(57)【要約】【課題】青色レーザー光に対して高い耐光性を有し、かつ、高Δｎの青色レーザー光を用いた高密度の光ディスク装置用液晶組成物を得る。【解決手段】最大吸収波長が３２０ｎｍ以下であり、かつ、液晶光学素子中における液晶層の比抵抗の初期値が１０ＧΩｃｍ以上の液晶組成物、特に、一般式（１）で表される１種類以上の化合物を９０重量％以上含む液晶性組成物。Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−（Ｐｈ）ｎ−Ｒ２      （１）（ただし、Ｒ１は炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｒ２はフッ素原子または炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｃｙはトランス−１，４−シクロヘキシレン基、Ｐｈは１，４−フェニレン基、ｎは０または１を意味し、少なくとも１個の１，４−フェニレン基の２、３、５、６位の少なくとも１個の水素原子がフッ素原子に置換されている。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色レーザー用光源を有する光ピックアップ装置に配された液晶光学素子用の液晶組成物において、最大吸収波長が３２０ｎｍ以下であり、かつ、液晶光学素子中における液晶層の比抵抗の初期値が１０ＧΩｃｍ以上であることを特徴とする液晶組成物。
【請求項２】
４００〜４２０ｎｍにおける吸収係数が１０−４μｍ−１以下である請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項３】
下記一般式（１）で表される１種類以上の化合物を９０重量％以上含む請求項１または２に記載の液晶性組成物。
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−（Ｐｈ）ｎ−Ｒ２      （１）
（ただし、Ｒ１は炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｒ２はフッ素原子または炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｃｙはトランス−１，４−シクロヘキシレン基、Ｐｈは１，４−フェニレン基、ｎは０または１を意味し、少なくとも１個の１，４−フェニレン基の２、３、５、６位の少なくとも１個の水素原子がフッ素原子に置換されている。）
【請求項４】
下記一般式（１Ａ）および（１Ｂ）で表される夫々１種類以上の化合物を９０重量％以上含む請求項３に記載の液晶性組成物。
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ２      （１Ａ）
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ２      （１Ｂ）
（ただし、Ｒ１、Ｒ２、ＣｙおよびＰｈは上記と同じ意味を有し、かつ一般式（１Ａ）と一般式（１Ｂ）とでは夫々同じであっても異なっていてもよい。）
【請求項５】
下記一般式（２）で表される１種類以上の化合物を８０〜９０重量％含み、さらに下記一般式（３）で表される１種類以上の化合物を１０〜２０重量％含む請求項４に記載の液晶性組成物。
【化１】
2008150452.tif 000012
（ただし、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は夫々独立に炭素数が１〜１２のアルキル基を意味する）。
【請求項６】
青色レーザー光の波長帯である４００〜４２０ｎｍにおける屈折率異方性が０．１９以上である請求項１〜５のいずれかに記載の液晶組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の液晶組成物を用いたことを特徴とする青色レーザー用光源を有する光ピックアップ装置用の液晶光学素子。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の液晶組成物を封入した液晶光学素子と、少なくとも青色レーザー用を発光する光源と、光検知器とを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は青色レーザー用の光ピックアップ装置用の液晶光学素子を構成する液晶組成物、それを封入した液晶光学素子、それを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクであるＤＶＤは、同じく光ディスクであるＣＤに比してディジタル情報が高密度で記録されている。このため、ＤＶＤを再生するための光ピックアップ装置では、光源の波長をＣＤの７８０ｎｍよりも短い６５０ｎｍまたは６３５ｎｍとし、対物レンズの開口数（ＮＡ）をＣＤの０．４５よりも大きい０．６として、光ディスク面上に集光するスポット径を小さくしている。
【０００３】
さらに、高密度の記録を要求される光ディスクであるＢＤやＨＤＤＶＤにおいては、光源としてさらに短波長の波長が４０５ｎｍ帯の青色レーザー光を出射する半導体レーザーを用い、ＮＡが０．６より大きい対物レンズを備えることで、より大きな記録密度を得るようにされている。それに伴い、従来の無機材料による光学素子のみならず、電圧により位相差や波面を制御、補正する種々の液晶光学素子も提案されている。
【０００４】
特許文献１には、青色レーザー用の光ピックアップ装置用の液晶光学素子として球面収差補正を行う青色レーザー用の液晶レンズが示されている。その液晶光学素子として求められる光学特性、すなわち位相差を発生しうるΔｎを有し、さらに青色レーザー光に対し充分に耐性のある液晶材料が適宜使用される。しかし、従来の液晶光学素子で用いられている液晶材料は、青色レーザー光に対する耐性が低く、長期の耐久性に関して問題があった。特に、液晶レンズでは、入射光の焦点を変化させるパワー成分に相当する大きな位相差の発生が必要となり、液晶材料にも高いΔｎを示すものが求められが、これは通常は同時に青色レーザー光に対する耐光性も低下させる傾向があり、長期の耐久性の確保が困難であった。
【０００５】
一般に、Δｎの大きな液晶材料には、それを構成する分子の化学構造に対し、（Ａ）強い電子吸引性基（例えば、シアノ基、ニトロ基、チオイソシアネート基など）およびアミノ基などの電子供与性基の導入したもの、（Ｂ）トラン液晶に見られるような分子骨格への−Ｃ≡Ｃ−の導入により共役性の増大を図ったものが、用いられている。これらは同時に化合物およびそれら化合物で構成される組成物の吸収を長波長側にシフトさせ、青色レーザー光の波長帯における吸収およびそれに伴う分解を引き起こす傾向があった。
特許文献２には、４００〜５００ｎｍのレーザー光用を用いた場合、液晶材料が光照射による光損傷を受けやすく、液晶材料として不飽和結合(芳香環中の不飽和結合を除く)を有する分子の含有比が２０ｍｏｌ％以下の液晶材料を用いることが好ましいことが示されている。
【０００６】
このように、青色レーザーに対する液晶材料の耐光性を確保しようとする場合、青色レーザー光の波長帯における液晶材料の吸収係数に配慮する。このため、一般的にはそのΔｎは０．１以下の小さいものが用いられる。例えば、特許文献３では、青色光を含む可視域全体で比較的強い光が照射され、かつ高温にさらされる液晶プロジェクター用の液晶材料として、Δｎが０．０８のものを用いることで耐光性を確保している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−８５８０１号公報
【特許文献２】特開２００３−９０９９０号公報
【特許文献３】特開平０７−１８２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、表示素子の場合と異なり、光ピックアップ装置に用いる液晶レンズなどの液晶光学素子においては、上記レベルのΔｎでは充分なパワーもしくは位相差を発生させることは困難である。一方、位相差を確保するために凹凸形状の段差を大きくして液晶層の厚みを厚くするという手法もあるが、これでは電圧に対する応答時間が低下してしまい駆動特性に問題が生じる。また、偏光回折格素子の場合には、やはり回折格子の凹凸の高さを高くする必要があり、正確な格子形状の形成が難しいことおよび液晶層の厚みが厚くなるという同様の問題を生じる。そのため、液晶材料には、できるだけ高いΔｎと青色レーザー光に対する耐光性の確保が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題、すなわち、ある程度高いΔｎを示しつつ青色レーザーの波長帯域における耐光性も確保するという課題を解決することを目的としており、新規な液晶組成物、それを封入した液晶光学素子、それを用いた光ピックアップ装置を提供する。
【００１０】
［１］青色レーザー用光源を有する光ピックアップ装置に配された液晶光学素子用の液晶組成物において、最大吸収波長が３２０ｎｍ以下であり、かつ、液晶光学素子中における液晶層の比抵抗の初期値が１０ＧΩｃｍ以上であることを特徴とする液晶組成物。
【００１１】
［２］４００〜４２０ｎｍにおける吸収係数が１０−５μｍ−１以下である前記［１］に記載の液晶組成物。
【００１２】
［３］下記一般式（１）で表される１種類以上の化合物を９０重量％以上含む前記［１］また前記［２］に記載の液晶性組成物。
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−（Ｐｈ）ｎ−Ｒ２      （１）
（ただし、Ｒ１は炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｒ２はフッ素原子または炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｃｙは１，４−シクロヘキシレン基、Ｐｈは１，４−フェニレン基、ｎは０または１を意味し、少なくとも１個の１，４−フェニレン基の少なくとも１個の水素原子がフッ素原子に置換されている。）
【００１３】
［４］下記一般式（１Ａ）および（１Ｂ）で表される夫々１種類以上の化合物を９０重量％以上含む前記［３］に記載の液晶性組成物。
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ２      （１Ａ）
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ２      （１Ｂ）
（ただし、Ｒ１、Ｒ２、ＣｙおよびＰｈは上記と同じ意味を有し、かつ一般式（１Ａ）と一般式（１Ｂ）とでは夫々同じであっても異なっていてもよい。）
【００１４】
［５］下記一般式（２）で表される１種類以上の化合物を８０〜９０重量％含み、さらに下記一般式（３）で表される１種類以上の化合物を１０〜２０重量％含む前記［４］に記載の液晶性組成物。
【００１５】
【化１】
2008150452.tif 000002
【００１６】
（ただし、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は夫々独立に炭素数が１〜１２のアルキル基を意味する）。
【００１７】
［６］青色レーザー光の波長帯である４００〜４２０ｎｍにおける屈折率異方性が０．１９以上である前記［１］〜前記［５］のいずれかに記載の液晶組成物。
【００１８】
［７］前記［１］〜前記［６］のいずれかに記載の液晶組成物を用いたことを特徴とする青色レーザー用光源を有する光ピックアップ装置用の液晶光学素子。
【００１９】
［８］前記［１］〜前記［６］のいずれかに記載の液晶組成物を封入した液晶光学素子と、少なくとも青色レーザー用を発光する光源と、光検知器とを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【００２０】
本発明の液晶組成物は，光源として波長４００〜４２０ｎｍの光を出射する青色レーザーを用いた光ピックアップ装置中に配された液晶光学素子に封入して用いられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明における液晶光学素子に用いられる液晶組成物は、最大吸収波長が３２０ｎｍ以下であり、かつ、液晶光学素子中における液晶層の比抵抗の初期値が１０ＧΩｃｍ以上であるものが用いられる。実際に使用する波長は４００〜４２０ｎｍの光であるが、最大吸収波長を３２０ｎｍ以下にすることにより、使用波長域での吸収が低く、光損傷を低下できる。さらに液晶層の比抵抗を１０ＧΩｃｍ以上とすることにより、耐光性がさらに向上し、高光量（単位面積当り）に長時間さらされても、液晶光学素子の劣化を低減させることができる。
【００２２】
特に、４００〜４２０ｎｍにおける吸収係数が１０−５μｍ−１以下となる液晶組成物が、使用する光に対する劣化が少なく好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この液晶組成物には、下記一般式（１）で表される１種類以上の化合物を９０重量％以上含む液晶性組成物を用いることが好ましい。
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−（Ｐｈ）ｎ−Ｒ２      （１）
（ただし、Ｒ１は炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｒ２はフッ素原子または炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｃｙはトランス−１，４−シクロヘキシレン基、Ｐｈは１，４−フェニレン基、ｎは０または１を意味し、少なくとも１個の１，４−フェニレン基の少なくとも１個の水素原子がフッ素原子に置換されている。）
【００２４】
すなわち、一般式（１）の化合物は、その複数ある１，４−フェニレン基の中の少なくとも１個の水素原子がフッ素原子に置換されている化合物である。このフッ素原子は、１，４−フェニレン基の２、３、５、６位に存在するものであり、Ｒ２のフッ素原子とは異なる。この液晶材料を用いることにより、４００〜４２０ｎｍの光による劣化が少なく、かつ、高いΔｎを有する液晶組成物とすることができる。この一般式（１）の化合物は１種類で用いることもできるが、各種特性を調整するために、２種類以上組み合わせて用いることが好ましい。これに組み合わせる他の液晶材料は、屈折率、使用温度域等を調整する目的で１０重量％以下加えてもよく、公知の種々の材料を用いることができるが、４００〜４２０ｎｍの光による劣化が少ない材料を用いることが好ましい。
【００２５】
本発明では、一般式（１）の化合物として、下記一般式（１Ａ）および（１Ｂ）で表される夫々１種類以上の化合物を９０重量％以上含む液晶性組成物を用いることがΔｎや青色レーザーへの耐久性の点からみて好ましい。
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ２      （１Ａ）
Ｒ１−Ｃｙ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ２      （１Ｂ）
（ただし、Ｒ１、Ｒ２、ＣｙおよびＰｈは一般式（１）の化合物と同じ意味を有し、かつ一般式（１Ａ）と一般式（１Ｂ）とでは夫々同じであっても異なっていてもよい。）
【００２６】
上記一般式（１）の化合物としては、以下のような化合物が例示される。Ｒ１、Ｒ２については、前記一般式（１）の場合と同様に、Ｒ１は炭素数が１〜１２のアルキル基、Ｒ２はフッ素原子または炭素数が１〜１２のアルキル基を意味する。ｎが０か１かで３環構造と４環構造の化合物がある。なお、ここでは１つのフェニレン基の水素原子のみがフッ素原子に置換した化合物を例示するが、複数のフェニレン基において水素原子がフッ素原子に置換した化合物であっても使用できる。
ｎ＝０の場合、すなわち一般式（１Ａ）の化合物（３環構造）の場合には、以下のような化合物が例示される。
【００２７】
【化２】
2008150452.tif 000003
【００２８】
【化３】
2008150452.tif 000004
【００２９】
ｎ＝１の場合、すなわち一般式（１Ｂ）の化合物（４環構造）の場合には、以下のような化合物が例示される。
【００３０】
【化４】
2008150452.tif 000005
【００３１】
【化５】
2008150452.tif 000006
【００３２】
【化６】
2008150452.tif 000007
【００３３】
上記の化合物は、１種の化合物でも所望の物性を備えていれば使用可能であるが、特性を調整するためには２種以上の化合物を混合して用いることが好ましい。上記一般式（１）の化合物を複数用いる場合としては、特に、下記一般式（２）で表される１種類以上の化合物を８０〜９０重量％含み、さらに下記一般式（３）で表される１種類以上の化合物を１０〜２０重量％含むようにすることが高Δｎ、高耐久という点で好ましい。
【００３４】
【化７】
2008150452.tif 000008
【００３５】
ただし、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は夫々独立に炭素数が１〜１２のアルキル基を意味する。
この液晶組成物とする場合、Δｎは高い傾向があるが、特に、組成を組む化合物を選択してΔｎが０．１９以上とすることが好ましい。これにより、液晶レンズや偏光回折素子として用いられた場合、凹凸の高さを低くでき、製造がしやすくなり、液晶の駆動電圧を低減させることができる。
【００３６】
４００〜４２０ｎｍの発振波長を有し、記録用では最大光出力３０ｍＷ以上の光源を有する光ピックアップ装置では、その光路中に本発明の液晶組成物を封入した液晶光学素子を配置して用いることになる。この場合、本発明の液晶組成物を用いた液晶光学素子では、光源の光によるダメージを受けにくいという効果がある。光ピックアップ装置では、レーザー光自体の総光量はわずかではあるが、極めて小さい面積をそのレーザー光が通過するため、単位面積当りの光量は極めて大きいことになり、液晶光学素子の耐光性が低いと劣化が早く進行する。
【００３７】
本発明の液晶組成物に好適な液晶化合物としては、その分子の環の１個〜複数個の水素原子がフッ素原子に置換された構造を有する。このフッ素原子の立体障害により凝集系においても分子間相互作用が小さく、その結果、吸収の長波長側への広がりを抑制する効果がある。
【００３８】
本発明における液晶光学素子は、基板間に液晶組成物を封入した構成を有する。通常は、２枚の基板ともに透明基板を用いればよいが、偏光回折格子のような場合には、反射型とすることも可能なので、一方の基板を不透明な基板とすることもできる。基板には、必要に応じて電極、凹凸構造、配向膜等を形成する。そのような基板をシール材で周辺シールして空セルを形成し、注入口から液晶組成物を注入して注入口を封止して液晶光学素子を完成させる。液晶組成物を基板上に滴下してシール材の硬化と液晶の封入を同時に行うこともできる。このような液晶光学素子の構造、製法については、公知の液晶表示素子の製造方法が利用できる。
【００３９】
この液晶光学素子は、偏光依存性をなくす、効果をより大きくする、変化の多様性を増やす等の目的で、液晶層を複数設けることもできる。液晶層を２層設ける場合、基板は３枚としてもよく、４枚としてもよい。また、必要に応じて液晶光学素子の外面に、絞り、無反射層、回折格子等を形成してもよいし、位相板等を積層してもよい。液晶層に接する透明基板の面に凹状、凸状などの曲面を形成してもよい。
【００４０】
本発明の液晶光学素子は、液晶レンズ、偏光回折格子、位相板等に使用でき、特に、電極への電圧印加状況により、液晶光学素子の特性を変化させることができる用途に好適である。具体的には、電圧印加により波面を変化させて収差制御、回折のオンオフ制御、位相板としての機能のオンオフ制御等がある。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例および比較例により本発明を詳細に説明する。
実施例および比較例として、下記式（９）〜（１３）に示した化合物を調合して組成物とした。表１に、組成物１（実施例）と組成物２、３（比較例）の調合割合（重量％）、室温における相、液晶相‐等方相相相転移温度、くさび法による組成物の波長４０５ｎｍのΔｎを示す。
【００４２】
【化８】
2008150452.tif 000009
【００４３】
【表１】
2008150452.tif 000010
【００４４】
本実施例および比較例における液晶組成物の耐光性試験を行うために液晶光学素子を作成した。ガラス基板上に、ＩＴＯによる透明導電膜を形成し、その上に市販のポリイミド配向膜を塗布し、硬化させた後にラビング法によりラビングして配向膜を形成して２枚の透明電極付きのガラス基板を製造した。その後、一方のガラス基板の周辺部にシール材を付与し、３．５μｍ径のスペーサーを配向膜表面に散布し、他方のガラス基板を両ガラス基板の配向処理方向が平行になるように重ねて空セルを製造した。この空セルのシール材に設けてあった切り欠きである、注入口から組成物１、組成物２、組成物３を夫々注入し、注入口を封止して液晶光学素子１、液晶光学素子２および液晶光学素子３を製造した。
【００４５】
耐光性試験として、光源にはコヒーレント社製Ｋｒレーザー（波長：４０５ｎｍおよび４１３ｎｍ、強度：４０ｍＷ）の直線偏光を用い、その偏光方向が液晶光学素子のラビング方向と平行になるように液晶素子に入射させた。本耐光性試験は７０℃の温度下で液晶光学素子の両透明電極間に交流電圧（周波数：１ｋＨｚ，電圧：９Ｖ）を印加しながら行なった。レーザー照射開始より３８０時間経過後の液晶性組成物のレーザー耐性を、レーザー照射前（初期値）と照射後の液晶層の比抵抗を測定することにより評価した（ソーラトロン社製インピーダンスアナライザー「ＳＩ１２６０」）。また、液晶光学素子の素子機能は、液晶光学素子の電圧−透過率特性の閾値電圧の変化により見積もった。その結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
2008150452.tif 000011
【００４７】
液晶光学素子２（組成物２）のパネルは、レーザー照射後、焼き付きが発生し、電圧−透過率特性の測定が不可能であった。また、液晶光学素子３（組成物３）のパネルは、レーザー照射後、比抵抗および閾値電圧については大きな劣化は見られなかったものの、パネルに多数の配向欠陥領域が発生した。一方、液晶光学素子１（組成物１）のパネルは、レーザー照射後においてもパネルの焼き付きや配向欠陥の発生もなく安定であった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように本発明によれば、青色レーザー光に対して高い耐光性を有し、かつ、比較的に高いΔｎを有する液晶組成物を得られる。この液晶組成物を封入した液晶光学素子を光ピックアップ装置に用いることにより、青色レーザー光を用いた高密度の光ディスク装置を得ることができる。使用する材料を選別することにより、容易に高Δｎにできるので、波面補正や回折格子の凹凸の高さも低くでき、凹凸加工容易になり、駆動電圧も低くすることができる。