JP2793738B2 - Multifunctional molecular film and dimming control method - Google Patents

Multifunctional molecular film and dimming control method

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JP2793738B2 JP4121804A JP12180492A JP2793738B2 JP 2793738 B2 JP2793738 B2 JP 2793738B2 JP 4121804 A JP4121804 A JP 4121804A JP 12180492 A JP12180492 A JP 12180492A JP 2793738 B2 JP2793738 B2 JP 2793738B2
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尚子 荒井
ハード デビッド
良之 東垣
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光照射及び電気化学的
作用により光学的特性を制御する機能性分子膜とその制
御方法に関するものであり、光情報記録媒体、光コンピ
ュータ、表示素子等に利用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a functional molecular film whose optical characteristics are controlled by light irradiation and electrochemical action, and a method of controlling the same, and is applied to an optical information recording medium, an optical computer, a display element and the like. Used.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電子素子サイズを更に小さくする
目的で分子1個の機能に注目した材料の研究開発及び素
子化の試みが活発になってきた。中でもフォトクロミッ
ク分子を用いた光記録、表示、情報処理機能素子は、光
を信号担体とする光機能素子として用途展開が考えられ
ている。
2. Description of the Related Art In order to further reduce the size of conventional electronic devices, research and development of materials focusing on the function of one molecule and attempts to make them into devices have become active. In particular, optical recording, display, and information processing functional devices using photochromic molecules have been considered for use as optical functional devices using light as a signal carrier.

【0003】分子1個の状態は量子化学的計算の手法で
記述可能であり、この量子状態として分子構造をとり、
光照射という摂動により、量子状態の変化として記録の
痕跡を残す手法がフォトクロミック記録の原理である。
この反応は光を信号担体とする情報記録、処理、表示と
して利用可能である。
[0003] The state of one molecule can be described by a quantum chemical calculation technique.
The principle of photochromic recording is to leave a trace of the recording as a change in the quantum state by the perturbation of light irradiation.
This reaction can be used for information recording, processing and display using light as a signal carrier.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】フォトクロミック反応
を用いた波長多重高密度メモリでは、可視光領域の複数
種の波長を、照射した領域内に存在する吸収波長の異な
った同数種のフォトクロミック分子に対し、光反応によ
り多重記録する光記録方式が考えられている。安価なマ
ルチまたはフルカラーの光源ができていない現在、この
方式を用いた場合、装置の低価格化は困難である。ま
た、フォトクロミック分子の吸収波長の特性がある波長
領域をもっているため、一つの波長が吸収波長の異なっ
た複数種のフォトクロミック分子と反応することは実際
的には避けられない。このため、大幅な記録密度の向上
は困難である。
In a wavelength-division multiplex high-density memory using a photochromic reaction, a plurality of wavelengths in the visible light region are converted into the same number of photochromic molecules having different absorption wavelengths existing in the irradiated region. An optical recording method for performing multiplex recording by a light reaction has been considered. At present, an inexpensive multi-color or full-color light source is not available, and it is difficult to reduce the cost of the apparatus when using this method. In addition, since a photochromic molecule has a wavelength region having an absorption wavelength characteristic, it is practically unavoidable that one wavelength reacts with a plurality of types of photochromic molecules having different absorption wavelengths. Therefore, it is difficult to greatly improve the recording density.

【0005】投影型表示更に光情報処理に用いられる空
間光変調素子においては、フォトクロミック材料の調光
機能が注目されている。光反応はレーザの様な高い干渉
性の光源を用いなくても、光情報の並列的アドレスが可
能な情報処理を行うことができる点で、安価でニューロ
的機能素子を構築することが可能である。ところが光反
応は、原理的には反応の量子効率の定義に示されるよう
に線形現象であるため、記録された情報を読み出す際に
再生光により記録内容を破壊してしまうという問題点が
ある。このことは、調光機能膜の情報処理素子への適用
範囲を著しく狭める原因の一つになっている。
In a spatial light modulator used for projection display and optical information processing, a dimming function of a photochromic material has attracted attention. The photoreaction can perform information processing that enables parallel addressing of optical information without using a highly coherent light source such as a laser. is there. However, since the photoreaction is a linear phenomenon in principle as shown in the definition of the quantum efficiency of the reaction, there is a problem that the recorded content is destroyed by the reproduction light when reading the recorded information. This is one of the causes of significantly narrowing the application range of the light control function film to the information processing element.

【0006】これらを解決するには、光以外の摂動(例
えば、熱、電気、水素イオン、ガス分子等)でフォトク
ロミック反応を制御できることが必要であり、工業的に
は、電子的なプロセスでフォトクロミック反応を制御で
きることがより望ましい。しかしこれまでのところ、こ
れらの要求を満たした材料は見いだされていなかった。
In order to solve these problems, it is necessary that the photochromic reaction can be controlled by perturbations other than light (for example, heat, electricity, hydrogen ions, gas molecules, etc.). It is more desirable to be able to control the reaction. However, so far, no material has been found that meets these requirements.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は以上のことを鑑
みてなされたものであり、構造式(化2)
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and has a structural formula (Formula 2).

【0008】[0008]

【化2】 Embedded image

【0009】で表される架橋スピロピランからなるフォ
トクロミック材料を膜成分の一つに用い、新たな調光特
性制御方法を利用することで上記課題を解決しようとす
るものである。
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problem by using a photochromic material comprising a crosslinked spiropyran represented by the formula (1) as one of the film components and utilizing a new dimming characteristic control method.

【0010】[0010]

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0011】(1)3ークロロメチルー5ーニトロサリ
シルアルデヒド(化合物1)の合成 下記反応式(化3)に、クロロメチル基の反応性を利用
して、フォトクロミック分子とエレクトロクロミック分
子を架橋するために必要な出発物質(3ークロロメチル
ー5ーニトロサリシルアルデヒド、反応式中に化合物1
で表す)の反応式を示す。
(1) Synthesis of 3-chloromethyl-5-nitrosalicylic aldehyde (Compound 1) In order to crosslink a photochromic molecule and an electrochromic molecule using the reactivity of a chloromethyl group in the following reaction formula (Formula 3), Starting material (3-chloromethyl-5-nitrosalicylaldehyde, compound 1 in the reaction scheme)
) Is shown.

【0012】合成には既知の文献(エル.デイ.テイラ
ーとアール.ビー.デイビス、ジャーナル オブ オー
ガニック ケミストリ、28巻、1713頁、1963
年)を参照した。反応生成物を四塩化炭素で再結晶し
て、収率58%の薄茶色の化合物1を得た。DSCによ
る測定で融点は89℃であった。
For the synthesis, known references (L. Taylor and R. B. Davis, Journal of Organic Chemistry, 28, 1713, 1963)
Year). The reaction product was recrystallized from carbon tetrachloride to obtain a light brown compound 1 with a yield of 58%. Melting point was 89 ° C. as measured by DSC.

【0013】[0013]

【化3】 Embedded image

【0014】(2)化合物2の合成 下記反応式(化4)に、化合物2の合成経路を示す。こ
こで用いた出発物質である1ーオクタデシルー2ーメチ
レンー3、3′ージメチルインドリンは、文献(アイ.
グルダとアール.エム.レブラン、ジャーナル オブ
カナデイアンケミストリ、54巻、576頁、1976
年)を参照して合成した。合成は4、4′ービピリジル
と化合物1をベンゼン中で還流させ、黄橙色の固体の化
合物2を得た。
(2) Synthesis of Compound 2 The following reaction formula (Formula 4) shows the synthesis route of Compound 2. The starting material used here, 1-octadecyl-2-methylene-3,3'-dimethylindoline, is described in the literature (I.
Gulda and Earl. M. LeBlanc, Journal of
Canadian Chemistry, 54, 576, 1976
Year). In the synthesis, 4,4'-bipyridyl and Compound 1 were refluxed in benzene to obtain Compound 2 as a yellow-orange solid.

【0015】[0015]

【化4】 Embedded image

【0016】(3)架橋スピロピラン(化合物3)の合
成 (化5)に、化合物2と4、4′ージピリジルからの最
終目的物質である架橋スピロピラン(化合物3)の反応
式を示す。反応は二つの化合物をエタノールに溶し、還
流させて架橋スピロピラン(化合物3)を得た。エタノ
ールからの再結晶操作を行ったが試料の結晶性は悪く、
化合物3は濃い紫色のオイル状態であったが、5カ月以
上かかってエタノール溶媒を徐々に除去すると黒い固体
として得ることができた。DSC測定により136℃に
ガラス転移温度が観測された。最終的な収率は10%で
あった。
(3) Synthesis of crosslinked spiropyran (compound 3) The reaction formula of crosslinked spiropyran (compound 3), which is the final target substance from compound 2 and 4,4'-dipyridyl, is shown in (Chemical Formula 5). In the reaction, the two compounds were dissolved in ethanol and refluxed to obtain a crosslinked spiropyran (Compound 3). Recrystallization from ethanol was performed, but the crystallinity of the sample was poor.
Compound 3 was in a deep purple oily state, but could be obtained as a black solid by slowly removing the ethanol solvent over 5 months or more. A glass transition temperature of 136 ° C. was observed by DSC measurement. Final yield was 10%.

【0017】[0017]

【化5】 Embedded image

【0018】(4)多機能分子膜の作製 分子膜は、アラキジン酸を機能分子で等モル量希釈し
て、片面透明導電膜(インジウム・スズ酸化物)を施し
たガラス基板にLB法で累積して得た。作製条件は以下
の通りである。
(4) Preparation of Multifunctional Molecular Film The molecular film is prepared by diluting arachidic acid with a functional molecule in an equimolar amount and accumulating it on a glass substrate provided with a single-sided transparent conductive film (indium tin oxide) by the LB method. I got it. The manufacturing conditions are as follows.

【0019】層数:10層、 表面圧:20mN/m、 水槽のPH:6.5、水温:18℃ (5)多機能分子膜の評価 図1は、多機能分子膜の光学測定及び電気化学的測定の
装置図である。電極は透明電極9と金線電極2で構成し
た。支持電解質として、5W%の塩化カリウム水溶液3
を用いた。吸光度測定は、市販の分光光度計(大塚電子
製MPCD−2000)を用いた。
Number of layers: 10 layers, surface pressure: 20 mN / m, pH of water tank: 6.5, water temperature: 18 ° C. (5) Evaluation of multifunctional molecular film FIG. It is an apparatus figure of a chemical measurement. The electrodes were composed of a transparent electrode 9 and a gold wire electrode 2. 5 W% aqueous potassium chloride solution 3 as supporting electrolyte
Was used. For the measurement of absorbance, a commercially available spectrophotometer (MPCD-2000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) was used.

【0020】図2はフォトクロミック反応及びエレクト
ロクロミック反応の結果をまとめた図である。紫外線
(365nm)照射により、分子膜はスペクトル12か
らスペクトル11に変化し、無着色状態から着色状態に
変化した。その後、この着色状態の膜に、波長570n
mのレーザー光を照射したところ、無着色状態12に戻
った。
FIG. 2 is a diagram summarizing the results of the photochromic reaction and the electrochromic reaction. Upon irradiation with ultraviolet light (365 nm), the molecular film changed from spectrum 12 to spectrum 11, and changed from a non-colored state to a colored state. Thereafter, a wavelength of 570 n is applied to the colored film.
When the laser beam of m was irradiated, the state returned to the non-colored state 12.

【0021】また、着色状態11で、金電極2を透明電
極9に対して正に1.8ボルト印加すると無着色状態1
2に戻った。以上のことから、フォトクロミック反応を
電極反応で制御出来ることが解った。
When the gold electrode 2 is applied with a positive voltage of 1.8 V to the transparent electrode 9 in the colored state 11, the uncolored state 1 is obtained.
Returned to 2. From the above, it was found that the photochromic reaction can be controlled by the electrode reaction.

【0022】本発明の分子膜としては、LB膜に限られ
るものでなく、キャスト膜、スピンコート膜でも適用可
能である。
The molecular film of the present invention is not limited to the LB film, but can be applied to a cast film and a spin coat film.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多機能分
子膜は、従来のような、光により無着色状態と着色状態
の間を変化するフォトクロミック反応のみでなく、電子
により無着色状態と着色状態の間を変化するエレクトロ
クロミック反応の性質をも合わせ持つものである。この
ことは、フォトクロミック反応を電極反応で制御できる
ことを示しており、他のフォトクロミック材料と組み合
わせることにより、低価格でクロストークのない波長多
重高密度メモリが実現可能となる。
As described above, the multifunctional molecular film of the present invention is not only a photochromic reaction which changes between a non-colored state and a colored state by light as in the prior art, but also a non-colored state by electrons. It also has the property of an electrochromic reaction that changes between colored states. This indicates that the photochromic reaction can be controlled by the electrode reaction. By combining the photochromic reaction with another photochromic material, a low-cost, wavelength-multiplexed high-density memory without crosstalk can be realized.

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

【図1】分子膜の光学的及び電気化学的特性評価装置の
概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus for evaluating optical and electrochemical characteristics of a molecular film.

【図2】無着色状態の膜の可視域吸収スペクトルと着色
状態の膜の可視域吸収スペクトルを示したものである。
FIG. 2 shows a visible absorption spectrum of an uncolored film and a visible absorption spectrum of a colored film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多機能分子膜 2 1mmφの金電極線 3 5W%KCl水溶液 4 低電圧印加用電源 5 照射用光ファイバー 6 受光用光ファイバー 7、8 レンズ 9 ITO(インジウム・スズ酸化物)電極 10 ガラス基板 11 着色状態の膜の可視域吸収スペクトル 12 無着色状態の膜の可視域吸収スペクトル REFERENCE SIGNS LIST 1 Multifunctional molecular film 2 1 mmφ gold electrode wire 3 5 W% KCl aqueous solution 4 Low voltage application power supply 5 Irradiation optical fiber 6 Light receiving optical fiber 7, 8 Lens 9 ITO (indium tin oxide) electrode 10 Glass substrate 11 Colored state 12 Absorption spectrum of the film in the visible region 12 Absorption spectrum of the film in the uncolored state

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G11B 7/24 516 G11B 7/24 516 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09K 9/02 G02F 1/17 G03C 1/685 G03C 1/72 G09F 9/30 G11B 7/24 REGISTRY(STN)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI G11B 7/24 516 G11B 7/24 516 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C09K 9/02 G02F 1 / 17 G03C 1/685 G03C 1/72 G09F 9/30 G11B 7/24 REGISTRY (STN)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 膜成分の一つに、構造式(化1) 【化1】 で表されるフォトクロミック材料を用いることを特徴と
する多機能分子膜
1. One of the membrane components has a structural formula (Formula 1) Multifunctional molecular film characterized by using a photochromic material represented by
【請求項2】 前記請求項1に記載の多機能分子膜にお
いて、電極反応により調光特性を制御することを特徴と
する調光特性制御方法
2. A method for controlling light control characteristics of the multifunctional molecular film according to claim 1, wherein the light control characteristics are controlled by an electrode reaction.
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