(57)【要約】  光照射によって可動なフレキシブルホイルは所定波長の光を吸収するときに形状変化させることの可能な色素を有する。色素は、ホイルの少なくとも1つの主要な面の近くで、異方的に配向するようにホイル中に分散される。ホイルを横切る方向では、色素の濃度及び/又は配向は非対称的に変化する。配向及び/又は濃度の変化によって、所定波長の光で露光するときにフレキシブルホイルが変動する。露光するとき、色素は形状を変化させ、形状変化はホイルの横方向の変化を引き起こし、横方向の変化は、色素の濃度及び/又は配向の変化により、ホイルの位置によって異なる。これによって、フレキシブルホイルは変動する、より詳細には曲がる。特定の実施例では、変動は可逆的である。
2007520753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射によって可変なフレキシブルホイルであって、
所定波長の光を吸収するときに形状を変化させることが可能な色素を有し、
所定波長の光を吸収するときに前記ホイルが変動するように、前記色素は前記ホイルの主要面のうちの少なくとも一の面近くで異方的に配向し、かつ、前記色素の濃度及び/又は配向は前記ホイルを横切る方向に非対称な変化を示す、
ことを特徴とするフレキシブルホイル。
【請求項２】
前記色素は、前記所定波長の光を吸収するときに第1形状から第2形状に変化させることが可能であり、かつ、前記所定波長とは異なる波長の光照射、加熱又はそれらの併用によって、前記第2形状から前記第1形状に変化させることが可能であって、前記ホイルを可逆的に可変なものにする、
ことを特徴とする、請求項1に記載のフレキシブルホイル。
【請求項３】
前記色素は光異性化可能な色素であることを特徴とする、請求項2に記載のフレキシブルホイル。
【請求項４】
前記色素はアゾベンゼン色素であることを特徴とする、請求項3に記載のフレキシブルホイル。
【請求項５】
前記色素は重合した液晶中に分散されることを特徴とする、請求項1、2、3又は4に記載のフレキシブルホイル。
【請求項６】
前記色素の濃度及び/又は配向を有する積層構造を有し、
前記の色素の濃度及び/又は配向は前記積層構造の層間で異なる、
ことを特徴とする、請求項1、2、3、4又は5に記載のフレキシブルホイル。
【請求項７】
前記の色素の濃度及び/又は配向は漸進的に変化することを特徴とする、請求項1、2、3、4又は5に記載のフレキシブルホイル。
【請求項８】
前記色素は前記ホイルの主要面のうちの一の面近くで面配向し、前記一の面の反対面近くでホメオトロピック配向するスプレイ配向をとる、
ことを特徴とする、請求項7に記載のフレキシブルホイル。
【請求項９】
前記フレキシブルホイルは前記ホイルの変動に対して固定されている構造物に取り付けられていることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7又は8に記載のフレキシブルホイル。
【請求項１０】
前記フレキシブルホイルは閉状態と開状態とを切り替えることが可能なバルブであることを特徴とする、請求項9に記載のフレキシブルホイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光照射によって可動なフレキシブルホイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献1は、技術分野の項で述べたホイルについて開示している。そこで開示されているホイルはアゾベンゼン液晶ゲルから構成される。アゾベンゼン液晶ゲルは、露光されると異方的に、曲げられる又は、まっすぐになる。ホイルは異方的に配向するトランス-アゾベンゼンを一部に含む。トランス-アゾベンゼンは適切な波長の光で露光すると、シス-トランス異性化を起こしてしまう。シスとトランス異性体はそれぞれ異なる形状を有する。ホイルの曲げを引き起こす（又はまっすぐにする）には、バルク部分が露光されていないホイルの表面領域にあるトランス-アゾベンゼンによって、実質的に全ての入射光が吸収されるようにホイルは露光される。従って表面領域では、色素は形状を変化させる一方で、ホイルのバルク領域では形状変化は起こらない。色素の形状変化は表面領域の一方向に沿って選択的に体積の収縮を起こす一方で、バルク領域ではそのようなことは起こらないので、ホイルが曲がる。
【特許文献１】米国特許公開第5668614号明細書
【非特許文献１】池田他、先端材料(Advanced  Materials)、（独国）、ヴィーレイ・ブイ・シー・エイチ(Wiley-VCH)、第15巻、第3号、pp.201-205
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既知のホイルは欠点を有する。吸収において十分な急勾配を確立するには、ホイルは全体的に色素で構成されなくてはならない。色素は周辺光にも反応するので、色素をそのような高濃度にするのは寿命の限界が予想される。しかも色素の濃度勾配の結果、動作中、実質的に熱応力が進展することが予想される。それによって寿命は制限される。さらに、ホイルのバルク部分は影響を受けないため、曲げの大きさの程度は制限される。照射強度を大きくしても曲げの程度は大きくならない。なぜなら照射強度を大きくすることによってアゾ分子はホイルの深くに分布するようになり、同じ方向で収縮する。これによって曲げの程度は減少する。
【０００４】
本発明の目的はとりわけ、光照射可変のフレキシブルホイルの提供である。ホイルは大きく動くことができるものであって、所望であれば色素の量を減らすことができるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これら及び他の目的はフレキシブルホイルによって実現される。光照射可変フレキシブルホイルは、所定波長の光を吸収するときに形状を変化させることが可能な色素を有し、ホイルが所定波長の光を吸収するときに変動するように、色素はホイルの主要面のうちの少なくとも1つの近くで異方的に配向し、ホイルを横切る方向に濃度及び/又は配向の非対称的変化を示す。
【０００６】
色素が所定波長の光を吸収するとき、色素の形状は変化し、ある方向においてより大きな空間を占めるようになり、他の方向では小さな空間を占めるようになる。主要面のうちの少なくとも1つの近くで色素は異方的に配向し、そのような配向はマクロのスケールであり、異方的に配向した色素分子は協働して、ホイルの少なくとも1つの横方向の長さをマクロのスケールで変化させる。長さが変化する程度はとりわけ色素の濃度及び/又は配向に依存する。フレキシブルホイルはホイルを横切る方向において濃度及び/又は配向の非対称的変化を示すので、少なくとも1つの横方向の長さ変化はホイルを横切る方向に非対称的である。ホイルがフレキシブルなので、長さ変化は変動(movement)又はより詳細にはホイルの変形となる。ホイルの横方向に対して、漸進的又は離散段階的に横方向が単調変化することで曲げ変動が得られる。よってホイルは可動(movable)であり、より詳細には可変(deformable)である。
【０００７】
色素の配向及び/又は濃度がホイルを横切る方向に変化するため、本発明に従ったホイルはホイル表面領域でホイルへの入射光すべてを吸収しなくても変動、より詳細には曲げることが可能であるので、色素量（濃度）を減少させることが可能である。色素量が減ることで、周辺光によるホイルの光化学反応性が低下するだけではなく、ホイル内部で進展する熱応力をも小さくする。さらに、光吸収はホイルの厚さ方向全体にわたって起こすことが可能なため、横方向の長さ変化は、表面領域に限定された変化とは反対に、ホイルの厚さ方向全体にわたって起こることが可能であり、変動の程度は大きくする又は所与の程度の変動に必要となる色素量を減らすことが可能である。
【０００８】
本発明で使用される用語で、“光”という語の意味には、化学作用のある放射線の如何なるものも含まれるが、ここでは電子ビーム、γ線、X線及び紫外、可視及び赤外光のような他の電磁波に限定する。
【０００９】
本発明で使用される用語で、“色素”という語は、所定波長の光に従って形状を変化させることのできる色素を短縮して使用する。“色素”という語は単一の色素化合物又は色素の混合物である。
【００１０】
色素の濃度及び/又は配向の変化を制御することで、ホイルの変動は制御可能となる。色素の濃度又は配向の程度を減少させる結果、顕著ではない長さ変化が生じる。配向の程度が必ずしも減少しない一方で、配向の向きが変化する結果、少なくとも1つの方向では顕著ではない長さ変化が生じ、少なくともそれとは別な方向では顕著な長さ変化が生じる。
【００１１】
原理的には、形状を変化させる色素は如何なるものであれ本発明に従って適切に使用することが可能である。多くの例が当技術分野において既知となっている。たとえば、光切断(photo  cleavage)又は光除去(photo  elimination)を利用した色素を使用して良い。しかし、そのような色素の効果は一般には可逆的ではない。フレキシブルホイルは可逆的に可動なことが好ましい。この目的のため、ある実施例では、色素は所定波長の光を吸収するときに第1形状から第2形状に変化することが可能で、前述の波長とは異なる波長の光照射又は、熱又は熱と光照射との併用によって第2形状から第1形状に変化することが可能である。それにより、ホイルは可逆的に可動となる。
【００１２】
形状を可逆的に変化させるのに、光学的に異性化された色素を使用して良い。
【００１３】
より特定の実施例では、色素はアゾベンゼン色素である。
【００１４】
そのようなアゾベンゼン色素は容易に異方的配向をし、任意で液晶と共に使用可能であり、高い消散係数を有することが可能である。
【００１５】
色素が重合した液晶中に分散される場合、大きな変動が実現可能である。
【００１６】
本発明で使用される用語で、“ポリマー”という語は、線状又は（わずかに）架橋したポリマー、オリゴマー、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー及び高次構造のホモログ、線状ポリマー、側鎖型及び主鎖型ポリマーブレンドを含むが、それらに限定はされない。
【００１７】
本発明で使用される用語で、“重合した液晶”という語は、液晶ポリマー及び重合可能な液晶の重合によって得られるポリマーを含むが、それに限定はされない。重合した液晶は単一の液晶化合物又は複数のそのような化合物を有する混合物から得ることが可能であり、さらに別な成分を含んで良い。
【００１８】
配向した重合した液晶を使用することで、色素の配向が促進され、色素の形状変化によってもたらされるサイズ変化が増幅され、及び/又は、そのような液晶でない色素が使用可能となる。重合した液晶は大きな程度の異方的配向を促進する。Tgより高い温度で非機械的手段に従うならば、ホイルの横方向が収縮し、大きな曲がり（まっすぐな）変動が実現可能となる。そのような材料は当技術分野では既知であり、液晶ポリマー及び、配向した状態にある重合可能な液晶の重合によって得られたポリマーを含む。
【００１９】
光重合可能な液晶の使用は、たとえばマスクのようなパターン化された露光の手段によってパターニングされた重合した液晶を形成するのに有利である。
【００２０】
濃度及び/又は配向の変化に関しては多くの異なる実施例が存在する。
【００２１】
第1実施例では、ホイルは色素の濃度及び/又は配向を有する積層構造を有する。濃度及び/又は配向はそれぞれの層間で異なる。
【００２２】
第2実施例では、色素の濃度及び/又は配向は漸進的に変化する。
【００２３】
配向の変化には配向の程度の変化又は配向の平均方向の変化が含まれて良い。
【００２４】
魅力的な実施例は、色素はホイルの一の主要面近くで面配向し、当該主要面とは反対の別な主要面近くでホメオトロピック配向するスプレイ配向をとっている。
【００２５】
スプレイ配向では、ホイルに対して漸進的な変化が存在する。それは一の主要面におけるホメオトロピック整合から当該主要面とは反対の別な面での面配向への変化である。スプレイ配向は棒状(calamitic)及び円盤状液晶に使用されて良い。
【００２６】
本発明に従ったフレキシブルホイルは光を機械的変動に変換する。機械的変動は物体を変動させる、又は物体に力を作用させるのに使用することが可能であり、又選択された空間領域を分離する可動バリアの提供に使用することも可能である。そのような場合すべてにおいて、フレキシブルホイルを、ホイルの変動に対して固定されているような基板に取り付けるのは有利である。
【００２７】
特別な実施例では、フレキシブルホイルは閉状態と開状態との切り替えが可能なバルブである。一般的な意味では、バルブは流体又は光のような放射線のようなもののバリアの役割を果たして良い。
【００２８】
本発明のこれら及び他の態様は、図及び以降で示す実施例を参照することで明らかになる。
【実施例】
【００２９】
本発明に従ったフレキシブルホイルが実施例の全体図を概略的に図示している。フレキシブルホイルは平坦な状態及び曲げられた状態の両方が図示されている。
【００３０】
フレキシブルホイル1は、平坦な状態で所定波長λ1の光hνによって変動し、曲げられた状態になる。広い意味で本発明の本質ではないにしても、変動は可逆的である。曲げられた状態のフレキシブルホイル1が、λ1とは異なる波長λ2の光hνに露光される、又は実効的な熱処理Δ又は熱と露光との組み合わせた処理がなされるとき、ホイルは平坦な状態に戻る。
【００３１】
図2は、図1の平坦な状態及び曲げられた状態の拡張図を概略的に図示している。
【００３２】
図2は光に応じてフレキシブルホイルの変動がどのようにして起こるのかを分子スケールで図示している。
【００３３】
フレキシブルホイル1は、棒状分子ユニット3を有する重合液晶で形成される。
【００３４】
上述したように、“重合した液晶”という語は、液晶ポリマー及び重合可能な液晶の重合によって得られるポリマーを含む。両方の型のポリマーは当技術分野で周知となっているようなものである。配向した液晶ポリマーは、ポリマーを透明点より高い温度で加熱し、続いて配向手段の影響を受けながらその温度よりも低くすることで得られる。配向した液晶ポリマーはまた、重合可能な液晶を配向させ、続いて配向を維持したまま重合させることによっても製造可能である。
【００３５】
波長λ1の光を吸収するときに形状を（棒状構造から曲げられた構造へ）変化させることのできる棒状分子ユニット5を有する色素は重合した液晶中に分配される。
【００３６】
重合した液晶及び、重合した液晶と整合する色素はスプレイ配向で異方的に配向する（スプレイであることは本質的ではなく、他の配向も使用可能である）。主要面7では、棒状ユニット3及び棒状ユニット5は面に整合している。つまり長軸は面7の平均状態に平行に配向している。主要面9では、棒状ユニット3及び棒状ユニット5はホメオトロピック配向している。つまり長軸は面9の平均状態に垂直に配向している。ホイルを一の主要面から別な主要面へ横切るとき、ユニット3及びユニット5の長軸の平均配向は一の配向から別な配向へ変化する。
【００３７】
図1及び図2で図示された実施例では、色素及び重合した液晶構造ユニットは棒状だが、これは決して本質的なことではない。たとえば、ディスク状の部分及びユニットもまた使用可能である。
【００３８】
図示されたスプレイ配向それ自体は従来の手段を用いることで得ることができる。たとえば、面配向は、たとえばラビング配向ポリイミド又は斜めスパッタによって堆積されたシリコン酸化物層のような配向層（整合層）を用いることで得ることができる。ホメオトロピック配向は、サーファクタントの機能を持つ配向層の使用、又は空気に触れさせた状態で特定サーファクタントを配向させる組成物に加えることによって得ることができる。ホメオトロピック配向の形成を促進する液晶もまた使用可能である。配向は2つの基板間で配向するような組成物を分散させることで実現可能となる。各基板は配向層と共にある、又は、単一基板は配向する組成物層とともに供され、当該層は空気に触れている。配向層を、たとえば既知の光配向法を使用することでパターニングすることも可能である。
【００３９】
波長λ1の光で露光した後、異方的な棒状色素ユニット5が非棒状つまり曲げられた状態に形状を変化させる。その結果、棒状ユニット5が必要とするスペースは、長軸が最初整合していた方向で小さくなり、その方向に直交する方向で大きくなる。その理由は色素の配向はマクロスケールで延在し（モノドメイン又はマルチドメイン）、色素分子はマクロスケールでのホイルの形状変化を引き起こすように協働するからである。特に、主要面7近くの配向方向では、矢印11で示されているように収縮が起こる一方で、収縮方向に垂直な横方向では、双頭矢印13で示されているように拡張が起こる。主要面9のすぐ近くでは、矢印12で示されているように拡張がすべての横方向で起こる。さらに内部の位置では、長さ変化は主要面7で観察される変化と主要面9で観察される変化との中間の状態をとる。長さ変化の正味の結果は収縮の起こる主要面、つまり主要面7に向かって曲げられた状態となる。
【００４０】
ホイルを横切る方向でのホイルの異方性が非対称であることにより、ホイルの変動が可能となる。ホイルの変動を引き起こすのに光強度勾配をホイル内部に確立する必要はない（しかしもし所望であれば加えることは可能である）。
【００４１】
重合した液晶は色素の配向を促進する。事実、重合した液晶を使用することで液晶ではない色素の使用が可能になる。ユニットが分子として重合した液晶中に分散されるという意味では、色素ユニット5は非反応的である。その代わり又は加えて、色素ユニット5は重合された液晶との共有結合が可能である。これは、重合した液晶が得られる重合可能な液晶の反応性のあるグループと共反応することのできる反応性のあるグループの1つ以上を有する色素を使用することで実現可能である。
【００４２】
特にTgより高い温度のポリマーが露光されるとき、重合した液晶もまたホイルの変動を促進する。Tgより高い温度では、重合した液晶は、色素によって乱された配向を有するのに十分な柔軟性を有す、よってホイルの拡張及び収縮に寄与する。
【００４３】
棒状の重合した液晶の代わりに、ディスク形状の重合した液晶もまたディスク形状の色素と組み合わせることで使用可能である。ディスク形状ユニットのスプレイ配向は、ホメオトロピック配向側ではすべての横方向において収縮し、面配向側では、ディスクの中心軸方向で拡張し、中心軸に直交する横方向で収縮する。
【００４４】
原理的には、露光によって形状を変化させる色素であれば如何なるものであっても、本発明に従ったホイルに適切に用いることができる。多くの例が当技術分野で既知となっている。形状変化させるのに光切断又は光除去が用いられた色素を使用することは可能である。例は特許文献1で見つけることが可能である。
【００４５】
色素の形状変化を可逆的にするのに、光異性化可能な色素を使用することが可能である。そのような色素はそれ自体当技術分野で既知である。特に適しているのは、シス-トランス(E-Z)光異性化が可能な色素である。
【００４６】
色素はディスク形状であって良い。色素はまた、棒状部分から形成されても良い。色素は、たとえば重合した液晶又は軸に沿って伸縮しないポリマーのような異方的に配向したポリマー中に分散することが可能である。
【００４７】
適切な棒状色素は化学式Iの1つである。
【００４８】
【化１】
2007520753.tif 000003
ここで、X、Y、X’及びY’は同一又は相違していて、C又はNであり、k=0又は1であり、R1及びR2は同一又は相違していて、たとえば特にH、ハロゲン、CN、CF3、N(R)2、C1-C20アルキル又はアルコキシ又はフェニルのようなスペーサーである。好適には、X=Y=X’=Y’=Nである。
【００４９】
トランス異性体が適切な波長の光で露光されるとき、シス異性体が生成される。シス異性体は一般的には棒状ではなく曲げられている。
【００５０】
【化２】
2007520753.tif 000004
シス異性体がトランス異性体よりもシス異性体によってより吸収される光で露光されるとき、シス異性体はトランス異性体に変換される。異性化を促進するのに熱を供給して良い。
【００５１】
重合可能な種類であるこれらの色素は、たとえばアクリル酸（メタクリル酸）、チオレン、エポキシド又はビニールエーテルのような重合可能なグループを終端位置に有するスペーサーを使用することで形成可能である。たとえば化学式IIa及び化学式IIbのα-ヒドラゾノ-β-ケトンエステルのようなシス-トランス異性体以外の異性体を使用することもまた可能である。
【００５２】
【化３】
2007520753.tif 000005
化学式I、IIa及びIIbのフェニルリングは置換不可能で良いし、又はたとえば一の異性体から別な異性体への変換を起こす波長を調節するのに（さらに）置換しても良い。
【００５３】
2つの異性体の吸収スペクトルは大抵の場合異なる。この差異は、光異性化を可逆的にするのに使用することができる。よって、シス異性体が選択的に吸収する波長でシス異性体を露光することでトランス異性体が生成され、そしてまた逆も成り立つ。高エネルギー異性体（大抵の場合トランス）を低エネルギー異性体（大抵の場合シス）に変換するのに、加熱しても良い。
【００５４】
互変異性体として存在する色素もまた、適切に使用されて良い。
【００５５】
化学式IにおいてX=Y=N及び/又は、k=1の場合にX’=Y’=Nであるような、アゾベンゼン色素が好適である。
【００５６】
アゾベンゼン色素は高い吸収を示す周知の色素であり、広く利用可能である。アゾベンゼン色素は一般的には棒状であり、そのような色素が、それ自体又は重合可能な液晶若しくは液晶ポリマーのような他の材料と組み合わせることで容易に異方的に配向できるようなものである。
【００５７】
色素は他の材料と組み合わせることが可能である。これはたとえば、色素それ自体が液晶ではなく、それ自体として配向できない場合に便利である。配向を促進するのに、色素は異方的に配向したポリマー中に分散されて良い。ホイルの領域が大きい（たとえば表面領域が0.01から1m2のオーダー又はそれ以上）場合のみならず小さい場合、ここでは小さい領域とはμmからmm領域を意味する、であっても、高分子材料は大きな程度の変動を可能にする優れた弾性を有し、無機ホイルと比較して容易かつ安価で製造できる。ポリマーは線状又は（わずかに）架橋したポリマーで良い。“高分子材料”又は“ポリマー”という語は、オリゴマー、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー及び高次ホモログ、線状ポリマー、側鎖及び主鎖ポリマーブレンドを含む。
【００５８】
適切なポリマーは1GPa以上の高い弾性率、又は10MPa以下の低い弾性率を有して良い。そのようなポリマーは、当技術分野でエラストマー、より詳細には液晶エラストマーと呼ばれるものである。多くの応用ででは、弾性率の範囲は約5MPaから約2GPaが適切である。
【００５９】
異方的に配向した高分子材料は当技術分野では既知であり、そのようなものとして軸に沿わない又は2軸性の伸縮高分子材料を含む。
【００６０】
重合した液晶もまた使用可能である。そのような材料は当技術分野では既知であり、そのようなものとして液晶ポリマー及び重合可能な液晶を重合して得られるポリマーが含まれる。重合可能な液晶は一般的には1つ以上の重合可能なグループを有する液晶である。2つ以上の重合可能なグループとともに供される場合、架橋した重合液晶が得られる。
【００６１】
重合可能な液晶は光重合可能及び/又は架橋可能である。好ましい重合可能な液晶はアクリル酸（メタクリル酸）、チオレン、ビニールエーテル、オキセタン及びエポキシドである。
【００６２】
色素は分離した物質として分散されても良いし、又ポリマーと共重合しても良い。ポリマーが重合可能な液晶を重合させることで得られる場合、重合可能な色素は共重合した色素を有するポリマーを得るのに使用することができる。
【００６３】
言うまでもないが、色素それ自体が重合した液晶であって良い。
【００６４】
適切な重合可能な色素とは化学式IにおいてR1及び/又はR2が（光）重合可能なグループであるようなものである。例は以下のような色素を含む。
【００６５】
【化４】
2007520753.tif 000006
【００６６】
【化５】
2007520753.tif 000007
【００６７】
【化６】
2007520753.tif 000008
適する重合可能な液晶色素の別な例は池田他によって開示されている（非特許文献1参照のこと）。
【００６８】
図1に図示されている実施例では、ホイルは色素がスプレイ配向するような単一層から構成されている。スプレイ配向はしかし、層を横切る配向の方向に漸進的変化をする一実施例である。ホイルを横切る配向の方向において変化を示す単一層に関する別な実施例はツイステッド・ネマティック配向である。
【００６９】
特別な実施例では、フレキシブルホイルはツイステッド・ネマティック配向を有する。偏光を利用し、ホイルによって生じる偏光のリターデーション（常光線と異常光線との位相差）に依存することで、ツイステッド・ネマティック配向を有するホイルは偏光源へ向かって曲がる、又は偏光源から離れるように曲がることができる。
【００７０】
単一層の漸進的変化はまた、配向の程度を変化させることでも実現可能である。たとえば一の実施例では、配向は漸進的に、一の主要面での面配向又はホメオトロピック配向から、その主要面の反対側にある主要面での等方的配向へ変化して良い。
【００７１】
実施例では、色素は濃度勾配に従ってホイル中に分散される。たとえば一の主要面では高濃度で、他の主要面では低濃度などというように。
【００７２】
単一層で実装される変化に代わって、積層構造を用いて変化を実現することも可能である。積層構造における各層内では、配向（方向又は程度）及び/又は濃度は一定でも良いし、又は変化しても良い。
【００７３】
単純な形式では、積層構造は2層から構成され、うち少なくとも1層は異方的に配向した色素を有する。そこで他の層は低色素濃度を有する層であって、全く色素を有さないのが好ましい。他の層はより小さく配向、より詳細には等方的に配向する色素を有して良い。他の層はまた、異なる方向に配向する等方的に配向する色素を有しても良い。たとえば、当該少なくとも1つの層は一の横方向において面配向して良く、他の層は当該一の横方向と直交する方向に面配向して良い。他の層はまた、ホメオトロピック配向しても良い。
【００７４】
言うまでもないが、多層での実施例を実現するには、スプレイ配向したホイル1を得るのに適切な材料を使用することも可能である。たとえば、棒状色素とディスク形状色素の両方及び液晶が使用可能である。
【００７５】
ホイルの厚さは重要ではないが、ホイルが薄ければ変動の程度は一般に増大する。多くの応用では、約2mm以下の厚さが適切で、1mm未満又は500μm未満の厚さで有利となるような応用もあるだろう。たとえばマイクロメカニクスの応用では、厚さはもっと小さく、たとえば0.1μmから約100μmの範囲である。
【００７６】
一定の厚さではなく、たとえばV字形状のホイルによって有利となるような応用もあるだろう。
【００７７】
ホイルの幅及び長さは重要ではなく、基本的には何に応用するのかで決まってくる。幅及び長さは約1μmから約1mの範囲であれば如何なるものでも良い。マイクロメカニクスホイルの長さ及び幅は、約1μmから約1000μmの範囲である。
【００７８】
本発明に従ったフレキシブルホイルは光を機械的運動に変換する。機械的運動は物体を変動させる、又は物体に力を作用させるのに使用することが可能であり、又選択された空間領域を分離する可動バリアの提供に使用することも可能である。そのような場合すべてにおいて、フレキシブルホイルを、ホイルの変動に対して固定されているような基板に取り付けるのは有利である。
【００７９】
フレキシブルホイルは、光照射によって個別的又は一致して可動となる1つ以上の区別された部分を有して良い。
【００８０】
ホイルは、ホイルの内部部位を介して構造物に取り付けられて良い。内部部位は取り付けられた点の両側での（協力的）運動を可能にする。上記は如何なるように組み合わせることも可能である。加える必要がある場合、構造物はガイド部品及び/又は支持部品を有して良い。ガイド部品及び/又は支持部品はホイル又はホイルの運動をガイド及び/又は支持する。面に取り付けられるとき、ホイルはその面と如何なる角度をなしても良い。面に垂直又は実質的に平行に、任意でホイルを持ち上げる支持体を介することによって取り付けられて良い。
【００８１】
本発明に従ったホイルは多くの用途を有する。
【００８２】
アクチュエータとして、つまり物体を変位させる又は他の物体を運動状態に設定する装置として使用可能である。金属物体をホイルに取り付けることで、運動を気エネルギーに変換することができ、金属物体をコイルへの出入りをするように動く。コイルの誘導によって電流が生じる。ホイルはまた、力を及ぼすことが可能である。特に、ホイルが圧電材料に対して力を及ぼすときに圧電材料に対してホイルが力を及ぼす場合、電圧を発生させることが可能である。
【００８３】
別な実施例では、ホイルは非機械的手段による閉状態と開状態との切り替えが可能なバルブとして機能する。そのようなバルブは、広い意味では選択された空間領域を分離する可変バリアとみなすことが可能であり、多くの興味深い用途を有する。第1用途では、バルブはシャッター又は閉める手段であり、気体若しくは流体のような物質又は光のような放射線のようなものを閉め出す又は閉じこめるための手段である。シャッターは気体若しくは流体のような物質又は光のような放射線のような環境中のものから構造物を保護するのに使用されて良い。あるいはその代わりに、バルブは物質又は放射線が環境中へ飛散するのを防ぐ手段として使用することが可能である。特に、バルブは容器を閉じる手段を構成して良い。そのような容器はたとえば、治療上有効な化合物を含んでよい。その化合物は制御された方法による光照射によって放出される。また、バルブは光の透過又は反射を制御するのに使用しても良い。後者の場合、バルブは配備されている光反射面を暗くする若しくは露出させて良いし、又はバルブそれ自体が反射的であっても良い。光通信システム用の集積光学素子及び光アクチュエータでの小窓は本発明に従ったホイルを応用するのに適切である。
【００８４】
多くの応用において、所望のパターンに従って単一基板上に配列される複数の本発明に従ったホイルを有するのは望ましい。そのようなホイルの各々が個別的に非機械的に可動であれば、ディスプレイのような応用が可能となる。
[例]
本発明に従った独立のフレキシブルホイルが以下のように製造される：
以下の組成物の重合可能な液晶が調製される。
-30wt%液晶モノマー1
-30wt%液晶モノマー2
-38wt%アゾベンゼン液晶モノマー色素4のトランス異性体
-ローズベンガルとN-フェニルグリシンとの質量比が1:1の混合物であって、2wt%の光開始剤
【００８５】
【化７】
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【００８６】
【化８】
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重量溶液によって20部のモノマーを得るため、重合可能な液晶はトルエン中で分解される。溶液はラビング配向ポリイミド膜が供されているガラス基板上にスピンコートされる。ラビング配向膜は面配向を誘起する。有効な量が液晶組成物に加えられたときに液晶空気面でホメオトロピック配向を誘起するものとして、重合可能な液晶モノマー2は当技術分野では既知である。スピンコーティング後、膜は80℃に加熱され、5分間この温度が保持される。この時間、トルエンは蒸発し、重合可能な液晶混合物はモノドメイン構造内で整合する。よって得られた膜は約2μmの厚さを有する（濃度及びスピンコーティング条件を調節することで厚くすることも薄くすることも可能である。一般に、薄い膜は破壊に弱く、単独で扱うのは難しい）。膜の長さは、基板近くの配向方向では10mmで、幅は2mmである。ウエットな膜を30℃に冷却することで、重合可能な液晶、よって液晶モノマー色素4、これは重合した液晶の成分である、はポリイミド面で面配向し、空気面でホメオトロピック配向するスプレイ配向になる。30℃では、重合可能液晶膜は窒素雰囲気中で420nmのカットオフフィルタを供した白色光を照射されることで重合する。カットオフフィルタは重合中のE-Z異性化を抑制するのに使用される。E-Z異性化は逆の影響を及ぼす。
【００８７】
光開始剤の組成は、これらの露光条件で、重合化が促進されながらも液晶モノマー色素4のE-Z異性化が防止されるように選択される。
【００８８】
重合化後、重合した液晶層が得られる。その層は、本発明に従ったフレキシブルなフリースタンディングのホイルを得るために基板から剥がれる。フリースタンディングのホイルはわずかに曲がっている。曲率半径240mmである。重合化中にスプレイ配向が防止されるので、フレキシブルホイルはスプレイ配向を有する。基板との界面となる主要面では、重合したアゾベンゼン色素が面配向する一方で、反対側の面ではアゾベンゼン色素はホメオトロピック配向をしている。
【００８９】
フレキシブルホイルが可動かどうかをテストするため、フリースタンディングホイルにフィリップス社製SP10（商標）を光源とする365nmの波長を有する光を距離20cmで照射する。20秒間の照射時間内では、フレキシブルホイルは半径11mmの円をなすように丸まった状態になる。丸まったホイルを120℃まで加熱し、引き続いて室温まで冷却すると、ホイルは丸まった状態にはならず、最初の曲率に非常に近い、半径約220mmの状態になる。
【００９０】
曲がる及び曲がらない過程は何度も繰り返すことが可能であり、さらにホイルの可逆的可動性を示すことになる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に従ったフレキシブルホイルが実施例の全体図を概略的に図示している。フレキシブルホイルは平坦な状態及び曲げられた状態の両方が図示されている。
【図２】図1の平坦な状態及び曲げられた状態の拡張図を概略的に図示している。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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