JPH01163724A

JPH01163724A - 有機光非線形材料

Info

Publication number: JPH01163724A
Application number: JP62321192A
Authority: JP
Inventors: Michiyuki Amano; 道之天野; Toshikuni Kaino; 戒能　俊邦; Shiro Matsumoto; 松元　史朗
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1989-06-28

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】〔発明の産業上利用分野〕本発明は有機光非線形材料、さらに詳細には光信号処理
用材料として各種光素子への応用が可能な三次の非線形
効果を有する有機光非線形材料に関する。

〔従来技術および問題点）従来、光非線形効果を有する有機材料として、尿素、メ
タニトロアニリン、２−メチル−４−ニトロアニリン（
ＭＮＡ）など、大きな二次の非線形性を示す化合物が知
られ、ＬｉＮｂＣ）＋（ニオブ酸リチウム）などの無機
系光非線形材料に比べ、非線形光限定数が大きく、かつ
高速応答性の可能性を有することから、最近とみに注目
されつつある。このため、将来の光信号処理、光情報処
理に欠かせない光素子として実用化を目積した幅広い材
料探索が鋭意進められている。

しかし、これら既存の有機光非線形材料は、二次の効果
すなわち、第二高１１目波発生、あるいはパラメトリッ
ク発振など光の波長変換機能を活用する材料として位置
づけられることが多く、光双安定など、光信号処理とし
て、より期待される三次の効果を有する材料の探索はさ
ほどなされていない現状にある。すなわち、三次の光非
線形性はすべての有機材料が有する属性であるものの、
光素子として実用化の対象と考え得る材料としては、ポ
リジアセチレン化合物があるに留まっている。

最近では、ポリジアセチレンのほか、ポリアセチレン、
ポリチオフェンなどの導電性高分子においても大きな三
次の光非線形効果のあることが報告されているが、これ
らの有機光非線形材料は極めて厚いフィルムとして得ら
れるため、機械的強度の問題があり、ｊ組換あるいはブ
ロックなど、光素子として好適な形状とすることは難し
いという問題があった。一方、三次の光非線形材料とし
て、分子内に電子供与基と電子吸引基とを有し、基底状
態と励起状態との永久双極子モーメント差の大きな有機
化合物を、ポリカーボネートなどのポリマー中に溶解あ
るいは分散させた系によって、光双安定状態を形成させ
る例（特開昭６０−１５９８３２号）が報告されている
が、ポリマー中に溶解あるいは分散させた系では、ポリ
マーと光非線形材料との相溶性の問題があり、ポリマー
の透明性を損なわない程度の添加にに抑制する必要があ
るため、光非線形材料を十分な効率が得られるに足るほ
ど高濃度に分散配合することが難しいという問題点があ
った。また、この様な溶解あるいは分散した系では、ポ
リマー中の光非線形材料が経時的にブリーディングして
くることがあり、安定した特性を維持しにくいという問
題もあった。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、成型
性に優れ、機械的強度にも優れた高効率の三次光非線形
効果を有する有機光非線形材料を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明による有機光非線形
材料は、サーモトロピック液晶高分子に下記の式（１）
で示される化合物が光非線形側鎖として結合したことを
特徴としている。

であり、相互に等しい構造でも異なる構造であってもよ
く、ＸおよびＹはＣＨ，ＮまたはＮ−）Ｏを示し、　Ｒ
＋、Ｒｚは官能基を示す。

本発明をさらに詳しく説明する。

本発明はサーモトロピック液晶高分子の側鎖に光非線形
効果を有する化合物が結合した三次の効果を有する有機
光非線形材料に関するものであり、下記の一般式（１）
として示される化合物を側鎖に結合したことを特１１に
としている。

であり、相互に等しい構造でも異なる構造であってもよ
く、ＸおよびＹはＣＨ，ＮまたはＮ→０を示し、　Ｒ１
，Ｒｚは官能基を示す）このような光非線形効果を有する化合物の具体例として
、その構造が次式■〜Ｘで示される化合物群を用いるこ
とを特徴とする。

０パー■−ＣＨ＝ＣＨ−■−ＮＲ，Ｒ，（ＩＩＩ）ここ
で、■、Ｑは、ベンゼン環、ピリミジン環、フラン環、
チアゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、
ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾオ
キサジアゾール環、ナフタレン環、アントラセン環、イ
ソキノリン環などのπ電子共役系の環状化合物で、お互
いに等しい構造であっても相異なる構造であってもよい
。

Ｒ＋　、ＲＺは水素、アルキル基、アルキルアミノ基、
アルキルアミド基、アルキルヒドロキシ基、水酸基、ア
ルキルメルカプタン基、あるいはハロゲンなどのうちの
いずれかの官能基であり、Ｒ１、Ｒ２がお互いに等しく
とも、相異なっていてもよいが、液晶高分子の側鎖裁と
して結合するためには、少なくとも一方が水酸基、アル
キルアミノ基、アルキルヒドロキシ基、アルキルメルカ
プト基であることが望ましい場合が多い。

サーモトロピック液晶高分子が側鎖型の液晶高分子であ
る場合、側鎖として、■〜Ｘ式で示される化合物群のう
ちのいずれかを結合させることによって、液晶性側鎖基
の配向性を活用して、より大きな光非線形効果を得るこ
とが可能となる。側鎖型液晶高分子の側鎖末端に光非線
形材料が結合した化合物は、従来知られていない全く新
しい化合物であるが、この場合、液晶性の側鎖基は（Ｃ
Ｈｔ　）ｎｏ　　Ｍ　　Ａの構造を有する場合に、最良
の光非線形効果をもたらすことが多い。

すなわち、主鎖から２〜１０個のメチレン鎖が酸素を介
して、以下のπ共役系と結合していることが望ましい。

電子吸引性化合物を有す、るコレステリル基、ここでＡ
は−ＣＮ、−Ｎｏｗ　、−ＣＯＯＨｌ−ＣＯＣＨ３、−
ＣＨｏｌ−ＣＯＮ　Ｈｚなどの電子吸引性の基あるいは
ハロゲンを表す。

■〜Ｘの化合物が側鎖として結合した高分子がそれだけ
で液晶性を示す場合、上記液晶性側鎖基は必ずしも必要
ではない。

おおきな光非線形効果を有する■〜Ｘの化合物は、その
効果に異方性があり、特定方向の光非線形定数が特に大
きいことが知られている。これを有効に利用するには分
子を特定方向に配列させることが必要となる。当発明は
、液晶配向を利用してこれを達成するものである。すな
わち、電場、磁場、応力などの外力より均一な液晶配向
を発生、固定化させ、特定方向の非線形光学定数を特に
大きくしようとするものである。これは、液晶高分子が
外力により起こされた液晶配向を液晶温度以下で固定化
できるという特徴を利用したものである。

サーモトロピック液晶高分子ないしその主鎖は本発明に
おいて基本的に限定されるものではないが、特に、ポリ
シロキサン、ポリメタクリル酸、ポリエステル、ポリウ
レタン、ポリアミド、ポリジアセチレンのいずれか、あ
るいは／およびこれらのいくつかの組み合わせであるの
が望ましい。

また、サーモトロピック液晶高分子としては、サーモト
ロピック液晶高分子がポリメタクリル酸エステル、ポリ
アクリル酸エステル、ポリスチレンあるいはそのほかの
オレフィン性二重結合から得られた重合体、あるいはこ
れらの共重合体に共重合あるいはグラフト重合されたも
のであるのが好ましい。

〔実施例１〕次に示す化合物（■）を合成した。

Ｃ１２さらに、化合物■と化合物■を７対３の割合で仕込みラ
ジカル重合した。

得られたポリマーは第１図に示すようなフィルムｌ形状
に成形した。このフィルムＩｆｆみ方向に電極２．２を
介して電界を印加し、Ｚ軸方向に液晶配向させた。電界
は５０Ｖ／ｍｍ〜１００Ｖ／−とし、これをポリマーの
液晶形成温度にて印加（第２図）し、次いで冷却した。

フィルムはＰＭＭＡ並の機械強度を示した。その結果、
三次の非線形定数ＸがＸ２２Ｚ２−５．ＯＸｌ０−　鳳’　　　　ｅｓｕＸｘ
ｘｘｘ＝１．３　Ｘｌ０−Ｉ！ｅｓｕＸＶＶＶＶ”１．
３　Ｘｌ０−Ｉ３ｅｓｕを得、特定方向に特に大きなＸ
を得た。一方、配向処理をしない場合では、Ｘ１ｉｉｉ　ｗｌ、６　Ｘｌ０−”　　　ｅｓｕ　　（
ｉ−Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）となり、配向の効果が確認できた。

〔実施例２〕材料は化合物（Ｘ）を用いた。

゛十７１これをフィルム状に成形した。第３図に示すようにガラ
ス板３．３に挟み、液晶形成温度においてＸ方向にずり
応力を加え、液晶配向させ冷却固化した。フィルムはＰ
ＭＭＡ並の機械強度を示した。このフィルムのＸｘｘｘｘ　−５，５Ｘｌ０−”　　ｅｓｕＸｙｙｙｙ
　−１，５ＸＩＯ”　　ｅｓｕＸｚｚｚｚ　−１，５Ｘ
ｌ０−Ｉ３ｅｓｕであった。

〔発明の効果〕以上説明したように、本発明では、機械強度の大きな、
また、成形、加工性に優れた大きな三次の非線形光学効
果を有する材料を得た。これは、光双安定素子を始めと
し、三次の光非線形効果を用いるあらゆる光情報処理用
材料に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による材料をフィルム状にしたときの斜
視図、第２図は前記フィルムに電界を印加亥るときの状
態を示す図、第３図は前記フィルムにずり応力を加える
時の図である。ｌ・・・フィルム、２・・・電極、３・・・ガラス板。出願人代理人　　雨　　宮　　正　　季第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）サーモトロピック液晶高分子に下記の式（１）で
示される化合物が光非線形側鎖として結合したことを特
徴とする有機光非線形材料。 ▲数式、化学式、表等があります▼（１）（式中、▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、
化学式、表等があります▼はπ電子共役系の環状化合物
でであり、相互に等しい構造でも異なる構造であっても
よく、ＸおよびＹはＣＨ、ＮまたはＮ→Ｏを示し、Ｒ＿
１、Ｒ＿２は官能基を示す。
（２）前記Ｒ＿１、Ｒ＿２が水素、アルキル基、アルキ
ルアミン基、アルキルアミド基、アルキルヒドロキシ基
、アルキルメルカプン基、水酸基、ハロゲンのいずれか
の官能基であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の有機光非線形材料。
（３）前記サーモトロピック液晶高分子は側鎖型である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
載の有機光非線形材料。
（４）前記側鎖型液晶高分子の液晶性を示す部位が下記
のII式で示されることを特徴とする特許請求の範囲第１
項から第３項のいずれかに記載の有機光非線形材料。 ■ＣＨ＿２）＿ｎＯ−Ｍ−Ａ…………（II）（ここでＭ
はビフェニル、ベンジリデンアニリン、▲数式、化学式
、表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります
▼、シクロヘキシルフェニル、コレステリルのいずれか、あ
るいは／およびこれらの化合物の二種以上の組み合わせ
、ＡはＮＯ＿２、ＣＮなどの電子吸引性の基、ｎは２〜
１０の整数）
（５）該サーモトロピック液晶高分子の主鎖が、ポリシ
ロキサン、ポリメタクリル酸、ポリエステル、ポリウレ
タン、ポリアミド、ポリジアセチレンのいずれか、ある
いは／およびこれらのいくつかの組み合わせであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
かの有機光非線形材料。
（６）該サーモトロピック液晶高分子がポリメタクリル
酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリスチレンあ
るいはそのほかのオレフィン性二重結合から得られた重
合体、あるいはこれらの共重合体に共重合あるいはグラ
フト重合されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項から第５項のいずれかの有機光非線形材料。
（７）前記サーモトロピック液晶高分子が電場、磁場、
もしくは応力などの外力で、その液晶温度でその液晶側
鎖が一定方向に配向され、固定化されたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項から第６項のいずれかの有機光
非線形材料。