JP2011197577A - Spiral polyacetylene film, method for forming the same, antireflection film, lens and optical waveguide - Google Patents

Spiral polyacetylene film, method for forming the same, antireflection film, lens and optical waveguide Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spiral polyacetylene film which has distribution in film density and in refractive indexes, and to provide a method for forming the same.SOLUTION: The method for forming the spiral polyacetylene film in which a main chain has spiral structure has a process of obtaining the spiral polyacetylene film having distribution in refractive indexes by blending the spiral polyacetylene in which the main chain has clockwise spiral structure with the spiral polyacetylene in which the main chain has counterclockwise spiral structure and then by subjecting a mixture to film formation. The spiral polyacetylene film which is obtained by the method for forming the spiral polyacetylene film and which has distribution in refractive indexes is also provided.

Description

本発明は、螺旋型ポリアセチレンの膜、その製造方法、反射防止膜、レンズおよび光導波路に関する。   The present invention relates to a helical polyacetylene film, a method for producing the same, an antireflection film, a lens, and an optical waveguide.

光学材料の重要な光学物性値に屈折率がある。素子の内部で屈折率分布を持たせることができれば、反射防止膜やレンズ、光導波路などの光学材料として使用することが可能となる。屈折率分布をもつ光学材料の製造方法の例としては、特許文献1がある。特許文献1には、2種の屈折率が異なるモノマーを混合して重合させたポリマーを用いることにより、傾斜した屈折率分布を有する光学材料の製造方法が開示されている。   An important optical property value of an optical material is a refractive index. If the refractive index distribution can be provided inside the element, it can be used as an optical material such as an antireflection film, a lens, or an optical waveguide. As an example of a method for producing an optical material having a refractive index distribution, there is Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a method for producing an optical material having an inclined refractive index distribution by using a polymer obtained by mixing and polymerizing two types of monomers having different refractive indexes.

しかしながら、一般に、母体となる材料に母体と異なる材料を添加した場合、他の光学物性、例えば吸収特性が変化する場合がある。そのために、類似した材料、さらには母体と全く同じ材料を用いて屈折率分布を生じさせる方法が望まれていた。   However, generally, when a material different from the base material is added to the base material, other optical properties such as absorption characteristics may change. Therefore, there has been a demand for a method of generating a refractive index distribution using a similar material, and further using the same material as the base material.

特開平10−123336号公報JP-A-10-123336

上記の様に光学材料として用いる膜において、屈折率分布を有し、同時に吸収特性等の他の光学物性を変化させない膜が求められている。
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、膜の密度に分布を有し、屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜、およびその製造方法を提供するものである。
As described above, there is a demand for a film that is used as an optical material and has a refractive index distribution and at the same time does not change other optical properties such as absorption characteristics.
The present invention has been made in view of such background art, and provides a spiral polyacetylene film having a distribution in the density of the film and a refractive index distribution, and a method for producing the film.

また、本発明は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた反射防止膜やレンズ、光導波路を提供するものである。   The present invention also provides an antireflection film, a lens, and an optical waveguide using the above-described helical polyacetylene film.

上記の課題を解決する螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法は、主鎖が螺旋構造を有する螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法であって、主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンとを混合した後、成膜して屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜を得る工程を有することを特徴とする。   A method for producing a helical polyacetylene film that solves the above problems is a method for producing a helical polyacetylene film having a main chain having a helical structure, wherein the main chain helical structure is a right-handed helical polyacetylene; The method includes a step of obtaining a film of helical polyacetylene having a refractive index distribution by forming a film after mixing with a left-handed helical polyacetylene having a chain helical structure.

また、本発明は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法により得られた屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜である。
また、本発明は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた反射防止膜である。
In addition, the present invention is a spiral polyacetylene film having a refractive index distribution obtained by the method for manufacturing a spiral polyacetylene film.
Further, the present invention is an antireflection film using the above-described helical polyacetylene film.

また、本発明は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いたレンズである。
また、本発明は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた光導波路である。
The present invention also provides a lens using the above-described spiral polyacetylene film.
The present invention also provides an optical waveguide using the above-described helical polyacetylene film.

本発明によれば、膜の密度に分布を有し、屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜、およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた反射防止膜やレンズ、光導波路を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a spiral polyacetylene film having a distribution in the density of the film and having a refractive index distribution, and a method for manufacturing the same.
In addition, the present invention can provide an antireflection film, a lens, and an optical waveguide using the above-described helical polyacetylene film.

屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the manufacturing method of the film | membrane of the helical polyacetylene which has refractive index distribution. 螺旋型ポリアセチレンが集積した場合に、右巻き/左巻きの割合の変化に伴う密度変化及び屈折率変化を示す概略図である。It is the schematic which shows the density change and refractive index change accompanying the change of the ratio of right-handed / left-handed winding, when helical polyacetylene accumulates. 螺旋型ポリアセチレンの膜において、右巻き/左巻きの比率の変化に伴う円二色性スペクトルの変化を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a change in circular dichroism spectrum accompanying a change in the right-handed / left-handed ratio in a spiral polyacetylene film. 螺旋型ポリアセチレンの立体構造の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the three-dimensional structure of helical polyacetylene. 螺旋型ポリアセチレンの立体構造において、主鎖の螺旋構造と側鎖の螺旋構造との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the helical structure of a main chain and the helical structure of a side chain in the three-dimensional structure of helical polyacetylene. 螺旋型ポリアセチレンの巻き方向が異なる場合と同じ場合とで相互作用が異なることを説明する図である。It is a figure explaining that interaction differs by the case where the winding direction of a helical polyacetylene differs and the same case. 螺旋型ポリアセチレンの巻き方向が異なる場合と同じ場合とでポリマー間距離が異なることを説明するための分子力学計算に基づく図である。It is a figure based on the molecular mechanics calculation for demonstrating that the distance between polymers differs by the case where the winding direction of helical polyacetylene differs and the case where it is the same. 螺旋型ポリアセチレンが集積した場合に、右巻き・左巻きの比率の変化に伴う体積変化を示す概略図である。It is the schematic which shows the volume change accompanying the change of the ratio of right-handed and left-handed when spiral type polyacetylene accumulates. 本発明に用いられるバッチ式配向膜の作製装置の概略図である。It is the schematic of the preparation apparatus of the batch type alignment film used for this invention. 不斉炭素を側鎖に含む螺旋型ポリアセチレンが集積した膜において、R体、S体のうち、S体の比率を0,50,100%と変化させた場合の円二色性スペクトルの実験結果を示す図である。Experimental results of circular dichroism spectrum when the ratio of the S-form of the R-form and S-form is changed to 0, 50, 100% in the film in which helical polyacetylene containing asymmetric carbon in the side chain is accumulated FIG. 不斉炭素を側鎖に含む螺旋型ポリアセチレンが集積した膜において、R体、S体のうち、S体の比率を0,50,100%と変化させた場合の(a)回折角の変化、(b)屈折率の変化の実験結果を示す図である。(A) Change in diffraction angle when the ratio of the S-form of the R-form and S-form is changed to 0, 50, 100% in the film in which the helical polyacetylene containing asymmetric carbon in the side chain is accumulated, (B) It is a figure which shows the experimental result of the change of a refractive index. 本発明の実施例1の螺旋型ポリアセチレン膜を反射防止膜として用いた例を示す図である。It is a figure which shows the example which used the helical polyacetylene film | membrane of Example 1 of this invention as an antireflection film. 本発明の実施例2の螺旋型ポリアセチレン膜を屈折率分布を有するレンズとして用いた例を示す図である。It is a figure which shows the example which used the helical polyacetylene film | membrane of Example 2 of this invention as a lens which has refractive index distribution. 本発明の実施例3の螺旋型ポリアセチレン膜を光導波路として用いた例を示す図である。It is a figure which shows the example which used the helical polyacetylene film | membrane of Example 3 of this invention as an optical waveguide.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法は、主鎖が螺旋構造を有する螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法であって、主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンとを混合した後、成膜して屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜を得る工程を有することを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The method for producing a helical polyacetylene film according to the present invention is a method for producing a helical polyacetylene film having a main chain having a helical structure, wherein the main chain helical structure is a right-handed helical polyacetylene, The method includes a step of obtaining a helical polyacetylene film having a refractive index distribution by forming a film after mixing with left-handed helical polyacetylene having a spiral structure.

図1に示すブロック図を用いて、本発明の屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜を成膜する方法を説明する。ここで、「屈折率分布を有する」膜とは、「屈折率が空間的に一様ではない膜」、すなわち、「屈折率が空間的に変化した膜」を意味する。屈折率の空間的な変化の大きさは任意とする。すなわち、急峻に屈折率が変化する場合も、徐々に変化する場合も対象とする。   A method for forming a spiral polyacetylene film having a refractive index profile according to the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG. Here, “a film having a refractive index distribution” means “a film whose refractive index is not spatially uniform”, that is, “a film whose refractive index is spatially changed”. The magnitude of the spatial change of the refractive index is arbitrary. In other words, the case where the refractive index changes suddenly and the case where it gradually changes are also targeted.

まず、主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンの混合物A,及びBを準備する。混合物Aには、右巻き螺旋型ポリアセチレンと左巻きの螺旋型ポリアセチレンがそれぞれxRA:xLA(xRA+xLA=1)の割合で含まれている。同様に、混合物Bには、それぞれxRB:xLB(xRB+xLB=1)の割合で含まれている。密度を可変とするためにxRA≠xRBである必要がある。理想的には、xRA=1,xLA=0,xRB=0,xLB=1、あるいは、xRA=1,xLA=0,xRB=xLB=0.5であることが望ましいが、例えば、xRA=0.6,xLA=0.4,xRB=xLB=0.5であっても、密度、あるいは屈折率を変化させうる領域が小さくなるが、本発明の範囲に含まれる。 First, a mixture A and B of a helical polyacetylene having a right-handed spiral structure of a main chain and a helical polyacetylene having a left-handed spiral structure of a main chain are prepared. The mixture A contains right-handed spiral polyacetylene and left-handed spiral polyacetylene at a ratio of x RA : x LA (x RA + x LA = 1). Similarly, the mixture B contains x RB : x LB (x RB + x LB = 1). In order to make the density variable, it is necessary that x RA ≠ x RB . Ideally, x RA = 1, x LA = 0, x RB = 0, x LB = 1, or x RA = 1, x LA = 0, x RB = x LB = 0.5. Although desirable, for example, even if x RA = 0.6, x LA = 0.4, and x RB = x LB = 0.5, the area where the density or the refractive index can be changed is small. Included in the range.

ここで、右巻き、左巻きの割合とは、ポリマーの長さが一定の場合、それぞれのポリマー数の割合とする。ポリマーの長さが複数ある場合には、長さ×ポリマー数の積算値の割合とする。   Here, the right-handed and left-handed ratios are the ratios of the respective polymers when the polymer length is constant. When there are a plurality of polymer lengths, the ratio of the integrated value of length × number of polymers is used.

上で述べた右巻き螺旋型ポリアセチレンと、左巻きの螺旋型ポリアセチレンの混合物A,及びBをそれぞれy:y(y+y=1)の割合で混合させると、右巻き、左巻きの割合(z,z)は、ぞれぞれ(z=xRA+xRB, z=xLA+xLB)で与えられる。 When the mixture A and B of the right-handed helical polyacetylene and the left-handed helical polyacetylene described above are mixed at a ratio of y A : y B (y A + y B = 1), the ratio of right-handed and left-handed (Z R , z L ) is given by (z R = x RA y A + x RB y B , z L = x LA y A + x LB y B ), respectively.

この混合物を用いて螺旋型ポリアセチレンの膜を成膜したときの密度は、図2(a)に示すように上記割合に依存して変化する。一般に、密度が変化すると、屈折率はその変化に正比例して変化することが知られている。従って、上述の密度変化に起因し、屈折率も図2(b)に示すように変化する。図1下段で説明する通り、y、yを変化させた混合物を層の位置により変化させることにより、段階的に膜の密度を変化させ、屈折率を変化させることが可能となる。 The density when a spiral polyacetylene film is formed using this mixture varies depending on the ratio as shown in FIG. In general, it is known that as the density changes, the refractive index changes in direct proportion to the change. Therefore, due to the above density change, the refractive index also changes as shown in FIG. As described in the lower part of FIG. 1, by changing the mixture in which y A and y B are changed according to the position of the layer, the density of the film can be changed stepwise and the refractive index can be changed.

一般には、右巻き、及び左巻きの螺旋型ポリアセチレンの混合物において、片方の螺旋型ポリアセチレンの割合(例:xRA、xLA)を正確に決めることが困難な場合もある。そのような場合は、円二色性スペクトルにより右巻きと左巻きの差の程度を確認して本発明を適用することが可能である。例として、図3では、右巻きと左巻きのうち、右巻きの割合が左巻きより、(a)かなり多い、(b)やや多い、(c)等しい、(d)やや少ない、(e)かなり少ない場合の円二色性スペクトルの例(概図)を示す。右巻きと左巻きの割合の変化に伴い、波長300から350nm付近のピークの大きさや符号が変化しているため、このピークはポリマーの主鎖に起因したピークと考えることができる。右巻きの割合が左巻きの割合と等しい時、スペクトルの値≒0となり、それからずれるとピークが現れる。例えば、混合物Aのスペクトルが(a)、混合物B(右巻き/左巻きの方向制御をしていないもの)のスペクトルが(c)のようになった場合、混合の割合y、yを変化させてA,Bを混合し、膜を作製することにより、上と同様に密度、あるいは屈折率の分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜を作製することができる。 In general, in a right-handed and left-handed helical polyacetylene mixture, it may be difficult to accurately determine the ratio of one helical polyacetylene (eg, x RA , x LA ). In such a case, the present invention can be applied by confirming the degree of difference between right-handed and left-handed by a circular dichroism spectrum. For example, in FIG. 3, the ratio of right-handed and left-handed windings is (a) considerably more, (b) slightly more, (c) equal, (d) slightly less, and (e) much less than left-handed. An example (schematic diagram) of a circular dichroism spectrum is shown. As the ratio of right-handed and left-handed turns changes, the peak size and sign in the vicinity of the wavelength from 300 to 350 nm change, so this peak can be considered as a peak due to the main chain of the polymer. When the right-handed ratio is equal to the left-handed ratio, the value of the spectrum becomes approximately zero, and a peak appears when it deviates from that. For example, when the spectrum of the mixture A is (a) and the spectrum of the mixture B (without right / left-handed direction control) is as shown in (c), the mixing ratios y A and y B are changed. Then, by mixing A and B to produce a film, a helical polyacetylene film having a density or refractive index distribution can be produced in the same manner as above.

上記の混合物がA,Bの2種類である場合の説明をしたが、混合物を3種類以上使用する場合も可能である。例えば、混合物A,B,Cを使用する場合には、それぞれの混合物中の右巻き螺旋型ポリアセチレンの割合:xRA、xRB、xRCのうち、少なくとも2つは異なる値になっている必要がある。 Although the case where the above mixture is of two types A and B has been described, it is also possible to use three or more types of mixture. For example, when the mixtures A, B, and C are used, at least two of the ratios of right-handed spiral polyacetylene in each mixture: x RA , x RB , and x RC need to be different values. There is.

また、上記の説明では、混合物A、B、・・・を別のところで準備し、その次のステップでそれらを混合させる方法を述べたが、これらに限らない。例えば、共通の反応系内で、モノマーの組成や触媒の種類や量、螺旋を反転させるための添加剤の種類や量の少なくともを1つを変化させることにより、合成過程で右巻き/左巻きの螺旋型ポリアセチレンの割合を変化させる。それを用いて成膜することにより、密度、あるいは屈折率が可変の螺旋型ポリアセチレンの膜を作製することも可能である。   In the above description, the method of preparing the mixture A, B,... Elsewhere and mixing them in the next step is described, but the present invention is not limited thereto. For example, by changing at least one of the monomer composition, the type and amount of the catalyst, and the type and amount of the additive for reversing the helix in a common reaction system, Varying the proportion of helical polyacetylene. By forming a film using this, it is also possible to produce a spiral polyacetylene film having a variable density or refractive index.

以下、本発明で用いる螺旋型ポリアセチレンの種類、構造、製法、螺旋の方向制御、さらに、右巻き/左巻きの混合により密度が変化する機構、膜の具体的な製造方法について説明する。   Hereinafter, the type, structure, manufacturing method, spiral direction control of the helical polyacetylene used in the present invention, a mechanism in which the density changes by right-handed / left-handed mixing, and a specific method for producing the film will be described.

まず、右巻きの螺旋型ポリアセチレンと左巻きの螺旋型ポリアセチレンのうち、片方を他方よりも優先的に製造する方法を説明する。ここでは、下記の3つの方法を例示する。
・製造方法1:螺旋型ポリアセチレンの重合において、遷移金属錯体触媒にキラルな助触媒を添加した系で置換アセチレンを重合する方法。
First, a method of manufacturing one of the right-handed spiral polyacetylene and the left-handed spiral polyacetylene with priority over the other will be described. Here, the following three methods are exemplified.
Production method 1: A method of polymerizing substituted acetylene in a system in which a chiral promoter is added to a transition metal complex catalyst in the polymerization of helical polyacetylene.

・製造方法2:光学活性を有する置換基を側鎖に有する置換ポリアセチレンを遷移金属錯体触媒を用いて重合する方法。
・製造方法3:重合を行った後、光学活性を有する添加物を置換ポリアセチレンと混合する方法。
Production method 2: A method in which a substituted polyacetylene having a substituent having optical activity in the side chain is polymerized using a transition metal complex catalyst.
Production method 3: A method in which an additive having optical activity is mixed with a substituted polyacetylene after polymerization.

(片巻き螺旋型置換ポリアセチレンの製造方法1)
螺旋の巻き方向を制御した螺旋型置換ポリアセチレンは、遷移金属錯体触媒にキラルな助触媒を添加した系で置換アセチレンを重合することで得られる。遷移金属錯体触媒の例としては、ロジウム(ノルボルナジエン)塩化物二量体([Rh(NBD)Cl])やロジウム(シクロオクタジエン)塩化物二量体([Rh(COD)Cl])等のロジウム化合物が挙げられ、特に[Rh(NBD)Cl]が好ましい(Macromol.Chem.Phys.,200、265から282(1999))。助触媒としては、アミンやリチウム化合物、燐化合物等が挙げられ、特にトリエチルアミンが好ましく用いられる。また、ロジウム錯体の二量体のみでなく、Rh[C(C)=C(C](NBD)(CP)のような単量体を用いても良い。キラルな助触媒としては例えば(S)−フェニルエチルアミン、(R)−フェニルエチルアミンが挙げられる。また、置換アセチレンとしては側鎖にヒドロキシメチル基を有するフェニルアセチレン等が挙げられる(参考文献:Chemistry Letters,34,854から855(2005))。
(Manufacturing method 1 of one-side spiral type substituted polyacetylene)
A helical substituted polyacetylene in which the direction of spiral winding is controlled can be obtained by polymerizing substituted acetylene in a system in which a chiral promoter is added to a transition metal complex catalyst. Examples of transition metal complex catalysts include rhodium (norbornadiene) chloride dimer ([Rh (NBD) Cl] 2 ) and rhodium (cyclooctadiene) chloride dimer ([Rh (COD) Cl] 2 ). Rhodium compounds such as [Rh (NBD) Cl] 2 are preferred (Macromol. Chem. Phys., 200, 265 to 282 (1999)). Examples of the cocatalyst include amines, lithium compounds, and phosphorus compounds, and triethylamine is particularly preferably used. In addition to dimers of rhodium complexes, monomers such as Rh [C (C 6 H 5 ) = C (C 6 H 5 ) 2 ] (NBD) (C 6 H 5 ) 3 P) are used. It may be used. Examples of the chiral promoter include (S) -phenylethylamine and (R) -phenylethylamine. Examples of the substituted acetylene include phenylacetylene having a hydroxymethyl group in the side chain (Reference: Chemistry Letters, 34, 854 to 855 (2005)).

(片巻き螺旋型置換ポリアセチレンの製造方法2)
螺旋の巻き方向を制御した螺旋型置換ポリアセチレンは光学活性を有する置換基を側鎖に有する置換ポリアセチレンを前記ロジウム錯体触媒により重合することで得られる。
(Manufacturing method 2 of one-side spiral type substituted polyacetylene)
The helical substituted polyacetylene in which the spiral winding direction is controlled can be obtained by polymerizing substituted polyacetylene having a substituent having optical activity in the side chain with the rhodium complex catalyst.

光学活性を有する置換基としては例えば(S)−2−ブチル基等の分岐アルキル基、アミノ酸やペプチド等の生体由来の誘導体、軸不斉を有するビナフチル誘導体やピナニル誘導体等が挙げられる(Macromolecules,33,3978から3982(2000)、Macromolecules,41,5997から6005(2008)、Macromolecules,29,4192から4198(1996))。   Examples of the optically active substituent include branched alkyl groups such as (S) -2-butyl group, biologically derived derivatives such as amino acids and peptides, binaphthyl derivatives and pinanyl derivatives having axial asymmetry (Macromolecules, 33, 3978 to 3982 (2000), Macromolecules, 41, 5997 to 6005 (2008), Macromolecules, 29, 4192 to 4198 (1996)).

(片巻き螺旋型置換ポリアセチレンの製造方法3)
螺旋の巻き方向を制御した螺旋型置換ポリアセチレンは光学活性を有する添加物を置換ポリアセチレンと混合することで得られる。ここで光学活性を有する化合物は置換ポリアセチレンの側鎖と水素結合などの結合を結ぶことが必須である。
(Manufacturing method 3 of single-turn spiral type substituted polyacetylene)
The helical substituted polyacetylene in which the spiral winding direction is controlled can be obtained by mixing an additive having optical activity with the substituted polyacetylene. Here, it is essential for the compound having optical activity to form a bond such as a hydrogen bond with the side chain of the substituted polyacetylene.

光学活性を有する添加物としては、例えば(S)−フェニルエチルアミンや(S)−ナフチルエチルアミン、キラルなアミノアルコール等が挙げられる。また、置換ポリアセチレンとしては側鎖にカルボキシル基を有するポリ(エチニル安息香酸)等が挙げられる(J.Am.Chem.Soc.,117,11596から11597(1995))。   Examples of the optically active additive include (S) -phenylethylamine, (S) -naphthylethylamine, and chiral amino alcohol. Examples of the substituted polyacetylene include poly (ethynylbenzoic acid) having a carboxyl group in a side chain (J. Am. Chem. Soc., 117, 11596 to 11597 (1995)).

以上、右巻きおよび左巻き螺旋型置換ポリアセチレンのうち、片方を他方よりも優先的に作製することが可能となる螺旋型置換ポリアセチレンの種類、及び製法の3種類の例について述べた。もちろん、この3つ以外の方法を使用した、右巻き/左巻きの割合が異なる螺旋型ポリアセチレンを用いて、本発明を実施してもよい。   Heretofore, three examples of the types of the helical substituted polyacetylene and the production method capable of preferentially producing one of the right-handed and left-handed helical substituted polyacetylenes over the other have been described. Of course, the present invention may be implemented using helical polyacetylenes using methods other than these three and having different right-handed / left-handed ratios.

以上で示した螺旋型ポリアセチレンの立体構造の例を図4を用いて説明する。図4には、側鎖無し螺旋型ポリアセチレンの化学式、側面図、上面図をそれぞれ図4(a),(b),(c)に示す。また、側鎖有り螺旋型ポリアセチレンの化学式の例、その側面図、上面図をそれぞれ図4(d),(e),(f)に示す。   An example of the three-dimensional structure of the helical polyacetylene shown above will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows chemical formulas, side views, and top views of the spiral polyacetylene without side chains in FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c), respectively. Further, examples of chemical formulas, side views, and top views of the helical polyacetylene with side chain are shown in FIGS. 4D, 4E, and 4F, respectively.

次に、螺旋型ポリアセチレンにおいて右巻きのものと左巻きのものの割合に差がある螺旋型ポリアセチレンを用い、その割合の違いを利用して密度分布を持たせることを可能にする機構を説明する。まず、右巻き、左巻きの螺旋型ポリアセチレンの混合の割合と密度との関係について説明する。   Next, a mechanism that makes it possible to use a spiral polyacetylene having a difference in the ratio of right-handed and left-handed spiral polyacetylene and to have a density distribution using the difference in the ratio will be described. First, the relationship between the mixing ratio and density of right-handed and left-handed spiral polyacetylene will be described.

図5により螺旋構造に関する説明をする。図5(a)では、上下方向に伸びた螺旋型ポリアセチレンを横から見た構造モデルであり、主鎖の炭素原子に下から順に番号を付けている。(・・・−C0=C1−C2=C3−C4=C5−C6=C7−・・・)さらに、C1、C3,C5,C7,・・・にそれぞれ側鎖SC1,SC3,SC5,SC7,・・・がついているとする。本来の螺旋型置換ポリアセチレンの置換基の例は、図4(d)に示すような、ベンゼン環や酸素、アルキル鎖を含むようなものが用いられるが、説明を簡単にするために、図5(a)の説明では、置換基を大きめの球で置き換えて表示している。   The spiral structure will be described with reference to FIG. FIG. 5 (a) is a structural model of a helical polyacetylene extending in the vertical direction as viewed from the side. The carbon atoms of the main chain are numbered sequentially from the bottom. (...- C0 = C1-C2 = C3-C4 = C5-C6 = C7 -...) Further, C1, C3, C5, C7,... Have side chains SC1, SC3, SC5, SC7, respectively. Suppose that ... As an example of the substituent of the original helical substituted polyacetylene, those containing a benzene ring, oxygen, and an alkyl chain as shown in FIG. 4 (d) are used. In the description of (a), the substituent is replaced with a larger sphere.

図5(a)の構造モデルを下から見た図を図5(b)に示す。C1からC2,C3,・・・を経由し、C7までの螺旋軸回りの回転角は、側鎖がない系での量子化学計算結果によると、約338度である。そのため、上下方向に接近した側鎖SC1,SC7は螺旋軸回り(主鎖とは逆向き)に360−338=22度程度、ずれている。これが繰り返した構造をとることから、側鎖SC1、SC7,SC13,・・・は1つの側鎖の螺旋を形成する。同様に、SC3,SC9,SC15,・・・が2つめの、SC5,SC11,SC17,・・・が3つめの側鎖の螺旋を形成する。これらの3つの側鎖の螺旋を図5(c)にて模式的に表している。   A view of the structural model of FIG. 5A viewed from below is shown in FIG. 5B. The rotation angle around the helical axis from C1 through C2, C3,... To C7 is about 338 degrees according to the quantum chemical calculation result in a system without side chains. For this reason, the side chains SC1 and SC7 approaching in the vertical direction are shifted by about 360-338 = 22 degrees around the spiral axis (in the opposite direction to the main chain). Since this has a repeated structure, the side chains SC1, SC7, SC13,... Form one side chain helix. Similarly, SC3, SC9, SC15,... Forms the second side chain, and SC5, SC11, SC17,. The spirals of these three side chains are schematically shown in FIG.

当然、鏡面対称な螺旋型ポリアセチレンを考えると、もとの螺旋型ポリアセチレンと比べると、主鎖の巻き方向は反対であり、側鎖の螺旋の巻き方向も反対となる。
複数の螺旋型置換ポリアセチレン間の相互作用を考えると、直接隣接する部分は側鎖のため、側鎖間相互作用が重要となる。主鎖の巻き方向と側鎖の巻き方向の間には多くの場合、1:1の関係があるため、以下、主鎖の巻き方向ではなく、側鎖の巻き方向に関して検討した結果を示す。
Naturally, when considering the mirror-symmetrical helical polyacetylene, the winding direction of the main chain is opposite to that of the original helical polyacetylene, and the winding direction of the spiral of the side chain is also opposite.
Considering the interaction between a plurality of helical substituted polyacetylenes, the side-chain interaction is important because the directly adjacent portion is a side chain. In many cases, there is a 1: 1 relationship between the winding direction of the main chain and the winding direction of the side chain, and therefore, the results of studies on the winding direction of the side chain instead of the winding direction of the main chain are shown below.

図6において、(a)側鎖の巻き方向が異なる場合、(b)側鎖の巻き方向が同じ場合を示す。図6(a)の場合は側鎖が接近した部分で、側鎖が噛み合うようにして接近することができる。その理由は、両者が接近した付近では、双方の螺旋が、図6(a)の紙面の奥から手前に向かって、斜め上向きな方向に伸びているからである。一方、図6(b)の場合は、(a)のような側鎖間の噛み合いが起こりにくく(a)ほどは近づくことが出来ない。その理由は、両者が接近した付近では、左側の螺旋は紙面の奥から手前に向かって、螺旋が斜め上向きな方向に伸び、右側の螺旋は紙面の手前から奥に向かって斜め上向きな方向に螺旋が伸びているからである。そのために2本の螺旋型ポリアセチレン間の間隔は(a)が小さく、(b)が大きくなる。複数の螺旋型ポリアセチレンがあった場合に側鎖の巻き方向が異なるもの同士は接近し、巻き方向が同じものは遠ざかるため、その組成比に依存して体積が変化することにより、密度が変化する。   In FIG. 6, (a) when the side chain winding direction is different, (b) the side chain winding direction is the same. In the case of FIG. 6 (a), the side chain can be approached at the portion where the side chain approaches, so that the side chain can mesh. The reason is that in the vicinity where the two approach each other, the spirals of both extend in a diagonally upward direction from the back of the paper surface of FIG. 6A toward the front. On the other hand, in the case of FIG. 6B, the meshing between the side chains as in (a) hardly occurs, and cannot approach as much as (a). The reason for this is that in the vicinity where they are close, the left spiral extends diagonally upward from the back of the page, and the right spiral extends diagonally upward from the front of the page to the back. This is because the spiral is extended. Therefore, the distance between the two helical polyacetylenes is small (a) and large (b). When there are multiple helical polyacetylenes, those with different side chain winding directions approach each other, and those with the same winding direction move away, so the density changes due to the volume changing depending on the composition ratio. .

上記の傾向を裏付けるために分子力学計算(ユニバーサル力場を使用)を用いて検証を行った。図4(d)に化学式を示す螺旋型ポリアセチレンを対象に解析した結果を図7に示す。図7(a)の巻き方向が異なる場合は、図7(b)の巻き方向が同じ場合よりも螺旋型ポリアセチレン間距離は小さくなることがわかる。エネルギーもより低いことが分子力学計算よりわかった。エネルギー差は、C=Cの1組あたりに換算すると、0.041eVであった。すなわち、より平衡に近い条件では、異なる巻き方向を有する螺旋型ポリアセチレンが、より接近すると考えられる。   In order to support the above trend, we performed a verification using molecular mechanics calculation (using universal force field). FIG. 7 shows the result of analyzing the helical polyacetylene having the chemical formula shown in FIG. It can be seen that when the winding direction of FIG. 7 (a) is different, the distance between the spiral polyacetylenes is smaller than when the winding direction of FIG. 7 (b) is the same. It was found from molecular mechanics calculation that the energy was lower. The energy difference was 0.041 eV when converted per set of C = C. That is, it is considered that helical polyacetylene having different winding directions are closer to each other under conditions closer to equilibrium.

この様な螺旋型ポリアセチレンが集積した場合の体積変化の概略を図8に示す。ここで、白色と灰色の丸は、それぞれ側鎖の螺旋の巻き方向が右巻き、左巻きである。上述の通り、右巻き同士、左巻き同士は接近できず、右巻きと左巻きは接近できる。また、分子力学計算によれば、巻き方向が異なる螺旋型ポリアセチレンが隣接した方が、巻き方向が同じ場合よりもエネルギーが低いため、平衡に近い条件では相分離するのではなく、混ざり合うと考えられる。図8では、白丸(右巻き)の割合が(a)50%、(b)33%,(c)0%の3通りの場合の例を示す。全体における白丸(右巻き)の割合が50%からずれると、巻き方向が同じものが隣接するようになり、体積が大きくなっていく(密度が小さくなっていく)ことがわかる。このようにして、右巻き/左巻きの螺旋型ポリアセチレンの割合を変化させ、密度を変化させることにより、屈折率を変化させることが可能となる。
以上の様に、右巻き/左巻きの割合を制御することにより、密度を変化させて屈折率を変化させることが可能である。
FIG. 8 shows an outline of the volume change when such a helical polyacetylene is accumulated. Here, in the white and gray circles, the winding direction of the spiral of the side chain is right-handed and left-handed, respectively. As above-mentioned, right-handed and left-handed cannot approach, and right-handed and left-handed can approach. In addition, according to molecular mechanics calculations, it is considered that the adjoining spiral polyacetylenes with different winding directions have lower energy than when the winding directions are the same, so they will mix rather than phase separate under near-equilibrium conditions. It is done. FIG. 8 shows an example in which the ratios of white circles (right-handed) are (a) 50%, (b) 33%, and (c) 0%. It can be seen that when the ratio of white circles (right-handed) in the whole deviates from 50%, the same winding direction becomes adjacent, and the volume increases (density decreases). In this way, it is possible to change the refractive index by changing the density by changing the ratio of right-handed / left-handed helical polyacetylene.
As described above, it is possible to change the refractive index by changing the density by controlling the ratio of right-handed / left-handed.

次に、螺旋型ポリアセチレンにおいて右巻きのものと左巻きのものの割合に差がある螺旋型ポリアセチレンの膜を実際に成膜する方法を説明する。
まず、膜の密度を変化させるためには、分子が一部でも配向した膜であることが望ましい。その理由は、本発明では螺旋型ポリアセチレンのポリマー同士を隣接させることにより、螺旋の巻き方向が同じ場合と異なる場合とでポリマー間距離が変わることを利用して密度を変化させているために、螺旋型ポリアセチレンが並んでいない場合には、その効果が非常に小さくなるからである。
Next, a method of actually forming a spiral polyacetylene film having a difference in the ratio of the right-handed and left-handed ones in the spiral polyacetylene will be described.
First, in order to change the density of the film, it is desirable that the film is a film in which some molecules are oriented. The reason is that in the present invention, the density is changed by utilizing the fact that the distance between the polymers changes depending on whether the spiral winding direction is the same or different when the spiral polyacetylene polymers are adjacent to each other. This is because when the spiral polyacetylene is not arranged, the effect becomes very small.

この為の螺旋型ポリアセチレン分子の配向方法は特に限定されない。一例として、水等の表面に螺旋型置換ポリアセチレン分子の展開膜を作製し、それを基板上に転写する方法が挙げられる。   For this purpose, the method for aligning the helical polyacetylene molecules is not particularly limited. As an example, there is a method in which a spread film of a helical substituted polyacetylene molecule is produced on the surface of water or the like and transferred onto a substrate.

前記主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンとを所定の割合で混合した溶液を水面上に展開し、ラングミュア・ブロジェット法により基板に転写して成膜することが好ましい。   A solution in which the main chain spiral structure is a right-handed spiral polyacetylene and a left-handed spiral polyacetylene having a main chain spiral structure mixed in a predetermined ratio is spread on a water surface, and is applied to a substrate by Langmuir-Blodgett method. It is preferable to transfer and form a film.

前記主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレン(R)と、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレン(L)の混合割合が、R:L=0:1(または1:0)から0.5:0.5の範囲で変化させうることが望ましい。   The mixing ratio of the spiral polyacetylene (R) in which the main chain helical structure is right-handed and the left-handed helical polyacetylene (L) in which the main chain helical structure is left-handed is R: L = 0: 1 (or 1: 0). To 0.5: 0.5 is desirable.

また、前記主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンの混合割合を変えながら複数層の膜を成膜することができる。   Further, a plurality of layers of films can be formed while changing the mixing ratio of the spiral polyacetylene having a right-handed helical structure of the main chain and the left-handed helical polyacetylene having a helical structure of the main chain.

上述の水面展開膜を転写して配向膜を作製する方法を更に説明する。この方法は、一般に「ラングミュアブロジット(以下、LB)膜」と呼ばれる両親媒性高分子積層膜を作製する方法を応用するものである。   A method for producing the alignment film by transferring the above water surface development film will be further described. This method is an application of a method for producing an amphiphilic polymer laminated film generally called “Langmuir Brogitte (hereinafter referred to as LB) film”.

まず図9に示すような水槽101を用意し、蒸留水などの高純度の水で満たす。図9の(a)は水槽の平面図、(b)は側面図である。この水槽101の大きさは、挿入する基板の大きさを考慮して決めれば良い。これらLB膜作製と共通の技術に関しては、例えば、「Thin Solid Films」,221(1992)276、「Thin Solid Films」,284(1996)152などの文献に開示されている。   First, a water tank 101 as shown in FIG. 9 is prepared and filled with high-purity water such as distilled water. (A) of FIG. 9 is a top view of a water tank, (b) is a side view. The size of the water tank 101 may be determined in consideration of the size of the substrate to be inserted. Technologies common to these LB film fabrication are disclosed in documents such as “Thin Solid Films”, 221 (1992) 276, “Thin Solid Films”, 284 (1996) 152, and the like.

まず、この水槽101内の清浄な水面上に螺旋型置換ポリアセチレン分子を溶解した溶液を滴下する。溶媒としては、蒸発速度が速くポリアセチレン分子を溶解する疎水性の溶媒であれば何でも良いが、例えばクロロホルムが好適である。クロロホルムの量およびポリアセチレンの濃度は水面に単分子層が広がるように決めればよい。また、疎水性溶媒にアルコールのような両親媒性溶媒を疎水性溶媒に対して2重量%から4重量%添加すると、膜が広がる速度が速まる為、成膜時間を短縮できる。   First, a solution in which helical substituted polyacetylene molecules are dissolved is dropped onto a clean water surface in the water tank 101. As the solvent, any hydrophobic solvent can be used as long as it has a high evaporation rate and dissolves polyacetylene molecules. For example, chloroform is preferable. The amount of chloroform and the concentration of polyacetylene may be determined so that the monomolecular layer spreads on the water surface. In addition, when an amphiphilic solvent such as alcohol is added to the hydrophobic solvent in an amount of 2 to 4% by weight with respect to the hydrophobic solvent, the film spreading speed increases, so that the film formation time can be shortened.

次に、フィルムプレッシャーゲージ102を見ながら移動バリア103を動かし、水面上に単分子が整列した展開膜が形成されるように調整する。図9では移動バリア103は水槽101の一端に1台設置されているが、水槽の両側に2台の移動バリアが設置されていればより高精度に水面展開膜の膜圧と方向性を調整できる。   Next, the movement barrier 103 is moved while looking at the film pressure gauge 102, and adjustment is performed so that a developed film in which single molecules are aligned is formed on the water surface. In FIG. 9, one moving barrier 103 is installed at one end of the water tank 101. However, if two moving barriers are installed on both sides of the water tank, the membrane pressure and directionality of the water surface deployment membrane can be adjusted with higher accuracy. it can.

このようにして作製した水面単分子展開膜を、基板104を上下させることによって基板104表面に転写積層していく。基板104の材質は、螺旋型置換ポリアセチレン分子が付着する物ならば、ガラスやプラスチックフィルムなど特に限定されない。あらかじめ電極が作り込まれた基板でも良い。また、転写に伴って水面展開膜が減少するが、展開膜の配向が乱れないように常時プレッシャーゲージ102の値を一定に保つように移動バリア103を矢印107の方向に動かす必要がある。もちろん、プレッシャーゲージ102の値に連動して移動バリア103の位置が自動的に制御されるようになっていても良い。   The water surface monomolecular development film thus produced is transferred and laminated on the surface of the substrate 104 by moving the substrate 104 up and down. The material of the substrate 104 is not particularly limited, such as glass or a plastic film, as long as the helical substituted polyacetylene molecule is attached. A substrate on which electrodes are formed in advance may be used. Although the water surface development film decreases with the transfer, it is necessary to move the movement barrier 103 in the direction of the arrow 107 so that the value of the pressure gauge 102 is always kept constant so that the orientation of the development film is not disturbed. Of course, the position of the movement barrier 103 may be automatically controlled in conjunction with the value of the pressure gauge 102.

基板104の表面には、基板を上下させた回数分の分子膜層が積層されるので、多層膜が必要な場合は、複数回基板104を水面下に沈めたり引き上げたりすればよい。もし、液面の展開膜が不足するならば、一時基板104を上下させる操作を止め、再度螺旋型置換ポリアセチレン分子を溶解した溶液を水面上に滴下すればよい。   Since the molecular film layer is stacked on the surface of the substrate 104 as many times as the substrate is moved up and down, if a multilayer film is necessary, the substrate 104 may be submerged or pulled up a plurality of times. If the liquid level development film is insufficient, the operation of moving the temporary substrate 104 up and down is stopped, and the solution in which the helical substituted polyacetylene molecules are dissolved is dropped again on the water surface.

最初に形成された水面展開膜はまだ十分配向していないことが有り、転写開始後の数層は配向性が低い可能性がある。その場合、水面展開膜は移動バリア103と基板104の動きによる水の流れによって配向性を向上させ5回から10回上下させると水面展開膜中の分子の向きがそろい、転写積層された基板上の膜の配向度は高まり安定する。この為、高度に配向した1層または数層の膜を基板上に転写する必要がある場合には、10層ほど転写した後に基板上の転写積層膜を一度剥離するか、あらかじめダミー基板で10層ほど転写した後に基板を新規の物に交換して、再度転写積層すれば良い。   The initially formed water surface spread film may not be sufficiently oriented, and several layers after the start of transfer may have low orientation. In that case, the water surface spreading film improves the orientation by the flow of water due to the movement of the movement barrier 103 and the substrate 104, and when the water surface spreading film is moved up and down 5 to 10 times, the orientation of the molecules in the water surface spreading film is aligned. The degree of orientation of the film increases and becomes stable. For this reason, when it is necessary to transfer a highly oriented film of one layer or several layers onto a substrate, the transfer laminated film on the substrate is peeled off once after transferring about 10 layers, or a dummy substrate 10 After transferring the layers, the substrate may be replaced with a new one and transferred and laminated again.

上述した配向膜作成方法は、水の流れのない水槽を用いてバッチ的に多層膜を作製する例であるが、水流がある水槽で連続的に膜を作成することも可能である。特に、水流がある水槽に、右巻き/左巻きの割合を連続的に変化させた螺旋型置換ポリアセチレンを導入する手段を用いて成膜を行うことにより、連続的に密度、あるいは屈折率が変化する螺旋型置換ポリアセチレンの成膜が可能となる。この場合、第一層目から高度に配向した膜が得られる。その連続的成膜装置に関しては、特開平8−1058号公報に開示されており、その装置を本発明でも利用できる。   The alignment film creation method described above is an example in which a multilayer film is batch-produced using a water tank having no water flow, but it is also possible to continuously create a film in a water tank having a water flow. In particular, the density or refractive index is continuously changed by forming a film using a means for introducing a helical substituted polyacetylene in which the ratio of right-handed / left-handed is continuously changed in a water tank having a water flow. The film formation of the helical substituted polyacetylene becomes possible. In this case, a highly oriented film is obtained from the first layer. The continuous film forming apparatus is disclosed in JP-A-8-1058, and the apparatus can also be used in the present invention.

以上、LB法を用いて、面内に配向した膜を作製するための方法を説明した。膜に垂直な方向には層毎の配向が同じでもよく、異なっていてもよい。
本発明の螺旋型ポリアセチレンの膜は、上記の載の螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法により得られた屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜である。
In the above, the method for producing the in-plane oriented film using the LB method has been described. In the direction perpendicular to the film, the orientation of each layer may be the same or different.
The helical polyacetylene film of the present invention is a helical polyacetylene film having a refractive index distribution obtained by the above-described method for producing a helical polyacetylene film.

前記螺旋型ポリアセチレンの膜の屈折率の分布が1.52から1.54にあることが望ましい。
次に、本発明の反射防止膜は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた反射防止膜である。
The refractive index distribution of the helical polyacetylene film is preferably 1.52 to 1.54.
Next, the antireflection film of the present invention is an antireflection film using the above-described helical polyacetylene film.

また、本発明のレンズは、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いたレンズである。
また、本発明の光導波路は、上記の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた光導波路である。
The lens of the present invention is a lens using the above-described spiral polyacetylene film.
The optical waveguide of the present invention is an optical waveguide using the above-described spiral polyacetylene film.

以下、本発明の実施例の説明を行うが、これらは本発明をなんら限定するものではない。
本実施例1では、側鎖に不斉炭素を有する、光学異性体の関係にある螺旋型ポリアセチレン:ポリ(プロピオール酸−S−2−ブチル)(PS2BP、S体)と、ポリ(プロピオール酸−R−2−ブチル)(PR2BP、R体)を上述の製造方法(2)により合成した。
Examples of the present invention will be described below, but these do not limit the present invention.
In Example 1, spiral polyacetylene having an asymmetric carbon in the side chain and having a relationship of optical isomers: poly (propiolic acid-S-2-butyl) (PS2BP, S-form) and poly (propiolic acid- R-2-butyl) (PR2BP, R-form) was synthesized by the above-described production method (2).

Figure 2011197577
Figure 2011197577

以下にPS2BPの製造方法を示す。
試験管にロジウム(ノルボルナジエン)塩化物二量体40mg、メタノール8.8mlを入れ、プロピオール酸−S−2−ブチル1.0gをシリンジで注入することにより重合反応を開始させた。反応は40℃で24時間行った。沈澱したポリマーをメタノールで洗浄、濾過した後、真空乾燥し、目的物を得た。スチレン標準を用いたGPCにより評価したポリマーの重量平均分子量(Mw)は9.6×10であり、分子量分散(Mw/Mn)は2.6であった。
The manufacturing method of PS2BP is shown below.
A test tube was charged with 40 mg of rhodium (norbornadiene) chloride dimer and 8.8 ml of methanol, and 1.0 g of propiolic acid-S-2-butyl was injected with a syringe to initiate the polymerization reaction. The reaction was carried out at 40 ° C. for 24 hours. The precipitated polymer was washed with methanol, filtered, and dried under vacuum to obtain the desired product. The weight average molecular weight (Mw) of the polymer evaluated by GPC using a styrene standard was 9.6 × 10 4 and the molecular weight dispersion (Mw / Mn) was 2.6.

その後、LB法により成膜を行い、その膜の構造解析実験(X線回折実験)を行った。評価は、3種類のポリマーの膜を対象とした。
・PS2BPのみ(PS2BP=100%)
・PR2BPのみ(PS2BP=0%)
・P2BP(PS2BP/PR2BPを区別せず合成)(PS2BP=50%)
Thereafter, a film was formed by the LB method, and a structural analysis experiment (X-ray diffraction experiment) of the film was performed. The evaluation was made on three types of polymer films.
・ Only PS2BP (PS2BP = 100%)
・ Only PR2BP (PS2BP = 0%)
・ P2BP (PS2BP / PR2BP is synthesized without distinction) (PS2BP = 50%)

分子軌道計算に基づき、S体(PS2BP)は、主鎖の螺旋が右巻き、側鎖の螺旋が左巻きのポリアセチレンを形成しやすいことがわかる。同様に、R体(PR2BP)は、主鎖の螺旋が左巻き、側鎖の螺旋が右巻きのポリアセチレンを形成しやすいことがわかる。PS2BPの割合:0,100%は、厳密にその割合は測定できておらず、上述の製法の範囲内にて、得られたものであり、それぞれPS2BPが少ないもの、多いものを意味している。   Based on the molecular orbital calculation, it can be seen that the S-form (PS2BP) easily forms polyacetylene in which the main chain helix is right-handed and the side chain helix is left-handed. Similarly, it can be seen that the R form (PR2BP) tends to form polyacetylene in which the main chain helix is left-handed and the side chain helix is right-handed. The ratio of PS2BP: 0,100% means that the ratio cannot be measured strictly and is obtained within the range of the above-mentioned manufacturing method. .

図10に、上記3種類のポリマーによる膜の円二色性スペクトルの測定結果を示す。この結果よりPS2BPとPR2BPとでは、波長300から400nm付近に符合が異なる大きなピークがあり、それらを区別せず合成したP2BPにはそのピークは出現しないことから、左巻き/右巻きの割合が異なる螺旋型ポリアセチレンが形成されていると認められる。PS2BPとPR2BPの結果が符号を反転したものになっているのが理想的であるが、図10では、そうはなっていない。キラルなモノマーの量や合成条件、生成物の濃度の違いなどの原因により、完全に上下対称な結果にはなっていないためと考えられる。   In FIG. 10, the measurement result of the circular dichroism spectrum of the film | membrane by said 3 types of polymer is shown. From this result, PS2BP and PR2BP have large peaks with different signs in the vicinity of the wavelength of 300 to 400 nm, and the peaks do not appear in the synthesized P2BP without distinguishing them, so the spiral with different left-handed / right-handed ratios. It is recognized that type polyacetylene is formed. Ideally, the result of PS2BP and PR2BP is the one with the sign inverted, but this is not the case in FIG. This is probably because the results are not completely symmetrical due to factors such as the amount of chiral monomer, synthesis conditions, and product concentration.

次に、膜のX線回折実験の結果を図11(a)に示す。図中、S比(%)はS体(PS2BP)とR体(PR2BP)の混合体のうちのS体の割合を示す。図11より、回折角2θが中央(PS2BPの割合=50%)で大きくなっており、回折を生じる面間隔が小さくなっており、密度が大きくなっていることを意味している。逆に端部(PS2BP=0%または100%)では、密度が小さくなっていることを意味し、この結果は上で述べた結果を裏付けている。本来、端部の値は等しくなるはずであるが、この実験では、PS2BPのみの場合とPR2BPのみの場合とで、合成過程、または精製過程などの条件が若干異なり、その結果、S体/R体の割合が対称な値とはならず、回折角が若干異なったと考えられる。   Next, the result of the X-ray diffraction experiment of the film is shown in FIG. In the figure, the S ratio (%) indicates the ratio of the S form in the mixture of the S form (PS2BP) and the R form (PR2BP). From FIG. 11, the diffraction angle 2θ is large at the center (PS2BP ratio = 50%), which means that the surface separation for generating diffraction is small and the density is large. Conversely, at the end (PS2BP = 0% or 100%), it means that the density is small, and this result supports the result described above. Originally, the end values should be equal, but in this experiment, conditions such as synthesis process or purification process differ slightly between PS2BP only and PR2BP only. As a result, S-body / R It is considered that the body ratio did not become a symmetric value and the diffraction angle was slightly different.

図11(b)は上の3種類の膜における、屈折率の測定結果である。2種類の入射光(波長500nm、600nm)を用いて評価を行った結果を示す。この図より屈折率は山型のグラフになっており、一般に材料の密度が大きい時、材料の屈折率が大きくなることを考慮すると、理論的考察、及び、図11(a)の結果と矛盾しない実験結果になっていることを確認できる。   FIG. 11B shows the measurement results of the refractive index in the above three types of films. The result of having evaluated using two types of incident light (wavelength 500nm, 600nm) is shown. From this figure, the refractive index is a mountain-shaped graph. In general, considering that the refractive index of the material increases when the density of the material is large, it is inconsistent with the theoretical considerations and the result of FIG. It can be confirmed that the experimental results are not.

上で述べた、PS2BP(S体)とPR2BP(R体)とを使用し、図12に示すように、ガラス基板にS体、R体の割合を変化させた膜を上述のLB法により作製する。螺旋型ポリアセチレン膜の全膜厚は3μmとするが、この膜厚値は本発明をなんら限定するものではない。膜の密度が図12に示すように層毎に変化するように、S体とR体の混合比を決め、成膜を行う。その結果、屈折率は500nmの入射光では、屈折率が1.52から1.54まで変化する膜を形成できる。この膜を成膜した場合、成膜しない場合に比べ反射率が小さくなり、前記螺旋型ポリアセチレンをつけたことにより反射防止効果が得られることを確認できる。   Using the PS2BP (S-form) and PR2BP (R-form) described above, as shown in FIG. 12, a film in which the ratio of the S-form and R-form is changed on the glass substrate is produced by the LB method described above. To do. The total film thickness of the helical polyacetylene film is 3 μm, but this film thickness value does not limit the present invention. Film formation is performed by determining the mixing ratio of the S body and the R body so that the density of the film varies from layer to layer as shown in FIG. As a result, a film whose refractive index changes from 1.52 to 1.54 can be formed with incident light having a refractive index of 500 nm. When this film is formed, the reflectance is smaller than when the film is not formed, and it can be confirmed that the antireflection effect can be obtained by applying the helical polyacetylene.

図13に、屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンを用いたレンズの例を示す。中央の屈折率が1.560と最も大きく、下端、上端部の屈折率を1.535と小さくし、途中は、実施例1と同様に右巻き/左巻きの割合を徐々に制御させることにより、端部に向かうほど屈折率が小さくなるように設計する。図の右側にそれぞれの領域の屈折率の代表値を記している。レンズの膜厚は10μmとするが、この値は本発明をなんら限定するものではない。この図で、レンズの左側より入射した光が、レンズ内部でどう進むかを模式的に記している。このレンズにより、上下方向に幅を有する光を集光できる。球面ではなく直方体状の光学素子を用いて集光可能となるため、光学装置の小型化、軽量化が可能になる。   FIG. 13 shows an example of a lens using helical polyacetylene having a refractive index distribution. The refractive index at the center is the largest at 1.560, the refractive index at the lower end and the upper end is as small as 1.535, and in the middle, by gradually controlling the ratio of right-handed / left-handed as in Example 1, It is designed so that the refractive index decreases toward the end. A representative value of the refractive index of each region is shown on the right side of the figure. The film thickness of the lens is 10 μm, but this value does not limit the present invention. This figure schematically shows how light incident from the left side of the lens travels inside the lens. With this lens, light having a width in the vertical direction can be collected. Since light can be collected using a rectangular parallelepiped optical element instead of a spherical surface, the optical device can be reduced in size and weight.

図14に、屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンを用いた光導波路の例を示す。実施例2と同様に膜に垂直な方向に屈折率の分布を持たせている。光導波路の膜厚は10μmとするが、この値は本発明をなんら限定するものではない。この図に導波路中を進む光線を模式的に記している。このようにして、膜に垂直な方向に様々な成分を有する光をこの光導波路を通して伝播させることができる。この屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレン膜は、柔らかい材料の上にも成膜できるので、そのようにして得られた膜はフレキシブルな膜となり、屈曲が可能な光導波路としても使用可能となる。   FIG. 14 shows an example of an optical waveguide using helical polyacetylene having a refractive index distribution. Similar to Example 2, the refractive index distribution is given in the direction perpendicular to the film. The thickness of the optical waveguide is 10 μm, but this value does not limit the present invention. In this figure, light rays traveling in the waveguide are schematically shown. In this way, light having various components in the direction perpendicular to the film can be propagated through the optical waveguide. Since the helical polyacetylene film having the refractive index distribution can be formed on a soft material, the film thus obtained becomes a flexible film and can be used as a bendable optical waveguide.

本発明は、膜の密度に分布を有し、屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜を得ることができるので、前記螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた反射防止膜やレンズ、光導波路などに利用することができる。   The present invention can provide a spiral polyacetylene film having a distribution in the film density and a refractive index distribution, so that it can be used for an antireflection film, a lens, an optical waveguide, etc. using the spiral polyacetylene film. can do.

101 水槽
102 プレッシャーゲージ
103 移動バリア
104 基板
105 展開膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Water tank 102 Pressure gauge 103 Movement barrier 104 Substrate 105 Deployment film

Claims (8)

主鎖が螺旋構造を有する螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法であって、主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンとを混合した後、成膜して屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜を得る工程を有することを特徴とする螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法。   A method for producing a film of a helical polyacetylene having a main chain having a helical structure, wherein the helical structure of the main chain is a right-handed helical polyacetylene and a helical polyacetylene having a main chain of a left-handed spiral structure is mixed. A method for producing a helical polyacetylene film, comprising a step of obtaining a helical polyacetylene film having a refractive index distribution by forming a film. 前記主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンとを混合した溶液を水面上に展開し、ラングミュア・ブロジェット法により基板に転写して成膜することを特徴とする請求項1に記載の螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法。   A solution in which the spiral structure of the main chain is a right-handed spiral polyacetylene and the left-handed spiral polyacetylene of the main chain is developed on a water surface and transferred to a substrate by the Langmuir-Blodgett method. The method for producing a helical polyacetylene film according to claim 1, wherein the film is formed. 前記主鎖の螺旋構造が右巻きの螺旋型ポリアセチレンと、主鎖の螺旋構造が左巻きの螺旋型ポリアセチレンの混合割合を変えながら複数層の膜を成膜する請求項1または2に記載の螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法。   3. The spiral type according to claim 1, wherein a film of a plurality of layers is formed while changing a mixing ratio of the spiral polyacetylene having a right-handed helical structure of the main chain and a left-handed helical polyacetylene having a helical structure of the main chain. A method for producing a polyacetylene film. 前記螺旋型ポリアセチレンの膜の屈折率の分布が1.52から1.54の範囲内にあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法。   4. The method for producing a helical polyacetylene film according to claim 1, wherein the refractive index distribution of the helical polyacetylene film is in the range of 1.52 to 1.54. . 請求項1乃至4のいずれかに記載の螺旋型ポリアセチレンの膜の製造方法により得られた屈折率分布を有する螺旋型ポリアセチレンの膜。   A helical polyacetylene film having a refractive index distribution obtained by the method for producing a helical polyacetylene film according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた反射防止膜。   An antireflection film using the helical polyacetylene film according to claim 5. 請求項5に記載の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いたレンズ。   A lens using the helical polyacetylene film according to claim 5. 請求項5に記載の螺旋型ポリアセチレンの膜を用いた光導波路。   An optical waveguide using the spiral polyacetylene film according to claim 5.
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