WO2010001868A1 - 光学異方性材料、光学素子および光情報記録再生装置 - Google Patents

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coo
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悟史 岡田
裕 熊井
長谷川　誠
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旭硝子株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optically anisotropic material, an optical element, and an optical information recording / reproducing apparatus.
  • the optical head device is a device that can read information recorded in pits by irradiating an optical disc with laser light and detecting the reflected light.
  • linearly polarized light emitted from the light source reaches the information recording surface of the optical disc via a beam splitter, a collimator lens, a phase difference plate, and an objective lens.
  • the forward linearly polarized light passes through the beam splitter as it is, and is converted into circularly polarized light by the phase difference plate.
  • This circularly polarized light is reflected by the information recording surface of the optical disk to become reversely circularly polarized light, and then follows the return path in the order of the objective lens, the phase difference plate, and the collimator lens, contrary to the forward path. Then, the light is converted into linearly polarized light orthogonal to that before incidence by the return phase retardation plate.
  • the direction of the linearly polarized light is shifted by 90 degrees from that of the forward path light, and the traveling direction is bent by 90 degrees to reach the photodetector when passing through the beam splitter.
  • the focus position of the beam spot shifts from the recording surface, and this is detected and corrected to make the beam spot an uneven pit on the recording surface.
  • Servo mechanism to follow the is required.
  • Such a mechanism is configured to detect the track position by focusing the beam spot irradiated by the laser light source on the recording surface and to follow the target track. Further, in the optical head device, it is necessary to prevent the laser light reflected without hitting the pit on the recording surface from returning to the light source as it is.
  • the optical head device requires an optical element that modulates the laser light from the light source (polarization, diffraction, phase adjustment, etc.).
  • the retardation plate described above has an effect of giving different refractive indexes to incident light according to the angle formed by the optical axis of the retardation plate and the phase plane of the incident light, and further shifting the phase of the two component light generated by birefringence. have.
  • the two lights whose phases are shifted are combined when they are emitted from the phase difference plate. Since the magnitude of the phase shift is determined by the thickness of the phase difference plate, adjusting the thickness produces a quarter-wave plate that shifts the phase by ⁇ / 2, a half-wave plate that shifts ⁇ , or the like. .
  • linearly polarized light that has passed through a quarter wavelength plate becomes circularly polarized light
  • linearly polarized light that has passed through a half wavelength plate becomes linearly polarized light whose polarization plane is inclined by 90 degrees.
  • the servo mechanism described above is configured by combining a plurality of optical elements using such properties.
  • the optical element is also used to prevent the laser light reflected without hitting the pit on the recording surface from returning to the light source.
  • the above optical element can be manufactured using a liquid crystal material.
  • a liquid crystal molecule having a polymerizable functional group has both properties as a polymerizable monomer and properties as a liquid crystal. Accordingly, when polymerization is performed after aligning liquid crystal molecules having a polymerizable functional group, an optically anisotropic material in which the alignment of liquid crystal molecules is fixed is obtained. Since the optically anisotropic material has optical anisotropy such as refractive index anisotropy derived from a mesogen skeleton, a diffractive element, a retardation plate, and the like are produced using this property.
  • an optically anisotropic material for example, a liquid crystal composition containing a compound represented by CH 2 ⁇ CH—COO—Ph—OCO—Cy—Z (Z: alkyl group) is polymerized in Patent Document 1.
  • An optically anisotropic material is disclosed.
  • the optical element described above generally requires the following characteristics. 1) It has an appropriate retardation value (phase difference value) (Rd value) according to the wavelength used and application. 2) In-plane optical characteristics (Rd value, transmittance, etc.) are uniform. 3) There is almost no scattering or absorption at the wavelength used. 4) It is easy to match optical characteristics with other materials constituting the element. 5) The wavelength dispersion of refractive index and refractive index anisotropy is small at the wavelength used.
  • the ⁇ n of the liquid crystal material forming the optical element is small, it is necessary to increase the thickness d.
  • the thickness d increases, it becomes difficult to align the liquid crystal, and it becomes difficult to obtain desired optical characteristics.
  • ⁇ n is large, it is necessary to reduce the thickness d, but in this case, precise thickness control becomes difficult. Therefore, it is very important for the liquid crystal material to have an appropriate ⁇ n value.
  • a retardation plate made of liquid crystal is arranged in an optical head device that uses blue laser light as a light source, aberrations occur with the passage of time, the transmittance decreases, or the Rd value is reduced. And may fluctuate. This is presumably because the constituent material of the phase difference plate was damaged by being exposed to the blue laser light.
  • light light beam
  • the phase difference plate cannot pass through the objective lens and reach the surface of the recording medium to form an image at one point. Then, the light use efficiency is lowered, and the efficiency of reading and writing information is lowered.
  • the optical head device may not function.
  • a material having a high refractive index anisotropy is usually required to reduce the size and increase the efficiency of an optical element.
  • a material having a high refractive index anisotropy has a high refractive index, but a high refractive index material has a large wavelength dispersion of the refractive index, and therefore has a large absorption for light of a short wavelength (that is, a molar absorption of the material). The coefficient is large). Therefore, the conventional high refractive index material has a problem of low resistance to short wavelength light such as blue laser light.
  • a compound having a structure that does not contain an aromatic ring such as a full alicyclic structure is considered.
  • all alicyclic liquid crystal monomers generally have a small ⁇ n, and if the polymer is used, ⁇ n becomes smaller or isotropic, making it difficult to obtain desired liquid crystallinity. there were.
  • the following two alicyclic liquid crystal monomers exhibit optical anisotropy (birefringence) but become isotropic polymers by polymerization.
  • CH 2 CH-COO-Cy-Cy-C 3 H 7 CH 2 ⁇ CH—COO—Cy—Cy—C 5 H 11
  • the temperature range showing the optical anisotropy of the monomer is not wide, and it is difficult to obtain a composition having desired liquid crystallinity even when mixed with other compounds.
  • an optical element that modulates laser light having a wavelength of 300 nm to 450 nm is required to have an optically anisotropic material that is less deteriorated even when exposed to light in this wavelength band and that has excellent durability and liquid crystallinity. It has been. Accordingly, an object of the present invention is to provide an optically anisotropic material having good light resistance to blue laser light.
  • Another object of the present invention is to provide an optical element having good light resistance to blue laser light and an optical information recording / reproducing apparatus using the optical element.
  • an optical heterogeneity obtained by polymerizing a polymerizable liquid crystalline composition containing 5 mol% or more of one or more polymerizable compounds represented by the following formula (1). Isotropic material.
  • R ⁇ 1 > and R ⁇ 2 > are respectively independently a hydrogen atom or a methyl group
  • K is — (CH 2 ) p COO— or — (CH 2 ) q OCO—, which may have an etheric oxygen atom between carbon-carbon bonds of the alkylene group, Part or all may be substituted with a fluorine atom or a methyl group (provided that p and q each independently represents an integer of 1 to 12)
  • L is —OCO (CH 2 ) r — or —COO (CH 2 ) s —, which may have an etheric oxygen atom between carbon-carbon bonds of the alkylene group, Part or all may be substituted with a fluorine atom or a methyl group (provided that r and s each independently represents an integer of 1 to 12)
  • Cy is a trans-1,4-cyclo
  • K is — (CH 2 ) p COO— in which part or all of the hydrogen atoms of the alkylene group may be substituted with a fluorine atom or a methyl group
  • L is preferably —OCO (CH 2 ) r — in which part or all of the hydrogen atoms of the alkylene group may be substituted with a fluorine atom or a methyl group.
  • R 1 and R 2 are both hydrogen atoms
  • K is — (CH 2 ) p COO— in which part or all of the hydrogen atoms of the alkylene group may be substituted with fluorine atoms
  • L is preferably —OCO (CH 2 ) r — in which part or all of the hydrogen atoms of the alkylene group may be substituted with fluorine atoms.
  • the polymerizable liquid crystalline composition can contain a polymerizable compound other than the polymerizable compound represented by the formula (1).
  • This polymerizable compound preferably has no aromatic ring.
  • the polymerizable liquid crystalline composition includes a polymerizable compound represented by the following formula (2) and a polymerization represented by the following formula (3) as a polymerizable compound other than the polymerizable compound represented by the formula (1). And at least one polymerizable compound selected from the group consisting of a polymerizable compound.
  • R 3 and R 5 are each independently a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 4 and R 6 are each independently an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and some or all of the hydrogen atoms may be substituted with a fluorine atom or a methyl group.
  • M is — (CH 2 ) a COO—, — (CH 2 ) b OCO—, — (CH 2 ) c O— or — (CH 2 ) d —, and an ether between the carbon-carbon bonds of the alkylene group.
  • N is — (CH 2 ) e COO—, — (CH 2 ) f OCO—, — (CH 2 ) g O— or — (CH 2 ) h —, and an ether between the carbon-carbon bonds of the alkylene group.
  • n are each independently 0 or 1.
  • Cy is a trans-1,4-cyclohexylene group, and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with a fluorine atom or a methyl group.
  • the optically anisotropic material according to the first aspect of the present invention is obtained by polymerizing a polymerizable liquid crystalline composition in a state where the polymerizable liquid crystalline composition exhibits a liquid crystal phase and in a state where the liquid crystal is aligned. It is preferable.
  • the second aspect of the present invention relates to an optical element having the optically anisotropic material of the first aspect of the present invention.
  • an optical information recording / reproducing apparatus for recording information on an optical recording medium and / or reproducing information recorded on the optical recording medium.
  • the present invention relates to an optical information recording / reproducing apparatus having an optical element.
  • an optically anisotropic material having good light resistance to blue laser light is provided, and according to the second aspect of the present invention, an optical element having good light resistance to blue laser is provided. Therefore, according to the third aspect of the present invention, the optical element can be an optical information recording / reproducing apparatus suitable for increasing the capacity.
  • the polymerizable compound represented by the formula (1) is also referred to as a compound (1).
  • the trans-1,4-cyclohexylene group in the present specification may be an unsubstituted group in which the hydrogen atom bonded to the carbon atom in these groups is not substituted with other groups.
  • a hydrogen atom bonded to a carbon atom in the group may be substituted with a fluorine atom or a methyl group.
  • all the groups shall be included.
  • a linear alkyl group is preferable.
  • polymerizable liquid crystal a compound having both liquid crystallinity and polymerizability is referred to as polymerizable liquid crystal.
  • DELTA refractive index anisotropy
  • the present inventor is an optically anisotropic material obtained by polymerizing a polymerizable liquid crystal composition containing 5 mol% or more of one or more types represented by the following formula (1). It has been found that the light resistance to laser light can be improved.
  • R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a methyl group.
  • a hydrogen atom is preferable.
  • the polymerization can proceed rapidly when the polymerizable liquid crystalline composition containing the compound (1) is photopolymerized to obtain an optically anisotropic material.
  • the characteristics of the optical element having the optically anisotropic material are not easily affected by the external environment such as temperature, and there is an advantage that variation in retardation in the plane of the optical element is reduced.
  • Cy is a trans-1,4-cyclohexylene group.
  • some or all of the hydrogen atoms in this group may be substituted with fluorine atoms or methyl groups.
  • K is — (CH 2 ) p COO— or — (CH 2 ) q OCO—.
  • p and q each independently represent an integer of 1 to 12.
  • some or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms or methyl groups.
  • L is —OCO (CH 2 ) r — or —COO (CH 2 ) s —.
  • r and s each independently represent an integer of 1 to 12.
  • some or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms or methyl groups.
  • K is — (CH 2 ) p COO— in which part or all of the hydrogen atoms of the alkylene group may be substituted with a fluorine atom or a methyl group
  • L is a part of the hydrogen atoms of the alkylene group or It is preferable that all are —OCO (CH 2 ) r — which may be substituted with a fluorine atom or a methyl group.
  • K and L can easily exhibit liquid crystallinity or have liquid crystallinity when the alkylene group is an unsubstituted alkylene group in which some or all of the hydrogen atoms are not substituted with fluorine atoms or methyl groups. It is preferable because it is difficult to damage.
  • a compound (1A) represented by the following formula (1A) having a low handling temperature range is preferably exemplified.
  • p and r represent an integer of 1 to 12.
  • it is preferable to set p r.
  • metachloroperbenzoic acid m-CPBA
  • compound (11) metachloroperbenzoic acid
  • compound (12) is reacted in the order of aqueous potassium hydroxide, 3,4-dihydro-2H-pyran (DHP), and aqueous potassium hydroxide in the presence of a pyridinium-paratoluenesulfonic acid catalyst (cat.PPTS).
  • DHP 3,4-dihydro-2H-pyran
  • cat.PPTS pyridinium-paratoluenesulfonic acid catalyst
  • trans-trans-bicyclohexanediol (14) obtained by recrystallization of the bicyclohexanediol mixture (14 ′) and the compound (13) were converted into 1-ethyl-3- (dimethylaminopropyl) carbodiimide hydro Reaction in the presence of chloride (EDC) and 4-dimethylaminopyridine catalyst (cat.DMAP) provides compound (15).
  • EDC chloride
  • cat.DMAP 4-dimethylaminopyridine catalyst
  • the compound (16) is reacted with acrylic acid chloride.
  • THP in the formulas (13) and (15) means tetrahydro-2H-pyran. Thereby, compound (1A-1) is obtained.
  • the compound (22) was reacted with (methoxymethyl) triphenylphosphonium chloride and potassium tert-butoxide and the compound (21), and then sequentially treated with perchloric acid and sodium hydroxide to give the compound (22 )
  • the compound (22) is reacted with 2KHSO 5 ⁇ KHSO 4 ⁇ K 2 SO 4 (trade name “Oxone”) in a dimethylformamide (DMF) solvent to obtain the compound (23).
  • compound (24) is reacted with 3,4-dihydro-2H-pyran (DHP) in the presence of a pyridinium-paratoluenesulfonic acid catalyst (cat.PPTS) to give compound (25).
  • DHP 3,4-dihydro-2H-pyran
  • cat.PPTS pyridinium-paratoluenesulfonic acid catalyst
  • a compound in which R 1 is a methyl group can be similarly synthesized by changing acrylic acid chloride to methacrylic acid chloride by the above synthesis method.
  • Compound (1) alone may not exhibit a nematic phase depending on the type of substituent.
  • a polymerizable liquid crystalline compound other than the compound (1) is added to the compound (1) to obtain a polymerizable liquid crystalline composition.
  • a composition By doing in this way, the temperature range in which the polymerizable liquid crystalline composition exhibits a nematic phase can be secured.
  • a compound having an acryloyl group or a methacryloyl group is preferable, and a compound having an acryloyl group is particularly preferable. Moreover, it is preferable to set it as the structure which does not contain an aromatic ring in a mesogenic group from the point which improves durability with respect to a blue laser beam.
  • polymerizable liquid crystal compound other than the compound (1) or the polymerizable non-liquid crystal compound having a structure similar to that of the compound (1) various known compounds can be used. Preferred compounds are as follows. Monofunctional compound (4) and bifunctional compound (5).
  • CH 2 CR 7 —COO—R 8 —A 1 —Y 1 —A 2 —A 3 —A 4 —R 9 (4)
  • R 7 , R 10 and R 13 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 8 , R 11 and R 12 each independently represents a single bond or an alkylene group having 1 to 15 carbon atoms, and in the case of an alkylene group, each independently represents a carbon-carbon bond or a ring of the alkylene group. It may have an etheric oxygen atom at the terminal bonded to the group, or may have a carboxyl group at the terminal bonded to the cyclic group, and further bonded to a carbon atom in the alkylene group. Some or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms.
  • R 9 is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, an alkylcarbonyloxy group having 1 to 12 carbon atoms or a fluorine atom, and an alkyl group, an alkoxy group or an alkylcarbonyloxy group.
  • groups some or all of the hydrogen atoms bonded to carbon atoms in these groups may be substituted with fluorine atoms.
  • Y 1 and Y 2 each independently represents a single bond or —COO—
  • Y 3 represents a single bond or —CH 2 —CH 2 —
  • Y 4 represents a single bond or —OCO—.
  • a 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 , A 7 and A 8 are each independently a single bond, a trans-1,4-cyclohexylene group or a 1,4-phenylene group.
  • the combination of A 1 , A 2 , A 3 and A 4 and the combination of A 5 , A 6 , A 7 and A 8 are each independently two or less single bonds, and at least one of It is a trans-1,4-cyclohexylene group and there are no three consecutive 1,4-phenylene groups, and a hydrogen atom of the trans-1,4-cyclohexylene group or 1,4-phenylene group A part or all of may be substituted with a fluorine atom.
  • R 3 and R 5 are each independently a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 4 and R 6 are each independently an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and some or all of the hydrogen atoms may be substituted with a fluorine atom or a methyl group.
  • M is — (CH 2 ) a COO— or — (CH 2 ) b OCO—, — (CH 2 ) c O— or — (CH 2 ) d —, and an ether between the carbon-carbon bonds of the alkylene group.
  • N is — (CH 2 ) e COO—, — (CH 2 ) f OCO—, — (CH 2 ) g O— or — (CH 2 ) h —, and an ether between the carbon-carbon bonds of the alkylene group.
  • n are each independently 0 or 1.
  • Cy is a trans-1,4-cyclohexylene group, and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with a fluorine atom or a methyl group.
  • the compound (2) and the compound (3) include polymerizable liquid crystal compounds represented by the following formula.
  • CH 2 CH-COO-Cy-Cy-R 4 (2-1) CH 2 ⁇ CH—COO— (CH 2 ) 4 —OCO—Cy—Cy—R 4 (2-2)
  • CH 2 CH-COO-Cy-COO-Cy-Cy-R 6 (3-1) CH 2 ⁇ CH—COO— (CH 2 ) 4 —OCO—Cy—COO—Cy—Cy—R 6 (3-2)
  • the polymerizable liquid crystal composition can contain the compound (2) and the compound (3).
  • polymeric liquid crystalline compounds other than a compound (2) and a compound (3) can also be included.
  • the ratio of the compound (1) to the total amount of the polymerizable liquid crystal compound other than the compound (1) and the compound (1) in the polymerizable liquid crystal composition is preferably 5 mol% or more. Further, considering the compatibility, 5 mol% to 70 mol% is preferably 5 mol% to 50 mol%, particularly 20 mol% to 50 mol% from the viewpoint of suppressing a decrease in ⁇ n in the degree of polymerization. More preferably.
  • the polymerizable liquid crystalline composition is a non-polymerizable compound other than the polymerizable compound (the polymerizable compound other than the compound (1) and the compound (1)) within a range not impairing the effects of the present invention, for example, , Non-polymerizable liquid crystalline compounds, non-polymerizable non-liquid crystalline compounds, and the like.
  • the amount of an additive selected from a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, a chiral agent, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer or a pigment should be 5% by mass or less based on the polymerizable liquid crystalline composition. Is preferable, and it is more preferable to set it as 2 mass% or less.
  • the other compounds when other compounds which are non-polymerizable compounds other than the above additives are added, they are used within the range not impairing the effects of the present invention, but the other compounds are preferably 10% by mass or less, and 5% by mass or less. Is more preferable.
  • the optically anisotropic material of the present invention is a polymer obtained by polymerizing the polymerizable liquid crystalline composition in a state where the polymerizable liquid crystalline composition exhibits a liquid crystal phase and in a state where the liquid crystal is aligned. It is a coalescence.
  • the ambient temperature may be set to a nematic phase-isotropic phase transition temperature (T c ) or lower.
  • T c nematic phase-isotropic phase transition temperature
  • the upper limit of the ambient temperature is preferably set to (T c ⁇ 10) or less.
  • the polymerization of the above polymerizable liquid crystalline composition includes photopolymerization or thermal polymerization, but photopolymerization is preferred from the viewpoint of easy curing while maintaining liquid crystallinity.
  • the light used for photopolymerization is preferably ultraviolet light or visible light.
  • a photoinitiator when performing photopolymerization, it is preferable to use a photoinitiator.
  • a photopolymerization initiator appropriately selected from acetophenones, benzophenones, benzoins, benzyls, Michler's ketones, benzoin alkyl ethers, benzyl dimethyl ketals, thioxanthones and the like is preferably used.
  • a photoinitiator can be used 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the amount of the photopolymerization initiator is preferably 0.01% by mass to 5% by mass, and preferably 0.01% by mass to 2% by mass with respect to the total amount (100% by mass) of the polymerizable liquid crystalline composition. It is particularly preferable to do this.
  • the optically anisotropic material can be obtained by polymerizing the above polymerizable liquid crystalline composition in a state of being sandwiched between a pair of substrates whose surfaces are subjected to alignment treatment. Specific examples will be described below.
  • a transparent substrate for example, a substrate made of a material having a high visible light transmittance can be used.
  • inorganic glass such as alkali glass, alkali-free glass, and quartz glass
  • transparent resin such as fluorine-containing polymer such as polyester, polycarbonate, polyether, polysulfone, polyethersulfone, polyvinyl alcohol, and polyvinyl fluoride
  • substrate which consists of etc. is mentioned.
  • the thickness of the transparent substrate is not particularly limited, but is usually 0.2 mm to 1.5 mm, preferably 0.3 mm to 1.1 mm.
  • the transparent substrate may be provided with a surface treatment layer made of an inorganic material or an organic material for the purpose of preventing alkali elution, improving adhesion, preventing reflection or hard coating.
  • an orientation process is performed on the surface of the transparent substrate.
  • an alignment film is formed on a transparent substrate, and an alignment process is performed on the alignment film.
  • the alignment film only needs to have a function of aligning liquid crystals.
  • an organic material such as polyimide, polyamide, polyvinyl alcohol, polyvinyl cinnamate, and polystyrene, or an inorganic material such as SiO 2 and Al 2 O 3 is used.
  • the alignment treatment can be performed using a rubbing method or the like. For example, by rubbing the surface of the alignment film in one direction with a rubbing cloth such as nylon or rayon, the liquid crystal molecules are aligned in that direction.
  • the alignment of the liquid crystal molecules can be made uniform by oblique deposition of SiO 2 , ion beam method or photo-alignment film.
  • an optically anisotropic material is formed on the alignment film.
  • a second substrate having an alignment film formed on the surface is newly prepared.
  • This alignment film may be formed in the same manner as the first substrate.
  • a mold release process is performed on the surface of the second substrate on which the alignment film is formed.
  • the release agent for example, a fluorosilane-based or fluorine-containing polymer having a fluorine-containing aliphatic ring structure can be used.
  • the first substrate is superposed on the second substrate and temporarily bonded with an interval.
  • the surface of the second substrate on which the alignment film is formed or the release-treated surface and the surface of the first substrate on which the alignment film is formed are set to face each other.
  • the opening part which can be filled with polymeric liquid crystalline composition from the outside is provided.
  • a polymerizable liquid crystal composition is injected between the substrates through this opening.
  • a vacuum injection method may be used, or a method utilizing capillary action in the atmosphere may be used.
  • the polymerizable liquid crystalline composition is polymerized by irradiating light of a predetermined wavelength. If necessary, heat treatment may be further performed after the light irradiation.
  • the second substrate that has been temporarily bonded as necessary is removed to obtain a structure in which the alignment film and the optically anisotropic material are formed between the two substrates or on the first substrate.
  • the polymerizable liquid crystalline composition is oriented in a direction substantially parallel to the surface of the first substrate, and the optically anisotropic material is obtained in a state where this orientation is fixed.
  • optically anisotropic material can be performed, for example, as follows.
  • a first substrate on which an alignment film is formed and a second substrate on which a release agent is applied as necessary on the surface on which the alignment film is formed are prepared.
  • a photocurable polymerizable liquid crystal composition is dropped onto the alignment film formed on the first substrate.
  • the second substrate is overlapped with the first substrate so that the surface on which the alignment film is formed or the surface on which the release agent is applied is on the side of the polymerizable liquid crystalline composition.
  • the polymerizable liquid crystal composition is polymerized by irradiating light of a predetermined wavelength.
  • the second substrate is removed as necessary, a structure in which an alignment film and an optically anisotropic material are formed between two substrates or on the first substrate is obtained as described above. Can do.
  • the optically anisotropic material of the present invention can be used as a material for optical elements.
  • an optical element can be obtained by providing an electrode for the purpose of controlling optical characteristics or a reflective film for the purpose of use as a reflective element. It can be.
  • the optical element of the present invention may be a combination of two optical elements. Further, the optical element may be used in combination with another optical element such as a lens, a wavefront correction surface, a phase difference plate, a diaphragm, or a diffraction grating. When two optical elements are combined, the optical elements using two substrates may be formed and then stacked, or two liquid crystal layers may be formed in the three substrates. Good.
  • an optical element such as a diffraction grating such as a polarization hologram, a phase difference plate, and a wavefront correction element can be produced.
  • An example of a polarization hologram is an example in which signal light generated by light emitted from a laser light source being reflected by an information recording surface of an optical disc is separated and guided to a light receiving element.
  • As a retardation plate it is used as a half-wave plate to control the phase difference of the light emitted from the laser light source, or is installed in the optical path as a quarter-wave plate to stabilize the output of the laser light source. Examples are given.
  • the optically anisotropic material of the present invention can be applied to a retardation plate for a projector, a polarizer, and the like.
  • a member made of a first material containing the optically anisotropic material of the present invention (first member) and a member made of a second material having an isotropic refractive index (second member)
  • first member a member made of a first material containing the optically anisotropic material of the present invention
  • second member a member made of a second material having an isotropic refractive index
  • the diffraction gratings may be alternately arranged to form a grating shape.
  • An optical element comprising the optically anisotropic material of the present invention is suitable for use in an optical information recording / reproducing apparatus for recording information on an optical recording medium and / or reproducing information recorded on an optical recording medium.
  • the optical element according to the present invention is preferably arranged in the optical path of the laser beam of the optical information recording / reproducing apparatus.
  • it is suitable for an optical head for an optical information recording / reproducing apparatus using blue laser light such as BD and HDDVD which has recently been put into practical use.
  • it is also preferably used in an imaging element for a projector application or a communication device for a wavelength variable filter application.
  • optical information recording / reproducing apparatus provided with the above diffraction grating
  • light reflected from the optical recording medium is diffracted by the diffraction grating.
  • this optical information recording / reproducing apparatus is reflected by a light source that generates light incident on the diffraction grating, an objective lens that condenses the light emitted from the light source onto the optical recording medium, and the optical recording medium. It is possible to have a detector for detecting the light.
  • the optical information recording / reproducing apparatus can also have a retardation plate manufactured using the optically anisotropic material of the present invention.
  • the retardation plate plays a role of changing the polarization state of the light reflected by the optical disk after transmitting the light from the light source.
  • the retardation plate is a 1 ⁇ 4 wavelength plate
  • the polarization state of the light reflected by the optical disc is circularly polarized or elliptically polarized if it is linearly polarized, or linearly polarized if it is circularly polarized by this retardation plate.
  • the polarization plane can be changed.
  • FIG. 1 shows an example of an optical information recording / reproducing apparatus equipped with a retardation plate according to the present invention.
  • information recorded on the optical disc is read as follows.
  • the linearly polarized light emitted from the light source 1 passes through the beam splitter 2, the collimator lens 3, the phase difference plate 4 and the objective lens 5 and then reaches the information recording surface of the optical disk 6.
  • the linearly polarized light passes through the beam splitter 2 without changing the deflection direction, and is then converted into circularly polarized light by the phase difference plate 4 having a quarter wavelength phase difference.
  • the light is reflected by the information recording surface of the optical disk 6 to be reversely polarized circularly, and the objective lens 5, the phase difference plate 4 and the collimator lens 3 are followed in the reverse direction in the reverse direction.
  • the circularly polarized light is converted into linearly polarized light orthogonal to that before incidence by the phase difference plate 4 in the return path.
  • the direction of the linearly polarized light is shifted by 90 degrees with respect to the forward light, so that the traveling direction is bent 90 degrees when passing through the beam splitter 2 and reaches the photodetector 7.
  • a normal laser light source used in a normal optical information recording / reproducing apparatus is used.
  • a semiconductor laser is suitable, but other lasers may be used. Since the phase difference plate 4 has good light resistance to a blue laser, the capacity of the optical information recording / reproducing apparatus can be increased by using the blue laser as a light source.
  • the optically anisotropic material of the present invention may be applied to the beam splitter 2 of FIG. Specifically, it is arranged as a polarization-dependent diffraction grating.
  • the transmittance can be increased for light in the polarization direction of the forward path, and the diffraction efficiency can be increased for light in the polarization direction of the return path having a polarization direction orthogonal to that.
  • the light utilization efficiency of the entire recording / reproducing apparatus can be further improved.
  • the organic layer was washed successively with a saturated aqueous sodium thiosulfate solution, a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and a saturated aqueous sodium chloride solution, and then dried over anhydrous sodium sulfate, and the solvent was removed under reduced pressure to obtain an unpurified compound (12 ′) Was obtained.
  • the compound (12 ′) was purified by silica gel column chromatography using hexane / ethyl acetate (19: 1, volume ratio) as a developing solution to obtain 24.7 g of the compound (12). The yield was 43%. In addition, 28 g of compound (11) was recovered by this purification.
  • the compound (13 ′) was purified by silica gel column chromatography using hexane / ethyl acetate (2: 1, volume ratio) as a developing solution to obtain 25.5 g of the compound (13). The yield was 60%.
  • Trans-trans-bicyclohexanediol (14) was purified and separated from the mixture of bicyclohexanediol.
  • the compound (15 ′) was purified by silica gel column chromatography using hexane / ethyl acetate (4: 1, volume ratio) as a developing solution to obtain 8.5 g of the compound (15). The yield was 77%.
  • the melting point of the polymerizable compound (1A-1) at the time of temperature increase was 91 ° C. Further, a smectic phase was exhibited at 64 ° C. to 57 ° C. when the temperature was lowered.
  • ⁇ Preparation of polymerizable liquid crystalline composition> The polymerizable compound (1A-1) obtained above and the composition E were mixed in the proportions shown in Table 1 to obtain polymerizable liquid crystal compositions A to D.
  • the composition E the following compounds (2-1-1a), (2-1-1b), (3-2-1a) and (3-2-1a) as polymerizable liquid crystal compounds other than the polymerizable compound (1A-1) A mixture of 3-2-1b) at a ratio of 3: 3: 1: 1 (molar ratio) was used.
  • the ratios shown in Table 1 are the ratios (mol%) of the respective polymerizable compounds (polymerizable compound (1A-1) and composition E) to the total polymerizable compounds constituting the polymerizable liquid crystal composition. .
  • Table 1 also shows the values of T m and T c of the polymerizable liquid crystal compositions A to D. All of the polymerizable liquid crystal compositions A to C exhibited a nematic liquid crystal phase between the melting point and the clearing point, and the polymerizable liquid crystal composition D exhibited a smectic liquid crystal phase (measurement during cooling).
  • a polyimide solution was applied to a glass substrate having a length of 5 cm, a width of 5 cm, and a thickness of 0.5 mm using a spin coater and dried, followed by rubbing with a nylon cloth in a certain direction to prepare a support.
  • two cells were bonded using an adhesive so that the surfaces subjected to the orientation treatment face each other to produce a cell.
  • Glass beads having a diameter of 3.3 ⁇ m were added to the adhesive, and the distance between the supports was adjusted to 3.3 ⁇ m.
  • a polymerization initiator was added to the polymerizable liquid crystal composition A at a ratio of 0.5% by mass with respect to the polymerizable liquid crystal composition A to obtain a polymerizable liquid crystal composition A1.
  • a photopolymerization initiator “Irgacure 754” (trade name) manufactured by Ciba Specialty Chemicals was used.
  • the polymerizable liquid crystal composition A1 was injected into the cell at a temperature of 85 ° C. Next, photopolymerization was performed by irradiating ultraviolet rays having an intensity of 50 mW / cm 2 at a temperature of 85 ° C. so that the integrated light amount was 9000 mJ / cm 2 , and an optical element A was obtained.
  • the liquid crystal was horizontally aligned in the rubbing direction of the substrate.
  • Optical element A was transparent in the visible range and no scattering was observed. Further, the refractive index anisotropy ⁇ n with respect to the laser beam having a wavelength of 405 nm was 0.0182.
  • optical element A was irradiated with a Kr laser (multimode with wavelengths of 407 nm and 413 nm), and a blue laser light exposure acceleration test was performed.
  • the irradiation conditions were a temperature of 80 ° C., an exposure energy of 69 mW / mm 2 , and an integrated exposure energy of 30 W ⁇ hour / mm 2 and 40 W ⁇ hour / mm 2 .
  • Example 2 to Example 4 For the polymerizable liquid crystal compositions B, C, and D obtained in Example 1, a polymerization initiator was added at a ratio of 0.5% by mass to each composition, and the polymerizable liquid crystal compositions B1, C1 were added. D1 was obtained.
  • a photopolymerization initiator “Irgacure 754” (trade name) manufactured by Ciba Specialty Chemicals was used. Using these polymerizable liquid crystalline compositions, optical elements B, C, and D were produced in the same manner as in Example 1. Each obtained optical element was evaluated in the same manner as the optical element A. The results are shown in Table 2.
  • Optical elements B and C had no problem in initial evaluation, and optical element D did not exhibit liquid crystallinity. Further, the optical elements B, C, and D all had a change in transmittance of less than 1% at 30 W ⁇ hour / mm 2 in the acceleration test evaluation. At 40 W ⁇ hour / mm 2 , the optical elements C and D had a change in transmittance of less than 1%.
  • Example 5 A photopolymerization initiator was added at a ratio of 0.5% by mass to the composition E to obtain a polymerizable liquid crystal composition E1.
  • a photopolymerization initiator “Irgacure 754” (trade name) manufactured by Ciba Specialty Chemicals was used.
  • Optical element E was produced in the same manner as in Example 1, and evaluation was performed in the same manner as for optical element A. The results are shown in Table 3. In Table 3, “-” indicates that it has not been evaluated.
  • the liquid crystal was horizontally aligned in the rubbing direction of the substrate. Further, the optical element E was transparent in the visible range, and no scattering was observed. Furthermore, ⁇ n with respect to laser light having a wavelength of 405 nm was 0.0057. However, in the optical element E, it was found by the accelerated test evaluation that the transmittance change was 3.0% at 30 W ⁇ hour / mm 2 , and the deterioration progressed.
  • the present invention provides an optically anisotropic material having good light resistance to blue laser light, and further, an optical element using the material, specifically, a diffraction grating, a hologram element, a lens element, an aberration correction element, a position, and the like. It can be used for phase difference plates.
  • an optical information recording / reproducing device using the optical element can be provided, which is industrially useful, such as being suitable for an optical head device for an optical information recording / reproducing device using a blue laser beam such as BD. is there. It should be noted that the entire contents of the specification, claims, drawings and abstract of Japanese Patent Application No. 2008-170499 filed on June 30, 2008 are incorporated herein as the disclosure of the specification of the present invention. Is.

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Abstract

　耐光性が良好な光学異方性材料を提供する。また、耐光性の良好な光学素子と、これを用いた光情報記録再生装置を提供する。 　光学異方性材料は、一般式ＣＨ２＝ＣＲ１－ＣＯＯ－Ｋ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｌ－ＯＣＯ－ＣＲ２＝ＣＨ２で表される１種以上の重合性化合物を５モル％以上含む重合性液晶性組成物を重合して得られる。この光学異方性材料を用いて作製された位相差板４は、耐光性が良好であるので、光源１に青色レーザを用いて大容量化に適した光ヘッド装置とすることができる。

Description

光学異方性材料、光学素子および光情報記録再生装置
　本発明は、光学異方性材料、光学素子および光情報記録再生装置に関する。
　ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）などの光ディスクの表面には、ピットと呼ばれる凹凸が設けられている。
　光ヘッド装置は、光ディスクにレーザ光を照射し、その反射光を検出することによって、ピットに記録された情報を読み取ることのできる装置である。
　例えば、光源から出射された直線偏光は、ビームスプリッタ、コリメータレンズ、位相差板および対物レンズを経由して、光ディスクの情報記録面に到達する。ここで、往路の直線偏光は、ビームスプリッタをそのまま透過した後、位相差板で円偏光に変換される。
　この円偏光は、光ディスクの情報記録面で反射されて逆回りの円偏光となった後、往路とは逆に対物レンズ、位相差板およびコリメータレンズの順で復路を辿る。そして、復路の位相差板によって、入射前と直交する直線偏光に変換される。これにより、復路の光は、直線偏光の方向が往路の光とは９０度ずれ、ビームスプリッタを通過する際に、進行方向が９０度曲げられて光検出器に到達する仕組みとなっている。
　光ヘッド装置では、情報の読み出しや書き込みの際に光ディスクに面ぶれなどが発生すると、ビームスポットのフォーカス位置が記録面からずれるので、これを検出し補正してビームスポットを記録面上の凹凸ピットに追従させるサーボ機構が必要になる。こうした機構は、レーザ光源によって照射されたビームスポットの焦点を記録面上に合わせてトラック位置を検出し、目的とするトラックを追従するよう構成される。また、光ヘッド装置では、記録面上でピットに当らずに反射されたレーザ光が、そのまま光源まで戻らないようにする必要もある。
　こうしたことから、光ヘッド装置には、光源からのレーザ光を変調（偏光、回折、位相調整など）させる光学素子が必要となる。例えば、上記の位相差板は、位相差板の光軸と入射光の位相面とのなす角度により、入射光に異なる屈折率を与え、さらに複屈折により生じる２成分の光の位相をずらす効果を有している。位相のずれた２つの光は、位相差板から出射されるときに合成される。位相のずれの大きさは、位相差板の厚みによって決まるので、厚みを調節することにより、位相をπ／２だけずらす１／４波長板、あるいはπずらす１／２波長板などが作製される。例えば、１／４波長板を通過した直線偏光は円偏光となるが、１／２波長板を通過した直線偏光は、偏光面が９０度傾いた直線偏光となる。このような性質を利用し、複数の光学素子を組み合わせることで、上記のサーボ機構が構成される。また、記録面上でピットに当らずに反射されたレーザ光が、そのまま光源まで戻らないようにする際にも、上記光学素子が利用されている。
　上記の光学素子は、液晶材料を用いて作製できる。例えば、重合性官能基を有する液晶分子は、重合性モノマーとしての性質と液晶としての性質とを併せ持つ。したがって、重合性官能基を有する液晶分子を配向させた後に重合を行うと、液晶分子の配向が固定された光学異方性材料が得られる。光学異方性材料は、メソゲン（Mesogen）骨格に由来する屈折率異方性などの光学異方性を有するので、この性質を利用して回折素子や位相差板などが作製される。光学異方性材料としては、例えば、特許文献１に、ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＯＯ－Ｐｈ－ＯＣＯ－Ｃｙ－Ｚ（Ｚ：アルキル基）で表される化合物を含む液晶性組成物を重合してなる光学異方性材料が開示されている。
　ところで、上述した光学素子には、一般に次のような特性が求められる。
　１）使用波長や用途に応じて適正なリタデーション（Retardation）値（位相差値）（Ｒｄ値）を持っていること。
　２）面内の光学特性（Ｒｄ値、透過率など）が均一であること。
　３）使用波長において、散乱や吸収がほとんど無いこと。
　４）素子を構成する他の材料と光学特性を合わせやすいこと。
　５）使用波長において、屈折率や屈折率異方性の波長分散が小さいこと。
　特に、１）の適正なＲｄ値を有することは重要である。ここで、Ｒｄ値は、屈折率異方性（Δｎ）と光の伝播方向の厚さ（ｄ）を用いて、Ｒｄ＝Δｎ×ｄの関係によって定まる値である。所望のＲｄ値を得ようとした場合、光学素子を形成する液晶材料のΔｎが小さいと、厚さｄを大きくする必要が生じる。しかし、厚さｄが大きくなると液晶が配向し難くなるため、所望の光学特性を得ることが困難となる。一方、Δｎが大きいと、厚さｄを小さくする必要が生じるが、その場合には精密な厚さ制御が困難となる。したがって、液晶材料では、適正なΔｎ値を有することが非常に重要となる。
　近年、光学ディスクの大容量化を図るため、情報の書き込みや読み取りに使用するレーザ光を短波長化して、光学ディスク上の凹凸ピットサイズをより小さくすることが進められている。例えば、ＣＤでは波長７８０ｎｍ、ＤＶＤでは波長６５０ｎｍ、ＢＤ（Ｂｌｕ　ｒａｙ　Ｄｉｓｋ（商品名））では波長４０５ｎｍのレーザ光が使用されている。
　次世代光記録メディアではさらに短波長化されることも考えられ、波長３００～４５０ｎｍのレーザ光（以下、青色レーザ光とも記す。）の使用は、今後益々増加する傾向にある。しかしながら、特許文献１に記載された光学異方性材料では、青色レーザ光に対する耐性が十分でなかった。
　例えば、青色レーザ光を光源とする光ヘッド装置に、液晶を用いて作製された位相差板を配置すると、時間の経過に伴って収差が発生したり、透過率が低下したり、Ｒｄ値が変動したりすることがある。これは、青色レーザ光に曝露されたことにより、位相差板の構成材料にダメージが発生したためと考えられる。収差が発生すると、光源から出射してコリメータレンズや位相差板を通過した光（光束）が、対物レンズを通過して記録媒体の表面に到達したときに、１点に結像できなくなる。すると、光の利用効率が低下してしまい、情報の読み出しや書き込みの効率が低下する。また、透過率が低下すると、記録媒体の表面や光検出器に到達する光の強度が弱くなり、上記と同様に、情報の読み出しや書き込みの効率が低下する。さらに、Ｒｄ値が変動すると、例えば、波長板においては、所望の楕円率または直線偏光の消光比が維持できなくなる。その結果、光ヘッド装置として機能しなくなるおそれが生じる。
　ところで、通常、光学素子を小型化、高効率化するには、高い屈折率異方性を有する材料が必要とされる。一般に、高い屈折率異方性を有する材料は、高い屈折率を有するが、高屈折率材料は、屈折率の波長分散が大きいため、短波長の光に対する吸収が大きい（すなわち、材料のモル吸光係数が大きい）という傾向を持つ。それ故、従来の高屈折率材料には、青色レーザ光のような短波長の光に対する耐性が低いという問題があった。
　耐光性の向上を図るには、材料のモル吸光係数を小さくするのがよく、例えば、全脂環構造などの芳香環を含まない構造の化合物とすることが考えられる。しかしながら、全脂環型液晶モノマーは、一般にΔｎが小さく、ポリマーにすることでΔｎがさらに小さくなったり、あるいは、等方性となったりして、所望の液晶性が得られ難くなるという問題があった。
　例えば、下記の２つの全脂環型液晶モノマーは、光学的異方性（複屈折性）を発現するものの、重合により等方性のポリマーとなる。
　ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｃ３Ｈ７
　ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｃ５Ｈ１1
　このため、異方性のポリマーとするには、他の化合物との混合が必要になる。しかし、上記モノマーの光学的異方性を示す温度範囲は広くはなく、他の化合物と混合しても所望の液晶性を有する組成物とするのは困難であった。
特開２００４－２６３０３７号公報
　本発明は、上記点に鑑みてなされたものである。すなわち、波長３００ｎｍ～４５０ｎｍのレーザ光を変調する光学素子には、この波長帯の光に曝されても劣化が少なく耐久性に優れ、且つ、液晶性にも優れた光学異方性材料が求められている。そこで、本発明は、青色レーザ光に対する耐光性が良好な光学異方性材料を提供することを目的とする。
　また、本発明は、青色レーザ光に対する耐光性の良好な光学素子と、これを用いた光情報記録再生装置とを提供することを目的とする。
　本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
　本発明の第１の態様は、下記式（１）で表される１種以上の重合性化合物を５モル％以上含む重合性液晶性組成物を重合して得られることを特徴とする光学異方性材料である。
ＣＨ２＝ＣＲ１－ＣＯＯ－Ｋ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｌ－ＯＣＯ－ＣＲ２＝ＣＨ２　　（１）
　ただし、式（１）中、Ｒ１、及びＲ２は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、
Ｋは、－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－または－（ＣＨ２）ｑＯＣＯ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよく（但し、ｐ、及びｑはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）、
Ｌは、－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－または－ＣＯＯ（ＣＨ２）ｓ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよく（但し、ｒ、及びｓはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）、
Ｃｙは、トランス－１，４－シクロへキシレン基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
　上記第１の態様の式（１）において、
Ｋは、アルキレン基の水素原子の一部若しくは全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－あり、
Ｌは、アルキレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－であることが好ましい。
　上記第１の態様の式（１）において、
Ｒ１、及びＲ２は、ともに水素原子であり、
Ｋが、アルキレン基の水素原子の一部若しくは全部がフッ素原子で置換されていてもよい－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－あり、
Ｌが、アルキレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよい－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－であることが好ましい。
　上記第１の態様の式（１）において、
Ｋが、非置換のアルキレン基である－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－あり、
Ｌが、非置換のアルキレン基である－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－であることが好ましい。
　前記重合性液晶性組成物は、式（１）で表される重合性化合物以外の重合性化合物を含むことができる。この重合性化合物は芳香環を有しないことが好ましい。
　前記重合性液晶性組成物は、式（１）で表される重合性化合物以外の重合性化合物として、下記式（２）で表される重合性化合物および下記式（３）で表される重合性化合物よりなる群から選ばれる少なくとも１種の重合性化合物を含むことができる。
ＣＨ２＝ＣＲ３－ＣＯＯ－（Ｍ）ｍ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ４　　　　（２）
ＣＨ２＝ＣＲ５－ＣＯＯ－（Ｎ）ｎ－Ｃｙ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ６　（３）
　ただし、式（２）および式（３）において、
Ｒ３、及びＲ５は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基である。
Ｒ４、及びＲ６は、それぞれ独立に、炭素数が１～１２のアルキル基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
Ｍは、－（ＣＨ２）ａＣＯＯ－、－（ＣＨ２）ｂＯＣＯ－、－（ＣＨ２）ｃＯ－または－（ＣＨ２）ｄ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい（但し、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）。
Ｎは、－（ＣＨ２）ｅＣＯＯ－、－（ＣＨ２）ｆＯＣＯ－、－（ＣＨ２）ｇＯ－または－（ＣＨ２）ｈ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい（但し、ｅ、ｆ、ｇ、ｈはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）。
ｍ、ｎは、それぞれ独立に０または１である。
Ｃｙは、トランス－１，４－シクロへキシレン基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
　本発明の第１の態様における光学異方性材料は、重合性液晶性組成物を、重合性液晶性組成物が液晶相を示した状態で、且つ液晶が配向した状態で重合して得られることが好ましい。
　本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様の光学異方性材料を有することを特徴とする光学素子に関する。
　本発明の第３の態様は、光記録媒体に情報を記録する、および／または、光記録媒体に記録された情報を再生する光情報記録再生装置であって、本発明の第２の態様の光学素子を有することを特徴とする光情報記録再生装置に関する。
　本発明の第１の態様によれば、青色レーザ光に対する耐光性が良好な光学異方性材料が提供され、本発明の第２の態様によって、青色レーザに対する耐光性の良好な光学素子とすることができ、本発明の第３の態様によれば、該光学素子を大容量化に適した光情報記録再生装置とすることができる。
本発明の本実施の形態の光情報記録再生装置の構成図である。 重合性化合物（１Ａ－１）のＩＲスペクトルを示す図である。
　まず、本発明の光学異方性材料について説明する。尚、本明細書においては、式（１）で表される重合性化合物を化合物（１）とも記す。他の化合物についても同様とする。また、本明細書におけるトランス－１，４－シクロヘキシレン基は、これらの基中の炭素原子に結合した水素原子が他の基で置換されていない無置換の基であってもよく、これらの基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。また、アルキル基に構造異性の基が存在する場合、その全ての基が含まれるものとする。但し、本発明においては、直鎖アルキル基とすることが好ましい。さらに、本明細書においては、液晶性と重合性とを併有する化合物を重合性液晶という。また、波長を記載する際には、この波長を中心に±２ｎｍの範囲までを含むものとし、屈折率異方性はΔｎと略記する。
　本発明者は、鋭意研究した結果、下記式（１）で表される１種以上を５モル％以上含む重合性液晶性組成物を重合して得られる光学異方性材料であれば、青色レーザ光に対する耐光性を良好にできることを見出した。
ＣＨ２＝ＣＲ１－ＣＯＯ－Ｋ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｌ－ＯＣＯ－ＣＲ２＝ＣＨ２　　（１）
　式（１）において、Ｒ１、及びＲ２は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基である。特に、水素原子であることが好ましい。Ｒ１、及びＲ２が水素原子であれば、化合物（１）を含む重合性液晶性組成物を光重合させて光学異方性材料を得る際に、重合を速やかに進行させることができる。また、この光学異方性材料を有する光学素子の特性が、温度などの外部環境の影響を受け難くなって、光学素子の面内におけるリタデーションのばらつきが小さくなるという利点もある。
　式（１）において、Ｃｙは、トランス－１，４－シクロへキシレン基である。但し、この基の水素原子の一部または全部は、フッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。このような基を主骨格とする重合性化合物を用いることにより、光学異方性材料の耐光性を向上させることができる。
　式（１）において、Ｋは、－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－または－（ＣＨ２）ｑＯＣＯ－である。ここで、ｐ、及びｑはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。アルキレン基の炭素炭素結合間には、エーテル結合性の酸素原子があってもよい。また、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
　式（１）において、Ｌは、－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－または－ＣＯＯ（ＣＨ２）ｓ－である。ここで、ｒ、及びｓはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。アルキレン基の炭素炭素結合間には、エーテル結合性の酸素原子があってもよい。また、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
　一般に、重合性の液晶性化合物を重合させると、重合の前後でΔｎの値が低下する。ＫおよびＬを上記の構造とすることによって、重合の前後でΔｎが低下するのを抑えることができる。特に、Ｋが、アルキレン基の水素原子の一部若しくは全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－あり、Ｌが、アルキレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－であるのが好ましい。さらに、式（１）におけるｐ、ｑ、ｒ、及びｓの各値を重合性液晶性組成物中での化合物（１）以外の重合性化合物の分子長に合わせて決定することにより、重合の前後におけるΔｎの低下を一層抑制することができる。
　また、Ｋ及びＬは、そのアルキレン基が、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていない非置換のアルキレン基であることが、液晶性を発現しやすいまたは液晶性を損ねにくいなどから好ましい。
　化合物（１）の具体例としては、取り扱い温度域の低い下記式（１Ａ）で表される化合物（１Ａ）が好ましく挙げられる。尚、式（１Ａ）において、ｐ及びｒは１～１２の整数を表す。特に、製造のし易さからは、ｐ＝ｒとすることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　次に、化合物（１）の合成例について述べる。例えば、式（１Ａ）において、ｐ＝７及びｒ＝７である化合物（１Ａ－１）は、次のようにして合成することができる。
　まず、化合物（１１）にメタクロロ過安息香酸（ｍ－ＣＰＢＡ）を作用させて、化合物（１２）を得る。次に、化合物（１２）を水酸化カリウム水溶液、ピリジニウム－パラトルエンスルホン酸触媒（ｃａｔ．ＰＰＴＳ）存在下で３，４－ジヒドロ－２Ｈ－ピラン（ＤＨＰ）、水酸化カリウム水溶液の順で反応させて、化合物（１３）を得る。Δは加熱を意味する。次に、ビシクロヘキサンジオール混合物（１４′）を再結晶して得られたトランス－トランス－ビシクロヘキサンジオール（１４）と化合物（１３）とを、１－エチル－３－（ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドハイドロクロライド（ＥＤＣ）及び４－ジメチルアミノピリジン触媒（ｃａｔ．ＤＭＡＰ）の存在下で反応させて、化合物（１５）を得る。次に、メチルアルコールとピリジニウム－パラトルエンスルホン酸触媒の存在下で化合物（１５）の脱保護を行って化合物（１６）を得た後、化合物（１６）をアクリル酸クロリドと反応させる。なお、式（１３）及び式（１５）のＴＨＰは、テトラヒドロ－２Ｈ－ピランを意味する。
これにより、化合物（１Ａ－１）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　また、式（１）において、Ｒ１及びＲ２がともに水素原子であり、Ｋが（ＣＨ２）ｑＯＣＯ－であり、Ｌが－ＣＯＯ（ＣＨ２）ｓ－である化合物（１Ｂ）があり、例えば、式（１Ｂ）において、ｑ＝７及びｓ＝７である化合物（１Ｂ－１）は、次のようにして合成することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　まず、（メトキシメチル）トリフェニルホスホニウムクロリドとカリウム－ｔｅｒｔ－ブトキシドを反応させたものと、化合物（２１）を反応させた後、過塩素酸、水酸化ナトリウムで順次処理することで、化合物（２２）を得る。次に、化合物（２２）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶媒中で２ＫＨＳＯ５・ＫＨＳＯ４・Ｋ２ＳＯ４（商品名「Ｏｘｏｎｅ」）と反応させて、化合物（２３）を得る。これとは別に、化合物（２４）をピリジニウム－パラトルエンスルホン酸触媒（ｃａｔ．ＰＰＴＳ）存在下で３，４－ジヒドロ－２Ｈ－ピラン（ＤＨＰ）と反応させて化合物（２５）とし、次いで、ヘキサメチルリン酸トリアミド（ＨＭＰＡ）溶媒中でアクリル酸ナトリウムと反応させて化合物（２６）とし、次いで、メタノール中でピリジニウム－パラトルエンスルホン酸触媒と反応させて、化合物（２７）を得る。次に、化合物（２３）をＤＭＦ触媒存在下でオキサリルクロリドと反応させ、得られた酸ジクロリドと、化合物（２７）を反応させる。なお、式（２５）及び式（２６）のＴＨＰは、テトラヒドロ－２Ｈ－ピランを意味する。
これにより、化合物（１Ｂ－１）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　式（１）において、Ｒ１がメチル基である化合物も、上記合成法でアクリル酸クロリドをメタクリル酸クロリドに変更することにより同様に合成できる。
　化合物（１）は、置換基の種類により単独ではネマティック相を示さない場合がある。
　こうした場合には、化合物（１）に化合物（１）以外の重合性液晶性化合物を加えて重合性液晶性組成物とする。具体的には、重合性液晶性組成物がネマティック相を示すように、化合物（１）の１種以上と、化合物（１）以外の重合性液晶性化合物の１種以上とを含む重合性液晶性組成物とする。このようにすることにより、重合性液晶性組成物がネマティック相を示す温度範囲を確保することができる。
　化合物（１）以外の重合性液晶性化合物としては、アクリロイル基またはメタクリロイル基を有する化合物が好ましく、アクリロイル基を有する化合物が特に好ましい。また、青色レーザ光に対する耐久性を高める点から、メソゲン基中に芳香環を含まない構造とすることが好ましい。
　化合物（１）以外の重合性の液晶性化合物または構造が化合物（１）に類似した重合性の非液晶性化合物としては、公知の種々の化合物が使用できるが、好ましい化合物として、以下に示すような単官能の化合物（４）や２官能の化合物（５）等がある。
　ＣＨ２＝ＣＲ７－ＣＯＯ－Ｒ８－Ａ１－Ｙ１－Ａ２－Ａ３－Ａ４－Ｒ９　　（４）
　ＣＨ２＝ＣＲ１０－ＣＯＯ－Ｒ１１－Ａ５－Ｙ２－Ａ６－Ｙ３－Ａ７－Ｙ４－Ａ８－Ｒ１２－ＯＣＯ－ＣＲ１３＝ＣＨ２　　（５）
　Ｒ７、Ｒ１０およびＲ１３は、それぞれ独立して水素原子またはメチル基を表す。
　Ｒ８、Ｒ１１およびＲ１２は、それぞれ独立して単結合または炭素数が１～１５のアルキレン基を表し、アルキレン基の場合には、それぞれ独立してアルキレン基の炭素－炭素結合間または環基と結合する末端にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、また、環基と結合する末端にカルボキシル基を有していてもよく、さらにこのアルキレン基中の炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がフッ素原子に置換されていてもよい。
　Ｒ９は、炭素数が１～１２のアルキル基、炭素数が１～１２のアルコキシ基、炭素数が１～１２のアルキルカルボニルオキシ基またはフッ素原子であり、アルキル基、アルコキシ基またはアルキルカルボニルオキシ基の場合には、これらの基中の炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がフッ素原子に置換されていてもよい。
　Ｙ１およびＹ２は、それぞれ独立して単結合または－ＣＯＯ－を表し、Ｙ３は、単結合または－ＣＨ２－ＣＨ２－を表し、Ｙ４は、単結合または－ＯＣＯ－を表す。
　Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７およびＡ８は、それぞれ独立して、単結合、トランス－１，４－シクロヘキシレン基または１，４－フェニレン基を表す。ただし、Ａ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４の組み合わせ及びＡ５、Ａ６、Ａ７およびＡ８の組み合わせは、それぞれ独立して単結合は２個以下であり、且つ、少なくとも１つはトランス－１，４－シクロヘキシレン基であり、且つ、１，４－フェニレン基が３個連続していることはなく、トランス－１，４－シクロヘキシレン基または１，４－フェニレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子に置換されていてもよい。
　化合物（１）以外の重合性液晶性化合物の好適な例として、下記式（２）で表される化合物（化合物（２））と、下記式（３）で表される化合物（化合物（３））とが挙げられる。
ＣＨ２＝ＣＲ３－ＣＯＯ－（Ｍ）ｍ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ４　　（２）
ＣＨ２＝ＣＲ５－ＣＯＯ－（Ｎ）ｎ－Ｃｙ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ６　　（３）
　式（２）および式（３）において、
Ｒ３、及びＲ５は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基である。
Ｒ４、及びＲ６は、それぞれ独立に、炭素数が１～１２のアルキル基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
Ｍは、－（ＣＨ２）ａＣＯＯ－または－（ＣＨ２）ｂＯＣＯ－、－（ＣＨ２）ｃＯ－または－（ＣＨ２）ｄ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい（但し、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）。
Ｎは、－（ＣＨ２）ｅＣＯＯ－、－（ＣＨ２）ｆＯＣＯ－、－（ＣＨ２）ｇＯ－または－（ＣＨ２）ｈ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい（但し、ｅ、ｆ、ｇ、及びｈはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）。
ｍ、ｎは、それぞれ独立に０または１である。
Ｃｙは、トランス－１，４－シクロへキシレン基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
　化合物（２）および化合物（３）の具体例としては、下記式で表される重合性液晶性化合物が挙げられる。
ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ４　　　（２－１）
ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＯＯ－(ＣＨ2)4－ＯＣＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ４　　　（２－２）
ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＯＯ－Ｃｙ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ６　　　（３－１）
ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＯＯ－(ＣＨ2)4－ＯＣＯ－Ｃｙ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ６　　　（３－２）
　尚、化合物（１）が液晶性を示す場合であっても、重合性液晶性組成物は、化合物（２）および化合物（３）を含むことができる。また、化合物（２）および化合物（３）以外の重合性液晶性化合物を含むこともできる。
　重合性液晶性組成物における化合物（１）と化合物（１）以外の重合性液晶性化合物の合計量に対する化合物（１）の割合は、５モル％以上とすることが好ましい。さらに、相溶性を考慮すると５モル％～７０モル％が、特には５モル％～５０モル％とすることが好ましく、重合度におけるΔｎの低下を抑制する点から２０モル％～５０モル％とすることがより好ましい。
　本発明では、重合性液晶性組成物は、本発明の効果を損しない範囲内で、重合性化合物（化合物（１）および化合物（１）以外の重合性化合物）以外の非重合性化合物、例えば、非重合性液晶性化合物または非重合性非液晶性化合物などを含むことができる。例えば、重合開始剤、重合禁止剤、カイラル剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤または色素から選ばれる添加剤の量は重合性液晶性組成物に対して５質量％以下とすることが好ましく、２質量％以下とすることがより好ましい。また、上記添加剤以外の非重合性化合物であるその他の化合物を加える場合には、本発明の効果を損しない範囲内で用いるが、その他の化合物は１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。
　本発明の光学異方性材料は、前記の重合性液晶性組成物を、この重合性液晶性組成物が液晶相を示す状態で、且つ、液晶が配向した状態で重合することにより得られる重合体である。
　重合性液晶性組成物が液晶相を示す状態を保つためには、雰囲気温度をネマティック相－等方相相転移温度（Ｔｃ）以下にすればよい。但し、Ｔｃに近い温度では重合性液晶性組成物のΔｎが極めて小さくなるので、雰囲気温度の上限は（Ｔｃ－１０）以下とすることが好ましい。
　上記の重合性液晶性組成物の重合には、光重合または熱重合などが挙げられるが、液晶性を保持したまま硬化させやすい点から、光重合が好ましい。光重合に用いる光は、紫外線または可視光線が好ましい。尚、光重合を行う場合は、光重合開始剤を用いることが好ましい。例えば、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およびチオキサントン類などから適宜選択される光重合開始剤が好ましく用いられる。光重合開始剤は、１種または２種以上を組み合わせて使用できる。光重合開始剤の量は、重合性液晶性組成物の全体量（１００質量％）に対して０．０１質量％～５質量％とすることが好ましく、０．０１質量％～２質量％とすることが特に好ましい。
　光学異方性材料は、上記の重合性液晶性組成物を、表面に配向処理を施した一対の基板間に挟持した状態で重合することにより得られる。以下に、具体例を述べる。
　まず、透明基板を準備する。透明基板としては、例えば、可視光に対する透過率が高い材料からなる基板を用いることができる。具体的には、アルカリガラス、無アルカリガラスおよび石英ガラスなどの無機ガラス；ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、および、ポリフッ化ビニルなどのフッ素含有ポリマーなどの透明樹脂；などからなる基板が挙げられる。剛性が高い点で、無機ガラスからなる基板を用いることが好ましい。透明基板の厚みは、特に限定されないが、通常は０．２ｍｍ～１．５ｍｍであり、好ましくは０．３ｍｍ～１．１ｍｍである。この透明基板には、必要に応じて、アルカリ溶出防止、接着性向上、反射防止またはハードコートなどを目的とした、無機物または有機物などからなる表面処理層が設けられていてもよい。
　次に、透明基板の表面に配向処理を施す。例えば、透明基板の上に配向膜を形成し、配向膜に対して配向処理を行う。配向膜は、液晶を配向させる機能を有するものであればよく、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルシンナメートおよびポリスチレンなどの有機材料、または、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３などの無機材料を用いることができる。配向処理は、具体的には、ラビング法などを用いて行うことができる。例えば、ナイロンやレーヨンなどのラビング布で、配向膜の表面を一方向に擦ることによって、その方向に液晶分子が配向するようにする。また、ラビング法以外にも、ＳｉＯ２の斜め蒸着、イオンビーム法または光配向膜などによって、液晶分子の配向を揃えることもできる。
　次に、配向膜の上に光学異方性材料を形成する。上記の透明基板（以下、第１の基板と称す。）とは別に、表面に配向膜が形成された第２の基板を新たに準備する。この配向膜については、第１の基板と同様にして形成すればよい。次いで、必要に応じて第２の基板の配向膜が形成された側の表面に離型処理を行う。離型剤としては、例えば、フルオロシラン系または含フッ素脂肪族環構造を有する含フッ素重合体などを使用することができる。次に、この第２の基板に第１の基板を重ね合わせて間隔をおいて仮接着する。このとき、第２の基板の配向膜が形成された面または離型処理された面と、第１の基板の配向膜が形成された面とが互いに内側を向くようにする。また、外部から重合性液晶性組成物を充填可能な開口部を設けておく。次いで、この開口部を通じて、基板間に重合性液晶性組成物を注入する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。重合性液晶性組成物を注入した後は、所定の波長の光を照射して重合性液晶性組成物を重合させる。必要に応じて、光照射の後でさらに加熱処理を行ってもよい。その後、必要に応じて仮接着していた第２の基板を取り除くことによって、２枚の基板間または第１の基板の上に、配向膜と光学異方性材料とが形成された構造を得ることができる。本発明の実施の形態では、重合性液晶性組成物は、第１の基板の表面と略平行な方向に配向し、光学異方性材料は、この配向が固定された状態で得られる。
　また、光学異方性材料の形成は、例えば、次のようにして行うこともできる。
　まず、配向膜が形成された第１の基板と、配向膜が形成された表面上に必要に応じて離型剤が施された第２の基板とを準備する。次いで、第１の基板に形成された配向膜の上に、光硬化性の重合性液晶性組成物を滴下する。その後、第２の基板を、配向膜が形成された面または離型剤の塗布面が重合性液晶性組成物の側になるようにして、第１の基板と重ね合わせる。次いで、所定の波長の光を照射して重合性液晶性組成物を重合させる。その後、必要に応じて第２の基板を除去すると、上記と同様に、２枚の基板間または第１の基板の上に、配向膜と光学異方性材料とが形成された構造を得ることができる。
　本発明の光学異方性材料は、光学素子用の材料として用いることができる。上記の説明では、説明を簡単にするため配向膜にしか触れなかったが、光学特性制御の目的で電極を設けたり、反射型素子として使用する目的で反射膜を設けたりすることにより、光学素子とすることができる。さらに、目的に応じて、基板の表面に、フレネルレンズ構成、回折格子用の格子、色調調整用の着色層、迷光抑制用の低反射層などを設けることが可能である。
　本発明の光学素子は、２個の光学素子が組み合わされていてもよい。また、光学素子に他の光学素子、例えば、レンズ、波面補正面、位相差板、絞りまたは回折格子等を組み合わせて用いてもよい。光学素子を２個組み合わせる場合には、それぞれ２枚の基板を用いた光学素子を形成してから重ねてもよいし、３枚の基板の中に２層の液晶層を形成するようにしてもよい。
　本発明の光学異方性材料を用いて、偏光ホログラムなどの回折格子、位相差板、波面補正素子などの光学素子を作製することができる。偏光ホログラムとしては、レーザ光源からの出射光が光ディスクの情報記録面で反射されて発生する信号光を分離し、受光素子へと導光する例が挙げられる。位相差板としては、１／２波長板として使用し、レーザ光源からの出射光の位相差制御を行う例や、１／４波長板として光路中に設置し、レーザ光源の出力を安定化する例などが挙げられる。さらに、本発明の光学異方性材料は、プロジェクタ用の位相差板や偏光子などにも適用可能である。
　例えば、本発明の光学異方性材料を含む第１の材料からなる部材（第１の部材）と、等方性の屈折率を有する第２の材料からなる部材（第２の部材）とが、交互に配置されて格子状を形成している回折格子とすることができる。光学異方性を有する第１の部材と等方性を有する第２の部材とを交互に配置することにより、これらを透過する光は、入射光の偏光方向により異なる回折を生じ、偏光依存性の回折格子となる。
　本発明の光学異方性材料を備えた光学素子は、光記録媒体に情報を記録する、および／または、光記録媒体に記録された情報を再生する光情報記録再生装置に用いるのに適している。具体的には、本発明による光学素子は、光情報記録再生装置のレーザ光の光路中に好ましく配置される。特に、最近実用化が始まったＢＤやＨＤＤＶＤのような青色レーザ光を用いた光情報記録再生装置用の光ヘッドに好適である。また、これ以外にも、例えば、プロジェクタ用途などにおけるイメージング素子や、波長可変フィルタ用途などにおける通信用デバイスなどでも好ましく用いられる。
　例えば、上記の回折格子を備えた光情報記録再生装置では、光記録媒体から反射された光は、回折格子によって回折される。尚、この光情報記録再生装置は、回折格子の他に、回折格子に入射する光を発生させる光源、光源から出射された光を光記録媒体に集光する対物レンズ、光記録媒体で反射された光を検出する検出器などを有することができる。
　また、光情報記録再生装置は、本発明の光学異方性材料を用いて作製された位相差板を有することもできる。この場合の位相差板は、光源からの光を透過した後、光ディスクで反射された光の偏光状態を変える役割を果たす。例えば、位相差板を１／４波長板とした場合、光ディスクで反射した光の偏光状態は、この位相差板によって、直線偏光であれば円偏光または楕円偏光に、円偏光であれば直線偏光に偏光面が変えられる。また、１／４波長板に代えて１／２波長板とした場合には、Ｐ偏光であればＳ偏光に、Ｓ偏光であればＰ偏光に、円偏光（右旋）であれば円偏光（左旋）に、円偏光（左旋）であれば円偏光（右旋）に変えられる。
　図１に、本発明による位相差板が搭載された光情報記録再生装置の一例を示す。この光情報記録再生装置では、次のようにして、光ディスクに記録された情報が読み出される。
　光源１から出射された直線偏光は、ビームスプリッタ２、コリメータレンズ３、位相差板４および対物レンズ５を透過した後に、光ディスク６の情報記録面に到達する。この間に、直線偏光は、偏向方向を変えずにビームスプリッタ２を透過した後、１／４波長の位相差を有する位相差板４で円偏光に変換される。その後、光ディスク６の情報記録面で反射されて逆回りの円偏光となり、往路とは逆に、対物レンズ５、位相差板４およびコリメータレンズ３の順で復路を辿ることになる。ここで、復路における位相差板４で、円偏光は、入射前と直交する直線偏光に変換される。これにより、復路の光は、直線偏光の方向が往路の光に対して９０度ずれるので、ビームスプリッタ２を通過する際に進行方向が９０度曲げられて光検出器７に到達する。
　光源１には、通常の光情報記録再生装置に使用される通常のレーザ光源が使用される。
　具体的には、半導体レーザが好適であるが、他のレーザであってもよい。位相差板４は、青色レーザに対する耐光性が良好であるので、青色レーザを光源として使用することにより、光情報記録再生装置の大容量化を図ることができる。
　尚、図１のビームスプリッタ２に本発明の光学異方性材料を適用してもよい。具体的には偏光依存性の回折格子として配置する。これにより、往路の偏光方向の光に対しては透過率を高めることができ、それとは直交する偏光方向を有する復路の偏光方向の光に対しては回折効率を高めることができるので、光情報記録再生装置全体の光の利用効率をさらに向上させることができる。
　以下、本発明の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
　以下では、重合性化合物の合成と、得られた重合性化合物を用いた重合性液晶性組成物の調整と、この重合性液晶性組成物を重合して得られた光学異方性材料を用いた光学素子の作製と、得られた光学素子の評価結果とについて、具体例を挙げて述べる。
＜重合性化合物の合成＞
例１
　下記の反応式にしたがって、まず、化合物（１２）を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
　まず、２０００ｍＬの４つ口フラスコに、化合物（１１）を５０ｇ（０．４０モル）、ジクロロメタンを１２００ｍＬ、リン酸二水素ナトリウムを１４２．６ｇ（１．１９モル）、メタクロロ過安息香酸（ｍ－ＣＰＢＡ）を１１５．１ｇ（０．５２モル）、触媒としてパラトルエンスルホン酸（ｃａｔ．ＴｓＯＨ）を１５．１ｇ（０．０８モル）加え、撹拌しながら４５℃で２４時間還流した。
　反応終了後、室温に戻してからシリカゲルを用いてろ過を行い、有機層を回収した。この有機層を飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および飽和食塩水で順次洗浄してから、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を減圧除去することにより、未精製の化合物（１２′）を得た。
　化合物（１２′）をヘキサン／酢酸エチル（１９：１、容量比）を展開液としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、２４．７ｇの化合物（１２）を得た。収率は４３％であった。また、この精製によって２８ｇの化合物（１１）を回収した。
　次に、上記で得られた化合物（１２）を用い、下記の反応式にしたがって化合物（１３）を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
　まず、１０００ｍＬの丸底フラスコに、化合物（１２）を２４．７ｇ（０．１７モル）、及び０．７８Ｍの水酸化カリウム水溶液を２５０ｍＬ加え、室温で３時間撹拌した。反応終了後、ジクロロメタンを加えてから、氷冷下で反応溶液が酸性になるまで１Ｎの塩酸溶液を加えた。次に、有機層を回収し、水層を酢酸エチルで抽出してから、回収した有機層と合わせて無水硫酸ナトリウムで乾燥した。その後、溶媒を減圧除去して未精製の反応物Ａを得た。
　次に、１０００ｍＬの丸底フラスコに、上記で得られた未精製の反応物Ａ、７００ｍＬのジクロロメタン、３５．７ｇ（０．４４モル）の３，４－ジヒドロ－２Ｈ－ピラン（ＤＨＰ）、触媒として４．４ｇ（０．０２モル）のピリジニウム－パラトルエンスルホン酸（ｃａｔ．ＰＰＴＳ）を加えて、１２時間攪拌を行った。
　反応終了後、反応溶液が弱アルカリ性になるまで飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えてから、有機層を回収した。水層を酢酸エチルで抽出し、回収した有機層と合わせて飽和食塩水で洗浄した。その後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を減圧除去して、未精製の反応物Ｂを得た。
　次に、１０００ｍＬの丸底フラスコに、上記で得られた未精製の反応物Ｂと、０．６２Ｍの水酸化カリウム水溶液４００ｍＬとを加えて、１００℃で３時間撹拌した。反応終了後、室温に戻してジクロロメタンを加え、氷冷下で反応溶液のｐＨが６になるように０．５Ｍ酢酸水溶液を加えた。その後、有機層を回収し、水層を酢酸エチルで抽出してから、回収した有機層と合わせて無水硫酸ナトリウムで乾燥した。次いで、溶媒を減圧除去することにより、未精製の化合物（１３′）を得た。なお、式（１３）及び後記する式（１５）の化合物のＴＨＰは、テトラヒドロ－２Ｈ－ピランを意味する。
　化合物（１３′）をヘキサン／酢酸エチル（２：１、容量比）を展開液としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、２５．５ｇの化合物（１３）を得た。収率は６０％であった。
　トランス－トランス－ビシクロヘキサンジオール（１４）は、ビシクロヘキサンジオールの混合物から精製分離した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
　まず、５５℃で湯煎をしながらビシクロヘキサンジオール異性体の混合物（１４´）５０ｇにメタノールを加えて融解させた。次いで、室温に戻してから、－２５℃で１２時間放置した。生成した結晶をろ過することにより、２２．７ｇのトランス－トランス－ビシクロヘキサンジオール（１４）を得た。
　次に、上記で得られた化合物（１３）と、トランス－トランス－ビシクロヘキサンジオール（１４）を用い、下記の反応式にしたがって化合物（１５）を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
　まず、１０００ｍＬの４つ口フラスコに、化合物（１３）を８．３ｇ（３３．８ｍｍｏｌ）、トランス－トランス－ビシクロヘキサンジオール（１４）を３．４ｇ（１６．９ｍｍｏｌ）、ジクロロメタンを２００ｍＬ、１－エチル－３－（ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドハイドロクロライド（ＥＤＣ）を１３．０ｇ（６７．５ｍｍｏｌ）、触媒として４－ジメチルアミノピリジン（ｃａｔ．ＤＭＡＰ）を２．１ｇ（１６．９ｍｍｏｌ）加えて、室温で１２時間攪拌した。次いで、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて反応を終了させた後、有機層を回収し、水層を酢酸エチルで抽出して、回収した有機層と合わせた。この有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と飽和食塩水で順次洗浄してから、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を減圧除去して未精製の化合物（１５′）を得た。
　化合物（１５′）をヘキサン／酢酸エチル（４：１、容量比）を展開液としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、８．５ｇの化合物（１５）を得た。収率は７７％であった。
　次に、上記で得られた化合物（１５）を用い、下記の反応式にしたがって化合物（１６）を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
　まず、１０００ｍＬの丸底フラスコに、化合物（１５）を１０．４ｇ（１６．０ｍｍｏｌ）、メチルアルコールを４００ｍＬ、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を２００ｍＬ、及び触媒としてピリジニウム－パラトルエンスルホン酸を０．４ｇ（１．６ｍｍｏｌ）加えて、４０℃で１２時間攪拌した。反応終了後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えて反応溶液を弱アルカリ性にしてから、水層と有機層を分離し、溶媒を減圧除去した。その後、ジクロロメタン／メタノール（１９：１、容量比）を展開液としたカラムクロマトグラフィーで精製を行って、７．１ｇの化合物（１６）を得た。収率は９１％であった。
　次に、上記で得られた化合物（１６）を用い、下記の反応式にしたがって重合性化合物（１Ａ－１）を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
　まず、５００ｍＬの４つ口フラスコに、化合物（１６）を５．９ｇ（１２．２ミリモル）、トリエチルアミンを５．１ｍＬ（３６．７ミリモル）、及びジクロロメタンを２００ｍＬ加えた。次いで、窒素気流下で、内温が２０℃を超えないように氷冷しながら、アクリル酸クロリドを２．４ｍＬ（２９．３ミリモル）滴下して３時間撹拌した。反応終了後、ジクロロメタンとアクリル酸クロリドを減圧除去し、ジクロロメタン／酢酸エチル（３３：１）を展開液としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。その後、さらにジクロロメタン／ヘキサンで再結晶を行って、４．３ｇの重合性化合物（１Ａ－１）を得た。収率は６０％であった。
　重合性化合物（１Ａ－１）のＩＲ（赤外吸収）スペクトルを図２に示す。また、１ＨＮＭＲ（１Ｈ核磁気共鳴）スペクトルを以下に示す。
　１ＨＮＭＲ（４００ＭＨｚ、溶媒：ＣＤＣｌ3、内部標準：ＴＭＳ）δ（ｐｐｍ）：１．０５－１．１２（ｍ、６Ｈ）、１．２５－１．３８（ｍ、１６Ｈ）、１．５８－１．７０（ｍ、８Ｈ）、１．７５－１．７８（ｍ、４Ｈ）、１．９６－２．００（ｍ、４Ｈ）、２．２６（ｔ、４Ｈ）、４．１４（ｔ、４Ｈ）、４．６３（ｍ、２Ｈ）、５．８１（ｄ、２Ｈ）、６．１２ (ｄｄ、１Ｈ)、６．４０（ｄ、１Ｈ）。
　重合性化合物（１Ａ－１）の昇温時の融点は９１℃であった。また、降温時、６４℃～５７℃でスメクティック相を示した。
＜重合性液晶性組成物の調製＞
　上記で得られた重合性化合物（１Ａ－１）と、組成物Ｅとを表１に示す割合で混合し、重合性液晶性組成物Ａ～Ｄを得た。組成物Ｅとしては、重合性化合物（１Ａ－１）以外の重合性液晶性化合物として下記の化合物（２－１－１ａ）、（２－１－１ｂ）、（３－２－１ａ）および（３－２－１ｂ）を３：３：１：１（モル比）の割合で混合したものを用いた。尚、表１に記載の割合は、重合性液晶性組成物を構成する全重合性化合物に対する各重合性化合物（重合性化合物（１Ａ－１）と組成物Ｅ）の割合（モル％）である。また、表１には、重合性液晶性組成物Ａ～ＤのＴｍおよびＴｃの値も併せて示す。重合性液晶性組成物Ａ～Ｃはいずれも融点と透明点との間でネマチック液晶相を示し、重合性液晶性組成物Ｄはスメクチック液晶相を示した（降温時での測定）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
＜光学素子Ａの作製＞
　縦５ｃｍ、横５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍのガラス基板に、ポリイミド溶液をスピンコータで塗布し乾燥した後、ナイロンクロスで一定方向にラビング処理して支持体を作製した。
　次いで、配向処理を施した面が向かい合うように、２枚の支持体を接着剤を用いて貼り合わせてセルを作製した。接着剤には、直径３．３μｍのガラスビーズを添加し、支持体の間隔が３．３μｍになるように調整した。
　次に、重合性液晶性組成物Ａに重合開始剤を、重合性液晶性組成物Ａに対して０．５質量％の割合で添加し、重合性液晶性組成物Ａ１を得た。尚、光重合開始剤としては、チバスペシャリティーケミカルズ社製の「イルガキュア７５４」（商品名）を用いた。
　セル内に重合性液晶性組成物Ａ１を８５℃の温度で注入した。次いで、温度８５℃で強度５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を積算光量が９０００ｍＪ／ｃｍ2となるよう照射して光重合を行い、光学素子Ａを得た。
　光学素子Ａでは、液晶は基板のラビング方向に水平配向していた。また、光学素子Ａは、可視域で透明であり、散乱も認められなかった。さらに、波長４０５ｎｍのレーザ光に対する屈折率異方性Δｎは０．０１８２であった。
＜光学素子Ａの評価＞
　光学素子Ａに対して、Ｋｒレーザ（波長４０７ｎｍ、及び４１３ｎｍのマルチモード）を照射し、青色レーザ光曝露加速試験を行った。照射条件は、温度８０℃、曝露エネルギー６９ｍＷ／ｍｍ２として、積算曝露エネルギーを３０Ｗ・時間／ｍｍ２と４０Ｗ・時間／ｍｍ２とした。加速試験前の透過率に対する試験後の透過率の低下率は、３０Ｗ・時間／ｍｍ２では１％未満であり、４０Ｗ・時間／ｍｍ２では２．５％であった。
例２～例４
　例１で得られた重合性液晶性組成物Ｂ、Ｃ、Ｄについても、各組成物に対して０．５質量％の割合で重合開始剤を添加し、重合性液晶性組成物Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１を得た。尚、光重合開始剤としては、チバスペシャリティーケミカルズ社製の「イルガキュア７５４」（商品名）を用いた。これらの重合性液晶性組成物を用い、例１と同様にして光学素子Ｂ、Ｃ、及びＤを作製した。得られた各光学素子について、光学素子Ａと同様の方法で評価を行った。結果を表２に示す。
　光学素子ＢおよびＣは、いずれも初期評価に問題はなく、光学素子Ｄは液晶性を示さなかった。また、光学素子Ｂ、Ｃ、及びＤは、いずれも加速試験評価で３０Ｗ・時間／ｍｍ２では透過率変化が１％未満であった。また、４０Ｗ・時間／ｍｍ２では光学素子ＣおよびＤは透過率変化が１％未満であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
例５
　組成物Ｅに対して０．５質量％の割合で光重合開始剤を添加し、重合性液晶性組成物Ｅ１を得た。尚、光重合開始剤としては、チバスペシャリティーケミカルズ社製の「イルガキュア７５４」（商品名）を用いた。例１と同様にして光学素子Ｅを作製し、光学素子Ａと同様の方法で評価を行った。結果を表３に示す。
　なお、表３中、「－」は、未評価であることを示す。
　光学素子Ｅでは、液晶は基板のラビング方向に水平配向していた。また、光学素子Ｅは、可視域で透明であり、散乱も認められなかった。さらに、波長４０５ｎｍのレーザ光に対するΔｎは０．００５７であった。しかし、光学素子Ｅでは、加速試験評価で３０Ｗ・時間／ｍｍ２で透過率変化が3.0％になり、劣化が進行することが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　本発明は、青色レーザ光に対する耐光性が良好な光学異方性材料を提供し、さらに、これを用いた光学素子、具体的には、回折格子、ホログラム素子、レンズ素子、収差補正素子、位相差板等に使用可能である。また、前記光学素子を用いた光情報記録再生装置を提供することができ、ＢＤのような青色レーザ光を用いた光情報記録再生装置用の光ヘッド装置に好適であるなど、産業上有用である。

　なお、２００８年６月３０日に出願された日本特許出願２００８－１７０４９９号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として取り入れるものである。
　　１　光源
　　２　ビームスプリッタ
　　３　コリメータレンズ
　　４　位相差板
　　５　対物レンズ
　　６　光学ディスク
　　７　光検出器

Claims (9)

  1. 　下記式（１）で表される１種以上の重合性化合物を５モル％以上含む重合性液晶性組成物を重合して得られることを特徴とする光学異方性材料。
    ＣＨ２＝ＣＲ１－ＣＯＯ－Ｋ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｌ－ＯＣＯ－ＣＲ２＝ＣＨ２　　　　（１）
    　ただし、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、
    Ｋは、－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－または－（ＣＨ２）ｑＯＣＯ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよく（但し、ｐ、ｑはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）、
    Ｌは、－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－または－ＣＯＯ（ＣＨ２）ｓ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよく（但し、ｒ、ｓはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）、
    Ｃｙは、トランス－１，４－シクロへキシレン基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
  2. 　前記式（１）において、
    Ｋが、アルキレン基の水素原子の一部若しくは全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－あり、
    Ｌが、アルキレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－であることを特徴とする請求項１に記載の光学異方性材料。
  3. 　前記式（１）において、
    Ｒ１、Ｒ２は、ともに水素原子であり、
    Ｋが、アルキレン基の水素原子の一部若しくは全部がフッ素原子で置換されていてもよい－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－あり、
    Ｌが、アルキレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよい－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－であることを特徴とする請求項２に記載の光学異方性材料。
  4. 　前記式（１）において、
    Ｋが、非置換のアルキレン基である－（ＣＨ２）ｐＣＯＯ－あり、
    Ｌが、非置換のアルキレン基である－ＯＣＯ（ＣＨ２）ｒ－であることを特徴とする請求項３に記載の光学異方性材料。
  5. 　前記重合性液晶性組成物は、前記式（１）で表される重合性化合物以外の重合性化合物を含み、該重合性化合物が芳香環を有しないことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光学異方性材料。
  6. 　前記重合性液晶性組成物は、前記式（１）で表される重合性化合物以外の重合性化合物として、下記式（２）で表される重合性化合物および下記式（３）で表される重合性化合物よりなる群から選ばれる少なくとも１種の重合性化合物を含むことを特徴とする請求項５に記載の光学異方性材料。
    ＣＨ２＝ＣＲ３－ＣＯＯ－（Ｍ）ｍ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ４　　　　（２）
    ＣＨ２＝ＣＲ５－ＣＯＯ－（Ｎ）ｎ－Ｃｙ－ＣＯＯ－Ｃｙ－Ｃｙ－Ｒ６　　　　（３）
    　ただし、Ｒ３、Ｒ５は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、
    Ｒ４、Ｒ６は、それぞれ独立に、炭素数が１～１２のアルキル基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよく、
    Ｍは、－（ＣＨ２）ａＣＯＯ－、－（ＣＨ２）ｂＯＣＯ－、－（ＣＨ２）ｃＯ－または－（ＣＨ２）ｄ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよく（但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）、
    Ｎは、－（ＣＨ２）ｅＣＯＯ－、－（ＣＨ２）ｆＯＣＯ－、－（ＣＨ２）ｇＯ－または－（ＣＨ２）ｈ－であって、アルキレン基の炭素炭素結合間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよく（但し、ｅ、ｆ、ｇ、ｈはそれぞれ独立に１～１２の整数を表す。）、
    ｍ、ｎは、それぞれ独立に０または１であり、
    Ｃｙは、トランス－１，４－シクロへキシレン基であって、水素原子の一部または全部がフッ素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
  7. 　前記重合性液晶性組成物が液晶相を示した状態で、且つ液晶が配向した状態で、前記重合性液晶性組成物を重合して得られることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の光学異方性材料。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の光学異方性材料を有することを特徴とする光学素子。
  9. 　光記録媒体に情報を記録する、および／または、光記録媒体に記録された情報を再生する光情報記録再生装置であって、
    　請求項８に記載の光学素子を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
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