JPH06100743B2 - 液晶情報記憶装置 - Google Patents

液晶情報記憶装置

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JPH06100743B2
JPH06100743B2 JP59191865A JP19186584A JPH06100743B2 JP H06100743 B2 JPH06100743 B2 JP H06100743B2 JP 59191865 A JP59191865 A JP 59191865A JP 19186584 A JP19186584 A JP 19186584A JP H06100743 B2 JPH06100743 B2 JP H06100743B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の要約〕 側鎖高分子液晶を含有する材料の層からなる液晶情報記
憶装置につき開示する。材料の少なくとも1部は、ガラ
ス転移温度より高い粘性状態から、液晶材料がフイール
ド誘発整列を容易に受けうる流体領域まで加熱される。
この材料をこの流体領域でアドレスして、組織における
選択的変化と材料内での分子の配向とを達成し、かつ情
報を記録し、次いで材料を冷却すると共にその粘性状態
まで復帰させ、その際情報を保持する。
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、液晶重合体またはこの種の重合体を含有する
液晶材料に基づく液晶情報記憶装置に関するものであ
る。
〔従来技術とその問題点〕
低分子量または単量体の液晶は、一般に硬いコアを有す
る長形もしくは棒状の構造を備えた化合物よりなること
が周知されている。さらに、この種の液晶挙動を示す分
子は、一般に永久電気双極性と容易に偏光しうる化学基
とを有する。
液晶層(すなわちメソ相)は、位置的かつ方向的順序を
示す結晶固体のほぼ完全な三次元構造とランダム順序の
等方性流体の状態との間に、種々な程度の分子方向性を
示す。
液晶が有する種々の程度の配列は、スメクチツク相、ネ
マチツク相およびコレステリツク相として知られた3種
の異なるメソ相を生ずる。スメクチツク型メソ相におい
ては、1次元の位置順序が欠損し、これにより2次元方
向性順序と共に結晶状態の方向性順序を有する相が生ず
る。かくして、この相はラメラ構造を有する。
ネマチツク相においては、全ての位置順序が喪失され、
したがつて分子の重力中心は空間中にランダムに配置さ
れる。しかしながら、方向性順序は、それらの長手軸線
に対し平行な分子の統計的方向性順序が存在するように
維持される。
コレステリツクメソ相において、分子順序はネマチツク
型メソ相に見られると同様な方向性順序を特徴とする
が、この相においては軸線方向が第1の軸線に対し垂直
な軸線に沿つて連続変化しかつ螺旋経路をたどる。さら
に、このメソ相はしばしば捩れネマチツクメソ相として
も知られ、メソゲニツク材料が光学活性であることを必
要とする。螺旋ピツチが可視光の波長の程度であれば、
このメソ相の特性は明るい選択的色反射となる。この種
のコレステリツク型メソ相はしばしばサーモグラフに使
用される。何故なら、僅かの温度変化が螺旋ピツチを歪
め、これにより反射光の色変化をもたらすからである。
ネマチツク型、スメクチツク型またはコレステリツク型
の構造を有する低分子量の液晶が開示されており、それ
らの光学特性により特に光−電子分野において多くの技
術的用途が見出されている。
最近、或る種の重合体はそのガラス転移温度以上におい
て液晶として挙動しかつ熱互変メソモーフイズムを示す
ことが確認された。この種の重合体は2つの群に分類さ
れ、すなわち一方は主鎖、他方は側鎖の熱互変重合体液
晶である。それらの合成は簡単な概念にしたがい、メソ
ゲニツクセグメント(「メソゲニツク」という用語はメ
ソモーフ状態で存在しうる物質を意味する)の場合必ら
ずしも必要でないが一般に置換モノマー液晶は次の2つ
の方法の1つで重合体中に混入される: (a)メソゲニツクセグメントは、一般に可撓性ポリメ
チレンスペーサを介して重合体骨格の部分を形成して主
鎖の高分子液晶を生成することでき、または (b)メソゲニツクセグメントは可撓性スペーサを介し
て重合体骨格に結合し、側鎖の高分子液晶、たとえばポ
リ〔ジ(N-p−アクリロイルオキシペンジリジン)‐p
−ジアミノベンゼン〕を生成する。
上記したような液晶側鎖基を有する重合体は周知されて
いる〔たとえばエス・ビー・クラウ、エー・ブルムシユ
タインおよびイー・シー・スウ、マクロモレキユルス、
第9巻、第123頁(1976);ブイ・エヌ・ツベトコフ
等、ヨーロピアン・ポリマー・ジヤーナル、第9巻、第
481頁(1973);エル・ストルツエレツキイおよびエル
・リバート、ブレチン・ソシエテ・ヒミク・フランス
(1973)、第297頁〕。この種の重合体の全てにおい
て、骨格は可撓性であつて修飾側鎖に対し方向性を付与
しない。可撓性骨格を有するコレステリツク型の側鎖高
分子液晶は米国特許第4293435号公報に記載されてお
り、また米国特許第4232951号公報は柔軟な非メソモー
フ修飾基を有する伸長した剛性重合体骨格を有する高分
子液晶材料を記載している。
両種類の高分子液晶は、温度の関数としてのメソゲニツ
クセグメントの物理的配列に応じて、ネマチツク型もし
くはコレステリツク型および/またはスメクチツク型メ
ソ相を示す。
液晶重合体は、単量体液晶における結晶から液体への結
晶相転移とは異なり、ガラスからメソ相への転移を示
す。結晶相転移は液晶順序を破壊するのに対し、ガラス
転移は液晶順序を維持する。高分子液晶の粘度は、単量
体液晶よりも1〜2次元大きい。これは、単量体液晶を
用いるよりも装置の加工を著しく簡単にする。すなわ
ち、気密シール、スペーサ、封入技術または特殊の整列
法、たとえば装置の表面処理、或いは液晶材料の封入な
どを必要としない。これら重合体は熱的に生成され、等
方性状態まで加熱されなければその形状を維持する。高
分子液晶を内蔵する装置へ整列フイールドをかけること
により生ずる情報を記憶するため、高分子液晶のガラス
転移挙動を利用することが米国特許第4293435号公報に
記載されている。
「整列フイールド」という用語は、液晶分子の組織およ
び方向性を変化させるのに使用する外的因子を意味し、
これらの因子はたとえば電場および磁場並びに圧力(音
響的圧力および機械的圧力の両者)を包含する。
米国特許第4293435号公報には、非ガラス状態でアドレ
スされ整列フイールドに呼応してコレステリツク組織の
変化を誘発し、次いでガラス状態まで冷却されると誘発
コレステリツク構造がたとえ整列を生ずる手段がたとえ
ば電場の場合にはこの電場の減勢により除去されたとし
ても保持されるような装置が記載されている。
固相状態におけるガラス転移温度(Tg)以下におけるこ
の記憶は、Tgが周囲温度(Ta)より高いことを必要とす
る。このことはさらに、記憶すべき情報の記録を行なう
にはTaより100℃程度高い温度で適当な時間にわたり作
動する重合体系が必要とされることを意味する。この高
操作温度は、実用上不便であるだけでなく、時間的にも
重合体の分解をもたらす。今回、このような問題は、或
る種の側鎖液晶重合体の場合、記憶に対するガラス転移
温度以下の領域を使用する必要なしに回避しうることが
見出され、さらにTgより高い温度かつ高分子材料が流体
となり始める温度(Tr)以下において永年にわたり安定
な記憶を達成しうることが見出された。
温度がTgから増大する際に液晶高分子材料を通る交差ポ
ラライザの光透過を監視する場合、スメクチツク相から
等方性への相転移よりも数度低い温度Trに達し、この温
度において光透過が急激に増大する。この温度Trより高
い温度領域を「流体領域」と呼ぶ。この増大は、異方性
かつ不透明の領域から高度に複屈折性の移動領域に到る
組織変化に対応する。光レベルは温度(Tm)における最
大値に達するまで増大し続け、この最大値は等方性もし
くは透明な相が初めて現われ始める点に対応する。さら
に温度が上昇すると等方性領域が増大し、透明化温度Tc
では複屈折構造を有するスメクチック相が完全に消失す
る。等方性の相は交差ポラライザの間で光を吸収するた
め、光レベルは温度が前記透明化温度Tcに達するまで低
下する。添付第2図は、得られる曲線の一般形状を示し
ている。高分子液晶材料に対する各温度Tg,Tr,Tmおよび
Tcの決定はしたがつて当業者の熟知するところであり、
その実験手順については本発明の実施例に関し後記する 〔発明の目的〕 したがつて、本発明の目的は、液晶重合体またはこの種
の重合体を含有する液晶材料に基づく液晶情報記憶装置
を提供することである。
〔発明の要点〕
本発明によれば、側鎖の高分子液晶を含有する物質の層
と、この物質の少なくとも1部をその温度がTg〜Trの範
囲にある粘性状態から流体領域まで熱転移する手段と、
物質の少なくとも1部を流体領域でアドレスして組織に
おける選択的変化および物質内における分子の配向を達
成すると共に情報を記録し、この情報を流体領域から物
質を冷却させかつ粘性状態まで復帰させる際に保持する
手段とを特徴とする、液晶情報記憶装置が提供される。
Tr>Ta>Tgであるような高分子材料を使用することが必
須である。組織もしくは整列、すなわちアドレス速度に
おける変化割合はTr-Tgに依存する。Tr-Tgが大きい程、
整列は迅速となる。たとえば、80℃程度のTr-Tgの値で
は1〜5秒の整列時間が得られるのに対し、Tr-Tgが40
℃程度ではこの整列時間は5〜10分間程度に長くなるこ
とが判明した。
〔発明の実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき説明す
る。
本発明の装置に充分使用しうることが判明しかつTaより
充分低いTgをもつて作成しうる高分子材料の1つの群
は、たとえばポリシロキサン型のようなスメクチツク型
側鎖高分子材料である。これらは好ましくはシアノ−ビ
フエニル側鎖を有すべきである。CP1としてコードされ
た1種の特定材料はシアノ−ビフエニル側鎖の他に、メ
チル化安息香酸エステル側鎖をも有する。この構造は次
式により示される: この材料はTg,Tr,TmおよびTcに対しそれぞれ4℃,82℃,
93℃および105℃の値を有する。
したがつてTgは通常の室内条件下で周囲温度より低い。
側鎖を形成するために使用することができかつ柔軟性シ
ロキサン骨格に結合した場合スメクチツク型側鎖液晶高
分子材料を生成しうる適する液晶材料は下記の例で示さ
れる。ここでg,k,s,nおよびiはそれぞれガラス相、結
晶相、スメクチツク相、ネマチツク相および等方性相を
意味する。
シロキサン重合体のうちには、ガラス相への転移ではな
く冷却に際しスメクチツク相から結晶相への転移を受け
る重合体がある。スメクチツク相から結晶相への転移が
周囲温度以下で起これば、これら材料を本発明の装置に
使用することができる。周囲温度より高ければ記憶が喪
失し、したがつてその特性を有する材料は使用すること
ができない。
本発明の装置に使用する好適高分子材料は性質上スメク
トゲニツクであるという事実にもかかわらず、流体領域
において数秒もしくはそれ以下の程度の反応時間を達成
しうることが予想外に見出された。第3図,第4図およ
び第5図は、共重合体CP1に対する種々異なる条件下で
の上昇時間すなわち反応時間を示している。反応時間す
なわち上昇時間は、光透過がその初期値の50%まで低下
する時間であると定義される。
第3図は一定の電圧(300Vrms)および周波数(3KHz正
弦波)に対する80℃より僅か高い温度からTrを介しTmよ
り高い温度に到る反応時間を示している。これは、周囲
温度に近づくと反応時間が急激に上昇することを示して
いる。
第4図は、試料に印加する電圧の増加が反応時間を短縮
することを示している。2つの曲線が示され、一方は85
℃であり、他方は90℃であり、すなわちTmより8℃およ
び3℃低いものである。
第5図は、一定の電圧および温度における種々の周波数
および波型の効果を示しており、かつ3KHzにおける正弦
波の型の305Vrmsは同じ周波数における平方波の型の同
じ電圧よりも著しく短い反応時間を与えることを示して
いる。
さらに、本発明は、整列フイールドが電場を使用して2
〜4KHzの周波数の正弦波の型の所定領域で電場誘発整列
を行なうような装置を包含する。
好ましくは、この整列は、前記重合体の固有の透明化温
度より低くかつTmより低い温度にて行なわれ、この場合
材料は前記電場を除去する前に永久状態まで冷却され
る。充分高い冷却速度が誘起されれば、この電場を冷却
前に除去することができる。
遅い整列を許容しうる場合、フイールドはたとえば所要
の整列を達成するのに充分な時間にわたり通常の周囲温
度すなわち室温で加えることができる。次いで、このフ
イールドを除去し、装置を冷却しながらまたは冷却なし
に保持することができる。
従来技術において、単量体液晶すなわちコレステリツク
型およびスメクチツク型メソ相では光学的記憶が周知さ
れている。記憶装置は熱的、電気的または磁気的に誘発
しうる2つもしくはそれ以上の組織の種々異なる光透過
を利用する。特定例において、コレステリツク型フイル
ムのグランジーンまたは平面組織へ印加された電場はこ
の組織をフオーカル−コニツクもしくはフインガープリ
ント組織に変換し、これら組織は相当時間にわたり維持
されて、やや強い光散乱を示す。この種の装置におい
て、7:1のコントラスト比が得られている。これらの誘
発組織は7日間までの期間にわたり安定であり、その後
これらは初期状態に戻る。膜厚さおよび表面整列はこれ
らの装置において臨界因子となりうる。
本発明は、コントラスト比が増大した極めて安定な記憶
組織を、材料に対し整列フイールドを印加して誘発しう
るような高分子液晶媒体を使用する。これは電気的、磁
気的、光学的、音響的または機械的とすることができ
る。例として、覗き方向に対し平行または垂直に電場を
加えることができる。他の例においては、レーザを使用
して材料の1部を加熱しかつ同時に光学的に整列させる
ことができる。
従来技術を使用することで、104:1までのコントラスト
比が確立されかつ明らかに維持することができる。何故
なら、何らの劣化も生じなかつたからである。
次に第1図を参照すれば、簡単な例において高分子材料
10を、透明な伝導膜12が付着されている内表面の上に2
枚の重ねたガラス板11によつて画成される領域、すなわ
ちセルに薄膜として内蔵させる。スペーサ13を使用して
セル厚さを規定する。
伝導膜12をエツチングして、たとえばドツトマトリツク
ス、7セグメント特性または曲折パターン表示のような
所望の表示パターンを与えることができる。第2図に示
したように、重合体層10のフイールド誘発整列は、充分
な強度の電場が伝導膜により加えられた時に生じ、ただ
し重合体はTr〜Tcの範囲の温度、好ましくはその固有の
透明化温度Tcの近くまで上昇される。このように生成さ
れた組織は、Trより低い温度にて印加フイールドを除去
しても保持することができる。未整列の状態において、
重合体膜は不透明でありかつ肉眼に対し最小の光透過を
与えるのに対し、フイールド整列させた記憶組織は光学
的に等方性であつて透明である。記憶された組織もしく
は表示は、重合体層をTcより高い温度まで上昇させかつ
印加電場なしに冷却するか、或いは電場パラメータ、す
なわちその周波数、方向もしくは大きさまたはその組み
合わせを変化させるいずれかによつて消去することがで
きる。
さらに、記憶組織は、重合体をTrより低い温度で整列フ
イールドにかけかつTrより高い温度にて特定領域を局部
的に加熱して生成させることができる。冷却すると、こ
れはプラスコントラストの記憶表示をもたらす。或い
は、この記憶組織は、その部分をTcより高い温度に加熱
しかつマイナスコントラストを示す表示を与えるよう冷
却して書き込むこともできる。
両伝導膜12が透明であれば、透過性表示が得られる。代
案として、膜12の一方をたとえば薄い蒸着金属膜のよう
に反射性として、反射性表示を得ることもできる。同様
に、セルの背後に着色リフレクタを設置して不透明重合
体の通常白色に対しコントラストさせて、着色反射表示
を作成することもできる。同様な高度のコントラスト記
憶を与える着色重合体は、光吸収性重合体材料を使用す
ることにより、或いは染料分子を重合体液晶中に溶解さ
せて製造することもできる。この種の染料または重合体
は、吸光性であると同時に螢光特性などの性質を有する
こともできる。これは単量体液晶におけるいわゆるゲス
ト−ホスト効果に類似しているが、下記する利点を有す
る。
低分子量、すなわち単量体の液晶記憶表示と比較して、
上記のように作成された表示装置のコントラスト比およ
び使用寿命の上記利点の他、内蔵表面の表面処理が必要
でなく、さらにセル厚さが記憶寿命に殆んど作用を及ぼ
さないという利点を有する。重合体記憶装置の他の顕著
な利点は、膜の物理的耐久性である。単量体液晶記憶表
示は誤操作に対し極めて鋭敏であり、すなわち記憶され
ていても或いは記憶されていなくてもこの組織は突然の
機械的シヨツク或いはセルに対する不当な圧力により破
壊されうるが、記憶重合体組織は粘性状態において単量
体組織と比較し粘性が強く、耐久性がある。このため、
内蔵ガラス板の物理的破壊すなわち亀裂を防ぐことがで
きる。重合体耐久性の他の利点は、大領域表示につきス
ペーサを必要としないことである。事実、この重合体は
薄膜もしくはラミネートとして或いは可撓性もしくは剛
性裏打ちシートに対する被覆としての単一層で使用する
のに適する。これは、まさに単量体系とは対照的であ
る。
好ましくは、記憶はスメクチツク型側鎖重合体をそのガ
ラス転移温度より充分高い温度、すなわちTgより50℃高
い程度の温度で操作することにより行なわれる。特に、
長さ約50単位のシロキサン骨格を有し、芳香族環をもつ
た側鎖を有しかつ適当な長さのポリメチレン単位により
骨格に結合した極めて陽性の誘電異方性を有するように
置換された重合体が適している。
上記のように、本発明による装置の効率的操作には、Tr
-Tgが大きい高分子材料を使用することが必須である。
これは、Tgを低下させることにより達成される。Tgを低
下させる方法は当業者に周知されている。これらは次の
ものを包含する (i)重合体骨格の柔軟性を増大させる。この柔軟性は
メタクリレート、アクリレートおよびシロキサンにつき
順次に増大する。
(ii)タクチシチ、すなわち骨格に沿つた側鎖の変化お
よび配列を変化させる。
(iii)系に対し可塑剤を加える。すなわち重合体系に
溶解する物質を加える。この種の物質はたとえば溶剤お
よび染料のような非メソゲニツク材料およびたとえばそ
れ自身で染料としても作用しうる単量体液晶のようなメ
ソゲニツク材料を包含する。これらの比較的小さい分子
はTgを低下させるだけでなく、TcおよびTrをも低下させ
る。事実、TrおよびTcを顕著に低下させることなくTgの
みを急激に低下させることができる。これは、高分子材
料がTaより僅かしか高くないTrを有すると判明している
ので有用である。
(iv)分子量を低下させる。ただしこれは記憶寿命を阻
害し或いは記憶を妨げたりする粘性状態における粘度の
低下を伴う。分子量は3000未満に低下してはならないと
思われる。
(v)多分散性を変化させる。
(vi)単独重合体に関する表に示したように特定の側鎖
基構造またはスペーサ長さを有する重合体を選択する
か、或いは2種もしくはそれ以上の異なる側鎖高分子液
晶材料を混合する。
(vii)1種もしくはそれ以上の非メソゲニツク重合体
染料を1種もしくはそれ以上の異なる側鎖高分子液晶材
料と混合する。
(viii)共重合体材料を作成する。すなわち、修飾側鎖
を2個もしくはそれ以上の異なる基で構成する。
(xi)染料を液晶重合体へ側鎖基として加え、これらは
その化学的構成に応じてTg,TcおよびTrを上方または下
方のいずれかに変化させるよう選択することができる。
染料の濃度は、着色されたメソモーフ重合体が生成され
るように100%までとすることができる。
(x)高分子液晶を架橋してエラストー材料を生成させ
る。次いで、この架橋した化合物は可塑剤もしくは希釈
剤として作用し、かつTg,TcおよびTrを低下させる。
多数の重合体液晶材料の組織に対する整列フイールドの
効果を検討する実験を行なつて、本発明の範囲を決定し
た。
以下の実施例において、セルはインジウム/酸化錫電極
を有する2.5cm2のガラス板を用いて作成した。整列フイ
ールドは、約500Vまでのピーク電圧と10Hz〜1MHzの周波
数を有するパルス正弦波または平方波を用いて加えた。
典型的には20μmのセル間隔を使用し、かつ光ダイオー
ド検出器を使用して光学透明度を決定した。
溶融温度Tmに近い温度にて、DCおよびACの両電場をかけ
た。使用した電圧、周波数および波型に応じて、乱れた
組織または静的再配向を誘発させることができる。CP1
型の重合体は、10〜30μmの厚さを有するセルを用いた
場合、充分高い電圧(約300V)につきDCおよび低周波の
AC電場にて乱れ組織を示した。
AC電場、特に平方波、正弦波および三角波のAC電場を用
いた場合、静的同方性の整列を誘発させることができ
る。最適な整列は、材料に依存する特定周波数において
正弦波のAC電場を用いて得られ、かつ最高の配列はスメ
クチツク型重合体を2.5KHzで使用して得られる。同方性
整列は、45゜より大きい覗き角度においてさえ完全な透
明度を効果的に有し、これは散乱性組織と比較して極め
て高いコントラストを与える。空間的解像は、数μmも
しくはそれ以下の程度とすることができる。
試料の温度がガラス転移温度Tgより高くなる程、乱れも
しくは同方性の配向を誘発するのに必要とされるフイー
ルドが低くなる。さらに急速な再整列を得るための最適
周波数は、材料およびセル厚さに依存する。数秒の程度
としうる反応時間は周波数、電圧、セル厚さ、材料、温
度および重合体の熱履歴に依存する。
スメクチツク型材料はネマチツク型およびコレステリツ
ク型材料よりも高い順序および良好なコントラストの表
示を与えることが明らかである。後者の2つの相はスメ
クチツク型材料より大して迅速に反応しない。事実、ス
メクチツク型材料の場合、数10Vの程度のRMS電圧を用い
て整列が達成され、書き込みは100ミリ秒以内に完結す
る。
共重合体CP1の場合Tg,Tr,TmおよびTcにつき数値を与え
るために使用した熱−光曲線を第2図に示す。これらの
数値は、交差ポラライザの間の試料を観察しかつ温度の
関数として系を通過する光透過を測定して実験的に決定
した。低温度(30〜80℃)において、散乱性組織は不動
性でありかつ試料の濁りに基づいて透光が低くかつ温度
と共に極く僅かに変化する。約80℃において、組織は光
学的に移動性となり、透過が急激に増大する。Tmにおい
て、試料は組織中に表われる小さい暗色領域により証明
されるように溶融し始める。温度がさらに上昇すると、
最終的に微量の複屈折構成がTc、いわゆる透明化温度に
て消失するまで暗色領域の増加をもたらす。これは主と
して、合成に使用された主鎖シロキサン単位における固
有の多分散性に起因すると思われる。
整列の方法 (i)レーザまたは光学的 電場整列の代りに、他のアドレス技術を使用することも
できる。
たとえば、レーザを使用して光学整列を行なうと同時
に、重合体を加熱することができ、或いは事前に整列さ
れた同方性組織(電気的またはその他の方法で整列)に
対し散乱性組織を書き込むこともできる。或いは、複屈
折組織を非整列試料または整列試料に対しこの試料にレ
ーザを横断させて書き込むこともできる。
Tr−Taが大きい場合、重合体液晶には二色染料または螢
光染料を含ませるのが有利である。これらの染料はエネ
ルギの吸収を開始させ、かつ書き込みをTaにおいてレー
ザフイールドにより容易に行なうことができ、この場合
TrはTaよりも10゜もしくはそれ以上高く、たとえばTrは
約90℃である。さらに、Tr−Taが小さければ、染料を含
ませることにより低い強度において書き込みを達成する
こともできる。
レーザ書き込みで達成される解像はミクロンもしくはそ
れ以下の尺度であつて、光学系の品質に依存するレーザ
スポツト寸法によつてのみ制限されると思われる。書き
込みは、約4nJ/μm2のエネルギ密度によりμ秒のパルス
(またはそれ以下)で行なわれ、これはビデオまたは高
解像装置を可能にする。書き込みは、公知方法で投影ま
たは表示することができる。
簡単な場合、光学書き込みは、たとえばタングステンラ
ンプのような非レーザー装置、或いは日光によつてさえ
行なうことができる。
散乱の他に複屈折組織も誘発しうるので、ポラライザお
よび屈折の色を用いて、記憶レベルを増加することが可
能である。用途は隠蔽表示の分野、たとえば安全装置で
ある。電場によると同様に、レーザ誘発フイールドを用
い、出力レベルまたは電圧を変化させることによりコン
トラスト制御を達成することができる。
(ii)磁場 磁場を使用して流体領域における整列をうることがで
き、しかしながらこれは完結するのに数時間、または数
日さえ要する。重合体液晶を酸化第二鉄でドーピングす
ることにより迅速な反応をうることができる。
(iii)表面もしくは応力フイールド 表面整列が必要とされる場合、単量体液晶に関し整列剤
すなわち表面活性剤を使用しうることが公知の技術であ
る。これは、高分子液晶については証明されていない。
しかしながら、今回、摩擦したポリイミド表面は重合体
液晶に関し均質(表面に対し平行)の整列を与えること
が見出された。
同方性の整列は、応力フイールドを用いて容易に得られ
る。
磁場、電場、レーザおよび応力フイールドの組み合せを
選択的に使用して、所望の整列を達成することができ
る。たとえば、既にフイールドがかけられている場合、
レーザを使用して試料を局部的にTrより高い温度に加熱
することができる。このようにして、綺麗な表示(また
は異なる組織の散乱)を散乱性背景の上に作成すること
ができる。同様に、「熱筆」を使用して不透明スクリー
ンに可逆的に書き込むことができ、或いはフイールドが
存在しない場合、透明な同方性スクリーンに書き込むこ
ともできる。
記憶の種類 (i)散乱性 ドーピングされていない重合体の場合、散乱性組織は不
透明であり、同方性に整列されると光学的に透明とな
る。迅速な冷却速度、すなわち数秒の程度のアドレス温
度から記憶温度への冷却速度は、冷却の際に部分的アニ
ールが生ずるような遅い速度の場合よりも大きい散乱性
を与え、すなわちスメクチツク系「粒子」はより少ない
散乱性境界が存在する場合よりも成長および散乱が少な
い。このことは薄膜の場合に重要であり、膜が急速にTa
まで冷却する際、その比較的小さい嵩のため高密度散乱
を生ずる。この作用は、縦型電極につき得られるが、上
記したように横型電極を使用して均質組織を記憶すると
共に、主たる整列を水平面に与えることができる。屈折
率は異方性となるので、この種の領域は複屈折性であ
る。使用する材料が正の誘電異方性でなく負であれば、
同様な効果が得られる。
光学的スイツチ特性の他、非線状光学反応も得ることが
できる。1実験において、λ=1.35μmにおける沃素レ
ーザからの照射線を整列試料に通過させた。これにより
周波数が2倍となり、675nmにて赤色光として現れる。3
37nmにて他のより高い程度が観察され、組み合せ、すな
わち1.01μmと437nm(3倍)が観察される。入力パル
スは1〜2μ秒のパルスをもつて試料中に弱く集中され
る。この用途において、試料はこの波長(1.35μm)に
て非消費的に吸収するか、或いは書き込み(すなわち、
加熱)が生ずることが重要である。検討した化合物は近
赤外においてピーク透過を示す。強度に光学的非線状で
ある染料、たとえばニトロースチルペンを高分子材料に
含ませると、これらの光学的非線状性が強化される。
(ii)着色系 青色レーザ光を用いることにより、非染色系に弱い書き
込みが観察されたが、染料の配合は性能を著しく向上す
る。
2種類の染料、すなわち二色もしくは多色染料(すなわ
ち、直線的な消費吸収)および螢光染料(異なる波長で
の吸収および再放出)を使用した。液晶高分子材料に可
溶性である二色もしくは多色染料を、いわゆるゲスト−
ホスト作用に使用することができる。フイールドをかけ
て重合体を整列させる際、染料も連携して整列される。
このように、たとえば黄色、緑色、橙色、青色、赤色、
藤色および黒色のような異なる色の表示が得られた。し
たがつて、殆んど全ての色または色調が可能である。同
方性の整列の場合、この系は実質的に透明であるのに対
し、散乱状態においてこの重合体は鮮やかに着色され
る。同質整列を用いると、染料は着色した偏光媒体とな
る。何故なら、これら染料は一方向に優先的に吸収する
からである。
金属鏡での反射に際し特に魅力的である極めて鮮やかな
着色表示を与える他、染料の混入はレーザ書き込み工程
の速度および効率を著しく改善する。染料を含ませかつ
レーザ出力またはパルス持続時間を変化させることによ
り種々の色レベル(灰色尺度)を生ぜしめることがで
き、これにより複数情報を1点に記憶させることができ
る(灰色尺度は、制御しうる光レベルを示すために使用
される用語である)。
螢光染料は、再配向過程によつても整列されかつ鮮やか
な表示をもたらす。放出光の偏光の結果、重合体液晶に
対する新たな色切換効果が得られる。一般に、染料構造
に応じて異なる程度の光が染料により垂直面および水平
面に透過する。偏光フイルタの使用はこれを明らかに見
られるようにする。レーザ法は、これらの系において特
に有用である。
二色性、多色性または螢光性の全ゆる種類の染料を用い
て、可視スペクトルまたは紫外領域もしくは赤外領域の
いずれかにおける吸収の位置を選択することができる。
たとえば、物理的に透明である紫外染料もしくは赤外染
料を溶解し、次いで便利な紫外もしくは赤外光源を選択
して吸収を行なうことができる。かくして、不透明に対
する肉眼的に透明なトラツクまたは透明に対する不透明
トラツク、或いは不透明もしくは透明に対する複屈折も
容易に誘発することができる。十1秒までのパルスが容
易に達成される。
上記した全ゆる種類の染料を使用し、重合体の均質およ
び同方性の整列を行なつて重合体と一緒に染料を整列さ
せる。
実験により、本発明で作成された重合体液晶記憶装置に
ついては科学的にも産業的にも多くの用途が存在するこ
とが明らかとなつた。幾つかの例は広告表示、レーザア
ドレスを包含する視聴覚表示、可変光学密度装置、たと
えば写真または光画像もしくは光複写装置、コンピュー
タもしくはビデオ目的のデータ記憶を包含し、さらに耐
久性が向上した永久的または変化自在な表示が必要とさ
れ、しかも一般に単量体液晶で見られるようなほぼ瞬間
的な外観変化が必須でないような任意の他の用途が包含
される。
可変光学密度装置の特定例は光学スイツチまたは可変透
過系であり、この場合装置は透明状態から暗色状態への
転移を受けることができる。この型における使用は簡単
なオン/オフ光学装置のみに限定されず、可変透過窓と
しての使用も包含する。これは、この装置がTgより低い
温度まで冷却することなく周囲温度にて整列を記憶する
能力があるため、可能な用途である。さらに、比較的低
電圧を使用して装置を加熱しかつアドレスし、透過にお
ける変化を生ぜしめるような用途について好適である。
したがつて、本発明はさらに、2つの透明な表面の間に
配置された側鎖高分子液晶を含む材料の領域が設けられ
かつ重合体の温度をTrより高い温度まで上昇させる手段
と重合体を含有する領域の少なくとも1部をアドレスし
てこれをTrより高い温度にて透過性の低い状態から透過
性まで変化させる手段を設け、したがつて重合体を周囲
温度まで冷却させるとフイールドをかけることなく透過
状態を保持するような可変透過装置も包含する。
この種の窓は、連続的に外部から加熱したり或いは電圧
を印加することなく、透過性状態または透過性の低い状
態に維持される点において、従来提案されている可変透
過窓よりも有利である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来よりも性能上優れた効果を示す液
晶情報記憶装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明により作成される液晶情報記憶装置を
例示するためのものであり、 第1図は本発明により作成される装置の略断面図、 第2図は前記装置に表示がどのように記憶されるかを示
す光透過対温度のグラフ、 第3図、第4図および第5図は本発明にしたがつて操作
する側鎖高分子液晶に対する種々異なる操作条件下での
それぞれ温度、印加電圧および周波数に対する反応時間
のグラフである。 10……材料、11……ガラス板 12……膜、13……スペーサ

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】大気圧下の通常の周囲温度Ta未満のガラス
    転移温度Tgと更に温度Tr(この温度で粘性が急激に減少
    しこの温度を越えると物質は流体になるがTmまでは同じ
    メソ相に留まり、等方性または透明相が最初に認められ
    始める点に対応し、物質が完全に等方性になる温度Tcま
    で二相的であって、Tc>Tm>Tr>Ta>Tgである)とを有
    する種類の側鎖高分子液晶を含有する物質の層と、この
    物質の少なくとも1部をその温度がTg〜Trの範囲である
    粘性状態からTrを越える流体領域まで熱転移する手段
    と、 物質の少なくとも1部を流体領域でアドレスする手段と
    からなり、組織の選択的変化および物質内での分子の配
    向を達成すると共に情報を記録し、流体領域から物質を
    冷却して粘性状態に復帰させるに際し前記アドレス手段
    を継続適用することなくこの情報を保持することを特徴
    とする液晶情報記憶装置。
  2. 【請求項2】物質の層がスメクトゲニツクの側鎖高分子
    液晶を含有する特許請求の範囲第1項記載の装置。
  3. 【請求項3】高分子液晶がシアノビフエニル側鎖を有す
    るポリシロキサン型である特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の装置。
  4. 【請求項4】高分子液晶が安息香酸エステル側鎖を含有
    する特許請求の範囲第3項記載の装置。
  5. 【請求項5】高分子液晶が式: により示される構造を有する特許請求の範囲第4項記載
    の装置。
  6. 【請求項6】アドレス手段が、電場を物質に加える手段
    を備えて、2〜4KHzの周波数の正弦波として電場誘起整
    列を行う特許請求の範囲第1項乃至第5項のいずれかに
    記載の装置。
  7. 【請求項7】アドレス手段が物質に磁場をかける手段を
    備える特許請求の範囲第1項乃至第5項のいずれかに記
    載の装置。
  8. 【請求項8】アドレス手段が材料へ光学フイールドを加
    える手段を備える特許請求の範囲第1項乃至第5項のい
    ずれかに記載の装置。
  9. 【請求項9】物質の層が、2つの重畳した透明支持板の
    間に薄膜として含有される特許請求の範囲第1項乃至第
    8項のいずれかに記載の装置。
  10. 【請求項10】透明な伝導膜を支持板の内表面に付着さ
    せた特許請求の範囲第9項記載の装置。
  11. 【請求項11】伝導膜をエツチングして所望の表示パタ
    ーンを与える特許請求の範囲第10項記載の装置。
  12. 【請求項12】物質の層を裏打シートに表面被覆として
    設けた特許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記
    載の装置。
  13. 【請求項13】高分子液晶が70℃を越える温度Trと100
    ℃を越える透明化温度とを有する特許請求の範囲第1項
    乃至第12項のいずれかに記載の装置。
  14. 【請求項14】高分子液晶が3000を越える分子量を有す
    る特許請求の範囲第1項乃至第13項のいずれかに記載の
    装置。
  15. 【請求項15】材料が染料を含有する特許請求の範囲第
    1項乃至第14項のいずれかに記載の装置。
  16. 【請求項16】材料が二色もしくは多色染料を含有する
    特許請求の範囲第15項記載の装置。
  17. 【請求項17】材料が螢光染料または非線状染料を含有
    する特許請求の範囲第15項記載の装置。
  18. 【請求項18】熱転移を行う手段およびアドレス手段と
    して作用しかつ前記材料の少なくとも1部を加熱すると
    同時に光学的にアドレスして情報を記録する手段として
    作用するレーザを備える特許請求の範囲第1項乃至第17
    項のいずれかに記載の装置。
  19. 【請求項19】大気圧下の通常の周囲温度Ta未満のガラ
    ス転移温度Tgと更に温度Tr(この温度で粘性が急激に減
    少しこの温度を越えると材料は流体になるがTmまでは同
    じメソ相に留まり、等方性または透明相が最初に認めら
    れ始める点に対応し、材料が完全に等方性になる温度Tc
    まで二相的であって、Tc>Tm>Tr>Ta>Tgである)とを
    有する種類の側鎖高分子液晶を含有する材料の層を形成
    し、この材料の少なくとも1部をその温度がTg〜Trの範
    囲である粘性状態からTrを越える流体領域まで熱転移さ
    せ、材料の少なくとも1部を流体領域でアドレスし、組
    織の選択的変化および材料内での分子の配向を達成する
    と共に情報を記録し、流体領域から材料を冷却して粘性
    状態に復帰させるに際し前記アドレス手段を継続適用す
    ることなくこの情報を保持することを特徴とする液晶情
    報記憶装置の作成方法。
  20. 【請求項20】アドレスを高分子液晶の固有の透明化温
    度以下の高められた温度にて材料のフイールド誘起整列
    によって行ない、前記材料を前記フイールドの除去前に
    前記粘性状態まで冷却する特許請求の範囲第19項記載の
    方法。
  21. 【請求項21】2つの透明な表面の間に配置された大気
    圧下の通常の周囲温度Ta未満のガラス転移温度Tgと更に
    温度Tr(この温度で粘性が急激に減少しこの温度を越え
    ると材料は流体になるがTmまでは同じメソ相に留まり、
    等方性または透明相が最初に認められ始める点に対応
    し、材料が完全に等方性になる温度Tcまで二相的であっ
    て、Tc>Tm>Tr>Ta>Tgである)とを有する種類の側鎖
    高分子液晶を含有する材料の領域と、前記材料の少なく
    とも1部の温度をTrより高く上昇させる手段と、ポリマ
    ーを含有する領域の少なくとも1部をアドレスして、こ
    れをTrより高い場合に透過状態から低透過状態まで変化
    させ、この状態を印加フイールドなしにTr未満の温度ま
    で材料を冷却させる際に前記アドレス手段を継続適用す
    ることなく保持する手段とを設けたことを特徴とする可
    変透過装置。
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