DE4119385A1

DE4119385A1 - Optisches element

Info

Publication number: DE4119385A1
Application number: DE19914119385
Authority: DE
Inventors: Seiji Kondo; Toshiyuki Kanno; Yoshiko Uematsu
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1991-12-19

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte optische Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 5.

Im allgemeinen haben Polypeptidderivate eine sehr komplexe chemische Struktur höherer Ordnung und haben verschiedene Funktionen, wie bei Proteinen von Lebewesen zu beobachten ist. Die zweidimensionale Struktur, die eine der Strukturen höherer Ordnung ist, kann, je nach Bewegungsmöglichkeit des Aminosäurerests, der die Konstitutionseinheit der Struktur darstellt, grob in eine α-Helix-Struktur, eine β-Faltblatt- Struktur und in eine ungeordnete Spiralstruktur klassifi ziert werden. Genauer gesagt, die α-Helix-Struktur wird für den Fall gebildet, wo der Aminosäurerest, der eine Konstitu tionseinheit eines Polypeptidderivats ist, eine Wasserstoff brückenbindung innerhalb des Moleküls ausbildet. Die β-Falt blattstruktur wird gebildet, wenn die Wasserstoffbrückenbin dung zwischen Molekülen gebildet wird. Desweiteren wird eine ungeordnete Spiralstruktur gebildet, wenn keine Wasserstoff brückenbindung gebildet wird.

Es ist Stand der Technik, daß die zweidimensionalen Struktu ren der Polyglutaminsäureester, die in den Polypeptidderiva ten enthalten sind, verändert werden können, je nach den ge wählten Umgebungsbedingungen, wie Temperatur und Lösungsmit tel. Es ist auch bekannt, daß bei den Polyglutaminsäure estern die chemischen Strukturen stabil sind. Im besonderen ist es bekannt, daß Poly-γ-Benzyl-L-Glutamat (PBLC) oder Poly-γ-Benzyl-D-Glutamat (PBDC), bei denen die Seitenkette jeder Aminosäurehälfte der Polyglutaminsäure aus einem Ben zylester besteht, in verschiedenen organischen Lösungsmit teln wie 1,4-Dioxan, Dimethylformamid, 1,2-Dichlorethan und Tetrahydrofuran eine stabile α-Helix-Struktur ausbilden, so daß sie eine cholesterische Flüssigkristallphase zeigen.

Die cholesterische Flüssigkristallphase weist eine derartige Schichtenstruktur auf, daß die Moleküle in jeder Schicht parallel in eine Richtung ausgerichtet sind. Ebenso weist die cholesterische Flüssigkristallphase eine verdrehte Achse (Helix-Achse) auf, die senkrecht zur Schicht steht, so daß die Richtung der Molekülausrichtung in einer Schicht von derjenigen in der benachbarten Schicht um einen bestimmten Winkel abweicht. Desweiteren wird der Abstand zwischen den Schichten, die voneinander in der Orientierungsrichtung um 360° abweichen, cholesterische Ganghöhe oder einfach Gang höhe genannt. Der cholesterische Flüssigkristall zeichnet sich durch eine periodische Struktur aus und zeigt die op tischen Eigenschaften einer unnormal großen Drehkraft und einer selektiven Reflexionskraft von rechts oder links pola risiertem Licht, was innerhalb eines engen Wellenlängenbe reichs stattfindet. Diese optischen Eigenschaften des chole sterischen Flüssigkristalls stammen von der oben erwähnten besonderen helikalen Struktur. Die selektive Reflexionskraft ermöglicht es, daß der cholesterische Flüssigkristall einen Zirkularpolarisation-Dichroismus (CD) zeigt. Es sollte ange führt werden, daß die zentrale Wellenlänge λ×m der Refle xion dem Produkt der cholesterischen Ganghöhe P und dem Bre chungsindex n entspricht, d. h. λ×m=n×P. Wegen dieser Eigenschaften erzeugt der cholesterische Flüssigkristall einen klaren Farbdisplayeffekt, der von rot bis blau reicht, wenn die Wellenlänge λ·m in einen sichtbaren Wellenlängen bereich fällt.

Wie oben beschrieben, reflektiert der cholesterische Flüs sigkristall auf selektive Weise entweder rechts oder links polarisiertes Licht innerhalb des Wellenlängenbereichs, der der cholesterischen Ganghöhe des Flüssigkristalls entspricht. Wenn linear polarisiertes Licht auf den Flüssigkristall ein fällt, wird entweder das rechts oder das links polarisierte Licht selektiv reflektiert, mit dem Ergebnis, daß der Betrag des durchgelassenen Lichts innerhalb des ausgezeichneten Wellenlängenbereichs nur noch der halbe Betrag des eingefal lenen Lichts ist. Desweiteren wird Licht dort nicht durchge lassen, wo ein selektiver Reflexionsfilm für rechts polari siertes Licht sich über einem selektiven Reflexionsfilm für links polarisiertes Licht befindet.

Die cholesterische Ganghöhe der cholesterischen Flüssigkri stallphase, die aus Polyglutaminsäureestern gebildet ist, wird über unterschiedliche Bedingungen, wie die Art, Konzen tration und Temperatur des Lösungsmittels, verändert. Der Veränderungsgrad bezüglich der Wellenlänge reicht vom Ultra violett-Bereich bis zu unbegrenzt großen Wellenlängen, die den fernen Infrarot-Bereich überschreiten. Daraus folgt, daß es möglich ist, auf selektive Weise die rechts oder links polarisierte Lichtkomponente durch geeignete Wahl der Bedin gungen zu reflektieren.

Wenn man ein optisches Element bilden will, bei dem diese Eigenschaften genutzt werden sollen, ist es wünschenswert, daß das Flüssigkristallmaterial in festem Zustand und insbe sondere in einem filmartigen Zustand vorliegt, was in bezug auf Leichtigkeit bei der Handhabung und Stabilität, etc. vorteilhafter ist als ein flüssiger Zustand. Mit anderen Worten, es ist wünschenswert, eine cholesterische Flüssig kristallphase aus einem Material in einem festen Zustand zu bilden, und es ist ferner wünschenswert, daß die cholesteri sche Ganghöhe zum Beispiel über die Temperatur verändert wird. Wenn man jedoch das oben erwähnte PBLC oder PBDC ver wenden will, so liegt eine cholesterische Flüssigkristall phase nur in einem flüssigen Zustand vor. Die Verwendung von PBLC oder PBDC bei der Herstellung eines optischen Elements ist somit stark eingeschränkt, da die cholesterische Flüs sigkristallphase nicht in einem festen Zustand gebildet wird.

Eine lineare Alkylgruppe mit einer großen Anzahl an Kohlen stoffatomen oder eine Arylgruppe wird an die Seitenkette eines Polypeptidderivats gebunden. Es ist bekannt, daß im all gemeinen die lange flexible Seitenkette des Polypeptidderi vats ein Verhalten zeigt, das, gemäß dem Temperaturanstieg, demjenigen des Lösungsmittels ähnelt. Da die spezielle Sei tenkette einen beträchtlichen Anteil des Volumens einnimmt, kann das Polypeptidderivat sogar in einem festen Zustand als thermotroper cholesterischer Flüssigkristall verwendet wer den. Insbesondere beschrieben die beiden veröffentlichten und ungeprüften japanischen Patentanmeldungen No. 62-116629 und 62-175939 ein Material, das eine cholesterische Flüssig kristallphase aufweist, wobei dieses Material dadurch erhal ten wird, daß die Seitenketten des Polyglutaminsäureesters verändert werden, und beschreiben ferner eine besondere Auf bringung eines Matrials auf ein optisches Aufnahmemedium, etc.

Die Polypeptidderivate, die in den oben angeführten Pa tentanmeldungen beschrieben sind, zeigen jedoch eine relativ niedrige Flüssigphasenübergangstemperatur, was eine geringe Aufbewahrungsstabilität zur Folge hat. Ebenso ist es schwie rig, die cholesterische Phase während der Filmbildungsphase zu fixieren, was eine Wärmebehandlung notwendig macht, bei der das Polypeptidderivat auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher als die Übergangstemperatur ist, gefolgt von einem erneuten Abkühlen des Derivats.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbes sertes optisches Element zur Verfügung zu stellen, das einen Schaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit ausführen kann, wo bei das Element eine Flüssigkristallverbindung mit hohem Mo lekulargewicht und hoher Aufbewahrungsstabilität aufweist und die Flüssigkristallverbindung in der Filmbildungsphase nicht wärmebehandelt werden muß.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein optisches Element gelöst, das eine Zellstruktur auf weist, die es ermöglicht, daß rechts- oder linkspolarisiertes Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs selektiv reflektiert wird und es außerdem ermöglicht, daß dieser Wellenlängenbereich durch äußere Beeinflussung geän dert wird. Dieses erfindungsgemäße optische Element beinhal tet eine Flüssigkristallzusammensetzung, die wenigstens eine Polymerverbindung mit mesogenen Gruppen beinhaltet, die Flüssigkristalleigenschaften aufweisen, und die, zu einem Prozentsatz von 1 bis 90% aller Seitenketten, in die Sei tenketten eingeführt sind und eine α-Helix-Struktur ausbil den. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus erfindungsgemäß durch ein optisches Element gelöst, das ein Substrat und eine Schichtenstruktur beinhaltet, die auf dem Substrat gebildet ist. Diese Schichtenstruktur be steht aus einer Polymerschicht, die entweder aus einem Film gebildet ist, der eine Polymerverbindung mit mesogenen Grup pen und eine Farbstoffverbindung aufweist, oder aus einer Zelle gebildet ist, die eine darin versiegelte Lösung einer Polypeptidverbindung aufweist. Ferner umfaßt die vorliegende Erfindung zwei Elektrodenschichten, wobei sich die Polymer schicht dazwischen befindet, und eine wärmeerzeugende Schicht zum Erhitzen der Polymerschicht, wobei die Farb stoffverbindung an die Seitenkette der Polymerverbindung ge bunden ist oder mit dieser gemischt ist.

Genauer gesagt, die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 5.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung, der schematisch den Aufbau eines optischen Elements zeigt;

Fig. 2 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der schematisch den Aufbau eines optischen Elements zeigt;

Fig. 3 einen Graph, der die CD-Absorptionseigenschaften be züglich verschiedener Temperaturen des Polypeptidde rivativfilms zeigt, der wie in Beispiel 1, das spä ter beschrieben wird, hergestellt ist;

Fig. 4 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Absorp tionspeak und verschiedener Temperaturen des Poly peptidderivativfilms aufzeigt, der wie in Beispiel 1, das später beschrieben wird, hergestellt ist;

Fig. 5 einen Graph, der die CD-Absorptionseigenschaften be züglich verschiedener Temperaturen des Polypeptidde rivativfilms aufzeigt, der wie in Beispiel 2, das später beschrieben wird, hergestellt ist;

Fig. 6 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Absorp tionspeak und verschiedenen Temperaturen des Poly peptidderivativfilms aufzeigt, der wie in Beispiel 2, das später beschrieben wird, hergestellt wird; und

Fig. 7 einen Graph, der die Bestimmung zwischen dem Zirku lardichroismus des optischen Elements gemäß der vor liegenden Erfindung und der Wellenlänge aufzeigt.

Im optischen Element der vorliegenden Erfindung wird ein Po lypeptidderivat als Flüssigkristallverbindung mit hohem Mo lekulargewicht verwendet, das innerhalb eines spezifischen, kleinen Wellenlängenbereichs selektiv rechts- oder linkspo larisiertes Licht zu reflektieren vermag und außerdem den selektiven Reflexions-Wellenlängenbereich über äußere Beein flussung, wie über Temperatur, über ein elektrisches Feld, über ein magnetisches Feld, über Licht oder Druck, zu verän dern vermag. Das Polypeptidderivat der vorliegenden Erfin dung weist eine α-Helix-Struktur auf und 1% bis 90% der Seitenketten des Polypeptidderivats bestehen aus mesogenen Gruppen, die aus Verbindungen mit Flüssigkristalleigenschaf ten stammen.

Jedes Polypeptidderivat kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, insofern die Verbindung eine cholesterische Flüssigkristallphase aufweist, obwohl es wünschenswert ist, ein Polyaminosäurederivat zu verwenden, das einen Ami nosäurerest als eine sich wiederholende Einheit aufweist. Es ist insbesondere wünschenswert, Homopolymere zu verwenden, die L(D)-Asparagin, L(D)-Asparaginsäure, L(D)-Glutamin oder L(D)-Glutaminsäure als die sich wiederholende Einheit auf weisen. Ein einzelnes Molekül des Polypeptidderivats sollte entweder nur aus dem L-Körper oder dem D-Körper gebildet sein. In der polymeren Matrix ist es aber akzeptabel, daß sowohl der L-Körper als auch der D-Körper zusammen vorhanden sind, sofern kein racemisches Gemisch gebildet wird. Die Ma trix sollte jedoch am besten nur aus einem L-Körper oder einem D-Körper gebildet sein. Es sollte angemerkt werden, daß der L-Körper und der D-Körper in der Spiralrichtung der Spi ralstruktur des cholesterischen Flüssigkristalls entgegenge setzt sind. Wo der L-Körper und der D-Körper gemeinsam vor handen sind, ist die Flüssigkristallstruktur durch die ent gegengesetzte Spiralrichtung aufgehoben, was einen Defekt erzeugt.

Die Polypeptidderivate, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beinhalten Poly-L-Glutaminsäureester, die durch die allgemeine Formel (I), die unten angegeben ist, dargestellt werden:

Dabei ist R₁ ein Seitenkettenradikal, das wenigstens eine der Strukturen -C_iH_2i+1, -C_iH_2i-1 oder -C_jH_2j- aufweist (i ist eine ganze Zahl von 1 bis 6, j ist eine ganze Zahl von 1 bis 3), und R₂ ist eine mesogene Gruppe.

Die mesogene Gruppe R₂ kann durch eine Formel -X-Y-Z darge stellt werden, wobei X eine der Strukturen -(-CH₂-)_k-, -(-CH₂-)_k-O-, und -(-CH₂-CH₂-O-)_k- (k ist eine ganze Zahl von 1 bis 16) ist, und Y und Z Substituentengruppen sind, und in den Tabellen 3 und 4 gezeigt sind, die später präsentiert werden. Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, daß alle Substituen tengruppen, die durch Y dargestellt sind, zwei Benzolringe beinhalten. Es sollte angemerkt werden, daß wenigstens ein Benzolring, der sich in jeder der Substituentengruppen, die in Tabelle 3 gezeigt sind, befindet, durch einen Heteroring ersetzt werden kann, der eine der folgenden Strukturen auf weist:

Desweiteren kann wenigstens ein Benzolring, Cyclohexanring oder Heteroring an das Ende der Substituentengruppe, die in Tabelle 3 gezeigt ist, gebunden werden. Andererseits kann die mesogene Gruppe R₂ eine Substituentengruppe sein, die von einem Cholesterinderivat abgeleitet ist. Spezielle Bei spiele bezüglich der mesogenen Gruppe sind in Tabelle 5 ge zeigt. Natürlich sind die mesogenen Gruppen, die gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam sind, nicht auf die in Ta belle 5 gezeigten beschränkt. Die in der vorliegenden Erfin dung verwendeten Polyglutaminsäureester weisen wenigstens eine mesogene Gruppe R₂ auf, die aus den oben angegebenen Substituentengruppen ausgewählt ist.

Bei der Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der choleste rischen Ganghöhe, bei der Bestimmung des Orientierungsver haltens bei Anlegen einer Spannung und bei der Bestimmung des Wellenlängenbereichs der Ganghöhenbande bei der Filmer zeugung ist der Anteil der mesogenen Gruppe im Polypeptidde rivat genauso wichtig wie die Art der mesogenen Gruppe und wie die Filmbildungsbedingungen. Beim Polyglutaminsäureester (dargestellt durch die Formel I) liegt der optimale Wert des Anteils der mesogenen Gruppen in bezug auf die Menge der Glutaminsäurehälfte (d. h. 100×m/(l+m)%) im allgemeinen zwischen 1% und 90%, bevorzugt aber zwischen 2% und 50%, obwohl der optimale Anteil der mesogenen Gruppe von der Art der Gruppen R₁ und R₂ abhängt. Wenn der Wert kleiner als 1% ist, erfüllt die mesogene Gruppe nicht in ausreichendem Maße ihre Aufgabe. Ist auf der anderen Seite der Wert größer als 90%, ergeben Wechselwirkungen zwischen den mesogenen Grup pen selber unerwünschte Phänomene wie Kristallisation und Stapelung. In diesem Fall weist die Komponente keine chole sterische Flüssigkristallphase auf, oder der Wellenlängenbe reich der selektiven Reflexion kann nicht verändert werden. Damit wird die Leistung des optischen Elements leicht beein trächtigt.

Der Polyglutaminsäureester, der durch die Formel I darge stellt wird, weist einen Polymerisationsgrad (Dp=1+m) von 50 bis 2000 und bevorzugt von 75 bis 700 auf. Wenn der Polymerisationsgrad kleiner als 50 ist, ist die Filmausbil dungseigenschaft des Polyglutaminsäureesters beeinträchtigt. Darüberhinaus hat der Übergangspunkt zum Flüssigkristallzu stand die Tendenz, verringert zur werden, was die Stabilität der Komponente schmälert. Wenn der Polymerisationsgrad größer als 2000 ist, wird der Übergangspunkt zum Flüssigkri stallzustand jedoch übermäßig hoch, was die Möglichkeit er höht, daß der Polyglutaminsäureester sich zersetzt. Deswei teren steigt die Viskosität der Polymerverbindung, was die Geschwindigkeit der Antwort verringert, wenn Spannung an das Element angelegt wird. Tabelle 6 zeigt Beispiele für Poly glutaminsäureester, die auf wirksame Weise bei der Herstel lung des optischen Elements der vorliegenden Erfindung ver wendet werden können.

Wie oben beschrieben, zeigt die cholesterische Flüssigkri stallphase die Eigenschaft des Zirkularpolarisationsdichro ismus. Darüberhinaus ist die Komponente, die sich im Seiten kettenradikal des Polypeptidderivats oder in der cholesteri schen Schicht befindet, durch die cholesterische Flüssigkri stallphase beeinflußt, so daß die Eigenschaft des Zirkular polarisationsdichroismus innerhalb des Wellenlängenbereichs der Lichtabsorption im Seitenkettenradikal oder in der Kom ponente selber vorliegt. Der Zirkularpolarisationsdichrois mus, der einem solchen Prinzip zugrunde liegt, wird Flüssig kristall-induzierter Zirkulardichroismus (LCICD) genannt.

Beim Zirkularpolarisationsdichroismus, der duch LCICD her vorgerufen wird, ist die Wellenlänge, bei der die CD Absorp tion den Peak-Wert zeigt, nicht verschoben, obwohl die oben erwähnte Wellenlänge im Falle der selektiven Reflexion, die durch die cholesterische Flüssigkristallphase erreicht wird, verschoben ist. Es sollte angeführt werden, daß ein Peak sich nur innerhalb eines Wellenlängenbereichs der Lichtab sorption des Seitenkettenradikals oder der Komponente, die sich darin befindet, zeigt. Anders ausgedrückt, es zeigt sich kein CD-Peak, wenn die Eigenschaft des Zirkularpolari sationsdichroismus nicht vom Feld der cholesterischen Flüs sigkristallphase beeinflußt wird. Wenn der Zirkularpolarisa tionsdichroismus durch das Feld der cholesterischen Flüssig kristallphase beeinflußt wird, wird innerhalb des charakte ristischen Lichtabsorptions-Wellenlängenbereichs nur rechts- oder linkspolarisiertes Licht selektiv absorbiert. Genauer gesagt, linkspolarisiertes Licht wird durchgelassen, wenn rechtspolarisiertes Licht absorbiert wird. Andererseits wird rechtspolarisiertes Licht durchgelassen, wenn linkspolari siertes Licht absorbiert wird. Wenn der Zirkularpolarisati onsdichroismus nicht durch das Feld der cholesterischen Flüssigkristallphase beeinflußt wird, wird das Licht inner halb des Wellenlängenbereichs der Lichtabsorption absor biert, unabhängig davon, ob rechts- oder linkspolarisiertes Licht vorliegt. Daraus folgt, daß es möglich ist, die Durch trittsmenge des rechts- und linkspolarisierten Lichts inner halb des Wellenlängenbereichs der Lichtabsorption, der cha rakteristisch für das Seitenkettenradikal des Polypeptidde rivats oder für die Verbindung ist, die sich im Derivat be findet, zu regeln, je nachdem, ob sich die cholesterische Flüssigkristallphase zeigt, oder nicht.

Verbindungen, die LCICD unter dem Einfluß des Felds der cho lesterischen Flüssigkristallphase zeigen, werden als Seiten kettenradikale des Polypeptidderivats oder der darin befind lichen Komponente verwendet. Es ist insbesondere wünschens wert, auf Pyren basierende Farbstoffe, auf Anthracen basie rende Farbstoffe und auf Akridin basierende Farbstoffe zu verwenden, da diese Farbstoffe ausreichend LCICD aufweisen. Zusätzlich erlauben diese Farbstoffe auf einfache Weise, eine Verbindung auszuwählen, die eine Absorptionskraft in der Wellenlänge der Lichtquelle aufweist, die als ein Ele ment verwendet wird.

Die oben angeführten Farbstoffe sind an die Seitenkette ei nes Polypeptidderivats gebunden oder sind im Derivat enthal ten. Es sollte in diesem Zusammenhang angeführt werden, daß es unwahrscheinlich ist, daß das Seitenkettenradikal des Po lypeptidderivats durch das Feld des cholesterischen Flüssig kristalls beeinflußt wird und es daher unwahrscheinlich ist, daß sich LCICD zeigt, wenn eine Phasentrennung auftritt, die vom Seitenkettenradikal oder vom Molekulargewicht des Poly peptidderivats und von der Art des Lösungsmittels, das im Beschichtungsschritt verwendet wird, abhängt. Es sollte außerdem angeführt werden, daß die Orientierung der Seiten kettenradikale durch die α-Helix-Struktur der Hauptkette des Polypeptidderivats beeinflußt wird, was bewirkt, daß LCICD sich möglicherweise sogar zeigt, wenn die cholesterische Flüssigkristallphase nicht ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Leistung des optischen Elements verringert. Deshalb ist es eher erwünscht, daß die Farbstoffverbindungen sich im Polypeptidderivat befinden, als daß die Farbstoffverbindun gen an die Seitenkette des Polypeptidderivats gebunden sind.

Bei dem in dem optischen Element der vorliegenden Erfindung verwendeten Polypeptidderivat werden die Antwortgeschwindig keit der Verschiebung der Ganghöhenbande, Empfindlichkeit, und der fixierte Wellenlängenbereich der Ganghöhenbande, der von der äußeren Beeinflussung, die auf die cholesterische Flüssigkristallphase einwirkt, gegeben ist, stark variiert, je nach Art und Verhältnis der Seitenkettenradikale, bei der Filmbildung verwendetem Bedeckungslösungsmittel, Umgebungs bedingungen, wie z. B. die Arbeitstemperatur, und der Art des Substrats. Es folgt daraus, daß es möglich ist, verschiedene Elemente herzustellen, die verschiedene Funktionen ausüben.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polypeptidde rivate können zum Beispiel durch die gewöhnliche Esteraus tauschmethode dargestellt werden. Ebenso können die Polypep tidderivate beispielsweise durch ein Lösungsgußverfahren, ein Drehabdeckverfahren oder ein Ziehverfahren, wie bei der Filmausbildung aus den gewöhnlichen Polymeren, als Film aus gebildet werden. Dabei ist besonders das Lösungsgußverfahren bevorzugt, da das Lösungsgußverfahren es erlaubt, daß die cholesterische Ganghöhenbande während des Filmausbildungs schritts gleichbleibend erhalten bleibt. Genauer gesagt, eine vorbestimmte Menge eines Polypeptidderivats wird in ei nem organischen Lösungsmittel gelöst und eine Substratober fläche wird durch ein Eintauchverfahren, ein Walzenauftra gungsverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Rakelverfahren etc. gleichmäßig mit der resultierenden Lösung bedeckt, wo rauf die Beschichtung getrocknet wird, um einen gewünschten Film aus dem Polypeptidderivat zu bilden. Jedes organische Lösungsmittel kann zur Herstellung der oben angeführten Lö sung verwendet werden, sofern das Polypeptidderivat gelöst werden kann und eine α-Helix-Struktur in der Lösung ausbil den kann. Beispielsweise stellen halogenhaltige Lösungsmit tel, 1,4-Dioxan, DMF und THF wünschenswerte Lösungsmittel dar, um das Polypeptidderivat zu lösen. In der vorliegenden Erfindung kann auch ein schlechtes Lösungsmittel in Form ei ner Mischung zusammen mit einem oder mehreren guten Lösungs mitteln verwendet werden, sofern, das Polypeptidderivat ge löst werden kann und in der Lösung eine α-Helix-Struktur ausbilden kann, wie oben bereits erwähnt ist. Der fixierte Zustand der Bande der cholesterischen Ganghöhe bei der Aus bildung eines Films aus einem Polypeptidderivat ist je nach Art des verwendeten Lösungsmittels sehr unterschiedlich. Daher ist die Auswahl des Lösungsmittels wichtig, um den gewünsch ten Film aus dem Polypeptidderivat zu erhalten.

Tabelle 8 zeigt exemplarisch Farbstoffverbindungen, die im optischen Element der vorliegenden Erfindung Verwendung fin den. Gemäß der Tabelle beinhalten die Farbstoffverbindungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bei spielsweise Cyanin-Farbstoffe, die zum Beispiel in den ver öffentlichten, ungeprüften japanischen Patentanmeldungen 58-11279; 58-125246, in US-49 08 294 und in US-49 87 021 be schrieben sind, Farbstoffe auf Melocyaninbasis, die bei spielsweise in den veröffentlichten, ungeprüften japanischen Patentanmeldungen 58-212634 und 58-11790 beschrieben sind; Nickel-Thiolkomplex-Farbstoffe auf Naphto-Phta locyaninbasis, die beispielsweise in den veröffentlichten, ungeprüften japanischen Patentanmeldungen 61-291187; 61-268487; 61-177281; 61-177288; 61-186384; 62-56191; 61-25886; 61-197280 und USSN 8 79 470 beschrieben sind; Farbstoffe auf Chinonbasis, die beispielsweise in der veröffentlichten, un geprüften japanischen Patentanmeldung 59-20124 beschrieben sind; und Farbstoffe auf Azobasis.

Die Strukturformeln, die in der Tabelle 8 aufgelistet sind, zeigen exemplarisch die Farbstoffverbindungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung Verwendung finden. Mit anderen Wor ten, es können in der vorliegenden Erfindung andere Verbin dungen verwendet werden, sofern das grundsätzliche Prinzip der vorliegenden Erfindung eingehalten wird. Ferner hängt die Wahl der chemischen Struktur der Farbstoffverbindung von der chemischen Struktur des Flüssigkristall-Copolymeren vom Seitenkettentyp ab, das ein hohes Molekulargewicht aufweist.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Farbstoffmenge sollte im Bereich zwischen 0.0005 und 0.5 Teilen, vorzugs weise zwischen 0.005 und 0.2 Teilen, liegen, bezogen auf ein Teil der Flüssigkristallverbindung vom Seitenkettentyp mit hohem Molekulargewicht. Falls die Farbstoffmenge kleiner als 0.005 Teile ist, ist der Kontakt klein, oder aber die Ant wort erfolgt langsam. Wenn die Menge größer als 0.5 Teile ist, wird jedoch die Stabilität der Aufnahmeschicht und die Reversibilität eines Vorgangs beeinträchtigt.

Die oben exemplarisch angeführten Farbstoffverbindungen kön nen einzeln oder in Kombination verwendet werden. Besonders erwünscht ist es, Farbstoffverbindungen zu verwenden, die einen Absorptionspeak innerhalb des Oszillations-Wellenlän genbereichs eines Halbleiterlasers aufweisen. Beispielsweise erfüllen Cyaninfarbstoffe diese besonderen Eigenschaften.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Aufnahmeschicht durch Bedecken eines Substrats mit einer Lösung gebildet, die sowohl die Flüssigkristall-Copolymerverbindung vom Sei tenkettentyp mit hohem Molekulargewicht als auch die Farb stoffverbindung enthält, um einen Film zu bilden. Genauer gesagt, vorbestimmte Mengen einer Flüssigkristall-Copolymer verbindung vom Seitenkettentyp mit hohem Molekulargewicht und einer Farbstoffverbindung werden in einem Lösungsmittel gelöst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: halogenierten Kohlenwasserstoffen, wie Chloroform, 1,2-Di chlorethan oder Parklen (parklene) besteht; auf ein Keton basierende Lösungsmittel wie Aceton oder MEK; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol oder Toluol; aliphatische Koh lenwasserstoffe wie Hexan; Alkohole wie Methanol, Ethanol oder IPA; Ester wie Ethylacetat; und Ether wie THF oder Di oxan. Diese Lösungsmittel können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Ein Film aus der resultierenden Lösung wird auf einem Substrat ausgebildet, das beispielsweise aus Glas, PMMA, aus einem Polycarbonatharz oder aus einem Epoxy harz besteht, indem ein Drehbedeckungsverfahren oder ein Eintauchverfahren zur Anwendung kommt. Um die Reversibilität und den Kontrast zu verbessern, ist es vorteilhaft, auf der Substratoberfläche Einkerbungen auszubilden, wobei sich die Einkerbungen in Aufnahmerichtung erstrecken. Es ist weiter vorteilhaft, eine dünne Reflexionsschicht auf der oberen oder unteren Oberfläche der Aufnahmeschicht auszubilden, wo bei der Reflexionsfilm ein metallischer Film aus beispiels weise Aluminium, Nickel-Chrom oder Gold, oder ein organi scher Film aus Aluminium-Naphthalocyanin ist. Es ist weiter vorteilhaft, daß sich die Aufnahmeschicht zwischen anderen Schichten befindet, die beispielsweise aus Silizium, Titan, Kupplungsreagenzien, organischen Metall-Chelatverbindungen oder aus einem Harz wie Polyimid gebildet sind, um die Re versibilität, die Haltbarkeit, den Kontrast und die Arbeits geschwindigkeit zu verbessern.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es besonders wünschens wert, Farbstoffe auf Akridinbasis, auf Pyrenbasis sowie auf Anthracenbasis zu verwenden. Bei Verwendung dieser Farb stoffe sollte das Gewichtsverhältnis des Farbstoffs im Ver gleich zur Polymerverbindung sich innerhalb eines Bereichs von 1 : 500 bis 1 : 5 bewegen. Wenn das Gewichtsverhältnis klei ner als 1 : 500 ist, wird die Absorption des Farbstoffs über mäßig klein. Wenn das Gewichtsverhältnis jedoch größer als 1 : 5 ist, tritt eine Phasentrennung zwischen der Polymerver bindung und dem Farbstoff ein, was den gewünschten Effekt zunichte macht.

Der wie oben beschrieben hergestellte Film zeigt selber ein CD-Absorptionspeak, der von der cholesterischen Flüssigkri stallphase stammt, was eine Wärmebehandlung des Films unnö tig macht. Selbst wenn der Film erwärmt wird, ändert sich der CD-Absorptionspeak nicht, wenn die Temperatur unter einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Schwellentemperatur T_th bleibt. Falls die Filmtemperatur höher ist als die Schwellentemperatur, verschiebt sich der CD-Absorptionspeak umso mehr in Richtung längerer Wellenlängen, je höher die Temperatur ist. Wenn der Film nach der Verschiebung des CD- Peaks abrupt abgekühlt wird, bleibt der CD-Peak an der Stelle, zu der er hinverschoben wurde. Der fixierte CD-Peak ändert sich auch nicht, wenn der Film über längere Zeit bei Raumtemperatur stehengelassen wird. Hierzu sollte auch ange führt werden, daß die cholesterische Flüssigkristallphase zerstört wird und in eine nematische Flüssigkristallphase übergeht, wenn Spannung an den Film angelegt wird, der auf eine Temperatur oberhalb der Schwellentemperatur erwärmt wird. Unter diesen Bedingungen verschwindet der CD-Absorptions peak.

Fig. 1 zeigt ein optisches Element gemäß einer Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Wie in der Zeichnung darge stellt, beinhaltet das optische Element ein Substrat 1 und eine auf dem Substrat gebildete Schichtenstruktur, wobei die Schichtenstruktur aus einer wärmeerzeugenden Schicht 2, die in direktem Kontakt mit dem Substrat 1 steht, aus einer er sten Totalreflexionsschicht 3, die auf der wärmeerzeugenden Schicht 2 ausgebildet ist, aus einer Polymerschicht 4, die auf der Totalreflexionsschicht 3 ausgebildet ist, und aus einer zweiten Totalreflexionsschicht 5, die auf der Polymer schicht 4 ausgebildet ist, besteht. Die wärmeerzeugende Schicht 2, die beispielsweise aus Tantalnitrid gebildet ist, ist mit einer Stromquelle 7 über einen Schalter 6 verbunden. Wenn der Schalter 6 geschlossen ist, liegt Spannung an der wärmeerzeugenden Schicht 2 an, so daß die Schicht 2 Wärme erzeugen kann. Die Polymerschicht 4 besteht aus einem Poly peptidfilm, der wie oben beschrieben hergestellt wird. In der Polymerschicht 4 sind die Spiralachsen der cholesteri schen Flüssigkristallphase parallel zum Substrat angeordnet. Die Polymerschicht sollte mindestens 0.03 µm dick sein. Jede der Totalreflexionsschichten 3 und 5 ist aus einem Film aus einem Material gebildet, das einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der der Polymerschicht 4 ist. Bei diesem op tischen Element fällt das Lichtsignal in Richtung des Pfei les A, parallel zu den Spiralachsen der Polymerschicht 4, ein.

Wenn die Polymerschicht 4 durch die wärmeerzeugende Schicht 2 auf eine Temperatur gebracht wird, die höher als die Schwellentemperatur ist, verschiebt sich der CD-Absorptions peak allmählich in Richtung einer längeren Wellenlänge. Wenn die Polymerschicht 4 abrupt abgekühlt wird, sobald der Ab sorptionspeak die Wellenlänge des Lichtsignals erreicht hat, verbleibt der Absorptionspeak bei der Wellenlänge des Licht signals. Unter diesen Bedingungen reflektiert das Polypep tidderivat, das die Polymerschicht 4 ausbildet, selektiv linkspolarisiertes Licht. Wenn linkspolarisiertes Licht als Lichtsignal verwendet wird, befindet sich das Element in be zug auf das Lichtsignal in einem Aus-Zustand. Es sollte außerdem angeführt werden, daß sogar dann, wenn linear pola risiertes Licht als Lichtsignal verwendet wird, sich das op tische Element in einem Aus-Zustand befindet, wenn das Lichtsignal beispielsweise einen Zirkularpolarisationsfilter durchlaufen hat, bevor das Licht das optische Element be strahlt oder durch das optische Element hindurchtritt, um die rechtspolarisierte Lichtkomponente zu entfernen. Wenn das optische Element im Aus-Zustand wieder auf eine Tempera tur erwärmt wird, die der des fixierten Absorptionspeaks entspricht, und anschließend die wärmeerzeugende Schicht 2 allmählich abgekühlt wird, verkürzt sich die cholesterische Ganghöhe allmählich, um so das optische Element zum Ein-Zu stand zurückzuführen. Der Wechsel zwischen dem Ein-Aus-Zu stand ist wiederholbar.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines optischen Elements ge mäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Elektroden an dem in Fig. 1 dargestellten Element angebracht. Das optische Element aus Fig. 2 beinhaltet im speziellen ein Substrat 1 und eine Schichtenstruktur, die auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei die Schichtenstruktur aus einer wärmeerzeugenden Schicht 2 in direktem Kontakt mit dem Substrat 1 besteht, aus einer ersten Elektrode 8, die auf der wärmeerzeugenden Schicht 2 ausgebildet ist, aus einer ersten Totalreflexions schicht 3, die auf der ersten Elektrode 8 ausgebildet ist, aus der Polymerschicht 4, die auf der Totalreflexionsschicht 3 ausgebildet ist, aus der zweiten Totalreflexionsschicht 5, die auf der Polymerschicht 4 ausgebildet ist, und aus einer zweiten Elektrode 9, die auf der zweiten Totalreflexions schicht 5 ausgebildet ist. Die Elektroden 8 und 9, die bei spielsweise aus Aluminium bestehen, sind über einen Schalter 10 mit einer Stromquelle 11 verbunden. Analog dem in Fig. 1 dargestellten Element sind die Spiralachsen des Polypeptid derivatfilms, der die Polymerschicht 4 bildet, parallel zum Substrat 1 angeordnet. Ebenso fällt ein optisches Signal auf das optische Element in einer Richtung ein, die in der Zeichnung durch einen Pfeil A angegeben ist.

Bei den optischen Elementen gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein direkter Kontakt der wärmeerzeugenden Schicht 2 mit dem Sub strat 1 nicht unbedingt erforderlich. Es ist beispielsweise möglich, die wärmeerzeugende Schicht in direktem Kontakt mit der zweiten Totalreflexionsschicht 5 auszubilden. Es ist auch möglich, zwei wärmeerzeugende Schichten derart auszu bilden, daß sich die Polymerschicht 4 zwischen diesen beiden wärmeerzeugenden Schichten befindet. Desweiteren ist das Wärmemedium der Polymerschicht 4 nicht auf die wärmeerzeu gende Schicht beschränkt. Die Polymerschicht kann beispiels weise über eine Infrarotstrahlung erwärmt werden. Desweiteren ist im Element gemäß Fig. 2 das Material für die Elek troden 8 und 9 nicht auf Aluminium beschränkt. Diese Elek troden können beispielsweise aus Kupfer, Silber, Gold oder aus einem organischen Leiter anstelle von Aluminium gebildet werden.

Die in dem optischen Element der vorliegenden Erfindung ver wendeten Polypeptidderivate weisen an die Seitenketten ge bundene mesogene Gruppen auf. Hierzu sollte angeführt wer den, daß die oben erwähnten mesogenen Gruppen es dem Poly peptidderivat ermöglichen, daß der Flüssigkristallübergangs punkt angehoben wird, um der cholesterischen Ganghöhenbande eine verbesserte Stabilität zu verleihen und dem Flüssigkri stallübergangspunkt eine klare Schwellentemperatur zu ver leihen. Desweiteren ermöglicht die Rotation der mesogenen Gruppe, die Beweglichkeit der α-Helix-Hauptkette innerhalb der Matrix zu erhöhen, um so die Antwortgeschwindigkeit und die Empfindlichkeit auf äußere Beeinflussung wie Temperatur, elektrisches Feld, magnetisches Feld, Licht oder mechani schen Druck, zu verbessern. Es sollte ferner angeführt wer den, daß dort, wo die an die Seitenkette gebundene mesogene Gruppe ein permanentes Dipolmoment aufweist, auch das perma nente Dipolmoment des gesamten Polypeptidderivatmoleküls an steigt, was die Antwortgeschwindigkeit auf ein elektrisches Feld, etc. weiter erhöht. Ferner erfüllt die mesogene Gruppe eine lösungsmittelähnliche Funktion, die größer als dieje nige anderer Substituenten wie Alkylgruppen und Arylgruppen ist, was bewirkt, daß eine cholesterische Flüssigkristall phase bereits bei der Filmbildung auftritt und daher in der Anfangsphase eine Wärmebehandlung nicht erforderlich ist.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter verdeut lichen.

Beispiel 1

Eine Mischung bestehend aus 10 g Poly-γ-Benzyl-L-Glutamat (PBLG) mit einem Polymerisationsgrad Dp von 300, 12 g einer Flüssigkristallverbindung mit einer chemischen Struktur A, die unten angegeben ist, und 45 g P-Toluolsulfonsäure als Katalysator wird in 100 ml einer 1 : 1 Mischung aus 1,2-Di chlorethan und 1,4-Dioxan gelöst.

Die resultierende Lösung wird bei 60°C 34 Stunden lang ge rührt, gefolgt von Ausfällen aus Methanol, um ein Polypep tidderivat zu erhalten, das in Tabelle 6 mit der Nummer 6-1 gezeigt ist. In dem auf diese Weise erhaltenen Polypeptidde rivat beträgt die Anzahl der mesogenen Gruppen ungefähr 25%, bezogen auf die Menge der ganzen Seitenketten des Poly peptidderivats.

Das erhaltene Polymer wird in Tetrahydrofuran gelöst, um eine Lösung mit einer Konzentration von 10 mg/ml zu erzeu gen. Daraufhin wird ein Gußfilm hergestellt, indem ein Quarzsubstrat mit der Lösung bedeckt wird. Der resultierende Gußfilm weist eine Dicke von ungefähr 6.7 µm auf.

Der Gußfilm wird unter Regelung der Temperatur erhitzt und der Zirkulardichroismus (CD) des Films bei geeigneten Tempe raturen gemessen, wobei sich die Ergebnisse wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ergeben. Fig. 3 ist ein Graph, der zeigt, wie die Absorptionspeaks des CD sich bei einer Tempe raturerhöhung verschieben. Im Graphen der Fig. 3 wird der CD-Absorptionspeak auf der Ordinate dargestellt, während die Wellenlänge des Lichts auf der Abszisse dargestellt wird. Andererseits wird das Inverse der Wellenlänge, bei der sich der Absorptionspeak zeigt, im Graphen der Fig. 4 auf der Or dinate dargestellt, während die Temperatur auf der Abszisse dargestellt wird. Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß sich der CD-Absorptionspeak bei Temperaturen, die unter halb der definierten Schwellentemperatur T_th liegen, nicht verändert, und daß sich, wenn die Temperatur höher als die Schwellentemperatur T_th ist, der Absorptionspeak proportio nal zur Temperaturerhöhung in Richtung längerer Wellenlängen verschiebt. Weiterhin wird der Film rasch abgekühlt, nachdem sich der Absorptionspeak unter dem Einfluß von Temperaturen oberhalb der Schwellentemperatur verschoben hat. Nach dem Abkühlen wird der Gußfilm bei Raumtemperatur stehengelassen; der Peak verschiebt sich über lange Zeit nicht.

Zwei Elektroden werden daraufhin derart angebracht, daß sich der Gußfilm dazwischen befindet. Unter diesen Bedingungen wird der Film auf eine Temperatur, die über der Schwellen temperatur T_th liegt, erwärmt, und Spannung an dem Gußfilm angelegt, mit dem Ergebnis, daß die cholesterische Flüssig kristallphase zerstört wird und in eine nematische Flüssig kristallphase übergeht. Der CD-Absorptionspeak verschwindet natürlich.

Beispiel 1

Eine Reaktion zwischen PBLG mit einem Polymerisationsgrad von 200 und einer Flüssigkristallverbindung mit der unten angegebenen chemischen Struktur B wird, wie in Beispiel 1 erläutert, durchgeführt, um so ein Polypeptidderivat zu er halten, wie es in Tabelle 6, Nr. 6-2 gezeigt ist:

Im auf diese Weise erhaltenen Polypeptidderivat beträgt die Anzahl der mesogenen Gruppen ungefähr 32%, bezogen auf die Gesamtmenge der Seitenketten des Polymers. Das erhaltene Po lypeptidderivat wird in Tetrahydrofuran gelöst, um eine Lö sung mit einer Konzentration von 10 mg/ml zu erhalten. Ein Gußfilm wird hergestellt, indem ein Quarzsubstrat mit der resultierenden Lösung bedeckt wird. Der so erzeugte Gußfilm weist eine Dicke von 5.2 µm auf.

Der Zirkulardichroismus (CD) wird wie in Beispiel 1 unter Verwendung des erzeugten Gußfilms gemessen, mit den Ergeb nissen, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Die Fig. 5 und 6 sind Graphen, die zeigen, wie sich die Absorp tionspeaks des CD bei Temperaturerhöhung verschieben, und entsprechen jeweils den Fig. 3 und 4. Im Graph der Fig. 5 stellt die Ordinate den CD-Absorptionspeak dar, während die Wellenlänge des Lichts der Abszisse entspricht. Andererseits stellt die Ordinate der Fig. 6 das Inverse der Wellenlänge dar, bei der sich in Fig. 5 der Absorptionspeak zeigt, wäh rend die Temperatur der Abszisse entspricht. Analog dem Bei spiel 1 zeigen die Fig. 5 und 6 eindeutig, daß sich der CD-Absorptionspeak bei Temperaturen, die unterhalb der defi nierten Schwellentemperatur T_th liegen, nicht verändert, und, falls die Temperatur höher als die Schwellentemperatur T_th ist, verschiebt sich der Absorptionspeak umso mehr in Richtung längerer Wellenlängen, je größer die Temperaturer höhung ist.

Desweiteren wird der Gußfilm abrupt abgekühlt, nachdem der Absorptionspeak bei Temperaturen, die höher als die Schwellentemperatur sind, verschoben wurde. Nach dem Kühl prozeß wird der Gußfilm bei Raumtemperatur stehengelassen, mit dem Ergebnis, daß sich der Peak über lange Zeit hinweg nicht verschiebt.

Beispiele 3 bis 8

Die Polypeptidderivate, wie sie in der Tabelle 6 mit den Nummern 6-3 bis 6-8 gezeigt sind, werden wie in Beispiel 1 hergestellt. Der Zirkulardichroismus CD wird für jedes die ser Polypeptidderivate wie in Beispiel 1 beschrieben gemes sen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

Vergleichendes Beispiel 1 und 2

Die Polypeptidderivate, wie sie in der Tabelle 7 mit den Nummern 7-1 und 7-2 gezeigt sind, werden wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt. Der Zirkulardichroismus (CD) wird für diese Polypeptidderivate analog Beispiel 1 gemessen. Im Polypeptidderivat (PBLG) mit der Formel (Nummer) 7-1 beträgt die Substitutionsrate der mesogenen Gruppe 0%. Andererseits beträgt die Substitutionsrate der mesogenen Gruppe im Poly peptidderivat mit der Formel (Nummer) 7-2 gleich 100%. Es hat sich gezeigt, daß ein CD-Absorptionspeak, der der chole sterischen Ganghöhenbande entspricht, trotz einer Tempera turerhöhung nicht erscheint.

Tabelle 1 enthält eine Spalte mit der Bezeichnung "Anwend barkeit auf optische Elemente". Die Symbole "o", "Δ" und "x", die in dieser Spalte verwendet werden, bedeuten: o . . . Optimum; Δ . . . angepaßt, x . . . nicht angepaßt.

Beispiel 9

Optische Elemente, die wie in Fig. 1 gezeigt, konstruiert sind, werden unter Verwendung der in Beispielen 1 bis 8 hergestellten Gußfime hergestellt. Um es noch einmal zu wiederhohlen, eine Schichtenstruktur, die aus einer wärmeer zeugenden Schicht, aus einer ersten Totalreflexionsschicht, einem Gußfilm und aus einer zweiten Totalreflexionsschicht besteht, wird auf einem Substrat aus Tantalnitrit ausgebil det, um optische Elemente herzustellen. Die wärmeerzeugende Schicht wird mit einer Stromquelle verbunden, wodurch es der wärmeerzeugenden Schicht ermöglicht wird, Wärme über Span nung zu erzeugen. Der Gußfilm, der 10.5 µm dick ist, wird so angeordnet, daß die Spiralachsen der cholesterischen Kri stallphase parallel zum Substrat verlaufen. Ein Film aus einem Material mit einem Brechungsindex, der niedriger als derjenige des Gußfilms ist, wird zur Herstellung der Total reflexionsschicht verwendet. Das optische Signal fällt auf das optische Element in einer Richtung ein, die parallel zu der Spiralachse des Gußfilms ist.

Der Gußfilm, der sich in allen optischen Elementen befindet, wird auf eine Temperatur erwärmt, die über der Schwellentem peratur T_th liegt, so daß sich der CD-Absorptionspeak in Richtung der Wellenlänge des Lichtsignals verschiebt. Bei diesen Bedingungen wird der Erwärmungsprozeß abgebrochen, um den Gußfilm abrupt abzukühlen, mit dem Ergebnis, daß die cholesterische Ganghöhenbande bei der Wellenlänge des Licht signals fixiert ist. Mit anderen Worten, die optischen Ele mente sind in bezug auf das Lichtsignal ausgeschaltet.

Der Gußfilm wird wieder auf die Temperatur erhitzt, bei der der Gußfilm im vorherigen Schritt abrupt abgekühlt wurde, wobei ein Aus-Zustand des optischen Elements erreicht wurde. Als nächster Schritt folgt ein allmähliches Abkühlen des Gußfilms. Das Ergebnis ist, daß die cholesterische Ganghöhe des Gußfilms sich allmählich verkürzt, was einem erneuten Einschalten der optischen Elemente entspricht.

Beispiel 10

Optische Elemente, die wie in Fig. 2 gezeigt konstruiert sind, werden hergestellt, indem die Gußfilme verwendet wer den, die in den Beispielen 1 bis 8 hergestellt wurden. Um es noch einmal zu wiederholen, eine Schichtenstruktur, die aus einer wärmeerzeugenden Schicht, einer ersten Aluminiumelek trode, einer ersten Totalreflexionsschicht, einem Gußfilm, einer zweiten Totalreflexionsschicht und aus einer zweiten Aluminiumelektrode besteht, wird auf einem Substrat aus Tan talnitrid ausgebildet, um die optischen Elemente herzustel len. Die jeweilige wärmeerzeugende Schicht und die Elektro den werden mit einer Stromquelle verbunden, wodurch es er möglicht wird, Spannung an die wärmeerzeugende Schicht an die beiden Elektroden anzulegen. Die wärmeerzeugende Schicht erzeugt natürlich die Wärme über Spannung. Spannung wird auch an den Gußfilm angelegt, wenn der Stromkreis mit den beiden Elektroden geschlossen ist. Der Gußfilm ist so ange ordnet, daß die Spiralachse des Polypeptidderivatfilms, aus dem der Gußfilm besteht, parallel zum Substrat verläuft. Das optische Signal fällt in einer Richtung auf das optische Element ein, die parallel zu der Spiralachse des Gußfilms ist.

Die so hergestellten optischen Elemente werden, wie in Bei spiel 9 beschrieben, bezüglich eines Lichtsignals ausge schaltet. Unter diesen Bedingungen wird Spannung an den Guß film angelegt, was bewirkt, daß die cholesterische Flüssig kristallphase der optischen Elemente bezüglich des Lichtsi gnals eingeschaltet wird. Anschließend wird der Stromkreis mit den beiden Elektroden geöffnet, um die optischen Ele mente abrupt auszuschalten.

Bei allen in diesem Beispiel hergestellten optischen Elemen ten sind Polypeptidderivate im Gußfilm enthalten, die an die Seitenketten gebundene mesogene Gruppen aufweisen, was die Stabilität der cholesterischen Ganghöhe verbessert. Dies er möglicht es, daß die Antwortgeschwindigkeit und die Empfind lichkeit auf externe Einflüsse wie Temperatur, elektrisches Feld, magnetisches Feld, Licht oder mechanischen Druck, ver bessert werden.

Es sollte angeführt werden, daß das Polypeptidderivat sogar unter festen Bedingungen eine cholesterische Flüssigkri stallphase auszubilden vermag. Darüberhinaus wird die chole sterische Flüssigkristallphase während der Ausbildung eines Films aus dem Derivat gebildet, was eine Wärmebehandlung des Films überflüssig macht, bevor der Film zur Erzeugung eines optischen Elements verwendet wird. Daraus folgt, daß das Herstellungsverfahren für das optische Element vereinfacht werden kann.

Beispiel 11

Es wird ein optisches Element hergestellt, das wie in Fig. 2 gezeigt konstruiert ist. Das Substrat 1 ist aus Quarzglas gebildet. Die wärmeerzeugende Schicht 2 besteht aus Tantal nitrid. Desweiteren bestehen die Elektroden 8 und 9 aus Alu minium. Die Totalreflexionsschichten 3 und 5 weisen einen höheren Brechungsindex auf als die Polymerschicht 4. Ein Gußfilm, der aus einem Polypeptid in einer Chloroformlösung hergestellt ist, wird als Polymerschicht 4 verwendet. Im op tischen Element dieser speziellen Struktur wird die Polymer schicht 4 durch die wärmeerzeugende Schicht 2 auf eine Tem peratur erwärmt, die über der Übergangstemperatur zur chole sterischen Flüssigkristallphase liegt. Unter diesen Bedin gungen wird Spannung an die Polymerschicht 4 angelegt, indem der elektrische Stromkreis, der die Elektroden 8 und 9 bein haltet, geschlossen wird, um die Menge des durchtretenden Lichts des zirkular polarisierten Lichts zu kontrollieren.

Das optische Element der oben beschriebenen Bauweise wird wie folgt hergestellt. Im ersten Schritt wird eine Mischung aus "Akridin Orange" (Warenzeichen eines Farbstoffs mit der unten angegebenen chemischen Struktur (C), der von ICI Inc. hergestellt wird) und einem Polypeptidderivat gemäß Tabelle 6, Nummer 6-1, in Chloroform auf eine Konzentration von 10 mg/ml gelöst.

Das Gewichtsverhältnis des Farbstoffs im Vergleich zum Poly peptidderivat ist 1 : 20. Ein ungefähr 5.8 µm dicker Gußfilm wird hergestellt, indem die resultierende Lösung auf der Oberfläche eines Quarzglas-Substrats, das mit einem ITO-Film ausgestattet wurde, verwendet wird. Ferner wird eine weitere Quarzglasplatte, die auch mit einem ITO-Film ausgestattet ist, auf die obere Oberfläche des Gußfilmes gegeben, mit dem Ergebnis, daß Spannung an den Gußfilm angelegt werden kann. Ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 500 nm, der aus natürlichem Licht mit Hilfe eines Bandfilters erzeugt wurde, wird in linkspolarisiertes Licht umgewandelt, indem zwei Po larisatoren verwendet werden. Die Menge an polarisiertem Licht, das durch das optische Element, das wie oben be schrieben hergestellt wurde, wird gemessen. Es stellt sich heraus, daß das Licht vom Farbstoff, der im optischen Ele ment enthalten ist, absorbiert wird, wenn die Polymerschicht unter Raumtemperatur keine cholesterische Flüssigkristall schicht ausbildet. Die Absorption beträgt in diesem Fall (Wellenlänge: 500 nm) 2,3. Anschließend wird die Polymer schicht des optischen Elements auf 1100°C erhitzt, wobei diese Temperatur höher ist als die Temperatur von 900°C, bei der die Polymerschicht eine cholesterische Flüssigkristall phase zeigt, und bei 1100°C fünf Minuten lang gehalten, ge folgt von einem abrupten Abkühlen der Polymerschicht, um die cholesterische Flüssigkristallphase zu fixieren. Unter die sen Bedingungen beträgt die Absorption des linkspolarisier ten Lichts mit einer Wellenlänge von 500 nm, wie gemäß oben gemessen, 0,18.

Ein weiteres Experiment wird durchgeführt. Hierbei wird eine Spannung von ±5 V über die gesamte Zeitspanne, bei der die Polymerschicht bei 1100°C gehalten wurde, an die Polymer schicht angelegt. Desweiteren wird die Spannung auch während des nachfolgenden abrupten Abkühlungsschritts beibehalten. Die Absorption von Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm beträgt 2,3. Ebenso ergibt sich ein Absorptionswert von 0,17, wenn zu dem Zeitpunkt, bei dem die Polymerschicht 1100°C heiß ist, keine Spannung an die Polymerschicht ange legt war. Der entsprechende Wert bei Anlegen einer Spannung beträgt 2,3.

Fig. 7 zeigt eine Absorptionskurve für einen Zirkulardichro ismus des optischen Elements nach der abrupten Abkühlung von 1100°C, wobei die Polymerschicht im vorherigen Schritt auf diese Temperatur erhitzt wurde. Es sollte erwähnt werden, daß es möglich ist, beim durchtretenden Licht des zirkular polarisierten Lichts die Ein-/Aus-Regelung so durchzuführen, daß sie dem Ein-/Aus-Zustand der angelegten Spannung unter der Bedingung entspricht, daß die Polymerschicht auf eine Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur zur cholesteri schen Flüssigkristallphase erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten wird.

Beispiel 12

Ein optisches Element wird im wesentlichen wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß eine Mischung, die aus Akridin Orange und einem Polypeptidderivat, wie in Tabelle 6, Nr. 6-2 angegeben, besteht, in einem Lösungsmittel gelöst wird, das eine Mischung aus Tetrahydrofuran und Chloroform im Ver hältnis 1 : 1 darstellt. Das Gewichtsverhältnis von Akridin Orange zu Polypeptidderivat beträgt 1 : 20. Die Absorption des linkspolarisierten Lichts (Wellenlänge: 500 nm) wird wie nach Beispiel 11 gemessen. Die Absorption beträgt 0,20, wenn die Polymerschicht, ohne daß Spannung angelegt wird, bei 120°C gehalten wird. Wenn eine Spannung von 5 V angelegt wird, beträgt der entsprechende Wert 2.1

Beispiele 13 bis 18

Optische Elemente werden im wesentlichen wie in Beispiel 11 beschrieben hergestellt, außer daß die Polypeptidderivate, die in Tabelle 6, Nr. 6-3 bis 6-8, beschrieben sind, mit Akridin Orange gemischt werden. Tabelle 2 zeigt die Eigen schaften der resultierenden optischen Elemente, die wie nach Beispiel 11 beschrieben gemessen werden.

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Tabelle 7

Tabelle 8

Claims

1. Ein optisches Element, das eine Zellstruktur aufweist, die selektiv rechtszirkular polarisiertes Licht oder linkszirkular polarisiertes Licht innerhalb eines be stimmten Wellenlängenbereichs zu reflektieren vermag und den Wellenlängenbereich über äußere Beeinflussung zu verändern vermag, wobei das optische Element eine Flüs sigkristallzusammensetzung aufweist, die wenigstens eine Polymerverbindung mit mesogenen Gruppen aufweist, die Flüssigkristalleigenschaften zeigen, wobei die mesogenen Gruppen in die Seitenketten in einer Menge von 1% bis 90% bezogen auf alle Seitenketten eingeführt sind und eine α-Helix-Struktur ausbilden.

2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Polymerverbindung ein Aminosäurederivat ist, das eine Hauptkette aufweist, die sofort eine α- Helix-Struktur auszubilden vermag.

3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, das ein Sub strat (1) und eine Schichtenstruktur aufweist, die auf dem Substrat (1) ausgebildet ist, wobei die Schichten struktur eine Polymerschicht (4) und eine wärmeerzeu gende Schicht (2) aufweist, die die Polymerschicht (4) erwärmt, wobei die Polymerschicht (4) aus einem Film aus der Polymerverbindung oder aus einer Zelle gebildet ist, die eine Lösung der darin versiegelten Polymerverbindung aufweist, und wobei die Polymerschicht (4) und die wär meerzeugende Schicht (2) so laminiert sind, daß beide Schichten in direktem Kontakt mit dem Substrat (1) ste hen.

4. Optisches Element nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, das eine Polymerschicht (4) aus der Polymerver bindung und zwei Elektroden beinhaltet, die so angeord net sind, daß die Polymerschicht (4) sich dazwischen befindet.

5. Ein optisches Element, enthaltend:

- ein Substrat (1) und eine Schichtenstruktur, die auf dem Substrat (1) gebildet ist, wobei die Schichten struktur eine Polymerschicht (4) beinhaltet, die aus einem Film gebildet ist, der eine Polymerverbindung (4) aus mesogenen Gruppen und einen Farbstoff auf weist, oder aus einer Zelle gebildet ist, die eine Lösung aus einer darin versiegelten Poly peptidverbindung aufweist;
- zwei Elektrodenschichten (8, 9), die so angeordnet sind, daß sich die Polymerschicht (4) dazwischen be findet; und
- eine wärmeerzeugende Schicht (2), die die Polymer schicht (4) erwärmt, wobei der Farbstoff an die Sei tenkette der Polymerverbindung gebunden ist, oder mit der Polymerverbindung vermischt ist.

5. Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der Farbstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die auf Akridin basierende Farbstoffe, auf Pyren basie rende Farbstoffe, oder auf Anthracen basierende Farb stoffe aufweist, wobei der Farbstoff in einem Gewichts verhältnis von 1 : 500 bis 1 : 5 bezüglich der Gesamt menge der Seitenketten der Polymerverbindung enthalten ist.