KR20000005341A - Compositions containing chiral compounds and nematic liquid crystals, and devices using them - Google Patents

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KR20000005341A
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고또 순기쓰
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells

Abstract

PURPOSE: A nobel chiro-optical composition and display using the chiro-optical composition is disclosed CONSTITUTION: The devices useful for storage of information comprises mixtures of suitable chiral materials with nematic liquid crystals and in which by irradiation with light of two different wavelengths the chirality of the mixture can be reversibly switched between two stable states of different chirality, corresponding to two states of different optical properties.

Description

키랄성 화합물 및 네마틱 액정을 함유하는 조성물, 및 이를 사용한 장치Compositions containing chiral compounds and nematic liquid crystals, and devices using the same

데이타의 저장을 위해서는, 가역적인 광학 저장 능력을 가진 물질 및 장치가 필요하다. 광학적 저장은 광학 컴퓨터, 오디오 및 비디오 정보의 저장 시스템에 응용될 수 있다.For the storage of data, materials and devices with reversible optical storage capabilities are needed. Optical storage can be applied to optical computer, storage systems of audio and video information.

비가역적 저장 방법을 사용하여 1 회만 기록할 수 있는 광학적 저장 장치의 유형은 많이 있다 (write-once-read-many-systems = WORM systems). 그러나 이들은 이들의 비가역적 성질때문에 컴퓨터용 저장 시스템에는 적합하지 않고 오디오와 비디오 정보에 제한적으로 응용되고 있다.There are many types of optical storage that can be written only once using an irreversible storage method (write-once-read-many-systems = WORM systems). However, because of their irreversible nature, they are not suitable for computer storage systems and have limited application to audio and video information.

많은 목적을 위해 보다 유용한 것은 가역적인 저장 방법을 사용하여 여러 번 기록할 수 있는 장치이다 (erasable-direct-read-after-write systems = EDRAW systems). 상기 목적을 위해 광학적 데이타 저장용 물질에 대한 조사가 엠. 에멜리우스(M. Emmelius), 지. 폴로스키(G. Pawlowsky) 및 에이치. 더블유. 볼만(H. W. Vollmann)에 의해 수행되었다 (문헌: Angew. Chem. Intern. Ed. 28, 1445 (1989)). 그러나 이용가능한 모든 광학적 데이타 저장용 매질은 저장 밀도, 저장 속도, 가역성, 장기간 안정성과 같은 몇가지 결점을 가지고 있기 때문에, 새로운 광저장 물질 및 장치를 추구하는 것은 아주 실제적이다.More useful for many purposes is a device that can be written multiple times using reversible storage (erasable-direct-read-after-write systems = EDRAW systems). For this purpose, investigations of materials for optical data storage have been carried out in M. M. Emmelius, G. G. Pawlowsky and H. W. Performed by H. W. Vollmann (Angew. Chem. Intern. Ed. 28, 1445 (1989)). However, the pursuit of new optical storage materials and devices is quite practical, because all available optical data storage media have some drawbacks such as storage density, storage speed, reversibility, long term stability.

이러한 종류의 장치는 전통적으로 두 개의 유리 슬라이드 사이에 함유된 액정 물질층으로 이루어져 있다. 상이한 파장의 빛으로 조사함으로써, 아조 화합물을 함유하는 장치는 네마틱(nematic) 상태에서 등방성(isotropic) 상태로, 그리고 그 역으로 변화한다 (예, 디. 데무스(D. Demus), 지. 펠쯔(G. Pelzl), 에프. 쿠쉘(F. Kuschel) DD WP 134 279).This kind of device has traditionally consisted of layers of liquid crystal materials contained between two glass slides. By irradiation with light of different wavelengths, devices containing azo compounds change from nematic to isotropic and vice versa (eg, D. Demus, G. G. Pelzl, F. Kuschel DD WP 134 279).

특히 이러한 장치를 위해 아조기를 함유하는 액정 중합체가 제안되었다 (에이치. 핀켈만(H. Finkelmann), 더블유. 메이에르(W. Meier) 및 에이치. 쉐우에르만(H. Scheuermann), in: Liquid Crystals. Applications and Uses, 3권 345-370쪽, Singapore World Scientific사 비. 바하더(B. Bahadur)에 의해 1992년 출판).Particularly for these devices liquid crystal polymers containing azo groups have been proposed (H. Finkelmann, W. Meier and H. Scheuermann, in: Liquid Crystals. Applications and Uses, Vol. 3, pages 345-370, published by B. Bahadur, Singapore World Scientific, 1992.

제안된 아조 화합물은 다량의 아조 화합물이 해당 이성질체로 변환되어야 하므로 조사 강도 및 조사 시간이 꽤 큰 단점이 있다. 따라서 변환 시간 (switching time) 이 아주 크다.The proposed azo compound has a disadvantage that the irradiation intensity and irradiation time are quite large because a large amount of the azo compound has to be converted to the corresponding isomer. Therefore, the switching time is very large.

또한 콜레스테릭 상 (에스. 고바야시(S. Kobayashi) 및 에이. 모찌즈끼(A. Mochizuki), in: Liquid Crystals. Applications and Uses, 3권, 291-293쪽, Singapore World Scientific사 비. 바하더에 의해 1992년 출판) 또는 스멕틱 A 상 (디. 코에이트(D. Coates), in: Liquid Crystals. Applications and Uses, 1권, 275-303쪽, Singapore World Scientific사 비. 바하더에 의해 1990년 출판) 의 열에 의해 유도된 텍스쳐 변화에 기초한 열-광학 액정 장치가 제안되었다.See also cholesteric awards (S. Kobayashi and A. Mochizuki, in: Liquid Crystals.Applications and Uses, Vol. 3, pp. 291-293, B. Bahader, Singapore World Scientific). Published in 1992) or Smectic A Awards (D. Coates, in: Liquid Crystals.Applications and Uses, Vol. 1, pp. 275-303, 1990 by B. Bahader, Singapore World Scientific) A thermo-optical liquid crystal device based on heat induced texture change is proposed.

열-전기광학적 디스플레이는, 저분자 유리 형성 액정 (디. 데무스 및 지. 펠쯔, DD WP 242 624 A1) 및 중합체 유리 형성 액정 (에이치. 핀켈만, 더블유. 메이에르 및 에이치. 쉐우에르만, in: Liquid Crystals. Applications and Uses, 3권, 345-370쪽, Singapore World Scientific사 비. 바하더에 의해 1992년 출판) 의 유리 형성시, 열 및 전기 분야의 복합 효과를 이용한다.Thermo-electro-optic displays include low molecular glass forming liquid crystals (D. Demus and Z. Peltz, DD WP 242 624 A1) and polymer glass forming liquid crystals (H. Finkelman, W. Meier and H. Schueermann, in: Glass Crystal, Liquid Crystals.Applications and Uses, Vol. 3, pp. 345-370, published by Singapore World Scientific, Ltd. B. Barder, 1992, takes advantage of the combined effects of the thermal and electrical fields.

그러나 열-광학 장치는 통상 액정 물질을 국부적으로 가열시키기 위해 꽤 큰 에너지를 필요로 한다.Thermo-optic devices, however, typically require quite a bit of energy to locally heat the liquid crystal material.

엠. 창(M. Zhang) 및 지. 비. 슈스터(G. B. Schuster)는 문헌 [J. Phys. Chem. 96, 3063-3067 (1992)] 에서 콜레스테릭 혼합물을 네마틱 혼합물로 전환시키는, 키랄성 비(bi)나프틸 유도체의 광라세미화에 대해 보고하였다. 이 반응은 비가역적이므로, 네마틱에서 콜레스테릭으로의 변화는 불가능하고 상기 물질은 반복된 데이타 저장에 사용할 수 없다.M. M. Zhang and G. ratio. G. B. Schuster is described in J. Schuster. Phys. Chem. 96, 3063-3067 (1992) reported on photoracemization of chiral bi (naphthyl derivatives), converting cholesteric mixtures into nematic mixtures. Since this reaction is irreversible, the change from nematic to cholesteric is impossible and the material cannot be used for repeated data storage.

가역적 데이타 저장 시스템을 위해 홀로그래피 기술을 조사하였다. 이러한 적용을 위해 몇 종류의 물질을 조사하였다. 세가지 유형의 물질이 있으며, 무기 금속 화합물, 광굴절 중합체 및 중합체 액정이 보고되었다. 그러나 이들 모두 결함을 가지고 있다.Holographic techniques were investigated for reversible data storage systems. Several types of materials have been investigated for this application. There are three types of materials and inorganic metal compounds, photorefractive polymers and polymer liquid crystals have been reported. But all of them have flaws.

리튬 니오베이트 (LiNbO3), 바륨 티타네이트 (BaTiO3) 및 비스무스 실리콘 옥사이드 (Bi12SiO20) 와 같은 광굴절 결정이 광학적 데이타 저장 물질로서 제안되었으며 25 년간 연구되었다. 그러나 이들은 성장하기 힘들고 비싸며, 이들의 성질은 쉽게 개질될 수 없기 때문에 상업적으로 실용화되지 않았다.Photorefractive crystals such as lithium niobate (LiNbO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ) and bismuth silicon oxide (Bi 12 SiO 20 ) have been proposed as optical data storage materials and have been studied for 25 years. However, they are difficult to grow and expensive, and their properties are not commercially viable because their properties cannot be easily modified.

또한 다양한 광굴절 중합체 및 중합체 액정이 제안되었다 (케이. 요시나가(K. Yoshinaga) 등, 일본 특허공개공보 2-280116, 티. 토도로브(T. Todorov) 등, Applied Optics, 23(23), 4309 (1984), 엠. 에이크(M. Eich) 등, Makromol. Chem., Rapid Commun., 8, 59 및 467 (1987)). 광굴절 효과에 의해 상기물은 각각 백만 비트의 정보를 담고 있는 완전한 이미지 또는 홀로그램을 100 이상 저장할 수 있음을 알게 되었다. 이들은 쉽게 생산될 수 있어서 경제적으로도 잇점이 크다. 그러나, 이들은 중대한 결함을 가지고 있다. 이들이 빛에 반응하는 속도는 반도체에 비해 상당히 느리다. 그리고 현존하는 대부분의 중합체는, 물질이 전기광학적으로 활성이 되도록, 전기장을 적용하여 비선형 광학 발색단을 배향시킬 것을 필요로 한다.Various photorefractive polymers and polymer liquid crystals have also been proposed (K. Yoshinaga et al., Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-280116, T. Todorov et al., Applied Optics, 23 (23), 4309). (1984), M. Eich et al., Makromol. Chem., Rapid Commun., 8, 59 and 467 (1987)). The photorefractive effect has revealed that the object can store more than 100 complete images or holograms each containing one million bits of information. They can be produced easily, so they are economically beneficial. However, they have serious drawbacks. The speed at which they react to light is significantly slower than for semiconductors. And most existing polymers require the application of an electric field to orient the nonlinear optical chromophore so that the material is electro-optically active.

생산하기 쉽고, 저점도의 용이한 빠른 대응, 대용량의 데이타 저장, 정보의 가역적이고 안정한 읽고 쓰기 등의 진보성을 갖는 신규한 데이타 저장 시스템, 장치 및 물질이 요망되어 왔다. 본 발명의 목적은 상기의 종래 기술의 결함을 극복하고 상기의 목적하는 성질을 갖는 신규한 데이타 저장 시스템, 장치 및 물질을 제공하는 것이다.New data storage systems, devices, and materials that are easy to produce, have rapid advances in low viscosity, large data storage, and reversible and stable reading and writing of information have been desired. It is an object of the present invention to overcome the above deficiencies of the prior art and to provide novel data storage systems, devices and materials having the above desired properties.

본 발명은 신규한 키로옵티칼(chirooptical) 시스템 및 신규한 키로옵티칼 매질을 사용한 디스플레이에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 액정 광학 저장 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a display using a novel chirooptical system and a novel chirooptical medium. Specifically, the present invention relates to liquid crystal optical storage devices and systems.

도 1 은 하이브리드 셀내의 액정의 디렉터(director) 배열을 보여준다.1 shows a director arrangement of liquid crystals in a hybrid cell.

도 2 는 본 발명의 장치를 사용하는 홀로그래픽 배열의 도해이다.2 is a diagram of a holographic arrangement using the apparatus of the present invention.

끊임없는 연구 결과, 네마틱 결정과 적절한 키랄성 물질 (키랄성 도펀트(dopants)) 의 혼합물을 사용하여, 두 개의 상이한 파장의 빛으로 조사함으로써, 혼합물의 키랄성은 정보의 저장에 유용한 상이한 키랄성의 두 안정한 상태 (상이한 광학적 성질의 두 상태에 상응함) 사이에서 가역적으로 변환될 수 있음이 밝혀졌다.Continuous research has shown that by irradiating with two different wavelengths of light, using a mixture of nematic crystals and a suitable chiral material (chiral dopants), the chirality of the mixture is in two stable states of different chirality useful for the storage of information. It has been found that it can be reversibly converted between (corresponding to two states of different optical properties).

상이한 키랄성 피치 길이에 의해 유도된 상이한 광학적 성질을 갖는 두 상태를 사용함으로써, 다수의 정보가 액정 혼합물내에 저장될 수 있다. 이 시스템은 가역적이며, 두 개의 상이한 파장을 갖는 빛으로 조사함으로써 데이타를 읽고 쓰는 것이 반복될 수 있다. 상기 두 상태는 물리적으로 화학적으로 안정하며, 변환시를 제외하고는 두 상태의 광학적 성질은 절대 변하지 않는다.By using two states with different optical properties induced by different chiral pitch lengths, a large number of information can be stored in the liquid crystal mixture. The system is reversible and reading and writing data can be repeated by irradiating with light having two different wavelengths. The two states are physically and chemically stable and the optical properties of the two states never change except during conversion.

시스템, 특히 장치는 두 개의 유리 또는 플라스틱판 사이내부에 키랄성 네마틱 액정을 함유하는 네마틱 액정 셀로 이루어진다. 정보의 저장은 네마틱 온도 범위내에서 수행될 수 있다.The system, in particular the device, consists of a nematic liquid crystal cell containing a chiral nematic liquid crystal between two glass or plastic plates. The storage of the information can be performed within the nematic temperature range.

본 발명의 데이타 저장 시스템은 데이타 저장 물질로서 네마틱 액정을 사용하기 때문에, 물질의 점도는 상대적으로 낮아서, 광조사에 대한 신속한 대응을 용이하게 한다.Since the data storage system of the present invention uses nematic liquid crystal as the data storage material, the viscosity of the material is relatively low, facilitating quick response to light irradiation.

이러한 장점은 네마틱 액정, 키랄성 도펀트, 네마틱 액정 셀 및 광조사의 조합에 의해 유도될 수 있으며, 이는 이전에는 한번도 제안된 적이 없는 새로운 전략이다.This advantage can be induced by a combination of nematic liquid crystals, chiral dopants, nematic liquid crystal cells and light irradiation, which is a new strategy that has never been proposed before.

하기에서 좀 더 구체적으로 설명하고자 한다. 예컨대, 광조사에 의해 유도된 상이한 키랄성의 두 상태 사이의 변환을 보여주는 물질에 대해, "C" nm 파장의 빛으로 조사함으로써 "A"형은 또다른 "B"형으로 변환될 수 있으며, 또다른 "D" nm 파장의 빛으로 조사함으로써 역변환이 일어날 수 있다. 두 형태 사이의 변환은 완결될 필요가 없다. 두 상태는 키랄성이 다른 두 이성질체의 혼합물로 이루어진다.It will be described in more detail below. For example, for a material showing a transition between two different chiral states induced by light irradiation, the "A" form can be converted to another "B" form by irradiation with light of "C" nm wavelength, and Inverse transformation can occur by irradiation with light of different "D" nm wavelength. The conversion between the two forms need not be complete. Both states consist of a mixture of two isomers of different chirality.

키랄성 화합물과 이 둘의 혼합물은 액정 물질, 통상 다수성분 혼합물에 용해되어 콜레스테릭 액정 매질 (키랄성 네마틱 혼합물) 을 만든다.A chiral compound and a mixture of the two are dissolved in a liquid crystal material, usually a multicomponent mixture, to form a cholesteric liquid crystal medium (chiral nematic mixture).

콜레스테릭 매질은 강력한 광학 활성을 나타내며, 이것은 직선상 편광판의 회전이다. 이 물질은 바람직하게 두 기판 (예, 유리 또는 플라스틱판) 사이에 삽입되어 하이브리드 셀을 형성한다. 도 1 에 보여진대로, 하이브리드 셀내에서 두 기판은, 경사각의 유무에 관계없이, 하나의 판상의 액정 분자들은 기판에 평행하고, 또다른 판상의 액정 분자들은 기판에 수직인 방법으로 정렬된다. 콜레스테릭 물질로 충전된 하이브리드 셀은 광학 활성을 보여준다. 편광축이 서로 수직인 두 편광기(polarizers)는 두 기판의 외부에 장착한다.The cholesteric medium exhibits strong optical activity, which is the rotation of the linear polarizer. This material is preferably inserted between two substrates (eg glass or plastic plates) to form a hybrid cell. As shown in FIG. 1, in a hybrid cell, two substrates are aligned in a manner such that one plate liquid crystal molecules are parallel to the substrate and another plate liquid crystal molecules are perpendicular to the substrate, with or without an inclination angle. Hybrid cells filled with cholesteric material show optical activity. Two polarizers whose polarization axes are perpendicular to each other are mounted on the outside of the two substrates.

광학 활성은 키랄성 도펀트의 농도와 셀 두께에 따라 다르다. 도펀트의 농도가 감소하고 셀 두께가 증가할수록 광학 활성은 커진다. 편광기를 적절한 방향으로 조정함으로써, 장치는 어두운 상태를 보여준다. "C" nm 파장의 빛으로 조사한 후, 장치는 밝은 상태를 보여준다. 밝은 상태에 "D" nm 파장의 빛을 조사함으로써 장치는 다시 어두운 상태로 돌아간다.Optical activity depends on the concentration of the chiral dopant and the cell thickness. As the concentration of dopant decreases and cell thickness increases, optical activity increases. By adjusting the polarizer in the proper direction, the device shows a dark state. After irradiation with light of "C" nm wavelength, the device shows a bright state. By irradiating light with a wavelength of "D" nm in the bright state, the device returns to the dark state.

어둡고 밝은 상태 둘 다 장기간 안정하므로, 상기 장치는 정보의 저장에 사용될 수 있다. 광조사는 적절한 레이저를 사용하여 포인트-와이즈 방식 또는 스캐닝 모드로 실시할 수 있다. 하나의 그림을 투사한 조사를 통해 전체 그림이 저장될 수 있다.Since both dark and light conditions are stable for a long time, the device can be used to store information. Light irradiation can be carried out in a point-wise or scanning mode using a suitable laser. An entire project can be saved by projecting one picture.

편광기는 또한 먼저 장치를 밝은 상태에 두고, "D" nm 파장의 빛으로 조사한 후 어두운 상태로 변환시키는 또다른 방식으로 조정될 수 있다.The polarizer can also be adjusted in another way by first placing the device in a bright state, irradiating with light of a "D" nm wavelength and then converting it into a dark state.

본 발명의 장치는 또한 정보의 홀로그래피적 기록에 사용될 수 있다. 이 경우, 정보 기록용으로 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 도 2 에 의하면, 레이저 빔은 두 개의 빔으로 분할되어, 그중 하나는 모듈레이터(modulator)에 의해 조정된다. 본 발명에서 기술된 액정 장치내에서, 두 개의 빔은 서로 간섭하여 정보를 담고 있는 홀로그램을 만든다. 가시광선 스펙트럼내의 레이저광, 바람직하게는 원형 편광 레이저광을 사용하여 정보를 읽을 수 있다. 또다른 상이한 파장의 빛으로 조사함으로써, 정보를 지울 수 있다.The apparatus of the present invention can also be used for holographic recording of information. In this case, it is preferable to use a laser for information recording. According to FIG. 2, the laser beam is split into two beams, one of which is adjusted by a modulator. In the liquid crystal device described in the present invention, two beams interfere with each other to produce a hologram containing information. Information can be read using laser light in the visible spectrum, preferably circularly polarized laser light. By irradiating with light of another different wavelength, information can be erased.

원칙적으로 가시광선 및 비가시광선, 편광 및 비편광 둘다의 모든 종류의 빛이 변환을 위한 조사에 사용될 수 있다.In principle, all kinds of light, both visible and invisible, polarized and unpolarized, can be used for irradiation for conversion.

본 발명에 사용되는 네마틱 액정은, 통상의 비키랄성 네마틱 액정 기재 혼합물에 키랄성 화합물을 도핑함으로써, 제공될 수 있다. 본 발명에서는, 상이한 파장을 갖는 두 종류의 빛으로 조사할 때 그리고 네마틱 액정 기재 혼합물과 조합될 때, 나선형으로 꼬인 구조를 유도하고 두 개의 상이한 광학적 성질을 갖는 두 안정한 상태를 유도하는 모든 종류의 키랄성 화합물이 사용될 수 있다. 이 경우, 도핑에 사용되는 키랄성 화합물은 액정의 성질을 가질 필요가 없다.The nematic liquid crystal used in the present invention may be provided by doping a chiral compound into a conventional achiral nematic liquid crystal substrate mixture. In the present invention, when irradiated with two kinds of light having different wavelengths and when combined with a nematic liquid crystal substrate mixture, all kinds of inducing spirally twisted structures and two stable states having two different optical properties Chiral compounds can be used. In this case, the chiral compound used for doping does not need to have the property of liquid crystal.

예컨대, 상기 장치에 적합한 키랄성 화합물은 입체적으로 과밀한 키랄성 올레핀이다 (비. 엘. 페링가(B. L. Feringa), 더블유. 에프. 자거(W. F. Jager), 비. 드 랑쥬(B. de Lange), J. Am. Chem. Soc. 113, 5468-5470 (1991); 더블유. 에프. 자거, 비. 드 랑쥬, 비. 엘. 페링가, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 217, 133-138 (1992); 이. 더블유. 메이저(E. W. Meijer), 비. 엘. 페링가, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 235, 169-180 (1993); 더블유. 에프. 자거, 제이. 씨. 드 종(J. C. de Jong), 비. 드 랑쥬, 엔. 피. 엠. 휴크(N. P. M. Huck), 에이. 미쓰메(A. Meetsme) 및 비. 엘. 페링가, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34(1995), No. 3, 348-350). 이들은 예컨대 하기식 (1-1) 로 표현될 수 있다:For example, chiral compounds suitable for such devices are sterically dense chiral olefins (BL Feringa, WF Jager, B. de Lange, J Am. Chem. Soc. 113, 5468-5470 (1991); W. F. Jarger, B. de Lange, B. L. Ferringa, Mol.Cyst.Liq.Cryst. 217, 133-138 (1992) E. W. Meijer, B. L. Ferringa, Mol.Cyst.Liq.Cyst. 235, 169-180 (1993); W. F. Zager, J. C. de Chong Jong, B. de Lange, N. P. M. Huck, A. Meetsme and B. L. Ferringa, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34 ( 1995), No. 3, 348-350). These can be represented, for example, by the following formula (1-1):

[식중, Ra, Rb, Rc = 알킬, 알콕시, 수소, 히드록실, 니트로, 디알킬아미노이고,[Wherein Ra, Rb, Rc = alkyl, alkoxy, hydrogen, hydroxyl, nitro, dialkylamino,

X1, X2 = 산소, 황, 메틸렌이다].X 1, X 2 = oxygen, sulfur, methylene].

또한 시스 혹은 트랜스 이성질체로 존재할 수 있는 일반식 (1-2) 의 아조 화합물도, 이들이 키랄성 기로 치환될 때, 장치에서 사용될 수 있다. 시스 및 트랜스 이성질체는 광학 활성면에서 상이하고, 네마틱 액정을 콜레스테릭 물질로 변환시킬 수 있다:Azo compounds of the general formula (1-2), which may also exist as cis or trans isomers, can also be used in the apparatus when they are substituted with chiral groups. The cis and trans isomers are different in terms of optical activity and can convert nematic liquid crystals to cholesteric materials:

[식중, Y, Y' = 또다른 단일 결합에 상관없이 산소, 황, 카르보닐, 에스테르기, 1,2-에틸렌, 1,2-에테닐렌, 1,2-에티닐렌, 1,4-부틸렌, 메틸렌옥시, 옥시메틸렌, 디플루오로메틸렌옥시, 치환된 또는 치환되지 않은 벤젠 등의 고리 시스템, 시클로헥산, 헤테로시클릭 고리, 비페닐, 비시클로헥실이고,[Wherein Y, Y '= oxygen, sulfur, carbonyl, ester group, 1,2-ethylene, 1,2-ethenylene, 1,2-ethynylene, 1,4-butyl regardless of another single bond Ring systems such as ethylene, methyleneoxy, oxymethylene, difluoromethyleneoxy, substituted or unsubstituted benzene, cyclohexane, heterocyclic ring, biphenyl, bicyclohexyl,

Rd = 알킬, 알킬옥시, 알카노일옥시, 알콕시알킬, 알케닐, 알키닐, 알케닐옥시, 알키닐옥시, 알카디에닐, 알카디에닐옥시, 할로알킬, 할로알킬옥시이며,Rd = alkyl, alkyloxy, alkanoyloxy, alkoxyalkyl, alkenyl, alkynyl, alkenyloxy, alkynyloxy, alkadienyl, alkadienyloxy, haloalkyl, haloalkyloxy,

R* = 키랄성 기, 바람직하게는 1-메틸프로필, 1-메틸부틸, 1-메틸펜틸, 1-메틸헥실, 1-메틸헵틸, 1-메틸옥틸, 1-메틸노닐, 2-메틸부틸, 2-메틸펜틸, 1-에틸헵틸, 1-트리플루오로메틸헵틸 등의 확대기(extended group)이다]R * = chiral group, preferably 1-methylpropyl, 1-methylbutyl, 1-methylpentyl, 1-methylhexyl, 1-methylheptyl, 1-methyloctyl, 1-methylnonyl, 2-methylbutyl, 2 Extended groups such as methylpentyl, 1-ethylheptyl, 1-trifluoromethylheptyl, etc.]

네마틱 액정 기재 혼합물을 위해, 모든 구조의 네마틱 화합물이 사용될 수 있다. 통상 하기의 화합물 (2-1) - (2-190) 이 효과적으로 사용될 수 있다.For nematic liquid crystal base mixtures, nematic compounds of all structures can be used. Usually, the following compounds (2-1) to (2-190) can be used effectively.

[식중, R1, R2 = 알킬, 알킬옥시, 알케닐, 알키닐 및 기타 액정에 전형적인 기이다][Wherein R1, R2 are typical groups for alkyl, alkyloxy, alkenyl, alkynyl and other liquid crystals]

모든 종류의 네마틱 액정이 본 발명에 적용될 수 있음에도 불구하고, 바람직하게는 액정 기재 혼합물은 두 상태 사이의 조사광 변환 영역에서 광학적 흡수띠를 가져서는 안된다. 바람직한 변환은 자외선으로 수행되므로, 특히 비방향족 액정 물질, 바람직하게는 하기의 일반식 (2-191) - (2-227) 의 화합물이 유용하다.Although all kinds of nematic liquid crystals can be applied to the present invention, the liquid crystal substrate mixture should preferably not have an optical absorption band in the irradiation light conversion region between the two states. Since the preferred conversion is carried out with ultraviolet light, in particular non-aromatic liquid crystal substances, preferably compounds of the general formulas (2-191) to (2-227) below are useful.

[식중, R1, R2 = 알킬, 알킬옥시, 할로겐, 시아노 및 기타 액정에 전형적인 기이고,[Wherein R 1, R 2 = alkyl, alkyloxy, halogen, cyano and other liquid crystalline groups,

m, n = 독립적으로 0 - 10 이다]m, n = independently 0-10]

이들 일반식의 액정은 이미 알려져 있으며 문헌에 기술되어 있다. 이러한 유형의 화합물은 근자외선 영역에서 광학적 흡수를 보여주지 않는다.Liquid crystals of these general formulas are already known and described in the literature. Compounds of this type do not show optical absorption in the near ultraviolet region.

기재 혼합물로서, 네마틱 디스코틱 물질 (디스코틱 물질은 문헌 [LiqCryst, Database of Liquid Crystalline Compounds for personal Computers, 브이. 빌(V. Vill), 함부르크 1995] 에 기입되어 있다) 을 사용할 수 있다. 네마틱 디스코틱 화합물은 통상 상대적으로 높은 세정 온도를 가지고 있으므로, 다수성분 혼합물이 필요하다. 디스코틱 네마틱 물질은 특히 입체적으로 과밀한 키랄성 올레핀과 상용할 수 있다.As the base mixture, nematic discotic materials (discotic materials are listed in LiqCryst, Database of Liquid Crystalline Compounds for personal Computers, V. Vill, Hamburg 1995). Nematic discotic compounds usually have a relatively high cleaning temperature and therefore require a multicomponent mixture. Discotic nematic materials are particularly compatible with steric dense chiral olefins.

하기의 화합물 (3-1) - (3-11) 은 본 발명에 적합한 디스코틱 물질이다.The following compounds (3-1) to (3-11) are discotic materials suitable for the present invention.

[식중, Re 는 하나 또는 두 개의 메틸렌 부분이 O, C=O, S, CH=CH, C≡C 로 치환될 수 있고, 하나 또는 두 개의 수소가 CN 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있는 알킬 사슬 또는 할로겐 원자를 나타내고,[Wherein Re is an alkyl chain wherein one or two methylene moieties may be substituted with O, C═O, S, CH═CH, C≡C, and one or two hydrogen may be replaced with CN or a halogen atom or Represents a halogen atom,

Z 는 OCO, CH2CH2, C≡C, CH2O, OCH2, CH2S, SCH2, NHCO, OCOCH2, OCOCH=CH, CH2OCO, N=N 을 나타낸다].Z represents OCO, CH 2 CH 2 , C≡C, CH 2 O, OCH 2 , CH 2 S, SCH 2 , NHCO, OCOCH 2 , OCOCH = CH, CH 2 OCO, N = N.

실시예 1Example 1

하이브리드 셀 및 액정 혼합물을 사용한 키로옵틱 장치의 제조Preparation of Chiro-Optic Devices Using Hybrid Cells and Liquid Crystal Mixtures

실온에서 네마틱 상을 보여주는 네마틱 혼합물 99.9 중량% (4-부틸시클로헥산카르복실산 65 몰% + 4-헥실시클로헥산카르복실산 35 몰%, 정제 온도 = 91 ℃, Δn = 0.02) 및 하기식 (1-1) (식중, Ra = 수소, Rb = 디메틸아미노, Rc= 니트로, X1 = X2 = 황) 로 나타난 키랄성 화합물 0.1 중량% 로 이루어진 콜레스테릭 혼합물을 제조한다. 상기 콜레스테릭 혼합물을, 도 1 에 보여진대로, 액정이 하나의 유리를 따라 평행으로, 또다른 유리에 대해서는 수직으로 정렬된 하이브리드내에 충전시킨다. 두 개의 편광기를 적당한 상호각으로 조정하여 어두운 상태를 보여주는 키로옵티칼 셀을 수득한다. 반응식 1 에 보여진대로, 두 개의 상이한 파장 (435 nm/어두운 상태, 365 nm/밝은 상태) 을 갖는 빛을 조사함으로써 안정한 두 반복 상태, 어둡고 밝은 상태를 얻는다.99.9% by weight nematic mixture (65 mol% 4-butylcyclohexanecarboxylic acid + 35 mol% 4-hexylcyclohexanecarboxylic acid, purification temperature = 91 ° C., Δn = 0.02) showing nematic phase at room temperature and A cholesteric mixture consisting of 0.1% by weight of a chiral compound represented by the following formula (1-1) (wherein Ra = hydrogen, Rb = dimethylamino, Rc = nitro, X1 = X2 = sulfur) is prepared. The cholesteric mixture is filled into a hybrid in which the liquid crystals are aligned in parallel along one glass and perpendicular to another glass, as shown in FIG. 1. The two polarizers are adjusted at appropriate mutual angles to obtain kiro optical cells showing the dark state. As shown in Scheme 1, two stable repetitive, dark and bright states are obtained by irradiating light having two different wavelengths (435 nm / dark state, 365 nm / bright state).

실시예 2Example 2

홀로그래피 기록 시스템의 제조Fabrication of Holographic Recording Systems

도 2 에 보여진 대로 홀로그래피 배열을 한다. 여기에서 BS 는 빔 스플리터를 나타내고 액정 셀은 실시예 1 에서 수득한 콜레스테릭 혼합물로 충전된다. 파장이 435 nm 인 레이저 빔은 두 개의 빔으로 분할되어, 그 중 하나는 모듈레이터로 조절된다. 액정 장치내에서, 두 개의 빔은 서로 간섭하여 정보를 담고 있는 홀로그램을 만든다. 정보는 파장 365 nm 의 빛으로 조사함으로써 지워질 수 있다.Perform a holographic arrangement as shown in FIG. Here BS denotes a beam splitter and the liquid crystal cell is filled with the cholesteric mixture obtained in Example 1. The laser beam with a wavelength of 435 nm is split into two beams, one of which is modulated with a modulator. Within the liquid crystal device, the two beams interfere with each other to produce a hologram containing information. The information can be erased by irradiation with light of wavelength 365 nm.

실시예 3Example 3

아조 화합물을 함유하는 액정 혼합물과 하이브리드 셀을 사용한 키로옵틱 장치의 제조Preparation of Chiro-Optic Devices Using Liquid Crystal Mixtures and Hybrid Cells Containing Azo Compounds

65 몰% 의 4-부틸시클로헥산카르복실산 + 35 몰% 의 4-헥실시클로헥산카르복실산의 혼합물은 91 ℃ 의 세정 온도로 네마틱이 된다. 이 혼합물은 가시광선이나 근자외선 영역의 빛을 흡수하지 않는다. 이 혼합물에 1 몰% 의 (S)-4-에톡시-4'-(2-메틸부틸)아조벤젠을 첨가하여 콜레스테릭 물질을 만든다. 이 혼합물을, 도 1 에 보여진 대로, 액정이 하나의 유리를 따라 평행하게 정렬되고 또다른 유리에 대해 수직으로 정렬된 하이브리드 셀에 넣는다. 파장이 350 nm 인 빛으로 조사시킴으로써 아조 화합물의 시스 이성질체가 형성된다. 400 내지 500 nm 영역의 파장의 빛으로 조사시킴으로써 트랜스 이성질체가 형성된다. 이들 선호 영역중의 하나의 빛으로 번갈아 조사함으로써 정보가 기록되고 지워질 수 있다.A mixture of 65 mol% 4-butylcyclohexanecarboxylic acid + 35 mol% 4-hexylcyclohexanecarboxylic acid is nematic with a washing temperature of 91 ° C. This mixture does not absorb light in the visible or near-ultraviolet region. To the mixture is added 1 mol% of (S) -4-ethoxy-4 '-(2-methylbutyl) azobenzene to form a cholesteric material. This mixture is placed in a hybrid cell in which the liquid crystals are aligned parallel along one glass and vertically aligned with respect to another glass, as shown in FIG. 1. The cis isomer of the azo compound is formed by irradiation with light having a wavelength of 350 nm. Trans isomers are formed by irradiation with light in the wavelength range of 400 to 500 nm. By alternating illumination with one of these preference areas, information can be recorded and erased.

실시예 4Example 4

아조 화합물을 함유하는 혼합물을 사용한 홀로그래피 기록 시스템의 제조Preparation of Holographic Recording System Using Mixtures Containing Azo Compounds

실시예 2 에 기술된 대로 홀로그래피 배열을 한다. 실시예 3 에서 제조한 혼합물로 액정 셀을 충전한다. 파장이 350 nm 인 레이저 빔은 두 개의 빔으로 분할되어, 그 하나는 모듈레이터에 의해 조절된다. 액정 장치내에서, 두 빔은 서로 간섭하여 정보를 담고 있는 홀로그램을 만든다. 400 - 500 nm 의 파장의 빛으로 조사함으로써, 정보가 지워질 수 있다.The holographic arrangement is made as described in Example 2. The liquid crystal cell is filled with the mixture prepared in Example 3. The laser beam having a wavelength of 350 nm is divided into two beams, one of which is controlled by a modulator. In a liquid crystal device, the two beams interfere with each other to produce a hologram containing information. By irradiating with light having a wavelength of 400-500 nm, information can be erased.

실시예 5Example 5

하이브리드 셀 및 디스코틱 액정 혼합물을 사용한 키로옵틱 장치의 제조Preparation of Chirooptic Devices Using Hybrid Cells and Discotic Liquid Crystal Mixtures

2,3,4,5,6-펜타키스(2-(4-펜틸페닐)에티닐)-1-(11-히드록시운데실옥시)벤젠 40 몰% 및 2,3,4,5,6-펜타키스(2-(4-펜틸페닐)에티닐)-1-(10-에톡시카르보닐데실옥시)벤젠 15 몰% 로 이루어진 네마틱 디스코틱 혼합물을 제조한다. 상기 화합물은 문헌 [디. 자니쯔(D. Janietz), 케이. 프레페크(K. Praefcke) 및 디. 싱어(D. Singer, Liq. Cryst., 13(2), 247 (1993)] 에 의거하여 합성한다. 제조된 네마틱 디스코틱 기재 혼합물 99.9 중량% 및 식 Ⅰ 로 표현되는 키랄성 화합물 (식중, Ra = 수소, Rb = 디메틸아미노, Rc= 니트로, X1 = X2 = 황) 0.1 중량% 로 이루어진 네마틱 디스코틱 혼합물을 제조한다. 상기 네마틱 디스코틱 혼합물을, 도 1 에 보여진대로, 액정이 하나의 유리를 따라 평행하게 정렬되고 또다른 유리에 대해서는 수직으로 정렬된 하이브리드에 충전시킨다. 두 편광기를 적당한 상호각으로 조정함으로써 어두운 상태를 보여주는 키로옵티칼 셀이 수득된다. 두 개의 상이한 파장을 갖는 빛으로 조사함으로써 두 개의 안정한 반복 상태, 어둡고 밝은 상태가 얻어진다.2,3,4,5,6-pentakis (2- (4-pentylphenyl) ethynyl) -1- (11-hydroxyundecyloxy) benzene 40 mol% and 2,3,4,5,6 A nematic discotic mixture consisting of 15 mol% pentakis (2- (4-pentylphenyl) ethynyl) -1- (10-ethoxycarbonyldecyloxy) benzene is prepared. Such compounds are described in [D. D. Janietz, K. K. Praefcke and D. Synthesized according to Singer (D. Singer, Liq. Cryst., 13 (2), 247 (1993)) 99.9% by weight of the prepared nematic discotic base mixture and a chiral compound represented by formula I (wherein Ra = Hydrogen, Rb = dimethylamino, Rc = nitro, X1 = X2 = sulfur) to prepare a nematic discotic mixture consisting of 0.1 wt.% Of the nematic discotic mixture, as shown in FIG. Charged in a hybrid aligned parallel along the glass and vertically aligned with respect to another glass By adjusting the two polarizers at appropriate mutual angles, a chiro optical cell is obtained showing the dark state, irradiated with light having two different wavelengths. This results in two stable repeating states, a dark and a bright state.

실시예 6Example 6

네마틱 디스코틱 혼합물을 사용한 홀로그래피 기록 시스템의 제조Fabrication of Holographic Recording Systems Using Nematic Discotic Mixtures

도 2 에 보여진 대로 홀로그래피 배열을 한다. 실시예 5 에서 수득된 디스코틱 혼합물로 액정 셀을 충전시킨다. 435 nm 의 파장을 갖는 레이저 빔은 두 개의 빔으로 분할되고, 이중 하나는 모듈레이터로 조정된다. 액정 장치내에서, 두 개의 빔은 서로 간섭하여 정보를 담고 있는 홀로그램을 만든다. 365 nm 파장의 빛으로 조사함으로써, 정보는 지워질 수 있다.Perform a holographic arrangement as shown in FIG. The liquid crystal cell is filled with the discotic mixture obtained in Example 5. The laser beam with a wavelength of 435 nm is split into two beams, one of which is modulated with a modulator. Within the liquid crystal device, the two beams interfere with each other to produce a hologram containing information. By irradiating with light of 365 nm wavelength, information can be erased.

Claims (8)

적당한 키랄성 물질과 네마틱 액정의 혼합물을 함유하고, 두 개의 상이한 파장의 빛을 조사함으로써 혼합물의 키랄성이, 정보의 저장에 유용한, 광학적 성질이 상이한 두 상태에 상응하는 상이한 키랄성의 두 안정한 상태 사이에서 가역적으로 변환될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.Between two stable states of different chirality, which contain a mixture of a suitable chiral material and nematic liquid crystal, and by irradiating light of two different wavelengths, the chirality of the mixture corresponds to two states of differing optical properties, useful for the storage of information. A device, which can be converted reversibly. 제 1 항에 있어서, 키랄성 네마틱 혼합물이 두 개의 편평한 유리 또는 플라스틱 판 사이에 존재하고, 디렉터는 하나의 판에서는 평행하게 나머지 하나의 판에서는 수직으로 배향되어 있으며 (하이브리드 셀), 이 장치는 두 개의 편광기 사이에 위치하는 장치.2. A chiral nematic mixture according to claim 1, wherein the chiral nematic mixture is present between two flat glass or plastic plates, the director is oriented parallel in one plate and vertically in the other plate (hybrid cell), the device being two Positioned between two polarizers. 제 1 항에 있어서, 분할된 레이저 빔의 사용에 의해, 정보가 홀로그래피적으로 기록되는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein information is holographically recorded by use of a split laser beam. 제 1 항에 있어서, 네마틱이 비방향족 칼라미틱(calamitic) (막대형) 분자로 이루어지는 장치.The device of claim 1, wherein the nematic consists of non-aromatic calamitic (rod) molecules. 제 1 항에 있어서, 네마틱이 네마틱 디스코틱 분자로 이루어지는 장치.The device of claim 1, wherein the nematic consists of nematic discotic molecules. 제 1 항에 있어서, 키랄성 물질이 입체적으로 과밀한 올레핀으로 이루어지는 장치.The device of claim 1 wherein the chiral material consists of sterically dense olefins. 제 1 항에 있어서, 키랄성 물질이 키랄성 아조 화합물로 이루어지는 장치.The device of claim 1, wherein the chiral material consists of a chiral azo compound. 제 1 항의 장치에 유용한, 키랄성 화합물 및 네마틱 액정으로 이루어진 네마틱 액정 혼합물.A nematic liquid crystal mixture consisting of a chiral compound and a nematic liquid crystal, useful for the device of claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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