JP2002069439A

JP2002069439A - フォトクロミック薄膜およびその製造方法、並びにそれを用いた光機能素子

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Publication number: JP2002069439A
Application number: JP2000261744A
Authority: JP
Inventors: Masato Fukutome; 正人福留; Ichiji Kamiyama; 一司神山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-08
Anticipated expiration: 2020-08-30
Also published as: JP4570219B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトクロミック化合物の光異性化反応におけ
る変換率を向上させ、大きな吸光度変化および屈折率変
化を示すフォトクロミック薄膜と、上記フォトクロミッ
ク薄膜を用いて優れた光機能素子を得る。【解決手段】光照射により可逆的な光異性化反応を示す
アモルファスのジアリールエテン系化合物などのフォト
クロミック化合物から成り、開環したジアリールエテン
化合物からなるフォトクロミック化合物に光照射するこ
とによって生成した閉環したジアリールエテン化合物を
所定の基板表面に塗布形成することによって、開環した
ジアリールエテン化合物から閉環したジアリールエテン
化合物への変換率が５０％以上のフォトクロミック薄膜
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報記録等の光
情報処理分野に好適に用いられるフォトクロミック薄膜
およびその製造方法、並びにそれを用いた光機能素子に
関するものである。

【０００２】

【従来技術】フォトクロミック材料は、所定波長の光を
照射することにより、分子構造が変化し、この変化に応
じて、吸光度、屈折率等の光学特性を可逆的に変える性
質を有しているため、光メモリ素子や光スイッチング素
子などのフォトニクスデバイスへの応用が期待されてい
る。

【０００３】フォトクロミック材料の示す可逆的な光異
性化反応は、化合物Ｘに対して波長λ₁の光を照射する
ことによって化合物Ｘ’に変換され、また、化合物Ｘ’
に波長λ₂を照射することによって化合物Ｘに戻るとい
う可逆反応からなるものである。化合物Ｘと化合物Ｘ’
は、各々吸収スペクトルの異なる異性体で、波長λ₁、
λ₂の光照射により異性化反応を示す。

【０００４】このようなフォトクロミック材料を光記録
媒体として用いる場合、λ₁、λ₂のうち一方の波長の光
をフォトクロミック層に照射することによってデータを
記録する。そして、他方の波長の光を照射することによ
ってデータは消去される。通常は、上記のように異性体
Ｘ、Ｘ’間の吸光度の差、つまり透過率変化によってデ
ータの読み出しが行われる。この吸光度の差が大きいほ
ど良好な再生信号が得られる。

【０００５】フォトクロミック材料を用いる光記録は、
記録光として用いるレーザー光をそのままの光として利
用する（フォトンモード記録）ことができるため、速い
応答性が期待でき、かつ最終的には分子レベルの解像
度、すなわち高密度記録の可能性がある点で大いに期待
されている。

【０００６】また、フォトクロミック材料は、光を照射
するだけで屈折率が変化し、屈折率が変化した後もエネ
ルギーを消費することなく、変化した状態で屈折率を保
持できるという利点を有している。さらに、着色・消色
状態の屈折率変化幅も大きく、従来のフォトリフラクテ
ィブ材料と比較すると数百倍に達するという特長を有し
ている。

【０００７】従来、フォトリフラクティブ現象は、スト
ロンチウム−バリウム−ナイオベート（Ｓｒ_xＢａ_1-xＮ
ｂ₂Ｏ₆）やリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）等の
無機物で主に見られた。電界を印加した場合に屈折率が
大きく変化し、変化した屈折率が安定に保持され、さら
に別のパターンで光照射を行うと、最初のパターンが消
去されて新たなパターンが形成される、いわゆる可逆的
な屈折率変化を示す。

【０００８】近年、有機物でも同様の効果が報告されて
おり、有機物の場合、その屈折率変化は無機物に比較し
て、数倍から数十倍も大きいことが特長となっている。

【０００９】上記ような光照射のみで屈折率が可逆的に
変化する性質は、光メモリ素子だけではなく、光スイッ
チング素子へも非常に有効な性質である。特に光スイッ
チング素子に用いる場合、屈折率変化が大きいため、素
子の小型化が可能となり、さらに光による制御が可能な
ことから、光を用いた遠隔操作に関しても可能となるた
め、非常に有効である。

【００１０】上記のように、フォトクロミック材料は、
超高密度光記録媒体や光のみで操作可能である全光スイ
ッチへの応用が大いに期待される。フォトクロミック化
合物を光メモリ素子や光スイッチング素子等の光機能素
子に応用する場合、フォトクロミック化合物を含有させ
た薄膜の形成が必要となる。これまで薄膜形成法として
は、フォトクロミック化合物をポリメチルメタクリレー
トやポリスチレンなどの高分子マトリックス中に分散さ
せる方法が一般的に用いられていた。しかしながら、フ
ォトクロミック材料は高濃度になるほど変換率が低下
し、高分子に対して３０％程度の濃度で最大値をとるこ
とが知られている。さらにフォトクロミック化合物の中
には、高分子との相溶性が悪く、分散性が悪いという問
題も有している。その結果、これまで十分な特性が得ら
れていなかった。

【００１１】このような事情に鑑み、成膜時に高分子樹
脂に分散させず、単独で薄膜形成可能である結晶および
アモルファス状態でフォトクロミック特性を示すフォト
クロミック材料が提案されている。（Ｍ．Ｉｒｉｅ，Ｃ
ｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．８９９（１９９５）、特開平８−１
１９９６３号、特開平９−２４１２５４号、特開平１０
−２５１６３０号）

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、結晶性
フォトクロミック化合物は、蒸着等により薄膜形成する
必要があり、量産性に劣るという欠点を有している。ま
た、アモルファスフォトクロミック化合物は、スピンコ
ート法などの簡便な塗布方法により単独膜を形成可能と
いう利点を有しているが、成膜時の溶液中には反応に関
与しない立体構造（パラレル構造）を有するフォトクロ
ミック化合物が半分程度存在しており、その結果、得ら
れたフォトクロミック薄膜は、光異性化反応における異
性体への変換率が最大でも５０％しかならず、十分に材
料特性を発現できていなかった。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、フォトクロミック化合物の
光異性化反応における異性体への変換率を向上させ、大
きな吸光度変化および屈折率変化を示すフォトクロミッ
ク薄膜を提供することにある。また、上記フォトクロミ
ック薄膜を用いて優れた光メモリ素子および光スイッチ
ング素子等の光機能素子を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のフォトクロミック薄膜は、光照射により可逆的な光
異性化反応を示すフォトクロミック化合物から成り、光
異性化反応における異性体への変換率（以下、単に光異
性化率という。）が５０％以上であることを特徴とする
ものであって、前記フォトクロミック化合物が、アモル
ファスであることも大きな特徴である。

【００１５】また、前記フォトクロミック化合物は、ジ
アリールエテン系化合物からなるものであって、開環し
たジアリールエテン化合物からなるフォトクロミック化
合物に光照射することによって生成した閉環したジアリ
ールエテン化合物を所定の基板表面に塗布形成したもの
である。

【００１６】より具体的には、フォトクロミック化合物
が、光異性化反応によって化３の化学式で示されるＡｏ
化合物から、化４の化学式で示されるＡｃ化合物へ可逆
的反応し、Ａｏ化合物からＡｃ化合物への変換率が５０
％以上であることを特徴とする。

【００１７】

【化３】

【００１８】

【化４】

【００１９】（化３、化４中、Ｒ¹ ^〜 ⁴は、フェニル基、
縮合芳香環またはヘテロ環を示し、Ｒ ⁵、Ｒ⁶は、水素、
アルキル基またはアルコキシ基を示し、Ｘは、酸素、硫
黄または窒素を示し、環Ａは、脂肪族環、酸無水物また
はマレイミド基を示し、ｎは１〜３の整数を示す。）また、上記フォトクロミック薄膜は、開環したジアリー
ルエテン化合物からなるフォトクロミック化合物に光照
射することによって閉環したジアリールエテン化合物を
生成した後、これを所定の基板表面に塗布形成すること
を特徴とするものである。

【００２０】また、本発明は、所定の基板表面に形成さ
れた薄膜に特定波長の光を照射することにより記録再生
を行わせる光機能素子において、前記薄膜を上記のフォ
トクロミック薄膜によって形成する、あるいは所定の基
板表面に導波路が形成され、前記導波路の一部若しくは
全体が、フォトクロミック材料を用いて照射光により光
応答する導波路で形成されている光機能素子において、
前記導波路を前記フォトクロミック薄膜によって形成す
るものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のフォトクロミック薄膜に
よれば、上記フォトクロミック化合物は、ジアリールエ
テンのヘテロアリール部にトリアリールアミノ基を持つ
ため、常温でアモルファス状態とすることができ、これ
から成るフォトクロミック薄膜は、高分子樹脂等のよう
なマトリックス中に分散させる必要がなく、前述した従
来の結晶膜と同様に単独で均質の状態にすることができ
る。分散膜に比較してより大きな光学特性変化を発現で
きるだけでなく、結晶膜形成に必要な真空装置等の大が
かりな装置を必要とせず、スピンコート法などによる簡
便な塗布法によって薄膜の形成が可能となる。

【００２２】また、前記化３および化４のジアリールエ
テン系化合物Ａｏ、Ａｃは、下記化５で示されるような
光照射により化合物Ａｏから化合物Ａｃへの可逆的な光
異性化反応を示す。

【００２３】

【化５】

【００２４】化３〜５において、Ｒ¹ ^〜 ⁴を構成するフェ
ニル基、縮合芳香環またはヘテロ環、および環Ｂ、環Ｃ
は、結合している水素原子の一部がアルキル基、アリー
ル基、ニトロ基、アミノ基、アルコキシ基、シアノ基ま
たはハロゲン基によって置換されていても良い。

【００２５】さらに、Ｘとしては、特に硫黄原子である
ことが熱安定性が増し最も好ましい。また、環Ａとして
は、特にシクロペンテン環でしかも置換基がハロゲン原
子、特にフッ素原子であると、化合物Ａｏのフォトクロ
ミック化合物の合成反応における反応性が増し、収量が
増加するので好適である。

【００２６】化５の光異性化反応における化合物Ａｏの
モル吸光係数が５００００以上、化合物Ａｃのモル吸光
係数が２００００以上と非常に大きな値を示す。これら
の結果、本発明のフォトクロミック薄膜は大きな吸光度
変化が発現させることができる。

【００２７】しかしながら、通常、ジアリールエテン系
のフォトクロミック化合物は、溶液中、光反応に関与す
る立体構造（アンチパラレルコンフォメーション）と光
反応に関与しない立体構造（パラレル構造）が約半分存
在する。その結果、開環したジアリールエテンを含む溶
液を塗布して得られた薄膜の場合、光異性化率は最大で
も５０％程度であって、フォトクロミック化合物の持つ
特性を十分に発揮できないという問題がある。

【００２８】これに対して、アモルファスのフォトクロ
ミック化合物Ａｏは、化５に示す光異性化反応における
化合物Ａｏ（開環体）から化合物Ａｃ（閉環体）への反
応量子収率が０．５と非常に大きいのに対して、化合物
Ａｃ（閉環体）からＣｏ化合物Ａｏ（開環体）への反応
量子収率は、０．００５以下と、Ａｏ→Ａｃに比較して
非常に小さいため、化５に示す反応式の光定常状態にお
ける光異性化率は、ほぼ１００％に達する。

【００２９】したがって、本発明によれば、光異性化反
応により化合物Ａｏ（開環体）をすべて化合物Ａｃ（閉
環体）に変換した後、塗布法により薄膜形成することに
より、すべての分子が光異性化反応に関与するフォトク
ロミック薄膜が得られる。この結果、従来法で得られた
フォトクロミック薄膜に対して、２倍の吸光度変化およ
び屈折率変化を示すフォトクロミック薄膜を形成するこ
とが可能となる。

【００３０】本発明のフォトクロミック薄膜は、真空蒸
着等の大がかりな装置を用いることなく、有機薄膜形成
で一般的に用いられる塗布法（スピンコート法、バーコ
ート法、浸積法、溶融押し出し法、スプレー法など）に
より形成可能である。

【００３１】具体的には、前記化３の化学式で表される
化合物Ａｏ（開環体）を粘性の高い有機溶媒に溶解さ
せ、これに４５０ｎｍ以下の光を照射し光異性化させ、
前記化４の化学式で表される化合物Ａｃ（閉環体）の異
性体に１００％変換させる。その後、この化合物Ａｃ
（閉環体）を含む溶液を所定の基体表面に塗布、さらに
８０〜１５０℃程度で加熱処理することにより、フォト
クロミック薄膜を形成することができる。

【００３２】そして、得られた化合物Ａｃを含む薄膜に
５００ｎｍ以上の光を照射することにより、化合物Ａｏ
（開環体）のフォトクロミック化合物に変換されるが、
そのすべての分子が光異性化反応に関与する立体構造の
みから成るフォトクロミック薄膜が得られる。

【００３３】なお、フォトクロミック薄膜が形成される
基板としては、特に限定するものではなく、その用途に
応じて種々選択される。基板材料としては、有機樹脂基
板や、ガラス、セラミックス、金属の群から選ばれる少
なくとも１種を用いることができる。また、フォトクロ
ミック薄膜の厚みも適宜、用途に応じて設定されるが、
光異性化反応性の点では、１００Å〜５μｍが適当であ
る。

【００３４】前記化３で表されるアモルファスフォトク
ロミック化合物Ａｏ（開環体）は、例えば化６の（ａ）
〜（ｄ）の順序で製造することができる。但し、製造方
法は、この方法に限定されるものではなく、公知の方法
から適宜選択して製造することができる。

【００３５】

【化６】

【００３６】すなわち、化６（ａ）の左に示されている
ヘテロ環化合物と臭素を酢酸溶液中反応させることによ
り、右に示された臭素原子が２位および４位に導入され
たヘテロ環化合物が合成される。

【００３７】つぎに化６（ｂ）に示すように、ジブロモ
置換ヘテロ環化合物に−７０℃程度の極低温下、ノルマ
ルリチウムヘキサン溶液を滴下して反応させる。これに
ホウ素化合物Ｂ（ＯＢｕ）₃を加えることにより、化６
（ｂ）の右に示されたヒドロキシルホウ素置換基が置換
されたヘテロ環化合物が合成される。

【００３８】化６（ｂ）で得られたホウ素置換ヘテロ環
化合物にトリアリールアミンのヨウ素置換体を加え、パ
ラジウム触媒を用いて反応を行うと、化６（ｃ）の右に
示されたヘテロ環２位にトリアリールアミノ基が置換さ
れた化合物が合成される。

【００３９】図６（ｃ）で得られた化合物とブチルリチ
ウムを反応させ、リチウム−ハロゲン交換によりアニオ
ン種を発生させる。このアニオン種に環Ａ化合物（ハロ
ゲン原子置換）を反応させることにより、目的とするジ
アリールエテン（図６（ｄ）右）、つまり前記化３の化
合物Ａｏ（開環体）のジアリールエテンを合成すること
ができる本発明で用いられるフォトクロミック化合物
は、分子内にトリアリール基が置換されているため、低
分子でありながら安定なガラス状態を示す。そのため、
該フォトクロミック化合物は、単独でアモルファス薄膜
を形成することが可能であり、さらに溶液系と同様に可
逆的なフォトクロミック反応を示す。

【００４０】上記フォトクロミック化合物Ａｏ（開環
体）に光照射させ、一旦すべて化合物Ａｃ（閉環体）に
変換させた後、これを基板表面に塗布形成した本発明の
フォトクロミック薄膜は、高分子樹脂分散膜とは異な
り、フォトクロミック化合物単一のアモルファス薄膜で
あるため、光吸収係数、屈折率、旋光性あるいは誘電率
を等の光学特性も、透明媒体に分散した分散膜と比較し
て大きな値を示す。

【００４１】また、このフォトクロミック薄膜に紫外光
を照射すると、膜中でフォトクロミック反応が進行し着
色する。光照射前後フォトクロミック薄膜の光学特性
が、分散膜と比較して大きく変化する。特に屈折率変化
は著しく、従来の分散膜では１０^- ³オーダーであったの
に対して、フォトクロミック分子を配向させたフォトク
ロミック薄膜の場合、１０^-2オーダーの屈折率変化を示
す。さらにそのスイッチングは、数ナノ秒内に完了する
ため、高速応答が可能となる。

【００４２】本発明のフォトクロミック薄膜は、光機能
素子として種々応用することができるが、その１つとし
ては、フォトクロミック薄膜に光照射することにより情
報の記録再生を行わせる光記録媒体として用いることが
できる。この光記録素子によれば、アモルファスフォト
クロミック化合物単独からなる光異性化率がほぼ１００
％に達するフォトクロミック薄膜を記録層とするため、
高いＣ／Ｎ比が得られる。

【００４３】本発明のフォトクロミック薄膜を光記録媒
体に適用する場合、真空蒸着等の大がかりな装置を用い
ることなく、有機薄膜形成で一般的に用いられる塗布法
（スピンコート法、バーコート法、浸積法、溶融押し出
し法、スプレー法など）により所定の記録媒体基板表面
に形成可能である。具体的には、粘性の高い有機溶媒に
前記フォトクロミック化合物を溶解させ、その溶液を塗
布、さらに８０〜１５０℃程度で加熱処理することによ
り、薄膜形成することができる。

【００４４】本発明の光機能素子である光記録媒体Ｐ１
は、図５（ａ）の断面図にて示すように、例えば透光性
を有するポリカーボネート等の樹脂材料やガラス等から
成るディスク状の基板１上に、本発明の方法により作製
したフォトクロミック体からなる薄膜を記録層２として
設け、さらにこの反射層３を設けたものである。

【００４５】上記光記録媒体Ｐ１を構成する基板１
は、、透光性を有するプラスティック（例えば、ポリエ
ステル樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂）やガラス、セラミッ
ク、金属等を用いることができる。また記録層は厚み１
００Å〜５μｍ（好ましくは１０００Å〜１μｍ）程度
に積層し、さらにこの上に蒸着法等により高反射で腐食
され難い金属（Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ
等）や半金属（Ｓｉ等）等から成る反射層３を含み５０
Å〜３０００Å（より好ましくは１００Å〜３０００
Å）程度に積層する。

【００４６】記録層２の厚みは上記範囲より薄すぎると
光感度が得られないし、厚すぎると厚み方向に光反応速
度が遅くなるので好ましくない。また、反射層３の場
合、その厚みが上記範囲より薄すぎると反射率が得られ
ない。

【００４７】上記のように構成した光記録媒体Ｐ１によ
れば、基板１より入射した光Ｌ１で情報の記録ができ、
反射光Ｌ２を検出することにより、情報の読み出しを行
うことができる。

【００４８】また、図５（ｂ）に示す光記録媒体Ｐ２の
ように、基板１に不透明なものを使用する場合には、反
射層３を基板１上に設け、次いで記録層２をその上に設
けるようにし、記録層２側から光を照射するようにして
も良い。また、これら層構成は最小限度必要な構成であ
って、例えば反射層や記録層を保護層で覆って多数の層
構成としても良い。かくして、反射率変化が大きく、さ
らに着色・消色の繰り返し耐久性が良好な光記録媒体Ｐ
２とすることができる。

【００４９】また、上記のように基板上に記録層と反射
層とから成る積層体を配設する以外に、図５（ｃ）に示
すように、透光性の基板１上に記録層２を設け、入射光
Ｌ１により情報を記録し、入射光Ｌ１と出射光Ｌ２の検
出により光透過率の差によって情報の再生を行うように
した光記録媒体Ｐ３とするようにしても良い。この場合
においても、記録層２を透光性の保護層等で覆って多数
の層構成としても良い。

【００５０】さらに本発明のフォトクロミック薄膜は、
吸光度だけではなく大きな屈折率変化を示すため、図６
に示すような光導波路として用いる光スイッチング素子
は、素子の小型化が可能となり、さらに光による制御が
可能なことから、光を用いた遠隔操作に関しても可能と
なる。

【００５１】従来のフォトリフラクティブ材料を用いた
光スイッチングの場合、電界印加しなければならないと
いう問題を有していたが、本発明のフォトクロミック薄
膜を用いると、電界を印加しなくても光だけで制御可能
であるため、エネルギーを消費することなく動作せるこ
とが可能となる。

【００５２】なお、上記では本発明のフォトクロミック
薄膜を光記録媒体や光スイッチ素子に適用した場合につ
いて示したが、本発明のフォトクロミック薄膜の用途
は、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば調
光材料や光センサ等にも適用が可能である。またこのフ
ォトクロミック薄膜を形成する基板も上記材料に限定さ
れるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で適宜変更実
施が可能である。

【００５３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、本発明の要旨を逸脱しない限り以下の実施例
に限定されるのもではない。

【００５４】実施例１下記化７および化８で示される可逆的な光異性化反応を
有する化合物を用い、これらのフォトクロミック特性を
表１、表２に示した。

【００５５】

【化７】

【００５６】

【化８】

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】化７、化８のフォトクロミック化合物は、
表１、表２に示すように、いずれも紫外光および可視光
照射により化合物Ｂｏから化合物Ｂｃに、および化合物
Ｃｏから化合物Ｃｃに可逆的に進行した。また、いずれ
の化合物も閉環反応（左→右）の量子収率の方が、開環
反応（右→左）の量子収率より２桁大きく、光定常状態
における光異性化率は、ほぼ１００％であることが分っ
た。

【００６０】示唆走査熱量分析（ＤＳＣ）測定の結果、
ガラス転移温度は、化合物Ｂｏは１０３℃、化合物Ｂｃ
は１２４℃、化合物Ｃｏは１１０℃、化合物Ｃｃは１３
６℃であることを確認し、光による可逆的なフォトクロ
ミズムを示す材料としては、最高の値を示した。

【００６１】化７の化合物Ｂで示されるフォトクロミッ
ク化合物をトルエンに溶解させた後、３４２ｎｍの紫外
光を照射し、すべて閉環体である化合物Ｂｃに変換し
た。この溶液を石英基板上にスピンコート法に塗布し、
９０℃でベーキングすることによって膜厚１μｍのフォ
トクロミック薄膜１を作製した。

【００６２】また、上記と全く同様にして、化８の化合
物Ｃｏを用いて、閉環体である化合物Ｃｃに変換し、こ
れを塗布、ベーキング処理して膜厚１μｍのフォトクロ
ミック薄膜２を作製した。

【００６３】一般に有機薄膜は、結晶化する傾向が強
く、長時間放置すると結晶化してしまい、その結晶化部
分が欠陥となり特性低下を引起こす。しかしながら、上
記のようにして作製した薄膜１および薄膜２は、いずれ
も半年以上放置しても結晶化による欠陥発生はなく、さ
らに特性低下も見られないことを確認した。

【００６４】得られた薄膜１、薄膜２をＸ線回折測定
（ＸＲＤ）測定、偏光顕微鏡観察を行ったところ、ＸＲ
Ｄ測定では、ブロードなハローが観測されるだけであ
り、偏光顕微鏡観察ではクロスニコル状態では光が透過
せず黒色であることが観測され、均一なアモルファス薄
膜であることが確認できた。

【００６５】以上のようにして作製した薄膜１、薄膜２
に紫外光３１３ｎｍの光を照射すると膜が緑色に着色さ
れた。さらにこの光照射による吸収波長の変化は、可逆
的に起こることを確認した。薄膜状態においても可逆的
なフォトクロミック反応が進行することが分かった。ま
た、薄膜状態における可逆的な光異性化率は、ほぼ１０
０％程度を示した。

【００６６】また得られた薄膜１および薄膜２は、１万
回以上の繰返しフォトクロミック反応を行っても、暗所
８０℃条件下１０００時間以上放置しても、化合物劣化
による特性低下は見られなかった。（比較例１）比較として、開環体である化合物Ｂｏおよ
び化合物Ｃｏのフォトクロミック化合物をトルエンに溶
解させた後、閉環体に変換することなく、石英基板上に
スピンコート法に塗布し、９０℃でベーキングし、膜厚
１μｍのフォトクロミック薄膜３、４を作製した。

【００６７】このように開環体である化合物Ｂｏ，Ｃｏ
を塗布して得られた薄膜３，４は、反応に関しないパラ
レル構造の分子が半分程度存在するため、薄膜中におけ
る光異性化率が４０％程度（薄膜３：３８％、薄膜２：
４２％）と、本発明品である薄膜１、薄膜２に比較して
半分以下であることが分かった。

【００６８】図１〜図４は、薄膜１〜４の光照射前後に
おける吸光度変化を示すグラフである。（実施例２）実施例１および比較例１により作製した薄
膜１、薄膜２および薄膜３、薄膜４に８１７ｎｍ、１３
０ｎｍ、１５５０ｎｍのレーザー光を用いて、紫外光照
射前後の屈折率変化を調べ、その結果を表３に示した。

【００６９】

【表３】

【００７０】表３から明らかなように、いずれの薄膜
も、紫外光照射によるフォトクロミック反応の進展に伴
い、屈折率が大きくなることが確認できた。しかしなが
ら、閉環体から作成したフォトクロミック薄膜（薄膜
１、２）と開環体から作成した薄膜（薄膜３、４）で
は、可逆的屈折率変化の割合に大きな差があり、閉環体
から作成したフォトクロミック薄膜（薄膜１、２）の方
が２倍程度大きな屈折率変化を示すことが分かった。（実施例３）実施例１で得られたフォトクロミック薄膜
を用いて図５（ａ）に示す光記録媒体Ｐ１を作製した。
透光性を有するポリカーボネート基板１上に実施例１で
得られたフォトクロミック薄膜１から成る記録層２を積
層し、さらにこの上にＡｌ層から成る反射層３を積層し
た。さらにこの上にアクリル樹脂から成る保護層（図示
せず）を形成し、光記録媒体を作製した。

【００７１】この光記録媒体Ｐ１全面に紫外光を照射し
て、記録層２のフォトクロミック化合物を着色状態にし
た後、４００ｎｍおよび６８０ｎｍの半導体レーザーを
ピックアップに搭載した装置を用いて記録再生の評価を
行った。４００ｎｍレーザー１０ｍＷのパワーで記録を
行い、６８０ｎｍレーザー０．２ｍＷのパワーで再生を
行ったところ、５０ｄＢ以上の高いＣ／Ｎ比の再生信号
が得られた。さらに再生回数は１万回以上であった。（実施例４）実施例１で得られたフォトクロミック薄膜
１を用いて図６に示すような光導波路Ｈを作製し、スイ
ッチング現象を確認した。なお、この光導波路Ｈにおい
て、１１は基板、１２、１３はコア部、１６は本発明に
よるフォトクロミック薄膜からなるフォトクロミックク
ラッド、１４，１５はフォトクロミック薄膜と同程度の
屈折率を持つ高分子クラッドである。なお、Ｂ１、Ｂ２
はカプラ部分を示す。作製した導波路に１．５５ｎｍの
光を通しておき、紫外光を照射したところ、屈折率が変
化し、１．５５ｎｍの光をスイッチングできることが分
かった。またスイッチング速度は、従来法により得られ
た薄膜３により作製された導波路よりも大きいことが分
かった。

【００７２】

【発朋の効果】本発明によれば、トリアリールアミノ基
を有するジアリールエテンから成るアモルファスフォト
クロミック化合物を光照射により閉環体へすべて変換さ
せた後、薄膜形成することにより、高分子樹脂媒体中に
分散せず、フォトクロミック化合物単独でアモルファス
薄膜を形成させることが可能であるだけでなく、薄膜中
の５０％以上を光異性化反応に関与させることができる
ため、分散膜や開環体から得られたアモルファス膜に比
較して、より大きな光学特性、特に大きな吸光度変化お
よび屈折率変化を示す。したがって、これを用いた光機
能素子は、優れたデバイス特性を有し、高速応答するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるフォトクロミック薄膜１の光照
射前後における吸光度変化を示すグラフである。

【図２】実施例におけるフォトクロミック薄膜２の光照
射前後における吸光度変化を示すグラフである。

【図３】実施例におけるフォトクロミック薄膜３の光照
射前後における吸光度変化を示すグラフである。

【図４】実施例におけるフォトクロミック薄膜４の光照
射前後における吸光度変化を示すグラフである。

【図５】本発明による光記録媒体Ｐ１を説明する概略断
面図である。

【図６】本発明による光導波路を模式的に説明する斜視
図である。

【符号の説明】

１：基板２：記録層３：反射層Ｐ１：光記録媒体Ｌ１：入射光Ｌ２：出射光Ｈ：光導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光照射により可逆的な光異性化反応を示す
フォトクロミック化合物から成り、光異性化反応による
異性体への変換率が５０％以上であることを特徴とする
フォトクロミック薄膜。
【請求項２】前記フォトクロミック化合物が、アモルフ
ァスであることを特徴とする請求項１記載のフォトクロ
ミック薄膜。
【請求項３】前記フォトクロミック化合物が、ジアリー
ルエテン系化合物からなることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載のフォトクロミック薄膜。
【請求項４】開環したジアリールエテン化合物から閉環
したジアリールエテン化合物への変換率が５０％以上で
あることを特徴とする請求項３記載のフォトクロミック
薄膜。
【請求項５】開環したジアリールエテン化合物からなる
フォトクロミック化合物に光照射することによって生成
した閉環したジアリールエテン化合物を所定の基板表面
に塗布形成したものである請求項１乃至請求項４のいず
れか記載のフォトクロミック薄膜。
【請求項６】開環したジアリールエテン化合物が化１の
化学式で表される化合物Ａｏ、閉環したジアリールエテ
ン化合物が化２の化学式で表される化合物Ａｃからなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載
のフォトクロミック薄膜。【化１】【化２】（化１、化２中、Ｒ¹ ^〜 ⁴は、フェニル基、縮合芳香環ま
たはヘテロ環を示し、Ｒ ⁵、Ｒ⁶は、水素、アルキル基ま
たはアルコキシ基を示し、Ｘは、酸素、硫黄または窒素
を示し、環Ａは、脂肪族環、酸無水物またはマレイミド
基を示し、ｎは１〜３の整数を示す。）
【請求項７】開環したジアリールエテン化合物からなる
フォトクロミック化合物に光照射することによって閉環
したジアリールエテン化合物を生成した後、これを所定
の基板表面に塗布形成することを特徴とするフォトクロ
ミック薄膜の製造方法。
【請求項８】所定の基板表面に形成された薄膜に特定波
長の光を照射することにより記録再生を行わせる光機能
素子において、前記薄膜が、請求項１乃至請求項５のい
ずれか記載のフォトクロミック薄膜からなることを特徴
とする光機能素子。
【請求項９】所定の基板表面に導波路が形成され、前記
導波路の一部若しくは全体が、フォトクロミック材料を
用いて照射光により光応答する導波路で形成されている
光機能素子において、前記導波路が請求項１乃至請求項
５のいずれか記載のフォトクロミック薄膜からなること
を特徴とする光機能素子。