JPH06500643A - 液晶性ポリマー類および可逆的な情報記憶に対してそれらを光誘導配向させる方法 - Google Patents
液晶性ポリマー類および可逆的な情報記憶に対してそれらを光誘導配向させる方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
液晶性ポリマー類および可逆的な情報記憶に対してそれらを光誘導配向させる方
法
本発明は、液晶性ポリマー類、並びに光誘導されて配座が変化する(photo
induced conformation−changing)液晶性側鎖ポ
リマー類を用いて、可逆的な光学情報記憶(reversible optic
al information storage)に対してこれらの液晶性ポリ
マー類を光誘導配向させる方法に関する。
光によるか、或は物理的もしくは光化学的過程によって可逆的もしくは不可逆的
に局所変化し得る光学特性(吸収、反射、複屈折、散乱)を有する媒体の開発は
、光学情報の記憶および表示技術にとって大きな興味が持たれているものである
。
ポリマー類および金属薄層中の型穴(CD−ROM)または焼式を基とするか、
主にポリマー基質上の金属薄層中にブリスタを生じさせることを基とするか、或
は薄層中の溶融くぼみを基とする、不可逆的光学記憶は、ポリマー材料および/
または有機材料を用いた種々の光化学的変法で行われ得る。このように、光重合
によるか、或はIR近(の放射線に敏感な化合物を光誘導分解して改質すること
によって、光学特性を変化させることができる(G、 Kampf、 Ber、
Bunsengesell、 89.1179(1985))。
磁気−光学記憶および相転移システムに加えて、光によって色、反射率および他
の光学特性が変化する光互変性化合物もまた、消去可能な可逆的光学データ記憶
に適していると考えられる(G、 ![jLmpf、 l[unststoff
e76.1077 (i986))。
上記システムは、それらが有するかなり簡単な、従ってより安価な製造によって
特徴づけられる、即ちここでは、スパッタリングをスピンコーティングに置き換
えることができる。更に一層の利点は、記憶密度が高いことと、ノイズに対する
シグナル比が本質的に改良されることである。光学的もしくは熱的に切り替え可
能な双安定性を示す光互変性化合物を基とする消去可能光学データ記憶に対する
作用は、多数の読み/消去−書き込みサイクルにおける光互変性システムの制限
となる性能である。
液晶表示技術における、低分子量の液晶を用いたレーザーアドレスによる表示は
、表示またはメモリーとして数年間知られていた(W、E、 Haas他、J、
Electrochem、 Sac、 1221.1667 (1974)
、K、 OguraSll、 Hirabayashi、 A、 Uejima
SK、 Nakaiura、 Jap、 J、 Appl、 Phys、 21
.969(1932))。しかしながら、この記憶状態を維持するためには外部
の場が必要とされており、そして更に、高い可動性によって分解能が制限されて
おり、従って記憶密度がかなり制限されている。
液晶性側鎖ポリマー類は、液晶特性、特にそれらが有する超分子配列、配向性、
およびそれらが有する物性の異方性と、ポリマーに特異的な特性、例えば特にガ
ラス状態の発現とを合わせ持っている。
液晶性ポリマーの薄フィルムの中に情報を書き込むことに関する公知の可能性は
、外部の熱源手段、好適にはレーザー光線による、等方性状態における局所加熱
であり、これは、この地点を冷却すると、数多くのドメインから成る光散乱領域
を生じさせる。このような巨視的に配向していない領域にれらは、光学特性に変
化を表す)は、このポリマーのガラス状態で凍結され得る。この過程(抵抗温度
記録(ther■orecording)として知られている)は、DE 36
03268 AXおよびDE 3603267 Al(1986)に記述されて
いる。巨視的に配向しているか或は配向していないサンプルを用いそして書き込
み温度を変化させた時、外部の電場および磁場無しか或はそれとの組み合わせで
液晶性を示す主鎖および側鎖ポリマー類に関して、上記過程が数多くの変った型
で知られている。この過程が有する欠点は、書き込み操作で必要とされるレーザ
ー力が高いことと分解能が低いことである。
しかしながら、低分子量の光互変性液晶または光互変性を示す液晶性ポリマー類
の光化学反応を用いるか、或は液晶もしくは液晶性ポリマー類に光互変性化合物
を添加することによっても、上記相転移が達成され得る。例えばアゾ発色団のE
−Z光異性化による、分子が有する幾何学的形状の光誘導変化は、このように、
この全体の液晶システムを崩壊させる可能性があり、この手段を用いて、相転移
温度を低下させるか、或は相転移が光化学的に誘導される(T、 Ik6da、
Macromol、 23.36および42 (1990))。
EichおよびWendorff (Macromol、 Chew、 Rap
id Co+uun、 8.59 (1987)および8.467 (1937
); DE 3623395 At)は、ポリマー類のガラス状態における、光
互変性側鎖ポリマー類を用いた消去可能光学データ記憶を記述している。このレ
ーザーで誘導された屈折率の変化は、光化学的および熱的効果の組み合わせによ
ってもたらされ、ここでは、この光開始したZ−アゾベンゼン発色団が局所的に
そのポリマー類の液晶配列を崩壊し、光学特性の変化に変動をもたらす。このメ
ソジェニック(mesogenic)マトリックスの局所的な崩壊は、これらの
アゾ発色団が弛緩してその熱力学的に安定なE型に戻った時でも維持される。こ
の全体の過程により、屈折率の有意な変化が生じる。この過程は、これの書き込
みレーザー強度が低いこと、そしてこのポリマーのガラス状態範囲内の室温で進
行する、と言った利点を有している。
最近、非晶質ポリマーのガラス状態のアゾ化合物を直線偏光で照射したとき、角
依存光選択の法則によって弱い二色性と弱い複屈折が生じ得る、ことが証明され
た(A、 KozakSG、 Williams、 Mo1. Phys、 6
7.1065(1989))。
Birenheideは、アゾ発色団を含んでいる液晶性側鎖ポリマー類を用い
て(K、 anderlelR,Birenheide、 M、 EichSJ
、H,fendorff、 MakroIIlol、Chem、、Rapid
Coma+un、 10.477 (1989)) 、この方法は、異方性ポリ
マー中、これらのアゾ発色団が有する変わり易い配向分布機能のため、光学特性
の変化の意味で本質的により高い効率で進行する、ことを示すことができた。し
かしながら、Birenheideは、この方法およびこれらの記憶媒体に対し
て、このガラス状態では、全体に局所的過程としてアゾ発色団の再配向が生じる
のみであり、これが、これらのポリマー類の隣接する側鎖を崩壊させることはな
く、従って液晶性マトリ・ソクスを崩壊させることはない、ことを確認した(K
Anderle、 RBirenheide、 J、H,1endorff、
19、Freiburger Arbeitstagung Flossig
kristalle 199Q [第19 Freiburg液晶会議、199
0] )。
従って、最近の数年間で、より精密に分子相互作用を用いることにより、光化学
的に誘導された特性変化に必要な書き込みエネルギーを、例えばmW/Cm”の
範囲にまで低下させることが可能になってきた。この技術において、任意に置換
アゾベンゼンを有する光活性基をその側鎖に含んでいる液晶性ポリマー類単独か
、或はその液晶状態で配列を行う単位、即ちp−オキシ−安息香酸のアリールエ
ステルとのコポリマーとして、液晶性ポリマー類が用いられた。この支持バック
ボーン、即ちこのポリマーの主鎖は、通常、任意に改質されていてもよいポリ(
メタ)アクリレートもしくはポリシロキサンである。これらのシステムは情報の
記憶によく適合している、と言うのは、これらが必要としている書き込みエネル
ギーは低く、そして高い記憶密度を可能にするからである。
Tg(ガラス転移温度)以下では、これは局所的な過程であり、そして光異性化
に直接関係している分子のみがそれらの位置を変化し、そしてこの過程では、そ
れに最も隣接しているものでも変化しないままである、と言う事実を基にしてい
ることが確認された(^nderle1Birenheide、 Wendor
ff、 19、Freiburger Arbeitstagung FILl
ssigkristalle 1990 [第19 Freiburg液晶会議
、1990コ、1990年4月4−6日、文献13)。短い範囲の相互作用を用
いたこれらのシステムは、急速な物理的劣化を受ける、と言うのは、シス−トラ
ンス戻り反応において、これらのドメインの初期状態が再び達成されることはな
いからである。その結果として、この過程を通してこのシステムを繰り返して使
用する場合、これは、その開始状態から迅速に離れて新しい配置に向かって動(
必要がある。この特徴がこれらを実用用途で不適切なものにしている。
驚くべきことに、理想化した一般式I
−X
[ここでは、幅広い範囲の相互作用が生じるコを有する、光誘導されて配座が変
化する(「光互変性」)液晶性ポリマ−類が存在していることをここに見い出し
た。このことは、光誘導されて配座が変化する分子の効果は自然発生的にその全
ドメインを包含している、即ちTg以下でも生じる過程である、ことを意味して
いる。従って、このドメインは、その初期状態に戻るが、この光誘導された配座
の変化およびメソジェニック単位の配向分布が変化することを伴う、即ちこのシ
ステムは、原則として、物理的に劣化しない。これは、配座が変化する液晶性側
鎖ポリマー類を記憶媒体として用いた可逆的光学情報記憶のための方法を開発す
ることにとって予め必要とされていることであり、ここで、この提案した方法は
、ポリマー中の通常の光互変性システムの制限に打ち勝ち、そして極めて低い光
強度でさえも、高い値の光誘導異方性と、高いコントラスト値と、高い増幅ファ
クターと、高い記憶情報の長期安定性と、高い可逆性と、簡潔な情報消去性をも
たらすと共に、液晶性側鎖ポリマー類が光誘導されて巨視的に配向することを可
能にしている。
式■において、A−Bは、このポリマーの主鎖の繰り返し単位、即ち「バックボ
ーン」として知られているものを意味しており、Tは、間隔基、即ち「スペーサ
ー」として知られているものを表しており、モしてXは、この液晶状態を決定す
るメソジェニック側鎖を表しており、nは整数を表している。このA−B基は、
好適には、A’ =B’型のビニル化合物のフリーラジカル重合で得られる単位
(用いるモノマー類は一般式A’ =B’−T−Xを有している)を表すか、或
は1,2−オレフィン類とポリシロキサン類との反応で生じる単位を表しており
、これらは例えば、一般的方程式−[A−Bコ、−+nT−X[ここで、n≦p
であり、モしてpは整数を表す]に従って生じる。
A’ =B’ は、好適には、基
[ここで、R1は、Hまたはメチルを表す]である。
Wは、二重結合を活性化する残基、例えば−CO−O−1−CO−N(Rz)−
1−CO−(ここで、R2は、HまたはC,−C,アルキルである)である。
別の好適な基は、式IでA−Bが
を表す化合物である。
間隔基Tは、例えば塩素の如きハロゲンで任意に置換されているか、或は例えば
O原子の如きヘテロ原子が割り込んでいてもよい、3−11個のC原子を有する
可動鏡、好適にはCH2基である。メソゲン(mesogen) Xは、一般に
、結合連結を通してスペーサーに結合しており、これは例えば、下記
一〇−1−CO−1−CON (R2)−1−N (R,) −CO−1C0−
0−
[ここで、R2は、上述した意味を有する]で構成されていてもよい。
数多くのメソジェニック側鎖が存在している、即ち総括的な選択がrHandb
uch der flussigkristalleJ (Kelker &
Hatz、 Verlag Chemie1980.67−113頁)の中に見
いだされ得る。
本発明は、こqポリマーのバックボーンに連結している側鎖の少なくとも一部が
、光誘導されて配座が変化する特性を有する少なくとも1種の基を含んでおり、
そしてこれらの側鎖の少なくとも一部が、メンジェニック特性を有する少なくと
も1種の基を含んでいる、少な(とも1種の側鎖ポリマーから成る液晶性ポリマ
ーマトリックスを用いた光学記憶媒体を提供するものであり、このメソジェニッ
ク特性を有する基が、少なくとも1種の水素ブリッジ形成単位を含んでいること
を特徴とするか、或は該光誘導されて配座が変化する特性を有する基が、少な(
とも1種のスチルベン残基を含んでいることを特徴とするか、或は該メソジェニ
ック特性を有する基が、その光誘導されて配座が変化する特性を有する基を通し
て該ポリマーバックボーンに連結していることを特徴とし、ここで、このポリマ
ーバックボーンはポリメチルシロキサン鎖を含んでおりそしてこの光誘導されて
配座が変化する基はカルボニル−ビニル−フェニル基を含んでいる。
本発明の特に有意な点は、このポリマーの側鎖[これらはメソジェニック基Yと
光誘導されて配座が変化する基Zの両方を含んでいなければならないが、Zは必
ずしもメソジェニックである必要はない]によって決定される液晶状態を発現す
ることである。しかしながら、両方の基がメソジェニック特性を有するのが好適
である。従って、本発明に従う式■を有するポリマーは、理想化した式II[こ
こで、k+1+m=1であり、0<k<1であり、0.05<m<0.5であり
、そしてここで、k、1.mが互いに対するA−B単位の比率を決定している]
の相互関係があることを満足させるか、或は理想化した式III[ここで、k+
1=1であり、そして0<k≦1である]の相互関係があることを満足させる必
要がある。
本発明に従う目的で、Yおよび2は互いに協力関係を示す関係を有する必要があ
る。即ちZから進行する配座の変化は、自然発生的にこの全体ドメインに伝達さ
れる必要があり、その結果として、この得られる最終的な効果は、この全体シス
テムの光学軸の変化である。これに関連して、この過程が単独もしくは多段階で
進行するか否かは重要でなく、これは最終的に、光固定平衡の特別な位置にのみ
依存している。これは、決定的である幅広い範囲の相互作用の事実である。この
光誘導されて配座が変化する基Zは、好適には、式IVGは、基−N=N−1C
(R4) =C(R4)−1−N=CH−1−CH=N−または−CH=CH−
C0−を表しており、そしてR3は、−Ar−R5、ピリジン残基またはピリミ
ジン残基、或はC0OR,を表している]
に相当しているか、或は式V
[式中、
R4は、互いに独立して、H1アルキルまたはCNを表し、R6は、!(、CO
OR6、R8、ORs、CN、NO2、CF3、)10ゲン、N (Rs)(R
a) 、アリールを表し、Roは、C+ Caアルキル、シクロへキシル−4−
カルボン酸−4゛−アルキルフエニルエステル、シクロへキシル−4−カルボン
酸−4゛−アルキル−シクロヘキシルエステル、コレステリルまたはコレスタニ
ル残基を表し、
R7は、H1アルキル、O−アルキル、ハロゲン、CNまたはCF sを表し、
そして
R8は、互いに独立して、H%CI CI4アルキル、アシル、アロイル、好適
にはCH,−Co−またはCs Hs −CO−を表す]に相当している。
−A r−R6残基にとってp位が好適である。
メソジェニック基Yはまた、好適には、Gが水素ブ1ルソジ構築単位、好適には
−CO−NH−1−NH−CO−または=C(R4) =C(R4)−Co−N
H−を意味している式IVに相当している。
好適な具体例において、Zで表す、光誘導されて配座が変化する特性を有する基
は、以下の式Vl
[式中、QおよびR4は、
a) C00Ra(ここで、R6=C,−C6アルキル、4−アルキルシクロヘ
キシル、4−yルキルフェニル、4−アルコキシフェニル、シクロヘキシル−4
−カルボン酸−4゛−アルキルフェニルエステル、シクロヘキシル−4−・−カ
ルボン酸−4゛−アルキルシクロへキシルエステル、コレステリルまたはコレス
タニルであり、そしてR4=Hである)を意味しているか、或は
(ここで、R,=H,アルキル、O−アルキル、ハロゲン、cNまたはCF、で
あり、そしてR4=H,アルキルまたはCNである)を意味しているか、或は
C)R9(ここで、R,=ピリジルまたはピリミジルであり、そしてR4=Hで
ある)を意味しているか、或は
(ここで、Rt”H,アルキル、0−アルキル、ハロゲン、cNまたはCF3で
あり、そしてR,=Hである)を意味している]を有する群を含んでいる。
別の好適な具体例において、該側鎖ポリマーは、A−Bがポリメチルシロキサン
の主鎖の繰り返し単位を表し、そしてZで表す光誘導されて配座が変化する特性
を有する基が、以下の式を有する群を含んでいる、式IIIに相当している。
光学記憶媒体として、以下に示す側鎖ポリマー類が特に適切である:a)ポリ−
(4ゴメタアクリロイルーオキシーヘキシレンオキシー安息香酸−4′ −メト
キシアニリドーコーメタアクリロイルオキシーヘキシレンオキシーアゾベンゼン
)
b)ポリ−(メタアクリロイルオキシヘキシルーオキシ−4−メトキシーフェニ
ルベンゾエートーコーメタアクリロイルオキシへキシルオキシ−4−メトキシス
チルベン)
C)ポリ−f3[(4−コレステリル)オキシカルボニルビニルフェノキシ]プ
ロピル)−メチルシロキサン
d)ポリ−+3[(4−プロピルシクロヘキシル)オキシカルボニルビニルフェ
ノキシ]プロピル)−メチルシロキサンe)ポリ−(3[(4−n−へキシルオ
キシフェニルカルボニルオキシ)シクロへキシルオキシカルボニルビニルフェノ
キシ]プロピル1−メチルシロキサン。
用いるポリマー類は新規である。これらは、公知の方法に従いそして液晶性ポリ
マー類に関して記述されている合成に類似して製造されそして特徴づけられ得る
。
これらのポリマー類の重合度は5−600、好適には約100である。
再配向に対する効果の完全な変化が本質的に若干の化学構造変化を通して生じる
ことは、マトリックスの残りの部分とは実際上完全に独立しているところの、公
知システムにおける光学的再配向からすると、極めて驚くべきことであると考え
なくてはならない、即ち、水素ブリッジ形成メソゲンを導入すると、この完配向
に全ドメインが巻き込まれる、即ちTg以下でさえも進行する過程である、こと
は極めて驚くべきことであると考えなくてはならない。
類を光誘導配向させる方法、並びに可逆的に光学情報を記憶させる方法を開発す
ることであり、この方法は、通常の光互変性記憶媒体および通常の配向過程の可
逆性における制限に打ち勝つものである。この目的は、本発明に従い、低強度の
直線偏光もしくは非偏光を用いて、光互変性液晶側鎖ポリマー類の光学異方性お
よび配向を光誘導で可逆的に変化させる方法を開発することによって達成される
。
この目的は、本発明に従い、直線偏光を用いるか、或は類語晶形的に配向したフ
ィルムの場合、偏光もしくは非偏光の化学光を用い、画像領域全体か或は局所的
に、このポリマーの粘弾性領域内か或はガラス転移温度以下で、光互変性側基を
含んでいる液晶性ポリマーの、類語晶形平面フィルムまたは巨視的には配向して
いないフィルムの中に、情報を書き込むことで達成される。
例えば、2枚のガラスから成るセル(これらの間に、配向した側鎖ポリマーの層
が存在している)を用いることによって、情報の記憶が進行する。このガラスの
内部表面は、有機ポリマー層、好適にはポリイミド、二酸化ケイ素層および/ま
たは伝導性I7O層で部分的にコートされており、これが、電場もしくは磁場お
よび/または表面力による液晶性ポリマー層の巨視的配向を可能にしている。
この必須となるフィルムは、スピンコーティング、ディッピングまたはキャステ
ィングで製造されるか、或は2枚のガラスの間で該ポリマーを圧縮するか或はそ
のポリマーをその間に流し込むことによって製造される。
通常に用いられる層の層圧は5から30μmである。
本発明に従い、この液晶性ポリマーの全マトリックスの光誘導再配向は、E−Z
光異性化で進行する光互変性基の光選択による各々の書き込み操作中に生じる。
これは、これらの光互変性およびメソジェニック側鎖基(side group
)の配向がこの書き込み月光の偏光面に対して垂直である限り進行する。この光
の偏光面を変化させると、巨視的に均一な類語晶形層およびまた平面層の好適な
方向は、再び配向して、自由に選択可能な好適な面方向になる。
化学光の偏光面を変化させることにより、異なる偏光方向を有するピクセル(p
ixels)を書き込むこともできる。
読み取り用の長波長の直線偏光を用いて、この記憶された情報が壊れることなく
、記憶媒体の中に記憶された情報を逐一もしくは地域的に読み取ることができる
。
この液晶性マトリックスの記憶情報の消去または配向は、本発明に従い、光およ
び/または熱で局所的もしくは地域的に進行する。
情報の熱的消去に続(この等方性溶融からの冷却により、この記憶媒体の初期状
態が、自動的か或は磁場もしくは電場を用いることにより回復する。
本発明に従い、書き込み、光化学的に開始した配向、読み取り、熱的もしくは光
子消去、並びに再配向過程が、繰り返して行われ得る。
この書き込み操作では、この光互変性基の吸収範囲内の光を発する光源を用いる
か、或は用いるポリマー類の光互変性側基の吸収を照射光の波長に適合させる。
光への暴露は、EとZの光異性体の間の光固定平衡が、高い量子収率および高い
Z光異性体比率でセットされる、適切な波長で進行する。
代の偏光の異なる面を用いるか、或は書き込み光の偏光面に対して異なる、面配
向した記憶媒体の配向を用いて、該光互変性側基の光選択を繰り返すと、繰り返
して、異なる好適な配向もしくは記憶状態の切り替えが行われ、そして情報もし
くは配向が補正されるか或は重ね書きされる。書き込まれたこの情報は、熱的な
消去が生じることなくそしてその結果として必要な巨視的配向が消去されること
なく、異なる偏光方向を有する光を用いて消去され得る。この切り替え操作は、
繰り返して行うことが可能であり、光単独で切り替わる可逆的な情報記憶を可能
している。従って、消去操作では、情報を再書き込みすることを必要としていな
い。偏光していない光を用いた照射もまた、この好適な方向を消し、そしてその
記憶状態を変化させる。
この記憶媒体の好適な方向と一直線になっている異なる偏光方向を有する直線偏
光を用いて、書き込みおよび読み取り過程を行う場合、異なる配向を有するビク
セルが書き込まれそして読み取られる。
好適な方向が変化するドメインを有する層からか、或は光互変性液晶性ポリマー
類の、巨視的に均一に類結晶形配向した層から、光誘導配向によって、面配向し
た層が生じる。直線偏光を用いる場合、好適な方向を有する面偏光した層が得ら
れる。
本発明に従いそして驚くべきことに、これは全く、この方法および記憶媒体を用
いて生じるものは、以前に達成された、光互変性を示す基もしくは分子の単に局
所的な再配向ではなく、むしろ、この記憶媒体中の光互変性基の、光誘導回転拡
散もしくは角依存光選択が、粘弾性範囲内、および特に驚くべきことには、この
ポリマー類のガラス状態の両方で、この異方性を示す液晶性マトリックス全体の
再配向を切り替える。
光互変性基およびメソジェニック側鎖基の配向は、連続的に、光選択によって変
化し、そしてこれは、このマトリックスがこの光の偏光面に対して垂直に配列す
るまで進行する。この情報は、レーザーを用いて逐−書き込まれるか、或は石版
印刷マスクを用いて地域的に書き込まれるか、或は1から600秒の時間をかけ
て、0.1から10mW/cm−2の強度を有するランプを用いて書き込まれる
。光子の切り替え過程を繰り返した後、これらのポリマーの粘弾性範囲に入る中
間的な熱加熱過程を用いることで、物理的劣化による通常の光互変性記憶媒体が
示す限界に打ち勝つことができる。
情報を記憶するための本発明に従って請求する方法は、直線偏光を用いて照射し
たとき、メソジェニック側鎖と光互変性基の、システムに特異的な組み合わせを
通して、驚くべき程極めて高効率な、光化学的に誘導される物理的再配向過程を
もたらし、これは、巨視的に均一に光互変性およびメソジェニック側鎖基の配向
を切り替え、そして二色性および複屈折の如き光学特性の異方性の効率良い変化
をもたらす。液晶性ポリマー類に情報を記憶させそして配向させる方法が示す特
別な利点であるとして下記を述べるニ
ー 光互変性基の光化学的に誘導された再配向、およびその結果として生じる、
液晶性記憶媒体のメンジェニック側基全体の物理的再配向、による高増幅ファク
ター、従って極めて効率の良い書き込み過程、−高効率のため、低強度の光源、
短い照射時間、および低含有量の光互変性基を有するポリマーを用いることがで
きること、−該光互変性基および光反応性を示さないメソジェニック側鎖基の再
配向による高い光学的コントラスト、
−光互変性およびメソジェニック側鎖基の変化した配向を基とする記憶状態から
の、該光互変性基の光生成物(これがこの過程を誘導する)のデカップリング(
この過程で決定される)、その結果として、これらの光生成物の熱安定性は無関
係である、−情報および配向の簡潔な熱消去性、
−情報および配向の簡潔な光子消去性、−光に軽く暴露することにより、光学的
情報の記憶過程で、高い可逆性と多数のサイクルをもたらすこと、
−異なる偏光方向を有する光を用いた異なる記憶状態の間の切り替え、その結果
として、そうでない場合通常の熱的消去および再配向過程が必要されているがそ
れ無しに、光を用いて局所的もしくは地域的に補正もしくは消去を選択的に行う
ことができ、従ってこれは、光学情報記憶にとって全(新しい型の方法である、
−異なる偏光方向を有するピクセルを用いること、即ち異なる偏光方向を有する
ビクセルを用いることで、個々のピクセル各々の情報内容、従って書き込まれた
全情報および記憶密度が上昇し、その結果として三次元の情報記憶が達成される
、
−光子切り替え過程を繰り返すことによる記憶媒体の疲労の兆候が、中間的な熱
的加熱およびこの媒体の再配向によって解放される、従って通常の光互変性ポリ
マー類が有する本質的な制限が克服される、−等方性溶融にまで加熱した後、冷
却することによって、記憶媒体のいくらかを再配向させることにより、外部の場
を用いることな(、元の巨視的に均一に類結晶形配向している層が生じる、−U
V光および書き込まれた記憶媒体を用いた時の分解能はおおよそ0.5μm″r
J)る、
−二の情報は室温で長期に渡る安定性を示し、そしてこの光互変性基の熱的可逆
反応が生じた場合でもそれが保持される、−磁場もしくは電場または表面力を用
いることなく、光によって、液晶性ポリマー類が巨視的に均一に配向すること、
−光互変性を示す液晶性ポリマー類を用いた情報の記憶、および液晶性ポリマー
類の配向で知られている他の公知の方法とは異なり、この方法は、ガラス転移温
度以下で、光互変性およびメソジエニ・ンク側基の協力的再配向で進行して、巨
視的に均一に配向した地域的に液晶性を示すポリマー層を生じる、
−偏光面を変化させることにより、面配向した層の好適な方向が面単独で変化し
得ると共に、光の強度と照射時間によって連続的に変化し得る、
−該光互変性基による排他的UV範囲の吸収により、アゾ発色団を含んでいる全
ての公知記憶媒体と比較したとき、記憶容量の上昇が達成される、
−該光互変性基による短波の吸収を用いることによって、書き込まれた情報を光
から保護するのが簡単になる、−複屈折の変化が有意であることにより、この方
法を可逆的なアナログデータの記憶、可逆的なデジタルデータの記憶、または可
逆的な合成ホログラフィ−に適用することが可能である、−この方法は、種々の
用途、例えば配向層などとして、光を用いて、光互変性を示す液晶性ポリマー類
のフィルムを巨視的に均一に配向させることが可能である。
粘弾性範囲内およびガラス転移温度以下で、従来は知られていなかつた光互変性
を示す液晶性ポリマー類を用い、直線偏光によって光化学的に誘導された物理的
な再配向過程を基とする、液晶性ポリマー類に可逆的光学情報を記憶させそして
光誘導で配向させる、提案した方法は、今までに知られている出版物および特許
から誘導され得るものではなく、効率、コントラスト、可逆性、記憶密度、およ
び光誘導過程段階の意味で、今までに知られている全ての方法およびシステムに
比較して特に良好な特性を示す。
記憶セルはポリイミド層をコートした2枚のガラスから成り、これらの間に、液
晶性ポリマーであるポリ−(3[(4−プロピルシクロヘキシル)オキシカルボ
ニルビニルフェノキシ]−プロピル)−メチルシロキサンの層を記憶媒体として
位置させる。このポリマーを等方性溶融にまで加熱し、93℃のネマティック−
等方性相転移よりも5℃低い粘弾性範囲内でこれを圧縮した後、この温度で2時
間これを焼きなましすることにより、このポリマーを配向させた。このセルをゆ
っ(りと室温にまで冷却した。このスメクチックポリマーは、このセルの中で、
類語晶形配向した大きなドメインを表している。
このセルの中の記憶媒体の画像領域全体を、140秒間、0.5mW/cm”の
放射電力で、金属干渉フィルターに連結させたHBO500からの、波長が31
3nmの、非偏光にか、或は偏光フィルムを用いた直線偏光に照射した。
光に暴露した結果、照射時間の関数として、シナモイル基の吸収範囲で劇的樽酒
光の増大がUV分光計で測定された。この実験で、これらの光互変性基の二色比
が変化することにより、光学異方性が光誘導されて変化する、ことが証明された
。
図1に、溶媒としてンクロヘキサンを用いた溶液中の光分解に関する典型的な減
衰曲線を示す(Ia:光分解の開始;Ib、c、dSe:10.20.40.2
00秒後の光分解)。溶液中および非晶賀ポリマー中のシナモイル基の光分解は
常に消光の減少をもたらす。比較照射条件下の同じポリマーの類語晶形フィルム
の中で、有意な消光の上昇が観察される(図2;IIa:光分解の開始;Ilb
:光分解140秒後)。
照射および未照射フィルムの間の複屈折の変化を偏光顕微鏡で検出する。このよ
うに、全体の液晶マトリックスが有する類語晶形配向が面配向に変化することが
示される。UV光、或は波長が好適には350nm以上の長波長の直線偏光非化
学光により、シナモイル吸収範囲内の消光上昇を用いて、書き込んだ情報を読み
取る。この書き込んだ情報は、ガラス状態および粘弾性範囲で安定性を示す。熱
を加えることによって、この書き込んだ情報もしくは配向が消去される。等方性
溶融から冷却すると、この液晶性記憶媒体は、自動的もしくは追加的に磁場をか
けることにより、元の類語晶形配向に戻る。この書き込み、読み取り、消去およ
び配向過程は繰り返して行われ得る。
実施例2
実施例1に記述した記憶セルおよび照射条件を用いて、該平面層の異なる好適な
配向を有する領域を、匹敵する照射時間で、偏光面を変化させなから300nm
以上の波長を有する偏光で書き込み、そして偏光顕微鏡で読み取る。
実施例1に記述した記憶セルおよび照射条件を用いて、300nm以上の波長を
有する偏光で好適な配向を書き込み、そして偏光顕微鏡で読み取る。しかしなが
ら、好適には該光互変性基の好適な方向で、この光の偏光面と記憶媒体との間に
異なる配向で偏光をかける場合、この化学光の偏光面に対する垂直性が最大にな
る所に配向するまで、この好適な方向が照射時間と共に連続的に変化する。この
新しい好適な方向を、偏光顕微鏡およびUV/VIS分光法で確認した。
実施例4
クロロホルム溶液からのスピンコーティングにより、スメクチック液晶性ポリマ
ーであるポリ−(3[(4−n−へキシルオキシフェニルカルボニルオキシ)シ
クロへキシルオキシカルボニルビニルフェノキシ]プロピル)−メチルシロキサ
ンのフィルムを石英のシートに塗布する。
この層を、100℃の粘弾性範囲内で2時間焼きなましする。この類語晶形層の
画像領域全体を、140秒間、0.5mW/cm”の放射電力で、金属干渉フィ
ルターに連結させたHBO500からの、波長が313nmの非偏光に照射する
。E−Z光異性化により、シナモイル吸収範囲の消光が増大し、そして類語晶形
配向が面配向に変化し、これらを偏光顕微鏡で検出する。熱をかけると、この配
向かなくなる。この過程は、粘弾性範囲内およびこのポリマーのガラス転移温度
以下で生じる。
実施例5
2枚の石英の間に、等方性溶融状態で、液晶性ポリマーであるポリ−(メタアク
リロリルオキシへキシルオキシ−4−メトキシフェニルベンゾエートーコーメタ
アクリロイルオキシへキシルオキシ−4−メチル−スチルベン)のフィルムを製
造した後、ネマティック/等方性相転移よリ5℃低い温度の磁場で、類語晶形配
向させる。フェニルベンゾエート基と光互変性スチルベン側基の比率は10:1
である。このセルの画像領域全体を、該ポリマーのガラス転移温度以下の温度で
、波長が300nm以上の非偏光で照射する。光に!震した後、UV/VIS分
光光度計を用い、スチルベン基の吸収範囲内の消光の上昇を観察する。溶液中の
ポリマーのE−Z光異性化では常に消光の減少がもたらされるため、この液晶性
ポリマーの異方性フィルムにおける消光の上昇は、該光互変性基の配向が変化し
たことによって光学異方性が光誘導されて変化したことに帰すものであるに違い
ない。照射および未照射領域の間の配向が変化したことによる、この液晶性マト
リックスが有する複屈折の変化が、偏光顕微鏡で観察される。熱をかけることに
より、この書き込まれた情報が消去される。
実施例6
液晶記憶媒体であるポリ−(4−メタアクリロリルーオキシーヘキシレンオキシ
ー安息香酸−4′−メトキシアニリドーコーメタアクリロイルーオキシヘキシレ
ンオキシーアゾベンゼン)を記憶セルの中に位置させる。
とりわけ、340から500nmの直線偏光化学光にこのセルを大領域照射する
ことにより、該液晶性側鎖が有する予め決めた偏光方向における巨視的固化(p
lanarisation)が達成される。このようにして達成される面配向も
しくは卓面配向は、以下に説明する光誘導切り替えおよび配向過程例の開始点で
ある。
偏光鏡を用いた試験は、明らかに、このセル全体で該液晶性側鎖ポリマーの大n
の面配向を示している。
他の公知の配向方法によってもまたこの面配向が達成され得る。
情報を記憶させる目的で、記憶させることが望まれている情報に従うマスクまた
はそれに従って偏向するポイントビームを用い、400から500nmの間の波
長範囲に渡って、強度がI=1.27・io−’アインシュタイン/分のタング
ステンランプからの直線偏光化学光を用いて、このセルを照射する。このように
、これらの照射点では、ガラス転移温度以下で巨視的に均一に、この面配列を保
存しながら、該液晶性側鎖の好適な方向の再配向が進行する。
この再配向は安定であり、そして該結晶性側鎖ポリマーのガラス状態で固定され
る。
波長が550nm以上の非化学光である直線偏光の多色光を用いて、その書き込
んだ情報を読み取ることができる。
実施例7
該化学光が有する異なる偏光面を用い、該記憶媒体が備わっている実施例6と同
様なセルの中で、該液晶性マトリックスの異なる好適な方向を有するビクセルを
書き込む。
該液晶性側鎖の面配列は、常に、直線偏光の化学光が有する偏光面に対して垂直
に進行する。
この書き込み過程はガラス転移温度以下で進行する。この情報を該ポリマーのガ
ラス状態で固定し、そして非化学光である直線偏光の多色光でこれを読み取るこ
とができる。
このようにして、ビクセル当たり3つのパラメーター(x−y座標および配向)
を有する可逆的光学的情報の記憶が達成される。
実施例6に従う該記憶媒体が備わっているセルを使用する。直線偏光の化学光が
有する異なる偏光面を用いるか、或は該面配向させた記憶媒体が有する、書き込
み用ビームの偏光面とは異なる面配向を用いて、ビクセルの照射を繰り返すこと
により、異なる記憶状態もしくは配向の間の、光による切り替えを行う。
異なる偏光方向を有する光を用いることで、この書き込んだ情報を重ね書きする
。
重ね書きを繰り返した後、この液晶性ポリマーマトリックスが疲れを生じてきた
場合、これをガラス転移温度以上に短時間加熱することによって、このポリマー
の物理的劣化が克服され、この最後の書き込み情報が保持され得る。
実施例9
光源の強度および照射時間に応じて、この液晶性マトリックスの配向を連続的に
調整する。
このマトリックスの好適な方向が該化学光の偏光面に対して垂直になるまで、こ
の過程が進行する。
このようにして、飽和に及ぶことを含む強度を変化させることにより、画像表示
を行うことが可能である。
偏光面、照射時間および/または照射強度を変化させることにより、この液晶性
マトリックスの面配向が意のままに調節され、そして直線偏光の非化学光である
多色光で読み取られる。
実施例10
実施例6で述べた記憶媒体の代わりに、ポリ−(4−メタアクリロイルオキシヘ
キシレンオキシ鼾安息香酸−4゛−ブトキシアニリドーコーメタアクリロイルオ
キシエチルオキシアゾベンゼン)を用いる。同じ結果が達成される。
国際調査報告
11I+−一−^−#”m”’ PCT/EP9+101437フロントページ
の続き
(81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、 GR,IT、 LU、 NL、 SE)、JP、U
S
(72)発明者 ツアプロ、オラフ
ドイツ連邦共和国オー−1058ベルリン・アールベツカーシュトラーセ20
(72)発明者 クリュツケ、ベルントドイツ連邦共和国オー−4020ハレ・
ケファーシュトラー七6
(72)発明者 クライジヒ、ディータードイツ連邦共和国オー−1100ベル
リン・トレレボルガーシュトラーセ82
(72)発明者 ミュラー、ルツツ
ドイツ連邦共和国オーー1058ベルリン・ラウマーシュトラーセ13
(72)発明者 ハウク、ゲルト
ドイツ連邦共和国オー−1093ベルリン・バルターシュトラーセ80
(72)発明者 コスビヒ、ハシスープイータードイツ連邦共和国オー−119
9ベルリン・フスシュトラーセ32
(72)発明者 リュプナー、ヨアヒムドイツ連邦共和国オー−1055ベルリ
ン・シュトルコバーシュトラーセ30
(72)発明者 ルーマン、ラルフ
ドイツ連邦共和国オーー1144ベルリン・トレンゼシュトラーセ13
Claims (14)
- 1.メソジェニック特性を有する基が、少なくとも1種の水素ブリッジ形成単位 を含んでいることを特徴とするか、或は光誘導されて配座が変化する特性を有す る基が、少なくとも1種のスチルベン残基を含んでいることを特徴とするか、或 は該メソジェニック特性を有する基が、その光誘導されて配座が変化する特性を 有する基を介してポリマーバックボーンに連結していることを特徴とし、ここで 、このポリマーバックボーンがポリメチルシロキサン鎖を含んでおりそしてこの 光誘導されて配座が変化する基がカルボニル−ビニル−フェニル基を含んでいる 、このポリマーのバックボーンに結合している側鎖の少なくとも一部が、光誘導 されて配座が変化する特性を有する少なくとも1種の基を含んでおり、そしてこ れらの側鎖の少なくとも一部が、メソジェニック特性を有する少なくとも1種の 基を含んでいる、少なくとも1種の側鎖ポリマーから成る液晶性ポリマーマトリ ックスを用いた光学記憶媒体。
- 2.該側鎖ポリマーが、下記の式 ▲数式、化学式、表等があります▼(II)[ここで、k+1+m=1であり、 0<k<1であり、そして0.05<m<0.5である]、 または ▲数式、化学式、表等があります▼(III)[ここで、k+1+m=1であり 、0<k<1であり、そしてここで、 A−Bは、該ポリマーの主鎖の繰り返し単位であり、Tは、間隔基であり、 Yは、メソジェニック特性を有する基であり、Zは、光で誘導されて配座が変化 する特性を有する基であり、そしてk、1、mは、各々に対するA−B単位の比 率を決定している]の1つに相当することを特徴とする、請求の範囲1記載の光 学記憶媒体。
- 3.Yで表されるメソジェニック特性を有する基が、水素ブリッジ形成単位とし て、群−CO−NH−、−NH−CO−および−C(R4)=(R4)−CO− NH−[ここで、R4は、H、CH3またはCNを表す]の1つを含んでいるこ とを特徴とする請求の範囲2記載の光学記憶媒体。
- 4.Zで表される光誘導されて配座が変化する特性を有する基が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、R4は、H、CH3またはCNを表す]を有する群を含んでいることを 特徴とする請求の範囲2記載の光学記憶媒体。
- 5.該側鎖ポリマーが、A−Bがポリメチルシロキサンをその主鎖の繰り返し単 位として含んでおり、そしてZで表される光誘導されて配座が変化する特性を有 する基が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ を有する群を含んでいる式3に相当することを特徴とする、請求の範囲2記載の 光学記憶媒体。
- 6.該側鎖ポリマーとして下記の化合物:a)ポリ−(4−メタアクリロイル− オキシ−ヘキシレンオキシ−安息香酸−4′−メトキシアニリド−コ−メタアク リロイルオキシ−ヘキシレンオキシ−アゾベンゼン) b)ポリ−(メタアクリロイルオキシヘキシル−オキシ−4−メトキシ−フェニ ルベンゾエート−コ−メタアクリロイルオキシヘキシルオキシ−4−メトキシス チルベン) c)ポリ−{3[(4−コレステリル)オキシカルボニルビニルフェノキシ]プ ロピル}−メチルシロキサン d)ポリ−{3[(4−プロピルシクロヘキシル)オキシカルボニルビニルフェ ノキシ]プロピル}−メチルシロキサンe)ポリ−{3[(4−n−ヘキシルオ キシフェニルカルボニルオキシ)シクロヘキシルオキシカルボニルビニルフェノ キシ]プロピル}−メチルシロキサン の1つを用いることを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに記載の光学記憶媒 体。
- 7.スピンコーティング、ディッピングまたはキャスティングで製造するか、或 は2枚のガラスの間で該ポリマーを圧縮するか或はそのポリマーをその間に流し 込むことによって製造した請求の範囲1に従う光誘導されて配座が変化する液晶 性側鎖ポリマーの、類結晶形、平面、または巨視的に配向していないフィルムの 中に、情報を書き込むか或は異なる偏光方向を有するヒクセルを書き込み、直線 偏光を用いるか、或は類結晶形配向したフィルムの場合、偏光もしくは非偏光の 化学光を用い、画像領域全体もしくは局所的に、該ポリマーの粘弾性範囲内もし くはガラス転移温度以下で、書き込みを行うことを特徴とし、そし書き込み操作 各々で、該側鎖に含まれている配座が変化する基およびメソジェニック基の配向 が該書き込み光の偏光面に垂直である限り進行するところの、光誘導されて配座 が変化する基の配置を光誘導で変化させることにより、この液晶マトリックス全 体の再配向が生じ、そしてこの光の偏光面を変えることで、類結晶形層が巨視的 に均一に再配向されて平面層が生じそして/または平面層の好適な方向が意のま まに再配向して、好適な面方向を生じることを特徴とする、光誘導されて配座が 変化する液晶性ポリマー類を記憶媒体として用いることによる、液晶性ポリマー 類を光誘導で配向させそして可逆的に光学情報を記憶させる方法。
- 8.該記憶媒体に記憶されている情報を、長波長の非化学光である、好適には直 線偏光の読み取り光を用い、この記憶されている情報を崩壊させることなく、逐 一もしくは地域的に読み取ることを特徴とするか、或はこの液晶性マトリックス の記憶されている情報もしくは配向を、光および/または熱で局所的もしくは地 域的に消去することを特徴とする請求の範囲7記載の方法。
- 9.書き込み、読み取りおよび/または消去過程を繰り返して行うことが可能な ことを特徴とする請求の範囲7および8のいずれかに記載の方法。
- 10.A−Bがポリシロキサン、ポリアクリレートまたはポリメタアクリレート の主鎖繰り返し単位を意味しており、そして光誘導されて配座が変化する特性を 有するZで表す基が、式VIおよびV:▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、QおよびR4は、 a)−COOR6(ここで、R6=C1−C6アルキル、4−アルキルシクロヘ キシル、4−アルキルフェニル、4−アルコキシフェニル、シクロヘキシル−4 −カルボン酸−4′−アルキルフェニルエステル、シクロヘキシル−4−カルボ ン酸−4′−アルキル−シクロヘキシルエステル、コレステリルまたはコレスタ ニルであり、そしてR4=Hである)b)▲数式、化学式、表等があります▼( ここで、R7=H、アルキル、O−アルキル、ハロゲン、CNまたはCF3であ り、そしてR4=H、アルキルまたはCNである)c)R9(ここで、R9=ピ リジルまたはピリミジルであり、そしてR4=Hである)、或は d)▲数式、化学式、表等があります▼(ここで、R7=H、アルキル、O−ア ルキル、ハロゲン、CNまたはCF3であり、そしてR4=Hである)を意味す る]、▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、R7は、H、アルキル、O−アルキル、ハロゲン、CNまたはCF3を 意味する]、 の1つに相当する、式IIおよびIIIの1つを有する、光誘導されて配座が変 化する液晶性ホモーもしくはコポリマー類を、ポリマー状記憶媒体として用いる ことを特徴とする請求の範囲7〜9のいずれかに記載の方法。
- 11.該記憶媒体として、下記の化合物:a)ポリ−(4−メタアクリロイル− オキシ−ヘキシレンオキシ−安息香酸−4′−メトキシアニリド−コ−メタアク リロイルオキシ−ヘキシレンオキシ−アゾベンゼン) b)ポリ−(メタアクリロイルオキシヘキシル−オキシ−4−メトキシ−フェニ ルベンゾエート−コ−メタアクリロイルオキシヘキシルオキシ−4−メトキシス チルベン) c)ポリ−{3[(4−コレステリル)オキシカルボニルビニルフェノキシ]プ ロピル}−メチルシロキサン d)ポリ−{3[(4−プロピルシクロヘキシル)オキシカルボニルビニルフェ ノキシ]プロピル}−メチルシロキサンe)ポリ−{3[(4−n−ヘキシルオ キシフェニルカルボニルオキシ)シクロヘキシルオキシカルボニルビニルフェノ キシ]プロピル}−メチルシロキサン の1つを用いることを特徴とする請求の範囲7〜10のいずれかに記載の方法。
- 12.用いる該側鎖ポリマーが有する光誘導されて配座が変化する基の吸収に該 照射光の波長を適合させ、そして適当で特別な波長に照射することにより、Eと Zの光異性体の間の光固定平衡を高い量子収率および高いZ光異性体比率でセッ トすることを特徴とする請求の範囲7〜11のいずれかに記載の方法。
- 13.異なる好適な方向もしくは記憶状態の間の、繰り返す切り替えを、該光の 異なる偏光面を用いるか、或は該書き込み光の偏光面に対して異なる、面配向し た記憶媒体の配向を用い、該光誘導されて配座が変化する基の光選択を繰り返す ことで達成し、そして情報もしくは配向を補正もしくは重ね書きすることを特徴 とする請求の範囲7〜12のいずれかに記載の方法。
- 14.光誘導配向によって、異なる好適な方向のドメインを有する層からか、或 は巨視的に均一に類結晶形配向した層から、地域的に配向した層、および直線偏 光を用いて、好適な方向を有する地域的に配向した層を生じさせることを特徴と する請求の範囲7〜13のいずれかに記載の方法。
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