그 양이 적으면 광 변조 소자의 특성 열화를 방지하는 효과가 작고, 그 양이 많으면 액정 조성물이 나타내는 액정 온도 범위가 좁아지기 때문에, 액정 조성물에 대하여 0.01∼5질량% 가 바람직하고, 0.1∼2질량% 가 특히 바람직하다.
또한, 힌더드아민계 화합물과 힌더드페놀계 화합물을 병용할 수도 있다. 이 경우에는, 힌더드페놀계 화합물은 힌더드아민계 화합물에 대하여 당량 이하를 사용하는 것이 바람직하며, (힌더드페놀계 화합물의 질량)/(힌더드페놀계 화합물의 질량+힌더드아민계 화합물의 질량) 의 값이 0.5 이하인 것이 바람직하고, 0.01∼0.3 이하인 것이 특히 바람직하다.
또한, 산화 방지제로서는, 힌더드아민계 화합물 및 힌더드페놀계 화합물에 한정하지 않고, 황계 산화 방지제나 인계 산화 방지제를 사용해도 된다.
또한, 본 발명에 있어서의 액정 조성물은, 자외선 안정제, 자외선 흡수제 등의 다른 성분을 함유하고 있어도 된다. 예를 들어, 본 발명의 액정 광 변조 소자는, 자외선 경화형 접착제에 의해, 광 헤드 장치 등의 모듈에 고정하여 사용되는 경우가 있다. 이 경우, 자외선에 의한 액정 광 변조 소자의 성능 열화를 막기 위해, 액정 조성물은 자외선 안정제를 함유하고 있어도 된다. 자외선 안정제로서는, 일반적으로 알려져 있는 자외선 안정제로부터 적절히 선택되고, 벤조트리아졸계 화합물, 벤조페논계 화합물, 및 트리아진계 화합물 등을 이용할 수 있다. 자외선 안정제 등의 다른 성분은 청색 레이저광의 투과 광량을 현저히 저하시키지 않는 범위에 있어서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 액정 광 변조 소자는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광, 바람직하게는 파장 350∼500㎚, 특히 바람직하게는 파장 380∼450㎚ 의 레이저광을 변조한다. 구체적으로는, 액정 광 변조 소자에 입사한 청색 레이저광의 편광 상태 또는 파면 상태를 변조하는 경우 등이 있다. 편광 상태의 변조에는, 입사한 직선 편광을 타원 편광으로 변조하는 경우, 원 편광으로 변조하는 경우, 및 입사 편광과 직교하는 직선 편광으로 변조하는 경우 등이 있고, 이들 기능을 갖는 액정 광 변조 소자는, 편광 변환 소자로서 이용할 수 있다. 편광 변환 소자는, 편광 빔 스플리터나 편광판과 함께 사용함으로써, 광량 조정 소자로서 이용할 수 있다. 또한, 파면 상태를 변조하는 액정 광 변조 소자는, 수차 보정 소자 등에 이용할 수 있다. 구체적으로는, 판독 에러 방지를 위한 수차 보정 소자, 상이한 2 개 이상의 파장을 호환 사용하는 다파장 호환 광 헤드 장치에 있어서, 모든 파장에서 동시에 수차를 억제하기 위한 수차 보정 소자 등이 있다.
본 발명의 액정 광 변조 소자에 있어서의 액정의 배향 방향은 용도에 따라 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 적층체의 접합각이 0도인 경우에는 패럴렐 배향, 180도인 경우에는 안티패럴렐 배향이 되고, 그 배향 상태를 취하는 액정 소자는, 수차 보정 소자 또는 광축을 조정하기 위한 렌즈 등에 사용된다. 수차 보정 소자로서 이용하는 경우에는, 위상 변화를 크게 할 필요가 있고, 굴절률 이방성이 클 것이 요구된다. 배향 방향을 패럴렐 배향 또는 안티패럴렐 배향으로 함으로써, 구동시의 굴절률 이방성을 크게 할 수 있다.
또한, 적층체의 접합각이 0도 또는 180도 이외인 경우에는 트위스트 배향이 되고, 그 배향 상태를 취하는 액정 소자는 광량 조정 소자, 렌즈 등에 사용된다. 광량 조정 소자에는, 출사광의 편광 방향을 변화시키는 것이 요구되므로, 트위스트 배향으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 액정 광 변조 소자의 구동 방식은 특별히 제한되지 않고, IPS (In- Plain Switching) 방식과 같이 횡전기장에서 구동하는 액정 광 변조 소자이어도 된다.
본 발명의 액정 광 변조 소자는, 수차 보정 소자, 액정 렌즈, 및 광량 조절 소자 등의 용도에 유용하고, 주로 광 헤드 장치에 탑재하여 사용된다.
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되지 않는다. 또한, 예 1∼3, 5, 6, 7, 및 9 는 실시예이며, 예 4, 8, 및 10 은 비교예이다.
레이저광 조사는, Kr 레이저 장치 (코히어런트사 제조, 상품명: 이노바 300) 를 이용하여 행하였다. 액정 소자의 트위스트각 및 틸트각은 편광 측정 장치 (신텍크사 제조, 상품명: OPTIPRO) 를 이용하여 측정하였다.
[1] 액정 조성물의 조제예
하기 화합물 (1a-2-1), 하기 화합물 (1d-2-1), 하기 화합물 (1d-2-2), 하기 화합물 (1d-2-3), 하기 화합물 (1g-1-1), 및 하기 화합물 (3a-1) 을 29.4/5.2/5.3/10.8/29.2/20.2 (질량비) 로 혼합하여, 액정 조성물 1 을 조제하였다. 액정 조성물 1 은 실온에서는 네마틱상을 나타내고, 96.5℃ 에서 네마틱상으로부터 등방상으로 상전이하였다. 실온에 있어서, 파장 405㎚ 의 레이저광에 대한 굴절률 이방성의 크기는 0.1 이었다.
Figure 112006092192092-pct00010
[2] 액정 조성물 1 의 내광 시험예
[1] 에서 얻은 액정 조성물 1 을 n-헥산으로 희석하여, 액정 조성물 1 이 약 10질량% 함유되는 n-헥산 용액 1 을 조제하고, 석영 셀에 봉입하였다. 석영 셀은 광로 폭 4㎜, 광로 길이 10㎜ 이며, 액 높이를 약 5㎜ 로 하였다. 다음에 석영 셀에 Kr 레이저광 (중심 파장 407㎚) 을 조사하여, 청색 레이저광 폭로 가속 시험을 실시하였다. 이 때, 레이저광의 출력을 120㎽, 빔 지름을 약 3㎜ 로 조정하여, 레이저광이 석영 셀 중의 n-헥산 용액 1 을 일정하게 조사할 수 있도록 하였다. 또한, 조사 시간을 300 시간으로 하였다.
레이저광 조사 후, n-헥산 용액 1 을 회수하여, 가스 크로마토그래피로 분석하였다. 분석 결과를 레이저광 조사 전의 분석 결과와 함께 표 1 에 나타낸다. 표 1 중의 수치는, n-헥산의 피크를 제외하고 산출한 화합물 (1a-2-1), 화합물 (1d-2-1), 화합물 (1d-2-2), 화합물 (1d-2-3), 화합물 (1g-1-1), 및 화합물 (3a-1) 의 면적% 이다. 레이저광 조사 전후의 각 화합물의 면적% 에는 변화가 없고, 분해물 등에 상당하는 새로운 피크도 관찰되지 않은 점에서, 액정 조성물 1 은 청 색 레이저광에 대하여 안정적인 액정 조성물임이 확인되었다.
조사전 조사후
화합물 1a-2-1 28.85% 28.83%
화합물 1d-2-1 5.20% 5.24%
화합물 1d-2-2 5.28% 5.27%
화합물 1d-2-3 10.70% 10.61%
화합물 1g-1-1 30.39% 30.26%
화합물 3a-1 19.59% 19.78%
[3] 셀의 제작
[3-1] 셀의 제작예 (그 1)
세로 100㎜, 가로 100㎜, 두께 0.53㎜ 의 투명 유리 기판을 2장 준비하였다. 각각의 표면에 두께 15㎚ 의 ITO 투명 도전막을 막형성하고, 다음에 포토리소그래피 및 웨트 에칭에 의해 패터닝하여 투명 전극을 제작하였다. 다음에 투명 전극 상에 폴리아믹산 용액 (닛산화학사 제조, 상품 번호: SE510) 을 스핀 코트하고, 소성함으로써 두께 약 50㎚ 의 폴리이미드 배향막을 적층하였다. 레이온포를 이용하여 폴리이미드 배향막을 러빙 처리하여, 1 쌍의 적층체를 제작하였다.
상기 적층체의 한쪽의 폴리이미드 배향막이 적층된 면의 주연부에, 에폭시계 시일제 (에폭시계 시일제에는 원하는 직경의 파이버 스페이서와 도전성 코팅이 행해진 아크릴 구를 첨가하였다. 첨가하는 파이버 스페이서의 직경에 따라 셀 갭을 조정할 수 있다.) 를 스크린법에 의해 인쇄하였다. 다음에, 다른 쪽의 적층체를, 폴리이미드 배향막이 서로 마주 보고, 또한 소정의 접합각을 유지하여 중첩시켜, 6×104N/㎡ 의 압력으로 압착하고, 170℃ 에서 가열 경화시켰다. 가열 경화 종료 후, 냉각시키고, 세로 5㎜, 가로 5㎜ 의 크기로 절단하여 셀 1 을 제작하였다.
[3-2] 셀의 제작예 (그 2)
[3-1] 와 동일한 방법에 의해 셀 2 를 제작하였다. 단, 적층체로서, 유리 기판의 표면에 투명 전극을 제작한 후, 그 투명 전극 표면에 SiO2 및 ZrO2 졸을 스핀 코트하고 소성함으로써 절연막을 형성하고, 다음에 그 절연막 표면에 폴리이미드 배향막을 형성함으로써 얻은 적층체를 이용하였다.
[4] 액정 소자의 제작 및 평가예
[4-1] 액정 조성물의 조제
[1] 에서 조정한 액정 조성물 1 에 대하여, 표 2∼4 에 나타내는 비율로, 산화 방지제를 첨가하여 액정 조성물을 조제하였다. 산화 방지제 중, 힌더드아민계 화합물로서는, 하기 화합물 (A2-3)(아사히덴카공업사 제조, 상품 번호: LA-62), 하기 화합물 (A1-1), 및 하기 화합물 (A1-3)(아사히덴카공업사 제조, 상품 번호: LA-67) 을 이용하고, 힌더드페놀계 화합물로서는, 하기 화합물 (B-1)(아사히덴카공업사 제조, 상품 번호: AO-60) 및 하기 화합물 (B-2)(스미토모화학사 제조, 상품 번호: GA-80) 을 이용하였다.
또한, 이하의 표에 나타내는 첨가량은, 액정 조성물 1 전체에 대한 질량% 로 나타내고, 복수의 산화방제를 사용하는 경우에는, 각각의 액정 조성물 1 에 대한 질량% 로 나타낸다.
Figure 112006092192092-pct00011
[4-2] 액정 소자의 제작
[4-1] 에서 얻은 각각의 액정 조성물을 [3] 에서 얻은 셀에 감압 주입하고, 자외선 경화형 접착제를 이용하여 주입구를 밀봉하고, 액정 소자를 제작하였다. 표 2∼4 에는, 사용한 셀, 셀 갭, 접합각을 함께 나타낸다.
[4-3] 액정 소자의 평가
[4-2] 에서 얻은 각각의 액정 소자에 대하여, 표 2∼4 에 나타내는 조사 조 건에 의해 Kr 레이저 (중심 파장 407㎚) 를 조사하여, 청색 레이저광 폭로 가속 시험을 실시하였다. 조사 전후의 트위스트각, 프리틸트각, 전압-투과율 곡선의 변화를 표 2∼4 에 나타낸다. 또한, 예 3 에 있어서는, 액정 소자 4 에 입사 하는 레이저광의 편광 방향을, 액정의 배향 방향과 대략 평행해지도록 조정하고, 기타 예에 있어서는 액정 소자에 입사하는 레이저광의 편광 방향이, 접합각내에 있도록 조정하였다.
예 1 예 2 예 3 예 4

힌더드아민
 화합물 (A2-3) 0.6 - - -
화합물 (A1-1) - 0.3 - -
화합물 (A1-3) - - 0.6 -
힌더드페놀
 화합물 (B-1) - - - -
화합물 (B-2) - - - -
셀 셀 1 셀 1 셀 1 셀 1
셀 갭 (㎛) 3.2 3.2 4.3 3.2
접합각 (°) 약 45 약 45 180 약 45
시험 온도 (℃) 실온 실온 실온 실온
조사 강도 (㎽) 80 80 80 80
조사 시간 (h) 300 300 300 300
트위스트각
(°)		 시험 전 45.7 45.7 180 45.7
시험 후 45.8 45.9 180 50.8
프리틸트각
(°)		 시험 전 2.3 2.3 2.2 2.3
시험 후 2.3 2.4 2.3 5.8
전압-투과 곡선 변화 없음 변화 없음 변화 없음 변화 현저
예 5 예 6

힌더드아민
 화합물 (A2-3) 1.7 2.0
화합물 (A1-1) - -
화합물 (A1-3) - -
힌더드페놀
 화합물 (B-1) 0.3 -
화합물 (B-2) - -
셀 셀 2 셀 2
셀 갭 (㎛) 3.5 3.5
접합각 (°) 약 50 약 50
시험 온도 (℃) 60 60
조사 강도 (㎽) 160 160
조사 시간 (h) 600 680 600 680
트위스트각
(°)		 시험 전 51.5 51.5
시험 후 51.5 51.5 51.5 측정 불능
프리틸트각
(°)		 시험 전 3.5 3.5
시험 후 3.5 3.5 3.5 측정 불능
전압-투과 곡선 변화 없음 변화 없음 변화 없음 -
예 7 예 8 예 9 예 10

힌더드아민
 화합물 (A2-3) 1.7 - - -
화합물 (A1-1) - - - -
화합물 (A1-3) - - - -
힌더드페놀
 화합물 (B-1) - - - -
화합물 (B-2) 0.3 - 0.3 -
셀 셀 2 셀 2 셀 2 셀 2
셀 갭 (㎛) 3.5 3.5 3.5 3.5
접합각 (°) 50 50 50 50
시험 온도 (℃) 60 60 60 60
조사 강도 (㎽) 100 100 100 100
조사 시간 (h) 380 380 400 400
트위스트각
(°)		 시험 전 50.9 50.9 51.0 51.0
시험 후 50.9 측정 불능 51.0 측정 불능
프리틸트각
(°)		 시험 전 2.5 2.5 2.6 2.6
시험 후 2.5 측정 불능 2.6 측정 불능
전압-투과 곡선 변화 없음 변화 없음 변화 없음 -
본 발명의 액정 광 변조 소자는, 청색 레이저광의 조사에 의해 발생하는 액정의 배향 상태의 변화를 억제할 수 있다. 따라서, 광 변조 특성의 열화를 방지할 수 있어, 청색 레이저광을 변조하는 광 변조 소자로서 유용하다.
또한, 2004년 6월 29일에 출원된 일본 특허출원 제2004-191257호의 명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세 서의 개시로서, 취입하는 것이다.

Claims (10)

  1. 한 쌍의 대향하는 투명 기판간에 액정 조성물의 층을 협지(挾持)하여 이루어지는, 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자로서,
    상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 포함하고, 상기 배향막과 상기 액정 조성물이 접하고 있으며,
    상기 액정 조성물이 산화 방지제를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 광 변조 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 조성물이 힌더드아민계 화합물을 함유하는 액정 광 변조 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 투명 기판에는, 서로의 대향면측의 표면에 전극 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막이 이 순서로 적층되어 있는 액정 광 변조 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 조성물이 힌더드페놀계 화합물을 함유하는 액정 광 변조 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 조성물이 힌더드아민계 화합물 및 힌더드페놀계 화합물을 함유하는 액정 광 변조 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    액정 광 변조 소자가 파장 380∼450㎚ 의 레이저광을 변조하는 액정 광 변조 소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 힌더드아민계 화합물의 양이 상기 액정 조성물의 전체량에 대하여 0.01∼5질량% 인 액정 광 변조 소자.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 힌더드아민계 화합물이, 2,2,6,6-테트라알킬피페리딘 유도체인 액정 광 변조 소자.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 힌더드페놀계 화합물의 양이 상기 액정 조성물의 전체량에 대하여 0.01∼5질량% 인 액정 광 변조 소자.
  10. 파장 500㎚ 이하의 레이저광을 출사하는 광원과, 이 광원으로부터 출사된 레이저광을 광 기록 매체 상에 집광시키는 대물 렌즈와, 집광되어 광 기록 매체에 의해 반사된 광을 수광하는 광 검출기와, 상기 광원과 상기 광 기록 매체 사이의 광로 중 또는 상기 광 기록 매체와 상기 광 검출기 사이의 광로 중에 배치된 제 1 항에 기재된 액정 광 변조 소자를 구비하는 광 헤드 장치.
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