JPH0445193A - 光学素子 - Google Patents
光学素子Info
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- JPH0445193A JPH0445193A JP2151740A JP15174090A JPH0445193A JP H0445193 A JPH0445193 A JP H0445193A JP 2151740 A JP2151740 A JP 2151740A JP 15174090 A JP15174090 A JP 15174090A JP H0445193 A JPH0445193 A JP H0445193A
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Liquid Crystal Substances (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、高分子液晶を用いた光学素子に関する。
生体におけるタンパク質等に見られるように、通常、ポ
リペプチド誘導体は極めて複雑な高次構造を有し、それ
により種々の機能を発現する。そして、その構成単位で
あるアミノ酸残基が形成する水素結合の種類によってα
−へリックス、β−シートおよびランダムコイルの3種
類に大別される。すなわち、アミノ酸残基が分子内で水
素結合を形成する場合にはα−ヘリックス、水素結合が
分子間で形成される場合にはβ−シート、そして水素結
合が形成されない場合にはランダムコイル構造をとる。
リペプチド誘導体は極めて複雑な高次構造を有し、それ
により種々の機能を発現する。そして、その構成単位で
あるアミノ酸残基が形成する水素結合の種類によってα
−へリックス、β−シートおよびランダムコイルの3種
類に大別される。すなわち、アミノ酸残基が分子内で水
素結合を形成する場合にはα−ヘリックス、水素結合が
分子間で形成される場合にはβ−シート、そして水素結
合が形成されない場合にはランダムコイル構造をとる。
ポリペプチド誘導体の一種であるポリグルタミン酸エス
テルは、各アミノ酸残基が有する側鎖や周囲の環境条件
(温度、溶媒等)によって2次構造が異なり、かつその
構造を安定に保つことが知られている。特に、ポリグル
タミン酸の各アミノ酸残基の側鎖をベンジルエステルと
したポリーγ−ベンジル−し一グルタメート(以下、P
BLGと略記する)またはポリーγ−ベンジルーD−グ
ルタメート(以下、PBDGと略記する)は、■、4−
ジオキサン、ジメチルホルムアミド、1,2−ジクロロ
エタン、テトラヒドロフラン等の多くの有機溶媒中で安
定なα−へリックス構造を形成し、コレステリック液晶
相を発現することで知られている。
テルは、各アミノ酸残基が有する側鎖や周囲の環境条件
(温度、溶媒等)によって2次構造が異なり、かつその
構造を安定に保つことが知られている。特に、ポリグル
タミン酸の各アミノ酸残基の側鎖をベンジルエステルと
したポリーγ−ベンジル−し一グルタメート(以下、P
BLGと略記する)またはポリーγ−ベンジルーD−グ
ルタメート(以下、PBDGと略記する)は、■、4−
ジオキサン、ジメチルホルムアミド、1,2−ジクロロ
エタン、テトラヒドロフラン等の多くの有機溶媒中で安
定なα−へリックス構造を形成し、コレステリック液晶
相を発現することで知られている。
コレステリック液晶相は層構造を有し、各層内では分子
が一方向に平行に配向している。また、コレステリック
液晶相は、この層に直角な方向にねじれの軸(ヘリック
ス軸)を有しており、分子の配向方向が各層間で一定角
度ずれている。そして、配向方向が380°異なる層と
層との間の距離はコレステリックピッチ、または単にピ
ッチと呼ばれる。コレステリック液晶はその大きな周期
構造によって特徴付けられ、コレステリック液晶の光学
特性である異常に大きな旋光能、および狭い波長領域で
起こる右または左円偏光の選択反射能は、上記らせん構
造に由来するものである。後者の選択反射能によってコ
レステリック液晶は円偏光二色性(CD )を有し、反
射の中心波長λ■は、らせんピッチPおよび屈折率nと
λ■−nPの関係にある。この特性によって、λ會が可
視波長領域にある場合には、赤から青までの鮮やかな呈
色効果が生じる。
が一方向に平行に配向している。また、コレステリック
液晶相は、この層に直角な方向にねじれの軸(ヘリック
ス軸)を有しており、分子の配向方向が各層間で一定角
度ずれている。そして、配向方向が380°異なる層と
層との間の距離はコレステリックピッチ、または単にピ
ッチと呼ばれる。コレステリック液晶はその大きな周期
構造によって特徴付けられ、コレステリック液晶の光学
特性である異常に大きな旋光能、および狭い波長領域で
起こる右または左円偏光の選択反射能は、上記らせん構
造に由来するものである。後者の選択反射能によってコ
レステリック液晶は円偏光二色性(CD )を有し、反
射の中心波長λ■は、らせんピッチPおよび屈折率nと
λ■−nPの関係にある。この特性によって、λ會が可
視波長領域にある場合には、赤から青までの鮮やかな呈
色効果が生じる。
上述のように、コレステリック液晶はそのコレステリッ
クピッチに応じた波長領域で右もしくは左円偏光のいず
れかを選択反射する。このような液晶に直線偏光が入射
した場合には、その中の右もしくは左円偏光のいずれか
が選択反射され、その波長領域における透過光量が1/
2になる。さらに、右円偏光選択反射膜と左円偏光反射
膜とを重ねて用いた場合には、光は透過しない。
クピッチに応じた波長領域で右もしくは左円偏光のいず
れかを選択反射する。このような液晶に直線偏光が入射
した場合には、その中の右もしくは左円偏光のいずれか
が選択反射され、その波長領域における透過光量が1/
2になる。さらに、右円偏光選択反射膜と左円偏光反射
膜とを重ねて用いた場合には、光は透過しない。
ポリグルタミン酸エステルが形成するコレステリック液
晶相は、溶媒の種類、濃度、温度等の諸条件によりその
コレステリックピッチが変化する。
晶相は、溶媒の種類、濃度、温度等の諸条件によりその
コレステリックピッチが変化する。
その変化の幅は、波長に換算すると、紫外から遠赤外を
経て無限大の波長にまで対応する。したがって、条件を
適当に設定することにより任意の波長領域の右もしくは
左円偏光成分を選択反射させることができる。
経て無限大の波長にまで対応する。したがって、条件を
適当に設定することにより任意の波長領域の右もしくは
左円偏光成分を選択反射させることができる。
このような特性を利用して素子を作成しようとする場合
、溶液状態よりも固体状態、特にフィルム状であるほう
がハンドリング性、安定性等の点で好ましい。したがっ
て、固体状態でコレステリック液晶相を形成し、かつ温
度等によってそのコレステリックピッチが変化する特性
を有する物質が好ましい。しかしながら、PBLG (
またはPBDG)は、溶液状態においてのみコレステリ
ック液晶相を形成し、固体状態においてはコレステリッ
ク液晶相を示さず、素子への利用には制限があった。
、溶液状態よりも固体状態、特にフィルム状であるほう
がハンドリング性、安定性等の点で好ましい。したがっ
て、固体状態でコレステリック液晶相を形成し、かつ温
度等によってそのコレステリックピッチが変化する特性
を有する物質が好ましい。しかしながら、PBLG (
またはPBDG)は、溶液状態においてのみコレステリ
ック液晶相を形成し、固体状態においてはコレステリッ
ク液晶相を示さず、素子への利用には制限があった。
一般に、側鎖基に炭素数の多い直鎖アルキル基、アリー
ル基を有するポリペプチド誘導体は、温度上昇に伴って
長いフレキシブルな側鎖基が溶媒に類似した作用をする
ことが知られており、このような側鎖基がある程度の体
積を占めることにより固体中においてもサーモトロピッ
ク・コレステリック液晶となり得る。特開昭節[12−
116629号公報および同第62−175939号公
報には、ポリグルタミン酸エステルの側鎖基を変更する
ことによって得られたコレステリック液晶相を示す材料
と、この材料の光記録媒体等への応用が開示されている
。
ル基を有するポリペプチド誘導体は、温度上昇に伴って
長いフレキシブルな側鎖基が溶媒に類似した作用をする
ことが知られており、このような側鎖基がある程度の体
積を占めることにより固体中においてもサーモトロピッ
ク・コレステリック液晶となり得る。特開昭節[12−
116629号公報および同第62−175939号公
報には、ポリグルタミン酸エステルの側鎖基を変更する
ことによって得られたコレステリック液晶相を示す材料
と、この材料の光記録媒体等への応用が開示されている
。
しかしながら、上記明細書中に開示されたポリペプチド
誘導体は、液晶転移温度が比較的低温であるため保存安
定性に劣る。また、成膜時におけるコレステリック相の
固定が困難であり、−度転移温度以上に加熱保持した後
冷却するアニール処理が必要となる。
誘導体は、液晶転移温度が比較的低温であるため保存安
定性に劣る。また、成膜時におけるコレステリック相の
固定が困難であり、−度転移温度以上に加熱保持した後
冷却するアニール処理が必要となる。
したがって、この発明は、保存安定性が良好であり、か
つ成膜時にアニール処理を必要としない高分子液晶を有
する、高速のスイッチング動作が可能な光学素子を提供
することを目的とする。
つ成膜時にアニール処理を必要としない高分子液晶を有
する、高速のスイッチング動作が可能な光学素子を提供
することを目的とする。
この発明の光学素子に用いられる高分子液晶は、特定の
狭い波長領域において右円偏光または左円偏光のいずれ
かに対してのみ選択反射を生じ、かっこの選択反射波長
領域を温度、電場、磁場、光、圧力等の外部応力を適用
することによって変化させることが可能なポリペプチド
誘導体である。このポリペプチド誘導体は、α−ヘリッ
クス構造を有しており、かつ側鎖基の1〜90%が液晶
性を示す化合物に由来するメソゲン基である。
狭い波長領域において右円偏光または左円偏光のいずれ
かに対してのみ選択反射を生じ、かっこの選択反射波長
領域を温度、電場、磁場、光、圧力等の外部応力を適用
することによって変化させることが可能なポリペプチド
誘導体である。このポリペプチド誘導体は、α−ヘリッ
クス構造を有しており、かつ側鎖基の1〜90%が液晶
性を示す化合物に由来するメソゲン基である。
このようなポリペプチド誘導体はコレステリック液晶を
発現するものであればどのようなものでもよいが、好ま
しくはアミノ酸を構成単位とするポリアミノ酸であり、
特にはL(D)−アスパラギン、L(D)−アスパラギ
ン酸、L(D)−グルタミンまたはL(D)−グルタミ
ン酸を構成単位とするホモポリマが好ましい。この際、
ポリペプチド誘導体の1分子はL体またはD体のいずれ
か一種類のみで形成される。また、ポリマーマトリック
ス中においては、ラセミ体でない限りはL体とD体とが
混在していてもよいが、いずれかの異性体のみからなる
マトリックスが好ましい。これは、コレステリック液晶
のらせん構造がL体とD体とではらせん方向が逆転して
おり、これらが混在している場合には液晶構造が相殺さ
れて欠陥となるためである。
発現するものであればどのようなものでもよいが、好ま
しくはアミノ酸を構成単位とするポリアミノ酸であり、
特にはL(D)−アスパラギン、L(D)−アスパラギ
ン酸、L(D)−グルタミンまたはL(D)−グルタミ
ン酸を構成単位とするホモポリマが好ましい。この際、
ポリペプチド誘導体の1分子はL体またはD体のいずれ
か一種類のみで形成される。また、ポリマーマトリック
ス中においては、ラセミ体でない限りはL体とD体とが
混在していてもよいが、いずれかの異性体のみからなる
マトリックスが好ましい。これは、コレステリック液晶
のらせん構造がL体とD体とではらせん方向が逆転して
おり、これらが混在している場合には液晶構造が相殺さ
れて欠陥となるためである。
以下、この発明に用いられるポリペプチド誘導体を、ポ
リ−L−グルタミン酸エステルを例として説明するが、
他のアミノ酸についても同様である。
リ−L−グルタミン酸エステルを例として説明するが、
他のアミノ酸についても同様である。
この発明に用いられるポリ−L−グルタミン酸エステル
は、下記一般式(I)で表わされる。
は、下記一般式(I)で表わされる。
−←聞−作−(資)+「−一+■−鮒−艶→−1CH2
CH2 C−0C−0 R,R2 上記一般式(1)において、R1 は (ここで、iは1〜6、jは1〜3の整数である)の少
なくとも一種を含む側鎖基であり、R2はメソゲン基で
ある。
CH2 C−0C−0 R,R2 上記一般式(1)において、R1 は (ここで、iは1〜6、jは1〜3の整数である)の少
なくとも一種を含む側鎖基であり、R2はメソゲン基で
ある。
上記一般式(1)におけるメソゲン基R2は、さらに、
式 で表わすことができる。式中、Aは 一〇CH2−+−r− →CH2±1−〇−1または →CH2CH20+−r− (ここでkは1〜16の整数)のいずれかであり、Bお
よびCはそれぞれ後掲の第2および3表に記載の基のい
ずれかである。Bは、第2表に挙げた置換基の他に、そ
れらの置換基に含まれるベンゼン環のいずれか一方もし
くは両方が、 等のへテロ環で置換されたものでもよく、その末端にさ
らに1つ以上のベンゼン環、シクロヘキサン環、もしく
はヘテロ環が結合したものでもよい。
式 で表わすことができる。式中、Aは 一〇CH2−+−r− →CH2±1−〇−1または →CH2CH20+−r− (ここでkは1〜16の整数)のいずれかであり、Bお
よびCはそれぞれ後掲の第2および3表に記載の基のい
ずれかである。Bは、第2表に挙げた置換基の他に、そ
れらの置換基に含まれるベンゼン環のいずれか一方もし
くは両方が、 等のへテロ環で置換されたものでもよく、その末端にさ
らに1つ以上のベンゼン環、シクロヘキサン環、もしく
はヘテロ環が結合したものでもよい。
また、メソゲン基R2は、コレステロール誘導体由来の
置換基であってもよい。メソゲン基R2の具体例を後掲
の第4表に示すが、これに限られるものではない。上記
ポリグルタミン酸エステルには、上記置換基の1種以上
がR2として含まれる。
置換基であってもよい。メソゲン基R2の具体例を後掲
の第4表に示すが、これに限られるものではない。上記
ポリグルタミン酸エステルには、上記置換基の1種以上
がR2として含まれる。
ポリペプチド誘導体におけるメソゲン基の含有率は、メ
ソゲン基の構造や成膜条件と同様に、コレステリックピ
ッチの温度依存性、電圧印加時の配向挙動、成膜時のピ
ッチバンドの波長領域の決定等に対する重要な因子であ
る。上記一般式(1)で表わされるポリグルタミン酸エ
ステルにおいて、メソゲン基R2を有するグルタミン酸
残基の全体に対する割合[1100X/ (Ω十m)%
コの最適値は、R1およびR2の構造によって異なるが
、通常1〜90%、好ましくは2〜50%である。この
割合が1%未満である場合には、メソゲン基の効果が充
分に発揮されない。また、この割合が90%をこえる場
合には、メソゲン基同士の相互作用によって結晶化、ス
クッキング等の現象が生じ、コレステリック液晶相を発
現しないか、もしくは選択波長領域が固定されてしまい
、光学素子の性能を低下させてしまう傾向にある。
ソゲン基の構造や成膜条件と同様に、コレステリックピ
ッチの温度依存性、電圧印加時の配向挙動、成膜時のピ
ッチバンドの波長領域の決定等に対する重要な因子であ
る。上記一般式(1)で表わされるポリグルタミン酸エ
ステルにおいて、メソゲン基R2を有するグルタミン酸
残基の全体に対する割合[1100X/ (Ω十m)%
コの最適値は、R1およびR2の構造によって異なるが
、通常1〜90%、好ましくは2〜50%である。この
割合が1%未満である場合には、メソゲン基の効果が充
分に発揮されない。また、この割合が90%をこえる場
合には、メソゲン基同士の相互作用によって結晶化、ス
クッキング等の現象が生じ、コレステリック液晶相を発
現しないか、もしくは選択波長領域が固定されてしまい
、光学素子の性能を低下させてしまう傾向にある。
上記−船蔵(I)で表わされるポリグルタミン酸エステ
ルの重合度(Dp−、ll+m)は50〜2000であ
り、より好ましくは75〜700である。重合度が50
未満である場合には、ポリグルタミン酸エステルの成膜
性が悪化し、さらに液晶転移点が低下して安定性に劣る
傾向にある。また、重合度が2000をこえる場合には
、液晶転移点が高くなりすぎてポリグルタミン酸エステ
ルが分解してしまう危険性があり、さらに粘性も高くな
るため電界を印加した際の応答速度が遅くなる傾向にあ
る。
ルの重合度(Dp−、ll+m)は50〜2000であ
り、より好ましくは75〜700である。重合度が50
未満である場合には、ポリグルタミン酸エステルの成膜
性が悪化し、さらに液晶転移点が低下して安定性に劣る
傾向にある。また、重合度が2000をこえる場合には
、液晶転移点が高くなりすぎてポリグルタミン酸エステ
ルが分解してしまう危険性があり、さらに粘性も高くな
るため電界を印加した際の応答速度が遅くなる傾向にあ
る。
この発明の光学素子に好適に用いることができるポリグ
ル多ミン酸エステルの具体例が後掲の第5表に示されて
いる。
ル多ミン酸エステルの具体例が後掲の第5表に示されて
いる。
この発明の光学素子に用いられるポリペプチド誘導体は
、コレステリック液晶相の外部応力によるピッチバンド
シフトの応答速度、感度、ピッチバンドの固定波長領域
等が、側鎖基の種類とその割合、成膜時の塗布溶媒、作
動温度等の雰囲気条件、基板の種類等の要因によって大
きく変化する。
、コレステリック液晶相の外部応力によるピッチバンド
シフトの応答速度、感度、ピッチバンドの固定波長領域
等が、側鎖基の種類とその割合、成膜時の塗布溶媒、作
動温度等の雰囲気条件、基板の種類等の要因によって大
きく変化する。
したがって、異なる性能を有する多様な素子を作成する
ことが可能である。
ことが可能である。
上記ポリペプチド誘導体は、例えば、通常のエステル交
換によって調製することができる。また、上記ポリペプ
チド誘導体を成膜する方法としては、通常のポリマーと
同様に、溶液キャスト法、スピンコード法、延伸法等を
挙げることができるが、成膜時にコレステリックピッチ
バンドを固定した状態に保つ点から外圧の少ない溶液キ
ャスト法が好ましい。すなわち、上記ポリペプチド誘導
体を有機溶媒に所定量溶解し、得られた溶液をデイ・ラ
ビング法、ロールコータ法、スクリーン印刷法、ドクタ
ーブレード法等によって基板上に均一に塗布した後乾燥
することにより膜を形成する。この際用いられる溶媒は
、ポリペプチド誘導体が溶解し、かつ溶液中でα−へリ
ツクス構造を形成し得るものであればどのようなもので
もよく、具体的には、ハロゲン系溶媒、1.4−ジオキ
サン、DMF。
換によって調製することができる。また、上記ポリペプ
チド誘導体を成膜する方法としては、通常のポリマーと
同様に、溶液キャスト法、スピンコード法、延伸法等を
挙げることができるが、成膜時にコレステリックピッチ
バンドを固定した状態に保つ点から外圧の少ない溶液キ
ャスト法が好ましい。すなわち、上記ポリペプチド誘導
体を有機溶媒に所定量溶解し、得られた溶液をデイ・ラ
ビング法、ロールコータ法、スクリーン印刷法、ドクタ
ーブレード法等によって基板上に均一に塗布した後乾燥
することにより膜を形成する。この際用いられる溶媒は
、ポリペプチド誘導体が溶解し、かつ溶液中でα−へリ
ツクス構造を形成し得るものであればどのようなもので
もよく、具体的には、ハロゲン系溶媒、1.4−ジオキ
サン、DMF。
THF等を挙げることができる。また、上記条件を満た
す限りにおいて、貧溶媒を混合したものでも、2種以上
の良溶媒を混合したものでもよい。
す限りにおいて、貧溶媒を混合したものでも、2種以上
の良溶媒を混合したものでもよい。
上記ポリペプチド誘導体を成膜する際のコレステリック
ピッチバンドの固定状態は、溶媒の種類によって大きく
変化するため、所望の成膜状態を得るためには溶媒の選
択は重要である。
ピッチバンドの固定状態は、溶媒の種類によって大きく
変化するため、所望の成膜状態を得るためには溶媒の選
択は重要である。
このようにして得られt:フィルムは、それ自体すでに
コレステリック液晶相に由来するCD吸吸収ツク有して
いる。したがって、アニール処理の必要はない。このフ
ィルムを加熱すると、ある温度(しきい値温度:二T、
h)以下ではCDの吸収ピークは変化しないが、この温
度をこえると温度に比例してCDの吸収ピークが長波長
側にシフトする。
コレステリック液晶相に由来するCD吸吸収ツク有して
いる。したがって、アニール処理の必要はない。このフ
ィルムを加熱すると、ある温度(しきい値温度:二T、
h)以下ではCDの吸収ピークは変化しないが、この温
度をこえると温度に比例してCDの吸収ピークが長波長
側にシフトする。
また、吸収ピークがシフトした後フィルムを急冷すると
、吸収ピークはシフトした状態で固定され、室温で放置
しても長時間吸収ピークがシフトすることはない。さら
に、しきい値温度以上に加熱した状態でフィルムに電圧
を印加すると、コレステリック液晶相が崩れてネマチッ
ク液晶相となりCDの吸収ピークは消滅する。
、吸収ピークはシフトした状態で固定され、室温で放置
しても長時間吸収ピークがシフトすることはない。さら
に、しきい値温度以上に加熱した状態でフィルムに電圧
を印加すると、コレステリック液晶相が崩れてネマチッ
ク液晶相となりCDの吸収ピークは消滅する。
次のこの発明による光学素子を図面を参照して説明する
。
。
第1図は、この発明の光学素子の4態様を示す断面図で
ある。第1図に示すように、この光学素子は、基板1上
に発熱層2、全反射層3、ポリマ層4および全反射層5
を順次積層してなる。発熱層2は、例えば、窒化タンタ
ルからなり、スイッチ6を介して電源7に接続されてい
て電圧を印加することにより発熱する。ポリマー層4は
、上記の如くして得られたポリペプチド誘導体のフィル
ムであり、コレステリック液晶相のらせん軸が基板と平
行になるように配置されている。ポリマー層の膜厚は少
なくとも0.03 nである。全反射層3および5はこ
のポリマー層4よりも屈折率が低い物質からなるフィル
ムである。この光学素子には、ポリマー層4のらせん軸
と平行な矢印Aの方向から光信号が入射する。
ある。第1図に示すように、この光学素子は、基板1上
に発熱層2、全反射層3、ポリマ層4および全反射層5
を順次積層してなる。発熱層2は、例えば、窒化タンタ
ルからなり、スイッチ6を介して電源7に接続されてい
て電圧を印加することにより発熱する。ポリマー層4は
、上記の如くして得られたポリペプチド誘導体のフィル
ムであり、コレステリック液晶相のらせん軸が基板と平
行になるように配置されている。ポリマー層の膜厚は少
なくとも0.03 nである。全反射層3および5はこ
のポリマー層4よりも屈折率が低い物質からなるフィル
ムである。この光学素子には、ポリマー層4のらせん軸
と平行な矢印Aの方向から光信号が入射する。
この光学素子の発熱層2を加熱してポリマー層4をその
しきい値温度以上に昇温すると、CDの吸収ピークが次
第に長波長側にシフトする。吸収ピークが信号光の波長
に達したときに加熱を止め、ポリマー層4を急冷すると
、吸収ピークは信号光の波長で固定される。この状態で
、ポリマー層4を形成するポリペプチド誘導体が左円偏
光を選択反射する特性ををし、かつ信号光に左円偏光が
用いられている場合には、この素子は信号光に対17て
オフ状態にあることになる。また、信号光が直線偏光で
ある場合であっても、この光学素子の入射前もしくは透
過後に円偏光フィルター等を通過して右円偏光成分が除
去された場合にはやはりオフ状態となる。オフ状態にあ
る光学素子を、固定した吸収ピークに対応する温度まで
再加熱し、その後発熱層2を徐々に冷却すると、コレス
テリックピッチが徐々に短くなり再びオン状態に戻すこ
とができる。このオン・オフの変換操作は、繰り返し行
なうことが可能である。
しきい値温度以上に昇温すると、CDの吸収ピークが次
第に長波長側にシフトする。吸収ピークが信号光の波長
に達したときに加熱を止め、ポリマー層4を急冷すると
、吸収ピークは信号光の波長で固定される。この状態で
、ポリマー層4を形成するポリペプチド誘導体が左円偏
光を選択反射する特性ををし、かつ信号光に左円偏光が
用いられている場合には、この素子は信号光に対17て
オフ状態にあることになる。また、信号光が直線偏光で
ある場合であっても、この光学素子の入射前もしくは透
過後に円偏光フィルター等を通過して右円偏光成分が除
去された場合にはやはりオフ状態となる。オフ状態にあ
る光学素子を、固定した吸収ピークに対応する温度まで
再加熱し、その後発熱層2を徐々に冷却すると、コレス
テリックピッチが徐々に短くなり再びオン状態に戻すこ
とができる。このオン・オフの変換操作は、繰り返し行
なうことが可能である。
第2図は、第1図に示す光学素子にさらに電極を設けた
素子の断面を示す図である。第2図に示すように、この
光学素子は、基板1上に発熱層2、電極8、全反射層3
、ポリマー層4、全反射層5および電極9を順次積層し
てなる。発熱層2にはスイッチ6を介して電源7が接続
されており、電極8および9はスイッチ10を介して電
源11に接続されている。電極8および9は、例えばア
ルミニウムからなるものである。ポリマー層4を形成す
るポリペプチド誘導体フィルムのらせん軸は基板1に平
行に配置されており、光信号はこのらせん軸と平行な矢
印Aの方向から素子に入射する。
素子の断面を示す図である。第2図に示すように、この
光学素子は、基板1上に発熱層2、電極8、全反射層3
、ポリマー層4、全反射層5および電極9を順次積層し
てなる。発熱層2にはスイッチ6を介して電源7が接続
されており、電極8および9はスイッチ10を介して電
源11に接続されている。電極8および9は、例えばア
ルミニウムからなるものである。ポリマー層4を形成す
るポリペプチド誘導体フィルムのらせん軸は基板1に平
行に配置されており、光信号はこのらせん軸と平行な矢
印Aの方向から素子に入射する。
この光学素子も、第1図に示す光学素子と同様の操作で
ポリペプチド誘導体フィルムの吸収ピークを所望の波長
に固定し、信号光に対してオフ状態にすることができる
。しかしながら、第2図に示す光学素子においては、こ
の状態を再びオン状態に戻す場合には電極8および9に
電圧を印加するだけでよい。これは、電極8および9に
電圧を印加することにより、ポリペプチド誘導体のα−
へリックス主鎖の長軸が基板lに対して垂直方向に配向
し、コレステリック液晶相からネマチック液晶相に変化
するためである。電極8および9への電圧の印加を止め
ると、ポリペプチド誘導体はそれ自体の配向能によって
直ちにコレステリック層を形成し、再びオフ状態に戻る
。この操作も繰り返し行なうことができる。
ポリペプチド誘導体フィルムの吸収ピークを所望の波長
に固定し、信号光に対してオフ状態にすることができる
。しかしながら、第2図に示す光学素子においては、こ
の状態を再びオン状態に戻す場合には電極8および9に
電圧を印加するだけでよい。これは、電極8および9に
電圧を印加することにより、ポリペプチド誘導体のα−
へリックス主鎖の長軸が基板lに対して垂直方向に配向
し、コレステリック液晶相からネマチック液晶相に変化
するためである。電極8および9への電圧の印加を止め
ると、ポリペプチド誘導体はそれ自体の配向能によって
直ちにコレステリック層を形成し、再びオフ状態に戻る
。この操作も繰り返し行なうことができる。
第1図および第2図に示す光学素子においては、発熱層
2は基板1に隣接する位置に限定されるものではなく、
第2の全反射層5に隣接させて配置してもよく、発熱層
を2層設けてポリマー層4を挟むように配置することも
できる。また、ポリマー層の加熱方法は加熱層による加
熱に限定されるものではなく、赤外線照射等によって加
熱することもできる。第2図に示す素子においては、電
極8および9はアルミニウムに限定されるものではなく
、銅、銀、金、有機導電体等を用いることもできる。ま
た、電極と全反射層の機能を兼ね備えたフィルムを用い
て素子の構造をより簡素にすることも可能である。
2は基板1に隣接する位置に限定されるものではなく、
第2の全反射層5に隣接させて配置してもよく、発熱層
を2層設けてポリマー層4を挟むように配置することも
できる。また、ポリマー層の加熱方法は加熱層による加
熱に限定されるものではなく、赤外線照射等によって加
熱することもできる。第2図に示す素子においては、電
極8および9はアルミニウムに限定されるものではなく
、銅、銀、金、有機導電体等を用いることもできる。ま
た、電極と全反射層の機能を兼ね備えたフィルムを用い
て素子の構造をより簡素にすることも可能である。
〔作 用〕
この発明の光学素子に用いられるポリペプチド誘導体は
、側鎖にメソゲン基が導入されている。
、側鎖にメソゲン基が導入されている。
このメソゲン基の作用により、ポリペプチド誘導体は、
液晶転移点が高くなり、コレステリックピッチバンドの
保存安定性が向上し、液晶転移点がより明確なしきい値
温度を示す。さらに、メソゲン基の回転運動によりマト
リックス中におけるαヘリックス主鎖の運動性が高まり
、温度、電場、磁場、光、機械的圧力等の外部応力に対
する応答速度や感度か向上する。また、側鎖に導入した
メソゲン基が永久双極子モーメントを有する場合には、
ポリペプチド誘導体分子全体の永久双極子モメントも増
大し、電場等に対する応答速度がさらに向上する。加え
て、メソゲン基はアルキル基、アリール基等の他の置換
基よりも溶媒類似の作用が大きいため、成膜時にすでに
コレステリック液晶相を示しており、初期化のためのア
ニール処理等が不要となる。
液晶転移点が高くなり、コレステリックピッチバンドの
保存安定性が向上し、液晶転移点がより明確なしきい値
温度を示す。さらに、メソゲン基の回転運動によりマト
リックス中におけるαヘリックス主鎖の運動性が高まり
、温度、電場、磁場、光、機械的圧力等の外部応力に対
する応答速度や感度か向上する。また、側鎖に導入した
メソゲン基が永久双極子モーメントを有する場合には、
ポリペプチド誘導体分子全体の永久双極子モメントも増
大し、電場等に対する応答速度がさらに向上する。加え
て、メソゲン基はアルキル基、アリール基等の他の置換
基よりも溶媒類似の作用が大きいため、成膜時にすでに
コレステリック液晶相を示しており、初期化のためのア
ニール処理等が不要となる。
実施例1
Dp300のポリーγ−ベンジル−し一グルタメト(P
BLG) 10 g、下記式で表わされる液晶化合物
12 gおよび触媒としてのP−)ルエンスルポン酸4
5 gを、1,2−ジクロロエタン/1,4−ジオキサ
ン(1/l)混合溶媒1000−に溶解し、60℃で3
4時間撹拌した後、メタノールから析出することにより
第5表に(5−1)として示すポリペプチド誘導体を得
た。このポリペプチド誘導体における、側鎖全体に対す
るメソゲン基の比率は約25%であった。
BLG) 10 g、下記式で表わされる液晶化合物
12 gおよび触媒としてのP−)ルエンスルポン酸4
5 gを、1,2−ジクロロエタン/1,4−ジオキサ
ン(1/l)混合溶媒1000−に溶解し、60℃で3
4時間撹拌した後、メタノールから析出することにより
第5表に(5−1)として示すポリペプチド誘導体を得
た。このポリペプチド誘導体における、側鎖全体に対す
るメソゲン基の比率は約25%であった。
得られたポリマーをテトラヒドロフラン溶液に溶解して
10■/wJの濃度の溶液を得、石英板上に塗布してキ
ャストフィルムを作成した。得られたキャストフィルム
の膜厚は約6,7−であった。
10■/wJの濃度の溶液を得、石英板上に塗布してキ
ャストフィルムを作成した。得られたキャストフィルム
の膜厚は約6,7−であった。
得られたキャストフィルムを温度制御を行ないながら加
熱し、適当な温度においてCDを測定した。その結果を
第2図および第3図に示す。第2図および第3図は昇温
によるCDの吸収ピークのシフトの様子を示すグラフで
あり、第2図では、縦軸はCDの吸収、横軸は光の波長
を表わし、第3図では、縦軸は第2図において吸収のピ
ークを示す波長の逆数、横軸は温度を表わす。これらの
図から明らかなように、明確なしきい値温度(T、、)
以下ではCDの吸収ピークは変化せず、TIl、をこえ
ると吸収ピークが温度に比例して長波長側にシフトする
。さらに、Tlbをこえて加熱し、吸収ピークがシフト
した後急冷したキャストフィルムは、室温で放置しても
長時間ピークのシフトが見られなかった。
熱し、適当な温度においてCDを測定した。その結果を
第2図および第3図に示す。第2図および第3図は昇温
によるCDの吸収ピークのシフトの様子を示すグラフで
あり、第2図では、縦軸はCDの吸収、横軸は光の波長
を表わし、第3図では、縦軸は第2図において吸収のピ
ークを示す波長の逆数、横軸は温度を表わす。これらの
図から明らかなように、明確なしきい値温度(T、、)
以下ではCDの吸収ピークは変化せず、TIl、をこえ
ると吸収ピークが温度に比例して長波長側にシフトする
。さらに、Tlbをこえて加熱し、吸収ピークがシフト
した後急冷したキャストフィルムは、室温で放置しても
長時間ピークのシフトが見られなかった。
また、このキャストフィルムの両面に電極を設け、Tl
h以上に加熱した状態で電圧を印加すると、コレステリ
ック液晶相が崩れてネマチ・リフ液晶相となりCDの吸
収ピークは消失した。
h以上に加熱した状態で電圧を印加すると、コレステリ
ック液晶相が崩れてネマチ・リフ液晶相となりCDの吸
収ピークは消失した。
実施例2
Dp200のPBLGと下記式で表わされる液晶化合物
を実施例1と同様の方法で反応させ、第5表に(5−2
)として示すポリペプチド誘導体を得た。
を実施例1と同様の方法で反応させ、第5表に(5−2
)として示すポリペプチド誘導体を得た。
このポリペプチド誘導体における全側鎖基に対するメソ
ゲン基の比率は約32%であった。
ゲン基の比率は約32%であった。
このポリペプチド誘導体をテトラヒドロフラン溶媒に溶
解してlosg/−の濃度の溶液を得、石英板上に塗布
してキャストフィルムを作成した。このキャストフィル
ムの膜厚は5.21であった。
解してlosg/−の濃度の溶液を得、石英板上に塗布
してキャストフィルムを作成した。このキャストフィル
ムの膜厚は5.21であった。
得られたキャストフィルムを用いて、実施例1と同様に
してCDを測定した。その結果を第4図および第5図に
示す。第4図および第5図は昇温によるCDの吸収ピー
クのシフトの様子を示すグラフであり、それぞれ実施例
1における第2図および第3図に対応するものである。
してCDを測定した。その結果を第4図および第5図に
示す。第4図および第5図は昇温によるCDの吸収ピー
クのシフトの様子を示すグラフであり、それぞれ実施例
1における第2図および第3図に対応するものである。
第4図では、縦軸はCDの吸収、横軸は光の波長を表わ
し、第5図では、縦軸は第2図において吸収のピークを
示す波長の逆数、横軸は温度を表わす。実施例1と同様
、これらの図から明らかなように、明確なしきい値温度
(T、、)以下ではCDの吸収ピークは変化せず、Tl
bをこえると吸収ピークが温度に比例して長波長側にシ
フトする。さらに、Tlkをこえて加熱し、吸収ピーク
がシフトした後急冷したキャストフィルムは、室温で放
置しても長時間ピークのシフトが見られなかった。
し、第5図では、縦軸は第2図において吸収のピークを
示す波長の逆数、横軸は温度を表わす。実施例1と同様
、これらの図から明らかなように、明確なしきい値温度
(T、、)以下ではCDの吸収ピークは変化せず、Tl
bをこえると吸収ピークが温度に比例して長波長側にシ
フトする。さらに、Tlkをこえて加熱し、吸収ピーク
がシフトした後急冷したキャストフィルムは、室温で放
置しても長時間ピークのシフトが見られなかった。
実施例3〜8
実施例1と同様の方法を用いて、後掲の第5表に(5−
3)〜(5−8)として示すポリペプチド誘導体を調製
した。得られた各ポリペプチド誘導体に対して実施例1
と同様の方法で行なったCDの測定結果を第1表に示す
。
3)〜(5−8)として示すポリペプチド誘導体を調製
した。得られた各ポリペプチド誘導体に対して実施例1
と同様の方法で行なったCDの測定結果を第1表に示す
。
比較例1および2
第6表において(6−1)および(6−2)として示さ
れるポリペプチド誘導体を、それぞれ実施例1と同様の
方法で成膜し、CDの測定を行なった。
れるポリペプチド誘導体を、それぞれ実施例1と同様の
方法で成膜し、CDの測定を行なった。
ここで、(6−1)で示されるポリペプチド誘導体(P
BLG)はメソゲン基の置換率が0%、(6−2)で示
されるポリペプチド誘導体はメソゲン基の置換率が10
0%に相当する。測定の結果、温度を上昇させてもコレ
ステリックピッチバンドに相当するCDの吸収ピークは
表われなかった。
BLG)はメソゲン基の置換率が0%、(6−2)で示
されるポリペプチド誘導体はメソゲン基の置換率が10
0%に相当する。測定の結果、温度を上昇させてもコレ
ステリックピッチバンドに相当するCDの吸収ピークは
表われなかった。
上記第1表における「素子としての適用性」の欄に記載
された記号は、次の意味を有する。
された記号は、次の意味を有する。
O・・・素子に最適
△・・・素子に適する
×・・・素子には不適当
実施例9
実施例1〜8において調製したキャストフィルムを用い
て第1図に示す構造を有する光学素子を作成した。すな
わち、基板上に窒化タンタルからなる発熱層、全反射層
、キャストフィルムおよび全反射層を順次積層してなる
光学素子を作成した。
て第1図に示す構造を有する光学素子を作成した。すな
わち、基板上に窒化タンタルからなる発熱層、全反射層
、キャストフィルムおよび全反射層を順次積層してなる
光学素子を作成した。
発熱層は電源に接続されていて、電圧を印加して発熱さ
せることが可能である。キャストフィルムは、コレステ
リック液晶相のらせん軸が基板と平行になるように配置
されており、ここでは膜厚を10.5−とした。全反射
層はキャストフィルムよりも屈折率が低い物質からなる
フィルムを用いた。
せることが可能である。キャストフィルムは、コレステ
リック液晶相のらせん軸が基板と平行になるように配置
されており、ここでは膜厚を10.5−とした。全反射
層はキャストフィルムよりも屈折率が低い物質からなる
フィルムを用いた。
この光学素子には、キャストフィルムのらせん軸と平行
な方向から光信号が入射する。
な方向から光信号が入射する。
作成した各光学素子の加熱層を加熱してキャストフィル
ムをTlh以上に加熱し、CDの吸収ピークを信号光の
波長までシフトさせた。この状態で加熱層の加熱を止め
て急冷することにより、コレステリックピッチバンドは
信号光の波長で固定された。すなわち、各光学素子は信
号光に対してオフ状態となった。
ムをTlh以上に加熱し、CDの吸収ピークを信号光の
波長までシフトさせた。この状態で加熱層の加熱を止め
て急冷することにより、コレステリックピッチバンドは
信号光の波長で固定された。すなわち、各光学素子は信
号光に対してオフ状態となった。
オフ状態となった各光学素子の加熱層を再び加熱し、オ
フ状態に設定するために必要とした温度までキャストフ
ィルムを昇温した。次いで、加熱層を徐々に冷却するこ
とにより、キャストフィルムのコレステリックピッチが
徐々に短くなり、各光学素子は再びオン状態になった。
フ状態に設定するために必要とした温度までキャストフ
ィルムを昇温した。次いで、加熱層を徐々に冷却するこ
とにより、キャストフィルムのコレステリックピッチが
徐々に短くなり、各光学素子は再びオン状態になった。
実施例10
実施例1〜8において調製したキャストフィルムを用い
て第2図に示す構造を有する光学素子を作成した。すな
わち、これらの光学素子は、基板上に窒化タンタルから
なる発熱層、アルミニムからなる電極、全反射層、キャ
ストフィルム、全反射層およびアルミニウムからなる電
極を順次積層してなる。発熱層および画電極は電源に接
続され、電圧を印加することができる。発熱層に電圧を
印加すると発熱層が加熱し、電極に印加するとキャスト
フィルムに電圧をかけることができる。キャストフィル
ムを形成するポリペプチド誘導体フィルムのらせん軸は
基板に平行に配置されており、光信号はこのらせん軸と
平行な方向から素子に入射する。
て第2図に示す構造を有する光学素子を作成した。すな
わち、これらの光学素子は、基板上に窒化タンタルから
なる発熱層、アルミニムからなる電極、全反射層、キャ
ストフィルム、全反射層およびアルミニウムからなる電
極を順次積層してなる。発熱層および画電極は電源に接
続され、電圧を印加することができる。発熱層に電圧を
印加すると発熱層が加熱し、電極に印加するとキャスト
フィルムに電圧をかけることができる。キャストフィル
ムを形成するポリペプチド誘導体フィルムのらせん軸は
基板に平行に配置されており、光信号はこのらせん軸と
平行な方向から素子に入射する。
作成した各光学素子を、実施例9と同様にして、信号光
に対してオフ状態にした。この状態で、電極に電圧を印
加することにより、キャストフィルムのコレステリック
液晶相がネマチック液晶相に変化し、各光学素子は信号
光に対してオン状態になった。次いで、電極への電圧の
印加を止めると、各光学素子は直ちにオフ状態に戻った
。
に対してオフ状態にした。この状態で、電極に電圧を印
加することにより、キャストフィルムのコレステリック
液晶相がネマチック液晶相に変化し、各光学素子は信号
光に対してオン状態になった。次いで、電極への電圧の
印加を止めると、各光学素子は直ちにオフ状態に戻った
。
第
表
矛
表
−CN。
()C,、Ton++(n−1〜6) 。
N02
−NH2、−Cf:I。
−COOCnH2n+t (n−1〜6)。
−Br。
I。
−oCo−C,,H2,,+1(n−1〜6)。
H3
H3
H3
H3
(*は不斉炭素を表わす)
一←柑−CH−Co→−−一一一←
CH2
CH2
−←NH−CH
(イ)→−−−−−←
CH2
CH2
第
表
NH−CH−(イ)→−
CH2
CH2
N)(−CH
(刀→−
CH2
CH2
一←神−CH−(4)→−−−−←
CH2
CH2
一←NH−CH−■→−−−−千
CH2
CH2
CH3
表
(続き)
罷−CH−印→−
CH2
CH2
NH−CI −CCLナー
CH2
CH2
−O
←聞−CH−CO→−−m−←
CH2
CH2
−O
CH2
表
(続き)
NH−CH−Co→−
CH2
CH2
CH2
CH2
−O
H3
表
−+ NH−Cil−CO→−
Cil、。
CI、2
−(−N11
Cil
(至)→−
C1(2
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によると、メソゲン基を側鎖に
導入したポリペプチド誘導体を用いることにより、コレ
ステリックピッチの保存安定性か高まり、温度、電場、
磁場、光、機械的圧力等の外部応力に対する応答速度や
感度が向上した光学素子か提供される。
導入したポリペプチド誘導体を用いることにより、コレ
ステリックピッチの保存安定性か高まり、温度、電場、
磁場、光、機械的圧力等の外部応力に対する応答速度や
感度が向上した光学素子か提供される。
また、この発明による光学素子に用いられるポリペプチ
ド誘導体は、固体状態であってもコレステリック液晶相
を形成し、しかも成膜した時点てコレステリック液晶相
を形成しているため、初期化のためのアニール処理等が
不要となる。したがって、製造かより簡単な光学素子が
提供される。
ド誘導体は、固体状態であってもコレステリック液晶相
を形成し、しかも成膜した時点てコレステリック液晶相
を形成しているため、初期化のためのアニール処理等が
不要となる。したがって、製造かより簡単な光学素子が
提供される。
第1図はこの発明の一実施態様にかかる光学素子の断面
を模式的に示す図、第2図はこの発明の他の実施態様に
かかる光学素子の断面を模式的に示す図、第3図は実施
例1において調製したポリペプチド誘導体フィルムのC
D吸収特性を温度別に示すグラフ、第4図は実施例1に
おいて調製したポリペプチド誘導体フィルムの吸収ピー
クと温度との関係を示すグラフ、第5図は実施例2にお
いて調製したポリペプチド誘導体フィルムのCD吸収特
性を温度別に示すグラフ、および第6図は実施例2にお
いて調製したポリペプチド誘導体フ7rルムの吸収ピー
クと温度との関係を示すグラフである。
を模式的に示す図、第2図はこの発明の他の実施態様に
かかる光学素子の断面を模式的に示す図、第3図は実施
例1において調製したポリペプチド誘導体フィルムのC
D吸収特性を温度別に示すグラフ、第4図は実施例1に
おいて調製したポリペプチド誘導体フィルムの吸収ピー
クと温度との関係を示すグラフ、第5図は実施例2にお
いて調製したポリペプチド誘導体フィルムのCD吸収特
性を温度別に示すグラフ、および第6図は実施例2にお
いて調製したポリペプチド誘導体フ7rルムの吸収ピー
クと温度との関係を示すグラフである。
Claims (4)
- (1)特定の波長領域において右円偏光または左円偏光
のいずれかに対してのみ選択反射を生じ、かつ外部応力
を適用することにより該波長領域を変化させることが可
能なセル構造を有する光学素子であって、液晶性を示す
メソゲン基が全側鎖の1〜90%の割合で側鎖に導入さ
れ、かつα−ヘリックス構造を形成するポリマー化合物
の少なくとも1種を含有する組成物を具備する光学素子
。 - (2)前記ポリマー化合物が、アミノ酸誘導体残基を構
成単位とするポリペプチド誘導体である請求項1記載の
光学素子。 - (3)基板上に、前記ポリマー化合物からなる膜もしく
は前記ポリマー化合物溶液を封入したセルのいずれかか
らなるポリマー層と、該ポリマー層を加熱する発熱層と
を、順次もしくは逆の順番で積層した構造を含む請求項
1記載の光学素子。 - (4)前記ポリマー化合物からなるポリマー層と、該ポ
リマー層の両面に積層して設けられた2つの電極とを具
備する請求項1記載の光学素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2151740A JPH0445193A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 光学素子 |
| DE19914119385 DE4119385A1 (de) | 1990-06-12 | 1991-06-12 | Optisches element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2151740A JPH0445193A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0445193A true JPH0445193A (ja) | 1992-02-14 |
Family
ID=15525251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2151740A Pending JPH0445193A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0445193A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002357815A (ja) * | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Japan Science & Technology Corp | 赤外線調光素子 |
| JP2005345131A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | カイラル液晶分子の物性特性の評価解析装置 |
| JP2012504762A (ja) * | 2008-10-02 | 2012-02-23 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | スペクトル検出器 |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP2151740A patent/JPH0445193A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002357815A (ja) * | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Japan Science & Technology Corp | 赤外線調光素子 |
| JP2005345131A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | カイラル液晶分子の物性特性の評価解析装置 |
| JP2012504762A (ja) * | 2008-10-02 | 2012-02-23 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | スペクトル検出器 |
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