JP4655348B2 - Acrylic acid derivative compound, polymer liquid crystal obtained by polymerizing the same, and use thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクリル酸誘導体化合物、これを重合させた高分子液晶および用途に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶モノマに重合性官能基を付与した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、重合性液晶モノマを配向させた状態で重合させると、配向が固定化された重合体、すなわち高分子液晶が得られる。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し、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、位相差フィルムや偏光ホログラム等の光学素子に応用されている。
このような重合性液晶モノマのなかでも、特に光重合性官能基を有する光重合性液晶モノマは、光を照射して重合させることで、簡単に高分子液晶を作製できる優れた材料である。
【0003】
この高分子液晶を用いた偏光ホログラムは、特開平11−211905号公報に記載があるように、その偏光依存性に優れることにより高い光利用効率を発現する。このとき、格子高さd、高分子液晶の屈折率異方性△n、波長λとすると、λ/2=△n・dを満たす場合、±1次の回折効率が最大となる。
【0004】
近年、光ヘッドの小型化に伴い、前記偏光ホログラムは回折格子ピッチpの狭小化が進んでいる。しかし、フォトリソグラフィにて格子を形成する際、ピッチが細かくなり、格子のアスペクト比d/pが大きくなると、理想格子形状からのずれが大きくなるため、回折効率が低下する問題が生じる。そこで格子高さdを低くし、アスペクト比を小さくすることが求められる。すなわち、屈折率異方性の大きい高分子液晶が望まれる。
【0005】
このような高分子液晶として、例えば、特開平9−208957号公報に記載があるように、△n=0.16と大きな屈折率異方性を有するものが知られている。この高分子液晶は下記式2または式3で表される化合物の組成物からなる。
【0006】
【化2】
【0007】
式3で表される液晶モノマのように、分子中にメチレン基をスペーサとして導入することにより、高分子液晶の屈折率異方性が大きくなるが、一方で屈折率異方性の温度依存性も大きくなる。このような高分子液晶を偏光ホログラムに用いると、回折効率が温度により大きく変化するため、安定した再生ができない問題が生じる。
この問題を解決するには、架橋性液晶モノマを含む組成物を重合した高分子液晶を用いる方法が効果的である。このような架橋性液晶モノマとして、例えば、下記式4で表される化合物(特許第2716451号)が知られている。
【0008】
【化3】
(ただし、q=2〜11であり、ここで用いられる符号は本式中の符号のみを指すものとする。)
【0009】
しかし、高分子液晶の屈折率異方性をさらに向上させるためには、より高い屈折率異方性を持つ架橋性液晶モノマが求められている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、第1に高い屈折率異方性を有する架橋性液晶モノマであるアクリル酸誘導体化合物を提供することにあり、第2にこれを含む組成物を重合して得られる高分子液晶およびその用途を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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ともいい、他の場合も同様である)を提供する。
【0012】
【化4】
式1中の記号は以下の意味を示す。
R1 、R2 :それぞれ独立して、水素原子またはメチル基。
E1 、E2 :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。
m、n:E1 、E2 がいずれも非置換の1,4−フェニレン基である場合、m、nはそれぞれ独立して4〜12の整数であり、またE1 、E2 が1,4−フェニレン基であり、その少なくとも一方の基中の水素原子の1個以上が置換されている場合、m、nはそれぞれ独立して3〜12の整数である。
上記式中、m=nであるのが特に好ましい。
【0013】
また、本発明は、上記アクリル酸誘導体化合物の1種以上を組成物中に10〜90質量%含む組成物と、該組成物を重合させてなる高分子液晶、その高分子液晶を用いてなる光学素子、および該光学素子を用いてなる光ヘッドを提供する。
組成物は、紫外線または可視光線を照射して重合させるのが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明のアクリル酸誘導体化合物とは、アクリル酸誘導体である化合物とメタクリル酸誘導体である化合物とを総称していう。アクリロイルオキシ基等の表現も同様である。
本発明の化合物1は、両末端に光重合性の官能基であるアクリロイルオキシ基を有しており、該アクリロイルオキシ基はアルキレンオキシ基を介して液晶骨格と結合している。液晶骨格は置換または非置換の1,4−フェニレン基が−C≡C−基に結合した骨格、すなわちトラン基(またはその誘導体)を有しており、このトラン基により化合物1は大きな屈折率異方性を発現できる。
【0015】
式1中、R1 、R2 は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基である。
R1 、R2 が水素原子であると、重合速度がはやくなるので好ましい。またR1 、R2 がメチル基であると嵩高いので、主鎖骨格の緩和を抑制できるため好ましい。
【0016】
E1 、E2 は、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。E1 は1,4−フェニレン基が好ましく、E2 は1,4−フェニレン基または基中の水素原子の1個がメチル基に置換された1,4−フェニレン基が好ましい。一般に組成物にした場合、E1 、E2 が1,4−フェニレン基であると、高い複屈折率異方性を発現するので好ましい。一方、E2 の水素原子の1個がメチル基に置換された場合、低温でネマチック相が発現するので好ましい。この場合、メチル基の置換位置は特に限定されないが、下記α位よりβ位の方が、この化合物を含む組成物がより低温でネマチック相を出現するため好ましい。
【0017】
【化5】
【0018】
E1 、E2 がいずれも非置換の1,4−フェニレン基である場合、m、nはそれぞれ独立して4〜12の整数である。4未満であると融点が高くなり、12を超えると長すぎて屈折率異方性の温度依存性が大きくなるという問題がある。例えば、本発明の化合物1と類するが、トラン基と側鎖との間にメチレン基などのスペーサを有しない下記式で表される化合物(BULL.Soc.Chem.Fr.1973、2、605)は、融点が135℃であり、このように融点が高い化合物を含む組成物も融点が高くなるという問題が生ずるため好ましくない。
【0019】
【化6】
【0020】
一方、E1 、E2 が1,4−フェニレン基で、その少なくとも一方の基中の水素原子の1個以上が置換されている場合は融点が低いので、m、nはそれぞれ独立して3〜12の整数である。3未満であるとスペーサが短すぎるため重合時に屈折率異方性の低下が大きくなるという問題がある。
【0021】
m=nである化合物、すなわち下記式5、式6または式7で表されるアクリル酸誘導体化合物(以下、化合物5、化合物6または化合物7ともいう)であると合成が簡便となる点で好ましい。
【0022】
【化7】
【0023】
化合物5、化合物6または化合物7としては、下記の化合物が好ましく例示される。(ただし、Phは1,4−フェニレン基を示し、Ph(CH3 )は上記α位にメチル基が置換されている場合と上記β位にメチル基が置換されている場合の両方を示す。)
【0024】
【化8】
【0025】
化合物5は、例えば以下に示す方法により合成できる。
【0026】
【化9】
(上記式中、R1 、mは式1におけるR1 、mと同義であり、R1 が水素原子の場合に化合物5が得られる。)
【0027】
<第1段階>
4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレン(化合物a)とn−ブロモアルコールを溶媒に混合して溶解し、塩基の存在下、加熱還流して反応を行う。
反応終了後、反応物を精製し、4,4’−ビス(ヒドロキシアルコキシ)ジフェニルアセチレン(化合物b)を得る。
【0028】
塩基は特に限定されず公知のものを用いることができる。例えば、炭酸カリウム、水酸化カリウム等が好適である。
溶媒は、4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレンおよびn−ブロモアルコールを易溶するもので、これらに不活性なものであれば特に限定されないが、例えば、ジメチルホルムアミドまたはエタノール等が好ましく用いられる。
【0029】
<第2段階>
次に、得られた化合物bを溶媒に溶解し、塩基の存在下、アクリル酸クロリドを滴下し充分に撹拌しながら室温で反応させる。式5において、R1 がメチル基の場合はアクリル酸クロリドに代えてメタクリル酸クロリドを用いればよい。
反応終了後、生成物を精製して化合物5を得る。
塩基は特に限定されず公知のものを用いることができ、例えば、N,N−ジメチルアニリンまたはトリエチルアミン等が好適に例示される。
溶媒は、上記化合物b、塩基およびアクリル酸クロリドを易溶するもので、かつ不活性なものが好ましい。例えば、N,N’−ジメチル−2−ピロリジノンまたはテトラヒドロフランが好適に例示される。
化合物6または化合物7についても、化合物aの代わりに下記化合物cまたは下記化合物dを用いることにより同様にして得られる。
【0030】
【化10】
【0031】
化合物5、化合物6または化合物7の合成法は上記の方法に限定されず、他の合成経路でも得られる。例えば、トリフェニルホスフィンとアゾジカルボン酸ジエチルの存在下、上記化合物aとアクリル酸4−ヒドロキシアルキルを反応させる方法等がある。
化合物1がm≠nである場合には、化合物aの水酸基の一方を保護した化合物を用いて反応させればよい。保護基としては塩基の存在下で安定な保護基が好ましく、さらに室温で簡単に脱離できるものがよい。保護基としては、特に限定されず公知の保護基を用いればよく、例えば、テトラヒドロピラニル基またはベンジル基等が挙げられる。
【0032】
上記のようにして得た化合物1を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液晶化合物、重合性非液晶化合物、非重合性液晶化合物、非重合性非液晶化合物と適宜混合して、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、10〜90質量%が好ましく、特に20〜80質量%が好ましい。10質量%未満では架橋効果が不充分であり、90質量%を超えると重合時にクラックが発生する場合があるので、上記範囲内で用いることが好ましい。
他の重合性液晶化合物は、液晶骨格と重合性官能基とを有する公知の化合物であれば特に限定されない。液晶骨格としては少なくとも2つ又は3つの六員環を有するものが好ましい。他の重合性液晶化合物としては、例えば、ポリエステル系、ポリシロキサン系、ポリエーテル系、ポリメタクリレート系、ポリアクリレート系等の化合物が挙げられる。これらの中でも特にポリアクリレート系またはポリメタクリレート系の化合物が良好な光重合特性を有することから好ましい。
【0033】
他の重合性液晶化合物が、複数の重合性官能基を有する場合には、重合性官能基の種類が異なっていてもよい。重合性官能基を2つ有する化合物は多数知られており、これらを重合させた場合には、一般的に良好な耐熱性および強度特性を得られることから好適に用いられる。このような化合物は組成物中に20〜80質量%含むのが好ましい。
具体的には、特開平10−265531号公報に記載されている下記のジアクリル酸化合物を例示できる。
【0034】
【化11】
(式中、A2 はフッ素原子、塩素原子、水素原子またはメチル基であり、qは0〜8の整数であり、qが0または1である場合のrは0であり、qが2〜8の整数である場合のrは1であり、X2 は単結合、−COO−、−OCO−または−CH2 CH2 −であり、sは0または1であり、pは0または1であり、pが0である場合のX3 は単結合であり、pが1である場合のX3 はX2 と同一構造である。ただし、ここで用いられる符号は本式中の符号のみを指すものとする。)
【0035】
特に下記の化合物が好ましい。
【0036】
【化12】
【0037】
また、分子内に重合性官能基を1つ有する化合物としては、組成物中に20〜80質量%含んでいるとよく、同公報に例示される下記式で表される化合物が挙げられる。
【0038】
【化13】
(式中、A1 はフッ素原子、塩素原子、水素原子またはメチル基であり、mは0〜8の整数であり、mが0または1である場合のnは0であり、mが2〜8の整数である場合のnは1であり、X1 は単結合、−COO−、−OCO−または−CH2 CH2 −であり、Yは1,4−フェニレン基または1,4−トランスシクロヘキシレン基であり、Z1 は炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシル基、フッ素原子、塩素原子またはシアノ基である。ただし、ここで用いられる符号は本式中の符号のみを指すものとする。)
【0039】
これらの中でも、特に、下記の化合物が屈折率異方性が大きいことから好適である。
【0040】
【化14】
【0041】
また、下記式に示される化合物も例示できる。
【0042】
【化15】
(式中、R3 は水素原子またはメチル基、R4 はアルキル基、E3 、E4 、E5 はそれぞれ独立して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はそれぞれ独立して単結合またはオキシカルボニル基、αは0〜8の整数、βはαが0の場合は0、αが1以上の場合は1、γは0または1を表す。ただし、ここで用いられる符号は本式中の符号のみを指すものとする。)
【0043】
特にR4 が炭素数2〜6のアルキル基である化合物が好ましく、例えば下記化合物が好適である。
【0044】
【化16】
【0045】
さらに、下記式に示される化合物も例示できる。
【0046】
【化17】
(式中Yは1,4−フェニレン基または1,4−トランスシクロヘキシレン基であり、Z2 は炭素数1〜8のアルキル基を表す。)
【0047】
具体的には、4−(トランス−4’−n−プロピルシクロヘキシルカルボニルオキシ)フェニルアクリレート、4−(トランス−4’−n−ブチルシクロヘキシルカルボニルオキシ)フェニルアクリレート、4−(トランス−4’−n−ペンチルシクロヘキシルカルボニルオキシ)フェニルアクリレート、4−(4’−n−プロピルフェニルカルボニルオキシ)フェニルアクリレート、4−(4’−n−ブチルフェニルカルボニルオキシ)フェニルアクリレート、4−(4’−n−ペンチルフェニルカルボニルオキシ)フェニルアクリレートが好ましく例示される。
これらの重合性液晶化合物は、1種でも2種以上を組合せて用いることもできる。
【0048】
また、本発明の組成物は重合性非液晶化合物、すなわち液晶性を示さない重合性化合物を含んでもよい。このような重合性化合物としては、特に限定されないが、アクリレート系、メタクリレート系、ビニルエーテル系の化合物が特に好ましく、これらは1種でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。
【0049】
さらに、本発明の組成物には、非重合性液晶化合物、すなわち重合性官能基を有していない液晶化合物を含むことができる。このような液晶化合物は、公知の液晶化合物であれば特に限定されず、低温で液晶性を示す成分、低粘性成分、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する成分など、用途、要求性能等により適宜選択して用いることができる。これらは1種でも2種以上を組合せて用いることもでき、所望の特性を付与できる割合で含むのが好ましい。
【0050】
例えば、特開平9−180234号公報、特開平9−281332号公報に記載される下記式に表される化合物などが挙げられる。
【0051】
【化18】
(式中、Aはフェニレン基またはトランス−1,4−シクロへキシレン基、mは0または1、Xはフッ素原子または水素原子、Yはシアノ基、フッ素原子または塩素原子、Zはフッ素原子または水素原子、Rは炭素数2〜8の直鎖状アルキル基または炭素数2〜8の直鎖状アルコキシル基である。ただし、ここで用いられる符号は本式中の符号のみを指すものとする。)
【0052】
特に粘性を低下させる目的では、例えば特開平9−328443号公報に記載されるビフェニルの両末端にアルケニル基を有するジアルケニルビフェニル誘導体などが効果的であり、このような化合物は透明点を上昇させる効果もあり、また比較的屈折率異方性も大きいことから好適に用いることができる。
また特開平10−36847号公報では、減粘剤、NI(ネマチック相−等方相転移)点調整剤、または凝固点調整剤として下記構造の化合物が例示されている。
【0053】
【化19】
(式中、Rはアルキル基またはアルコキシ基を示し、Xは、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、フェニル基などを示し、nは正数を示す。ただし、ここで用いられる符号は本式中の符号のみを指すものとする。)
さらに特開平10−228670号公報に記載される下記構造の化合物を用いることもできる。
【0054】
【化20】
(式中、R5 、R6 およびR7 はアルキル基、またはアルコキシル基を示し、mは0または1の整数を示す。ただし、ここで用いられる符号は、本式中の符号のみを指すものとする。)
【0055】
また、誘電率異方性を向上させる化合物としては、例えば、特開平10−067694号公報に記載される下記構造の化合物等が挙げられる。
【0056】
【化21】
(式中、R4 およびR5 は各々独立して炭素数1〜10のアルキル基を示すが、基中の隣合わない任意のメチレン基は酸素原子または−CH=CH−で置換されても良い。また、基中の任意の水素原子はフッ素原子で置換されても良い。Y2 は−CN基または−C≡C−CNを示す。環Fはトランス−1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルを示し、環Gはトランス−1,4−シクロヘキシレン、水素原子がフッ素原子で置換されていても良い1,4−フェニレンまたはピリミジン−2,5−ジイルを示し、環Mはトランス−1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンを示す。Z6 は1,2−エチレン基、−COO−または共有結合を示す。L3 、L4 およびL5 は各々独立して水素原子またはフッ素原子を示す。b、cおよびdは各々独立して0または1を示す。また、各々の式中で使用されている原子は、同位体をも含有して示す。ただし、ここで用いられる符号は本式中の符号のみを指すものとする。)
【0057】
本発明の組成物は、−30〜150℃、さらには−10〜120℃の温度範囲に液晶相を発現するよう調製されるのが好ましく、より広い温度範囲で液晶相を示すことが好ましい。
【0058】
また、本発明の組成物はカイラル化合物を添加してコレステリック性を付与することもできる。カイラル化合物としては特に限定されず、例えば、ペラルゴン酸コレステロールまたはステアリン酸コレステロールなどの光学活性基としてコレステリル基を有するものや、市販品ではCB−15、C−15(BDH社製)、S−1082、S−811(メルク社製)、CM−21、CM−22(チッソ社製)などの光学活性基として2−メチルブチル基を有するものを好ましく用いることができる。これらは、1種でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0059】
さらに、本発明の組成物は、その保存安定性を向上させるために安定剤を添加してもよい。安定剤としては、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノアルキルエーテル類または第三ブチルカテコール類などが例示される。
【0060】
このようにして調製した本発明の組成物は、光重合により高分子液晶を形成する。この際、支持体としてガラス、プラスチック等を使用できる。支持体面には必要に応じて配向処理を施してもよい。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。注入された組成物は液晶状態に保持し、分子を配向させた状態で光重合させる。
【0061】
組成物を液晶状態に保つためには、雰囲気温度を融点Tm からネマチック等方相転移温度Tc の範囲にすればよいが、Tc に近い温度では屈折率異方性が極めて小さいので、雰囲気温度の上限は(Tc −10)℃以下とするのが好ましい。光重合に用いる光としては、紫外線または可視光線などが好ましく挙げられる。
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の光重合開始剤が好ましく使用できる。また必要に応じて、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質量%が好ましく、特に0.3〜2質量%が好ましい。
【0062】
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屈折率異方性が高く、重合前のモノマ液晶の温度範囲より広い温度範囲で液晶性を有するため、光学素子に好適である。
【0063】
かかる光学素子の中でも、一軸異方性を有する高分子フィルムとして適しており、例えば、位相差フィルム、偏光プリズムまたは偏光ホログラム等が例示できる。特に偏光ホログラムとして最適であり、これを以下に説明する。
偏光ホログラムは、周期的に屈折率変調された格子構造を有することにより、異なる偏光に対して、回折効率を変化させる機能を有する。特に偏光方向が90度異なるS偏光とP偏光に対して、0次と±1次の回折効率比が最大になる場合が、好ましく用いられている。また光学素子の使用に際しては、偏光方向を制御するために、1/4波長板と組合せて使用されることが多く、このような例として、光ピックアップとして用いられる往復効率の高い偏光ホログラムビームスプリッタが挙げられる。
【0064】
高分子液晶を偏光ホログラムとして用いる場合、屈折率変調された格子構造を作製する方法としては、周期上にパターニングされたITO等の透明電極を有する基板を用いて、モノマ状態で所定の配向状態に制御した後、重合して周期的に屈折率変調された高分子液晶とするか、または特開平11−211905号公報に記載があるように、モノマを一軸配向させて重合し、一軸配向した高分子液晶とした後、フォトリソグラフィーにて格子形状を付与させ、格子凹部に等方性媒質を充填する方法等が挙げられる。
また、該対向する2枚の基板に該配向処理を施した後に少なくとも一方の基板の対向面に離型処理をして、上記の偏光ホログラムを製造してもよい。
さらには偏光ホログラムの作製方法として、格子形状を有する等方性基板の凹部に組成物を充填した後、重合させて偏光ホログラムとする方法を例示できる。充填に際しては、ラビング処理を施した基板を用いると配向乱れが少ないため好ましい。充填方法は上記特開平11−211905号公報と同様の方法が可能であり、また、対向する格子形状を有しない基板に、配向処理を施した後、離型処理を行い、重合後に前記対向基板を剥離して、上記偏光ホログラムを製造してもよい。
【0065】
次に、上述の偏光ホログラムをホログラムビームスプリッタとして光ヘッド装置に用いた場合の概略側面図を図1に示す。図1では、光源である半導体レーザ5から出た光は、ホログラムビームスプリッタである偏光ホログラム4を透過し、対物レンズ7で光ディスク8上に集光され光ディスク8からの反射光は再び対物レンズ7を透過し、ホログラムビームスプリッタにより回折され受光素子6に到達する。
このホログラムビームスプリッタと光ディスク8との間に1/4波長板10を挿入することにより、往路と復路で半導体レーザ5から出射した直線偏光の偏光方向を90度回転させることができ、これにより、往路の偏光方向の光に対しては透過率が高く、復路の偏光方向の光に対しては回折効率が高くなって光の利用効率を高めうる。
【0066】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
[例1:化合物5Aの合成]
下記式で表される化合物5Aを合成した。
【0067】
【化22】
【0068】
4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレン(前記化合物a)15g(0.070モル)、6−ブロモ−1−ヘプタノール38.8g(0.21モル)、炭酸カリウム39g(0.29モル)とジメチルホルムアミド150mLの混合物を125℃で還流した。充分反応した後、反応液を氷水に加え、減圧ろ過を行い結晶を採取した。これを1mol/LのHClおよび水にて洗浄し、乾燥した。その後ジオキサンさらにジオキサン/トルエン混合溶媒にて再結晶を行い、4,4’−ビス(6−ヒドロキシヘプチルオキシ)−ジフェニルアセチレン(前記式b中、m=6で表される化合物)の粉末結晶17.6gを得た(収率60%)。
【0069】
次に、得られた粉末結晶11.7g(0.030モル)をジメチルアニリン57.2g(0.47モル)とN,N’−ジメチル−2−ピロリジノン150mLに溶解し、N,N’−ジメチル−2−ピロリジノン20mLに溶解したアクリル酸クロリド10.3g(0.11モル)を滴下した。室温で充分反応させた後、反応液を氷水に加え、有機相を抽出した。これにヘキサンを添加し、析出物を減圧ろ過にて採取した。これを塩化メチレン(溶媒)に溶解し、0.5mol/LのNaOHおよび水にて洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧濃縮し、得られた結晶を、ヘキサン/トルエン混合溶媒を用いて再結晶を行った。さらにヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒を展開溶媒とし、シリカゲルを充填したカラムを用いてカラムクロマトグラフィを行った。抽出液を精製し、ヘキサン/トルエン混合溶媒で再結晶を行い、化合物5A、すなわち4,4’−ビス(6−アクリロイルオキシヘプチルオキシ)ジフェニルアセチレンの粉末結晶7.65g(収率52%)を得た。
【0070】
化合物5Aの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図2に示す。
また、1H−NMRスペクトル(CDCl3 溶媒、TMS内部標準)は、δ(ppm):1.3〜1.5(8H,m)、1.64(4H,m)、1.72(4H,m)、3.99(4H,t)、4.11(4H,t)、5.93(2H,d)、6.17(2H,dd)、6.31(2H,d)、6.94(4H,d)、7.43(4H,d)であった。
【0071】
化合物5Aを偏光顕微鏡下で観察した結果、昇温時に68℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時には68℃で等方性液体からスメクチックA相に、57℃で結晶に相転移したことから、モノトロピック液晶であることを確認した。
【0072】
[例2:化合物5Bの合成]
例1で用いた6−ブロモ−1−ヘプタノールの代わりに8−ブロモ−1−オクタノールを用いた。他は例1と同様にして、下記の化合物5Bを得た。
【0073】
【化23】
【0074】
化合物5Bの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図3に示す。
また、 1H−NMRスペクトル(CDCl3 溶媒、TMS内部標準)は、δ(ppm):1.3〜1.5(16H,m)、1.67(4H,m)、1.78(4H,m)、3.96(4H,t)、4.15(4H,t)、5.82(2H,d)、6.12(2H,dd)、6.39(2H,d)、6.84(4H,d)、7.42(4H,d)であった。
化合物5Bを偏光顕微鏡下で観察した結果、昇温時に75℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時には75℃で等方性液体からスメクチックA相に、70℃で結晶に相転移したことから、モノトロピック液晶であることを確認した。
【0075】
[例3:化合物5Cの合成]
下記化合物5Cを、以下のようにして合成した。
【0076】
【化24】
【0077】
4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレン1.00g(0.0048モル)、乾燥テトラヒドロフラン20mL、アクリル酸4−ヒドロキシブチル1.65g(0.011モル)、トリフェニルホスフィン2.99(0.011モル)を混合し、これにジエチルアゾジカルボキシレート1.99g(0.11モル)と乾燥テトラヒドロフラン10mLの混合物を加え、室温で反応させた。充分に反応させた後、テトラヒドロフランを留去し、褐色液を得た。これを、ジクロロメタンを展開液としシリカゲルを充填したカラムを用いて、カラムクロマトグラフィを行った。抽出液を精製し、エタノールにて再結晶を行い、化合物5C、すなわち4,4’−ビス(4−アクリロイルオキシブチルオキシ)ジフェニルアセチレンの粉末結晶1.10g(収率50%)を得た。
【0078】
化合物5Cの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図4に示す。
また、 1H−NMRスペクトル(CDCl3 溶媒、TMS内部標準)は、δ(ppm):1.89(8H,m)、4.01(4H,t)、4.24(4H,t)、5.83(2H,d)、6.12(2H,dd)、6.41(2H,d)、6.85(4H,d)、7.43(4H,d)であった。
化合物5Cを偏光顕微鏡下で観察した結果、昇温時に80℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時には79℃で等方性液体から結晶に相転移し、液晶相は見られなかった。
【0079】
[例4:化合物6Aの合成]
例1で用いた4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレン(前記化合物a)の代わりに4,4’−ジヒドロキシ−3−メチルジフェニルアセチレン(前記化合物c)を用いた。他は例1と同様にして、下記の化合物6Aを得た。
【0080】
【化25】
【0081】
化合物6Aの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図5に示す。
また、1H−NMRスペクトル(CDCl3 溶媒、TMS内部標準)は、δ(ppm):1.3〜1.6(8H,m)、1.6〜1.9(8H,m)、2.20(3H,s)、3.97(4H,t)、4.17(4H,t)、5.81(2H,d)、6.12(2H,dd)、6.40(2H,d)、6.75(1H,d)、6.84(2H,d)、7.23(1H,s)、7.3(1H,d)、7.42(2H,d)であった。
化合物6Aを偏光顕微鏡下で観察した結果、昇温時に43℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時には32℃で等方性液体からネマチック相に、30℃で結晶に相転移したことから、モノトロピック液晶であることを確認した。
【0082】
[例5:化合物6Bの合成]
例3で用いた4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレン(前記化合物a)の代わりに4,4’−ジヒドロキシ−3−メチルジフェニルアセチレン(前記化合物c)を用いた。他は例3と同様にして、下記の化合物6Bを得た。
【0083】
【化26】
化合物6Bの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図6に示す。
また、1H−NMRスペクトル(CDCl3 溶媒、TMS内部標準)は、δ(ppm):1.9〜2.0(8H,m)、2.21(3H,s)、4.01(4H,t)、4.25(4H,t)、5.83(2H,d)、6.12(2H,dd)、6.41(2H,d)、6.75(1H,d)、6.84(2H,d)、7.26(1H,s)、7.3(1H,d)、7.42(2H,d)であった。
化合物6Bを偏光顕微鏡下で観察した結果、昇温時に50℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時には43℃で等方性液体から結晶に相転移し、液晶相は見られなかった。
【0084】
[例6:化合物6Cの合成]
例1で用いた4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレン(前記化合物a)の代わりに、4,4’−ジヒドロキシ−3−メチルジフェニルアセチレン(前記化合物c)を、6−ブロモ−1−ヘプタノールの代わりに3−ブロモ−1−プロパノールを用いた。他は例1と同様にして、下記の化合物6Cを得た。
【0085】
【化27】
化合物6Cの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図7に示す。
また、1H−NMRスペクトル(CDCl3 溶媒、TMS内部標準)は、δ(ppm):2.1〜2.2(4H,m)、2.21(3H,s)、4.08(4H,t)、4.37(4H,t)、5.84(2H,d)、6.13(2H,dd)、6.41(2H,d)、6.76(1H,d)、6.85(2H,d)、7.26(1H,s)、7.32(1H,d)、7.43(2H,d)であった。
化合物6Cを偏光顕微鏡下で観察した結果、昇温時に71℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時には45℃で等方性液体から結晶に相転移し、液晶相は見られなかった。
【0086】
[例7:化合物7Aの合成]
例1で用いた4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレン(前記化合物a)の代わりに4,4’−ジヒドロキシ−2−メチルジフェニルアセチレン(前記化合物d)を用いた。他は例1と同様にして、下記の化合物7Aを得た。
【0087】
【化28】
【0088】
化合物7Aの赤外吸収スペクトル(KBr錠剤)を図8に示す。
また、1H−NMRスペクトル(CDCl3 溶媒、TMS内部標準)は、δ(ppm):1.3〜1.6(8H,m)、1.6〜1.9(8H,m)、2.45(3H,s)、3.97(4H,t)、4.17(4H,t)、5.82(2H,d)、6.12(2H,dd)、6.40(2H,d)、6.65(1H,d)、6.75(1H,s)、6.85(2H,d)、7.38(1H,d)、7.42(2H,d)であった。
化合物7Aを偏光顕微鏡下で観察した結果、昇温時に78℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時には62℃で等方性液体から結晶に相転移し、液晶相は見られなかった。
【0089】
[例8:化合物5Aの屈折率異方性]
透明点Tc が85℃、式8で求められる温度Ts における屈折率異方性△n(X0 )Tsが0.119である液晶モノマXo を用いた。組成物の屈折率異方性は589nmで求めたものである。液晶モノマXo に化合物5Aを10mol%溶解した組成物X1 を調製した。この組成物X1 のTc は82℃であり、式8で求められる温度Ts にて測定した組成物X1 の屈折率異方性△n(X1 )Tsは0.126であった。ここで、式9で計算される屈折率異方性△nTsを化合物5Aの屈折率異方性と定義する。△n(X0 )Tsおよび△n(X1 )Tsを式9に代入し、計算した化合物5Aの屈折率異方性△nTsは0.243であった。
【0090】
【数1】
【0091】
[例9:化合物5B、5C、6A、7Aの屈折率異方性]
例8と同様にして化合物5B、5C、6A、7Aの屈折率異方性△nTsを求めたところ、それぞれ0.219、0.253、0.217、0.233であった。
【0092】
[例10:化合物eの屈折率異方性]
前記式4においてqが6である化合物、すなわち4,4’−ビス(アクリロイルオキシヘキシルオキシ)ビフェニル(以下、化合物eとする。)の屈折率異方性△nTsを例6と同様にして求めたところ、0.150であった。また、この化合物は昇温時に81℃で結晶から等方性液体に変化した。降温時にも81℃で等方性液体から結晶に転移し、液晶相はみられなかった。
【0093】
化合物5A、5B、5C、6A、7Aおよび化合物eの屈折率異方性を表1に示す。
【0094】
【表1】
【0095】
[例11:組成物の調製]
4−アクリロイルオキシ−4’−シアノビフェニル(下記化合物X1 )、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(下記化合物X2 )、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(下記化合物X3 )、アクリル酸4−(4−n−ブチルベンゾイルオキシ)フェニル(下記化合物X4 )、アクリル酸4−(4−n−ヘキシルベンゾイルオキシ)フェニル(下記化合物X5 )を用いて組成物Y1 を調製した。組成比はモル比でX1 :X2 :X3 :X4 :X5 =0.25:0.10:0.35:0.15:0.15とした。
【0096】
【化29】
【0097】
この組成物Y1 に前記化合物5Aを、その組成比が25モル%となるように加えて組成物Y2 を調製した。組成物Y2 はTc が63℃であり、過冷却状態ではあるが室温まで安定なネマチック液晶であった。また、組成物Y2 の40℃における屈折率異方性は、589nmにおいて0.181であった。
【0098】
[例12:高分子液晶の作製]
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基板を支持体とし、配向処理した面が向かいあうように2枚の支持体を接着剤を用いて貼り合わせてセル1を作製した。その際、一辺にガラスブロックを挿入し、くさび形状とした。
【0099】
例11の組成物Y2 に光重合開始剤「イルガキュアー907(チバガイギー社製)」を0.25質量%添加したものを、セル1に70℃で注入した。次に50℃で5mW/cm2 の強度の紫外線を300秒間照射して光重合を行い、高分子液晶を作製した。この高分子液晶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、25℃において0.159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。またこの高分子液晶は、室温以下135℃以上で屈折率異方性を示し、広い液晶温度範囲を有した。
【0100】
[例13:化合物eを含む高分子液晶の屈折率異方性]
例9で調製したY1 に、架橋性モノマとして化合物eを加え、その組成比が25モル%となるように組成物Y3 を調製した。組成物Y3 はTc が61℃であり、過冷却状態ではあるが室温まで安定なネマチック液晶であった。この組成物Y3 の40℃における屈折率異方性は、589nmにおいて0.168であった。
次に、組成物Y3 に光重合開始剤「イルガキュアー907(チバガイギー社製)」を0.25質量%添加したものを、例10と同様のセル1に70℃で注入した。次に50℃で5mW/cm2 の強度の紫外線を300秒間照射して光重合を行い高分子液晶を作製した。該高分子液晶の屈折率異方性は25℃で589nmにおいて0.144であった。
【0101】
本発明の化合物5Aを含む組成物Y2 、および化合物eを含む組成物Y3 の組成物調製後の屈折率異方性と、組成物を重合後の屈折率異方性とを表2に比較する。
【0102】
【表2】
【0103】
表2に示されるように、本発明の化合物5Aを用いることにより、ネマチック相温度範囲を低下させることなく、高い屈折率異方性を付与することができた。
【0104】
[例14:化合物5A、6A、7Aを含む組成物の比較]
上記化合物X1 、X3 および化合物5Aを用いて、モル比がX1 :X3 :化合物5A=0.35:0.35:0.3となるよう組成物Y4 を調製した。
組成物Y4 において、化合物5Aの代わりに化合物6Aを用いて組成物Y5 を調製し、化合物5Aの代わりに化合物7Aを用いてY6 を調製した。Y4 、Y5 、Y6 の液晶温度範囲を表3に示す。
【0105】
【表3】
【0106】
表3に示されるように、化合物6A、7Aを用いると、スメクチック(Sm )相は発現せず、より低温でネマチック(Nm )相が出現した。特に化合物6Aを用いた組成物Y5 は室温以下まで安定なネマチック相であった。
【0107】
[例15:光学素子、光ヘッドへの応用]
ピッチ6μm、深さ2μmの矩形格子が形成されたガラス基板の表面に、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。
【0108】
例11の組成物Y2 に光重合開始剤「イルガキュアー907(チバガイギー社製)」を0.25質量%添加したものを、上記のように作製したセル2に70℃で注入し、格子状凹部を充填した。次に、50℃で5mW/cm2 の強度の紫外線を300秒間照射して、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(光学素子)を作製した。この偏光ホログラムスプリッタを光ヘッドの部品に用いたところ、該光ヘッドは波長650nmのレーザ光源にて、±1次の回折効率の合計で50%の光利用効率を得た。
【0109】
【発明の効果】
本発明によれば、高い屈折率異方性を有する架橋性液晶モノマであるアクリル酸誘導体化合物を合成できる。これを用いた組成物および光重合により得られた高分子液晶は、高い屈折率異方性を有する。この高分子液晶は、位相差フィルムや偏光ホログラム素子などの光学素子の材料として好適である。特に該偏光ホログラム素子は光ヘッド等の部品として好適である。
本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で種々応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光ヘッド装置の概略側面図。
【図2】 化合物5Aの赤外吸収スペクトル図。
【図3】 化合物5Bの赤外吸収スペクトル図。
【図4】 化合物5Cの赤外吸収スペクトル図。
【図5】 化合物6Aの赤外吸収スペクトル図。
【図6】 化合物6Bの赤外吸収スペクトル図。
【図7】 化合物6Cの赤外吸収スペクトル図。
【図8】 化合物7Aの赤外吸収スペクトル図。
【符号の説明】
4 偏光ホログラム
5 半導体レーザ
6 受光素子
7 対物レンズ
8 光ディスク
10 1/4波長板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an acrylic acid derivative compound, a polymer liquid crystal obtained by polymerizing the same, and an application.
[0002]
[Prior art]
A polymerizable liquid crystal monomer in which a polymerizable functional group is added to the liquid crystal monomer has both a property as a monomer and a property as a liquid crystal. Therefore, when the polymerizable liquid crystal monomer is polymerized in an aligned state, a polymer in which the alignment is fixed, that is, a polymer liquid crystal is obtained. The polymer liquid crystal thus obtained has optical anisotropy based on the refractive index anisotropy of the liquid crystalline skeleton, and can also impart special characteristics by controlling the liquid crystal alignment state, so that optical films such as retardation films and polarization holograms can be provided. Applied to devices.
Among such polymerizable liquid crystal monomers, in particular, a photopolymerizable liquid crystal monomer having a photopolymerizable functional group is an excellent material capable of easily producing a polymer liquid crystal by being irradiated with light and polymerized.
[0003]
A polarization hologram using this polymer liquid crystal exhibits high light utilization efficiency due to its polarization dependency, as described in JP-A-11-2111905. At this time, assuming that the grating height is d, the refractive index anisotropy of the polymer liquid crystal is Δn, and the wavelength is λ, ± 1st-order diffraction efficiency is maximized when λ / 2 = Δn · d is satisfied.
[0004]
In recent years, with the miniaturization of the optical head, the diffraction grating pitch p of the polarization hologram has been narrowed. However, when the grating is formed by photolithography, when the pitch becomes fine and the aspect ratio d / p of the grating becomes large, the deviation from the ideal grating shape becomes large, which causes a problem that the diffraction efficiency is lowered. Therefore, it is required to reduce the grating height d and the aspect ratio. That is, a polymer liquid crystal having a large refractive index anisotropy is desired.
[0005]
As such a polymer liquid crystal, one having a large refractive index anisotropy of Δn = 0.16 is known, as described in, for example, JP-A-9-208957. The polymer liquid crystal is composed of a composition of a compound represented by the following formula 2 or formula 3.
[0006]
[Chemical 2]
[0007]
By introducing a methylene group as a spacer into the molecule as in the liquid crystal monomer represented by Formula 3, the refractive index anisotropy of the polymer liquid crystal is increased. On the other hand, the temperature dependence of the refractive index anisotropy is increased. Also grows. When such a polymer liquid crystal is used for a polarization hologram, the diffraction efficiency varies greatly depending on the temperature, which causes a problem that stable reproduction cannot be performed.
In order to solve this problem, a method using a polymer liquid crystal obtained by polymerizing a composition containing a crosslinkable liquid crystal monomer is effective. As such a crosslinkable liquid crystal monomer, for example, a compound represented by the following formula 4 (Japanese Patent No. 2716451) is known.
[0008]
[Chemical 3]
(However, q = 2 to 11, and the code used here indicates only the code in this expression.)
[0009]
However, in order to further improve the refractive index anisotropy of the polymer liquid crystal, a crosslinkable liquid crystal monomer having a higher refractive index anisotropy is required.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to firstly provide an acrylic acid derivative compound which is a crosslinkable liquid crystal monomer having a high refractive index anisotropy, and secondly, a polymer obtained by polymerizing a composition containing the same. The object is to provide a liquid crystal and its use.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an acrylic acid derivative compound represented by the following formula 1 (hereinafter also referred to as compound 1 and the same applies in other cases).
[0012]
[Formula 4]
The symbols in Formula 1 have the following meanings.
R 1 , R 2 : Each independently a hydrogen atom or a methyl group.
E 1 , E 2 : Each independently represents a 1,4-phenylene group, and one or more hydrogen atoms in the group may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group.
m, n: E 1 , E 2 Are both unsubstituted 1,4-phenylene groups, m and n are each independently an integer of 4 to 12, and E 1 , E 2 Is a 1,4-phenylene group, and one or more hydrogen atoms in at least one group are substituted, m and n are each independently an integer of 3 to 12.
In the above formula, it is particularly preferred that m = n.
[0013]
The present invention also uses a composition containing 10 to 90% by mass of one or more acrylic acid derivative compounds in the composition, a polymer liquid crystal obtained by polymerizing the composition, and the polymer liquid crystal. An optical element and an optical head using the optical element are provided.
The composition is preferably polymerized by irradiation with ultraviolet light or visible light.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The acrylic acid derivative compound of the present invention is a generic term for compounds that are acrylic acid derivatives and compounds that are methacrylic acid derivatives. The same applies to expressions such as acryloyloxy groups.
The compound 1 of the present invention has an acryloyloxy group which is a photopolymerizable functional group at both ends, and the acryloyloxy group is bonded to the liquid crystal skeleton via an alkyleneoxy group. The liquid crystal skeleton has a skeleton in which a substituted or unsubstituted 1,4-phenylene group is bonded to a —C≡C— group, that is, a tolan group (or a derivative thereof). Anisotropy can be expressed.
[0015]
In formula 1, R 1 , R 2 Are each independently a hydrogen atom or a methyl group.
R 1 , R 2 It is preferable that is a hydrogen atom since the polymerization rate becomes fast. Also R 1 , R 2 Is a methyl group, it is preferable because it can suppress relaxation of the main chain skeleton.
[0016]
E 1 , E 2 Are each independently a 1,4-phenylene group, and one or more of the hydrogen atoms in the group may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group. E 1 Is preferably a 1,4-phenylene group, and E 2 Is preferably a 1,4-phenylene group or a 1,4-phenylene group in which one of the hydrogen atoms in the group is substituted with a methyl group. In general, E 1 , E 2 Is preferably a 1,4-phenylene group because it exhibits high birefringence anisotropy. On the other hand, E 2 When one of the hydrogen atoms is substituted with a methyl group, a nematic phase appears at a low temperature, which is preferable. In this case, the substitution position of the methyl group is not particularly limited, but the β-position is more preferable than the following α-position since a composition containing this compound appears at a lower temperature than the nematic phase.
[0017]
[Chemical formula 5]
[0018]
E 1 , E 2 Are both unsubstituted 1,4-phenylene groups, m and n are each independently an integer of 4 to 12. If it is less than 4, the melting point becomes high, and if it exceeds 12, it is too long and the temperature dependency of the refractive index anisotropy becomes large. For example, a compound represented by the following formula (BULL. Soc. Chem. Fr. 1973, 2, 605) which is similar to the compound 1 of the present invention but does not have a spacer such as a methylene group between a tolan group and a side chain. Is not preferable because the melting point is 135 ° C., and the composition containing a compound having a high melting point causes a problem that the melting point becomes high.
[0019]
[Chemical 6]
[0020]
On the other hand, E 1 , E 2 Is a 1,4-phenylene group in which at least one hydrogen atom in at least one group is substituted, the melting point is low, and m and n are each independently an integer of 3 to 12. If it is less than 3, the spacer is too short, so that there is a problem that the refractive index anisotropy is greatly reduced during polymerization.
[0021]
A compound in which m = n, that is, an acrylic acid derivative compound represented by the following formula 5, formula 6 or formula 7 (hereinafter also referred to as compound 5, compound 6 or compound 7) is preferred in that the synthesis is simple. .
[0022]
[Chemical 7]
[0023]
As compound 5, compound 6 or compound 7, the following compounds are preferably exemplified. (However, Ph represents a 1,4-phenylene group, and Ph (CH Three ) Shows both the case where a methyl group is substituted at the α-position and the case where a methyl group is substituted at the β-position. )
[0024]
[Chemical 8]
[0025]
Compound 5 can be synthesized, for example, by the method shown below.
[0026]
[Chemical 9]
(In the above formula, R 1 , M is R in Formula 1 1 , M and R 1 Compound 5 is obtained when is a hydrogen atom. )
[0027]
<First stage>
4,4′-dihydroxydiphenylacetylene (compound a) and n-bromoalcohol are mixed and dissolved in a solvent, and the reaction is carried out by heating under reflux in the presence of a base.
After completion of the reaction, the reaction product is purified to obtain 4,4′-bis (hydroxyalkoxy) diphenylacetylene (compound b).
[0028]
A base is not specifically limited, A well-known thing can be used. For example, potassium carbonate, potassium hydroxide and the like are suitable.
The solvent is easily soluble in 4,4′-dihydroxydiphenylacetylene and n-bromoalcohol, and is not particularly limited as long as it is inert to these. For example, dimethylformamide or ethanol is preferably used.
[0029]
<Second stage>
Next, the obtained compound b is dissolved in a solvent, and in the presence of a base, acrylic acid chloride is added dropwise and reacted at room temperature with sufficient stirring. In Equation 5, R 1 When is a methyl group, methacrylic acid chloride may be used instead of acrylic acid chloride.
After completion of the reaction, the product is purified to obtain compound 5.
The base is not particularly limited, and a known one can be used. For example, N, N-dimethylaniline or triethylamine is preferably exemplified.
The solvent preferably dissolves the compound b, base and acrylic acid chloride and is inert. For example, N, N′-dimethyl-2-pyrrolidinone or tetrahydrofuran is preferably exemplified.
Compound 6 or 7 can also be obtained in the same manner by using the following compound c or compound d instead of compound a.
[0030]
Embedded image
[0031]
The method for synthesizing Compound 5, Compound 6 or Compound 7 is not limited to the above method, and can be obtained by other synthetic routes. For example, there is a method of reacting the compound a with 4-hydroxyalkyl acrylate in the presence of triphenylphosphine and diethyl azodicarboxylate.
When compound 1 is m ≠ n, the reaction may be performed using a compound in which one of the hydroxyl groups of compound a is protected. The protecting group is preferably a protecting group that is stable in the presence of a base, and more preferably a group that can be easily removed at room temperature. The protecting group is not particularly limited, and a known protecting group may be used, and examples thereof include a tetrahydropyranyl group and a benzyl group.
[0032]
When the compound 1 obtained as described above is used as a composition, one or more kinds of the compound 1 are used as other polymerizable liquid crystal compounds, polymerizable non-liquid crystal compounds, non-polymerizable liquid crystal compounds, non-polymerizable non-liquid crystal compounds. And a composition having desired characteristics. 10-90 mass% is preferable, and, as for the ratio in the composition of the compound 1, 20-80 mass% is especially preferable. If it is less than 10% by mass, the crosslinking effect is insufficient, and if it exceeds 90% by mass, cracks may occur during polymerization, so it is preferably used within the above range.
The other polymerizable liquid crystal compound is not particularly limited as long as it is a known compound having a liquid crystal skeleton and a polymerizable functional group. As the liquid crystal skeleton, those having at least two or three six-membered rings are preferable. Examples of other polymerizable liquid crystal compounds include polyester-based, polysiloxane-based, polyether-based, polymethacrylate-based, and polyacrylate-based compounds. Among these, polyacrylate or polymethacrylate compounds are particularly preferable because they have good photopolymerization characteristics.
[0033]
When other polymerizable liquid crystal compounds have a plurality of polymerizable functional groups, the types of the polymerizable functional groups may be different. Many compounds having two polymerizable functional groups are known, and when these are polymerized, generally good heat resistance and strength characteristics can be obtained, so that they are preferably used. Such a compound is preferably contained in the composition in an amount of 20 to 80% by mass.
Specifically, the following diacrylic acid compounds described in JP-A-10-265531 can be exemplified.
[0034]
Embedded image
(Where A 2 Is a fluorine atom, a chlorine atom, a hydrogen atom or a methyl group, q is an integer of 0 to 8, r is 0 when q is 0 or 1, and q is an integer of 2 to 8 R is 1 and X 2 Is a single bond, —COO—, —OCO— or —CH 2 CH 2 -, S is 0 or 1, p is 0 or 1, and X is 0. Three Is a single bond and X when p is 1 Three Is X 2 Is the same structure. However, the code | symbol used here shall point out only the code | symbol in this type | formula. )
[0035]
The following compounds are particularly preferable.
[0036]
Embedded image
[0037]
Moreover, as a compound which has one polymeric functional group in a molecule | numerator, it is good to contain 20-80 mass% in a composition, and the compound represented by the following formula illustrated by the same gazette is mentioned.
[0038]
Embedded image
(Where A 1 Is a fluorine atom, a chlorine atom, a hydrogen atom or a methyl group, m is an integer of 0-8, n is 0 when m is 0 or 1, and m is an integer of 2-8 N is 1 and X 1 Is a single bond, —COO—, —OCO— or —CH 2 CH 2 -, Y is a 1,4-phenylene group or a 1,4-transcyclohexylene group, and Z 1 Is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom or a cyano group. However, the code | symbol used here shall point out only the code | symbol in this type | formula. )
[0039]
Among these, the following compounds are particularly preferable because of their large refractive index anisotropy.
[0040]
Embedded image
[0041]
Moreover, the compound shown by a following formula can also be illustrated.
[0042]
Embedded image
(Wherein R Three Is a hydrogen atom or a methyl group, R Four Is an alkyl group, E Three , E Four , E Five Are each independently a 1,4-phenylene group, and one or more hydrogen atoms in the group may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group. X and Y are each independently a single bond or an oxycarbonyl group, α is an integer of 0 to 8, β is 0 when α is 0, 1 when α is 1 or more, and γ represents 0 or 1. However, the code | symbol used here shall point out only the code | symbol in this type | formula. )
[0043]
Especially R Four Is preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms. For example, the following compounds are preferred.
[0044]
Embedded image
[0045]
Furthermore, the compound shown by a following formula can also be illustrated.
[0046]
Embedded image
Wherein Y is a 1,4-phenylene group or a 1,4-transcyclohexylene group; 2 Represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. )
[0047]
Specifically, 4- (trans-4′-n-propylcyclohexylcarbonyloxy) phenyl acrylate, 4- (trans-4′-n-butylcyclohexylcarbonyloxy) phenyl acrylate, 4- (trans-4′-n) -Pentylcyclohexylcarbonyloxy) phenyl acrylate, 4- (4'-n-propylphenylcarbonyloxy) phenyl acrylate, 4- (4'-n-butylphenylcarbonyloxy) phenyl acrylate, 4- (4'-n-pentyl) Preferred examples include phenylcarbonyloxy) phenyl acrylate.
These polymerizable liquid crystal compounds can be used alone or in combination of two or more.
[0048]
The composition of the present invention may also contain a polymerizable non-liquid crystal compound, that is, a polymerizable compound that does not exhibit liquid crystallinity. Such a polymerizable compound is not particularly limited, but acrylate-based, methacrylate-based, and vinyl ether-based compounds are particularly preferable, and these can be used alone or in combination of two or more.
[0049]
Furthermore, the composition of the present invention can contain a non-polymerizable liquid crystal compound, that is, a liquid crystal compound having no polymerizable functional group. Such a liquid crystal compound is not particularly limited as long as it is a known liquid crystal compound, such as a component exhibiting liquid crystallinity at a low temperature, a low viscosity component, a component that improves dielectric anisotropy, and a component that imparts cholesteric properties. These can be selected appropriately according to the required performance. These may be used singly or in combination of two or more, and are preferably contained in a ratio that can impart desired characteristics.
[0050]
Examples thereof include compounds represented by the following formulas described in JP-A-9-180234 and JP-A-9-281332.
[0051]
Embedded image
(In the formula, A is a phenylene group or trans-1,4-cyclohexylene group, m is 0 or 1, X is a fluorine atom or a hydrogen atom, Y is a cyano group, a fluorine atom or a chlorine atom, and Z is a fluorine atom or A hydrogen atom and R are a linear alkyl group having 2 to 8 carbon atoms or a linear alkoxyl group having 2 to 8 carbon atoms, provided that the symbols used here refer only to the symbols in this formula. .)
[0052]
In particular, for the purpose of reducing the viscosity, for example, a dialkenyl biphenyl derivative having an alkenyl group at both ends of biphenyl described in JP-A-9-328443 is effective, and such a compound increases the clearing point. Since there is an effect and the refractive index anisotropy is relatively large, it can be preferably used.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-36847 exemplifies compounds having the following structures as a viscosity reducing agent, a NI (nematic phase-isotropic phase transition) point adjusting agent, or a freezing point adjusting agent.
[0053]
Embedded image
(In the formula, R represents an alkyl group or an alkoxy group, X represents a hydrogen atom, a methyl group, a halogen atom, a cyano group, a phenyl group, etc., and n represents a positive number. (It shall refer only to the sign in this formula.)
Further, compounds having the following structure described in JP-A-10-228670 can also be used.
[0054]
Embedded image
(Wherein R Five , R 6 And R 7 Represents an alkyl group or an alkoxyl group, and m represents an integer of 0 or 1. However, the code | symbol used here shall point out only the code | symbol in this type | formula. )
[0055]
Moreover, as a compound which improves dielectric anisotropy, the compound of the following structure etc. which are described in Unexamined-Japanese-Patent No. 10-067694 etc. are mentioned, for example.
[0056]
Embedded image
(Wherein R Four And R Five Each independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, but any non-adjacent methylene group in the group may be substituted with an oxygen atom or —CH═CH—. Any hydrogen atom in the group may be substituted with a fluorine atom. Y 2 Represents a —CN group or —C≡C—CN. Ring F represents trans-1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 1,3-dioxane-2,5-diyl or pyrimidine-2,5-diyl, and ring G represents trans-1,4-cyclohexyl. Silene, 1,4-phenylene or pyrimidine-2,5-diyl in which a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom, and ring M represents trans-1,4-cyclohexylene or 1,4-phenylene. Z 6 Represents a 1,2-ethylene group, —COO— or a covalent bond. L Three , L Four And L Five Each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom. b, c and d each independently represent 0 or 1; Moreover, the atom used in each formula is shown also including an isotope. However, the code | symbol used here shall point out only the code | symbol in this type | formula. )
[0057]
The composition of the present invention is preferably prepared so as to exhibit a liquid crystal phase in a temperature range of −30 to 150 ° C., more preferably −10 to 120 ° C., and preferably exhibits a liquid crystal phase in a wider temperature range.
[0058]
The composition of the present invention can also be imparted with cholesteric properties by adding a chiral compound. It does not specifically limit as a chiral compound, For example, what has a cholesteryl group as optically active groups, such as pelargonic acid cholesterol or a stearic acid cholesterol, CB-15, C-15 (made by BDH), S-1082 in a commercial item. S-811 (manufactured by Merck), CM-21, CM-22 (manufactured by Chisso), and the like, those having a 2-methylbutyl group as the optically active group can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more.
[0059]
Furthermore, a stabilizer may be added to the composition of the present invention in order to improve its storage stability. Examples of the stabilizer include hydroquinone, hydroquinone monoalkyl ethers and tert-butylcatechols.
[0060]
The composition of the present invention thus prepared forms a polymer liquid crystal by photopolymerization. At this time, glass, plastic or the like can be used as the support. The support surface may be subjected to orientation treatment as necessary. In the orientation treatment, the support surface may be directly rubbed with natural fibers such as cotton and wool, synthetic fibers such as nylon and polyester, or polyimide or polyamide may be applied and the surface may be rubbed with the above fibers or the like. Good. Spacers such as glass beads are arranged, a plurality of supports are opposed to each other at a desired interval, and the composition is injected and filled between the supports. The injected composition is maintained in a liquid crystal state and photopolymerized in a state where molecules are aligned.
[0061]
In order to keep the composition in a liquid crystal state, the ambient temperature is changed to the melting point T m To nematic isotropic phase transition temperature T c The range of T c Since the refractive index anisotropy is extremely small at temperatures close to, the upper limit of the ambient temperature is (T c -10) It is preferable to set it as below degrees C The light used for photopolymerization is preferably ultraviolet light or visible light.
In the case of photopolymerization, it can be efficiently polymerized by using a photopolymerization initiator. The photopolymerization initiator is not particularly limited, and photopolymerization initiators such as acetophenones, benzophenones, benzoins, benzyls, Michler ketones, benzoin alkyl ethers, benzyl dimethyl ketals, and thioxanthones can be preferably used. Moreover, you may mix and use 2 or more types of photoinitiators as needed. 0.1-10 mass% is preferable with respect to a composition, and, as for the usage-amount of a photoinitiator, 0.3-2 mass% is especially preferable.
[0062]
The polymer liquid crystal of the present invention may be used while being sandwiched between supports, or may be used after being peeled off from the support. The polymer liquid crystal thus produced has a high refractive index anisotropy and is suitable for an optical element since it has liquid crystallinity in a temperature range wider than that of the monomer liquid crystal before polymerization.
[0063]
Among such optical elements, it is suitable as a polymer film having uniaxial anisotropy, and examples thereof include a retardation film, a polarizing prism, and a polarizing hologram. It is particularly suitable as a polarization hologram, and this will be described below.
The polarization hologram has a function of changing the diffraction efficiency with respect to different polarized light by having a grating structure periodically modulated in refractive index. In particular, the case where the diffraction efficiency ratio of the 0th order and the ± 1st order is maximized is preferably used for S-polarized light and P-polarized light having different polarization directions by 90 degrees. Further, when an optical element is used, it is often used in combination with a quarter-wave plate in order to control the polarization direction. As such an example, a polarization hologram beam splitter with high reciprocating efficiency used as an optical pickup. Is mentioned.
[0064]
In the case of using a polymer liquid crystal as a polarization hologram, a method for producing a refractive index-modulated grating structure is to use a substrate having a transparent electrode such as ITO patterned on a periodic basis to bring it into a predetermined alignment state in a monomer state. After control, the polymer liquid crystal is polymerized by periodically refractive index modulation, or as described in JP-A-11-2111905, the monomer is uniaxially oriented and polymerized to obtain a uniaxially oriented high liquid crystal. Examples of the method include a method in which after forming a molecular liquid crystal, a lattice shape is imparted by photolithography, and an isotropic medium is filled in a lattice concave portion.
Alternatively, the polarization hologram may be manufactured by performing the alignment process on the two opposing substrates and then performing the mold release process on the opposing surface of at least one of the substrates.
Furthermore, as a method for producing a polarization hologram, a method of filling a composition into a concave portion of an isotropic substrate having a lattice shape and then polymerizing it into a polarization hologram can be exemplified. At the time of filling, it is preferable to use a substrate that has been subjected to a rubbing treatment because there is little alignment disorder. The filling method can be the same as that of the above-mentioned JP-A No. 11-21905. In addition, the substrate having no opposing lattice shape is subjected to an alignment treatment, and then subjected to a mold release treatment, and after the polymerization, the counter substrate. The polarization hologram may be manufactured by peeling off.
[0065]
Next, FIG. 1 shows a schematic side view when the above-described polarization hologram is used as an optical head device as a hologram beam splitter. In FIG. 1, the light emitted from the semiconductor laser 5 as the light source passes through the polarization hologram 4 as the hologram beam splitter, is condensed on the optical disk 8 by the objective lens 7, and the reflected light from the optical disk 8 is again the objective lens 7. , And is diffracted by the hologram beam splitter and reaches the light receiving element 6.
By inserting the quarter wavelength plate 10 between the hologram beam splitter and the optical disk 8, the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the semiconductor laser 5 can be rotated by 90 degrees in the forward path and the backward path, The transmittance is high for the light in the forward polarization direction, and the diffraction efficiency is high for the light in the polarization direction of the return path, so that the light utilization efficiency can be increased.
[0066]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[Example 1: Synthesis of Compound 5A]
Compound 5A represented by the following formula was synthesized.
[0067]
Embedded image
[0068]
4,4′-dihydroxydiphenylacetylene (compound a) 15 g (0.070 mol), 6-bromo-1-heptanol 38.8 g (0.21 mol), potassium carbonate 39 g (0.29 mol) and dimethylformamide 150 mL of the mixture was refluxed at 125 ° C. After sufficiently reacting, the reaction solution was added to ice water and filtered under reduced pressure to collect crystals. This was washed with 1 mol / L HCl and water and dried. Thereafter, recrystallization is carried out using dioxane and a mixed solvent of dioxane / toluene to obtain powder crystals 17 of 4,4′-bis (6-hydroxyheptyloxy) -diphenylacetylene (a compound represented by m = 6 in the formula b). 0.6 g was obtained (yield 60%).
[0069]
Next, 11.7 g (0.030 mol) of the obtained powder crystal was dissolved in 57.2 g (0.47 mol) of dimethylaniline and 150 mL of N, N′-dimethyl-2-pyrrolidinone, and N, N′— 10.3 g (0.11 mol) of acrylic acid chloride dissolved in 20 mL of dimethyl-2-pyrrolidinone was added dropwise. After sufficiently reacting at room temperature, the reaction solution was added to ice water, and the organic phase was extracted. Hexane was added thereto, and the precipitate was collected by vacuum filtration. This was dissolved in methylene chloride (solvent), washed with 0.5 mol / L NaOH and water, and dried over anhydrous magnesium sulfate. The solvent was concentrated under reduced pressure, and the resulting crystals were recrystallized using a hexane / toluene mixed solvent. Further, column chromatography was performed using a column packed with silica gel using a mixed solvent of hexane and ethyl acetate as a developing solvent. The extract was purified and recrystallized with a hexane / toluene mixed solvent to obtain 7.65 g (yield 52%) of compound 5A, that is, 4,4′-bis (6-acryloyloxyheptyloxy) diphenylacetylene powder crystal. Obtained.
[0070]
The infrared absorption spectrum (KBr tablet) of compound 5A is shown in FIG.
Also, 1 H-NMR spectrum (CDCl Three Solvent, TMS internal standard) is δ (ppm): 1.3-1.5 (8H, m), 1.64 (4H, m), 1.72 (4H, m), 3.99 (4H, t), 4.11 (4H, t), 5.93 (2H, d), 6.17 (2H, dd), 6.31 (2H, d), 6.94 (4H, d), 7. 43 (4H, d).
[0071]
As a result of observing Compound 5A under a polarizing microscope, it changed from a crystal to an isotropic liquid at 68 ° C. when the temperature was raised. Since the phase transition from an isotropic liquid to a smectic A phase at 68 ° C. and a crystal at 57 ° C. during cooling, it was confirmed to be a monotropic liquid crystal.
[0072]
[Example 2: Synthesis of Compound 5B]
Instead of 6-bromo-1-heptanol used in Example 1, 8-bromo-1-octanol was used. Otherwise in the same manner as in Example 1, the following compound 5B was obtained.
[0073]
Embedded image
[0074]
The infrared absorption spectrum (KBr tablet) of compound 5B is shown in FIG.
Also, 1 H-NMR spectrum (CDCl Three Solvent, TMS internal standard) is δ (ppm): 1.3-1.5 (16H, m), 1.67 (4H, m), 1.78 (4H, m), 3.96 (4H, t), 4.15 (4H, t), 5.82 (2H, d), 6.12 (2H, dd), 6.39 (2H, d), 6.84 (4H, d), 7. 42 (4H, d).
As a result of observing compound 5B under a polarizing microscope, it changed from a crystal to an isotropic liquid at 75 ° C. when the temperature was raised. Since the phase transition from an isotropic liquid to a smectic A phase at 75 ° C. and a crystal at 70 ° C. at the time of temperature decrease, it was confirmed to be a monotropic liquid crystal.
[0075]
[Example 3: Synthesis of Compound 5C]
The following compound 5C was synthesized as follows.
[0076]
Embedded image
[0077]
1.00 g (0.0048 mol) of 4,4′-dihydroxydiphenylacetylene, 20 mL of dry tetrahydrofuran, 1.65 g (0.011 mol) of 4-hydroxybutyl acrylate, 2.99 (0.011 mol) of triphenylphosphine The mixture of 1.99 g (0.11 mol) of diethyl azodicarboxylate and 10 mL of dry tetrahydrofuran was added thereto and reacted at room temperature. After sufficiently reacting, tetrahydrofuran was distilled off to obtain a brown liquid. This was subjected to column chromatography using a column packed with silica gel using dichloromethane as a developing solution. The extract was purified and recrystallized from ethanol to obtain 1.10 g (yield 50%) of compound 5C, ie, 4,4′-bis (4-acryloyloxybutyloxy) diphenylacetylene powder crystals.
[0078]
The infrared absorption spectrum (KBr tablet) of compound 5C is shown in FIG.
Also, 1 H-NMR spectrum (CDCl Three Solvent, TMS internal standard) is δ (ppm): 1.89 (8H, m), 4.01 (4H, t), 4.24 (4H, t), 5.83 (2H, d), 6 .12 (2H, dd), 6.41 (2H, d), 6.85 (4H, d), and 7.43 (4H, d).
As a result of observing Compound 5C under a polarizing microscope, it changed from a crystal to an isotropic liquid at 80 ° C. when the temperature was raised. When the temperature was lowered, a phase transition from an isotropic liquid to a crystal occurred at 79 ° C., and no liquid crystal phase was observed.
[0079]
[Example 4: Synthesis of Compound 6A]
Instead of 4,4′-dihydroxydiphenylacetylene (compound a) used in Example 1, 4,4′-dihydroxy-3-methyldiphenylacetylene (compound c) was used. Otherwise in the same manner as in Example 1, the following compound 6A was obtained.
[0080]
Embedded image
[0081]
The infrared absorption spectrum (KBr tablet) of Compound 6A is shown in FIG.
Also, 1 H-NMR spectrum (CDCl Three Solvent, TMS internal standard) is δ (ppm): 1.3 to 1.6 (8H, m), 1.6 to 1.9 (8H, m), 2.20 (3H, s), 3. 97 (4H, t), 4.17 (4H, t), 5.81 (2H, d), 6.12 (2H, dd), 6.40 (2H, d), 6.75 (1H, d) ), 6.84 (2H, d), 7.23 (1H, s), 7.3 (1H, d), and 7.42 (2H, d).
As a result of observing compound 6A under a polarizing microscope, it changed from a crystal to an isotropic liquid at 43 ° C. when the temperature was raised. Since the phase transition from an isotropic liquid to a nematic phase at 32 ° C. and a crystal at 30 ° C. at the time of cooling, it was confirmed to be a monotropic liquid crystal.
[0082]
[Example 5: Synthesis of Compound 6B]
Instead of 4,4′-dihydroxydiphenylacetylene (the compound a) used in Example 3, 4,4′-dihydroxy-3-methyldiphenylacetylene (the compound c) was used. Otherwise in the same manner as in Example 3, the following compound 6B was obtained.
[0083]
Embedded image
The infrared absorption spectrum (KBr tablet) of compound 6B is shown in FIG.
Also, 1 H-NMR spectrum (CDCl Three Solvent, TMS internal standard) is δ (ppm): 1.9 to 2.0 (8H, m), 2.21 (3H, s), 4.01 (4H, t), 4.25 (4H, t), 5.83 (2H, d), 6.12 (2H, dd), 6.41 (2H, d), 6.75 (1H, d), 6.84 (2H, d), 7. 26 (1H, s), 7.3 (1H, d), and 7.42 (2H, d).
As a result of observing Compound 6B under a polarizing microscope, it changed from a crystal to an isotropic liquid at 50 ° C. when the temperature was raised. When the temperature was lowered, the phase was changed from an isotropic liquid to a crystal at 43 ° C., and no liquid crystal phase was observed.
[0084]
Example 6 Synthesis of Compound 6C
Instead of 4,4′-dihydroxydiphenylacetylene (compound a) used in Example 1, 4,4′-dihydroxy-3-methyldiphenylacetylene (compound c) was used instead of 6-bromo-1-heptanol. 3-Bromo-1-propanol was used. Otherwise in the same manner as in Example 1, the following compound 6C was obtained.
[0085]
Embedded image
The infrared absorption spectrum (KBr tablet) of Compound 6C is shown in FIG.
Also, 1 H-NMR spectrum (CDCl Three Solvent, TMS internal standard) is δ (ppm): 2.1-2.2 (4H, m), 2.21 (3H, s), 4.08 (4H, t), 4.37 (4H, t), 5.84 (2H, d), 6.13 (2H, dd), 6.41 (2H, d), 6.76 (1H, d), 6.85 (2H, d), 7. 26 (1H, s), 7.32 (1H, d), and 7.43 (2H, d).
As a result of observing Compound 6C under a polarizing microscope, it changed from a crystal to an isotropic liquid at 71 ° C. when the temperature was raised. When the temperature was lowered, the phase was changed from an isotropic liquid to a crystal at 45 ° C., and no liquid crystal phase was observed.
[0086]
[Example 7: Synthesis of Compound 7A]
In place of 4,4′-dihydroxydiphenylacetylene (the compound a) used in Example 1, 4,4′-dihydroxy-2-methyldiphenylacetylene (the compound d) was used. Otherwise in the same manner as in Example 1, the following compound 7A was obtained.
[0087]
Embedded image
[0088]
The infrared absorption spectrum (KBr tablet) of Compound 7A is shown in FIG.
Also, 1 H-NMR spectrum (CDCl Three Solvent, TMS internal standard) is δ (ppm): 1.3-1.6 (8H, m), 1.6-1.9 (8H, m), 2.45 (3H, s), 3. 97 (4H, t), 4.17 (4H, t), 5.82 (2H, d), 6.12 (2H, dd), 6.40 (2H, d), 6.65 (1H, d) ), 6.75 (1H, s), 6.85 (2H, d), 7.38 (1H, d), and 7.42 (2H, d).
As a result of observing Compound 7A under a polarizing microscope, it changed from a crystal to an isotropic liquid at 78 ° C. when the temperature was raised. When the temperature was lowered, a phase transition from an isotropic liquid to a crystal occurred at 62 ° C., and no liquid crystal phase was observed.
[0089]
[Example 8: Refractive index anisotropy of compound 5A]
Clear point T c Is 85 ° C., and the temperature T obtained by Equation 8 s Refractive index anisotropy Δn (X 0 ) Ts Liquid crystal monomer X with 0.119 o Was used. The refractive index anisotropy of the composition was determined at 589 nm. Liquid crystal monomer X o In which 10 mol% of compound 5A was dissolved in 1 Was prepared. This composition X 1 T c Is 82 ° C., and the temperature T determined by Equation 8 is s Composition X measured in 1 Refractive index anisotropy Δn (X 1 ) Ts Was 0.126. Here, the refractive index anisotropy Δn calculated by Equation 9 Ts Is defined as the refractive index anisotropy of compound 5A. △ n (X 0 ) Ts And Δn (X 1 ) Ts Is substituted into Equation 9 and the calculated refractive index anisotropy Δn of compound 5A Ts Was 0.243.
[0090]
[Expression 1]
[0091]
[Example 9: Refractive index anisotropy of compounds 5B, 5C, 6A, and 7A]
Refractive index anisotropy Δn of compounds 5B, 5C, 6A and 7A in the same manner as in Example 8. Ts Were 0.219, 0.253, 0.217, and 0.233, respectively.
[0092]
[Example 10: Refractive index anisotropy of compound e]
Refractive index anisotropy Δn of a compound in which q is 6 in formula 4, that is, 4,4′-bis (acryloyloxyhexyloxy) biphenyl (hereinafter referred to as compound e). Ts Was obtained in the same manner as in Example 6, and was found to be 0.150. The compound changed from a crystal to an isotropic liquid at 81 ° C. when the temperature was increased. Even when the temperature was lowered, the crystal changed from an isotropic liquid to a crystal at 81 ° C., and no liquid crystal phase was observed.
[0093]
Table 1 shows the refractive index anisotropy of the compounds 5A, 5B, 5C, 6A, and 7A and the compound e.
[0094]
[Table 1]
[0095]
Example 11: Preparation of composition
4-acryloyloxy-4′-cyanobiphenyl (the following compound X 1 ), 4- (3-acryloyloxypropyl) oxy-4′-cyanobiphenyl (compound X below) 2 ), 4- (6-acryloyloxyhexyl) oxy-4′-cyanobiphenyl (the following compound X) Three ), 4- (4-n-butylbenzoyloxy) phenyl acrylate (compound X below) Four ), 4- (4-n-hexylbenzoyloxy) phenyl acrylate (compound X below) Five ) Using the composition Y 1 Was prepared. The composition ratio is X in terms of molar ratio. 1 : X 2 : X Three : X Four : X Five = 0.25: 0.10: 0.35: 0.15: 0.15.
[0096]
Embedded image
[0097]
This composition Y 1 Compound 5A is added to the composition Y so that the composition ratio is 25 mol%. 2 Was prepared. Composition Y 2 Is T c Was a nematic liquid crystal having a temperature of 63 ° C. and being in a supercooled state but stable to room temperature. Also, composition Y 2 The refractive index anisotropy at 40 ° C. was 0.181 at 589 nm.
[0098]
[Example 12: Production of polymer liquid crystal]
After applying polyimide, which is an alignment agent, with a spin coater and heat-treating, a glass substrate that has been rubbed in a certain direction with nylon cloth is used as a support, and the two supports are used with an adhesive so that the aligned surfaces face each other. The cell 1 was produced by bonding. At that time, a glass block was inserted on one side to form a wedge shape.
[0099]
Composition Y of Example 11 2 A photopolymerization initiator “Irgacure 907 (manufactured by Ciba Geigy)” was added to cell 1 at 70 ° C. Next, 5 mW / cm at 50 ° C. 2 The polymer liquid crystal was produced by irradiating ultraviolet rays having the intensity of 300 nm for 300 seconds to carry out photopolymerization. This polymer liquid crystal was horizontally aligned in the rubbing direction of the substrate, and the refractive index anisotropy was 0.159 at 589 nm and 25 ° C. This polymer liquid crystal was transparent in the visible range, and no scattering was observed. The polymer liquid crystal exhibited refractive index anisotropy at room temperature or lower and 135 ° C. or higher, and had a wide liquid crystal temperature range.
[0100]
[Example 13: Refractive index anisotropy of polymer liquid crystal containing compound e]
Y prepared in Example 9 1 Compound e is added as a crosslinkable monomer to composition Y so that the composition ratio is 25 mol%. Three Was prepared. Composition Y Three Is T c Was 61 ° C., and it was a nematic liquid crystal that was in a supercooled state but stable to room temperature. This composition Y Three The refractive index anisotropy at 40 ° C. was 0.168 at 589 nm.
Next, composition Y Three A photopolymerization initiator “Irgacure 907 (manufactured by Ciba Geigy)” was added to the same cell 1 as in Example 10 at 70 ° C. Next, 5 mW / cm at 50 ° C. 2 A polymer liquid crystal was produced by irradiating with UV light having an intensity of 300 seconds for photopolymerization. The refractive index anisotropy of the polymer liquid crystal was 0.144 at 589 nm at 25 ° C.
[0101]
Composition Y comprising Compound 5A of the present invention 2 And a composition Y comprising compound e Three Table 2 compares the refractive index anisotropy after composition preparation and the refractive index anisotropy after polymerization of the composition.
[0102]
[Table 2]
[0103]
As shown in Table 2, by using the compound 5A of the present invention, high refractive index anisotropy could be imparted without lowering the nematic phase temperature range.
[0104]
[Example 14: Comparison of compositions containing compounds 5A, 6A, 7A]
Compound X above 1 , X Three And Compound 5A, the molar ratio is X 1 : X Three : Composition Y so that compound 5A = 0.35: 0.35: 0.3 Four Was prepared.
Composition Y Four Wherein the compound 6A was used instead of the compound 5A Five And using compound 7A instead of compound 5A, Y 6 Was prepared. Y Four , Y Five , Y 6 Table 3 shows the liquid crystal temperature range.
[0105]
[Table 3]
[0106]
As shown in Table 3, when compounds 6A and 7A are used, smectic (S m ) Phase does not develop, nematic (N m ) Phase appeared. In particular, composition Y using compound 6A Five Was a nematic phase stable to room temperature or below.
[0107]
[Example 15: Application to optical element and optical head]
On the surface of a glass substrate on which a rectangular grid having a pitch of 6 μm and a depth of 2 μm was formed, polyimide as an aligning agent was applied with a spin coater, heat-treated, and then rubbed in a direction parallel to the grid direction with a nylon cloth. A cell flat plate substrate having been subjected to the alignment treatment in the same manner was bonded using an adhesive so that the alignment treatment surfaces face each other, thereby producing a cell 2. At that time, the alignment directions were made parallel.
[0108]
Composition Y of Example 11 2 A photopolymerization initiator “Irgacure 907 (manufactured by Ciba Geigy)” added at 0.25 mass% was poured into the cell 2 produced as described above at 70 ° C. to fill the lattice-shaped recesses. Next, 5 mW / cm at 50 ° C. 2 The photopolymerization was carried out by irradiating ultraviolet rays having the intensity of 300 seconds. A quarter wavelength plate was laminated on one side of the cell 2 to produce a polarization hologram beam splitter (optical element). When this polarization hologram splitter was used as an optical head component, the optical head obtained a light use efficiency of 50% in total of ± first-order diffraction efficiencies with a laser light source having a wavelength of 650 nm.
[0109]
【The invention's effect】
According to the present invention, an acrylic acid derivative compound which is a crosslinkable liquid crystal monomer having a high refractive index anisotropy can be synthesized. Compositions using this and polymer liquid crystals obtained by photopolymerization have high refractive index anisotropy. This polymer liquid crystal is suitable as a material for optical elements such as retardation films and polarization hologram elements. In particular, the polarization hologram element is suitable as a component such as an optical head.
The present invention can be applied in various ways as long as the effects of the present invention are not impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view of an optical head device of the present invention.
FIG. 2 is an infrared absorption spectrum of compound 5A.
FIG. 3 is an infrared absorption spectrum of compound 5B.
FIG. 4 is an infrared absorption spectrum of compound 5C.
FIG. 5 is an infrared absorption spectrum diagram of Compound 6A.
FIG. 6 is an infrared absorption spectrum of compound 6B.
FIG. 7 is an infrared absorption spectrum of compound 6C.
FIG. 8 is an infrared absorption spectrum of compound 7A.
[Explanation of symbols]
4 Polarization hologram
5 Semiconductor laser
6 Light receiving element
7 Objective lens
8 Optical disc
10 1/4 wave plate
Claims (8)
R1、R2:それぞれ独立して、水素原子またはメチル基。
E1、E2:それぞれ独立して、非置換の1,4−フェニレン基である。
m、n:m、nはそれぞれ独立して4〜12の整数である。An acrylic acid derivative compound represented by the following formula 1.
R 1 and R 2 : each independently a hydrogen atom or a methyl group.
E 1, E 2: each independently, an unsubstituted 1,4-phenylene group.
m, n: m, n are each independently 4-12 integer.
トリフェニルホスフィンとアゾジカルボン酸ジエチルの存在下、4,4’−ジヒドロキシジフェニルアセチレンとアクリル酸4−ヒドロキシアルキルを反応させることによって、請求項1または2に記載のアクリル酸誘導体化合物を製造する、アクリル酸誘導体化合物の製造方法。 The acrylic acid derivative compound according to claim 1 or 2 is produced by reacting 4,4'-dihydroxydiphenylacetylene and 4-hydroxyalkyl acrylate in the presence of triphenylphosphine and diethyl azodicarboxylate. A method for producing an acid derivative compound.
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