大きな複屈折を有する液晶高分子の合成と光学材料への応用

• 研究課題/領域番号: 26288058
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 高分子化学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小西 玄一 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (20324246)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2014年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
• キーワード: 高複屈折性液晶 / 液晶 / パイ電子系 / 高複屈折液晶 / 構造有機化学 / 光学 / 屈折率 / 複屈折 / 薗頭カップリング / 光学材料 / 高分子 / 縮合系高分子 / 液晶高分子 / 高複屈折

研究成果の概要

原子屈折の高いアルキルスルファニル基をもつメソゲンの液晶性の発現に成功した。さらに液晶温度範囲の拡大を行った。分子構造の対称性を下げるにより、融点の低下と液晶相温度範囲拡大し、さらにはネマチック相も形成されやすくした。片方末端にメチルチオ基（SMe）、反対側のパラ位にイソチオシアネート（NCS）、シアノ基 （CN）を導入した2つの非対称性分子と両末端にSMeを有する対称系分子を合成し、0.7を超える複屈折を実現した。また、高複屈折性のメソゲンに対してアクリル基を2つ導入した架橋剤とアクリルモノマーを光重合することにより、高複屈折性のフィルムを作製することにも成功している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高複屈折性液晶材料はLCDフィルム、レーザー発振用フィルム、光記憶デバイス等への応用されており、さらなる高複屈折化が求められている。高複屈折性液晶は、偏光板やLCDフィルムを単一成分で作製することができ、ディスプレイの性能向上、大画面化、製造コストの削減など、そのインパクトは計り知れない。今回、実用化にはいくつかの壁があるが、上記の条件を満たす、複屈折0.8に迫る液晶材料の開発に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] 次世代の光学材料を指向した高複屈折性液晶の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Yuki、Konishi Gen-ichi
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 76 号: 10 ページ: 1076-1085
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.76.1076
  • NAID: 130007496415
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • 年月日: 2018-10-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New fabrication approach to develop a high birefringence photo-crosslinked film based on a sulfur-containing liquid crystalline molecule with large temperature dependence of birefringence (2018)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Yuki、Kuwahara Hiroki、Tokita Masatoshi、Konishi Gen-ichi、Tsuji Hideto
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: 662 号: 1 ページ: 197-207
  • DOI: 10.1080/15421406.2018.1467619
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The design of liquid crystalline bistolane-based materials with extremely high birefringence (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Arakawa, S. Kang, H. Tsuji, J. Watanabe, G. Konishi
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 6 号: 95 ページ: 92845-92851
  • DOI: 10.1039/c6ra14093a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of novel bistolane-based liquid crystalline molecules with an alkylsulfanyl group for highly birefringent materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Arakawa, Sungmin Kang, Hideto Tsuji, Junji Watanabe, Gen-ichi Konishi
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 6 号: 20 ページ: 16568-16574
  • DOI: 10.1039/c5ra25122b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly Twisted N,N-Dialkylamines as a Design Strategy to Tune Simple Aromatic Hydrocarbons as Steric Environment-Sensitive Fluorophores (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Sasaki, Satoshi Suzuki, W. M. C. Sameera, Kazunobu Igawa, Keiji Morokuma Gen-ichi Konishi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 138 号: 26 ページ: 8194-8206
  • DOI: 10.1021/jacs.6b03749
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Amphiphilic gels of solvatochromic fluorescent poly(2-oxazoline)s with a D-pi-A pyrene (2016)
  • 著者名/発表者名: C.-H. Chen, Y. Niko, G. Konishi
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 6 号: 49 ページ: 42962-42970
  • DOI: 10.1039/c6ra06251b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bright and photostable push-pull pyrene dye visualizes lipid order variation between plasma and intracellular membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Niko, P. Didier, I. Mely, G. Konishi, A. S. Klymchenko
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 18870-18870
  • DOI: 10.1038/srep18870
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly birefringent polymer films from the photo-crosslinking polymerisation of bistolane-based methacrylate monomers (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Arakawa, Hiroki Kuwahara, Koichi Sakajiri, Sungmin Kang, Masatoshi Tokita
  • 雑誌名: Liq. Cryst. 巻: 42 号: 10 ページ: 1419-1427
  • DOI: 10.1080/02678292.2015.1053542
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of novel fluorinated bis(biphenyl)diacetylene derivatives as highly birefringent nematic liquid crystalline materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Arakawa, Sungmin Kang, Junji Watanabe, Gen-ichi Konishi
  • 雑誌名: Phase Transitions 巻: 88 号: 12 ページ: 1181-1192
  • DOI: 10.1080/01411594.2015.1041952
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Assembly of thioether-containing rod-like liquid crystalline materials assisted by hydrogen-bonding terminal carboxyl groups (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Arakawa, Sungmin Kang, Junji Watanabe, Gen-ichi Konishi
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 5 号: 11 ページ: 8056-8062
  • DOI: 10.1039/c4ra15300f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, phase transition behaviors, and birefringence properties of fluorinated diphenyl-diacetylene derivatives (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Arakawa, Sungmin Kang, Junji Watanabe, Gen-ichi Konishi
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 43 号: 12 ページ: 1853-1860
  • DOI: 10.1246/cl.140779
  • NAID: 130004687287
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of optical parameters in side-chain LC polymethacrylate with a dinaphthyl-acetylene mesogenic unit (2014)
  • 著者名/発表者名: Sungmin Kang, Shunpei Nakajima, Yuki Arakawa, Masatoshi Tokita, Gen-ichi Konishi and Junji Watanabe
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 5(7) 号: 1 ページ: 2253-2258
  • DOI: 10.1039/c2py90049a
  • 査読あり