光反応を用いた透明かつ高屈折率変化フォトニクス用材料の開発と評価

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555264
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堀江 一之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10013690)
• 研究分担者: 西川 昭 JSR(株), 築波研究所, テーマリーダー ; 高橋 賢 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60313003) ; 町田 真二郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20262032)
• キーワード: 屈折率制御 / 光反応 / メソイオン化合物 / ポリイミド / 光近接場走査顕微鏡 / ナノ屈折率パターン / PMMA

研究概要

本年度は、以下の3課題について成果をあげることができた。
1.メソイオン化合物の光反応による屈折率制御 分子内で局所的イオン構造をもつメソイオニック化合物である3-フェニル-1,2,3,4-オキサトリアゾール-5-オン(3POT○)やその硫黄置換体は、光照射により二酸化炭素(または硫化物)および窒素分子を放出し、アニリン誘導体に変化する。3POTOの場合は、5wt%ドープフィルムで最大0.006の屈折率変化が得られ、またPMMA中で高濃度までドープすることができ、ドープ濃度30wt%のときには、3POTOの酸素原子を2つとも硫黄原子に置換した3PTTTで光照射前後で屈折率変化は-0.04に達してた。
2.ポリイミドフィルムへのCT導入による屈折率制御 耐熱性でかつ広い波長領域で透明な屈折率制御材料の実現を目指して、脂環式ジアミンを含むポリイミドPI(PMDA/DCHM)にフェニルアジドをドープしたフィルムを作成し、アミド酸(PAA)の段階で光照射した後、真空中で加熱イミド化を行い、その際に未反応のフェニルアジドを取り除いて、光照射部分にのみ、光反応でポリイミド鎖に結合したアニリンとピロメリット酸イミド(PIMDA)部分の電荷移動錯体(CT)形成による屈折率の増加を実現した。
3.NSOMによるナノ屈折率パターンの形成と観察 ノルボルナジエン誘導体(PNCA)を30wt%ドープしたPMMAフィルムに対して、光近接場走査顕微鏡(NSOM)を用いて、He-Cdレーザーの325nm光で光反応により微小領域で屈折率変化を形成し、He-Cdレーザの442nmで非破壊的に、また表面における凹凸なく、その屈折率パターンを観察することに成功した。凹凸や吸収変化の一切ない状態での屈折率パターンの形成は、近接場光を用いたからこそ観測できた現象であり、その理論的な解明がこれからの課題である。

研究成果

• [文献書誌] S.Morino,H.Takahashi,K.Horie: "Photoinduced Orientation Dynamics of a Cyanobiphenyl Liquid Crystal containing Quinizarin"Jap.J.Appl.Phys.. 39. 3530-3535 (2000)
• [文献書誌] S.Takahashi,S.Machida,K.Horie: "Photoacid Generation in Polymer Solids Induced and Observed with Near-Field Scanning Optical Microscopy"J.Photopolymer Sci.Tech.. 13・2. 231-234 (2000)
• [文献書誌] S.Takahashi,K.Samata,H.Muta,S.Machida,K.Horie: "Refractive Index Patterning Using a Near-field Scanning Optical Microscopy"Appl.Phys.Lett.. 78・1. 31-15 (2001)
• [文献書誌] Y.Kashiyama,J.He,S.Machida,K.Horie: "Large Photoinduced Refractive Index Change in a Polyimide Film by Charge-transfer Complex Formation with a Polymer-bound Phenylazide Fragment"Macromol.Rapid Commun.. (in press).
• [文献書誌] 堀江一之: "液晶便覧"丸善. 645 (2000)
• [文献書誌] 福見俊夫,堀江一之,久保寺憲一 編: "新編光学材料ハンドブック"リアライズ社. 715 (2000)