JP4969881B2 - Two-photon absorption materials and their applications - Google Patents

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Description

本発明は二光子吸収材料に関し、特に、高い二光子吸収断面積を有する二光子吸収単分子材料または高分子材料に関し、三次元メモリ材料、光制限材料、光造形用光硬化樹脂の硬化材料、光化学療法用材料、二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素材料などの用途に応用される。   The present invention relates to a two-photon absorption material, in particular, a two-photon absorption monomolecular material or a polymer material having a high two-photon absorption cross-sectional area, a three-dimensional memory material, a light limiting material, a cured material of a photocurable resin for optical modeling, Applied to applications such as photochemotherapy materials and fluorescent dye materials for two-photon fluorescence microscopes.

二光子吸収材料に関する従来例として、特許文献1〜3開示のものがある。
また、三次元メモリ媒体(材料)に関する従来例として、特許文献4〜6開示のものがある。
また、光制限素子(材料)に関する従来例として特許文献7開示のものがある。
また、光造形技術に関する従来例として、特許文献8開示のものがある。
また、二光子特性を利用した(蛍光)顕微鏡に関する従来例として、特許文献9〜11開示のものがある。
特許文献1〜11の従来例に従って光メモリ、光学素子、機器等に本発明の優れた二光子吸収特性を有する二光子吸収材料を適用すれば、本発明の請求項7〜10の三次元メモリ材料、光制限材料、及び光造形用光硬化樹脂の硬化材料、二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素材料を達成できる。
As conventional examples of the two-photon absorption material, there are those disclosed in Patent Documents 1 to 3.
Moreover, as a conventional example regarding a three-dimensional memory medium (material), there are those disclosed in Patent Documents 4 to 6.
Moreover, there exists a thing of patent document 7 as a prior art example regarding an optical limiting element (material).
Moreover, there exists a thing of patent document 8 as a prior art example regarding an optical modeling technique.
Further, as conventional examples of a (fluorescence) microscope using two-photon characteristics, there are those disclosed in Patent Documents 9 to 11.
If the two-photon absorption material having the excellent two-photon absorption characteristics of the present invention is applied to an optical memory, an optical element, a device or the like according to the conventional examples of Patent Documents 1 to 11, the three-dimensional memory material according to claims 7 to 10 of the present invention. , A light-limiting material, a photocuring resin curing material, and a fluorescent dye material for two-photon fluorescence microscope can be achieved.

二光子吸収現象を利用すると、極めて高い空間分解能を特徴とする種々のデバイスへの応用が可能となるが、現時点で利用可能な二光子吸収化合物では二光子吸収能が低いため、二光子吸収を誘起する励起光源として、高価で高出力のレーザーが必要となる。従って安価で小型(低出力)のレーザーを用いて二光子吸収を利用した実用用途を実現するためには、より高効率の二光子吸収材料の開発が必須である。   The use of the two-photon absorption phenomenon makes it possible to apply to various devices characterized by extremely high spatial resolution. However, the two-photon absorption compounds currently available have low two-photon absorption ability, so that two-photon absorption can be reduced. An expensive and high-power laser is required as an exciting excitation light source. Therefore, in order to realize a practical application using two-photon absorption using an inexpensive and small (low output) laser, development of a more efficient two-photon absorption material is essential.

<二光子吸収材料を用いた三次元多層光メモリへの応用>
最近、インターネット等のネットワークシステムやハイビジョンTVが急速に普及している。また、HDTV(High Definition Television)の放映を間近にひかえて、民生用途においても50GB以上、好ましくは100GB以上の画像情報を安価簡便に記録するための大容量記録媒体の要求が高まっている。さらにコンピューターバックアップ用途、放送バックアップ用途等、業務用途においては、1TB程度あるいはそれ以上の大容量の情報を高速かつ安価に記録できる光記録媒体が求められている。こうした中、DVD±Rのような従来の二次元光記録媒体は原理上、たとえ記録再生波長を短波長化したとしてもせいぜい25GB程度で、将来の要求に対応できる程の充分大きな記録容量が期待できるとは言えない状況である。
そのような状況の中、究極の高密度、高容量記録媒体として、三次元光記録媒体が俄然、注目されてきている。三次元光記録媒体は、三次元(膜厚)方向に何十、何百層もの記録を重ねることで、従来の二次元記録媒体の何十、何百倍もの超高密度、超高容量記録を達成しようとするものである。三次元光記録媒体を提供するためには、三次元(膜厚)方向の任意の場所にアクセスして書き込みできなければならないが、その手段として、二光子吸収材料を用いる方法とホログラフィ(干渉)を用いる方法とある。二光子吸収材料を用いる三次元光記録媒体では、上記で説明した原理に基づいて何十、何百倍にもわたる、いわゆるビット記録が可能であって、より高密度の記録が可能であり、まさに究極の高密度、高容量光記録媒体であると言える。
二光子吸収材料を用いた三次元光記録媒体としては、記録再生に蛍光性物質を用いて蛍光で読み取る方法(レウ"ィッチ、ユージーン、ポリス他、特表2001−524245号公報[特許文献1]、パベル、ユージエン他、特表2000−512061号公報[特許文献2])、フォトクロミック化合物を用いて吸収または蛍光で読み取る方法(コロティーフ、ニコライ・アイ他、特表2001−522119号公報[特許文献3]、アルセノフ、ウ"ラディミール他、特表2001−508221号公報[特許文献4])等が提案されているが、いずれも具体的な二光子吸収材料の提示はなく、また抽象的に提示されている二光子吸収化合物の例も二光子吸収効率の極めて小さい二光子吸収化合物を用いている。さらに、これらの特許文献に用いているフォトクロミック化合物は可逆材料であるため、非破壊読み出し、記録の長期保存性、再生のS/N比等に問題があり、光記録媒体として実用性のある方式であるとは言えない。特に非破壊読出し、記録の長期保存性等の点では、不可逆材料を用いて光を照射した時の光学特性の変化、例えば反射率変化、透過率変化、発光強度の変化などを検出して再生するのが好ましいが、このような機能を有する二光子吸収材料を具体的に開示している例はなかった。
また、河田聡、川田善正、特開平6−28672号公報[特許文献5]、河田聡、川田善正他、特開平6−118306号公報[特許文献6]には、屈折率変調により三次元的に記録する記録装置、及び再生装置、読み出し方法等が開示されているが、二光子吸収三次元光記録材料を用いた方法についての記載はない。
<Application to two-dimensional multilayer optical memory using two-photon absorption material>
Recently, network systems such as the Internet and high-definition TV are rapidly spreading. In addition, the demand for a large-capacity recording medium for recording image information of 50 GB or more, preferably 100 GB or more inexpensively and easily for consumer use is increasing due to the close up of HDTV (High Definition Television). Furthermore, for business use such as computer backup use and broadcast backup use, an optical recording medium capable of recording large-capacity information of about 1 TB or more at high speed and at low cost is required. Under these circumstances, a conventional two-dimensional optical recording medium such as DVD ± R is expected to have a recording capacity of about 25 GB at most even if the recording / reproducing wavelength is shortened, and a sufficiently large recording capacity to meet future requirements. It is a situation that cannot be said.
Under such circumstances, a three-dimensional optical recording medium has attracted attention as an ultimate high-density, high-capacity recording medium. Three-dimensional optical recording media can be recorded in dozens or hundreds of layers in the three-dimensional (film thickness) direction, resulting in tens or hundreds of times the ultra-high density and ultra-high capacity recording of conventional two-dimensional recording media. That is what we are trying to achieve. In order to provide a three-dimensional optical recording medium, it is necessary to be able to access and write at an arbitrary place in the three-dimensional (film thickness) direction. As a means for this, a method using a two-photon absorption material and holography (interference) There is a method of using. In a three-dimensional optical recording medium using a two-photon absorption material, so-called bit recording can be performed over tens or hundreds of times based on the principle explained above, and higher density recording is possible. It can be said to be the ultimate high-density, high-capacity optical recording medium.
As a three-dimensional optical recording medium using a two-photon absorbing material, a method of reading with fluorescence using a fluorescent substance for recording / reproduction (Lewitch, Eugene, Polis et al., JP-T-2001-524245 [Patent Document 1] Pavel, Eugen et al., Japanese translation of PCT publication No. 2000-512061 [Patent Document 2], and a method of reading with absorption or fluorescence using a photochromic compound (Korotif, Nikolai Eye et al., Japanese Patent Publication No. 2001-522119 [Patent Document 3]. ], Arsenov, U "Radimir et al., JP-T-2001-508221 [Patent Document 4]) and the like have been proposed, but none of them presents a specific two-photon absorption material and is presented abstractly. An example of the two-photon absorption compound used is a two-photon absorption compound having extremely small two-photon absorption efficiency. Further, since the photochromic compounds used in these patent documents are reversible materials, there are problems in non-destructive reading, long-term storage stability of recording, S / N ratio of reproduction, and the like, a method that is practical as an optical recording medium I can't say that. In particular, in terms of non-destructive readout and long-term storage stability, it is possible to detect and reproduce changes in optical characteristics when irradiated with light using an irreversible material, such as changes in reflectance, changes in transmittance, and changes in emission intensity. However, there is no example that specifically discloses a two-photon absorption material having such a function.
In addition, Kawada Jun, Kawada Yoshimasa, JP-A-6-28672 [Patent Document 5], Kawada Kei, Kawada Yoshimasa et al. And JP-A-6-118306 [Patent Document 6] are three-dimensional by refractive index modulation. However, there is no description of a method using a two-photon absorption three-dimensional optical recording material.

上に述べたように、二光子吸収により得た励起エネルギーを用いて反応を起こさせ、その結果レーザー焦点(記録)部と非焦点(非記録)部で光を照射した際の光学特性の変化を書き換えできない方式で変調することができれば、三次元空間の任意の場所に極めて高い空間分解能で、究極の高密度記録媒体と考えられる三次元光記録媒体への応用が可能となる。さらに、非破壊読み出しが可能で、かつ不可逆材料であるため良好な保存性も期待でき実用的である。
しかし、現時点で利用可能な二光子吸収化合物では、二光子吸収能が低いため、光源として非常に高出力のレーザーが必要であり、かつ記録時間も長くかかる。特に三次元光記録媒体に使用するためには、速い転送レート達成のために、高感度にて光学特性の違いによる記録を二光子吸収により行うことができる二光子吸収三次元光記録材料の構築が必須である。そのためには、高効率に二光子を吸収し励起状態を生成することができる二光子吸収化合物が有力であるが、そのような材料は今までほとんど開示されておらず、そのような材料の構築が望まれていた。
As described above, the reaction is caused by the excitation energy obtained by two-photon absorption, and as a result, the optical characteristics change when the laser focus (recording) part and the non-focus (non-recording) part are irradiated. Can be modulated by a method that cannot be rewritten, it can be applied to a three-dimensional optical recording medium that is considered to be the ultimate high-density recording medium with an extremely high spatial resolution in an arbitrary place in a three-dimensional space. Furthermore, since non-destructive readout is possible and the material is an irreversible material, it can be expected to have good storage stability and is practical.
However, the currently available two-photon absorption compounds have a low two-photon absorption capability, so that a very high-power laser is required as a light source and a long recording time is required. Especially for use in three-dimensional optical recording media, construction of a two-photon absorption three-dimensional optical recording material that can perform recording by two-photon absorption with high sensitivity to achieve a fast transfer rate. Is essential. To that end, two-photon absorption compounds that can absorb two-photons with high efficiency and generate excited states are promising, but few such materials have been disclosed so far, and the construction of such materials Was desired.

特開2005−213434号公報JP-A-2005-213434 特開2005−82507号公報JP 2005-82507 A 特開2004−168690号公報JP 2004-168690 A 特開2005−100606号公報JP-A-2005-100606 特表2005−517769号公報JP 2005-517769 Gazette 特表2004−534849号公報JP-T-2004-534849 特開平08−320422号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-320422 特開2005−134783号公報JP 2005-134783 A 特開平09−230246号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-230246 特開平10−142507号公報JP 10-142507 A 特開2005−165212号公報JP 2005-165212 A 特表2001−524245号公報JP-T-2001-524245 特表2000−512061号公報Special table 2000-512061 gazette 特表2001−522119号公報Special table 2001-522119 gazette 特表2001−508221号公報Special table 2001-508221 gazette 特開平6−28672号公報JP-A-6-28672 特開平6−118306号公報JP-A-6-118306

上記従来技術に鑑みて、本発明の目的は、効率良く二光子を吸収する高感度な二光子吸収材料、すなわち二光子吸収断面積の大きな有機材料を提供することにある。   In view of the above prior art, an object of the present invention is to provide a highly sensitive two-photon absorption material that efficiently absorbs two-photons, that is, an organic material having a large two-photon absorption cross section.

また、本発明の目的は、二光子吸収断面積が大きい二光子吸収化合物を少なくとも有し、二光子吸収化合物の二光子吸収を利用して書き換えできない方式で記録を行った後、光を記録材料に照射してその光学特性の違いを検出することにより再生することが可能な二光子吸収光記録材料を提供することにある。
さらに、それらを用い優れた二光子吸収三次元光記録材料を提供することにある。
Another object of the present invention is to have at least a two-photon absorption compound having a large two-photon absorption cross-section and to record light in a recording material that cannot be rewritten using the two-photon absorption of the two-photon absorption compound. It is an object of the present invention to provide a two-photon absorption optical recording material that can be reproduced by irradiating the film and detecting the difference in optical characteristics.
It is another object of the present invention to provide an excellent two-photon absorption three-dimensional optical recording material using them.

本発明者らは鋭意検討した結果、特定の構成単位を含有するアリールアミンの単量体もしくは重合体により上記課題が解決されることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明によれば、(1)「下記一般式(I)で表される構造を有する二光子吸収材料;
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by an arylamine monomer or polymer containing a specific structural unit, and have reached the present invention.
That is, according to the present invention, (1) “two-photon absorption material having a structure represented by the following general formula (I);

Figure 0004969881
(式中、Ar、Ar、Ar及びArは、置換または無置換の芳香族炭化水素、もしくは、置換または無置換の芳香族複素環の二価基であって、
Arは、置換または無置換の芳香族炭化水素、もしくは、置換または無置換の芳香族複素環の一価基であって、
Arは、置換または無置換のベンゼン、チオフェン、ビフェニル、フルオレン、もしくはアントラセンの二価基であって、
かつ、Ar及びArは、それぞれ独立に置換または無置換の芳香族炭化水素基である。)」、
(2)「下記一般式(II)で表される構造を有する二光子吸収材料;
Figure 0004969881
(Wherein Ar 1 , Ar 2 , Ar 4 and Ar 5 are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbons or substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic divalent groups,
Ar 3 is a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon or a monovalent group of a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring,
Ar 6 is a substituted or unsubstituted divalent group of benzene, thiophene, biphenyl, fluorene, or anthracene,
Ar 7 and Ar 8 are each independently a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group. ) ",
(2) “two-photon absorption material having a structure represented by the following general formula (II);

Figure 0004969881
(式中、Arは、置換または無置換の芳香族炭化水素、もしくは、置換または無置換の芳香族複素環の一価基であって、
Arは、置換または無置換のベンゼン、チオフェン、ビフェニル、フルオレン、もしくはアントラセンの二価基であって、
Ar及びArは、それぞれ独立に置換または無置換の芳香族炭化水素基であって、
、R、R及びRは、水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、もしくは置換または無置換のアルキルチオ基から選択される基である。)」、
(3)「下記一般式(III)で表される構造を有する二光子吸収材料;
Figure 0004969881
(Wherein Ar 3 is a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon or a monovalent group of a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring;
Ar 6 is a substituted or unsubstituted divalent group of benzene, thiophene, biphenyl, fluorene, or anthracene,
Ar 7 and Ar 8 are each independently a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group,
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are groups selected from a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group. . ) ",
(3) “two-photon absorption material having a structure represented by the following general formula (III);

Figure 0004969881
(式中、Arは、置換または無置換のベンゼン、チオフェン、ビフェニル、フルオレン、もしくはアントラセンの二価基であって、
Ar及びArは、それぞれ独立に置換または無置換の芳香族炭化水素基であって、
、R、R、R及びRは、水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、もしくは置換または無置換のアルキルチオ基から選択される基である。)」、
(4)「下記一般式(IV)で表される繰返し単位の部分を有する二光子吸収材料;
Figure 0004969881
Wherein Ar 6 is a substituted or unsubstituted benzene, thiophene, biphenyl, fluorene, or anthracene divalent group,
Ar 7 and Ar 8 are each independently a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group,
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are selected from a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group It is a group. ) ",
(4) “two-photon absorbing material having a repeating unit represented by the following general formula (IV);

Figure 0004969881
(式中、Ar、Ar、Ar及びArは、置換または無置換の芳香族炭化水素、もしくは、置換または無置換の芳香族複素環の二価基であって、
Arは、置換または無置換の芳香族炭化水素、もしくは、置換または無置換の芳香族複素環の一価基であって、
Arは、置換または無置換のベンゼン、チオフェン、ビフェニル、フルオレン、もしくはアントラセンの二価基である。)」、
(5)「一般式(V)で表される繰返し単位部分を有する二光子吸収材料;
Figure 0004969881
(Wherein Ar 1 , Ar 2 , Ar 4 and Ar 5 are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbons or substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic divalent groups,
Ar 3 is a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon or a monovalent group of a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring,
Ar 6 is a substituted or unsubstituted divalent group of benzene, thiophene, biphenyl, fluorene, or anthracene. ) ",
(5) “two-photon absorption material having a repeating unit represented by the general formula (V);

Figure 0004969881
(式中、Arは、置換または無置換の芳香族炭化水素、もしくは、置換または無置換の芳香族複素環の一価基であって、
Arは、置換または無置換のベンゼン、チオフェン、ビフェニル、フルオレン、もしくはアントラセンの二価基であって、
、R、R及びRは、水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、もしくは置換または無置換のアルキルチオ基から選択される基である。)」、
(6)「一般式(VI)で表される繰返し単位の部分を有する二光子吸収材料;
Figure 0004969881
(Wherein Ar 3 is a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon or a monovalent group of a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring;
Ar 6 is a substituted or unsubstituted divalent group of benzene, thiophene, biphenyl, fluorene, or anthracene,
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are groups selected from a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group. . ) ",
(6) “two-photon absorption material having a repeating unit represented by the general formula (VI);

Figure 0004969881
(式中、Arは、置換または無置換のベンゼン、チオフェン、ビフェニル、フルオレン、もしくはアントラセンの二価基であって、
、R、R、R及びRは、水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、もしくは置換または無置換のアルキルチオ基から選択される基である。)」、
(7)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含む三次元メモリ材料」、
(8)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含む光制限材料」、
(9)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含む光造形用光硬化樹脂の硬化材料」、
(10)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含む二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素材料」によって達成される。
Figure 0004969881
Wherein Ar 6 is a substituted or unsubstituted benzene, thiophene, biphenyl, fluorene, or anthracene divalent group,
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are selected from a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group It is a group. ) ",
(7) “Three-dimensional memory material including the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)”,
(8) “Optical limiting material including the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)”,
(9) "Curing material of photo-curing resin for optical modeling including the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)",
(10) “A fluorescent dye material for a two-photon fluorescence microscope comprising the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)”.

即ち、本発明は、上記(1)〜(10)の二光子吸収材料、これを用いた三次元メモリ材料、光制限材料、及び光造形用光硬化樹脂の硬化材料、二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素材料に係わる。ここで、上記(1)〜(3)は、本発明の単分子の二光子吸収材料の基本構造を示し、(4)〜(6)は、本発明の二光子吸収材料の重合体構造を示し、(7)〜(10)は、その好適な工業的適用材料例を示す。   That is, the present invention provides the two-photon absorption material according to the above (1) to (10), a three-dimensional memory material using the same, a light-limiting material, a curing material for a photo-setting resin for optical modeling, and a fluorescence for a two-photon fluorescence microscope Related to dye materials. Here, the above (1) to (3) show the basic structure of the unimolecular two-photon absorption material of the present invention, and (4) to (6) show the polymer structure of the two-photon absorption material of the present invention. (7) to (10) show examples of suitable industrially applied materials.

以下の詳細かつ具体的な説明から明らかなように、本発明により、光子吸収の遷移効率が高い二光子吸収化合物が実現でき、小型で安価なレーザーを使った実用用途(三次元メモリ材料、光制限材料、光造形用光硬化樹脂の硬化材料、光化学療法用材料、二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素材料など)が実現可能となる。
また、以前は低分子化合物(単分子化合物)の二光子吸収材料を用いる場合、これまでは高分子材料中に分散させて使用していた。しかしながら長期保存性に関しては、二光子吸収材料の結晶化やマイグレーションによる偏析等による塗膜欠陥が発生するため、品質が変化する不具合があった。
二光子吸収能を有する部位を連結した二光子吸収重合体とすることで、長期保存でも塗膜欠陥が発生せず、安定した品質が得られるという極めて優れた効果を奏するものである。
As will be apparent from the following detailed and specific description, the present invention can realize a two-photon absorption compound having a high photon absorption transition efficiency, and can be practically used with a small and inexpensive laser (three-dimensional memory material, optical Limiting materials, photocuring resin curing materials, photochemotherapy materials, fluorescent dye materials for two-photon fluorescence microscopes, etc.) can be realized.
In the past, when using a two-photon absorption material of a low molecular compound (monomolecular compound), it has been used by being dispersed in a polymer material. However, with regard to long-term storage stability, there has been a problem that the quality changes because coating film defects occur due to segregation due to crystallization or migration of the two-photon absorption material.
By using a two-photon absorption polymer in which sites having two-photon absorption ability are linked, a coating film defect does not occur even during long-term storage, and an excellent effect is obtained that a stable quality can be obtained.

以下、本発明ついてより詳細に説明する。
本発明の二光子吸収材料とは、非共鳴領域の波長において分子を励起することが可能な材料で、このとき励起に用いた光子の約2倍のエネルギー準位に、実励起状態が存在する材料のことである。
そして二光子吸収現象とは、三次の非線形光学効果の一種であって、分子が二つのフォトンを同時に吸収して、基底状態から励起状態へ遷移する現象であり、古くから知られていたがJean−Luc Bredas等が1998年に分子構造とメカニズムの関係を解明して以来(Science,281,1653 (1998))、近年になって二光子吸収能を有する材料に関する研究が進むようになった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The two-photon absorption material of the present invention is a material capable of exciting a molecule at a wavelength in a non-resonant region, and an actual excited state exists at an energy level about twice that of a photon used for excitation. It is a material.
The two-photon absorption phenomenon is a kind of third-order nonlinear optical effect, in which a molecule simultaneously absorbs two photons and transitions from a ground state to an excited state. -Luc Bredas et al. Clarified the relationship between molecular structure and mechanism in 1998 (Science, 281, 1653 (1998)), and in recent years, research on materials having two-photon absorption ability has advanced.

しかしながらこのような二光子同時吸収の遷移効率は、一光子吸収に較べて極めて低く、極めて大きなパワー密度の光子を必要とするため、通常使用されるレーザー光強度では殆ど無視され、ピーク光強度(最大発光波長における光強度)が高いモード同期レーザーのようなフェムト秒程度の極超短パルスレーザーを用いると、観察されることが確認されている。
二光子吸収の遷移効率は、印加する光電場の二乗に比例する(二光子吸収の二乗特性)。このため、レーザーを照射した場合、レーザースポット中心部、即ち電界強度の高い位置でのみ二光子の吸収が起こり、周辺部の電界強度の弱い部分では二光子の吸収は全く起こらない。三次元空間においては、レーザー光をレンズで集光した焦点の電界強度の大きな領域でのみ二光子吸収が起こり、焦点から外れた領域では電界強度が弱いために二光子吸収が全く起こらない。印加された光電場の強度に比例してすべての位置で励起が起こる一光子の線形吸収に比べて、二光子吸収は、この二乗特性に由来して空間内部の一点のみしか励起が起こらないため、空間分解能が著しく向上する。
However, since the transition efficiency of such two-photon simultaneous absorption is extremely lower than that of one-photon absorption and requires a photon with a very large power density, it is almost ignored in the laser light intensity normally used, and the peak light intensity ( It has been confirmed that an ultra-short pulse laser of about femtosecond such as a mode-locked laser having a high light intensity at the maximum emission wavelength is observed.
The transition efficiency of two-photon absorption is proportional to the square of the applied photoelectric field (square characteristic of two-photon absorption). For this reason, when a laser is irradiated, two-photon absorption occurs only at the center of the laser spot, that is, at a position where the electric field strength is high, and no two-photon absorption occurs at the peripheral portion where the electric field strength is low. In the three-dimensional space, two-photon absorption occurs only in a region where the electric field strength at the focal point where the laser light is collected by the lens is large, and no two-photon absorption occurs in the region outside the focal point because the electric field strength is weak. Compared to the linear absorption of one photon where excitation occurs at all positions in proportion to the intensity of the applied photoelectric field, two-photon absorption is caused by excitation at only one point inside the space due to this square characteristic. , The spatial resolution is significantly improved.

この特性を利用して、記録媒体の所定の位置に二光子吸収によりスペクトル変化、屈折率変化または偏光変化などの光学特性変化を生じさせ、ビットデータを記録する三次元メモリの研究が進められている。二光子吸収は、光の強度の二乗に比例して生じるため、二光子吸収を利用したメモリは、一光子吸収を利用したメモリに比べて、スポットサイズを小さくすることができ、超解像記録が可能となる。その他この二乗特性に由来する高い空間分解能の特性から、光制限材料、光造形用光硬化樹脂の硬化材料、二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素材料などの用途への開発も進められている。   Utilizing this property, research on three-dimensional memory that records bit data by causing optical property changes such as spectrum change, refractive index change or polarization change by two-photon absorption at a predetermined position of the recording medium has been advanced. Yes. Since two-photon absorption occurs in proportion to the square of the intensity of light, a memory using two-photon absorption can reduce the spot size compared to a memory using one-photon absorption, and super-resolution recording. Is possible. In addition, from the characteristics of high spatial resolution derived from this square characteristic, development for applications such as a light limiting material, a cured material of a photo-curing resin for stereolithography, and a fluorescent dye material for a two-photon fluorescence microscope is being promoted.

さらに、二光子吸収を誘起する場合には、化合物の線形吸収帯が存在する波長領域よりも長波長でかつ吸収の存在しない、近赤外領域の短パルスレーザーを用いることが可能である。化合物の線形吸収帯が存在しない、いわゆる透明領域の近赤外光を用いるため、励起光が吸収や散乱を受けずに試料内部まで到達でき、かつ二光子吸収の二乗特性のために試料内部の一点を高い空間分解能で励起できるため、二光子吸収及び二光子発光は生体組織の二光子造影や二光子フォトダイナミックセラピー(PDT)などの光化学療法応用面でも期待されている。また、二光子吸収、二光子発光を用いると、入射した光子のエネルギーよりも高いエネルギーの光子を取り出せるため、波長変換デバイスという観点からアップコンバージョンレージングに関する研究も報告されている。   Furthermore, in the case of inducing two-photon absorption, it is possible to use a short-pulse laser in the near-infrared region that has a longer wavelength than the wavelength region in which the linear absorption band of the compound exists and does not have absorption. Since the near-infrared light of the so-called transparent region, which does not have a linear absorption band of the compound, is used, the excitation light can reach the inside of the sample without being absorbed or scattered, and because of the square characteristic of the two-photon absorption, Since one point can be excited with high spatial resolution, two-photon absorption and two-photon emission are also expected in photochemotherapy applications such as two-photon contrast and two-photon photodynamic therapy (PDT) of biological tissues. In addition, research on upconversion lasing has been reported from the viewpoint of a wavelength conversion device because photons with higher energy than the energy of incident photons can be extracted by using two-photon absorption and two-photon emission.

二光子吸収材料としてはこれまでに多数の無機材料が見出されてきた。ところが無機物においては、所望の二光子吸収特性や、素子製造のために必要な諸物性を最適化するためのいわゆる分子設計が困難であることから実用するのは非常に困難であった。一方、有機化合物は分子設計により所望の二光子吸収の最適化が可能であるのみならず、その他の諸物性のコントロールも可能であるため、実用の可能性が高く、有望な二光子吸収材料として注目を集めている。   Many inorganic materials have been found so far as two-photon absorption materials. However, inorganic materials are very difficult to put into practical use because so-called molecular design for optimizing desired two-photon absorption characteristics and various physical properties necessary for device manufacture is difficult. On the other hand, organic compounds can be optimized not only for the desired two-photon absorption by molecular design, but also for other physical properties, making it highly practical and a promising two-photon absorption material. It attracts attention.

従来の有機系二光子吸収材料としては、ローダミン、クマリンなどの色素化合物、ジチエノチオフェン誘導体、オリゴフェニレンビニレン誘導体などの化合物が知られている。しかしながら、分子あたりの二光子吸収能を示す二光子吸収断面積が小さく、特にフェムト秒パルスレーザーを用いた場合の二光子吸収断面積は、200(GM:×10−50cm・s・molecule−1・photon−1)未満のものが殆どで工業的な実用化には至っていない。 As conventional organic two-photon absorption materials, pigment compounds such as rhodamine and coumarin, compounds such as dithienothiophene derivatives and oligophenylene vinylene derivatives are known. However, the two-photon absorption cross-section showing the two-photon absorption capacity per molecule is small, and the two-photon absorption cross-section particularly when using a femtosecond pulse laser is 200 (GM: × 10 −50 cm 4 · s · molecule Most of those less than −1 · photon −1 ) have not yet been put into practical use.

本発明の二光子吸収光記録材料は、スピンコーター、ロールコーターまたはバーコーターなどを用いることによって基板上に直接塗布することも、あるいはフィルムとしてキャストしついで通常の方法により基板にラミネートすることもでき、それらにより二光子吸収光記録材料とすることができる。
ここで、「基板」とは、任意の天然又は合成支持体、好適には柔軟性又は剛性フィルム、シートまたは板の形態で存在することができるものを意味する。
基板として好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、樹脂下塗り型ポリエチレンテレフタレート、火炎又は静電気放電処理されたポリエチレンテレフタレート、セルロースアセテート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ガラス等である。また、この基板にはあらかじめ、トラッキング用の案内溝やアドレス情報が付与されたものであっても良い。
The two-photon absorption optical recording material of the present invention can be applied directly on the substrate by using a spin coater, roll coater or bar coater, or can be cast as a film and laminated on the substrate by a usual method. Thus, a two-photon absorption optical recording material can be obtained.
Here, “substrate” means any natural or synthetic support, preferably one that can exist in the form of a flexible or rigid film, sheet or plate.
Preferred examples of the substrate include polyethylene terephthalate, resin-primed polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate subjected to flame or electrostatic discharge treatment, cellulose acetate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyester, polyvinyl alcohol, and glass. The substrate may be provided with a guide groove for tracking and address information in advance.

使用した溶媒は乾燥時に蒸発除去することができる。蒸発除去には加熱や減圧を用いても良い。
さらに、二光子吸収光記録材料の上に、酸素遮断や層間クロストーク防止のための保護層(中間層)を形成してもよい。保護層(中間層)は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレートまたはセロファンフィルムなどのプラスチック製のフィルムまたは板を静電的な密着、押し出し機を使った積層等により貼合わせるか、前記ポリマーの溶液を塗布してもよい。また、ガラス板を貼合わせてもよい。また、保護層と感光膜の間および/または、基材と感光膜の間に、気密性を高めるために粘着剤または液状物質を存在させてもよい。さらに感光膜間の保護層(中間層)にもあらかじめ、トラッキング用の案内溝やアドレス情報が付与されたものであっても良い。
The solvent used can be removed by evaporation during drying. Heating or reduced pressure may be used for evaporation removal.
Furthermore, a protective layer (intermediate layer) for blocking oxygen and preventing interlayer crosstalk may be formed on the two-photon absorption optical recording material. The protective layer (intermediate layer) is made of a plastic film or plate such as polypropylene, polyethylene, polyolefins such as polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate or cellophane film. Alternatively, the layers may be laminated together or the polymer solution may be applied. Further, a glass plate may be bonded. Further, an adhesive or a liquid substance may be present between the protective layer and the photosensitive film and / or between the base material and the photosensitive film in order to improve airtightness. Further, the protective layer (intermediate layer) between the photosensitive films may be provided with tracking guide grooves and address information in advance.

モノマー化合物(低分子化合物)もポリマー化合物(高分子化合物、樹脂)もデバイスとして用いる形態としては、基本的に膜(フィルム)であり、従って、その形成方法としては通常の有機材料の溶剤塗工法(すなわち、スピンコート、浸漬塗布、ロールコート、スプレーコート、バーコート等)が使用可能である。低分子化合物(単分子化合物)はそれ自体に被膜形成能があれば、単独でも、高分子材料等の決着材との混合でも用いることが可能であるが、低分子化合物(単分子化合物)単独では被膜形成能が無い場合、高分子材料等の決着材との混合でも用いることになる。いずれの(低分子、高分子)構造においても用途によっては樹脂との混合等の形態で成形によってデバイス化することも可能である。   Both the monomer compound (low molecular compound) and the polymer compound (polymer compound, resin) are basically used as a device in the form of a film (film). Therefore, as a forming method thereof, a usual organic solvent coating method is used. (That is, spin coating, dip coating, roll coating, spray coating, bar coating, etc.) can be used. A low molecular compound (monomolecular compound) can be used alone or in combination with a fixing material such as a polymer material as long as it has a film-forming ability. Then, when there is no film-forming ability, it is also used by mixing with a fixing material such as a polymer material. Any (low molecular, high molecular) structure can be formed into a device by molding in the form of mixing with a resin or the like depending on the application.

また本発明(I)〜(III)で示される低分子系化合物に比べると本発明の(IV)〜(V)で示される高分子系化合物では塗膜欠陥(結晶化、マイグレーション)がより発生し難い傾向にあり、塗膜欠陥(結晶化、マイグレーション)が発生しない品質の安定した二光子吸収断面積の大きな有機材料を提供することも可能である。   Also, compared with the low molecular weight compounds shown in the present inventions (I) to (III), the polymer compounds shown in (IV) to (V) of the present invention cause more coating film defects (crystallization, migration). It is also possible to provide an organic material having a stable two-photon absorption cross-sectional area with a quality that does not easily cause a coating film defect (crystallization, migration).

上述した三次元多層光記録媒体の任意の層に焦点を合わせ、記録再生を実施することで、本発明の三次元記録媒体として機能する。また、層間を保護層(中間層)で区切っていなくとも、二光子吸収色素特性から深さ方向の三次元記録が可能である。   By focusing on an arbitrary layer of the above-described three-dimensional multilayer optical recording medium and performing recording and reproduction, the three-dimensional recording medium of the present invention functions. Further, even if the layers are not separated by a protective layer (intermediate layer), three-dimensional recording in the depth direction is possible from the two-photon absorption dye characteristics.

以下、三次元多層光メモリの好ましい実施形態(具体例)を示すが、本発明はこれらの実施形態により何ら限定されず、三次元記録(平面及び膜厚方向に記録)が可能な構造であれば、他にどのような構造であっても構わない。   Hereinafter, preferred embodiments (specific examples) of the three-dimensional multilayer optical memory will be described. However, the present invention is not limited to these embodiments, and any structure capable of three-dimensional recording (recording in a plane and a film thickness direction) can be used. Any other structure may be used.

三次元多層光メモリの記録/再生のシステム概略図を図1(a)に、記録媒体の概略断面図を図1(b)に示す。
図中(b)の記録媒体においては、平らな支持体(基板(1))に本発明の二光子吸収化合物を用いた記録層と、クロストーク防止用の中間層(保護層)が交互に50層ずつ積層され、各層はスピンコート法により成膜されている。記録層の厚さは0.01〜0.5μ、中間層の厚さは0.1μ〜5μが好ましく、この構造であれば、現在普及しているCD/DVDと同じディスクサイズで、テラバイト級の超高密度光記録が実現できる。更にデータの再生方法(透過/或いは反射型)により、基板(1)と同様の基板(2)(保護層)、或いは高反射率材料からなる反射層が構成される。
記録時は単一ビームが使用され、この場合フェムト秒オーダーの超短パルス光を利用することができる。また再生時は、データ記録に使用するビームとは異なる波長、或いは低出力の同波長の光を用いることもできる。記録及び再生は、ビット単位/ページ単位のいずれにおいても実行可能であり、面光源や二次元検出器等を利用する並行記録/再生は、転送レートの高速化に有効である。
なお、本発明に従い同様に形成される三次元多層光メモリの形態としては、カード状、プレート状、テープ状、ドラム状等が考えられる。
A schematic diagram of a recording / reproducing system of a three-dimensional multilayer optical memory is shown in FIG. 1A, and a schematic sectional view of a recording medium is shown in FIG.
In the recording medium (b) in the figure, a recording layer using the two-photon absorption compound of the present invention on a flat support (substrate (1)) and an intermediate layer (protective layer) for preventing crosstalk alternately. 50 layers are stacked, and each layer is formed by spin coating. The thickness of the recording layer is preferably 0.01 to 0.5 μm, and the thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 μm to 5 μm. With this structure, the disk size is the same as the currently popular CD / DVD, and the terabyte class Can be realized. Further, a substrate (2) (protective layer) similar to the substrate (1) or a reflective layer made of a high reflectance material is formed by a data reproduction method (transmission / or reflection type).
A single beam is used at the time of recording, and in this case, ultrashort pulse light of femtosecond order can be used. At the time of reproduction, it is also possible to use light having a wavelength different from that of the beam used for data recording or light of the same wavelength with low output. Recording and playback can be performed in either bit units or page units, and parallel recording / playback using a surface light source, a two-dimensional detector, or the like is effective in increasing the transfer rate.
Note that a three-dimensional multilayer optical memory similarly formed according to the present invention may have a card shape, a plate shape, a tape shape, a drum shape, or the like.

<二光子吸収材料を用いた光制限素子への応用>
光通信や光情報処理では、情報等の信号を光で搬送するために変調、スイッチング等の光制御が必要になる。この種の光制御には、電気信号を用いた電気−光制御方法が従来採用されている。しかし電気−光制御方法は、電気回路のようなCR時定数による帯域制限、素子自体の応答速度や電気信号と光信号との間の速度の不釣合いで処理速度が制限されることなどの制約があり、光の利点である広帯域性や高速性を十分に生かすためには、光信号によって光信号を制御する光−光制御技術が非常に重要になってくる。
この要求に応えるものとして本発明の二光子吸収材料を加工して作製した光学素子は、光を照射することで引き起こされる透過率や屈折率、吸収係数などの光学的変化を利用し、電子回路技術を用いずに光の強度や周波数を変調することで、光通信、光交換、光コンピューター、光インターコネクション等における光スイッチなどに応用することが可能である。
二光子吸収による光学特性変化を利用する本発明の光制限素子は、通常の半導体材料により形成される光制限素子や、一光子励起によるものに比べ、応答速度にはるかに優れた素子を提供することができる。また本発明の二光子吸収材料は高感度ゆえに、S/N比の高い信号特性に優れた光制限素子を提供することができる。
<Application to optical limiting element using two-photon absorption material>
In optical communication and optical information processing, optical control such as modulation and switching is required to carry signals such as information with light. For this type of light control, an electro-light control method using an electric signal has been conventionally employed. However, the electro-optical control method has limitations such as a band limitation due to a CR time constant as in an electric circuit, a processing speed being limited due to a response speed of the element itself and a speed mismatch between an electric signal and an optical signal. In order to make full use of the broadband and high speed, which are the advantages of light, light-light control technology for controlling an optical signal with an optical signal becomes very important.
An optical element manufactured by processing the two-photon absorption material of the present invention in response to this requirement utilizes an optical change such as transmittance, refractive index, absorption coefficient, etc. caused by irradiating light, and an electronic circuit. By modulating the intensity and frequency of light without using technology, it can be applied to optical switches in optical communications, optical exchange, optical computers, optical interconnections, and the like.
The optical limiting element of the present invention that utilizes the change in optical characteristics due to two-photon absorption provides an optically limiting element that is formed from a normal semiconductor material and an element that has a much higher response speed than those based on one-photon excitation. be able to. In addition, since the two-photon absorption material of the present invention has high sensitivity, it is possible to provide an optical limiting element excellent in signal characteristics with a high S / N ratio.

図2は、本発明の二光子吸収材料を、二光子励起し得る波長の制御光により二光子励起させることによって、一光子励起し得る波長の信号光を光スイッチングする光制御素子の一例である。保護層で狭持された二光子吸収材料の形態を示すが、この構成が本発明を限定するものではない。   FIG. 2 is an example of a light control element that optically switches a signal light having a wavelength that can be excited by one photon by exciting the two-photon absorbing material of the present invention with a control light having a wavelength that can be excited by two photons. . Although the form of the two-photon absorption material sandwiched between the protective layers is shown, this configuration does not limit the present invention.

また、本発明における光制限素子の公知文献として特開平8−320422号公報が挙げられる。これによると光照射により屈折率が変化する光屈折率材料に、その屈折率が変化する波長の光を照射してフォーカシングを行い、屈折率分布を形成する光導波路として開示されている。すなわち、本発明の高い二光子吸収能を有した材料、薄膜、もしくは光硬化性樹脂等に分散させた固体物を光学素子として配置し、ひとつの波長(λ1)の光で励起状態に励起こされ、さらにその状態から他の波長(λ2)の光で他の状態に励起こされることにより波長による屈折率変化分布を利用した光導波路の設計が可能となる。
二光子吸収材料はその多くが蛍光を有するものが多く、光デバイスの一方の出射端またはその近傍に蛍光物質を配置し、他方から励起光(λ1)を出射させ、励起光と蛍光(λ2)で屈折率分布を形成することもできる。この場合、通常蛍光の方が励起光より弱いので、感度は蛍光の波長において大きくすることが望ましい。蛍光物質としては、蛍光色素を光硬化性物質に分散させたものなどが例示される。
Japanese Patent Laid-Open No. 8-320422 is cited as a known document of the light limiting element in the present invention. According to this, it is disclosed as an optical waveguide which forms a refractive index distribution by irradiating a light refractive index material whose refractive index changes with light irradiation with light having a wavelength whose refractive index changes. That is, a solid material dispersed in a material having a high two-photon absorption capacity, a thin film, or a photocurable resin of the present invention is arranged as an optical element, and excited in an excited state with light of one wavelength (λ1). Further, by being excited from the state to the other state by the light of the other wavelength (λ2), it becomes possible to design the optical waveguide using the refractive index change distribution according to the wavelength.
Many of the two-photon absorption materials have fluorescence, and a fluorescent substance is arranged at or near one emission end of the optical device, and excitation light (λ1) is emitted from the other, and excitation light and fluorescence (λ2) are emitted. A refractive index distribution can also be formed. In this case, since the fluorescence is usually weaker than the excitation light, it is desirable to increase the sensitivity at the fluorescence wavelength. Examples of the fluorescent substance include those in which a fluorescent dye is dispersed in a photocurable substance.

<光造形用材料への応用>
二光子光造形法の装置の概略図を図3に示し、以下に説明する。
近赤外パルスレーザー光源(31)からの光を、ミラースキャナー(34)に通した後、レンズを用いて光硬化性樹脂(39)中に集光させレーザースポットを走査し、二光子吸収を誘起することによって焦点近傍のみにおいて樹脂を硬化させて任意の三次元構造を形成する二光子マイクロ光造形方法である。
パルスレーザー光をレンズで集光して、集光点近傍にフォトンの密度の高い領域を形成する。このときビームの各断面を通過するフォトンの総数は一定なので、焦点面内でビームを二次元的に走査した場合、各断面における光強度の総和は一定である。しかしながら、二光子吸収の発生確率は、光強度の二乗に比例するため、光強度の大きい集光点近傍にのみ、二光子吸収の発生の高い領域が形成される。このように、パルスレーザー光をレンズによって集光させ二光子吸収を誘起することで、集光点近傍に光吸収を限定し、ピンポイントで樹脂を硬化させることが可能となる。集光点はZステージ(36)とガルバノミラーによって光硬化樹脂液内を自由に移動させることができるため、光硬化性樹脂液内において目的とする三次元加工物を自在に形成することができる。
<Application to stereolithography materials>
A schematic diagram of a two-photon stereolithography apparatus is shown in FIG. 3 and described below.
After passing the light from the near-infrared pulse laser light source (31) through the mirror scanner (34), it is condensed into the photo-curable resin (39) using a lens, and the laser spot is scanned to absorb the two-photon absorption. This is a two-photon micro-stereolithography method in which an arbitrary three-dimensional structure is formed by curing the resin only in the vicinity of the focal point.
The pulsed laser beam is condensed by a lens, and a region with high photon density is formed in the vicinity of the focal point. At this time, since the total number of photons passing through each cross section of the beam is constant, when the beam is scanned two-dimensionally within the focal plane, the total light intensity in each cross section is constant. However, since the probability of occurrence of two-photon absorption is proportional to the square of the light intensity, a region where the generation of two-photon absorption is high is formed only near the condensing point where the light intensity is high. In this way, by condensing the pulsed laser light with the lens and inducing two-photon absorption, it is possible to limit the light absorption near the condensing point and to cure the resin at a pinpoint. Since the condensing point can be freely moved in the photocurable resin liquid by the Z stage (36) and the galvanometer mirror, a desired three-dimensional workpiece can be freely formed in the photocurable resin liquid. .

二光子光造形法の特徴としては、以下の項目が挙げられる。
1)回折限界を超える加工分解能
二光子吸収の光強度に対する非線形性によって、光の回折限界を超えた加工分解能を実現できる。
2)超高速造形
二光子吸収を利用した場合、焦点以外の領域では、光硬化性樹脂が原理的にも硬化しない。
このため照射させる光強度を大きくし、ビームのスキャン速度を速くすることができる。
またこのため、造形速度を約10倍向上することができる。
3)三次元加工
光硬化性樹脂は、二光子吸収を誘起する近赤外光に対して透明である。
したがって焦点光を樹脂の内部へ深く集光した場合でも、内部硬化が可能である。
従来のSIHでは、ビームを深く集光した場合、光吸収によって集光点の光強度が小さくなり、
内部硬化が困難になる問題点が、本発明ではこうした問題点を確実に解決することができる。
4)生産性の向上
従来法では樹脂の粘性や表面張力によって造形物が破損、変形するという問題があったが、本手法では、樹脂の内部で造形を行うのでこうした問題は解消される。
5)大量生産への適用
超高速造形を利用することによって、短時間に、連続的に多数個の部品あるいは可動機構の製造が可能である。
The features of the two-photon stereolithography include the following items.
1) Processing resolution exceeding the diffraction limit The processing resolution exceeding the diffraction limit of light can be realized by the non-linearity of the two-photon absorption with respect to the light intensity.
2) Ultra-high speed modeling When two-photon absorption is used, the photo-curing resin is not cured in principle in a region other than the focal point.
For this reason, the light intensity to be irradiated can be increased, and the beam scanning speed can be increased.
For this reason, the modeling speed can be improved about 10 times.
3) Three-dimensional processing The photocurable resin is transparent to near-infrared light that induces two-photon absorption.
Therefore, even when the focused light is condensed deeply into the resin, internal curing is possible.
In the conventional SIH, when the beam is condensed deeply, the light intensity at the condensing point is reduced by light absorption,
The problems that make internal curing difficult can be solved reliably in the present invention.
4) Improvement of productivity In the conventional method, there is a problem that the molded object is damaged or deformed due to the viscosity or surface tension of the resin. However, in this method, the problem is solved because the modeling is performed inside the resin.
5) Application to mass production By using ultra-high-speed modeling, it is possible to manufacture a large number of parts or movable mechanisms continuously in a short time.

二光子光造形用光硬化性樹脂とは、光を照射することにより二光子重合反応を起こし、液体から固体へと変化するという特性を持った樹脂である。主成分はオリゴマーと反応性希釈剤からなる樹脂成分と光重合開始剤(必要に応じ光増感材料を含む)である。オリゴマーは重合度が2〜20程度の重合体であり、末端に多数の反応基を持つ。さらに、粘度、硬化性等を調整するため、反応性希釈剤が加えられている。光を照射すると、重合開始剤または光増感材料がこれを二光子吸収し、重合開始剤から直接または光増感材料を介して反応種が発生し、オリゴマー、反応性希釈剤の反応基に反応し、重合を開始させる。その後これらの間で連鎖的重合反応を起こし三次元架橋が形成され、短時間のうちに三次元網目構造を持つ固体樹脂へと変化する。   The photocurable resin for two-photon stereolithography is a resin having a characteristic of causing a two-photon polymerization reaction when irradiated with light and changing from a liquid to a solid. The main components are a resin component composed of an oligomer and a reactive diluent and a photopolymerization initiator (including a photosensitizing material as required). An oligomer is a polymer having a degree of polymerization of about 2 to 20, and has a large number of reactive groups at its ends. Further, a reactive diluent is added to adjust the viscosity, curability and the like. When irradiated with light, the polymerization initiator or photosensitizing material absorbs this two-photon, and a reactive species is generated directly from the polymerization initiator or through the photosensitizing material, to the reactive group of the oligomer or reactive diluent. React and initiate polymerization. Thereafter, a chain polymerization reaction takes place between them to form a three-dimensional cross-link, and in a short time, a solid resin having a three-dimensional network structure is formed.

光硬化性樹脂は光硬化インキ、光接着剤、積層式立体造形などの分野で使用されており、様々な特性を持つ樹脂が開発されている。特に、積層式立体造形においては
(1)反応性が良好であること、
(2)硬化時の堆積収縮が小さいこと、
(3)硬化後の機械特性が優れていること、等が重要である。
等が重要である。
これらの特性は本手法においても同様に重要であり、そのため、積層式立体造形用に開発された樹脂で二光子吸収特性を有するものは本手法の二光子光造形用光硬化性樹脂としても使用できる。その具体的な例としては、アクリレート系及びエポキシ系の光硬化性樹脂が良く用いられ、特にウレタンアクリレート系の光硬化性樹脂が好ましい。
Photocurable resins are used in fields such as photocurable inks, photoadhesives, and layered three-dimensional modeling, and resins having various characteristics have been developed. Especially in layered 3D modeling (1) Reactivity is good,
(2) Deposition shrinkage during curing is small,
(3) It is important that the mechanical properties after curing are excellent.
Etc. are important.
These characteristics are equally important in this method. Therefore, resins developed for layered three-dimensional modeling that have two-photon absorption characteristics are also used as photocurable resins for two-photon photofabrication in this method. it can. As specific examples, acrylate-based and epoxy-based photocurable resins are often used, and urethane acrylate-based photocurable resins are particularly preferable.

本発明における光造形に関する公知文献として特開2005−134873号公報が挙げられる。これによると感光性高分子膜の表面に、パルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させている。前記パルスレーザー光としては、前記感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光であることが重要である。従って、パルスレーザー光としては、感光性高分子の種類、または、感光性高分子における感光性機能を発揮する基又は部位の種類などに応じて、その波長領域を適宜選択することができる。特に、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、パルスレーザー光の照射に際して、多光子吸収過程を利用することにより、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させることが可能となる。具体的には、光源から発光されるパルスレーザー光を集光して、集光されたパルスレーザー光を照射すると、多光子の吸収(例えば、二光子の吸収、三光子の吸収、四光子の吸収、五光子の吸収など)が生じ、これにより、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、感光性高分子膜には、実質的に、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光が照射されたことになる。このように、干渉露光するパルスレーザー光は、実質的に、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域となるパルスレーザー光であればよく、照射条件などにより、その波長を適宜選択することができる。たとえば、本発明の高効率二光子吸収材料を光増感材料とし、紫外線硬化樹脂等に分散し、感光物固体としこの感光物固体の二光子吸収能を利用して焦点スポットのみが硬化する特性を利用した超精密三次元造形物を得ることが可能となる。   JP-A-2005-134873 can be cited as a publicly known document relating to optical modeling in the present invention. According to this, pulsed laser light is subjected to interference exposure on the surface of the photosensitive polymer film without passing through a mask. It is important that the pulsed laser beam is a pulsed laser beam in a wavelength region that allows the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function. Therefore, the wavelength region of the pulsed laser light can be appropriately selected according to the type of the photosensitive polymer or the type of group or site that exhibits the photosensitive function in the photosensitive polymer. In particular, even if the wavelength of the pulsed laser light emitted from the light source is not in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function, by utilizing a multiphoton absorption process upon irradiation with the pulsed laser light, The photosensitive polymer film can exhibit a photosensitive function. Specifically, when the pulsed laser light emitted from the light source is condensed and irradiated with the condensed pulsed laser light, multiphoton absorption (for example, two-photon absorption, three-photon absorption, four-photon absorption, Photosensitive polymer film even if the wavelength of the pulsed laser light emitted from the light source is not in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to perform a photosensitive function. Is substantially irradiated with a pulsed laser beam in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function. As described above, the pulsed laser beam for the interference exposure may be substantially a pulsed laser beam in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit the photosensitive function, and the wavelength is appropriately selected depending on the irradiation conditions. can do. For example, the high-efficiency two-photon absorbing material of the present invention is used as a photosensitizing material, dispersed in an ultraviolet curable resin, etc., and a photosensitive solid, and only the focal spot is cured using the two-photon absorption ability of the photosensitive solid. It is possible to obtain an ultra-precise three-dimensional structure using

本発明の二光子吸収材料は、二光子吸収重合開始剤または二光子吸収光増感材料として用いることが出来る。従来の二光子吸収材料(二光子吸収重合開始剤または二光子吸収光増感材料)に比較し、二光子吸収感度が高いため、高速造形が可能で、励起光源としても小型で安価なレーザー光源が使用できるため、大量生産可能な実用用途への展開が可能となる。   The two-photon absorption material of the present invention can be used as a two-photon absorption polymerization initiator or a two-photon absorption photosensitizer. Compared to conventional two-photon absorption materials (two-photon absorption polymerization initiators or two-photon absorption photosensitizers), the two-photon absorption sensitivity is high, so high-speed modeling is possible, and the laser light source is small and inexpensive as an excitation light source. Can be used for practical applications that can be mass-produced.

<二光子吸収材料を用いた二光子蛍光顕微鏡への応用>
二(多)光子励起レーザー走査顕微鏡とは、近赤外パルスレーザーを標本面上に集光し走査させて、そこでの二(多)光子吸収により励起されて発生する蛍光を検出することにより像を得る顕微鏡である。
<Application to two-photon fluorescence microscope using two-photon absorption material>
A two (multi) photon excitation laser scanning microscope collects and scans a near-infrared pulse laser on the sample surface, and detects fluorescence generated by excitation by absorption of two (multi) photons there. It is a microscope to obtain

二光子励起レーザー走査顕微鏡の基本構成の概略図を図4に示す。
近赤外域波長のサブピコ秒の単色コヒーレント光パルスを発するレーザー光源(41)と、レーザー光源からの光束を所望の大きさに変える光束変換光学系(42)と、光束変換光学系で変換された光束を対物レンズの像面に集光し走査させる走査光学系(43)と、集光された上記変換光束を標本面(45)上に投影する対物レンズ系(44)と、光検出器(47)を備えている。
パルスレーザー光を、ダイクロイックミラー(46)を経て、光束変換光学系、対物レンズ系により集光し、標本面で焦点を結ばせることにより、標本内にある二光子吸収蛍光材料に二光子吸収により誘起された蛍光を生じさせる。標本面をレーザービームで走査し、各場所での蛍光強度を光検出器(47)などの光検出装置で検出して、得られた位置情報に基づいて、コンピューターでプロットすることにより、三次元蛍光像が得られる。走査機構としては、例えば、ガルバノミラーなどの可動ミラーを用いてレーザービームを走査しても良く、或いはステージ上に置かれた二光子吸収材料を含む標本を移動させても良い。
このような構成により、二光子吸収そのものの非線形効果を利用して、光軸方向の高分解能を得ることができる。加えて、共焦点ピンホール板を用いれば、さらなる高分解能(面内、光軸方向共)が得られる。
A schematic diagram of the basic configuration of the two-photon excitation laser scanning microscope is shown in FIG.
Laser light source (41) that emits sub-picosecond monochromatic coherent light pulses in the near-infrared region, light beam conversion optical system (42) that changes the light beam from the laser light source to a desired size, and light beam conversion optical system A scanning optical system (43) for condensing and scanning the light beam on the image plane of the objective lens, an objective lens system (44) for projecting the collected converted light beam onto the sample surface (45), and a photodetector ( 47).
The pulsed laser beam passes through the dichroic mirror (46), is condensed by the light beam conversion optical system and the objective lens system, and is focused on the sample surface, so that the two-photon absorption fluorescent material in the sample is absorbed by the two-photon absorption. Induces induced fluorescence. The sample surface is scanned with a laser beam, the fluorescence intensity at each location is detected by a light detection device such as a light detector (47), and plotted on a computer based on the obtained position information. A fluorescent image is obtained. As the scanning mechanism, for example, a laser beam may be scanned using a movable mirror such as a galvanometer mirror, or a sample including a two-photon absorption material placed on a stage may be moved.
With such a configuration, it is possible to obtain high resolution in the optical axis direction by utilizing the nonlinear effect of two-photon absorption itself. In addition, if a confocal pinhole plate is used, higher resolution (both in-plane and in the optical axis direction) can be obtained.

二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素は、標本を染色、又は標本に分散させることにより使用され、工業用途のみならず、生体系の細胞等の三次元画像マイクロイメージングにも用いることができ、高い二光子吸収断面積を持つ化合物が望まれている。
本発明における光子蛍光顕微鏡の公知文献として特開平9−230246号公報が挙げられる。たとえば走査型蛍光顕微鏡は、所望の大きさに拡大されたコリメート光を発するレーザー照射光学系と、複数の集光素子が形成された基板とを備え、該集光素子の集光位置が対物レンズ系の像位置に一致するように配置され、かつ、前記の集光素子が形成された基板と対物レンズ系との間に、長波長を透過し短波長を反射するビームスプリッタが配置され、標本面で多光子吸収による蛍光を発生させることを特徴とするものである。
このような構成により、多光子吸収そのものの非線形効果を利用して、光軸方向の高分解能を得ることができる。加えて、共焦点ピンホール板を用いれば、さらなる高分解能(面内、光軸方向共)が得られる。このような二光子光学素子は上述の光制御素子と全く同様に本発明の高い二光子吸収能を有した材料、薄膜、もしくは光硬化性樹脂等に分散させた固体物を光学素子として用いることが可能である。
Fluorescent dyes for two-photon fluorescence microscopy are used by staining or dispersing specimens, and can be used not only for industrial applications but also for three-dimensional imaging microimaging of biological cells, etc. A compound having an absorption cross section is desired.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-230246 is cited as a known document of the photon fluorescence microscope in the present invention. For example, a scanning fluorescent microscope includes a laser irradiation optical system that emits collimated light expanded to a desired size, and a substrate on which a plurality of condensing elements are formed. A beam splitter that transmits the long wavelength and reflects the short wavelength is disposed between the substrate on which the light condensing element is formed and the objective lens system, so as to coincide with the image position of the system. The surface is characterized by generating fluorescence by multiphoton absorption.
With such a configuration, it is possible to obtain high resolution in the optical axis direction by utilizing the nonlinear effect of multiphoton absorption itself. In addition, if a confocal pinhole plate is used, higher resolution (both in-plane and in the optical axis direction) can be obtained. Such a two-photon optical element uses, as the optical element, a solid material dispersed in a material having a high two-photon absorption ability, a thin film, or a photocurable resin of the present invention, just like the above-described light control element. Is possible.

本発明の二光子吸収材料は二光子励起レーザー走査顕微鏡用の二光子吸収蛍光材料として用いることが出来る。従来の二光子吸収蛍光材料に比較し、大きな二光子吸収断面積を有しているので、低濃度で高い二光子吸収特性を発揮する。従って本発明によれば、高感度な二光子吸収材料が得られるだけでなく、材料に照射する光強度を強くする必要がなくなり、材料の劣化、破壊を抑制することができ、材料中の他成分の特性に対する悪影響も低下させることができる。   The two-photon absorption material of the present invention can be used as a two-photon absorption fluorescent material for a two-photon excitation laser scanning microscope. Compared to conventional two-photon absorption fluorescent materials, it has a large two-photon absorption cross-sectional area, so that it exhibits high two-photon absorption characteristics at a low concentration. Therefore, according to the present invention, not only a high-sensitivity two-photon absorption material can be obtained, but there is no need to increase the light intensity applied to the material, and deterioration and destruction of the material can be suppressed. The adverse effect on the component properties can also be reduced.

本発明の二光子吸収材料は単独もしくは各種の樹脂との混合の薄膜、あるいはバルクで種々のデバイスへの応用が可能である。例えば、光ディスクでは上記薄膜が基板と接しており、その基板材料はポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ガラス等である。また、積層する場合であれば、中間層(仕切層)に該薄膜表面が接している。中間層の具体例としてはポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレートまたはセロファンフィルムなどのプラスチック製のフィルムまたは種々の光硬化樹脂等が挙げられる。各種光学デバイス、光造形デバイスに応用するにしても、各種樹脂に混合されているか、光硬化樹脂に混合され用いる。
従って、本発明の二光子吸収材料の使用要件としては、該材料が各種樹脂、またはガラスに混合されているか、二光子吸収材料層界面が各種樹脂、またはガラスに接していることである。言い換えれば、本発明の二光子吸収材料はミクロレベル、又はマクロレベルで各種樹脂、又はガラスに接している構成となっている。
The two-photon absorption material of the present invention can be applied to various devices in the form of a single thin film or a mixture with various resins, or in bulk. For example, in an optical disc, the thin film is in contact with a substrate, and the substrate material is polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyester, polyvinyl alcohol, glass or the like. In the case of stacking, the surface of the thin film is in contact with the intermediate layer (partition layer). Specific examples of the intermediate layer include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, plastic films such as polyethylene terephthalate or cellophane film, and various photo-curing resins. Even if it is applied to various optical devices and optical modeling devices, it is mixed with various resins or mixed with a photo-curing resin.
Accordingly, the use requirement of the two-photon absorption material of the present invention is that the material is mixed with various resins or glass, or the interface of the two-photon absorption material layer is in contact with various resins or glass. In other words, the two-photon absorption material of the present invention is in contact with various resins or glass at the micro level or the macro level.

以下に本発明のポリ(トリアリールアミン)の製造法について説明する。
本発明のポリ(トリアリールアミン)の製造方法は、例えばアルデヒドとホスホネートを用いたWittig−Horner反応、アルデヒドとホスホニウム塩を用いたWittig反応、ビニル置換体とハロゲン化物を用いたHeck反応、アミンとハロゲン化物を用いたUllmann反応などを用いることができ、公知の方法により製造可能である。特にWittig−Horner反応およびWittig反応は反応操作の簡便さから有効である。
一例としてWittig−Horner反応を用いた本発明における重合体の製造方法について説明する。
The production method of the poly (triarylamine) of the present invention will be described below.
The poly (triarylamine) production method of the present invention includes, for example, a Wittig-Horner reaction using an aldehyde and a phosphonate, a Wittig reaction using an aldehyde and a phosphonium salt, a Heck reaction using a vinyl substituent and a halide, an amine and The Ullmann reaction using a halide can be used, and can be produced by a known method. In particular, the Wittig-Horner reaction and the Wittig reaction are effective because of the simplicity of the reaction operation.
As an example, a method for producing a polymer in the present invention using the Wittig-Horner reaction will be described.

本発明における重合体は、一般的には下記式(A)で示されるようにジホスホン酸エステル化合物およびジアルデヒド化合物が化学量論的に等しく存在する溶液と、その2倍モル量以上の塩基を、末端封止剤(反応延長停止剤)として微量のモノホスホン酸エステル化合物共存下に、混合させることにより重合反応が進行し得ることができるまた、複数種のホスホン酸エステル化合物あるいはアルデヒド化合物を反応系内に添加することにより、ランダム共重合体を得ることもでき、諸特性を調整することも可能である。上記一般式(I)〜(III)の低分子材料は、モノホスホン酸エステル化合物を用いて合成することができる   The polymer in the present invention generally comprises a solution in which the diphosphonic acid ester compound and the dialdehyde compound are present stoichiometrically equal to each other as shown by the following formula (A), and a base at least twice the molar amount thereof. The polymerization reaction can proceed by mixing in the presence of a small amount of a monophosphonic acid ester compound as a terminal blocking agent (reaction extension terminator). Also, a plurality of phosphonic acid ester compounds or aldehyde compounds can be reacted with the reaction system By adding it inside, a random copolymer can be obtained and various properties can be adjusted. The low molecular weight materials represented by the general formulas (I) to (III) can be synthesized using a monophosphonic acid ester compound.

Figure 0004969881
(式中、「A」の2価基部分は、一般式(I)中の一般式(I)中の[-Ar1-CH=CH-Ar2-N(Ar3)-Ar4-]部分を表し、「B」の2価基部分は、一般式(I)中の[-CH=CH-Ar5-CH=CH-]部分を表す。)
Figure 0004969881
(In the formula, the divalent group portion of “A” represents the [—Ar 1 —CH═CH—Ar 2 —N (Ar 3) —Ar 4 —] moiety in the general formula (I) in the general formula (I); The divalent group part of “B” represents the [—CH═CH—Ar 5 —CH═CH—] moiety in the general formula (I).)

上記反応に使用する塩基はホスホネートカルボアニオンが形成されるものであれば特に限定されず、金属アルコシド、金属ヒドリド、有機リチウム化合物等が挙げられ、例えばカリウムt−ブトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、リチウムt−ブトキシド、カリウム2−メチル−2−ブトキシド、ナトリウム2−メチル−2−ブトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、カリウムメトキシド、水素化ナトリウム、水素化カリウム、メチルリチウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、フェニルリチウム、リチウムナフチリド、リチウムアミド、リチウムジイソプロピルアミド等を挙げることができる
反応に用いる塩基の量は、通常ホスホン酸エステル化合物の重合活性点に対して同量使用するだけでよいが、さらに過剰量用いても支障ない。
The base used in the above reaction is not particularly limited as long as a phosphonate carbanion is formed, and examples thereof include metal alkoxides, metal hydrides, and organic lithium compounds, such as potassium t-butoxide, sodium t-butoxide, lithium t. -Butoxide, potassium 2-methyl-2-butoxide, sodium 2-methyl-2-butoxide, sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, potassium methoxide, sodium hydride, potassium hydride, methyllithium, ethyllithium , Propyl lithium, n-butyl lithium, s-butyl lithium, t-butyl lithium, phenyl lithium, lithium naphthylide, lithium amide, lithium diisopropylamide, etc. The amount of base used in the reaction is usually It is sufficient to use the same amount relative to the polymerization active point of the phosphonate compound, but there is no problem even if an excessive amount is used.

上記の塩基は固形状態や懸濁溶液の状態で反応系内に添加してもよいが、得られる重合体の均質性が良好になるために、特に均一溶液として添加することが好ましい。塩基を溶解する溶媒としては、使用する塩基と安定な溶液を形成する溶媒を選択しなければならないが、その他の要因として塩基の溶解度が高いものがよく、また反応系で生成する高分子量体の反応溶媒に対する溶解性を損ねないものがよく、さらに生成する高分子量体が良好に溶解する溶媒がよく、用いる塩基と製造する高分子量体の特性に応じて、一般に知られているアルコール系、エーテル系、アミン系、炭化水素系溶媒等から任意に選択することができる。   The above-mentioned base may be added to the reaction system in a solid state or a suspension solution. However, in order to improve the homogeneity of the resulting polymer, it is particularly preferable to add it as a homogeneous solution. As the solvent for dissolving the base, a solvent that forms a stable solution with the base to be used must be selected, but as other factors, those having a high solubility of the base are preferable, and the high molecular weight product produced in the reaction system is also preferred. Those that do not impair the solubility in the reaction solvent are good. Further, the solvent in which the high molecular weight product to be formed dissolves well is good. Depending on the characteristics of the base used and the high molecular weight to be produced, generally known alcohols and ethers are used. It can be arbitrarily selected from a system, an amine system, a hydrocarbon solvent and the like.

塩基とそれを均一に溶解する溶媒の組み合わせとしては、例えばナトリウムメトキシドのメタノール溶液、ナトリウムエトキシドのエタノール溶液、カリウムt−ブトキシドの2−プロパノール溶液、カリウムt−ブトキシドの2−メチル−2−プロパノール溶液、カリウムt−ブトキシドのテトラヒドロフラン溶液、カリウムt−ブトキシドのジオキサン溶液、n−ブチルリチウムのヘキサン溶液、メチルリチウムのエーテル溶液、リチウムt−ブトキシドのテトラヒドロフラン溶液、リチウムジイソプロピルアミドのシクロヘキサン溶液、カリウムビストリメチルシリルアミドのトルエン溶液等をはじめとして、種々の組み合わせの溶液が挙げられ、幾つかの溶液は市販品として容易に入手することができる。
温和な反応条件、取り扱いの容易さの観点から好ましくは金属アルコキシド系の溶液が用いられ、生成する重合体の溶解性、取り扱いの容易さ、反応の効率性、生成する重合体の溶解性等の観点からより好ましくは金属t−ブトキシドのエーテル系が用いられ、さらに好ましくはカリウムt−ブトキシドのテトラヒドロフラン溶液が用いられる。
Examples of a combination of a base and a solvent for uniformly dissolving the base include, for example, a methanol solution of sodium methoxide, an ethanol solution of sodium ethoxide, a 2-propanol solution of potassium t-butoxide, and 2-methyl-2-methyl ester of potassium t-butoxide. Propanol solution, tetrahydrofuran solution of potassium t-butoxide, dioxane solution of potassium t-butoxide, hexane solution of n-butyllithium, ether solution of methyllithium, tetrahydrofuran solution of lithium t-butoxide, cyclohexane solution of lithium diisopropylamide, potassium bis There are various combinations of solutions including a toluene solution of trimethylsilylamide and the like, and some solutions are easily available as commercial products.
From the viewpoint of mild reaction conditions and ease of handling, a metal alkoxide-based solution is preferably used, such as solubility of the polymer to be produced, ease of handling, efficiency of the reaction, solubility of the polymer to be produced, etc. From the viewpoint, an ether system of metal t-butoxide is more preferably used, and a tetrahydrofuran solution of potassium t-butoxide is more preferably used.

上記重合反応はホスホン酸エステル化合物およびアルデヒド化合物の溶液に塩基溶液を添加してもよく、塩基溶液にホスホン酸エステル化合物およびアルデヒド化合物の溶液を加えてもよく、同時に反応系に加えてもよく、添加の順序に制約はない。
上記重合反応における重合時間は、用いられるモノマーの反応性、または望まれる重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよいが、0.2時間〜30時間が好適である。
上記重合反応における反応温度は特に制御する必要なく室温において良好に重合反応が進行するが、反応効率を上げるために加熱したり、またはより温和な条件に冷却することも可能である。
また、以上の重合操作において分子量を調節するために分子量調節剤または、末端修飾基として重合体の末端を封止するための封止剤を反応途中または反応後に添加することも可能であり、反応開始時に添加しておくことも可能である。従って、本発明におけるポリ−トリアリールアミンの末端には停止剤に基づく置換基が結合してもよい。
In the polymerization reaction, a base solution may be added to the solution of the phosphonate ester compound and the aldehyde compound, a solution of the phosphonate ester compound and the aldehyde compound may be added to the base solution, and may be added to the reaction system at the same time. There is no restriction on the order of addition.
The polymerization time in the above polymerization reaction may be appropriately set according to the reactivity of the monomers used or the molecular weight of the desired polymer, but is preferably 0.2 hours to 30 hours.
The reaction temperature in the above polymerization reaction does not need to be particularly controlled, and the polymerization reaction proceeds favorably at room temperature. However, it is possible to heat to increase the reaction efficiency or to cool to a milder condition.
In addition, a molecular weight regulator or a sealing agent for sealing the end of the polymer as a terminal modifying group can be added during or after the reaction to adjust the molecular weight in the above polymerization operation. It can also be added at the start. Therefore, a substituent based on a terminator may be bonded to the terminal of the poly-triarylamine in the present invention.

本発明の重合体の好ましい分子量はポリスチレン換算数平均分子量で1000〜1000000であり、より好ましくは2000〜500000である。分子量が小さすぎる場合にはクラックの発生等、膜質が悪化し実用性に乏しくなる。また分子量が大きすぎる場合には、一般の有機溶媒への溶解性が悪くなり、溶液の粘度が高くなって塗工が困難になり、やはり実用性上問題になる。
また、機械的特性を改良するために重合時に分岐化剤を少量加えることもできる。使用される分岐化剤は、重合反応活性基を3つ以上(同種でも異種でもよい)有する化合物である。これらの分岐化剤は単独で使用してもよく、また複数併用してもよい。
以上のようにして得られたポリ−トリアリールアミンは、重合に使用した塩基、未反応モノマー、末端停止剤、又、重合中に発生した無機塩等の不純物を除去して使用される。これら精製操作は再沈澱、カラムクロマト法、吸着法、抽出、ソックスレー抽出、限外濾過、透析等をはじめとする従来公知の方法を使用できる。
The preferred molecular weight of the polymer of the present invention is 1,000 to 1,000,000, more preferably 2000 to 500,000 in terms of polystyrene-reduced number average molecular weight. When the molecular weight is too small, the film quality deteriorates due to the occurrence of cracks and the practicality becomes poor. On the other hand, when the molecular weight is too large, the solubility in a general organic solvent is deteriorated, the viscosity of the solution becomes high and the coating becomes difficult, which also causes a problem in practical use.
Also, a small amount of a branching agent can be added during the polymerization in order to improve the mechanical properties. The branching agent used is a compound having three or more polymerization reaction active groups (which may be the same or different). These branching agents may be used alone or in combination.
The poly-triarylamine obtained as described above is used after removing impurities such as the base, unreacted monomer, terminal terminator used in the polymerization, and inorganic salts generated during the polymerization. For these purification operations, conventionally known methods such as reprecipitation, column chromatography, adsorption, extraction, Soxhlet extraction, ultrafiltration, dialysis and the like can be used.

次に本発明の重合体の繰り返し単位(I)〜(VI)についてさらに詳細に説明する。
前記一般式(I)における置換または無置換の芳香族炭化水素基としては単環基、多環基(縮合多環基、非縮合多環基)の何れでもよく、一例として以下のものを挙げることができる。例えばフェニル基、ナフチル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などが挙げられる。また芳香族複素環基としてはチオフェン、ベンゾチオフェン、ジチエニルベンゼン、フラン、ベンゾフラン、カルバゾール、等が挙げられ、不飽和炭化水素としては−CH=CH−、−CH=CH−CH=CH−が挙げられる。
Next, the repeating units (I) to (VI) of the polymer of the present invention will be described in more detail.
The substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group in the general formula (I) may be either a monocyclic group or a polycyclic group (a condensed polycyclic group or a non-condensed polycyclic group). be able to. Examples thereof include a phenyl group, a naphthyl group, a pyrenyl group, a fluorenyl group, an azulenyl group, an anthryl group, a triphenylenyl group, a chrycenyl group, a biphenyl group, and a terphenyl group. In addition, examples of the aromatic heterocyclic group include thiophene, benzothiophene, dithienylbenzene, furan, benzofuran, carbazole, and the like, and examples of the unsaturated hydrocarbon include —CH═CH— and —CH═CH—CH═CH—. Can be mentioned.

また、上記の芳香族炭化水素基および芳香族複素環基は以下に示す置換基を有していてもよい。
(1)ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基。
(2)炭素数1〜25の無置換もしくは置換のアルキル基、アルコキシ基。
(3)アリールオキシ基(アリール基としてフェニル基、ナフチル基を有するアリールオキシ基が挙げられる。これは、炭素数1〜25の無置換もしくは置換のアルキル基、炭素数1〜25の無置換もしくは置換のアルコキシ基、又はハロゲン原子を置換基として含有してもよい。具体的には、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、4−メチルフェノキシ基、4−メトキシフェノキシ基、4−クロロフェノキシ基、6−メチル−2−ナフチルオキシ基等が挙げられる。)。
(4)アルキルチオ基又はアリールチオ基(アルキルチオ基又はアリールチオ基としては、具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、p−メチルフェニルチオ基等が挙げられる。)。
(5)アルキル置換アミノ基(具体的には、ジエチルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジフェニルアミノ基、N ,N −ジ(p−トリル)アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ユロリジル基等が挙げられる。)。
(6)アシル基。(アシル基としては、具体的にはアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、マロニル基、ベンゾイル基等が挙げられる。)。
Moreover, said aromatic hydrocarbon group and aromatic heterocyclic group may have the substituent shown below.
(1) Halogen atom, trifluoromethyl group, cyano group, nitro group.
(2) An unsubstituted or substituted alkyl group or alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms.
(3) Aryloxy group (an aryloxy group having a phenyl group or a naphthyl group as the aryl group is mentioned. This is an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, or A substituted alkoxy group or a halogen atom may be contained as a substituent, specifically, a phenoxy group, 1-naphthyloxy group, 2-naphthyloxy group, 4-methylphenoxy group, 4-methoxyphenoxy group, 4-chlorophenoxy group, 6-methyl-2-naphthyloxy group, etc.).
(4) Alkylthio group or arylthio group (Specific examples of the alkylthio group or arylthio group include a methylthio group, an ethylthio group, a phenylthio group, and a p-methylphenylthio group).
(5) alkyl-substituted amino group (specifically, diethylamino group, N-methyl-N-phenylamino group, N, N-diphenylamino group, N 2, N-di (p-tolyl) amino group, dibenzylamino) Group, piperidino group, morpholino group, euroridyl group, etc.).
(6) Acyl group. (Specific examples of the acyl group include an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, a malonyl group, and a benzoyl group).

本発明(I)〜(VI)は、上述のように芳香環上に置換基を有することができるが、有機溶媒への溶解性向上の観点からアルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基などがより好ましい。これら置換基の炭素数が増加すれば溶解性はより向上するが、その反面、電荷輸送性等の特性は低下してしまうため、溶解性が損なわれない範囲で所望の特性が得られるような置換基を選択することが好ましい。その場合の好適な置換基の例としては炭素数が1〜25のアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。更に好適には、炭素数が2〜18のアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。これら置換基は同一のものを複数導入してもよいし、異なるものを複数導入してもよい。
また、これらのアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基はさらにハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または炭素数1〜12の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基で置換されたフェニル基を含有していてもよい。
アルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基、2−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、2−シアノエチル基、ベンジル基、4−クロロベンジル基、4−メチルベンジル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を一例として挙げることができ、アルコキシ基、アルキルチオ基としては上記アルキル基の結合位に酸素原子または硫黄原子を挿入してアルコキシ基、アルキルチオ基としたものが一例として挙げられる。
本発明で用いられる上記式(A)の反応式中で表されるホスホン酸エステル化合物の一例((V−2)〜(V−14))を表1に示す。これらホスホン酸エステルは、Macromolecules, vol.34, No.19, 2001に記載の合成方法に準じて合成することができる。
As described above, the present invention (I) to (VI) may have a substituent on the aromatic ring, but an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, and the like are more preferable from the viewpoint of improving solubility in an organic solvent. . If the number of carbons of these substituents increases, the solubility will be improved, but on the other hand, the properties such as charge transportability will decrease, so that the desired properties can be obtained within the range where the solubility is not impaired. It is preferred to select a substituent. Examples of suitable substituents in that case include an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group, and an alkylthio group. More preferable examples include an alkyl group having 2 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, and an alkylthio group. A plurality of the same substituents may be introduced, or a plurality of different substituents may be introduced.
In addition, these alkyl groups, alkoxy groups and alkylthio groups are further halogen atoms, cyano groups, phenyl groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, linear, branched or cyclic alkyl groups or alkoxy groups having 1 to 12 carbon atoms, alkoxythio groups, alkylthio groups. A phenyl group substituted with a group may be contained.
Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, t-butyl group, s-butyl group, n-butyl group, i-butyl group, pentyl group, hexyl group, Heptyl, octyl, nonyl, decyl, 3,7-dimethyloctyl, 2-ethylhexyl, trifluoromethyl, 2-cyanoethyl, benzyl, 4-chlorobenzyl, 4-methylbenzyl, A cyclopentyl group, a cyclohexyl group, etc. can be mentioned as an example, As an alkoxy group and an alkylthio group, what made the alkoxy group and the alkylthio group by inserting an oxygen atom or a sulfur atom in the bond position of the said alkyl group is mentioned as an example. .
Table 1 shows examples ((V-2) to (V-14)) of phosphonate compounds represented in the reaction formula of the above formula (A) used in the present invention. These phosphonic acid esters can be synthesized according to the synthesis method described in Macromolecules, vol. 34, No. 19, 2001.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

Figure 0004969881
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本発明の重合体は、アルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基の存在により、溶媒への溶解性が向上する。これらの材質において溶解性を向上させることは、光電変換素子、薄膜トランジスタ素子、発光素子など製造の際、湿式成膜過程の製造許容範囲が大きくなることから重要である。例えば塗工溶媒の選択肢の拡大、溶液調製時の温度範囲の拡大、溶媒の乾燥時の温度及び圧力範囲の拡大となり、これらプロセッシビリティーの高さにより高純度で均一性の高い高品質な薄膜が得られる。   The polymer of the present invention has improved solubility in a solvent due to the presence of an alkyl group, an alkoxy group, or an alkylthio group. It is important to improve the solubility of these materials because the manufacturing tolerance of the wet film forming process becomes large when manufacturing photoelectric conversion elements, thin film transistor elements, light emitting elements and the like. For example, the choice of coating solvent is expanded, the temperature range during solution preparation is expanded, the temperature and pressure range during solvent drying is expanded, and high-quality thin films with high purity and high uniformity due to their high processability. Is obtained.

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、これら実施例により何ら制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist.

(合成例1)
一方、ジアルデヒドの詳細な製造法は特願2005−67918号明細書に記載されているが、参考までに、以下、ジアルデヒドの製造法を示す。即ち、4,4’−ジホルミル−4'’− (2−エチルヘキシルオキシ)トリフェニルアミン7.0gおよび4−ブロモベンジルホスホン酸ジエチル10.0gを脱水N,N−ジメチルホルムアミド50mlに溶解し、これにカリウムt−ブトキシド4.81gを少量づつ添加した。添加後室温で2時間攪拌した後、酢酸で中和し内容物を水に注ぎ、酢酸エチルで抽出した。有機層を水洗、乾燥し溶媒を留去したのちカラムクロマト処理(シリカゲル、溶離液:トルエン/ヘキサン=1/4)した。さらに酢酸エチル/エタノールの混合溶媒から再結晶して、黄色針状晶の4,4’−ビス(4−ブロモスチリル)−4'’−(2−エチルヘキシルオキシ)トリフェニルアミン7.8gを得た。
融点117.0〜120.0℃
元素分析値(%)実測値(計算値)
C68.63(68.58) H5.62(5.62) N1.73(1.90)Br21.11(21.72)
赤外吸収スペクトル(KBr錠剤法)では964cm−1にトランスオレフィンにもとづく吸収が認められた。
(Synthesis Example 1)
On the other hand, although the detailed manufacturing method of dialdehyde is described in Japanese Patent Application No. 2005-67918, the manufacturing method of dialdehyde is shown below for reference. Specifically, 7.0 g of 4,4′-diformyl-4 ″-(2-ethylhexyloxy) triphenylamine and 10.0 g of diethyl 4-bromobenzylphosphonate were dissolved in 50 ml of dehydrated N, N-dimethylformamide. 4.81 g of potassium t-butoxide was added in small portions. After the addition, the mixture was stirred at room temperature for 2 hours, neutralized with acetic acid, and the contents were poured into water and extracted with ethyl acetate. The organic layer was washed with water, dried and the solvent was distilled off, followed by column chromatography (silica gel, eluent: toluene / hexane = 1/4). Further, recrystallization from a mixed solvent of ethyl acetate / ethanol gave 7.8 g of yellow needle-like 4,4′-bis (4-bromostyryl) -4 ″-(2-ethylhexyloxy) triphenylamine. It was.
Melting point 117.0-120.0 ° C
Elemental analysis value (%) Actual measurement value (calculated value)
C68.63 (68.58) H5.62 (5.62) N1.73 (1.90) Br21.11 (21.72)
In the infrared absorption spectrum (KBr tablet method), an absorption based on transolefin was observed at 964 cm −1 .

(合成例2 ジアルデヒドの合成)
4−ブロモスチリル)−4’’−(2−エチルヘキシルオキシ)トリフェニルアミン3.0gを脱水テトラヒドロフラン30mlに溶解し、窒素気流下n−ブチルリチウムの1.6mol dm−3のヘキサン溶液8.4mlを−70℃から−66℃にて30分を要して滴下した。同温度で1時間攪拌した後、N,N−ジメチルホルムアミド3.0mlを加えた。攪拌下徐々に室温に戻した後、酢酸エチルおよび水を加え、有機層を飽和食塩水で洗浄し硫酸マグネシウムで乾燥し溶媒を留去した。得られた橙赤色の油状物をカラムクロマト処理(シリカゲル、溶離液;酢酸エチル/ヘキサン=1/4)し橙色ガラス質の4,4’−ビス(4−ホルミルスチリル)−4'’−(2−エチルヘキシルオキシ)トリフェニルアミン2.0gを得た。
元素分析値(%)実測値(計算値)
C83.24(83.38) H6.99(6.84) N2.24(2.21)
赤外吸収スペクトル(NaClキャスト膜)では1695cm−1にカルボニル、964cm−1にトランスオレフィンの吸収が認められた。
(Synthesis Example 2 Synthesis of Dialdehyde)
4-Bromostyryl) -4 ″-(2-ethylhexyloxy) triphenylamine (3.0 g) was dissolved in 30 ml of dehydrated tetrahydrofuran, and 8.4 ml of a 1.6 mol dm −3 hexane solution of n-butyllithium in a nitrogen stream. Was added dropwise at −70 ° C. to −66 ° C. over 30 minutes. After stirring at the same temperature for 1 hour, 3.0 ml of N, N-dimethylformamide was added. After gradually returning to room temperature with stirring, ethyl acetate and water were added, the organic layer was washed with saturated brine, dried over magnesium sulfate, and the solvent was evaporated. The obtained orange-red oily substance was subjected to column chromatography (silica gel, eluent: ethyl acetate / hexane = 1/4), and orange glassy 4,4′-bis (4-formylstyryl) -4 ″-( 2.0 g of 2-ethylhexyloxy) triphenylamine was obtained.
Elemental analysis value (%) Actual measurement value (calculated value)
C83.24 (83.38) H6.99 (6.84) N2.24 (2.21)
Infrared absorption spectrum (NaCl cast film) In carbonyl 1,695 cm -1, absorption of trans olefins was observed at 964cm -1.

(実施例1)
合成例2で得られたジアルデヒド1.00g、表1中(V−6)で示されるジホスホネート0.89gおよびベンズアルデヒド5.0mg(分子量調整剤)を脱水テトラヒドロフラン30mlに溶解し、窒素気流下カリウムt−ブトキシドの1.0mol dm−3テトラヒドロフラン溶液4.7mlを22〜29℃にて徐々に滴下した。滴下後室温で3時間撹拌した後、微量のベンジルホスホン酸ジエチルを入れ30分攪拌し、酢酸で中和した。内容物を水に滴下し粗ポリマーを得た。これをテトラヒドロフラン/イオン交換水、ついでテトラヒドロフラン/メタノールで2回再沈精製をおこなった後、塩化メチレンに溶解し、イオン交換水でその洗浄液の導電率がイオン交換水と同等になるまで洗浄を繰り返した。洗浄後メタノール中に滴下して橙黄色の下記式で示されるポリ(トリアリールアミン)(実施例1)を1.20g得た。
Example 1
1.00 g of the dialdehyde obtained in Synthesis Example 2, 0.89 g of the diphosphonate shown in Table 1 (V-6) and 5.0 mg of benzaldehyde (molecular weight regulator) were dissolved in 30 ml of dehydrated tetrahydrofuran, 4.7 ml of a 1.0 mol dm -3 tetrahydrofuran solution of potassium t-butoxide was gradually added dropwise at 22-29 ° C. After dropping, the mixture was stirred at room temperature for 3 hours, and then a small amount of diethyl benzylphosphonate was added, stirred for 30 minutes, and neutralized with acetic acid. The contents were dropped into water to obtain a crude polymer. This was purified by reprecipitation twice with tetrahydrofuran / ion-exchanged water and then with tetrahydrofuran / methanol, dissolved in methylene chloride, and repeatedly washed with ion-exchanged water until the conductivity of the washing solution was equivalent to that of ion-exchanged water. It was. After washing, it was dropped into methanol to obtain 1.20 g of an orange-yellow poly (triarylamine) (Example 1) represented by the following formula.

Figure 0004969881

元素分析値(%)実測値(計算値)
C84.76(84.98) H8.26(8.05) N1.56(1.57)
赤外吸収スペクトル(NaClキャスト膜)では959cm−1にトランスオレフィンにもとづく吸収が認められた。
そして得られた重合体を、その繰り返し単位を分子量と換算し、濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
Figure 0004969881

Elemental analysis value (%) Actual measurement value (calculated value)
C84.76 (84.98) H8.26 (8.05) N1.56 (1.57)
In the infrared absorption spectrum (NaCl cast film), absorption based on transolefin was observed at 959 cm −1 .
Then, the obtained polymer was converted into a molecular weight of the repeating unit, and a tetrahydrofuran solution having a concentration of 0.01 (mol / l) was prepared, and the two-photon absorption cross-sectional area was evaluated by the following two-photon absorption cross-sectional evaluation method. Was measured.

(実施例2)
実施例1と同様の方法により、下記構造化合物(実施例2)を得た。そして得られた重合体を、その繰り返し単位を分子量と換算し、濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, the following structural compound (Example 2) was obtained. Then, the obtained polymer was converted into a molecular weight of the repeating unit, and a tetrahydrofuran solution having a concentration of 0.01 (mol / l) was prepared, and the two-photon absorption cross-sectional area was evaluated by the following two-photon absorption cross-sectional evaluation method. Was measured.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例3)
実施例1と同様の方法により、下記構造化合物(実施例3)を得た。そして得られた重合体を、その繰り返し単位を分子量と換算し、濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, the following structural compound (Example 3) was obtained. Then, the obtained polymer was converted into a molecular weight of the repeating unit, and a tetrahydrofuran solution having a concentration of 0.01 (mol / l) was prepared, and the two-photon absorption cross-sectional area was evaluated by the following two-photon absorption cross-sectional evaluation method. Was measured.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例4)
実施例1と同様の方法により、下記構造化合物(実施例4)を得た。そして得られた重合体を、その繰り返し単位を分子量と換算し、濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
Example 4
In the same manner as in Example 1, the following structural compound (Example 4) was obtained. Then, the obtained polymer was converted into a molecular weight of the repeating unit, and a tetrahydrofuran solution having a concentration of 0.01 (mol / l) was prepared, and the two-photon absorption cross-sectional area was evaluated by the following two-photon absorption cross-sectional evaluation method. Was measured.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例5)
実施例1と同様の方法により、下記構造化合物(実施例5)を得た。そして得られた重合体を、その繰り返し単位を分子量と換算し、濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Example 5)
The following structural compound (Example 5) was obtained in the same manner as in Example 1. Then, the obtained polymer was converted into a molecular weight of the repeating unit, and a tetrahydrofuran solution having a concentration of 0.01 (mol / l) was prepared, and the two-photon absorption cross-sectional area was evaluated by the following two-photon absorption cross-sectional evaluation method. Was measured.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例6)
実施例1において繰り返し数nをn=1とした化合物(実施例6)を、実施例1に準じた合成条件により以下の反応スキームで合成した。そして化合物濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Example 6)
A compound (Example 6) having a repetition number n of n = 1 in Example 1 was synthesized by the following reaction scheme under the synthesis conditions according to Example 1. Then, a compound concentration 0.01 (mol / l) tetrahydrofuran solution was prepared, and the two-photon absorption cross section was measured by the following two-photon absorption cross-section evaluation method.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例7)
実施例6と同様の方法により、下記構造化合物(実施例7)を得た。そして化合物濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Example 7)
The following structural compound (Example 7) was obtained in the same manner as in Example 6. Then, a compound concentration 0.01 (mol / l) tetrahydrofuran solution was prepared, and the two-photon absorption cross section was measured by the following two-photon absorption cross-section evaluation method.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例8)
実施例6と同様の方法により、下記構造化合物(実施例8)を得た。そして化合物濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Example 8)
In the same manner as in Example 6, the following structural compound (Example 8) was obtained. Then, a compound concentration 0.01 (mol / l) tetrahydrofuran solution was prepared, and the two-photon absorption cross section was measured by the following two-photon absorption cross-section evaluation method.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例9)
実施例6と同様の方法により、下記構造化合物(実施例9)を得た。そして化合物濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
Example 9
The following structural compound (Example 9) was obtained in the same manner as in Example 6. Then, a compound concentration 0.01 (mol / l) tetrahydrofuran solution was prepared, and the two-photon absorption cross section was measured by the following two-photon absorption cross-section evaluation method.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(実施例10)
実施例6と同様の方法により、下記構造化合物(実施例10)を得た。そして化合物濃度0.01(mol/l) テトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Example 10)
The following structural compound (Example 10) was obtained in the same manner as in Example 6. Then, a compound concentration 0.01 (mol / l) tetrahydrofuran solution was prepared, and the two-photon absorption cross section was measured by the following two-photon absorption cross-section evaluation method.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(比較例1)
下記構造化合物(比較例1)において、濃度0.01(mol/l)のテトラヒドロフラン溶液を作成し、下記の二光子吸収断面積の評価方法により、その二光子吸収断面積を測定した。
(Comparative Example 1)
In the following structural compound (Comparative Example 1), a tetrahydrofuran solution having a concentration of 0.01 (mol / l) was prepared, and the two-photon absorption cross section was measured by the following two-photon absorption cross-section evaluation method.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(二光子吸収断面積の評価方法)
測定システム概略図を図5に示す。
測定光源 フェムト秒チタンサファイアレーザー
波長 800nm
パルス幅 100fs
繰り返し 80MHz
光パワー 800mW
測定方法 Zスキャン法
光源波長 800nm
キュベット内径 10mm
測定光パワー 約 500mW
繰返し周波数 80MHz
集光レンズ f=75mm
集光径 40〜50μm
集光されている光路部分に試料溶液を充填した石英セルを置き、その位置を光路に沿って移動させることによりZ-scan測を実施した。
(Evaluation method of two-photon absorption cross section)
A schematic diagram of the measurement system is shown in FIG.
Measuring light source Femtosecond titanium sapphire laser Wavelength 800nm
Pulse width 100fs
Repeat 80MHz
Optical power 800mW
Measurement method Z scan method Light source wavelength 800nm
Cuvette inner diameter 10mm
Measurement optical power approx. 500 mW
Repetition frequency 80MHz
Condenser lens f = 75mm
Condensing diameter 40-50 μm
A quartz cell filled with the sample solution was placed in the focused optical path part, and Z-scan measurement was performed by moving the position along the optical path.

<計算式>
透過率を測定し、その結果から下記理論式(I)により非線形吸収係数を求めた。
<Calculation formula>
The transmittance was measured, and the nonlinear absorption coefficient was determined from the result by the following theoretical formula (I).

Figure 0004969881
(上記式中、Tは透過率(%)、I0は励起光密度[GW/cm]、L0は試料セル長[cm]、βは非線形吸収係数[cm/GW]を示す。)
Figure 0004969881
(In the above formula, T represents transmittance (%), I 0 represents excitation light density [GW / cm 2 ], L 0 represents sample cell length [cm], and β represents nonlinear absorption coefficient [cm / GW].)

この非線形吸収係数から、下記式(II)により二光子吸収断面積δを求めた。
(δの単位は1GM=1×10−50cm・s・photon−1である。)
From this nonlinear absorption coefficient, the two-photon absorption cross section δ was determined by the following formula (II).
(The unit of δ is 1GM = 1 × 10 −50 cm 4 · s · photon −1 .)

Figure 0004969881
(上記式中、hはプランク定数[J・s]、νは入射レーザー光の振動数[s−1]、NAはアボガドロ数、Cは溶液濃度[mol/L]を示す。)
Figure 0004969881
(In the above formula, h represents Planck's constant [J · s], ν represents the frequency of incident laser light [s-1], NA represents the Avogadro number, and C represents the solution concentration [mol / L].)

(評価結果)
実施例1〜10及び比較例1の評価結果を表1に示す。
実施例1〜10において、従来(比較例1)よりも二光子吸収能の高い材料を得ることができた。
また本発明の二光子吸収材料は、従来知られている二光子吸収能を発現する化合物の二光子吸収断面積と比較すると、1桁以上の特性改善効果があり、高出力レーザーを必要としない安価なレーザーで、三次元メモリ、光制限素子、光造形用材料、二光子蛍光顕微鏡用色素材料等の応用が期待できる材料であることが明確となった。
(Evaluation results)
The evaluation results of Examples 1 to 10 and Comparative Example 1 are shown in Table 1.
In Examples 1 to 10, it was possible to obtain a material having a higher two-photon absorption capacity than the conventional (Comparative Example 1).
Further, the two-photon absorption material of the present invention has an effect of improving characteristics by one digit or more as compared with the conventionally known two-photon absorption cross-section of a compound that exhibits two-photon absorption ability, and does not require a high-power laser. It has become clear that this is an inexpensive laser and can be expected to be applied to three-dimensional memories, light limiting elements, optical modeling materials, dye materials for two-photon fluorescence microscopes, and the like.

Figure 0004969881
Figure 0004969881

(a)は三次元多層光メモリの記録/再生のシステム概略図であり、(b)は記録媒体の概略断面図である。(A) is a schematic diagram of a recording / reproducing system of a three-dimensional multilayer optical memory, and (b) is a schematic sectional view of a recording medium. 本発明の二光子吸収材料を、二光子励起し得る波長の制御光により二光子励起させることによって、一光子励起し得る波長の信号光を光スイッチングする光制御素子の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the optical control element which optically switches the signal light of the wavelength which can carry out one-photon excitation by carrying out the two-photon excitation of the two-photon absorption material of this invention with the control light of the wavelength which can carry out two-photon excitation. . 二光子光造形法の装置の概略図である。It is the schematic of the apparatus of the two-photon stereolithography. 二光子励起レーザー走査顕微鏡の基本構成の概略図である。It is the schematic of the basic composition of a two-photon excitation laser scanning microscope. 本発明で用いられる測定システム概略図である。1 is a schematic diagram of a measurement system used in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

30 光造形物
31 光硬化樹脂液に対して透明性を有する近赤外パルスレーザー光の光源
32 過光量を時間的にコントロールするシャッター
33 NDフィルター
34 ミラースキャナー
35 集光手段としてのレンズ
36 Zステージ
37 モニター
38 コンピューター
39 光硬化性樹脂液
41 レーザ光源
42 光束変換光学系
43 走査光学系
44 対物レンズ系
45 標本面
46 ダイクロイックミラー
47 光検出器
30 Light Modeling Object 31 Light Source of Near-Infrared Pulsed Laser Light Transparency to Light Curing Resin Solution 32 Shutter 33 for Controlling Excessive Light Temporarily 33 ND Filter 34 Mirror Scanner 35 Lens 36 as Condensing Means Z Stage 37 monitor 38 computer 39 photocurable resin liquid 41 laser light source 42 light beam conversion optical system 43 scanning optical system 44 objective lens system 45 sample surface 46 dichroic mirror 47 photodetector

Claims (6)

下記一般式(II)で表される構造を有する二光子吸収材料;
Figure 0004969881
(式中、Arは、アルキル基又はアルコキシ基で置換または無置換のベンゼンまたはビフェニルの一価基であり、Arは、アルキル基またはアルコキシ基で置換または無置換のベンゼンまたはチオフェン二価基であり、Ar及びAr、アルキル基またはアルコキシ基で置換または無置換のベンゼンの一価基であり、R、R、R及びRは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基から選択される基である。)
A two-photon absorption material having a structure represented by the following general formula (II);
Figure 0004969881
(Wherein, Ar 3 is a substituted or unsubstituted benzene or biphenyl monovalent group with an alkyl group or an alkoxy group, Ar 6 is a divalent substituted or unsubstituted benzene or thiophene with an alkyl group or an alkoxy group Ar 7 and Ar 8 are monovalent groups of benzene substituted or unsubstituted with an alkyl group or an alkoxy group, and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are a hydrogen atom , an alkyl group, an alkoxy group A group selected from a group.)
下記一般式(V)で表される繰返し単位部分を有する二光子吸収材料;
Figure 0004969881
(式中、Arは、アルキル基又はアルコキシ基で置換または無置換のベンゼンまたはビフェニルの一価基であり、Arは、アルキル基またはアルコキシ基で置換または無置換のベンゼンまたはチオフェンの二価基であり、R、R、R及びRは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基から選択される基である。)
A two-photon absorption material having a repeating unit represented by the following general formula (V);
Figure 0004969881
(Wherein, Ar 3 is a substituted or unsubstituted benzene or biphenyl monovalent group with an alkyl group or an alkoxy group, Ar 6 is a divalent substituted or unsubstituted benzene or thiophene with an alkyl group or an alkoxy group And R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are groups selected from a hydrogen atom , an alkyl group and an alkoxy group .)
請求項1または2に記載の二光子吸収材料を含む三次元メモリ材料。 Three dimensional memory material including two-photon absorption material according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載の二光子吸収材料を含む光制限材料。 Optical limiting material including two-photon absorption material according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載の二光子吸収材料を含む光造形用光硬化樹脂の硬化材料。 Curing material for stereolithography photocurable resin containing a two-photon absorption material according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載の二光子吸収材料を含む二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素材料。 Fluorescent dye material for two-photon fluorescence microscope including two-photon absorption material according to claim 1 or 2.
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