JP5534506B2 - Low threshold organic reverse supersaturated absorbent material - Google Patents

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Description

本発明は、定常光に応答して材料の透過率が減少する有機逆過飽和吸収体に関する。さらに詳しくは数mW/cm2程度の弱い定常光に対しても応答する低閾値有機逆過飽和吸収体に関する。 The present invention relates to an organic reverse supersaturated absorber in which the transmittance of a material decreases in response to steady light. More specifically, the present invention relates to a low-threshold organic reverse supersaturated absorber that responds to weak steady light of about several mW / cm 2 .

逆過飽和吸収現象(光制限効果ともいう)とは、光の強度の増加と共に材料の吸光度が増加する現象である。その原理は光照射の際に材料の励起子が蓄積された場合、蓄積された励起子の吸光係数が元々の基底状態のものよりも大きい際に観測される現象である。その原理の応用先としては、主として光スイッチ、光制限素子、調光素子、セキュリティー材料などが挙げられる。この現象は、有機物においては常温大気中では瞬時強度の強いYAGレーザやフェムト秒レーザのような瞬時強度の強い光照射においてのみ瞬間的に生じる現象であり、1W/cm2以下という数mW/cm2程度のような弱い定常光においては観測されるものではなかった。 The reverse supersaturated absorption phenomenon (also referred to as light limiting effect) is a phenomenon in which the absorbance of a material increases with an increase in light intensity. The principle is a phenomenon observed when the excitons of a material are accumulated during light irradiation and the extinction coefficient of the accumulated excitons is larger than that of the original ground state. Applications of the principle include mainly optical switches, light limiting elements, dimming elements, security materials, and the like. This phenomenon occurs instantaneously only in light irradiation with strong instantaneous intensity such as a YAG laser or a femtosecond laser having a high instantaneous intensity in a normal temperature atmosphere in an organic substance, and is several mW / cm of 1 W / cm 2 or less. It was not observed in weak steady light such as about 2 .

無機化合物においても、逆過飽和吸収特性を示す材料としてCdS、CdSe、CdSxSe1-xなどの半導体、Mn34、Fe23、Co34およびCuO、TiO2、RuO2、Sb23、Ta25、Re27、OsO2またはIrO2などの金属酸化物からなる材料および半導体微粒子を透明物質中に分散含有させた材料が、主として研究開発されてきた(非特許文献1および特許文献1)。しかし、結晶性である半導体および金属酸化物からなる多結晶媒体や半導体微粒子をガラス中に分散させた媒体の場合、光散乱が顕著に生じ光の透過性を阻害してしまうといった問題点が挙げられる。また単結晶においては、大きな単結晶を得ることができず、素子の大面積化が困難である。このためコストが高くなるとともに、大面積用途への応用化は困難である。また、逆過飽和吸収特性の閾値自体もkW/cm2オーダー以上と非常に大きな光強度を必要とするものであった。 Also in inorganic compounds, materials exhibiting reverse supersaturation absorption characteristics include semiconductors such as CdS, CdSe, CdS x Se 1-x , Mn 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 and CuO, TiO 2 , RuO 2 , A material composed of a metal oxide such as Sb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Re 2 O 7 , OsO 2, or IrO 2 and a material in which semiconductor fine particles are dispersed and contained in a transparent substance have been mainly researched and developed ( Non-Patent Document 1 and Patent Document 1). However, in the case of a polycrystalline medium composed of a crystalline semiconductor and a metal oxide or a medium in which semiconductor fine particles are dispersed in glass, light scattering occurs remarkably and the light transmittance is hindered. It is done. Moreover, in a single crystal, a large single crystal cannot be obtained, and it is difficult to increase the area of the element. For this reason, the cost is increased and it is difficult to apply to a large area. Also, the threshold value of the reverse supersaturated absorption characteristic itself requires a very high light intensity of the order of kW / cm 2 or more.

また、有機化合物にも逆過飽和吸収現象を示す化合物が存在する。非特許文献2や3には、YAGレーザにおいてこれまでの報告で最も良好に逆過飽和吸収現象を示す有機材料系としてフタロシアニン誘導体が示されている。また非特許文献4には、同様に良好に逆過飽和吸収現象を示す化合物として白金錯体が示されている。しかし、このような材料の、逆過飽和吸収現象発現のための入射光の閾値は、ナノ秒パルスのYAGレーザにおいて10-2J/cm2程度であり、定常光で同様の現象を生じさせる場合には、kW/cm2オーダー以上の高パワーを必要とし、大きな透過率変化を生み出すためにはkW/cm2オーダーの強度を必要とする。このため上記のような従来の有機材料系においては、定常的な光照射の場合や、定常光レーザのような瞬間的に大きな光強度を有する光照射ではない場合には、逆過飽和吸収現象を全く生じない。 In addition, some organic compounds exhibit reverse supersaturated absorption. Non-Patent Documents 2 and 3 show phthalocyanine derivatives as organic material systems that best exhibit reverse supersaturation absorption in YAG lasers as reported so far. Non-Patent Document 4 discloses a platinum complex as a compound that similarly exhibits a reverse supersaturated absorption phenomenon. However, the threshold value of incident light for the reverse supersaturation absorption phenomenon of such a material is about 10 −2 J / cm 2 in a nanosecond pulse YAG laser, and the same phenomenon is caused by stationary light. Requires a high power of the order of kW / cm 2 or higher, and a strength of the order of kW / cm 2 is required to produce a large change in transmittance. For this reason, in the conventional organic material system as described above, the reverse supersaturation absorption phenomenon is caused in the case of steady light irradiation or light irradiation with instantaneously large light intensity such as a steady light laser. It does not occur at all.

低閾値の逆過飽和吸収を達成するためには、(i)励起状態寿命が室温大気中で長いこと、(ii)過渡吸収の吸光度が基底状態の吸光度よりも十分大きいこと、の二つ条件を同時に両立する必要がある。これまで、非特許文献2、3及び4のような材料系では(ii)の条件は達成されているものの、励起状態寿命がマイクロ秒オーダーと短いために、逆過飽和吸収特性を示す材料の閾値は1kW/cm2以上という高パワーの光を原理上必要としていた。仮にこのような強い定常光の照射しして逆飽和吸収機能を発現させようとしても、有機材料は瞬時に光分解してしまうといった問題があり、また、このような有機物を大面積に成膜し逆過飽和吸収媒体を作成しても、YAGレーザなどのスポット光で、瞬間的にしか現象が生じないために、大面積の機能を有効的に活用することはできなかった。さらに、YAGレーザなどの大型の光源を必要とするため、小型化が要求されるような用途には用いることができなかった。このため、LEDや半導体レーザなどの1W/cm2以下、数mW/cm2オーダーという低パワーの光照射により、大きな逆過飽和吸収特性を示し、媒体の大面積化も可能にするような材料の開発が望まれていた。 In order to achieve low threshold reverse supersaturated absorption, two conditions are required: (i) the excited state lifetime is long in the atmosphere at room temperature, and (ii) the absorbance of the transient absorption is sufficiently larger than the absorbance of the ground state. It is necessary to achieve both at the same time. Until now, in the material systems such as Non-Patent Documents 2, 3 and 4, although the condition (ii) has been achieved, since the excited state lifetime is as short as microseconds, the threshold of the material exhibiting reverse supersaturated absorption characteristics Required a high power light of 1 kW / cm 2 or more in principle. Even if such a strong steady light is irradiated to develop the reverse saturation absorption function, there is a problem that the organic material is instantly photodegraded, and such an organic material is formed in a large area. However, even when a reverse supersaturated absorption medium is produced, a phenomenon occurs only momentarily with spot light such as a YAG laser, so that the function of a large area cannot be effectively used. Furthermore, since a large light source such as a YAG laser is required, it cannot be used for applications that require miniaturization. For this reason, materials such as LEDs and semiconductor lasers that exhibit large reverse supersaturation absorption characteristics and allow a large area of the medium when irradiated with light of a low power of 1 W / cm 2 or less and several mW / cm 2 order. Development was desired.

室温大気中で励起状態寿命の長い有機材料としては、特許文献2に、無秩序状態のステロイド媒体にドナー置換された芳香族炭化水素を少量添加することで数秒オーダーの励起状態寿命が室温大気中で達成されることが記載されている。しかし、特許文献2には、光の逆過飽和吸収特性に関する記載は一切ない。また、無秩序状態のステロイド媒体にドナー置換された芳香族炭化水素を少量添加した材料においては、室温大気中において励起状態寿命は長いが、過渡吸収の吸光度が基底状態の吸光度よりも十分大きくないため、光強度を強めた際の吸光度の増加はわずかである。 As an organic material having a long excited state lifetime in a room temperature atmosphere, Patent Document 2 discloses that an excited state lifetime in the order of several seconds can be obtained in a room temperature atmosphere by adding a small amount of donor-substituted aromatic hydrocarbon to a disordered steroid medium. It is described that it is achieved. However, Patent Document 2 has no description regarding reverse supersaturated absorption characteristics of light. In addition, a material with a small amount of donor-substituted aromatic hydrocarbon added to a disordered steroid medium has a long excited state lifetime at room temperature in the atmosphere, but the absorbance of transient absorption is not sufficiently larger than the absorbance of the ground state. The increase in absorbance when the light intensity is increased is slight.

また、特許文献2には、常温で無秩序状態を形成するステロイド媒体に、有機金属錯体および芳香族化合物の2種をドープする材料が記載され、この材料では、効率よく常温大気中で蓄光発光が達成されることが述べられている。しかし、光の逆過飽和吸収特性に関する記述や示唆は一切ない。また、特許文献2に開示される材料設計では、過渡吸収の吸光度が基底状態の吸光度よりも十分大きくないため、光強度を強めた際の吸光度の増加はわずかである。 Patent Document 2 describes a material in which a steroid medium that forms a disordered state at room temperature is doped with two types of organometallic complex and aromatic compound, and this material efficiently stores and emits light in the room temperature atmosphere. It is stated that it will be achieved. However, there is no description or suggestion regarding reverse supersaturated absorption characteristics of light. Further, in the material design disclosed in Patent Document 2, since the absorbance of transient absorption is not sufficiently larger than the absorbance in the ground state, the increase in absorbance when the light intensity is increased is slight.

特開2003−248254号公報JP 2003-248254 A 国際公開第2009/069790号パンフレットInternational Publication No. 2009/069790 Pamphlet

安藤昌儀,「化学と工業」,社団法人 日本化学会,1997年,第50巻,第4号,p.621Masanori Ando, “Chemistry and Industry”, The Chemical Society of Japan, 1997, Vol. 50, No. 4, p. 621 Joseph.W.Perry,外5名,Opt.Lett.,1994,vol.19,pp.625Joseph. W. Perry, 5 others, Opt. Lett. , 1994, vol. 19, pp. 625 Joseph.W.Perry,外11名,Science,1996,vol.273,pp.1533Joseph. W. Perry, 11 others, Science, 1996, vol. 273, pp. 1533 Guijiang Zhou,外4名,Adv.Funct.Mater.,2009,vol.19,pp.531Guijiang Zhou, 4 others, Adv. Funct. Mater. , 2009, vol. 19, pp. 531

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、常温大気中で1W/cm2以下、数mW/cm2オーダーというLEDや半導体レーザ、太陽光などの弱い定常光によって、材料の吸光度が大きく増加し、大面積の媒体が形成可能なような材料、低閾値有機過飽和吸収材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is weak steady light such as LED, semiconductor laser, sunlight, and the like of 1 W / cm 2 or less and several mW / cm 2 order in a normal temperature atmosphere. Accordingly, an object of the present invention is to provide a material capable of forming a medium having a large area and a low threshold organic supersaturated absorbing material.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、常温で無秩序状態を形成し、拡散係数が小さいマトリックス内に、所定の性状を有する光増感剤及び色素の2種をドープする材料において、下記の発明により、常温大気中での任意の波長において光の強度が1μW/cm2以下の光強度における透過率(線形透過率)は、10%以上、好ましく50%以上であるが、1W/cm2の定常光照射では、透過率が線形透過率の90%以下、好ましくは半分以下になる有機材料、すなわち低閾値有機逆過飽和吸収材料、および該材料を用いた媒体の開発に成功し、本発明を完成させた。 As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors have formed a disordered state at room temperature, and in the matrix having a small diffusion coefficient, two kinds of photosensitizer and dye having predetermined properties are added. In the material to be doped, according to the following invention, the transmittance (linear transmittance) at a light intensity of 1 μW / cm 2 or less at an arbitrary wavelength in a normal temperature atmosphere is 10% or more, preferably 50% or more. However, with steady light irradiation of 1 W / cm 2 , an organic material whose transmittance is 90% or less, preferably half or less of the linear transmittance, that is, a low threshold organic reverse supersaturated absorbing material, and a medium using the material Successfully developed and completed the present invention.

すなわち、本発明は、下記の低閾値有機逆過飽和吸収材料及び該材料を用いた逆過飽和吸収媒体を提供するものである。
1.常温で拡散係数が10-15cm2/s未満であり、かつ無秩序状態を形成するマトリックス内に、項間交差効率が50%以上であり、室温における燐光量子収率が10%以上である光増感剤と77Kの剛性媒体中で励起三重項寿命が0.3秒以上の寿命を有する長励起状態寿命色素とを含有する材料であって、光増感剤の最低励起三重項エネルギーが長励起状態寿命色素の最低励起三重項エネルギーよりも大きく、400〜600nmの波長における光増感剤の基底状態の吸光係数よりも長励起状態寿命色素の励起三重項状態の過渡吸収の吸光係数が大きく、かつ長励起状態寿命色素の基底状態の紫外可視領域吸収波長における吸光係数のピークトップが、光増感剤の紫外可視領域吸収波長帯よりも短波長側にあることを特徴とする逆過飽和吸収材料。
2.前記マトリックスが、シクロ環とOH基とを各々少なくとも一つ有する縮合多環式化合物である前記1に記載の逆過飽和吸収材料。
3.前記縮合多環式化合物が、ステロイド系アルコールである前記2に記載の逆過飽和吸収材料。
4.光増感剤が、有機金属錯体である前記1〜3のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。
5.所定の波長の光を照射した際の長励起状態寿命色素における励起三重項状態形成の量子収率(φ)と励起三重項状態寿命(τ)との積(φτ)が0.01以上である前記1〜4に記載の逆過飽和吸収材料。
6.長励起状態寿命色素が、その最低励起三重項状態がππ*遷移からなる色素であり、かつ原子番号9以上の原子を分子内に含有しないものである前記1〜5のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。
7.長励起状態寿命色素が、芳香環を有し、該芳香環が重水素置換されていることを特徴とする前記1〜6のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。
8.1μW/cm2の光強度における線形透過率が50%以上である前記1〜7のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。
9.前記1〜8のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料が用いられることを特徴とする逆過飽和吸収媒体。
10.逆過飽和吸収材料が基板上に設けられることを特徴とする前記9に記載の逆過飽和吸収媒体。
That is, the present invention provides the following low-threshold organic reverse supersaturated absorbent material and reverse supersaturated absorbent medium using the material.
1. Light having a diffusion coefficient of less than 10 -15 cm 2 / s at room temperature, an intersystem crossing efficiency of 50% or more, and a phosphorescence quantum yield of 10% or more at room temperature in a matrix forming a disordered state. A material containing a sensitizer and a long excited state lifetime dye having a lifetime of 0.3 seconds or longer in a 77K rigid medium, wherein the minimum excited triplet energy of the photosensitizer is long. Exceeding the lowest excited triplet energy of the excited state lifetime dye, the extinction coefficient of transient absorption of the excited triplet state of the long excited state lifetime dye is larger than the extinction coefficient of the ground state of the photosensitizer at a wavelength of 400 to 600 nm. In addition, the reverse supersaturation is characterized in that the peak top of the extinction coefficient at the UV-visible region absorption wavelength of the ground state of the long excited state lifetime dye is on the shorter wavelength side than the UV-visible region absorption wavelength band of the photosensitizer Osamu material.
2. 2. The reverse supersaturated absorbent material according to 1 above, wherein the matrix is a condensed polycyclic compound having at least one cyclo ring and one OH group.
3. The fused polycyclic compound, reverse over-saturation absorbing material according to the 2 is a steroidal alcohol.
4). The reverse supersaturated absorbing material according to any one of 1 to 3, wherein the photosensitizer is an organometallic complex.
5. The product (φτ) of the excited triplet state formation quantum yield (φ) and the excited triplet state lifetime (τ) in the long excited state lifetime dye upon irradiation with light of a predetermined wavelength is 0.01 or more. 5. The reverse supersaturated absorbent material as described in 1 to 4 above.
6). The reverse of any one of 1 to 5 above, wherein the long excited state lifetime dye is a dye whose lowest excited triplet state is a ππ * transition and does not contain an atom having an atomic number of 9 or more in the molecule. Supersaturated absorbent material.
7). 7. The reverse supersaturated absorbing material according to any one of 1 to 6, wherein the long excited state lifetime dye has an aromatic ring, and the aromatic ring is substituted with deuterium.
8. The reverse supersaturated absorbing material according to any one of 1 to 7 above, wherein the linear transmittance at a light intensity of 8.1 μW / cm 2 is 50% or more.
9. The reverse supersaturated absorption material according to any one of 1 to 8 is used.
10. Conversely saturable absorber medium according to the 9 reverse over-saturation absorbing material, characterized in that provided on the substrate.

本発明によれば、常温大気中で1W/cm2以下、数mW/cm2オーダーのLEDや半導体レーザ、太陽光などの弱い定常光によって、材料の吸光度が大きく増加し、透過率が減少し、大面積の媒体が形成可能なような材料、すなわち低閾値有機過飽和吸収材料を提供することができる。また、本発明の有機逆過飽和吸収材料は、LEDや半導体レーザや低パワーの光源により光スイッチなどの機能が発現されるので、光システムの小型化薄膜化などを可能にするものである。さらに、本発明の有機逆過飽和吸収材料は、無機の逆過飽和吸収材料では困難な、高透明性や、大面積素子の形成を可能にするものである。 According to the present invention, weak steady light such as LED, semiconductor laser, sunlight, etc. of 1 W / cm 2 or less and several mW / cm 2 order in normal temperature air greatly increases the absorbance of the material and decreases the transmittance. A material capable of forming a medium with a large area, that is, a low threshold organic supersaturated absorbing material can be provided. In addition, the organic reverse supersaturated absorbing material of the present invention enables functions such as an optical switch to be manifested by an LED, a semiconductor laser, or a low-power light source, thereby enabling downsizing and thinning of the optical system. Furthermore, the organic reverse supersaturated absorbing material of the present invention enables high transparency and formation of a large area element, which is difficult with inorganic reverse supersaturated absorbing materials.

ここで、低閾値逆過飽和吸収材料が有する特性としては、光照射の強度が1μW/cm2の十分弱い際の透過率(線形透過率)が10%以上、好ましくは50%以上を満たし、かつ1W/cm2のようなLEDやCW半導体レーザなどで実現可能な強い光強度における透過率(飽和透過率)が線形透過率の90%以下、好ましくは半分以下に減少するような材料と定義する。また、本明細書において、逆過飽和吸収特性の閾値(FI値)は、線形透過率が10%以下となる光照射強度であると定義する。 Here, as a characteristic of the low threshold reverse supersaturated absorbing material, the transmittance (linear transmittance) when the intensity of light irradiation is sufficiently weak at 1 μW / cm 2 satisfies 10% or more, preferably 50% or more, and It is defined as a material whose transmittance (saturated transmittance) at a strong light intensity that can be realized with an LED such as 1 W / cm 2 or a CW semiconductor laser is reduced to 90% or less, preferably less than half of the linear transmittance. . In the present specification, the reverse saturable absorption characteristics of the threshold (F I value), the linear transmittance defined as the light irradiation intensity of 10% or less.

上記1に規定される逆過飽和吸収材料は、400〜600nmの波長の光照射によって光増感剤からの励起三重項エネルギー移動により長励起状態寿命色素の三重項励起子が効率よく蓄積され、その三重項励起子の吸光係数が光増感剤の基底状態の吸光係数よりも十分大きいため、低閾値、かつ大きな逆過飽和吸収現象の発現を可能とする。
また、上記1に規定される逆過飽和吸収材料において、長励起状態寿命色素の基底状態の紫外可視吸収波長は、光増感剤の紫外可視吸収波長よりも短波長側に存在する。このことにより、光増感剤による光励起三重項の増感により長励起状態寿命色素の励起三重項状態を形成する際に、長励起状態寿命色素の光吸収が光増感剤の光吸収を阻害しなくなるため、効率よい長励起状態寿命色素の励起三重項状態の形成が可能になる。一方、長励起状態寿命色素を直接光励起した場合は、項間交差効率が悪いために、効率よく長励起状態寿命色素の励起三重項状態を形成することができないので、長励起状態寿命色素の光吸収は、長励起状態寿命色素の励起三重項状態の蓄積によって生み出される逆過飽和吸収特性には阻害要因となってしまう。
In the reverse supersaturated absorbing material defined in 1 above, triplet excitons of long excited state lifetime dyes are efficiently accumulated by excitation triplet energy transfer from the photosensitizer upon irradiation with light having a wavelength of 400 to 600 nm. Since the extinction coefficient of the triplet exciton is sufficiently larger than the extinction coefficient of the ground state of the photosensitizer, it is possible to develop a low threshold and a large reverse supersaturation absorption phenomenon.
In the reverse supersaturated absorbing material specified in 1 above, the UV-visible absorption wavelength in the ground state of the long excited state lifetime dye is on the shorter wavelength side than the UV-visible absorption wavelength of the photosensitizer. Thus, when the excited triplet state of the long excited state lifetime dye is formed by sensitization of the photoexcited triplet by the photosensitizer, the light absorption of the long excited state lifetime dye inhibits the light absorption of the photosensitizer. Therefore, it is possible to efficiently form the excited triplet state of the long excited state lifetime dye. On the other hand, when the long excited state lifetime dye is directly photoexcited, the intersystem crossing efficiency is poor, so that the excited triplet state of the long excited state lifetime dye cannot be formed efficiently. Absorption is an impediment to reverse supersaturated absorption properties produced by the accumulation of excited triplet states of long excited state lifetime dyes.

上記2及び3に規定される逆過飽和吸収材料においては、固体中のマトリックスの小さな拡散運動、大きな励起三重項エネルギー、非晶性に由来した色素の高分散特性、及びマトリックスの低酸素透過性により、長励起状態寿命色素の励起三重項状態が、室温大気中でも安定化される。そして、光増感剤を介して長励起状態寿命色素の励起三重項状態が形成された場合、励起子が長時間安定化されるので、入射光の強度が弱くても長励起状態寿命色素の三重項励起子が蓄積されるようになる。これにより、上記2及び3に規定される逆過飽和吸収材料は、逆過飽和吸収特性の低閾値化を可能とする。   In the reverse supersaturated absorbing material defined in 2 and 3 above, due to the small diffusion motion of the matrix in the solid, the large excited triplet energy, the high dispersion characteristics of the dye derived from the amorphous nature, and the low oxygen permeability of the matrix The excited triplet state of the long excited state lifetime dye is stabilized even at room temperature. And when the excited triplet state of the long excited state lifetime dye is formed through the photosensitizer, the exciton is stabilized for a long time, so that even if the intensity of the incident light is weak, the long excited state lifetime dye Triplet excitons are accumulated. Thereby, the reverse supersaturated absorption material defined in the above 2 and 3 can reduce the threshold value of the reverse supersaturated absorption characteristic.

上記4に規定される逆過飽和吸収材料は、金属錯体を用いることで、吸光係数の小さなMLCT吸収帯を光増感剤の吸収に用いることが可能になる。ここで、MLCT吸収とは、電子遷移(Metal to Ligand Charge Transfer(MLCT)遷移)に基づく吸収のことをいう。逆過飽和吸収材料においては、基底状態の吸光度よりも、励起状態の吸光度が十分大きくなることが重要であるが、この金属錯体の基底状態における小さなMLCTの吸光係数は、長励起状態寿命色素の励起三重項状態の大きな過渡吸収の吸光係数との差を大きくし、逆過飽和吸収材料における、大きな透過率の減少を生み出すのに好適である。 By using a metal complex, the reverse supersaturated absorbing material defined in 4 above can use an MLCT absorption band having a small extinction coefficient for absorption of the photosensitizer. Here, MLCT absorption means absorption based on an electronic transition (Metal to Ligand Charge Transfer (MLCT) transition). In reverse supersaturated absorbing materials, it is important that the absorbance in the excited state is sufficiently larger than the absorbance in the ground state, but the small MLCT extinction coefficient in the ground state of this metal complex is the excitation of the long excited state lifetime dye. It is suitable for increasing the difference between the absorption coefficient of the large transient absorption in the triplet state and producing a large decrease in transmittance in the reverse supersaturated absorbing material.

上記5に規定される逆過飽和吸収材料は、所定の波長の光を照射した際の長励起状態寿命色素における励起三重項状態の形成の量子収率(φ)と励起三重項状態寿命(τ)との積(φτ)を0.01以上という従来よりも大きいものとすることで、逆過飽和吸収特性の低閾値化を可能とする。   The reverse supersaturated absorbing material defined in 5 above has a quantum yield (φ) and excited triplet state lifetime (τ) of formation of an excited triplet state in a long excited state lifetime dye when irradiated with light of a predetermined wavelength. By making the product (φτ) of 1 and larger than the conventional value of 0.01 or more, it is possible to lower the threshold value of the reverse supersaturated absorption characteristic.

上記6に規定される逆過飽和吸収材料は、長励起状態寿命色素のππ*の励起三重項状態から基底状態に失活する速度が遅い傾向があるので、光増感剤からの光増感で形成された長励起状態寿命色素の三重項励起子が蓄積されやすく、逆過飽和吸収現象の低閾値化を達成することができる。 Since the reverse supersaturated absorbing material defined in 6 above tends to be deactivated from the excited triplet state of ππ * of the long excited state lifetime dye to the ground state, photosensitization from the photosensitizer The triplet excitons of the formed long-excited-state lifetime dye are likely to accumulate, and a low threshold of the reverse supersaturated absorption phenomenon can be achieved.

上記7に規定される逆過飽和吸収材料は、C−Hの赤外振動エネルギーがそれよりも低いC−Dの赤外振動エネルギーに変換されるので、長励起状態寿命色素の励起三重項状態における熱失活速度を遅らすことができる。そのため、長励起状態寿命色素の励起三重項寿命が長くなり、長励起状態寿命色素の三重項励起子がさらに蓄積されやすくなり、更なる逆過飽和吸収現象の低閾値化が達成される。   In the reverse supersaturated absorbing material defined in 7 above, since the infrared vibration energy of C—H is converted to the infrared vibration energy of CD which is lower than that, in the excited triplet state of the long excited state lifetime dye The heat deactivation rate can be delayed. Therefore, the excited triplet lifetime of the long excited state lifetime dye is increased, the triplet excitons of the long excited state lifetime dye are more likely to accumulate, and a further reduction in the threshold of the reverse supersaturated absorption phenomenon is achieved.

上記8に規定される逆過飽和吸収材料は、その線形透過率を50%以上とすることで、弱い光が照射された際には無駄なく光を透過し、一方で強い光が照射された際には効率よく隠光することが可能となる。   The reverse supersaturated absorbing material defined in 8 above has a linear transmittance of 50% or more, so that when it is irradiated with weak light, it transmits light without waste, while when it is irradiated with strong light. It is possible to efficiently hide the light.

また、上記9及び上記10に規定される本発明の逆過飽和吸収材料を用いた媒体は、上記1〜8の特徴を同時に有し、LEDや半導体レーザなどの光強度で、大きく透過率が減少する。さらに、マトリックスの高密度の水素結合に由来して、ガラス転移温度が上昇し、ガラス転移温度以下での結晶化速度が低下するので、室温でも安定な光学的な非晶状態を形成し、光の透過性を阻害しないものである。以上により、本発明の逆過飽和吸収材料を用いた逆過飽和吸収媒体は、光スイッチや、光制限素子、調光素子として好適に用いることができる。   In addition, the medium using the reverse supersaturated absorbing material of the present invention defined in 9 and 10 above has the characteristics 1 to 8 at the same time, and the transmittance is greatly reduced by the light intensity of an LED or a semiconductor laser. To do. In addition, the glass transition temperature rises due to the high-density hydrogen bonding of the matrix, and the crystallization speed below the glass transition temperature decreases, so that a stable optical amorphous state is formed even at room temperature. It does not impede the permeability. As described above, the reverse supersaturated absorbing medium using the reverse supersaturated absorbing material of the present invention can be suitably used as an optical switch, an optical limiting element, or a dimming element.

従来の有機系マトリックス内に分散された長い励起状態寿命を有する色素の長い三重項励起子がマトリックスの影響によってクエンチされる要因を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the factor by which the long triplet exciton of the pigment | dye which has the long excited state lifetime dispersed in the conventional organic matrix is quenched by the influence of a matrix. ステロール系化合物からなるマトリックス中に分散された長い励起状態寿命を有する色素の長い三重項励起子がクエンチされにくいことを説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining that the long triplet exciton of the pigment | dye which has the long excited state lifetime dispersed in the matrix which consists of a sterol type compound is hard to be quenched. 本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料において、光の強い照射強度に対する大幅な透過率現象のメカニズムを光増感剤及び長励起状態寿命色素のエネルギー状態図を用いて示す概念図である。In the low threshold value organic reverse supersaturated absorbing material of the present invention, it is a conceptual diagram showing a mechanism of a significant transmittance phenomenon with respect to a strong irradiation intensity of light using an energy state diagram of a photosensitizer and a long excited state lifetime dye. 本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料において、光の照射による長励起状態寿命色素の励起三重項の増感を説明する概念図である。In the low threshold value organic reverse supersaturated absorbing material of the present invention, it is a conceptual diagram illustrating sensitization of excited triplets of a long excited state lifetime dye by light irradiation. 本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料において、光増感剤と長励起状態寿命色素の吸光係数の度合いの比較を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the comparison of the degree of the extinction coefficient of a photosensitizer and a long excited state lifetime pigment | dye in the low threshold value organic reverse supersaturated absorption material of this invention. 本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料において、照射光量の増加に伴う、吸光度の上昇及び透過率の減少を説明する概念図である。In the low threshold value organic reverse supersaturated absorbing material of the present invention, it is a conceptual diagram illustrating an increase in absorbance and a decrease in transmittance with an increase in the amount of irradiation light. 図6の説明図に従って本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料の透過率が減少していくことを説明する図である。It is a figure explaining the transmittance | permeability of the low threshold value organic reverse supersaturated absorption material of this invention decreasing according to explanatory drawing of FIG. 実施例および比較例に用いられる光増感剤と長励起状態寿命色素の吸光係数を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the extinction coefficient of the photosensitizer used for an Example and a comparative example, and a long excited state lifetime pigment | dye. 実施例および比較例に用いられる光増感剤と長励起状態寿命色素の燐光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the phosphorescence spectrum of the photosensitizer used for an Example and a comparative example, and a long excited state lifetime dye. 実施例1の材料において低閾値有機逆過飽和吸収特性が発現するメカニズムを説明する図である。It is a figure explaining the mechanism in which the low threshold organic reverse supersaturation absorption characteristic expresses in the material of Example 1. 実施例および比較例の材料において、低閾値有機逆過飽和吸収特性を示す図である。It is a figure which shows the low threshold value organic reverse supersaturated absorption characteristic in the material of an Example and a comparative example. 実施例4の材料において、445nmの光における低閾値有機逆過飽和吸収特性示す説明する図である。In the material of Example 4, it is a figure explaining the low threshold-value organic reverse supersaturation absorption characteristic in 445 nm light. 実施例4の材料において、時間0秒で445nmの光を照射した場合の各波長における透過光強度の変化率、及び色素(4)の燐光強度変化を示す図である。In the material of Example 4, it is a figure which shows the change rate of the transmitted light intensity | strength in each wavelength at the time of irradiating light of 445 nm at time 0 second, and the phosphorescence intensity change of a pigment | dye (4). 実施例1、比較例10、11及び14の材料において、低閾値有機逆過飽和吸収特性示す説明する図である。(a)405nmの光の入射光パワーに対する透過率変化を示す図である。(b)媒体中での色素(1)及び色素(15)の室温における励起三重項寿命を示す図である。It is a figure explaining the low threshold value organic reverse supersaturation absorption characteristic in the material of Example 1 and Comparative Examples 10, 11 and 14. (A) It is a figure which shows the transmittance | permeability change with respect to the incident light power of 405 nm light. (B) It is a figure which shows the excitation triplet lifetime at room temperature of the pigment | dye (1) and the pigment | dye (15) in a medium. 実施例1の材料において、化学式2の色素濃度を変化させた場合の入射光パワーに対する透過率変化を示す図である。(a)化学式2の色素濃度を変化させたときの405nmの光に対するφ、τ及びφτの変化を示す図である。(b)触媒中での色素濃度を変化させた場合の入射光パワーの対する透過率変化を示す図である。透過率測定に用いた光の波長は405nmである。In the material of Example 1, it is a figure which shows the transmittance | permeability change with respect to incident light power at the time of changing the pigment | dye density | concentration of Chemical formula 2. FIG. (A) It is a figure which shows the change of (phi), (tau), and (phi) tau with respect to the light of 405 nm when the pigment density | concentration of Chemical formula 2 is changed. (B) It is a figure which shows the transmittance | permeability change with respect to incident light power at the time of changing the pigment density | concentration in a catalyst. The wavelength of light used for transmittance measurement is 405 nm.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料は、常温で拡散係数が10-15cm2/s未満であり、かつ無秩序状態を形成するマトリックス内に、項間交差効率が50%以上であり、室温における燐光量子収率が10%以上である光増感剤と77Kの剛性媒体中で励起三重項寿命が0.3秒以上の寿命を有する長励起状態寿命色素とを含有する材料において、光増感剤の最低励起三重項エネルギーが長励起状態寿命色素の最低励起三重項エネルギーよりも大きく、400〜600nm、好ましくは400〜500nmの波長における光増感剤の基底状態の吸光係数よりも長励起状態寿命色素の励起三重項状態の過渡吸収の吸光係数が大きく、かつ長励起状態寿命色素の基底状態の紫外可視領域吸収波長における吸光係数のピークトップが、光増感剤の紫外可視領域吸収波長帯よりも短波長側にあることを特徴とするものである。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
The low-threshold organic reverse supersaturated absorbing material of the present invention has a diffusion coefficient of less than 10 −15 cm 2 / s at room temperature and an intersystem crossing efficiency of 50% or more in a matrix forming a disordered state. In a material containing a photosensitizer having a phosphorescence quantum yield of 10% or more in a photocatalyst and a long excited state lifetime dye having a excited triplet lifetime of 0.3 seconds or longer in a 77K rigid medium, The lowest excited triplet energy of the sensitizer is greater than the lowest excited triplet energy of the long excited state lifetime dye and is excited longer than the extinction coefficient of the ground state of the photosensitizer at wavelengths of 400 to 600 nm, preferably 400 to 500 nm. large extinction coefficient of transient absorption of the excited triplet state of the state lifetime dyes, and the peak top of the absorption coefficient at ultraviolet and visible region absorption wavelength of the ground state of the long excited state lifetime dyes, photosensitizer It is characterized in that than ultraviolet-visible region absorption band located on the shorter wavelength side.

ここで、本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料が低パワーの光照射により吸光度が増加し、その波長の光の透過率が減少するメカニズムについて、図1と図2に基づいて説明する。   Here, the mechanism by which the absorbance of the low-threshold organic reverse supersaturated absorbing material of the present invention is increased by light irradiation with low power and the transmittance of light of that wavelength is decreased will be described with reference to FIGS.

所定の波長において、低閾値の逆過飽和吸収特性、より具体的には所定の波長における光照射の強度が1μW/cm2の十分弱い際の透過率(線形透過率)が10%以上、好ましくは50%以上を満たし、かつ1W/cm2の光照射の強度では、飽和透過率が線形透過率の90%以下、好ましくは半分以下となる特性を得るためには、所定の波長の光励起により効率よく励起子が蓄積され、蓄積された励起子がその波長の光を強く吸収する必要がある。このために必要な条件として二つが挙げられる。第一に、効率よく寿命の長い励起子が形成される必要があり、これは低閾値化の度合いを決定する。低閾値化の度合いは、所定の波長の光を照射した際の長励起状態寿命色素における励起三重項状態の形成の量子収率(φ)および励起三重項状態寿命τの積(φτ、以下単にφτということがある。)によって理論的に決定される。第二に、大きな逆過飽和吸収特性を得るには、所定の波長の光励起により形成された励起子の吸光係数σ2は基底状態の吸光係数σ1よりも大きい必要がある。すなわち、σ2/σ1(以下、単にσということがある。)が大きい必要があり、好ましくは2以上、より好ましくは10以上である。 Low threshold reverse supersaturation absorption characteristics at a predetermined wavelength, more specifically, the transmittance (linear transmittance) when the intensity of light irradiation at the predetermined wavelength is sufficiently weak at 1 μW / cm 2 , preferably 10% or more, preferably In order to obtain a characteristic that the saturation transmittance is 90% or less, preferably half or less of the linear transmittance at an intensity of light irradiation of 1 W / cm 2 that satisfies 50% or more, it is efficient by photoexcitation with a predetermined wavelength. Excitons are often accumulated, and the accumulated excitons must strongly absorb light of that wavelength. There are two conditions necessary for this. First, it is necessary to efficiently form long-lived excitons, which determines the degree of threshold reduction. The degree of threshold reduction is determined by the product of the quantum yield (φ) of formation of the excited triplet state and the excited triplet state lifetime τ (φτ, hereinafter simply referred to as the long excited state lifetime dye when irradiated with light of a predetermined wavelength. It is theoretically determined by φτ). Second, in order to obtain a large reverse supersaturated absorption characteristic, the extinction coefficient σ 2 of the exciton formed by photoexcitation with a predetermined wavelength needs to be larger than the extinction coefficient σ 1 of the ground state. That is, σ 2 / σ 1 (hereinafter sometimes simply referred to as σ) needs to be large, preferably 2 or more, more preferably 10 or more.

光スイッチや、光制限素子、調光素子といった数多くのデバイスは通常室温大気下で用いられ、このような環境下で逆過飽和吸収特性発現の低閾値化を図るためには、φτの値を大きくする必要がある。とりわけ、有機化合物においては、室温大気中で励起状態寿命の長い材料は困難であるため、τの小ささが逆過飽和吸収特性発現の低閾値化の妨げになっていた。   Many devices, such as optical switches, light limiting elements, and light control elements, are usually used in the atmosphere at room temperature. To reduce the threshold of reverse supersaturation absorption in such an environment, increase the value of φτ. There is a need to. In particular, in organic compounds, it is difficult to use a material having a long excited state lifetime in the atmosphere at room temperature. Therefore, the small value of τ has hindered lowering the threshold value of the reverse supersaturation absorption characteristics.

通常77Kで長い励起三重項寿命を有する色素を、ビニルポリマーを中心とする非晶マトリックスに分散した場合、図1の(b)に示されるように、マトリックスを構成する化合物が室温領域でも局所的に分子拡散運動を行っているため、仮に長励起状態寿命色素を励起しても長くてもミリ秒程度で色素にマトリックスが衝突し、その励起エネルギーを奪ってしまう(Kazuyuki Horie,外1名,Chem.Phys.Lett.,1982,vol.93,pp.61を参照)。その結果、長励起状態寿命色素常温大気下において秒オーダーの長い励起状態寿命を得ることはできず、低閾値の逆過飽和吸収特性を得ることはできない。   When a dye having a long excited triplet lifetime usually at 77 K is dispersed in an amorphous matrix centered on a vinyl polymer, as shown in FIG. Since the molecular diffusion movement is performed, the matrix collides with the dye in about milliseconds at the longest even if the long excited state lifetime dye is excited, and the excitation energy is taken away (Kazuyuki Harie, one other person, Chem. Phys. Lett., 1982, vol. 93, pp. 61). As a result, it is impossible to obtain a long excited state life in the order of seconds in a long excited state lifetime dye room temperature atmosphere, and a low threshold reverse supersaturated absorption characteristic cannot be obtained.

ビニルポリマーのような動きやすいポリマーではなく、ポリイミドなどの剛直な部位だけからなる高分子マトリックスは、若干の電子ドナー性やアクセプター性を有している。ここに長励起状態寿命色素を分散させても、色素の励起エネルギーもしくは電子が奪われたり、供与したりする結果、室温下では秒オーダーのような長い励起状態を得ることはできない(G.J.Kavarnos,“Fundamentals of Photoinduced Elevtron Transfer”,VCH Publishers,1993、あるいはJ.A.Barltrop,J.D.Coyle,“Principles of Photochemistry”,Wiley,1978を参照)。そのため、低閾値の逆過飽和吸収特性を得ることはできない。(図1(d)参照)。   A polymer matrix composed of only rigid parts such as polyimide, not a polymer that easily moves such as a vinyl polymer, has some electron donor property and acceptor property. Even if a long excited state lifetime dye is dispersed here, the excitation energy or electrons of the dye are deprived or donated. As a result, a long excited state such as the second order cannot be obtained at room temperature (GJ See Kavarnos, “Fundamentals of Photonylated Elevtron Transfer”, VCH Publishers, 1993, or JA Bartrop, JD Coyle, “Principles of Fish”, 78. Therefore, the reverse supersaturation absorption characteristic with a low threshold cannot be obtained. (See FIG. 1 (d)).

剛直な部位だけからなる材料は、結晶化しやすく色素が均一に分散されず、周囲の結晶化により排除された長励起状態寿命色素同士が凝集する結果、濃度消光が起こり、秒オーダーのような長い励起状態を得ることはできず、低閾値の逆過飽和吸収特性を得ることはできない(図1(a)参照)。また、一部低分子化合物で剛直な材料でも室温で安定した非晶を形成する化合物が存在する。しかし、この材料においても分子同士の束縛力はファンデスワールス力の弱い力なので、分子振動などは抑えることができず、長励起状態寿命色素を分散させて励起しても、秒オーダーのような長い励起状態を得ることはできず、低閾値の逆過飽和吸収特性を得ることはできない。   A material consisting only of a rigid part is easy to crystallize and the dye is not uniformly dispersed, and as a result of aggregation of long excited state lifetime dyes excluded by the surrounding crystallization, concentration quenching occurs, and a long time such as second order An excited state cannot be obtained, and a reverse threshold saturation absorption characteristic with a low threshold cannot be obtained (see FIG. 1A). In addition, there are compounds that form a stable amorphous material at room temperature even with some low molecular weight compounds and rigid materials. However, even in this material, the binding force between molecules is weak with van der Waals force, so molecular vibrations cannot be suppressed, and even when excited by dispersing long-lived state dyes, A long excited state cannot be obtained, and a reverse threshold saturation absorption characteristic with a low threshold cannot be obtained.

さらに、通常のマトリックスは大気中でマトリックス中に酸素を蓄えており、この酸素を取り除くのが困難である。酸素が存在すると長励起状態寿命色素の長い励起状態のエネルギーを酸素が衝突して奪う効果により、長励起状態寿命色素の励起子が失活してしまう(Jacobus Kuijt,外3名,Anal.Chem.Acta.,2003,vol.488,pp.135参照)。通常の高分子非晶マトリックスはガラス転移温度(Tg)以上に加熱しながら真空脱気を行うことで酸素を取り除くことが可能であるが、再び大気中に放置すると即座に酸素が系中に浸透拡散してしまうので、この酸素の影響で大気下では長励起状態寿命色素の長い励起状態は達成されない(図1(c)参照)。   Furthermore, a normal matrix stores oxygen in the matrix in the atmosphere, and it is difficult to remove this oxygen. In the presence of oxygen, the exciton of the long excited state lifetime dye is deactivated by the effect of oxygen colliding and taking away the energy of the long excited state lifetime dye (Jacbus Kuijt, et al., Anal. Chem). Acta., 2003, vol.488, pp.135). Normal polymer amorphous matrix can remove oxygen by vacuum degassing while heating above the glass transition temperature (Tg), but oxygen will immediately penetrate into the system if left in the atmosphere again. Since it diffuses, a long excited state long-lived excited state is not achieved in the atmosphere under the influence of oxygen (see FIG. 1C).

図2のように、好ましくはシクロ環とOH基(ヒドロキシル基)とを各々少なくとも一つ有する縮合多環式化合物、より好ましくはステロイド系アルコールから構成されるマトリックスは、塊状分子からなり、該塊状分子は、回転できないように分子間に強い束縛力が働く場合、分子の回転運動は通常より弱くなる。このような塊状分子は室温で結晶化しやすいが、マトリックス中にヒドロキシル基とフェノール基を含むような化合物もしくは化合物の混合体は、分子間水素結合の影響で結晶化速度が遅くなる傾向がある。そして、該塊状分子は、マトリックスを融解した状態からTg以下まで急冷する際に、Tg以上融点以下の温度領域を短い時間通過するが、その数秒程度の時間では結晶化が生じないので、室温で安定な非晶を形成することができる。この非晶マトリックスのTg以下では、塊状分子は無秩序な状態ではあるが、3次元的な水素結合ネットワークにより安定化し、室温では結晶化しにくくなるとともに、マトリックスは微小な原子間の伸縮運動を行うだけなので、塊状分子の回転運動が禁止され色素への衝突確率が激減する。   As shown in FIG. 2, a matrix composed of a condensed polycyclic compound having at least one cyclo ring and at least one OH group (hydroxyl group), more preferably a steroidal alcohol, is composed of massive molecules. When a strong binding force acts between molecules so that the molecules cannot rotate, the rotational motion of the molecules becomes weaker than usual. Although such massive molecules are easily crystallized at room temperature, a compound or a mixture of compounds containing a hydroxyl group and a phenol group in the matrix tends to have a slow crystallization rate due to the influence of intermolecular hydrogen bonding. And, when the massive molecules are rapidly cooled from the molten state to Tg or less from the melted state of the matrix, they pass through the temperature region of Tg or more and melting point or less for a short time, but crystallization does not occur in about several seconds, so at room temperature. A stable amorphous can be formed. Below the Tg of this amorphous matrix, the bulk molecules are disordered, but stabilized by a three-dimensional hydrogen-bonding network, making it difficult to crystallize at room temperature, and the matrix only performs stretching movements between minute atoms. Therefore, the rotational movement of the massive molecules is prohibited and the probability of collision with the dye is drastically reduced.

より好ましくはステロイド系アルコールからなるマトリックスは、融点以上に加熱することで酸素が系外に放出され、その後室温まで急冷すると酸素が系中に存在しない状況で非晶化する。さらにマトリックスは、シクロ環由来が大半であり、このため多少なりともドナー部位やアクセプター部位を含まないので、色素の励起エネルギーを奪うような効果は弱い。このマトリックスに、77Kで0.3秒以上という長い励起三重項寿命を有する色素(長励起状態寿命色素)を分散させ励起すると、長励起状態寿命色素は、熱振動による失活や酸素による失活やマトリックスへの電子移動やマトリックスからの電子移動などによる失活が生じないために、マトリックスの影響を受けずに、長励起状態寿命色素の励起三重項状態寿命が安定化され、秒オーダーの励起三重項寿命が室温大気中で達成される。   More preferably, the matrix made of a steroidal alcohol is released from the system by heating to a temperature equal to or higher than the melting point, and then amorphousized in a state where oxygen is not present in the system when rapidly cooled to room temperature. Furthermore, since most of the matrix is derived from a cyclo ring and thus does not contain any donor or acceptor site, the effect of depriving the excitation energy of the dye is weak. When a dye having a long excited triplet lifetime (long excited state lifetime dye) of 77 seconds or longer at 77K is dispersed in this matrix and excited, the long excited state lifetime dye is deactivated by thermal vibration or deactivated by oxygen. Inactivation due to electron transfer to and from the matrix does not occur, and the excited triplet state lifetime of the long excited state lifetime dye is stabilized without being affected by the matrix. Triplet lifetime is achieved in room temperature atmosphere.

上記したように、有機材料においては、室温大気中における励起状態寿命の短さが逆過飽和吸収特性発現の低閾値化の妨げになっていた。そこで、ステロイド系アルコールのような拡散係数が小さく、酸素のガスバリア性に優れ、電子ドナー性やアクセプター性が小さく、長励起状態寿命色素の濃度消光を誘発しないような化合物をマトリックスに用いることが好ましく、逆過飽和吸収特性発現の低閾値化のための重要な要素となる。   As described above, in the organic material, the short excited state lifetime in the atmosphere at room temperature has hindered the lowering of the threshold value of the reverse supersaturated absorption characteristics. Therefore, it is preferable to use a compound such as a steroidal alcohol that has a low diffusion coefficient, excellent oxygen gas barrier properties, low electron donor properties and acceptor properties, and does not induce concentration quenching of long excited state lifetime dyes in the matrix. Therefore, it becomes an important factor for lowering the threshold value of reverse supersaturated absorption characteristics.

好ましくは常温大気中で拡散係数が10-15cm2/sより小さく、無秩序状態を形成するステロイド系アルコールのような化合物で形成されたマトリックス内に、長励起状態寿命色素が分散された系に、さらに光増感剤が添加された系においては、まず光増感剤が光を吸収する(図3及び図4の(i)参照)。ここで、基底状態の長励起状態寿命色素はλの波長の光は全く吸収しない(図5参照)。この光増感剤による光吸収は、光増感剤に金属錯体を用いた場合は基底状態準位(S0準位)から最低励起一重項準位(S1準位)の場合やS0準位から最低励起三重項準位(T1準位)の場合がある。仮にS1準位に励起された場合であっても、重原子効果により項間交差効率が50%以上であるため、効率よく光増感剤のT1準位が形成される(図3及び図4の(ii)参照)。ここで、光増感剤の燐光量子収率は10%以上ある場合、光増感剤からの最低励起三重項状態は比較的安定化されT1状態でのエネルギーの失活が防がれる。 Preferably, in a system in which a long-excited-state lifetime dye is dispersed in a matrix formed of a compound such as a steroidal alcohol that has a diffusion coefficient smaller than 10 -15 cm 2 / s in normal temperature air and forms a disordered state. In the system to which a photosensitizer is further added, the photosensitizer first absorbs light (see (i) of FIG. 3 and FIG. 4). Here, the ground state long excited state lifetime dye does not absorb light having a wavelength of λ (see FIG. 5). The light absorption by the photosensitizer is the case where the metal complex is used as the photosensitizer, from the ground state level (S 0 level) to the lowest excited singlet level (S 1 level) or S 0. In some cases, the level is the lowest excited triplet level (T 1 level). Even when excited to the S 1 level, the intersystem crossing efficiency is 50% or more due to the heavy atom effect, so that the T 1 level of the photosensitizer is efficiently formed (FIG. 3 and FIG. 3). (See (ii) in FIG. 4). Here, when the phosphorescence quantum yield of the photosensitizer is 10% or more, the lowest excited triplet state from the photosensitizer is relatively stabilized, and energy deactivation in the T 1 state is prevented.

次に、長励起状態寿命色素のT1エネルギーが光増感剤のエネルギーよりも小さいので、長励起状態寿命色素を選択すれば効率よく三重項−三重項エネルギー移動が生じ、効率よく長励起状態寿命色素の三重項励起子が形成され、φが大きくなる(図3及び図4の(iii)参照)。 Next, since the T 1 energy of the long excited state lifetime dye is smaller than the energy of the photosensitizer, if a long excited state lifetime dye is selected, triplet-triplet energy transfer occurs efficiently, and the long excited state efficiently. A triplet exciton of a lifetime dye is formed, and φ increases (see (iii) in FIGS. 3 and 4).

また、長励起状態寿命色素は、常温大気中で拡散係数が10-15cm2/sより小さく、無秩序状態を形成するステロイド系アルコールのような化合物から形成された、酸素含有率が少ないマトリックス内に分散されているので、その励起三重項寿命が秒オーダーと長くなる(τが大きくなる)。この室温大気中での長励起状態寿命色素の長い励起三重項寿命のために、長励起状態寿命色素のT1励起子が蓄積されていく(図6参照)。この長励起状態寿命色素の蓄積は、入射するλの波長の光度に依存して多くなる(図6(1)〜(4)を参照)。形成された長励起状態寿命色素のT1励起子は、λの波長に対するσ2はππ*遷移の特性を有するため104cm-1-1と大きく、光増感剤のMLCT吸収に由来する吸光係数σ1の105cm-1-1の値よりも10倍以上大きい(図5を参照)。このため、λの波長光を光増感剤よりも強く吸収する(図3、図4の(iv)および図5参照)。結果として、媒体のλの波長に対する光の透過率は光強度の増大につれて減少していく(図5及び図7(1)〜(4)を参照)。結果として、入射光強度が増加すると、媒体の吸光度が増加し、透過率が減少するといった逆過飽和吸収特性が発現する。 In addition, the long excited state lifetime dye is formed in a matrix having a low oxygen content, which is formed from a compound such as a steroidal alcohol that forms a disordered state in a room temperature atmosphere with a diffusion coefficient smaller than 10 -15 cm 2 / s. Therefore, the excited triplet lifetime becomes long on the order of seconds (τ increases). Due to the long excited triplet lifetime of the long excited state lifetime dye in the room temperature atmosphere, T 1 excitons of the long excited state lifetime dye accumulate (see FIG. 6). Accumulation of this long excited state lifetime dye increases depending on the light intensity at the wavelength of incident λ (see FIGS. 6 (1) to (4)). The T 1 exciton of the formed long excited state lifetime dye has a characteristic of ππ * transition because σ 2 with respect to the wavelength of λ is as large as 10 4 cm −1 M −1, and is derived from MLCT absorption of the photosensitizer. 10 times larger than the value of 10 5 cm −1 M −1 of the extinction coefficient σ 1 (see FIG. 5). For this reason, light having a wavelength of λ is absorbed more strongly than the photosensitizer (see (iv) and FIG. 5 in FIGS. 3 and 4). As a result, the light transmittance with respect to the wavelength of λ of the medium decreases as the light intensity increases (see FIGS. 5 and 7 (1) to (4)). As a result, when the incident light intensity increases, reverse supersaturated absorption characteristics such that the absorbance of the medium increases and the transmittance decreases.

本発明においてマトリックスを形成するマトリックス成分としては、比較的側鎖などの運動性が大きい部位を含まない、複数のシクロ環同士連結した塊状の分子が好適であり、シクロ環とOH基とを各々少なくとも一つ有する縮合多環式化合物であることが好ましく、少なくとも塊状部位に直結する形でOH基を含む官能基、好ましくはヒドロキシル基、カルボキシル基やリン酸基などを有する化合物が好適であり、ステロイド系アルコールがより好ましい。ここで、複数のシクロ環同士が連結した塊状の分子からなる化合物とは、別の言葉で言えば、縮合多環式炭化水素を基本骨格とし、それに置換基が結合した化合物ともいえる。   In the present invention, the matrix component forming the matrix is preferably a massive molecule in which a plurality of cyclo rings are connected to each other, and does not include a site having relatively high mobility such as a side chain. It is preferably a condensed polycyclic compound having at least one, and a compound having an OH group-containing functional group, preferably a hydroxyl group, a carboxyl group, a phosphoric acid group, or the like in a form directly connected to at least a lump portion is suitable. Steroidal alcohol is more preferred. Here, in other words, a compound composed of a massive molecule in which a plurality of cyclo rings are linked to each other can be said to be a compound having a condensed polycyclic hydrocarbon as a basic skeleton and a substituent bonded thereto.

本発明の逆過飽和吸収材料のマトリックスに用いられる好適なマトリックス成分としては、ステロイド骨格のように円柱状に近く嵩高い分子骨格を有したアルコール基を含有する化合物、すなわちステロイド系アルコールが好ましく、より具体的にはコレステロール、ステグマステロール、プレグネノロン、メチルアンドロステンジオール、エストラジオールベンゾエート、エピアンドロステン、ステノロン、β−シトステロール、プレグネノロンアセテート、β−コレスタロール、5,16−プレグナディエン−3β−オール−20−ワン、5α−プレグネン−3β−オール−20−ワン、5−プレグネン−3β,17−ジオール−20−ワン−21−アセテート、5−プレグネン−3β,17−ジオール−20−ワン−17−アセテート、5−プレグネン−3β,21−ジオール−20−ワン−21−アセテート、5−プレグネン−3β,17−ジオールジアセテート、ロコゲニン、チゴゲニン、エスミラゲニン、ヘコゲニン、ジオスゲニン及びそれらの誘導体、及びそれらを含む混合物などが挙げられる。   As a suitable matrix component used in the matrix of the reverse supersaturated absorbent material of the present invention, a compound containing an alcohol group having a bulky molecular skeleton, such as a steroid skeleton, that is, a steroidal alcohol is preferable. Specifically, cholesterol, stegmasterol, pregnenolone, methylandrostenediol, estradiol benzoate, epiandrostene, stenolone, β-sitosterol, pregnenolone acetate, β-cholesterol, 5,16-pregnadien-3β-ol- 20-one, 5α-pregnene-3β-ol-20-one, 5-pregnene-3β, 17-diol-20-one-21-acetate, 5-pregnene-3β, 17-diol-20-one-17- Acetate, 5 Pregnene-3β, 21-diol-20-one-21-acetate, 5-pregnene-3β, 17-diol diacetate, locogenin, tigogenin, esmiragenin, hecogenin, diosgenin and their derivatives, and mixtures containing them It is done.

複数のシクロ環同士連結した塊状の分子の他の例としては、ロイコトール、ピリエスホルモシド、エストリオール、エストラジオール、エストロン、エキリングリコール、14‐ヒドロキシジヒドロモルフィン、エストロン、ヘキサコサヒドロヘキサセン、イクセレニルアセタート、ベルチシン、コルセベラミン、エベイエジン、(3aα,6aα,9aα,9bβ)−ドデカヒドロ−1H−フェナレン−2α,5α,8α−トリオール、ヘプタシクロ[8.4.0.02,7.03,5.04,8.09,13.012,14]テトラデカン−1,9−ジオールなどが好ましく挙げられる。 Other examples of massive molecules linked to multiple cyclo rings include leukotol, pyriesformoside, estriol, estradiol, estrone, echrin glycol, 14-hydroxydihydromorphine, estrone, hexacosahydrohexacene, ic Selenyl acetate, vertisin, corseveramine, ebayedin, (3aα, 6aα, 9aα, 9bβ) -dodecahydro-1H-phenalene-2α, 5α, 8α-triol, heptacyclo [8.4.0.0 2,7 . 0 3,5 . 0 4,8 . 0 9,13 . Such as 0 12, 14] tetradecane-1,9-diol preferably.

本発明の逆過飽和吸収材料のマトリックス成分には、ステロイド系アルコールの光学的な非晶状態を安定化させる非晶安定化化合物として、少なくとも剛直な部位に2つ以上のヒドロキシル基を含む化合物を適量添加してもよい。具体的には、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1'−メチレンジ−2−ナフトール、1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン、1−ナフトール、2,2'−ビフェノール、2,2−ビス(2−ヒドロキシ−5−ビフェニルイル)プロパン、2,2−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−sec−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−イソプロピルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,3,4−トリヒドロキシジフェニルメタン、2−ナフトール、4,4'−(1,3−ジメチルブチリデン)ジフェノール、4,4'−(2−エチルヘキシリデン)ジフェノール、4,4'−(2−ヒドロキシベンジリデン)ビス(2,3,6−トリメチルフェノール)、4,4'−ビフェノール、4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4'−エチリデンビスフェノール、4,4'−メチレンビス(2−メチルフェノール)、4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール、4−フェニルフェノール、4−tert−ブチルフェノール、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、α,α'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α,α'−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼン、4−ヒドロキシ安息香酸ベンジル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、4−ヒドロキシ安息香酸メチル、レソルシノール、テトラブロモビスフェノールAなどが好ましく挙げられる。   In the matrix component of the reverse supersaturated absorbent material of the present invention, an appropriate amount of a compound containing two or more hydroxyl groups at least at a rigid site as an amorphous stabilizing compound that stabilizes the optical amorphous state of the steroidal alcohol It may be added. Specifically, 1,1,1-tris (4-hydroxyphenyl) ethane, 1,1′-methylenedi-2-naphthol, 1,1-bis (3-cyclohexyl-4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 1-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) cyclohexane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 1,3-bis [2- (4-hydroxyphenyl) -2-propyl] benzene, 1 -Naphthol, 2,2'-biphenol, 2,2-bis (2-hydroxy-5-biphenylyl) propane, 2,2-bis (3-cyclohexyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis ( 3-sec-butyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3-isopropylphenyl) propane, , 2-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,3,4-trihydroxydiphenylmethane, 2-naphthol, 4,4 ′-(1 , 3-Dimethylbutylidene) diphenol, 4,4 ′-(2-ethylhexylidene) diphenol, 4,4 ′-(2-hydroxybenzylidene) bis (2,3,6-trimethylphenol), 4 , 4′-biphenol, 4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 4,4′-dihydroxydiphenylmethane, 4,4′-ethylidene bisphenol, 4,4′-methylenebis (2-methylphenol), 4- (1,1,1, 3,3-tetramethylbutyl) phenol, 4-phenylphenol, 4-tert-butylphenol, 9,9-bis (4-hydro) Cyphenyl) fluorene, α, α′-bis (4-hydroxyphenyl) -1,4-diisopropylbenzene, α, α, α′-tris (4-hydroxyphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene, 4- Preferred examples include benzyl hydroxybenzoate, bis (4-hydroxyphenyl) sulfide, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, methyl 4-hydroxybenzoate, resorcinol, and tetrabromobisphenol A.

このようなる非晶安定化化合物の配合量としては、上記マトリックス成分に対して3〜15質量%が好ましい。3質量%以上であれば、マトリックス成分の結晶化速度が速くなりすぎず、マトリックス成分の融点から室温に急冷する際に該成分が結晶化することがない。一方、15質量%以下であれば、非晶安定化剤自体が結晶化することがなく、マトリックス成分と相分離状態にならないので、製膜後の素子が白濁することがない。   As a compounding quantity of such an amorphous stabilization compound, 3-15 mass% is preferable with respect to the said matrix component. If it is 3 mass% or more, the crystallization speed of the matrix component will not be too high, and the component will not crystallize when rapidly cooled from the melting point of the matrix component to room temperature. On the other hand, if it is 15% by mass or less, the amorphous stabilizer itself does not crystallize and does not phase separate from the matrix component, so that the element after film formation does not become cloudy.

また、非晶安定化剤を導入することなしに非晶を形成したい場合、上記のステロイド系アルコール化合物も非晶を形成するが、複数のシクロ環同士連結した塊状の分子に、少なくとも塊状部位に直結する形で少なくとも1つ以上のヒドロキシル基とフェノール基を有する化合物が好適である。このような化合物としてはβ−エスタジオールやエストラトリオールなどが好ましく挙げられる。   Moreover, when it is desired to form an amorphous state without introducing an amorphous stabilizer, the steroidal alcohol compound also forms an amorphous state. A compound having at least one hydroxyl group and a phenol group in a directly connected form is preferred. Preferred examples of such a compound include β-estateol and estratriol.

本発明の逆過飽和吸収材料に用いられる光増感剤としては、ステロール化合物中で項間交差効率が0.5以上であり、室温での燐光量子収率が10%以上であることを要する。また、燐光量子収率は、30%以上が好ましく、50%以上がより好ましい。
さらに、光増感剤としては、(i)その最低励起三重項エネルギーが、長励起状態寿命色素の最低励起三重項エネルギーよりも大きいこと、(ii)400〜600nmの波長における光増感剤の基底状態の吸光係数よりも長励起状態寿命色素の励起三重項状態の過渡吸収の吸光係数が大きいこと、かつ(iii)長励起状態寿命色素の基底状態の紫外可視領域吸収は腸における吸光係数のピークトップが光増感剤の紫外可視領域吸収波長帯よりも短波長側にあること、が必要となる。このような光増感剤を添加することにより、大きな透過率の減少を低パワーの光照射により達成することが可能になる。そして、上記(i)〜(iii)の要件を満たすことで、光増感剤が効率よく励起三重項励起状態を形成し、そこから長励起状態寿命色素へ効率よくエネルギー移動することで励起三重項状態の寿命が長い長励起状態寿命色素の励起三重項励起状態を効率よく形成させることができるようになる。
The photosensitizer used for the reverse supersaturated absorbing material of the present invention requires that the intersystem crossing efficiency in the sterol compound is 0.5 or more and the phosphorescence quantum yield at room temperature is 10% or more. The phosphorescence quantum yield is preferably 30% or more, and more preferably 50% or more.
Furthermore, as the photosensitizer, (i) the lowest excited triplet energy is larger than the lowest excited triplet energy of the long excited state lifetime dye, and (ii) the photosensitizer at a wavelength of 400 to 600 nm is used. The absorption coefficient of the transient absorption of the excited triplet state of the long excited state lifetime dye is larger than the extinction coefficient of the ground state, and (iii) the absorption of the UV state in the ground state of the long excited state lifetime dye is It is necessary that the peak top be on the shorter wavelength side than the ultraviolet-visible region absorption wavelength band of the photosensitizer. By adding such a photosensitizer, it is possible to achieve a large reduction in transmittance by light irradiation with low power. And by satisfy | filling the requirements of said (i)-(iii), a photosensitizer forms an excited triplet excited state efficiently, and it carries out excited triplet by efficiently transferring energy from there to a long excited state lifetime dye. The excited triplet excited state of the long excited state lifetime dye having a long term state lifetime can be formed efficiently.

このような光増感剤としては、有機金属錯体が好ましく挙げられ、より具体的には、Platinum(III)[2(4,6−difluorophenyl)pyridinato−N,C2)−(acetyl−acetonate)、Iridium(III)、bis(2−(4,6−difluorephenyl)pyridinato−N,C2)、Tris(2−(2,4−difluorophenyl)pyridine)iridium(III)、Tris(2−phenylpyridine)iridium(III)、Iridium(III)tris(2−(4−totyl)pyridinato−N,C2)、Bis(2−(9,9−dihexylfluorenyl)−1−pyridine)(acetylacetonate)iridium(III)などが好ましく挙げられる。なお、上記の具体例は一例であり、上記要件を満たすものであれば、これに限定するものではない。 As such a photosensitizer, an organometallic complex is preferably exemplified. More specifically, Platinum (III) [2 (4,6-difluorophenyl) pyridinato-N, C 2 )-(acetyl-acetonate). Iridium (III), bis (2- (4,6-difluorphenyl) pyridinato-N, C 2 ), Tris (2- (2,4-difluorophenyl) pyridine) iridium (III), Tris (2-phenylpyridine) iridium (III), Iridium (III) tris (2- (4-totyl) pyridinato-N, C 2), Bis (2- (9,9-dihexylfluorenyl) -1-pyridine (Acetylacetonate), etc. iridium (III) may be preferably mentioned. In addition, said specific example is an example and will not be limited to this as long as the said requirements are satisfy | filled.

このような光増感剤の配合量は、マトリックス成分に対して0.05〜10質量%が好ましく、0.05〜7.5質量%がより好ましく、0.5〜5質量%がさらに好ましい。0.5質量%以上であれば、光増感のための十分な吸収を得ることができ、透過率の減少の閾値が上昇することはない。一方、10質量%以下であれば、色素が凝集しにくく、マトリックス成分を結晶化させやすくすることがない。   The compounding amount of such a photosensitizer is preferably 0.05 to 10% by mass, more preferably 0.05 to 7.5% by mass, and further preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the matrix component. . If it is 0.5 mass% or more, sufficient absorption for photosensitization can be obtained, and the threshold value for the decrease in transmittance does not increase. On the other hand, when the amount is 10% by mass or less, the dye is less likely to aggregate and the matrix component is not easily crystallized.

本発明の逆過飽和吸収材料に用いられる色素は、77Kの剛性媒体中で励起三重項寿命が0.3秒以上の寿命を有する長励起状態寿命色素であることを要する。そして、該長励起状態寿命色素は、光増感剤との間で、上記した(i)〜(iii)の相関関係を有するものである。
このような長励起状態寿命色素は、所定の波長の光を照射した際の長励起状態寿命色素における励起三重項状態形成の量子収率(φ)と長励起状態寿命色素の励起三重項状態寿命(τ)との積(φτ)が0.01以上であることが好ましく、0.1以上であることがより好ましい。φτが、従来よりも1000倍以上大きいものを選択することで、逆過飽和吸収特性の低閾値化が可能となる。
また、長励起状態寿命色素としては、三重項最低励起状態がππ*遷移からなる色素であり、かつ原子番号9以上の原紙を分子内に含有しない色素であることが好ましい。このような色素であると、光増感剤からの光三重項増感により効率よく光増感された際の長励起状態寿命色素の励起三重項寿命が長くなり、より低パワーで大きな逆過飽和吸収特性を得て、透過率を減少させるので、好ましい。
The dye used for the reverse supersaturated absorbing material of the present invention needs to be a long excited state lifetime dye having a lifetime of an excited triplet lifetime of 0.3 seconds or longer in a 77K rigid medium. And this long excitation state lifetime pigment | dye has a correlation of above-described (i)-(iii) between photosensitizers.
Such a long excited state lifetime dye has a quantum yield (φ) of formation of an excited triplet state in the long excited state lifetime dye upon irradiation with light of a predetermined wavelength and an excited triplet state lifetime of the long excited state lifetime dye. The product (φτ) with (τ) is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.1 or more. By selecting a material having φτ that is 1000 times larger than the conventional one, it is possible to lower the threshold value of the reverse supersaturated absorption characteristic.
The long excited state lifetime dye is preferably a dye whose triplet lowest excited state is a ππ * transition and does not contain a base paper having an atomic number of 9 or more in the molecule. With such a dye, the excited triplet lifetime of the dye is increased when efficiently photosensitized by the phototriplet sensitization from the photosensitizer, resulting in a large reverse supersaturation at lower power. It is preferable because it obtains absorption characteristics and reduces the transmittance.

このような長励起状態寿命色素としては、フェナントレン、クリセン、ピレン、ぺリレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、コロネン、ベンゾeピレン、ベンゾg,h,iぺリレン、ベンゾアントラセン、ベンゾc,qクリセン、ヘキサベンゾコロネン、2−ジメチルアミノトリフェニレン、2−ジフェニルアミノトリフェニレン、2−ジエチルアミノフルオレン、2−ジプロピルアミノフルオレン、3−アミノ−2−ジメチルフルオレン、2,7−ビス(N−フェニル−N−(4'−N,N−ジフェニルアミノ−ビフェニル−4−イル))−9,9−ジメチル−フルオレン、9,9−ジメチル−N,N'−ジフェニル−N,N'−ジ−m−トリルフルオレン−2、7−ジアミン、2,7−ビス[フェニル(mトリル)アミノ]−9,9'−スピロフルオレン、N,N,N',N'−テトラフェニルベンジジン、N,N'−ジフェニル−N,N'−ジ(m−トリル)−ベンジジン、3,3',5,5'−テトラメチル−ベンジジン、4,4'−ビス[ジ(3,5−キシリル)アミノ]−4''−フェニルトリフェニルアミン、N,N,N',N'−テトラキス(p−トリル)ベンジジン、4,4'−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]−4''−フェニルトリフェニルアミン、N−フェニル−2ナフチルアミン、N,N'−ジフェニル−ベンジジン、(フェナントレン−9−イル)−フェニル−アミン、N−フェニル−N−ピレン−3−イル−アミン、ジエチル−ピレン−1−イル−アミンなどが好ましく挙げられる。   Such long excited state lifetime dyes include phenanthrene, chrysene, pyrene, perylene, anthracene, tetracene, pentacene, coronene, benzoepyrene, benzog, h, i perylene, benzoanthracene, benzoc, qchrysene, Hexabenzocoronene, 2-dimethylaminotriphenylene, 2-diphenylaminotriphenylene, 2-diethylaminofluorene, 2-dipropylaminofluorene, 3-amino-2-dimethylfluorene, 2,7-bis (N-phenyl-N- ( 4'-N, N-diphenylamino-biphenyl-4-yl))-9,9-dimethyl-fluorene, 9,9-dimethyl-N, N'-diphenyl-N, N'-di-m-tolylfluorene -2,7-diamine, 2,7-bis [phenyl (mtolyl) amino] -9,9 ' Spirofluorene, N, N, N ′, N′-tetraphenylbenzidine, N, N′-diphenyl-N, N′-di (m-tolyl) -benzidine, 3,3 ′, 5,5′-tetra Methyl-benzidine, 4,4′-bis [di (3,5-xylyl) amino] -4 ″ -phenyltriphenylamine, N, N, N ′, N′-tetrakis (p-tolyl) benzidine, 4 , 4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] -4 ″ -phenyltriphenylamine, N-phenyl-2naphthylamine, N, N′-diphenyl-benzidine, (phenanthrene-9- Yl) -phenyl-amine, N-phenyl-N-pyren-3-yl-amine, diethyl-pyren-1-yl-amine and the like are preferable.

この長励起状態寿命色素を用いることにより、マトリックス成分中での長い三重項励起状態寿命が達成されるので、光増感剤からの光増感により、効率よく励起子が蓄積されるようになる。本発明においては、光増感剤と長励起状態寿命色素との組み合わせが重要となり、これらの長励起状態寿命色素の励起三重項の過渡吸収帯にMLCT吸収波長帯を有する光増感剤を選択することが重要となる。この組み合わせが達成される系においては、長励起状態寿命色素の励起三重項状態の過渡吸収の吸光係数は、ππ*遷移に由来して金属錯体のMLCT吸収よりも大きくなるので、励起子の蓄積に伴い材料の吸光度が大きく上昇し、大きな透過率の減少が生じる。 By using this long excited state lifetime dye, a long triplet excited state lifetime in the matrix component is achieved, so that excitons are efficiently accumulated by photosensitization from the photosensitizer. . In the present invention, a combination of a photosensitizer and a long excited state lifetime dye is important, and a photosensitizer having an MLCT absorption wavelength band in the transient triplet absorption band of these long excited state lifetime dyes is selected. It is important to do. In a system in which this combination is achieved, the absorption coefficient of the transient absorption of the excited triplet state of the long excited state lifetime dye is larger than the MLCT absorption of the metal complex due to the ππ * transition, so that exciton accumulation occurs. Along with this, the absorbance of the material greatly increases, resulting in a large decrease in transmittance.

長励起状態寿命色素は、芳香環を有し、該芳香環が重水素置換されていることが好ましい。本発明においては、全てが重水素置換されている必要はないが、形成された励起三重項状態の寿命を長くし、できるだけ低パワーの光照射で逆過飽和吸収特性得る観点から、全てが重水素置換されていることが好ましい。
重水素置換の手法としては、例えば、一度色素の骨格を合成した後Pd/CやPt/Cなどの触媒を用いて重水中で200℃以上の温度で、場合によっては水素雰囲気下で数時間から数十時間処理して合成する手法が挙げられる。これによって十分に重水素化されない部位がある場合は、原料段階からPd/CやPt/Cなどの触媒を用いて重水中で200℃以上の温度で、場合によっては水素雰囲気下で数時間から数十時間処理することで、重水素化したものから合成して芳香族化合物の骨格を形成することもできる。
The long excited state lifetime dye preferably has an aromatic ring, and the aromatic ring is preferably substituted with deuterium. In the present invention, it is not necessary for all to be substituted with deuterium, but from the viewpoint of increasing the lifetime of the formed excited triplet state and obtaining reverse supersaturated absorption characteristics with light irradiation as low as possible, all of the deuterium is replaced. It is preferably substituted.
As a method of deuterium substitution, for example, after synthesizing a dye skeleton, a catalyst such as Pd / C or Pt / C is used, and a temperature of 200 ° C. or higher in heavy water is used. And a method of synthesizing by processing for several tens of hours. When there is a site that is not sufficiently deuterated due to this, from the raw material stage using a catalyst such as Pd / C or Pt / C at a temperature of 200 ° C. or higher in heavy water, and sometimes in a hydrogen atmosphere for several hours. By treating for several tens of hours, a skeleton of an aromatic compound can be formed by synthesis from a deuterated one.

このような長励起状態寿命色素の配合量としては、マトリックス成分に対して0.05〜15質量%であることが好ましく、0.1〜7.5質量%がより好ましく、1〜5質量%がさらに好ましい。0.05質量%以上であれば、光増感剤からの励起三重項エネルギー移動の効率が良好となり、十分に長励起状態寿命色素の三重項励起子を蓄積することができ、逆過飽和吸収特性の低閾値化を実現することができる。一方、15質量%以下であれば、長励起状態寿命色素同士の濃度消光による、長励起状態寿命色素の励起三重項状態寿命の短縮を抑制し、十分に長励起状態寿命色素の励起子を蓄積することができるので、逆過飽和吸収特性の低閾値化を実現できる。またマトリックス成分の結晶化を促進することがないので、高透明性の媒体が実現できる。   The blending amount of such a long excited state lifetime dye is preferably 0.05 to 15% by mass, more preferably 0.1 to 7.5% by mass, and 1 to 5% by mass with respect to the matrix component. Is more preferable. If it is 0.05% by mass or more, the efficiency of excited triplet energy transfer from the photosensitizer is good, and triplet excitons of the dye having a sufficiently long excited state lifetime can be accumulated, and the reverse supersaturated absorption characteristics Can be realized. On the other hand, if it is 15% by mass or less, shortening of the excited triplet state lifetime of the long excited state lifetime dye due to concentration quenching between the long excited state lifetime dyes is suppressed, and excitons of the long excited state lifetime dye are sufficiently accumulated. Therefore, it is possible to reduce the threshold value of the reverse supersaturated absorption characteristic. In addition, since the crystallization of the matrix component is not promoted, a highly transparent medium can be realized.

次に、本発明の逆過飽和吸収材料を用いた媒体について説明する。
本発明の逆過飽和吸収媒体は、本発明の逆過飽和吸収材料を用いてなるものであり、該材料を単独で媒体として使用することもできるし、基材上に設けて使用することもできる。用途にもよるが、基材上に設けて使用する方が汎用性に富むため好ましい。
本発明の逆過飽和吸収材料を基材上に設ける態様としては、単に基材上に設ける態様のほか、複数の基材の間に該材料を注入する態様などが挙げられる。基材としては、例えば紙、合成紙、プラスチックフィルム、ガラス基板などが好ましく挙げられる。また、逆過飽和吸収材料を基材上に設けたり、基材間に注入する場合には、必要に応じてバインダー樹脂などを用いて保持することができる。
Next, a medium using the reverse supersaturated absorbent material of the present invention will be described.
The reverse supersaturated absorbing medium of the present invention is formed by using the reverse supersaturated absorbing material of the present invention, and the material can be used alone as a medium, or can be provided on a substrate. Although it depends on the application, it is preferable to use it on a substrate because it is versatile.
As an aspect which provides the reverse supersaturated absorption material of this invention on a base material, the aspect etc. which inject | pour this material between several base materials other than the aspect provided only on a base material are mentioned. As the substrate, for example, paper, synthetic paper, plastic film, glass substrate and the like are preferably mentioned. Moreover, when providing a reverse supersaturated absorption material on a base material, or inject | pouring between base materials, it can hold | maintain using binder resin etc. as needed.

本発明の逆過飽和吸収材料を基材上に設けた場合、さらに保護層を設けてガスバリア性、耐薬品性、耐水性、耐摩耗性、耐光性などを付与することができる。保護層としては、水溶性高分子、疎水性化合物の水性エマルジョン、樹脂などにより形成された被膜などが好ましく挙げられる。逆過飽和吸収材料を、あらかじめギャップをあけて形成された複数枚の基材間に注入した場合には、逆過飽和吸収材料をインク化せずに、記録媒体を作成することができる。   When the reverse supersaturated absorbent material of the present invention is provided on a substrate, a protective layer can be further provided to impart gas barrier properties, chemical resistance, water resistance, abrasion resistance, light resistance, and the like. As the protective layer, a water-soluble polymer, an aqueous emulsion of a hydrophobic compound, a film formed of a resin and the like are preferably exemplified. In the case where the reverse supersaturated absorbing material is injected between a plurality of substrates formed with a gap in advance, a recording medium can be produced without converting the reverse supersaturated absorbing material into ink.

また、本発明の逆過飽和吸収材料を用いた逆過飽和吸収媒体は、例えば、該材料を多孔質膜に設けることにより作成することもできる。これにより、逆過飽和吸収材料をインク化させずに、媒体を作成することができる。多孔質膜としては、これらに限定されるわけではないが、例えば、紙、合成紙、多孔性高分子膜などが好ましく挙げられる。また、多孔質膜として、可視光領域に吸収を持たない高分子膜や、可視光領域に吸収を持たない酸化物微粒子を焼結させた多孔質膜を用いることができる。多孔質膜として紙を用いた場合には、曲げることができ、かつ安価な媒体が作成可能である。   Moreover, the reverse supersaturated absorption medium using the reverse supersaturated absorbent material of the present invention can be prepared, for example, by providing the material on a porous film. As a result, the medium can be created without converting the reverse supersaturated absorbing material into ink. Examples of the porous film include, but are not limited to, paper, synthetic paper, and a porous polymer film. Further, as the porous film, a polymer film that does not absorb in the visible light region or a porous film obtained by sintering oxide fine particles that do not absorb in the visible light region can be used. When paper is used as the porous film, it can be bent and an inexpensive medium can be created.

また、本発明の異なる逆過飽和吸収材料を成膜した媒体を積層化することで、さまざまな波長に対して逆過飽和吸収特性を付与することも可能である。   Moreover, it is also possible to give reverse supersaturated absorption characteristics to various wavelengths by laminating media on which different reverse supersaturated absorbent materials of the present invention are deposited.

このようにして得られた逆過飽和吸収媒体は、光スイッチ、光制限素子、調光素子、セキュリティー材料、光記録媒体のほか、窓の光制御などにも応用が可能である。   The reverse saturable absorbing medium thus obtained can be applied to optical switches, optical limiting elements, dimming elements, security materials, optical recording media, and window light control.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこの例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited at all by this example.

(光増感剤の吸収波長と長励起状態色素の過渡吸収の波長との重なりの違いの逆過飽和吸収特性への影響について) (Effect of overlap difference between absorption wavelength of photosensitizer and wavelength of transient absorption of long excited state dye on reverse supersaturated absorption characteristics)

実施例1
光増感剤として下記化学式1の構造を有する金属錯体(1)を1.0質量部、長励起状態寿命色素として下記化学式2の構造を有する色素(1)を5.0質量部、マトリックスとして下記化学式3の構造を有するステロール化合物(1)を94.0質量部配合して粉末試料を得た。そして、得られた粉末試料を一度200℃まで加熱してマトリックスを融解させることで、他の化合物をマトリックス中に溶解させた。次いで、この試料を200℃の液体状態で、ギャップ100ミクロンの2枚のガラスプレートの間に毛細管現象により注入し、その後室温まで急冷し非晶化させることで、2枚のガラス基板に挟まれた状態の逆過飽和吸収媒体を得た。この媒体に、405nmのCW半導体レーザ光(B&WTEK社製)を低強度から照射していき、各々の強度において媒体を透過する405nmの光透過率の透過率を測定した。
Example 1
As a photosensitizer, 1.0 part by mass of a metal complex (1) having the structure of the following chemical formula 1 as a photosensitizer, 5.0 parts by mass of a dye (1) having a structure of the following chemical formula 2 as a long excited state lifetime dye, as a matrix 94.0 parts by mass of a sterol compound (1) having the structure of the following chemical formula 3 was blended to obtain a powder sample. Then, the obtained powder sample was once heated to 200 ° C. to melt the matrix, thereby dissolving other compounds in the matrix. Next, this sample was injected between two glass plates with a gap of 100 microns in a liquid state at 200 ° C. by capillary action, and then rapidly cooled to room temperature and made amorphous, so that it was sandwiched between two glass substrates. A reverse supersaturated absorption medium in a fresh state was obtained. This medium was irradiated with 405 nm CW semiconductor laser light (manufactured by B & WTEK) from a low intensity, and the transmittance of the light transmittance of 405 nm transmitted through the medium at each intensity was measured.

実施例2
実施例1において、長励起状態寿命色素として下記化学式4の構造を有する色素(2)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 2
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dye (2) having the structure of the following chemical formula 4 was used as the long excited state lifetime dye, and various values were measured.

実施例3
実施例1において、光増感剤として下記化学式5の構造を有する金属錯体(2)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 3
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the metal complex (2) having the structure of the following chemical formula 5 was used as a photosensitizer, and various values were measured.

実施例4
実施例3において、長励起状態寿命色素として上記化学式4の構造を有する色素(2)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 4
In Example 3, a sample was prepared and various values were measured in the same manner as in Example 1 except that the dye (2) having the structure of Chemical Formula 4 was used as the long excited state lifetime dye.

実施例5
実施例1において、光増感剤として下記化学式6の構造を有する金属錯体(3)を、長励起状態寿命色素として下記化学式7の構造を有する色素(3)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 5
In Example 1, except that the metal complex (3) having the structure of the following chemical formula 6 is used as the photosensitizer and the dye (3) having the structure of the following chemical formula 7 is used as the long excited state lifetime dye, Similarly, samples were prepared and various values were measured.

実施例6
実施例1において、長励起状態寿命色素として下記化学式8の構造を有する色素(4)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 6
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dye (4) having the structure of the following chemical formula 8 was used as the long excited state lifetime dye, and various values were measured.

実施例7
実施例1において、長励起状態寿命色素として上記化学式7の構造を有する色素(3)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 7
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dye (3) having the structure of Chemical Formula 7 was used as the long excited state lifetime dye, and various values were measured.

実施例8
実施例1において、長励起状態寿命色素として下記化学式9の構造を有する色素(5)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 8
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dye (5) having the structure of the following chemical formula 9 was used as the long excited state lifetime dye, and various values were measured.

図8には、実施例1〜8に記載される材料中に含有される、光増感剤及び長励起状態寿命色素の吸収スペクトルおよび長励起状態寿命色素のT1準位からの過渡吸収スペクトルを示す。また図9には、実施例1〜8に記載される材料中に含有される、光増感剤及び長励起状態寿命色素の燐光スペクトルを示す。
この中の図8及び図9の記載のスペクトルの中から、実施例1について、図10を用いて説明する。
405nmの光は化学式1の光増感剤のMLCTの小さな吸光係数に依存して吸収される(図10の(i))。化学式1(図中、化1と略記する。他の化学式も同様。)の光増感剤のMLCTの小さな吸光係数のために、実施例1の媒体の線形透過率は厚さ1mmであっても51%と大きい。一方、405nmの波長帯には、化学式2の長励起状態寿命色素の吸収は全くない(図10の(ii))。光増感剤の光吸収の後、化学式2の長励起状態寿命色素のT1エネルギーは化学式1のエネルギーよりも0.5eV以上小さいため、効率よく三重項−三重項エネルギー移動が生じ、化学式2のT1状態が形成される(図10の(iii))。表1のように、この化学式1の励起T1状態の燐光量子収率φPは0.13であり、長励起状態寿命色素へのエネルギー移動効率φETは0.3であるので、吸収された光のエネルギーのφ=φPφETである0.039、つまり3.9%が、化学式2のT1状態を形成するのに使用される。この化学式2のT1状態は、化学式3のステロイド系アルコールからなるマトリックス中では安定化され、平均0.46秒の長い寿命を有する。結果として、φτの値が大きいので化学式2のT1状態が効率よく蓄積されていく。この化学式2のT1状態は405nmの光に対して、化学式1の基底状態のおよそ14倍の吸光係数を有するために(図10の(iv))、より強く405nmの光を吸収する。結果として、図11における実施例1の透過率変化のように、光強度を強めていくと、吸光度が増加するため、透過率が減少していく。
FIG. 8 shows the absorption spectra of the photosensitizer and long excited state lifetime dye contained in the materials described in Examples 1 to 8 and the transient absorption spectrum from the T 1 level of the long excited state lifetime dye. Indicates. Moreover, in FIG. 9, the phosphorescence spectrum of the photosensitizer and long excited state lifetime pigment | dye contained in the material described in Examples 1-8 is shown.
Of these spectra shown in FIGS. 8 and 9, Example 1 will be described with reference to FIG.
The light at 405 nm is absorbed depending on the small extinction coefficient of MLCT of the photosensitizer of Chemical Formula 1 ((i) in FIG. 10). Because of the small extinction coefficient of MLCT of the photosensitizer of Chemical Formula 1 (abbreviated as Chemical Formula 1; the same applies to other chemical formulas), the linear transmittance of the medium of Example 1 is 1 mm thick. Is as large as 51%. On the other hand, in the wavelength band of 405 nm, there is no absorption of the long excited state lifetime dye of Chemical Formula 2 ((ii) in FIG. 10). After light absorption of the photosensitizer, the T 1 energy of the long excited state lifetime dye of Formula 2 is 0.5 eV or more smaller than the energy of Formula 1, so that triplet-triplet energy transfer occurs efficiently, and Formula 2 T 1 state is formed ((iii) of FIG. 10). As shown in Table 1, the phosphorescence quantum yield φ P of the excited T 1 state of Formula 1 is 0.13, and the energy transfer efficiency φ ET to the long excited state lifetime dye is 0.3, so that it is absorbed. and the energy of φ = φ P φ ET light 0.039, i.e. 3.9% is used to form the T 1 state of the chemical formula 2. This T 1 state of Formula 2 is stabilized in a matrix composed of the steroidal alcohol of Formula 3 and has a long life of 0.46 seconds on average. As a result, since the value of φτ is large, the T 1 state of Chemical Formula 2 is efficiently accumulated. Since the T 1 state of the chemical formula 2 has an extinction coefficient approximately 14 times that of the ground state of the chemical formula 1 with respect to the light of 405 nm ((iv) in FIG. 10), the light of 405 nm is absorbed more strongly. As a result, as the light intensity is increased as in the transmittance change of Example 1 in FIG. 11, the absorbance increases, and thus the transmittance decreases.

実施例1〜5に記載される材料においては、表1中に記載の各々の波長の光に対して、φτの値が大きく、効率よく光増感剤の吸収によって、長励起状態寿命色素のT1準位が蓄積される。結果として、逆過飽和吸収特性の閾値(FI)がmW/cm2レベルと小さくなる。さらに、その長励起状態寿命色素のT1準位の過渡吸収が光増感剤の基底状態の吸収よりも大きいためにσが10以上と大きく、長励起状態寿命色素のT1状態の励起子の蓄積により、透過率が大きく減少していく。結果として、1W/cm2程度の光強度の照射により、透過率が好ましくは線形透過率の半分以下(表中、Ts/Tlが0.5以下)に減少する。例えば、実施例1のTs/Tlは0.33であり、透過率が線形透過率の0.33倍、すなわち半分以下になっている。結果として、数mWから数10mW/cm2の領域に閾値があり、線形透過率50%以上、1W/cm2における透過率が線形透過率の半分以下になる。 In the materials described in Examples 1 to 5, the value of φτ is large for light of each wavelength described in Table 1, and the absorption of the photosensitizer efficiently absorbs the long excited state lifetime dye. The T 1 level is accumulated. As a result, the threshold value (F I ) of the reverse supersaturated absorption characteristic is reduced to the mW / cm 2 level. Further, since the transient absorption of the T 1 level of the long excited state lifetime dye is larger than the absorption of the ground state of the photosensitizer, σ is as large as 10 or more, and the exciton of the T 1 state of the long excited state lifetime dye As a result of accumulation, the transmittance is greatly reduced. As a result, irradiation with light intensity of about 1 W / cm 2 reduces the transmittance to preferably half or less of the linear transmittance (T s / T l in the table is 0.5 or less). For example, T s / T l in Example 1 is 0.33, and the transmittance is 0.33 times the linear transmittance, that is, half or less. As a result, there is a threshold value in a region from several mW to several tens of mW / cm 2 , and the linear transmittance is 50% or more, and the transmittance at 1 W / cm 2 is less than half of the linear transmittance.

図12には、実施例4における445nmの光強度を変化させた場合の透過率の変化が示されている。実施例4の材料においては、図13のように445nmの透過率変化は、化学式4の燐光発光のシグナルと同じ時間スケールで変化する。このことは、この透過率変化が化学式4のT1状態に依存していることを示している。また、543nmの透過率変化や633nmの透過率変化が445nmの光のものよりも小さいことは、図8における化学式4の励起三重項における過渡吸収スペクトルからわかる。このことから、光照射により長寿命励起色素の励起三重項状態が効率よく蓄積されたことによって、透過率が減少している。なおここで、図13の○、□、△、●、■、▲、及び▼は、図12の各入射光強度のものに対応している。 FIG. 12 shows the change in transmittance when the light intensity at 445 nm in Example 4 is changed. In the material of Example 4, as shown in FIG. 13, the change in transmittance at 445 nm changes on the same time scale as the phosphorescent signal of Formula 4. This indicates that this change in transmittance depends on the T 1 state of Formula 4. In addition, it can be seen from the transient absorption spectrum in the excited triplet of Formula 4 in FIG. 8 that the transmittance change at 543 nm and the transmittance change at 633 nm are smaller than those at 445 nm. From this, the transmittance is reduced by efficiently accumulating the excited triplet state of the long-lived excited dye by light irradiation. Here, ◯, □, Δ, ●, ■, ▲, and ▼ in FIG. 13 correspond to the respective incident light intensities in FIG. 12.

また、実施例6〜8の場合には、表1記載の波長においてφτの値は大きく、光照射により効率よく長励起状態寿命色素のT1励起子が蓄積されていくが、長励起状態寿命色素の励起子の過渡吸光係数σ2が表1記載の波長の領域において2.5〜5.7程度であるため(図8参照)、図12のように照射光強度を強めていった際の透過率減少が0.75〜0.89程度となっている。結果として線形透過率は大きいが、1W/cm2における透過率の減少が0.75〜0.89程度のため、優れているとはいえないまでも、実用上は十分な性能を示しているといえる。 In the case of Examples 6 to 8, the value of φτ is large at the wavelengths shown in Table 1, and T 1 excitons of the long excited state lifetime dye are efficiently accumulated by light irradiation. Since the transient extinction coefficient σ 2 of the exciton of the dye is about 2.5 to 5.7 in the wavelength region shown in Table 1 (see FIG. 8), when the irradiation light intensity is increased as shown in FIG. The transmittance decrease is about 0.75 to 0.89. As a result, the linear transmittance is large, but since the decrease in transmittance at 1 W / cm 2 is about 0.75 to 0.89, the performance is practically sufficient even if it is not excellent. It can be said.

以上のように、本発明においては、400〜600nm、好ましくは400〜500nmの波長における光増感剤の基底状態の吸光係数σ1よりも長励起状態寿命色素の励起三重項状態の過渡吸収の吸光係数σ2が大きいという本発明の要件が、低閾値かつ良好な逆過飽和吸収特性を得るために重要な要素となることがわかる。 As described above, in the present invention, the transient absorption of the excited triplet state of the dye having a long excited state lifetime is longer than the extinction coefficient σ 1 of the ground state of the photosensitizer at a wavelength of 400 to 600 nm, preferably 400 to 500 nm. It can be seen that the requirement of the present invention that the extinction coefficient σ 2 is large is an important factor for obtaining a low threshold and good reverse supersaturated absorption characteristics.

(マトリックスの違いによる逆過飽和吸収特性の違いについて) (Difference in reverse supersaturated absorption characteristics due to differences in matrix)

実施例9
光増感剤として上記化学式1の構造を有する金属錯体(1)を1.0質量部、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)を5.0質量部、マトリックスとして下記化学式10の構造を有するステロール化合物(2)を85.0質量部、非晶安定化剤として、下記化学式11の構造を有する化合物(1)9.0質量部を配合して粉末試料を得た。そして、得られた粉末試料を一度180℃まで加熱してマトリックスを融解させることで、他の化合物をマトリックス中に溶解させた。そして、この試料を180℃の液体状態で、ギャップ1cmの2枚のガラスプレートの間に毛細管現象により注入し、その後室温まで急冷し非晶化させることで、2枚のガラス基板に挟まれた状態の逆過飽和吸収媒体を得た。この媒体に、405nmのCW半導体レーザ光(B&WTEK社製)を低強度から照射していき、各々の強度において媒体を透過する405nmの光透過率の透過率を測定した。
Example 9
As a photosensitizer, 1.0 part by mass of the metal complex (1) having the structure of Formula 1 as a photosensitizer, and 5.0 parts by mass of a dye (1) having the structure of Formula 2 as a long excited state lifetime dye, as a matrix 85.0 parts by mass of the sterol compound (2) having the structure of the following chemical formula 10 and 9.0 parts by mass of the compound (1) having the structure of the following chemical formula 11 as an amorphous stabilizer are obtained to obtain a powder sample. It was. The obtained powder sample was once heated to 180 ° C. to melt the matrix, thereby dissolving other compounds in the matrix. Then, this sample was injected between two glass plates with a gap of 1 cm in a liquid state at 180 ° C. by capillary action, and then rapidly cooled to room temperature and made amorphous to be sandwiched between two glass substrates. A reverse supersaturated absorbing medium in the state was obtained. This medium was irradiated with 405 nm CW semiconductor laser light (manufactured by B & WTEK) from a low intensity, and the transmittance of the light transmittance of 405 nm transmitted through the medium at each intensity was measured.

実施例10
光増感剤として上記化学式1の構造を有する金属錯体(1)を1.0質量部、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)を5.0質量部、マトリックスとして下記化学式12の構造を有するステロール化合物(3)を85.0質量部、非晶安定化剤として、化11の構造を有する化合物(1)9.0質量部を配合して粉末試料を得た。そして、得られた粉末試料を一度230℃まで加熱してマトリックスを融解させることで、他の化合物をマトリックス中に溶解させた。そして、この試料を230℃の液体状態で、ギャップ1cmの2枚のガラスプレートの間に毛細管現象により注入し、その後室温まで急冷し非晶化させることで、2枚のガラス基板に挟まれた状態の逆過飽和吸収媒体を得た。この媒体に、405nmのCW半導体レーザ光(B&WTEK社製)を低強度から照射していき、各々の強度において媒体を透過する405nmの光透過率の透過率を測定した。
Example 10
As a photosensitizer, 1.0 part by mass of the metal complex (1) having the structure of Formula 1 as a photosensitizer, and 5.0 parts by mass of a dye (1) having the structure of Formula 2 as a long excited state lifetime dye, as a matrix 85.0 parts by mass of a sterol compound (3) having the structure of the following chemical formula 12 and 9.0 parts by mass of the compound (1) having the structure of Chemical Formula 11 as an amorphous stabilizer were obtained to obtain a powder sample. . The obtained powder sample was once heated to 230 ° C. to melt the matrix, thereby dissolving other compounds in the matrix. Then, this sample was injected between two glass plates with a gap of 1 cm in a liquid state at 230 ° C. by capillary action, and then rapidly cooled to room temperature and made amorphous, so that it was sandwiched between two glass substrates. A reverse supersaturated absorbing medium in the state was obtained. This medium was irradiated with 405 nm CW semiconductor laser light (manufactured by B & WTEK) from a low intensity, and the transmittance of the light transmittance of 405 nm transmitted through the medium at each intensity was measured.

比較例1
光増感剤として上記化学式1の構造を有する金属錯体(1)を10.0質量部、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)を5.0質量部、マトリックスとしてポリメチルメタクリレート(以下「PMMA」という)94.0質量部をジクロロエタンに溶解させ、スピンコート法にて厚み約10μmの薄膜をガラス基板上に形成した。この媒体に、405nmのCW半導体レーザ光(B&WTEK社製)を低強度から照射していき、各々の強度において媒体を透過する405nmの光透過率の透過率を測定した。
Comparative Example 1
10.0 parts by mass of the metal complex (1) having the structure of Chemical Formula 1 as a photosensitizer and 5.0 parts by mass of the dye (1) having the structure of Chemical Formula 2 as a long excited state lifetime dye as a matrix 94.0 parts by mass of polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as “PMMA”) was dissolved in dichloroethane, and a thin film having a thickness of about 10 μm was formed on a glass substrate by spin coating. This medium was irradiated with 405 nm CW semiconductor laser light (manufactured by B & WTEK) from a low intensity, and the transmittance of the light transmittance of 405 nm transmitted through the medium at each intensity was measured.

比較例2
比較例1のPMMAをポリ塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体(塩化ビニル部位:酢酸ビニル部位=9:1(質量比))(以下「PVC−PVAc」という)にした以外は、比較例1と同様に資料を調整し、測定を行った。
Comparative Example 2
Comparative Example 1 and PMMA of Comparative Example 1 except that the polyvinyl chloride-vinyl acetate copolymer (vinyl chloride part: vinyl acetate part = 9: 1 (mass ratio)) (hereinafter referred to as “PVC-PVAc”) Similarly, the materials were adjusted and measured.

比較例3
比較例1の媒体を、透過測定が可能な石英窓がついた真空中容器中に封入し、十分真空ポンプで脱気した条件で測定を行った。
Comparative Example 3
The medium of Comparative Example 1 was sealed in a vacuum container equipped with a quartz window capable of transmission measurement, and the measurement was performed under the condition that it was sufficiently deaerated with a vacuum pump.

比較例4
光増感剤として上記化学式1の構造を有する金属錯体(1)を1.0質量部、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)を5.0質量部、N,N−Dimethylformamide(以下「DMF」という)94.0質量部に溶解させ、この溶液を、真空脱気を5回行った後、大気中に出さない状況で厚さ1mmの石英セルに注入し、405nmのCW半導体レーザ光(B&WTEK社製)を低強度から照射していき、各々の強度において1mmの厚さの溶液を透過する405nmの光透過率の透過率を測定した。
Comparative Example 4
1.0 part by weight of the metal complex (1) having the structure of the above chemical formula 1 as a photosensitizer, 5.0 parts by weight of the dye (1) having the structure of the above chemical formula 2 as a long excited state lifetime dye, N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as “DMF”) 94.0 parts by mass, this solution was vacuum degassed five times, and then injected into a 1 mm thick quartz cell in a state where it was not released into the atmosphere, A 405 nm CW semiconductor laser beam (manufactured by B & WTEK) was irradiated from a low intensity, and the transmittance of a light transmission of 405 nm that transmitted a 1 mm thick solution at each intensity was measured.

比較例1及び3においては、表2に記載の通り、化学式2の長励起状態寿命色素のT1準位における励起三重項寿命(τ)が著しく短いために、1W/cm2レベルの光強度では透過率の減少が観測されない。これは、通常の高分子マトリックスでは、酸素や局所的な拡散運動が化2の長い励起子をクエンチさせてしまうためである。比較例3のように高真空化で酸素を取り除いた条件においても、そのクエンチは顕著に生じ、結果として逆過飽和吸収特性の閾値であるFI値を増加させてしまう。マトリックス中に酸素濃度は真空脱気下と大気中での燐光寿命を比較することにより測定可能であり、比較例1や2の通常の高分子非結晶マトリックスでは、10-5から10-4Mであった。非特許文献5では、PMMAの室温における拡散係数は、側鎖の回転運動を意味するβ緩和や主鎖の局所的な運動を意味するα`緩和によって決定され、6×10-14cm2/sという値を示す。
つまり、室温で少なくとも10-15cm2/s以上の拡散係数を持つマトリックスを用いた場合では、0.3秒以上といった長い励起状態寿命を得ることが困難であるために、目的となる低閾値の逆過飽和吸収特性を得ることができない。通常の電子ドナー性やアクセプター性が大きい高分子マトリックスにおいては、室温における拡散係数が1015cm2/sと大きくなるために、0.3秒以上といった長い励起状態寿命を得ることができない(J.E.Guillet,外2名,Macromolecules,1974,vol.7,No.2,pp.233−244を参照)。よって、低閾値の逆過飽和吸収特性を得ることができない。
In Comparative Examples 1 and 3, as shown in Table 2, since the excited triplet lifetime (τ) at the T 1 level of the long excited state lifetime dye of Formula 2 is remarkably short, the light intensity at the level of 1 W / cm 2 Then, no decrease in transmittance is observed. This is because, in a normal polymer matrix, oxygen and local diffusion motions quench long excitons. Even in conditions removed oxygen in a high vacuum of as in Comparative Example 3, the quench markedly occurs, thereby increasing the F I value is a threshold value of the reverse saturable absorption characteristics as a result. The oxygen concentration in the matrix can be measured by comparing the phosphorescence lifetime in vacuum degassing and in the atmosphere. In the normal polymer amorphous matrix of Comparative Examples 1 and 2, 10 −5 to 10 −4 M Met. In Non-Patent Document 5, the diffusion coefficient of PMMA at room temperature is determined by β relaxation which means rotational movement of the side chain and α` relaxation which means local movement of the main chain, and is 6 × 10 −14 cm 2 / The value s is shown.
In other words, when a matrix having a diffusion coefficient of at least 10 −15 cm 2 / s or more at room temperature is used, it is difficult to obtain a long excited state lifetime of 0.3 seconds or more, so that the target low threshold value is obtained. The reverse supersaturated absorption characteristics cannot be obtained. In a normal polymer matrix having a large electron donor property or acceptor property, the diffusion coefficient at room temperature is as large as 10 15 cm 2 / s, and thus a long excited state lifetime of 0.3 seconds or more cannot be obtained (J E. Guillet, et al., 2 names, Macromolecules, 1974, vol. 7, No. 2, pp. 233-244). Therefore, it is not possible to obtain a low threshold reverse supersaturated absorption characteristic.

また、比較例4においてはDMF溶媒を液体マトリックスとした状態で、逆過飽和吸収特性を評価すると、化学式2の著しく小さいτのために、真空下で酸素を取り除いた環境でも、逆過飽和吸収特性は観測されない。これは、液体状態であるDMFの10-5cm2/sの大きな拡散係数が化学式2の三重項励起子を100マイクロ秒以内にクエンチしてしまうことで、φτの値が著しく小さくなってしまい、化学式2の励起子が全く蓄積されないためである。 Further, in Comparative Example 4, when the reverse supersaturated absorption characteristic was evaluated in a state where the DMF solvent was a liquid matrix, the reverse supersaturated absorption characteristic was obtained even in an environment where oxygen was removed under vacuum due to the remarkably small τ of Chemical Formula 2. Not observed. This is because the large diffusion coefficient of 10 −5 cm 2 / s of DMF in the liquid state quenches the triplet exciton of Chemical Formula 2 within 100 microseconds, so that the value of φτ becomes extremely small. This is because excitons of Chemical Formula 2 are not accumulated at all.

一方、実施例1で得られた材料は、前記の通り無秩序性が高く、酸素濃度が低く、拡散係数の小さいステロイド系アルコールによるマトリックス中で化学式2の励起三重項状態が安定化されるので、低閾値の逆過飽和吸収特性が観測される。実施例1の室温におけるマトリックスの拡散係数は、非特許文献2に記載の燐光寿命のマルチディケイによって解析する手法では計測不可能であった。これは、室温域では実施例1で獲られた材料は、室温域では燐光寿命のマルチディケイが全く観測されないからである。その値は少なくともPMMAのものよりは小さいということができる。また、酸素濃度は大気下と高真空下での励起三重項寿命の長さを測定することにより得られ、10-12〜10-11Mであった。 On the other hand, since the material obtained in Example 1 has high disorder as described above, the oxygen triplet concentration is low, and the excited triplet state of Formula 2 is stabilized in a matrix of steroidal alcohol having a small diffusion coefficient. A low threshold reverse supersaturated absorption characteristic is observed. The diffusion coefficient of the matrix at room temperature in Example 1 could not be measured by the method of analyzing by phosphorescence lifetime multidecay described in Non-Patent Document 2. This is because the material obtained in Example 1 at room temperature does not show any multi-decay of phosphorescence lifetime at room temperature. It can be said that the value is at least smaller than that of PMMA. The oxygen concentration was obtained by measuring the length of the excited triplet lifetime in the atmosphere and in a high vacuum, and was 10 −12 to 10 −11 M.

また、実施例1に記載の化学式3のステロイド系アルコールからなるマトリックスだけではなく、実施例9や10のように化学式10や化学式12などの他のステロイド系アルコールからなるマトリックスにおいても、良好な低閾値の逆過飽和吸収特性が室温大気中で観測される。拡散係数は、非特許文献2記載の手法では、燐光寿命のマルチディケイが観測されないことから計測不可能であり、少なくともPMMAの室温における6×10-14cm2/sよりは十分小さいということができる。また、酸素濃度は大気下と高真空下での励起三重項寿命の長さを測定することにより得られ、10-1〜100Mであった。ここでフェノール誘導体である化学式11は、水素結合密度を増加して拡散係数を小さくする効果と、マトリックスの無秩序性を増加させる目的で添加されている。 Further, not only in the matrix composed of the steroidal alcohol of the chemical formula 3 described in Example 1, but also in the matrix composed of other steroidal alcohols such as the chemical formula 10 and the chemical formula 12 as in Examples 9 and 10, good low Threshold reverse supersaturated absorption characteristics are observed in the room temperature atmosphere. The diffusion coefficient cannot be measured by the technique described in Non-Patent Document 2 because multi-decay of phosphorescence lifetime is not observed, and is at least sufficiently smaller than 6 × 10 −14 cm 2 / s at room temperature of PMMA. it can. The oxygen concentration is obtained by measuring the length of the excited triplet life under high vacuum and the atmosphere was 10 -1 ~10 0 M. Here, the chemical formula 11 which is a phenol derivative is added for the purpose of increasing the hydrogen bond density to reduce the diffusion coefficient and increasing the disorder of the matrix.

以上のように、本発明の材料において、拡散係数が10-15cm2/sより小さく、無秩序状態を形成するマトリックスとして、少なくとも一つ以上のステロイド系アルコールを用いることが、低閾値の過飽和吸収材料を達成する一つの要件となることが分かる。 As described above, in the material of the present invention, it is possible to use at least one steroidal alcohol as a matrix for forming a disordered state having a diffusion coefficient smaller than 10 −15 cm 2 / s, and a low threshold supersaturated absorption. It turns out to be one requirement to achieve the material.

(光増感剤と長励起状態寿命色素の吸収波長の重なりが逆過飽和吸収特性へ与える影響について) (Effect of overlap of absorption wavelength of photosensitizer and long excited state lifetime dye on reverse supersaturated absorption characteristics)

比較例5
実施例1において、長励起状態寿命色素として下記化学式13の構造を有する色素(6)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 5
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dye (6) having the structure of the following chemical formula 13 was used as the long excited state lifetime dye, and various values were measured.

比較例6
実施例1において、長励起状態寿命色素として下記化学式14の構造を有する色素(7)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し各種値の測定を行った。
Comparative Example 6
In Example 1, a sample was prepared and various values were measured in the same manner as in Example 1 except that the dye (7) having the structure of the following chemical formula 14 was used as the long excited state lifetime dye.

比較例7
実施例1において、長励起状態寿命色素として下記化学式15の構造を有する色素(8)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 7
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dye (8) having the structure of the following chemical formula 15 was used as the long excited state lifetime dye, and various values were measured.

比較例8
実施例1において、長励起状態寿命色素として下記化学式16の構造を有する色素(9)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 8
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dye (9) having the structure of the following chemical formula 16 was used as the long excited state lifetime dye, and various values were measured.

実施例1と比較例5〜8とを比較すると、比較例5〜8は光増感剤の吸収波長端付近に、長励起状態寿命色素の基底状態の吸収が存在するため(図8参照)、σ2/σ1が小さくなる(表3参照)。結果的に、線形透過率が著しく減少するが、1W/cm2における透過率の減少は小さい。このことは、通常光増感剤のみが光を吸収して、そのエネルギーが効率よく長励起状態寿命色素の長寿命の三重項励起子の形成にのみ用いられることが望ましいが、長励起状態寿命色素の光吸収が光増感剤の吸収領域に存在するため、色素の三重項励起子の形成を阻害してしまっていることを示している(図8参照)。また、長励起状態寿命色素が光を吸収した場合は、項間交差効率が小さいので、長励起状態寿命色素の長寿命の三重項励起子は形成されにくく効率が悪くなる。
このように、本発明の材料において、長励起状態寿命色素の基底状態の紫外可視領域吸収波長における吸光係数のピークトップが、光増感剤の紫外可視領域吸収波長帯よりも短波長側にあるという要件が重要であることがわかる。
When Example 1 is compared with Comparative Examples 5 to 8, Comparative Examples 5 to 8 have the absorption of the ground state of the long excited state lifetime dye near the absorption wavelength end of the photosensitizer (see FIG. 8). , Σ 2 / σ 1 becomes smaller (see Table 3). As a result, the linear transmittance is significantly reduced, but the transmittance decrease at 1 W / cm 2 is small. This means that normally only the photosensitizer absorbs light and it is desirable that the energy be used only efficiently to form the long-lived triplet excitons of the long-excited state lifetime dye, This indicates that the light absorption of the dye is present in the absorption region of the photosensitizer, which inhibits the formation of triplet excitons of the dye (see FIG. 8). Further, when the long excited state lifetime dye absorbs light, the intersystem crossing efficiency is small, and thus the long lifetime triplet excitons of the long excited state lifetime dye are not easily formed, resulting in poor efficiency.
Thus, in the material of the present invention, the peak top of the extinction coefficient at the UV-visible region absorption wavelength in the ground state of the long excited state lifetime dye is on the shorter wavelength side than the UV-visible region absorption wavelength band of the photosensitizer. It can be seen that the requirement is important.

(光増感剤の違いによる逆過飽和吸収特性の違い) (Difference in reverse supersaturated absorption characteristics due to difference in photosensitizer)

比較例9
実施例1において、光増感剤として下記化学式17の構造を有する光増感色素(4)を、長励起状態寿命色素として色素(1)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 9
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the photosensitizing dye (4) having the structure of the following chemical formula 17 was used as the photosensitizer and the dye (1) was used as the long excited state lifetime dye. Various values were measured.

比較例9のように、金属錯体ではない光増感剤を用いた場合は、線形透過率は大きいが、1W/cm2以下の光強度における透過率の減少は著しく小さい。比較例9の場合、燐光量子収率が0.09と小さく、また通常の光増感剤の可視光の領域における光の吸光係数は、101cm-1-1レベルと非常に小さく可視域に吸収のある材料も限定される。このため、φτが大きくても、増感剤自体の光の吸収効率が悪いために十分な光増感が生じない。このことは表4における厚さ1mmの媒体における大きな線形透過率からもわかる。 When a photosensitizer that is not a metal complex is used as in Comparative Example 9, the linear transmittance is large, but the decrease in transmittance at a light intensity of 1 W / cm 2 or less is extremely small. In the case of Comparative Example 9, the phosphorescence quantum yield is as small as 0.09, and the light absorption coefficient in the visible light region of a normal photosensitizer is very small and visible at a level of 10 1 cm −1 M −1. The material that absorbs the region is also limited. For this reason, even if φτ is large, sufficient photosensitization does not occur because the light absorption efficiency of the sensitizer itself is poor. This can also be seen from the large linear transmission in a 1 mm thick medium in Table 4.

一方で、実施例1〜5の場合のように、金属錯体は中心金属と配位子間の電子遷移(Metal to Ligand Charge Transfer(MLCT)遷移)に基づく吸収を幅広く可視域に持つ材料が多い。このMLCT吸収の吸収係数σ1は、通常の有機色素の吸収係数σ1よりは小さいが、金属錯体以外の増感剤の可視光域の吸収係数σ1よりも十分大きい。この適度な金属錯体の吸収係数は、線形透過率を大きく維持するのに好適である。一方、小さすぎもせず、十分な光増感のための吸収を得ることが可能である。その吸収係数の値は103cm-1-1以下であるために、長励起状態色素の励起三重項における過渡吸収の吸光係数の値の104cm-1-1以上であり、長励起状態色素の励起三重項における過渡吸収波長帯が金属錯体のMLCTの吸収帯と一致していれば大きなσに寄与する。結果的に励起子が蓄積された際に、大きな透過率の減少を生み出し、1W/cm2程度の光照射で、線形透過率の90%以下、好ましくは半分以下に透過率が減少する。このように本発明の材料において、光増感剤が有機金属錯体であるという条件が、低閾値の逆過飽和吸収特性を生み出す好ましい要件の一つであることが分かる。 On the other hand, as in Examples 1 to 5, many metal complexes have a wide range of absorption based on electronic transition (Metal to Ligand Charge Transfer (MLCT) transition) between a central metal and a ligand. . The absorption coefficient σ 1 of this MLCT absorption is smaller than the absorption coefficient σ 1 of ordinary organic dyes, but is sufficiently larger than the absorption coefficient σ 1 in the visible light region of sensitizers other than metal complexes. This moderate absorption coefficient of the metal complex is suitable for maintaining a large linear transmittance. On the other hand, it is possible to obtain sufficient absorption for photosensitization without being too small. Since the absorption coefficient is 10 3 cm −1 M −1 or less, the absorption coefficient value of transient absorption in the excited triplet of the long excited state dye is 10 4 cm −1 M −1 or more. If the transient absorption wavelength band in the excited triplet of the excited state dye matches the MLCT absorption band of the metal complex, it contributes to a large σ. As a result, when excitons are accumulated, a large decrease in transmittance is produced, and when the light irradiation is about 1 W / cm 2 , the transmittance is reduced to 90% or less, preferably half or less of the linear transmittance. Thus, in the material of the present invention, it can be seen that the condition that the photosensitizer is an organometallic complex is one of the preferable requirements for producing a low threshold reverse supersaturated absorption characteristic.

(光増感剤から長励起状態寿命色素への励起三重項エネルギー移動のしやすさの度合いが逆過飽和吸収特性に与える影響について) (Effect of degree of ease of excited triplet energy transfer from photosensitizer to long excited state lifetime dye on reverse supersaturated absorption characteristics)

実施例11
実施例1において、光増感剤として上記化学式5の構造を有する光増感色素(2)を、長励起状態寿命色素として下記化学式18の構造を有する色素(10)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 11
In Example 1, except that the photosensitizing dye (2) having the structure of the above chemical formula 5 is used as a photosensitizer and the dye (10) having the structure of the following chemical formula 18 is used as a long excited state lifetime dye. Samples were prepared in the same manner as in Example 1, and various values were measured.

実施例12
実施例1において、光増感剤として上記化学式5の構造を有する光増感色素(2)を、長励起状態寿命色素として下記化学式19の構造を有する色素(11)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 12
In Example 1, except that the photosensitizing dye (2) having the structure of the above chemical formula 5 is used as a photosensitizer and the dye (11) having the structure of the following chemical formula 19 is used as a long excited state lifetime dye. Samples were prepared in the same manner as in Example 1, and various values were measured.

実施例13
実施例1において、光増感剤として下記化学式20の構造を有する光増感色素(5)を、長励起状態寿命色素として上記化学式4の構造を有する色素(2)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 13
In Example 1, the photosensitizing dye (5) having the structure of the following chemical formula 20 was used as the photosensitizer, and the dye (2) having the structure of the above chemical formula 4 was used as the long excited state lifetime dye. Samples were prepared in the same manner as in Example 1, and various values were measured.

実施例11〜13は、光増感剤と長励起状態寿命色素の最低励起三重項準位(T1準位)の差ΔEが小さい材料である。この場合、表5に示されるように、逆過飽和吸収特性を示す閾値が高く、結果的に1W/cm2以下の光照射では、透過率は線形透過率の0.84〜0.89倍程度のため、優れているとはいえないまでも、実用上は十分な性能を示しているといえる。この場合、光増感度剤から励起三重項エネルギー移動効率(φ)が小さいために、φτが0.012程度以下となり、結果的に透過率減少の閾値を増加させるので、1W/cm2レベルの光強度では、線形透過率の半分以下までは透過率を減少させることができないことが分かる。 Examples 11 to 13 are materials having a small difference ΔE in the lowest excited triplet level (T 1 level) between the photosensitizer and the long excited state lifetime dye. In this case, as shown in Table 5, the threshold value indicating reverse supersaturated absorption characteristics is high, and as a result, when the light irradiation is 1 W / cm 2 or less, the transmittance is about 0.84 to 0.89 times the linear transmittance. Therefore, it can be said that it shows sufficient performance in practical use even if it is not excellent. In this case, in order photosensitizers sensitive agent from the excited triplet energy transfer efficiency (phi) is less, Faitau becomes less about 0.012, because it increases the threshold value as a result, the transmittance decreases, 1W / cm 2 level It can be seen that the light intensity cannot be reduced to less than half of the linear light transmittance.

一方、実施例1〜5の場合は、ΔEが大きい材料であり、光増感度剤から励起三重項エネルギー移動効率(φ)が大きい。このためφτが大きくなり、結果的に透過率減少の閾値を減少させ、1mW/cm2レベルの光照射で透過率の減少が起こり始め、1W/cm2レベルの光強度では、線形透過率の半分以下に透過率を減少させることが可能になる。このように、本発明の材料において、光増感剤のT1準位が長励起状態寿命色素のT1準位よりも大きいという、本発明の要件が低閾値の逆過飽和吸収特性を生み出す重要な要件の一つであることが分かる。 On the other hand, in the case of Examples 1 to 5, it is a material having a large ΔE, and the excitation triplet energy transfer efficiency (φ) is large from the photosensitizer. For this reason, φτ is increased, and as a result, the threshold value for decreasing the transmittance is decreased, and a decrease in the transmittance starts to occur at the light irradiation level of 1 mW / cm 2. At the light intensity of 1 W / cm 2 level, the linear transmittance is reduced. It becomes possible to reduce the transmittance to less than half. Thus, in the material of the present invention, that T 1 level position of the photosensitizer is greater than T 1 level of the long excited state lifetime dyes, important requirement of the present invention produces a reverse saturable absorption characteristics of the low threshold It is clear that this is one of the requirements.

(従来の良好な逆可飽和吸収特性を示す有機材料との比較) (Comparison with conventional organic materials showing good reverse saturable absorption characteristics)

比較例10
実施例1において、光増感剤や長励起状態寿命色素を用いる代わりに、下記化学式21の構造を有する色素(12)を1.0質量部用いること以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 10
In Example 1, instead of using a photosensitizer or a long excited state lifetime dye, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.0 part by mass of the dye (12) having the structure of the following chemical formula 21 was used. Prepared and measured various values.

比較例11
実施例1において、光増感剤や長励起状態寿命色素を用いる代わりに、上記化学式5の構造を有する光増感色素(2)を1.0質量部用いること以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 11
In Example 1, instead of using a photosensitizer and a long excited state lifetime dye, the same as Example 1 except that 1.0 part by mass of the photosensitizing dye (2) having the structure of the above chemical formula 5 is used. Samples were prepared and various values were measured.

比較例10及び11の場合は、図14(a)のように透過率の減少は全く観測されない。これは、表6のように励起三重項寿命が短くφτが著しく小さくなるため、光照射時に励起三重項が蓄えられにくくなり、透過率減少の閾値が増加してしまっているからである。比較例10で用いられる色素(21)は、非特許文献3及び4で紹介されるYAGレーザの照射時に透過率の減少が瞬間的に生じる材料として紹介されている化合物である。理論的にはφτが、実施例の100000倍以上大きいために、1kW/cm2程度のパワーの光を定常的に照射しないと、透過率の減少は観測されない計算になる。このように、本発明に規定されるように、室温大気中における長励起状態寿命色素の励起三重項状態寿命が長いことが、閾値の逆過飽和吸収特性を生み出す重要な要件の一つであることが分かる。 In Comparative Examples 10 and 11, no decrease in transmittance is observed as shown in FIG. This is because, as shown in Table 6, the excitation triplet lifetime is short and φτ is remarkably reduced, so that excitation triplets are difficult to store during light irradiation, and the threshold value for transmittance decrease is increased. The dye (21) used in Comparative Example 10 is a compound introduced as a material in which a decrease in transmittance occurs instantaneously upon irradiation with a YAG laser introduced in Non-Patent Documents 3 and 4. Theoretically, φτ is 100000 times larger than that of the example, so that a decrease in the transmittance is not observed unless light with a power of about 1 kW / cm 2 is constantly irradiated. Thus, as defined in the present invention, a long excited triplet state lifetime of a long excited state lifetime dye in a room temperature atmosphere is one of the important requirements for producing a threshold reverse supersaturated absorption characteristic. I understand.

(長励起状態寿命色素の三重項励起寿命の違いによる逆過飽和吸収特性の違い) (Difference in reverse supersaturated absorption characteristics due to difference in triplet excitation lifetime of long-excited-state lifetime dyes)

比較例12
実施例1において、光増感剤として上記化学式5の構造を有する光増感色素(2)を、長励起状態寿命色素として下記化学式22の構造を有する色素(13)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 12
In Example 1, except that the photosensitizing dye (2) having the structure of the above chemical formula 5 is used as the photosensitizer and the dye (13) having the structure of the following chemical formula 22 is used as the long excited state lifetime dye. Samples were prepared in the same manner as in Example 1, and various values were measured.

比較例13
実施例1において、光増感剤として上記化学式5の構造を有する光増感色素(2)を、長励起状態寿命色素として下記化学式23の構造を有する色素(14)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 13
In Example 1, the photosensitizing dye (2) having the structure of the above chemical formula 5 was used as a photosensitizer, and the dye (14) having the structure of the following chemical formula 23 was used as a long excited state lifetime dye. Samples were prepared in the same manner as in Example 1, and various values were measured.

比較例14
実施例1において、光増感剤として上記化学式5の構造を有する光増感色素(2)を、長励起状態寿命色素として下記化学式24の構造を有する色素(15)を用いる以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 14
In Example 1, except that the photosensitizing dye (2) having the structure of the above chemical formula 5 is used as a photosensitizer, and the dye (15) having the structure of the following chemical formula 24 is used as a long excited state lifetime dye. Samples were prepared in the same manner as in Example 1, and various values were measured.

実施例1〜5の場合は、長励起状態寿命色素の三重項励起状態の寿命がステロイド系アルコール系化合物中で0.3秒以上有しτが大きい。結果としてφτが大きくなり、逆過飽和吸収特性を示す閾値が1mW/cm2程度まで小さくなる。 In Examples 1 to 5, the triplet excited state lifetime of the long excited state lifetime dye is 0.3 seconds or longer in the steroidal alcohol compound and τ is large. As a result, φτ increases, and the threshold value indicating reverse supersaturated absorption characteristics decreases to about 1 mW / cm 2 .

一方で、表7に示されるように比較例12〜16の場合は、長励起状態寿命色素の三重項励起状態の寿命がステロイド系アルコール中で0.3秒以下であり、結果としてφτが小さくなる。結果として、逆過飽和吸収特性を示す閾値が上昇し、1W/cm2以下の透過率変化が小さくなる。 On the other hand, as shown in Table 7, in Comparative Examples 12 to 16, the triplet excited state lifetime of the long excited state lifetime dye is 0.3 seconds or less in the steroidal alcohol, and as a result, φτ is small. Become. As a result, the threshold value indicating the reverse supersaturated absorption characteristic is increased, and the transmittance change of 1 W / cm 2 or less is reduced.

実施例1と比較例12及び13とを比較すると、長励起状態寿命色素が重水素置換されてあるものを用いた場合は、基本的に長励起状態寿命色素の励起三重項寿命が長くなり、逆過飽和吸収特性の閾値を低くするが、長励起状態寿命色素が重水素置換されてあるものを用いた場合においても、長励起状態寿命色素の励起三重項寿命(τ)が0.3秒以下と小さくなる色素も存在する。その結果φτも小さくなり逆過飽和吸収特性の閾値が大きくなる。結果として線形透過率は大きく維持できるが、1W/cm2以下の光照射における、線形透過率からの減少が小さいままであり、良好な逆過飽和吸収特性を示さない。このように、本発明の材料において、長励起状態寿命色素の励起三重項寿命が0.3秒以上であるという要件が、良好な低閾値の逆過飽和吸収特性を示す基本的な条件の一つであることが分かる。 Comparing Example 1 with Comparative Examples 12 and 13, when using a long-excited-state-life dye having a deuterium substitution, the excited triplet lifetime of the long-excited-state lifetime dye basically increases, Although the threshold of the reverse supersaturated absorption property is lowered, the excited triplet lifetime (τ) of the long excited state lifetime dye is 0.3 seconds or less even when the long excited state lifetime dye is substituted with deuterium. There are also small pigments. As a result, φτ is also reduced, and the threshold value of the reverse supersaturated absorption characteristic is increased. As a result, the linear transmittance can be kept large, but the decrease from the linear transmittance in light irradiation of 1 W / cm 2 or less remains small and does not show good reverse supersaturated absorption characteristics. Thus, in the material of the present invention, the requirement that the excited triplet lifetime of the long excited state lifetime dye is 0.3 seconds or more is one of the basic conditions for exhibiting a good low threshold reverse supersaturated absorption characteristic. It turns out that it is.

一方、表7に示されるように、実施例1と比較例14とを比較した場合は、重水素置換された、長励起状態寿命色素の三重項励起状態の寿命(τ)の値が10倍程度大きくなる(図14(b))。実施例1では、長励起状態寿命色素である前記化学式24の重水素置換物である化学式2が用いられており、この重水素置換によるτの上昇がφτの値を大きくし、逆過飽和吸収特性の閾値を下げていることがわかる。このように、本発明の材料系において、長励起状態寿命色素が、最低励起三重項状態がππ*遷移からなる色素であり、芳香環が重水素置換されていることが好ましいことが分かる。 On the other hand, as shown in Table 7, when Example 1 and Comparative Example 14 were compared, the value of the triplet excited state lifetime (τ) of the long excited state lifetime dye substituted with deuterium was 10 times. It becomes large (FIG. 14B). In Example 1, Chemical Formula 2 which is a deuterium substitution of Chemical Formula 24 which is a long excited state lifetime dye is used, and the increase in τ due to this deuterium substitution increases the value of φτ, and reverse supersaturation absorption characteristics It can be seen that the threshold value is lowered. Thus, it can be seen that in the material system of the present invention, it is preferable that the long excited state lifetime dye is a dye whose lowest excited triplet state is a ππ * transition, and that the aromatic ring is substituted with deuterium.

(光増感剤の配合量の違いの検討) (Examination of difference in blending amount of photosensitizer)

実施例14
実施例1において、金属錯体(1)の配合量を0.5質量部とする以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 14
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the metal complex (1) was 0.5 parts by mass, and various values were measured.

実施例15
実施例1において、金属錯体(1)の配合量を5.0質量部とし、スペーサーの厚さを約100μmにし、媒体の厚みを100μmにする以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 15
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the compounding amount of the metal complex (1) was 5.0 parts by mass, the thickness of the spacer was about 100 μm, and the thickness of the medium was 100 μm. Various values were measured.

実施例16
実施例1において、金属錯体(1)の配合量を0.1質量部とする以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 16
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the metal complex (1) was 0.1 parts by mass, and various values were measured.

表8に示されるように、実施例14及び15と実施例16とを比較すると、実施例16のように光増感剤濃度が薄い場合には、φτの値が大きく、σの値が大きくても、実施例14及び15ほどの良好な透過率の減少は示さないものの、実用上は十分な性能を示しているといえる。これは、光増感剤濃度が薄すぎるために、媒体の1mmの光学長さでは光増感剤の光吸収自体が弱くなりすぎているためである。このことは線形透過率が大きいことからもわかる。   As shown in Table 8, when Examples 14 and 15 are compared with Example 16, when the photosensitizer concentration is low as in Example 16, the value of φτ is large and the value of σ is large. However, although it does not show the decrease of the transmittance | permeability as favorable as Example 14 and 15, it can be said that the performance is practically sufficient. This is because the photosensitizer light absorption itself becomes too weak at the optical length of 1 mm of the medium because the photosensitizer concentration is too thin. This can be seen from the large linear transmittance.

一方、実施例14及び15の場合は、表8に示されるように、光増感剤の濃度が適切であり、素子の結晶化は生じない。またφτが大きくσが大きいことに由来して、逆過飽和吸収特性の閾値が低く、0.1mW/cm2の弱いパワーの光照射における高い線形透過率と、1W/cm2の定常光における小さな透過率の両立が実現でき、すなわち低閾値かつ良好な逆過飽和吸収特性が発現する。 On the other hand, in Examples 14 and 15, as shown in Table 8, the concentration of the photosensitizer is appropriate, and the device does not crystallize. Also, due to the large φτ and the large σ, the threshold of reverse supersaturation absorption characteristics is low, high linear transmittance in light irradiation with weak power of 0.1 mW / cm 2 , and small in steady light of 1 W / cm 2 Both transmittances can be realized, that is, a low threshold and good reverse supersaturated absorption characteristics are exhibited.

(長励起状態寿命色素の配合量の違いの検討) (Examination of difference in blending amount of long excited state lifetime dye)

実施例17
実施例1において、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)の配合量を3.0質量部とする以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 17
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the dye (1) having the structure of the above chemical formula 2 as a long excited state lifetime dye was 3.0 parts by mass. Measurements were made.

実施例18
実施例1において、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)の配合量を0.5質量部とする以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 18
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of the dye (1) having the structure of Chemical Formula 2 as a long excited state lifetime dye was 0.5 part by mass. Measurements were made.

実施例19
実施例1において、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)の配合量を1.0質量部とする以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 19
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the dye (1) having the structure of the above chemical formula 2 as a long excited state lifetime dye was 1.0 part by mass. Measurements were made.

実施例20
実施例1において、長励起状態寿命色素として上記化学式2の構造を有する色素(1)の配合量を10.0質量部とする以外は、実施例1と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Example 20
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the dye (1) having the structure of the above chemical formula 2 as a long excited state lifetime dye was 10.0 parts by mass. Measurements were made.

表9に示されるように、実施例1及び17は、光増感剤が長励起状態寿命色素と隣接する確率が増大し、光増感剤から長励起状態寿命色素への励起三重項エネルギー移動が効率よく生じ(φETが大きく)、結果としてφτが大きくなり、効率よく長励起状態寿命色素の長寿命三重項励起子が蓄積されやすくなる。結果として、光照射時の大きな透過率減少につながり、図15のように線形透過率を50%以上に保ちつつ、1W/cm2の光照射時の透過率が線形透過率の半分以下に減少する。 As shown in Table 9, Examples 1 and 17 increase the probability that the photosensitizer is adjacent to the long excited state lifetime dye, and excited triplet energy transfer from the photosensitizer to the long excited state lifetime dye. There (large phi ET) efficiently occurs, resulting φτ increases, long life triplet excitons efficiently long excited state lifetime dye is likely to be accumulated. As a result, the transmittance at the time of light irradiation is greatly reduced, and the transmittance at the time of light irradiation of 1 W / cm 2 is reduced to less than half of the linear transmittance while maintaining the linear transmittance at 50% or more as shown in FIG. To do.

一方、実施例18及び19は、長励起状態寿命色素が少ないために光増感剤から長励起状態寿命色素への励起三重項エネルギー移動効率が十分ではなく(φETが小さく)、φτが小さくなる。それゆえ、長励起状態寿命色素の長寿命三重項励起子の蓄積されやすさが十分ではなく、図15のように線形透過率は50%以上を確保することが可能であるが、1W/cm2の光照射による透過率の減少度が実施例1や17といった程度の良好な透過率の減少は示さないものの、実用上は十分な性能を示しているといえる。 Meanwhile, Examples 18 and 19, long excited state lifetime triplet energy transfer efficiency from the photosensitizer to the long excited state lifetime dyes to dye less is not sufficient (phi ET is small), Faitau small Become. Therefore, the long-lived triplet excitons of the long-excited-state lifetime dye are not easily accumulated, and the linear transmittance can be ensured to be 50% or more as shown in FIG. Although the degree of decrease in transmittance due to the light irradiation of No. 2 does not show a good decrease in transmittance as in Examples 1 and 17, it can be said that it shows sufficient performance in practical use.

また、実施例20は、長励起状態寿命色素が少ないために光増感剤から長励起状態寿命色素への励起三重項エネルギー移動効率は大きい(φETは大きい)が、長励起状態寿命色素の会合体の影響で、励起三重項寿命が短くなり(τが小さくなり)、φが小さくなる。それゆえ、長励起状態寿命色素の長寿命三重項励起子の蓄積されやすさが十分ではなく、線形透過率は50%以上を確保可能であるが、1W/cm2の光照射による透過率の減少度が実施例1や17といった程度の良好な透過率の減少は示さないものの、実用上は十分な性能を示しているといえる。 In Example 20, since the number of long excited state lifetime dyes is small, the excited triplet energy transfer efficiency from the photosensitizer to the long excited state lifetime dye is large ( φET is large). Due to the influence of the aggregate, the excited triplet lifetime becomes shorter (τ becomes smaller) and φ becomes smaller. Therefore, the long-lived triplet exciton of the long-excited state lifetime dye is not easily accumulated, and the linear transmittance can be ensured to be 50% or more, but the transmittance due to light irradiation of 1 W / cm 2 can be secured. Although the degree of reduction is not as good as in Examples 1 and 17, it can be said that the practical performance is sufficient.

(光増感剤の有無による逆過飽和吸収特性への影響について) (Influence on reverse supersaturated absorption characteristics with and without photosensitizer)

比較例15
比較例5において、光増感剤を用いないとする以外は、比較例5と同様に試料を作成し、各種値の測定を行った。
Comparative Example 15
In Comparative Example 5, a sample was prepared in the same manner as in Comparative Example 5 except that no photosensitizer was used, and various values were measured.

表10記載の通り、比較例15の場合においては、色素の励起三重項寿命は、秒オーダーと長い(τは大きい)。405nmの波長域において、図11のように吸光係数が小さく、励起三重項の過渡吸収の吸光係数は、405nmの波長域で大きいのでσは大きい。しかし、材料の項間交差効率が小さく、φが小さくなる。結果としてφτは十分大きくなく、励起子の蓄積能力が十分ではない。その結果、1W/m2の光強度における透過率の減少率が小さい。 As shown in Table 10, in the case of Comparative Example 15, the excited triplet lifetime of the dye is as long as seconds (τ is large). In the wavelength region of 405 nm, the extinction coefficient is small as shown in FIG. 11, and the extinction coefficient of transient absorption of the excited triplet is large in the wavelength region of 405 nm, so σ is large. However, the intersystem crossing efficiency of the material is small and φ is small. As a result, φτ is not sufficiently large, and the exciton accumulation capacity is not sufficient. As a result, the decrease rate of the transmittance at a light intensity of 1 W / m 2 is small.

本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料および媒体は、可視光域の光に対して高透明性を有し、厚さ1mmの媒体においても光散乱しないために光学的なガラス材料としての特性を有している。その一方で、強い光が照射された時のみ材料の吸光度が瞬間的に増加するといった特徴を有する。この強い光のパワーとはLEDや半導体レーザのような数mW/cm2〜数W/cm2レベルの光である。光強度が弱い際の光の透過率は10%以上、好ましくは50%以上を満たし、かつ1W/cm2の光照射の強度では、飽和透過率が線形透過率の90%以下、好ましくは半分以下に減少させうる。媒体はキャスト法や液晶素子のように基材に挟み込むことで活用可能である。 The low-threshold organic reverse supersaturated absorbing material and medium of the present invention have high transparency with respect to light in the visible light range, and do not scatter light even in a medium with a thickness of 1 mm. Have. On the other hand, it has a feature that the absorbance of the material increases instantaneously only when intense light is irradiated. This strong light power is light of several mW / cm 2 to several W / cm 2 level as in an LED or a semiconductor laser. When the light intensity is weak, the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, and at the light irradiation intensity of 1 W / cm 2 , the saturated transmittance is 90% or less, preferably half of the linear transmittance. It can be reduced to: The medium can be used by being sandwiched between substrates such as a casting method or a liquid crystal element.

本発明の低閾値有機逆過飽和吸収材料の応答の閾値は、本来の有機物のものと比較して少なくとも10の7乗分の1レベルと低いものである。このため、従来の有機逆過飽和吸収材料は、瞬時強度の強いパルスの大型でコストの高いYAGレーザにおいてのみ瞬間的に応答するものであったが、本発明の材料はLEDや半導体レーザ、比較的強い太陽光にも応答する材料である。   The threshold of response of the low threshold organic reverse supersaturated absorbent material of the present invention is as low as at least 1 / 10th power level compared to that of the original organic material. For this reason, the conventional organic reverse supersaturated absorption material responds instantaneously only to a large and expensive YAG laser with a large pulse having a high instantaneous intensity. It is a material that responds to strong sunlight.

一方、その低閾値は、無機化合物の逆過飽和吸収材料と比較しても十分小さい。さらに無機化合物では困難であった逆過飽和吸収媒体の大面積化も容易に可能である。   On the other hand, the low threshold is sufficiently small even when compared with reverse supersaturated absorbent materials of inorganic compounds. Furthermore, it is possible to easily increase the area of the reverse supersaturated absorption medium, which was difficult with inorganic compounds.

このように、本発明の材料は大型で高額なパルスレーザーを用いなくとも逆過飽和吸収特性を制御できることから、小型で安価な光源を用いた小型の高速光スイッチ用材料、高速光論理演算素子などの光学システムに用いることが可能である。また、大面積の逆過飽和吸収体を形成可能なことから、調光素子やセキュリティー素子のストラテジーにも応用可能である。さらに、非コヒーレントの光を用いて大面積での逆過飽和吸収機能を制御することが可能であることから、新たなストラテジーを有するディスプレイや表示体など、レーザのスポット光源では、制御するのが困難な光システムを構築することが可能な材料となる。以上の如く本低閾値有機逆過飽和吸収材料およびその媒体は、さまざまな分野への応用が期待される。   As described above, since the material of the present invention can control reverse supersaturation absorption characteristics without using a large and expensive pulse laser, a small high-speed optical switch material using a small and inexpensive light source, a high-speed optical logic operation element, etc. It is possible to use for the optical system. Further, since a reverse supersaturated absorber having a large area can be formed, it can also be applied to a strategy of a light control element or a security element. In addition, it is difficult to control with laser spot light sources such as displays and displays with new strategies because it is possible to control reverse supersaturated absorption function over a large area using non-coherent light. This makes it possible to construct a simple optical system. As described above, the present low threshold organic reverse supersaturated absorbing material and its medium are expected to be applied to various fields.

Claims (10)

常温で拡散係数が10-15cm2/s未満であり、かつ無秩序状態を形成するマトリックス内に、項間交差効率が50%以上であり、室温における燐光量子収率が10%以上である光増感剤と77Kの剛性媒体中で励起三重項寿命が0.3秒以上の寿命を有する長励起状態寿命色素とを含有する材料であって、
光増感剤の最低励起三重項エネルギーが長励起状態寿命色素の最低励起三重項エネルギーよりも大きく、
400〜600nmの波長における光増感剤の基底状態の吸光係数よりも長励起状態寿命色素の励起三重項状態の過渡吸収の吸光係数が大きく、かつ
長励起状態寿命色素の基底状態の紫外可視領域吸収波長における吸光係数のピークトップが、光増感剤の紫外可視領域吸収波長帯よりも短波長側にあることを特徴とする逆過飽和吸収材料。
Light having a diffusion coefficient of less than 10 -15 cm 2 / s at room temperature, an intersystem crossing efficiency of 50% or more, and a phosphorescence quantum yield of 10% or more at room temperature in a matrix forming a disordered state. A material containing a sensitizer and a long excited state lifetime dye having a lifetime of an excited triplet lifetime of 0.3 seconds or longer in a 77K rigid medium,
The lowest excited triplet energy of the photosensitizer is greater than the lowest excited triplet energy of the long excited state lifetime dye,
The absorption coefficient of transient absorption of the excited triplet state of the long excited state lifetime dye is larger than the absorption coefficient of the ground state of the photosensitizer at a wavelength of 400 to 600 nm, and the ultraviolet visible region of the ground state of the long excited state lifetime dye A reverse supersaturated absorbing material characterized in that the peak top of the extinction coefficient at the absorption wavelength is on the shorter wavelength side than the ultraviolet-visible region absorption wavelength band of the photosensitizer.
前記マトリックスが、シクロ環とOH基とを各々少なくとも一つ有する縮合多環式化合物である請求項1に記載の逆過飽和吸収材料。   The reverse supersaturated absorbent material according to claim 1, wherein the matrix is a condensed polycyclic compound having at least one cyclo ring and one OH group. 前記縮合多環式化合物が、ステロイド系アルコールである請求項2に記載の逆過飽和吸収材料。 The fused polycyclic compound, reverse over-saturation absorbing material according to claim 2 is a steroidal alcohol. 光増感剤が、有機金属錯体である請求項1〜3のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。   The reverse supersaturated absorbing material according to any one of claims 1 to 3, wherein the photosensitizer is an organometallic complex. 所定の波長の光を照射した際の長励起状態寿命色素における励起三重項状態の形成の量子収率(φ)と励起三重項状態寿命(τ)との積(φτ)が0.01以上である請求項1〜4に記載の逆過飽和吸収材料。   The product (φτ) of the quantum yield (φ) and excited triplet state lifetime (τ) of the excited triplet state formation in the long excited state lifetime dye when irradiated with light of a predetermined wavelength is 0.01 or more The reverse supersaturated absorbent material according to claim 1. 長励起状態寿命色素が、その最低励起三重項状態がππ*遷移からなる色素であり、かつ原子番号9以上の原子を分子内に含有しないものである請求項1〜5のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。 The long-excited-state lifetime dye is a dye whose lowest excited triplet state is a ππ * transition and does not contain an atom having an atomic number of 9 or more in the molecule. Reverse supersaturated absorbent material. 長励起状態寿命色素が、芳香環を有し、該芳香環が重水素置換されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。   The reverse supersaturated absorbing material according to claim 1, wherein the long excited state lifetime dye has an aromatic ring, and the aromatic ring is substituted with deuterium. 1μW/cm2の光強度における線形透過率が50%以上である請求項1〜7のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料。 The reverse supersaturated absorbing material according to any one of claims 1 to 7, wherein the linear transmittance at a light intensity of 1 µW / cm 2 is 50% or more. 請求項1〜8のいずれかに記載の逆過飽和吸収材料が用いられることを特徴とする逆過飽和吸収媒体。   A reverse supersaturated absorbent medium, wherein the reverse supersaturated absorbent material according to claim 1 is used. 逆過飽和吸収材料が基板上に設けられることを特徴とする請求項9に記載の逆過飽和吸収媒体。 Conversely saturable absorber medium of claim 9, reverse over-saturation absorbing material, characterized in that provided on the substrate.
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