JP2007099739A - Compound, organic functional material, and organic functional element - Google Patents

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康成 西片
Yasuhiro Yamaguchi
康浩 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound capable of maintaining a high functional performance and excellent in heat resistance and stability. <P>SOLUTION: This compound is expressed by general formula (1) (Z<SP>1</SP>, Z<SP>2</SP>and Z<SP>3</SP>are each an aromatic group; L is a bivalent π conjugate group or a single bond; and Y<SP>1</SP>is a bivalent organic group; provided that any two or more of the aromatic groups expressed by Z<SP>1</SP>, Z<SP>2</SP>and Z<SP>3</SP>and the bivalent π conjugate group may be bonded to each other and form a condensed ring). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、コピー機、プリンター、電子ペーパー等に利用できる有機電子写真感光体;電子表示板、ディスプレー等に利用できる有機電界発光素子;光情報通信、光情報処理等において有用な光変調器、光スイッチ、光集積回路、光コンピューター、光メモリー、波長変換素子、フォログラフ素子等に利用できる有機非線形光学素子;等の光及び/又は電気に関する機能を発揮する有機機能性素子に関する。またさらには、該有機機能性素子を形成するキー(Key)材料である有機機能性材料、及び該有機機能性材料等として好適に用いることができる化合物に関する。   The present invention relates to an organic electrophotographic photosensitive member that can be used for a copying machine, a printer, electronic paper, and the like; an organic electroluminescent device that can be used for an electronic display board, a display, and the like; a light modulator useful in optical information communication, optical information processing, and the like; The present invention relates to an organic functional element that exhibits functions related to light and / or electricity, such as an organic nonlinear optical element that can be used in an optical switch, an optical integrated circuit, an optical computer, an optical memory, a wavelength conversion element, a holographic element, and the like. Furthermore, the present invention relates to an organic functional material that is a key material for forming the organic functional element, and a compound that can be suitably used as the organic functional material.

光を用いる光情報通信、光情報処理、イメージング等の分野において重要な波長変換素子、光変調器、光スイッチ、等の機能性素子の多くは非線形光学材料、特に二次非線形光学材料を用いることによって具現化される。二次非線形光学材料としてはこれまでにニオブ酸リチウム、燐酸二水素カリウム等の無機非線形光学材料が既に実用化され、広く用いられているが、近年、これらの無機材料に対し、高い非線形光学性能、安価な材料並びに製造コスト、高い量産性、等の優位性を有する有機非線形光学材料が注目され、実用化に向けての活発な研究開発が行われている。   Most of the functional elements such as wavelength conversion elements, optical modulators, optical switches, etc., which are important in the fields of optical information communication, optical information processing, and imaging using light, use nonlinear optical materials, especially second-order nonlinear optical materials. Is embodied by. Inorganic nonlinear optical materials such as lithium niobate and potassium dihydrogen phosphate have already been put into practical use and widely used as secondary nonlinear optical materials. In recent years, however, these nonlinear materials have high nonlinear optical performance. Attention has been focused on inexpensive materials and organic nonlinear optical materials having advantages such as manufacturing cost, high mass productivity, and the like, and active research and development for practical application has been conducted.

二次非線形光学効果は、原理的に系に対称中心が存在しないことが必須要件であり、非線形光学活性を有する有機化合物を対称中心の存在しない結晶構造に結晶化させた系(結晶系)、と非線形光学活性を有する有機化合物を高分子バインダーに含有又は結合させ、該非線形光学活性有機化合物を何らかの手段によって配向させた系(高分子系)に大別される。結晶系有機非線形光学材料は、非常に高い非線形光学性能を発揮し得ることが知られているが、結晶構造の人為的な制御は現状では不可能に近く対称中心の存在しない結晶構造が得られことは稀であり、たとえ得られたとしても素子化に必要な大きな有機結晶を作製することは困難である。また有機結晶の強度は非常に脆く素子化工程で破損してしまう等の問題がある。これに対し、高分子系有機非線形光学材料は、バインダー高分子により、素子化するに当って有用な成膜性、機械的強度等の好ましい特性が付与され、実用化に向けてのポテンシャルが高く有望視されている。   The second-order nonlinear optical effect is indispensable in principle that the system does not have a center of symmetry, and a system (crystal system) in which an organic compound having nonlinear optical activity is crystallized into a crystal structure having no center of symmetry. And a system (polymer system) in which an organic compound having nonlinear optical activity is contained or bonded to a polymer binder and the nonlinear optically active organic compound is oriented by some means. Crystalline organic nonlinear optical materials are known to exhibit very high nonlinear optical performance, but artificial control of the crystal structure is impossible at present, and a crystal structure without a symmetrical center can be obtained. This is rare, and even if it is obtained, it is difficult to produce a large organic crystal necessary for device formation. Further, the strength of the organic crystal is very brittle, and there is a problem that it is damaged in the element forming process. On the other hand, polymer-based organic nonlinear optical materials are provided with favorable properties such as film formability and mechanical strength that are useful for elementization due to the binder polymer, and have high potential for practical use. Promising.

高分子系有機非線形光学材料では、高分子バインダー中に非線形光学活性有機化合物が凝集せずに均一に分散又は結合され、光学的に均質透明となることが要求される。さらに、前記の通り二次の非線形光学効果を発現するには、非線形光学活性有機化合物を何らかの手段によって配向させ異方性を付与しなければならず、また機能性素子に利用するに当ってはその配向状態が素子の置かれる温湿度環境にあって長期間に亘って安定に保持されなければならない。   In the polymer organic nonlinear optical material, it is required that the nonlinear optically active organic compound is uniformly dispersed or bonded in the polymer binder without agglomeration and becomes optically homogeneous and transparent. Furthermore, as described above, in order to develop the second-order nonlinear optical effect, the nonlinear optically active organic compound must be oriented by some means to impart anisotropy, and when used for a functional element. The orientation state must be maintained stably over a long period of time in a temperature and humidity environment where the element is placed.

したがって、高分子系有機非線形光学材料に用いる非線形光学活性有機化合物としては、高い非線形光学性能に加えて、凝集性が低く、バインダー高分子との相溶性に優れることが要求される。また、高分子系有機非線形光学材料は一般に薄膜の形態にて素子化され、該薄膜の形成法としては湿式塗布法が好適に用いられるため、高分子系有機非線形光学材料に用いる非線形光学活性有機化合物としては、塗布溶剤への高い溶解性が要求される。一方、バインダー高分子としては、高い成膜性、機械的強度等に加え、内包する非線形光学活性有機化合物の配向状態を安定に保持するための高いガラス転移温度が要求される。   Therefore, the nonlinear optically active organic compound used for the polymer organic nonlinear optical material is required to have low cohesiveness and excellent compatibility with the binder polymer in addition to high nonlinear optical performance. In addition, since the polymer organic nonlinear optical material is generally formed into an element in the form of a thin film, and the wet coating method is suitably used as a method for forming the thin film, the nonlinear optical active organic material used for the polymer organic nonlinear optical material is used. The compound is required to have high solubility in a coating solvent. On the other hand, the binder polymer is required to have a high glass transition temperature in order to stably maintain the orientation state of the encapsulating nonlinear optically active organic compound in addition to high film formability and mechanical strength.

高分子系有機非線形光学材料において二次の非線形光学活性を生起させるには、上述の様に非線形光学活性有機化合物を配向させる必要がある。該配向法としては、一般に電界ポーリング法が用いられる。電界ポーリング法は、非線形光学材料に電界を印加し、非線形光学活性化合物の双極子モーメントと印加電界とのクーロン力によって、非線形光学活性化合物を印加電界方向に配向させる配向法であり、一般に、電界印加に加え、ガラス転移温度付近の温度にまで加熱することによって非線形光学活性化合物の分子運動を促進させる。   In order to generate secondary nonlinear optical activity in a polymer organic nonlinear optical material, it is necessary to orient the nonlinear optically active organic compound as described above. As the alignment method, an electric field poling method is generally used. The electric field poling method is an alignment method in which an electric field is applied to a nonlinear optical material, and the nonlinear optically active compound is aligned in the applied electric field direction by the Coulomb force between the dipole moment of the nonlinear optically active compound and the applied electric field. In addition to the application, the molecular motion of the nonlinear optically active compound is promoted by heating to a temperature near the glass transition temperature.

前記非線形光学活性有機化合物としては、π共役鎖の一方の端に電子供与性基、他方の端に電子吸引性基を有する所謂、プッシュ−プル型のπ共役系化合物が有効であることが知られている。例えば、π共役鎖としてのジアゾベンゼン構造の4位に電子供与性基としてのN−エチル−N−(2−ヒドロキシエチル)アミノ基、4’位に電子吸引性基としてニトロ基を有するDR1(Disperse Red 1)が、代表的な非線形光学活性有機化合物としてよく知られている。しかしながら、DR1は通常の高分子バインダーとの相溶性が低い、昇華し易く乾燥時や電界ポーリング時の加熱に伴い消失してしまう、ジアルキルアミノ基が酸化され変質してしまう、非線形光学性能が低い等の問題がある。これらの問題を解決するために、これまでに種々の非線形光学活性有機化合物が開発されてきたが、未だに全てを同時に満足するものは見出されていない。特に、高い非線形光学性能と高いバインダー相溶性の両立が困難である。すなわち、プッシュ−プル型のπ共役系化合物においては、一般に、π共役鎖を長くする、電子吸引性基の電子吸引能を強くする、電子供与性基の電子供与能を強くする等によって非線形光学性能が向上することが知られているが、これらは同時に凝集性の増加を伴い高分子バインダーとの相溶性の低下を齎す。   As the nonlinear optically active organic compound, a so-called push-pull type π-conjugated compound having an electron-donating group at one end of the π-conjugated chain and an electron-withdrawing group at the other end is known to be effective. It has been. For example, DR1 having an N-ethyl-N- (2-hydroxyethyl) amino group as an electron donating group at the 4-position of a diazobenzene structure as a π-conjugated chain and a nitro group as an electron-withdrawing group at the 4 ′ position ( Disperse Red 1) is well known as a representative nonlinear optically active organic compound. However, DR1 has low compatibility with ordinary polymer binders, is easily sublimated, disappears with heating during drying or electric field poling, dialkylamino groups are oxidized and deteriorated, and nonlinear optical performance is low. There are problems such as. In order to solve these problems, various nonlinear optically active organic compounds have been developed so far, but no compound that satisfies all of them has been found yet. In particular, it is difficult to achieve both high nonlinear optical performance and high binder compatibility. That is, in a push-pull type π-conjugated compound, in general, nonlinear optics can be obtained by elongating the π-conjugated chain, strengthening the electron-withdrawing ability of the electron-withdrawing group, and strengthening the electron-donating ability of the electron-donating group. Although it is known that the performance is improved, these are accompanied by an increase in cohesiveness and a decrease in compatibility with the polymer binder.

また、非常に高い非線形光学性能を示す化合物として下記構造の化合物が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。しかし、非線形光学性能には優れるものの、凝集性が非常に高く結晶の析出を抑えて高分子バインダー中に分子分散させた膜を得ることが非常に困難である。また、塗布溶剤として沸点の低いハロゲン系の溶剤を用いる必要があることが知られており、ハロゲン系の溶剤は大気環境への悪影響が大きいため実用化に当っては好ましくない。   Moreover, the compound of the following structure is disclosed as a compound which shows very high nonlinear optical performance (for example, refer nonpatent literature 1). However, although the nonlinear optical performance is excellent, it is very difficult to obtain a film in which the cohesiveness is very high and the crystal is prevented from being precipitated and the molecules are dispersed in the polymer binder. Moreover, it is known that it is necessary to use a halogen-based solvent having a low boiling point as a coating solvent, and a halogen-based solvent is not preferable for practical use because it has a great adverse effect on the atmospheric environment.

Figure 2007099739
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一方、前記バインダー高分子としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)が最もよく検討されてきたが、PMMAのガラス転移温度は100℃程度と低く、PMMAをバインダー高分子として用いた高分子系有機非線形光学材料の配向状態は室温でも徐々に緩和し、非線形光学性能が経時で著しく低下してしまい機能性素子としての実用化には耐えないことが知られている(例えば、非特許文献2参照)。この問題を解決するためにPMMAに代わるバインダー高分子の探索が活発に行われ、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルフォン(例えば、特許文献1参照)、ポリ環状オレフィン等のPMMAよりもガラス転移温度の高い高分子の有効性が報告されている。しかし、これらの高いガラス転移温度を有するバインダー高分子を用いると、電界ポーリング時に必要となる加熱温度も上がることになり、前記DR1等の非線形光学活性有機化合物の場合、昇華により消失してしまったり、酸化されてしまったりするという問題があった。また、これらの高いガラス転移温度を有するバインダー高分子とDR1等の非線形光学活性有機化合物との相溶性は必ずしもよくなく、非線形光学性能を高めるために非線形光学活性有機化合物を高濃度で添加するとそれらが凝集化或いは結晶化してしまうという問題や、また低濃度であっても加熱や経時により凝集化或いは結晶化が起こってしまうという問題があった。   On the other hand, polymethylmethacrylate (PMMA) has been most studied as the binder polymer, but the glass transition temperature of PMMA is as low as about 100 ° C., and polymer organic nonlinear optics using PMMA as the binder polymer. It is known that the orientation state of the material is gradually relaxed even at room temperature, and the nonlinear optical performance is remarkably deteriorated with time, and cannot be put into practical use as a functional element (for example, see Non-Patent Document 2). In order to solve this problem, a search for a binder polymer instead of PMMA has been actively conducted, and a glass transition temperature higher than that of PMMA such as polycarbonate, polyimide, polysulfone (for example, see Patent Document 1), polycyclic olefin, and the like is high. The effectiveness of the molecule has been reported. However, when these binder polymers having a high glass transition temperature are used, the heating temperature required for electric field poling also increases, and in the case of the nonlinear optically active organic compound such as DR1, it may disappear due to sublimation. There was a problem of being oxidized. In addition, the compatibility between the binder polymer having a high glass transition temperature and the nonlinear optically active organic compound such as DR1 is not always good, and when the nonlinear optically active organic compound is added at a high concentration in order to enhance the nonlinear optical performance, they Have a problem that they are agglomerated or crystallized, and even at low concentrations, agglomeration or crystallization occurs due to heating or aging.

上述したような、高分子系有機非線形光学材料における高い機能性(非線形光学材料においては非線形光学性能)と高い相溶性との両立と云う課題は、一般に、機能性有機化合物を高分子バインダーに含有させてなる有機機能性材料に共通する課題である。
ケミストリー オブ マテリアルズ(Chemistry of Materials)、2001年、13巻、3043〜3050頁 ケミカル レビューズ(Chemical Reviews)、1994年、94巻、1号、31〜75頁 特開平6−202177号公報
As described above, the problem of coexistence of high functionality (nonlinear optical performance in nonlinear optical materials) and high compatibility in polymer organic nonlinear optical materials generally includes functional organic compounds in polymer binders. This is a problem common to organic functional materials.
Chemistry of Materials, 2001, Vol. 13, p. 3043-3050. Chemical Reviews, 1994, Vol. 94, No. 1, pp. 31-75 JP-A-6-202177

本発明は、以上のような従来技術の問題を解決することを目的とする。即ち、本発明の目的は、高い機能性能を維持すると共に、耐熱性や安定性に優れた化合物、高い機能性能を維持すると共に、優れた安定性を有する有機機能性材料、並びに該有機機能性材料を用いた有機機能性素子を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above. That is, an object of the present invention is to maintain a high functional performance, as well as a compound having excellent heat resistance and stability, an organic functional material having high functional performance and excellent stability, and the organic functional properties. An object of the present invention is to provide an organic functional element using a material.

本発明者等は、前記の課題を解決すべく、機能性有機化合物並びにバインダー高分子に関して鋭意検討を行った結果、新規な機能性有機化合物を活用することにより、前記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、上記課題は以下の本発明により解決される。
<1> 下記一般式(1)で表されることを特徴とする化合物である。
As a result of earnest studies on the functional organic compound and the binder polymer in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors can solve the above-mentioned problems by utilizing a novel functional organic compound. As a result, the present invention has been completed.
That is, the said subject is solved by the following this invention.
<1> A compound represented by the following general formula (1).

Figure 2007099739
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(一般式(1)中、Z1,Z2及びZ3は芳香族基を、Lは2価のπ共役基又は単結合を、Y1は2価の有機基を示す。尚、Z1,Z2及びZ3で示される芳香族基並びにLで表される2価のπ共役基は、何れか2以上が結合し縮合環を形成してもよい。) (In the general formula (1), the Z 1, Z 2 and Z 3 are aromatic groups, L is a divalent π conjugated group or a single bond, Y 1 represents a divalent organic group. In addition, Z 1 , Z 2 and Z 3 , and the divalent π-conjugated group represented by L may be combined with each other to form a condensed ring.

<2> 下記一般式(2)で表されることを特徴とする前記<1>に記載の化合物である。   <2> The compound according to <1>, which is represented by the following general formula (2).

Figure 2007099739
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(一般式(2)中、Z1,Z2及びZ3は芳香族基を、Lは2価のπ共役基又は単結合を、Y2は2価の有機基又は単結合を、R1及びR2は有機基を示す。また、n及びmは、それぞれ0から3の整数を示す。尚、Z1,Z2及びZ3で示される芳香族基並びにLで表される2価のπ共役基は、何れか2以上が結合し縮合環を形成してもよく、また、R1及びR2で表される有機基は、R1とR2、R1同士又はR2同士が結合して環構造を形成してもよい。) (In the general formula (2), Z 1 , Z 2 and Z 3 are aromatic groups, L is a divalent π-conjugated group or single bond, Y 2 is a divalent organic group or single bond, R 1 And R 2 represents an organic group, and n and m each represents an integer of 0 to 3. In addition, an aromatic group represented by Z 1 , Z 2 and Z 3 , and a divalent group represented by L Any two or more of the π-conjugated groups may be bonded to form a condensed ring, and the organic groups represented by R 1 and R 2 are R 1 and R 2 , R 1 or R 2 , It may combine to form a ring structure.)

<3> 有機機能性化合物として前記<1>又は<2>に記載の化合物を含有することを特徴とする有機機能性材料である。   <3> An organic functional material comprising the compound according to <1> or <2> as the organic functional compound.

<4> 前記有機機能性化合物が高分子バインダーに分散又は結合して成ることを特徴とする前記<3>に記載の有機機能性材料である。   <4> The organic functional material according to <3>, wherein the organic functional compound is dispersed or bonded to a polymer binder.

<5> 前記高分子バインダーが、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリアリレート及びポリ環状オレフィンから選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする前記<4>に記載の有機機能性材料である。   <5> The organic functional material according to <4>, wherein the polymer binder is one or more selected from polyimide, polycarbonate, polyarylate, and polycyclic olefin.

<6> 前記<3>〜<5>の何れか1項に記載の有機機能性材料を塗布したことを特徴とする有機機能性素子である。   <6> An organic functional element, wherein the organic functional material according to any one of <3> to <5> is applied.

<7> 非線形光学機能によって動作することを特徴とする前記<6>に記載の有機機能性素子である。   <7> The organic functional element according to <6>, which operates by a nonlinear optical function.

本発明によれば、高い機能性能を維持すると共に、耐熱性や安定性に優れた化合物、高い機能性能を維持すると共に、優れた安定性を有する有機機能性材料、並びに該有機機能性材料を用いた有機機能性素子を提供することができる。   According to the present invention, while maintaining high functional performance, a compound having excellent heat resistance and stability, an organic functional material having high stability while maintaining high functional performance, and the organic functional material The used organic functional element can be provided.

<有機機能性化合物>
本発明の化合物は、下記一般式(1)で表されることを特徴とする。
該化合物は高い機能性能を有する有機機能性化合物であり、その機能性能としては、両極性電荷輸送機能、光電荷発生機能等の光電機能;フォトルミネッセンス機能、エレクトロルミネッセンス機能等の発光機能;高調波発生機能、電気光学機能、フォトリフラクティブ機能等の非線形光学機能;等を挙げることができる。
<Organic functional compound>
The compound of the present invention is represented by the following general formula (1).
The compound is an organic functional compound having high functional performance. The functional performance includes a photoelectric function such as an ambipolar charge transport function and a photocharge generation function; a light emitting function such as a photoluminescence function and an electroluminescence function; Non-linear optical functions such as a generating function, an electro-optical function, and a photorefractive function;

Figure 2007099739
Figure 2007099739

(一般式(1)中、Z1,Z2及びZ3は芳香族基を、Lは2価のπ共役基又は単結合を、Y1は2価の有機基を示す。尚、Z1,Z2及びZ3で示される芳香族基並びにLで表される2価のπ共役基は、何れか2以上が結合し縮合環を形成してもよい。) (In the general formula (1), the Z 1, Z 2 and Z 3 are aromatic groups, L is a divalent π conjugated group or a single bond, Y 1 represents a divalent organic group. In addition, Z 1 , Z 2 and Z 3 , and the divalent π-conjugated group represented by L may be combined with each other to form a condensed ring.

電子供与性基の一種である置換又は無置換のトリアリールアミン構造を有する有機機能性化合物は、相当するジアルキルアミン構造を有する有機機能性材料に比して高い熱安定性を有することが知られている(詳しくは、「米国化学会誌」、1993年、115巻、12599〜12600頁に記載されている。)。また、一般式(1)で表される化合物の電子吸引性基と同様の構造を持つ3,5,3’,5’−テトラアルキルジフェノキノン誘導体電子吸引性化合物は、強い電子吸引性と高いバインダー相溶性を有し、高分子バインダーに分散することによって優れた電子輸送材料として機能することが知られている(詳しくは、「Chemistry of Materials」、1991年、3巻、709〜714頁に記載されている)。
本発明者等は、4−シアノ−5−ジシアノビニリデニル−2,5−ジヒドロフラン−3−イル基誘導体の強い電子吸引性と高いバインダー相溶性、及びトリアリールアミン誘導体の高い熱安定性に注目し、それらをプッシュ−プル型π共役系化合物の電子吸引性基並びに電子供与性基として用いることによって、耐熱性、耐酸化性、耐光性、耐昇華性、溶解性、合成の容易さ等の点で好ましい機能が発現し、有機機能性材料として好適に用いられる化合物であることを見出した。
It is known that an organic functional compound having a substituted or unsubstituted triarylamine structure, which is a kind of electron donating group, has higher thermal stability than an organic functional material having a corresponding dialkylamine structure. (The details are described in "American Chemical Society Journal," 1993, 115, 12599-12600.) Moreover, the 3,5,3 ′, 5′-tetraalkyldiphenoquinone derivative electron-withdrawing compound having the same structure as the electron-withdrawing group of the compound represented by the general formula (1) has strong electron-withdrawing property. It is known that it has high binder compatibility and functions as an excellent electron transport material by being dispersed in a polymer binder (for details, see “Chemistry of Materials”, 1991, Vol. 3, pages 709-714. It is described in).
The inventors have shown that the strong electron withdrawing property and high binder compatibility of 4-cyano-5-dicyanovinylidenyl-2,5-dihydrofuran-3-yl group derivatives, and the high thermal stability of triarylamine derivatives. By using them as electron-withdrawing groups and electron-donating groups of push-pull type π-conjugated compounds, heat resistance, oxidation resistance, light resistance, sublimation resistance, solubility, and ease of synthesis In view of the above, it has been found that the compound exhibits a preferable function and is suitably used as an organic functional material.

ここで、前記一般式(1)で表される化合物について説明する。
一般式(1)中、Z1及びZ2は1価の、Z3は2価の芳香族基である。該芳香族基としては特に限定されるわけではないが、5〜7員環のもの、更には6員環のものが好ましく、窒素、酸素、イオウ等のヘテロ原子を含んでいてもよく、複数の芳香環が縮環した構造を有していてもよい。さらにはZ1、Z2及びZ3が直接もしくは適当な連結基を介して結合していてもよい。
また、前記芳香族基は置換基を有していてもよく、Z1及びZ2はメチル基よりもバルキーな置換基を有していることが好ましい。該置換基としては、例えば、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、n−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、アダマンチル基、メトキシ基、フェノキシ基等が挙げられる。
Here, the compound represented by the general formula (1) will be described.
In the general formula (1), Z 1 and Z 2 are monovalent and Z 3 is a divalent aromatic group. The aromatic group is not particularly limited, but is preferably a 5- to 7-membered ring, more preferably a 6-membered ring, which may contain heteroatoms such as nitrogen, oxygen, sulfur, etc. The aromatic ring may have a condensed structure. Further, Z 1 , Z 2 and Z 3 may be bonded directly or via an appropriate linking group.
The aromatic group may have a substituent, and Z 1 and Z 2 preferably have a bulky substituent rather than a methyl group. Examples of the substituent include an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an n-hexyl group, a 2-ethylhexyl group, a cyclohexyl group, a phenyl group, an adamantyl group, a methoxy group, and a phenoxy group. Can be mentioned.

前記1価の(置換)芳香族基の具体例としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基、チオフェン−2−イル基、チオフェン−3−イル基、アズレン−1−イル基、ピロール−2−イル基、ピロール−3−イル基等が挙げられ、中でもフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、チオフェン−2−イル基、チオフェン−3−イル基が好ましく、特に合成が容易で、かつ電子密度が高く安定性の高い原子団であるという観点から、フェニル基、チオフェン−2−イル基が好ましい。   Specific examples of the monovalent (substituted) aromatic group include, for example, phenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 2-pyridyl group, 3-pyridyl group, 4-pyridyl group, thiophen-2-yl Yl group, thiophen-3-yl group, azulene-1-yl group, pyrrol-2-yl group, pyrrol-3-yl group, etc., among which phenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, thiophene -2-yl group and thiophen-3-yl group are preferable, and phenyl group and thiophen-2-yl group are preferable from the viewpoint of being easy to synthesize and having high electron density and high stability.

また、前記2価の(置換)芳香族基の具体例としては、例えば、1,4−フェニレン基、1,3−ナフタレニル基、1,4−ナフタレニル基、2,6−ナフタレニル基、2,7−ナフタレニル基、2,5−チエニル基、2,5−ピリジニル基、2,5−ピリミジル基、9,10−アントラセニル基等が挙げられ、中でも、1,4−フェニレン基、1,4−ナフタレニル基、2,5−チエニル基が好ましく、特に合成が容易で、かつ電子密度が高く安定性の高い原子団であるという観点から、無置換の1,4−フェニレン基、置換もしくは3、4位に置換基を有する2,5−チエニル基が好ましい。   Specific examples of the divalent (substituted) aromatic group include, for example, 1,4-phenylene group, 1,3-naphthalenyl group, 1,4-naphthalenyl group, 2,6-naphthalenyl group, 2, Examples include 7-naphthalenyl group, 2,5-thienyl group, 2,5-pyridinyl group, 2,5-pyrimidyl group, 9,10-anthracenyl group, and the like. Among them, 1,4-phenylene group, 1,4- A naphthalenyl group and a 2,5-thienyl group are preferable, and an unsubstituted 1,4-phenylene group, substituted or 3, 4 is particularly preferable from the viewpoint of easy synthesis and an atomic group having high electron density and high stability. A 2,5-thienyl group having a substituent at the position is preferred.

また、Z1,Z2及びZ3で示される芳香族基は、何れか2以上が結合し縮合環を形成してもよく、該縮合環の例としては、Z1とZ2が互いに窒素原子に対してオルト位で結合しカルバゾール構造を形成しているもの等が挙げられる。 In addition, any of two or more of the aromatic groups represented by Z 1 , Z 2 and Z 3 may be bonded to form a condensed ring. Examples of the condensed ring include Z 1 and Z 2 which are nitrogen atoms. Examples thereof include those that are bonded to an atom at an ortho position to form a carbazole structure.

上記一般式(1)中、Lは2価のπ共役基又は単結合である。また、Z1、Z2及びZ3のいずれかと直接もしくは適当な連結基を介して結合し、縮合環を形成していてもよい。
前記π共役基は、環構造に含まれるか、環構造に直結するか、若しくは環構造に隣接するπ共役基であることが好ましく、さらにはtrans−ビニレン構造、trans−ビニレン−p−フェニレン−trans−ビニレン構造、アセチレン結合を有するエチニル構造、エチニル−p−フェニレン−エチニル構造、trans−アゾ−構造、trans−アゾ−p−フェニレン―trans―アゾ構造もしくはこれらを累積させた構造であることがより好ましい。尚、Lの長さを調整することにより非線形光学性能等の機能性能をより向上させることができる。一般にはLの長さが長いほど機能性能は大きくなる。一方でLが長くなると溶解性、相溶性は低下し、加工性が損なわれる。加えて、合成の容易さに起因する経済性も、Lが長くなると大きく低下する。耐熱性、耐久性についてはLの長さと一次的相関関係はないが、Lが極端に長い場合には低下する。その観点から特にLとしては、trans−ビニレン構造、trans−ビニレン−p−フェニレン−trans−ビニレン構造が好ましい。
In the general formula (1), L is a divalent π-conjugated group or a single bond. Further, it may be bonded to any one of Z 1 , Z 2 and Z 3 directly or via an appropriate linking group to form a condensed ring.
The π-conjugated group is preferably a π-conjugated group that is included in the ring structure, directly linked to the ring structure, or adjacent to the ring structure, and more preferably a trans-vinylene structure, trans-vinylene-p-phenylene- a trans-vinylene structure, an ethynyl structure having an acetylene bond, an ethynyl-p-phenylene-ethynyl structure, a trans-azo-structure, a trans-azo-p-phenylene-trans-azo structure, or a structure obtained by accumulating these structures More preferred. It should be noted that by adjusting the length of L, functional performance such as nonlinear optical performance can be further improved. In general, the longer L is, the greater the functional performance. On the other hand, when L becomes longer, solubility and compatibility are lowered, and workability is impaired. In addition, the economics resulting from the ease of synthesis are greatly reduced as L becomes longer. There is no primary correlation with the length of L in terms of heat resistance and durability, but it decreases when L is extremely long. From this viewpoint, L is particularly preferably a trans-vinylene structure or a trans-vinylene-p-phenylene-trans-vinylene structure.

上記一般式(1)中、Y1は2価の有機基である。前記Y1を含んで形成される環構造は、特に限定されるわけではないが5又は6員環であることが好ましく、またその環構造中にヘテロ原子を含んでいてもよい。該へテロ原子としては、−NH−、−O−、−S−、−S(=O)2−、−SO−、−PO2−等が挙げられ、中でも−NH−、−O−、−S−が好ましい。更に、Y1を含んで形成される環構造はさらに環が縮合した縮合環の形状であってもかまわない。 In the general formula (1), Y 1 is a divalent organic group. The ring structure formed including Y 1 is not particularly limited, but is preferably a 5- or 6-membered ring, and the ring structure may contain a heteroatom. Examples of the heteroatom include —NH—, —O—, —S—, —S (═O) 2 —, —SO—, —PO 2 —, and the like. Among them, —NH—, —O—, -S- is preferred. Furthermore, the ring structure formed including Y 1 may be in the form of a condensed ring in which a ring is further condensed.

また、本発明における有機機能性化合物としては、前記一般式(1)で表される化合物の中でも、下記一般式(2)で表される化合物が、合成が容易で耐熱性、バインダーとの相溶性に優れるという観点から、より好ましく用いられる。   In addition, as the organic functional compound in the present invention, among the compounds represented by the general formula (1), a compound represented by the following general formula (2) is easy to synthesize, has heat resistance, and a phase with a binder. From the viewpoint of excellent solubility, it is more preferably used.

Figure 2007099739
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(一般式(2)中、Z1,Z2及びZ3は芳香族基を、Lは2価のπ共役基又は単結合を、Y2は2価の有機基又は単結合を、R1及びR2は有機基を示す。また、n及びmは、それぞれ0から3の整数を示す。尚、Z1,Z2及びZ3で示される芳香族基並びにLで表される2価のπ共役基は、何れか2以上が結合し縮合環を形成してもよく、また、R1及びR2で表される有機基は、R1とR2、R1同士又はR2同士が結合して環構造を形成してもよい。) (In the general formula (2), Z 1 , Z 2 and Z 3 are aromatic groups, L is a divalent π-conjugated group or single bond, Y 2 is a divalent organic group or single bond, R 1 And R 2 represents an organic group, and n and m each represents an integer of 0 to 3. In addition, an aromatic group represented by Z 1 , Z 2 and Z 3 , and a divalent group represented by L Any two or more of the π-conjugated groups may be bonded to form a condensed ring, and the organic groups represented by R 1 and R 2 are R 1 and R 2 , R 1 or R 2 , It may combine to form a ring structure.)

一般式(2)中、Z1、Z2、Z3及びLは一般式(1)と同様である。 In general formula (2), Z 1 , Z 2 , Z 3 and L are the same as in general formula (1).

一般式(2)中、R1及びR2は有機基であり、特に脂肪族性置換基であることが好ましい。n又はmが2以上である場合、複数のR1又は複数のR2は、それぞれ同一であっても異なったものでもよい。さらにはR1とR2、R1同士又はR2同士が結合して環構造を形成してもよい。n、mは同一環に対する基の結合数を示し0から3の数を表す。 In general formula (2), R 1 and R 2 are organic groups, and are particularly preferably aliphatic substituents. When n or m is 2 or more, the plurality of R 1 or the plurality of R 2 may be the same or different from each other. Furthermore, R 1 and R 2 , R 1 or R 2 may be bonded to each other to form a ring structure. n and m represent the number of groups bonded to the same ring and represent a number of 0 to 3.

前記脂肪属性置換基としては、置換または無置換の、アルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、アルケニル基、アルキニル基や、置換または無置換のアミノ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等が挙げられる。
前記アルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、アルケニル基、アルキニル基や、置換または無置換のアミノ基としては、直鎖状、分枝状の何れであってもよく、また特に限定されるわけではないが、炭素数は1〜18、更には1〜8であることが好ましい。
Examples of the fatty attribute substituent include substituted or unsubstituted alkyl groups, alkyloxy groups, alkylthio groups, alkenyl groups, alkynyl groups, substituted or unsubstituted amino groups, acryloyloxy groups, methacryloyloxy groups, and the like. .
The alkyl group, alkyloxy group, alkylthio group, alkenyl group, alkynyl group, and substituted or unsubstituted amino group may be linear or branched, and are not particularly limited. Although it does not exist, it is preferable that carbon number is 1-18, Furthermore, it is 1-8.

また、R1とR2、R1同士又はR2同士が結合して環構造を形成してもよい。
また、一般式(2)中、n及びmは、多置換体の場合、立体障害により原料合成反応が進行しづらくなることがあるため、それぞれ0〜1であることがより好ましい。
R 1 and R 2 , R 1 or R 2 may be bonded to each other to form a ring structure.
In the general formula (2), n and m are each preferably 0 to 1, since the raw material synthesis reaction may not proceed easily due to steric hindrance in the case of a polysubstituted product.

上記一般式(2)中、Y2は2価の有機基又は単結合である。尚、前記Y2を含んで形成される環構造は、特に限定されるわけではないが5又は6員環であることが好ましい。
前記2価の有機基としては、−CH2−、−NH−、−O−、−S−、−S(=O)2−、−SO−、−PO2−等が挙げられ、中でも−CH2−、−NH−、−O−、−S−が好ましい。
In the general formula (2), Y 2 is a divalent organic group or a single bond. The ring structure formed including Y 2 is not particularly limited, but is preferably a 5- or 6-membered ring.
Examples of the divalent organic group include —CH 2 —, —NH—, —O—, —S—, —S (═O) 2 —, —SO—, —PO 2 — and the like. CH 2 —, —NH—, —O—, and —S— are preferred.

前記一般式(1)及び一般式(2)で表される化合物の具体例としては、下記のものが例示できる。尚、下記構造式は簡単化のため平面的に、且つ構造異性に関しては一つのケースで、光学異性体については無視して標記しているが、実際には立体的な構造を有し、且つ構造異性、光学異性体並びにこれらの組み合わせに関しては取り得るいずれの構造でも構わない。   Specific examples of the compounds represented by the general formula (1) and the general formula (2) include the following. In addition, the following structural formula is shown in a plane for simplification and in one case with respect to structural isomerism, and ignored with respect to optical isomers, but actually has a three-dimensional structure, and Any possible structure may be used for structural isomerism, optical isomers, and combinations thereof.

Figure 2007099739
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Figure 2007099739
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また、前記一般式(1)においてZ1からZ3の全て又は何れかがヘテロ原子を含む芳香環(例えば、ピリジン環、チオフェン環)、縮合環(例えば、ナフタレン環、ピレン環)となっているものや、Z1とZ2が縮環してカルバゾール構造、キサンテン構造となっているものも、好適な例として挙げることができる。 In the general formula (1), all or any of Z 1 to Z 3 is an aromatic ring containing a hetero atom (eg, pyridine ring, thiophene ring) or condensed ring (eg, naphthalene ring, pyrene ring). Suitable examples include those in which Z 1 and Z 2 are condensed to form a carbazole structure or a xanthene structure.

上記一般式(1)及び(2)で表される化合物の合成方法としては、任意の如何なる方法も利用可能である。例えば、L部が単独二重結合の場合この形成には、下記に示すような、対応するホルミル化合物と対応する電子吸引性基に隣接したメチル基を有する化合物を塩基の存在下にて脱水縮合させる方法が有用である。対応するホルミル化合物の合成方法としては、Vilsmeier法等のホルミル化法等が利用できる。対応する電子吸引性基に隣接したメチル基を有する化合物の合成方法としては、上述の「Chemistry of Materials」、1991年、3巻、709〜714頁;米国特許第4968811号等に記載の方法が利用できる。   As a method for synthesizing the compounds represented by the general formulas (1) and (2), any arbitrary method can be used. For example, in the case where the L part is a single double bond, for this formation, a compound having a methyl group adjacent to a corresponding formyl compound and a corresponding electron-withdrawing group as shown below is subjected to dehydration condensation in the presence of a base. This method is useful. As a method for synthesizing the corresponding formyl compound, a formylation method such as the Vilsmeier method can be used. As a method for synthesizing a compound having a methyl group adjacent to the corresponding electron-withdrawing group, the method described in the above-mentioned “Chemistry of Materials”, 1991, Vol. 3, pages 709 to 714; US Pat. Available.

Figure 2007099739
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Figure 2007099739
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尚、トリアリールアミン部の形成反応としては、ウルマン(Ulmann)カップリング、スズキ(Suzuki)反応、ヘック(Heck)反応、ウィティッヒ(Witig)反応等の既知の反応を用いることができる。
ジヒドロフラニル部の形成については例えば「Chemistry of Materials」、2002年、14巻、2393〜2400頁に開示されている方法もしくはそこに記載されている参考文献記載の方法により合成できる。
As the formation reaction of the triarylamine moiety, known reactions such as Ulmann coupling, Suzuki reaction, Heck reaction, and Witig reaction can be used.
The formation of the dihydrofuranyl moiety can be synthesized, for example, by the method disclosed in “Chemistry of Materials”, 2002, Vol. 14, pages 2393-2400, or the method described in the references described therein.

後述の本発明の有機機能性材料において、有機機能性化合物の含有量は、用いる有機機能性化合物の種類、要求される機能性能や機械的強度、等によって異なるため一概には規定できないが、一般的に、有機非線形光学材料として用いる場合などにおいては、全質量に占める割合として、1〜90質量%の範囲内であることが好ましい。その理由は、1質量%未満では、十分な機能性能が得られない場合が多く、また90質量%を超えると、十分な機械的強度が得られない等の問題が発生する傾向にあるためである。有機機能性化合物の含有量のより好ましい範囲は10〜75質量%であり、さらに好ましくは25〜60質量%である。   In the organic functional material of the present invention to be described later, the content of the organic functional compound varies depending on the type of the organic functional compound used, the required functional performance, mechanical strength, etc. In particular, when used as an organic nonlinear optical material, the proportion of the total mass is preferably in the range of 1 to 90% by mass. The reason is that if the amount is less than 1% by mass, sufficient functional performance cannot be obtained in many cases. If the amount exceeds 90% by mass, problems such as insufficient mechanical strength tend to occur. is there. A more preferable range of the content of the organic functional compound is 10 to 75% by mass, and further preferably 25 to 60% by mass.

<有機機能性材料>
本発明の有機機能性材料は、有機機能性化合物として前記一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする。本発明の有機機能性材料は、高い機能性能を有するだけでなく、有機機能性化合物として用いる一般式(1)で表される化合物自体の耐熱性や安定性が高いことや、一般式(1)で表される化合物が高分子バインダーとの相溶性が高く均質な膜とすることができることから、耐熱性や経時安定性等の優れた安定性を有する。
(バインダー高分子)
本発明の有機機能性材料は、前記有機機能性化合物を含有することを特徴とし、有機機能性化合物単独の単結晶、多結晶、アモルファス固体として利用してもよいが、一般に素子化するにあたっての成膜性や機械的強度等の要請から、有機機能性化合物を高分子バインダーに分散又は結合した複合材料として用いることが好ましい。
<Organic functional materials>
The organic functional material of the present invention contains the compound represented by the general formula (1) as an organic functional compound. The organic functional material of the present invention has not only high functional performance but also high heat resistance and stability of the compound itself represented by the general formula (1) used as the organic functional compound, and the general formula (1 The compound represented by) has high compatibility with the polymer binder and can form a homogeneous film, and thus has excellent stability such as heat resistance and stability over time.
(Binder polymer)
The organic functional material of the present invention is characterized by containing the organic functional compound, and may be used as a single crystal, a polycrystal, or an amorphous solid of the organic functional compound alone. It is preferable to use as a composite material in which an organic functional compound is dispersed or bonded to a polymer binder in view of demands for film formability and mechanical strength.

本発明に用いるバインダー高分子は、光学品質並びに成膜性に優れるものであれば如何なるものでも構わないが、ガラス転移温度が100℃以上であるものが好ましい。特に好ましくは、ガラス転移温度が140℃以上であり、且つ機械的強度の高いのものであり、具体的にはポリイミド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリ環状オレフィンが挙げられ、中でも特にポリカーボネート、ポリアリレートが好ましい。前記一般式(1)で表される機能性有機化合物はこれらの高分子バインダーと高い相溶性を示す。   The binder polymer used in the present invention may be any polymer as long as it is excellent in optical quality and film formability, but preferably has a glass transition temperature of 100 ° C. or higher. Particularly preferred are those having a glass transition temperature of 140 ° C. or higher and high mechanical strength, and specific examples include polyimide, polycarbonate, polyarylate, and polycyclic olefin. Among these, polycarbonate and polyarylate are particularly preferred. preferable. The functional organic compound represented by the general formula (1) exhibits high compatibility with these polymer binders.

上記の有機機能性化合物はバインダー高分子中に微結晶状態又は分子状態にて分散された状態にて有機機能性材料として供されるが、光に関する機能を活用する素子に応用するに当たっては分子状態にて分散することが、透明性等の光学品質の点で好ましい。また、上記の有機機能性化合物をバインダー高分子の側鎖又は主鎖中に化学的に連結させてもよい。   The above-mentioned organic functional compound is provided as an organic functional material in a microcrystalline state or a molecular state dispersed in a binder polymer, but when applied to a device that utilizes light-related functions, the molecular state It is preferable from the viewpoint of optical quality such as transparency. Further, the above organic functional compound may be chemically linked into the side chain or main chain of the binder polymer.

(他の添加剤)
本発明の有機機能性材料には、前記の有機機能性化合物とバインダー高分子の他に、必要に応じ種々の添加物を加えることができる。例えば、有機機能性化合物及び/又はバインダー高分子の酸化劣化を抑制する目的で2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、ヒドロキノン等の公知の酸化防止剤を、有機機能性化合物及び/又はバインダー高分子の紫外線劣化を抑制する目的で2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン等の公知の紫外線吸収剤を、また、湿式塗布法を用いる場合には、その塗布液に、塗布膜の表面平滑性を改善する目的でシリコーンオイル等の公知のレベリング剤を、或いは架橋硬化性官能基を有する有機機能性化合物及び/又はバインダー高分子を用いる場合には、その架橋硬化を促進させる目的で公知の硬化触媒や硬化助剤を添加してもよい。
(Other additives)
In addition to the organic functional compound and the binder polymer, various additives can be added to the organic functional material of the present invention as necessary. For example, a known antioxidant such as 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol and hydroquinone is used for the purpose of suppressing the oxidative deterioration of the organic functional compound and / or the binder polymer. For the purpose of suppressing UV degradation of the binder polymer, a known UV absorber such as 2,4-dihydroxybenzophenone or 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone is used. In the case of using a known leveling agent such as silicone oil for the purpose of improving the surface smoothness of the coating film, or an organic functional compound and / or binder polymer having a crosslinking curable functional group, For the purpose of promoting curing, a known curing catalyst or curing aid may be added.

(薄膜の形成方法)
本発明の有機機能性材料の形態は、如何なるものでも構わないが、非線形光学素子への応用に当っては薄膜の形態にて利用されることが一般的である。本発明の有機機能性材料を含有する薄膜の作製方法としては、射出成形法、プレス成形法、ソフトリソグラフ法、湿式塗布法等の公知の手法が利用可能であるが、製造装置の簡便性、量産性、膜品質(膜厚の均一性、気泡等の欠陥の少なさ等)、等の観点から、少なくとも上記の有機機能性材料とバインダー高分子とを有機溶剤に溶解させた溶液をスピンコート法、ブレードコート法、浸漬塗布法、インクジェット法、スプレー法等の手法により適当な基板上に塗布することによって成膜する湿式塗布法が好ましい。
(Thin film formation method)
The form of the organic functional material of the present invention may be any form, but it is generally used in the form of a thin film for application to a nonlinear optical element. As a method for producing a thin film containing the organic functional material of the present invention, known methods such as an injection molding method, a press molding method, a soft lithography method, a wet coating method, etc. can be used. From the viewpoint of mass productivity, film quality (thickness uniformity, few defects such as bubbles), etc., spin-coat a solution in which at least the above organic functional material and binder polymer are dissolved in an organic solvent A wet coating method in which a film is formed by coating on a suitable substrate by a method such as a method, a blade coating method, a dip coating method, an ink jet method, or a spray method is preferred.

湿式塗布法において用いる有機溶剤は、用いる有機機能性化合物とバインダー高分子とを溶解し得るものであれば如何なるものでも構わないが、その沸点が100〜200℃の範囲内にあるものが好ましい。沸点が100℃未満の有機溶剤を用いると、塗布溶液の保管時に溶剤揮発が起こり塗布溶液の粘度が変化(上昇)してしまう、塗布時に溶剤の揮発速度が早過ぎ結露が発生してしまう、等の問題が顕著となる傾向にある。一方、沸点が200℃を超える有機溶剤を用いると、塗布後の溶剤除去が困難になり残存した有機溶剤が高分子バインダーの可塑剤として働きガラス転移温度の低下を齎す、等の問題が発生する場合がある。好ましい有機溶剤の例としては、ジエチレングリコールジメチルエーテル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘキサノール、トルエン、クロロベンゼン、キシレン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、等が挙げられる。尚、これらの有機溶剤は単独で用いても、複数を混合して用いてもよい。尚、これらの好ましい有機溶剤に沸点が100℃未満のテトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルエチルケトン、イソプロパノール等の有機溶剤を添加した混合溶剤も利用可能である。   The organic solvent used in the wet coating method may be any organic solvent as long as it can dissolve the organic functional compound to be used and the binder polymer, but preferably has a boiling point in the range of 100 to 200 ° C. When an organic solvent having a boiling point of less than 100 ° C. is used, solvent volatilization occurs when the coating solution is stored, and the viscosity of the coating solution changes (increases). There is a tendency for such problems to become prominent. On the other hand, when an organic solvent having a boiling point exceeding 200 ° C. is used, it is difficult to remove the solvent after coating, and the remaining organic solvent acts as a plasticizer for the polymer binder and causes a decrease in the glass transition temperature. There is a case. Examples of preferred organic solvents include diethylene glycol dimethyl ether, cyclopentanone, cyclohexanone, cyclohexanol, toluene, chlorobenzene, xylene, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and the like. These organic solvents may be used alone or in combination. A mixed solvent obtained by adding an organic solvent such as tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, methyl ethyl ketone, or isopropanol having a boiling point of less than 100 ° C. to these preferable organic solvents can also be used.

(配向法)
高分子系有機非線形光学材料において二次の非線形光学活性を生起させるには、前述の様に非線形光学活性有機化合物を配向させる必要がある。該配向法としては、高分子系有機非線形光学材料を、表面に配向膜を有する基板上に塗布し、該基板配向膜の配向性により、高分子系有機非線形光学材料中の非線形光学活性有機化合物の配向を誘起する方法がある。また、光ポーリング法、光アシスト電界ポーリング法、電界ポーリング法等の公知のポーリング法も有効に利用できる。これらの中でも、電界ポーリング法は、装置の簡便性、得られる配向度合いの高さ、等の点で特に好ましい。
(Orientation method)
In order to generate secondary nonlinear optical activity in a polymer organic nonlinear optical material, it is necessary to orient the nonlinear optically active organic compound as described above. As the alignment method, a polymer organic nonlinear optical material is applied on a substrate having an alignment film on the surface, and the nonlinear optically active organic compound in the polymer organic nonlinear optical material is obtained by the orientation of the substrate alignment film. There is a method for inducing the orientation. Also, known polling methods such as an optical poling method, an optically assisted electric field poling method, and an electric field poling method can be used effectively. Among these, the electric field poling method is particularly preferable in terms of the simplicity of the apparatus and the high degree of orientation obtained.

電界ポーリング法は、非線形光学材料を一対の電極で挟み電界を印加するコンタクトポーリング法と、基板電極上の非線形光学材料の表面にコロナ放電を施し、帯電電界を印加するコロナポーリング法に大別される。電界ポーリング法は、非線形光学活性化合物の双極子モーメントと印加電界とのクーロン力によって、非線形光学活性化合物を印加電界方向に配向させる配向法である。電界ポーリング法においては、一般的に、電界を印加した状態で、非線形光学材料のガラス転移温度付近の温度に加熱することによって非線形光学活性化合物の電界方向への配向移動を促進させ十分な配向が誘起された後、電界を印加した状態のまま室温まで冷却し該配向状態を凍結した上で、印加電界を除去する。しかしながら、この配向状態は基本的に熱力学的非平衡状態であるため、ガラス転移温度以下の温度であっても経時にて徐々にランダム化し、非線形光学性能が低下してしまうという根本的な問題を抱えている。経時による配向状態のランダム化は、非線形光学材料の置かれる環境温度とガラス転移温度の差が大きい程、緩やかに進行するため、ガラス転移温度の高いバインダー樹脂を用いることによって実際の使用においては実質的にこの問題を解決することができる。   The electric field poling method is roughly divided into a contact poling method in which a nonlinear optical material is sandwiched between a pair of electrodes and an electric field is applied, and a corona poling method in which a surface of the nonlinear optical material on the substrate electrode is subjected to corona discharge and a charging electric field is applied. The The electric field poling method is an alignment method in which the nonlinear optically active compound is aligned in the applied electric field direction by the Coulomb force between the dipole moment of the nonlinear optically active compound and the applied electric field. In the electric field poling method, generally, by applying an electric field and heating to a temperature in the vicinity of the glass transition temperature of the nonlinear optical material, the alignment movement in the electric field direction of the nonlinear optically active compound is promoted and sufficient alignment is achieved. After the induction, the applied electric field is removed after cooling to room temperature with the electric field applied and freezing the alignment state. However, since this orientation state is basically a thermodynamic nonequilibrium state, even if the temperature is lower than the glass transition temperature, it is gradually randomized over time, and the fundamental problem is that nonlinear optical performance deteriorates. Have Randomization of the orientation state over time progresses more gradually as the difference between the environmental temperature where the nonlinear optical material is placed and the glass transition temperature is larger. Therefore, in actual use, the binder resin having a higher glass transition temperature is used. This problem can be solved.

<有機機能性素子>
本発明の有機機能性素子は、本発明の有機機能性材料の持つ機能を活用することを特徴とし、その具体例としては、電荷輸送機能及び/又は電荷発生機能を活用する有機電子写真感光体;電荷輸送機能及び/又はエレクトロルミネッセンス機能を活用する電界発光素子;フォトルミネッセンス機能を活用するレーザー素子又は光増幅素子;高調波発生機能、電気光学機能、フォトリフラクティブ機能等の非線形光学機能を活用する非線形光学素子等が挙げられる。本発明の有機機能性材料は特に優れた非線形光学性能を有することから、本発明の有機機能性素子としては、非線形光学機能を有する本発明の有機機能性材料を用いた有機非線形光学素子が特に好ましい。
<Organic functional element>
The organic functional element of the present invention is characterized by utilizing the function of the organic functional material of the present invention. Specific examples thereof include an organic electrophotographic photosensitive member utilizing a charge transport function and / or a charge generation function. Electroluminescent element utilizing charge transport function and / or electroluminescence function; laser element or optical amplification element utilizing photoluminescence function; utilizing nonlinear optical function such as harmonic generation function, electro-optic function, photorefractive function, etc. Nonlinear optical elements and the like can be mentioned. Since the organic functional material of the present invention has particularly excellent nonlinear optical performance, the organic functional element of the present invention is particularly an organic nonlinear optical element using the organic functional material of the present invention having a nonlinear optical function. preferable.

有機非線形光学素子としては、非線形光学効果に基き動作するものであれば如何なるものでもよく、その具体例としては、例えば、高調波発生素子、波長変換素子、フォトリフラクティブ素子、電気光学素子、等が挙げられる。特に好ましくは、電気光学素効果に基き動作する光スイッチ、光変調器、位相シフト器等の電気光学素子である。   The organic nonlinear optical element may be any element that operates based on the nonlinear optical effect. Specific examples thereof include a harmonic generation element, a wavelength conversion element, a photorefractive element, an electro-optic element, and the like. Can be mentioned. Particularly preferable are electro-optical elements such as an optical switch, an optical modulator, and a phase shifter that operate based on the electro-optical element effect.

電気光学素子は、非線形光学材料を基板上に導波路構造にて形成し、入力電気シグナル用の電極対で挟み込む構成とした素子として利用することが好ましい。   The electro-optic element is preferably used as an element in which a nonlinear optical material is formed on a substrate in a waveguide structure and sandwiched between electrode pairs for input electric signals.

このような基板を構成する材料としては、アルミニウム、金、鉄、ニッケル、クロム、チタン等の金属;シリコン、ガリウム−ヒ素、インジウム−燐、酸化チタン、酸化亜鉛等の半導体;ガラス等のセラミックス;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリイミド等のプラスチック;等を用いることができる。   As a material constituting such a substrate, metals such as aluminum, gold, iron, nickel, chromium, and titanium; semiconductors such as silicon, gallium-arsenic, indium-phosphorus, titanium oxide, and zinc oxide; ceramics such as glass; Plastics such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polysulfone, polyether ketone, polyimide, and the like can be used.

これらの基板材料の表面には、導電性膜が形成されていてもよく、該導電性膜の材料としては、アルミニウム、金、ニッケル、クロム、チタン等の金属;酸化スズ、酸化インジウム、ITO(酸化スズ−酸化インジウム複合酸化物)等の導電性酸化物;ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセチレン等の導電性高分子等が用いられる。これらの導電性膜は、蒸着、スパッタリング等の公知の乾式成膜法や、スプレー塗布法、浸漬塗布法、電解析出法等の公知の湿式成膜法を利用して形成され、必要に応じてパターンが形成されていてもよい。尚、導電性基板、或いは、上記したように基板上に形成された導電性膜は、ポーリング時や素子としての動作時の電極(以下、「下部電極」ということがある)として利用される。   A conductive film may be formed on the surface of these substrate materials. Examples of the material of the conductive film include metals such as aluminum, gold, nickel, chromium, and titanium; tin oxide, indium oxide, ITO ( Conductive oxides such as tin oxide-indium oxide composite oxide); conductive polymers such as polythiophene, polyaniline, polyparaphenylene vinylene, and polyacetylene. These conductive films are formed by using known dry film forming methods such as vapor deposition and sputtering, and known wet film forming methods such as spray coating method, dip coating method, and electrolytic deposition method. A pattern may be formed. Note that the conductive substrate or the conductive film formed on the substrate as described above is used as an electrode at the time of polling or operation as an element (hereinafter also referred to as “lower electrode”).

基板上にはさらに、必要に応じて、その上に形成される膜と基板との接着性を向上させるための接着層、基板表面の凹凸を平滑化するためのレベリング層、或いはこれらの機能を一括して提供する何らかの中間層が形成されていてもよい。このような膜を形成する材料としては、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、アミド樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ビニルアルコール樹脂、アセタール樹脂等及びそれらの共重合物;ジルコニウムキレート化合物、チタンキレート化合物、シランカップリング剤等の架橋物及びそれらの共架橋物;等の公知のものを用いることができる。   On the substrate, if necessary, an adhesive layer for improving the adhesion between the film formed on the substrate and the substrate, a leveling layer for smoothing irregularities on the substrate surface, or these functions are provided. Some intermediate layer provided in a lump may be formed. The material for forming such a film is not particularly limited, and examples thereof include acrylic resins, methacrylic resins, amide resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, phenol resins, urethane resins, vinyl alcohol resins, acetal resins, and the like. A known product such as a crosslinked product of a zirconium chelate compound, a titanium chelate compound, a silane coupling agent, and the like, or a co-crosslinked product thereof can be used.

本発明の電気光学素子は、導波路構造を含むものとして形成することが好ましく、本発明の非線形光学材料を、導波路のコア層に含有させることが特に好ましい。   The electro-optical element of the present invention is preferably formed to include a waveguide structure, and the nonlinear optical material of the present invention is particularly preferably included in the core layer of the waveguide.

本発明の非線形光学材料を含有するコア層と基板との間にはクラッド層(以下、「下部クラッド層」ということがある)が形成されていてもよい。この下部クラッド層としては、コア層よりも屈折率が低く、コア層形成の際に侵されないものであれば如何なるものでもよい。このようなものとして、アクリル系、エポキシ系、シリコーン系等のUV硬化性或いは熱硬化性の樹脂;ポリイミド;SiO2等が好ましく使用される。 A clad layer (hereinafter also referred to as “lower clad layer”) may be formed between the core layer containing the nonlinear optical material of the present invention and the substrate. The lower cladding layer may be any layer as long as it has a lower refractive index than the core layer and is not affected by the formation of the core layer. As such materials, UV curable or thermosetting resins such as acrylic, epoxy, and silicone; polyimide; SiO 2 and the like are preferably used.

本発明の非線形光学材料によるコア層を形成した後、さらにその上部にクラッド層(以下、「上部クラッド層」ということがある)を下部クラッド層と同様にして形成してもよい。これにより、基板/下部クラッド層/コア層/上部クラッド層、という構成のスラブ型導波路が形成される。
また、コア層を形成した後、反応性イオンエッチング(RIE)、フォトリソグラフィー、電子線リソグラフィー等の半導体プロセス技術を用いた公知の方法によりコア層をパターニングし、チャネル型導波路或いはリッジ型導波路を形成することもできる。或いは、コア層の一部にUV光、電子線等をパターン化して照射することにより、照射部分の屈折率を変化させてチャネル型又はリッジ型導波路を形成することもできる。
After forming the core layer of the nonlinear optical material of the present invention, a clad layer (hereinafter sometimes referred to as “upper clad layer”) may be further formed on the upper layer in the same manner as the lower clad layer. As a result, a slab waveguide having a structure of substrate / lower cladding layer / core layer / upper cladding layer is formed.
After the core layer is formed, the core layer is patterned by a known method using a semiconductor process technology such as reactive ion etching (RIE), photolithography, electron beam lithography, and the like, and a channel type waveguide or a ridge type waveguide Can also be formed. Alternatively, a channel type or a ridge type waveguide can be formed by changing the refractive index of the irradiated portion by patterning and irradiating a part of the core layer with UV light, an electron beam or the like.

上部クラッド層の表面に入力電気シグナルを印加するための電極(以下、「上部電極」ということがある)を、前記上部クラッド層の所望の領域に形成することで基本的な電気光学素子を形成することができる。
上記のようにしてチャネル型導波路やリッジ型導波路を形成する際、コア層のパターンとしては、直線型、Y分岐型、方向性結合器型、Mach−Zender型等の公知のデバイス構造を構成することができ、光スイッチ、光変調器、位相シフト器等の公知の光情報通信用デバイスへの適用が可能である。
A basic electro-optic element is formed by forming an electrode (hereinafter sometimes referred to as an “upper electrode”) for applying an input electric signal to the surface of the upper cladding layer in a desired region of the upper cladding layer. can do.
When forming a channel-type waveguide or a ridge-type waveguide as described above, the core layer pattern may be a known device structure such as a linear type, a Y-branch type, a directional coupler type, or a Mach-Zender type. It can be configured, and can be applied to known optical information communication devices such as an optical switch, an optical modulator, and a phase shifter.

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はそれらによって制限されるものではない。尚、実施例中においては特に断りのない限り、「部」は「質量部」をあらわす。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples, “part” represents “part by mass” unless otherwise specified.

(実施例1)
−有機機能性化合物の製造−
以下の方法によって下記化合物(A)を製造した。
攪拌装置、冷却管を装備したフラスコに、p−[N,N−ジ(3−メトキシフェニル)アミノ]−ベンズアルデヒド2.85g(0.01mol)、1−オキサ−2−ジシアノベンジリデン−3−シアノ−4−メチル−6,8−ジベンゾ−スピロ−[4,4]−ノナン−3−エン3.21gをとり、ここにあらかじめ10mlあたり5mgの水酸化ナトリウムを溶解させたエタノール40mlを加え、4時間加熱還流した。次にエタノールを留去し、生成した固体を、n−ヘキサン/酢酸エチル混合溶媒(混合比容積比にて2:1)を流出溶媒とするシリカゲルカラムにて精製し目的物3.5gを得た。収率は59%であった。この反応スキームを以下に示す。
Example 1
-Production of organic functional compounds-
The following compound (A) was produced by the following method.
To a flask equipped with a stirrer and a condenser, p- [N, N-di (3-methoxyphenyl) amino] -benzaldehyde (2.85 g, 0.01 mol), 1-oxa-2-dicyanobenzylidene-3-cyano Take 3.21 g of -4-methyl-6,8-dibenzo-spiro- [4,4] -nonane-3-ene and add 40 ml of ethanol in which 5 mg of sodium hydroxide is dissolved in advance to 10 ml. Heated to reflux for hours. Next, ethanol was distilled off, and the resulting solid was purified with a silica gel column using a mixed solvent of n-hexane / ethyl acetate (2: 1 by mixing ratio) to obtain 3.5 g of the desired product. It was. The yield was 59%. This reaction scheme is shown below.

Figure 2007099739
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尚、得られた化合物(A)をNMRスペクトルによって同定したデータを、図1に示す。
(δ=5.58−7.77:m,23.2H(理論値 22.0H)、δ=3.71:s,6.0H(理論値 6.0H))
In addition, the data which identified the obtained compound (A) by the NMR spectrum are shown in FIG.
(Δ = 5.58-7.77: m, 23.2H (theoretical value 22.0H), δ = 3.71: s, 6.0H (theoretical value 6.0H))

−非線形光学材料としての評価−
表面に金製の平行電極対(電極間距離=20μm)が備えられたガラス基板上に、前記化合物(A)3部と、ポリカーボネート(バインダー高分子)の1種であるPoly[Bisphenol A carbonate−co−4,4'−(3,3,5−trimethylcyclohexylidene)diphenol carbonate](Aldrich社製、ガラス転移温度200℃)7部とをテトラヒドロフラン(沸点66℃)90部に溶解させた溶液をスピンコート法により塗布し、室温にて3時間、100℃にて3時間乾燥させ膜厚0.1μmの薄膜を得た。
-Evaluation as a nonlinear optical material-
Poly [Bisphenol A carbonate- which is a kind of polycarbonate (binder polymer) and 3 parts of the compound (A) on a glass substrate having a pair of gold parallel electrodes (distance between electrodes = 20 μm) on the surface. co-4,4 ′-(3,3,5-trimethylcyclohexylidene) diphenol carbonate] (manufactured by Aldrich, glass transition temperature 200 ° C.) and 7 parts of tetrahydrofuran (boiling point 66 ° C.) dissolved in 90 parts by spin coating It was applied by the method and dried at room temperature for 3 hours and at 100 ° C. for 3 hours to obtain a thin film having a thickness of 0.1 μm.

次に、前記電極間に50V/μmの電界を印加した状態で、前記薄膜を170℃15min保持し、その状態から電界を印加したまま室温まで冷却し電界を除去して、電界ポーリングを施した。
このようにして電界ポーリングを施した本発明の有機非線形光学材料からなる薄膜に、1550nmの発振波長を持つ半導体レーザー光を照射したところ、775nmの二次高調波の発生が観測でき、非線形光学材料として有効に機能することが確認できた。さらに、本非線形光学材料を65℃の高温環境に10日間保持した後に、再度レーザー光を照射したところ、保持前と同等の強度を有する二次高調波の発生が確認でき、本非線形光学材料が高い耐熱性並びに経時安定性を有することが確認できた。
尚、本薄膜を光学顕微鏡にて観察したところ、化合物(A)の偏析等は認められず、化合物(A)がポリカーボネート中に均質に分散されているクリアな膜であることが確認できた。
Next, with the electric field of 50 V / μm applied between the electrodes, the thin film was held at 170 ° C. for 15 minutes, and from that state, the electric field was applied to cool to room temperature to remove the electric field, and electric field poling was performed. .
When the semiconductor laser light having an oscillation wavelength of 1550 nm is irradiated on the thin film made of the organic nonlinear optical material of the present invention subjected to electric field poling in this way, generation of the second harmonic of 775 nm can be observed, and the nonlinear optical material As a result, it was confirmed that it functions effectively. Furthermore, when the nonlinear optical material was held in a high temperature environment of 65 ° C. for 10 days and then irradiated again with laser light, the generation of second harmonics having the same intensity as before holding could be confirmed, and the nonlinear optical material was It was confirmed that it has high heat resistance and stability over time.
In addition, when this thin film was observed with the optical microscope, the segregation etc. of the compound (A) were not recognized, but it has confirmed that the compound (A) was a clear film | membrane uniformly disperse | distributed in a polycarbonate.

(比較例1)
実施例1における非線形光学活性有機化合物(化合物(A))を「Chemistry of Materials、2001年、13巻、3043〜3050頁」に記載されている下記化合物(B)に変更した以外は、実施例1と同様にして有機非線形光学材料の薄膜を作製したところ、下記化合物(B)の微結晶が析出してしまい、クリアな膜を得ることができなかった。
(Comparative Example 1)
Except that the nonlinear optically active organic compound (compound (A)) in Example 1 was changed to the following compound (B) described in “Chemistry of Materials, 2001, Vol. 13, pages 3043-3050”, Example When a thin film of an organic nonlinear optical material was produced in the same manner as in No. 1, fine crystals of the following compound (B) were precipitated, and a clear film could not be obtained.

Figure 2007099739
Figure 2007099739

(比較例2)
「Chemistry of Materials、2001年、13巻、3043〜3050頁」に記載されているように、比較例1において、塗布溶剤としてテトラヒドロフランに代えて1,2−ジクロロエタンを用い、且つ細心の注意を払ってスピンコートを行ったところ、クリアな膜を得ることができた。
この膜に対し、実施例1と同様にして電界ポーリング処理を行い、実施例1と同様にしてレーザー光を照射したところ、実施例1よりも若干強度の強い二次高調波の発生が観測できた。さらに実施例1と同様に、高温環境に10日間保持した後に、再度レーザー光を照射したところ、二次高調波の発生に伴う緑色の発光は認められたものの、材料の不均一化、偏析等に伴う発光の散乱が大きく、発光のパターンが初期とは明らかに異なることが視認された。
(Comparative Example 2)
As described in “Chemistry of Materials, 2001, Vol. 13, p. 3043-3050”, in Comparative Example 1, 1,2-dichloroethane was used instead of tetrahydrofuran as the coating solvent, and great care was taken. As a result of spin coating, a clear film was obtained.
When this film was subjected to electric field poling treatment in the same manner as in Example 1 and irradiated with laser light in the same manner as in Example 1, it was possible to observe the generation of second harmonics that were slightly stronger than in Example 1. It was. Further, as in Example 1, after being kept in a high temperature environment for 10 days and then irradiated again with laser light, green light emission due to the generation of the second harmonic was observed, but the material became non-uniform, segregated, etc. It was recognized that the scattering of the emitted light was large and the emission pattern was clearly different from the initial one.

実施例1と比較例1及び2とを比較することによって、本発明によれば、高い非線形光学性能を示すことが確認されている「Chemistry of Materials、2001年、13巻、3043〜3050頁」に開示の有機非線形光学材料とほぼ同等の優れた非線形光学材料が、塗布溶剤として100℃以上の沸点を持つ非ハロゲン系有機溶剤を用い、且つ特別な注意を払うことも無く簡便に得られることが確認できた。また、耐熱性や経時安定性に関しては、比較例の材料が経時変化により発光パターンに乱れが生じること、さらには加熱することによりその再現性も低下することから、本発明の材料が比較例に挙げた材料と比較して優れていることが確認できた。   By comparing Example 1 with Comparative Examples 1 and 2, according to the present invention, it has been confirmed that the present invention exhibits high nonlinear optical performance “Chemistry of Materials, 2001, Vol. 13, pages 3043-3050”. A non-halogen organic solvent having a boiling point of 100 ° C. or higher as a coating solvent can be easily obtained without paying special attention. Was confirmed. In addition, regarding heat resistance and stability over time, the material of the comparative example is disturbed in the light emission pattern due to change over time, and further, the reproducibility is also reduced by heating, so the material of the present invention is a comparative example. It was confirmed that it was superior to the listed materials.

(実施例2)
−有機機能性化合物の製造−
以下の方法によって下記化合物(C)を製造した。
スピロ化合物として、1−オキサ−2−ジシアノベンジリデン−3−シアノ−4−メチル−6,8−ジベンゾ−スピロ−[4,4]−ノナン−3−エンの代わりに1,8−ジオキサ−2−ジシアノベンジリデン−3−シアノ−4−メチル−6,9−ジベンゾ−スピロ−[4,5]−デカン−3−エン3.37gを用いる他は、実施例1と同様にして化合物Cを合成した。収量は3.3g(収率54%)であった。
尚、得られた化合物(C)をNMRスペクトルによって同定した。(δ=5.55−7.77:m,22.8H(理論値 22.0H)、δ=3.71:s,6.0H(理論値 6.0H))。
(Example 2)
-Production of organic functional compounds-
The following compound (C) was produced by the following method.
As a spiro compound, instead of 1-oxa-2-dicyanobenzylidene-3-cyano-4-methyl-6,8-dibenzo-spiro [4,4] -nonan-3-ene, 1,8-dioxa-2 Compound C was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 3.37 g of -dicyanobenzylidene-3-cyano-4-methyl-6,9-dibenzo-spiro- [4,5] -decan-3-ene was used. did. Yield was 3.3 g (54% yield).
The obtained compound (C) was identified by NMR spectrum. (Δ = 5.55-7.77: m, 22.8H (theoretical value 22.0H), δ = 3.71: s, 6.0H (theoretical value 6.0H)).

Figure 2007099739
Figure 2007099739

−非線形光学材料としての評価−
実施例1における非線形光学活性有機化合物(化合物(A))を前記化合物(C)に、バインダー高分子を下記構造式のポリ環状オレフィン(D)(JSR社製、商品名Arton、ガラス転移温度170℃)に、それぞれ変更し、且つ電界ポーリング時の加熱温度を140℃に変更した以外は、実施例1と同様にして電界ポーリングを施した有機非線形光学材料の薄膜を作製した。
得られた薄膜を実施例1と同様にしてレーザー照射したところ、実施例1と同等の強度を有する二次高調波の発生が観測でき、非線形光学材料として有効に機能することが確認できた。また、高温環境に10日保持した後においても保持前と同等の強度を有する二次高調波の発生が確認でき、本非線形光学材料が高い耐熱性並びに経時安定性を有することが確認できた。
-Evaluation as a nonlinear optical material-
In Example 1, the nonlinear optically active organic compound (compound (A)) is the compound (C), and the binder polymer is a polycyclic olefin (D) having the following structural formula (trade name Arton, manufactured by JSR, glass transition temperature 170). The organic nonlinear optical material thin film subjected to electric field poling was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature during electric field poling was changed to 140 ° C.
When the obtained thin film was irradiated with laser in the same manner as in Example 1, generation of second harmonics having the same intensity as in Example 1 was observed, and it was confirmed that the thin film effectively functions as a nonlinear optical material. Moreover, even after holding in a high temperature environment for 10 days, generation of second harmonics having the same strength as before holding was confirmed, and it was confirmed that the nonlinear optical material had high heat resistance and stability over time.

Figure 2007099739
Figure 2007099739

(実施例3)
表面に下部電極としての金薄膜をスパッタリング法にて形成したガラス基板(2cm×2cm)上に、UV硬化型アクリル樹脂(Norland社製、商品名:NOA72)をスピンコート法により塗布し、100mW/cm2の紫外光(ウシオ電機社製、高圧水銀灯)を30sec照射した後、120℃30minの加熱処理を行い、膜厚2μmの薄膜を形成して、下部クラッド層とした。
(Example 3)
On a glass substrate (2 cm × 2 cm) on which a gold thin film as a lower electrode was formed on the surface, a UV curable acrylic resin (Norland, product name: NOA72) was applied by a spin coating method, and 100 mW / After irradiating with cm 2 ultraviolet light (USHIO INC., high pressure mercury lamp) for 30 seconds, a heat treatment at 120 ° C. for 30 minutes was performed to form a thin film with a thickness of 2 μm to form a lower cladding layer.

次に、前記下部クラッド層の上に、実施例2で用いた非線形光学活性有機化合物(化合物(C))2部とポリ環状オレフィン(D)8部を含むシクロペンタノン溶液をスピンコート法により塗布し、120℃にて1時間乾燥させ膜厚2μmの薄膜を形成して、コア層とした。
次いで、前記コア層の上に、下部クラッド層と同じUV硬化型アクリル樹脂を、下部クラッド層と同様にして成膜し、上部クラッド層とした(膜厚2μm)。
Next, a cyclopentanone solution containing 2 parts of the nonlinear optically active organic compound (compound (C)) used in Example 2 and 8 parts of the polycyclic olefin (D) is spin-coated on the lower cladding layer. It was applied and dried at 120 ° C. for 1 hour to form a thin film having a thickness of 2 μm to form a core layer.
Next, the same UV curable acrylic resin as that of the lower cladding layer was formed on the core layer in the same manner as the lower cladding layer to form an upper cladding layer (film thickness: 2 μm).

次に、前記上部クラッド層の上に、上部電極として、ストライプ状の金薄膜(ストライプ幅20μm、ストライプ間隔30μm)を通常のフォトリソグラフ法並びにスパッタリング法を用いて形成した。
以上のようにして得られたサンプルを、ダイサー(Disco社製)によって幅5mmのチップに切断し、該切断面をサンドペーパーにて研摩し、図2に示す構成のスラブ型導波路素子(電気光学素子)を作製した。
Next, a striped gold thin film (stripe width 20 μm, stripe interval 30 μm) was formed as an upper electrode on the upper clad layer by using a normal photolithography method and a sputtering method.
The sample obtained as described above was cut into a chip having a width of 5 mm by a dicer (manufactured by Disco), the cut surface was polished with sandpaper, and a slab waveguide element (electrical) having the configuration shown in FIG. An optical element) was produced.

次に、本素子の上部電極と下部電極の間に150V/μmの電界を印加し、実施例1と同様の条件にて電界ポーリング処理を行った。
電界ポーリング処理を施した本素子が電気光学素子として機能することを確認するため、「Japanese Journal of Applied Physics、1991年、30巻、2号、320〜326頁」に記載された方法に従い電気光学特性の評価を行った。評価系の概略構成図を図3に示す。半波長板22を介在して光源(半導体レーザー)21から発せられたレーザー光(発振波長850nm)は偏光子23aを通過し、レンズ24を通して本素子28に一方の端面から入射する。入射したレーザー光は本素子28中のコア層を伝播し、他方の端面から出射し、レンズ24とピンポール26とを介在して偏光子23bを通過した後、光検出器27によって検出される。
本素子28の上下電極間に電界を印加し、電界強度を0Vから5Vまで変化させたところ、電界強度の増加に伴い検出光強度が減少する挙動が確認できた。これは、本素子が電気光学効果を有し、電界印加に応じ偏光面の回転が生じたことによるものであり、本素子が電気光学素子として有効に機能し、光変調器として活用できることを示すものである。またさらに、本素子28を65℃85%の高温高湿環境に10日間保持した後に、再度同様の電気光学特性の評価を行ったところ、保持前と同等の光変調特性が確認でき、本素子が高い耐熱性及び経時安定性を有することが確認できた。
Next, an electric field poling process was performed under the same conditions as in Example 1 by applying an electric field of 150 V / μm between the upper electrode and the lower electrode of this element.
In order to confirm that the element subjected to the electric field polling function functions as an electro-optic element, the electro-optic is performed according to the method described in “Japanese Journal of Applied Physics, 1991, Vol. 30, No. 2, pages 320 to 326”. The characteristics were evaluated. FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the evaluation system. Laser light (oscillation wavelength 850 nm) emitted from the light source (semiconductor laser) 21 through the half-wave plate 22 passes through the polarizer 23a, and enters the element 28 from one end face through the lens 24. The incident laser light propagates through the core layer in the element 28, exits from the other end face, passes through the polarizer 23 b through the lens 24 and the pin pole 26, and is then detected by the photodetector 27.
When an electric field was applied between the upper and lower electrodes of this element 28 and the electric field intensity was changed from 0 V to 5 V, it was confirmed that the detected light intensity decreased as the electric field intensity increased. This is due to the fact that this element has an electro-optic effect, and the polarization plane is rotated in response to the application of an electric field, and this element functions effectively as an electro-optic element and can be used as an optical modulator. Is. Furthermore, after the element 28 was held in a high temperature and high humidity environment of 65 ° C. and 85% for 10 days, the same electro-optical characteristics were evaluated again. As a result, the same light modulation characteristics as before the holding could be confirmed. Was confirmed to have high heat resistance and stability over time.

(比較例3)
実施例3における非線形光学活性有機化合物(化合物(C))をDisperse Red 1(Across Organics社製)に変更した以外は、実施例3と同様にして電気光学素子を作製し、実施例3と同様にして電気光学特性の評価をしたところ、印加電界強度を0Vから5Vまで変化させた時の光変調量は、実施例3の光変調量の十分の一以下と非常に低いものであった。またさらに、65℃85%の高温高湿環境に10日間保持した後の評価では、Disperse Red 1の結晶の析出が認められ、電気光学素子としての使用には耐えなくなっていた。
(Comparative Example 3)
An electro-optic element was produced in the same manner as in Example 3 except that the nonlinear optically active organic compound (Compound (C)) in Example 3 was changed to Disperse Red 1 (manufactured by Across Organics). When the electro-optical characteristics were evaluated, the light modulation amount when the applied electric field intensity was changed from 0 V to 5 V was very low, one tenth or less of the light modulation amount in Example 3. Furthermore, in the evaluation after being held for 10 days in a high temperature and high humidity environment of 65 ° C. and 85%, precipitation of Disperse Red 1 crystals was observed, and it could not be used as an electro-optical element.

実施例3と比較例3を比較することによって、本発明は、優れた電気光学特性と優れた安定性(耐熱性、経時安定性)を兼ね備えた電気光学素子を提供するものであることが確認できた。   By comparing Example 3 and Comparative Example 3, it is confirmed that the present invention provides an electro-optical element having both excellent electro-optical characteristics and excellent stability (heat resistance, stability over time). did it.

上記の通り、本発明の有機機能性材料は、非線形光学機能等の機能性能、アモルファス性、耐熱性、耐昇華性等に優れた特定の構造の有機機能性化合物を用いることを特徴とし、高いガラス転移温度を有する高分子バインダーとの相溶性もよく、高い濃度でも有機機能性化合物が凝集せずに均一な分散状態を取るため、高い光学品質と優れた機能性能を兼ね備え、また非線形光学材料においては配向状態の耐熱性並びに経時安定性が高く、長期に亘って優れた性能を保持できる、等の好ましい効果を奏する。このため、本発明の有機機能性材料を用いることによって、有機機能性材料としての諸特性並びに安定性に優れた有機機能性素子を具現化することができる。   As described above, the organic functional material of the present invention is characterized by using an organic functional compound having a specific structure excellent in functional performance such as nonlinear optical function, amorphous property, heat resistance, sublimation resistance, etc. Good compatibility with polymer binders with glass transition temperature, organic functional compounds do not agglomerate even at high concentrations and take a uniform dispersed state, so both high optical quality and excellent functional performance, and non-linear optical materials Has a favorable effect such that the heat resistance and the temporal stability of the alignment state are high, and excellent performance can be maintained over a long period of time. For this reason, by using the organic functional material of the present invention, an organic functional element excellent in various characteristics and stability as the organic functional material can be realized.

実施例にて製造した有機機能性化合物の同定データを示すグラフである。It is a graph which shows the identification data of the organic functional compound manufactured in the Example. 実施例において作製した電気光学素子を示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an electro-optical element manufactured in an example. 実施例において電気光学特性の評価に用いた評価系を示す概略模式図である。It is a schematic diagram which shows the evaluation system used for evaluation of an electro-optical characteristic in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

11 ・・・ ガラス基板
12 ・・・ 下部電極
13 ・・・ 下部クラッド層
14 ・・・ コア層
15 ・・・ 上部クラッド層
16 ・・・ 上部電極
21 ・・・ レーザー光源
22 ・・・ 半波長板
23a、23b ・・・ 偏光子
24 ・・・ レンズ
25 ・・・ 電源
26 ・・・ ピンホール
27 ・・・ 光検出器
28 ・・・ 電気光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Glass substrate 12 ... Lower electrode 13 ... Lower clad layer 14 ... Core layer 15 ... Upper clad layer 16 ... Upper electrode 21 ... Laser light source 22 ... Half wavelength Plates 23a, 23b ... Polarizer 24 ... Lens 25 ... Power supply 26 ... Pinhole 27 ... Photodetector 28 ... Electro-optic element

Claims (7)

下記一般式(1)で表されることを特徴とする化合物。
Figure 2007099739
(一般式(1)中、Z1,Z2及びZ3は芳香族基を、Lは2価のπ共役基又は単結合を、Y1は2価の有機基を示す。尚、Z1,Z2及びZ3で示される芳香族基並びにLで表される2価のπ共役基は、何れか2以上が結合し縮合環を形成してもよい。)
A compound represented by the following general formula (1):
Figure 2007099739
(In the general formula (1), the Z 1, Z 2 and Z 3 are aromatic groups, L is a divalent π conjugated group or a single bond, Y 1 represents a divalent organic group. In addition, Z 1 , Z 2 and Z 3 , and the divalent π-conjugated group represented by L may be combined with each other to form a condensed ring.
下記一般式(2)で表されることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
Figure 2007099739
(一般式(2)中、Z1,Z2及びZ3は芳香族基を、Lは2価のπ共役基又は単結合を、Y2は2価の有機基又は単結合を、R1及びR2は有機基を示す。また、n及びmは、それぞれ0から3の整数を示す。尚、Z1,Z2及びZ3で示される芳香族基並びにLで表される2価のπ共役基は、何れか2以上が結合し縮合環を形成してもよく、また、R1及びR2で表される有機基は、R1とR2、R1同士又はR2同士が結合して環構造を形成してもよい。)
The compound according to claim 1, which is represented by the following general formula (2).
Figure 2007099739
(In the general formula (2), Z 1 , Z 2 and Z 3 are aromatic groups, L is a divalent π-conjugated group or single bond, Y 2 is a divalent organic group or single bond, R 1 And R 2 represents an organic group, and n and m each represents an integer of 0 to 3. In addition, an aromatic group represented by Z 1 , Z 2 and Z 3 , and a divalent group represented by L Any two or more of the π-conjugated groups may be bonded to form a condensed ring, and the organic groups represented by R 1 and R 2 are R 1 and R 2 , R 1 or R 2 , It may combine to form a ring structure.)
有機機能性化合物として請求項1又は2に記載の化合物を含有することを特徴とする有機機能性材料。   An organic functional material comprising the compound according to claim 1 or 2 as an organic functional compound. 前記有機機能性化合物が高分子バインダーに分散又は結合して成ることを特徴とする請求項3に記載の有機機能性材料。   The organic functional material according to claim 3, wherein the organic functional compound is dispersed or bonded to a polymer binder. 前記高分子バインダーが、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリアリレート及びポリ環状オレフィンから選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項4に記載の有機機能性材料。   The organic functional material according to claim 4, wherein the polymer binder is one or more selected from polyimide, polycarbonate, polyarylate, and polycyclic olefin. 請求項3〜5の何れか1項に記載の有機機能性材料を塗布したことを特徴とする有機機能性素子。   An organic functional element, wherein the organic functional material according to any one of claims 3 to 5 is applied. 非線形光学機能によって動作することを特徴とする請求項6に記載の有機機能性素子。   The organic functional element according to claim 6, which operates by a nonlinear optical function.
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