JP2002293784A - Photochromic compound and optical function element - Google Patents

Photochromic compound and optical function element

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JP2002293784A
JP2002293784A JP2001097930A JP2001097930A JP2002293784A JP 2002293784 A JP2002293784 A JP 2002293784A JP 2001097930 A JP2001097930 A JP 2001097930A JP 2001097930 A JP2001097930 A JP 2001097930A JP 2002293784 A JP2002293784 A JP 2002293784A
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thin film
photochromic compound
compound
photochromic
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JP2001097930A
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Japanese (ja)
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Masato Fukutome
正人 福留
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Kyocera Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Plural Heterocyclic Compounds (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photochromic compound comprising an amorphous diarylethene compound having >=100 deg.C glass transition temperature, and further to provide an optical function element by using the compound. SOLUTION: This compound having a refractive index reversibly changeable by light is represented by formula (1) (wherein, R<1> and R<2> are each hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group; R<3> , R<4> , R<5> and R<6> are each hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group which may be unsubstituted or a part of which may be substituted with a substituent exemplified by an alkyl group, an aryl group, a halogen group, a nitro group, an amino group, an alkoxy group or a cyano group; RA is an aromatic ring or a heterocycle a part of which may have a substituent; and X is an oxygen, sulfur or nitrogen atom) and includes a ring A comprising an aliphatic ring, an acid anhydride or a maleimide group.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトクロミック
化合物及びそれを用いた光機能素子に関するものであ
り、特に光情報処理分野に好適なフォトクロミック化合
物及びそれを用いた光機能素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photochromic compound and an optical functional device using the same, and more particularly to a photochromic compound suitable for the field of optical information processing and an optical functional device using the same.

【0002】[0002]

【従来技術】フォトクロミック化合物は、光学特性を可
逆的に変える性質を有しているため、これらの光学特性
の差を利用することにより、情報の記録・再生を行うこ
とができる。また、フォトクロミック化合物は、光照射
によって屈折率が可逆的に変化するフォトリフラクティ
ブ効果を有しているため、光メモリ素子や光スイッチン
グ素子への応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Since a photochromic compound has a property of reversibly changing optical characteristics, information can be recorded / reproduced by utilizing a difference between these optical characteristics. In addition, since the photochromic compound has a photorefractive effect in which the refractive index is reversibly changed by light irradiation, application to an optical memory element and an optical switching element is expected.

【0003】最近、フォトリフラクティブ有機材料とし
て、フォトクロミック化合物を用いることが提案されて
いる。フォトクロミック化合物は、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。
Recently, it has been proposed to use a photochromic compound as a photorefractive organic material. The photochromic compound has an advantage that the refractive index changes only by irradiating light, and the refractive index can be maintained in a changed state without consuming energy even after the change in the refractive index. Furthermore, the refractive index change width in the colored / decolored state is large, and has a feature that it is several hundred times as large as that of a conventional photorefractive material.

【0004】また、このような性質は、光メモリだけで
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る。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。
[0004] Such a property is very effective not only for optical memories but also for optical switching elements. In particular, when used for an optical switching element, the change in the refractive index is large, so that the element can be downsized. Furthermore, since control by light is possible, remote control using light is also possible, which is very effective.

【0005】フォトクロミック化合物を光記録媒体等の
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。
When a photochromic compound is applied to an optical functional element such as an optical recording medium, it is necessary to form a thin film containing the photochromic compound. Heretofore, as a method of forming a thin film, a method of dispersing a photochromic compound in a polymer matrix such as polymethyl methacrylate or polystyrene has been generally used.

【0006】しかし、フォトクロミック化合物が高濃度
になるほどフォトクロミック化合物自体が会合してしま
うため変換率が低下し、高分子100重量部に対して3
0重量部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。
However, as the concentration of the photochromic compound increases, the conversion ratio decreases because the photochromic compound itself associates with the photochromic compound.
It is known that the maximum value is obtained at a concentration of about 0 parts by weight. Further, some photochromic compounds have poor compatibility with polymers and poor dispersibility. As a result, sufficient characteristics have not been obtained so far.

【0007】そこで、結晶状態でフォトクロミック特性
を有するジアリールエテン化合物は、高分子樹脂中にも
分散させなくとも、蒸着等により高い吸光度を持つフォ
トクロミック薄膜を形成できる利点を有することが特開
平8−119963号公報に記載されている。
Therefore, a diarylethene compound having a photochromic property in a crystalline state has the advantage that a photochromic thin film having a high absorbance can be formed by vapor deposition or the like without dispersing it in a polymer resin as well. It is described in the gazette.

【0008】また、非晶質状態でフォトクロミック特性
を有するジアリールエテン化合物は、スピンコート法に
よる塗布方法によって薄膜形成可能であり、量産性にお
いても優れることが特開2000−256664号公報
に記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-256664 describes that a diarylethene compound having photochromic properties in an amorphous state can be formed into a thin film by a coating method by a spin coating method and is excellent in mass productivity. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
8−119963号公報に記載のジアリールエテン化合
物から成る結晶膜は、真空蒸着法などにより形成させる
必要があり、量産性において劣るため実用性が低いとい
う問題があった。
However, the crystal film composed of a diarylethene compound described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H08-119963 needs to be formed by a vacuum deposition method or the like, and is inferior in mass productivity, so that its practicality is low. There was a problem.

【0010】また、結晶ジアリールエテン化合物を塗布
方法により薄膜作製を行う場合、高分子樹脂媒体中に分
散させるため、ジアリールエテン化合物の濃度が30重
量%程度に限定され、良質の膜が形成できないという問
題があった。
When a crystalline diarylethene compound is formed into a thin film by a coating method, the concentration of the diarylethene compound is limited to about 30% by weight because it is dispersed in a polymer resin medium, so that a high-quality film cannot be formed. there were.

【0011】また、特開平2000−256664号公
報に記載の非晶質ジアリールエテン化合物は、光照射前
後での吸光度変化及び屈折率変化が大きいものの、ガラ
ス転移温度が68℃程度と低く、熱安定性に劣るという
問題があった。
The amorphous diarylethene compound described in JP-A-2000-256664 has a large change in absorbance and a large change in refractive index before and after light irradiation, but has a low glass transition temperature of about 68 ° C. and a high thermal stability. There was a problem that it was inferior.

【0012】さらに、非晶質ジアリールエテン化合物
は、使用中に次第に結晶化し、特性劣化を生じるという
問題があった。
Further, there is a problem that the amorphous diarylethene compound gradually crystallizes during use, causing deterioration of characteristics.

【0013】従って、本発明の目的は、ガラス転移温度
が100℃以上の非晶質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及びそれを用いた光機能素子
を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a photochromic compound comprising an amorphous diarylethene compound having a glass transition temperature of 100 ° C. or higher, and an optical functional device using the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、末端にトリア
リールアミノ基を有し、非対称で環Aを含むジアリール
エテン化合物が、高いガラス転移温度を有し、優れた特
性を示すフォトクロミック化合物であるという知見に基
づくものである。
According to the present invention, there is provided a photochromic compound having a triarylamino group at a terminal, an asymmetric diarylethene compound containing a ring A, having a high glass transition temperature and exhibiting excellent properties. It is based on the knowledge that.

【0015】即ち、化学式1で表わされ、光によって可
逆的に屈折率が変化することを特徴とする。但し、式中
1、R2は、水素、アルキル基、アルコキシ基を示す。
3、R4、R5、R6は、各々水素、アルキル基、アルコ
キシ基、アリール基を示し、未置換でも或いは一部が置
換されていても良い。置換基としてはアルキル基、アリ
ール基、ハロゲン基、ニトロ基、アミノ基、アルコキシ
基、シアノ基がある。RAは芳香族環又は複素環とし、
これらは一部に置換基を有するものを含む。Xは酸素、
硫黄、窒素原子を示す。環Aは、脂肪族環、酸無水物、
マレイミド基とする。
That is, it is represented by the chemical formula 1 and is characterized in that the refractive index is reversibly changed by light. However, in the formula, R 1 and R 2 represent hydrogen, an alkyl group, or an alkoxy group.
R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 each represent hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, or an aryl group, and may be unsubstituted or partially substituted. Examples of the substituent include an alkyl group, an aryl group, a halogen group, a nitro group, an amino group, an alkoxy group, and a cyano group. RA is an aromatic ring or a heterocyclic ring;
These include those having a substituent in part. X is oxygen,
Shows sulfur and nitrogen atoms. Ring A is an aliphatic ring, an acid anhydride,
A maleimide group.

【0016】本発明のフォトクロミック化合物は、末端
にトリアリールアミノ基を有し、かつ非対称構造のジア
リールエテン骨格を有しているため、結晶性が抑制さ
れ、室温で安定な非晶質状態を示す。また本発明のフォ
トクロミック化合物から成る非晶質薄膜は、高分子等の
ようなマトリックス中に分散されておらず、従来例に記
載の結晶膜と同様に単独の状態であるため、分散膜と比
較してより大きな光学特性変化を示す。しかも、ガラス
転移温度が100℃以上であるため、熱安定性にも優れ
るという特徴を有する。
Since the photochromic compound of the present invention has a triarylamino group at the terminal and a diarylethene skeleton having an asymmetric structure, the crystallinity is suppressed and the compound exhibits a stable amorphous state at room temperature. In addition, the amorphous thin film made of the photochromic compound of the present invention is not dispersed in a matrix such as a polymer, and is in a single state like the crystalline film described in the conventional example. Shows a larger change in optical characteristics. In addition, since the glass transition temperature is 100 ° C. or higher, the glass transition temperature is excellent.

【0017】また、本発明のフォトクロミック化合物な
る非晶質薄膜は、結晶膜形成に必要な真空蒸着法等の大
がかりな装置を必要とせず、スピンコート法等による塗
布法により形成可能である。
Further, the amorphous thin film of the photochromic compound of the present invention can be formed by a coating method such as a spin coating method without using a large-scale apparatus such as a vacuum evaporation method required for forming a crystal film.

【0018】また、本発明の光機能素子は、基板上に本
発明のフォトクロミック化合物から成る薄膜を形成せし
め、該薄膜に光を照射することにより情報の記録を行わ
せるように成したことを特徴とするもので、優れた光学
特性を示す前記フォトクロミック化合物から成る記録層
を有しているため、高いC/N比が得られる。
Further, the optical functional device of the present invention is characterized in that a thin film comprising the photochromic compound of the present invention is formed on a substrate, and information is recorded by irradiating the thin film with light. Since a recording layer made of the photochromic compound having excellent optical characteristics is provided, a high C / N ratio can be obtained.

【0019】また、基板上に光が導波するコア部と該コ
ア部の周りに設けられたクラッド部からなる光スイッチ
ング用の光機能素子において、前記コア部又は前記クラ
ッド部のいずれか一方の一部が本発明のフォトクロミッ
ク化合物から構成されることを特徴とするものである。
この光機能素子は、光照射により大きな屈折率変化を示
す本発明のフォトクロミック化合物からなる非晶質薄膜
より形成されているため、小型高速自己保持型光スイッ
チング素子を実現できる。
Further, in an optical functional device for optical switching comprising a core part on which light is guided on a substrate and a clad part provided around the core part, one of the core part and the clad part is provided. It is characterized in that a part thereof is composed of the photochromic compound of the present invention.
Since this optical functional element is formed of an amorphous thin film made of the photochromic compound of the present invention, which exhibits a large change in the refractive index upon irradiation with light, a small high-speed self-holding optical switching element can be realized.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明のフォトクロミック化合物
の一般式は、化学式1で表され、公知の方法から適宜選
択して製造することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The general formula of the photochromic compound of the present invention is represented by Chemical Formula 1, and can be produced by appropriately selecting from known methods.

【0021】式中R1、R2は、水素、アルキル基、アル
コキシ基を示す。低級アルキル基、特にメチル基、イソ
プロピル基、さらにメトキシ基が好適である。
In the formula, R 1 and R 2 represent hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group. Preferred are lower alkyl groups, especially methyl, isopropyl and methoxy.

【0022】R3、R4、R5、R6は、各々水素、アルキ
ル基、アルコキシ基、アリール基を示し、未置換でも或
いは一部が置換されていても良い。置換基としてはアル
キル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基、アミノ
基、アルコキシ基、シアノ基がある。
R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each represent hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, and may be unsubstituted or partially substituted. Examples of the substituent include an alkyl group, an aryl group, a halogen group, a nitro group, an amino group, an alkoxy group, and a cyano group.

【0023】RAは芳香族環又は複素環とし、これらは
一部に置換基を有するものを含む。RAはお互いに同一
であっても、異なっていても良い。即ち、RAにおいて
互い異なる場合を含むことがあってもよい。更に、RA
が未置換或いはRAの一部が置換されていても良い。こ
の置換基として水素基、アルキル基、ハロゲン基、ニト
ロ基、アミノ基、アルコキシ基、シアノ基とする。
RA is an aromatic ring or a heterocyclic ring, including those having a substituent in part. RAs may be the same or different from each other. That is, RA may include different cases. Furthermore, RA
May be unsubstituted or a part of RA may be substituted. The substituent is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group, a nitro group, an amino group, an alkoxy group, or a cyano group.

【0024】Xは酸素、硫黄、窒素原子を示す。特に、
光異性化反応により生成するジアリールエテン化合物の
閉環体化合物の熱安定性が最も優れるため、硫黄原子が
好ましい。
X represents an oxygen, sulfur or nitrogen atom. In particular,
A sulfur atom is preferred because the ring-closed diarylethene compound produced by the photoisomerization reaction has the highest thermal stability.

【0025】また、環Aは、脂肪族環、酸無水物、マレ
イミド基を示し、それぞれ、化学式2乃至4に示すよう
な化合物となる。
Ring A represents an aliphatic ring, an acid anhydride, or a maleimide group, and is a compound represented by Chemical Formulas 2 to 4, respectively.

【0026】[0026]

【化2】 Embedded image

【0027】[0027]

【化3】 Embedded image

【0028】[0028]

【化4】 Embedded image

【0029】特に、ハロゲン原子、特にフッ素原子が置
換されたシクロペンテン環が、ジアリールエテン合成反
応の反応性が向上し、収率良く得られるため好適であ
る。
In particular, a cyclopentene ring substituted with a halogen atom, particularly a fluorine atom, is preferable because the reactivity of the diarylethene synthesis reaction is improved and a good yield can be obtained.

【0030】化学式5〜26に本発明の代表的なフォト
クロミック化合物を示すが、一般式が化学式1で表され
るフォトクロミック化合物であれば、特にこれらに限定
されない。
The representative photochromic compounds of the present invention are shown in Chemical Formulas 5 to 26, but are not particularly limited as long as the general formula is a photochromic compound represented by Chemical Formula 1.

【0031】[0031]

【化5】 Embedded image

【0032】[0032]

【化6】 Embedded image

【0033】[0033]

【化7】 Embedded image

【0034】[0034]

【化8】 Embedded image

【0035】[0035]

【化9】 Embedded image

【0036】[0036]

【化10】 Embedded image

【0037】[0037]

【化11】 Embedded image

【0038】[0038]

【化12】 Embedded image

【0039】[0039]

【化13】 Embedded image

【0040】[0040]

【化14】 Embedded image

【0041】[0041]

【化15】 Embedded image

【0042】[0042]

【化16】 Embedded image

【0043】[0043]

【化17】 Embedded image

【0044】[0044]

【化18】 Embedded image

【0045】[0045]

【化19】 Embedded image

【0046】[0046]

【化20】 Embedded image

【0047】[0047]

【化21】 Embedded image

【0048】[0048]

【化22】 Embedded image

【0049】[0049]

【化23】 Embedded image

【0050】[0050]

【化24】 Embedded image

【0051】[0051]

【化25】 Embedded image

【0052】[0052]

【化26】 Embedded image

【0053】本発明のフォトクロミック化合物は、末端
にトリアリールアミノ基を有し、かつ非対称構造のジア
リールエテン骨格を有しているため、結晶性が抑制さ
れ、長期にわたり室温で安定な非晶質状態を示す。その
ため、該フォトクロミック化合物は、単独で非晶質薄膜
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。
Since the photochromic compound of the present invention has a triarylamino group at the terminal and a diarylethene skeleton having an asymmetric structure, the crystallinity is suppressed and a stable amorphous state at room temperature for a long period of time is suppressed. Show. Therefore, the photochromic compound can form an amorphous thin film by itself, and exhibits a reversible photochromic reaction similarly to a solution system.

【0054】本発明のフォトクロミック化合物から成る
フォトクロミック薄膜は、高分子マトリックス中に分散
した分散膜とは異なり、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、分散膜と比較し
て大きな値を示すという特徴を有している。
The photochromic thin film made of the photochromic compound of the present invention is an amorphous thin film composed of a single photochromic compound, unlike a dispersion film dispersed in a polymer matrix, and therefore has a light absorption coefficient, a refractive index, an optical rotation or a dielectric constant. The optical characteristics such as are also large in comparison with the dispersion film.

【0055】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、従来の分散膜ではせいぜい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。
When the photochromic thin film is irradiated with ultraviolet light, a photochromic reaction proceeds in the film and the film is colored. The optical properties of the photochromic thin film before and after light irradiation change significantly as compared with the dispersion film. In particular the refractive index change significantly, the conventional dispersion film at most 10 - whereas was three orders, if the photochromic film to align the photochromic molecule, the refractive index change of 10-2 order. Further, since the switching is completed within a few nanoseconds, a high-speed response is possible.

【0056】また、本発明のフォトクロミック化合物か
ら成る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。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。
Further, the photochromic thin film comprising the photochromic compound of the present invention can be applied by a coating method (spin coating method, bar coating method, immersion method) generally used for forming an organic thin film without using a large-scale apparatus such as vacuum evaporation. Method, melt extrusion method, spray method, etc.). Specifically, a thin film can be formed by dissolving the photochromic compound in a highly viscous organic solvent, applying the solution, and further performing heat treatment at about 80 to 150 ° C.

【0057】さらに、上記で得られたフォトクロミック
化合物薄膜は、光記録媒体等の光機能素子に用いること
ができる。図1に模式的に示したように、光記録媒体P
1は、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なるディスク状の基板1上に、本発
明のフォトクロミック化合物からなる非晶質薄膜を記録
層2として設け、更に反射層3を設けて構成することが
可能である。
Further, the photochromic compound thin film obtained above can be used for an optical functional element such as an optical recording medium. As schematically shown in FIG. 1, the optical recording medium P
Reference numeral 1 denotes an amorphous thin film made of the photochromic compound of the present invention provided as a recording layer 2 on a disk-shaped substrate 1 made of, for example, a resin material such as polycarbonate having translucency, glass, or the like. It is possible to provide and configure.

【0058】上記記録媒体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。
The substrate 1 constituting the recording medium P1 is made of a plastic having a light-transmitting property (for example, polyester resin, acrylic resin, polyamide resin, polycarbonate resin, polyolefin resin, phenol resin, epoxy resin, polyimide resin), glass or ceramic. , Metal and the like can be used.

【0059】また記録層2は厚み100Å〜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にくい金属(A
u、Al、Ag、Cu、Cr、Ni等)や半金属(Si
等)等から成る反射層3を厚み50Å〜3000Å(よ
り好ましくは100Å〜3000Å)程度に積層する。
The recording layer 2 is laminated to a thickness of about 100 to 5 μm (preferably 1000 to 1 μm), and a metal (A
u, Al, Ag, Cu, Cr, Ni, etc.) and metalloids (Si
And the like are laminated to a thickness of about 50 to 3000 (preferably 100 to 3000).

【0060】なお、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。また厚すぎると厚さ方向に
光反応速度が遅くなるので好ましくない。反射層3では
その厚みが上記範囲より薄すぎると反射が得られない。
If the thickness of the recording layer 2 is smaller than the above range, no light sensitivity can be obtained. On the other hand, if the thickness is too large, the photoreaction speed decreases in the thickness direction, which is not preferable. If the thickness of the reflective layer 3 is too small, the reflection cannot be obtained.

【0061】上記のように構成した光記録媒体P1によ
れば、基板1より入射した入射光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。
According to the optical recording medium P1 configured as described above, information can be recorded by the incident light L1 incident from the substrate 1, and the information can be read by detecting the reflected light L2.

【0062】また、図2に示すように、透光性の基板2
1上に記録層22を設け、入射光L11により情報を記
録し、入射光L11と出射光L12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
P2としても良い。
Further, as shown in FIG.
An optical recording medium P2 may be provided in which a recording layer 22 is provided on the recording medium 1, information is recorded by the incident light L11, and information is reproduced by detecting a difference in light transmittance between the incident light L11 and the output light L12.

【0063】また、図3に示すように、基板21が不透
明な場合には、反射機能を有する基板21上に記録層2
2を設けた光記録媒体P3の場合、入射光L21により
情報の記録を行い、反射光L22により情報の再生を行
うことができる。
As shown in FIG. 3, when the substrate 21 is opaque, the recording layer 2 is placed on the substrate 21 having a reflection function.
In the case of the optical recording medium P3 provided with 2, the information can be recorded by the incident light L21 and the information can be reproduced by the reflected light L22.

【0064】なお、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。
Note that these layer configurations are the minimum required configurations. For example, a reflective layer or a recording layer may be covered with a protective layer to form a multi-layer configuration.

【0065】また、本発明のフォトクロミック化合物か
らなる非晶質薄膜は、例えば図4に示す光スイッチング
素子の光伝送路に好適に用いることができる。従来フォ
トリフラクティブ材料用いた光スイッチングの場合、電
荷を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化合物からなる非晶質薄
膜を用いる場合、電界を印加しなくても光だけで制御可
能で、かつ保持できるため、エネルギーを消費すること
なく動作させることが可能となる。
The amorphous thin film made of the photochromic compound of the present invention can be suitably used, for example, in the optical transmission line of an optical switching device shown in FIG. Conventionally, in the case of optical switching using a photorefractive material, there was a problem that an electric charge had to be applied.However, when an amorphous thin film made of the photochromic compound of the present invention was used, light was not applied even when an electric field was applied. Since it can be controlled and held by itself, it can be operated without consuming energy.

【0066】なお本発明の形態では、化学式1で表され
る末端にトリアリールアミノ基を有し、かつ非対称なジ
アリールエテン骨格を有するフォトクロミック化合物
と、該フォトクロミック化合物から成る非晶質薄膜を光
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、これに限定されるものではなく、例えば調光材料
や光センサ等に適用が可能である。またこのフォトクロ
ミック薄膜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。
In the embodiment of the present invention, a photochromic compound having a triarylamino group at a terminal represented by the chemical formula 1 and having an asymmetric diarylethene skeleton, and an amorphous thin film made of the photochromic compound are used as an optical recording medium. And the case where the present invention is applied to an optical switch element has been described, but the present invention is not limited to this. Further, the substrate on which the photochromic thin film is formed is not limited to the above-described materials, and can be appropriately changed without departing from the scope of the invention.

【0067】以上のように、本発明のフォトクロミック
化合物を薄膜として用いることにより、優れた光記録媒
体、光スイッチング素子等の光機能素子を実現すること
が可能である。本発明の光機能素子は、優れた光学特性
を示す前記フォトクロミック化合物から成る記録層を有
しているため、優れたデバイス特性が得られる。
As described above, by using the photochromic compound of the present invention as a thin film, it is possible to realize an excellent optical functional element such as an optical recording medium and an optical switching element. Since the optical functional element of the present invention has the recording layer made of the photochromic compound exhibiting excellent optical characteristics, excellent device characteristics can be obtained.

【0068】[0068]

【実施例】実施例1 化学式5で表わされるフォトクロミック化合物は、ヘキ
サン溶液中で303nmおよび336nmに極大波長を
有する。モル吸光係数は、49000(303nm)5
4000(333nm)と大きな値を示すことが分っ
た。さらにこの化学式5で表わされるフォトクロミック
化合物に、波長313nmの紫外光を照射したところ、
溶液は青色に着色し、その吸収極大598nm付近に観
測された。
EXAMPLES Example 1 The photochromic compound represented by Formula 5 has maximum wavelengths at 303 nm and 336 nm in a hexane solution. The molar extinction coefficient is 49000 (303 nm) 5
It turned out to be a large value of 4000 (333 nm). Further, when the photochromic compound represented by the chemical formula 5 was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 313 nm,
The solution was colored blue and was observed near its absorption maximum of 598 nm.

【0069】DSC測定の結果、化学式5で示されるフ
ォトクロミック化合物は、それぞれ113℃にガラス転
移温度を持つことが確認でき、また光異性化反応により
得られる化学式5の閉環体化合物は、134℃付近にガ
ラス転移温度を持つことが確認できた。
As a result of DSC measurement, it was confirmed that each of the photochromic compounds represented by the chemical formula 5 had a glass transition temperature of 113 ° C., and the ring-closed compound of the chemical formula 5 obtained by the photoisomerization reaction had a temperature of around 134 ° C. Has a glass transition temperature.

【0070】この化学式5で表わ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、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(以下、薄膜1
と言う)を作製した。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、薄膜1は、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。得られた薄膜1をXRD測定、偏光顕微鏡観察を行
ったところ、XRD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。
After dissolving the photochromic compound represented by the chemical formula 5 in toluene, it is applied on a quartz substrate by a spin coating method, and baked at 90 ° C. to form a 1 μm-thick photochromic thin film (hereinafter referred to as a thin film 1).
Was made). In general, an organic thin film has a strong tendency to crystallize, and crystallizes when left for a long period of time, and the crystallized portion becomes a defect to cause deterioration in characteristics. However, it was confirmed that the thin film 1 was free from defects due to crystallization even after being left for more than half a year, and that no deterioration in characteristics was observed. When the obtained thin film 1 was subjected to XRD measurement and observation with a polarizing microscope, only a broad halo was observed in the XRD measurement. It was observed and it was confirmed that it was a uniform amorphous thin film.

【0071】以上のようにして作製した薄膜1に紫外光
313nmの光を照射すると膜が緑色に着色された。こ
のときの薄膜の吸収スペクトルを測定したところ、60
6nm付近に吸収極大を持つことが確認できた。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。
When the thin film 1 produced as described above was irradiated with 313 nm ultraviolet light, the film was colored green. When the absorption spectrum of the thin film at this time was measured, 60
It was confirmed that it had an absorption maximum near 6 nm. Furthermore, it was confirmed that the change of the absorption wavelength due to this light irradiation occurred reversibly. It was found that a reversible photochromic reaction proceeds even in a thin film state.

【0072】また得られた薄膜1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
500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 化学式5の窒素上の置換基(トリル基)に変えて、エチ
ル基を導入した化学式27について、スピンコート法に
より薄膜作製を行ったところ、膜形成後すばやく結晶化
が進行し、均一なアモルファス薄膜は得られなかった。
The properties of the obtained thin film 1 were not degraded due to the deterioration of the compound, even when the photochromic reaction was repeated 10,000 times or more and the film was left for 500 hours or more at 80 ° C. in a dark place. Comparative Example 1 A thin film was prepared by a spin coating method using Formula 27 in which an ethyl group was introduced instead of the substituent (tolyl group) on nitrogen in Chemical Formula 5, and crystallization progressed quickly after the film was formed. No amorphous thin film was obtained.

【0073】[0073]

【化27】 Embedded image

【0074】比較例2 化学式27をPMMAに30重量%の濃度分散させた膜
厚1μmのフォトクロミック薄膜(薄膜2)を作製し
た。PMMA分散膜では、化学式27の濃度が30重量
%を越えると特性劣化が起こることが確認できた。 実施例2 実施例1および比較例2により作製した薄膜1および薄
膜2に633nm、817nm、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た。
紫外光照射によるフォトクロミック反応を進展に伴い、
屈折率が大きくなることが確認できた。照射前の状態と
光定常状態における屈折率差は、薄膜2では2×10-3
であったのに対して、薄膜1では1桁大きい1.2×1
-2であることが分った。これは、薄膜1が、フォトク
ロミック化合物単独でアモルファス薄膜形成されている
ことにより、PMMA分散系に比べて、フォトクロミッ
ク分子構造変化による屈折率変化が大きく影響したため
であると考えられる。 実施例3 実施例1の薄膜1を用いて図1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上に実
施例1で得られたフォトクロミック化合物化学式5から
成る記録層を積層し、さらにこの上にAl層から成る反
射層を積層した。さらにこの上にアクリル樹脂から成る
保護層を形成し、光記録媒体を作製した。
Comparative Example 2 A photochromic thin film (thin film 2) having a thickness of 1 μm was prepared by dispersing Chemical Formula 27 in PMMA at a concentration of 30% by weight. In the PMMA dispersion film, it was confirmed that when the concentration of the chemical formula 27 exceeded 30% by weight, the characteristics deteriorated. Example 2 A change in the refractive index before and after irradiation with ultraviolet light was examined for the thin films 1 and 2 prepared in Example 1 and Comparative Example 2 using laser beams of 633 nm, 817 nm, and 1550 nm.
With the progress of photochromic reaction by ultraviolet light irradiation,
It was confirmed that the refractive index increased. The refractive index difference between the state before irradiation and the light steady state is 2 × 10 −3 in the thin film 2.
On the other hand, the thin film 1 has an order of magnitude of 1.2 × 1
It turned out to be 0 -2 . This is considered to be because the thin film 1 was formed as an amorphous thin film using only the photochromic compound, and the refractive index change due to the change in the photochromic molecular structure was greatly affected as compared with the PMMA dispersion system. Example 3 Using the thin film 1 of Example 1, an optical recording medium P1 shown in FIG. 1 was produced. A recording layer composed of the photochromic compound represented by Chemical Formula 5 obtained in Example 1 was laminated on a translucent polycarbonate substrate, and a reflective layer composed of an Al layer was laminated thereon. Further, a protective layer made of an acrylic resin was formed thereon, thereby producing an optical recording medium.

【0075】この光記録媒体全面に紫外光を照射して、
記録層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で得られた薄膜1を用いて光導波路を作製し、
スイッチング現象を確認した。図5に示すような導波路
を作製した。基板111上に、コア部112、113、
本発明のフォトクロミック化合物薄膜からなるフォトク
ロミッククラッド114、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115、及びカプラ1
16が形成されている。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、従来の分散膜に
より作製された導波路よりも大きいことが分かった。
By irradiating the entire surface of the optical recording medium with ultraviolet light,
After bringing the photochromic compound of the recording layer into a colored state,
Recording and reproduction were evaluated using an apparatus having a semiconductor laser of 400 nm and 680 nm mounted on a pickup. Recording was performed at a power of 10 mW with a 400 nm laser, and reproduction was performed at a power of 0.2 mW with a 680 nm laser. As a result, a reproduced signal having a high C / N ratio of 50 db or more was obtained. Further, the number of times of reproduction was 10,000 times or more. Example 4 An optical waveguide was manufactured using the thin film 1 obtained in Example 1,
The switching phenomenon was confirmed. A waveguide as shown in FIG. 5 was manufactured. On a substrate 111, core portions 112, 113,
Photochromic cladding 114 made of the photochromic compound thin film of the present invention, polymer cladding 115 having the same refractive index as the photochromic thin film, and coupler 1
16 are formed. 1.55 nm for the fabricated waveguide
It was found that, when ultraviolet light was applied and the refractive index was changed, light of 1.55 nm could be switched. In addition, it was found that the switching speed was higher than that of a waveguide made of a conventional dispersion film.

【0076】[0076]

【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化合物から成るフォトクロミ
ック化合物は、高分子マトリックス中に分散せず、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ため、分散膜と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。
According to the present invention, a photochromic compound comprising a diarylethene compound having a triarylamino group can form an amorphous thin film using the photochromic compound alone without being dispersed in a polymer matrix. Exhibit greater optical properties, especially large absorbance changes and refractive index changes compared to dispersion films.

【0077】更に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ことが分
かった。
Further, it has been found that the optical functional element using this has excellent device characteristics and can respond at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光機能素子である光記録媒体P1の構
造を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of an optical recording medium P1 which is an optical functional element of the present invention.

【図2】本発明の光機能素子である光記録媒体P2を説
明する概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating an optical recording medium P2 which is an optical functional element of the present invention.

【図3】本発明の光機能素子である光記録媒体P3を説
明する概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view illustrating an optical recording medium P3 which is an optical functional element of the present invention.

【図4】本発明に係る光導波路体を模式的に説明する斜
視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating an optical waveguide according to the present invention.

【図5】本発明に係る光導波路体を説明する概略平面図
である。
FIG. 5 is a schematic plan view illustrating an optical waveguide according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21、111・・・基板 2、12、22・・・記録層 3・・・反射層 P1、P2、P3・・・光記録媒体 L1、L11、L21・・・入射光 L2、L22・・・反射光 L12・・・出射光 113、112・・・コア部 114、115・・・クラッド部 1, 11, 21, 111 ... substrate 2, 12, 22 ... recording layer 3 ... reflection layer P1, P2, P3 ... optical recording medium L1, L11, L21 ... incident light L2, L22: Reflected light L12: Outgoing light 113, 112: Core part 114, 115: Cladding part

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/361 G02F 1/361 1/365 1/365 G11B 7/24 516 G11B 7/24 516 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) G02F 1/361 G02F 1/361 1/365 1/365 G11B 7/24 516 G11B 7/24 516

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】化学式1で表わされ、脂肪族環、酸無水
物、マレイミド基のいずれかからなる環Aを含み、光に
よって可逆的に屈折率が変化することを特徴とするフォ
トクロミック化合物。 【化1】 但し、式中R1、R2は、水素、アルキル基、アルコキシ
基を示す。R3、R4、R 5、R6は、各々水素、アルキル
基、アルコキシ基、アリール基を示し、未置換でも或い
は一部が置換されていても良い。置換基としてはアルキ
ル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基、アミノ基、
アルコキシ基、シアノ基がある。RAは芳香族環又は複
素環とし、これらは一部に置換基を有するものを含む。
Xは酸素、硫黄、窒素原子を示す。
1. An aliphatic ring represented by the formula (1):
Product, containing a ring A consisting of either a maleimide group or
Therefore, the refraction index changes reversibly.
Tochromic compound. Embedded imageWhere R1, RTwoIs hydrogen, alkyl group, alkoxy
Represents a group. RThree, RFour, R Five, R6Is hydrogen, alkyl
Group, alkoxy group or aryl group, which may be unsubstituted
May be partially substituted. Alkyl as a substituent
Group, aryl group, halogen group, nitro group, amino group,
There are an alkoxy group and a cyano group. RA is an aromatic ring or
And those having a substituent in part.
X represents an oxygen, sulfur, or nitrogen atom.
【請求項2】基板上に請求項1記載のフォトクロミック
化合物から成る薄膜を形成せしめ、該薄膜に光を照射す
ることにより情報の記録を行わせるように成したことを
特徴とする光機能素子。
2. An optical functional device comprising a thin film made of the photochromic compound according to claim 1 formed on a substrate, and recording the information by irradiating the thin film with light.
【請求項3】基板上に光が導波するコア部と該コア部の
周りに設けられたクラッド部からなる光スイッチング用
の光機能素子において、前記コア部又は前記クラッド部
のいずれか一方の一部が請求項1記載のフォトクロミッ
ク化合物から構成されることを特徴とする光機能素子。
3. An optical functional device for optical switching comprising a core portion on which light is guided on a substrate and a cladding portion provided around the core portion, wherein one of the core portion and the cladding portion is provided. An optical functional device comprising a part of the photochromic compound according to claim 1.
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