JPS59174604A - 電気光学材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、２次の電気光学効果を利用する光変調素子や
光偏向素子等に用いられる電気光学材料に関するもので
ある。

従来例の構成とその問題点 電気光学効果とは、物質の屈折率が外部電界によって変
化する現象であって、電界の１次に比例する効果と２次
に比例する効果とがあり、それぞれポッケルス効果、カ
ー効果と呼ばれている。

例えばポッケルス効果を有する材料としては、ＫＨ２Ｐ
Ｏ４（ＫＤＰ　）、　ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ　）ｔ
　ＬｉＮｂ０．、　Ｐ　ＬＺＴ等の中心対称性のない無
機結晶が知られており、カー効果のみを有する材料とし
ては、Ｂａ２Ｎａ、、　Ｎｂ、　Ｏ，、等の中心対称性
を有する一機物やニトロベノゼン、二硫化炭素等の有機
液体、ｐ−ニトロフェノール、ｐ−ニトロトルエフ＋’
Ｋ）−シアノアニリン等の極性物質を溶媒に溶解した溶
液。

等吉相状態のネマチック液晶などが知られている。

これらの物質を電気光学変調素子、あるいは電気光学偏
光素子として使用するに轟たり、単結晶材料の場合１ｄ
次のような問題がある。

■　結晶自身が複屈折性を有し、かつその複屈折率が温
度に依存するため素子の温度を厳密にコントロールしな
ければならない。

■　結晶自体の複屈折により生じる透過光の抑制作用（
リターディンヨン）を打消すために、波長板をそう入せ
ねばならない。

′　　　　　　■　一般に硬質でもろく、光学的に均一
で大きなものは得難い。

■　高１曲である。

一方、電気光学効果を有する有機物の場合には、それ自
身が液体の場合はもちろん、そうでない場合でも適当な
溶媒に溶解させて液体の形で使用するため、無機結晶の
場合に見られる物質自体の複屈折性に起因する問題はな
いものの、素子製作上次のような問題を有する。

■　電極を封入したガラス容器が必要であり、このこと
が素子の小型化に対する制約となっている０ ■　前記ガラス容器が機械的に弱く破損しやすい。

発明の目的 本発明は、複屈折性を有さす、光学的に均一で、かつ機
械的強度に優れ、しかもニトロベンゼンの５０倍以上の
カー効果を示すと同時に、素子の小型化を容易にする電
気光学材料を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明の電気光学材料は、電界印加時に２次の電気光学
効果により複屈折を生じる誘電性高分子よりなり、前記
誘電性高分子の側鎖末端がニトロ基あるいはシアン基で
あるもの、および前記誘電性高分子を、これに対して相
溶性を有する高分子物質中に均一に分散させることによ
り得られる固溶体よりなることを特徴とする。

本発明によれば、複屈折性を有さす、光学的に均一で、
かつ機械的強度に優れ、しかもニトロベンゼンの５Ｑ倍
以上のカ一定数を有する電気光学材料を得ることが可能
である。筐た、本発明の電気光学材料を使用することに
よりポリメチルメタクリレートなどの光導波路や薄膜染
料レーザなどと一体化さｔ″した電気光学素子を得るこ
とも可能である。

実施例の説明 大きな２次の電気光学効果を示す誘電性高分子は、側鎖
末端に双極子能率の大きな電子吸引性基を導入すること
によって得られる。特に前記誘電性高分子の側鎖末端と
して、芳香族環や複素芳香族環などの共鳴系を介して、
共鳴効果の立場から見た電子吸引性基（−Ｒ置換基）を
導入したものは非常に大きな２次の電気光学効果を示す
。

この場合芳香族環としては、分子の長軸方向とそれに直
交する方向の誘電率の異方性が大きいほうが一般にカー
効果の大きさを表わすカ一定数が　−大きいため、ベン
ゼン環やビフェニル環のホウが、ナフタレ／環やアット
ラセン環、ビレ／環よりも適格である。筐だ、合成の容
易さからしても、芳香族環としては、ベンゼン環、ビフ
ェニル環、ターフェニル環が優れている。また、複素芳
香族環についても同様のことが言える。

共鳴効果の立場から見た電子吸引基性としては、−Ｎｏ
２．、　−ＣヨＮ、−（７：Ｑ、−ＣＨｏ、　−ＣＯＯ
Ｈ。

、　Ｉ −ＣＯＮＨ２，−０Ｆ３などがあるが、双極子能率が犬
きく、かつ崇高くないということより、ニトロ基（−Ｎ
ｏ２）やシアノ基（−ＧミＮ）が優れている。

このような要件を満たす側鎖グループとしては、第１表
に示すようなｐ型ネマチック液晶と類似の構造を持った
置換基が考えられる。

第１表 （ここにおいて、Ｘはシアノ基寸たはニトロ基金↓ −ＣＯＳ＝、捷たは−ＣＨ＝Ｎ−を示す。）第１表の置
換基隘１〜陥１２のなかでは、１則鎖グルーグとしては
、会成が容易である。大きな２次の電気光学効果を示す
誘電性高分子が得られる。

薄膜化が容易である。などの理由よりＮａ２ｒ　ｌ’ｈ
４゜陥５の置換基が好葦しい。ここにおいて、第１表は
側鎖グループとなりうる置換基の一部全例示したもので
あり、こ、ｆｌＫより何ら本発明の電気光学材料の構造
を制限するものではない。

また、前記誘電性高分子をこれに対して相応性を有する
高分子物質中に均一に分散させて得られる固溶体も、太
＠な２次の電気光学効果を示す。

前記誘電性高分子の分散割合にほぼ比例してカ一定数の
値は変化するため、１Ｇｆｌ肥誘電性高分作品のものに
比べて２次の電気光学効果は小さいが、薄膜状にした場
合の成膜性や箇度に向上する。

前記誘電性高分子を分散する高分子物質とじては、透光
性の点から透明なものが好ましく、前記、透′ｐＦｆ性
高分子との相溶性に優れていなければならない。代表的
な高分子物質としてはフェノール樹脂、ユリア樹脂、メ
ラミン樹脂、フラノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ジアリルフタレート樹脂など
の熱硬化性樹脂や、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹
脂、ポリエチレン、　　Ａ　Ｓ樹脂、　　Ａ　Ｂ　Ｊｆ
ｉ４脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、フッＲ樹脂。

ポリアミド、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリカーボネ
ート、ポリ酢酸ビニルなどの熱可塑性樹脂が使用可能で
ある。

以下に不発明の実施の態様を詳細Ｉに説明する。

実施例 ．１ガミ作品分子として下記の一般式でそのイイ７ｃ造
が（ここにおいてｎは１以上の整数を表わしている。）
誘電性高分子ＣＩ’ｌｌは黄色がかった透明な物質で−
１、トルエンに可溶て゛あった。誘電性高分子［ｎ？ト
ルエンに溶解後、吸引濾過により不溶分を除去したのち
再びトルエ／を取り除き、得られる固形物を光学研磨し
、第１図に示されるような５ｍｍＸ３ｍｍＸ１ｍｍの電
気光学材料１を得た。この電気光学材料１の５ｍｍＸ３
ｍｍの相対する面２，３に電極４，５として黄銅片をそ
れぞれ取りっけ、電気光学効果測定のためのセル６とし
た。そして、このセル６を用い、第２図に示されるよう
な測定系によって誘電性高分子〔Ｉ〕のカ一定数の大き
さを測定した。

第２図において、セル６に変Ａ爪源７より電力の供給金
堂ける。８，９ば＠先板（ただし、以下は９を検光子と
称する。）であり、それらの偏光軸は互いに直交した位
置関係にあり、丑た、セル６の電Ｗ印加方向とは４５度
傾けて配置しである。

セルｅＶｒＣＩｆｆ　寮が加わらない場合、電気光学材
料１は等方向であるから、元＠１０は偏光方向を変えな
いでセル６中を通過するため、偏光板の配置から考えて
検知器１１に光線１０は達しない。セル６に’１１３：
　’Ｉ￥が加われば電気光学材料１は複屈折性を示し、
電界印加方向と、それに垂直な方向との屈折率に差異が
生ずるため、それぞれの方向の電界成分の位相速度が異
なり、位相差が生じる。このため、セル６を通過した光
は、一般にはだ円偏光となっている。従って、一部の成
分は検光子９を通過できるようになり、検知器１１ｖＣ
は光線が到達するようになる。

前記の位相差がπラジアン（半波長に相当）になった時
、セル６を通過した光は検光子９とローの偏光方向を持
つ１び線側光に変化し、光線１０は、はぼ１００％検知
器１１に到達するようになる。

この時のセル６に加わる電圧を半波長電ＥＥ（Ｖ、）と
いう。

不実栴例において被変調光＆＋１０としてＨｅ−Ｎｅレ
ーザ光（６３３ｎｍ）２用いた場合、セル６に電圧を加
えていくと検知器１１の出力は５９２ｖで１高に達した
。この値は前記光学位相差がπラジアンに達したことを
示すもので、半波長電圧（戸に相当する。セル６におけ
る電極間隔（１ｆ　１　ｍｍとし、光線通過方向の電極
長さＥを５ｍｍとした場合、カ一定数Ｂは、 Ｂ＝＝ｄ／２１Ｖ。

として計算されるので、誘電性高分子（１）のカ一定数
Ｂは２．８５　ｘ　１０　’）、ｍ／　Ｖ２トする。

こノ値ハニトロベンゼンの約９５倍に相当し、しかも電
界２印加しない時には電気光学材料１は複屈折性を有し
ない透明固体であるなどその実用的価値は非常に高い。

実施例２ 誘電性高分子として下記の一般式でその構造が表わされ
る誘電性高分子（ＩＩ）〜〔■〕を合成したＯ ＵＪ　　　　　　　　　　　（Ｉｌｌ）〔■〕 〔■〕　　　　　　　　　　　　〔■〕〔■〕 次にそれぞれの誘電性高分子（Ｉｔ）〜〔■〕について
、□実施例１と同様の方法で半波長電圧Ｖπを測定し、
カ一定数Ｂの大きさを求めたところ、第２表の値が得ら
れた。測定はいずれも室温で行なった。

第２表 第２表より明らかなように、本発明の誘電性高分子ハニ
トロベ／ゼンのカ一定数に比べて、同等以上の大きさの
カ一定数を有しており、特に誘電性高分子の側鎖がｐ型
ネマチック液晶と類似の構造を持った１ｉｒｌｉ閃基で
ある場合にはニトロベンゼンの１００倍近いカ一定数を
持つなど、その実用的価値は極めて高い。ｆた、これら
の誘電性高分子は、従来のカー効果液体と異なり固体と
して扱うことができるため、その取り扱いは非常に簡単
である。

実施例３ 実施例１で合成した誘電性品分（（１’）’ｚ　ト／レ
エノに溶解させた供液を用い、アルミニウム基板上に乾
燥膜厚が６μｍとなるようスピンコード法によってコー
トする。得られた均一な薄膜上にアルミニウムｆ　１０
ｍｍ　Ｘ　１０’ｍｍの大きさに蒸着し電極とした。こ
のようにして得られた″電気光学セルを第２図のセル６
の位置におき、実施例１と同様の方法でカー効果の大き
さ全測定した。本実施例に用いた薄膜状電気光学セルへ
の光の導入および取り出しにはプリズムカプラーを用い
た。実験の結果半波長電ｒＩＥｖ７ｒは２・１ｖであっ
た。本実施例では電極間隔ｄは６μｍ、光通過方向の電
極長さ４は１０ｍｍであるため、カ一定数Ｂは２．８３
Ｘ１．Ｏｃｍ／Ｖ　　となる。

この実施例より明らかなように、本発明の誘電性高分子
は薄膜状にすることが可能であり、また３ｖ以下の電圧
で光変調をすることも可能であるなど、光変調器や光偏
向器などの薄膜能動素子に適している。

実施例４ 実施例２で合成した誘電性高分子（ＩＶ）とポリメチル
メタクリレート２（１）２ｏ　：　８ｏ、（２）５０　
：６Ｑおよび（３）８０：２０の重量比となるようにそ
れぞれ秤量したのち、これらをトルエン−酢酸ブチル等
量混合液に均一に溶解する。その後これらの溶液を実施
例３と同様の方法で、アルミニウム基板上に乾燥膜厚が
５μｍとなるようにスピンコード法によってコートする
。このようにして得られたそれぞれの薄膜に電極として
アルミニウムを１０ｍｍ　Ｘ　Ｉ　Ｑｍｍの大きさに蒸
着し薄膜状電気光学セルを作成し、実施例３と同様の方
法でそれぞれのカー効果の大きさを測定した。結果全第
３表に示す。

第３表 第３表より明らかなように、本実施例の薄膜状電気光学
セルは、ポリメチルメタクリレートを含むため、誘電性
高分子単独の場合に比べて小さなカー効果しか示さない
。しかし、この場合でも数Ｖの電圧で光変調が可能なう
え、誘電性高分子単独の場合に比べて薄膜強度が太きく
、機械加工も容易であるなど、その実用的価値は太きい
。また、第３表より誘電性高分子とパイ／グー樹脂とか
らなる電気光学材料のカ一定数の大きさは、誘電性高分
子の含有割合ＶＣＪｔ’ｌぼ比例することがわかる。

史に、比較例として、誘電性高分子〔■〕を全く含まな
いポリメチルメタクリレート単独の薄膜を作成し、上記
と同様の方法でカー効果の大きさ全測定したところ、こ
の試料はカー効果を示さなかった。

発明の効果 以上のように本発明の電気光学材料に、次のような効果
を有する。

（１）ニトロベンゼンの１００倍近い２次の電気光学効
果を示す。

Ｃ２）　　複屈折性を有さす、光学的に均一な同体が得
られる。

（（ロ）機械的強度に優れ、かつ、機械加工が容易であ
る。

（４）簿膜化、小型化が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に依る電気光学材料の外観斜
視図、第２図は電気光学効果の測定系を示す概略図であ
る。 １・・・・・・電気光学材料、４，５・・・・・・電極
、７・・・・・・変調電源、８，９・・・・・・偏光板
、１１・・・・・・検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電界印加時に２次の電気光学効果により複屈折を
   生じる誘電性高分子よりなり、前記誘電性高分子の側鎖
   末端がニトロ基あるいはシアノ基であることを特徴とす
   る電気光学材料。 ？）前記誘電性高分子が下記の一般式 〔ここにおいて、ｎば１以上の整数を表わし、Ｘはニト
   ロ暴徒たはシアノ基全示し、Ｙは−４，Ｊ−、−Ｎ＝Ｎ
   −ｙ　　−ｃｏｏ−、−ｃＨ＝Ｎ−、Ｏ捷たは−ｃｏｓ
   −を示す。〕で表わされる分子鎖のうち、少なくとも１
   種類の分子鎖を含む特許請求の範囲第１項記載の電気光
   学制別。 （３）側鎖末端がニトロ基あるいはシアン基であり、電
   圧印加時に２次の電気光学効果により複屈折を生じる誘
   電性高分子と、前記誘電性高分子全相溶する高分子との
   固溶体からなる電気光学材料。