(57)【要約】【課題】  高速光スイッチングが可能な高分子化合物を提供すること。【解決手段】    高分子化合物の化学式は下記式で表される。下記式において、αは８５〜９５の整数、βは５〜１５の整数、α＋β＝１００、ｎ１、ｎ２は４〜６の整数、ｍは１又は２の整数、Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、Ｘはシアノ基又はアルコキシ基、Ｙはアルコキシ基又はニトロ基を表す。下記式で表される高分子化合物は高速光スイッチングが可能である。【化１４】2005132940.tif 000015
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式で表される高分子化合物。
【化１】
2005132940.tif 000013
但し、αは８５〜９５の整数、βは５〜１５の整数、α＋β＝１００、ｎ１、ｎ２は４〜６の整数、ｍは１又は２の整数、Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、Ｘはシアノ基又はアルコキシ基、Ｙはアルコキシ基又はニトロ基を表す。
【請求項２】
下記化学式で表される高分子化合物。
【化２】
2005132940.tif 000014
但し、γは正の整数、ｎ３は４〜６の整数、ｍは１又は２の整数、Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｚはシアノ基、アルコキシ基、ニトロ基又はフッ素原子を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な高分子化合物、特に、高分子液晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示装置等の分野で液晶材料が利用されている。液晶とは液体の流動性と結晶の配向性を兼ね備えた物質あるいは状態を表す。液晶は電界によって容易にその配向を変えるので、液晶を２枚の直交した偏光板に挟み、電界をオン・オフすることで透過光のスイッチングができる。これが、液晶ディスプレイの作動原理である。
しかしながら、液晶は電界以外に光や磁界などの外場によっても大きな屈折率変化を誘起することができる。例えば、液晶にレーザ光を照射することにより、屈折率が変化する。光は空気中を自由に進むので、二次元あるいは三次元の自由なパターンで液晶を動かすことが可能になる。これは、電界印加に必要な電極基板が必要でなくなり、又屈折率の変化の非常な高速化が可能になることを意味する。このことより、液晶は光を利用した高速光スイッチング、光記録、ホログラフィなどにも利用が可能であり、各方面で研究されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００３】
本願発明者は光を利用して液晶を高速光スイッチング、光記録、ホログラフィなどに利用する材料について、鋭意研究をおこなった。光で液晶の配向を変える方法として、アゾベンゼンの光異性化を利用する方法が知られている。少量のアゾベンゼンを液晶に混ぜて、光を照射すると光相移転が起こるが、その応答は数十ミリ秒程度である。しかしながら、アゾベンゼンの光異性化自体はピコ秒オーダで起こることを考えるとかなり遅いものであった。
【非特許文献１】光技術コンタクト、３９（１１）、３（２００１）「高分子アゾベンゼン液晶の高速ホログラム記録」
【非特許文献２】未来材料、１（８）、２（２００１）「光で駆動する液晶ナノフィルム」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記問題に鑑みて成されたもので、高速光スイッチングが可能な高分子化合物を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、下記化学式で表される高分子化合物が提供される。
【化３】
2005132940.tif 000002
但し、αは８５〜９５の整数、βは５〜１５の整数、α＋β＝１００、ｎ１、ｎ２は４〜６の整数、ｍは１又は２の整数、Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、Ｘはシアノ基又はアルコキシ基、Ｙはアルコキシ基又はニトロ基を表す。
【０００６】
また、本発明によれば、下記化学式で表される高分子化合物が提供される。
【化４】
2005132940.tif 000003
但し、γは正の整数、ｎ３は４〜６の整数、ｍは１又は２の整数、Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｚはシアノ基、アルコキシ基、ニトロ基又はフッ素原子を表す。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高速光スイッチングが可能な高分子化合物が得られる。また、光記録、ホログラフィ等のフォトニクス材料に好適な材料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
液晶を光を利用した高速光スイッチング、光記録、ホログラフィなどに利用することを検討したところ、そのためには、液晶相が、非常に短い数百ナノ秒程度で光相移転を起こす必要があることが判明した。このために、アゾベンゼン自体に液晶性を付与したアゾベンゼン液晶を作製することにより光相移転を高速化することが可能であり、アゾベンゼンの異性化がまわりの液晶分子の配向を乱すのに時間がかかるので液晶の配向緩和過程をなくすために、アゾベンゼン自体に液晶性を付与することが有効であることを見出した。
【０００９】
即ち、高分子鎖の中にアゾベンゼン構造と液晶構造を有する高分子化合物を合成することにより高速光スイッチングが可能である。高分子化合物を検討して、ポリマー鎖にアゾベンゼン構造を有する分枝と液晶部分を有する分枝を持つ高分子、又はアゾベンゼン構造と液晶部分を１つの分枝に有する高分子がこの目的に適合することを見出した。そして高分子の構造について種々の検討を行った結果、下記の一般式１、２で表される高分子化合物が最適であることを見出した。
【００１０】
本発明の第１の実施の形態に係る高分子化合物は下記化学式１のように示される。
【化５】
2005132940.tif 000004
【００１１】
また、本発明の第２の実施の形態に係る高分子化合物は下記化学式２のように示される。
【化６】
2005132940.tif 000005
ここで、式１、式２において、αは８５〜９５の整数、βは５〜１５の整数、γは正の整数である。Ｒ１は水素またはメチル基である。Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基である。ｎ１、ｎ２、ｎ３は４〜６の整数を表す。ｍは１又は２の整数を表す。Ｘはシアノ基、アルコキシ基又はフッソ原子である。Ｙはアルコキシ基又はニトロ基である。Ｚはシアノ基、アルコキシ基、ニトロ基又はフッソ原子である。各種のアゾベンゼン液晶の光相移転を検討した結果、側鎖のメチレン連鎖数（ｎ１、ｎ２、ｎ３）は４〜６の整数が最適であることが判明した。液晶部分の長さはｍが１又は２の整数が好適である。
【００１２】
式１で表される高分子化合物を合成するためのモノマーの合成例は次の通りである。尚、以降の化学式において表記を簡略化するために、「／ＣＨ２＼」を「／＼」で表している。
【化７】
2005132940.tif 000006
【化８】
2005132940.tif 000007
【化９】
2005132940.tif 000008
【化１０】
2005132940.tif 000009
【００１３】
また、式２で表される高分子化合物を合成するためのモノマーの合成例は次の通りである。
【化１１】
2005132940.tif 000010
【００１４】
このようにして合成したモノマーをラジカル重合により高分子化させた側鎖にアゾベンゼン部位と３環フェニルアセチレン部位を有する高分子アゾベンゼン液晶は、光によって大きな屈折率変化を高速且つ可逆的に誘起できるため、ホログラムに適した材料であることが解かった。ホログラム記録では再生像の明るさの指標として、回折効率ηが重要な指標であるが、この値は複屈折Δｎ（Δｎ＝ｎｅ―ｎｏ、ｎｅ：分子の長軸方向に対して平行な屈折率、ｎｏ：分子の長軸方向に垂直な屈折率）より次式で計算できる。
η＝（πｄΔｎ／λ）２×１００
【００１５】
今回我々が合成した式１のポリマー（Ｒ１、Ｒ２はメチル基、ｎ１、ｎ２は４、ｍは１、Ｘはシアノ基、Ｙはニトロ基）の複屈折率Δｎは０．３５であり、２環フェニルアセチレン部位を有する高分子アゾベンゼン液晶（Ｒ１、Ｒ２はメチル基、ｎ１、ｎ２は４、ｍは０、Ｘはシアノ基、Ｙはニトロ基）の複屈折率Δｎ＝０．１４より非常に大きい値を示し、この値から計算した回折効率ηはほぼ最大理論値に近い回折効率である約３０％を達成した。アゾベンゼン部位とフェニルアセチレン部位が同一の分子鎖にある式２のポリマーの複屈折率Δｎは０．３２であった。
【００１６】
このようにこれらのポリマーは非常に大きな複屈折率Δｎを有することが明らかとなり、ホログラム記録に適した材料であることが明らかとなった。
【実施例】
【００１７】
［実施例１］
実施例１では下記ポリマーを合成した。尚、モノマーの合成は、前記式１のポリマーを合成する方法の如くして行った。
【化１２】
2005132940.tif 000011
【００１８】
重合は次の条件で行った。アゾベンゼンモノマー（前記化学式１−３）０．０９ｇと液晶モノマー（前記化学式２−８）０．９ｇをＤＭＦ３ｍｌに溶解した後、ＡＩＢＮ（アゾイソブチロニトリル）２．７ｍｇを加えて６０℃、４８ｈｒラジカル重合を行った。得られたポリマーは０．８ｇ（転化率８０％）であった。ポリマーの分子量（Ｍｎ）２４，０００、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．８であった。ＮＭＲスペクトルを図１に示す。尚、図１において、α＝９２、β＝８（共重合比α、βが９２対８）である。
本ポリマーの複屈折率Δｎ（分子の長軸方向に対する平行な屈折率と垂直な屈折率の差）の値は０．３５であった。ちなみに、２環フェニルアセチレン部位を有する高分子アゾベンゼン液晶の複屈折率Δｎは０．１４であった。この値が大きい方が回折効率が大きく、ホログラム材料として適している。
【００１９】
［実施例２］
実施例２では下記ポリマーを合成した（重合度γは正の整数である。）。尚、モノマーの合成は、前記式２のポリマーを合成する方法の如くして行った。
【化１３】
2005132940.tif 000012
【００２０】
重合は次の条件で行った。モノマー（前記化学式１−６）０．７６ｇ（１．４ｍｍｏｌ）をＤＭＦ５ｍｌに溶解し、ＡＩＢＮを２．３ｍｇ（０．０１４ｍｍｏｌ）加えて、６０℃で４８時間重合を行った。得られたポリマーを３回エタノールで再沈精製した。収量０．３０ｇ、転化率３９％であった。ポリマーの分子量（Ｍｎ）２１，０００、Ｍｗ／Ｍｎ＝３．９であった。ＮＭＲスペクトルを図２に示す。尚、本ポリマーの複屈折率Δｎは０．３９であった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
光スイッチング、光記録、ホログラフィ等の高分子材料として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る高分子化合物のＮＭＲスペクトルである。
【図２】本発明の第２の実施例に係る高分子化合物のＮＭＲスペクトルである。
【図１】
2005132940.tif 000016
【図２】
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