DE10042603B4 - Photochrome Verbindung und ihre Verwendung in optischen Funktionsvorrichtungen - Google Patents

Photochrome Verbindung und ihre Verwendung in optischen Funktionsvorrichtungen Download PDF

Info

Publication number
DE10042603B4
DE10042603B4 DE10042603A DE10042603A DE10042603B4 DE 10042603 B4 DE10042603 B4 DE 10042603B4 DE 10042603 A DE10042603 A DE 10042603A DE 10042603 A DE10042603 A DE 10042603A DE 10042603 B4 DE10042603 B4 DE 10042603B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
group
light
thin film
photochromic
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10042603A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10042603A1 (de
Inventor
Masato Fukudome
Kazushi Kamiyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP24419499A external-priority patent/JP4601096B2/ja
Priority claimed from JP33681799A external-priority patent/JP4743930B2/ja
Priority claimed from JP2000087321A external-priority patent/JP2001048875A/ja
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Publication of DE10042603A1 publication Critical patent/DE10042603A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10042603B4 publication Critical patent/DE10042603B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/244—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising organic materials only
    • G11B7/246—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising organic materials only containing dyes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K9/00—Tenebrescent materials, i.e. materials for which the range of wavelengths for energy absorption is changed as a result of excitation by some form of energy
    • C09K9/02—Organic tenebrescent materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3136—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of interferometric switch type
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/2403—Layers; Shape, structure or physical properties thereof
    • G11B7/24035—Recording layers
    • G11B7/24044—Recording layers for storing optical interference patterns, e.g. holograms; for storing data in three dimensions, e.g. volume storage
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/293—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by another light beam, i.e. opto-optical deflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/14—Materials and properties photochromic
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/244—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising organic materials only
    • G11B7/246—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising organic materials only containing dyes
    • G11B7/247—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising organic materials only containing dyes methine or polymethine dyes
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/252—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers
    • G11B7/253—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of substrates
    • G11B7/2533—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of substrates comprising resins
    • G11B7/2534—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of substrates comprising resins polycarbonates [PC]
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/252—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers
    • G11B7/254—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of protective topcoat layers
    • G11B7/2542—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of protective topcoat layers consisting essentially of organic resins
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/252—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers
    • G11B7/258—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of reflective layers
    • G11B7/2585—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of reflective layers based on aluminium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)

Abstract

Photochrome Diarylethenverbindungen, dargestellt durch die folgenden Formeln (1) oder (2)
Figure 00000002
worin der Ring B ein Thiophenring ist; der Ring A eine Perfluorcyclopentyliden-Gruppe ist; der Ring C ein Benzolring ist, in dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können; R1 und R2 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom und einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und diese gleich oder verschieden voneinander sein können; und R3 und R4 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, einer Al koxygruppe, einer Nitrogruppe und einem Phenylrest, und diese gleich oder verschieden voneinander sein können, und worin R5 und R6, die jeweils für eine organische Gruppe stehen, die mindestens 3 Aryle enthält,
je eine Diarylaminoarylgruppe, dargestellt durch die folgende Formel
Figure 00000003
bedeuten, worin Ar1 Phenylen ist und Ar2 und...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue photochrome Verbindung und ihre Verwendung in einer optischen Funktionsvorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere neue photochrome Verbindungen auf der Grundlage einer Diarylethenstruktur, die einen amorphen dünnen Film von sich aus bilden können, und ihre Verwendung in optischen Funktionsvorrichtungen, die für die optische Speicherung und Schaltung geeignet sind.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Wie in der folgenden Formel angegeben, bedeutet eine photochrome Verbindung ein Molekül oder eine Molekülaggregation, die sich als Antwort auf eine Bestrahlung mit Licht zwischen zwei unterschiedlichen Formen reversibel umwandeln kann, d. h. Isomere A und B. Mit anderen Worten, wie es in der folgenden Formel dargestellt ist, ändert sich das Isomere A, beispielsweise isomerisiert in das Isomere B durch Bestrahlung von Licht mit einer Wellenlänge von λ1, und das Isomere B lagert sich wieder in das Isomere A durch Bestrahlung mit Licht mit einer Wellenlänge von λ2 um
    Figure 00020001
  • Da die Isomeren A und B unterschiedliche optische Eigenschaften, wie Absorptionsfähigkeit, Brechungsindex, optische Rotationsvermögen und Permittivität besitzen, ermöglicht das oben erwähnte Phänomen der reversiblen optischen Antwort, dass die Verbindung in einem Memorymaterial (bzw. Speichermaterial) verwendet werden kann. In einem spezifischen Fall kann bei der Verwendung der Verbindung für einen Speicher die Information über Transformation des Isomeren A in das Isomere B durch Bestrahlung mit Licht mit einer Wellenlänge (λ1) aufgezeichnet werden. Die aufgezeichnete Information kann aufgrund des Unterschieds der optischen Eigenschaften einschließlich der Extinktion und des Brechungsindex zwischen den beiden Isomeren (d. h. den Isomeren A und B) gelesen werden. Weiter kann die aufgezeichnete Information über Retransformation des Isomeren B in das Isomere A durch Bestrahlung mit Licht mit einer anderen Wellenlänge (λ2) gelöscht werden.
  • Damit die photochrome Verbindung für die optische Aufzeichnung einschließlich eines optischen Speichers verwendet werden kann, ist es erforderlich, dass die photochrome Verbindung 1) eine ausgezeichnete Speicherung der Information ermögicht, d. h. dass die Isomeren der Verbindung A und B ausgezeichnete thermische und chemische Stabilitäten aufweisen; 2) eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen sich wiederholende Vorgänge des Schreibens und Löschens besitzt, d. h. dass die oben erwähnte reversible Reaktion wiederholt durchgeführt werden kann; 3) ein großer Unter schied im Brechungsindex oder in der Extinktion zwischen den Isomeren A und B auftritt, der ausreicht, ein Lesesignal mit hohem C/N-Verhältnis zu erhalten; und 4) leicht einen dünnen Film bildet.
  • Als photochrome Verbindungen mit ausgezeichneter Thermostabilität und Beständigkeit bei der sich wiederholenden Isomerisierung wurden in den vergangenen Jahren Diarylethenderivate untersucht. Die Diarylethenderivate erleiden Ringöffnungs- und Ringschlussreaktionen, wie es in der folgenden Formel dargestellt ist, wobei sie gefärbt bzw. gebleicht werden. Zusätzlich sind beide Isomeren, d. h. die ringgeöffneten und die ringgeschlossenen Formen, der Diarylethenderivate thermisch stabil.
  • Figure 00030001
  • Bei den bekannten Derivaten, wie sie in der obigen Formel dargestellt sind, bedeuten X bzw. Y ein Sauerstoffatom, ein Schwefelatom oder ein Stickstoffatom eines sekundären oder tertiären Amins; R1 und R2 bedeuten je eine Alkylgruppe; R3 und R4, R5 und R6 werden je ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe, einer Alkoxylgruppe und einem Wasserstoffatom.
  • Für die bekannten photochromen Verbindungen auf der Grundlage von Diarylethenderivaten ist es unvermeidbar, dass sie in einer Polymermatrix, wie Polymethylmethacrylat und Polystyrol, dispergiert sind, damit sie einen dünnen Film bilden. Ein solcher dünner Film aus einer photochromen Verbindung muss große Änderungen in der Extinktion und im Brechungsindex zwischen den Isomeren der Verbindung zeigen, die ausreichen, dass ein Ablesesignal mit einem hohen C/N-Verhältnis erhalten wird. Es ist daher wichtig, die Moleküldichte der in dem Film enthaltenen photochromen Verbindung zu erhöhen. Es können jedoch nicht mehr als 30 Gew.-Teile der photochromen Verbindung gleichmäßig in 100 Gew.-Teilen Polymermatrix, wegen der gegenseitigen Löslichkeit zwischen der photochromen Verbindung und der Polymermatrix dispergiert werden, wodurch ein dünner Film mit schlechten Eigenschaften erhalten wird. Es besteht daher ein Bedarf, eine photochrome Verbindung zu entwickeln, die selbst einen dünnen Film bilden kann.
  • M. Irie, Chem. Lett. 899 (1995) und die japanische nichtgeprüfte Patentpublikation Nr. 8-119963 beschreiben eine photochrome Verbindung, die einen dünnen Film selbst ohne Verwendung einer Polymermatrix bilden kann. Gemäß der Beschreibung wird die photochrome Verbindung auf ein Substrat unter Bildung eines kristallisierten Films der photochromen Verbindung abgeschieden. Bei der Massenproduktion ist die Bildung eines solchen dünnen Films durch Dampfabscheidung jedoch nachteilig. Für die Massenproduktion des Films ist es wünschenswert, dass die photochrome Verbindung einen dünnen Film gemäß einem Beschichtungsverfahren einschließlich einer Spinbeschichtung bildet.
  • In der nichtgeprüften japanischen Patentpublikation Nr. 9-241254 wird eine photochrome Verbindung beschrieben, die einen dünnen Film ohne Verwendung einer Polymermatrix und zusätzlich gemäß einem Beschichtungsverfahren, beispielsweise gemäß Spinbeschichtung, bilden kann. In dieser Literaturstelle wird eine photochrome Verbindung vorgeschlagen, bei der mindestens eine der heterocyclischen Arylgruppen, die das Diarylethenderivat ergeben, eine Adamantylgruppe enthält. Die photochrome Verbindung zeigt selbst einen amorphen festen Zustand ohne Verwendung einer Polymermatrix. Zusätzlich kann die photochrome Verbindung selbst einen dünnen Film gemäß einem Beschichtungsverfahren, wie durch eine Spinbeschichtung, bilden. Jedoch wer den in der Literaturstelle keine optischen Eigenschaften, beispielsweise der Brechungsindex und die thermische Stabilität der Verbindung, beschrieben. Es ist daher unbekannt, ob die Verbindung günstige Eigenschaften besitzt, die ausreichen, damit sie praktisch für eine optische Aufzeichnungsvorrichtung verwendet werden kann.
  • In Jpn. J. Appl. Phys. 38 (1999) L119 ist ebenfalls eine photochrome Diarylethenverbindung beschrieben, die selbst einen dünnen Film bilden kann. Diese Verbindung besitzt jedoch eine niedrige Glasübergangstemperatur von etwa 70°C. Es ist daher unmöglich, die Verbindung für eine optische Funktionsvorrichtung, die eine praktische Thermostabilität erfordert, zu verwenden.
  • Die japanische Patentanmeldung JP 08 134 063 A beschreibt Perfluorcyclopentenderivate der Formel 1
    Figure 00050001
    Formel 2
    Figure 00050002
    oder Formel 3
    Figure 00050003
    worin R1 für H oder eine Niederalkylgruppe steht, R2 für eine Niederalkylgruppe steht; R für H, eine Alkylgruppe, eine Alkoxylgruppe, Cyano oder ähnliches steht, und n, k und m jeweils für 1 bis 5 stehen, sowie ein photochromes Material, ein optisches Aufzeichnungsmedium und ein optisches Aufzeichnungsverfahren, die dieses Perfluorcyclopentenderivat verwenden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photochrome Verbindung zur Verfügung zu stellen, die selbst einen amorphen dünnen Film ohne Dispersion in einer Polymerharzmatrix bilden kann. Die photochrome Verbindung kann ebenfalls eine große Änderung in ihren optischen Eigenschaften, wie die Extinktion und der Brechungsindex, zwischen dem Beginn und dem Ende der Bestrahlung mit Licht zeigen. Weiterhin hat sie ausgezeichnete thermische und chemische Stabilität, da sie eine Glasübergangstemperatur von über 100°C hat. Erfindungsgemäß soll sie in einer optischen Funktionsvorrichtung verwendet werden.
  • Die Erfinder haben das Folgende gefunden. Ein voluminöser Substituent, der an eine heterocyclische Arylgruppe gebunden ist, die ein Diarylethenskelett einer photochromen Verbindung bildet, ermöglicht die Herstellung eines dünnen Films aus der photochromen Verbindung selbst. Zusätzlich ist es bei der Verwendung eines Substituenten mit mindestens drei Arylen als voluminöse Substituenten möglich, eine ausgezeichnete Thermostabilität, d. h. eine Glasübergangstemperatur über etwa 100°C, der photochromen Verbin dung zu erhalten, wodurch die vorliegende Erfindung vervollständigt wurde.
  • Gegenstand der Erfindung sind photochrome Diarylethenverbindungen, dargestellt durch die folgenden Formeln (1) oder (2)
    Figure 00070001
    worin der Ring B ein Thiophenring ist; der Ring A eine Perfluorcyclopentyliden-Gruppe; der Ring C ein Benzolring ist, in dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können; R1 und R2 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom und einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und diese gleich oder verschieden voneinander sein können; und R3 und R4 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder einer Alkoxylgruppe, einer Nitrogruppe und einem Phenylrest, und diese gleich oder verschieden
    voneinander sein können, und worin R5 und R6, die jeweils für eine organische Gruppe stehen, die mindestens 3 Aryle enthält,
    je eine Diarylaminoarylgruppe, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00080001
    bedeuten, worin Ar1 Phenylen ist und Ar2 und Ar3 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und gleich oder unterschiedlich sein können, oder
    jeweils eine Triarylmethylenphenylengruppe, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00080002
    bedeuten, worin n eine ganze Zahl von 1 oder 2 bedeutet;
    Ar2, Ar3 und Ar4 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und diese gleich oder unterschiedlich sein können, oder
    jeweils eine Gruppe bedeuten, die drei Aryle enthält, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00090001
    worin Ar1 Phenylen ist und Ar2 und Ar3 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und diese gleich oder unterschiedlich sein können; m eine ganze Zahl von 1 oder 2 bedeutet; R11 und R12 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom und einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und sie gleich oder unterschiedlich voneinander sein können; und Z ein Stickstoffatom bedeutet, oder
    je eine Gruppe bedeuten, die drei Aryle enthält, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00090002
    worin Ar1 Phenylen ist und Ar2 und Ar3 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und diese gleich oder unterschiedlich sein können; m eine ganze Zahl von 1 oder 2 bedeutet; und Z ein Stickstoffatom bedeutet.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen oben erwähnten photochromen Verbindung in einer optischen Funktionsvorrichtung, die für einen optischen Speicher geeignet ist. Die optische Funktionsvorrichtung umfasst ein Substrat und eine amorphe dünne Filmschicht, hergestellt aus der oben erwähnten photochromen Verbindung, die auf das Substrat aufgebracht ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen oben erwähnten photochromen Verbindung in einer optischen Funktionsvorrichtung, die für ein optisches Schalten geeignet ist. Die optische Funktionsvorrichtung umfasst ein lichtdurchlässiges Substrat, eine transparente Kunststoffschicht, die auf das Substrat aufgebracht ist, einen ersten und einen zweiten optischen Hohlleiter, die im Inneren der transparenten Kunststoffschicht gebildet sind, wovon jeder eine erste und eine zweite Verzweigungssektion für die Verzweigung von Licht, das durch den ersten und zweiten optischen Hohlleiter hindurchgeht, umfasst. Der erfindungsgemäße dünne Film aus photochromer Verbindung wird als Plattierschicht auf den ersten optischen Hohlleiter zwischen den ersten und zweiten Verzweigungssektionen davon verwendet.
  • Der Ausdruck ”Aryl” bedeutet in der vorliegenden Beschreibung eine cyclische Gruppe mit Aromatizität, die π Elektron, entsprechend der Hückel-Regel hat. Die cyclischen Verbindungen umfassen einen Benzolring, einen kondensierten Ring, einen Heteroring und Derivate von diesen.
  • In der folgenden genauen Beschreibung werden die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 bis 3 sind Querschnitte und erläutern durch die erfindungsgemäße Verwendung erhaltene optische Funktionsvorrichtungen, die für optische Speicher geeignet sind;
  • Die 4A und 4B sind schematische Ansichten, die ein optisches System erläutern, das eine optische Funktionsvorrichtung aufweist, bei der ein Brechungsindexunterschied ausgenutzt wird;
  • Die 5A und 5B sind Querschnitte und erläutern eine optische Funktionsvorrichtung einschließlich einer Schutzschicht;
  • Die 6 ist eine Ansicht, in der eine durch die erfindungsgemäße Verwendung erhaltene optische Funktionsvorrichtung erläutert wird, die für ein optisches Schalten geeignet ist;
  • Die 7 ist ein Reaktionsschema, bei dem ein Verfahren zur Synthese der photochromen Verbindung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 dargestellt ist;
  • Die 8 und 9 zeigen Absorptionsspektren von der photochromen Verbindung in flüssigem Zustand und in Form eines dünnen Films, erhalten gemäß Ausführungsbeispiel 1;
  • Die 10 und 11 sind graphische Darstellungen und zeigen die Beziehungen zwischen der Zeit der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und der Änderung des Brechungsindex eines dünnen Films von Ausführungsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2;
  • Die 12 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung zwischen der Dichte der photochromen Verbindung und der Extinktion eines dünnen Films vom dispergierten Typ;
  • Die 13 zeigt ein Reaktionsschema, in dem Verfahren zur Synthese der photochromen Verbindung gemäß Ausführungsbeispiel 2 dargestellt sind;
  • Die 14 zeigt die spektrale Absorptionsänderung der photochromen Verbindung in flüssigem Zustand, erhalten gemäß Ausführungsbeispiel 2;
  • Die 15 ist ein Reaktionssschema und zeigt Verfahren zur Synthese der photochromen Verbindung gemäß Ausführungsbeispiel 3;
  • Die 16 und 17 zeigen die spektralen Absorptionsänderungen dünner Filme photochromer Verbindungen, erhalten gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3;
  • Die 18 ist eine graphische Darstellung, in der die Beziehungen zwischen der Bestrahlungszeit mit ultraviolettem Licht und der Änderung des Brechungsindex der dünnen Filme in Ausführungsbeispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 dargestellt sind.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN ERFINDUNSGEMÄSSEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die erfindungsgemäße photochrome Verbindung ist eine Verbindung mit Diarylethenskelett, die in Formel (1) oder (2) dargestellt ist. Die Formel (1) zeigt photochrome Verbindungen auf Grundlage eines Diarylethenderivats mit einem Ring A und einem Heteroring B, und die Formel (2) zeigt photochrome Verbindungen auf der Grundlage eines Diarylethenderivats mit einem Ring A, einem Heteroring B und einem aromatischen Ring C, konjugiert mit dem Heteroring B.
  • Figure 00130001
  • In den obigen Formeln ist der Ring B Thiophen. Das liegt daran, dass die erhaltene offene Ringform der photochromen Verbindung in diesem Fall die höchste Thermostabilität aufweist.
  • Der Ring C ist ein Benzolring, in dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können.
  • Der Ring A ist eine Pentafluorcyclopentyliden-Gruppe, wie in den Formeln (5)-1 oder (5)-2 gezeigt.
  • Bei dem Verfahren zur Synthese der photochromen Verbindung verleihen die Fluoratome der Verbindung eine ausgezeichnete Reaktivität und führen zu einer erhöhten Ausbeute.
    Figure 00150001
    worin R1 bis R6, B, C, X und Y wie oben definiert sind.
  • Die Atomgruppierung, die eine konjugierte Doppelbindung zwischen der drei Aryle enthaltenden Gruppe (R5, R6) und dem Ring B oder dem Ring C hat, verlängert das konjugierte System in dem Molekül der photochromen Verbindung, wodurch die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des gebleichten Isomeren (ringoffene Form) der Verbindung zu der längerwelligen Seiten hin verschoben wird. Dies ermöglicht nicht nur, dass ultraviolettes Licht, sondern ebenfalls ein Halbleiterlaser, wie blaues Licht, die Verbindung von der offenen Ringform in die geschlossene Ringform der Verbindung isomerisiert. D. h., ein UV-Laser kann durch einen blauen Halbleiterlaser für eine solche Isomerisierung ersetzt werden, was eine Reduzierung der Größe der erhaltenen optischen Funktionsvorrichtung ergibt.
  • Beispiele der Atomgruppierung mit konjugierter Doppelbindung umfassen Monoen (im Falle von m = 1 in der folgenden Formel); und Dien (im Falle von m = 2 in der folgender Formel), eine Phenylengruppe und eine Biphenylgruppe.
  • Figure 00180001
  • In der obigen Formel bedeuten R11 und R12 jeweils ein Wasserstoffatom und eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und sie können gleich oder verschieden voneinander sein.
  • Als Phenylengruppe kann man o-, m- oder p-Phenylen verwenden. Von diesen ist p-Phenylen am meisten bevorzugt, da das p-Substitutionsprodukt die Kristallisationsgeschwindigkeit der Verbindung wirksamer unterdrücken kann als die anderen Substitutionsprodukte.
  • Die photochrome Verbindung mit der oben erwähnten chemischen Struktur kann eine photochrome Reaktion eingehen, die aus ihrer Diarylstruktur resultiert. Sie kann ebenfalls selbst einen stabilen amorphen Festzustand ohne Dispersion in einer Polymermatrix bilden, da die voluminöse Gruppe in der Verbindung, die drei Aryle enthält, die Kristallisationsgeschwindigkeit unterdrückt.
  • Nach Wiederholung einer solchen optischen reversiblen Reaktion, d. h. der photochromen Reaktion zwischen der offenen und der geschlossenen Ringform als Antwort auf die Bestrahlung mit Licht verschlechtern sich die optischen Eigenschaften der Verbindung kaum. Sowohl die gefärbten als auch die gebleichten Isomeren dieser Verbindung sind thermisch stabil und thermisch irreversibel, da beide eine hohe Glasübergangstemperatur von über 100°C besitzen. Es wurde berichtet, dass eine photochrome Verbindung, bei der der Heteroring B eine Alkylaminogruppe (eine Gruppe, die ein Stickstoffatom, gebunden an eine Alkylgruppe, enthält) besitzt, eine schlechte Dauerhaftigkeit und Stabilität aufweist. Andererseits zeigt die erfindungsgemäße photochrome Verbindung, bei der ein Heteroring B eine Gruppe enthält, die drei Aryle (beispielsweise eine Triarylaminogruppe) aufweist, eine ausgezeichnete Dauerhaftigkeit gegenüber sich wiederholenden photochromen Reaktionen, und kann daher praktisch verwendet werden.
  • Ein allgemeines Verfahren zur Synthese der photochromen Verbindung mit der oben erwähnten chemischen Struktur wird im Folgenden erläutert, dies soll jedoch keine Beschränkung sein.
  • STUFE (a): BROMIERUNG
    Figure 00190001
  • STUFE (b): BINDUNG AN EINE GRUPPE, DIE DREI ARYLE ENTHÄLT
    Figure 00200001
  • STUFE (c): BINDUNG AN DEN RING A
    Figure 00200002
  • Ein Heteroring, substituiert mit zwei Bromatomen, wird durch Reaktion zwischen einer heterocyclischen Verbindung entsprechend dem Ring B und Brom (Stufe (a): Bromierung) erhalten. Der erhaltene zweifach-substituierte Heteroring wird mit Zinkchlorid unter Bildung einer Zinkverbindung umgesetzt. Danach wird die Zinkverbindung weiter mit einer Verbindung umgesetzt, die eine Gruppe enthält, die drei Aryle, gebunden an Iod, enthält. Als Folge wird eine Verbindung erhalten, bei der ein Bromatom des zweifach Bromsubstituierten Heterorings mit der Gruppe, die drei Aryle enthält, substituiert ist (Stufe (b): gebunden an eine drei Aryle enthaltende Gruppe). Bei dem Verfahren der Stufe (b) wird bevorzugt ein Palladiumkatalysator verwendet. Dann wird der einfach Brom-substituierte Heteroring, der eine drei Aryle enthaltende Gruppe enthält, und bei der Stufe (b) erhalten wurde, mit Butyllithium umgesetzt, wobei ein Lithium-Halogenaustausch stattfindet, und ein Ani on der Gruppe, die drei Aryle enthält, gebildet wird. Das gebildete Anion wird dann mit einer Verbindung mit Ring A, die eine halogenierte Ethengruppe hat, umgesetzt, wobei eine photochrome Verbindung erhalten wird, die die drei Aryle enthaltende Gruppe, gebunden an das Diarylethenskelett, enthält (Stufe (c): Bindung an Ring A).
  • Das oben erwähnte Verfahren beginnt mit der zweifachen Bromierung, gefolgt von dem Austausch eines der Bromatome mit einer Gruppe, die drei Aryle enthält, und dann Austausch des anderen Broms mit dem Ring A. Ein anderes Verfahren zur Synthese der photochromen Verbindung wird in dem folgenden Reaktionsschema dargestellt, welches mit der Synthese des Heterorings B mit einer Gruppe, die drei Aryle enthält, beginnt, gefolgt von einer Iodierung der 3-Stellung des Rings B und dann Austausch des Iods mit dem Ring A.
  • STUFE (d): BINDUNG AN EINE DREI ARYLE ENTHALTENDE GRUPPE
    Figure 00210001
  • STUFE (e): IODIERUNG
    Figure 00210002
  • STUFE (f): BINDUNG AN DEN RING A
    Figure 00220001
  • Bei der Stufe (d) wird eine Lösung, die den Ring B, n-BuLi und Zinkchlorid enthält, mit einem Iodid einer Gruppe, die drei Aryle enthält, vermischt, wobei ein Ring B, der eine drei Aryle enthaltende Gruppe enthält, gebildet wird. Bei der Stufe (e) wird die 3-Stellung des gebildeten Rings B mit einer Gruppe, die drei Aryle enthält, iodiert. Bei der Stufe (f) wird das Iod, das an den Ring B gebunden ist, mit dem Ring A ausgetauscht, wobei die gewünschte photochrome Verbindung erhalten wird.
  • Bei der Synthese der photochromen Verbindung mit einer konjugierten Doppelbindung zwischen ihrem Diarylethenskelett und der drei Aryle enthaltenden Gruppe kann als Iodid einer Gruppe, die drei Aryle enthält, eine Verbindung verwendet werden, bei der eine konjugierte Doppelbindung zwischen der drei Aryle enthaltenden Gruppe und Iod gebunden ist.
  • Spezifisch sind bevorzugte photochrome erfindungsgemäße Verbindungen wie folgt.
  • In der Formel (11) ist eine photochrome Verbindung dargestellt, die unter Verwendung einer organischen Gruppe, bei der die drei Arylgruppen an ein Stickstoffatom gebunden sind, als die drei Aryle enthaltende Gruppe und wobei dann die organische Gruppe direkt an das Diarylethenskelett gebunden wird, ohne dass eine konjugierte Doppelbindung dazwischen liegt, hergestellt wird. Die Formel (12) stellt eine photochrome Verbindung dar, bei der die drei Aryle enthaltende Gruppe, d. h. eine Gruppe mit drei Arylen, gebunden an ein Stickstoffatom direkt an den Ring C des Diarylethenskeletts gebunden ist.
  • Figure 00230001
  • In den obigen Formeln sind der Ring A, der Ring B, der Ring C,
    R1 und R2, R3 und R4 sowie jedes der Aryle, Ar1, Ar2 und Ar3 wie voranstehend definiert.
  • Die bevorzugten Beispiele von photochromen Verbindungen, die in den Formeln (11) und (12) gezeigt werden, werden durch die Formeln (13) bzw. (14) dargestellt.
  • Figure 00240001
  • Figure 00250001
  • Beide der obigen offenen Ringformen können zu ihren geschlossenen Ringformen durch Bestrahlung mit UV-Licht von 350 nm oder weniger isomerisieren, und sie können dann wieder in die offene Ringform durch Bestrahlung mit sichtbarem Licht von 450 nm oder mehr umgewandelt werden. Zusätzlich können die amorphen dünnen Filme, die jeweils ausschließlich aus der obigen Verbindung gebildet wurden, eine Isomerisierung von der offenen Ringform zu der geschlossenen Ringform außer durch Bestrahlung mit UV-Licht durch Bestrahlung mit blauem Licht von etwa 400 nm, isomerisiert werden. Wenn die amorphen dünnen Filme ausschließlich durch die Verbindungen, die in den Formeln (13) und (14) dargestellt werden, gebildet werden, nimmt, da der Freiheitsgrad der drei Aryle enthaltenden Gruppe in dem dünnen Film beschränkt ist, der Winkel zwischen einer Ebene eines Heterorings und der anderen Ebene des anderen Heterorings derart ab, dass diese Ebenen sich der gleichen Ebene nähern, wodurch π Elektronen bis zur drei Aryle enthaltenden Gruppe konjugieren können. Es wird daher angenommen, dass die Absorptionswellenlänge der offenen Ringform sich zu der langwelligen Seite verschiebt. Zusätzlich besitzen die Verbindungen eine extrem hohe Isomerisierungsrate von fast 100%. Der Grund wird wie folgt angesehen. Das tertiäre Stickstoffatom besitzt eine Elektronenanziehungfähigkeit, bedingt durch sein nicht gepaartes Elektron, während der Ring A eine Elektronendonorfähigkeit besitzt. Dies bewirkt den Ladungsübergang zwischen dem Stickstoffatom und dem Ring A, wodurch die Isomeren stabilisiert werden. Jede der offenen und geschlossenen Ringformen besitzt eine Glasübergangstemperatur über 100°C, wodurch sie thermisch stabil sind.
  • Weitere bevorzugte Beispiele von erfindungsgemäßen photochromen Verbindungen sind in den Formeln (15) und (16) angegeben. Jede der Verbindungen besitzt eine Atomgruppe mit einer konjugierten Doppelbindung mit Triphenylamin als R5 bzw. R6 in den oben erwähnten allgemeinen Formeln. Die Formel (15) bedeutet eine photochrome Verbindung, bei der die Atomgruppierung mit einer konjugierten Doppelbindung zwischen dem Diarylethenskelett und Triphenylamin gebunden ist, und die Formel (16) stellt eine photochrome Verbindung dar, bei der die Atomgruppe mit einer konjugierten Doppelbindung zwischen dem Diarylethenskelett mit einem Ring C und Triphenylamin gebunden ist.
  • Figure 00260001
  • In den obigen Formeln sind Ar1, Ar2, Ar3, R1 und R2 ähnlich den entsprechenden in den Formeln (11) und (12).
  • R11 und R12 werden bei den Formeln (15) und (16) jeweils ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Wasser stoffatom und einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und sie können gleich oder unterschiedlich sein.
  • Solch eine photochrome Verbindung, wie in den Formeln (15) und (16) dargestellt, die eine Gruppe mit einer konjugierten Doppelbindung zwischen dem Diarylethenskelett und Triphenylamin aufweist, besitzen ein verlängertes konjugiertes System in dem Molekül der photochromen Verbindung, was eine Verlagerung der Wellenlänge des Absorptionsmaximums der offenen Ringform zu der langwelligen Seite ergibt. Als Folge kann selbst Licht mit mehr als 400 nm die Isomerisierung zu der geschlossenen Ringform induzieren.
  • Diese Verbindungen können auf gleiche Weise wie in dem oben erwähnten Verfahren synthetisiert werden, ausgenommen, dass die folgende Iodverbindung mit drei Arylen als Verbindung mit einer Gruppe mit drei Arylen bei der Stufe (b) oder (d) verwendet wird.
  • Figure 00270001
  • Weitere bevorzugte Beispiele der erfindungsgemäßen photochromen Verbindungen sind in den Formeln (17) und (18) dargestellt. Jede der Verbindungen besitzt eine Atomgruppe mit einer konjugierten Doppelbindung mit Triphenylamin als R5 bzw. R6 in den oben erwähnten allgemeinen Formeln. Die Formel (17) stellt eine photochrome Verbindung dar, bei der das Kohlenstoffatom mit drei Arylen an die Diarylethenstruktur über eine konjugierte Doppelbindung mit 1 oder mehr als 2 Phenylengruppen gebunden ist. Die Formel (18) stellt eine photochrome Verbindung dar, bei der das Kohlenstoffatom mit drei Arylen an die Diarylethenstruktur mit der Ringstruktur C über eine konjugierte Doppelbindung mit 1 oder mehr als 2 Phenylgruppen gebunden ist.
  • Figure 00280001
  • In den obigen Formeln ist jedes der Aryle Ar2, Ar3 und Ar4 wie voranstehend definiert.
  • R1, R2, R3 und R4 bedeuten in den Formeln (17) und (18) Atomgruppierungen, ähnlich den entsprechenden in den Formeln (11) und (12). Das Symbol ”n” bedeutet eine ganze Zahl von 1 oder 2.
  • In der Phenylengruppe, die als konjugiertes Dien verwendet wird, kann ein Teil oder können alle Wasserstoffatome substituiert sein durch eine Alkylgruppe, Alkoxygruppe, Nitrogruppe, Cyanogruppe, ein Halogenatom, ein Aminogruppe oder ähnliche, und zwar innerhalb des Bereichs, der keine nachteiligen Wirkungen ergibt.
  • In den photochromen Verbindungen, die durch die Formeln (17) und (18) dargestellt werden, unterdrückt das voluminöse Triarylmethylen die Kristallisationsgeschwindigkeit unter Bildung eines stabilen amorphen Zustands. Zusätzlich kann die Anwesenheit der Phenylengruppe, d. h. die Anwesenheit einer konjugierten Doppelbindung, die Wellenlänge für die Ringschlussreaktion zu der langwelligen Seite verlagern, und als Folge kann selbst Licht von mehr als 400 nm Wellenlänge die Isomerisierungsreaktion induzieren.
  • Die photochromen Verbindungen können auf gleiche Weise wie bei der Stufe (b) oder (d) des zuvor erwähnten Verfahrens hergestellt werden, ausgenommen, dass eine Verbindung verwendet wird, bei der eine Triarylmethylengruppe an Iod über eine Monophenylen- oder Diphenylengruppe gebunden ist, wie es in der folgenden Formel dargestellt wird.
  • Figure 00290001
  • Die oben erwähnten photochromen Verbindungen, die in den Formeln (11) bis (18) dargestellt sind, besitzen eine verringerte Kristallisationsgeschwindigkeit, bedingt durch die voluminöse Gruppe mit drei Arylen, wodurch sie selbst einen amorphen dünnen Film bilden. Die gebildeten amorphen dünnen Filme können ebenfalls die reversible photochrome Reaktion zeigen, wie es mit den Verbindungen in einem Flüssigkeitssystem, das die Verbindungen enthält, der Fall ist. Außerdem bestehen solche amorphen dünnen Filme aus den photochromen Verbindungen. Sie unterscheiden sich von den bekannten dünnen Filmen, bei denen die photochrome Verbindung in einer Polymermatrix dispergiert ist (im Folgenden als ”dünner Film des dispergierten Typs” bezeichnet). Die erfindungsgemäßen dünnen Filme zeigen daher eine größere Änderung der optischen Eigenschaften, d. h. des Lichtabsorptionskoeffizienten, des Brechungsindex, der optischen Rotationsvermögen, der Permittivität oder ähnlichem, bedingt durch die Isomerisierung, verglichen mit dem bekannten dünnen Film des dispergierten Typs. Spezifisch ändert sich der Brechungsindex des dünnen Films, hergestellt aus den erfindungsgemäßen photochromen Molekülen durch Isomerisierung, in der Größenordnung von 10–2 oder mehr, wohingegen der des bekannten dünnen Films des dispergierten Typs sich in der Größenordnung von 10–4 ändert. Der erfindungsgemäße dünne Film kann für einen optischen Transmissionsweg einer optischen Schaltvorrichtung verwendet werden, vorausgesetzt, dass die optische Schaltvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit in der Lage ist, eine Schaltung innerhalb einiger Nanosekunden auszuführen.
  • Der amorphe dünne Film, der aus den erfindungsgemäßen photochromen Verbindungen hergestellt wurde, kann gemäß einem Beschichtungsverfahren, das im allgemeinen zur Herstellung eines dünnen organischen Films verwendet wird, einschließlich eines Spinbeschichtungsverfahrens, eines Stabbeschichtungsverfahrens, eines Eintauchverfahrens, eines Extrudierverfahrens in geschmolzenem Zustand und eines Sprühverfahrens hergestellt werden. Spezifisch kann der dünne Film aus photochromer Verbindung durch Auflösen der photochromen Verbindung in einem organischen Lösungsmittel mit hoher Viskosität, beispielsweise Toluol, Butylacetat und Alkohole, Auftragung der erhaltenen Lösung auf ein Substrat und Verflüchtigung des Lösungsmittels durch Wärmebehandlung bei etwa 80 bis 150°C hergestellt werden.
  • Der erhaltene dünne Film zeigt eine photochrome Reaktion, d. h. Isomerisierung, als Antwort auf die Bestrahlung mit Licht einer spezifischen Wellenlänge.
  • Optische Funktionsvorrichtung
  • Für die optische Funktionsvorrichtung wird ein amorpher dünner Film, hergestellt aus der erfindungsgemäßen photochromen Verbindung, verwendet.
  • Die optische Funktionsvorrichtung, die für einen optischen Speicher geeignet ist, umfasst ein Substrat, eine Aufzeichnungsschicht, aufgetragen auf das Substrat, wobei die Aufzeichnungsschicht aus einem amorphen dünnen Film aus der erfindungsgemäßen photochromen Verbindung hergestellt ist.
  • Die optische Funktionsvorrichtung, in der die erfindungsgemäße Verbindung verwendet wird, umfasst irgendeinen Typ Lichtzuführung aus dem Substrat, Lichtzuführung zu der Aufzeichnungsschicht direkt, Lesen der Intensität des reflektierten Lichts, wobei der Unterschied der Lichtdurchlässigkeit für das Aufzeichnen und Lesen verwendet wird, und wobei der Unterschied des Brechungsindex für die Aufzeichnung und das Lesen verwendet wird.
  • Wie in 1 dargestellt wird, gehört die optische Funktionsvorrichtung P1 zu den Typen, bei denen Licht von dem Substrat zugeführt wird und die Intensität des reflektierten Lichts gelesen wird. Diese Vorrichtung umfasst ein durchlässiges Substrat 1, eine Aufzeichnungsschicht 2, hergestellt aus einem dünnen Film aus photochromer Verbindung, aufgetragen auf das Substrat 1, und eine Reflexionsschicht 3, aufgetragen auf die Aufzeichnungsschicht 2.
  • Als Substrat 1 kann irgendein durchlässiges Substrat, beispielsweise hochtransparentes Glas, hochtransparenter Kunststoff und ähnliches, wie ein Polyesterharz, ein Acrylharz, ein Polyamidharz, ein Polycarbonatharz, ein Polyolefinharz, ein Phenolharz, ein Epoxyharz und ein Polyimidharz, verwendet werden.
  • Das Substrat 1 besitzt bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,5 mm. Wenn die Dicke kleiner ist als es diesem Bereich entspricht, kann das Substrat leicht verformt werden. Wenn andererseits die Dicke größer ist als es diesem Bereich entspricht, nimmt die Durchlässigkeit für die Aufzeichnung und das Lesen ab, was eine Verschlechterung der Eigenschaften der Vorrichtung mit sich bringt.
  • Die Aufzeichnungsschicht 2 ist aus dem dünnen Film aus erfindungsgemäßer photochromer Verbindung zusammengesetzt.
  • Wie oben beschrieben, wird der Film aus der photochromen Verbindung in amorphem Zustand gebildet, und er kann aus der photochromen Verbindung selbst gemäß einem Beschichtungsverfahren ohne Dispersion in einer Polymermatrix hergestellt werden.
  • Die Aufzeichnungsschicht 2 besitzt bevorzugt eine Dicke von 100 Å bis 5 μm und bevorzugter 1000 Å bis 1 μm. Wenn die Dicke 100 Å oder geringer ist, ist es nicht möglich, die optischen Eigenschaften einer solchen dünnen Aufzeichnungsschicht durch Lichtbestrahlung zu verändern. Wenn andererseits die Aufzeichnungsschicht eine zu große Dicke von 5 μm oder darüber besitzt, nimmt die Photoreaktionsgeschwindigkeit der Schicht in Dickerichtung auf unerwünschte Weise ab. Zusätzlich besitzt die erfindungsgemäße Aufzeichnungsschicht, die ein dünner Film, hergestellt aus der photochromen Verbindung selbst, ist, eine höhere Dichte der photochromen Verbindung als der bekannte dünne Film des dispergierten Typs. Dies bewirkt eine große Änderung der optischen Eigenschaften durch Lichtbestrahlung, die ausreicht, nachweisbar zu sein, selbst, wenn die Aufzeichnungsschicht eine geringe Dicke von 1 μm umfasst.
  • Die Reflexionsschicht 3 ist eine Schicht zur Reflexion des einfallenden Lichts, das durch die Aufzeichnungsschicht hindurchgegangen ist, und wurde aus einem nichtkorrodierbaren Metall oder Halbmetall mit hoher Reflexionsrate durch Dampfabscheidung oder ein ähnliches Verfahren hergestellt. Das Metall kann umfassen Au, Al, Ag, Cu, Cr, Ni und ähnliche, und das Halbmetall kann umfassen Si und ähnliche. Die Reflexionsschicht 3 besitzt bevorzugt eine Dicke von 50 bis 3000 Å und bevorzugter 100 bis 3000 Å. Wenn die Dicke weniger als 50 Å ist, ist die Reflexionsschicht zu dünn, um ausreichend Licht, das durch die Aufzeichnungsschicht hindurchgeht, zu reflektieren. Andererseits ist eine Dicke der Reflexionsschicht von etwa 3000 Å ausreichend zur Reflexion der Hauptmenge des durchgelassenen Lichts, und daher muss die Reflexionsschicht keine Dicke besitzen, die größer ist als 3000 Å. Eine solche nichterforderliche große Dicke verhindert eine Kompaktion der erhaltenen optischen Funktionsvorrichtung, und weiterhin bewirkt sie eine Erhöhung der Vorrichtungskosten.
  • Die optische Funktionsvorrichtung P1, die die oben erwähnte Struktur aufweist, kann Information durch Isomerisierung der photochromen Verbindung (d. h. des Isomeren A) der Aufzeichnungsschicht zu dem Isomeren B durch einfallendes Licht L1 von der Substratseite 1 aus aufzeichnen. In diesem Fall werden die Isomeren A und B als Isomeres des Anfangszustands bzw. als Isomeres des Aufzeichnungszustands bezeichnet. Obgleich es keine Beschränkung gibt, welche die offene Ringform oder die geschlossene Ringform der Verbindung in dem Isomeren des Aufzeichnungszustands verwendet wird, ist es im Allgemeinen bevorzugt, die offene Ringform (gebleicht) als Isomeres des Anfangszustands und die geschlossene Ringform (gefärbt) als Isomeres des Aufzeichnungszustands zu verwenden. Bei einer solchen bevorzugten Einstellung wird eine Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge für die Aufzeichnung verwendet. Das Licht mit kürzerer Wellenlänge ergibt einen kleineren Punktdurchmesser auf der Aufzeichnungsschicht, was eine höhere Aufzeichnungsdichte ergibt.
  • Die aufgezeichnete Information kann durch Bestrahlung mit Licht mit einer solchen Wellenlänge gelöscht werden, durch die das Isomere B, das bei der Aufzeichnung gebildet wird, wieder in das Isomere A überführt wird.
  • Die aufgezeichnete Information kann durch das eintretende Licht L2 und dann Detektion des Lichtes L2, das nach dem Durchgang durch die Aufzeichnungsschicht 2 austritt und durch die Reflexionsschicht 3 reflektiert wird, gelesen werden. Als Licht L2, d. h. als Licht zum Lesen kann man irgendein Licht mit einer solchen Wellenlänge verwenden, die einen nachweisbaren optischen Unterschied zwischen den Isomeren A und B ergibt. Jedoch wird im Allgemeinen ein Licht für die Aufzeichnung oder ein Licht für die Löschung verwendet, um die Zahl der Lichtquellen in der optischen Funktionsvorrichtung zu verringern und die Forderung zu erfüllen, die optische Funktionsvorrichtung zu kompaktieren. Wenn Licht für die Aufzeichnung zum Lesen der aufgezeichneten Information verwendet wird, kann das Licht teilweise durch den nicht-Aufzeichnungsteil der Aufzeichnungsschicht absorbiert werden. Wenn andererseits Licht für das Löschen verwendet wird, kann das Licht teilweise von dem Aufzeichnungsteil der Aufzeichnungsschicht absorbiert werden. Wenn jedoch das Licht zum Lesen so eingestellt wird, dass es eine geringere Intensität als das für das Aufzeichnen und Löschen verwendet, kann die Aufzeichnung neuer Information oder unerwünschtes Löschen der aufgezeichneten Information vermieden werden. Dementsprechend kann das Lesen der aufgezeichneten Information durch Lesen der Intensität des Lichtes L2, das von dem Aufzeichnungsteil der Aufzeichnungsschicht reflektiert wird, wenn Licht für die Aufzeichnung verwendet wird, oder durch Lesen der Intensität von Licht L2, das durch den nicht-Aufzeichnungsteil der Aufzeichnungsschicht reflektiert, wenn Licht für das Löschen verwendet wird, durchgeführt werden.
  • Die optische Funktionsvorrichtung P2, die in 2 dargestellt ist, gehört zu dem Typ, bei denen das eintretende Licht von der Substratseite eintritt und der Unterschied der Extinktion des reflektierten Lichts gemessen wird. Die optische Funktionsvorrichtung P2 besitzt ein opakes Substrat 1' für die Reflexion von Licht, so dass keine weitere Reflexionsschicht, wie eine Reflexionsschicht 3 der optischen Vorrichtung von P1, erforderlich ist. Auf dem Substrat 1' ist die Aufzeichnungsschicht 2 auf einen dünnen Film der erfindungsgemäßen photochromen Verbindung aufgebracht.
  • Das opake Substrat 1' kann aus einem opaken Kunststoff, wie einem Epoxyharz, aus Keramik wie Aluminiumoxid, aus Metall wie Aluminium und Gold, oder ähnlichen Materialien hergestellt sein. Das Substrat 1' besitzt bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,5 mm. Wenn die Dicke geringer ist als dieser Bereich, verformt sich das Substrat leicht. Wenn andererseits die Dicke größer ist als dieser Bereich, nimmt die Lichtdurchlässigkeit für die Aufzeichnung und das Lesen ab, was eine Verschlechterung der Eigenschaften der erhaltenen Vorrichtung bewirkt.
  • Wie bei der optischen Funktionsvorrichtung P1 ist die Aufzeichnungsschicht 2 aus einem dünnen Film der photochromen Verbindung mit einer Dicke von etwa 100 Å bis 5 μm gebildet.
  • Die optische Funktionsvorrichtung P2 besitzt die oben erwähnte Struktur und kann Information durch Isomerisierung der photochromen Verbindung (d. h. des Isomeren A) der Aufzeichnungsschicht zu dem Isomeren B durch das einfallende Licht von der Seite der Aufzeichnungsschicht 2 aus aufzeichnen. Die aufgezeichnete Information kann leicht durch Bestrahlung mit Licht mit einer solchen Wellenlänge gelöscht werden, dass sich das Isomere B wieder in das Isomere A zurück umwandelt.
  • Ähnlich wie bei der optischen Funktionsvorrichtung P1 kann die aufgezeichnete Information leicht durch Licht mit einer Wellenlänge, die einen nachweisbaren Unterschied der optischen Eigenschaften zwischen den Isomeren ergibt, abgelesen werden.
  • Als Licht zum Lesen wird in der Praxis Licht für die Aufzeichnung oder Licht zum Löschen verwendet. Durch Einstellung des Lichts zum Lesen auf geringere Intensität als für die Aufzeichnung und Löschen kann die Extinktion von Licht L2, das durch das Substrat 1' reflektiert wird, abgelesen werden, um die aufgezeichnete Information abzulesen, ohne dass neue Information aufgezeichnet wird oder ein unerwünschtes Löschen der aufgezeichneten Information stattfindet.
  • Die optische Funktionsvorrichtung P3, die in 3 erläutert wird, gehört zu den Typen, bei denen ein Unterschied der Lichtdurchlässigkeit zwischen dem einfallenden und dem heraustretenden Licht für die Leseinformation verwendet wird. Bei der optischen Funktionsvorrichtung P3 ist die Aufzeichnungsschicht 2 des dünnen Films der erfindungsgemäßen photochromen Verbindung auf dem lichtdurchlässigen Substrat 1 angeordnet.
  • Als lichtdurchlässiges Substrat 1 kann man irgendein Substrat verwenden, das in einer optischen Funktionsvorrichtung P1 verwendet werden kann. Als photochrome Verbindung der Aufzeichnungsschicht kann man ähnliche Verbindungen verwenden, wie sie in den optischen Funktionsvorrichtungen P1 und P2 verwendet werden. Die optische Funktionsvorrichtung P3 muss auf solche Weise gebaut sein, dass sie einen ausreichend großen Lichtdurchlässigkeitsunterschied aufweist.
  • Bei der optischen Funktionsvorrichtung P3 isomerisiert die photochrome Verbindung (d. h. das Isomere A) der Aufzeichnungsschicht durch den Licht L3-Eingang von der Seite der Aufzeichnungsschicht zu dem Isomeren b, wobei Information aufgezeichnet wird. Die aufgezeichnete Information kann durch Bestrahlung mit Licht mit solcher Wellenlänge gelöscht werden, dass sich das Isomere B wieder in das Isomere A umwandelt. Ähnlich wie bei der optischen Funktionsvorrichtung P1 kann die Information mit Licht mit solcher Wellenlänge gelesen werden, dass ein nachweisbarer Unterschied der optischen Eigenschaften erhalten wird. Als Licht zum Lesen kann in der Praxis Licht für die Aufzeichnung oder Licht zum Löschen verwendet werden. Durch Ein stellung des Lichts zum Lesen auf eine Energie, die geringer ist als die für die Aufzeichnung und Löschen, können ein Aufzeichnen neuer Information und das unerwünschte Löschen der aufgezeichneten Information verhindert werden. Wenn das Licht für die Aufzeichnung als Licht zum Lesen L4 verwendet wird, wird die Intensität des Lichtes L4, das von dem aufgezeichneten Teil der Aufzeichnungsschicht 2 reflektiert wird, durch Lesen der aufgezeichneten Information abgelesen. Wenn andererseits das Licht zum Löschen als Licht zum Lesen L4 verwendet wird, wird die Intensität des Lichtes L4, das durch den nicht-aufgezeichneten Teil der Aufzeichnungsschicht 2 reflektiert wird, zum Lesen der aufgezeichneten Information verwendet.
  • Die optische Funktionsvorrichtung P3 kann ebenfalls verwendet werden, um die aufgezeichnete Information aufgrund des Unterschieds in dem Brechungsindex zu lesen, wenn sie in ein optisches System, wie in 4 dargestellt, eingebaut ist. Da der dünne ”Film aus erfindungsgemäßer photochromer Verbindung einen großen Unterschied im Brechungsindex zwischen den beiden Isomeren zeigt, kann die aufgezeichnete Information gelesen werden, indem ein solcher Unterschied im Brechungsindex ausgenutzt wird. Diese Art von optischem System kann zu einem dreidimensionalen Aufzeichnungs-Speicher und einem Hologram-Speicher verwendet werden.
  • In dem optischen System von 4 ist die optische Funktionsvorrichtung P3 so angeordnet, dass ein aufgespaltenes Licht von dem Strahlaufspalter 21 durch den Spiegel 22a reflektiert wird und in die Aufzeichnungsschicht 2 der optischen Funktionsvorrichtung P3 eintritt, und das andere Licht wird durch den Spiegel 22 reflektiert und tritt in die Aufzeichnungsschicht 2 der optischen Funktionsvorrichtung P3 durch die Verschlussblende S1 ein. Wie in 4A dargestellt, wird zur Aufzeichnung von Information auf der Aufzeichnungsschicht 2 und Löschen der Information von der Aufzeichnungsschicht 2 Licht zum Einleiten verwendet, das die photochrome Reaktion bewirken kann und dann von den Spiegeln 22a und 22b reflektiert und in die Aufzeichnungsschicht 2 geleitet wird, wobei die Verschlussblende S1 geöffnet ist.
  • Als Licht zum Lesen der Information kann irgendein Licht verwendet werden, das eine solche Wellenlänge aufweist, dass ein großer Brechungsindexunterschied zwischen dem Licht, das durch den aufgezeichneten Teil der Aufzeichnungsschicht und dann durch den nicht-aufgezeichneten Teil hindurchgeht, erhalten wird. Jedoch bevorzugt wird Licht mit der gleichen Wellenlänge wie das Licht für die Aufzeichnung oder für die Löschung verwendet, um die Zahl der Lichtquellen in der optischen Funktionsvorrichtung zu erniedrigen und die Forderungen zu erfüllen, die optische Funktionsvorrichtung zu kompaktieren. Das Lesen der aufgezeichneten Information in diesem System erfolgt mit der Verschlussblende S1 wie in 4B gezeigt ist. Einer der Strahlen, der durch den Strahlenaufspalter 21 hindurchgegangen ist, wird von dem Spiegel 22a reflektiert und in die Aufzeichnungsschicht 2 der optischen Funktionsvorrichtung P3 geleitet. Der andere Strahl wird von dem Spiegel 22b reflektiert und dann mit der Verschlussblende S1 blokkiert. Danach wird die Brechungsindexverteilung des Lichtes, das durch die Aufzeichnungsschicht 2 und das Substrat 1 hindurchgegangen ist, mit dem Detektor 25 nachgewiesen. Entsprechend dem Unterschied in der nachgewiesenen Brechungsindexverteilung und der Anfangsverteilung vor der Aufzeichnung kann die aufgezeichnete Information gelesen werden.
  • Alle optischen Funktionsvorrichtungen, die in den 1 bis 3 erläutert werden, besitzen je ein Substrat und eine Aufzeichnungsschicht, und einige der Vorrichtungen benötigen entsprechend den Aufzeichnungs- und Lesesystemen außerdem eine Reflexionsschicht. Jedoch können, wie in den
  • 5A und 5B gezeigt, die Vorrichtungen eine Mehrschichtstruktur aufweisen, wobei, sofern erforderlich, eine Schutzschicht die Reflexionsschicht oder die Aufzeichnungsschicht bedeckt. In 5A ist eine optische Funktionsvorrichtung mit einer Schutzschicht 4, die die Aufzeichnungsschicht 2 bedeckt, dargestellt, und in 5B ist gezeigt, dass die Schutzschicht 4 die Reflexionsschicht 3 überzieht.
  • Als Schutzschicht kann man einen dünnen Film aus transparentem Harz, wie Poly(meth)acrylat und Polycarbonat, verwenden.
  • Die optische Funktionsvorrichtung, die für eine optische Schaltvorrichtung geeignet ist, wird im Folgenden erläutert.
  • Die optische Funktionsvorrichtung für die optische Schaltung umfasst ein lichtdurchlässiges Substrat, eine transparente Kunststoffschicht, aufgebracht auf das Substrat, erste und zweite optische Hohlleiter, die im Inneren der transparenten Kunststoffschicht gebildet sind, wovon jeder erste und zweite Verzweigungssektionen für die Verzweigung von Licht, das durch die ersten und zweiten optischen Hohlleiter hindurchgeht, aufweist. Der erste optische Hohlleiter zwischen den ersten und zweiten Verzweigungssektionen ist mit einer Bedeckungsschicht, zusammengesetzt aus dem Film aus der erfindungsgemäßen photochromen Verbindung, überzogen. Als spezifisches Beispiel wird eine optische Hohlleitervorrichtung H in 6 des 2 × 2-Mach-Zehnder-Typs dargestellt.
  • In der optischen Hohlleitervorrichtung H ist auf dem optischen Hohlleitersubstrat 11, das aus einem transparenten Material wie Glas besteht, eine transparente Kunststoffschicht 12 angeordnet ist, in der die optischen Hohlleiter eingebettet sind. Die Kunststoffschicht 12 kann aus Me thylpolymethacrylat (PMMA) oder einem ähnlichen Material hergestellt werden. Die Kunststoffschicht 12 ist aus unteren und oberen Kunststoffschichten 12a, 12b zusammengesetzt und wird wie folgt hergestellt: die untere Kunststoffschicht 12a aus fluoriertem PMMA, auf der die ersten und zweiten optischen Hohlleiter 14, 15 durch Einbettung angeordnet sind, wird auf dem Substrat 11 ausgebildet. Dann wird die obere Kunststoffschicht 12b auf die untere Kunststoffschicht 12a aufgebracht, so dass die Kunststoffschichten sich zu einem Ganzen vereinigen. Die optischen Hohlleiter 14, 15 werden längs der Wegrichtung des Signallichts gebildet. Jeder optische Hohlleiter besitzt zwei Krümmungen, wo die optischen Hohlleiter 14, 15 näher aneinander kommen (d. h., wo die Breite zwischen den optischen Hohlleitern kleiner ist), wobei die Verzweigungssektionen B1 und B2 gebildet werden. Die optische Funktionssektion 16, d. h. eine Überzugsschicht, hergestellt aus dem dünnen Film aus photochromer Verbindung, ist zwischen den Verzweigungssektionen B1 und B2 des ersten optischen Hohlleiters aufgebracht.
  • Die optische Hohlleitervorrichtung H kann eine Schaltfunktion, wie im Folgenden erläutert, aufweisen. Zuerst wird ein Signallicht (beispielsweise Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm) in die ersten und zweiten optischen Hohlleiter 14, 15 durch ihre entsprechenden Enden, d. h. die Öffnungen 1 und 2, eingeleitet. Die Signallichtwellen, die durch die ersten und zweiten optischen Hohlleiter 14, 15 hindurchgehen, interferieren miteinander in der Verzweigungssektion B1. Die Lichtwellen vereinigen sich miteinander erneut in der Verzweigungssektion B2. Bei Bestrahlung mit Licht, das zur Isomerisierung der photochromen Verbindung, die in der optischen Funktionssektion 16 enthalten ist, fähig ist ultraviolettes Licht von 380 nm oder weniger oder blaues Licht von 380 bis 450 nm, von der Rückseite des Substrats 11 geht das Licht durch das Substrat 11 und die untere Kunststoffschicht 12a hindurch und isomerisiert dann die photochrome Verbindung der optischen Funktionssektion 16. Der Brechungsindex des Lichtes, das durch den ersten optischen Hohlleiter 14 hindurchgeht, ändert sich in der optischen Funktionssektion 16. Dementsprechend werden in der Verzweigungssektion B2 Lichtstrahlen, die durch den ersten optischen Hohlleiter 14 hindurchgehen, mit den Lichtstrahlen vereinigt, die durch den zweiten optischen Hohlleiter 15 hindurchgehen, wobei diese Lichtstrahlen miteinander auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen ihnen interferieren. Dann treten die Lichtstrahlen aus den optischen Hohlleitern 14, 15 durch die Öffnungen 3, 4 aus. Als Ergebnis unterscheiden sich die austretenden Strahlen von den entsprechenden eintretenden Lichtstrahlen in der Intensität. Mit anderen Worten ist das Intensitätsverhältnis des austretenden Lichtes zu dem eintretenden Licht an den Öffnungen 3, 4 unterschiedlich. Daher kann die Lichtphasendifferenz an der Verzweigungssektion B2 durch Änderung des Brechungsindex, bedingt durch die optische Funktion 16, durch Bestrahlung mit Licht für die Isomerisierung der photochromen Verbindung (Licht für die Isomerisierung) kontrolliert werden, und eine solche geeignete Kontrolle des Lichtphasenunterschieds ermöglicht die geeignete Kontrolle der austretenden Lichtintensitäten an den Öffnungen 3 und 4, was eine Schaltfunktion ergibt.
  • Bevorzugt wird die optimale Länge der optischen Funktionssektion 16 gemäß der Änderung des Brechungsindex bestimmt.
  • Unter Verwendung der erfindungsgemäßen photochromen Verbindung kann ein optisches Schalten erreicht werden, das nur durch Licht kontrolliert wird. Bei bekanntem optischen Schalten unter Verwendung von Photoreflexionsmaterial muss eine Spannung oder ein Strom zum Betrieb des optischen Schaltens verwendet werden, was eine Schwierigkeit war. Das optische Schalten unter Verwendung des dünnen Films aus erfindungsgemäßer Verbindung ist nur durch Licht kon trollierbar und kann ohne den Verbrauch zusätzlicher Energie betrieben werden. Zusätzlich besitzt die optische Funktionsvorrichtung für das optische Schalten unter Verwendung des dünnen Films aus photochromer Verbindung eine ausgezeichnete Hochgeschwindigkeitsschaltfähigkeit, bedingt durch die schnelle Isomerisierung nur durch Bestrahlung mit Licht.
  • BEISPIELE
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1: Photochrome Verbindung des Triphenylamin-Typs und die optische Funktionsvorrichtung unter Verwendung derselben
  • Synthese der photochromen Verbindung
  • Die photochrome Verbindung des Triphenylamin-Typs wird gemäß den in 7 dargestellten Reaktionen synthetisiert.
  • (1) Stufe 1: Synthese von 2,4-Dimethylthiophen
  • 25,5 g (0,26 mol) 3-Methylthiophen, 125 ml trockener Ether und 33,2 g TMEDA (Tetramethylethylendiamin) werden in einem 300-ml-Dreihalskolben vermischt und auf 0°C gekühlt. Zu dem gekühlten Gemisch wird langsam eine n-Butyllithiumlösung zugetropft, die durch Auflösen von 204 ml n-Butyllithium (n-BuLi) in Hexan erhalten wird. Nach dem Eintropfen wird die entstehende Lösung eine Stunde bei 0°C und zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
  • Unter erneuter Eiskühlung der entstehenden Lösung werden 17,5 ml Methyliodid zugegeben. Dann wird die Lösung zwei Stunden bei 0°C und drei Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Rühren wird die Lösung durch Zugabe von Wasser in eine organische Phase und eine Wasserphase getrennt. Dann wird die Wasserphase mit Ether extrahiert. Die organische Phase wird mit verdünnter Chlorwasser stoffsäure und zusätzlichem Wasser gewaschen und anschließend über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das verwendete Magnesiumsulfat wird mit einem Glasfilter entfernt, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Die erhaltene Flüssigkeit wird durch Silicagelsäulenchromatographie gereinigt und im Vakuum destilliert, wobei eine gebleichte Flüssigkeit von 2,4-Dimethylthiophen erhalten wird. Die Ausbeute bei dieser Stufe betrug 19,8 g, und das Ausbeuteverhältnis betrug 68%.
  • (2) Stufe 2: Synthese von 2,4-Dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenyl)thiophen
  • 22,4 g (0,2 mol) 2,4-Dimethylthiophen, erhalten gemäß Stufe 1 werden in einen Dreihalskolben gegeben, und 200 ml trockener Ethylether und 22,5 g (0,22 mol) TMEDA werden dazugegeben. Dann werden zu dem Gemisch 177 ml n-Butyllithium/Hexanlösung (1,4 mol/l) zugegeben, wobei bei Raumtemperatur gerührt wird. Die entstehende Lösung wird dann zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
  • Nach dem zweistündigen Rühren werden 200 ml Zinkchlorid/Etherlösung (0,2 mol Zinkchlorid) zu der entstehenden Lösung gegeben, und anschließend wird weitere fünf Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die erhaltene Lösung wird als Reaktionslösung A bezeichnet.
  • In einem anderen 500-ml-Dreihalskolben werden 92,3 g (0,2 mol) 4-Iod-4',4''-dimethyltriphenylamin, 2,31 g (0,2 mol) Tetrakis(triphenylphospin)palladium und 200 ml trockenes Tetrahydrofuran vermischt. Dann wird das Gemisch eine Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Rühren während einer Stunde wird das Gemisch in die Reaktionslösung A bei Raumtemperatur getropft, die wie oben beschrieben hergestellt wurde. Das Reaktionsgemisch wird dann auf 50°C erhitzt, zwei Stunden bei 50°C gerührt und weitere fünf Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
  • Nach dem Rühren wurde die erhaltene Lösung durch Zugabe von Wasser in eine organische Phase und eine Wasserphase getrennt. Dann wurde die Wasserphase mit Ether extrahiert. Die organische Phase wurde mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure und zusätzlich mit Wasser gewaschen und anschließend über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das verwendete Magnesiumsulfat wurde mit einem Glasfilter entfernt, und dann wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die erhaltene Flüssigkeit wurde durch Silicagelsäulenchromatographie und Destillation im Vakuum gereinigt, wobei eine gebleichte Flüssigkeit von 2,4-Dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenyl)thiophen erhalten wurde. Die Ausbeute betrug bei dieser Stufe 70,74 g, und das Ausbeuteverhältnis betrug 92%.
  • (3) Stufe 3: Synthese von 3-Iod-2,4-dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenyl)thiophen
  • 38,3 g (0,1 mol) 2,4-Dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenyl)thiophen, erhalten gemäß der vorigen Stufe, wurden in einen Dreihalskolben gegeben, und 650 ml Essigsäure und 650 ml Tetrachlorkohlenstoff wurden zugegeben. Weiter zugesetzt wurde eine Lösung, hergestellt durch Auflösen einer wässrigen Lösung aus Iodwasserstoffsäure (Iodwasserstoffsäure: 3,8 g (0,022 mol)) in 10 ml Wasser und 8,73 g (0,034 mol) Iod. Dann wurde das erhaltene Gemisch am Rückfluss während zwei Stunden erhitzt. Nach dem Erhitzen am Rückfluss wurde die erhaltene Lösung durch Zugabe von Wasser in eine organische Phase und eine Wasserphase geteilt. Die Wasserphase wurde mit Chloroform extrahiert. Die organische Schicht wurde mit einer wässrigen Lösung aus Natriumcarbonat, Natriumthiosulfat und zusätzlichem Wasser gewaschen und anschließend über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das verwendete Magnesiumsulfat wurde mit einem Glasfilter entfernt, und dann wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die erhaltene Flüssigkeit wurde durch Silicagelsäulenchromatographie gereinigt und im Vakuum destilliert, wobei eine gebleichte Flüssigkeit aus 3-Iod-2,4-dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenyl)thiophen erhalten wurde. Die Ausbeute bei dieser Stufe betrug 36,65 g, und das Ausbeuteverhältnis betrug 72%.
  • (4) Stufe 4: Synthese der in Formel (21) gezeigten photochromen Verbindung
  • 35,63 g (0,07 mol) der in Stufe 3 erhaltenen Verbindung wurden in einen 500-ml-Dreihalskolben gegeben, und 150 ml trockenes Tetrahydrofuran wurden zugegeben. Das Gemisch wurde abgekühlt, indem der Kolben in ein Trockeneis/Methanolbad gestellt wurde. Zu dem gekühlten Gemisch wurden langsam 75 ml (0,105 mol) n-Butyllithium (n-BuLi)/Hexanlösung zugetropft. Nach dem Zutropfen wurde die entstehende Lösung eine Stunde bei –78°C gerührt.
  • Zu der entstehenden Lösung wurden 2,35 ml (0,0175 mol) Perfluorcyclopenten zugegeben, und anschließend wurde fünf Stunden bei 0°C gerührt. Nach dem Rühren wurde die Lösung durch Zugabe von Wasser in eine organische Phase und in eine Wasserphase getrennt. Dann wurde die Wasserphase mit Ether extrahiert. Die organische Phase wurde mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure und zusätzlich mit Wasser gewaschen und anschließend über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das verwendete Magnesiumsulfat wurde mit einem Glasfilter entfernt, und dann wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die erhaltene Flüssigkeit wurde durch Silicagelsäulenchromatographie gereinigt und im Vakuum destilliert, wobei der gewünschte farblose Feststoff der photochromen Verbindung, die in Formel (21) dargestellt ist, erhalten wurde. Die Ausbeute betrug bei dieser Stufe 38,08 g, und das Ausbeuteverhältnis betrug 58%.
  • Von jeder der erhaltenen Verbindungen der oben erwähnten Stufen wurde eine Strukturanalyse mittels 1H-NMR, 13C-NMR, FT-IR und GC/MS durchgeführt. Aus den Ergebnissen folgte, dass alle Verbindungen die gewünschten Produkte waren.
  • Eigenschaften der photochromen Verbindung
  • 1. Optische Absorptionseigenschaften
  • Von den erhaltenen photochromen Verbindungen wurde die Extinktionsänderung, bedingt durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht geprüft. Die Absorptionsspektren wurden an der erhaltenen photochromen Verbindung in Hexan vor und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht gemessen. Die Ergebnisse sind in 8 dargestellt.
  • Wie aus 8 folgt, hatte die Verbindung vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (d. h. die offene Ringform) Absorptionsmaxima bei Wellenlängen von 306 und 333 nm. Zusätzlich wurde gefunden, dass die Verbindung an diesen Punkten große molare Absorptionskoeffizienten zeigte, deren spezifische Werte 48000 (306 nm) und 52000 (333 nm) betrugen. Wenn die Verbindung mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 313 nm bestrahlt wurde, verfärbte sich die Lösung, die die Verbindung enthielt, blau. Es wurde gefunden, dass die maximale Absorption nahe bei 595 nm lag und dass der molare Absorptionskoeffizient an dieser Stelle 21000 betrug.
  • 2. Photochrome Reaktion und Stabilität der photochromen Verbindung
  • Die photochrome Verbindung gemäß Formel (21) weist die in den folgenden Formeln gezeigte Isomerisierungsreaktion auf.
  • Figure 00470001
  • Mit anderen Worten schließt die offene Ringform (21) den Ring, d. h. erleidet eine Ringschlussreaktion durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht zu der geschlossenen Ringform (21a). Dann wandelt sich die geschlossene Ringform wieder in die offene Ringform 21 um, d. h. sie erleidet eine Ringöffnungsreaktion durch Bestrahlung mit sichtbarem Licht.
  • Die Ringschluss- und Ringöffnungsreaktionen besitzen eine Quantenausbeute von 0,44 bzw. 0,005. Zusätzlich wurde gefunden, dass die Verbindung mit Licht in photo-stationärem Zustand eine Isomerisierungsrate zur geschlossenen Ringform (21a) von fast 100% zeigt.
  • Gemäß den Ergebnissen der DSC-Messung besitzt die geschlossene Ringform (21) eine Glasübergangstemperatur von 103°C, und die offene Ringform (21a) besitzt eine nahe 124°C. Es ist eine Neuerung, dass eine solche photochrome Diarylethenverbindung eine Glasübergangstemperatur über 100°C zeigt.
  • Die geschlossene Ringform (21a) besitzt einen pyretischen Peak, der durch die Isomerisierung, bedingt durch Wärme (Retransformierung durch Wärme), bei etwa 180°C resultiert. Dies zeigt, dass Hitze von etwa 200°C zur Ringöffnungsreaktion zu der offenen Ringform (21a) führt, obgleich sie bei Raumtemperatur ausreichend stabil ist.
  • Herstellung eines dünnen Films aus photochromer Verbindung
  • Die photochrome Triarylphenylaminverbindung (21), die gemäß dem obigen Verfahren synthetisiert wurde, wurde in Toluol gelöst. Die erhaltene Toluollösung wurde auf ein Silicasubstrat gemäß einem Spinbeschichtungsverfahren aufgetragen, und dann wurde bei 90°C getrocknet, wobei ein dünner Film aus photochromer Triarylphenylaminverbindung (Filmdicke: 1 μm) erhalten wurde.
  • Der erhaltene dünne Film wurde durch Röntgenbeugung und ebenfalls mit dem Polarisationsmikroskop untersucht. Es wurde nur ein breites Halosignal bei der Röntgenbeugungsmessung beobachtet. Bei der Betrachtung im Polarisationsmikroskop wurde beobachtet, dass der Film schwarz war, da Licht in gekreuztem Nicol-Zustand nicht durchgelassen wurde. Als Folge wurde bewiesen, dass der dünne Film ein homogener amorpher Film war.
  • Es wurde ebenfalls bewiesen, dass sich selbst nachdem der dünne Film, der mehr als sechs Monate stehengelassen wurde, kaum einen Fehler, bedingt durch Kristallisation zeigte, und daher wurden die Eigenschaften des dünnen Films nicht verschlechtert. Dies war überraschend, verglichen mit einem allgemeinen dünnen organischen Film, der leichter kristallisiert, und wenn er während langer Zeit stehengelassen wird, leicht kristallisiert, und wobei der kristallisierte Teil Fehler bildet und die Eigenschaften des dünnen Films verschlechtert.
  • Eigenschaften des dünnen Films
  • 1. Photochrome Reaktionen
  • In 9 sind die Absorptionsspektra des erhaltenen dünnen Films vor und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (313 nm) aufgeführt.
  • Wie aus 9 folgt, besitzt der dünne Film vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (offene Ringform des dünnen Films) Absorptionspeaks bei Wellenlängen um 306 und 333 nm. Andererseits war der dünne Film nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (geschlossene Ringform des dünnen Films) grün gefärbt und besaß eine maximale Absorption um 606 nm. Wenn der dünne Film nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht mit Licht von 542 nm bestrahlt wurde, wurde der dünne Film erneut gebleicht und hatte eine spektrale Absorption, die ähnlich war wie vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht. Es wurde gefunden, dass diese Änderung der Absorptionswellenlänge reversibel ist. Mit anderen Worten, es wurde bewiesen, dass die Verbindung eine reversible photochrome Reaktion eingehen kann, selbst wenn sie in Form eines dünnen Films vorliegt.
  • Es wurde weiterhin gefunden, dass der dünne Film der photochromen Verbindung im Ausführungsbeispiel 1 eine Lichtisomerisierungsreaktion selbst mit dem He-Cd-Laser (Wellenlänge: 442 nm) erleidet. Dieses Phänomen wurde in den Fällen nicht beobachtet, wenn die Verbindung in einem Lösungsmittel (Verbindung in flüssigem Zustand) gelöst wurde und die Verbindung einen bekannten dünnen Film durch Dispersion der Verbindung in einer Polymermatrix bildete (ein dünner Film des dispergierten Typs). In diesen Fällen (d. h. der Verbindung in flüssigem Zustand und des dünnen Films des dispergierten Typs) wurden die Absorptionsspektra durch die Matrix oder das Lösungsmittel beeinflusst. Andererseits nimmt bei dem erfindungsgemäßen amorphen dünnen Film, der aus der photochromen Verbindung selbst hergestellt ist, der Winkel zwischen einer Ebene des einen Thiophenrings und der anderen Ebene des anderen Thiophenrings auf solche Weise ab, dass diese Ebenen auf der gleichen Ebene liegen, was eine verlängerte Länge der π Elektronenkonjugation ermöglicht. Man nimmt an, dass dadurch die Absorptionswellenlänge länger wird, insbesondere länger als 400 nm. Daher kann die photochrome Triphenylaminverbindung vom Ausführungsbeispiel 1 nicht nur durch ultraviolettes Licht, sondern ebenfalls durch blaues sichtbares Licht isomerisiert werden.
  • Selbst in dem Fall, dass der dünne Film wie in dem Ausführungsbeispiel 1 eine geringe Dicke von 1 μm aufweist, zeigt er eine große Änderung des Absorptionsspektrums, die ausreicht, die photochromen Reaktionen zu erkennen. Man nimmt an, dass der Grund hierfür der folgende ist. Unter Verwendung des bekannten dünnen Films ist es unverzichtbar, dass er eine große Dicke besitzt und die Menge an photochromer Verbindung erhöht wird, damit eine große Änderung des Absorptionsspektrums, die ausreicht, die photochromen Reaktionen zu erkennen, erhalten wird. Im Gegensatz dazu kann im Fall einer Verwendung des erfindungsgemäßen dünnen Films, der aus der photochromen Verbindung selbst hergestellt ist, dieser eine große Menge an photochromer Verbindung enthalten, die ausreicht, die optischen Eigenschaften zu ergeben, selbst wenn er eine geringe Dicke besitzt. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen dünnen Films aus der photochromen Verbindung kann eine Verringerung der Größe der optischen Funktionsvorrichtung erhalten werden.
  • 2. Dauerhaftigkeit
  • Wenn die photochromen Reaktionen zehntausend Mal oder mehr wiederholt werden, verschlechtern sich die Eigenschaften des erhaltenen dünnen Films, bedingt durch Zersetzung der Verbindung in dem Film nicht. Wenn der dünne Film 5000 Stunden oder länger bei 80°C in der Dunkelheit aufbewahrt wird, verschlechtern sich die Eigenschaften des dünnen Films ebenfalls nicht.
  • 3. Brechungsindex
  • Der erhaltene dünne Film wurde mit Lasern mit 633, 817 und 1550 nm Wellenlänge bestrahlt. Dann wurde für jeden Laser die Beziehung zwischen der Dauer der Bestrahlung mit ultravioletter Licht und dem Brechungsindex des dünnen Films geprüft. Die Ergebnisse sind in 10 dargestellt.
  • Wie aus 10 hervorgeht, wird der Brechungsindex kleiner, wenn die Wellenlänge des Lasers länger wird. Wird jedoch irgendeiner dieser Laser verwendet, beträgt der Unterschied des Brechungsindex etwa 0,01 (1,2 × 10–2) vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (d. h. zum Zeitpunkt 0) und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (d. h.
  • zum Zeitpunkt, wenn die Erhöhung des Brechungsindex konstant wird, d. h. wenn der Film in photostationärem Zustand vorliegt). Gemäß 10 wurde weiterhin gefunden, dass sich der Brechungsindex erhöht, wenn die photochrome Reaktion durch Ultraviolettbestrahlung abläuft. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen dünnen Films aus photochromer Verbindung ist es möglich, den Brechungsindex des dünnen Films durch Kontrolle der verwendeten Menge an Bestrahlungslicht (insbesondere die Intensität der Lichtbestrahlung oder die Bestrahlungszeit) analog zu kontrollieren. Der dünne Film kann daher geeigneterweise für die Hologramm-Speicher, für eine mehrschichtige Aufzeichnungsvorrichtung und ähnliche verwendet werden.
  • Herstellung einer optischen Aufzeichnungsvorrichtung
  • Optische Aufzeichnungsvorrichtung des P1-Typs:
  • Eine optische Aufzeichnungsvorrichtung P1 des P1-Typs wurde hergestellt durch Verwendung einer Polycarbonatplatte als Substrat 1; Auftragung der photochromen Verbindung gemäß Ausführungsbeispiel 1 auf das Substrat als Aufzeichnungsschicht; Abscheidung von A1 auf der photochromen Verbindung unter Bildung einer Reflexionsschicht und Bildung einer Schutzschicht, hergestellt aus Acrylharz auf der Reflexionsschicht.
  • Die optische Aufzeichnungsvorrichtung P1 wurde mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um die photochrome Verbindung der Aufzeichnungsschicht in den gefärbten Zustand zu überführen, d. h. für die Initiierung. Danach wurde die optische Aufzeichnungsvorrichtung auf eine Vorrichtung montiert, deren Pickup mit einem Halbleiterlaser (Wellenlänge: 680 nm) beladen ist. Dann erfolgten die Bewertungen der Aufzeichnung und des Lesens.
  • Bei den Bewertungen wird für die Aufzeichnung von Information ein Laser mit 680 nm Wellenlänge und 10 mW Intensität zum Bestrahlen der Vorrichtung zur Isomerisierung der photochromen Verbindung der Aufzeichnungsschicht verwendet. Danach wird für das Lesen der aufgezeichneten Information ein Laser von 680 nm Wellenlänge und 0,2 mW Intensität verwendet, und die Vorrichtung wird damit bestrahlt, und es wird die Intensität des reflektierten Lichts gemessen. Als Ergebnis wird ein Lesesignal mit hohem C/N-Verhältnis von 50 dB oder mehr erhalten. Selbst nach zehntausend Mal Lesen konnte mit der Vorrichtung das Lesen ohne Verschlechterung durchgeführt werden.
  • Optische Aufzeichnungsvorrichtung des P3-Typs:
  • Eine optische Aufzeichnungsvorrichtung P3 des P3-Typs wurde durch Bildung eines Films aus der photochromen Verbindung von Ausführungsbeispiel 1 auf einem Polycarbonatsubstrat hergestellt.
  • Zum Bestrahlen der optischen Aufzeichnungsvorrichtung wurde ein He-Cd-Laser (Wellenlänge: 442 nm) verwendet, und es wurde Information aufgezeichnet. Die aufgezeichnete Information konnte durch Brechungsindexdifferenz abgelesen werden, die unter Verwendung eines Halbleiterlasers (Wellenlänge: 830 nm) gemessen wurde.
  • Herstellung einer optischen Hohlleitervorrichtung
  • Eine optische Hohlleitervorrichtung mit der in 6 dargestellten Bauart wurde unter Verwendung von PMMA für die transparente Kunststoffschicht 12 und unter Verwendung eines erfindungsgemäßen dünnen Films aus photochromer Verbindung für die optische Funktionssektion 16 hergestellt.
  • Ein Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm wurde in die erhaltene optische Hohlleitervorrichtung durch die Öffnun gen 1, 2 als Signallicht eingeleitet. Wenn mit ultraviolettem Licht von der Rückseite des Substrats belichtet wurde, änderte sich der Brechungsindex des Signallichts. Dies zeigt, dass diese Vorrichtung Licht mit 1,55 μm Wellenlänge schalten kann. Zusätzlich besitzt diese Hohlleitervorrichtung eine Schaltgeschwindigkeit, die um das 104-fache höher ist als die eines optischen Hohlleiters, bei dem ein dünner Film des dispergierten Typs verwendet wird, was in dem folgenden Vergleichsbeispiel 2 erläutert wird.
  • Vergleichsbeispiel 1:
  • Wie in der folgenden Formel erläutert, wurde eine photochrome Verbindung synthetisiert, bei der eine Diarylethylaminophenylgruppe anstelle der Bis(4-methylphenyl)amino)phenylgruppe von Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde und an das Diarylethenskelett gebunden ist. Die photochrome Verbindung wurde in Toluol gelöst, und es wurde ein dünner Film mit einem Spinbeschichtungsverfahren gebildet. Direkt nach der Bildung des Films begann die Verbindung zu kristallisieren. Daher konnte kein homogener amorpher dünner Film erhalten werden.
  • Figure 00540001
  • Vergleichsbeispiel 2
  • 30 Gew.-Teile Triphenylaminverbindung, synthetisiert gemäß Ausführungsbeispiel 1, wurden in PMMA gelöst, wobei ein dünner PMMA-Film des dispergierten Typs (Filmdicke: 1 μm) gemäß einem Spinbeschichtungsverfahren gebildet wurde. Damit der Film eine ausreichend große Änderung der Absorptionsspektra vor und nach der Lichtbestrahlung für die Erkennung der photochromen Reaktion besitzt, muss der dünne Film eine Dicke von mehr 1 μm besitzen.
  • Der so erhaltene dünne Film wurde mit Licht einer Wellenlänge von 633 und 817 nm bestrahlt. Dann wurde für jedes Licht die Beziehung zwischen der Dauer der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und dem Brechungsindex des dünnen Films untersucht. Die Ergebnisse sind in 11 dargestellt.
  • Wie in 11 dargestellt, beträgt der Unterschied des Brechungsindex etwa 2 × 10–3 vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (d. h. zum Zeitpunkt 0) und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (d. h. zum Zeitpunkt, wenn der dünne Film in photostationärem Zustand vorliegt). Andererseits besitzt der dünne Film von Ausführungsbeispiel 1 einen Brechungsindexunterschied von 1,2 × 10–2. D. h. dieser dünne Film des dispergierten Typs in dem Vergleichsbeispiel 1 besitzt einen kleineren Brechungsindexunterschied als der amorphe dünne Film, bestehend aus der photochromen Verbindung.
  • Die Beziehung zwischen der Dispersionsdichte der Triphenylaminverbindung zu PMMA und der Extinktion wurden ebenfalls untersucht. Die Ergebnisse sind in 12 dargestellt. Gemäß 12 besitzt der dünne Film ein Extinktionsmaximum, wenn die Dichte der photochromen Verbindung 30 Gew.-Teile beträgt. Selbst durch Erhöhung der Dichte der photochromen Verbindung wurde gefunden, dass es schwierig ist, eine Extinktion zu erhalten, die größer ist als wenn die Dichte 30 Gew.-Teilen entspricht.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2: Photochrome Verbindung mit Triphenylamin und konjugierter Doppelbindung und optische Funktionsvorrichtung unter Verwendung derselben
  • Synthese der photochromen Verbindung
  • Eine photochrome Verbindung mit Triphenylamin und einer konjugierten Doppelbindung wird gemäß dem in 13 dargestellten Reaktionsschema synthetisiert.
    • (1) Stufe 1: 2,4-Dimethylthiophen wurde auf gleiche Weise wie in Stufe 1 von Ausführungsbeispiel 1 synthetisiert.
    • (2) Stufe 2: Synthese von 2,4-Dibrom-3,5-dimethylthiophen 11,2 g (0,1 mol) 2,4-Dimethylthiophen, erhalten gemäß Stufe 1, und 400 ml Essigsäure wurden in einen 500-ml-Dreihalskolben gegeben und 32 g (0,2 mol) Brom wurden bei Raumtemperatur unter Rühen zugetropft. Nach 20stündigem Rühren bei Raumtemperatur wurde das Gemisch mit Natriumthiosulfat und Natriumcarbonat neutralisiert. Die erhaltene Lösung wurde mit Ether extrahiert. Die organische Phase (d. h. die Etherphase) wurde mit Wasser gewaschen und anschließend über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das verwendete Magnesiumsulfat wurde mit einem Glasfilter entfernt, und dann wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die erhaltene Flüssigkeit wurde durch Silicagelsäulenchromatographie gereinigt und im Vakuum destilliert, wobei eine gebleichte Flüssigkeit aus 2,4-Dibrom-3,5-dimethylthiophen erhalten wird.
    • (3) Stufe 3: Synthese von 3-Brom-2,4-dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenylethenyl)thiophen 54,2 g (0,2 mol) 2,4-Dibrom-3,5-dimethylthiophen, erhalten gemäß der vorherigen Stufe, 200 ml trockener Ethylether, 22,5 g (0,22 mol) TMEDA wurden in einem 500-ml- Dreihalskolben vermischt. Dann wurden 157 ml n-Butyllithium/Hexanlösung (1,4 mol/l) dem Gemisch unter Rühren bei Raumtemperatur zugegeben, und anschließend wurde zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach Rühren während zwei Stunden wurden 200 ml Zinkchlorid/Etherlösung (0,2 mol Zinkchlorid) zu der entstehenden Lösung zugegeben, und anschließend wurde fünf Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die erhaltene Lösung wurde als Reaktionslösung B bezeichnet.
  • In einen anderen 500-ml-Dreihalskolben wurden 85 g (0,2 mol) Iodid, 2,31 g Tetrakis(triphenylphosphin)palladium und 200 ml trockenes Tetrahydrofuran gegeben. Die Reaktionslösung wurde vier Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Rühren während vier Stunden wurde die Reaktionslösung zur Reaktionslösung B, die wie oben erläutert hergestellt wurde, bei Raumtemperatur getropft. Das Reaktionssystem wurde anschließend auf 50°C erhitzt und dann wurde fünfzehn Stunden bei 50°C gerührt.
  • Nach dem Rühren wurde die erhaltene Lösung durch Zugabe von Wasser in organische Phase und Wasserphase getrennt. Die Wasserphase wurde mit Ether extrahiert. Die organische Phase wurde mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure und mit Wasser gewaschen und anschließend über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das verwendete Magnesiumsulfat wurde mit einem Glasfilter entfernt, und dann wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die erhaltene Flüssigkeit wurde durch Silicagelsäulenchromatographie gereinigt und im Vakuum destilliert, wobei eine gebleichte Flüssigkeit aus 3-Brom-2,4-dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenylethenyl)thiophen erhalten wurde.
    • (4) Stufe 4: Synthese der photochromen Verbindung (Formel (22) gemäß 13)
  • Die gewünschte photochrome Verbindung wurde auf gleiche Weise wie in Stufe 4 des Ausführungsbeispiels 1 synthetisiert, ausgenommen, dass 41,93 g (0,07 mol) 3-Brom-2,4-dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenylethylenthiophen, erhalten gemäß Stufe 3 des Ausführungsbeispiels, anstelle von 3-Iod-2,4-dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenyl)thiophen verwendet wurden, die Menge an Perfluorcyclopenten 4,03 ml (0,03 mol) betrug und bei 0°C sieben Stunden gerührt wurde.
  • Für jede der gemäß den obigen Stufen erhaltenen Verbindungen wurde eine Strukturanalyse gemäß 1H-NMR, 13C-NMR, FT-IR und GS/MS durchgeführt. Als Folge wurde bewiesen, dass alle diese Verbindungen die gewünschten Produkte waren.
  • Eigenschaften der photochromen Verbindung
  • 1. Optische Absorptionseigenschaften
  • Die Absorptionsspektra der erhaltenen photochromen Verbindung in Hexan wurden vor und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht gemessen. Die Ergebnisse sind in 14 dargestellt.
  • Wie in 14 gezeigt, besitzt die offene Ringform der Verbindung ein Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge von 353 nm, und die Absorptionsbande erstreckt sich bis auf 450 nm. Verglichen mit dem Absorptionsspektrum der photochromen Verbindung mit keiner konjugierten Doppelbindung zwischen dem Diaryl-ethenskelett und einer drei Aryle enthaltenden Gruppe im Ausführungsbeispiel 1 (8) besitzt die Verbindung dieses Ausführungsbeispiels eine längere Absorptionswellenlänge, die nicht nur das ultraviolette Licht sondern ebenfalls blaues Licht abdeckt.
  • Nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht war die Lösung, die die Verbindung enthielt (geschlossene Ringform) ge färbt und ihr Absorptionsmaximum wurde um 635 nm beobachtet.
  • 2. Photochrome Reaktionen und Stabilität der photochromen Verbindung
  • Die photochrome Verbindung gemäß Formel (22) zeigt die in den folgenden Formeln angegebenen Isomerisierungsreaktionen. Die Ringschlussreaktion tritt wirksam durch Bestrahlung mit Licht von 400 nm ein, wohingegen die Ringöffnungsreaktion wirksam durch Bestrahlung mit Licht von 600 bis 700 nm stattfindet.
  • Figure 00590001
  • Figure 00600001
  • Es wurde bestätigt, dass eine Probe der offenen (22) zu einer isotropen Flüssigkeit bei 200°C schmilzt, und durch Kühlen der Flüssigkeit auf Raumtemperatur geht sie in einen transparenten und stabilen Glaszustand über. Wenn die Probe im Glaszustand erneut erhitzt wurde, wurde ein Glasübergangsphänomen bei 106°C beobachtet. Dies bedeutet, dass die offene Ringform (22) eine Glasübergangstemperatur von 106°C hatte. Sie wird somit für die praktische Verwendung als ausreichend thermostabil angesehen.
  • Herstellung eines dünnen Films aus photochromer Verbindung
  • Nach dem Auflösen der erhaltenen photochromen Verbindung (Formel (22)) in Toluol wurde die Lösung auf ein Silicasubstrat gemäß einem Spinbeschichtungsverfahren aufgetragen, und anschließend wurde bei 80°C getrocknet, wobei ein dünner Film aus photochromer Verbindung (Filmdicke: 0,2 μm) gebildet wurde.
  • Der erhaltene dünne Film wurde durch Röntgenbeugung und ebenfalls mittels eines Polarisationsmikroskops untersucht. Es wurde nur ein breites Halosignal bei der Röntgenbeugungsmessung beobachtet. Bei der Betrachtung im Polarisationsmikroskop wurde ein schwarzer Film beobachtet, da in gekreuztem Nicol-Zustand das Licht nicht hindurchging. Diese Ergebnisse zeigen, dass der dünne Film ein homgener amorpher Film war.
  • Eigenschaften des dünnen Films
  • 1. Dauerhaftigkeit
  • Es wurde gefunden, dass selbst nachdem der dünne Film länger als drei Monate aufbewahrt wurde, er kaum einen Fehler, der auf die Kristallisation zurückzuführen war, zeigte, und dass sich daher seine Eigenschaften nicht verschlechtert hatten. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäße dünne Film eine ausgezeichnete Dauerhaftigkeit besitzt, verglichen mit einem allgemeinen organischen dünnen Film, der wahrscheinlich kristallisiert und wenn er lange Zeit aufbewahrt wird, leichter kristallisiert und dann der kristallisierte Teil Fehler bildet, wodurch die Eigenschaften des dünnen Films verschlechtert werden.
  • Selbst nachdem der dünne Film während 900 Stunden bei 80°C in der Dunkelheit aufbewahrt wurde, blieben die optischen Eigenschaften des dünnen Films unverändert. Nach zehntausend Mal oder mehr Wiederholungen der photochromen Reaktionen hatten sich die Eigenschaften des dünnen Films kaum verschlechtert.
  • 2. Brechungsindex
  • Die Änderung des Brechungsindex vor und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht des erhaltenen photochromen dünnen Films wurde untersucht. Der Unterschied des Brechungsindex vor der Bestrahlung und im photostationären Zustand betrug 6 × 10–2. Ähnlich wie bei Ausführungsbeispiel 1 war der Brechungsindexunterschied größer als bei einem dünnen Film des dispergierten Typs aus einer bekannten photochromen Verbindung.
  • Herstellung einer optischen Aufzeichnungsvorrichtung
  • Optische Aufzeichnungsvorrichtung des P1-Typs:
  • Eine optische Aufzeichnungsvorrichtung des P1-Typs wurde hergestellt durch: Verwendung einer Polycarbonatplatte als Substrat 1; Auftragung der photochromen Verbindung von Ausführungsbeispiel 2 auf das Substrat als Aufzeichnungsschicht durch Spinbeschichtungsverfahren; Abscheiden einer Reflexionsschicht auf der photochromen Verbindung; und Bildung einer Schutzschicht, hergestellt aus Acrylharz, auf der Reflexionsschicht.
  • Die optische Aufzeichnungsvorrichtung P1 wurde auf eine Vorrichtung montiert, deren Pickup mit einem Halbleiterlaser (Wellenlänge: 400 und 680 nm) ausgestattet war. Dann erfolgten die Bewertungen der Aufzeichnung und des Lesens.
  • Bei den Bewertungen wird für die Aufzeichnung von Information ein Laser mit 400 nm Wellenlänge und 10 mW Intensität zum Bestrahlen der Vorrichtung zur Isomerisierung der photochromen Verbindung der Aufzeichnungsschicht verwendet. Danach wird für das Lesen der aufgezeichneten Information ein Laser von 680 nm Wellenlänge und 0,2 mW Intensität verwendet, und die Vorrichtung wird damit bestrahlt, und es wird die Intensität des reflektierten Lichts gemessen. Als Ergebnis wird ein Lesesignal mit hohem C/N-Verhältnis von 50 dB oder mehr erhalten.
  • Optische Aufzeichnungsvorrichtung des P3-Typs:
  • Eine optische Aufzeichnungsvorrichtung des P3-Typs wurde hergestellt, indem die photochrome Verbindung von Ausführungsbeispiel 2 auf ein Polycarbonatsubstrat aufgetragen wurde.
  • Die Aufzeichnungsvorrichtung wurde in dem in 4 gezeigten optischen System angeordnet. Dann wurde mit einem He-Cd-Laser (Wellenlänge: 442 nm) zur Isomerisierung der Verbindung, die in der Aufzeichnungsschicht eingeschlossen war, zur Aufzeichnung einer Information bestrahlt. Dann wurde ein Halbleiterlaser (Wellenlänge: 830 nm) für die Bestrahlung zur Messung des Brechungsindex des durchgelassenen Lichts verwendet. Der Unterschied zwischen dem erhaltenen Brechungsindex und dem Anfangsbrechungsindex (d. h. dem Brechungsindex vor der Aufzeichnung) wurde abgelesen, wobei die aufgezeichnete Information gelesen wurde.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3: Photochrome Tetraphenylmethylenverbindung
  • Synthese der photochromen Tetraphenylmethylenverbindung
  • Eine photochrome Tetraphenylmethylenverbindung wird gemäß den Stufen wie in 15 dargestellt synthetisiert.
  • (1) Stufe 1 (nicht dargestellt): Synthese von 2,4-Dimethylthiophen
  • 2,4-Dimethylthiophen wurde auf gleiche Weise wie bei Stufe 1 von Ausführungsbeispiel 1 synthetisiert.
  • (2) Stufe 2: Synthese von 2,4-Dimethyl-5-(4-(tri-phenylmethyl)phenyl)thiophen
  • Die gewünschte gebleichte Flüssigkeit aus 2,4-Dimethyl-5-(4-(triphenylmethyl)phenyl)thiophen wurde auf gleiche Weise wie bei Stufe 2 des Ausführungsbeispiels 1 synthetisiert, ausgenommen, dass 89,2 g (0,2 mol) 4-Iodtetraphenylmethan anstelle von 4-Iod-4',4''-dimethyltriphenylamin verwendet wurden.
  • (3) Stufe 3: Synthese von 3-Iod-2,4-dimethyl-5-(4-triphenylmethyl)phenyl)thiophen
  • Die gewünschte gebleichte Flüssigkeit von 3-Iod-2,4-dimethyl-5-(4-(triphenylmethyl)phenyl)thiophen wurde auf gleiche Weise wie bei Stufe 3 des Ausführungsbeispiels 1 synthetisiert, ausgenommen, dass 43,0 g (0,1 mol) 2,4-Dimethyl-5-(4-(triphenylmethyl)phenyl)thiophen anstelle von 2,4-Dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)-phenyl)thiophen verwendet wurden.
  • (4) Stufe 4: Synthese der photochromen Verbindung (Formel (23) in 14)
  • Die gewünschte photochrome Verbindung wurde auf gleiche Weise wie in Stufe 4 von Ausführungsbeispiel 1 synthetisiert, ausgenommen, das 38,92 g (0,07 mol) 3-Iod-2,4-dimethyl-5-(4-(triphenylmethyl)phenyl)thiophen, erhalten gemäß Stufe 3 dieses Ausführungsbeispiels anstelle von 3-Iod-2,4-dimethyl-5-(4-(N,N'-bis(4-methylphenyl)amino)phenyl)thiophen verwendet wurde, die Menge an Perfluorcyclopenten 2,35 ml (0,0175 mol) betrug und das Rühren bei 0°C während sieben Stunden erfolgte.
  • Von jeder der erhaltenen Verbindungen der oben erwähnten entsprechenden Stufen wurde eine Strukturanalyse mittels 1H-NMR, 13C-NMR, FT-IR und GC/MS durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass alle diese Verbindungen die gewünschten Produkte waren.
  • Eigenschaften der photochromen Verbindung
  • 1. Optische Absorptionseigenschaften
  • Die Absorptionsspektra der erhaltenen photochromen Verbindung (Formel (23)) wurden gemessen. Als Ergebnis hatte sie eine Absorptionsmaximum bei den Wellenlängen 260 und 330 nm. Nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 313 nm war die Lösung, die die offene Ringform (Formel (23)) enthielt, gefärbt, und ihr Absorptionsmaximum wurde um 610 nm beobachtet.
  • 2. Photochrome Reaktion und Stabilität der photochromen Verbindung
  • Es wurde bestätigt, dass die photochrome Verbindung gemäß Formel (23) die reversible Isomerisierungsreaktion, die in der folgenden Gleichung dargestellt ist, eingeht.
  • Figure 00650001
  • Figure 00660001
  • Es wurde gefunden, dass die Kristalle der offenen Ringform, erhalten durch Umkristallisation bei 265°C unter Erhalt einer isotropen Flüssigkeit schmolzen, und durch Kühlen der Flüssigkeit auf Raumtemperatur ging sie in einen transparenten und stabilen Glaszustand über. Wenn die Verbindung im Glaszustand erneut erhitzt wurde, wurde ein Glasübergangsphänomen bei 110°C beobachtet.
  • Herstellung eines dünnen Films aus photochromer Verbindung
  • Die erhaltene photochrome Verbindung (Formel (23)) wird in Toluol gelöst, und die Lösung wird auf ein Silicasubstrat gemäß einem Spinbeschichtungsverfahren aufgetragen, und anschließend wird bei 80°C getrocknet, wobei ein dünner Film aus photochromer Verbindung (Filmdicke: 0,2 μm) erhalten wird.
  • Der erhaltene dünne Film wird durch Röntgenbeugung und ebenfalls mit dem Polarisationsmikroskop untersucht. Es wird bei der Röntgenbeugungsmessung nur ein breites Halosignal beobachtet. Bei der Betrachtung mit dem Polarisationsmikroskop wurde beobachtet, dass der Film schwarz war, da Licht in dem gekreuzten Nicol-Zustand nicht durchgelas sen wurde. Folglich wurde bewiesen, dass dieser Film ein homogener amorpher Film ist.
  • Zum Vergleich dieses dünnen Films wurde auch ein dünner Film des dispergierten Typs (Filmdicke: 0,2 μm) der photochromen Verbindung von diesem Ausführungsbeispiel hergestellt (dies wird als Vergleichsbeispiel 3 im Folgenden bezeichnet). Zur Herstellung des dünnen Vergleichsfilms wurde eine Dispersionsflüssigkeit verwendet, in der 30 Gew.-Teile photochrome Verbindung in 100 Gew.-Teilen PMMA dispergiert waren, und die Dispersionsflüssigkeit wurde auf ein Substrat gemäß einem Spinbeschichtungsverfahren aufgebracht, ähnlich wie bei dem dünnen Film von Ausführungsbeispiel 3.
  • Es wurde bestätigt, dass die Verbindung, die in dem dünnen Vergleichsfilm des Films des dispergierten Typs enthalten war, ebenfalls lichtreversible Isomerisierungsreaktionen zeigte.
  • Eigenschaften des dünnen Films
  • 1. Dauerhaftigkeit
  • Selbst wenn der dünne Film des Ausführungsbeispiels 3 länger als drei Monate stehengelassen wurde, trat kaum eine Kristallisation darin auf. Dies bewies, dass der dünne Film ein homogener amorpher Film war.
  • 2. Optische Absorptionseigenschaften
  • Die Absorptionsspektra wurden von den erhaltenen dünnen Filmen aus gebleichter photochromer Verbindung (offene Ringform) vor und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht von 313 nm gemessen. Die Ergebnisse des dünnen Films, erhalten gemäß Ausführungsbeispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 sind in den 16 bzw. 17 darge stellt. Wie in 16 gezeigt wird, zeigte der dünne Film vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht ein Absorptionsmaximum bei 310 nm. Der dünne Film zeigte nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht einen weiteren Absorptionspeak bei 616 nm.
  • Mit ultravioletten Licht von 313 nm Wellenlänge wurde bestrahlt, bis der dünne Film einen photostationären Zustand erreichte, und dann wurde die Extinktion bei 610 nm gemessen. Weiterhin wurde die Erhöhungsrate der erhaltenen Extinktion zu der Anfangsextinktion vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht untersucht. Der dünne Film von Ausführungsbeispiel 3 zeigte eine etwa dreifach größere Extinktionsänderung als Vergleichsbeispiel 3 (d. h., der dünne Film des dispergierten Typs). Es wird angenommen, dass der Grund hierfür der folgende ist. Der amorphe dünne Film von Ausführungsbeispiel 3 enthält mehr an photochromer Verbindung als der bekannte dünne Film des dispergierten Typs, wenn diese Filme die gleiche Dicke aufweisen. Somit kann der dünne Film von Ausführungsbeispiel 3 optische Eigenschaften wirksamer zeigen, die sich von der photochromen Verbindung ableiten.
  • 3. Brechungsindex
  • Die gebleichten (offene Ringform) dünnen Filme von Ausführungsbeispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 wurden mit ultraviolettem Licht (He-Ne-Laser) bestrahlt, um die Beziehung zwischen der Dauer der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und die Änderung des Brechungsindex des dünnen Films zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in 18 dargestellt.
  • Wie in 18 gezeigt, ist der Brechungsindexunterschied des dünnen Films von Ausführungsbeispiel 3 vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (d. h. zum Zeitpunkt 0) und nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (d. h. in photostationärem Zustand) 5 × 10–2, wohingegen der des dünnen Films des Vergleichsbeispiels 3 7 × 10–3 beträgt. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür der folgende ist. Der dünne Film von Ausführungsbeispiel 3 ist ein amorpher Film, hergestellt aus der photochromen Verbindung selbst. Der Brechungsindex ändert sich aufgrund der Änderung der photochromen Molekülstruktur durch Lichtbestrahlung stärker als in dem dünnen dispergierten PMMA-Film von Vergleichsbeispiel 3.
  • Herstellung einer optischen Aufzeichnungsvorrichtung
  • Optische Aufzeichnungsvorrichtung des P1-Typs:
  • Eine optische Aufzeichnung P1 des P1-Typs wurde hergestellt durch: Bildung eines dünnen Films aus photochromer Verbindung gemäß Ausführungsbeispiel 3 auf einem lichtdurchlässigen Polycarbonatsubstrat; Herstellung einer A1-Reflexionsschicht auf dem dünnen Film; und Bildung einer Schutzschicht aus Acrylharz auf der Reflexionsschicht.
  • Die optische Aufzeichnungsvorrichtung P1 wurde zur Initiierung mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um die in der Aufzeichnungsschicht vorhandene photochrome Verbindung in den gefärbten Zustand zu überführen. Danach wurde die optische Aufzeichnungsvorrichtung P1 auf eine Vorrichtung montiert, die mit einem Halbleiterlaser (Wellenlänge: 680 nm) ausgestattet war. Dann erfolgten die Bewertungen für die Aufzeichnung und das Lesen.
  • Bei der Bewertung für die Aufzeichnung von Information wurde ein Laser mit einer Wellenlänge von 680 nm und einer Intensität von 10 mW zur Bestrahlung der Vorrichtung verwendet, um die photochrome Verbindung der Aufzeichnungsschicht zu isomerisieren. Danach wurde zum Lesen der aufgezeichneten Information ein Laser mit der gleichen Wellenlänge wie für die Aufzeichnung und mit verringerter In tensität verwendet, und die Vorrichtung wurde bestrahlt, um die Intensität des reflektierten Lichts zu messen. Als Ergebnis wurde ein Lesesignal mit hohem C/N-Verhältnis von 50 dB oder höher erhalten.
  • Optische Aufzeichnungsvorrichtung des P3-Typs:
  • Eine optische Aufzeichnungsvorrichtung P3 des P3-Typs wurde hergestellt, indem ein dünner Film aus photochromer Verbindung gemäß Ausführungsbeispiel 3 auf einem lichtdurchlässigen Polycarbonatsubstrat gebildet wurde. Die erhaltene optische Aufzeichnungsvorrichtung wurde in dem optischen System, das in 4 dargestellt ist, angeordnet, und dann wurde ein Ar-Laser (Wellenlänge: 363 nm) zum Bestrahlen des Systems zur Aufzeichnung von Information verwendet. Die aufgezeichnete Information konnte aufgrund des Brechungsindexunterschieds, der mit einem Halbleiterlaser (Wellenlänge: 830 nm) gemessen wurde, gelesen werden.

Claims (10)

  1. Photochrome Diarylethenverbindungen, dargestellt durch die folgenden Formeln (1) oder (2)
    Figure 00710001
    worin der Ring B ein Thiophenring ist; der Ring A eine Perfluorcyclopentyliden-Gruppe ist; der Ring C ein Benzolring ist, in dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können; R1 und R2 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom und einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und diese gleich oder verschieden voneinander sein können; und R3 und R4 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, einer Al koxygruppe, einer Nitrogruppe und einem Phenylrest, und diese gleich oder verschieden voneinander sein können, und worin R5 und R6, die jeweils für eine organische Gruppe stehen, die mindestens 3 Aryle enthält, je eine Diarylaminoarylgruppe, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00720001
    bedeuten, worin Ar1 Phenylen ist und Ar2 und Ar3 jeweils eine Gruppe sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und gleich oder unterschiedlich sein können, oder jeweils eine Triarylmethylenphenylengruppe, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00720002
    bedeuten, worin n eine ganze Zahl von 1 oder 2 bedeutet; Ar2, Ar3 und Ar4 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und diese gleich oder unterschiedlich sein können, oder jeweils eine Gruppe bedeuten, die drei Aryle enthält, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00730001
    worin Ar1 Phenylen ist und Ar2 und Ar3 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und diese gleich oder unterschiedlich sein können; m eine ganze Zahl von 1 oder 2 bedeutet; R11 und R12 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einem Wasserstoffatom und einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und sie gleich oder unterschiedlich voneinander sein können; und Z ein Stickstoffatom bedeutet, oder je eine Gruppe bedeuten, die drei Aryle enthält, dargestellt durch die folgende Formel
    Figure 00730002
    worin Ar1 Phenylen ist und Ar2 und Ar3 jeweils ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe und einer Pyridylgruppe, worin die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch eine Alkyl- oder Alkoxylgruppe oder durch einen Phenylrest ersetzt sein können, und diese gleich oder unterschiedlich sein können; m eine ganze Zahl von 1 oder 2 bedeutet; und Z ein Stickstoffatom bedeutet.
  2. Verwendung einer photochromen Diarylethenverbindung nach Anspruch 1 in einer optischen Funktionsvorrichtung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Substrat; und einen amorphen dünnen Film, aufgebracht auf das Substrat, wobei der dünne Film aus der photochromen Verbindung hergestellt ist.
  3. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung weiter eine Reflexionsschicht umfasst, die auf dem amorphen dünnen Film aufgebracht ist.
  4. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung weiter eine Schutzschicht zum Schutz des dünnen Films umfasst.
  5. Verwendung nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung weiter eine Schutzschicht zum Schutz der Reflexionsschicht umfasst.
  6. Verwendung einer photochromen Diarylethenverbindung nach Anspruch 1 in einem Verfahren zur Aufzeichnung und zum Lesen von Information unter Verwendung einer optischen Funktionsvorrichtung einschließlich eines lichtdurchlässigen Substrats und eines amorphen dünnen Films aus der photochromen Verbindung, wobei der dünne Film auf das Substrat aufgebracht ist und das Verfahren umfasst: Bestrahlung der optischen Funktionsvorrichtung mit Licht zur Aufzeichnung unter Isomerisierung des lichtbestrahlten Bereichs der photochromen Verbindung, so dass auf dem amorphen dünnen Film Information aufgezeichnet wird; und Bestrahlung der optischen Funktionsvorrichtung mit der aufgezeichneten Information mit Licht zum Lesen, so dass das Licht zum Lesen durch den amorphen dünnen Film hindurchgeht; und Nachweis des Brechungsindex des durchgelassenen Lichts, so dass die Information aufgrund des Unterschieds zwischen dem nachgewiesenen Brechungsindex und dem Anfangs-Brechungsindex des amorphen dünnen Films vor der Bestrahlungsstufe mit Licht für die Aufzeichnung gelesen werden kann.
  7. Verwendung einer photochromen Diarylethenverbindung nach Anspruch 1 in einem Verfahren zum Aufzeichnen und Lesen von Information unter Verwendung einer optischen Funktionsvorrichtung einschließlich eines lichtdurchlässigen Substrats und eines amorphen dünnen Films aus der photochromen Verbindung, wobei der Film auf das Substrat aufgebracht ist und das Verfahren umfasst: Bestrahlung der optischen Funktionsvorrichtung mit Licht für die Aufzeichnung unter Isomerisierung des lichtbestrahlten Bereichs der photochromen Verbindung, so dass Information auf dem amorphen dünnen Film aufgezeichnet wird, Bestrahlung der optischen Funktionsvorrichtung mit der aufgezeichneten Information mit Licht zum Lesen, so dass das Licht zum Lesen durch den amorphen dünnen Film hindurchgeht, und Lesen der Information aufgrund der Extinktion des durchgelassenen Lichts.
  8. Verwendung einer photochromen Diarylethenverbindung nach Anspruch 1 in einem Verfahren zum Aufzeichnen und Lesen unter Verwendung einer optischen Funktionsvorrichtung, umfassend einen amorphen dünnen Film aus der photochromen Verbindung und eine Reflexionssektion zur Reflexion von Licht, das durch den dünnen Film hindurchgegangen ist, wobei das Verfahren umfasst: Bestrahlung der optischen Funktionsvorrichtung mit Licht für die Aufzeichnung unter Isomerisierung des lichtbestrahlten Bereichs der photochromen Verbindung, so dass Information auf dem dünnen Film aufgezeichnet wird, Bestrahlung der optischen Funktionsvorrichtung mit der aufgezeichneten Information mit Licht zum Lesen, so dass das Licht zum Lesen von der Reflexionssektion reflektiert wird; und Lesen der Information aufgrund der Extinktion des reflektierten Lichts.
  9. Verwendung einer photochromen Diarylethenverbindung nach Anspruch 1 in einer optischen Funktionsvorrichtung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein lichtdurchlässiges Substrat; eine transparente Kunststoffschicht, die auf das Substrat aufgebracht ist; ein erster und ein zweiter optischer Hohlleiter, gebildet im Inneren der transparenten Kunststoffschicht, wovon jeder einen ersten und zweiten Verzweigungsteil zum Verzweigen des Lichts, das dort hindurchgeht, umfasst; und einen dünnen Film aus der photochromen Verbindung, wobei der dünne Film auf den ersten optischen Hohlleiter zwischen den ersten und zweiten Verzweigungssektionen davon als Überzug aufgebracht ist.
  10. Verwendung einer photochromen Diarylethenverbindung nach Anspruch 1 in einem optischen Schaltverfahren unter Verwendung einer optischen Funktionsvorrichtung, umfassend ein lichtdurchlässiges. Substrat, eine transparente Kunststoffschicht, aufgebracht auf das Substrat, erste und zweite optischen Hohlleiter, gebildet im Inneren der transparenten Kunststoffschicht, worin jeder mindestens eine erste und zweite Verzweigungssektion, die in Bewegungsrichtung des Lichts voneinander beabstandet angeordnet sind, zum Verzweigen des Lichts, das durch jeden optischen Hohlleiter hindurchgeht, und einen dünnen Film aus der photochromen Verbindung, wobei der dünne Film als Überzug auf dem ersten optischen Hohlleiter zwischen den ersten und zweiten Verzweigungssektionen davon vorgesehen ist und das Verfahren umfasst: Einleiten eines Signallichts in die ersten und zweiten optischen Hohlleiter; und Bestrahlung mit Licht, das die photochrome Verbindung isomerisieren kann, so dass das Signallicht durch einen iso merisierten Bereich der photochromen Verbindung hindurchgeht und das Signallicht, das durch den zweiten Hohlleiter hindurchgeht, miteinander in der zweiten Verzweigungssektion interferieren, um die Intensität von jedem Signallicht, das aus den ersten und zweiten Hohlleitern austritt, zu kontrollieren.
DE10042603A 1999-08-31 2000-08-30 Photochrome Verbindung und ihre Verwendung in optischen Funktionsvorrichtungen Expired - Fee Related DE10042603B4 (de)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24419499A JP4601096B2 (ja) 1999-08-31 1999-08-31 フォトクロミック化合物およびそれを用いた光機能素子
JP11-244194 1999-08-31
JP11-336817 1999-11-26
JP33681799A JP4743930B2 (ja) 1999-11-26 1999-11-26 光機能素子
JP2000-87321 2000-03-27
JP2000087321A JP2001048875A (ja) 1999-05-28 2000-03-27 フォトクロミック化合物およびそれを用いた光機能素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10042603A1 DE10042603A1 (de) 2001-06-28
DE10042603B4 true DE10042603B4 (de) 2010-04-29

Family

ID=27333214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10042603A Expired - Fee Related DE10042603B4 (de) 1999-08-31 2000-08-30 Photochrome Verbindung und ihre Verwendung in optischen Funktionsvorrichtungen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6359150B1 (de)
DE (1) DE10042603B4 (de)
FR (1) FR2799200B1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011106827A1 (de) * 2011-07-07 2013-01-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Überziehen eines lichtdurchlässigen Trägers mit einer phototropen Schicht sowie eine demgemäß beschichtete Kunststofffolie

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4025920B2 (ja) * 2001-03-05 2007-12-26 入江　　正浩 フォトクロミック材料
WO2002102923A1 (fr) * 2001-06-15 2002-12-27 Mitsubishi Chem Corp Materiau photochrome et chromodosimetre utilisant ledit materiau
DE60229090D1 (de) * 2001-07-25 2008-11-13 Merck Patent Gmbh Mono-, Oligo and Poly-3-(1,1-difluoroalkyl)thiophene und ihre Verwendung als Ladungstransportmaterial
JP4436688B2 (ja) * 2002-04-11 2010-03-24 インフェイズ テクノロジーズ インコーポレイテッド ホログラフィー記憶媒体
GB0214989D0 (en) * 2002-06-28 2002-08-07 Qinetiq Ltd Photochromic liquid crystals
JP4410108B2 (ja) * 2002-08-09 2010-02-03 スイッチ マテリアルズ インコーポレイテッド フォトクロミックかつエレクトロクロミックな化合物、該化合物の合成方法及び該化合物の使用方法
DE10242435A1 (de) * 2002-09-11 2004-03-25 Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Photochrome Polymer-Zusammensetzung, ihre Herstellung, Weiterverarbeitung und Verwendung
ATE393404T1 (de) * 2002-12-23 2008-05-15 Pirelli & C Spa Photochrome optische wellenleiter und verfahren zu deren herstellung
GB0303319D0 (en) 2003-02-13 2003-03-19 Novartis Ag Organic compounds
EP1605733A4 (de) * 2003-03-14 2009-08-05 Semiconductor Energy Lab Konjugiertes molekül, hiermit versehenes elektrolumineszenzelement und elektronische vorrichtung mit dem elektrolumineszenzelement
JPWO2004113469A1 (ja) * 2003-06-24 2006-07-27 旭硝子株式会社 光記録材料
US7755826B2 (en) * 2003-07-07 2010-07-13 The University Of Hong Kong Photochromic diarylethene-containing coordination compounds and the production thereof
WO2005003126A1 (en) * 2003-07-07 2005-01-13 The University Of Hong Kong Photochromic diarylethene-containing coordination compounds and the production thereof
US7887993B2 (en) * 2004-09-30 2011-02-15 Taiyo Yuden Co., Ltd. Optical information recording medium and recording method thereof
US8536205B2 (en) * 2005-05-25 2013-09-17 Switch Materials Inc. Photochromic and electrochromic compounds and synthesis and use thereof
CN101681078B (zh) * 2008-02-20 2014-05-14 松下电器产业株式会社 光源装置、照明装置以及图像显示装置
KR20190124800A (ko) 2011-09-30 2019-11-05 스위치 머티리얼즈 인코퍼레이티드 디아릴에텐 화합물 및 그것의 이용
WO2015108294A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical sensor and electronic device with the same
US9708528B2 (en) 2014-06-13 2017-07-18 The University Of Hong Kong Robust photochromic compounds with silicon- or phosphorus-containing heterocyclic ring and the production thereof
US10369243B2 (en) 2015-12-07 2019-08-06 Diversey, Inc. Photochromic indicator and a method of documenting decontamination of an object using a photochromic indicator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08134063A (ja) * 1994-11-11 1996-05-28 Mita Ind Co Ltd ペルフルオロシクロペンテン誘導体、フォトクロミック材料、光記録媒体及び光記録方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU472322A1 (ru) * 1973-06-18 1975-05-30 Рижское Высшее Военное Инженерно-Авиационное Училище Им.Алксниса Устройство автоматического регулировани экспозиции
CA2031823C (en) 1989-12-20 1997-09-09 Yuji Kobayashi Optical switch for use with optical fibers
JP2676698B2 (ja) * 1992-12-02 1997-11-17 鐘紡株式会社 ジアリールエテン系化合物及びこのジアリールエテン系化合物を用いた光記録媒体の光記録・再生法
US5529864A (en) 1993-12-16 1996-06-25 Canon Kabushiki Kaisha Optical recording medium having mask layer
JP3132630B2 (ja) 1994-08-25 2001-02-05 科学技術振興事業団 チオフェン誘導体の重合体とその製造法
JP3921675B2 (ja) * 1995-06-27 2007-05-30 入江　　正浩 エチニル基を有するジアリールエテン系化合物
JP4519206B2 (ja) 1996-08-27 2010-08-04 株式会社トクヤマ フォトクロミック材料
KR20000069113A (ko) * 1997-09-26 2000-11-25 히라이 가쯔히꼬 케톤 유도체 및 그의 의약 용도

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08134063A (ja) * 1994-11-11 1996-05-28 Mita Ind Co Ltd ペルフルオロシクロペンテン誘導体、フォトクロミック材料、光記録媒体及び光記録方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 08134063 A als PATENT ABSTRACTS OF JAPAN
JP 08134063 A In: Patent Abstracts of Japan *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011106827A1 (de) * 2011-07-07 2013-01-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Überziehen eines lichtdurchlässigen Trägers mit einer phototropen Schicht sowie eine demgemäß beschichtete Kunststofffolie
DE102011106827B4 (de) * 2011-07-07 2014-01-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Überziehen eines lichtdurchlässigen Trägers mit einer phototropen Schicht sowie eine demgemäß beschichtete Kunststofffolie

Also Published As

Publication number Publication date
DE10042603A1 (de) 2001-06-28
FR2799200A1 (fr) 2001-04-06
FR2799200B1 (fr) 2005-09-30
US6359150B1 (en) 2002-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10042603B4 (de) Photochrome Verbindung und ihre Verwendung in optischen Funktionsvorrichtungen
DE69725607T2 (de) Polymethin-komplex-farbstoffe und ihre verwendung
DE69015886T2 (de) Fotochromische Verbindung, deren Zusammensetzung und Verwendung.
DE69024541T2 (de) Fotochrome Indolino-spiro-oxazine mit einem fünfgliedrigen Ring, Verfahren zu ihrer Herstellung und diese Verbindungen enthaltende fotochrome Zusammensetzungen und Gegenstände
EP0958288B1 (de) Photochrome naphthopyran-farbstoffe, verfahren zu ihrer herstellung, ihre verwendung sowie ein photochromer gegenstand
DE3521915C2 (de)
DE68918514T2 (de) Photochromische Verbindung, Verfahren zu ihrer Herstellung, ihre Verwendung und diese enthaltende photochromische Zubereitung.
DE69920699T2 (de) Aminiumsalz- oder diimoniumsalz-verbindungen und ihre anwendung
DE68923777T2 (de) Medium für optische Aufzeichnung.
DE3927872C2 (de) Dithiolat-Metallkomplexverbindungen, Verfahren zu ihrer Herstellung und sie enthaltendes optisches Informationsaufzeichnungsmaterial
DE3726013A1 (de) Infrarote strahlung absorbierende zusammensetzung
DE3505751A1 (de) Neue tetraphenyldithiolen-komplexe und diese komplexe enthaltende optische aufzeichnungsmedien
DE69812259T2 (de) Photostabilisierte cyaninfarbstoffe und optischer aufzeichnungsträger
EP1005464B1 (de) Photochrome naphthopyrane
EP1290047B1 (de) Mischpolymere zur optischen datenspeicherung
DE69032173T2 (de) Optische Speichervorrichtung
DE10249654B4 (de) Neue Indolstyryl-Verbindungen und ihre Verwendungen in Aufzeichnungsmedien mit hoher Dichte
DE69839010T2 (de) Beschreibbare und löschbare optische aufzeichnungsmedien mit hoher dichte
DE69030828T2 (de) Optische Speichermedien
DE69532096T2 (de) Optisches Aufzeichnungsmedium
DE69906327T2 (de) In c6-c7 annelierte naphtopyrane, ihre herstellung und zusammensetzungen und sie enthaltende (co)polymermatrizen
DE3716734A1 (de) Optisches aufzeichnungsmedium, das eine silicium-phthalocyaninderivat enthaltende reflektorschicht aufweist
DE3638417C2 (de) Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial
DE3724981C2 (de)
DE2655834C2 (de) Material zur optischen Informationsspeicherung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120301