JP2000256320A - Photorefractive material composition, compound and polymer used for the composition - Google Patents
Photorefractive material composition, compound and polymer used for the compositionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はフォトリフラクティ
ブ材料組成物、及びその組成物に用いる新規な化合物と
ポリマーに関する。さらに詳しくいえば、正孔輸送性機
能を有するトリフェニルアミン基と、非線形光学性能を
有するN−(ニトロフェニル)−ピペリジリデン基を持
つ化合物、その化合物をホルムアルデヒドと縮合して得
られるポリマー、及び前記化合物またはポリマーを含有
するフォトリフラクティブ材料組成物に関する。本発明
による組成物は、フォトリフラクティブ効果を利用した
光記録、特にホログラフィックな記録のための媒体や光
情報処理用の各種素子の構成要素として利用される。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to photorefractive material compositions and to novel compounds and polymers used in the compositions. More specifically, a compound having a triphenylamine group having a hole transporting function and an N- (nitrophenyl) -piperidylidene group having nonlinear optical performance, a polymer obtained by condensing the compound with formaldehyde, The present invention relates to a photorefractive material composition containing a compound or a polymer. The composition according to the present invention is used as a medium for optical recording utilizing the photorefractive effect, particularly as a medium for holographic recording, and as a component of various elements for optical information processing.
【0002】[0002]
【従来の技術】照射した光強度パターンに応じてその物
質の屈折率パターンが変化するフォトリフラクティブ効
果は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)やチタン酸バ
リウム(BaTiO3)、珪酸ビスマス(Bi12SiO
20)などの無機結晶においてよく知られている。しか
し、これらの無機結晶は感度と応答速度がトレードオフ
の関係にあり、両者を共に向上させることが困難であ
り、また成形性、加工性に劣るという欠点を有してい
る。2. Description of the Related Art A photorefractive effect in which the refractive index pattern of a substance changes in accordance with the intensity pattern of irradiated light is known as lithium niobate (LiNbO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), bismuth silicate (Bi 12 SiO 2).
20 ) is well known for inorganic crystals. However, these inorganic crystals have a trade-off relationship between sensitivity and response speed, and it is difficult to improve both of them, and they also have drawbacks of poor moldability and workability.
【0003】そこで、これらの無機結晶の欠点を克服す
るものとしてポリマー系のフォトリフラクティブ材料が
提案されている。ポリマー系のフォトリフラクティブ材
料は、(1)非線形光学分子(Non-LinearOptical molecul
e;以下NLOと略記することがある。)、電荷輸送剤
(ChargeTransport agent;以下CTと略記することが
ある。)及び電荷発生剤(ChargeGenerating agent;以
下CGと略記することがある。)を不活性ポリマーバイ
ンダーに分散させた分散系、(2)非線形光学性または電
荷輸送作用を有する基を共有結合によりポリマーに導入
し、これとバインダーポリマーとの混合物に必要な成分
をドープしたドープ系、(3)非線形光学性、電荷輸送作
用及び電荷発生作用に必要なすべての成分をポリマーの
主鎖または側鎖に結合させた単一系に大別される。例え
ば、典型的な単一系フォトリフラクティブ材料は、図1
(a)に示す構造を有する(図ではバインダーポリマーは
省略している。)。また、ドープ系フォトリフラクティ
ブ材料としては、図1の(b)または(c)に構造を示すのも
のが挙げられる。To overcome these disadvantages of inorganic crystals, polymer-based photorefractive materials have been proposed. Polymer-based photorefractive materials consist of (1) non-linear optical molecules (non-linear optical moleculs).
e; may be abbreviated as NLO below. ), A charge transport agent (hereinafter sometimes abbreviated as CT) and a charge generating agent (hereinafter sometimes abbreviated as CG) in an inert polymer binder, 2) a doping system in which a group having a nonlinear optical property or a charge transport function is introduced into a polymer by a covalent bond, and a component necessary for a mixture of the polymer and a binder polymer is doped; (3) a nonlinear optical property, a charge transport function and a charge; All components required for the development action are roughly classified into a single system in which the main chain or side chain of the polymer is bonded. For example, a typical single photorefractive material is shown in FIG.
It has the structure shown in (a) (the binder polymer is omitted in the figure). In addition, examples of the doped photorefractive material include those having a structure shown in FIG. 1 (b) or (c).
【0004】バインダーポリマーに必要成分を混合する
系は製造が容易であるが、成分の相分離等が起こりやす
い。ドープ系はフォトリフラクティブ性能において単一
系より優れた特性を示し、一般に単一系よりも製造が容
易である。しかし、ドープ系でも、例えば、ドープした
NLO色素の昇華など、ドープ成分の分離(あるいは相
分離)または結晶化等が起こりやすく、経時安定性の欠
如が指摘されている。[0004] Although a system for mixing a necessary component with a binder polymer is easy to produce, the component tends to undergo phase separation and the like. Doped systems exhibit better properties in photorefractive performance than single systems and are generally easier to manufacture than single systems. However, even in a doped system, for example, separation (or phase separation) of a doped component or crystallization, such as sublimation of a doped NLO dye, easily occurs, and lack of stability over time has been pointed out.
【0005】近年、ドープ系の問題点を解決するため
に、電荷輸送性基と非線形光学活性基を一つの分子に結
合させた二官能性フォトリフラクティブ材料が提案され
ている。例えば、Yue Zhangらは、次式(IV)In recent years, in order to solve the problems of the doping system, a bifunctional photorefractive material in which a charge transporting group and a nonlinear optically active group are bonded to one molecule has been proposed. For example, Yue Zhang et al.
【化4】 で示される4−(N,N′−ジフェニルアミノ)−β−
ニトロスチレンが二官能性フォトリフラクティブ材料と
して有用であると述べている(Y. Zhang et al.,J. App
l. Phys., 79(12), 8920 (1996))。ここでは、電子供
与性の基(アミノ基)が電子受容性の基(ニトロ基)と
共役することにより電気光学応答性(二次の非線形光学
応答性)が発生し、また、トリフェニルアミン部分から
電子輸送性が生じる。また、Henk J. Bolinkらは、光導
電性分子であるN,N′−ジフェニル−N,N′−ビス
(3−メチルフェニル)−[1,1′−ビフェニル]−
4,4′−ジアミンにジシアノエチレンを結合させた次
式(V)Embedded image 4- (N, N'-diphenylamino) -β-
Nitrostyrene is said to be useful as a bifunctional photorefractive material (Y. Zhang et al., J. App.
l. Phys., 79 (12), 8920 (1996)). Here, an electron-donating group (amino group) is conjugated with an electron-accepting group (nitro group) to generate an electro-optical response (second-order nonlinear optical response). Causes an electron transport property. Henk J. Bolink et al. Also reported that N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl)-[1,1'-biphenyl]-is a photoconductive molecule.
The following formula (V) in which dicyanoethylene is bonded to 4,4'-diamine
【0006】[0006]
【化5】 で示される二官能性フォトリフラクティブ化合物の特性
について述べている(H.J. Bolink et al., Chem. Mast
er., 9, 1407 (1997))。しかし、これらの二官能性フ
ォトリフラクティブ化合物は、高速応答性が十分ではな
いという問題がある。従って、容易に製造でき、実用的
に満足な速さの応答性を有し、かつ経時安定性にも優れ
たフォトリフラクティブ材料が求められている。Embedded image Describes the properties of the bifunctional photorefractive compound represented by (HJ Bolink et al., Chem. Mast
er., 9, 1407 (1997)). However, these bifunctional photorefractive compounds have a problem that high-speed response is not sufficient. Therefore, there is a need for a photorefractive material that can be easily manufactured, has a responsiveness that is practically satisfactory, and has excellent stability over time.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は実用的に満足
な応答性を有し、経時安定性に優れ、かつ製造が容易な
フォトリフラクティブ材料組成物を提供することを課題
として、高速応答性に優れたフォトリフラクティブ材料
組成物に応用できる電荷輸送性と非線形光学性とを備え
たポリマーに誘導可能な新規化合物、及び前記化合物を
原料とするポリマー、並びにそれら化合物あるいはポリ
マーを含有するフォトリフラクティブ材料組成物を提供
せんとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photorefractive material composition having a practically satisfactory response, excellent stability over time, and easy production. Novel compound derivable to a polymer having charge transportability and nonlinear optical properties applicable to a photorefractive material composition excellent in heat resistance, a polymer derived from the compound, and a photorefractive material containing the compound or polymer It is not intended to provide the composition.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上述した式(IV)及び
(V)で示す二官能性フォトリフラクティブ化合物は、
正孔輸送活性基と非線形光学活性基が共役した状態で結
合した分子構造を有している。本発明者らは、このよう
な構造においては、正孔輸送性及び光導電性が各基本来
の特性よりも低下し、この結果、十分なフォトリフラク
ティブ特性が得られないと考えて、正孔輸送活性基と非
線形光学活性基とが非共役の状態で存在する新規な二官
能性フォトリフラクティブ化合物の合成を目的として、
鋭意研究を重ねた結果、正孔輸送性機能を有するトリフ
ェニルアミン基と、非線形光学性を有するN−(ニトロ
フェニル)−ピペリジリデン基とを有する化合物及びそ
のポリマーがフォトリフラクティブ材料として優れた特
性を有することを見出し本発明を完成するに至った。す
なわち、本発明は、以下の化合物、ポリマー及びこれら
を含有するフォトリフラクティブ材料組成物を提供す
る。The bifunctional photorefractive compound represented by the above formulas (IV) and (V) is
It has a molecular structure in which a hole transporting active group and a nonlinear optically active group are bonded in a conjugated state. The present inventors have considered that in such a structure, the hole transporting property and the photoconductivity are lower than the basic properties, and as a result, sufficient photorefractive properties cannot be obtained. For the purpose of synthesizing a novel bifunctional photorefractive compound in which a transport active group and a nonlinear optically active group exist in a non-conjugated state,
As a result of intensive studies, it has been found that a compound having a triphenylamine group having a hole transporting function and an N- (nitrophenyl) -piperidylidene group having nonlinear optical properties and a polymer thereof have excellent properties as a photorefractive material. The present invention has been found, and the present invention has been completed. That is, the present invention provides the following compounds, polymers, and photorefractive material compositions containing them.
【0009】(1) 式(I)(1) Formula (I)
【化6】 (式中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ
独立して水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表
わす。)で示される化合物。 (2) R3がp−メチル基、p−エチル基またはp−
プロピル基を表わし、R1、R2、R4、R5及びR6がそ
れぞれ水素原子を表わす前記1に記載の化合物。 (3) 前記式(I)で示される化合物とホルムアルデ
ヒドとの酸触媒下での付加縮合反応により得られるポリ
マー。Embedded image (Wherein, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms). (2) R 3 is a p-methyl group, a p-ethyl group or a p-ethyl group;
The compound according to the above 1, wherein the compound represents a propyl group, and R 1 , R 2 , R 4 , R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom. (3) A polymer obtained by an addition condensation reaction between the compound represented by the formula (I) and formaldehyde under an acid catalyst.
【0010】(4) 主要構造が式(II)(4) The main structure is represented by the formula (II)
【化7】 (式中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ
独立して水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表
わす。)で示される繰り返し単位を有する前記3に記載
のポリマー。 (5) 主要構造が式(III)Embedded image Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. 4. The polymer according to 3. (5) The main structure is the formula (III)
【化8】 (式中、R1〜R6は、前記4の記載と同じ意味を表わ
し、nは2以上の整数である。)で示される繰り返し単
位を有する前記4に記載のポリマー。 (6) R3がp−メチル基、p−エチル基またはp−
プロピル基を表わし、R1、R2、R4、R5及びR6がそ
れぞれ水素原子を表わす前記4または5に記載のポリマ
ー。Embedded image (In the formula, R 1 to R 6 have the same meaning as described in the above 4, and n is an integer of 2 or more.) The polymer according to the above 4, which has a repeating unit represented by the following formula: (6) R 3 is p-methyl group, p-ethyl group or p-methyl group.
The polymer according to the above item 4 or 5, wherein the polymer represents a propyl group, and R 1 , R 2 , R 4 , R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom.
【0011】(7) 前記1または2に記載の化合物を
含むことを特徴とするフォトリフラクティブ材料組成
物。 (8) 前記3乃至6のいずれかの項に記載のポリマー
を含むことを特徴とするフォトリフラクティブ材料組成
物。(7) A photorefractive material composition comprising the compound as described in (1) or (2) above. (8) A photorefractive material composition comprising the polymer according to any one of the above items 3 to 6.
【0012】[0012]
【発明の実施の態様】(1) 二官能性フォトリフラクティ
ブ化合物(モノマー) 本発明の新規化合物は、下記一般式(I)で示される、
2分子のトリフェニルアミンのフェニル基にN−(ニト
ロフェニル)−ピペリジリデン基が結合した化合物であ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Bifunctional photorefractive compound (monomer) The novel compound of the present invention is represented by the following general formula (I):
This is a compound in which an N- (nitrophenyl) -piperidylidene group is bonded to a phenyl group of two molecules of triphenylamine.
【化9】 上式において、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、そ
れぞれ独立して水素原子または炭素数1〜6のアルキル
基を表わす。R1〜R6、4,4′−ピペリジリデン基及
びニトロ基のベンゼン環上の置換位置は限定されない。
上記化合物は、種々の経路で合成可能である。例えば、
以下の反応スキームにより合成できる。Embedded image In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The substitution positions of R 1 to R 6 , the 4,4′-piperidylidene group and the nitro group on the benzene ring are not limited.
The above compounds can be synthesized by various routes. For example,
It can be synthesized by the following reaction scheme.
【0013】[0013]
【化10】 上記式中、Xはハロゲン原子を表わす。Embedded image In the above formula, X represents a halogen atom.
【0014】すなわち、まず1,4−ジオキサ−8−ア
ザスピロ[4,5]デカンとハロゲノニトロベンゼンと
を塩基性条件下に反応させて両者の縮合物とし(第1工
程)、次いでこの化合物を反応促進剤(プロモーター)
のチオール化合物(チオールプロモータ)の存在下、塩
化水素ガスを注入しトリフェニルアミン(フェニル基は
アルキル基で置換されていてもよい。)と反応させて目
的化合物を得る(第2工程)。第1工程のハロゲノニト
ロベンゼンとしては、o−、m−、p−いずれの置換体
も用いることができる。好ましいのはフルオロニトロベ
ンゼンである。That is, first, 1,4-dioxa-8-azaspiro [4,5] decane and halogenonitrobenzene are reacted under basic conditions to form a condensate of the two (first step). Promoter (promoter)
In the presence of the thiol compound (thiol promoter), hydrogen chloride gas is injected to react with triphenylamine (the phenyl group may be substituted with an alkyl group) to obtain the target compound (second step). As the halogenonitrobenzene in the first step, any of o-, m- and p-substituted products can be used. Preferred is fluoronitrobenzene.
【0015】第2工程で用いるトリフェニルアミンは、
芳香族二級アミンとハロゲノアルキルベンゼンとを慣用
の条件で反応させることにより得ることができる。ハロ
ゲノアルキルベンゼンは芳香族二級アミンと十分な反応
性を有するものであればよい。例えば、ジフェニルアミ
ンと4−ヨードトルエンとを反応させることにより、ト
リルジフェニルアミン(TDPA)が得られる。また、
第2工程で用いるチオールプロモーターの例としては、
3−メルカプトプロピオン酸等が挙げられる。本発明の
化合物においては、トリフェニルアミン(TPA)部分
が正孔輸送性に寄与し、N−ニトロフェニルピペリジニ
ル部分が非線形光学性を有する。上記式で示されるよう
に、この化合物では、トリフェニルアミン(TPA)と
N−ニトロフェニルピペリジニル基はピペリジリデン基
を介して電荷輸送(CT)性を有するTPAと連結して
おり、化合物(IV)、(V)におけるような共役系結合
構造を有していない。一般式(I)で示される化合物の
具体例としては、R3がp−メチル基、p−エチル基ま
たはp−プロピル基(p−n−プロピル基、p−イソプ
ロピル基)を表わし、R1、R2、R4、R5及びR6がそ
れぞれ水素原子を表わす化合物が挙げられ、特にR3が
p−メチル基であり、R1、R2、R4、R5及びR6がそ
れぞれ水素原子を表わす化合物が好ましい。The triphenylamine used in the second step is
It can be obtained by reacting an aromatic secondary amine with a halogenoalkylbenzene under conventional conditions. The halogenoalkylbenzene may be any one having sufficient reactivity with the aromatic secondary amine. For example, tolyl diphenylamine (TDPA) is obtained by reacting diphenylamine with 4-iodotoluene. Also,
Examples of the thiol promoter used in the second step include:
3-mercaptopropionic acid and the like. In the compound of the present invention, the triphenylamine (TPA) moiety contributes to the hole transporting property, and the N-nitrophenylpiperidinyl moiety has nonlinear optical properties. As shown in the above formula, in this compound, triphenylamine (TPA) and the N-nitrophenylpiperidinyl group are linked to TPA having charge transport (CT) properties via a piperidylidene group, and the compound ( It does not have a conjugated structure as in (IV) and (V). Specific examples of the compound represented by the general formula (I), R 3 is p- methyl, p- ethyl or p- propyl (p-n-propyl group, p- isopropyl) represents, R 1 , R 2 , R 4 , R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom, and particularly, R 3 is a p-methyl group, and R 1 , R 2 , R 4 , R 5 and R 6 are each Compounds representing a hydrogen atom are preferred.
【0016】(2) 二官能性フォトリフラクティブポリマ
ー トリフェニルアミン類とホルムアルデヒドは、酸触媒の
存在下で付加縮合するので、この反応を利用して上記化
合物をポリマー化することができる。すなわち、本発明
は前記式(I)で示される化合物とホルムアルデヒドと
の酸触媒下での付加縮合反応により得られるポリマーを
提供する。式(I)で示される化合物とホルムアルデヒ
ドとの酸触媒下での付加縮合反応により得られるポリマ
ーは主要構造が下記式(II)で示される。(2) Bifunctional Photorefractive Polymer Since triphenylamines and formaldehyde undergo addition condensation in the presence of an acid catalyst, the above compound can be polymerized by utilizing this reaction. That is, the present invention provides a polymer obtained by an addition condensation reaction of a compound represented by the above formula (I) with formaldehyde under an acid catalyst. The polymer obtained by the addition condensation reaction of the compound represented by the formula (I) with formaldehyde in the presence of an acid catalyst has a main structure represented by the following formula (II).
【0017】[0017]
【化11】 Embedded image
【0018】このポリマー化合物は、N−(ニトロフェ
ニル)−ピペリジリデンとトリフェニルアミンが非共役
系構造で結合し、かつトリフェニルアミンが主鎖に組み
込まれている。このように非共役系でN−(ニトロフェ
ニル)−ピペリジリデンとトリフェニルアミン部分とが
結合した二官能性フォトリフラクティブ化合物の主鎖型
ポリマーはこれまで知られていない。高分子化の縮合反
応に用いる酸触媒の例としては、ベンゼンスルホン酸、
p-トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、メタン
スルホン酸等の有機スルホン酸及び酢酸、ギ酸、プロピ
オン酸等の脂肪族カルボン酸が挙げられる。反応溶媒と
しては、ホルムアルデヒドなどの反応原料と反応しない
ものであればよい。例えば、ジオキサン、テトラヒドロ
フラン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ベン
ゾニトリル、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキ
シド、ニトロメタン、ニトロエタン、メタノール、プロ
パノール及びこれらの混合溶媒が挙げられる。ホルムア
ルデヒド原料としては、取り扱いやすいパラホルムアル
デヒドやトリオキシメチレンなどの重合体を用いるのが
好都合である。高分子化反応は、不活性ガス(例えは、
窒素)雰囲気下、通常は100℃以下の温度範囲で行な
う。重合度を増すことにより、応答性は改善されるが、
取扱性等を考慮すると、重量平均分子量で500〜500,
000、より好ましくは2,000〜100,000程度である。In this polymer compound, N- (nitrophenyl) -piperidylidene and triphenylamine are bonded in a non-conjugated structure, and triphenylamine is incorporated in the main chain. As described above, a main chain type polymer of a bifunctional photorefractive compound in which N- (nitrophenyl) -piperidylidene and a triphenylamine moiety are bonded in a non-conjugated system has not been known so far. Examples of the acid catalyst used for the condensation reaction for polymerizing include benzenesulfonic acid,
Organic sulfonic acids such as p-toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid and methanesulfonic acid, and aliphatic carboxylic acids such as acetic acid, formic acid and propionic acid. The reaction solvent may be any solvent that does not react with the reaction raw materials such as formaldehyde. For example, dioxane, tetrahydrofuran, dimethylformamide, acetonitrile, benzonitrile, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, nitromethane, nitroethane, methanol, propanol, and a mixed solvent thereof can be used. As a formaldehyde raw material, it is convenient to use a polymer such as paraformaldehyde or trioxymethylene which is easy to handle. The polymerization reaction is carried out using an inert gas (for example,
In a (nitrogen) atmosphere, it is usually carried out in a temperature range of 100 ° C. or lower. By increasing the degree of polymerization, the response is improved,
In consideration of handling properties, the weight average molecular weight is 500 to 500,
000, more preferably about 2,000 to 100,000.
【0019】上記の高分子化反応では、ピペリジリデン
基を介して連結した2つのトリフェニルアミンにおい
て、主としてアミノ基の窒素原子を基準としてパラ位の
水素原子がメチレン基で置換されてポリマー化が進行す
る。従って、高分子化を行なう場合、(R1,R2)また
は(R3,R4)の少なくとも一方の組においてベンゼン
環上のアミノ基の窒素原子を基準としてパラ位が水素原
子であるように置換基を有するモノマーを用いることに
より、パラ位で連結したポリマーを効率的に得ることが
できる。例えば、(R1,R2)または(R3,R4)のい
ずれか一方を(H,H)の組とする。また、鎖状ポリマ
ーを製造することが望ましい場合には、一方のベンゼン
環のパラ位を水素とし、他方のベンゼン環のパラ位をア
ルキル基で封鎖すればよい。In the above polymerization reaction, in two triphenylamines linked via a piperidylidene group, the hydrogen atom at the para-position is substituted with a methylene group mainly on the basis of the nitrogen atom of the amino group, and the polymerization proceeds. I do. Therefore, when polymerizing, at least one of (R 1 , R 2 ) and (R 3 , R 4 ) is such that the hydrogen atom is in the para position with respect to the nitrogen atom of the amino group on the benzene ring. By using a monomer having a substituent, a polymer linked at the para position can be efficiently obtained. For example, one of (R 1 , R 2 ) and (R 3 , R 4 ) is a set of (H, H). When it is desired to produce a chain polymer, the para-position of one benzene ring may be hydrogen and the para-position of the other benzene ring may be blocked with an alkyl group.
【0020】従って、本発明によるポリマーは、典型的
には主要構造が下記の一般式(III)Thus, the polymers according to the invention typically have a main structure of the general formula (III)
【化12】 で示されるポリマーを含み、特に下記の一般式(VI)Embedded image In particular, the following general formula (VI)
【0021】[0021]
【化13】 で示される鎖状ポリマーを含む。Embedded image And a chain polymer represented by
【0022】(3) フォトリフラクティブ材料組成物 本発明は、上述のモノマーを化合物として用いた分散系
フォトリフラクティブ材料組成物、及び上述のポリマー
をフォトリフラクティブ化合物として用いた単一系のフ
ォトリフラクティブ材料組成物を提供する。 (a) 分散系フォトリフラクティブ材料組成物 本発明による分散系フォトリフラクティブ材料組成物
は、式(I)の化合物と電荷発生剤とをベースポリマー
中に分散させたものである。電荷発生剤は光照射により
電荷を発生する化合物であり、ポリマー中への分散性が
良好なものであれば特に限定されない。このような化合
物の例としては、C 60やC70等のフラーレン、2,4,
7−トリニトロ−9−フルオレノン等のトリニトロフル
オレノン等が挙げられる。ベースポリマーは、使用する
波長域において吸収がないポリマーであれば特に限定さ
れない。このようなポリマーの例としては、ポリスチレ
ン、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、ポリアミド、ポリウレタン等が挙げられ
る。(3) Photorefractive material composition The present invention relates to a dispersion comprising the above-mentioned monomer as a compound.
Photorefractive material composition and polymer as described above
Of a single system using as a photorefractive compound
A photorefractive material composition is provided. (a) Dispersed photorefractive material composition Dispersed photorefractive material composition according to the present invention
Is a compound comprising a compound of formula (I) and a charge generator
It is dispersed inside. The charge generating agent is exposed to light
It is a compound that generates electric charge, and its dispersibility in polymer
There is no particular limitation as long as it is good. Such a compound
An example of an object is C 60And C70Fullerenes such as 2, 4,
Trinitrofur such as 7-trinitro-9-fluorenone
Orenone and the like. Base polymer used
Limited as long as the polymer has no absorption in the wavelength range
Not. Examples of such polymers include polystyrene
, Polycarbonate, polymethyl methacrylate, polycarbonate
Ester, polyamide, polyurethane, etc.
You.
【0023】組成物中における式(I)の化合物の配合
量は10重量%以上である。10重量%未満では十分な
効果が得られない。好ましくは20重量%以上である。
電荷発生剤の配合量は、好ましくは3重量%以下であ
る。本発明の分散系フォトリフラクティブ材料組成物
は、上記の基本成分以外の成分を含んでもよい。例え
ば、可塑剤、電荷トラップ剤等が挙げられる。可塑剤と
しては、使用波長領域での透明性等に影響を及ぼさない
限り、種類、配合量は特に限定されない。本発明の組成
物はそれ自体で電荷のトラップ機能を有しているが、必
要に応じて電荷トラップ剤を添加することによりトラッ
プ機能を増強することが可能である。本発明の組成物に
おいては輸送される電荷が正孔であることから、トラッ
プ剤としては正孔輸送剤であるトリフェニルアミン誘導
体よりも低い酸化電位を有する分子を添加すればよい。
トラップ剤を添加する場合の添加量は0〜約10重量%
である。ポリマー中への各成分の分散は、慣用の方法に
より行なうことができる。The compounding amount of the compound of the formula (I) in the composition is 10% by weight or more. If it is less than 10% by weight, a sufficient effect cannot be obtained. It is preferably at least 20% by weight.
The compounding amount of the charge generating agent is preferably 3% by weight or less. The dispersed photorefractive material composition of the present invention may contain components other than the above basic components. For example, a plasticizer, a charge trapping agent and the like can be mentioned. The type and the amount of the plasticizer are not particularly limited as long as they do not affect the transparency in the used wavelength region. Although the composition of the present invention has a charge trapping function by itself, it is possible to enhance the trapping function by adding a charge trapping agent as needed. In the composition of the present invention, since the charges to be transported are holes, a molecule having an oxidation potential lower than that of the triphenylamine derivative as the hole transporting agent may be added as the trapping agent.
When the trapping agent is added, the amount is 0 to about 10% by weight.
It is. Dispersion of each component in the polymer can be performed by a conventional method.
【0024】(b) 単一系フォトリフラクティブ組成物 本発明による単一系フォトリフラクティブ材料組成物
は、式(II)乃至(III)のポリマーと電荷発生剤とを
含むものである。図1(d)にその構造を模式的に示す。
なお、図1(d)では、直鎖状ポリマーを示しているが、
主要部が式(II)に示す繰り返し単位を有する限り、分
岐鎖を有してもよい。また、フォトリフラクティブポリ
マーに他のポリマーを混合してもよい。このようなポリ
マーとしては、上記のベースポリマーと同様のものが利
用できる。電荷発生剤は上記の分散系と同様である。ま
た、組成物中の各成分の配合量は、二官能性フォトリフ
ラクティブポリマーの配合量を20重量%以上、好まし
くは50重量%以上とすること以外は、分散系と同様で
ある。電荷トラップ剤や可塑剤を添加することもでき
る。(B) Single photorefractive composition The single photorefractive material composition according to the present invention comprises a polymer of formulas (II) to (III) and a charge generating agent. FIG. 1D schematically shows the structure.
Although FIG. 1D shows a linear polymer,
As long as the main part has a repeating unit represented by the formula (II), it may have a branched chain. Further, another polymer may be mixed with the photorefractive polymer. As such a polymer, those similar to the above-mentioned base polymer can be used. The charge generating agent is the same as the above-mentioned dispersion system. The amount of each component in the composition is the same as that of the dispersion system except that the amount of the bifunctional photorefractive polymer is set to 20% by weight or more, preferably 50% by weight or more. A charge trapping agent or a plasticizer can be added.
【0025】(4) フォトリフラクティブ素子 本発明のフォトリフラクティブ材料組成物を用いて、慣
用の方法によりフォトリフラクティブ素子を製造するこ
とができる。その方法や形状等は特に限定されないが、
最も一般的な方法としては、上述の材料組成物またはこ
れを適当な溶媒に溶かしたものを透明板上に塗布し、所
望の厚みのスペーサを介してさらに透明板を重ねること
により、板状の素子を形成する方法が挙げられる。透明
板としては、ITO等の透明電極基板を用いることがで
きる。(4) Photorefractive device A photorefractive device can be manufactured by a conventional method using the photorefractive material composition of the present invention. The method and shape are not particularly limited,
The most common method is to apply the above-described material composition or a solution thereof in a suitable solvent on a transparent plate, and further stack the transparent plate via a spacer having a desired thickness, thereby forming a plate-like shape. There is a method for forming an element. A transparent electrode substrate such as ITO can be used as the transparent plate.
【0026】[0026]
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、これらは例示であって本発明を限定するものでは
ない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are illustrative and do not limit the present invention.
【0027】実施例1:二官能性フォトリフラクティブ
化合物の合成Example 1 Synthesis of Bifunctional Photorefractive Compound
【化14】 Embedded image
【0028】工程1:CT分子(トリルジフェニルアミ
ン)の合成Step 1: Synthesis of CT molecule (tolyldiphenylamine)
【化15】 Embedded image
【0029】メカニカル撹拌機及びコンデンサーを取り
付けた内容量500mlの三つ口フラスコに、ジフェニ
ルアミン20g(118mmol)、4−ヨードトルエ
ン311g(1430mmol)、無水炭酸カリウム 36.5
g(246mmol)、ヨウ化第一銅 30.4g(160
mmol)、18−クラウン−6 5.55g(21mmo
l)を入れ、撹拌下200℃で24時間反応させた。冷
却後、トルエン200mlを加えてろ過した。溶媒及び
未反応の4−ヨードトルエンを留去した後、カラムクロ
マトグラフィー(SiO2,トルエン:ヘキサン=1:
2)により精製し、エタノールにより再結晶し、トリル
ジフェニルアミン(TDPA)20gを得た(白色粉
末)。収率65%。In a 500-ml three-necked flask equipped with a mechanical stirrer and a condenser, 20 g (118 mmol) of diphenylamine, 311 g (1430 mmol) of 4-iodotoluene and 36.5 g of anhydrous potassium carbonate were placed.
g (246 mmol), cuprous iodide 30.4 g (160
mmol), 18-crown-6 5.55 g (21 mmol)
l) was added and reacted at 200 ° C. for 24 hours with stirring. After cooling, 200 ml of toluene was added, followed by filtration. After distilling off the solvent and unreacted 4-iodotoluene, column chromatography (SiO 2 , toluene: hexane = 1: 1).
Purification by 2) and recrystallization from ethanol gave 20 g of tolyldiphenylamine (TDPA) (white powder). Yield 65%.
【0030】工程2:NLO分子(化合物1)の合成Step 2: Synthesis of NLO molecule (compound 1)
【化16】 Embedded image
【0031】内容量200mlの三つ口フラスコに、ピ
リジン50ml、4−フルオロニトロベンゼン 7.0g
(49.7mmol)、1,4−ジオキサ−8−アザスピロ
[4,5]デカン 10.68g(77mmol)、無水炭酸
カリウム 13.7g(99.4mmol)を入れ、撹拌下90
℃で24時間加熱した。冷却後、反応混合物を300m
lの水にあけて撹拌し、沈殿物をろ過し、さらに水で3
回洗浄した。その後、ろ過物を塩化メチレンに溶かし硫
酸マグネシウムで脱水し、エタノールで再結晶すること
により、黄色結晶 12.5gを得た。収率95%。1 H−NMR〔CDCl3;δ(ppm)〕: ピペリジン環水素:1.8(t,4H)、3.55(t,4H)、 ケトン保護基(ジオキソラン):3.95(s,4H)、 芳香環:6.8(d,2H)、8.08(d,2H)。In a 200 ml three-necked flask, 50 ml of pyridine and 7.0 g of 4-fluoronitrobenzene were added.
(49.7 mmol), 10.68 g (77 mmol) of 1,4-dioxa-8-azaspiro [4,5] decane, and 13.7 g (99.4 mmol) of anhydrous potassium carbonate, and the mixture was stirred for 90 minutes.
Heated at ° C for 24 hours. After cooling, the reaction mixture is
of water, stir, filter the precipitate, and add
Washed twice. Thereafter, the filtrate was dissolved in methylene chloride, dehydrated with magnesium sulfate, and recrystallized with ethanol to obtain 12.5 g of yellow crystals. 95% yield. 1 H-NMR [CDCl 3 ; δ (ppm)]: piperidine ring hydrogen: 1.8 (t, 4H), 3.55 (t, 4H), ketone protecting group (dioxolane): 3.95 (s, 4H), aromatic ring: 6.8 (d, 2H), 8.08 (d, 2H).
【0032】工程3:二官能性フォトリフラクティブ化
合物(TDPANA)の合成Step 3: Synthesis of Bifunctional Photorefractive Compound (TDPANA)
【0033】[0033]
【化17】 内容量200mlの三つ口フラスコに、塩化メチレン6
0ml、TDPA 15.76g(60.8mmol)、3−メル
カプトプロピオン酸 1.08g(10mmol)、及び 8.
0g(30.3mmol)の化合物1を入れ、硫酸に塩酸を
滴下して発生させた塩化水素ガスを反応系内に20分間
注入した。その後、TLCにより反応経過を確認しなが
ら、さらに塩化水素ガスを注入し、4日間、室温で撹拌
した。この間、溶液の色は、黄色から濃い緑色を経て濃
赤色に変化した。なお、TLC(トルエン/ヘキサン=
2/1)において、反応物及び生成物のRf値は、TD
PA:0.85、化合物1:0.05、生成物:0.38であった。Embedded image Methylene chloride 6 was added to a 200 ml three-necked flask.
0 ml, TDPA 15.76 g (60.8 mmol), 3-mercaptopropionic acid 1.08 g (10 mmol), and 8.
0 g (30.3 mmol) of compound 1 was added, and hydrogen chloride gas generated by dropping hydrochloric acid into sulfuric acid was injected into the reaction system for 20 minutes. Thereafter, while checking the progress of the reaction by TLC, hydrogen chloride gas was further injected, and the mixture was stirred at room temperature for 4 days. During this time, the color of the solution changed from yellow to deep green to deep red. In addition, TLC (toluene / hexane =
In 2/1), the Rf values of the reactants and products are TD
PA: 0.85, compound 1: 0.05, product: 0.38.
【0034】反応終了後、塩化メチレンを減圧留去し、
オープンカラム(移動相:トルエン/ヘキサン=2/
1)で精製した。溶媒を留去した後ヘキサンに加えて生
成物を固化させることにより、肌色の粉末 4.9gを得
た。さらに熱エタノールで洗浄することにより薄い黄色
の粉末 4.5gが得られた。収率 20.6%(なお、未反応
のTDPAが約12g回収された。)。1 H−NMR〔CDCl3;δ(ppm)〕: ベンジル:2.25(s,6H)、 ピペリジン環:2.47(t,4H)、3.5(t,4H)、 芳香環(TDPA):6.9〜7.2(m,26H)、 芳香環(NLO):6.8(d,2H)〜8.1(d,2H)。After completion of the reaction, methylene chloride was distilled off under reduced pressure.
Open column (mobile phase: toluene / hexane = 2 /
Purified in 1). After the solvent was distilled off, the product was added to hexane to solidify the product, thereby obtaining 4.9 g of a flesh-colored powder. Further washing with hot ethanol yielded 4.5 g of a pale yellow powder. The yield was 20.6% (about 12 g of unreacted TDPA was recovered). 1 H-NMR [CDCl 3 ; δ (ppm)]: benzyl: 2.25 (s, 6H), piperidine ring: 2.47 (t, 4H), 3.5 (t, 4H), aromatic ring (TDPA): 6.9 to 7.2 ( m, 26H), Aromatic ring (NLO): 6.8 (d, 2H) to 8.1 (d, 2H).
【0035】実施例2:フォトリフラクティブポリマー
(ポリ(TDPANA−FA))の合成Example 2 Synthesis of Photorefractive Polymer (Poly (TDDPANA-FA))
【0036】[0036]
【化18】 実施例1で得たTDPANA 0.50g(0.7mmmo
l)、パラホルムアルデヒド 0.021g(0.7mmo
l)、触媒のp−トルエンスルホン酸(p−TsOH)
0.0132g(0.069mmol;5mol%)を反応溶媒の
1,4−ジオキサン 1.0mlとともにアンプル管に仕込
み、窒素置換した後、封管して90℃で24時間加熱し
た。反応終了後、200mlのアセトンにあけて撹拌
し、沈殿物をろ過し、ろ過物をクロロホルム/アセトン
を用いた再沈精製を2回行ない、真空乾燥して薄い黄色
の粉末0.42gが得られた。収率80.6%。 分子量:Mn=1.06×104,Mw=2.46×104(Mw
/Mn=2.32)。Embedded image 0.50 g (0.7 mmmo) of the TDPANA obtained in Example 1.
l), paraformaldehyde 0.021g (0.7mmo
l), the catalyst p-toluenesulfonic acid (p-TsOH)
0.0132 g (0.069 mmol; 5 mol%) was charged into an ampoule tube together with 1.0 ml of a reaction solvent 1,4-dioxane, and the atmosphere was replaced with nitrogen. Then, the tube was sealed and heated at 90 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the mixture was poured into 200 ml of acetone and stirred, the precipitate was filtered, and the precipitate was purified twice by reprecipitation using chloroform / acetone and dried in vacuo to obtain 0.42 g of a pale yellow powder. . 80.6% yield. Molecular weight: Mn = 1.06 × 10 4 , Mw = 2.46 × 10 4 (Mw
/Mn=2.32).
【0037】なお、得られたポリマーはTHF、クロロ
ホルム、クロロベンゼン等に可溶であり、GPCにより
測定したガラス転移温度は204.4℃であり、−50〜2
50℃の測定温度範囲で熱分解は見られなかった。ま
た、1H−NMRと13C−NMRによりポリマーの構造
解析を行なったところ、主としてTDPANAのパラ位
にメチレン基が結合して高分子化されており、メタ位に
起因するメチレンシグナルも観測された。UV測定の結
果では、310nm、390nm付近に紫外吸収を持つ
ことから、TDPANAの電子状態が保持されたまま反
応が進んでいるものと考えられる。The obtained polymer is soluble in THF, chloroform, chlorobenzene, etc., has a glass transition temperature of 204.4 ° C. measured by GPC,
No thermal decomposition was observed in the measurement temperature range of 50 ° C. Further, when the structure of the polymer was analyzed by 1 H-NMR and 13 C-NMR, a methylene group was mainly bonded to the para position of TDPANA to form a polymer, and a methylene signal due to the meta position was also observed. Was. According to the result of UV measurement, the compound has ultraviolet absorption at around 310 nm and 390 nm, and thus it is considered that the reaction proceeds while the electronic state of TDPANA is maintained.
【0038】実施例3:フォトリフラクティブ材料組成
物及びこれを用いたフォトリフラクティブ素子の製造 (1) フォトリフラクティブ材料組成物の製造 フォトリフラクティブ化合物として実施例1で得たTD
PANAを用い、これをリン酸トリクレシル(TCP;
可塑剤)、C60とともにポリスチレン(ベースポリマ
ー)中に分散させ、下記組成(重量比)の分散系フォト
リフラクティブ材料組成物A及びBを製造した。また、
実施例2で得られたポリ(TDPANA−FA)、リン
酸トリクレシル(TCP)及びC60により下記組成の単
一系フォトリフラクティブ材料組成物Cを製造した。 (a) 組成物A:TDPANA/PSt/TCP/C60=
40/29.8/30/0.2 (b) 組成物B:TDPANA/PSt/TCP/C60=
20/49.8/30/0.2 (c) 組成物C:ポリ(TDPANA−FA)/TCP/
C60=59.8/40/0.2Example 3 Production of Photorefractive Material Composition and Photorefractive Element Using the Same (1) Production of Photorefractive Material Composition TD obtained in Example 1 as a photorefractive compound
Using PANA, this is converted to tricresyl phosphate (TCP;
Plasticizer), with C 60 was dispersed in polystyrene (base polymer) was prepared dispersion photorefractive material compositions A and B of the following composition (weight ratio). Also,
Poly obtained in Example 2 (TDPANA-FA), and produce a single-based photorefractive material composition C having the following composition tricresyl phosphate (TCP) and C 60. (a) Composition A: TDPANA / PSt / TCP / C 60 =
40 / 29.8 / 30 / 0.2 (b) Composition B: TDPANA / PSt / TCP / C 60 =
20 / 49.8 / 30 / 0.2 (c) Composition C: poly (TDDPANA-FA) / TCP /
C 60 = 59.8 / 40 / 0.2
【0039】(2) フォトリフラクティブ素子の製造 上記の材料組成物をクロロベンゼンに溶かした後(濃
度:0.1g/ml)、0.5μmフィルターでろ過し、試料
溶液を得た。次に、ITO基板に試料溶液を垂らしてキ
ャストし、室温で24時間乾燥し、さらに60℃で24
時間乾燥し、溶媒を完全に除去した。その後、ホットス
テージ上で加熱し、ポリマーが軟化した時点で、厚さ1
00μmのテフロンスペーサを介して2枚の基板を貼り
合わせ、重りを載せて室温で12時間放置した。この方
法により厚さ100μmの試料A、B及びC(それぞれ
組成物A、B、Cに対応する。)を得た。作製したフォ
トリフラクティブ素子について、633nmでの吸光係
数(試料厚さ1cmの吸光度換算値)を測定したとこ
ろ、それぞれ、4.2(試料A)、2.7(試料B)、11.9
(試料C)であり、いずれも優れた光学透明性を示し
た。また、これらのフォトリフラクティブ素子では、成
分の結晶化、相分離は見られなかった。(2) Production of Photorefractive Element The above-mentioned material composition was dissolved in chlorobenzene (concentration: 0.1 g / ml), and then filtered through a 0.5 μm filter to obtain a sample solution. Next, the sample solution is dropped and cast on an ITO substrate, dried at room temperature for 24 hours, and further dried at 60 ° C for 24 hours.
After drying for an hour, the solvent was completely removed. Then, it was heated on a hot stage, and when the polymer was softened,
The two substrates were stuck together via a 00 μm Teflon spacer, placed on a weight, and allowed to stand at room temperature for 12 hours. Samples A, B and C (corresponding to compositions A, B and C, respectively) having a thickness of 100 μm were obtained by this method. The extinction coefficient (absorbance conversion value at a sample thickness of 1 cm) at 633 nm of the manufactured photorefractive element was measured, and was 4.2 (Sample A), 2.7 (Sample B), and 11.9, respectively.
(Sample C), each showing excellent optical transparency. In these photorefractive devices, no crystallization of components and no phase separation were observed.
【0040】実施例4:フォトリフラクティブ素子の特
性評価 以下の方法により、フォトリフラクティブ素子の特性評
価を行なった。 (1) 結合利得係数 フォトリフラクティブ素子の特性値の一つとして二光波
結合による結合利得係数が挙げられる。すなわち、フォ
トリフラクティブ素子に2つの光ビームを照射すると、
媒質中に光強度分布の周期構造(干渉縞)が形成される
が、ここで外部電場を印加すると、キャリアがドリフト
するため、光強度分布とは位相差を有する屈折率の周期
構造(屈折率格子)が形成される。この結果、各ビーム
の直進波と回折波の間には位相差が生じるため、2つの
ビームの間で非対称なエネルギー交換が起こる。Example 4 Evaluation of Characteristics of Photorefractive Element The characteristics of the photorefractive element were evaluated by the following method. (1) Coupling gain coefficient One of the characteristic values of the photorefractive element is a coupling gain coefficient by two-wave coupling. That is, when the photorefractive element is irradiated with two light beams,
A periodic structure (interference fringes) having a light intensity distribution is formed in the medium. However, when an external electric field is applied here, carriers drift, so that a periodic structure having a refractive index having a phase difference from the light intensity distribution (refractive index). Grid) is formed. As a result, a phase difference occurs between the straight wave and the diffracted wave of each beam, so that asymmetric energy exchange occurs between the two beams.
【0041】結合利得係数の測定は、図2に概略を示す
構成により行なった。He−Neレーザー1の光路上に
ミラー2及びビームスプリッタ3を設け、これにより出
射ビーム(633nm)を等強度(150mW/c
m2)の2本のビームA1、A2に分け、ミラー4と5及
び光路上に設けたレンズ(図示せず)を用いて試料6内
で交差するようにした。具体的には、それぞれのビーム
の試料への入射角はビームA1を40°、ビームA2を6
0°とした(交差角は20°)。試料7は、上述のよう
にその表裏面にITO電極を有しているが、これに電圧
を印加した状態で、ビームA2(ポンプ光)をONした
状態と、OFFしたときのビームA1(プローブ光)の
透過光強度をそれぞれ測定する。透過光強度はフォトダ
イオード7、8により測定した。結合利得係数Γは次の
計算式により求められる。The measurement of the coupling gain coefficient was performed by the configuration schematically shown in FIG. A mirror 2 and a beam splitter 3 are provided on the optical path of the He-Ne laser 1 so that the emitted beam (633 nm) can be given an equal intensity (150 mW / c).
m 2 ) were split into two beams A 1 and A 2 , and were crossed in the sample 6 using mirrors 4 and 5 and a lens (not shown) provided on the optical path. Specifically, the angle of incidence on the sample of each beam a beam A 1 40 °, beam A 2 to 6
0 ° (intersection angle was 20 °). The sample 7 has the ITO electrodes on its front and back surfaces as described above. When the voltage is applied to the sample 7, the beam A 2 (pump light) is turned on, and the beam A 1 is turned off. The transmitted light intensity of (probe light) is measured. The transmitted light intensity was measured by the photodiodes 7 and 8. The coupling gain coefficient Γ is obtained by the following formula.
【0042】[0042]
【数1】Γ=(cosθ/d)[ln(γ0β)−ln
(β+1−γ0)] β:入射ビーム(ポンプ光A2とプローブ光A1)の強度
比 γ0=P/P0(P0:ポンプ光がないときのA1透過光強
度、 P:ポンプ光があるときのA1透過光強度) θ:ビームA1またはビームA2の内部入射角 d:試料の厚さΓ = (cos θ / d) [ln (γ 0 β) -ln
(Β + 1−γ 0 )] β: intensity ratio of incident beam (pump light A 2 and probe light A 1 ) γ 0 = P / P 0 (P 0 : intensity of A 1 transmitted light without pump light, P: a 1 transmitted light intensity when there is a pumping light) theta: internal incidence angle of the beam a 1 or beam a 2 d: thickness of the sample
【0043】1.0×107V/m(すなわち、10V/μ
m)〜約9×107V/m(すなわち、90V/μm)
の範囲の印加電圧にて実験を繰り返し、結合利得係数を
求めた。1.0 × 10 7 V / m (ie, 10 V / μ
m) to about 9 × 10 7 V / m (ie, 90 V / μm)
The experiment was repeated with an applied voltage in the range of and the coupling gain coefficient was determined.
【0044】(2) 回折効率 回折効率の測定は、図3に光学系の概略を示す四光波混
合法(FWM)により行なった。He−Neレーザ11
から出射される633nmのビームは偏光板12でp−
偏光(図面に平行な方向の偏光)とした後、ビームスプ
リッタ14により2本に分けた(光強度は各々150m
W/cm2)。このうち一方のビームはミラー15で反
射した後、ビームスプリッタ16、さらに偏光ビームス
プリッタ17を透過した後、第1の書き込みビーム18
として試料19に入射させた。ビームスプリッタ14で
分けたもう一方のビームはミラー20で反射した後、第
2の書き込みビーム21として試料19に入射させた。
ここで第1の書き込みビーム18と第2の書き込みビー
ム21は試料19内で交差するように入射させ、交差角
は20°とした。また、それぞれのビームの試料19へ
の入射角は第1の書き込みビーム18を60°、第2の
書き込みビーム21を40°とした。一方、ビームスプ
リッタ16で反射したビームはミラー22で反射した
後、1/2波長板23、さらに偏光板24を透過してs
−偏光(図面に垂直な方向の偏光)とし、ミラー25で
反射して第2の書き込みビーム21と対向するようにし
て読み出しビーム26(光強度:0.9mW/cm2)とし
て試料19に入射させた。ここで、第1の書き込みビー
ム18の方向に出射される回折ビーム27を偏光ビーム
スプリッタ17で反射させてフォトダイオード28で受
光した。試料19へ電界を印加したときの (回折ビーム27の光強度/読み出しビーム26の光強
度)×100 を回折効率(%)として算出した。回折効率(応答シグ
ナル強度)は図4に示すように経時的に変化した。(2) Diffraction Efficiency The diffraction efficiency was measured by a four-wave mixing method (FWM) whose optical system is schematically shown in FIG. He-Ne laser 11
The 633 nm beam emitted from the
After being polarized light (polarized light in a direction parallel to the drawing), the light was split into two beams by a beam splitter 14 (light intensity was 150 m each).
W / cm 2 ). One of these beams is reflected by a mirror 15 and then transmitted through a beam splitter 16 and a polarization beam splitter 17 to form a first writing beam 18.
As a sample. The other beam split by the beam splitter 14 was reflected by a mirror 20 and then made incident on a sample 19 as a second writing beam 21.
Here, the first writing beam 18 and the second writing beam 21 were made to enter so as to intersect in the sample 19, and the intersection angle was 20 °. The angles of incidence of the respective beams on the sample 19 were 60 ° for the first writing beam 18 and 40 ° for the second writing beam 21. On the other hand, the beam reflected by the beam splitter 16 is reflected by the mirror 22 and then transmitted through the half-wave plate 23 and the polarizing plate 24 to be s.
-Polarized light (polarized light in a direction perpendicular to the drawing) is reflected by the mirror 25 and is incident on the sample 19 as a read beam 26 (light intensity: 0.9 mW / cm 2 ) so as to face the second write beam 21. Was. Here, the diffraction beam 27 emitted in the direction of the first writing beam 18 was reflected by the polarization beam splitter 17 and received by the photodiode 28. (Light intensity of diffraction beam 27 / light intensity of reading beam 26) × 100 when an electric field was applied to sample 19 was calculated as diffraction efficiency (%). The diffraction efficiency (response signal intensity) changed over time as shown in FIG.
【0045】(3) 応答時間 応答時間は、上記(2)の測定において、第2の書き込み
ビーム21とONにし、一定時間後これをOFFにした
ときの回折ビーム27の光強度(応答シグナル強度)の
経時変化を測定し(代表的な測定結果を図4に示
す。)、この回折効率の立ち上がりの部分を下記式に最
小二乗法によりフィッティングして求めた。(3) Response time The response time is the light intensity (response signal intensity) of the diffracted beam 27 when the second writing beam 21 is turned ON in the measurement of the above (2) and turned OFF after a certain time. ) Was measured (representative measurement results are shown in FIG. 4), and the rising portion of the diffraction efficiency was determined by fitting to the following equation by the least square method.
【0046】[0046]
【数2】η(t)=A[1−exp(−t/τ)]+B (式中、η(t)は回折効率(シグナル強度)、τは応
答時間である。)Η (t) = A [1-exp (−t / τ)] + B (where η (t) is diffraction efficiency (signal intensity) and τ is response time)
【0047】以上の方法により測定した結合利得係数、
回折効率及び応答時間の結果を図5、図6及び図7に示
す。分散系の試料素子(試料A及びB)の応答時間は印
加電圧40〜90V/μmの範囲で0.9〜5秒である
(なお、図7の縦軸は応答速度を表わしており、縦軸の
値の逆数が応答時間である。)。また、二官能性分子の
濃度が高い程、速い応答速度を示している。この結果
は、Zhangらによって報告された前記の共役二官能性材
料〔4−(N,N′−ジフェニルアミノ)−β−ニトロ
スチレン〕に比べ、1桁速い速度であり、非共役構造を
有するTDPANA分子の光導電性が共役分子よりも大
きいことを示すものである。また、ポリマー単一系の場
合(試料C)は、上記の印加電圧範囲で15〜100m
sの速い応答時間が実現できた。この値は、これらまで
に報告された有機フォトリフラクティブ材料中で最も速
い値を示したポリシラン系(書き込み光の強度:1W/
cm2で40ms)を上回る。なお、ポリシラン系の材
料は光に対して不安定で分解し易く、また機械的強度も
弱いという欠点がある。本発明のポリマー材料による高
速応答性は、ポリマーの構造が非共役構造を有するTD
PANA分子から合成された主鎖型のポリマーであるた
め、TDPANA単位の濃度が増加し、電荷発生効率が
高くなったためと考えられる。The coupling gain coefficient measured by the above method,
The results of the diffraction efficiency and the response time are shown in FIG. 5, FIG. 6, and FIG. The response time of the sample elements (samples A and B) of the dispersion system is 0.9 to 5 seconds in the range of the applied voltage of 40 to 90 V / μm (the vertical axis in FIG. 7 represents the response speed, and the vertical axis in FIG. The reciprocal of the value is the response time.) In addition, the higher the concentration of the bifunctional molecule, the faster the response speed. This result is an order of magnitude faster than the conjugated bifunctional material reported by Zhang et al. [4- (N, N'-diphenylamino) -β-nitrostyrene] and has a non-conjugated structure. This shows that the photoconductivity of the TDPANA molecule is larger than that of the conjugated molecule. In the case of a single polymer (Sample C), the applied voltage range is 15 to 100 m.
s fast response time was realized. This value is the highest among polysilane-based organic photorefractive materials reported so far (writing light intensity: 1 W /
40 ms in cm 2 ). Note that polysilane-based materials have disadvantages that they are unstable to light and are easily decomposed, and have low mechanical strength. The high-speed response by the polymer material of the present invention is based on TD having a non-conjugated structure in the polymer structure.
This is probably because the main chain type polymer synthesized from the PANA molecule increased the concentration of the TDPANA unit and increased the charge generation efficiency.
【0048】[0048]
【発明の効果】本発明の化合物及びそれから得られるポ
リマーは、電荷輸送性を示す構造部分と非線形光学特性
を示す構造部分とが非共役な関係にあるため、各構造部
分が単独で有するそれぞれの特性を損なうことなくフォ
トリフラクティブ特性が発揮される。従って、本発明の
化合物あるいはポリマーを含むフォトリフラクティブ材
料組成物を用いることにより、高速応答性を有し、安定
に使用できる実用的なフォトリフラクティブ材料を得る
ことができ、書き込み速度の速い光記録材料、光情報処
理用の高速素子材料などに応用できる。フォトリフラク
ティブ材料を動画の表示や光信号処理に用いる場合には
応答速度の速いことが要求され、また光記録材料として
用いる場合にも転送速度を上げるために高速応答性が要
求される。例えば、動画表示を行う場合にはビデオレー
トの応答速度、すなわち、30ミリ秒の応答速度が要求
されるが、本発明の主鎖型ポリマー系フォトリフラクテ
ィブ材料では、このレベルの高速応答性が実現されるた
め、上記の分野で高い可能性を有している。The compound of the present invention and the polymer obtained therefrom have a non-conjugated relationship between the structural portion exhibiting charge transport properties and the structural portion exhibiting nonlinear optical characteristics. Photorefractive characteristics are exhibited without impairing the characteristics. Therefore, by using the photorefractive material composition containing the compound or polymer of the present invention, it is possible to obtain a practical photorefractive material having high-speed response and being stably usable, and an optical recording material having a high writing speed. It can be applied to high-speed device materials for optical information processing. When a photorefractive material is used for displaying moving images or for processing optical signals, a high response speed is required, and when it is used as an optical recording material, high-speed response is required to increase the transfer speed. For example, in the case of displaying a moving image, a response speed of a video rate, that is, a response speed of 30 milliseconds is required. In the main-chain polymer photorefractive material of the present invention, this level of high-speed response is realized. Therefore, it has high potential in the above fields.
【図1】 フォトリフラクティブ材料の構成を模式的に
示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a photorefractive material.
【図2】 二光波混合法による結合利得係数の測定系の
構成を示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a measurement system of a coupling gain coefficient by a two-wave mixing method.
【図3】 四光波混合法による回折シグナル測定系の構
成を示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a diffraction signal measurement system by a four-wave mixing method.
【図4】 回折シグナルの経時変化パターンを示すグラ
フ。FIG. 4 is a graph showing a temporal change pattern of a diffraction signal.
【図5】 本発明のフォトリフラクティブ材料を用いて
得られる素子の結合利得特性(印加電圧−結合利得)を
示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a coupling gain characteristic (applied voltage-coupling gain) of an element obtained by using the photorefractive material of the present invention.
【図6】 本発明のフォトリフラクティブ材料を用いて
得られる素子の回折効率特性(印加電圧−回折効率係
数)を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing diffraction efficiency characteristics (applied voltage-diffraction efficiency coefficient) of an element obtained by using the photorefractive material of the present invention.
【図7】 本発明のフォトリフラクティブ材料を用いて
得られる素子の応答速度(印加電圧−応答速度)を示す
グラフ。FIG. 7 is a graph showing a response speed (applied voltage-response speed) of an element obtained using the photorefractive material of the present invention.
1 レーザー光源、 2,4,5 ミラー、 3 ビームスプリッタ、 6 試料、 7,8 フォトダイオード、 11 レーザ光源、 12,24 偏光板、 14,16 ビームスプリッタ、 15,20,22,25 ミラー、 17 偏光ビームスプリッタ、 18 第1の書き込みビーム、 19 試料、 21 第2の書き込みビーム、 23 1/2波長板、 26 読み出しビーム、 27 回折ビーム、 28 フォトダイオード。 Reference Signs List 1 laser light source, 2, 4, 5 mirror, 3 beam splitter, 6 sample, 7, 8 photodiode, 11 laser light source, 12, 24 polarizing plate, 14, 16 beam splitter, 15, 20, 22, 25 mirror, 17 Polarizing beam splitter, 18 first writing beam, 19 sample, 21 second writing beam, 23 1/2 wave plate, 26 reading beam, 27 diffraction beam, 28 photodiode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朴 商勲 東京都小金井市中町2−24−16 東京農工 大学内 Fターム(参考) 2K002 AA01 BA01 CA06 GA10 HA16 4C054 AA02 CC03 DD01 EE01 FF16 4J033 GA01 GA02 HB10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Park Shodan 2-24-16 Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo Tokyo University of Agriculture and Technology F-term (reference) 2K002 AA01 BA01 CA06 GA10 HA16 4C054 AA02 CC03 DD01 EE01 FF16 4J033 GA01 GA02 HB10
Claims (8)
独立して水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表
わす。)で示される化合物。1. A compound of the formula (I) (Wherein, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms).
はp−プロピル基を表わし、R1、R2、R4、R5及びR
6がそれぞれ水素原子を表わす請求項1に記載の化合
物。Wherein R 3 is p- methyl group, represents a p- ethyl or p- propyl, R 1, R 2, R 4, R 5 and R
The compound according to claim 1, wherein each 6 represents a hydrogen atom.
ホルムアルデヒドとの酸触媒下での付加縮合反応により
得られるポリマー。3. A polymer obtained by an addition condensation reaction of a compound represented by the formula (I) according to claim 1 with formaldehyde in the presence of an acid catalyst.
独立して水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表
わす。)で示される繰り返し単位を有する請求項3に記
載のポリマー。4. A compound having a main structure of the formula (II): Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Item 7. The polymer according to Item 3.
し、nは2以上の整数である。)で示される繰り返し単
位を有する請求項4に記載のポリマー。(5) the main structure is represented by the formula (III): (Wherein, R 1 to R 6 have the same meaning as described in claim 4, and n is an integer of 2 or more).
はp−プロピル基を表わし、R1、R2、R4、R5及びR
6がそれぞれ水素原子を表わす請求項4または5に記載
のポリマー。6. R 3 represents a p-methyl group, a p-ethyl group or a p-propyl group, and R 1 , R 2 , R 4 , R 5 and R
6. The polymer according to claim 4, wherein 6 represents a hydrogen atom.
ことを特徴とするフォトリフラクティブ材料組成物。7. A photorefractive material composition comprising the compound according to claim 1 or 2.
ポリマーを含むことを特徴とするフォトリフラクティブ
材料組成物。8. A photorefractive material composition comprising the polymer according to claim 3. Description:
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JP11066114A JP2000256320A (en) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | Photorefractive material composition, compound and polymer used for the composition |
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-
1999
- 1999-03-12 JP JP11066114A patent/JP2000256320A/en active Pending
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