JP4013479B2 - アクリル酸誘導体化合物およびこれを重合した高分子液晶 - Google Patents
アクリル酸誘導体化合物およびこれを重合した高分子液晶 Download PDFInfo
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Description
本発明は、アクリル酸誘導体化合物およびそれらを重合して得られる高分子液晶に関する。
技術背景
液晶モノマに光重合性官能基を付与した光重合性液晶モノマは、モノマとしての性質と液晶としての性質を併有する。したがって、光重合性液晶モノマを配向させた状態で光を照射すると、配向を保ったまま重合し、配向が固定化された重合体が得られる。こうして得られる高分子液晶は、液晶性骨格の屈折率異方性に基づく光学異方性を有する。そのため、液晶配向状態の制御により特殊な特性も付与できるため、位相差フィルムや光ヘッド装置に用いられる光ヘッド等への応用が期待されている。
光ヘッド装置は、光源からの光を光ディスク上に収束させ、光ディスク上に情報の書き込みを行ったり、光ディスクからの反射光を受光素子に受光することにより、光ディスク上の情報の読み取りを行うようにした装置である。そして、これに用いられる光ヘッドはビームスプリッタとして機能する。
従来、光ヘッドに用いる回折格子としては、次のものが知られている。例えば、一つとして、ガラスやプラスチック上にドライエッチング法または射出成形法によって等方性回折格子を矩形格子(レリーフ型)形状に形成したものがある。もう一つとして、屈折率異方性を示す結晶の表面に異方性回折格子を形成し、1/4波長板と組み合わせて偏光選択性をもたせたものがある。
しかし、光ヘッドに用いる場合、等方性回折格子では往路(光源から光ディスクに向かう光)の利用効率が50%程度で、復路(光ディスクで反射して受光素子に向かう光)の利用効率が20%程度である。このため、往復での光の利用効率は10%程度が限界であり、低い効率しか得られない問題がある。
一方、LiNbO3等の屈折率異方性を示す結晶の平板を用い、表面に異方性回折格子を形成し偏光選択性を持たせて、往復での高い光の利用効率を得る方法では、屈折率異方性を有する結晶自体が高価であり、民生分野への適用は困難である。また、回折格子を形成する方法としてプロトン交換法が一般的であるが、この場合、プロトン交換液中のプロトンがLiNbO3基板中に拡散しやすいため、細かいピッチの格子を形成するのが困難である問題もあった。
光重合性液晶モノマを用いた場合には、液晶配向状態を制御した後、高分子液晶にすることにより屈折率異方性を示す結晶と同等の高い往復効率が得られる。例えば、格子中に高分子液晶を充填し、高効率化する方法があり、片側の基板表面が矩形格子状に微細加工された液晶セル中に、通常、格子と平行方向に液晶モノマの長軸方向を配向させた後、重合させて高分子液晶とする。このとき、高分子液晶の常光屈折率が格子基板の屈折率と一致するようにして格子深さを最適化するする。そうすることで、高い往復効率が得られる。
格子深さをd、高分子液晶の屈折率異方性をΔn、波長をλとするとき、理論的にはλ/2=Δn・dを満たすときに回折効率が最大となる。そして、±1次の回折光の効率が約40%、合計で約80%の高い光利用効率が得られる。
高分子液晶は材料が安価であるため、民生分野へ適用でき、優れた光ヘッドとして期待されている。この光ヘッドの特性としては、耐久性が高く、ファインピッチ(10μm以下)での高い往復効率が必要である。
光重合性液晶モノマとしては、例えば、式2、式3または式4で表される化合物(ただし、本明細書において、Phは非置換の1,4−フェニレン基、Cyは非置換のトランス−1,4−シクロヘキシレン基を表す。)が知られている(高津、長谷部、第106回フォトポリマー懇話会例会資料、III−1)。
CH2=CHCOO−Ph−C≡C−Ph−(CH2)5H・・・式2
CH2=CHCOO−Cy−Cy−(CH2)4H・・・式3
CH2=CHCOO−Ph−Cy−(CH2)3H・・・式4
しかし、式2で表される化合物(以下、化合物2ともいい、他も同様である)は分子内にトラン基を有するので耐久性がないなどの問題があった。また、化合物3はエナンショトロピック性を示すがモノマ単体の屈折率異方性が低い。そして、化合物4は室温付近で液晶性を示すがモノトロピック液晶であるためにやや使用しにくいなどの問題があった。
発明の開示
本発明は、耐久性に優れ、かつ融点Tmが低く、さらに主にエナンショトロピック性を示す光重合性液晶モノマである下記式1で表されるアクリル酸誘導体化合物(以下、化合物1ともいう)を提供する。
また、上記光重合性液晶モノマを重合して得られる高分子液晶を提供する。
CH2=CR1COO−(CH2)m−(O)n−E1−X−
−(−E2−Y−)p−E3−OCOO−R2・・・式1
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:アルキル基。
E1、E2、E3:それぞれ独立して、1,4−フェニレン基であり、基中の水素原子の1個以上が、フッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
X、Y:それぞれ独立して、単結合またはオキシカルボニル基。
m:0〜8の整数。
n:mが0の場合は0、mが1以上の場合は1。
p:0または1。
発明を実施するための最良の形態
化合物1におけるX、Yは、それぞれ独立して、単結合またはオキシカルボニル基である。ここでXがオキシカルボニル基である場合には、E1に該オキシカルボニル基中のオキシ基が結合していてもよく、E1に該オキシカルボニル基中のカルボニル基が結合していてもよい。また、Yがオキシカルボニル基である場合には、E2に該オキシカルボニル基中のオキシ基が結合していてもよく、E2に該オキシカルボニル基中のカルボニル基が結合していてもよい。
化合物1としては、R1が水素原子であり、E1およびE3がともに非置換の1,4−フェニレン基であり、Xがオキシカルボニル基(ただしE1に該オキシカルボニル基中のオキシ基が結合する)であり、mが0であり、かつpが0である化合物が好ましい。すなわち下記式5で表されるアクリル酸誘導体化合物が好ましい。
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−R2・・・式5
化合物1および化合物5において、R2の炭素数が多すぎると融点Tmが高くなる。液晶組成物の融点Tmを室温以下にするためには、R2は炭素数1〜8のアルキル基であることが好ましい。この場合R2は直鎖状アルキル基であることが、液晶性を示す温度範囲が広いので好ましい。
化合物5は例えば次に示す方法によって合成できる。すなわちヒドロキノンとアクリル酸クロリドを反応させて、ハーフエステルであるアクリル酸4−ヒドロキシフェニル(式6)を得る。一方、4−アルコキシカルボニルオキシ安息香酸を四塩化炭素(溶媒)、塩化チオニルの混合物中で加熱還流後、過剰の塩化チオニルと四塩化炭素(溶媒)を減圧留去して4−アルコキシカルボニルオキシ安息香酸クロリド(式7)を得る。次いで、トリメチルアミンなどの塩基の存在下、アクリル酸4−ヒドロキシフェニル(式6)と4−アルコキシカルボニルオキシ安息香酸クロリド(式7)とを反応させて化合物5を得る。
CH2=CHCOO−Ph−OH・・・式6
ClCO−Ph−OCOO−R2・・・式7
R2の炭素数の異なる各種の化合物5の物性を表1に示す。ここで、Tmは融点(単位:℃)、Tcはネマチック−等方性相転移温度(単位:℃)を表す。化合物5A、化合物5B、化合物5C、化合物5Dおよび化合物5Eのすべてがエナンショトロピック性液晶であることを確認した。
式1で表されるアクリル酸誘導体化合物としては、下記の化合物が挙げられる。R2は直鎖状アルキル基が好ましい。
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5・・・化合物5A、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7・・・化合物5B、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9・・・化合物5C、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11・・・化合物5D、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13・・・化合物5E、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−CH2−O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)2O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)3O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)4O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)5O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)6O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
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CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C3H7、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C4H9、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C5H11、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C6H13、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)7O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−CH3、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C2H5、
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CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C7H15、
CH2=CHCOO−(CH2)8O−Ph−OCO−Ph−Ph−OCOO−C8H17。
組成物として用いる際には、化合物1の1種以上を他の重合性化合物と混合して、所望の特性を有する組成物とすることが好ましい。化合物1の組成物中の割合は20重量%以上が好ましく、さらに20〜95重量%が好ましく、特に30〜80重量%が好ましい。
高分子液晶として用いるための組成物中には、他の液晶性化合物を含んでいてもよい。他の液晶性化合物としては、用途、要求性能等により異なるが、低温で液晶性を示す成分、低温用の低粘性成分、屈折率異方性を向上させる成分、誘電率異方性を向上させる成分、コレステリック性を付与させる成分、などが挙げられる。
また、組成物中には液晶性を示さない他の化合物を含んでいてもよく、他の化合物の組成物中の割合は、好ましくは50重量%未満とされる。
このようにして調製した組成物を用いて、光重合させ高分子液晶を形成する。
光重合する場合には、光重合開始剤を用いると効率よく重合させうる。光重合開始剤としては特に限定されず、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ベンゾイン類、ベンジル類、ミヒラーズケトン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンジルジメチルケタール類、チオキサントン類などが好ましく使用できる。また必要に応じ、2種以上の光重合開始剤を混合使用してもよい。光重合開始剤の使用量は、組成物に対して0.1〜10重量%、特には0.5〜2重量%が好ましい。
重合に用いる光としては紫外線または可視光などが挙げられる。この際、支持体としてガラス、プラスチック等を使用する。支持体面には配向処理を施す。配向処理は、支持体面を、綿、羊毛等の天然繊維、ナイロン、ポリエステル等の合成繊維などで直接ラビングしてもよく、ポリイミド、ポリアミド等を塗布しその面を上記繊維等でラビングしてもよい。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、支持体間に上記組成物を注入し、充填する。
液晶組成物を液晶状態に保つためには雰囲気温度をTm〜Tcの範囲にすればよい。しかし、Tcに近い温度では屈折率異方性がきわめて小さいので、雰囲気温度の上限は(Tc−10)℃以下とするのが好ましい。
本発明の高分子液晶は支持体に挟んだまま用いてもよく、支持体から剥離して用いてもよい。
こうして作製された高分子液晶は、光学素子に好適である。具体的には、位相差フィルムとして使用できる。さらに格子状に配向制御した高分子液晶と1/4波長板とを組み合わせたり、または格子凹部に高分子液晶を充填したものと1/4波長板とを組み合わせることにより、偏光依存性をもつ往復効率の高い偏光ホログラムビームスプリッタを作製できる。そして、同素子を用いて光利用効率の高い光ヘッドを作製できる。
実施例
[例1:化合物5Cの合成]
ヒドロキノン110g(1.0モル)、テトラヒドロフラン800mLおよびトリエチルアミン106g(1.05モル)の混合物を氷水で冷却しながら、アクリル酸クロリド97g(1.05モル)を3時間かけて加えた。その際、反応液を激しく撹拌し、かつ温度を20℃以下に保った。12時間撹拌させたまま放置後、減圧濾過を行い、濾液を減圧濃縮した。
次に、濃縮液にクロロホルム350mLを加え、冷却放置後、減圧濾過を行った。濾液に5%炭酸水素ナトリウム水溶液150mLを加え、有機層を抽出した。この操作を4回行った後、4%塩酸150mLを加え有機層を抽出し、さらに150mLの水を加えて有機層を2度抽出した。無水硫酸マグネシウムを加え、減圧濾過を行った。
濾液を100mLに濃縮後、室温で一晩放置して、結晶を析出させ、減圧濾過を行った。濾液を減圧濃縮後、50mLのジクロロメタンを添加し、塩基性アルミナを充填したカラムにジクロロメタンを展開させてカラムクロマトグラフィを行った。フェニレンジアクリレートの流出が終了したのを確認した後、カラム内の塩基性アルミナを取り出し、これに10%塩酸1Lとジクロロメタン1Lを加えた。撹拌後、デカンテーションを行った。
減圧濾過後、有機層を抽出し、水洗後、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。この濾液を減圧濃縮し、アクリル酸4−ヒドロキシフェニル(式6)35gを得た(収率20%)。
一方、4−n−ブトキシカルボニルオキシ安息香酸2.16g(0.0158モル)に四塩化炭素(溶媒)15mL、塩化チオニル3mLを加えて加熱還流させた。充分反応させた後、過剰の塩化チオニルと四塩化炭素(溶媒)を減圧留去して4−ブトキシカルボニルオキシ安息香酸クロリド(式7においてR2がn−ブチル基のもの)を得た。
次に、乾燥ジクロロメタン15mL、トリエチルアミン1.7g(0.0165モル)および4−ブトキシカルボニルオキシ安息香酸クロリド2.7g(0.015モル)の混合物を氷水で冷却した。そして、乾燥ジクロロメタン10mLに溶解させた上記アクリル酸4−ヒドロキシフェニル(化合物6)を、反応液の温度が10℃を超えないように添加した。
充分に撹拌し反応させた後、塩酸および水を加え有機層を抽出し、水洗した。無水硫酸マグネシウムを加えた後、減圧濾過し粉末結晶を得た。これにエタノールを加え再結晶を行った。この粉末にさらにヘキサンを加え再度再結晶を行った後、得られた粉末結晶をジクロロメタン20mLに溶解し、シリカゲルを充填したカラムにジクロロメタンを展開させてカラムクロマトグラフィを行った。流出物のないことを確認した後、抽出液を精製して、化合物5Cすなわちアクリル酸4−(4−(ブトキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)フェニル3.7gを得た(収率64%)。
[例2:化合物5A、5B、5D、5Eの合成]
例1と同様にして、前記の化合物5Aすなわちアクリル酸4−(4−(エトキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)フェニル、化合物5Bすなわちアクリル酸4−(4−(プロポキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)フェニル、化合物5Dすなわちアクリル酸4−(4−(ペンチルオキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)フェニル、化合物5Eすなわちアクリル酸4−(4−(ヘキシルオキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)フェニルを得た。
[例3:化合物5A、5B、5C、5D、5Eのスペクトル]
化合物5Aの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図1に、化合物5Bの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図2に、化合物5Cの赤外吸収スペクトル(NaCl塗付)を図3に、化合物5Dの赤外吸収スペクトル(NaCl塗付)を図4に、化合物5Eの赤外吸収スペクトル(NaCl塗付)を図5に、示す。
化合物5B、化合物5C、化合物5D、化合物5Eの各1H−NMRスペクトル(いずれもCDCl3溶媒、TMS内部標準)を表2に示す。
[例4:液晶組成物の調製]
22重量%の化合物5Dと、16重量%の4−(3−アクリロイルオキシプロピル)オキシ−4’−シアノビフェニル(化合物8)と、18重量%のアクリル酸4−(4−ブチルベンゾイルオキシ)フェニル(化合物9)と、23重量%のアクリル酸4−(4−ペンチルベンゾイルオキシ)フェニル(化合物10)と、21重量%のアクリル酸4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシルカルボニルオキシ)フェニル(化合物11)とを混合して液晶組成物を得た。この液晶組成物はTcが74℃であり、室温でネマチック液晶であった。屈折率異方性は25℃で589nmにおいて0.15であった。化合物8、化合物9、化合物10、化合物11の化学式と物性を表3に示す。
[例5:高分子液晶の調製]
配向剤であるポリイミドをスピンコータで塗布し、熱処理した後、ナイロンクロスで一定方向にラビング処理したガラス板を支持体とした。該支持体を、配向処理した面が向かいあうようにして2枚を接着剤を用いて貼り合わせてセル1を作製した。その際、接着剤にガラスビーズを混入させ、支持体間の間隔が10μmになるように調整した。
例4の液晶組成物に光重合開始剤「イルガキュアー907(チバガイギー社製)」0.5重量%添加したものを、上記のように作製したセル1に65℃で注入した。次に20℃で10mW/cm2の強度の紫外線を300秒照射し、光重合を行った。重合後、フィルム状の重合体が得られた。この重合体は基板のラビング方向に水平配向され、屈折率異方性は589nmにおいて0.10である高分子液晶であった。この高分子液晶は可視域で透明であり、散乱もみられなかった。
[例6:光ヘッドへの応用]
ピッチ12μm、深さ2μmの矩形格子が形成されたガラス基板上に、配向剤であるポリイミドをスピンコータで塗布し、熱処理した後、ナイロンクロスで格子方向に対して平行方向にラビング処理を行ったものと、配向処理を同様に行ったガラス平板基板を、配向処理面が向かいあうように接着剤を用いて貼り合わせてセル2を作製した。その際、配向方向が平行になるようにした。
例4の液晶組成物に光重合開始剤「イルガキュアー907(チバガイギー社製)」0.5重量%添加したものを、上記のように作製したセル2に65℃で注入し、格子状凹部を前記組成物により充填した。次に、20℃で10mW/cm2の強度の紫外線を300秒照射させ、光重合を行った。このセル2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。この素子を光ヘッドに用いたところ、波長650nmのレーザ光源にて、±1次の回折格子の効率の合計で25%の光利用効率を得た。
[例7:液晶組成物の調製]
16.5重量%の化合物5Cと16.5重量%の化合物5Dと10重量%の化合物8と38重量%の4−(6−アクリロイルオキシヘキシル)オキシ−4’−シアノビフェニル(化合物12)と19重量%の4−アクリロイルオキシ−4’−シアノビフェニル(化合物13)とを混合して液晶組成物を得た。この液晶組成物はTcが79℃であり、室温でネマチック液晶であった。屈折率異方性は25℃で589nmにおいて0.21であった。化合物12および化合物13の化学式と物性を表4に示す。
産業上の利用可能性
本発明によれば、耐久性に優れ、かつTmが低く、さらに主にエナンショトロピック性を示す液晶である光重合性液晶モノマを合成できる。これを用いた液晶組成物は室温でネマチック液晶であり、Tcも高いため、室温で光重合ができる。光重合により得られた高分子液晶は、位相差フィルムや光ヘッドに使用できる。
本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で、種々の応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
図1〜5は、各々化合物5A、化合物5B、化合物5C、化合物5D、化合物5Eの赤外吸収スペクトル図である。
Claims (8)
- 下記式1で表されるアクリル酸誘導体化合物。
CH2=CR1COO−(CH2)m−(O)n−E1−X−
−(−E2−Y−)p−E3−OCOO−R2・・・式1
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:アルキル基。
E1、E2、E3:それぞれ独立して、1,4−フェニレン基であり、基中の水素原子の1個以上が、フッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
X、Y:それぞれ独立して、単結合またはオキシカルボニル基。
m:0〜8の整数。
n:mが0の場合は0、mが1以上の場合は1。
p:0または1。 - R1が水素原子であり、E1およびE3がともに非置換の1,4−フェニレン基であり、Xがオキシカルボニル基(ただしE1に該オキシカルボニル基中のオキシ基が結合する)であり、mが0であり、かつpが0である請求項1に記載のアクリル酸誘導体化合物。
- R2が炭素数1〜8の直鎖状アルキル基である請求項1または2に記載のアクリル酸誘導体化合物。
- 請求項1、2または3に記載のアクリル酸誘導体化合物の1種以上を組成物中に20重量%以上含む組成物。
- 請求項4に記載の組成物を重合させてなる高分子液晶。
- 紫外線または可視光を照射することにより重合させてなる請求項5に記載の高分子液晶。
- 請求項5または6に記載の高分子液晶を用いてなる光学素子。
- 請求項7に記載の光学素子を偏光ホログラム素子として用いてなる光ヘッド。
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