JPH08146391A - Optical switching method - Google Patents

Optical switching method

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JPH08146391A
JPH08146391A JP28972294A JP28972294A JPH08146391A JP H08146391 A JPH08146391 A JP H08146391A JP 28972294 A JP28972294 A JP 28972294A JP 28972294 A JP28972294 A JP 28972294A JP H08146391 A JPH08146391 A JP H08146391A
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JP
Japan
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liquid crystal
polymer liquid
light
phase
substrate
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Application number
JP28972294A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomiki Ikeda
富樹 池田
Osamu Tsutsumi
治 堤
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DIC Corp
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Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Abstract

PURPOSE: To provide a polymer liquid crystal having more high-speed responsivity than heretofore by utilizing the change in retardation induced with the photoisomerization due to light irradiation of a layer consisting of a polymer liquid crystal compound that contains mesogen groups having photochromism as its side chains. CONSTITUTION: In this method, the side chains of a polymer liquid crystal are mesogen groups each having a photochromic structure and the polymer liquid crystal shows a liquid crystal phase when the mesogen groups are of trans type. At the time of using such a polymer liquid crystal compound, by irradiating the molecules of the polymer liquid crystal compound oriented on a substrate with light 1 to cause photoisomerization of the mesogen groups from trans to cis type, a phase transition from the liquid crystal phase to an isotropic phase of the polymer liquid crystal compound occurs and thereby, a change in retardation is effected because of the differences of optical properties between the liquid crystal phase and the isotropic phase. By utilizing this change in retardation, the transmission and cutoff of light 2 can be controlled. Since each of the side chains of the polymer liquid crystal compound has a combination of a liquid crystal molecular structure and a photochromic molecular structure, the photoisomerization of each of the molecules of the polymer liquid crystal compound and the liquid crystal phase transition are concurrently induced and the whole system is simultaneously changed to obtain high-speed responsivity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光の作用による液晶の
配向変化を利用した新規な液晶光学素子に関し、更に詳
しくは、偏光板、配向膜を有する透明性の基板上に、ホ
トクロミズムを示すメソゲン基を側鎖に有する高分子液
晶化合物を含有する液晶組成物、又は、ホトクロミズム
を示すメソゲン基を側鎖として有する高分子液晶化合物
の薄膜層を設け、読み出し光を書き込み光でスイッチさ
せることが可能な液晶光学素子及び光情報記録媒体に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel liquid crystal optical element utilizing the change in the alignment of liquid crystal due to the action of light, and more specifically, it provides photochromism on a transparent substrate having a polarizing plate and an alignment film. A liquid crystal composition containing a polymer liquid crystal compound having a mesogenic group shown in the side chain or a thin film layer of a polymer liquid crystal compound having a mesogenic group showing photochromism as a side chain is provided, and reading light is switched by writing light. The present invention relates to a liquid crystal optical element and an optical information recording medium that can be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶材料を用いる液晶光学素子及び記録
媒体としては、透明性電極層を有する2枚の透明性基板
の間に液晶材料を挟み込んで電気的な作用による液晶配
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情報を保存して消
去するものとがあるが、前者は主として表示用に用いら
れ、後者は主として光記録に利用される。
2. Description of the Related Art As a liquid crystal optical element and a recording medium using a liquid crystal material, a liquid crystal material is sandwiched between two transparent substrates each having a transparent electrode layer and a change in liquid crystal orientation due to an electrical action is utilized. There is a method of storing and erasing information by utilizing the phase change and orientation change of liquid crystal caused by the action of light. The former is mainly used for display and the latter is mainly used for optical recording. .

【0003】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率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(S
*相)において、液晶配向変化の双安定性及び電界の
強さによる複屈折率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
て表示させるもの等が知られている。更に、これらの液
晶相にゲストとして色素を添加して電界による液晶配向
変化に伴う2色性変化を利用して情報を表示させるゲス
トホスト型がある。
The former liquid crystal optical element by electric action uses (1) changes in birefringence, optical rotatory power, and light scattering due to the strength of an electric field in the nematic phase (N phase) of liquid crystal for display. , (2) Chiral smectic C phase (S
In the (c * phase), bistability of liquid crystal orientation change and change in birefringence due to electric field strength are used for display,
(3) Phase transition in cholesteric phase (Ch phase)-
It is known that light scattering or phase transition-birefringence change is controlled by the strength of an electric field for display. Further, there is a guest-host type in which a dye is added as a guest to these liquid crystal phases to display information by utilizing the dichroic change accompanying the liquid crystal alignment change by the electric field.

【0004】他方、光の作用により引き起こされる液晶
の相変化あるいは配向変化を利用して情報を保存して消
去できるものとしては、例えば、低分子もしくは高分子
ネマチック液晶にアゾベンゼンのようなホトクロミック
化合物を溶解させ、そのホトクロミズムに誘起される液
晶の相変化を利用したもの(「オプトニュース(OPTONE
WS)」,1993年第3号第16ページ参照)、ホトク
ロミック化合物を基板面に結合させネマチック液晶素子
として、そのホトクロミズムに誘起される液晶配向変化
を利用するもの(川西、市村、日本写真学会誌、第52
巻第413ページ(1989年) 参照)等が知られて
いる。
[0004] On the other hand, examples of the information that can be stored and erased by utilizing the phase change or orientation change of the liquid crystal caused by the action of light include, for example, a photochromic compound such as azobenzene in a low molecular weight or high molecular weight nematic liquid crystal. That utilizes the phase change of the liquid crystal induced by the photochromism (“OPTONES (OPTONE
WS) ”, No. 3, 1993, p. 16), which uses a photochromic compound-induced liquid crystal alignment change as a nematic liquid crystal element by bonding a photochromic compound to the substrate surface (Kawanishi, Ichimura, Japan). Journal of the Photographic Society, 52nd
Vol. 413 (1989)) and the like are known.

【0005】また、特開平5−51584号公報及び
「ネイチャー(NATURE)」(第361号1993年2月
4日発行)に記載されている偏光板、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ホトクロミック化
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ホトクロミック化
合物を光異性化させて液晶分子配向変化を誘起させ、こ
の液晶配向変化を利用して、光で情報を書き込み記録さ
せるものがある。
Further, two sheets having a polarizing plate, a transparent electrode layer and an alignment film described in JP-A-5-51584 and "NATURE" (No. 361, issued on February 4, 1993). By applying an electric field to the liquid crystal optical element in which the ferroelectric liquid crystal containing the photochromic compound is interposed between the transparent substrates, the polarization of the liquid crystal molecules is aligned in the same direction, and then the reverse electric field below the coercive field is applied. There is a method in which the photochromic compound contained in the photochromic compound is photo-isomerized to induce a change in the alignment of liquid crystal molecules by applying light while applying, and the change in the alignment of the liquid crystal is used to write and record information by light.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の液晶光学素子
は、電極間においてのみ配向変化が可能であることか
ら、電極の大きさ形状により表示容量及び解像度は制約
を受ける。一方、光書込による記録方法では電界による
配向変化ではないため、電極の形状等による表示容量及
び解像度の制約は受けない。一方、低分子もしくは高分
子ネマチック液晶にアゾベンゼンのようなホトクロミッ
ク化合物を溶解させ、そのホトクロミズムに誘起される
液晶の相変化を利用して情報を記録する方式や、ホトク
ロミック化合物を基板面に結合させ、基板面のホトクロ
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、そのホトクロミズムに誘起される液晶配向変化を利
用するものであって、ホトクロミック化合物をゲストと
して使用し、照射された光により溶解しているホトクロ
ミック化合物又は基板面に結合しているホトクロミック
化合物が光異性化を起こし、このゲスト分子の形態変化
が伝播して系全体の相構造を誘起するという現象を利用
して光の透過−遮断等を行なうものである。
Since the conventional liquid crystal optical element can change the orientation only between the electrodes, the display capacity and the resolution are limited by the size and shape of the electrodes. On the other hand, in the recording method by optical writing, since the orientation is not changed by the electric field, the display capacity and the resolution are not restricted by the shape of the electrodes and the like. On the other hand, a photochromic compound such as azobenzene is dissolved in a low molecular weight or high molecular weight nematic liquid crystal, and a method of recording information by utilizing the phase change of the liquid crystal induced by the photochromism, or a photochromic compound on the substrate surface The method of recording by inducing a change in liquid crystal orientation by photochromism of the substrate surface by utilizing the photochromic compound-induced change in liquid crystal orientation uses a photochromic compound as a guest and is irradiated. The photochromic compound dissolved by light or the photochromic compound bound to the substrate surface undergoes photoisomerization, and the morphological change of this guest molecule propagates to induce the phase structure of the entire system. Then, the transmission / blocking of light is performed.

【0007】しかしながら、この方式では、系全体へ相
構造の変化を誘起させるための時間が必要で応答時間が
数十ミリ秒〜数百ミリ秒と遅く、高速での情報処理には
適さないという欠点を有していた。そこで、本発明者ら
は、特願平6−150941号において、液晶分子自身
に液晶応答性を付与した液晶性を示すホトクロミック液
晶化合物を含む液晶組成物を用いることにより、光異性
化による相構造変化を誘起して系全体の相構造変化を同
時に誘起させて、高速情報処理を得る方法を提案した
が、この方法では、特に、動作温度が高い場合に、光異
性化による相構造変化誘起後、数十秒で可逆的に元の状
態に戻り、光異性化による相構造変化を長期間保持させ
るには不向きであった。
However, this method requires a time for inducing a change in the phase structure in the entire system and has a slow response time of several tens of milliseconds to several hundreds of milliseconds, which is not suitable for high-speed information processing. It had drawbacks. Therefore, the inventors of the present invention, in Japanese Patent Application No. 6-150941, use a liquid crystal composition containing a photochromic liquid crystal compound exhibiting liquid crystallinity in which liquid crystal molecules themselves are provided with liquid crystal responsiveness. We have proposed a method to induce high-speed information processing by inducing a structural change in the entire system at the same time, and in this method, in particular, when the operating temperature is high, the phase structural change induced by photoisomerization is induced. After that, it reversibly returned to its original state in a few tens of seconds, and it was not suitable for maintaining the phase structure change due to photoisomerization for a long period of time.

【0008】本発明が解決しようとする課題は、高分子
液晶においても従来にない数百μ秒以下の高速応答が得
られ、書き込み光で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を長期間保存で
き、高温で情報消去が可能で、繰り返し書き込み及び消
去が可能な光スイッチング方法を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to obtain a high-speed response of several hundred microseconds or less, which is not possible even in a polymer liquid crystal, and to perform a switching operation of the reading light by the writing light. It is an object of the present invention to provide an optical switching method capable of storing data for a long time, erasing information at high temperature, and capable of repeatedly writing and erasing.

【0009】[0009]

【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、光による液晶の相変化を利用した液晶
光学素子について鋭意研究を重ねた結果、液晶分子自身
に光応答性を付与したホトクロミズムを示すメソゲン基
を側鎖として有する高分子液晶化合物を用いることによ
り、各側鎖のメソゲン基を光1(書き込み光)の照射に
よる立体構造変化を同時に誘起させて系全体の相構造を
変化させることで高速応答の前記メソゲン基の形態変化
に伴う配向変化をもたらし、 レターデーション(retar
dation)が高速で変化して、光2の透過光量を変化させ
ることのできる光応答性液晶光学素子を見い出し、本発
明を完成するに至った。
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have conducted extensive studies on a liquid crystal optical element utilizing the phase change of liquid crystal by light, and as a result, have found that the liquid crystal molecules themselves have photoresponsiveness. By using a polymer liquid crystal compound having an added mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain, the mesogenic group of each side chain is simultaneously induced to undergo a three-dimensional structure change by irradiation with light 1 (writing light), and the phase of the entire system is induced. By changing the structure, the orientation of the mesogenic group with a fast response is changed and the retardation (retar
The present invention has been completed by finding a photoresponsive liquid crystal optical element capable of changing the transmitted light amount of the light 2 by changing the dation) at a high speed.

【0010】即ち、本発明は上記課題を解決するため
に、(1)配向処理された基板上に設けられたホトクロ
ミズムを示すメソゲン基を側鎖とする高分子液晶化合物
からなる層に光を照射して起こる光異性化により誘発さ
れるレターデーションの変化を利用する光スイッチング
方法、及び(2)配向処理された基板上に設けられたホ
トクロミズムを示すメソゲン基を側鎖とする高分子液晶
化合物を含む液晶組成物からなる層に光を照射して起こ
る光異性化により誘発されるレターデーションの変化を
利用する光スイッチング方法を提供する。
That is, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention (1) applies light to a layer made of a polymer liquid crystal compound having a mesogenic group having photochromism as a side chain, which is provided on an alignment-treated substrate. A photoswitching method utilizing a change in retardation induced by photoisomerization caused by irradiation, and (2) a polymer liquid crystal having photochromism-provided mesogenic groups as side chains provided on an alignment-treated substrate. Provided is an optical switching method utilizing a change in retardation induced by photoisomerization caused by irradiating a layer composed of a liquid crystal composition containing a compound with light.

【0011】一般に、側鎖型高分子液晶は、側鎖として
のメソゲン基の一端が主鎖に固定されメソゲン基の運動
性が低下しているため、電界応答性は極めて悪いことが
知られている。しかしながら、液晶性を示す高分子液晶
にゲスト分子としてホトクロミック化合物を数%添加し
た場合は、光を照射によるホトクロミック化合物の光異
性化に伴い、液晶相は等方相へ50ミリ秒〜数百ミリ秒
の応答で電界に対する応答に比べ高速で変化する。又、
低分子液晶組成物にゲスト分子としてホトクロミック化
合物を数%添加した場合は、光を照射すると液晶相は同
様な速度で等方相へ相転移する。このことは、メソゲン
基が高分子の主鎖で固定され、運動性が著しく低下して
いても光異性化による液晶相転移はメソゲン基の運動性
には大きく影響されず、低分子液晶と同様の応答性が得
られることから、側鎖型高分子液晶のメソゲン基にホト
クロミック構造体を導入すれば特願平6−150941
号の記載内容の低分子液晶化合物にホトクロミック構造
体を導入した場合と同様の数百μ秒の液晶相転移速度が
得られる。
In general, side chain type polymer liquid crystals are known to have extremely poor electric field response because one end of a mesogen group as a side chain is fixed to the main chain and the mobility of the mesogen group is reduced. There is. However, when a few percent of a photochromic compound as a guest molecule is added to a polymer liquid crystal exhibiting liquid crystallinity, the liquid crystal phase is converted to an isotropic phase from 50 milliseconds to several minutes due to photoisomerization of the photochromic compound by irradiation with light. The response of 100 milliseconds changes faster than the response to the electric field. or,
When a few% of the photochromic compound is added as a guest molecule to the low-molecular liquid crystal composition, the liquid crystal phase undergoes a phase transition to an isotropic phase at a similar rate when irradiated with light. This means that the liquid crystal phase transition due to photoisomerization is not significantly affected by the mobility of the mesogen group even if the mesogen group is fixed on the main chain of the polymer and the mobility is significantly reduced. Since a photochromic structure is introduced into the mesogenic group of the side-chain type polymer liquid crystal, Japanese Patent Application No. 6-150941 can be used.
The liquid crystal phase transition rate of several hundred microseconds can be obtained, which is similar to the case where the photochromic structure is introduced into the low-molecular liquid crystal compound described in No.

【0012】一方、液晶相から等方相の相転移後の等方
相の保持特性を比較すると、低分子液晶では、光異性化
による液晶相からの等方相転移後の保持特性は熱に対し
て不安定な場合があり、数十秒〜数分で可逆的に元の液
晶相に転移していまい、光書き込み記録媒体等の用途に
は不適当な場合がある。側鎖型高分子液晶では、ガラス
転移点Tgが常温より高い場合は、Tg以上の温度にお
いて液晶相へ光1で情報を書き込み等方相へ相転移さ
せ、情報を保存する際には、常温に戻して、Tg以下と
することにより、メソゲン基は凍結され、書き込んだ情
報を長期間保存することができる。又、Tgが室温以下
の場合でも、配向処理等で一定方向に配向されたメソゲ
ン基が光1で情報を書き込むことにより、メソゲン基は
光異性化により等方相へ相転移させることができるが、
メソゲン基の光異性化は熱的に不安定でトランスからシ
スへ可逆的に戻っても、側鎖型高分子液晶であるためメ
ソゲン基の一端が高分子主鎖に固定され、運動性の制限
を受けており、光1(書き込み光)の照射前の配向状態
には復帰できず、書き込まれた部分の配向状態がランダ
ムであり、既に配向されている状態と異なるため情報を
長期間保存することができる。何れも、情報を消去して
再び書き込む場合は、高温に加熱してメソゲン基の運動
性を高め、配向膜等や配向処理等で一定方向へメソゲン
基を配向させてメソゲン基を配向させることにより情報
の消去が可能であり、記録媒体として再使用できる。
On the other hand, when comparing the retention characteristics of the isotropic phase after the phase transition from the liquid crystal phase to the isotropic phase, the retention characteristics after the isotropic phase transition from the liquid crystal phase due to photoisomerization are thermally changed in the low-molecular liquid crystal. On the other hand, it may be unstable and may reversibly transition to the original liquid crystal phase in a few tens of seconds to a few minutes, which may be unsuitable for applications such as an optical writing recording medium. In the side chain type polymer liquid crystal, when the glass transition point Tg is higher than room temperature, at the temperature of Tg or higher, the information is written into the liquid crystal phase with light 1 and the phase transitions to the isotropic phase. By setting the Tg to Tg or less, the mesogen group is frozen, and the written information can be stored for a long time. Further, even when Tg is lower than room temperature, the mesogenic group oriented in a certain direction by the orientation treatment or the like writes information by light 1, so that the mesogenic group can undergo a phase transition to an isotropic phase by photoisomerization. ,
Photoisomerization of mesogenic groups is thermally unstable, and even when reversible from trans to cis reversibly, one side of the mesogenic groups is fixed to the polymer main chain because of the side chain type polymer liquid crystal, which limits mobility. Therefore, the orientation state before the irradiation of the light 1 (writing light) cannot be restored, and the orientation state of the written portion is random, and the information is stored for a long time because it is different from the already oriented state. be able to. In any case, when erasing information and writing again, heating to a high temperature enhances the mobility of the mesogen group, and by orienting the mesogen group in a certain direction by an alignment film or alignment treatment, the mesogen group is aligned. Information can be erased and can be reused as a recording medium.

【0013】本発明で使用するホトクロミズムを示す高
分子液晶は、分子構造の一部に光応答性を付与したホト
クロミズムを示すメソゲン基を側鎖とする高分子液晶化
合物であって、メソゲン基の分子構造の一部が、光の作
用によって可逆的にシス体−トランス体に変化するもの
であればよい。メソゲン基の分子構造は、分子のコア部
分において二つの環構造基が中央結合基を介して結合さ
れ、その両端の一方に末端基が結合され、その他方には
高分子液晶の主鎖との間にスペーサーとしてのメチレン
基等で結合されている。
The polymer liquid crystal exhibiting photochromism used in the present invention is a polymer liquid crystal compound having a side chain of a mesogenic group exhibiting photochromism in which a photoresponsive property is imparted to a part of the molecular structure. It suffices that a part of the molecular structure of is reversibly changed to cis-trans form by the action of light. The molecular structure of the mesogen group is such that two ring structure groups are bonded to each other through a central bonding group in the core part of the molecule, an end group is bonded to one of both ends thereof, and the other is connected to the main chain of the polymer liquid crystal. A spacer such as a methylene group is bonded between them.

【0014】二つの環構造としては、例えば、パラフェ
ニレン、縮環、ヘテロ環、非六員環、飽和環、複素環な
どが挙げられ、これらの環構造には、ハロゲン、メチレ
ン基、シアノ基などの置換基等を有していても良い。
Examples of the two ring structures include paraphenylene, condensed ring, heterocyclic ring, non-six-membered ring, saturated ring and heterocyclic ring. These ring structures include halogen, methylene group and cyano group. It may have a substituent such as

【0015】中央結合基としては、例えば、三重結合、
二重結合、単結合、エステル結合等が挙げられる。末端
基としては、例えば、アルキル基などの電子供与性の
基、ハロゲンやシアノ基などの電子吸引性の基、不斉炭
素、分岐炭素鎖等が挙げられる。
The central bonding group is, for example, a triple bond,
A double bond, a single bond, an ester bond, etc. are mentioned. Examples of the terminal group include an electron donating group such as an alkyl group, an electron withdrawing group such as a halogen or a cyano group, an asymmetric carbon, and a branched carbon chain.

【0016】ホトクロミック構造は、例えば、光幾何異
性化反応を誘起するアゾベンゼン、スチルベン、インジ
ゴあるいはチオインジゴなどの構造を有し、更に、光電
子で開環化反応を起こすスピロピラン、スピロオキサジ
ン、フルキドなどの構造を有しても良い。そして、これ
らのホトクロミズムを示す分子構造体を、メソゲン基に
おける分子構造の末端基の一方又は中央結合基に結合さ
せ、これらの末端基及び中央基のホトクロミズムを示す
分子構造体がシス体又はトランス体において、分子全体
の立体構造が棒状を示すことにより液晶性を得ることが
できる。更に、メソゲン基の分子構造の末端基の他方
に、スペーサーとして、例えば、アルキレン基[−(−
CH2−)n−]又はアルキレンオキシ基[−(−CH2
−)n−O−]等の結合基を導入し、前記スペーサーの
炭素数の長さを調整して、所望の液晶相の種類及び液晶
相の相系列、温度範囲を得ることができる。高分子液晶
の前駆体においては、前記アルキレン基[−(−CH2
−)n−]又はアルキレンオキシ基[−(−CH2−)n
−O−]は結合基を介して官能基と結ばれている。前記
結合基は、例えば、エーテル基、ウレタン基、エステル
基、などが挙げられる。
The photochromic structure has, for example, a structure such as azobenzene, stilbene, indigo or thioindigo which induces a photogeometric isomerization reaction, and further includes spiropyran, spirooxazine, fluked and the like which cause a ring opening reaction by photoelectrons. It may have a structure. Then, the molecular structure exhibiting these photochromisms is bonded to one of the terminal groups of the molecular structure in the mesogenic group or the central bonding group, and the molecular structure exhibiting the photochromism of these terminal groups and the central group is cis or In the trans form, liquid crystallinity can be obtained by the rod-shaped three-dimensional structure of the entire molecule. Further, as the spacer on the other end of the molecular structure of the mesogen group, for example, an alkylene group [-(-
CH 2 -) n -] or alkylene group [- (- CH 2
-) N- O-] or the like is introduced, and the length of the carbon number of the spacer is adjusted to obtain a desired type of liquid crystal phase, phase sequence of liquid crystal phase, and temperature range. In the polymer liquid crystal precursor, the alkylene group [-(-CH 2
-) n -] or alkylene group [- (- CH 2 -) n
-O-] is linked to the functional group via a bonding group. Examples of the bonding group include an ether group, a urethane group, an ester group, and the like.

【0017】更に、本発明に使用するホトクロミズムを
示すメソゲン基を側鎖とする高分子液晶化合物は、例え
ば、(1)異なる構造のメソゲン基を有する側鎖型高分
子の前駆体を混合して架橋させる方法で得られる高分子
液晶化合物、(2)同一構造の側鎖型高分子液晶の前駆
体のみを架橋させて得られる高分子液晶化合物、(3)
メソゲン基を有していない高分子の前駆体とを混合して
架橋させて得られる高分子液晶化合物、等が挙げられ
る。また、高分子液晶化合物から成る組成物を使用して
も良い。例えば、異なる種類のホトクロミズムを示すメ
ソゲン基を有する高分子液晶化合物の組成物、低分子液
晶組成物を含むホトクロミズムを示すメソゲン基を有す
る高分子液晶化合物からなる組成物、等が挙げられる。
液晶光学素子の使用目的や、所望の液晶相、所望のガラ
ス転移点Tg、液晶相の相系列及び所望の液晶相の温度
範囲等の調整を目的として、上記方法を選択することが
できる。例えば、(1)ホトクロミズムを示す側鎖型高
分子液晶に低Tgを示す高分子前駆体を添加して、得ら
れる組成物のTgを調整する方法、(2)低分子液晶組
成物を含むホトクロミズムを示す側鎖型高分子液晶組成
物、及び(3)ホトクロミズムを示すメソゲン基を有す
る側鎖型高分子液晶化合物とホトクロミズムを示さない
メソゲン基を側鎖とする高分子液晶化合物との組成物
は、組成物中のホトクロミズムを示すメソゲン基を有す
る高分子液晶化合物の含有量を減らして所望の液晶相の
温度範囲を広げた場合、光1に対する感度、及び、光2
に対するスイッチングの応答速度が遅くなる傾向が挙げ
られ、温度範囲を重視して使用する場合や、応答速度を
重視する場合などで添加量を調整して使用目的を満足さ
せることができる。
Further, the polymer liquid crystal compound having a mesogenic group having photochromism as a side chain used in the present invention is, for example, (1) a precursor of a side chain type polymer having mesogenic groups having different structures is mixed. And (2) a polymer liquid crystal compound obtained by cross-linking only a precursor of a side chain polymer liquid crystal having the same structure, (3)
Examples thereof include a polymer liquid crystal compound obtained by mixing and cross-linking with a polymer precursor having no mesogen group. Further, a composition composed of a polymer liquid crystal compound may be used. For example, a composition of a polymer liquid crystal compound having a mesogen group exhibiting different types of photochromism, a composition comprising a polymer liquid crystal compound having a mesogen group exhibiting a photochromism including a low molecular weight liquid crystal composition, and the like can be mentioned.
The above method can be selected for the purpose of using the liquid crystal optical element, the desired liquid crystal phase, the desired glass transition point Tg, the phase sequence of the liquid crystal phase, the temperature range of the desired liquid crystal phase, and the like. For example, (1) a method of adjusting the Tg of the resulting composition by adding a polymer precursor having a low Tg to a side chain type polymer liquid crystal exhibiting photochromism, and (2) including a low molecular weight liquid crystal composition A side chain type polymer liquid crystal composition exhibiting photochromism, and (3) a side chain type polymer liquid crystal compound having a mesogen group exhibiting photochromism and a polymer liquid crystal compound having a mesogen group not exhibiting photochromism as a side chain. When the content of the polymer liquid crystal compound having a mesogenic group exhibiting photochromism in the composition is reduced to widen the temperature range of a desired liquid crystal phase, the composition of Example 1 has sensitivity to light 1 and light 2
There is a tendency for the response speed of switching to become slower, and when the temperature range is emphasized for use, or when the response speed is emphasized, the addition amount can be adjusted to satisfy the purpose of use.

【0018】該組成物に含まれるホトクロミズムを示す
メソゲン基を側鎖とする側鎖型高分子液晶は、組成物中
に50〜100重量%の範囲が好ましい。
The side chain type polymer liquid crystal having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain contained in the composition is preferably in the range of 50 to 100% by weight in the composition.

【0019】本発明に用いられる所望の液晶相は、ネマ
チック相、コレステリック相、スメクチック相等が好ま
しい。スメクチック相において光スイッチ動作を行なう
には、液晶相の相系列が、高温側から、等方相→ネマチ
ック相、又は、コレステリック相→スメクチック相であ
る材料を使用することが好ましい。
The desired liquid crystal phase used in the present invention is preferably a nematic phase, a cholesteric phase, a smectic phase or the like. In order to perform the optical switching operation in the smectic phase, it is preferable to use a material in which the phase sequence of the liquid crystal phase is an isotropic phase → nematic phase or a cholesteric phase → smectic phase from the high temperature side.

【0020】ホトクロミック分子構造を有するメソゲン
基を側鎖とする高分子液晶化合物のうち、ネマチック相
を示すメソゲン基の例を以下に掲げる。なお、液晶分子
の末端基に不斉炭素を有するメソゲン基はコレステリッ
ク相を示す。
Among polymer liquid crystal compounds having a mesogenic group having a photochromic molecular structure as a side chain, examples of a mesogenic group exhibiting a nematic phase are listed below. A mesogenic group having an asymmetric carbon at the terminal group of liquid crystal molecules exhibits a cholesteric phase.

【0021】[0021]

【化1】 Embedded image

【0022】[0022]

【化2】 Embedded image

【0023】また、ホトクロミック分子構造を有するメ
ソゲン基を側鎖とする高分子液晶化合物のうち、スメク
チック相を示すメソゲン基の例を以下に掲げる。
Among the polymer liquid crystal compounds having a mesogenic group having a photochromic molecular structure as a side chain, examples of mesogenic groups exhibiting a smectic phase are listed below.

【0024】[0024]

【化3】 Embedded image

【0025】液晶相の所望の温度範囲及び所望の液晶相
は、少なくとも室温付近に得られることが好ましい。
The desired temperature range of the liquid crystal phase and the desired liquid crystal phase are preferably obtained at least near room temperature.

【0026】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、ホトクロミズムを示すメソゲン基を側鎖
とする高分子液晶化合物又はこれらの高分子液晶化合物
を含有する組成物から成り、一般的な配向手段を用いて
ホトクロミズムを示すメソゲン基及び組成物中のメソゲ
ン基を配向させて該高分子液晶層の薄膜を形成すれば良
く、該高分子液晶化合物の前駆体において液晶性を示す
場合は、前駆体の薄膜を形成した後、重合させることに
より該高分子液晶層の薄膜を形成することができる。
又、前駆体が液晶性を示さない場合は、前駆体を付加反
応や付加重合させて、該高分子液晶化合物又は組成物を
得た後に、該高分子液晶化合物又は組成物を溶媒に溶解
させた溶液を調製し、この溶液を薄膜状に塗布してメソ
ゲン基を配向させ、乾燥させて薄膜を形成させることも
できる。
The liquid crystal optical element used in the optical switching method of the present invention is composed of a polymer liquid crystal compound having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain or a composition containing these polymer liquid crystal compounds. A thin film of the polymer liquid crystal layer may be formed by orienting the mesogen group exhibiting photochromism and the mesogen group in the composition by using an aligning means. When the precursor of the polymer liquid crystal compound exhibits liquid crystallinity, After forming a thin film of the precursor, the thin film of the polymer liquid crystal layer can be formed by polymerizing.
When the precursor does not show liquid crystallinity, the precursor is subjected to addition reaction or addition polymerization to obtain the polymer liquid crystal compound or composition, and then the polymer liquid crystal compound or composition is dissolved in a solvent. It is also possible to prepare a solution, apply the solution in the form of a thin film to orient the mesogenic groups, and dry the solution to form a thin film.

【0027】該基板上の液晶相の薄膜形成手段として
は、例えば、前駆体が液晶性を示す場合、(1)配向膜
を有する二枚の基板間に、液晶層の厚みを調節するため
のスペーサを介在させた後、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ホト
クロミック高分子液晶化合物の前駆体を充填する方法、
(2)一枚の該基板上に該化合物の前駆体を滴下する方
法、又、スピンコート、バーコート及びロールコート等
で所望の膜厚の薄膜を一枚の該基板上に形成する方法、
(3)ディッピング方法により一枚の該基板上に形成す
る方法が挙げられる。前駆体が液晶性を示さない場合
は、上記の薄膜形成方法のうち、(2)及び(3)の方
法で薄膜を形成した後、該前駆体を付加反応や付加重合
方法で該高分子液晶相薄膜を形成させる方法が挙げられ
る。
Means for forming a thin film of a liquid crystal phase on the substrate include, for example, (1) for adjusting the thickness of a liquid crystal layer between two substrates having an alignment film when the precursor exhibits liquid crystallinity. After interposing a spacer, by sealing other than the injection port, a method of filling the precursor of the photochromic polymer liquid crystal compound into a desired gap distance by a vacuum injection method or the like,
(2) A method of dropping the precursor of the compound on one substrate, or a method of forming a thin film having a desired film thickness on one substrate by spin coating, bar coating, roll coating, or the like.
(3) A method of forming on one substrate by a dipping method can be mentioned. When the precursor does not exhibit liquid crystallinity, a thin film is formed by the methods (2) and (3) of the above thin film forming methods, and then the precursor is added to the polymer liquid crystal by an addition reaction or an addition polymerization method. The method of forming a phase thin film is mentioned.

【0028】本配向手段としては、例えば、(1)平滑
なガラス基板上に高分子配向膜として、ポリビニールア
ルコール、ポリイミド等のモノマー及び/又はオリゴマ
ーなどを塗布し、硬化させた後、ラビング処理を行い、
配向膜を形成する。その際、少なくとも片側の基板に配
向処理した配向膜を有しており一軸配向が得られれば良
い。更に、他の配向膜として(2)SiOの斜方蒸着
膜、(3)高分子のLB膜等が使用できる。
Examples of the orientation means include (1) a polymer orientation film coated on a smooth glass substrate with monomers and / or oligomers such as polyvinyl alcohol and polyimide, and cured, and then rubbed. And then
An alignment film is formed. At that time, it is sufficient that at least one of the substrates has an alignment film subjected to an alignment treatment and uniaxial alignment is obtained. Further, as other alignment films, (2) oblique vapor deposition film of SiO, (3) polymer LB film, etc. can be used.

【0029】ホトクロミズムを示すメソゲン基を側鎖と
する高分子液晶化合物は、これらの配向手段を有する該
基板上に、300nm以下の範囲の厚さの液晶相の薄膜を
形成させることが好ましい。
It is preferable that the polymer liquid crystal compound having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain has a thin film of a liquid crystal phase having a thickness of 300 nm or less formed on the substrate having these alignment means.

【0030】薄膜形成後は、保護カバーとして薄膜の上
にもう一枚の基板を配置させることができる。新たに配
置する基板は、硝子などの固い基板でも高分子フィルム
等の柔らかいものでも良く、配向膜を有しても良い。
又、基板及び該高分子液晶相薄膜全体を高分子フィルム
でラミネートとしても良い。
After forming the thin film, another substrate can be placed on the thin film as a protective cover. The newly arranged substrate may be a hard substrate such as glass or a soft substrate such as a polymer film, or may have an alignment film.
The substrate and the entire polymer liquid crystal phase thin film may be laminated with a polymer film.

【0031】本発明の光スイッチング方法の特徴は、側
鎖型高分子液晶化合物において側鎖としてのホトクロミ
ズムを示すメソゲン基が可逆的なシス体−トランス体の
光異性化で引き起こされる液晶相転移によるレターデー
ションの変化を利用して光の透過遮断を制御できること
にあり、該高分子液晶化合物の側鎖は液晶分子構造とホ
トクロミック分子構造が結合しているので、各分子の光
異性化と同時に液晶相転移が誘起され、系全体が一度に
変化して高速応答性が得られることにある。
The optical switching method of the present invention is characterized by a liquid crystal phase transition in which a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain in a side-chain type polymer liquid crystal compound is caused by reversible cis-trans photoisomerization. It is possible to control the blocking of light transmission by utilizing the change in retardation due to, and since the liquid crystal molecular structure and the photochromic molecular structure are bonded to the side chain of the polymer liquid crystal compound, the photoisomerization of each molecule At the same time, a liquid crystal phase transition is induced, and the entire system changes at once to obtain high-speed response.

【0032】例えば、図1に示したように、該高分子液
晶の側鎖がホトクロミック構造体を有するメソゲン基が
トランス体で液晶相を示す場合、基板上に配向した該高
分子液晶化合物に光1を照射して、シス体に光異性化を
引き起こすことにより、液晶相から等方相に相転移が起
こる。図3に示したように、液晶相と等方相との間では
光学的性質が異なり、レターデーションが変化するた
め、この光学的変化を利用して、偏光子及び位相板等を
用いて光2を透過又は遮断させることができる。
For example, as shown in FIG. 1, when the side chain of the polymer liquid crystal has a mesogen group having a photochromic structure and shows a liquid crystal phase in the trans form, the polymer liquid crystal compound aligned on the substrate is Irradiation with light 1 causes photoisomerization in the cis isomer to cause a phase transition from the liquid crystal phase to the isotropic phase. As shown in FIG. 3, the optical properties are different between the liquid crystal phase and the isotropic phase, and the retardation changes. Therefore, by utilizing this optical change, the optical characteristics are changed by using a polarizer and a phase plate. 2 can be transmitted or blocked.

【0033】レターデーションの変化により光2を透過
又は遮断させるためには、二個の偏光子が互いに直交す
る場合、薄膜の液晶相を有する基板の両側に配置して、
一方の偏光子の偏光方向に対して液晶性を示す高分子液
晶の側鎖のホトクロミズムを示すメソゲン基の配向方向
を45度になるように配置する。該メソゲン基が液晶相
の場合、光2は透過し、液晶相が光1により誘起される
相転移で等方相に変化すると光2は遮断される。該メソ
ゲン基がコレステリック液晶相の場合、グランジャー又
はプレーナ配向が得られ、入射した直線偏光は旋光性に
より偏光方向が回転し、回転した光と出射側の偏光板と
直交している場合、光2を遮断することができる。この
状態に光1を照射すると、該化合物は光異性化に伴う光
相転移により等方相へ変化し、旋光性が失われる結果、
入射した直線偏光は、もう一方の偏光子を透過するた
め、光2は遮光状態から透過状態に変わり、光スイッチ
として動作する。
In order to transmit or block the light 2 depending on the change in retardation, when two polarizers are orthogonal to each other, they are arranged on both sides of a substrate having a thin film liquid crystal phase,
It is arranged so that the orientation direction of the mesogenic group showing the photochromism of the side chain of the polymer liquid crystal exhibiting liquid crystallinity with respect to the polarization direction of one of the polarizers is 45 degrees. When the mesogenic group is in the liquid crystal phase, the light 2 is transmitted, and when the liquid crystal phase changes to the isotropic phase due to the phase transition induced by the light 1, the light 2 is blocked. When the mesogenic group is a cholesteric liquid crystal phase, a Granger or planar orientation is obtained, the polarization direction of the incident linearly polarized light is rotated by the optical rotatory power, and when the rotated light and the polarizing plate on the exit side are orthogonal, 2 can be cut off. When this state is irradiated with light 1, the compound changes to an isotropic phase due to a photophase transition associated with photoisomerization, resulting in loss of optical activity.
Since the incident linearly polarized light passes through the other polarizer, the light 2 changes from the light blocking state to the light transmitting state and operates as an optical switch.

【0034】更に、リターデーションはメソゲンの光学
異方性Δnと薄膜の高分子液晶相の厚さdの積で表され
るから、dを調整することにより、リターデーションを
変化させることができ、光2が白色光の場合は、必要に
応じて、光2の透過光の複屈折色の色相を変化させて、
複屈折色による光2の透過と等方相による光2の遮断と
で光スイッチさせることもできる。光2が単色光におい
ては、素子に入射する光の強度Io、 単色光の波長λ、
レターデーションRとすると光2の透過光強度Iは、式
Further, since the retardation is represented by the product of the optical anisotropy Δn of mesogen and the thickness d of the polymer liquid crystal phase of the thin film, the retardation can be changed by adjusting d, When the light 2 is white light, the hue of the birefringent color of the transmitted light of the light 2 is changed as necessary,
It is also possible to perform optical switching by transmitting the light 2 due to the birefringent color and blocking the light 2 due to the isotropic phase. When the light 2 is monochromatic light, the intensity I o of light incident on the element, the wavelength λ of monochromatic light,
When the retardation is R, the transmitted light intensity I of light 2 is

【0035】[0035]

【数1】I=Iosin2(πR/λ)## EQU1 ## I = I o sin 2 (πR / λ)

【0036】で表わされ、レターデーションRに依存す
ることから、使用する光2の波長λに応じてレターデー
ションΔn・dを調整して透過光強度Iが最大になるよ
うにすることが好ましい。
Since it depends on the retardation R, it is preferable to adjust the retardation Δn · d according to the wavelength λ of the light 2 used to maximize the transmitted light intensity I. .

【0037】光1で光2をスイッチさせる本発明の光ス
イッチング方法では、光2の光路の出力側が光1に影響
されないように使用目的に応じて光学系を設計すること
が好ましい。例えば、光1の光軸と光2の光軸の交点を
該基板上の高分子液晶薄膜に設け、光2の光軸を該基板
の法線方向と一致させる。光1の光軸は光2の光軸と一
致させず、光1の入射角を、 該基板の法線方向より大
きく臨界角θc未満の範囲にすることが好ましい。(光
1の光軸臨界角θcと、該基板の屈折率ns、及び空気の
屈折率n0との間には、
In the optical switching method of the present invention for switching the light 2 with the light 1, it is preferable to design the optical system according to the purpose of use so that the output side of the optical path of the light 2 is not affected by the light 1. For example, the intersection of the optical axis of the light 1 and the optical axis of the light 2 is provided in the polymer liquid crystal thin film on the substrate, and the optical axis of the light 2 is aligned with the normal direction of the substrate. It is preferable that the optical axis of the light 1 does not coincide with the optical axis of the light 2 and the incident angle of the light 1 is set in a range larger than the normal direction of the substrate and smaller than the critical angle θc. (Between the optical axis critical angle θc of light 1 and the refractive index ns of the substrate and the refractive index n 0 of air,

【0038】[0038]

【数2】sinθc=n0/ns[Equation 2] sin θc = n 0 / ns

【0039】の関係がある。)この場合、光1の光軸に
は偏光子が無く、該基板の両側又は片側に配置した該偏
光子を光2の光軸上に配置されている。
There is a relationship of In this case, there is no polarizer on the optical axis of the light 1, and the polarizers arranged on both sides or one side of the substrate are arranged on the optical axis of the light 2.

【0040】光1及び光2が、単波長光で、波長が好ま
しくは100nm以上異なる場合、光1及び光2を同軸上
又は相互に接近して液晶基板に入射させ、干渉フィルタ
ー等の光学フィルター、偏光子、偏光ビームスプリッタ
ー、位相板等を使用して、光1をカットして、液晶光学
素子は光2のみを出力させることもできる。光1及び光
2は、直角プリズム、ペンタプリズム、45度偏角プリ
ズム、30度偏角プリズム、単レンズ、複合レンズ、円
柱レンズ、非球面レンズ、光ファイバー、反射鏡、半透
鏡、偏光ビームスプリッタプリズム、偏光ビームスプリ
ッタプレート、位相板等を用いて偏角、合分波、集光さ
せ、所望の入射角度で液晶光学素子へ入射させることが
できる。
When the light 1 and the light 2 are single-wavelength lights and the wavelengths are preferably different by 100 nm or more, the light 1 and the light 2 are incident on the liquid crystal substrate coaxially or close to each other, and an optical filter such as an interference filter is used. It is also possible to use a polarizer, a polarization beam splitter, a phase plate or the like to cut the light 1 and allow the liquid crystal optical element to output only the light 2. Light 1 and light 2 are a right-angle prism, a penta prism, a 45-degree deviation prism, a 30-degree deviation prism, a single lens, a compound lens, a cylindrical lens, an aspherical lens, an optical fiber, a reflecting mirror, a semi-transparent mirror, and a polarization beam splitter prism. , A polarization beam splitter plate, a phase plate, etc. can be used to deviate, combine, demultiplex, and condense the light and make it incident on the liquid crystal optical element at a desired incident angle.

【0041】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、本発明に使用する液晶性を示すホトク
ロミック化合物の光異性化を引き起こす波長を発振する
レーザ及び電灯を使用することができ、そのようなレー
ザ及び電灯としては、例えば、 He−Neレーザ、C
2レーザ、ArレーザKrレーザHe−Cdレーザ、
窒素レーザ、エキシマレーザ、ルビーレーザ、YAGレ
ーザ、ガラスレーザ、色素レーザ、半導体レーザ、メタ
ルハライドランプ、ヒュージョンランプ、水銀灯、キセ
ノンランプ等を挙げることができる。また、各種レーザ
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。
The light source used in the optical switch of the present invention is
In the light 1, a laser and an electric lamp that oscillate at a wavelength that causes photoisomerization of the photochromic compound having liquid crystallinity used in the present invention can be used. As such a laser and an electric lamp, for example, He- Ne laser, C
O 2 laser, Ar laser, Kr laser, He-Cd laser,
Nitrogen laser, excimer laser, ruby laser, YAG laser, glass laser, dye laser, semiconductor laser, metal halide lamp, fusion lamp, mercury lamp, xenon lamp and the like can be mentioned. Further, the wavelengths of various lasers can also be used after being converted into the second harmonic by a non-linear crystal.

【0042】本発明で使用する偏光子は、ガラス製のプ
リズムや平行基板面に屈折率の異なる誘電体の交互多層
膜を、それぞれの膜の界面でブリュースタ条件を満足す
るように真空蒸着等で偏光膜を施すことにより得られ、
反射又は透過光を利用する偏光ビームスピリッタープリ
ズム及び偏光ビームスピリッタープレート等の偏光子、
結晶の複屈折を利用した単像プリズムとしてのグラント
ムソンプリズム、複像プリズムとし、セナルモント、ロ
ーション、ウォーラストンプリズム等の偏光子、常光線
と異常光線との屈折率の差が大きい方解石やルチルを基
板材料として用いた平行平面板の複屈折板、ミセルを一
定方向に配列した高分子透明フィルムのミセル間隔に二
色性物質としてヨウ素などのハロゲン物質や染料を吸着
又は分散させた高分子フィルム状の偏光子等が挙げられ
る。
The polarizer used in the present invention is a glass prism or an alternating multi-layered film of dielectric materials having different refractive indexes on the surface of a parallel substrate, and vacuum vapor deposition or the like so that the Brewster condition is satisfied at the interface of each film. It is obtained by applying a polarizing film with
Polarizers such as polarized beam splitter prisms and polarized beam splitter plates that utilize reflected or transmitted light,
Glan-Thompson prism as a single-image prism that utilizes the birefringence of crystals, a double-image prism, and polarizers such as Senarmont, lotion, and Wollaston prism, and calcite and rutile that have a large difference in refractive index between ordinary and extraordinary rays. A birefringent plate of a parallel plane plate used as a substrate material, a polymer film in which a halogen substance such as iodine or a dye as a dichroic substance is adsorbed or dispersed in a micelle space of a polymer transparent film in which micelles are arranged in a certain direction. And the like.

【0043】[0043]

【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に
限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the invention is not limited to these examples.

【0044】(実施例1)式(Example 1) Expression

【0045】[0045]

【化4】 [Chemical 4]

【0046】で表わされる光応答性の側鎖型高分子液晶
としてアゾベンゼン骨格を有するアクリルモノマー(A
6AB2)2ミリモルをベンゼン10mlに溶解した溶液
に、アゾビスイソブチロニトリル0.2ミリモルを添加
し、真空脱気処理を3回行った後、反応容器を溶封し、
60℃で48時間放置した。重合終了後、メタノール溶
媒中でポリマーを沈澱させ、濾別して得たポリマーをメ
チルクロライドで溶解した後、再びジクロロメタン50
0mlで再沈澱させ、濾別した後、乾燥させた。得られた
ポリマーをクロロホルムに溶解し、配向膜としてポリビ
ニルアルコールでコーティングしてラビング処理したガ
ラス基板にポリマーを含有する溶液を滴下した後、乾燥
させて高分子液晶の100nmの薄膜を有する液晶素子を
作製した。
An acrylic monomer having an azobenzene skeleton (A as a photoresponsive side chain type polymer liquid crystal represented by
6AB2) 2 mmol in benzene 10 ml was added with azobisisobutyronitrile 0.2 mmol, vacuum degassing was performed 3 times, and the reaction vessel was sealed.
It was left at 60 ° C. for 48 hours. After the completion of the polymerization, the polymer was precipitated in a methanol solvent, and the polymer obtained by filtration was dissolved in methyl chloride, and then dissolved in dichloromethane 50 again.
It was reprecipitated with 0 ml, filtered off and dried. The obtained polymer is dissolved in chloroform, a solution containing the polymer is dropped onto a glass substrate which is coated with polyvinyl alcohol as an alignment film and rubbed, and then dried to form a liquid crystal device having a 100 nm thin film of polymer liquid crystal. It was made.

【0047】重合して得たポリマー(PA6AB2)
は、ホトクロミズムを示すメソゲン基を有する側鎖型高
分子液晶化合物であり、アゾベンゼン骨格から成るメソ
ゲン基は、トランス体において、Tgは45℃であり、
155℃でネマチック相から等方相へ相転移した。
Polymer obtained by polymerization (PA6AB2)
Is a side chain type polymer liquid crystal compound having a mesogen group exhibiting photochromism, and the mesogen group having an azobenzene skeleton has a Tg of 45 ° C. in the trans form,
A phase transition from a nematic phase to an isotropic phase occurred at 155 ° C.

【0048】得られた液晶素子を直交ニコルの偏光顕微
鏡で観察するとネマチック液晶相のテクスチャーが観測
された。また、偏光顕微鏡に対して回転させながら透過
光量をモニターすると45゜おきに明暗が現れ、一軸配
向されていることが確認された。YAGレーザの第三高
調波(波長355nm)を書き込み光1として、半導体レ
ーザ(830nm)を読み出し光2として使用した。光1
の光軸と光2の光軸の交点を該基板上の液晶薄膜に設
け、光2の光軸を液晶素子の法線方向と一致させ、光2
の光軸上に直交ニコルの二個の偏光子を、作製した液晶
素子との距離を5cm離し挟むように配置した。また、液
晶素子の片側をスイッチの入力側とし、光源の半導体レ
ーザを素子入力側の光2の光軸上に配置し、他方をスイ
ッチの出力側として、光2の光軸上に光電子倍増管を設
置し、光2の透過光変化をシンクロスコープで観察でき
るようにした。液晶素子の一軸配向方向と偏光子の偏光
方向との成す角は45゜とした。
When the obtained liquid crystal element was observed with a crossed Nicols polarization microscope, a texture of a nematic liquid crystal phase was observed. Also, when the amount of transmitted light was monitored while rotating with respect to a polarizing microscope, bright and dark appeared at every 45 °, and it was confirmed that uniaxial orientation was achieved. The third harmonic (wavelength 355 nm) of the YAG laser was used as the writing light 1, and the semiconductor laser (830 nm) was used as the reading light 2. Light 1
The intersection of the optical axis of light 2 and the optical axis of light 2 is provided in the liquid crystal thin film on the substrate, and the optical axis of light 2 is aligned with the normal direction of the liquid crystal element.
Two polarizers of crossed Nicols were arranged on the optical axis of 1 so as to be sandwiched by a distance of 5 cm from the produced liquid crystal element. Further, one side of the liquid crystal element is the input side of the switch, the semiconductor laser of the light source is arranged on the optical axis of the light 2 on the element input side, and the other side is the output side of the switch, and the photomultiplier tube is on the optical axis of the light 2. Was installed so that a change in transmitted light of light 2 could be observed with a synchroscope. The angle formed by the uniaxial alignment direction of the liquid crystal element and the polarization direction of the polarizer was 45 °.

【0049】光1の光軸を液晶素子の法線に対して20
゜の角度になるよう設置し、温度140℃で、偏光子を
透過しないようにして、液晶素子に、 光強度70mJ
/cm2、波長が355nmの10ナノ秒のパルス光を照射
した。光1の照射により光2の透過光量は、透過の状態
から遮断の状態へ200μ秒という従来にない高速応答
で変化した。偏光顕微鏡で光1照射後の本発明の液晶素
子を観察したところ、光1が照射された部分は等方相に
変化しており、ネマチック液晶相から光相転移したこと
が観察された。波長355nmの光1照射後に同様の光軸
で450nmの光1を照射したところ、光2の透過光量
は、遮断の状態から透過の状態へ17ミリ秒という高速
応答で変化した。光1が照射された部分を偏光顕微鏡で
同様に観察すると一軸配向されたネマチック液晶相が観
察された。
The optical axis of the light 1 is 20 with respect to the normal line of the liquid crystal element.
It is installed at an angle of ゜, the temperature is 140 ℃, and the light intensity is 70mJ.
Irradiation was performed with 10 nanosecond pulsed light having a wavelength of 355 nm / cm 2 and a wavelength of 355 nm. By the irradiation of light 1, the amount of transmitted light 2 changed from the transmitted state to the blocked state with a high-speed response of 200 μs, which was not possible in the past. When the liquid crystal element of the present invention after irradiation with light 1 was observed with a polarization microscope, the portion irradiated with light 1 was changed to an isotropic phase, and it was observed that the nematic liquid crystal phase had undergone an optical phase transition. When light 1 having a wavelength of 355 nm was irradiated and light 1 having a wavelength of 450 nm was irradiated on the same optical axis, the amount of transmitted light 2 changed from a blocked state to a transmitted state with a high-speed response of 17 milliseconds. When a portion irradiated with the light 1 was similarly observed with a polarization microscope, a uniaxially aligned nematic liquid crystal phase was observed.

【0050】このように、本発明の光スイッチの液晶素
子は、光1の波長を変化させることにより、可逆的な光
異性化が起こり光スイッチとして繰り返し動作させるこ
とができる。
As described above, the liquid crystal element of the optical switch of the present invention can be repeatedly operated as an optical switch by causing reversible photoisomerization by changing the wavelength of the light 1.

【0051】更に、温度を140℃で同様な方法で光1
で光異性化を誘起させネマチック相から等方相へ相転移
させ、明から暗へ200μ秒で変化させた後、140℃
で、暗所下で放置すると約7秒で等方相からネマチック
相へ相転移して繰り返し動作させることができた。
Further, the temperature of 140 ° C.
After inducing photo-isomerization with a nematic phase to an isotropic phase transition and changing from bright to dark for 200 μsec, 140 ° C
When left in a dark place, the phase transition from the isotropic phase to the nematic phase took place in about 7 seconds and the operation could be repeated.

【0052】(実施例2)実施例1と同様にして、ガラ
ス基板上に高分子液晶の100nmの薄膜を有する液晶素
子を作製した。
(Example 2) In the same manner as in Example 1, a liquid crystal device having a 100 nm thin film of polymer liquid crystal on a glass substrate was prepared.

【0053】実施例1と同様の構成で二個の偏光子間に
作製した液晶素子を配置させ、室温で、光強度70mJ
/cm2 、波長355nmの光1をホトマスクを介して照射
し、光相転移を誘起させて画像を記録した。記録時の波
長633nmの光2の透過光量の変化をシンクロスコープ
で観察した。透過状態から遮断状態へ200μ秒という
高速応答が高分子液晶においても観測された。更に、記
録した素子を25℃以下で一年以上保存したが、記録画
像には変化は認められなかった。一年保存後、画像を消
去するため、140℃に素子を加熱したところ、約7秒
で等方相部分が液晶相へ相転移して画像は消失した。こ
のように、長期間、記録画像を保存でき、加熱により画
像を消去することが可能で、繰り返し可能な光書き込み
による記録媒体として機能していることが確認できた。
A liquid crystal element having the same structure as in Example 1 was arranged between two polarizers, and the light intensity was 70 mJ at room temperature.
Light 1 having a wavelength of 355 nm / cm 2 was irradiated through a photomask to induce a photophase transition and an image was recorded. A change in the transmitted light amount of the light 2 having a wavelength of 633 nm during recording was observed with a synchroscope. A high-speed response of 200 μs from the transmission state to the blocking state was also observed in the polymer liquid crystal. Further, the recorded element was stored at 25 ° C. or lower for 1 year or more, but no change was observed in the recorded image. After storing for one year, the device was heated to 140 ° C. in order to erase the image. In about 7 seconds, the isotropic phase phase transitioned to the liquid crystal phase and the image disappeared. As described above, it was confirmed that the recorded image can be stored for a long period of time, the image can be erased by heating, and the recording medium functions as a repeatable optical writing medium.

【0054】(実施例3)式(Embodiment 3) Expression

【0055】[0055]

【化5】 Embedded image

【0056】で表わされるアゾベンゼンをメソゲン基と
する側鎖型高分子液晶化合物(PA6AB2)を実施例
1と同様の方法で重合させた後、得られた側鎖型高分子
液晶化合物をクロロホルム溶媒に溶解した。この溶液
に、4−ブチル−4’−メトキシアゾベンゼン(BMA
B)を側鎖型高分子液晶化合物に対して10重量%添加
した。この溶液中に、配向処理したPVA配向膜を有す
る基板を浸漬した後、乾燥させて、基板上に厚さ150
nmの薄膜を有する液晶素子を作製した。
A side chain type polymer liquid crystal compound (PA6AB2) represented by azobenzene having a mesogen group was polymerized in the same manner as in Example 1, and the obtained side chain type polymer liquid crystal compound was dissolved in chloroform solvent. Dissolved. 4-butyl-4'-methoxyazobenzene (BMA
10% by weight of B) was added to the side chain type polymer liquid crystal compound. A substrate having an alignment-treated PVA alignment film is dipped in this solution and then dried to give a thickness of 150 on the substrate.
A liquid crystal element having a thin film of nm was prepared.

【0057】実施例1と同様の構成で二個の偏光子間に
作製した液晶素子を配置し、室温で、YAGレーザ第三
高調波の光強度70mJ/cm2、 波長355nmの光1を
ホトマスクを介して照射して、メソゲン基をトランス体
からシス体への光異性化に伴うネマチック相から等方相
への光相転移を誘起させて画像を記録した。記録時に、
波長633nmの読み出し光2の透過光量の変化をシンク
ロスコープで観察した結果、透過状態から遮断状態へ2
15μ秒という高速応答が高分子液晶組成物においても
観測された。更に、記録した素子を25℃以下一年以上
保存したが、記録画像には変化は確認されなかった。一
年保存後、画像を消去するため140℃に素子を加熱し
たところ、約7秒で等方相部分が液晶相へ相転移して画
像は消失した。
A liquid crystal element having the same structure as in Example 1 was arranged between two polarizers, and a photomask of light 1 having a light intensity of 70 mJ / cm 2 of a YAG laser third harmonic and a wavelength of 355 nm was placed at room temperature. An image was recorded by irradiating the mesogenic group with a light to induce a photophase transition from the nematic phase to the isotropic phase accompanying the photoisomerization of the mesogen group from the trans form to the cis form. When recording,
As a result of observing the change of the transmitted light amount of the read light 2 of wavelength 633 nm with the synchroscope, it is possible to change from the transmitted state to the blocked state.
A high-speed response of 15 μsec was also observed in the polymer liquid crystal composition. Further, the recorded element was stored at 25 ° C. or lower for one year or more, but no change was confirmed in the recorded image. After storing for one year, the element was heated to 140 ° C. to erase the image, and in about 7 seconds, the isotropic phase portion changed to a liquid crystal phase and the image disappeared.

【0058】このように、長期間、記録画像を保存で
き、加熱により画像を消去することが可能で、繰り返し
可能な光書き込みによる記録媒体として機能しているこ
とを確認できた。
As described above, it was confirmed that the recorded image can be stored for a long period of time, the image can be erased by heating, and the recording medium functions as a repeatable optical writing medium.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明の光スイッチング方法によれば、
ホトクロミズムを示すメソゲン基を有する側鎖型高分子
液晶を使用し、高分子液晶においても従来にない数百μ
秒以下の高速応答が得られ、書き込み光で読み出し光を
スイッチング動作させることができる。又、光書き込み
による情報を長期間保存でき、高温で情報消去が可能
で、繰り返し書き込み及び消去が可能である。
According to the optical switching method of the present invention,
A side chain type polymer liquid crystal having a mesogenic group exhibiting photochromism is used.
A high-speed response of less than a second can be obtained, and the reading light can be switched by the writing light. Further, the information written by optical writing can be stored for a long period of time, information can be erased at high temperature, and repeated writing and erasing are possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光スイッチング方法における液晶光学
素子中のホトクロミズムを示すメゾゲン基を側鎖とする
高分子液晶化合物分子に光を照射することにより生じる
光異性化の様子を示した模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state of photoisomerization caused by irradiating light to a polymer liquid crystal compound molecule having a mesogenic group showing a photochromism side chain in a liquid crystal optical element in the optical switching method of the present invention. Is.

【図2】本発明の光スイッチング方法における液晶光学
素子、光源、光軸及び偏光子の配置図である。
FIG. 2 is a layout view of a liquid crystal optical element, a light source, an optical axis and a polarizer in the optical switching method of the present invention.

【図3】本発明の光スイッチング方法における2個の偏
光子が直交する場合に、光2の作用の有無により、光2
が透過及び遮断される様子を示した模式図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a case where two polarizers are orthogonal to each other in the optical switching method according to the present invention, depending on whether or not the light 2 acts.
FIG. 6 is a schematic diagram showing how light is transmitted and blocked.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 配向処理された基板上に設けられたホト
クロミズムを示すメソゲン基を側鎖とする高分子液晶化
合物からなる層に光を照射して起こる光異性化により誘
発されるレターデーション(retardation) 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。
1. A retardation induced by photoisomerization caused by irradiating light on a layer made of a polymer liquid crystal compound having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain, which is provided on an oriented substrate. optical switching method characterized by utilizing a change in retardation).
【請求項2】 配向処理された基板及び該基板上に設け
られた前記高分子液晶化合物から成る層が、偏光方向が
直交する2枚の偏光子の間に挟持されていることを特徴
とする請求項1記載の光スイッチング方法。
2. An alignment-treated substrate and a layer made of the polymer liquid crystal compound provided on the substrate are sandwiched between two polarizers whose polarization directions are orthogonal to each other. The optical switching method according to claim 1.
【請求項3】 配向処理された基板及び該基板上に設け
られた前記高分子液晶化合物から成る層のメソゲン基の
配向方向がホモジニアス配向していることを特徴とする
請求項1又は2記載の光スイッチング方法。
3. The alignment direction of the mesogenic groups of the alignment-treated substrate and the layer formed of the polymer liquid crystal compound provided on the substrate is homogeneously aligned. Optical switching method.
【請求項4】 配向処理された基板及び該基板上に設け
られた前記高分子液晶化合物から成る層の配向方向が偏
光方向の直交する2個の偏光子の一方の偏光方向に対し
て45度傾斜していることを特徴とする請求項1、2又
は3記載の光スイッチング方法。
4. The orientation direction of the orientation-treated substrate and the layer made of the polymer liquid crystal compound provided on the substrate is 45 degrees with respect to one polarization direction of two polarizers whose polarization directions are orthogonal to each other. The optical switching method according to claim 1, wherein the optical switching method is inclined.
【請求項5】 配向処理された基板上に設けられたホト
クロミズムを示すメソゲン基を側鎖とする高分子液晶化
合物を含む液晶組成物からなる層に光を照射して起こる
光異性化により誘発されるレターデーション(retardat
ion) 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。
5. Triggered by photoisomerization caused by irradiating light to a layer made of a liquid crystal composition containing a polymer liquid crystal compound having a mesogenic group having photochromism as a side chain, which is provided on an alignment-treated substrate. Retardation (retardat
ion) change is utilized.
【請求項6】 配向処理された基板及び該基板上に設け
られた前記高分子液晶化合物を含む液晶組成物から成る
層が、偏光方向が直交する2枚の偏光子の間に挟持され
ていることを特徴とする請求項5記載の光スイッチング
方法。
6. A layer made of an alignment-treated substrate and a liquid crystal composition containing the polymer liquid crystal compound provided on the substrate is sandwiched between two polarizers whose polarization directions are orthogonal to each other. The optical switching method according to claim 5, wherein:
【請求項7】 配向処理された基板及び該基板上に設け
られた前記高分子液晶化合物を含む液晶組成物から成る
層のメソゲン基の配向方向がホモジニアス配向している
ことを特徴とする請求項5又は6記載の光スイッチング
方法。
7. The alignment direction of the mesogenic groups of the alignment-treated substrate and the layer made of the liquid crystal composition containing the polymer liquid crystal compound provided on the substrate is homogeneously aligned. 5. The optical switching method according to 5 or 6.
【請求項8】 配向処理された基板及び該基板上に設け
られた前記高分子液晶化合物を含む液晶組成物から成る
層の配向方向が偏光方向の直交する2個の偏光子の一方
の偏光方向に対して45度傾斜していることを特徴とす
る請求項5、6又は7記載の光スイッチング方法。
8. A polarization direction of one of the two polarizers in which the alignment direction of the alignment-treated substrate and the layer formed of the liquid crystal composition containing the polymer liquid crystal compound provided on the substrate are orthogonal to the polarization direction. 9. The optical switching method according to claim 5, wherein the optical switching method is inclined at 45 degrees with respect to.
【請求項9】 ホトクロミズムを示すメソゲン基を側鎖
とする高分子液晶化合物がアゾベンゼン系誘導体である
請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の光スイ
ッチング方法。
9. The optical switching method according to claim 1, wherein the polymer liquid crystal compound having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain is an azobenzene derivative.
【請求項10】 ホトクロミズムを示すメソゲン基を側
鎖とする高分子液晶化合物がスピロリラン系誘導体であ
る請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の光ス
イッチング方法。
10. The optical switching method according to claim 1, wherein the polymer liquid crystal compound having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain is a spirolylan derivative.
【請求項11】 ホトクロミズムを示すメソゲン基を側
鎖とする高分子液晶がホトクロミズムを示すメソゲン基
を側鎖に有するポリアクリル酸エステル、又は、ポリメ
タクリル酸エステルである請求項1、2、3、4、5、
6、7、8、9又は10記載の光スイッチング方法。
11. The polymer liquid crystal having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain is a polyacrylic acid ester having a mesogenic group exhibiting photochromism in a side chain or a polymethacrylic acid ester. 3, 4, 5,
The optical switching method according to 6, 7, 8, 9 or 10.
【請求項12】 ホトクロミズムを示すメソゲン基を側
鎖とする高分子液晶がホトクロミズムを示すメソゲン基
を側鎖にもつポリスチレン、又は、ポリシロキサンであ
る請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10
記載の光スイッチング方法。
12. The polymer liquid crystal having a mesogenic group exhibiting photochromism as a side chain is polystyrene or polysiloxane having a mesogenic group exhibiting photochromism in a side chain, or a polysiloxane. , 6, 7, 8, 9 or 10
The optical switching method described.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0883016A1 (en) * 1997-06-06 1998-12-09 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing phase retarder films
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