JPH08146391A - 光スイッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 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
る光スイッチング方法。 【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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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
ｃ^*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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２１】

【化１】

【００２２】

【化２】

【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。

【００２４】

【化３】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ｉ_o、 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

【００３５】

【数１】Ｉ＝Ｉ_osin²（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。

【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、

【００３８】

【数２】sinθc＝ｎ₀／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。

【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。

【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
Ｏ₂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。

【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。

【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。

【００４４】（実施例１）式

【００４５】

【化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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００５４】（実施例３）式

【００５５】

【化５】

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。
12. 【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。