JP2000328051A

JP2000328051A - 液晶光学素子及び光スイッチング方法

Info

Publication number: JP2000328051A
Application number: JP11136889A
Authority: JP
Inventors: Tomiki Ikeda; 富樹池田; Masao Aizawa; 政男相澤; Noburu Fujisawa; 宣藤澤
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】カラーフィルター、カラー反射板等を使用せ
ずにカラー表示が可能で、高速で書き込み光により、読
み出し光をスイッチング動作させることができ、光書き
込みによる情報の長期保存が可能で、繰り返し書き込
み、消去が可能な情報記録媒体、液晶光学素子及び光ス
イッチング法を提供すること。【解決手段】基板上或いは２枚の基板間にコレステリ
ック液晶、フォトクロミズムを示す化合物及び樹脂から
なる複合膜を有する液晶光学素子。該液晶光学素子に光
を照射してフォトクロミズムを示す化合物の異性化によ
り誘発される液晶化合物の相転移或いはコレステリック
液晶の螺旋ピッチの変化を利用する光スイッチング方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来の液晶光学素
子のように、電気的な刺激を一切使用せずに光による光
の制御が可能な光表示、光スイッチング、光記録等への
適用可能な液晶光学素子に関し、更に詳しくは、フォト
クロミズムを示す化合物（以下、フォトクロミック化合
物と言う）の光異性化により誘発される液晶化合物の配
向変化（螺旋ピッチの変化）或いは相変化を利用した利
用して光による書き込み、消去が可能な液晶光学素子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、書き込み、消去可能な情報記録媒
体としては、光磁気効果を利用したもの、或いは結晶の
相転移を利用した無機化合物からなるものが知られてい
る。しかしながら、これらの無機化合物の中には毒性を
有するもの、或いは、蒸着、スパッターリング等により
金属薄膜を形成するためコスト、生産性に問題がある。

【０００３】一方、液晶材料を用いる書き込み、消去可
能な情報記録媒体としては、透明性電極層を有する２枚
の基板の間に液晶材料を挟み込んで電気的な作用により
液晶の配向変化を利用するものと、光の作用により引き
起こされる液晶の相変化や配向変化を利用して書き込
み、消去を行うものであるが、前者は主に表示用途に用
いられ、後者は光記録等に用いられる可能性を有する。

【０００４】前者の電気的な作用による液晶光学素子
は、（１）液晶のネマチック相（Ｎ相）において、電界
の強さによる複屈折性や旋光性及び光散乱の変化を表示
に利用するもの、（２）キラルスメクチックＣ相（Ｓｃ
^* 相）において、液晶配向変化の双安定性及び電界の強
さによる複屈折の変化を表示に利用するもの、（３）コ
レステリック相（Ｃｈ相）において、相転移−光散乱又
は相転移−複屈折率変化を電界の強さで制御して表示に
利用するもの、などが知られている。

【０００５】他方、光の作用により引き起こされる液晶
の相変化或いは配向変化を利用して情報の書き込み、保
存、消去できるものとしては、例えば、低分子又は高分
子ネマチック液晶にアゾベンゼン誘導体の如きフォトク
ロミック化合物を溶解させ、そのフォトクロミズムによ
り誘起される液晶の相変化を利用したもの（オプトニュ
ース、１９９３年第３号１６頁参照）、フォトクロミッ
ク化合物を基板面に結合させ、そのフォトクロミズムで
誘起されるネマチック液晶の配向変化を利用するもの
（川西、市村、日本写真学会誌、第５２巻４１３頁（１
９８９）参照）、などが知られている。

【０００６】また、特開平５−５１５８４号公報及び
「ネイチャー（ＮＡＴＵＲＥ）」（第３６号１９９３年
２月４日発行）には、偏光板、透明性電極層及び配向膜
を有する２枚の透明性基板間にフォトクロミック化合物
を含有する強誘電性液晶を介在させた液晶光学素子に電
場を印加することにより、液晶分子の分極を同一方向に
揃え、後に、抗電場以下の逆電場を印加しながら光照射
することにより含有されているフォトクロミック化合物
を異性化させ液晶分子の配向変化を誘起させ、この液晶
の配向変化を利用して光で情報を記録させるものが開示
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来使用されている液
晶光学素子は、電極を有する素子を用いて電場を印加す
ることにおいてのみ、液晶の配向変化を起こさせること
が可能であり、表示容量、解像度などの画像品質など
は、電極の大きさ、形状により制約を受ける。

【０００８】一方、光書き込みによる情報記録は、電界
による配向変化を利用するものでないため、電極が不要
であり、電極の大きさ、形状などによる表示容量、解像
度などの画像品質には制約を受けない。

【０００９】低分子もしくは高分子ネマチック液晶にア
ゾベンゼン誘導体のようなフォトクロミック化合物を溶
解させ、そのフォトクロミズムにより誘起される液晶の
相変化を利用して情報を記録する方式やフォトクロミッ
ク化合物を基板に結合させ、基板面のフォトクロミズム
により液晶配向変化を誘起させて記録する方式では、照
射された光により溶解又は基板面に結合したフォトクロ
ミック化合物が光異性化を起こし、その形態変化が伝播
して系全体の相構造変化を誘起するという現象を利用し
て光の透過−遮断を行うものである。

【００１０】しかしながら、これらの方式において表示
のカラー化を行なう場合には、カラーフィルター或いは
カラー反射板等を付加する必要があり、そのために、低
コントラスト、暗い表示となり、良好な画像品質を有す
る表示記録媒体の作成は困難である。

【００１１】本発明が解決しようとする課題は、カラー
フィルター、カラー反射板等を使用せずにカラー表示が
可能であり、高速で書き込み光により読み出し光をスイ
ッチング動作させることができ、光書き込みによる情報
の長期保存が可能で、繰り返し書き込み、消去が可能な
情報記録媒体、液晶光学素子、及び光スイッチング法を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、光相転移、配向変化を作動原理とす
る光駆動について鋭意研究を重ねた結果、液晶化合物と
してコレステリック液晶を用い、これに組み込んだフォ
トクロミック化合物の光化学反応を利用することによ
り、液晶化合物のコレステリック相−等方相相転移を等
温的に光制御することができ、更にコレステリック液晶
の螺旋ピッチの長さを連続的に光制御することができる
ことを見出し、光を照射することにより、その透過光量
を変化させることができ、コレステリック液晶の螺旋ピ
ッチを変化させ、選択反射波長を変えることにより、所
望の色相の反射光を有する光応答性液晶光学素子の発明
を完成するに至った。

【００１３】即ち、本発明は上記課題を解決するため
に、基板上或いは２枚の基板間に液晶及び樹脂からなる
複合膜を有する液晶光学素子において、該複合膜中にフ
ォトクロミック化合物を含有し、液晶がコレステリック
液晶である液晶光学素子を提供する。

【００１４】また、本発明は上記課題を解決するため
に、上記液晶光学素子に光を照射してフォトクロミック
化合物の異性化により誘発される液晶化合物の相転移或
いはコレステリック液晶の螺旋ピッチの変化を利用する
光スイッチング方法を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の液晶光学素子の複合膜の
液晶は、光が照射されていない時には、特定の螺旋ピッ
チを有する螺旋状に液晶分子が配列したコレステリック
液晶相状態を保っており、非偏光の光が照射された時
は、照射光量の半分が透過し、半分が反射する。（螺旋
構造の螺旋の巻き方が左ねじれ構造か、右ねじれ構造か
により左円偏光或いは右円偏光のみが透過する。）一
方、コレステリック液晶相の螺旋の巻き方が左ねじれの
螺旋構造の場合には、左円偏光が反射し、右円偏光が透
過する。右ねじれ構造の場合は、右円偏光が反射し、左
円偏光が透過する。またその際、反射光は螺旋ピッチ長
によりＢｒａｇｇの反射条件（λ＝ｎＰ、λ：反射光波
長、ｎ：平均屈折率、Ｐ：螺旋ピッチ）を満たす波長の
光が観察される。

【００１６】一方、光を照射することにより、コレステ
リック液晶に溶解しているフォトクロミック化合物が異
性化反応を起こし、それに伴い液晶組成物がコレステリ
ック相から等方相への相転移が起こり、複合膜全体が透
明となる結果、入射した光は複合膜を透過する。あるい
は、照射光量に伴う異性化反応の度合いにより、コレス
テリック液晶の螺旋ピッチが変化して、反射光の色相変
化を起こす。

【００１７】このような現象を利用することにより、光
による光のスイッチング或いは色相変化が可能となる。

【００１８】本発明の液晶光学素子におけるフォトクロ
ミック化合物の光照射による異性化の例を図１及び図２
に、コレステリック液晶組成物の光異性化により誘発さ
れる液晶化合物の相転移或いは螺旋ピッチの変化の原理
を図３及び図４にそれぞれ示す。

【００１９】図１では、フォトクロミック化合物がアゾ
ベンゼン誘導体である場合の例を示すが、棒状のトラン
ス体は、特定波長の光照射或いは熱により舟型のシス体
に変化し、これに伴なって液晶／樹脂複合膜中のコレス
テリック液晶は配列が乱されて、等方相に変化するか、
或いは異性化の程度により螺旋ピッチ長が変化し、反射
光の色相変化が誘起される。更に、このシス体に別の特
定波長の光を照射することによりトランス体に変化し、
可逆的にトランス−シス体の構造変化が起こり、それに
伴なって、光による可逆的な書き込み、消去が可能とな
る。

【００２０】図２では、フォトクロミック化合物がスピ
ロピラン誘導体である場合の例であり、図１と同様に、
棒状の閉環体は、光照射で屈曲した開環体に異性化し、
また、図１と同様に、光による可逆的な書き込み、消去
が可能となる。

【００２１】図３はコレステリック液晶の連続層中に樹
脂が三次元ネットワーク状に構成されている場合の、図
４はコレステリック液晶が樹脂マトリックス中にドロッ
プレットとなって形成されている場合の、フォトクロミ
ック化合物の光照射により誘起される構造変化に伴なう
液晶／樹脂複合膜構造の変化を示したものである。光の
照射量に応じて、コレステリック液晶の螺旋ピッチが変
化し、色相変化（反射波長変化）をもたらし、螺旋が左
巻き構造の場合、左円偏光の光は反射される為に、透過
光は観察されず、光照射により誘起される構造変化によ
り螺旋が解け、等方相に成ると照射した光は透過する。

【００２２】本発明で使用するフォトクロミック化合物
は、その分子構造が光の作用により可逆的に変化するも
のであれば良い。光により構造が変化するとは、光を照
射することにより、異性化、開環、閉環又は２量化等の
反応のうち、少なくとも一つ以上の反応を起こし、これ
により化学構造が変化するものであって、この変化によ
り、コレステリック液晶が液晶相−等方相相転移を起こ
すか、コレステリック液晶螺旋ピッチの変化を起こすも
ので有ればよい。

【００２３】このような化合物としては、フォトクロミ
ック化合物の構造変化により、コレステリック相液晶が
コレステリック相−等方相相転移、或いはコレステリッ
ク相液晶の螺旋ピッチ長の変化が誘発されるものであれ
ばどのような化合物でも良い。そのようなフォトクロミ
ック化合物としては、例えば、アゾベンゼン化合物、ス
チルベン化合物、インジゴ化合物、チオインジゴ化合
物、スピロピラン化合物、スピロオキサジン化合物、フ
ルキド化合物、アントラセン化合物、桂皮酸化合物など
が挙げられる。これらの中でも、光照射により、シス−
トランス異性化の構造変化を起こすアゾベンゼン誘導体
及びスチルベン誘導体、光照射により、開環−閉環の構
造変化を起こすスピロピラン誘導体及びスピロオキサジ
ン誘導体などが好ましい。これらの誘導体は、その分子
中にカイラル部位を有する化合物が特に好ましい。

【００２４】本発明の液晶光学素子の複合膜中のフォト
クロミック化合物の割合は、使用するコレステリック相
液晶組成物に対して、５〜５０重量％の範囲が好まし
く、１０〜４０重量％の範囲が特に好ましい。

【００２５】本発明の液晶光学素子の複合膜中に使用す
るコレステリック液晶は、カイラル液晶或いはネマチッ
ク液晶にカイラル液晶を添加してコレステリック液晶を
作成しても良く、各々の液晶及び混合割合は所望のコレ
ステリック液晶の螺旋ピッチに合わせて適宜調整するこ
とができる。これらの液晶は単一の液晶化合物であるこ
とを要しないのは勿論で、２種以上の液晶化合物や液晶
化合物以外の物質も含んだ混合物であっても良く、通常
この技術分野で液晶材料として認識されるものであれば
良く、作成後の光応答性液晶素子が、良好な特性が得ら
れる液晶であればよい。

【００２６】本発明の液晶光学素子の複合膜中に使用す
る液晶材料は、以下に示した化合物群から選ばれた１種
以上の化合物からなる配合組成物が好ましく、液晶材料
の特性、即ち、等方性液体と液晶の相転移温度、融点、
粘度、屈折率異方性、誘電異方性及び重合性組成物との
溶解性等を改善することを目的として適宜選択、配合し
て用いることができる。

【００２７】そのような液晶材料としては、例えば、４
−置換安息香酸４−置換フェニルエステル、４−置換シ
クロヘキサンカルボン酸４−置換フェニルエステル、４
−置換シクロヘキサンカルボン酸４−置換ビフェニルエ
ステル、４−（４−置換シクロヘキサンカルボニルオキ
シ）安息香酸４−置換フェニルエステル、４−（４−置
換シクロヘキシル）安息香酸４−置換シクロヘキシルエ
ステル、４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸４−
置換フェニルエステル、４−置換４−置換ビフェニル、
４−置換フェニル−４−置換シクロヘキサン、４−置換
４−置換ターフェニル、４−置換ビフェニル４−置換シ
クロヘキサン、２−（４−置換フェニル）−５−置換ピ
リジン等の液晶化合物に光学活性部位を有する置換基が
置換したもの又その両者の混合物等が挙げられる。

【００２８】コレステリック液晶相発現の為に、ネマチ
ック液晶にカイラル液晶を添加する場合の割合は、ネマ
ティック液晶に対して用いる光学活性を有する液晶の種
類、及び所望するコレステリック液晶の螺旋ピッチによ
り適宜選択することができるが、１０〜９５重量％の範
囲で添加することが好ましい。（以下、％は「重量％」
を意味する。）

【００２９】本発明の液晶光学素子の複合膜は、例え
ば、（１）コレステリック液晶、重合性化合物、フォト
クロミック化合物及び重合開始剤を含有する複合膜形成
材料から重合により形成する方法、（２）コレステリッ
ク液晶、フォトクロミック化合物、樹脂及び溶媒からな
る懸濁液を塗布して形成する方法、などが挙げられる。
上記（１）の方法で得られる複合膜は、重合温度条件を
変化させるなどの重合条件により、主に（１−ａ）コレ
ステリック液晶及びフォトクロミック化合物からなる連
続層と、該連続層中に三次元網目構造を有する樹脂とか
らなる構造を有するものと、（１−ｂ）コレステリック
液晶及びフォトクロミック化合物からなるマイクロカプ
セルが樹脂中に分散した構造を有するものと、が得られ
る。上記（２）の方法で得られる複合膜は、通常、上記
（１−ｂ）に示した構造を有するものである。

【００３０】本発明の液晶光学素子の複合膜を、上記
（１）の方法で形成する場合に用いる重合性化合物とし
ては、高分子形成性のモノマー及び／又はオリゴマーが
挙げられる。

【００３１】高分子形成性のモノマーとしては、例え
ば、スチレン、クロロスチレン、α−メチルスチレン、
ジビニルベンゼン；置換基として、メチル、エチル、プ
ロピル、ブチル、アミル、２−エチルヘキシル、オクチ
ル、ノニル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、
シクロヘキシル、ベンジル、メトキシエチル、ブトキシ
エチル、フェノキシエチル、アルリル、マタリル、グリ
シジル、２−ヒドロキシエチル、２−ヒドロキシプロピ
ル、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル、ジメチルア
ミノエチル、ジエチルアミノエチルの如き基を有するア
クリレート、メタクリレート、又はフマレート；エチル
ングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレング
リコール、ポリプロピレングリコール、１，３−ブチレ
ングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチ
レングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロ
ールプロパン、グリセリン及びペンタエリスリトール等
のポリ（メタ）アクリレート；酢酸ビニル、安息香酸ビ
ニル、アクリロニトリル、セチルビニルエーテル、リモ
ネン、シクロヘキセン、ジアリルフタレート、２−、３
−又は４−ビニルピリジン、アクリル酸、メタクリル
酸、アクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシアクリルアミド又
はＮ−ヒドロキシエチルメタクリルアミド及びこれらの
アルキルエーテル化合物；トリメチロールプロパン１モ
ルに３モル以上のエチレンオキサイド若しくはプロピレ
ンオキサイドを付加して得たトリオールのジ又はトリ
（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコール１モル
に２モル以上のエチレンオキサイド若しくはプロピレン
オキサイドを付加して得たジオールのジ（メタ）アクリ
レート；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート１
モルとフェニルイソシアネート若しくはｎ−ブチルイソ
シアネート１モルとの反応生成物；ジペンタエリスリト
ールのポリ（メタ）アクリレート；トリス−（ヒドロキ
シエチル）−イソシアヌール酸のポリ（メタ）アクリレ
ート；トリス−ヒドロキシエチル−リン酸のポリ（メ
タ）アクリレート；ジ−（ヒドロキシエチル）−ジシク
ロペンタジエンのモノ（メタ）アクリレート又はジ（メ
タ）アクリレート；ピバリン酸エステルネオペンチルグ
リコールジアクリレート；カプロラクタン変性ヒドロキ
シビバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリ
レート；直鎖脂肪族ジアクリレート、ポリオレフィン変
性ネオペンチルグリコールジアクリレート、などが挙げ
られる。

【００３２】高分子形成用オリゴマーとしては、例え
ば、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メ
タ）アクリレート、ポリウレタン（メタ）アクリレー
ト、ポリエーテル（メタ）アクリレート等、各種アクリ
ル系のオリゴマーが挙げられる。

【００３３】光重合により高分子を形成する場合の光重
合開始剤としては、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチ
ル−１−フェニル−プロパン−１−オン（チバ・ガーギ
ー社製「ダロキュア１１７３」）、１−ヒドロキシシク
ロヘキシルフェニルケトン（チバ・ガイギー社製「イル
ガキュア１８４」）、１−（４−イソプロピルフェニ
ル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン
（メルク社製「ダロキュア１１１６」）、ベンジルメチ
ルケタール（チバ・ガイギー社製「イルガキュア６５
１」）、２−メチル−１−｛４−（メチルチオ）フェニ
ル｝−２−モルフォリノプロパノン−１（チバ・ガイギ
ー社製「イルガキュア９０７」）、２，４−ジエチルチ
オキサントン（日本化薬社製「カヤキュアＤＥＴＸ」）
とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル（日本化薬社製
「カヤキュアＥＰＡ」）との混合物、イソプロピルチオ
キサントン（ワードプレキンソップ社製「カンタキュア
ＩＴＸ」とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチルとの混合
物、などが挙げられる。

【００３４】熱重合により高分子を形成する場合の重合
開始剤としては、各種有機過酸化物を用いることがで
き、例えば、メチル−エチルケトンパーオキサイド（日
本油脂社製「パーメックＮ，Ｓ，Ｈ」）の如きケトンパ
ーオキサイド；１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキ
シ）シクロヘキサンの如きパーオキシケタール（日本油
脂社製「パーヘキサＨＣ」）；Ｐ−メタン−ヒドロパー
オキサイド（日本油脂社製「パーメタンＨ」）の如きハ
イドロパーオキサイド；ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド
（日本油脂社製「パーブチルＣ」）の如きジアルキルパ
ーオキサイド；ステアロイルパ−オキサイド（日本油脂
社製「パーロイルＳ」）の如きジアシルパーオキサイ
ド；ジ−ｎ−ピロピルパーオキシ−ジ−カーボネート
（日本油脂社製「パーロイルＮＰＰ−５０Ｍ」）の如き
パーオキシジカーボネート；１−シクロヘキシル−１−
メチルエチルパーオキシ−ネオデカノエート」）の如き
パーオキシエステル；ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチ
ルヘキシルモノカーボネート（日本油脂社製「パーブチ
ルＥ」）の如きパーオキシケタール；２，２’−アゾビ
スイソブチルニトリル、３−ジメチルアミノプロピオニ
トリル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジ
アミン、などが挙げられる。

【００３５】重合開始剤の使用割合は、重合性組成物の
０．０１〜２０．０％の範囲が好ましく、０．１〜１０
％の範囲が特に好ましい。

【００３６】また、本発明の液晶光学素子の複合膜を、
上記（２）の方法で形成する場合に用いる樹脂は、透明
な樹脂であれば、特に制限がないが、素子の作成の面か
ら、水溶性のポリマーであることが好ましい。水溶性の
ポリマーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポ
リエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、カルボ
キシメチルセルロス、ヒドロキシメチルセルロース、ヒ
ドロキシエチルセルロース、ポリオキシエチレン、でん
ぷん、などが挙げられる。

【００３７】溶媒としては、樹脂を溶解する溶媒であれ
ば、特に制限がないが、塗布後の溶媒の乾燥を考慮する
と、沸点の低い溶媒を使用することが好ましい。また、
溶剤は、２種以上を混合して使用することもできる。

【００３８】本発明で使用する基板は強固な材料、例え
ばガラス、金属などであっても良く柔軟性を有する材
料、例えば、プラスチックフィルムのようなものであっ
ても良い。

【００３９】２枚の基板間に、複合膜を挟持する場合
は、少なくとも一方は透明性を有し、２枚の基板の間に
挟持される複合膜を外界から視認させるものでなければ
ならない。但し、完全な透明性を必須とするものではな
い。もし、この光学応答素子が、その一方の側から他方
の側へ通過する光に対して作用させるために使用される
場合は、２枚の基板は、共に適宜な透明性が与えられ
る。また、プラスチックフィルムの如き柔軟性を有する
材料を基板として用いる場合には、強固な材料、例え
ば、ガラス、金属等に固定したうえで、素子の製造に供
することができる。

【００４０】複合膜を２枚の基板間に挟持させた光学応
答素子を作成する場合、複合膜の厚みを制御するため
に、２枚の基板間には、通常周知の液晶デバイスと同
様、間隔保持用のスペーサーを介在させるのが望まし
い。スペーサーは、液晶材料、フォトクロミック化合物
及び重合性化合物を含有する溶液、或いは液晶、フォト
クロミック化合物、樹脂、及び溶剤懸濁液に混合しても
良く、一方の基板上に塗布しても良い。

【００４１】スペーサーとしては、例えば、マイラー、
アルミナ、ロッドタイプのガラスファイバー、ガラスビ
ーズ、ポリマービーズ等種々の液晶セル用のものが特に
制限なく使用することができる。

【００４２】本発明の光スイッチング方法で使用する液
晶光学素子は、液晶材料、フォトクロミック化合物及び
重合性化合物の混合液からなる場合には、基板上に混合
液の薄膜を形成した後、適当な手段で重合させることに
より複合膜を形成することができ、また、液晶材料、フ
ォトクロミック化合物、樹脂及び溶媒の懸濁液の場合に
は、基板上に薄膜を形成した後、適当な方法により溶剤
を除去することにより複合膜を形成することができる。
複合膜の形成手段としては、例えば、（１）２枚の基板
間に、複合膜の厚みを調製するためのスペーサーを介在
させた後、注入口以外を封止することによって、所望の
空隙間隔へ真空注入法等により該混合液を注入後に重合
を行なう方法、（２）一枚の基板上に該混合液或いは懸
濁液を滴下、または、スピンコート法、バーコート法、
ロールコート法、ディッピング法等で塗布し、重合或い
は溶剤を除去することにより、所望の膜厚の複合膜を形
成する方法、などが挙げられる。

【００４３】また、複合膜形成後は、保護カバーとして
薄膜の上にもう一枚の基板を配置することもできる。新
たに配置する基板は、ガラス等の固い基板でも高分子フ
ィルム等の柔らかい基板でも良い。

【００４４】液晶材料、フォトクロミック化合物及び重
合性化合物のエネルギー線重合或いは熱重合を行なう場
合には、照射強度、照射量、加熱温度、重合時間等は一
定量以上必要であるが、それらは、重合性化合物の反応
性、重合開始剤の種類、濃度によって左右され、適切な
条件を選択することにより良好な複合膜を形成すること
ができる。

【００４５】エネルギー線源としては、例えば、電子線
照射装置、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタル
ハライドランプ、キセノンランプ、などが挙げられる。

【００４６】複合膜の厚さは、使用目的に応じて、光散
乱による不透明性と光学応答により達成した透明性との
間の十分なコントラストを得るためには、１〜３０μｍ
の範囲が好ましい。

【００４７】また、光学応答速度は、層厚が薄い場合に
は、光学応答速度が速く、厚い場合には、遅くなるの
で、使用目的に応じて適宜選択することができる。

【００４８】次に、本発明の光スイッチング方法を、図
５を用いて説明する。液晶工学素子に光１を照射する
と、図１及び図２に示すように、フォトクロミック化合
物がトランス体からシス体へ異性化し、これに伴ない、
系全体が図３及び図４に示すように、相転移或いは螺旋
ピッチが変化する。この光学的変化を利用して、偏光板
及び位相板等を用いて光２を透過又は遮断させることが
でき、更に螺旋ピッチに応じた波長の光を反射させるこ
とができ、所望の色相を持つ反射光が得られる。

【００４９】光２に無偏光の光を用いた場合、フォトク
ロミック化合物の光異性化により、コレステリック液晶
の液晶相−等方相転移に伴い入射光の半分（左円偏光或
いは右円偏光）のみが、透過−反射され、一方、光２に
円偏光を用いた場合には入射した光２の総てが光異性化
され、透過或いは反射される。

【００５０】本発明の光スイッチに用いられる光源は、
光１においては、フォトクロミック化合物の構造変化を
引き起こす波長の光を含む光であれば何れも使用可能で
あり、例えば、白色光、電灯、レーザー等が使用するこ
とができる。このような光源としては、例えば、Ｈｅ−
Ｎｅレーザー、ＣＯ₂ レーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレ
ーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、窒素レーザー、エキッシ
マレーザー、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラス
レーザー、色素レーザー、半導体レーザーメタルハライ
ドランプ、ヒュージョンランンプ、水銀灯、キセノンラ
ンプ、などが挙げられる。また、各種レーザーの波長を
非線形結晶により第２高調波に変換して使用することも
できる。

【００５１】

【実施例】以下、実施例を用いて、本発明を更に具体的
に説明する。しかしながら、本発明は、これらの実施例
の範囲に限定されるものではない。また、以下の実施例
において、「％」は、特に断りがない限り、「重量％」
を表わす。

【００５２】＜実施例１＞ネマチック液晶「Ｅ４８」
（メルク社製）６６重量部、カイラルドーパントとして
式

【００５３】

【化１】

【００５４】で表わされる化合物（メルク社製の「Ｓ８
１１」）２８重量部を添加しコレステリック液晶前駆体
を作成した。このコレステリック液晶前駆体に、フォト
クロミック化合物として、式

【００５５】

【化２】

【００５６】で表わされるアゾベンゼン誘導体６重量部
を添加し、コレステリック液晶混合物を作成した。この
混合物１ｇに、式

【００５７】

【化３】

【００５８】で表わされる１，６−ヘキサンジオールジ
アクリレート（新中村化学社製の「ＮＫ−エステルＡ−
ＨＤ」）５mg、重合開始剤として、式

【００５９】

【化４】

【００６０】で表わされる化合物（和光純薬製の「Ｖ−
７０」）０．０５mgを添加して複合体形成材料を調製し
た。

【００６１】ガラス基板の表面にポリイミド膜を塗布し
た後、ラビング処理を行ない、さらに、１０μｍのガラ
スファイバー製スペーサーを散布した２枚のガラス基板
間に、上記複合体形成材料を封入した。これを４５℃に
て９時間加熱重合して、フォトクロミック化合物、コレ
ステリック液晶及び樹脂からなる複合膜（光学応答層）
を有する液晶光学素子を得た。

【００６２】この光学応答層中の液晶は、コレステリッ
ク相を示し、螺旋構造が左ねじれであることを偏光顕微
鏡（ニコン(株)製OPTIPHOT２−POL）により確認した。

【００６３】このようにして得た液晶光学素子の光応答
性を、図５に示した評価装置により、光１の照射（高圧
水銀ランプ、３６６nmまたは＞４２０nm）による光２
（Ｈｅ−Ｎｅレーザー、６３３nm）の透過光量変化をフ
ォトダイオードを用いて追跡することにより評価した。
その結果、３６６nmの光の照射光量に応じて液晶光学素
子の反射スペクトルは、図６に示したように、５１３〜
６３３nmで連続的に変化し、これに伴ない色相が変化す
ることを確認することができた。

【００６４】更に、これに、波長４２０nm以上の光１を
照射することにより光学応答素子の反射光波長は、逆に
６３３nm（緑）〜５１３nm（赤）へ連続的に変化するこ
とを確認することができた。

【００６５】また、光２として非偏光の光を用いた場
合、光１として波長３６６nmの光を照射すると、照射前
の光２の透過率は６９％であるのに対し、照射後の光２
の透過率は約９９％となり、更にこれに波長４２０nm以
上の光１を照射することにより、透過率は再び約６９％
に低下し、また、この操作を繰り返すことにより、光の
透過−遮断が可能であることを確認することができた
（図７参照）。

【００６６】また、光２として左円偏光を用いた場合、
初期状態の光２の透過率は１％であったが、光１として
波長３６６nmの光を照射することにより、透過率が９８
％に上昇し、更にこれに波長４２０nmの光１を照射する
と透過率は再び約１％に低下し、透過−遮断が可能であ
ることが確認された。また、光１として波長３６６nmの
光照射、波長４２０nm以上の光照射を繰り返すことによ
り、光の透過−遮断の繰り返し制御が可能であることを
確認することができた（図８参照）。

【００６７】光学応答層の光１の波長３６６nm及び波長
４２０nm以上の光照射部は、偏光顕微鏡観察の結果、何
れもコレステリック液晶相を示し、両者で螺旋ピッチが
異なることを確認した。

【００６８】また、この光学応答素子の光学応答層を電
子顕微鏡で観察した結果、三次元網目状の透明性固体物
質を確認することができた。

【００６９】＜実施例２＞実施例１において、フォトク
ロミック化合物として、アゾベンゼン誘導体に代えて、
式

【００７０】

【化５】

【００７１】で表わされるスピロピラン誘導体６重量部
を用いた以外は、実施例１と同様にして、液晶光学素子
を得た。

【００７２】この光学応答層中の液晶は、コレステリッ
ク相を示し、螺旋構造が左ねじれ構造であることを偏光
顕微鏡（ニコン(株)製OPTIPHOT２−POL）により確認し
た。

【００７３】このようにして得た液晶光学素子を、実施
例１と同様にして、光応答性の評価を行ったところ、光
２として左円偏光を用いた場合、光照射前の光２の透過
率＝０．７％、光照射後の透過率＝９６％を示した。更
に光照射後の光学応答素子に波長４６０nm以上の光１を
照射したところ、透過率は再び０．７％を示し、可逆的
に光による記録、消去は可能であることを確認した。

【００７４】また、光１照射前後の光学応答層中の液晶
は、何れもコレステリック相を示したが、それぞれ螺旋
ピッチが異なることが確認された。さらに、この液晶光
学素子に波長３６６nmと波長４６６nmの光１を交互に照
射し、光２のＨｅ−Ｎｅレーザー光（左円偏光）のスイ
ッチング挙動を測定した結果、光の透過−遮断状態が繰
り返し得られることを確認することができた。

【００７５】また、この光学応答素子の光学応答層を電
子顕微鏡で観察した結果、三次元網目状の透明性固体物
質を確認することができた。

【００７６】＜実施例３＞実施例１において、ネマチッ
ク液晶「Ｅ４８」の使用量を６９重量部とし、カイラル
ドパント「Ｓ８１１」の使用量を２５重量部とし、４５
℃における加熱重合時間を１２時間とした以外は、実施
例１と同様にして、液晶光学素子を得た。

【００７７】このようにして得た液晶光学素子を、実施
例１と同様にして、光応答性の評価を行ったところ、光
２として波長６３３nmの左偏光を用いた場合、初期状態
では、光２の透過率は約２０％であったが、波長３６６
nmの光１の照射により透過率は７５％となり、更にこれ
に波長４２０nm以上の光１を照射することにより再び透
過率は約２０％に低下し、光の作用による光の繰り返し
の透過−遮断が可能であることを確認することができ
た。

【００７８】また、偏光顕微鏡観察の結果、光照射前の
液晶はコレステリック相を示し、波長３６６nmの光照射
後は等方相に変化していることを確認することができ
た。また、この等方相に波長４２０nm以上の光を照射す
ることにより、元のコレステリック相に可逆的に相転移
していることを確認することができた。

【００７９】また、この光学応答素子の光学応答層を電
子顕微鏡で観察した結果、三次元網目状の透明性固体物
質を確認することができた。

【００８０】＜実施例４＞実施例１で調製したネマチッ
ク液晶「Ｅ４８」（メルク社製）６６重量部、「Ｓ８１
１」２８重量部及びアゾベンゼン誘導体６重量部からな
るコレステリック液晶混合物１ｇに、１０％のポリビニ
ルアルコール水溶液（クラレ社製の「ＰＶＡ−４２
０」）４ｇを加え、室温にて超音波ホモジナイザーを用
いて５分間分散させて、コレステリック液晶、フォトク
ロミック化合物を含有するマイクロカプセルの懸濁液を
得た。

【００８１】この懸濁液をバーコーターでガラス基板上
に乾燥膜厚が１５μｍになるように塗布した後、室温に
て一昼夜乾燥させて光応答性液晶光学素子を得た。

【００８２】このようにして得た液晶光学素子を、実施
例１と同様にして、光応答性の評価を行ったところ、光
２として波長６３３nmの左偏光を用いた場合、初期状態
では、光２の透過率は約３０％であったが、波長３６６
nmの光１の照射により透過率は７０％となり、更にこれ
に波長４２０nm以上の光１を照射することにより再び透
過率は約３０％に低下し、光の作用による光の繰り返し
の透過−遮断が可能であることを確認することができ
た。

【００８３】また、偏光顕微鏡観察の結果、光照射前の
液晶はコレステリック相を示し、波長３６６nmの光照射
後は等方相に変化していることを確認することができ
た。また、この等方相に波長４２０nm以上の光を照射す
ることにより、元のコレステリック相に可逆的に相転移
していることを確認することができた。

【００８４】また、この光学応答素子の光学応答層を電
子顕微鏡で観察した結果、ポリマーマトリックス中に、
フォトクロミック化合物を含有するコレステリック液晶
がマイクロカプセルとして分散していることを確認し
た。

【００８５】

【発明の効果】本発明の液晶光学素子及び光スイッチン
グ方法によれば、電気的刺激を一切使用せずに、また、
カラーフィルター、カラー反射板等を使用することな
く、カラー表示が可能で、高速で書き込み光により、読
み出し光を光スイッチング動作させることができ、光書
き込みによる情報の長期保存が可能で、繰り返し書き込
み、消去が可能な情報記録媒体、液晶光学素子及び光ス
イッチングを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子に用いるフォトクロミッ
ク化合物がアゾベンゼン誘導体である場合における光照
射によるシス体−トランス体異性化の模式図である。

【図２】本発明の液晶光学素子に用いるフォトクロミッ
ク化合物がスピロピラン誘導体である場合における光照
射による閉環体−開環体異性化の模式図である。

【図３】三次元網目を形成している樹脂を含む複合膜を
有する液晶光学素子に光を照射した場合におけるコレス
テリック液晶の螺旋ピッチの変化を示した模式図であ
る。

【図４】コレステリック液晶とフォトクロミック化合物
よりなるマイクロカプセルが樹脂中に分散した構造の複
合膜を有する液晶光学素子に光を照射した場合における
コレステリック液晶の螺旋ピッチの変化を示した模式図
である。

【図５】本発明の液晶光学素子の特性評価に用いた装置
の概念図である。

【図６】実施例１で得た液晶光学素子に波長３６６nmの
光を照射した場合、及び波長４２０nm以上の光を照射し
た場合の分光反射スペクトルの変化を示した図である。

【図７】実施例１で得た液晶光学素子に波長３６６nmの
非偏光と波長４２０nm以上の非偏光を交互に照射した場
合の透過率の変化を示した図である。

【図８】実施例１で得た液晶光学素子に波長３６６nmの
左円偏光と波長４２０nm以上の左円偏光を交互に照射し
た場合の透過率の変化を示した図である。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上或いは２枚の基板間に液晶及び樹
脂からなる複合膜を有する液晶光学素子において、該複
合膜中にフォトクロミズムを示す化合物を含有し、液晶
がコレステリック液晶であることを特徴とする液晶光学
素子。
【請求項２】複合膜が、配向処理された基板上、或い
は配向処理された基板間に形成されている請求項１記載
の液晶光学素子。
【請求項３】複合膜が、（１）重合体、（２）液晶組
成物、（３）フォトクロミズムを示す化合物及び（４）
添加剤の懸濁液からなる膜である請求項１記載の液晶光
学素子。
【請求項４】複合膜が、（１）重合性化合物、（２）
液晶組成物、（３）フォトクロミズムを示す化合物、
（４）重合開始剤及び（５）添加物からなる混合物を重
合させることにより形成される膜である請求項１記載の
液晶光学素子。
【請求項５】複合膜が、液晶とフォトクロミズムを示
す化合物よりなるマイクロカプセルが樹脂中に分散した
構造を有する請求項１記載の液晶光学素子。
【請求項６】複合膜を構成する樹脂が三次元網目構造
を有する請求項１記載の液晶光学素子。
【請求項７】フォトクロミズムを示す化合物がアゾベ
ンゼン誘導体である請求項１、２、３、４、５又は６記
載液晶光学素子。
【請求項８】フォトクロミズムを示す化合物がスピロ
ピラン誘導体である請求項１、２、３、４、５又は６記
載の液晶光学素子。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の液
晶光学素子に光を照射してフォトクロミズムを示す化合
物の異性化により誘発される液晶化合物の相転移或いは
コレステリック液晶の螺旋ピッチの変化を利用すること
を特徴とする光スイッチング方法。