KR20070119007A - 중합성 액정 조성물, 광학 이방성 재료, 광학 소자 및광헤드 장치 - Google Patents

중합성 액정 조성물, 광학 이방성 재료, 광학 소자 및광헤드 장치 Download PDF

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도모키 군지마
노부히코 다케시타
유즈루 다나베
히로키 호타카
히로마사 사토
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

광대영역에서 사용하기에 적합한 위상판, 회절 효과가 우수한 편광 회절 소자 등의 광학소자 이들에 이용되는 중합성 액정 조성물 및 이들을 이용한 광헤드 장치의 제공. 하기 축합 벤젠 고리기 (A) 의 적어도 한쪽의 결합수에 하기 6 원자 고리기 (B) 가 직접 또는 -OCO- 또는 -COO-의 연결기를 통하여 결합된 메소겐 구조와, 그 메소겐 구조의 양 말단의 각각에 결합된 1 가 말단기를 갖고, 그 말단기의 적어도 한쪽은 중합성 부위를 갖는 1 가 유기기인 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물. 축합 벤젠 고리기 (A) : 1 위치와, 4 위치 또는 5 위치에 결합수를 갖는 나프탈렌디일기, 또는 1 위치 또는 9 위치와, 4 위치, 5 위치 또는 10 위치에 결합수를 갖는 안트라센디일기. 6 원자 고리기 (B) : 1,4-페닐렌기, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 이들로부터 선택되는 둘 이상의 기가 직접 또는 연결기를 통해서 결합된 2 가의 기.

Description

중합성 액정 조성물, 광학 이방성 재료, 광학 소자 및 광헤드 장치{POLYMERIZABLE LIQUID CRYSTAL COMPOSITION, OPTICAL ANISOTROPIC MATERIAL, OPTICAL ELEMENT, AND OPTICAL HEAD DEVICE}
본 발명은, 굴절률 이방성의 파장 분산을 제어할 수 있는 광학 이방성 재료의 조제에 유용한 중합성 화합물, 그 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물 및 그것을 이용한 광학 소자 그리고 광헤드 장치에 관한 것이다.
중합성 관능기를 갖는 액정 분자는, 중합성 모노머로서의 성질과 액정으로서의 성질을 병유한다. 따라서, 이것을 배향시킨 상태에서 중합시키면, 배향이 고정된 중합체, 즉 광학 이방성 재료를 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 광학 이방성 재료는, 메소겐 골격에서 유래하는 굴절률 이방성에 기초하는 광학 이방성을 갖고, 이 성질을 이용하여 위상판이나 회절 소자 등의 광학 소자에 응용되고 있다.
고분자 액정을 이용한 위상판은, 저분자 액정을 이용한 위상판에 비하여, 위상차 (또는, 리터데이션 값) 의 온도 의존성이 작은 것이 알려져 있다.
이러한 위상판으로서 예를 들어, 특허 문헌 1 에는 「복굴절광의 위상차가 1/4 파장인 1/4 파장판과 복굴절광의 위상차가 1/2 파장인 1/2 파장판을 그들 광축 이 교차된 상태에서 접착시킨 것을 특징으로 하는 위상차판」이 기재되어 있고, 고분자 필름 (특히, 폴리카보네이트) 를 연신 처리하여 얻은 1/4 파장판과 1/2 파장판을 적층시켜 그 위상차판이 제작되는 것이 기재되어 있다. 그러나, 특허 문헌 1 에 기재된 위상차판에서는, 복수의 파장판을 적층할 필요가 있어, 번잡한 제조 공정을 필요로 하는 문제가 있었다.
또한, 특허 문헌 2 에는 「2 종류 이상의 메소겐기를 갖는 화합물과 봉형상 액정 화합물을 함유한 액정층을 갖고, 봉형상 액정 화합물이 호모지니아스 (homogeneous) 배향되어 있고, 메소겐기를 갖는 화합물의 적어도 한 종류의 메소겐기가, 봉형상 액정 화합물의 광축 방향에 대해서 필름면 내에서 45 내지 90도의 방향으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 위상차막」 이 기재되어 있고, 그것에 의해 위상차의 파장 분산을 이용한 위상판을 제조할 수 있는 것이 기재되어 있다. 그러나, 2 종류 이상의 메소겐기를 갖는 화합물과 봉형상 액정 화합물과의 2 종류의 상이한 재료를 필요로 하기 때문에, 원하는 특성을 만족시키는 각종 조합을 검토하여, 그 조합에 적당한 재료를 선택, 입수해야 하는 등, 설계 상에서의 자유도가 제한되는 문제가 있었다.
또한, 특허 문헌 3 에는 「하기 일반식 (I) 로 표시되는 4 원자 고리 화합물.
일반식 (I)
Figure 112007058744986-PCT00001
(식 중, X1 및 X2 는 각각 독립적으로 산소원자, 황원자 등이며, Y1 및 Y2 는 각각 독립적으로 단일결합, 산소원자 등이며, B1 및 B2 는 각각 독립적으로 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼20 의 지방족기 등임. 시클로부탄고리에 직결되어 있는 2 개의 벤젠고리는 각각 고리상에 치환기를 갖고 있어도 된다. A1 및 A2 는 각각 독립적으로 하기 일반식 (II) 로 표시되는 기)
일반식 (II)
Figure 112007058744986-PCT00002
(식 중 Ar1, Ar2 및 Ar3 는 각각 독립적으로 탄소수 5∼14 의 고리형 기 등, L1 및 L2 는 각각 독립적으로, 단일결합 또는 2 가의 연결기임. p 는 0∼2 중 어느 하나의 정수를 표시하고, p 가 2인 경우, 2 개의 Ar2 및 L2 는 각각 동일하거 나 상이해도 된다)」 가 기재되어 있고, 그것에 의해 위상차의 파장 분산을 제어한 위상판을 제조할 수 있는 것이 기재되어 있다.
또, 한편, 고정밀 폴리머 분산형 액정 표시용 액정 소자에 사용하는 톨란계의 액정에 착안한 발명인 특허 문헌 4 에는, 중합성 액정 화합물로서 -C≡C- 를 연결기로서 갖는 액정 화합물이 기재되어 있다. 그 다수의 예시의 하나로서, 「0083」 단락에는 이하에 나타내는 바와 같은 나프탈렌-1,4-디일기와 1,4-페닐렌기 사이에 -C≡C- 연결기를 형성한 하기 일반식 (III) 로 표시되는 중합성 액정 화합물이 기재되어 있다.
일반식 (III)
Figure 112007058744986-PCT00003
(식 중, R1 은 수소원자, 알킬기, 페닐기 또는 할로겐을 표시한다)
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평10-68816호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2002-267838호
특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 2003-160540호
특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 평7-82183호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 상기 특허 문헌 3 에 기재된 4 원자 고리 화합물을 이용한 위상차 판이어도, 파장 분산 특성이 충분히 개선되지 않은 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 또, 화학적으로 불안정한 시클로부탄 고리가, 위상판 제작시의 광이나 열에 의해, 또는 사용 조건하에서 분해되고, 파장 분산 특성이 열화되는 문제가 있었다.
또, 특허 문헌 4 에 기재된 화합물은 공액 길이를 길게 함으로써, 굴절률 이방성의 증가를 목적으로 하고 있다. 이러한 경우, 굴절률 이방성의 파장 의존성은 커지는 것은 잘 알려져 있다. 그 때문에, 이것을 이용한 파장판은 파장 분산 특성이 악화되어 버리는 문제가 있었다.
파장 분산을 제어하는데 있어서, 굴절률 이방성의 파장 의존성을 작게 하는 것은 그다지 검토되지 않았고, 특히, 사용하는 광의 파장이 길어짐과 함께 굴절률 이방성이 증가되는 액정 재료는 광대영역에서의 사용하는 것이 우수하기 때문에 강하게 요구되고는 있지만, 자유도가 넓고, 안정적으로 사용할 수 있는 재료는 종래 발견되지 않았다.
본 발명은 상기 서술한 여러 가지 문제를 감안한 것으로서, 광대영역에서 사용하기에 적합한 위상판, 회절 효율이 우수한 편광 회절 소자 등의 광학 소자 및 이들에 사용되는 중합성 액정 조성물 그리고 이들 광학 소자를 이용한 광헤드 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자는, 상기 과제를 달성하기 위하여 예의 검토한 결과, 소정의 메소겐 구조를 갖는 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물을 중합시켜 이루어지는 광학 이방성 재료가, 굴절률 이방성 파장 분산을 분자 내에서 제어할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 달성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 이하의 (I)∼(ⅩIII) 를 제공하는 것이다.
(Ⅰ) 하기 축합 벤젠고리기 (A) 의 적어도 한쪽의 결합수 (結合手) 에 하기 6 원자 고리기 (B) 가 직접 또는 -OCO- 또는 -COO- 의 연결기를 통하여 결합된 메소겐 구조와, 그 메소겐 구조의 양 말단의 각각에 결합된 1 가 말단기를 갖고, 그 말단기의 적어도 한쪽은 중합성 부위를 갖는 1 가 유기기인 중합성 화합물 (이하,「중합성 화합물 (3)」이라고도 한다) 을 함유하는 중합성 액정 조성물.
축합 벤젠고리기 (A) : 1 위치와, 4 위치 또는 5 위치에 결합수를 갖는 나프탈렌디일기, 또는 1 위치 또는 9 위치와, 4 위치, 5 위치 또는 10 위치에 결합수를 갖는 안트라센디일기.
6 원자 고리기 (B) : 1,4-페닐렌기, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 이들로부터 선택되는 2 이상의 기가 직접 또는 연결기를 통하여 결합된 2 가의 기.
(Ⅱ) 하기 식 (1) 로 표시되는 중합성 화합물을 함유하는 상기 (Ⅰ) 에 기재된 중합성 액정 조성물.
Figure 112007058744986-PCT00004
(단, 식 중의 R1, R2, n, J1, J2, J3, E1, W1 및 M 은 각각 이하의 내용을 나타내는 것이다.
R1 : 수소원자 또는 메틸기.
R2 : 탄소수 2∼8 의 알킬기.
n : 0 또는 1.
J1 : 단일결합, -(CH2)a- 또는 -(CH2)bO- (단, a 및 b 는 각각 독립적으로, 2∼8 의 정수).
J2, J3 : 각각 독립적으로 단일결합, -OCO- 또는 -COO-.
E1 : 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기. 단, 이들 기 중의 수소원자는 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 된다.
W1 : 나프탈렌-1,4-디일기, 나프탈렌-1,5-디일기, 안트라센-1,4-디일기, 안트라센-1,5-디일기, 안트라센-1,10-디일기, 안트라센-4,9-디일기, 안트라센-5,9-디일기 또는 안트라센-9,10-디일기. 단, 이들 기 중의 수소원자는 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어도 된다.
M : 하기 식 (a)∼(f) 로 표시되는 기에서 선택되는 어느 하나의 기)
Figure 112007058744986-PCT00005
(Ⅲ) M 이 하기 식 (a)∼(e) 로 표시되는 기에서 선택되는 어느 하나의 기인 중합성 화합물을 함유하는 상기 (Ⅱ) 에 기재된 중합성 액정 조성물.
Figure 112007058744986-PCT00006
(Ⅳ) M 이, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 트랜스,트랜스-4,4'-비시클로헥실렌기인 중합성 화합물을 함유하는 상기 (Ⅲ) 에 기재된 중합성 액정 조성물.
(V) 하기 식 (2) 로 표시되는 중합성 화합물을 함유하는 상기 (Ⅰ) 에 기재된 중합성 액정 조성물.
Figure 112007058744986-PCT00007
(단, 식 중의 R3, J4, J5, E2, E3 및 W2 는 각각 이하의 내용을 나타내는 것이다.
R3 : 수소원자 또는 메틸기.
J4 : -(CH2)tO-, 또는 -(CH2)uO-CO- (단, t 및 u 는 각각 독립적으로 2∼6 의 정수).
J5 : -O(CH2)c- 또는 -COO-(CH2)d- (단, c 및 d 는 각각 독립적으로 2∼6 의 정수.
E2, E3 : 각각 독립적으로, 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기. 단, 이들 기 중의 수소원자는 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 된다.
W2 : 나프탈렌-1,4-디일기, 나프탈렌-1,5-디일기, 안트라센-1,4-디일기, 안트라센-1,5-디일기, 안트라센-1,10-디일기, 안트라센-4,9-디일기, 안트라센-5,9-디일기 또는 안트라센-9,10-디일기. 단, 이들 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어도 된다.
(VI) 상기 (Ⅰ)∼(V) 중 어느 하나에 기재된 중합성 화합물의 함유량이 중합성 액정 조성물에 대해서 10질량% 이상인 중합성 액정 조성물.
(VII) 상기 (I)∼(V) 중 어느 하나에 기재된 중합성 액정 조성물을 중합시켜 이루어지는 광학 이방성 재료.
(VIII) 광학적으로 1 축성이고, 상광 (常光) 굴절률 no 와 이(異)상광 굴절 률 ne 의 차이인 굴절률 이방성 Δn 의 값이, 사용하는 광의 파장이 길어짐과 함께 증가하는 상기 (VII) 에 기재된 광학 이방성 재료.
(IX) 상기 (VII) 또는 (VIII) 에 기재된 광학 이방성 재료를 이용하여 형성되고, 사용하는 광의 편광 상태 및/또는 위상 상태를 제어하는 광학 소자.
(X) 상기 (VII) 또는 (VIII) 에 기재된 광학 이방성 재료를 이용하여 형성되어 이루어지는 위상판.
(XI) 입사광을 회절하는 회절 격자 영역을 구비한 편광 회절 소자로서,
상기 회절 격자 영역이, 제 1 재료로 이루어지는 제 1 부재와 제 2 재료로 이루어지는 제 2 부재를 구비하고, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 적어도 하나의 편광에 대한 굴절률이 상이하고, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 교대로 그리고 서로 접하도록 배치되고,
상기 제 1 재료가 상기 (VII) 또는 (VIII) 에 기재된 광학 이방성 재료인 편광 회절 소자.
(XII) 반도체 레이저와, 대물렌즈와, 광검출기를 갖고, 상기 대물렌즈와 상기 광검출기 사이에 위상판 및/또는 편광 회절 소자를 배치하여 이루어지는 광헤드 장치로서,
상기 위상판이 상기 (X) 에 기재된 위상판이거나, 및/또는, 상기 편광 회절 소자가 상기 (XI) 에 기재된 편광 회절 소자인 광헤드 장치.
(XIII) 하기 식 (1) 또는 하기 식 (2) 로 표시되는 중합성 화합물.
Figure 112007058744986-PCT00008
(단, 식 중의 R1, R2, R3, n, J1, J2, J3, J4, J5, E1, E2, E3, W1, W2 및 M 은 각각 이하의 내용을 나타내는 것이다.
R1, R3 : 각각 독립적으로, 수소원자 또는 메틸기.
R2 : 탄소수 2∼8 의 알킬기.
n : 0 또는 1.
J1 : 단일결합, -(CH2)a- 또는 -(CH2)bO- (단, a 및 b 는 각각 독립적으로 2∼8 의 정수).
J2, J3 : 각각 독립적으로, 단일결합, -OCO- 또는 -COO-.
J4 : -(CH2)tO- 또는 -(CH2)uO-CO- (단, t 및 u 는 각각 독립적으로 2∼6 의 정수).
J5 : -O(CH2)c- 또는 -COO-(CH2)d- (단, c 및 d 는 각각 독립적으로 2∼6 의 정수).
E1, E2, E3 : 각각 독립적으로 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌 기. 단, 이들 기 중의 수소원자는 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 된다.
W1, W2 : 각각 독립적으로 나프탈렌-1,4-디일기, 나프탈렌-1,5-디일기, 안트라센-1,4-디일기, 안트라센-1,5-디일기, 안트라센-1,10-디일기, 안트라센-4,9-디일기, 안트라센-5,9-디일기 또는 안트라센-9,10-디일기. 단, 이들 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어도 된다.
M : 하기 식 (a)∼(f) 로 표시되는 기에서 선택되는 어느 하나의 기)
Figure 112007058744986-PCT00009
발명의 효과
본 발명에 의하면, 굴절률 이방성의 파장 분산 조정에 유용한 중합성 화합물, 그 중합성 화합물을 함유한 중합성 액정 조성물을 얻을 수 있다. 이 중합성 액정 조성물을 이용함으로써, 어떤 파장 영역에 있어서 위상차의 파장 의존성을 저감시키고, 광대영역에서의 사용에 특히 적합한 위상판, 회절 효율이 우수한 편광 회절 소자를 얻을 수 있다.
[도 1] 도 1 은, 실시예 7 에서 얻어진 위상판 A 의 굴절률 이방성의 파장 의존성을 나타내는 그래프이다.
[도 2] 도 2 는, 실시예 8 에서 얻어진 위상판 B 의 굴절률 이방성의 파장 의존성을 나타내는 그래프이다.
[도 3] 도 3 은, 본 발명의 위상판과 편광 회절 소자를 적용한 광헤드 장치의 일례를 나타내는 개략 측면도이다.
[도 4] 도 4 는, 화합물 (1A) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 5] 도 5 는, 화합물 (1B) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 6] 도 6 은, 화합물 (1C) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 7] 도 7 는, 화합물 (2B) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 8] 도 8 은, 화합물 (1U) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 9] 도 9 는, 화합물 (1V) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 10] 도 10 은, 화합물 (1D) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 11] 도 11 은, 화합물 (1W) 의 적외 흡수 스펙트럼도이다.
[도 12] 도 12 는, 실시예 11 에서 얻어진 위상판 C 의 굴절률 이방성의 파장 의존성을 나타내는 그래프이다.
부호의 설명
(301), (302) 반도체 레이저
(304), (305) 포토디텍터
(308) 합파 (合波) 프리즘
(310) 콜리메이터 렌즈
(311) 편광 회절 소자
(312) 광대영역 위상판
(313) 대물렌즈
(314) 액츄에이터
(315) 광디스크
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 중합성 액정 조성물은, 하기 축합 벤젠고리기 (A) 의 적어도 한쪽의 결합수에 하기 6 원자 고리기 (B) 가 직접 또는 -OCO- 또는 -COO- 의 연결기를 통하여 결합된 메소겐 구조와 그 메소겐 구조의 양 말단의 각각에 결합된 1 가 말단기를 갖고, 그 말단기의 적어도 한쪽은 중합성 부위를 갖는 1 가 유기기인 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물.
축합 벤젠 고리기 (A): 1 위치와, 4 위치 또는 5 위치에 결합수를 갖는 나프탈렌디일기, 또는 1 위치 또는 9 위치와, 4 위치, 5 위치 또는 10 위치에 결합수를 갖는 안트라센디일기.
6 원자 고리기 (B): 1,4-페닐렌기, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 이들로부터 선택되는 둘 이상의 기가 직접 또는 연결기를 통해서 결합된 2 가의 기.
상기 축합 벤젠고리기 (A) 는, 둘 이상의 벤젠고리가 직선 형상으로 축합된 구조를 갖고, 2개의 결합수가 모두 벤젠고리의 축합 방향에 대해서 직각 방향으로, 그리고, 각각이 반대 방향이 되도록 존재하는 2 가의 기이다. 벤젠고리가 축합되는 수는, 2개 또는 3개이고, 2개가 특히 바람직하다. 즉, 상기 축합 벤젠고리기 (A) 로서는, 1 위치와, 4 위치 또는 5 위치에 결합수을 갖는 나프탈렌디일기, 또는, 1 위치 또는 9 위치와, 4 위치, 5 위치 또는 10 위치에 결합수을 갖는 안트라센디일기이고, 그 나프탈렌디일기가 특히 바람직하다.
상기 6 원자 고리기 (B) 란, 1,4-페닐렌기, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 이들로부터 선택되는 둘 이상의 기가 직접 또는 연결기 (C) 를 통하여 결합된 2 가의 기이다. 연결기 (C) 는, -OCO- 또는 -COO- 이다.
6 원자 고리기 (B) 로서는, 예를 들어 1,4-페닐렌기, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 하기 기 (B1)∼(B4) 가 바람직하고, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 하기 기 (B1)∼(B4) 가 보다 바람직하고, 축합 벤젠고리기 (A) 의 광학 이방성의 효과를 충분히 발휘할 수 있는 점에서, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기, 하기 기 (B1) 가 특히 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00010
상기 중합성 화합물 (3) 은, 축합 벤젠고리기 (A) 의 적어도 한쪽의 결합수에 6 원자 고리기 (B) 가 직접 또는 연결기 (C) 를 통하여 결합된 메소겐 구조를 갖는다.
연결기 (C) 로서는 -OCO- 또는 -COO- 이다.
메소겐 구조로서는, 예를 들어, 이하에 나타내는 구조가 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00011
상기 메소겐 구조의 양 말단에는 각각 1 가 말단기가 결합되어 있다.
말단기로서는 알킬기, 알콕시기, 중합성 관능기, 중합성 부위를 갖는 1 가 유기기 등이 적합하게 예시되고, 알킬기, 중합성 관능기, 중합성 부위를 갖는 1 가 유기기가 특히 바람직하다. 또, 말단기의 적어도 하나는, 중합성 관능기 또는 중합성 부위를 갖는 1 가 유기기이다.
말단기가 알킬기인 경우, 탄소수 2∼8 의 직사슬 알킬기가 바람직하고, 탄소수 2∼6 의 직사슬 알킬기가 특히 바람직하다.
또, 말단기가 알콕시기인 경우, 탄소수 2∼8 의 직사슬 알콕시기가 바람직하고, 탄소수 2∼6 의 직사슬 알콕시기가 특히 바람직하다.
또, 말단기가 중합성 관능기인 경우, 아크릴로일기, 메타크릴로일기가 바람직하고, 아크릴로일기가 특히 바람직하다. 말단기가 중합성 부위를 갖는 1 가 유기기인 경우, CH2=CH-COO- 부분 또는 CH2=C(CH3)-COO- 부분을 갖는 유기기가 바람직하고, CH2=CH-COO- 부분을 갖는 유기기가 특히 바람직하다.
중합성 부위를 갖는 1 가 유기기로서는, 예를 들어, 이하에 나타내는 기가 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00012
또, 축합 벤젠고리기 (A) 에 결합되는 6 원자 고리기 (B) 의 수가 1개인 경우, 6 원자 고리기 (B) 가 결합되어 있지 않은 결합수에는, 중합성 관능기 또는 중 합성 부위를 갖는 1 가 유기기가 결합되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 이러한 중합성 화합물 (3) 을 이용함으로써, 그 중합성 화합물 (3) 을 이용하여 얻을 수 있는 광학 이방성 재료의 파장 분산 특성이 양호해진다.
본 발명의 다른 중합성 액정 조성물은, 광대영역에서의 사용 목적에 맞추어 굴절률 이방성의 파장 분산의 조정을 용이하게 한, 하기 식 (1) 로 표시되는 중합성 화합물 (1) 및/또는 하기 식 (2) 로 표시되는 중합성 화합물 (2) 을 2 종 이상 함유하는 중합성 액정 조성물이다.
Figure 112007058744986-PCT00013
본 발명에 있어서는, 중합성 화합물 (1) 및 중합성 화합물 (2) 는, 액정성 화합물이거나 비액정성 화합물이어도 되고, 이들 중합성 화합물을 이용하여 얻을 수 있는 중합성 액정 조성물이 네마틱 액정성을 나타내면 된다. 그러나, 얻어진 중합성 액정 조성물이 액정성을 발현하기 쉬워지는 점, 조성물 조제시의 자유도가 높아지는 점의 관점에서 액정성 화합물인 것이 바람직하다.
상기 식 (1) 중, R1 으로서는, 수소원자가 바람직하다. R1 이 수소원자이면, 후술하는 중합 반응을 실시하여 광학 이방성 재료를 얻을 때의 중합 속도가 빠른 이점이 있다.
R2 의 탄소수 2∼8 의 알킬기의 구조는, 직사슬 구조이거나 분기 구조이어도 되고, 직사슬 구조인 것이 바람직하다. 중합성 화합물 (1) 이 네마틱상을 양호하게 발현시키기 위해서는, R2 의 탄소수는 2∼6 이 바람직하다.
J1 로서는, 중합 반응을 실시하여 광학 이방성 재료로 한 경우의 파장 분산 특성이 우수한 점에서 단일결합이 바람직하다. J1 이 -(CH2)a- 또는 -(CH2)bO- 인 경우, a 및 b 는 각각 독립적으로 2∼8 의 정수이며, 각각 2∼5 의 정수가 바람직하고, 2∼4 의 정수가 특히 바람직하다. J2 및 J3 은 각각 -OCO- 가 바람직하다. J2 및 J3 이 각각 -OCO- 임으로써, 중합성 화합물 (1) 의 결정-네마틱상 전이점이 지나치게 높아지지 않아, 취급이 용이해지는 이점이 있다.
E1 은, 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기이다. 이들 기는 비치환의 기이거나, 그 기 중의 수소원자가 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환된 기이어도 된다. E1 으로서는, 중합성 화합물 (1) 의 액정성이 양호한 점에서 비치환의 기가 바람직하고, 또 이하에 나타내는 관점에서 비치환의 트랜스-1,4-시클로헥실렌기가 특히 바람직하다. 즉, W1 은 원래 광학 이방성이 큰 기이지만, E1 의 존재로 인해 W1 의 광학 이방성이 작아지는 경우가 있다. 그 때문에, W1 의 광학 이방성의 효과를 유효하게 이용하기 위해서는, E1 의 광학 이방성이 작을 필요가 있으므로, 광학 이방성이 높은 1,4-페닐렌기보다 트랜스-1,4-시클로헥실렌기가 바람직하다고 생각된다.
W1 로서는, 나프탈렌-1,4-디일기 또는 나프탈렌-1,5-디일기가 바람직하다. 이들 기는 비치환의 기이거나, 그 기 중의 수소원자가 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환된 기이어도 된다. W1 으로서는, 광학 이방성 재료의 파장 분산 특성을 높이는 점에서 하기 기 (60a)∼(60c) (단, 식 중의 X 는, 염소원자, 불소원자 또는 시아노기를 나타낸다) 가 바람직하다. 광학 이방성 재료의 파장 분산 특성을 높이는 효과는 시아노기, 염소원자, 불소원자의 순으로 크지만, 중합성 화합물 (1) 의 결정-네마틱상 전이점도 고려하여 적절하게 이용하면 된다.
Figure 112007058744986-PCT00014
M 은, 하기 식 (a)∼(f) 로 표시되는 기에서 선택되는 어느 하나의 기이고, W1 의 광학 이방성의 효과를 유효하게 이용할 수 있는 점에서 하기 식 (a) 또는 (b) 로 표시되는 기가 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00015
합성 화합물 (1) 로서는, 예를 들어, 하기 화합물이 바람직하고, 하기 화합물 (1A)∼(1C), (1D), (1L), (1N)∼(1Q), (1U), (1V), (1W) 가 특히 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00016
Figure 112007058744986-PCT00017
상기 식 (2) 중, R3 으로서는, R1 과 동일한 이유에 의해 수소원자가 바람직하다.
J4 는 -(CH2)tO- 또는 -(CH2)uO-CO- 이다. t 및 u 는 각각 독립적으로 2∼6 의 정수이다.
J5 는 -O(CH2)c- 또는 -COO-(CH2)d- 이다. c 및 d 는 각각 독립적으로 2∼6 의 정수이다.
E2 및 E3 은 각각 독립적으로 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기이다. 이들 기 중의 수소원자는 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 된다. E2 및 E3 으로서는, W2 의 광학 이방성의 효과를 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 각각 비치환의 트랜스-1,4-시클로헥실렌기인 것이 바람직하다.
W2 로서는 상기 W1 과 동일한 기이고, 바람직한 양태도 동일하다.
중합성 화합물 (2) 로서는, W2 의 광학 이방성의 효과를 유효하게 이용할 수 있는 점에서 하기 화합물 (2A) 및 (2B) 가 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00018
본 발명에 있어서는, 중합성 화합물 (1) 및/또는 중합성 화합물 (2) 를 2 종류 이상 함유하는 중합성 액정 조성물로 함으로써, 광대영역에서의 사용 목적에 맞추어 굴절률 이방성의 파장 분산의 조정이 용이하게 되어 바람직하다.
특히, 본 발명에 있어서는, 2 종 이상의 중합성 화합물 (1) 을 함유하는 중합성 액정 조성물이 바람직하고, 3 종 또는 4 종의 중합성 화합물 (1) 을 함유하는 중합성 액정 조성물이 특히 바람직하다. 구체적으로는, 상기 화합물 (1A)∼(1C) 를 함유하는 중합성 액정 조성물, 상기 화합물 (1A)∼(1C) 및 (1U) 를 함유하는 중합성 액정 조성물, 상기 화합물 (1D) 및 화합물 (1W) 를 함유하는 중합성 액정 조성물이 바람직하다.
본 발명의 중합성 액정 조성물에 있어서는, 상기 중합성 화합물의 함유량이, 중합성 액정 조성물에 대해서 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 20∼100질량% 인 것이 보다 바람직하고, 50∼100질량% 인 것이 특히 바람직하다. 중합성 화합물의 함유량이 클수록, 굴절률 이방성의 파장 분산 특성이 양호해진다고 생각된다.
또, 본 발명의 중합성 액정 조성물은, 상기 중합성 화합물 이외의 다른 화합물 (이하, 「다른 화합물」이라고 한다) 을 함유하고 있어도 된다. 다른 화합 물로서는, 상기 중합성 화합물 이외의 중합성 액정성 화합물 및 중합성 비액정성 화합물 등을 들 수 있다.
중합성 액정성 화합물로서는, 메소겐 구조와 중합성 관능기를 갖고, 액정성을 나타내는 화합물이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 아크릴레이트계 화합물, 메타크릴레이트계 화합물, 실록산계 화합물, 에폭시계 화합물 등을 들 수 있고, 아크릴레이트계 화합물 및 메타크릴레이트계 화합물이 양호한 광중합 특성을 갖는 점에서 바람직하다.
또, 다른 중합성 액정성 화합물이 복수의 중합성 관능기를 갖는 경우에는, 중합성 관능기의 종류는 동일하거나 상이해도 된다. 특히 중합성 관능기를 2개 갖는 화합물을 이용한 경우에는, 양호한 내열성 및 강도 특성을 얻을 수 있는 점에서 바람직하다.
다른 중합성 액정성 화합물로서는, 구체적으로는 하기 화합물 (30), (40), (50) 등 (일본 공개특허공보 평10-265531호 등을 참조) 을 예시할 수 있다.
화합물 (30)
Figure 112007058744986-PCT00019
(식 중, A4 는 불소원자, 염소원자, 수소원자 또는 메틸기이고, m 은 0∼8 의 정수이고, m 이 0 또는 1 인 경우의 r 은 0 이고, m 이 2∼8 의 정수인 경우의 r 는 1 이고, X3 은 단일결합, -COO-, -OCO- 또는 -CH2CH2- 이고, s 는 0 또는 1 이고, k 는 0 또는 1 이고, k가 O인 경우의 X4 는 단일결합이고, k 가 1 인 경우의 X4 는 X3 과 동일한 구조이다)
화합물 (40)
Figure 112007058744986-PCT00020
(식 중, A5 는 불소원자, 염소원자, 수소원자 또는 메틸기이고, v 는 0∼8 의 정수이고, v 가 0 또는 1 인 경우의 w 는 0 이고, v 가 2∼8 의 정수인 경우의 w 는 1 이고, X5 는 단일결합, -COO-, -OCO- 또는 -CH2CH2- 이고, Y1 은 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기이고, Z1 은 탄소수 1∼8 의 알콕실기, 불소원자, 염소원자 또는 시아노기이다)
또한, 다른 중합성 액정성 화합물로서는 하기 일반식으로 표시되는 화합물도 예시할 수 있다.
화합물 (50)
Figure 112007058744986-PCT00021
(식 중 X6 는 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기이고, Y2 는 탄소수 1∼8 의 알킬기를 표시한다)
화합물 (30) 으로서는 하기 화합물이 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00022
화합물 (40) 으로서는 하기 화합물이 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00023
화합물 (50) 으로서는 하기 화합물 (단, 1,4-페닐렌기는 Ph 로 표시하고, 트 랜스-1,4-시클로헥실렌기는 Cy 로 표시한다) 이 바람직하다.
Figure 112007058744986-PCT00024
중합성 비액정 화합물로서는 아크릴레이트류, 메타크릴레이트류, 비닐에테르류 등을 들 수 있다. 이들 사용량은 중합성 액정 조성물에 대해서 5질량% 이하가 바람직하고, 1질량% 이하가 특히 바람직하다.
본 발명의 중합성 액정 조성물은 후술하는 중합 반응을 원활하게 진행시키기 위해서 중합 개시제를 함유하고 있는 것이 바람직하다.
중합 개시제로서는, 예를 들어 과산화물, 아조 화합물 등의 열중합 개시제; 아세토페논류, 벤조페논류, 벤조인류, 벤질류, 미힐러케톤류, 벤조인알킬에테르류, 벤질디메틸케탈류, 티옥산톤류 등의 광중합 개시제; 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 이용하거나 2 종 이상을 병용해도 된다. 중합 개시제의 양은, 중합성 액정 조성물에 대해서 0.1∼10질량% 가 바람직하고, 0.3∼2질량% 가 특히 바람직하다.
또, 본 발명의 중합성 액정 조성물은, 안정제, 자외선 흡수제 등을 함유하고 있어도 된다. 안정제로서는, 예를 들어, 히드로퀴논, 히드로퀴논모노알킬에테르류, 제 3 부틸카테콜류 등을 들 수 있고 이들은 단독으로 이용하거나 2 종 이상 을 병용해도 된다. 안정제, 자외선 흡수제 등의 함유량은, 중합성 액정 조성물에 대해서 1질량% 이하가 바람직하고, 0.5질량% 이하가 특히 바람직하다.
본 발명의 광학 이방성 재료는, 상기 서술한 본 발명의 중합성 액정 조성물을 중합시켜 이루어지는 광학 이방성 재료이다. 중합 반응은, 상기 중합성 액정 조성물을 배향 처리를 실시한 셀에 주입하고, 그 조성물 중의 액정이 배향되어 있는 상태에서 실시하는 것이 바람직하다. 중합 반응으로서는, 광중합 반응, 열중합 반응 등을 들 수 있고 광중합 반응이 바람직하다.
광중합 반응에 이용하는 광으로서는, 자외선, 가시광선 등을 들 수 있고, 자외선이 바람직하다. 또, 광중합 반응을 실시하는 경우에는, 상기의 광중합 개시제를 이용하면 효율적으로 중합할 수 있다.
본 발명의 광학 이방성 재료는, 광학적으로 1 축성이고, 그 상광 굴절률 n0 와 이상광 굴절률 ne 의 차이인 굴절률 이방성 Δn 의 값이, 사용하는 광의 파장이 길어짐과 함께 증가하는 재료인 것이 바람직하다. 일반적으로, 굴절률 이방성이 파장에 관계없이 일정하면, 굴절률 이방성에 기초하여 발생하는 위상차는, 광의 파장이 길어짐과 함께 작아진다.
따라서, 위상판이나 회절 소자가 특정 파장에서 최적화되어 있으면 사용하는 광의 파장이 길어짐과 함께, 위상판으로서 기능하지 않게 되거나 회절 소자의 효율이 저하된다. 한편, 사용하는 광의 파장이 길어짐과 함께 굴절률 이방성이 증가되는 재료이면, 광의 파장이 길어지는 것에 수반하는 위상차의 저하를 억제할 수 있으므로, 광대영역의 위상판이나 회절 소자로서 충분히 기능시킬 수 있다. 즉, 어떤 파장 영역에서 사용하는 광의 편광 상태 및/또는 위상 상태를 제어하는 광학 소자로서 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명의 광학 소자는, 본 발명의 광학 이방성 재료를 이용하여 형성되고, 사용하는 광의 편광 상태 및/또는 위상 상태를 제어하는 광학 소자이다.
이러한 광학 소자로서는, 위상판, 편광 회절 소자 등을 들 수 있다. 위상판으로서는, 단일 파장의 레이저 광의 위상을 제어할 수 있는 것은 물론, 어떤 파장 영역에서의 복수 파장의 레이저 광의 위상을 제어하는 광대영역 위상판으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 편광 회절 소자로서는, 사용하는 복수 파장 중 어느 하나의 파장에서도 회절 효율이 높은 회절 소자나, 특정 파장의 레이저 광은 투과되어, 특정 파장의 레이저 광만을 회절시키는 회절 소자를 실현할 수 있다. 편광 회절 소자의 구체예로서는, 편광 빔 스플리터나 편광 프리즘을 들 수 있다. 이들에 광의 집속, 발산 기능을 갖게 하거나 파장 선택성을 갖게 할 수도 있다.
후술하는 실시예 5 및 도 1 (실시예 5 에서 얻어진 위상판의 굴절률 이방성의 파장 의존성을 나타내는 그래프) 에서도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광학 이방성 재료는, 광의 파장이 길어짐과 함께 굴절률 이방성이 증가되는 점에서, 상기 파장 분산 특성이 우수하고, 그 광학 이방성 재료를 이용하여 형성되는 본 발명의 위상판은 위상차의 파장 분산을 제어할 수 있기 때문에 매우 유용하다.
본 발명의 위상판으로서는, 1/4 파장판, 1/2 파장판 등을 들 수 있다. 1/4 파장판은 1/4 파장판에 입사되기 전의 직선 편광의 방향에 대해서 광기록 매체 에서 반사된 후에 재차 1/4 파장판을 투과한 후의 직선 편광의 방향을 90도 회전시키기 때문에, 편광성 회절 소자와 조합함으로써 편광 방향에 의존하는 회절광의 발생 및 비발생 등의 광학 특성을 제어할 수 있다.
본 발명의 위상판으로서 1/4 파장판을 제작한 경우에는, 넓은 파장 영역의 광에 대해서 편광 방향을 90도 회전하는 기능을 충분히 발휘할 수 있다.
또, 본 발명의 위상판은 단독으로 사용할 수도 있지만, 광헤드 장치에 이용되는 그 밖의 광학 소자와 적층하여 사용되는 것이 바람직하다. 이로써, 부품 점수의 삭감, 광헤드 장치의 소형화, 광헤드 장치 조립공정의 간략화를 실현할 수 있다. 위상판과 적층하여 사용하는 광학 소자로서는, 3 빔용의 회절 격자, 복수 파장 중 특정 파장의 광 직경을 제한하는 개구 제한 소자, 발생되는 파면 수차를 보정하는 수차 보정 소자 등을 예시할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상판은, 편광성 회절 소자 등의 편광에 의한 특성의 차이를 이용한 광학 소자를 갖는 광헤드 장치에 이용하면 특히 효과가 크고, 또한 소형화 및 경량화가 요구되는 광헤드 장치용의 부품에 적합하다.
본 발명의 광학 이방성 재료를 편광 회절 소자로서 이용하는 경우의 구성은, 일반적으로는 이하와 같이 된다.
먼저, 편광 회절 소자는 특정 편광 상태의 입사광을 회절하는 회절 격자 영역을 구비하고 있다. 이 회절 격자 영역은 제 1 재료로 이루어지는 제 1 부재와 제 2 재료로 이루어지는 제 2 부재를 구비하고 있고, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 상기 특정 편광 상태의 입사광에 대한 굴절률이 서로 다르다. 또, 상 기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 소정 피치로 교대로, 그리고 서로 접하도록 배치되어 있다. 본 발명에서는 이 제 1 재료로서 본 발명의 광학 이방성 재료를 이용한다.
여기서, 제 1 재료와 제 2 재료는 반드시 상이한 재료일 필요는 없다. 단, 제 1 부재와 제 2 부재는 각 부재 내의 재료의 배향 방향이 상이한 등의 이유에 의해, 상기의 특정 편광 상태의 입사광에 대한 굴절률이 서로 다를 필요는 있다. 이러한 편광 회절 소자의 제작 방법으로서는, 예를 들어 이하에 나타내는 방법을 들 수 있다.
(방법 1)
패터닝된 ITO 등의 전극을 갖고, 소정의 방향으로 배향 처리된 한 쌍의 기판 사이에 본 발명의 중합성 액정 조성물을 끼우고, 전극에 전압을 인가함으로써, 중합성 액정 조성물에 상이한 배향 방향을 갖는 2 종류의 영역을 형성하고, 이들 2 종류의 영역이 소정 피치로 교대로 나열하도록 한 후, 중합시키는 방법. 이 경우에는, 상기의 제 1 부재, 제 2 부재 모두 본 발명의 광학 이방성 재료로 이루어지지만, 배향 상태의 상이에 따라 입사광에 대한 굴절률이 각 부재 사이에서 상이하고 결과적으로 회절 격자 영역을 형성할 수 있다.
(방법 2)
소정 방향으로 배향 처리된 기판 표면 상에, 본 발명의 중합성 액정 조성물을 도포하고 중합시켜서 광학적 이방성 재료로 함과 함께, 그 광학적 이방성 재료의 표면에 요철 형상의 격자 구조를 형성하고, 격자 오목부에 광학적 등방성 재료 를 충전하는 방법 (일본 공개특허공보 평11-211905호 등 참조). 이 경우, 본 발명의 중합성 액정 조성물의 중합과 요철 형상의 격자 형상의 부여는, 어느 쪽을 먼저 실시해도 된다. 또, 대향되는 2장의 기판 사이에 중합성 액정 조성물을 끼운 상태에서 중합 반응을 실시하고, 한쪽의 기판을 박리시킨 후에 요철 형상 격자 구조를 형성해도 된다.
(방법 3)
광학적 등방 재료의 표면에 요철 형상의 격자 구조를 형성한 후에, 격자 오목부에 본 발명의 중합성 액정 조성물을 충전하고 중합시키는 방법.
여기에서, 요철 형상의 격자 구조는, 포토리소그래피에 의한 에칭법, 드라이 에칭법, 격자 형상을 갖는 금형에 의한 프레스 방식 등에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 편광 회절 소자에 있어서의 회절 격자의 격자 높이는, 1∼40㎛ 인 것이 바람직하고, 2∼20㎛ 가 보다 바람직하다. 격자 높이가 이 범위이면, 편광 회절 소자를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 편광 회절 소자는, 격자 높이를 임의로 변경함으로써, 임의의 회절 효율을 갖는 편광 회절 소자로 할 수 있다.
또, 이 격자 구조의 격자 오목부에 대한 중합성 액정 조성물 또는 광학 등방성 재료 (예를 들어, 광중합형의 아크릴계 수지나 에폭시계 수지 등) 의 충전은, 스핀코트 등의 방법에 따라 실시할 수 있다. 또한, 기판 자체에 요철이 있는 경우에도, 기판에는 러빙 처리를 실시한 기판을 이용하는 것이 중합 충전시의 배향 흐트러짐이 없기 때문에 바람직하다.
또, 본 발명의 편광 회절 소자로서는, 광학 이방성 재료의 표면에 요철 형상의 격자 구조를 구비하고, 그 격자 구조의 요철부의 적어도 오목부에, 상기 광학 이방성 재료의 상광 굴절률 no 와 동일한 굴절률 ns 를 갖는 광학 등방성 재료가 충전되어 이루어지는 편광 회절 소자가 바람직하다. 이러한 편광 회절 소자는, 상기의 방법 2 또는 방법 3 에 의해 제작할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 광학 이방성 재료의 상광 굴절률 no 와 동일한 굴절률 ns 를 갖는 광학 등방성 재료를 충전함으로써 얻을 수 있는 편광 회절 소자는, 통과하는 광의 편광 방향에 따라 회절 격자로서 기능하는 경우와 기능하지 않는 경우가 발생하게 된다.
즉, 본 발명의 광학 이방성 재료의 상광 굴절률 no 에 동일한 굴절률 ns 를 갖는 광학 등방성 재료를 오목부에 충전한 경우, 상광 굴절률을 부여하는 방향으로 직선 편광된 광을 편광 회절 소자에 입사시켰을 때에는, 광학 이방성 재료와 광학 등방성 재료 사이에 굴절률 차이가 없고 회절 효과를 발생시키지 않게 된다. 이에 대해, 이 방향과 90도의 각도를 이루는, 이상광 굴절률을 부여하는 방향으로 직선 편광한 광을 회절 소자에 입사시켰을 때는, 광학 이방성 재료와 광학 등방성 재료 사이에 굴절률 차이가 있어 회절 효과를 발생시키게 된다.
본 발명의 편광 회절 소자는, 광의 파장이 길어지는 것에 수반하여 위상차의 저하가 억제되어 있으므로, 회절 효율이 파장에 거의 의존하지 않는 점에서 우수하다.
또한, 본 발명의 광학 이방성 재료를 이용하여, 어떤 파장 영역에 있어서 사용하는 편광 회절 소자를 제작하는 경우, 그 재료는, 사용하는 복수 파장 중 특정 파장의 광에 대한 굴절률 이방성의 값이 제로이고, 다른 파장의 광에 대한 굴절률 이방성의 값이 큰 재료인 것이 바람직하다. 이로써, 적절한 굴절률을 갖는 광학 등방 재료와 조합함으로써, 편광 선택성 및 파장 선택성을 겸비하는 파장 선택 편광 홀로그램을 제작할 수 있다.
최근, DVD 용 반도체 레이저, CD 용 반도체 레이저, 그리고 청색 반도체 레이저를 탑재한 각종 광헤드 장치에서, 규격이 상이한 광기록 매체인 DVD, CD 등의 광디스크에 기록된 정보를 기록 또는 재생할 수 있는 복수 파장 호환의 광헤드 장치가 제품화되고 있다.
그 광헤드 장치에서, 레이저 광의 위상 상태를 변조하기 위해서는, 복수의 파장의 레이저 광에 대해서 일정한 위상차를 부여하는 광대영역 위상판이 필요하다. 또, 그 광헤드 장치에서는, 부품 점수의 삭감 및 신호 처리의 간략화를 위해서 복수의 파장의 광에 이용하는 수광 소자를 공통화하는 요구가 있다. 예를 들어, 청색 레이저 광을 이용한 광기록 디스크 (HD DVD, BD), DVD 및 CD 가 상이한 2∼3개의 파장의 광에 대한 신호광을 공통된 수광 소자로 검출하기 위해서는, 각각의 파장에 대해서 적절히 설계된 격자 주기가 상이한 2∼3개의 편광 회절 소자가 필요해지고 있다.
본 발명의 위상판이나 편광 회절 소자에 의하면, 1장의 위상판에서 복수의 파장의 광을 사용하는 광헤드 장치에 적용할 수 있고, 또, 1개의 회절 소자에서 복 수의 파장의 광을 효율적으로 회절할 수 있다. 광헤드 장치는, 예를 들어 이하와 같은 양태를 취할 수 있다.
먼저, 광헤드 장치는, 2 가지 이상의 파장의 직선 편광의 레이저 광을 각각 출사하는 2 가지 이상의 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 상기 레이저 광을 광기록 매체에 집광시키는 대물렌즈와 상기 반도체 레이저와 상기 대물렌즈 사이에 배치된 상기 레이저 광의 위상 상태를 제어하는 위상판를 구비하는 것으로 한다. 그리고, 상기 위상판으로서 본 발명의 위상판을 사용한다.
또, 광헤드 장치는, 2 가지 이상의 파장의 직선 편광의 레이저 광을 각각 출사하는 2 가지 이상의 반도체 레이저와, 광기록 매체에 상기 레이저 광을 집광시키는 대물렌즈와, 광기록 매체에서 반사된 광을 회절시키는 편광 회절 소자와, 회절된 출사광을 검출하는 광검출기를 구비하는 것으로 한다. 그리고, 상기 편광 회절 소자로서 본 발명의 편광 회절 소자를 사용한다.
본 발명의 위상판과 편광 회절 소자를 적용한 광헤드 장치의 일례를 나타내는 개략 측면도를 도 3 에 나타낸다. 이 광헤드 장치에 있어서, 반도체 레이저 (301 및 302) 로부터 각각 출사된 파장 λ1 및 λ2 의 직선 편광은, 파장 λ2 의 광을 반사하고 파장 λ1 의 광을 투과시키는 합파 프리즘 (308) 에 의해 합파되고 콜리메이터 렌즈 (310), 액츄에이터 (314) 에 유지된 편광 회절 소자 (311), 광대영역 위상판 (312), 대물렌즈 (313) 를 거쳐 광기록 매체인 광디스크 (315) 의 정보 기록면에 집광, 조사된다. 정보 기록면에 형성된 피트의 정보를 포함하여 광디 스크 (315) 로부터 반사된 복귀 광속은 각각의 경로를 역방향으로 진행된다.
여기서, 광대영역 위상판 (312) 은, 본 발명의 광학 이방성 재료로 이루어져 있고, 파장 λ1 및 λ2 중 어느 하나의 광에 대해서도 1/4 파장판으로서 기능한다. 또, 편광 회절 소자 (311) 도, 본 발명의 광학 이방성 재료를 이용한 것이기 때문에, 파장 λ1 및 λ2 중 어느 하나의 광에 대해서도 충분한 회절 효율을 갖는다.
즉, 상기 파장 λ2 의 광원인 반도체 레이저 (302) 로부터 출사되는 광속의 직선 편광의 편광 방향은, 편광 회절 소자 (311) 에서 회절을 발생시키지 않는 방향으로 정렬되어 있으므로, 파장 λ2 의 광속은, 왕로 (往路) 에서는 편광 회절 소자 (311) 에 의해 회절되지 않고 직진 투과되어 광대영역 위상판 (312) 에 입사되고, 1/4λ 의 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환되어 광디스크에 조사된다. 복로 (復路) 에서는, 정보 기록면에서 반사되어 역회전 원편광이 된 복귀 광속은 광대영역 위상판 (312) 에 의해 편광 회절 소자 (311) 에 입사전과 직교하는 직선 편광으로 변환되므로, 편광 회절 소자 (311) 에 의해 회절되고 콜리메이터 렌즈 (310), 합파 프리즘 (308) 을 거쳐 포토디텍터 (305) 에 유도되어, 광디스크 (315) 에 기록된 정보가 판독된다.
또, 파장 λ1 에 대해서는, 반도체 레이저 (301) 로부터 출사된 직선 편광의 레이저 광은, 합파 프리즘 (308) 에 의해 투과되어 콜리메이터 렌즈 (310) 와, 액츄에이터 (314) 에 유지된 편광 회절 소자 (311), 광대영역 위상판 (312) 및 대물 렌즈 (313) 를 거쳐 광디스크 (315) 에 집광, 조사된다. 파장 λ1 의 광속도 파장 λ2 의 광속과 동일하게, 광대영역 위상판 (312) 에 의해 1/4λ 의 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환되어 광디스크 (315) 에 조사되므로, 복로에서 광대영역 위상판 (312) 에 의해 편광 회절 소자 (311) 에 입사전과 직교하는 직선 편광으로 변환된다. 또, 파장 λ2 의 복귀 광속과 동일하게 편광 회절 소자 (311) 에 의해 회절되고, 콜리메이터 렌즈 (310), 합파 프리즘 (308) 을 투과하여 포토디텍터 (304) 에 유도되어, 광디스크 (315) 에 기록된 정보가 판독된다.
본 발명의 화합물은 축합고리에 직행 방향, 즉 분자 장축 방향의 공액 길이가 짧기 때문에, 단파장의 광에 대한 내광성이 향상되므로, 청색 레이저용 광 픽업용 광학 소자에도 바람직하게 이용할 수 있다.
이상, 광 픽업용의 광학 소자에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 다른 광학 분야, 예를 들어, 통신용 등의 광학 소자 등으로서도 이용할 수 있다.
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1) 화합물 (1A) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00025
(예 1-1) 화합물 (7) 의 합성예
Figure 112007058744986-PCT00026
1,5-디히드록시나프탈렌 (32g, 0.2몰) 과 테트라히드로푸란 (THF) (160㎖) 과 트리에틸아민 (21.3g, 0.21몰) 의 혼합물에 아크릴산 클로라이드 (19g, 0.21몰) 를 빙수에서 냉각시키면서 1시간에 걸쳐 첨가하였다. 그 때, 반응 용액은 격렬하게 교반하고 반응 온도는 20℃ 이하로 유지하였다. 12시간 교반한 후, 정치시키고, 감압 여과를 실시하여 여과액을 감압 농축시켰다.
이어서, 농축액에 디클로로메탄 (100㎖) 을 첨가하여 냉각시키고, 정치시켰다. 석출된 고형물 여과 분리하고, 여과액을 감압 농축시켰다. 농축 후의 잔류물에 디클로로메탄 (50㎖) 을 첨가하고, 칼럼 크로마토그래피 (충전제 : 염기성 알루미나, 전개 용매 : 디클로로메탄) 를 실시하였다. 부생성물인 1,5-디아크릴로일옥시나프탈렌의 유출을 확인한 후, 칼럼 내의 염기성 알루미나를 취출하고, 이것에 5% 염산 (400㎖) 과 디클로로메탄 (200㎖) 을 첨가하여 교반하였다. 감압 여과 후, 유기층을 분리하고, 수세 후, 무수 황산 마그네슘을 첨가하여 건조시켰다. 그 후, 여과액을 감압 농축시킴으로써, 화합물 (7) (2.38g) 을 얻었다 (수율 5.5%).
(예 1-2) 화합물 (1A) 의 합성예
트랜스-4-n-부틸시클로헥산카르복실산 (5.0g, 0.027몰) 을 THF (150㎖) 에 용해시키고, 트리에틸아민 (5.5g, 0.055몰) 과 염화메탄술폰산 (315g, 0.027몰) 을 첨가하고, -25℃ 에서 1시간 교반하였다. 이 혼합 용액에, 예 1-1 에서 얻은 화합물 (7) (5.35g, 0.025몰) 과 4-디메틸아미노피리딘 (0.61g, 0.005몰) 을 첨가하고, -10℃ 에서 1시간 교반하였다.
그 후, 반응 용액을 10% 탄산수소 나트륨 수용액 및 물로 세정하고, 무수 황산 나트륨으로 건조시켜 감압하에서 농축시켰다. 농축 후의 잔류물을, 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피 (전개 용매 : 디클로로메탄) 를 실시하여, 화합물 (1A) 를 함유한 획분을 얻었다. 이 획분을 농축시키고, 이어서 헥산과 톨루엔의 혼합 용매로 재결정을 실시하여 화합물 (1A) 의 분말 결정 (2.96g) 을 얻었다. 수율은 31.2% 이었다.
Figure 112007058744986-PCT00027
화합물 (1A) 을 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 78℃ 에서 결정으로부터 등방성 액체로 변화하므로, 화합물 (1A) 는 액정성을 갖지 않는 것을 확인하였다. 화합물 (1A) 의 적외 흡수 스펙트럼 (KBr 정제) 을 도 4 에 나타낸다.
(실시예 2) 화합물 (1B) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00028
트랜스-4-n-부틸시클로헥산카르복실산을 트랜스-4-n-펜틸시클로헥산카르복실산 (5.5g, 0.027몰) 으로 변경하는 것 이외에는 예 1 과 동일하게 하여 화합물 (1B) (5.3g) 를 얻었다. 수율은 53.7% 이었다.
Figure 112007058744986-PCT00029
화합물 (1B) 를 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 85.1℃ 에서 결정으로부터 등방성 액체로, 강온시에 60.7℃ 에서 등방성 액체로부터 네마틱상으로 변화하므로, 화합물 (1B) 는 액정성을 갖는 것을 확인하였다. 화합물 (1B) 의 적외 흡수 스펙트럼 (KBr 정제) 을 도 5 에 나타낸다.
(실시예 3) 화합물 (1C) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00030
트랜스-4-n-부틸시클로헥산카르복실산을 트랜스-4-(트랜스-4-n-부틸시클로헥실)시클로헥산카르복실산 (7.3g, 0.027몰) 으로 변경하는 것 이외에는 예 1 과 동 일하게 하여 화합물 (1C) (5.16g) 를 얻었다. 수율은 44.6% 이었다.
Figure 112007058744986-PCT00031
화합물 (1C) 를 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 104℃ 에서 결정으로부터 네마틱상으로, 193℃ 에서 네마틱상으로부터 등방성 액체로 변화하므로, 화합물 (1C) 는 액정성을 갖는 것을 확인하였다. 화합물 (1C) 의 적외 흡수 스펙트럼 (KBr 정제) 을 도 6 에 나타낸다.
(실시예 4) 화합물 (2B) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00032
반응기에 트랜스-1,4-시클로헥산디카르복실산 (17.2g), 염화 티오닐 (47.5g) 및 톨루엔 (200㎖) 을 주입하여, 환류 교반 후, 과잉 염화 티오닐을 톨루엔과 함께 공비 증류 제거하여, 트랜스-1,4-시클로헥산-디카르복실산 클로라이드를 얻었다.
이어서, 반응기에 상기에서 얻은 트랜스-1,4-시클로헥산-디카르복실산 클로라이드 및 디클로로메탄 (100㎖) 을 주입하여 교반하고, 빙수에서 냉각시키면서 4-히드록시부틸아크릴레이트 (14.4g), 피리딘 (7.9g) 및 디클로로메탄 (150㎖) 으로 이루어진 용액을 적하시키고, 다시 1시간 교반하였다.
이어서, 이 반응 용액을 묽은 염산 중에 첨가하고, 디클로로메탄으로 추출, 수세한 후, 용매를 증류 제거하였다. 증류 제거 후의 잔류물을 탄산수소나트륨 수용액으로 처리하고, THF 로 세정하였다. 수층을 분리하고, 5% 염산 수용액으로 산성으로 함으로써 석출된 석출물을 디클로로메탄으로 추출하였다. 디클로로메탄층을 수세하고, 황산 마그네슘으로 건조시키고, 용매를 증류 제거함으로써, 잔류물 1 을 얻었다.
그 후, 반응기에 상기 잔류물 1 (6.5g), 염화 티오닐 (9.5g) 및 디클로로메탄 (100㎖) 을 주입하여, 환류 교반 후, 과잉 염화 티오닐을 디클로로메탄과 함께 공비 증류 제거하여, 잔류물 2 를 얻었다.
이어서, 반응기에 상기에서 얻은 잔류물 2 및 디클로로메탄 (100㎖) 을 주입하여 교반하고, 빙수에서 냉각시키면서 1,4-디히드록시나프탈렌-2,3-디카르보니트릴 (2.1g), 피리딘 (1.5g), 및 테트라히드로푸란 (150㎖) 으로 이루어진 용액을 적하시키고, 다시 1시간 교반하였다.
그 후, 반응 용액을 묽은 염산 중에 첨가하고, 디클로로메탄으로 추출 후, 수세하고, 황산 마그네슘으로 건조 후, 용매를 증류 제거하였다. 증류 제거 후의 잔류물을 칼럼 크로마토그래피 (충전제: 실리카 겔, 전개 용매: THF) 에 의해 정제하였다. 목적물을 함유한 획분을 농축시키고, 디클로로메탄과 톨루엔의 혼합 용매로 재결정을 실시하여, 화합물 (2B) 의 분말 결정을 얻었다.
Figure 112007058744986-PCT00033
화합물 (2B) 를 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 176℃ 에서 결정으로부터 등방성 액체로 변화하므로, 화합물 (2B) 는 액정성을 갖지 않는 것을 확인하였다. 화합물 (2B) 의 적외 흡수 스펙트럼 (KBr 정제) 을 도 7 에 나타낸다.
(실시예 5) 화합물 (1U) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00034
(예 5-1) 화합물 (11) 의 합성예
Figure 112007058744986-PCT00035
온도계와 교반기를 구비한 3 구 플라스크에, Na2S2O4 (87g) 의 물 (800㎖) 용액을 주입하고, 2,3-디클로로-1,4-나프토퀴논 (22.7g, 0.1몰) 의 THF (800㎖) 용액을 10분간에 걸쳐 첨가하고, 20℃ 에서 1시간 교반하였다. 반응 후, 디클로로메탄을 첨가하고 수세를 2번 실시하였다. 유기층을 무수 황산 마그네슘에 의해 건조시키고, 용매를 로타리 에버포레이터 (rotary evaporator) 로 제거하였다. 잔류물을 톨루엔 (250㎖) 으로부터 재결정하여 화합물 (11) (20.2g) 을 얻었다. 수율은 88% 이었다. 화합물 (11) 의 융점은 153.1℃ 이었다.
(예 5-2) 화합물 (12) 의 합성예
Figure 112007058744986-PCT00036
다음으로, 트랜스-4-n-부틸시클로헥산카르복실산 (12g, 0.065몰) 과 염화 티오닐 (15.5g) 을 디클로로메탄 (150㎖) 중에서 반응시켜 얻은 트랜스-4-n-부틸시클로헥산카르복실산 클로라이드의 디클로로메탄 용액을 피리딘 (5.5㎖) 및 예 5-1 에서 얻은 화합물 (11) (15g, 0.065몰) 의 THF (160㎖) 용액에 적하시켰다. 적하는, 5℃ 로 유지한 빙욕을 이용하여 냉각시키면서, 30분간에 걸쳐 실시하였다. 석출한 피리딘 염산염을 제거 후, 디클로로메탄 (300㎖) 을 첨가하고, 5% NaHCO3 수용액으로 세정하고 이어서 수세를 2회 실시하였다. 무수 황산 마그네슘으로 건조시켜 농축시켰다. 농축 후의 잔류물을 디클로로메탄 (100㎖) 에 용해시키고, 칼럼 크로마토그래피 (충전물 : 중성 실리카 겔, 전개 용매 : 디클로로메탄) 를 실시하여, 화합물 (12) (2.3g) 를 얻었다. 수율은 9% 이었다.
(예 5-3) 화합물 (1U) 의 합성예
예 5-2 에서 얻은 화합물 (12) (2.0g, 0.005몰), THF (100㎖) 및 피리딘 (0.625㎖, 0.0073몰) 의 혼합물을 빙수에서 냉각시키면서, 아크릴산 클로라이드 (0.595㎖, 0.0073몰) 를 30분간에 걸쳐 첨가하였다. 그 때, 반응액을 격렬하게 교반하고 온도를 20℃ 이하로 유지하였다. 12시간 교반 후, 감압여과를 실시하고, 여과액을 감압 농축시켰다. 농축 후의 잔류물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피 (전개 용매 : 디클로로메탄) 에 의해 정제한 후, 헥산과 톨루엔의 혼합 용매로 재결정을 실시하여, 화합물 (1U) (0.2g) 를 얻었다. 수율은 8.9% 이었다.
Figure 112007058744986-PCT00037
화합물 (1U) 를 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 110℃ 에서 결정으로부터 등방성 액체로 변화하였다. 화합물 (1U) 의 적외 흡수 스펙트럼을 도 8 에 나타낸다.
(실시예 6) 화합물 (1V) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00038
(예 6-1) 화합물 (13) 의 합성예
Figure 112007058744986-PCT00039
트랜스-4-n-부틸시클로헥산카르복실산을 트랜스-4-n-펜틸시클로헥산카르복실산 (8.7g, 0.044몰) 으로 변경하는 것 이외에는 예 5-2 와 동일하게 하여 화합물 (13) (3g) 을 얻었다. 수율은 16.6% 이었다.
(예 6-2) 화합물 (1V) 의 합성예
화합물 (12) 를 화합물 (13) (3g, 0.0065몰) 으로 변경하는 것 이외에는 예 5-3와 동일하게 하여 화합물 (1V) (0.5g) 를 얻었다. 수율은 17.1% 이었다.
Figure 112007058744986-PCT00040
화합물 (1V) 를 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 127℃ 에서 결정으로부터 등방성 액체로 변화하였다. 화합물 (1V) 의 적외 흡수 스펙트럼을 도 9 에 나타낸다.
(실시예 7) 위상판의 제작예 (그 1)
예 1∼3 에서 얻은 화합물 (1A), 화합물 (1B) 및 화합물 (1C) 를, 3:4:3 (몰비) 로 혼합하여 액정 조성물 A 를 얻었다. 다음으로, 액정 조성물 A 에 광중합 개시제 (상품명: 이르가큐어 907, 치바 스페셜리티 케미칼즈사 제조) 를 액정 조성물 A 에 대해서 0.5질량% 첨가하여 액정 조성물 A1 를 얻었다.
EHC 사 제조의 평가 셀에 액정 조성물 A1 를 90℃ 에서 주입하고, 25℃ 에서 파장 365㎚ 의 자외선을 60초간 조사하여 광중합시킴으로써, 위상판 A 를 제작하였다.
위상판 A 면의 유리를 면도칼로 떼어내어, 파장 412㎚, 633㎚, 780㎚ 의 레이저 광에 대한 굴절률을 측정기 (상품명: PRISMCOUPLER, METRICON 사 제조) 를 이용하여 측정하였다.
배향 방향에 평행한 방향의 굴절률과 배향 방향에 수직인 방향의 굴절률의 차이에서, 위상판 A 의 굴절률 이방성을 산출하였다. 그 결과를 도 1 에 나타낸다. 위상판 A 의 굴절률 이방성의 값은, 레이저 광의 파장이 증가할수록 커지는 것이 확인되었다.
(실시예 8) 위상판의 제작예 (그 2)
예 1∼3 및 5 에서 얻은 화합물 (1A), 화합물 (1B), 화합물 (1C) 및 화합물 (1U) 를 6:8:6:5 (몰비) 로 혼합하여 액정 조성물 B 를 얻었다. 다음으로, 액정 조성물 B 에 광중합 개시제 (상품명: 이르가큐어 907, 치바 스페셜리티 케미칼즈사 제조) 를 액정 조성물 B 에 대해서 0.5질량% 첨가하여 액정 조성물 B1 를 얻었다. 액정 조성물 B1 를 이용하여 예 7 과 동일하게 하여 위상판 B 를 제작하였다.
예 7 과 동일한 방법에 의해, 위상판 B 에 대해 파장 412㎚, 633㎚, 780㎚의 레이저 광에 대한 굴절률을 측정하여 굴절률 이방성의 값을 산출하였다. 결과 를 도 2 에 나타낸다. 위상판 B 의 굴절률 이방성의 값은, 레이저 광의 파장이 증가할수록 커지는 것이 확인되었다.
(실시예 9) 화합물 (1D) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00041
(예 9-1) 화합물 (14) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00042
1,4-디히드록시나프탈렌 (32g, 0.2몰), THF (160㎖) 및 트리에틸아민 (21.3g, 0.21몰) 의 혼합물에 아크릴산 클로라이드 (19g, 0.21몰) 를 빙수에서 냉각시키면서 1시간에 걸쳐 첨가하였다. 그 때, 반응 용액은 격렬하게 교반하고, 반응 온도는 20℃ 이하로 유지하였다. 12시간 교반한 후, 정치시키고 감압 여과를 실시하였다.
여과액을 감압 농축시키고, 잔류물에 아세트산 에틸 (400㎖) 을 첨가하고 5% NaHCO3 수용액으로 세정하고 이어서 수세를 2회 실시하였다. 유기층을 분리하고, 무수 황산 마그네슘으로 건조시켜 농축시켰다. 농축 후의 잔류물에 디클로로메탄 (400㎖) 을 첨가하여 냉각시키고 정치시켰다. 석출된 고형물 여과 분리 하고, 여과액을 감압 농축시킨 후, 칼럼 크로마토그래피 (충전제 중성 실리카 겔, 전개 용매 : 디클로로메탄) 에 의해 정제하여, 화합물 (14) (5.28g) 를 얻었다. 수율은 12.4% 이었다.
(예 9-2) 화합물 (1D) 의 합성예
트랜스-4-(트랜스-4-n-부틸시클로헥실)시클로헥산카르복실산 (2.9g, 0.011몰) 에, 디클로로메탄 (40㎖), 염화 티오닐 (11.9g, 0.1몰) 및 디메틸포름아미드 (몇 방울) 를 첨가하고, 실온에서 2시간 교반한 후, 감압 증류 제거하여, 황백색 고체를 얻었다.
예 9-1 에서 얻은 화합물 (14) (2.1g, 0.01몰) 와 THF (30㎖) 와 트리에틸아민 (1.1g, 0.011몰) 의 혼합물에, 상기 황백색 고체와 THF (30㎖) 의 혼합물을, 빙수에서 냉각시키면서 30분간에 걸쳐 첨가하였다. 그 때, 반응 용액을 격렬하게 교반하고, 반응 온도는 5℃ 이하로 유지하였다. 3시간 교반한 후, 정치시키고 감압 여과를 실시하였다.
여과액을 감압 농축시키고, 잔류물에 아세트산 에틸 (200㎖) 을 첨가하여 용해시켜, 5% NaHCO3 수용액으로 세정하고, 이어서 수세를 2회 실시하였다. 유기층을 분리하고, 무수 황산 마그네슘으로 건조시켜 농축시켰다. 농축 후의 잔류물에 칼럼 크로마토그래피 (충전제 : 중성 실리카 겔, 전개 용매 : 디클로로메탄) 를 실시하여 화합물 (1D) 을 함유한 획분을 얻었다. 이 획분을 농축시키고, 이어서 아세트산 에틸로 재결정을 실시하여 화합물 (1D) 의 분말 결정 (2.66g) 을 얻 었다. 수율은 57.8% 이었다.
Figure 112007058744986-PCT00043
화합물 (1D) 을 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 118℃ 에서 결정으로부터 네마틱상으로 상전이되고, 액정성을 갖는 것을 확인하였다. 등방상으로의 상전이 온도는 열중합으로 인해 확인할 수 없었다. 화합물 (1D) 의 적외 흡수 스펙트럼 (KBr 정제) 을 도 10 에 나타낸다.
(실시예 10) 화합물 (1W) 의 합성
Figure 112007058744986-PCT00044
트랜스-4-(트랜스-4-n-부틸시클로헥실)시클로헥산카르복실산을 트랜스-4-n-부틸시클로헥산카르복실산 (2.02g, 0.011몰) 으로 변경하는 것 이외에는 예 9-2 와 동일하게 하여, 화합물 (1W) (1.5g) 를 얻었다. 수율은 39.5% 이었다.
Figure 112007058744986-PCT00045
화합물 (1W) 를 편광 현미경하에서 관찰한 결과, 승온시에 88℃ 에서 결정으 로부터 등방성 액체로 변화하였다. 화합물 (1W) 의 적외 흡수 스펙트럼 (KBr 정제) 을 도 11 에 나타낸다.
(실시예 11) 위상판의 제작예 (그 3)
예 9 및 10 에서 얻은 화합물 (1D) 및 화합물 (1W) 를 5:5 (몰비) 로 혼합하여 액정 조성물 C 를 얻었다. 다음으로 액정 조성물 C 에 대해서 광중합 개시제 (이르가큐어 907, 치바 스페셜리티 케미칼즈사 제조) 를 액정 조성물 C 에 대해서 0.5질량% 첨가하여 액정 조성물 C1 을 얻었다. 액정 조성물 C1 을 이용하여 예 7 과 동일하게 하여 위상판 C 를 제작하였다.
위상판 C 에 대해, 파장 405㎚, 660㎚, 785㎚ 에 있어서의 위상차를 측정하였다. 이 위상차의 값을 위상판 C 의 두께 (중합 후의 광학 이방성 재료의 두께) 로 나눔으로써, 각 파장에 있어서의 굴절률 이방성의 값을 산출하였다. 결과를 도 12 에 나타낸다. 위상판 C 의 굴절률 이방성의 값은, 광의 파장이 증가할수록 커지는 것이 확인되었다.
본 발명의 중합성 화합물은, 굴절률 이방의 파장 분산성의 조정에 유용하다. 따라서, 그 중합성 화합물을 함유한 중합성 액정 조성물을 중합시켜 얻을 수 있는 광학 이방성 재료는, 위상판, 편광 회절 소자 등의 광학 소자로서 유용하다. 파장 분산을 적절하게 조정함으로써, 이들 광학 소자는, 광대영역 파장판이나 효율이 파장에 의하지 않는 편광 회절 소자로서 이용할 수 있기 때문에, 최근, 요망이 높아지고 있는 복수 파장의 레이저 광을 사용하는 광헤드 장치에 사용되는 광학 소자로서 유용하다.
또한, 2005년 4월 13일에 출원된 일본 특허출원 제2005-115886호 및 2005년 12월 16일에 출원된 일본 특허출원 제2005-362891호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims (13)

  1. 하기 축합 벤젠고리기 (A) 의 적어도 한쪽의 결합수 (結合手) 에 하기 6 원자 고리기 (B) 가 직접 또는 -OCO- 또는 -COO- 의 연결기를 통하여 결합된 메소겐 구조와, 그 메소겐 구조의 양 말단의 각각에 결합한 1 가의 말단기를 갖고, 그 말단기의 적어도 한쪽은 중합성 부위를 갖는 1 가의 유기기인 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물:
    축합 벤젠고리기 (A): 1 위치와, 4 위치 또는 5 위치에 결합수를 갖는 나프탈렌디일기, 또는, 1 위치 또는 9 위치와, 4 위치, 5 위치 또는 10 위치에 결합수을 갖는 안트라센디일기,
    6 원자 고리기 (B): 1,4-페닐렌기, 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 이들로부터 선택되는 2 이상의 기가 직접 또는 연결기를 통하여 결합한 2 가의 기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하기식 (1) 로 표시되는 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물:
    Figure 112007058744986-PCT00046
    (단, 식 중의 R1, R2, n, J1, J2, J3, E1, W1 및 M 은 각각 이하의 내용을 나타내는 것이다.
    R1: 수소원자 또는 메틸기.
    R2: 탄소수 2∼8 의 알킬기.
    n: 0 또는 1.
    J1: 단일결합, -(CH2)a-, 또는 -(CH2)bO- (단, a 및 b 는 각각 독립적으로, 2∼8 의 정수).
    J2, J3: 각각 독립적으로, 단일결합, -OCO-, 또는 -COO-.
    E1: 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기. 단, 이들 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 된다.
    W1: 나프탈렌-1,4-디일기, 나프탈렌-1,5-디일기, 안트라센-1,4-디일기, 안트라센-1,5-디일기, 안트라센-1,10-디일기, 안트라센-4,9-디일기, 안트라센-5,9-디일기 또는 안트라센-9,10-디일기. 단, 이들의 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어도 된다.
    M: 하기식 (a)∼(f) 로 표시되는 기에서 선택되는 어느 하나의 기)
    [화학식 1]
    Figure 112007058744986-PCT00047
  3. 제 2 항에 있어서,
    M 이 하기식 (a)∼(e) 로 표시되는 기에서 선택되는 어느 하나의 기인 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물:
    [화학식 2]
    Figure 112007058744986-PCT00048
  4. 제 3 항에 있어서,
    M 이 트랜스-1,4-시클로헥실렌기 또는 트랜스,트랜스-4,4'-비시클로헥실렌기 인 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    하기식 (2) 로 표시되는 중합성 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물:
    Figure 112007058744986-PCT00049
    (단, 식 중의 R3, J4, J5, E2, E3 및 W2 는, 각각 이하의 내용을 나타내는 것이다.
    R3: 수소원자 또는 메틸기.
    J4 : -(CH2)tO-, 또는 -(CH2)uO-CO- (단, t 및 u 는 각각 독립적으로 2∼6의 정수).
    J5: -O(CH2)c-, 또는 -COO-(CH2)d- (단, c 및 d 는, 각각 독립적으로 2∼6 의 정수).
    E2, E3: 각각 독립적으로 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기. 단, 이들의 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 된다.
    W2: 나프탈렌-1,4-디일기, 나프탈렌-1,5-디일기, 안트라센-1,4-디일기, 안트 라센-1,5-디일기, 안트라센-1,10-디일기, 안트라센-4,9-디일기, 안트라센-5,9-디일기 또는 안트라센-9,10-디일기. 단, 이들 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어도 된다.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 기재된 중합성 화합물의 함유량이 중합성 액정 조성물에 대해서 10질량% 이상인 중합성 액정 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 기재된 중합성 액정 조성물을 중합시켜 이루어지는 광학 이방성 재료.
  8. 제 7 항에 있어서,
    광학적으로 1 축성이고, 상광 (常光) 굴절률 no 와 이상광 (異常光) 굴절률 ne 의 차이인 굴절률 이방성 Δn 의 값이, 사용하는 광의 파장이 길어지면서 증가하는 광학 이방성 재료.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 기재된 광학 이방성 재료를 이용하여 형성되고, 사용하는 광의 편광 상태 및/또는 위상 상태를 제어하는 광학 소자.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 기재된 광학 이방성 재료를 이용하여 형성되는 위상 판.
  11. 입사광을 회절하는 회절 격자 영역을 구비한 편광 회절 소자로서,
    상기 회절 격자 영역이, 제 1 재료로 이루어지는 제 1 부재와 제 2 재료로 이루어지는 제 2 부재를 구비하고, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 적어도 하나의 편광에 대한 굴절률이 상이하고, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 교대로 또한 서로 접하도록 배치되고,
    상기 제 1 재료가 제 7 항 또는 제 8 항에 기재된 광학이방성 재료인 편광 회절 소자.
  12. 반도체 레이저와, 대물렌즈와, 광검출기를 갖고, 상기 대물렌즈와 상기 광검출기 사이에 위상판 및/또는 편광 회절 소자를 배치하여 이루어지는 광헤드 장치로서,
    상기 위상판이 제 10 항에 기재된 위상판이거나, 및/또는, 상기 편광 회절 소자가 제 11 항에 기재된 편광 회절 소자인 광헤드 장치.
  13. 하기식 (1) 또는 하기식 (2) 로 표시되는 중합성 화합물:
    Figure 112007058744986-PCT00050
    (단, 식 중의 R1, R2, R3, n, J1, J2, J3, J4, J5, E1, E2, E3, W1, W2 및 M 은 각각 이하의 내용을 나타내는 것이다.
    R1, R3: 각각 독립적으로, 수소원자 또는 메틸기.
    R2: 탄소수 2∼8 의 알킬기.
    n: 0 또는 1.
    J1: 단일결합, -(CH2)a-, 또는 -(CH2)bO- (단, a 및 b 는 각각 독립적으로, 2∼8 의 정수).
    J2, J3: 각각 독립적으로 단일결합, -OCO-, 또는 -COO-.
    J4: -(CH2)tO-, 또는 -(CH2)uO-CO- (단, t 및 u 는 각각 독립적으로 2∼6의 정수).
    J5: -O(CH2)c-, 또는 -COO-(CH2)d- (단, c 및 d 는 각각 독립적으로 2∼6의 정수).
    E1, E2, E3: 각각 독립적으로 1,4-페닐렌기 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌 기. 단, 이들 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 된다.
    W1, W2: 각각 독립적으로, 나프탈렌-1,4-디일기, 나프탈렌-1,5-디일기, 안트 라센-1,4-디일기, 안트라센-1,5-디일기, 안트라센-1,10-디일기, 안트라센-4,9-디일기, 안트라센-5,9-디일기 또는 안트라센-9,10-디일기. 단, 이들 기 중의 수소원자는, 염소원자, 불소원자, 메틸기 또는 시아노기로 치환되어도 된다.
    M: 하기식 (a)∼(f) 로 표시되는 기에서 선택되는 어느 하나의 기)
    [화학식 3]
    Figure 112007058744986-PCT00051
KR1020077018608A 2005-04-13 2006-04-12 중합성 액정 조성물, 광학 이방성 재료, 광학 소자 및광헤드 장치 KR20070119007A (ko)

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