JPWO2006001096A1 - 重合性液晶化合物、液晶組成物、光学異方性材料、および光学素子 - Google Patents

重合性液晶化合物、液晶組成物、光学異方性材料、および光学素子 Download PDF

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Abstract

光学異方性材料に要求される特性を満たし、青色レーザー光に対する耐久性に優れる新規化合物、該化合物を含む液晶組成物、該液晶組成物を用いた光学異方性材料および光学素子を提供する。下式(1)で表される化合物。CH2=CR1−COO−(L)k−E1−E2−E3−(E4)m−(E5)n−R2(1)ただし、式中の記号は以下の意味を示す。R1:水素原子またはメチル基。R2:炭素数1〜8のアルキル基。L:−(CH2)pO−、−(CH2)q−、−Cy−COO−(Cyはトランス−1,4−シクロヘキシレン基。)、−Cy−OCO−、−E6−(CH2)2−、−E7−CH2O−、または−E8−O−(ただし、pおよびqはそれぞれ独立に2〜8の整数。)。E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8:それぞれ独立に1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基(ただし、E1、E2、およびE3の少なくとも1つはトランス−1,4−シクロヘキシレン基であり、かつ、Lが−Cy−OCO−である場合のE1はトランス−1,4−シクロヘキシレン基である)。ただし、前記の1,4−フェニレン基およびトランス−1,4−シクロヘキシレン基は、該基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基で置換されていてもよい。k、m、n:それぞれ独立に0または1。ただし、kが1でありかつLが−Cy−COO−、−Cy−OCO−、−E6−(CH2)2−、−E7−CH2O−、または−E8−O−である場合、mおよびnの少なくとも一方は0である。

Description

本発明は、新規な化合物、該化合物を含む液晶組成物、該液晶組成物を重合させてなる光学異方性材料、および光学素子に関する。
近年、光ディスクの大容量化を図るため、情報の書き込み、読み取りに使用されるレーザー光の短波長化が進んでいる。現在、CDでは波長780nm、DVDでは波長660nmのレーザー光が使用されているが、次世代光記録メディアでは、波長300〜450nmのレーザー光の使用が検討されている。これに伴い、波長300〜450nmのレーザー光(以下、青色レーザー光とも記す。)を変調する回折素子、位相板等の光学素子が必要となり、該波長帯のレーザー光に対応できる光学異方性材料が求められている。
一方、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有する。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反応を行うと、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、メソゲン骨格に由来する屈折率異方性等の光学異方性を有し、該性質を利用して回折素子、位相板等に応用されている。
このような光学異方性材料としては、たとえば、下式(2)で表される化合物(ただし、式中のQは、1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基であり、Zはアルキル基である。)を含む液晶組成物を重合させてなる高分子液晶が報告されている(特開平10−195138号公報参照。)。
Figure 2006001096
また、一般に、回折素子や位相板用の光学異方性材料に求められる特性としては、以下の特性が挙げられる。
(1)光の吸収が少ないこと。
(2)面内光学特性(リタデーション値等)が均一なこと。
(3)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。
(4)屈折率の波長分散が小さいこと。
(5)耐久性が良好なこと。
しかし、特開平10−195138号公報に記載された高分子液晶等の、従来から知られた材料は、青色レーザー光に対する耐久性が不充分である問題があった。
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、光学異方性材料、および光学素子に要求される特性を満たし、かつ青色レーザー光に対する耐久性が高い新規な化合物、該化合物を含む液晶組成物、該液晶組成物を重合してなる光学異方性材料、および光学素子を提供する。すなわち、本発明は以下の発明を提供する。
1.下式(1)で表される化合物。
CH=CR−COO−(L)−E−E−E−(E−(E−R (1)
ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
:水素原子またはメチル基。
:炭素数1〜8のアルキル基。
L:−(CHO−、−(CH−、−Cy−COO−(Cyはトランス−1,4−シクロヘキシレン基。)、−Cy−OCO−、−E−(CH−、−E−CHO−、または−E−O−(ただし、pおよびqはそれぞれ独立に2〜8の整数。)。
、E、E、E、E、E、E、E:それぞれ独立に1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基(ただし、E、E、およびEの少なくとも1つはトランス−1,4−シクロヘキシレン基であり、かつ、Lが−Cy−OCO−である場合のEはトランス−1,4−シクロヘキシレン基である)。ただし、前記の1,4−フェニレン基およびトランス−1,4−シクロヘキシレン基は、該基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
k、m、n:それぞれ独立に0または1。ただし、kが1でありかつLが−Cy−COO−、−Cy−OCO−、−E−(CH−、−E−CHO−、または−E−O−である場合、mおよびnの少なくとも一方は0である。
2.上記1に記載の化合物から選ばれる2種以上の化合物を含むか、または、上記1に記載の化合物の1種以上と、上記1に記載の化合物以外の重合性液晶の1種以上とを含むことを特徴とする液晶組成物。
3.上記1に記載の化合物の量が、液晶組成物中の重合性液晶の合計量に対して50〜100質量%である上記2に記載の液晶組成物。
4.上記1に記載の化合物とそれ以外の重合性液晶との合計含有量が、液晶組成物に対して90質量%以上である上記2に記載の液晶組成物。
5.液晶組成物中の全重合性液晶に対する上記1に記載の化合物の割合が20モル%以上である、上記2〜4のいずれかに記載の液晶組成物。
6.上記2〜5のいずれかに記載の液晶組成物を、該液晶組成物が液晶相を示す状態で、かつ液晶が配向した状態で重合させてなることを特徴とする光学異方性材料。
7.光学異方性材料が波長300〜450nmのレーザー光を透過させて使用する光学異方性材料である、上記6に記載の光学異方性材料。
8.上記2〜5のいずれかに記載の液晶組成物を、1対の支持体間に挟持し、該液晶組成物が液晶相を示す状態で、かつ液晶が配向した状態で重合させてなることを特徴とする光学素子。
9.光学素子が波長300〜450nmのレーザー光を透過させて使用する光学素子である、上記8に記載の光学素子。
10.上記8または9に記載の光学素子を用いてなる回折素子。
11.上記8または9に記載の光学素子を用いてなる位相板。
本発明によれば、新規な化合物、該化合物を含む液晶組成物、該液晶組成物を重合させてなる光学異方性材料、および光学素子が得られる。該光学異方性材料、および光学素子は、青色レーザー光に対する耐久性に優れる。
本明細書においては、式(1)で表される化合物を化合物(1)とも記す。他の化合物についても同様に記す。「Ph」は1,4−フェニレン基を表し、「Cy」はトランス−1,4−シクロヘキシレン基を表す。これらの環基は非置換の基であってもよく、該基中の水素原子が該基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基で置換されていてもよく、それぞれ、非置換の基であることが好ましい。なお、環基が1,4−シクロヘキシレン基である場合、1位および4位の結合手はトランスの位置にある。また、アルキル基に構造異性の基が存在する場合はその全ての基を含み、直鎖アルキル基が好ましい。
液晶性と重合性とを併有する化合物を、以下、重合性液晶という。以下における波長の記載は、中心波長±2nmの範囲にあることを意味する。また、屈折率異方性をΔnと略記する。
本発明の化合物は、下式(1)で表される化合物である。この化合物(1)は、重合性と液晶性を併有する重合性液晶の一種である。
CH=CR−COO−(L)−E−E−E−(E−(E−R(1)
は水素原子またはメチル基であり、水素原子が好ましい。Rが水素原子である場合、後述する化合物(1)を含む液晶組成物を光重合させて光学異方性材料および光学素子を得る際に、重合反応が速やかに進行するので好ましい。また、光重合反応によって得られる光学異方性材料および光学素子の特性が外部環境(温度等)の影響を受けにくく、リタデーションの面内分布が小さい利点もある。
は炭素数1〜8のアルキル基である。このことによって化合物(1)を含む液晶組成物の融点(T)(すなわち、結晶相−ネマチック相相転移点)を低くできる。Rとしては、炭素数2〜6の該基が好ましい。また、化合物(1)が液晶性を示す温度範囲を広くできることから、Rは直鎖構造であることが好ましい。
Lは、−(CHO−、−(CH−、−Cy−COO−、−Cy−OCO−、−E−(CH−、−E−CHO−、または−E−O−である(ただし、pおよびqはそれぞれ独立に2〜8の整数であり、4〜6の整数が好ましい。E、E、およびEは、1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基であり、それぞれ非置換の基であることが好ましい。)。
Lとしては、−Cy−COO−、−Cy−OCO−、−(CHO−(好ましくは−(CHO−)、および−Ph−(CHO−が好ましい。
Lが−Cy−COO−である場合は、後述する重合反応を行って光学異方性材料および光学素子とした場合に、大きなΔnを発現できる。他の重合性液晶との相溶性が良好であり、Tを低くできる点ではLが−Cy−OCO−であることが好ましい。
また、一般に、重合性液晶を重合させると、重合反応の前後でΔnの値が低下する傾向があるが、Lが−(CHO−、−(CH−等のポリメチレン基を有する基である場合は、重合反応の前後における、Δn値の低下を抑えることができる。
k、m、およびn、はそれぞれ独立に0または1である。ただし、kが1でありかつLが−Cy−COO−、−Cy−OCO−、−E−(CH−、−E−CHO−、または−E−O−である場合、mおよびnの少なくとも一方は0である。
、E、E、E、およびEは、それぞれ独立に1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基である。化合物(1)が有する環基の数は3〜5個であり、E、E、およびEの少なくとも1つはCyであり、かつ、Lが−Cy−OCO−である場合のEは、トランス−1,4−シクロヘキシレン基である。さらに、E、E、およびEの少なくとも1つはPhであることが好ましい。また、Phを複数個含む場合は、直接結合するPhの数は2個であることが好ましい。
「E−E−E」の構造としては、化合物(1)のΔnを大きくできる点からは「Cy−Ph−Ph」が好ましい。このことにより大きなΔnを示す液晶組成物の調製が容易になる。また、青色レーザー光の吸収を抑制できる点からは。「Cy−Ph−Cy」が好ましい。
化合物(1)としては、下記化合物(1A)および下記化合物(1B)が好ましい。
CH=CR−COO−L−E−E−E−R ;(1A)
CH=CR−COO−E−E−E−R ;(1B)
化合物(1A)としては下記化合物(1Aa1)〜(1Aa4)が好ましい。
CH=CR−COO−Cy−COO−E−E−E−R ;(1Aa1)
CH=CR−COO−Cy−OCO−E−E−E−R ;(1Aa2)
CH=CR−COO−(CHO−E−E−E−R ;(1Aa3)
CH=CR−COO−Ph−(CH−E−E−E−R;(1Aa4)
より具体的には下記化合物(1Aaa1)〜(1Aaa4)が好ましい
CH=CR−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−R;(1Aaa1)
CH=CR−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−R;(1Aaa2)
CH=CR−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−R;(1Aaa3)
CH=CR−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−R;(1Aaa4)
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−R;(1Aaa5)
CH=CR−COO−Ph−(CH−Ph−Ph−Cy−R;(1Aaa6)
より具体的には、下記化合物が挙げられ、Rが水素原子である化合物が好ましく、R2に相当する部分が炭素数2〜6の直鎖アルキル基である化合物が特に好ましい。化合物(1Aaa51)〜(1Aaa58)については、pが4〜6である化合物が好ましく、pが6である化合物が特に好ましい。
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−CH;(1Aaa11)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C;(1Aaa12)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C;(1Aaa13)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C;(1Aaa14)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C11;(1Aaa15)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C13;(1Aaa16)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C15;(1Aaa17)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C17;(1Aaa18)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−CH;(1Aaa21)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−C;(1Aaa22)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−C;(1Aaa23)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−C;(1Aaa24)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−C11 ;(1Aaa25)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−C13 ;(1Aaa26)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−C15 ;(1Aaa27)
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Cy−C17 ;(1Aaa28)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−CH;(1Aaa31)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−C;(1Aaa32)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−C;(1Aaa33)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−C;(1Aaa34)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−C11;(1Aaa35)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−C13;(1Aaa36)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−C15;(1Aaa37)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Ph−C17;(1Aaa38)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−CH;(1Aaa41)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−C;(1Aaa42)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−C;(1Aaa43)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−C;(1Aaa44)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−C11;(1Aaa45)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−C13;(1Aaa46)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−C15;(1Aaa47)
CH=CH−COO−Cy−OCO−Cy−Ph−Cy−C17;(1Aaa48)
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−CH
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C11
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C13
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C15
CH=C(CH)−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−C17
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−CH;(1Aaa51)
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−C;(1Aaa52)
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−C;(1Aaa53)
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−C;(1Aaa54)
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−C11;{Aaa55}
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−C13;(1Aaa56)
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−C15;(1Aaa57)
CH=CR−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−C17;(1Aaa58)
CH=CR−COO−Ph−(CH−Ph−Ph−Cy−CH;(1Aaa61)
CH=CR−COO−Ph−(CH)2−Ph−Ph−Cy−C;(1Aaa62)
CH=CR−COO−Ph−(CH)2−Ph−Ph−Cy−C;(1Aaa63)
CH=CR−COO−Ph−(CH)2−Ph−Ph−Cy−C;(1Aaa64)
CH=CR−COO−Ph−(CH)2−Ph−Ph−Cy−C11;(1Aaa65)
CH=CR−COO−Ph−(CH)2−Ph−Ph−Cy−C13;(1Aaa66)
CH=CR−COO−Ph−(CH)2−Ph−Ph−Cy−C15;(1Aaa67)
CH=CR−COO−Ph−(CH)2−Ph−Ph−Cy−C17;(1Aaa68)
化合物(1B)としては、下記化合物(1Ba)および下記化合物(1Bb)が好ましい。
CH=CR−COO−Ph−Cy−Ph−R・・・(1Ba)
CH=CR−COO−Ph−Ph−Cy−R・・・(1Bb)
化合物(1Ba)としては、下記化合物が挙げられる。これらのうち、Rが水素原子である下記化合物(1Ba−1)〜(1Ba−8)が好ましく、下記化合物(1Ba−2)〜(1Ba−6)が特に好ましい。
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−CH ;(1Ba−1)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−C ;(1Ba−2)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−C ;(1Ba−3)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−C ;(1Ba−4)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−C11 ;(1Ba−5)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−C13 ;(1Ba−6)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−C15 ;(1Ba−7)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−C17 ;(1Ba−8)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−CH ;(1Ba−9)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−C ;(1Ba−10)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−C ;(1Ba−11)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−C ;(1Ba−12)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−C11 ;(1Ba−13)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−C13 ;(1Ba−14)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−C15 ;(1Ba−15)
CH=C(CH)−COO−Ph−Cy−Ph−C17 ;(1Ba−16)
化合物(1Bb)としては下記化合物が挙げられ、Rが水素原子である下記化合物(1Bb−1)〜(1Bb−8)が好ましく、下記化合物(1Bb−2)〜(1Bb−6)が特に好ましい。
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−CH ;(1B−1)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−C ;(1B−2)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−C ;(1B−3)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−C ;(1B−4)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−C11 ;(1B−5)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−C13 ;(1B−6)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−C15 ;(1B−7)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−C17 ;(1B−8)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−CH ;(1B−9)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−C ;(1B−10)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−C ;(1B−11)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−C ;(1B−12)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−C11 ;(1B−13)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−C13 ;(1B−14)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−C15 ;(1B−15)
CH=C(CH)−COO−Ph−Ph−Cy−C17 ;(1B−16)。
本発明の化合物(1)の製造方法について、具体例を挙げて説明する(ただし、式中の記号は前記と同じ意味を示す。)。
<製造方法1>
式(1)において、Lが−Cy−OCO−、EがCy、EがPhである場合の化合物(1)の合成方法としては、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、下記化合物(A)と式CH=CR−C(O)Clで表される化合物とを反応させて、化合物(B)を得て、次に該化合物(B)と化合物(C)とをエステル化反応させる方法が挙げられる。
Figure 2006001096
<製造方法2>
式(1)においてLが−Cy−COO−、EがCy、EがPhである場合の化合物(1)の合成方法としては、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、下記化合物(D)と式CH=CR−C(O)Clで表される化合物とをエステル化反応させて、下記化合物(E)を得て、次に該化合物(E)と下記化合物(F)とを縮合反応させる方法が挙げられる。なお、DCCはジシクロヘキシルカルボジイミドを表す。
Figure 2006001096
<製造方法3>
化合物(1Ba)は下記化合物(G)と、下記化合物(H)およびマグネシウムから調製したグリニア試薬とを反応させて下記化合物(I)を得て、該化合物(I)の脱水反応を行って下記化合物(J)を得て、該化合物(J)を還元して下記化合物(K)得て、該化合物(K)の脱保護反応を行って下記化合物(M)を得て、該化合物(M)と式CH=CR−C(O)Clで表される化合物とをエステル化反応させる方法によって得られる。
Figure 2006001096
<製造方法4>
式(1)において、Lが−(CHO−であり、m=n=0であり、E=E=Phであり、E=Cyである場合の化合物(1)の合成方法としては、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、前記化合物(M)と式CH=CR−COO−(CH−Brで表される化合物とを反応させることによって得ることができる。
Figure 2006001096
<製造方法5>
化合物(1Bb)は、の製造方法下記化合物(N)と下記化合物(P)とを反応させて化合物(Q)を得て、該化合物(Q)の脱保護反応を行って下記化合物(R)を得て、つぎに該化合物(R)と式CH=CR−C(O)Clで表される化合物とを反応させてる方法によって得ることができる。
Figure 2006001096
<製造方法6>
式(1)において、Lが−Ph−(CH−、m=n=0、E=E=Ph、E=Cyである場合の化合物(1)の合成方法としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、下記化合物(S)と下記化合物(T)とをカップリング反応させて下記化合物(U)を得て、該化合物(U)の脱保護反応を行って下記化合物(V)を得て、該化合物(V)と式CH=CR−C(O)Clで表される化合物をエステル化反応させる方法が挙げられる。
Figure 2006001096
本発明の化合物(1)は、3個、4個、または5個の環基が直接結合した構造を有していることにより、青色レーザー光に対する耐久性が良好である。
また、−Ph−CO−構造を含まないこと、波長400nm以下の短波長領域においても光吸収のない環式飽和炭化水素基である−Cy−を有することにより、青色レーザー光の吸収が小さい。さらに、−Ph−を有する場合(特に2個以上のPhを有する場合)には、Δnを大きくできる。
化合物(1Aaa1)〜(1Aaa4)のように、電子吸引性のアクリロイル基またはメタクリロイル基に対して、電子供与性の−Cy−が直結している場合は、エステル結合の安定化も耐久性の改善に寄与していると考えられる。また、一般に重合性液晶を重合させると、重合反応の前後でΔnの値が低下する傾向があるが、化合物(1Aaa5)のようにアクリロイル基またはメタクリロイル基にポリメチレン基を有する構造が結合している場合は、Δn値の低下を抑制できる。
また、化合物(1Ba)のように、PhとCyとが交互に結合しており、共役が不連続となっている場合、該構造が青色レーザー光の吸収抑制に寄与していると考えられる。そして、該構造をとることによって、化合物(1)の融点(T)を低くでき、他の化合物との相溶性も改善できる。
したがって、化合物(1)を用いることにより、青色レーザー光に対して充分な耐久性を有し、位相差等の特性にも優れる光学異方性材料および光学素子を提供できる。
本発明の化合物(1)は、高分子液晶を得るための液晶組成物の一成分として使用されることが好ましい。この場合、本発明の化合物(1)は、単独で充分広い液晶温度範囲を有し、特に液晶相を示す温度範囲が高温側に広い特徴を有する。高分子液晶を得るための液晶組成物が低温側においても液晶性を示すように、この液晶組成物は化合物(1)から選ばれる2種以上の化合物を含む液晶組成物、または化合物(1)と化合物(1)以外の重合性液晶とを含む液晶組成物であることが好ましい。このような液晶組成物とすることによって、液晶相を示す温度範囲をより広くできる。また、融点(T)降下が生じるため、その取り扱いが容易になる。
液晶組成物が、化合物(1)から選ばれる2種以上の化合物を含む場合、相溶性を良好とするため、R部分以外は同一構造であり、R部分の炭素数が異なる化合物の2種以上を含むことが好ましい。具体的には、Rが炭素数2〜4の直鎖アルキル基である化合物から選ばれる少なくとも1種と、Rが炭素数5〜8の直鎖アルキル基である化合物から選ばれる少なくとも1種とを含有することが好ましく、Rがn−プロピル基である化合物と、Rがn−ペンチル基である化合物とを含有することが特に好ましい。また、メソゲン構造が同一である場合の化合物の2種以上を含むことも好ましい。
液晶組成物が、化合物(1)と化合物(1)以外の重合性液晶とを含む場合、化合物(1)以外の重合性液晶としては、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、この重合性液晶としては、青色レーザー光に対する耐久性が高いことが好ましいことより、そのメソゲン構造中に、−Ph−CO−構造を含まないことが好ましい。
化合物(1)以外の重合性液晶としては、下記化合物(3A)〜(3C)が好ましい。以下、これらを総称して化合物(3)ともいう。
CH=CR−COO−Ph−OCO−Cy−Z−R・・・(3A)
CH=CR−COO−Z−Z−R・・・(3B)
CH=CR−COO−(CH−O−Ph−Z−R・・・(3C)
ただし、式中のPhおよびCyは前記と同じ意味を示し、その他の記号は以下の意味を示す。
、R、R:それぞれ独立に水素原子またはメチル基。
、R、R:それぞれ独立に炭素数1〜8のアルキル基。
、Z、Z、Z:それぞれ独立に1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基。
v:1〜8の整数。
化合物(3A)〜化合物(3C)の具体例としては、下記化合物(3Aa)、下記化合物(3Ab)、下記化合物(3Bc)、下記化合物(3Bd)、下記化合物(3Be)、下記化合物(3Cf)、および下記化合物(3Cg)が挙げられる(ただし、式中のPhおよびCyは前記と同じ意味を示す。v1およびv2はそれぞれ独立に1〜8の整数を示す。a〜gはそれぞれ独立に1〜8の整数を示し、2〜6の整数が好ましく、3または5が特に好ましい。)。これらの化合物は1種または2種以上を用いることができる。
CH=CH−COO−Ph−OCO−Cy−Ph−(CHH(3Aa)
CH=CH−COO−Ph−OCO−Cy−Cy−(CHH(3Ab)
CH=CH−COO−Cy−Cy−(CHH(3Bc)
CH=CH−COO−Ph−Cy−(CHH(3Bd)
CH=CH−COO−Ph−Ph−(CHH(3Be)
CH=CH−COO−(CHv1−O−Ph−Cy−(CHH(3Cf)
CH=CH−COO−(CHv2−O−Ph−Ph−(CHH(3Cg)
液晶組成物を調製する場合の好ましい組み合わせは、化合物(1)の種類に応じて適宜選択され、たとえば、以下に示す組み合わせが好ましい。
(1)下記化合物(1Aaa1)と下記化合物(3Bc)とを含む液晶組成物、
CH=CH−COO−Cy−COO−Cy−Ph−Ph−R(1Aaa1)
CH=CH−COO−Cy−Cy−(CHH(3Bc)
(2)下記化合物(1Ba)と下記化合物(3Bc)とを含む液晶組成物、
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−R(1Ba)
CH=CH−COO−Cy−Cy−(CHH(3Bc)
(3)下記化合物(1Ba)と下記化合物(3Bd)とを含む液晶組成物、
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−R(1Ba)
CH=CH−COO−Ph−Cy−(CHH(3Bd)
(4)下記化合物(1Bb−3)、下記化合物(1Bb−5)、下記化合物(3Bc3)、および下記化合物(3Bc5)を含む液晶組成物。
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−(CHH(1Bb−3)
CH=CH−COO−Ph−Ph−Cy−(CHH(1Bb−5)
CH=CH−COO−Cy−Cy−(CHH(3Bc3)
CH=CH−COO−Cy−Cy−(CHH(3Bc5)。
(5)下記化合物(1Aaa5)と下記化合物(Ba)とを含む液晶組成物。
CH=CH−COO−(CHO−Ph−Cy−Ph−R;(1Aaa5)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−R;(1Ba)
(6)下記化合物(1Aaa6)と下記化合物(3Bc)とを含む液晶組成物。
CH=CH−COO−Ph−(CH−Ph−Ph−Cy−R;(1Aaa6)
CH=CH−COO−Ph−Cy−Ph−R;(1Ba)
高分子液晶を製造するための液晶組成物としては、重合性液晶を75質量%以上含む液晶組成物であり、90質量%以上含む液晶組成物が好ましい。この液晶組成物は、非液晶性の重合性化合物や非重合性の液晶化合物を含んでもよい。液晶組成物としては、非液晶性重合性化合物や非重合性液晶化合物を実質的に含まず、重合性液晶を90質量%以上、特に95質量%以上、含む液晶組成物が好ましい。本発明において、高分子液晶を製造するための液晶組成物としては、液晶組成物中の全重合性液晶に対して化合物(1)を少なくとも5質量%含む液晶組成物が好ましい。
本発明において高分子液晶を製造するために適した液晶組成物は、前記のように化合物(1)の2種以上を含有する液晶組成物、および、化合物(1)の1種以上と化合物(3)の1種以上とを含有する液晶組成物である。これらの液晶組成物における化合物(1)と化合物(3)の合計量は、液晶組成物中の全重合性液晶に対して50〜100質量%であることが好ましく、80〜100質量%であることが特に好ましい。
さらに、液晶組成物中の重合性液晶が実質的に化合物(1)のみからなるか、または化合物(1)と化合物(3)のみからなる液晶組成物がとりわけ好ましい。化合物(1)と化合物(3)とが併用される場合は、両者の合計量に対する化合物(1)の割合は20モル%以上であることが好ましい。特に液晶相を示す温度範囲を拡げること等を目的として化合物(3)を併用する場合、その効果をより発揮させるためには両者の合計に対する化合物(1A)の割合は20〜70モル%が好ましく、化合物(1Ba)の割合は20〜90モル%が好ましく、化合物(1Bb)の割合は20〜70モル%が好ましい。
本発明の液晶組成物は、化合物(1)および化合物(3)等の重合性液晶以外の成分(以下、他の成分と記す。)を含んでいてもよい。他の成分としては、重合開始剤、重合禁止剤、カイラル剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤、二色性色素等が挙げられる。
液晶組成物に含まれる化合物(1)および化合物(3)等の重合性液晶の総量(以下、「液晶の総量」と記す。)、および、他の成分の割合は用途によって調整することが好ましい。たとえば、他の成分としてカイラル剤を使用する場合、液晶の総量は、液晶組成物に対して20〜95質量%が好ましく、50〜95質量%が特に好ましい。カイラル剤の量は、液晶組成物に対して5〜80質量%が好ましく、5〜50質量%が特に好ましい。
他の成分として二色性色素を使用する場合、液晶の総量は、液晶組成物に対して80〜99質量%が好ましく、82〜97質量%が特に好ましい。二色性色素の量は、液晶組成物に対して1〜20質量%が好ましく、3〜18質量%が特に好ましい。
他の成分として、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤等を使用する場合は、これらの成分の量は液晶組成物に対して5質量%以下が好ましく、2質量%以下が特に好ましい。この場合の液晶の総量は、液晶組成物に対して95〜100質量%が好ましく、98〜100質量%が特に好ましい。重合開始剤の割合については後述する。
つぎに、本発明の光学異方性材料について説明する。本発明の光学異方性材料は、前記液晶組成物を、該液晶組成物が液晶相を示す状態でかつ液晶が配向した状態で重合反応を行うことによって得られる。
液晶組成物が液晶相を示す状態に保つためには、雰囲気温度をネマチック相−等方相相転移温度(T)以下にすればよいが、Tに近い温度では液晶組成物のΔnがきわめて小さいので、雰囲気温度の上限は(T−10)℃以下とすることが好ましい。
重合反応としては、光重合反応および熱重合反応等が挙げられ、光重合反応が好ましい。光重合反応に用いる光としては、紫外線または可視光線が好ましい。光重合反応を行う場合は光重合開始剤を用いることが好ましく、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等から適宜選択される。光重合開始剤は1種または2種以上を使用できる。光重合開始剤の量は、液晶組成物の全体量に対して0.1〜5質量%が好ましく、0.3〜2質量%が特に好ましい。
つぎに本発明の光学素子について説明する。本発明の光学素子は、配向処理が施された1対の支持体間に前記液晶組成物を挟持し、該液晶組成物が液晶相を示す状態でかつ液晶が配向した状態で重合反応を行うことによって得られる。
支持体としては、ガラス製または樹脂製の透明基板に配向処理を施した支持体が好ましい。配向処理は、綿、羊毛、ナイロン、ポリエステル等の繊維で透明基板表面を直接ラビングする方法、透明基板表面にポリイミド配向膜を積層した後に該配向膜表面を上記繊維等でラビングする方法、透明基板表面に無機材料を斜方蒸着する方法等によって行うことが好ましい。
つぎに、配向処理が施された面にガラスビーズなどのスペーサを配置し、複数枚の支持体を所望の間隔に制御して対向させ、支持体間に液晶組成物を挟持した後に重合反応を行う。重合反応は、前記光学異方性材料を作製する場合の重合反応と同様に行うことができる。重合反応によって得られた光学素子は、支持体に挟持したまま用いてもよく、支持体から剥離して用いてもよい。
本発明の光学異方性材料および光学素子は、青色レーザー光に対して良好な耐久性を示すので、該レーザー光を透過させて使用する光学異方性材料および光学素子として有用である。特に、該レーザー光の位相状態および/または波面状態を変調する用途に使用される光学異方性材料や該光学異方性材料からなる部材を有する光学素子として有用である。たとえば、偏光ホログラム等の回折素子、位相板等として光ヘッド装置に搭載して使用される。偏光ホログラムとしては、レーザー光源からの出射光が光ディスクの情報記録面によって反射されて発生する信号光を分離し、受光素子へ導光する例が挙げられる。位相板としては、1/2波長板として使用し、レーザー光源からの出射光の位相差制御を行う例、1/4波長板として光路中に設置し、レーザー光源の出力を安定化する例が挙げられる。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されない。ただし、例1〜例20は実施例であり、例21は比較例である。なお、以下の例における光重合開始剤は、チバスペシャリティーケミカルズ社製のイルガキュアー907を用いた。
[例1]化合物(1Aaa13)の合成例
[例1−1]化合物(E−1)の合成例
Figure 2006001096
滴下装置、撹拌機を装備した3つ口フラスコ中に化合物(D−1)(25g)、トリエチルアミン(21.7g)、THF(300mL)を加えた。そこにアクリル酸クロリド(18.8g)を、反応温度が20℃を超えないように氷冷しながら滴下した。滴下終了後、室温で24時間撹拌を行い、濃塩酸(2mL)、水(200mL)およびジエチルエーテル(200mL)を反応液に添加して分液した後、有機層を回収した。回収した有機層を水洗した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別した後、溶媒を留去することによって化合物(E−1)を含む粗生成物(31g)を得た。
[例1−2]化合物(1Aaa13)の合成例
Figure 2006001096
撹拌機を装備した3つ口フラスコ中に、例1−1で得た化合物(E−1)を含む粗生成物(9.3g)、化合物(F−1)(14.4g)、1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(16.7g)、ジメチルアミノピリジン(1.8g)、ジクロロメタン(300mL)を加え、室温で24時間撹拌した。
撹拌終了後、不溶物をろ過し、ろ液に1mol/LのHCl水溶液(100mL)を加えて分液した後、有機層を回収した。有機層を水洗し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ過後、溶媒を留去して粗結晶を得た。粗結晶をジクロロメタン(30mL)に溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開液:ヘキサン/酢酸エチル=6/4、容量比)により精製し、目的物を含む分画を得た。該分画を濃縮して得られた白色粉末結晶を、ヘキサン/ジクロロメタン(8/2、容量比)(200mL)から再結晶して化合物(1Aaa13)(10.6g)を得た。収率は48%であった。
化合物(1Aaa13)の結晶からネマチック相への相転移温度は134℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は299.6℃(外挿値)であった。また、化合物(1Aaa13)の60℃における波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.1863(外挿値)であった。
化合物(1Aaa13)のHNMRスペクトルの結果は以下の通りであった。
HNMR(400MHz、溶媒:CDCl、内部標準:TMS)δ(ppm):0.97(t、3H)、1.4〜1.8(m、12H)、2.0〜2.4(m、7H)、2.6〜2.7(m、3H)、4.81(m、2H)、5.8〜6.7(m、3H)、7.2〜7.4(dd、8H)。
[例2]化合物(1Aaa53−6)の合成例
Figure 2006001096
化合物(M−1)(5.00g、0.017モル)、式CH=CH−COO−(CH−Brで表される化合物(3.37g、0.019モル)、炭酸カリウム(4.22g、0.031モル)、ヨウ化カリウム(0.40g、0.002モル)、および脱水アセトン(200mL)の混合物を、24時間加熱還流した。ジエチルエーテル(100mL)、水(200mL)を加えて分液し、有機層を回収した。有機層を1M塩酸(100mL)で洗浄し、つぎに飽和塩化ナトリウム溶液(200mL)で洗浄した後、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去した。減圧下に溶媒を留去し、得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(展開液:ジクロロメタン/ヘキサン=5/5、容量比)により精製し、目的物を含む分画を得た。該分画を濃縮することによって粉末結晶を得た。この粉末結晶にヘキサン(100mL)を加えて再結晶を行い、化合物(1Aaa53−6)(5.64g)を得た。収率は74%であった。
化合物(1Aaa53−6)の結晶相からネマチック相への相転移温度は110℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は200℃(外挿値)であった。また、化合物(1Aaa53−6)の80℃における波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.0903であった。
化合物(1Aaa53−6)のNMRスペクトル;
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl、内部標準:TMS)δ(ppm)0.9(t、3H)、1.3〜1.8(m、18H)、2.3(t、2H)、2.5〜2.7(m、2H)、3.9(t、2H)、4.2(t、2H)、5.8〜6.4(dd、3H)、7.0〜7.2(m、8H)。
[例3]化合物(1Aaa63)の合成例
[例3−1]化合物(U−1)の合成例
Figure 2006001096
還流装置、撹拌機を装備した1Lの4つ口フラスコに、既報(J.Polym.Sci.,PartA,27,453(1989))にしたがって合成した化合物(S−1)(18.8g、0.065モル)、化合物(T−1)(15.8g、0.064g)、Pd[P(C(5.55g)、20%炭酸ナトリウム水溶液(400mL)、脱水テトラヒドロフラン(600mL)を加え、窒素気流下、70℃にて24時間加熱撹拌を行った。反応終了後、ジエチルエーテル(200mL)、水(200mL)を加えて、有機層を回収した。有機層を1M塩酸(100mL)、飽和食塩水(100mL)で洗浄した後、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去した。溶媒を減圧下に留去し、得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(展開液:ジクロロメタン/ヘキサン=5/5、容量比)により精製し、目的物を含む分画を得た。該分画を濃縮することによって粉末結晶を得た。この粉末結晶にヘキサン(100mL)を加えて再結晶を行い、化合物(U−1)(17.2g)を得た。収率は65%であった。
[例3−2]化合物(V−1)の合成例
Figure 2006001096
例3−1で得た化合物(U−1)(10.0g、0.064モル)と脱水ジクロロメタン(200mL)との混合物中に、三臭化ホウ素(2.75g、0.064モル)を滴下した。滴下操作は、反応液の温度が10℃を超えないよう、氷冷しながら行った。室温で4時間撹拌を続けた後、水およびジエチルエーテルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮することによって粉末結晶を得た。ジクロロメタンとヘキサンとの混合溶媒(90mL)を用いて再結晶を行い、化合物(V−1)(9.27g)を得た。収率は96%であった。
[例3−3]化合物(1Aaa63)の合成例
Figure 2006001096
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した500mLの4つ口フラスコに例3−2で得た化合物(V−1)(8.0g、0.02モル)、トリエチルアミン(3.12g、0.03モル)、テトラヒドロフラン(200mL)を加えた。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(2.88g、0.03モル)を滴下した。24時間撹拌した後、濃塩酸(2mL)、氷(20g)、および水(30mL)の混合物を添加して分液し、有機層を回収した。例3−1と同様に後処理および再結晶を行い、化合物(1Aaa63)(7.05g)を得た。収率は78%であった。
化合物(1Aaa63)の結晶相からネマチック相への相転移温度は200℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は370℃(外挿値)であった。また、化合物(1Aaa63)の60℃における波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.2443(外挿値)であった。
化合物(1Aaa63)のNMRスペクトル;
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl、内部標準:TMS)δ(ppm)0.96(t、3H)、1.1〜1.4(m、9H)、1.91(m、4H)、2.51(m、1H)、2.88(t、4H)、5.9〜6.7(m、3H)、7.0〜7.2(dd、4H)、7.4〜7.6(dd、8H)。
[例4]化合物(1Ba−3)の合成例
Figure 2006001096
化合物(M−1)(3.0g、0.010モル)、テトラヒドロフラン(70mL)、およびトリエチルアミン(1.27g、0.012モル)の混合物に、アクリル酸クロリド(1.10g、0.012モル)を添加した。滴下操作は、反応液の温度が20℃を超えないよう、氷冷しながら行った。24時間撹拌した後、濃塩酸(2mL)、氷(20g)および水(30mL)の混合物を加えて分液し、有機層を回収した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液(40mL)で洗浄し、つぎに水洗した後、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去した。濾液をカラムクロマトグラフィー(展開液:ジクロロメタン/ヘキサン=5/5、容量比)により精製し、目的物を含む分画を得た。該分画を濃縮することによって粉末結晶を得た。この粉末結晶にジクロロメタンとヘキサンとの混合溶媒(90mL)を加えて再結晶を行い、化合物(1Ba−3)(2.7g)を得た。収率は76%であった。
化合物(1Ba−3)の結晶相からネマチック相への相転移温度は124℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は200℃(外挿値)であった。また、化合物(1Ba−3)の50℃における波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.08(外挿値)であった。
化合物(1Ba−3)のHNMRスペクトルを以下に示す。
HNMR(400MHz、溶媒:CDCl、内部標準:TMS)δ(ppm)0.9(t、3H)、1.4〜1.8(m、10H)、2.5〜2.7(m、4H)、6.0〜6.6(dd、3H)、7.0〜7.2(s、8H)。
[例5]化合物(1Bb−3)の合成例
[例5−1]化合物(Q−1)の合成例
Figure 2006001096
還流装置、撹拌機を装備した1Lの4つ口フラスコに化合物(N−1)(18.2g、0.064モル)、化合物(P)(9.75g、0.064モル)、Pd[P(C(5.55g、0.0048モル)、20%炭酸ナトリウム水溶液(400mL)、テトラヒドロフラン(640mL)を加え、窒素気流下、70℃にて24時間反応を行った。反応終了後、水およびジエチルエーテルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液(40mL)で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去した。濾液をカラムクロマトグラフィー(展開液:ジクロロメタン/ヘキサン=5/5、容量比)により精製して目的物を含む分画を得た。該分画を濃縮することによって粉末結晶を得た。この粉末結晶にジクロロメタンとヘキサンとの混合溶媒(90mL)を加えて再結晶を行い、化合物(Q−1)(17.4g)を得た。収率は86%であった。
[例5−2]化合物(R−1)の合成例
Figure 2006001096
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した500mLの4つ口フラスコに例5−1で得た化合物(Q−1)(10g、0.032モル)、ジクロロメタン(300mL)を加えた。窒素気流下にて、1mol/Lの三臭化ホウ素−ジクロロメタン溶液(34mL)を30分かけて滴下した。滴下操作は、内温が10℃を超えないように氷冷しながら行った。室温で2時間撹拌を続けた後、水およびジエチルエーテルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮することによって粉末結晶を得た。ジクロロメタンとヘキサンとの混合溶媒(90mL)を用いて再結晶を行い、化合物(R−1)(8.93g)を得た。収率は94%であった。
[例5−3]化合物(1Bb−3)の合成例
Figure 2006001096
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した500mLの4つ口フラスコに例5−2で得た化合物(R−1)(8.0g、0.027モル)、トリエチルアミン(3.40g、0.033モル)、テトラヒドロフラン(300mL)を加えた。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(2.94g、0.033モル)を滴下した。24時間撹拌した後、濃塩酸(2mL)、氷(20g)、および水(30mL)の混合物を添加して分液し、有機層を回収した。例1−1と同様に後処理および再結晶を行い、化合物(1Bb−3)(8.1g)を得た。収率は86%であった。
化合物(1Bb−3)の結晶相からネマチック相への相転移温度は160℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は198℃(外挿値)であった。また、化合物(1Bb−3)の50℃における波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.18(外挿値)であった。
化合物(1Bb−3)の1HNMRスペクトルを以下に示す。
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl3、内部標準:TMS)δ(ppm):0.91(t、3H)、1.09(m、2H)、1.1〜1.4(m、5H)、1.50(m、2H)、1.91(t、4H)、2.51(m、1H)、5.9〜6.7(m、3H)、7.0〜7.3(dd、4H)、7.4〜7.6(dd、4H)。
[例6]化合物(1Bb−5)の合成例
[例6−1]化合物(Q−2)の合成例
Figure 2006001096
化合物(N−1)(18.2g、0.064モル)を化合物(N−2)(20.1g、0.064モル)に変更する以外は、例5−1と同様の操作を行い、化合物(Q−2)(18.7g)を得た。収率は87%であった。
[例6−2]化合物(R−2)の合成例
Figure 2006001096
化合物(Q−1)(10g、0.032モル)を例6−1で合成した化合物(Q−2)(10.9g、0.032モル)に変更する以外は例5−2と同様にして化合物(R−2)(19.7g)を得た。収率は82%であった。
[例6−3]化合物(1Bb−5)の合成例
Figure 2006001096
化合物(R−1)(8.0g、0.027モル)を例6−2で得た化合物(R−2)(8.8g、0.027モル)に変更する以外は、例5−3と同様にして化合物(1Bb−5)(8.0g)を得た。収率は82%であった。
化合物(1Bb−5)の結晶相からネマチック相への相転移温度は160℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は198℃(外挿値)であった。また、化合物(1Bb−5)の50℃における波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.18(外挿値)であった。
化合物(1Bb−5)の1HNMRスペクトルを以下に示す。
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl3、内部標準:TMS)δ(ppm):0.91(t、3H)、1.09(m、2H)、1.1〜1.4 (m、9H)、1.50(m、2H)、1.91(t、4H)、2.51(m、1H)、5.9〜6.7(m、3H)、7.0〜7.3(dd、4H)、7.4〜7.6(dd、4H)。
[例7]液晶組成物の調製例(その1)
例1で合成した化合物(1Aaa13)と、下記化合物(3Bc3)とを1:1の割合(モル比)で混合して液晶組成物Aを得た。液晶組成物Aは43.4℃で結晶化した。また、ネマチック相から等方相への相転移温度は125℃以上であった。つぎに、液晶組成物Aに光重合開始剤を液晶組成物Bに対して0.5質量%添加し、液晶組成物A1を得た。
Figure 2006001096
[例8]液晶組成物Bの調製例(その2)
例2で得た化合物(1Aaa53−6)と例4で得た化合物(1Ba−3)とを、1:1(モル比)で混合して液晶組成物Aを得た。液晶組成物Bは59.0℃〜116.6℃の間でネマチック相を示した。つぎに、液晶組成物Bに光重合開始剤を液晶組成物Aに対して0.5質量%添加し、液晶組成物B1を得た。
[例9]液晶組成物の調製例(その3)
例3で得た化合物(1Aaa63)と下記化合物(3Bc3)と下記化合物(3Bc5)を、2:1:1(モル比)で混合して液晶組成物Cを得た。液晶組成物Cは50.0℃〜120.6℃の間でネマチック相を示した。つぎに、液晶組成物Cに光重合開始剤を液晶組成物Cに対して0.5質量%添加し、液晶組成物C1を得た。
Figure 2006001096
[例10]液晶組成物の調製例(その4)
例4で得た化合物(1Ba−3)と前記化合物(3Bc5)とを、1:1(モル比)で混合して液晶組成物Dを得た。液晶組成物Aは45.4℃〜92.1℃の間でネマチック相を示した。つぎに、液晶組成物Dに光重合開始剤を液晶組成物Dに対して0.5質量%添加し、液晶組成物D1を得た。
[例11]液晶組成物の調製例(その5)
例4で得た化合物(1Ba−3)と下記化合物(3Bd−3)とを、1:1(モル比)で混合して液晶組成物Eを得た。液晶組成物Eは43.7℃〜90.8℃の間でネマチック相を示した。つぎに、液晶組成物Eに、光重合開始剤を液晶組成物Eに対して0.5質量%添加し、液晶組成物E1を得た。
Figure 2006001096
[例12]液晶組成物の調製例(その6)
例5で得た化合物(1Bb−3)、例6で得た化合物(1Bb−5)、前記化合物(3Bc3)、および前記化合物(3Bc5)をモル比で1:1:1:1で混合して、液晶組成物Fを得た。液晶組成物Fは77℃以上でネマチック相を示した。またネマチック相から等方相への相転移温度は124℃以上であった。つぎに、液晶組成物Fに光重合開始剤を液晶組成物Fに対して、それぞれ0.5質量%、1.0質量%添加し、液晶組成物F1、液晶組成物F2を得た。
[例13]液晶組成物の調製例(その7)
例12と同様の化合物を使用し、混合比を変更して液晶組成物Gを得た。化合物(1Bb−3)、化合物(1Bb−5)、化合物(3Bc3)、化合物(3Bc5)の混合比は7:7:18:18(モル比)とした。
液晶組成物Gは30℃以上でネマチック相を示した。またネマチック相から等方相への相転移温度は124℃以上であった。
つぎに、液晶組成物Gに光重合開始剤を液晶組成物Gに対して、0.5質量%添加し、液晶組成物G1を得た。
[例14]光学素子Aの作製および評価例
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て乾燥した後、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。
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4μmのガラスビーズを添加し、支持体の間隔が4μmになるように調整した。
つぎに、前記セル内に、例7で得た液晶組成物A1を100℃で注入した。80℃において、強度80mW/cmの紫外線を積算光量が5300mJ/cmとなるよう照射して光重合反応を行い、光学素子Aを得た。光学素子Aはラビング方向に沿って水平配向していた。光学素子Aの波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.046であった。また、光学素子Aは可視光領域で透明であり、散乱も認められなかった。
また、光学素子AにKrレーザー(波長407nm、413nmのマルチモード)を照射し、青色レーザー光曝露加速試験を行った。照射条件は、温度25℃、積算曝露エネルギー15W×hour/mmとした。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は1%未満であり、波長405nmのレーザー光の透過率の低下率は1%未満であったことから、光学素子Aは青色レーザー光に対する耐久性に優れることを確認した。
[例15]光学素子Bの作製例および評価例
液晶組成物A1を、例8で得た液晶組成物B1に変更する以外は、例14と同様の方法で光学素子Bを得た。光学素子Bはラビング方向に沿って水平配向していた。光学素子Bの波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.119であった。また、光学素子Bは可視光領域で透明であり、散乱も認められなかった。
光学素子Bに対して、例14と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は1%未満であり、波長405nmのレーザー光の透過率の低下率は1%未満であったことから、光学素子Bは青色レーザー光に対する耐久性に優れることを確認した。
[例16]光学素子Cの作製例および評価例
液晶組成物A1を、例9で得た液晶組成物C1に変更する以外は、例14と同様の方法で光学素子Cを得た。光学素子Cはラビング方向に沿って水平配向していた。光学素子Cの波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.068であった。また、光学素子Cは可視光領域で透明であり、散乱も認められなかった。
光学素子Cに対して、例14と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は1%未満であり、波長405nmのレーザー光の透過率の低下率は1%未満であったことから、光学素子Cは青色レーザー光に対する耐久性に優れることを確認した。
[例17]光学素子Dの作製例および評価例
液晶組成物A1を、例10で得た液晶組成物D1に変更する以外は、例14と同様の方法で光学素子Dを得た。光学素子Dはラビング方向に沿って水平配向していた。光学素子Dの波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.055であった。また、光学素子Dは可視光領域で透明であり、散乱も認められなかった。
光学素子Dに対し、例14と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は1%未満であり、波長405nmのレーザー光の透過率の低下率は1%未満であったことから、光学素子Dは青色レーザー光に対する耐久性に優れることを確認した。
[例18]光学素子Eの作製例および評価例
液晶組成物A1を、例11で得た液晶組成物E1に変更する以外は、例14と同様の方法で光学素子Eを得た。光学素子Eは基板のラビング方向に水平配向していた。波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.058であった。また、光学素子Eは可視光領域で透明であり、散乱も認められなかった。
光学素子Eに対して例14と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は1%未満であり、波長405nmのレーザー光の透過率の低下率は1.7%であったことから、光学素子Eは青色レーザー光に対する耐久性に優れることを確認した。
[例19]光学素子の作製例(その1)
[例19−1a]光学素子Fの作製例
液晶組成物A1を、例12で得た液晶組成物調製した液晶組成物F1に変更し、注入温度を110℃とし、重合温度を90℃とする以外は、例14と同様の方法で光学素子F1を得た。光学素子F1は基板のラビング方向に水平配向していた。光学素子F1は可視域で透明であり、散乱も認められなかった。また、波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.064であった。
[例19−1b]光学素子F1の評価例
光学素子F1に対し、例14と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は1%未満であり、波長405nmのレーザー光の透過率の低下率は1%未満であったことから、光学素子F1は青色レーザー光に対する耐久性に優れることを確認した。
[例19−2]偏光ホログラムの作製例
ピッチ9μm、深さ3μmの矩形格子をもつガラス基板上に、配向剤としてポリイミドをスピンコータで塗布し、熱処理した。つぎにナイロンクロスで格子と平行方向にラビング処理を行って支持体を作製した。前記の支持体を2枚準備し、配向処理が施された面が対向するように接着剤を用いて貼り合わせてセルを作製した。その際、配向方向が平行になるようにした。
このセル内に、例12で得た液晶組成物F2を100℃で注入した。つぎに、90℃において、強度40mW/cmの紫外線を3分間照射して光重合反応を行い、光学素子F2を得た。光学素子A2の片面に1/4波長板を積層し、偏光ホログラムビームスプリッタを作製した。この偏光ホログラムビームスプリッタを光ヘッド装置に搭載したところ、波長650nmのレーザー光に対して27%の光利用効率を得た。
[例20]光学素子の作製例
[例20−1]光学素子Gの作製例
液晶組成物A1を例13で得た液晶組成物G1とする以外は例14と同様の方法で光学素子Gを得た。光学素子Gは基板のラビング方向に水平配向していた。光学素子Gは可視域で透明であり、散乱も認められなかった。また、波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.039であった。
[例20−2]光学素子Gの評価例
光学素子Gに対して、例14と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は1%未満であり、また、波長405nmのレーザー光に対する透過率の低下率は1%未満であったことから、光学素子Gは青色レーザー光に対する耐久性に優れることを確認した。
[例21]
[例21−1]液晶組成物の調製例(その8)
下記化合物(4a)、下記化合物(4b)、下記化合物(4c)、下記化合物(4d)を1:1:1:1(質量比)で混合し、液晶組成物Hを調製した。つぎに、液晶組成物Hに光重合開始剤を液晶組成物Hに対して0.5質量%添加し、液晶組成物H1を得た。
Figure 2006001096
[例21−2]光学素子Hの作製・評価例
液晶組成物A1を、例21−1で得た液晶組成物H1に変更する以外は、例14と同様の方法で光学素子Hを得た。波長589nmのレーザー光に対するΔnは0.046であった。また、光学素子Hは可視光領域で透明であり、散乱も認められなかった。
光学素子Hに対して例14と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。加速試験前のΔnに対する試験後のΔnの低下率は30%であった。また、試験後の波長405nmのレーザー光の透過率は試験前の60%に低下していた。
本発明の新規化合物は、光学異方性材料に要求される特性を満たし、かつ青色レーザー光に対する耐久性に優れた化合物である。本発明の新規化合物を含む液晶組成物を重合してなる光学異方性材料、および光学素子は青色レーザー光に対する耐久性に優れることから、青色レーザー光を変調する回折素子および位相板等の材料として有効に用いうる。

なお、本出願の優先権主張の基礎となる、日本特許願2004−185090号(2004年6月23日に日本特許庁に出願)、日本特許願2004−187788号(2004年6月25日に日本特許庁に出願)および日本特許願2004−187795号(2004年6月25日に日本特許庁に出願)の全明細書の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。

Claims (11)

  1. 下式(1)で表される化合物。
    CH=CR−COO−(L)−E−E−E−(E−(E−R (1)
    ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
    :水素原子またはメチル基。
    :炭素数1〜8のアルキル基。
    L:−(CHO−、−(CH−、−Cy−COO−(Cyはトランス−1,4−シクロヘキシレン基。)、−Cy−OCO−、−E−(CH−、−E−CHO−、または−E−O−(ただし、pおよびqはそれぞれ独立に2〜8の整数。)。
    、E、E、E、E、E、E、E:それぞれ独立に1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基(ただし、E、E、およびEの少なくとも1つはトランス−1,4−シクロヘキシレン基であり、かつ、Lが−Cy−OCO−である場合のEはトランス−1,4−シクロヘキシレン基である)。ただし、前記の1,4−フェニレン基およびトランス−1,4−シクロヘキシレン基は、該基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
    k、m、n:それぞれ独立に0または1。ただし、kが1でありかつLが−Cy−COO−、−Cy−OCO−、−E−(CH−、−E−CHO−、または−E−O−である場合、mおよびnの少なくとも一方は0である。
  2. 請求項1に記載の化合物から選ばれる2種以上の化合物を含むか、または、請求項1に記載の化合物の1種以上と、請求項1に記載の化合物以外の重合性液晶の1種以上とを含むことを特徴とする液晶組成物。
  3. 請求項1に記載の化合物の量が、液晶組成物中の重合性液晶の合計量に対して50〜100質量%である請求項2に記載の液晶組成物。
  4. 請求項1に記載の化合物とそれ以外の重合性液晶との合計含有量が、液晶組成物に対して90質量%以上である請求項2に記載の液晶組成物。
  5. 液晶組成物中の全重合性液晶に対する請求項1に記載の化合物の割合が20モル%以上である、請求項2〜4のいずれかに記載の液晶組成物。
  6. 請求項2〜5のいずれかに記載の液晶組成物を、該液晶組成物が液晶相を示す状態で、かつ液晶が配向した状態で重合させてなることを特徴とする光学異方性材料。
  7. 光学異方性材料が波長300〜450nmのレーザー光を透過させて使用する光学異方性材料である、請求項6に記載の光学異方性材料。
  8. 請求項2〜5のいずれかに記載の液晶組成物を、1対の支持体間に挟持し、該液晶組成物が液晶相を示す状態で、かつ液晶が配向した状態で重合させてなることを特徴とする光学素子。
  9. 光学素子が波長300〜450nmのレーザー光を透過させて使用する光学素子である、請求項8に記載の光学素子。
  10. 請求項8または9に記載の光学素子を用いてなる回折素子。
  11. 請求項8または9に記載の光学素子を用いてなる位相板。
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