JPS6248811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有効な電気光学効果を有する電気光学
材料に関し、特に、光学的に均一で、かつ機械的
に堅牢であり、しかも任意の形状に容易に成形可
能な有機質の電気光学材料に関するものである。

電気光学効果とは、光学媒体に電界を印加した
場合にこの媒体の屈折率が変化する現象であり、
これには線形電気光学効果（ポツケルス効果）と
２次電気光学効果（カー効果）とがある。

例えば、公知の電気光学効果を有する材料のう
ち、KH₂PO₄（KDP）、NH₄H₂PO₄（ADP）、
LiNbO₃、PLZT等の中心対称性のない無機結晶は
ポツケルス及びカー効果を有するが、一般にポツ
ケルス効果の方が大きい。一方、Ba₂Na₂Nb₅O₁₅
等の中心対称性を有する無機物や或る組成の
PIZT等のセラミツク類、ニトロベンゼン、二硫
化炭素等の有機液体、ニトロスチレン、ニトロア
ニソール等の極性物質を溶媒に溶解した溶液等の
微結晶集合体や液体は主としてカー効果を有して
いる。

これらの物質を電気光学変調素子として利用す
るにあたり、単結晶材料の場合には結晶自身が複
屈折性を有しかつその複屈折率が温度に依り変化
するので、これを光学変調系に使用した場合、光
出力が温度変化に依りドリフトして伝達情報に対
するノイズとなり、情報品質の低下をもたらす
為、好ましくないとされている。又、結晶自体の
複屈折に依り生じる透過光の抑制作用（リタ−デ
イシヨン）を打消す為に、わざわざ波長板を挿入
せねばならず、この為、光学系が複雑になるとい
う欠点もある。

更に、これは単結晶材料のみでなくPLZT等の
セラミツクスについても言えることであるが、無
機固体は一般に硬質で脆く、光学的に均一で大き
な形状のものを得ることが難い。この為にその価
格が高価になるということも欠点である。

次に電気光学効果を示す有機物であるが、従来
のものはそれ自身が液体であるか又は適当な溶媒
中に溶解されて液体の形で使用に供されるもので
あつた。この為、電気光学変調素子として利用す
る場合には、これらが光学的に等方体である為に
複屈折を持たない点では優れている。しかしなが
ら、変調素子としての構成上、２枚の平行電極を
封入したガラスセル中にこれらの物質を封入して
使用せねばならぬ為、素子に余分の厚みが加わ
り、従つて小型化に制限を受けるばかりでなく、
ガラスセルや電極が機械的に弱く、変形、破損等
に依る性能の劣化若しくは完全な破壊が生じると
いう欠点があつた。

本発明は、上述したような従来の電気光学材料
の欠点を改良すべく、鋭意研究の結果、完成した
ものである。

即ち、本発明は複屈折性を有さず、光学的に均
一で、かつ機械的強度に優れ、しかもその製造が
容易であるような電気光学効果素子材料を提供し
ようとするものであり、その要旨とするところ
は、電気光学効果を有する比較的低分子量の極性
有機物質を、この低分子物質に対して相溶性のあ
る高分子物質中に均一に分散させて固溶体とした
電気光学材料である。

本発明において、電気光学効果を示す上記極性
低分子物質としては、電子吸引性の大きなニトロ
基を有しかつ極性の大きいニトロ系芳香族化合物
を用いる。特に、ニトロ基の他に電子供与性基を
も有する芳香族化合物は、電子吸引性を有するニ
トロ基と電子供与性基との相互作用に依り分子の
極性が一層増大し、これに依つて電気化学的性能
が大となるので一層好ましい。このニトロ系芳香
族化合物としては、例えば、フエニル基、ビフエ
ニル基、インデン基、テトラリン基、ナフタレン
基、アンスラセン基、ジフエニルアルキル基その
他の１乃至数個のフエニル基を有する芳香族化合
物又はその置換体のニトロ化誘導体を用いること
が出来る。又、電子供与性基としては、例えば、
メチル、エチル等のアルキル基、アミノ基、アゾ
基、アミノアルキル基、水酸基、メトキシ基、エ
トキシ基、シアノ基、アルデヒド基等が挙げられ
る。これらのニトロ系芳香族化合物の例を挙げる
と、例えば、ニトロベンゼン、ニトロトルエン、
フエニルニトロメタン、ニトロナフタリン、ニト
ロテトラリン、ニトロアニリン、ニトロスチレ
ン、ニトロトルイジン、ニトロフエノール、ニト
ロベンジルアミン、ジアミノニトリロベンゼン、
アミノニトロナフタレン、クロルニトロアニリ
ン、ニトロジフエニルアミン、その他多くのニト
ロ系芳香族化合物がある。

一方、本発明に用いられる高分子物質として
は、透光性の点から透明なものが好ましく、かつ
混合分散される極性低分子物質の高分子物質に対
する割合が増加するほど、電気光学効果が大きく
なるという性質上、混合分散される極性低分子物
質との良好な相溶性が要求される。

この高分子物質の選択は、混合分散される極性
低分子物質との相溶性を考慮して慎重に検討され
ねばならないが、例えば、アクリル酸エステル
類、ポリメチルメタクリレートに代表されるポリ
メタクリル酸類、ポリスチレン、ポリスルフオ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリ酢
酸ビニル、ポリエステル、ポリアミド、BS樹
脂、ABS樹脂、MBS樹脂等の熱可塑性樹脂が好
ましい。なお、これらの高分子物質は単独でも完
全に透明なものが好ましいが、単独では多少透明
性を欠くものでも、極性低分子物質に依り可塑化
されて透明化するものであれば使用することが出
来る。

本発明に係る電気光学材料は従来公知の方法で
製造されて良い。例えば、通常のポリマーブレン
ドに用いられる如く、高分子物質及びそれに混合
分散される極性低分子物質の融点以上、分解温度
以下の温度に加熱されたロール面上でこれらを溶
融混合することに依り製造することが出来る。或
いは、これら高分子物質と極性低分子物質との相
方を溶解する適当な溶媒中に、これらの物質を溶
解した後、分散混合して得た液体から溶媒を蒸発
除去して固形化することに依り製造されても良
い。溶媒の例としては、例えば、アセトン、メチ
ルエチルケトン、DMF、DMA、ベンゼン、クロ
ロフオルム、四塩化炭素、トリクロルエチレン等
が挙げられる。更に別の方法としては、上記極性
低分子物質又はその溶液中に樹脂成形物を浸漬し
てこの樹脂中に上記極性低分子物質を拡散滲透さ
せる方法も挙げることが出来る。

本発明に係る電気光学材料の用途は、単に通常
の型の電気光学変調素子としてだけにとどまら
ず、その成型性、加工性の良さ等から、プリズ
ム、レンズ状或いは薄膜状に形成して、例えば、
光偏向素子や薄膜能動光学素子としても利用可能
である。

以下、本発明を実施例につき説明するが、以下
の実施例は本発明の例示であつて、本発明の範囲
をこれのみに限定するものではない。

実施例 １ ニトロ系芳香族化合物としてｐ−ニトロアニリ
ン、高分子物質としてポリメチルメタクリレート
を夫々選択した。そして、これらｐ−ニトロアニ
リンとポリメチルメタクリレートとを(1)10：90並
びに(2)20：80の重量比となるように夫々秤量した
後、これらをアセトンに溶解して充分に分散混合
した液から、溶媒であるアセトンを発泡を起こさ
ぬように注意深く除去し、ｐ−ニトロアニリンと
ポリメチルメタクリレートとの重量比が夫々(1)
10：90並びに(2)20：80の固形組成物を得た。これ
らの組成物は黄色味を帯びた透明な物質であつ
た。

このようにして得た固形物を溶融成型した後、
光学研磨し、第１図に示すような５ｍ／ｍ×３
ｍ／ｍ×２ｍ／ｍの直方体をなす電気光学材料１
を得た。この電気光学材料１の５ｍ／ｍ×３ｍ／
ｍの相対する面２，３に導電性ペイントで電極
４，５を夫々形成し、電気光学効果測定のための
試料６とした。そして、これらの試料６を用い、
第２図に示すような測定系に依つてその複屈折率
を夫々測定した。なお、第２図に示す測定系にお
いて、７は直流電源、８はHE−Neレーザー光源
を夫々示し、又９及び１０は夫々偏光子及び検光
子で互に直交させてある。更に、１１はバビネソ
レイユ補償器、１２はフオトダイオードであり、
１２で光電変換されて検出された光量は電気信号
としてレコーダ１３に記録される。

測定は次のようにして行なつた。即ち、先ず、
偏光子９から試料６に入射する光ビームを、試料
６の電気光学材料１に付された電極４，５と平行
に入射させ、バビネソレイユ補償器１１を調整し
てフオトダイオード１２に入射する光を最少に調
整する。次に、試料６に直流電圧を印加すると電
気光学効果に依り電気光学材料１の複屈折率が変
化してフオトダイオード１２に入射する光が増加
するので、これを最少とするようにバビネソレイ
ユ補償器１１を調整して、この時のバビネソレイ
ユ補償器１１のマイクロメーターの読みから複屈
折率の変化を測定した。この結果、試料自身の複
屈折は非常に小さいこと、及び複屈折率の変化は
印加電圧の２乗に比例することが認められ、生じ
ている電気光学効果はカー効果であることが確認
された。次に、複屈折率の変化に依りカー定数を
求めたところ、 (1)の組成のもので7.8×10^-11cm／V² (2)の組成のもので1.7×10^-10cm／V² と、ｐ−ニトロアニリンの濃度に対してほぼ比例
した値が得られた。又、この値は、ニトロベンゼ
ン単独のカー定数3.3×10^-10cm／V²に近い値であ
つた。

更に、比較として、ｐ−ニトロアニリンを入れ
ない以外は前述の方法と全く同様の方法で製造し
たポリメチルメタクリレート単独の試料について
同様の測定を行なつたが、これば電気光学効果を
全く示さなかつた。

実施例 ２ ニトロ系芳香族化合物として、(a)ｐ−ニトロア
ニリン、(b)ｏ−ニトロアニリン、(c)２−ニトロ−
４−メトキシアニリン、(d)ｐ−ニトロ−ｏ−クロ
ルアニリン、(e)５−ニトロ−ｏ−トルイジン、(f)
２−ニトロ−ジフエニルアミン、(g)１・２ジアミ
ノ−４−ニトロベンゼン、(h)ｐ−ニトロフエノー
ルを夫々選択し、高分子物質としてポリメチルメ
タクリレートを選んだ。

(a)〜(h)の電気光学効果を示す極性物質とポリメ
チルメタクリレートとを夫々10：90の重量比で秤
量し、実施例１と同様な方法でアセトンに溶解し
て混合液を得た。そして、これらの液をネサガラ
ス上にキヤストして溶媒を注意深く蒸発させ、光
学的に均一なキヤストフイルムを得た。更に、こ
れらのキヤストフイルム上にITO透明電極をスパ
ツタリングで蒸着し、ネサガラス側と蒸着した
ITO電極側とより夫々電極リード線を取り出し
て、電気光学効果測定用の試料とした。なお、フ
イルムの厚みは、(a)100μ、(b)230μ、(c)190μ、
(d)180μ、(e)250μ、(f)250μ、(g)230μ、(h)220μ
であつた。

これらの試料を、第２図に示した電気光学効果
測定系に、光入射ビームとネサガラス面に垂直な
線とが互に25゜の角度をなすようにセツトして、
電気光学効果を測定した。

上記の製法で形成したフイルムの電界に対する
複屈折率の変化は全て電界の２乗に比例し、この
ことから、カー効果であることがわかつた。カー
定数の大きさは、(a)ｐ−ニトロアニリンで2.7×
10^-12cm／V²、(b)ｏ−ニトロアニリンで２×10^-12
cm／V²、(c)２−ニトロ−４−メトキシアニリン
で2.1×10^-12cm／V²、(d)ｐ−ニトロ−ｏ−クロル
アニリンで4.0×10^-12cm／V²、(e)５−ニトロ−ｏ
−トルイジンで4.4×10^-12cm／V²、(f)２−ニトロ
−ジフエニルアミンで1.1×10^-12cm／V²、(g)１・
２−ジアミノ−４−ニトロベンゼンで4.1×10^-12
cm／V²、(h)ｐ−ニトロフエノールで0.98×10^-12
cm／V²を夫々示した。

実施例 ３ ニトロ系芳香族化合物としてｐ−ニトロアニリ
ンを、高分子物質としてポリ酢酸ビニルを選び、
これらが10：90の重量比となるようにして実施例
２と同様な方法に依り、ネサガラス上にキヤスト
された厚さ130μ及び310μのフイルムを夫々製造
した。これらのフイルムの電気光学効果を実施例
２と同様な手段で測定したところ、そのカー定数
は夫々8.0×10^-12cm／V²及び19×10^-12cm／V²であ
つた。

以上述べた如く、本発明に依る電気光学効果を
有する電気光学材料は、光学的に均一でかつ複屈
折性を有さず、しかも成型加工性に優れている
為、能動光学物品材料として産業上極めて有用で
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。 なお図面に用いた符号において、１……電気光
学材料、４，５……電極である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比較的分子量の小さいニトロ系芳香族化合物
   を、これに対して相溶性を有する高分子物質中に
   均一に分散させた固溶体から成る電気光学材料。 ２ ニトロ系芳香族化合物が電子供与性基を有し
   ている特許請求の範囲の第１項に記載の電気光学
   材料。