(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレー・レベルを段階的に変化させることによって情報を記録するグレースケール機能を有する光記憶媒体であって、
１つまたは複数の対向表面対を有する、順次に配置された複数の対向基板と、
前記対向表面対上に配設された複数の配向層であって、該複数の配向層は１つまたは複数の配向層対を形成し、各配向層対の少なくとも一方の配向層が光学配向層であり、該光学配向層が異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分を含む、前記複数の配向層と、
前記配向層対の間に配設された液晶層
とを備え、
前記各液晶層が、３つ以上の異なる配向状態を有する３つ以上の配向領域を備え、
前記光学配向層を、その異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分の吸光帯域内の波長の偏光にさらすことによってそれぞれの異なる配向状態が制御される
ことを特徴とする光記憶媒体。
【請求項２】
前記各液晶層が、４つないし２０００個の異なる配向状態を有する４つ以上の配向領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項３】
前記配向状態が捻れ配向状態であることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項４】
前記配向状態が複屈折配向状態であることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項５】
前記配向状態が複合配向状態であることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項６】
２つの対向基板と１つの液晶層があることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項７】
３つの対向基板と２つの液晶層があることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項８】
４つないし２１個の対向基板と、前記対向基板の対向表面対上に配設された複数の配向層、及び１つまたは複数の配向層対の間に配設された液晶層があることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項９】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が１５０ｎｍないし１６００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項１０】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が１５０ｎｍないし８００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項１１】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が１５０ｎｍないし４００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項１２】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が４００ｎｍないし８００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項１３】
前記配向領域の寸法が０．１μｍ2ないし１００μｍ2であることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項１４】
前記液晶層が、重合可能な液晶からなることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項１５】
前記重合可能なネマチック液晶が、（Ａ）一般式（Ｉ）（ｎは１０または１２または１４）を有する２０重量％ないし８０重量％の少なくとも１つのモノマーと、（Ｂ）一般式（Ｉ）（ｎは４または６または８）を有する８０重量％ないし２０重量％の少なくとも１つのモノマーとを含む重合可能なネマチック組成物であり、
0004166272.tif 000005
ＲがＣＨ3またはＨであり、Ｙが共有結合または−ＣＯ2−であることを特徴とする請求項１４に記載の光記憶媒体。
【請求項１６】
前記重合可能なネマチック組成物がさらに、０．１重量％ないし３０重量％の二官能性メタクリレート、または、一般式ＩＩ、
0004166272.tif 000006
（ＲがＣＨ3またはＨであり、Ｒ1がＣＨ3、Ｈ、Ｃｌ、ＯＣＨ3であり、ｐ＝１ないし１２である）を有する０．１重量％ないし３０重量％のアクリレートモノマーを含むことを特徴とする請求項１５に記載の光記憶媒体。
【請求項１７】
前記重合可能な液晶が、化学線放射にさらされ、ポリマー・マトリックスが形成されることを特徴とする請求項１４に記載の光記憶媒体。
【請求項１８】
前記液晶層がネマチック液晶からなることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項１９】
前記ネマチック液晶が、４−シアノ−４’−アルキルビフェニルと４−アルキル−（４’−シアノフェニル）シクロヘキサンとからなる群から選択されることを特徴とする請求項１８に記載の光記憶媒体。
【請求項２０】
前記液晶がゲスト・ホスト混合物であることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項２１】
前記ゲスト・ホスト混合物が、二色アリルアゾ色素、ジアリルアゾ色素と、トリアリルアゾ色素、テトラアリルアゾ色素、ペンタアリルアゾ色素、アントラキノン色素、メリシアニン色素、メチン色素、２−フェニルアゾチアゾル色素、２−フェニルアゾベンズチアゾル色素、スチルベン色素、１，４−ビス（２−フェニルエテニル）ベンゼン色素、４，４’−ビス（アリルアゾ）スチルベン色素、ペリレン色素、および４，８−ジアミノ−１，５−ナフトキノン色素を含むことを特徴とする請求項２０に記載の光記憶媒体。
【請求項２２】
前記ゲスト・ホスト混合物が、アリルアゾ色素、ポリアリルアゾ色素と、およびスチルベン色素を含むことを特徴とする請求項２１に記載の光記憶媒体。
【請求項２３】
前記ゲスト・ホスト混合物がネマチック液晶を含むことを特徴とする請求項２０に記載の光記憶媒体。
【請求項２４】
前記ネマチック液晶が、４−シアノ−４’−アルキルビフェニルと４−アルキル−（４’−シアノフェニル）シクロヘキサンからなる群から選択されることを特徴とする請求項２３に記載の光記憶媒体。
【請求項２５】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が、アリルアゾ色素、ジアリルアゾ色素、トリアリルアゾ色素、テトラアリルアゾ色素、ペンタアリルアゾ色素、アントラキノン色素、メリシアニン色素、メチン色素、２−フェニルアゾチアゾル色素、２−フェニルアゾベンズチアゾル色素、スチルベン色素、１，４−ビス（２−フェニルエテニル）ベンゼン色素、４，４’−ビス（アリルアゾ）スチルベン色素、ペリレン色素、および４，８−ジアミノ−１，５−ナフトキノン色素からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項２６】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が、アリルアゾ色素、ポリアリルアゾ色素、およびスチルベン二色色素からなる群から選択されることを特徴とする請求項２５に記載の光記憶媒体。
【請求項２７】
前記異方性吸光分子が、ジアゾジアミン１，４，４’−ジアミノスチルベン、およびモノアゾジアミン３からなる群から選択されることを特徴とする請求項２６に記載の光記憶媒体。
【請求項２８】
前記光学配向層がポリイミドポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項２９】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が、前記ポリイミドポリマー中に溶解しており、該ポリマーに共有結合していないことを特徴とする請求項２８に記載の光記憶媒体。
【請求項３０】
前記異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が、前記ポリイミドポリマーに共有結合されることを特徴とする請求項２８に記載の光記憶媒体。
【請求項３１】
２つ以上の前記光学配向層が、１５０ｎｍないし１６００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有し、該２つ以上の光学配向層の最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも１０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項３２】
前記最大吸光度となる波長が、５０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項３１に記載の光記憶媒体。
【請求項３３】
２つ以上の前記光学配向層が、１５０ｎｍないし８００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有し、該２つ以上の光学配向層の最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも１０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項３４】
前記最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも、５０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項３３に記載の光記憶媒体。
【請求項３５】
２つ以上の前記光学配向層が、１５０ｎｍないし４００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有し、該２つ以上の光学配向層の最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも１０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項３６】
前記最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも、５０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項３５に記載の光記憶媒体。
【請求項３７】
２つ以上の前記光学配向層が、４００ｎｍないし８００ｎｍの波長の範囲に最大吸光度を有し、該２つ以上の光学配向層の最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも１０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項３８】
前記最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも、５０ｎｍよりも多い量だけ異なることを特徴とする請求項３７に記載の光記憶媒体。
【請求項３９】
前記配向状態が、捻れ配向状態と、複屈折配向状態と、複合配向状態とからなる群から選択された状態の組合せであることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項４０】
さらに、前記基板どうしを離隔させる手段と、前記基板を密封してセルを作製する手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項４１】
請求項１に記載の光記憶媒体を含む、読取り専用機能を有するコンパクト・ディスク。
【請求項４２】
請求項１７に記載の光記憶媒体を含む、読取り専用機能を有するコンパクト・ディスク。
【請求項４３】
請求項１に記載の光記憶媒体を含む、追記機能を有するコンパクト・ディスク。
【請求項４４】
請求項１に記載の光記憶媒体を含む、書込み／書直し機能を有する消去可能なコンパクト・ディスク。
【請求項４５】
請求項２０に記載の光記憶媒体を含む、書込み／書直し機能を有する消去可能なコンパクト・ディスク。
【請求項４６】
写真画像を視覚的に読み取ることができる情報として記憶することを特徴とする請求項１に記載の光学記憶媒体。
【請求項４７】
広い視野角を有することを特徴とする請求項４６に記載の光学記憶媒体。
【請求項４８】
写真画像をポジ画像またはネガ画像として読み取ることができることを特徴とする請求項４６に記載の光学記憶媒体。
【請求項４９】
請求項１または２０に記載の光学記憶媒体を含む、光学記憶表示装置。
【請求項５０】
前記光学記憶表示装置が広い視野角を有することを特徴とする請求項４９に記載の光学記憶表示装置。
【請求項５１】
前記基板が１つまたは複数の前記対向表面対の一方面または両面にパターン化された電極を有していることを特徴とする請求項１に記載の光学記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、情報の記憶に関し、詳細には光学的な情報の記憶に関する。
コンピュータならびにオーディオ・システムおよびビデオ・システムが普及するにつれて、特に、記憶しなければならない情報の量がばく大であるために情報の記憶がますます問題になっている。情報の記憶は従来、主として磁気記録手段を使用した様々な手段を使用して行われている。しかし、そのようなシステムでは所与の表面積に記憶できる情報の量が厳しく制限される。そのため、当業者は、空間をより効率的に使用することのできる新しい情報記憶方法を追求している。現在、数種類の光記憶装置が市販または開発されている。光記憶媒体の多くの属性は、Ａｌａｎ Ｂ．Ｍａｒｃｈａｎｔ著「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ、ニューヨーク、１９９０年）に記載されている。
現在、書込み／書直し光学データ記憶媒体市場では磁気光学材料が支配的である。この媒体は磁界を使用して、磁気光学媒体内のドメインの向きを変化させる。レーザからの光を使用して、磁界においてドメインを再配向させることができるように媒体がそのキューリー温度を超えるように局部的に加熱される。ドメインを配向させると入射読取り光線の偏光状態を変化させることができるので、情報は光によって読み取られる。通常、偏光の変化は非常に小さく、したがって各ドメインで最も高いビット・レベルを得るのに十分な信号雑音比を達成するのは困難なので、１ドメイン当たり１ビットしか記憶されない。
コンパクト・ディスク（ＣＤ）光記憶媒体および読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）光記憶媒体は、消費者市場において最も高度で確立された媒体である。このような記憶媒体は、情報を変更する必要のないアプリケーションに限られる読取り専用記憶域である。媒体の密度を増加させ駆動装置の速度を向上させることが重視されている。より短いＵＶ光を有するマスタ・ディスクを作製することによって、ＣＤおよびＣＤＲＯＭの密度は現行の密度、すなわち約７００メガバイトの４倍に近づく。高い信号雑音比を維持しながらこのように密度の高いディスクを読み取ることは困難である。より密度の高い媒体にアクセスするために、ディスクを読み取るためのより波長の短いダイオード・レーザ（４３０ｎｍないし６８０ｎｍ）が開発されている。
ディスク上のビット密度を増加させずにより多くの記憶域を得るために使用されている１つの方法は、複数のディスクを積み重ね、読取り光線の焦点位置を変化させることによって各ディスクにアクセスすることである。この技術は、約１００ミクロンのエア・ギャップだけ分離された２枚のミュージックＣＤを用いて実証されている。
追記型コンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｒ）技術は、いくつかの市販可能な媒体およびシステムを有する。この場合、ＣＤシステムおよびＣＤＲＯＭシステムとの互換性を達成することが望ましい。色素ドープ・ポリマーをベースとする記憶域材料が通常の媒体である。互換性を維持するには、色素／ポリマーを金属層上に広げる。高強度のレーザ・パルスは、色素／ポリマー層の屈折特性および吸光特性を永久的に変化させ、その結果、媒体の屈折率を変化させる。
アブレーティブ追記型（ＷＯＲＭ）技術は通常、大型保存システムで使用される。この技術を用いた場合、高出力ガス・レーザを使用して金属層にピットが形成される。この強力技術は非常に有効であり大型保存システムにおいて十分に確立されているが、低出力ＩＲレーザを用いたＣＤ応用例およびＣＤＲＯＭ応用例には適していない。
書込み／書直し機能を有する消去可能な光記憶媒体（ＣＤ−Ｅ）は現在、磁気光学媒体および駆動装置を使用しているが、情報を書き込むために磁場および光場を存在させることを必要とし、したがってコンパクト・ディスク応用例には適していない。他の消去可能な光記憶媒体は、ダイオード・レーザからの短く高強度の光パルスを使用して、このような材料の相を結晶状態から非晶質状態に変化させる。非晶質状態は、反射率が低く（結晶相の７０％に対して２８％以下）、ピットとして働く。より長い中間強度のパルスを使用して、非晶質状態が結晶状態に戻される。レーザ・ダイオードの波長は約６８０ｎｍである。このような媒体に関しては最大１００回の書込み読取り消去サイクルが報告されている。
光学的に情報を記憶するために液晶を光学的に整列させることにかなりの関心が抱かれている。たとえば、米国特許第５２９６３２１号は、透明な基板と、フォトクロミック層と、光にさらされたときに配向を反転可能に変化させることのできる液晶層をベースとする光記録媒体について説明している。この媒体は、２つの配向状態、すなわちホモジニアウス状態とホメオトロピック状態（基板に対して平行と垂直）しか達成することができない。米国特許第４７８０３８３号は、コレステリック・ポリマー相の光の様々な波長の選択的な反射に基づいて増大する容量を有する光記憶媒体について説明している。媒体は、配向を同時に制御し、温度を慎重に調整し、重合プロセスを実施して、多数の区別できる状態を達成することを必要とする。
米国特許第４８８６７１８号は、液晶主鎖ポリマーの膜で構成されたポリマー液晶を記憶媒体として使用する、光学情報を反転可能に記憶する装置について説明している。光学情報は、レーザ光線を使用して空間秩序を選択的に変化させ、あるいは液晶主鎖ポリマーを配向させ、あるいはその両方を行うことによって記憶される。この媒体は、書込み光線を用いて散乱中心を形成することによってバイナリ情報記憶装置として働くことができる。この媒体に、偏光されたレーザ光線で書き込み、屈折率の局部変化を誘導し、それによって、連続的な相変化に対応する様々な程度の再配向を行うことができる。これによってデータをアナログ記憶することができる。ホログラフィ方法を使用してデータを記憶することができる。記憶すべき情報は、物体や二次元画像や、印刷されたページなど、絵画的に表すことのできる構造を含むことができる。
液晶ポリマーを光記憶媒体として使用することの一次的な不利点は、媒体の粘度が高いことである。媒体の初期配向には、温度の上昇、または外部場、または長いアニーリング時間、あるいはこれらのプロセスの組合せが必要である。また、書込み光線に対する媒体の反応は低く、外部加熱を必要とすることが多い。
このような光記憶システムは、前述の理由で他の従来型の記録システムに勝る利点を与えるが、十分なものではない。グレー・スケール機能を使用できるほど多くの区別できる状態を有する実際的で廉価な光記憶媒体を有すると有用である。
そのような媒体は、ディジタル情報を記憶するだけでなく、たとえば写真画像を記録し記憶するのに有用であろう。媒体が書直し機能も有する場合、そのような媒体は光記憶ディスプレイを構成する。また、いくつかのレベルの情報を与え、それによって媒体の全体的な情報密度を増加させるために層化された光記憶媒体を有すると有用である。
多数の区別できる状態と、グレー・スケール機能と、全体的な情報密度を増加させるために層化できる能力とを有する実際的な光記憶媒体が発見され、本明細書で開示されている。
したがって、本発明の目的は、単一のドメインに複数の情報状態（すなわち、複数のバイナリ数字）を記録することのできる媒体を提供することである。
本発明の他の目的は、グレー・スケール機能と写真画像を記憶する機能とを有する媒体を提供することである。
本発明の他の目的は、各層が、グレー・スケールを含む情報を記憶することのできる、多層光記憶媒体を提供することである。
本発明の他の目的は、光記憶ディスプレイを実現するためにアドレスすることのできる光記憶媒体を提供することである。
本発明の他の目的は、読取り専用機能を有するコンパクト・ディスク、追記機能を有するコンパクト・ディスク、書込み書直し機能を有する消去可能なコンパクト・ディスク用の光記憶媒体を提供することである。
本発明のこれらおよびその他の利点は、下記の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになろう。
発明の要約
したがって、本発明は、１つまたは複数の対向表面対を有する、順次に配置された複数の対向基板と、配向層対を形成するために対向表面対上に配設され、各配向層対の少なくとも１つの配向層が光学配向層であり、異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分を含む光学配向層と、配向層間に配設され、それぞれ、３つ以上の異なる配向状態を有する３つ以上の配向領域を備える、液晶層とを備え、それぞれの異なる配向状態が、光学配向層内の異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分の吸光帯域内の波長の偏光に光学配向層をさらすことによって制御される、グレー・スケール機能を有する光記憶媒体である。本発明は、特定の光記憶装置および記憶ディスプレイにも関する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、捻れ配向状態に関する平面ｉと平面ｉ＋１との間のディレクタ角度の変動を示す図である。
第２図は、本発明の液晶層内の様々な捻れ配向状態を有するいくつかの配向領域を示す図である。
第３図は、本発明の液晶層内の様々な複屈折配向状態を有するいくつかの配向領域を示す図である。
第４図は、本発明の液晶層内の様々な複合配向状態を有するいくつかの配向領域を示す図である。
第５図は、本発明の光記憶媒体の基本構造を示す断面図である。
第６図は、偏光を用いた背景光学配向に使用される露光構成を示す図である。
第７図は、４つの異なる捻れ配向状態を達成するために４つの異なる偏光ベクトルにさらされる本発明の光記憶媒体のグレー・スケールを示す図である。
第８図は、２５６レベル・グレー・スケールを有する写真画像を得るための露光構成を示す図である。
第９図は、紫外線偏光を用いた背景光学配向用の露光構成を示す図である。
詳細な説明
「Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ａｌｉｇｎｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｅｄｉａ」と題する米国特許第５０３２００９号および「Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｍｅｓｏｇｅｎｓ」と題する米国特許第５０７３２９４号を、参照によって本明細書に組み込む。
「基板」の語は、本明細書では、配向層の支持構造を意味する。基板は、最終的な光記憶媒体に有用な機能を与える層化材料の任意の固体組合せでよい。たとえば、基板は、結晶シリコンまたは非晶質シリコン、ガラス、ポリエステルやポリエチレンやポリイミドを含むプラスチック、水晶、酸化インジウムスズ、金、銀、二酸化ケイ素、ポリイミド、一酸化ケイ素、反射防止コーティング、カラー・フィルタ層、偏光器、位相補償膜の諸材料の任意の組合せでよい。
実際は、これらの材料のうちのいくつかが、ガラスやプラスチックなどの基礎支持構造上に堆積または被覆される。
「液晶」は、液体と固体との間の安定な状態を示し、分子量が低く、すなわち約１５００未満、好ましくは１０００未満であるロッド状や円盤状の異方性形状を有する分子を指す。本明細書で説明する本発明の有用な液晶には、米国特許第５０３２００９号に記載されたすべての液晶と、新規の超フッ素化液晶、たとえばＥＭ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ Ｎ．Ｙ．）から市販されているＺＬＩ−５０７９、ＸＬＩ−５０８０、ＺＬＩ−５０８１、ＺＬＩ−５０９２、ＭＬＣ−２０１６、ＭＬＣ−２０１９、ＭＬＣ−６０４３を含む。米国特許第５０３２００９号に記載されたすべての種類の液晶および異方性吸光色素を用いて生成されたゲスト・ホスト（guest-host）形成物も有用である。本発明の好ましい液晶は、ネマチック液晶と、ネマチック液晶と異方性吸光色素とを含むゲスト・ホスト混合物である。
ゲスト・ホスト混合物を生成するうえで好ましい異方性吸光色素は、二色アリルアゾ色素、ジアリルアゾ色素、トリアリルアゾ色素、テトラアリルアゾ色素、ペンタアリルアゾ色素、アントラキノン色素、メリシアニン色素、メチン色素、２−フェニルアゾチアゾル色素、２−フェニルアゾベンズチアゾル色素、スチルベン色素、１，４−ビス（２−フェニルエテニル）ベンゼン色素、４，４’−ビス（アリルアゾ）スチルベン色素、ペリレン色素、４，８−ジアミノ−１，５−ナフトキノン色素である。他の有用な異方性吸光色素は、米国特許第５３８９２８５号に記載された液晶結合二色色素である。アリルアゾ、ポリアリルアゾ、スチルベン二色色素は、ゲスト・ホスト混合物を生成するうえで最も好ましい。
最も好ましい液晶は、４−シアノ−４’−アルキルビフェニルと、４−アルキル−（４’−シアノフェニル）シクロヘキサンと、それらから導かれたゲスト・ホスト混合物である。ゲスト・ホスト混合物は、消去可能な光記憶媒体（ＣＤ−Ｅ）における応用例のために光学吸光特性を必要とする光記憶媒体に特に好ましい。
本発明の他の有用な液晶には、米国特許第５０７３２９４号に記載された重合可能な液晶と、米国特許第４８９２３９２号に記載された液晶二機能メタクリレートモノマーおよび液晶二機能アクリレートモノマーが含まれる。
本発明で有用な好ましい重合可能液晶は、（Ａ）一般化学式（Ｉ）（ｎは１０または１２または１４）を有する２０重量％ないし８０重量％の少なくとも１つのモノマーと、（Ｂ）一般化学式（Ｉ）（ｎは４または６または８）を有する８０重量％ないし２０重量％の少なくとも１つのモノマーとを含む重合可能ネマチックモノマー組成物である。
0004166272.tif 000002
上式で、ＲはＣＨ3またはＨであり、Ｙは共有結合または−ＣＯ2−である。これらのネマチックモノマー組成物の合成および形成は米国特許第５２０２０５３号に記載されている。本明細書の例で使用される特定のネマチックモノマーはＩａおよびＩｂである。
他の好ましい重合可能液晶組成物は、０．１重量％ないし３０重量％の二機能メタクリレートモノマーおよび二機能アクリレートモノマーと組み合わされた上記で開示したＩの重合可能ネマチックモノマー組成物である。
0004166272.tif 000003
上式で、ＲはＣＨ3またはＨであり、Ｒ1はＣＨ3、Ｈ、Ｃｌ、ＯＣＨ3であり、ｐ＝１ないし１２である。これらのモノマーの合成はＢｒｏｅｒ等によって米国特許第４８９２３９２号に記載され、ＩＩｂの合成の特定の例は、引用によって組み込まれた米国特許第５０７３２９４号に記載されている。本明細書の例では二機能モノマーＩＩａを使用する。
重合可能ネマチック組成物は、組成物の光活性放射反応を強化するために少量、好ましくは０．５重量％ないし２．０重量％の光開始剤（Photoinitiator）と組み合わされる。有用な光開始剤の例は、ベンゾフェノンおよび２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンである。架橋剤として有用な多機能モノマーを約０．１重量％ないし５重量％のレベルで液晶組成物に添加することができる。メチルヒドロキノンなどの重合化阻止剤を約０．０５重量％ないし０．１重量％のレベルで添加し、液晶相が通常よりも早く重合化するのを抑制することもできる。
重合可能組成物は、融解時に室温近くに冷却されるとネマチック中間相を示す。中間相は、従来型のネマチック液晶とまったく同様に動作する。したがって、中間相は、従来型の液晶と同様に表面配向力に反応する。しかし、中間層が光活性放射、特に黒色光からのＵＶ放射または２００Ｗ Ｈｇアークにさらされると、液晶媒体は急速に重合化し、液晶相の配向をポリマー・マトリックスに固定する。したがって、本発明では、当業者が情報を永久的に記憶させたいＣＤやＣＤＲＯＭやＷＯＲＭなどの光記憶媒体には重合可能液晶が好ましい。
本明細書では、「配向層」の語は、外部場が存在しないときに液晶層内の液晶の配向を制御する基板の表面上の材料層を指す。「従来型の配向層」の語は、本明細書では、光学手段以外の処理を介して液晶層内の液晶を整列させるに過ぎない配向層を指す。たとえば、機械的に緩衝されたポリイミド、蒸着された二酸化ケイ素、ラングミュア・プロジェット膜はすべて、液晶を整列させることが示されている。
「光学配向層」は、本明細書では、偏光にさらされた後に液晶を整列させる異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分を含む配向層を指す。光学配向層は、偏光にされされる前または後に、機械的ラビングなど従来型の手段を介して処理することができる。光学配向層の異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分は、それぞれの異なる方向の軸に沿って測定されたときにそれぞれの異なる値を有する吸光特性を示す。異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分は、１５０ｎｍないし約２０００ｎｍの吸光帯域を有する。光学配向層の異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分は、主鎖ポリマー内で共有結合することも、主ポリマー鎖の側群として共有結合することも、ポリマー中に非結合溶質として存在することも、隣接する液晶層中に溶質として存在し通常の配向層の表面に吸着されて光学配向層を形成することも、共有結合され、あるいは基板または配向層上に直接吸着されて光学配向層を形成することもできる。
好ましい光学配向層は１５０ｎｍないし約１６００ｎｍの範囲に最大吸光度を有する。光学配向層は１５０ｎｍないし約８００ｎｍの範囲に最大吸光度を有することがより好ましい。光学配向層は１５０ｎｍないし４００ｎｍまたは４００ｎｍないし８００ｎｍの範囲に最大吸光度を有することが最も好ましい。
好ましくは、本発明の記憶媒体は２つ以上の光学配向層を有し、光学配向層は１５０ｎｍないし１６００ｎｍの範囲に最大吸光度を有し、該２つ以上の光学配向層の最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも１０ｎｍ以上異なり、より好ましくは５０ｎｍ以上異なる。より好ましくは、光学配向層は１５０ｎｍないし８００ｎｍの範囲に最大吸光度を有し、該２つ以上の光学配向層の最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも１０ｎｍ以上異なり、好ましくは５０ｎｍ以上異なる。最も好ましくは、光学配向層は１５０ｎｍないし４００ｎｍまたは４００ｎｍないし８００ｎｍの範囲に最大吸光度を有し、該２つ以上の光学配向層の最大吸光度となる波長がいずれの波長間でも１０ｎｍ以上異なり、好ましくは５０ｎｍ以上異なる。２つの光学配向層間の最大吸光度となる波長のこの差のために、偏光の波長を適切に選択することによって各液晶層に選択的にアドレスすることができる。
好ましい光学配向層では、異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分が、ポリマーマトリックス担体に溶解した非結合溶質として存在する。このような層をゲストホスト光学配向層と呼ぶ。このような層は、異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分を含む薄い有機材料層を基板上に被覆することによって形成される。
通常、異方性吸光分子はポリマー材料と共に溶液として溶解される。この溶液は次いで、通常はスピン・キャスティング技術を使用して基板上に被覆される。このコーティングは次いで炉で焼成され、残留溶剤が除去され最終硬化が行われる。
ゲストホスト光学配向層を形成するうえで有用なポリマーとしては、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド−６，６、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エポキシアミンポリマー、ポリイミドが挙げられる。好ましい光学ポリマー層はポリイミドポリマーである。ポリイミドの生成は、Ｄ．Ｗｉｌｓｏｎ、Ｈ．Ｄ．Ｓｔｅｎｚｅｎｂｅｒｇｅｒ、Ｐ．Ｍ．Ｈｅｒｇｅｎｒｏｔｈｅｒ Ｅｄｓ．著「Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ」（Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ、ニューヨーク、１９９０年）に記載されている。光学配向層を形成するうえで有用な特定のポリイミドは、３，４，３’，４’−ベンゾフェノンジアンハイドライドとオキシ（４，４’−ジアニリン）の縮合生成物と、Ｍｉｃｒｏｓｉ，Ｉｎｃ．（Ｐｈｏｅｎｉｘ，Ａｒｉｚｏｎａ８５０４４）から市販されているＳＰＩ−２０００ポリイミドと、Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ社（Ｒｏｌｌａ，ＭＯ）から市販されているＮＩＳＳＡＮ７３１１および７２１０ポリイミドである。
別法として、異方性吸光分子をポリマーに共有結合することができる。たとえば、ポリイミドの前駆物質であるポリアミン酸は、異方性吸光材料をポリアミン酸ポリマー鎖に共有結合することによって形成することができる。これは通常、異方性吸光分子を２つの反応成分のうちの一方として含むジアンハドライドとジアミンの混合物を形成し、Ｎ−メチルピロリドンやテトラヒドロフランなどの溶剤中でこの材料を重合化させることによって行われる。プリポリマー溶液は次いで基板上に被覆され炉で焼成され、最終的なポリイミド光学配向層が形成される。
別法として好ましくは、光学配向層は、ポリイミドなど従来型の配向層を基板上に被覆することによって形成される。異方性吸光分子が液晶媒体に溶解され、ゲスト・ホスト混合物が形成される。ゲスト・ホスト混合物を従来型の配向層に接触させると、異方性吸光分子が表面上に吸着され、光学配向層が形成される。この方法で形成された光学配向層は、消去可能な光記憶媒体（ＣＤ−Ｅ）における応用例のために光学吸光特性を必要とする光記憶媒体に特に好ましい。
別法として、光学配向層は、ポリイミドなど従来型の配向層を基板上に被覆することによって形成され、異方性吸光分子は溶剤に溶解される。この溶液を従来型の配向層上に被覆すると、異方性吸光分子が表面上に吸着され、光学配向層が形成される。
別法として、光学配向層は、異方性吸光分子の溶液を直接、基板上に被覆することによって形成される。異方性吸光分子が基板に吸着され薄い層が形成され、あるいは異方性吸光分子を基板に共有結合することができる。
光記憶媒体用の光学配向層を形成するうえで好ましい異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分は、二色アリルアゾ色素、ジアリルアゾ色素、トリアリルアゾ色素、テトラアリルアゾ色素、ペンタアリルアゾ色素、アントラキノン色素、メリシアニン色素、メチン色素、２−フェニルアゾチアゾル色素、２−フェニルアゾベンズチアゾル色素、スチルベン色素、１，４−ビス（２−フェニルエテニル）ベンゼン色素、４，４’−ビス（アリルアゾ）スチルベン色素、ペリレン色素、４，８−ジアミノ−１，５−ナフトキノン色素である。他の有用な異方性吸光材料は、米国特許第５３８９２８５号に記載された液晶結合二色色素である。
上記にリストした異方性吸光材料の形成は、米国特許第４５６５４２４号でＨｕｆｆｍａｎ等によって示され、米国特許第４４０１３６９号でＪｏｎｅｓ等によって示され、米国特許第４１２２０２７号でＣｏｌｅ，Ｊｒ．等によって示され、米国特許第４６６７０２０号でＥｔｚｂａｃｈ等によって示され、米国特許第５３８９２８５号でＳｈａｎｎｏｎ等によって示されたように良く知られている。
すべての種類の光学配向層に好ましい異方性吸光分子および部分は、アリルアゾ色素、ポリアリルアゾ色素、スチルベン色素である。ゲストホスト光学配向層、または光学配向層を形成する際に使用される液晶ゲスト・ホスト混合物には液晶結合色素が好ましい。１５０ｎｍないし４００ｎｍの範囲に最大吸光度を有する光学配向層にはアリルアゾ色素およびスチルベン色素が最も好ましい色素である。４００ｎｍないし８００ｎｍの範囲に最大吸光度を有する光学配向層にはポリアリルアゾ色素が最も好ましい色素である。最も好ましいポリアゾ色素はジアゾジアミン１であり、最も好ましいスチルベン色素は４，４’−ジアミノスチルベン２であり、最も好ましいアリルアゾ色素はモノアゾジアミン３である（表１参照）。色素１の形成は米国特許第５３８９２８５号に記載され、色素３の合成はその例に記載されており、４，４’−ジアミノスチルベンはＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から市販されている。
「配向層対」の語は、本明細書では、同じ液晶層内の液晶の配向を制御する２つの配向を指す。
「配向領域」は、同じ配向状態を有する液晶層の連続領域を指す。配向領域は０．０１μｍ2ないし１０６μｍ2であってよい（μｍはマイクロメートルに等しい）。好ましい配向領域の寸法は、０．１μｍ2ないし１０6μｍ2の範囲である。最も好ましい配向領域の寸法は、０．１μｍ2ないし１００μｍ2の範囲である。液晶技術では、本明細書で定義した配向領域は、「ドメイン」と呼ばれることが多い。しかし、情報記憶技術では、ドメインは、情報ビットを画定する一様な領域（気泡、カラー・スポット、反射表面など）を表すために使用される。本明細書では、配向領域は、上記で定義したように使用され、ドメインは、液晶媒体以外の記憶媒体内の一様な領域を表すために使用される。
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液晶層の「局部配向の方向」とは、配向層の平面に投影されるメソゲン（mesogen）の集合の平均方向である。
「配向状態」は、複屈折配向、捻れ配向、複合配向の３つの異なるタイプの配向を指す。各タイプの配向は、３つ以上の区別可能な別個の状態に関する機能を有する。本発明の液晶層内の各配向領域は、あるタイプの配向および別個の配向状態を有する。すべての配向領域が固有の配向状態を有するわけではない。液晶層全体にわたって同じ配向状態が何度も、それぞれの異なる配向領域で発生することができる。
「捻れ配向状態」は、捻れの変化によって各配向領域が異なることを意味する。「捻れ」または「捻れ配向」は、配向層対間の液晶層の局部配向の方向が、１つの配向層から他の配向層へ連続的に変化することを意味する。第１図に示したように、配向層ｉの平面内の投影ディレクタ角度（projected director angle）γiは、配向層ｉ＋１の平面内の投影ディレクタ角度γi+1とは異なり、その結果、局部液晶投影ディレクタ角度はγiからγi+1へ連続的に変化し、液晶層内に捻れ構造が形成される。本発明では、捻れ角度γt＝γi+1−γiは、−３６０度から３６０度まで変化することができる。９０度よりも大きな角度または−９０度よりも小さな角度を得るために、ＣＢ−１５（ＥＭ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ ＮＹ）などキラルのドーパントが組み込まれる。
捻れ角γtが零に等しいとき、液晶媒体に捻れはなく、媒体は平行に整列していると言われる。大部分の液晶ディスプレイ応用例は現在、９０度または−９０度に等しいγtを使用している。
捻れ配向状態では、各配向領域は零以外の捻れを有することができ、捻れ値は領域ごとに異なる。さらに、局部液晶ディレクタ（director）のある配向層への投影は、その配向層でのすべてのドメインに対して同じ方向にあり、それに対して局部液晶ディレクタの第２の配向層への投影は、各配向領域ごとに方向が異なり、捻れ値が変動する。第２図は、捻れ値が変動するいくつかの配向領域を有する液晶層を示す。平面ｉおよびｉ＋１にある各配向領域内の実線は、その平面での液晶のディレクタを示す。点線は、ディレクタが１つの平面から他の平面へ進む際にどのように回転するかを示す。たとえば、領域ｔ1は１８０度の捻れ値を有し、領域ｔ2は０度の捻れ値を有し、領域ｔ3は２７０度の捻れ値を有する。
第２図は、光学配向層を制御することによって得られる捻れ角度の広い変動を示すための複合図である。前述のように、９０度よりも大きな捻れまたは−９０度よりも小さな捻れを得るには、液晶媒体内に捻れネマチック構造を誘導するためにキラルのドーパントが必要である。一様な濃度のキラルのドーパントが存在する通常のケースでは、液晶媒体は一様なピッチを有する。このピッチは、光学配向・プロセスによって誘導される捻れ角度の変動が発生する範囲を決定する。一様な濃度のキラルのドーパントが存在し、それによって一様な捻れ角度γtが与えられる場合、光学的に制御できる捻れの変動範囲はγt±９０度である。たとえば、キラルのドーパントの濃度を、γt＝２７０度が与えられるように選択した場合、光学的に制御される捻れ変動の範囲は１８０度ないし３６０度になる。
「複屈折配向状態」は、液晶層内の各配向領域が複屈折の変化によって異なることを意味する。各配向領域は零捻れ（γt＝０度）を有するが、液晶ディレクタの配向層への投影は各配向領域ごとに方向が変動する。いくつかの複屈折配向状態を有する液晶層を第３図に示す。配向領域ｂ1、ｂ2、ｂ3はそれぞれ、平面ｉの背景配向に対する局部配向の様々なディレクタ６０度、０度、９０度を有する。
「複合配向状態」は、液晶層内の１つまたは複数の配向領域がそれぞれ、捻れおよび複屈折の変化によって異なることを意味する。したがって、各配向領域ごとに、捻れの大きさが変化し、局部液晶ディレクタの各配向層への投影の方向が変化する。第４図は、それぞれの異なる複合配向状態を有するいくつかの配向領域を含む液晶配向層を示す。局部液晶ディレクタの両方の配向層への投影は異なるものであってよい。配向領域ｃ1、ｃ2、ｃ3はすべて、異なる捻れ値と異なる局部配向・ディレクタとを有する。たとえば、ｃ1は、捻れが４５度であり、ｉの背景配向に対するディレクタの変化が９０度である。ｃ2は、捻れが０度でディレクタの変化が０度である。ｃ3は、捻れが２７０度でディレクタの変化が０度である。この場合も、各液晶層の捻れ角度の範囲は、液晶媒体のピッチに依存する。
「グレースケール」は、光記憶媒体内の各ドメインを３つ以上の値で符号化できることを意味する。たとえば、各ドメインをＮ個の可能な値（Ｎは整数）で符号化できる場合、各ドメインは、特定の応用例に適した検出システムによって測定されるＮ個の異なる状態を有さなければならない。Ｎの大きさは、光記憶媒体の感度または検出システムの感度、あるいはその両方によって決定される。
従来、Ｎ個の可能な値は２の累乗として表される。Ｎ＝１６個の可能な値がある場合、１６個の値（したがって、媒体内の各ドメインごとの１６個の異なる状態）は、２4として表され４ビット・グレースケールと呼ばれる。ビットの語は、可能な合計値を得るために必要な２の累乗を表す。たとえば、０ビットは１つの可能な符号化値を表し、１ビットは２つの可能な符号化値を表し、ｊビットは２j個の可能な符号化値を表す。
光記憶媒体の大部分の応用例では、各ドメインの異なる状態のために、光検知検出器に入射する透過または反射した光束が変動する。それぞれの異なる状態ごとに、透過または反射する光レベルは異なる。半導体をベースとする半導体検出器と人間の目は光検知検出器の例である。各検出システムは、透過または反射した光信号を解釈に有用な情報として処理する。
半導体検出器の場合、電子処理によって、光束レベルは、コンピュータによって解釈されるバイナリ値（２の累乗）に変換される。コンピュータは、各ドメインからのバイナリ値を順次（一度に１ドメインずつ）、あるいは並行して（一度に複数のドメイン）処理し、プログラムされたタスクを実行するために必要な情報を導く。
人間の目の場合、各ドメインごとの異なる光レベルは脳によって並行して処理され、写真画像が作成される。各ドメイン自体は脳に対してそれほど意味のないものであるが、各ドメインで透過または反射したすべての光レベルの総和が、脳によって解釈される意味のある情報をもたらす。
大部分の光記憶媒体は、単一のドメインには１ビットの情報しか記録できないことを示す。したがって、２つの異なる状態のみが可能である（すなわち、バイナリ値システムの０または１）。したがって、この媒体に数１６を記憶するには４つのドメインが必要である。しかし、各ドメインが１６個の異なる状態を有する場合、単一のドメインを使用して、１ビット媒体において４つのドメインを必要としたのと同じ数を記憶することができる。したがって、記憶密度は実際上、４倍に増加している。この論理的な結論として、各ドメインごとに２k個の検出可能な状態が得られる場合、媒体の記憶密度はｋ倍増加する。
本発明では、光記憶媒体内の各液晶配向領域を複屈折配向状態または捻れ配向状態または複合配向状態で符号化することができる。偏光が媒体を透過し、あるいは媒体内で反射し、偏光器を通過する場合、配向状態がそれぞれ異なるので、検出される光レベルが変化する。たとえば、各配向領域ごとに捻れ配向状態を使用する場合、捻れ配向状態に対して異なる光レベルが検出され、その捻れ値は、完全な３６０度捻れの１象限（０度〜９０度、９０度〜１８０度など）に制限される。１つの象限およびＮ個の異なる配向状態の場合、９０／Ｎ個の可能な光レベルが検出される。したがって、本発明の媒体内の各配向領域はグレー・スケールを使用することができる。本発明で使用される複屈折配向状態および複合配向状態に関しても同じことが当てはまる。
媒体内でグレー・スケールの所望の特徴を得るには、２つよりも多くの配向状態が必要である。本明細書で説明する発明の好ましい光記憶媒体は、４つないし２０００個の配向状態を有する。
下記で、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照して詳しく説明する。第５図は、本発明の光記憶媒体の基本構造を示す断面図である。一連の基板１の一方の側または両側に配向層２を被覆する。次いで、被覆した基板を直列に積み重ね、スペーサ（図示せず）を用いて適当に離隔する。密封化合物を用いて、一連の基板の周縁（図示せず）を、充填口および出口を除いて密封しセルを形成することができる。次いで、セルに所望の液晶を充填し、液晶層３を形成し、それに続いて充填口および出口を密封する。直列に積み重ねられた各追加二重被覆基板によって、追加液晶層を備える反復層４が得られる。この反復は、Ｘ＝０ないし約２０回可能であり、各液晶層にアドレスする能力によってのみ制限される。
基板の離隔は、粒子スペーサを使用することによって行うことができる。スペーサとは不活性粒子であり、その物理寸法は、少なくとも１次元で所望のセル厚さの寸法に一致する。ガラスファイバ・ロッド（ＥＭ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．、Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）、ゴムおよびポリスチレンのラテックス球、蒸着またはスパッタリングされた膜をスペーサとして使用することができる。スペーサは、基板をスペーサ粒子に直接接触させることによってセル・ギャップを物理的に制御するように働き、それによって各基板を離隔した状態で保持する。スペーサは、基板を組み立てる前に、ディスプレイを含む領域全体にわたって軽くかつ一様に散乱させておくことができる。別法として、スペーサを接着剤として取り込み、密封化合物によって形成されたガスケット・シームにのみ付与することもできる。間隔を制御するために使用されるその他の機構として、適切に画定された厚さを有する薄いフィルム・ガスケットをセル周縁に配置することが挙げられる。この場合、ＭｙｌａｒやＴｅｆｌｏｎ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｃｏ．、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）などの適切に特徴付けられたポリマー薄膜とアルミニウム膜を使用することができる。
基板の密封は、セル周縁に付与され硬化の前に開口部または間隙を毛細充填する硬化可能な接着剤を使用することによって行うことができる。この場合、Ｑｕｉｋ−Ｓｔｉｋエポキシ樹脂（ＧＣ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）とＮｏｒｌａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｉｎｃ．、Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）を使用することができる。熱可塑性ポリマー基板を使用した大面積可とう性ディスプレイの場合、熱密封を使用することができ、そのため熱および圧力を加えることによって様々な基板を溶接することができる。
第５図から分かるように、各液晶層は、液晶層内の液晶の配向を制御する対応する配向層対を有する。本発明では、各配向層対の少なくとも一方の配向層は光学配向層である。液晶層のそれぞれの異なる配向領域５は、グレー・スケールをもたらす３つ以上の配向状態を有する。第５図で、配向領域５の特定の配向状態は、第２図ないし第４図に示したように、捻れ配向状態でも、あるいは複屈折配向状態でも、あるいは複合配向状態でも、あるいはすべての３つのタイプの状態を混合した状態でもよい。配向状態は、光学配向層の選択された領域を偏光にさらすことによって制御される。各液晶層は、対応する光学配向層の吸光特性を偏光の適当な波長に一致させることによって選択的にアドレスすることができる。光学配向層を偏光にさらすことは、セルを組み立てる前後、あるいは液晶媒体に接触する前後に行うことができる。
グレー・スケールを示す光記憶媒体を得るには、グレー・スケールを有する情報を液晶層に記憶する光学プロセスが必要である。このプロセスは以下のａ）〜ｃ）を含む。ａ）選択された配向領域において、配向層対の１つまたは２つの光学配向層をベクトルを有する偏光にさらす。その際、光学配向層は異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分を含み、偏光は異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分の吸光帯域内の波長のものである。また、露光される光学配向層は液晶媒体を偏光のベクトルに対して光学配向層の平面に沿って±θの角度に整列させる。ｂ）偏光のベクトルを光学配向層の平面内の新しい位置へ回転させる。ｃ）上記ａ）を繰り返す。新しいベクトルを偏光にさらすたびに、液晶層内で新しい配向状態が確立される。
配向層対の一方の配向層の選択された領域を偏光にさらし、それに対して他方の配向層を固定したままにしておくことによって、捻れ配向状態を形成することができる。
配向層対の２つの光学配向層の選択された領域を同様に偏光にさらすことによって、複屈折配向状態が得られる。
配向層対の２つの光学配向層の選択された領域をそれぞれ異なるように偏光にさらすと、複合配向状態が形成される。
「偏光」は、光が、一方の軸（長軸と呼ぶ）に沿う偏光が直交する軸（短軸と呼ぶ）に対しての偏光より多く偏光される楕円偏光された光を意味する。本発明では、好ましい偏光は直線偏光であり、この場合、光は主として一方の軸（長軸）に沿って偏光され、短軸に沿った偏光成分はほとんど、あるいはまったくない。本発明では、偏光は１５０ｎｍないし２０００ｎｍの１つまたは複数の波長を有し、好ましくは１５０ｎｍないし約１６００ｎｍであり、より好ましくは１５０ｎｍないし約８００ｎｍである。最も好ましくは、偏光は１５０ｎｍないし約４００ｎｍあるいは４００ｎｍないし８００ｎｍである。好ましい光源はレーザ、たとえばアルゴンやヘリウムネオンやヘリウムカドミウムである。他の好ましい光源は水銀アーク、キセノン・ランプ、ブラック・ライトである。パワーの低いレーザを用い、あるいは小さな配向領域を整列させるときは、光線を光学配向層上に合焦させる必要がある。
このプロセスを使用して、液晶媒体内に非常に多数の異なる配向状態を形成し、高解像度のグレー・スケールを達成することができる。配向状態の好ましい数は４つないし２０００個であり、最も好ましくは１６個ないし３６０個である。この後者の状態数では、高解像度の写真画像を媒体に記憶することができる。このプロセスでは、単位面積当たりの配向領域の密度も非常に高くなる。好ましい配向領域の寸法は０．１μｍ2ないし１００μｍ2の範囲である。
このプロセスを使用して、引用によって組み込まれた米国特許第５０３２００９号に記載されたすべての液晶媒体と、やはり引用によって組み込まれた米国特許第５０７３２９４号に記載された重合可能な液晶に対してグレー・スケールを達成することができる。このプロセスは特に、ネマチック液晶、ネマチック液晶に溶解された前述のアゾ色素やポリ（アゾ）色素などの異方性吸光分子を含むゲスト・ホスト混合物、重合可能なネマチック液晶に対してグレー・スケールを達成するうえで有用である。このプロセスに好ましい特定の液晶には、４−シアノ−４’−アルキルビフェニルと、４−アルキル−（４’−シアノフェニル）シクロヘキサンと、それらから誘導されたゲスト・ホスト混合物が含まれる。
１つの液晶層（ｘ＝０）
本発明の好ましい実施形態（第５図）は、１つの液晶層と１つの反復層４（Ｘ＝０）とを備える。単一の液晶層は１つまたは２つの光学配向層を有することができる。この実施形態の範囲内のいくつかの代替光記憶媒体構造がある。
好ましい１つの光記憶媒体は１つの光学配向層を有し、第２の配向層は、光学的に不活性の従来型の配向層である。液晶層は、液晶層の選択された領域において、３つ以上の捻れ状態を有し、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。光学配向層の選択された領域をその光学配向層の吸光帯域内の偏光にさらすことによってその表面上で液晶ディレクタを回転させ、その間、第２の表面を固定したままにしておくことができる。捻れの値は、前述のように領域ごとに制御され、領域ごとに異なる。
他の好ましい光記憶媒体は２つの光学配向層を有し、液晶層は、選択領域において、３つ以上の捻れ配向状態を有し、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。これを達成するには、一方の光学配向層を一様に偏光にさらし、一方の光学配向層上に一様な背景配向を確立することができる。第２の光学配向層を偏光にさらし、それと同時に、選択された領域内の偏光ベクトルを変化させると、第２の表面上の液晶ディレクタを回転させることができる。捻れの値は、前述のように制御することができる。
他の好ましい光記憶媒体は、２つの光学配向層と、３つ以上の配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の配向状態を有し、各配向層の平面にそれぞれの異なる局部複屈折軸を有する。これは、両方の光学配向層の選択された領域を同様に偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させることによって達成することができる。
他の好ましい光記憶媒体は、２つの同じ光学配向層と、３つ以上の複合配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の複合配向状態を有し、各配向層の平面にそれぞれの異なる局部複屈折軸を有すると共にそれぞれの異なる捻れ配向状態を有する。これは、各光学配向層をそれぞれ異なるように偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させることによって達成することができる。
他の好ましい光記憶媒体は、それぞれの異なる吸光度特性を有する２つの異なる光学配向層を有し、液晶層の選択された領域において、３つ以上の異なる捻れ配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。一方の光学配向層を一様に第１の波長の偏光にさらし、一様な背景配向を確立する。第２の光学配向層の選択された領域を第２の波長の偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させる。これによって、第２の表面上で液晶ディレクタを回転させることができる。捻れの値は、前述のように制御することができる。
他の好ましい光記憶媒体は、それぞれの異なる吸光度特性を有する２つの異なる光学配向層を有し、３つ以上の複屈折配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の複屈折配向状態を有する。一方の光学配向層の選択された領域を偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させ、第２の光学配向層の選択された領域を第２の波長の偏光にさらす。これによって、選択された領域において、両方の表面上で液晶ディレクタを独立に回転させることができる。
他の好ましい光記憶媒体は、それぞれの異なる吸光度特性を有する２つの異なる光学配向層を有し、３つ以上の複合配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の複合配向状態を有する。一方の光学配向層の選択された領域を偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させ、第２の光学配向層の選択された領域を第２の波長の偏光にさらす。これによって、選択された領域において、両方の表面上で液晶ディレクタを独立に回転させることができる。
１つの液晶層を含む他の好ましい光記憶媒体は、１つまたは複数の基板上のパターン化電極を有する。この基板はたとえば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）被覆ガラス板でよい。ＩＴＯ電極は、従来型のリソグラフィック・プロセスを使用してパターン化される。電界を印加することによって、光記憶媒体の選択された領域にアドレスし、あるいはその領域を読み取ることができる。これによって、書込み／読取り動作を簡略化し、あるいは迅速化することができる。
本発明で説明する光記憶媒体は、データの記憶における多数の応用例を有する。この光記憶媒体は、高密度ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｅ、写真画像、記憶ディスプレイ用のデータ記憶媒体、および２つ以上の液晶層の複合効果を得るためのデータ記憶媒体として使用することができる。本発明の光記憶媒体のいくつかの応用例について下記で論じる。
ディジタル情報に対応する符号化捻れ配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはコンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）として使用することができる。光記憶媒体は、一対の偏光器間に挟まれる。光線を整列した各領域を通過させ、透過または反射した光強度を適当な光検出器によって記録することによって、符号化ディジタル情報が読み取られる。記録された光情報はさらに、整列した領域の位置と透過または反射した強度の大きさの関数として処理される。
符号化捻れ配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、追記型（ＷＯＲＭまたはＣＤ−Ｒ）メモリとして使用することができる。符号化ステップは、光学配向層の選択された領域を偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させることによって行うことができる。露光される領域は所望のディジタル情報に対応する。捻れ配向状態を有するＣＤに関して説明したように、符号化ディジタル情報は何度でも読み取ることができる。
符号化捻れ配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、書込み書直し機能を有する消去可能なコンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｅ）として使用することができる。各領域の配向状態は、前述の書込み光線の偏光ベクトルの方向を変化させることによって変えることができる。その場合、新しい情報が記憶され、それに続いて、捻れ配向状態を有するＣＤに関して説明したようにこの情報を読み取ることができる。
符号化捻れ配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体に写真画像を記憶することができる。この画像は、偏光器なしでは見ることができない。写真は、一対の偏光器間に光記憶媒体を配置することによって視覚的に読み取ることができる。偏光器対の吸光軸を互いに平行にするか、あるいは垂直にすることによって、ポジ写真画像またはネガ写真画像を読み取ることができる。この媒体の他の興味深い特徴は、このような画像の視野角が非常に広いことである。市販の液晶ディスプレイ、計算器、ラップトップ・コンピュータで明らかなように、液晶表示画像は通常、視野角が非常に狭い。
ディジタル情報に対応する符号化複屈折配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはコンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）として使用することができる。偏光光線を整列した各領域を通過させることによって、符号化ディジタル情報が読み取られ、偏光器または干渉技術あるいはその両方を適当に組み合わせることによって、透過または反射した光の位相差が求められる。記録された強度情報はさらに、整列した領域の位置と透過または反射した光の位相の大きさの関数として処理される。
符号化複屈折配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、追記型（ＷＯＲＭまたはＣＤ−Ｒ）メモリとして使用することができる。符号化ステップは、両方の光学配向層の選択された領域を偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させることによって行うことができる。露光される領域は所望のディジタル情報に対応する。複屈折配向状態を有するＣＤに関して説明したように、符号化ディジタル情報は何度でも読み取ることができる。
符号化複屈折配向状態の能力を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、消去可能なコンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｅ）として使用することができる。各領域の配向状態は、前述の書込み光線の偏光ベクトルの方向を変化させることによって変えることができる。その場合、新しい情報が記憶され、それに続いて、複屈折配向状態を有するＣＤに関して説明したようにこの情報を読み取ることができる。
符号化複屈折配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体に写真画像を記憶することができる。この写真は、偏光器、またはホログラフ技術などの干渉技術、あるいはその両方を適当に組み合わせることによって見ることができる。干渉技術を適当に構成することによってポジ写真画像またはネガ写真画像を読み取ることができる。
ディジタル情報に対応する符号化複合配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはコンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）として使用することができる。光線を整列した各領域を通過させ、干渉技術、偏光器、光検出器を適当に組み合わせることにより透過または反射した光の位相または強度、あるいはその両方を読み取ることによって、符号化ディジタル情報が読み取られる。記録された光情報はさらに、整列した領域の位置と透過または反射した強度の大きさの関数として処理される。
符号化複合配向状態の能力を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、追記型（ＷＯＲＭまたはＣＤ−Ｒ）メモリとして使用することができる。符号化ステップは、偏光書込み光線を用い、偏光ベクトルを変化させ、所望のディジタル情報に対応する領域をさらすことによって行うことができる。複合配向状態を有するＣＤに関して説明したように、符号化ディジタル情報は何度でも読み取ることができる。
符号化複合配向状態の能力を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は、消去可能なコンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｅ）として使用することができる。各領域の配向状態は、前述の書込み光線の偏光ベクトルの方向を変化させることによって変えることができる。その結果、新しい情報が記憶され、それに続いて、複合配向状態を有するＣＤに関して説明したようにこの情報を読み取ることができる。
符号化複合配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体に写真画像を記憶することができる。この写真は、干渉技術と偏光器を適当に組み合わせることによって視覚的に読み取ることができる。干渉装置または偏光器、あるいはその両方を適当に構成することによってポジ写真画像またはネガ写真画像を読み取ることができる。
捻れ配向状態と複屈折配向状態と複合配向状態を符号化し混合した状態の能力を有する１つまたは複数の液晶層を含む光記憶媒体は、消去可能なコンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｅ）として使用することができる。各領域の配向状態は、前述の書込み光線の偏光ベクトルの方向を変化させることによって変えることができる。その場合、新しい情報が記憶され、それに続いて、複合配向状態を有するＣＤに関して説明したようにこの情報を読み取ることができる。
捻れ配向状態または複屈折配向状態または複合配向状態を有する１つの液晶層を含む光記憶媒体は記憶ディスプレイに使用することができる。前述の写真画像を新しい画像に変更し、それに続いて偏光にさらすことができる。画像の変化速度がビデオ速度よりも高くなる場合、このディスプレイを映画およびテレビジョンに使用することができる。画像変化速度がビデオ変化速度よりも低い場合は、光記憶ディスプレイを、たとえば交通の流れを指示する変更可能な標識に使用することができる。前述のように、この光記憶媒体の興味深い利点は、従来型の液晶ディスプレイには通常見られない大きな視野角を達成できることである。
２つの液晶層（ｘ＝１）
好ましい実施形態では、本発明のグレー・スケールを有する光記憶媒体は、１つの反復層４を含む２つの液晶層を備える（第５図ではＸ＝１）。２つの液晶層は、それぞれの配向層対内に１つまたは２つの光学配向層を有することができる。光学配向層は、同じ吸光特性を有することも、あるいはそれぞれの異なる吸光特性を有することもできる。好ましくは、第１の配向層対は、１５０ｎｍないし４００ｎｍの範囲に最大吸光度を有する異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分を含む少なくとも１つの光学配向層を有し、第２の配向層対は、４００ｎｍないし８００ｎｍの範囲に最大吸光度を有する異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分を含む少なくとも１つの光学配向層を有する。この実施形態の範囲内のいくつかの光記憶媒体設計がある。
２つの液晶層を含む好ましい１つの光記憶媒体では、各配向層対は１つの光学配向層を有し、第２の配向層は光学的に不活性の従来型の配向層である。これらの光学配向層は、２つの外部基板の対向表面上に被覆することが好ましい。従来型の配向層は、内部基板上に背面被覆される。液晶層は、各液晶層の選択された領域において、３つ以上の捻れ配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。光学配向層の選択された領域を光学配向層の吸光帯域内の偏光にさらすことによってその表面上で液晶ディレクタを回転させ、その間、第２の表面を固定したままにしておくことができる。光学配向層は、完成したセルを組み立てる前に偏光にさらし、あるいは完成したセルのどちらかの側から偏光にさらすことによって、互いに独立に偏光にさらすことができる。捻れの値は、前述のように領域ごとに制御され、領域ごとに異なる。
２つの液晶層を含む他の好ましい光記憶媒体では、各配向層対は１つの光学配向層を有し、第２の配向層は光学的に不活性の従来型の配向層である。これらの光学配向層は、それぞれの異なる最大吸光度を有し、それぞれの異なる波長の光を検知し、好ましくは２つの外部基板の対向表面上に被覆される。従来型の配向層は、内部基板上に背面被覆される。液晶層は、各液晶層の選択された領域において、３つ以上の捻れ配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。光学配向層の選択された領域を光学配向層の吸光帯域内の直線偏光にさらすことによってその表面上で液晶ディレクタを回転させ、その間、第２の表面を固定したままにしておくことができる。光学配向層は、完成したセルを組み立てる前に偏光にさらし、あるいは完成したセルのどちらかの側から偏光にさらすことによって、互いに独立に偏光にさらすことができる。捻れの値は、前述のように領域ごとに制御され、領域ごとに異なる。
２つの液晶層を含む他の好ましい光記憶媒体では、各配向層対は、２つの同様な光学配向層を有するが、上記で指摘したようにそれぞれの異なる最大吸光度を有する。各液晶層は、選択された領域において、３つ以上の捻れ配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。これを達成するには、各配向層対の一方の光学配向層を一様に、異方性吸光分子または分子中の異方性吸光部分の吸光帯域内の波長の偏光にさらし、一方の光学配向層上で一様な背景配向を確立する。第２の光学配向層を同様な波長の偏光にさらし、同時に、選択された領域で偏光ベクトルを変化させることによって、第２の表面上で液晶ディレクタを回転させることができる。捻れの値は前述のように制御することができ、液晶層は、２つの異なる波長の光を使用して互いに独立に整列させることができる。
２つの液晶層を含む他の好ましい光記憶媒体では、各配向層対は、２つの同様な光学配向層を有するが、それぞれの異なる最大吸光度を有する。各液晶層は、選択された領域において、３つ以上の捻れ配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。これを達成するには、１つの配向層対の両方の光学配向層を、選択された領域において同様に、吸光帯域内の波長の偏光にさらし、同時に偏光ベクトルを変化させる。第２の配向層対には、第２の波長の偏光を用いて同様にアドレスすることができる。液晶層は、セルを組み立てる前または後に２つの異なる波長の光を使用して互いに独立に整列させることができる。
２つの液晶層を含む他の好ましい光記憶媒体では、各層は、それぞれの異なる吸光特性を有する２つの光学配向層を有する。液晶層は、各液晶層の選択された領域において、３つ以上の複合配向状態、より好ましくは４つないし２０００個の捻れ配向状態を有する。一方の光学配向層の選択された領域を偏光にさらし、同時に偏光ベクトルを変化させ、第２の配向層の選択された領域を第２の波長の偏光にさらす。これによって、選択された領域において、両方の表面上で液晶ディレクタを独立に回転させることができる。このプロセスが第２の配向層対についても繰り返される。光学配向層は、完成したセルを組み立てる前に偏光にさらし、あるいは完成したセルのどちらかの側から偏光にさらすことによって、互いに独立に偏光にさらすことができる。
２つの液晶層を含む他の好ましい光記憶媒体は、１つまたは複数の基板上にパターン化電極を有する。これらの基板はたとえば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）被覆ガラス板でよい。ＩＴＯ電極は、従来型のリソグラフィック・プロセスを用いてパターン化される。電界を印加することによって、一方または両方の液晶層の選択された領域にアドレスし、あるいはその領域を読み取ることができる。これによって、書込み／読取り動作を簡略化し、あるいは迅速化することができる。
ディジタル情報に対応する符号化捻れ配向状態を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはコンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）として使用することができる。光記憶媒体は、一対の偏光器間に挟まれる。各液晶層は、読取り光線の適当な合焦・収集光学系によってアドレスされ読み取られる。光線を各配向領域を通過させ、透過または反射した光強度を適当な光検出器によって記録することによって、符号化ディジタル情報が読み取られる。記録された強度情報はさらに、各層と、配向領域の位置と、透過または反射した強度の大きさの関数として処理される。
符号化捻れ配向状態の能力を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、追記型（ＷＯＲＭまたはＣＤ−Ｒ）メモリとして使用することができる。符号化ステップは、選択された光学配向層の選択された領域を偏光にさらし、それと同時に偏光ベクトルを変化させることによって行うことができる。
照明される領域は所望のディジタル情報に対応する。前述の捻れ配向状態を有するＣＤに関して説明したように、符号化ディジタル情報は何度でも読み取ることができる。
符号化捻れ配向状態の能力を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、消去可能なコンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｅ）として使用することができる。各領域の配向状態は、前述の書込み光線の偏光ベクトルの方向を変化させることによって変えることができる。それにより、新しい情報が記憶され、それに続いて、捻れ配向状態を有するＣＤに関して説明したようにこの情報を読み取ることができる。
符号化捻れ配向状態を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体に写真画像を記憶することができる。この画像は、偏光器なしでは見ることができない。写真は、適当な合焦・収集光学系を用いて読み取る液晶層を選択し、一対の偏光器間に光記憶媒体を配置することによって視覚的に読み取ることができる。偏光器対の吸光軸を互いに平行にするか、あるいは垂直にすることによって、ポジ写真画像またはネガ写真画像を読み取ることができる。
ディジタル情報に対応する符号化複屈折配向状態を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはコンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）として使用することができる。適当な合焦・収集光学系により、偏光光線を選択された層の整列した各領域を通過させることによって、各液晶層の符号化ディジタル情報が読み取られ、偏光器または干渉技術、あるいはその両方を適当に組み合わせることによって、透過または反射した光の位相差が求められる。記録された強度情報はさらに、各層の位置と、整列した領域と、透過または反射した光の位相の大きさの関数として処理される。
符号化複屈折配向状態の能力を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、追記型（ＷＯＲＭまたはＣＤ−Ｒ）メモリとして使用することができる。
露光される領域は、所望のディジタル情報に対応する。複屈折配向状態を有するＣＤに関して説明したように、符号化ディジタル情報は何度でも読み取ることができる。
符号化複屈折配向状態の能力を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、消去可能なコンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｅ）として使用することができる。選択された層の各領域の配向状態は、前述の書込み光線の偏光ベクトルの方向を変化させることによって変えることができる。それに続いて、複屈折配向状態を有するＣＤに関して上記で説明したように新しい情報を読み取ることができる。
前述のように、符号化複屈折配向状態を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体に写真画像を記憶することができる。この写真は、偏光器または干渉技術、あるいはその両方を適当に組み合わせることによって視覚的に読み取ることができる。干渉装置を適当に構成することによってポジ写真画像またはネガ写真画像を読み取ることができる。
ディジタル情報に対応する符号化複合配向状態を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはコンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）として使用することができる。適当な合焦・収集光学系を用いて光線を選択された層の整列した各領域を通過させ、干渉技術、偏光器、光検出器を適当に組み合わせることにより透過または反射した光の位相または強度、あるいはその両方を記録することによって、符号化ディジタル情報が読み取られる。記録された光情報はさらに、各液晶層と、整列した領域の位置と、透過または反射した強度の大きさの関数として処理される。
符号化複合配向状態の能力を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、追記型（ＷＯＲＭまたはＣＤ−Ｒ）メモリとして使用することができる。符号化ステップは、偏光書込み光線を用い、偏光ベクトルを変化させ、所望のディジタル情報に対応する選択された領域を照明することによって行うことができる。複合配向状態を有するＣＤに関して上記で説明したように、符号化ディジタル情報は何度でも読み取ることができる。
符号化複合配向状態の能力を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体は、消去可能なコンパクト・ディスク（ＣＤ−Ｅ）として使用することができる。選択された各領域の配向状態は、書込み光線の偏光ベクトルの方向を変化させることによって変えることができる。その場合、新しい情報が記憶され、それに続いて、複合配向状態を有するＣＤに関して説明したようにこの情報を読み取ることができる。
符号化複合配向状態を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体に写真画像を記憶することができる。この写真は、収集光学系と干渉技術と偏光器を適当に組み合わせることによって視覚的に読み取ることができる。偏光器または干渉技術、あるいはその両方を適当に構成することによってポジ写真画像またはネガ写真画像を読み取ることができる。
捻れ配向状態または複屈折配向状態または複合配向状態を有する２つの液晶層を含む光記憶媒体を記憶ディスプレイに使用することもできる。書込み光線を用いて、前述の写真画像を新しい画像と交換することができる。画像の変化速度がビデオ速度よりも高くなる場合、このディスプレイを映画およびテレビジョンに使用することができる。画像変化速度がビデオ変化速度よりも低い場合は、光記憶ディスプレイを、たとえば交通の流れを指示する変更可能な標識に使用することができる。前述のように、この光記憶媒体の興味深い利点は、従来型の液晶ディスプレイには通常見られない大きな視野角を達成できることである。
捻れ配向状態または複屈折配向状態または複合配向状態を有する２つ以上の液晶層を含む光記憶媒体を使用して、２つ以上の層の複合効果を得ることもできる。適当な合焦・収集光学系を用いれば、２つの層の複合効果を同様に前述のように読み出すことができる。そのような光記憶媒体は、光学信号相関、光学論理演算、空間フィルタ、光学計算などの信号処理応用例または情報処理応用例で使用することができる。
本発明は下記の例で実証される。この例は例示的なものであり、制限的なものではない。
例１
この例は色素３の形成を示すものである。
１２Ｎ塩酸（１０．８ｍＬ）および蒸留水（７ｍＬ）に４−ニトロアニリン（５．５ｇ）を溶解させた。この混合物を５℃以下の温度に冷却し、２Ｍ窒化ナトリウム溶液（２２ｍＬ）を徐々に添加した。この混合物を１時間撹拌し、尿素（１．０ｇ）を添加し、さらに５分間撹拌を続けた。この溶液を、５−メトキシ−２−メチルアニリン（５．４８ｇ）と酢酸ナトリウム（１２．０ｇ）と酢酸（４０ｍＬ）とを含む第２の溶液に注ぎ込んだ。この混合物を５℃で、１．５時間にわたってときどき撹拌し、濾過して赤い固体を得た。この固体をエタノールテトラヒドロフランから２度再結晶化させ、２−メチル−５−メトキシ−４−（４’−ニトロフェニルアゾ）−ベンゼンアミンを得た。この材料（２．８６ｇ）をエタノール（１２０ｍＬ）中で６５℃に加熱した。亜硫酸水素ナトリウム（１．６８ｇ）の水溶液（２０ｍＬ）を添加し、混合物を２０分間撹拌した。水（６０ｍＬ）を添加し、混合物を冷却し濾過した。収集した固体をエタノールから再結晶化させ色素３（ｍｐ１３６℃ないし１３７℃、λmax＝４１６ｎｍおよび４５８ｎｍ、∈＝３８２００および２８６００）を得た。
例２
この例は、ゲスト／ホストジアゾジアミン１／ＳＰＩ−２０００ポリイミド光学配向層（Ｓ１として指定されている）の調製方法を示すものである。
ポリイミド製剤ＳＰＩ−２０００（０．５ｇ）をジアゾジアミン１（６９．８ｍｇ）およびＮ−メチル−２−ピロリドン（９．９ｇ）と混合した。混合物を室温で１時間撹拌した。この溶液を０．４５μｍテフロン・フィルタ膜を通して直接、清浄なガラス基板上に濾過した。次いで、被覆したガラス基板を２５００ＲＰＭで１分間回転させ、一様な薄膜を形成した。得られた薄膜を窒素の下で１００℃で１時間硬化させ、それに続いて１９５℃で２時間硬化させた。
例３
この例は、共有結合されたジアゾジアミン１を調製してポリイミド・ポリマー・配向層を得る方法を示すものである。
３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアンハイドライド（４０．２５ｍｇ）をジアゾジアミン１（４６．７５ｍｇ）および乾燥Ｎ−メチル−２−ピロリドン（１．６５ｇ）と混合した。この混合物をアルゴンの下で室温で１８時間撹拌した。このポリアミン酸プリポリマー溶液を、テトラヒドロフラン（６．９６ｇ）を用いて１重量％固形物が得られるように希釈した。この溶液を０．４５μｍテフロン・フィルタ膜を通して直接、清浄なガラス基板上に濾過した。被覆したガラス基板を２５００ＲＰＭで１分間回転させ、一様な薄膜を形成した。得られた薄膜を窒素の下で８０℃で１５分間硬化させ、それに続いて１８０℃で１時間加熱した。この薄膜はλmax＝３７６であり、４７２ｎｍで強力な肩を有する。
例４
この例は、共有結合された４，４’−ジアミノスチルベン２を調製してポリイミドポリマー配向層を得る方法を示すものである。
３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアンハイドライド（４０．２５ｍｇ）を４，４−ジアミノスチルベン２（２６．２５ｍｇ）および乾燥Ｎ−メチル−２−ピロリドン（１．２６ｇ）と混合した。この混合物をアルゴンの下で室温で１８時間撹拌した。このポリアミン酸プリポリマー溶液を、テトラヒドロフラン（５．３２ｇ）を用いて１重量％固形物が得られるように希釈した。この溶液を０．４５μｍテフロン・フィルタ膜を通して直接、清浄なガラス基板上に濾過した。被覆したガラス基板を２５００ＲＰＭで１分間回転させ、一様な薄膜を形成した。得られた薄膜を窒素の下で８０℃で１５分間硬化させ、それに続いて１８０℃で１時間加熱した。この薄膜はλmax＝３３０ｎｍである。
例５
この例は、共有結合されたモノアゾジアミン３／ポリイミドポリマーを調製して光学配向層（Ｓ２として指定されている）を得る方法を示すものである。
３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアンハイドライド（４０．２５ｍｇ）をモノアゾジアミン３（３２．０ｍｇ）および乾燥Ｎ−メチル−２−ピロリドン（１．３７ｇ）と混合した。この混合物をアルゴンの下で室温で１８時間撹拌した。このポリアミン酸プリポリマー溶液を、テトラヒドロフラン（５．７８ｇ）を用いて１重量％固形物が得られるように希釈した。この溶液を０．４５μｍテフロン・フィルタ膜を通して直接、清浄なガラス基板上に濾過した。被覆したガラス基板を２５００ＲＰＭで１分間回転させ、一様な薄膜を形成した。得られた薄膜を窒素の下で８０℃で１５分間硬化させ、それに続いて１８０℃で１時間加熱した。この薄膜はλmax＝３８７ｎｍである。
例６
この例は、重合可能なネマチックモノマー製剤の調製方法を示すものである。メタクリレートモノマーＩａ（１１４ｍｇ）およびＩｂ（１１４ｍｇ）ならびにジメタクリレートＩＩａ（６０ｍｇ）をエチレングリコールジメタクリレート（９ｍｇ）、ＺＬＩ−１９８２（ＥＭ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ ＮＹ）ネマチック液晶（１５ｍｇ）、ＣＢ−１５キラルネマチックドーパント（１５μｇ）ヒドロキノン阻止剤（９μｇ）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１（Ｃｉｂａ Ｇｉｅｇｙ、Ａｒｄｓｌｅｙ ＮＹ）光開始剤（４ｍｇ）と混合した。混合物を８５℃に加熱し、２分間撹拌し、室温に冷却した。室温でネマチック液晶中間相が形成された。ネマチック−等方性遷移は４３．２℃であった。
例７
この例は、セルを組み立てる前に露光された２つの光学配向層間の液晶層の捻れ配向状態を実証するものである。
ホウケイ酸ガラス基板（２インチ×２インチ×１ｍｍ、Ｄｏｎｎｅｌｌｙ Ｃｏｒｐ．、Ｈｏｌｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）に例２のゲスト／ホスト・ジアゾジアミン１／ＳＰＩ−２０００ポリイミド製剤を被覆し硬化させ、光学配向層を得た。
それに続いて２枚の基板を偏光にさらした。これによって、液晶セルの組立時に液晶の背景配向が誘発された。照明構成の概略図を第６図に示す。
レーザ６は、市販のアルゴン・レーザ・モデル＃２０２０−０３（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）であり、最大電力が５１４．５ｎｍで約２．５Ｗであり、垂直に偏光される（７）。レーザ光線をレーザ光線を変調する音響光学変調器８、すなわちＭｏｄｅｌ＃ＡＯＭ−４０（Ｉｎｔｒａ−Ａｃｔｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｂｅｌｌｗｏｏｄ，ＩＬ）を通過させた。それに続いて、レーザ光線を鏡９で反射させ、アパーチャ１０を通過させ、コンピュータ制御される合焦レンズ１１（Ｍｏｄｅｌ＃ＬＫ５１００、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ、Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＭＡ）を含む２軸走査鏡システムに進入させた。スキャナは、合焦された偏光レーザ光線を光学配向層１２上へ送り、各走査ライン間を約１５ミクロン・ステップとして、光学配向層を横切るように走査させた。スキャナ電子機器によって制御される音響光学変調器８を介してレーザ光線のオンとオフを切り換えた。被覆表面上に入射する総レーザ電力は１．７Ｗであり、レーザ光線はスキャナ光学系により被覆基板において直径約３０μｍに合焦された。
背景配向のために偏光にさらした後、１つの被覆基板をスキャナ焦点に置き、その最初の位置から基板の法線の周りで１０度だけ回転させた。それに続いて、被覆基板の１つの象限内で１ｃｍの円を走査させた。次いで、基板を第２象限にシフトし、その最初の位置から３０度回転させた。この象限内で第２の円を走査させた。これを残りの２つの象限で繰り返し、基板の最初の位置から６０度および９０度回転させた。
露光された２枚の被覆基板から液晶セルを組み立てた。一方の被覆基板上にマイラー・ストリップ（５５μｍ）を置き、他方の基板を第１の基板上に重ねた。
光学配向層を互いに対向させ、背景配向方向を互いに並行になるようにした。クランプを使用して、５５μｍの間隔が得られるように基板に圧力を加え、縁部に沿ってエポキシを付与し、５分間硬化させた。セルの対向縁部上の２つの空間は密封しなかった。セル上の１つの非密封開口部を、０．０２重量％ＣＢ−１５キラル・ドーパント（ＥＭ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．、Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）が混合されたＺＬＩ−１９８２ネマチック液晶（ＥＭ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に浸漬させた。毛管作用によってセルを充填した。充填後、セルを液晶から除去し、洗浄し、空間をエポキシで密封した。
第７図は、写真ライト・ボックス上の互いに交差する偏光器の間から見たときにセルがどのように見えるかを示す。背景配向方向は、入力偏光器の一方の透過軸に沿ったものである。入力偏光器は背景配向に沿って光を偏光させる。出力偏光器は、その透過軸が入力偏光器の透過軸と交差しているので光の透過を妨げる。そのため、セルの背景は一様に黒く見える。
円の領域では、１度露光された一方の基板は背景に沿って整列し、それに対して複数回露光された他方の基板は、液晶に対して１０度、３０度、６０度、９０度の角度で整列した（円が露光されたときに基板が回転した角度に等しい）。この結果、捻れ角度が１０度、３０度、６０度、９０度に等しい液晶の捻れネマチック・配向が行われた（それぞれ、第７図の１３、１４、１５、１６）。捻れネマチック状態によって、偏光の偏光ベクトルは捻れ角度に等しい量だけ回転する。したがって、１０度、３０度、６０度、９０度の円の背景透過光に対する透過光は、漸次明るくなっていった（第７図ではハッチングの密度が漸次低くなることによって表されている）。９０度の円が最も明るかった。したがって、背景に対して４つのグレー・レベルが観測された。
例８
この例は、１６個よりも多く２５６個以下の配向状態を有する高解像度２次元写真画像を示すものである。セルを組み立て液晶を充填した後に液晶層中で捻れ配向状態が確立された。一方の配向層には、機械的に摩擦された従来型のポリイミドを用い、他方には光学配向層を用いた。
ジアゾジアミン１／ＳＰＩ−２０００ポリイミド（Ｓ１）被覆基板（２インチ×２インチ×１ｍｍ）を、例７と同様に光学的に背景整列させた。他の同様な基板の表面上にＳＰＩ−２０００ポリイミド溶液をスピンコーティングした。ＳＰＩ−２０００被覆基板を炉内で硬化させた。基板の被覆表面を、繊維布を一方向に横切らせて摩擦することによって、ＳＰＩ−２０００被覆基板の背景配向を機械的に誘発させた。光学配向層と機械的に整列させたＳＰＩ−２０００層が互いに対向して互いに平行な配向を与える５５μｍセルを例７と同様に組み立てた。このセルに、例７で説明したのと同じ液晶混合物を充填した。偏光器の間からセルを見ると、液晶が一様に平行に整列していることが観測された。
組み立てたセルを第８図の光学露光構成内に配置した。焦点距離が１５ｃｍのレンズ２０の焦点に配置されたセルをＸ−Ｚ平面（第８図では、矢印および点２２で表されている）内で移動させるように取り付けられた２つのモータ付き並進段上にセルを取り付けた。光学配向層１２を含む基板を焦点距離が１５ｃｍのレンズ２０のできるだけ近くに取り付けた。機械的に緩衝されたポリイミド層２１を被覆された基板は、入射偏光の影響を受けなかった。４分の１波長板と適当な配向で組み合わされた電子光学変調器１８（Ｃｏｎｏｐｔｉｃｓ、Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ）は、Ｉｎｎｏｖａ４００アルゴン・レーザ１７（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｉｎｃ．、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡ）からの５１４．５ｎｍ光の出力直線偏光状態を印加電圧の関数として変化させる。変調器ドライバ上の電圧を０Ｖから１Ｖにドライブすると、セルでの直線偏光状態は、Ｘ−Ｚ平面において４５度から−４５度まで回転した。変調器および並進段はコンピュータ制御した。
高解像度画像をセルに書き込むために、２５６レベルの灰色を有する人間の７０２×７３８画素ディジタル写頁画像を使用して、実験構成に取り付けられたセルへの入射偏光の角度をコンピュータに求めさせた。最終的なセルが偏光器の間から見ることができることを考慮して、画像中のグレースケール・レベルから電圧の補正値を算出した。画像中のグレースケール・レベルが０である場合、変調器上の対応する電圧は０Ｖである。この電圧では、セル上に入射する偏光状態は、基板の平面において４５度であって。したがって、結果として得られる捻れ角度は−４５度であり、これによって、偏光器の間から見たときに暗い配向状態が与えられ、透過軸は互いに４５度になった。
画像中の各画素ごとに、セルの対応する露光を、画素グレースケール値に対する適当な偏光角度で１３ｍ秒間行った。セルをＸ軸に沿って約３ｍｍ／秒で並進させると、１３ｍ秒の間にセル上の約３８μｍの配向領域が露光された。画像の所与の行ですべての７０２回の露光を行った後、セルをＺ軸に沿って３８μｍ並進させ、次の行を露光した。所与の画像に関して、Ｚ軸に沿ったステップを７３８回繰り返した。セル上の総露光領域は約１インチ×１インチであった。
入射光の影響を受けるのはジアゾジアミン１／ＳＰＩ−２０００ポリイミド・配向層だけなので、この層に接触する液晶を偏光によって回転させ、それに対して、機械的に整列させたポリイミド・配向層に接触する液晶は、入射光の影響を受けないようにしておいた。この結果、約３８μｍ×３８μｍの露光された各配向領域に、コンピュータ画像中の最初のディジタル化画素のグレースケールに応じた捻れ角度を有する捻れ配向状態が確立された。
露光後、（偏光器を用いない）非偏光で眺めたとき、セルには配向領域も、あるいは画像も見えなかった。しかし、互いに４５度の角度に配置された偏光器の間から露光されたセルを眺めると、人間のポジ（セル内の画像がコンピュータ画像に対応する）の高解像度（１インチ×１インチの面積中７０２×７３８配向領域）画像を見ることができた。出力偏光器を入力偏光器に対して９０度位置から−４５度位置へ回転させることによって、人間のネガ（セル内の画像の明るい領域と暗い領域が最初のコンピュータ画像とは逆になる）高解像度画像が観測された。目視検査では、この画像は、最初のコンピュータ画像と同じに見えた。この画像は、従来型の液晶ディスプレイと比べて視野角が広かった。
例９
この例は、それぞれの異なる波長の２つの異なる光学配向層間の液晶層の捻れ配向状態を実証するものである。セルを組み立て充填した後、一方の光学配向層のみを露光し、捻れ配向状態を有する配向領域を形成する。この例では超フッ化液晶層を使用する。
ガラス基板（０．９インチ×１．２インチ×１ｍｍ）にジアゾジアミン１／ＳＰＩ−２０００ポリイミドをスピンコーティングし、Ｓ１光学配向層を形成した。第２の同様な基板にモノアゾジアミン３／ポリイミドポリマーをスピンコーティングし、Ｓ２光学配向層を形成した。それに続いて、両方のコーティングを炉内で硬化させた。
Ｓ１被覆基板を例７と同様に背景整列させた。第９図に概略的に表した構成を使用してＳ２被覆基板を背景整列させた。この実験では、被覆面が入射レーザ光線に対向するように、Ｓ２被覆基板２４を２軸ＸＺ並進段（第９図では矢印２５で示されている）上に取り付けた。Ｉｎｎｏｖａ４００レーザ１７を、波長が３３３ｎｍないし３６４ｎｍの紫外線を放射するように調整した。焦点距離が５ｃｍの円筒形レンズ２３によって、１ｃｍの入射光線を線（１ｃｍ×２００μｍ）としてＳ２被覆基板２４上に合焦させた。被覆基板をＺ軸に沿って一定速度で並進させ、次いでＸ方向へ段階的に前進させた。被覆基板が完全に露光されるまでこれを繰り返した。
例７で説明したように２枚の背景整列基板からセルを組み立て、このセルにＭＬＣ−６０４３−０００（ＥＭ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．、Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）を充填した。偏光器の間から見ると、このセルが一様で平行な背景配向を有することが分かった。
これに続いて、例７および第６図で説明した走査構成でセルを露光した。この構成のスキャナ・システム１１の直前に追加された２分の１波長板を様々な向きに配置して直径１ｍｍの円を露光した。入射光の偏光状態は、２分の１波長板が回転する角度の２倍回転した。したがって、２分の１波長板を回転させることによってセルの平面内の偏光の向きを制御する簡単な方法が得られた。セルのＳ１被覆基板は、スキャナ構成で使用した５１４．５ｎｍ光の影響を受けた。したがって、基板は入射光にできるだけ近づけた。１０度、３０度、６０度、９０度の、Ｓ１被覆基板の平面内の偏光角度の変化に対応する、２分の１波長板回転角度５度、１５度、３０度、４５度に対して４つの円を露光した。
２分の１波長板を回転させる前に偏光が背景配向に垂直になるようにセルを配向させた。Ｓ１被覆基板は５１４．５ｎｍ光の影響を受ける唯一の基板なので、液晶は、捻れ角度１０度、３０度、６０度、９０度に対応する各１ｍｍ円の捻れ配向状態を示した。偏光器の間から見ると、４つのグレー・レベルが観測された。
例１０
この例は、捻れ配向状態を有する２つの液晶層を実証するものである。また、多層セルを組み立て充填した後、各配向層対の光学配向層を偏光にさらし、各液晶層に異なる捻れ配向状態を有する配向領域を形成する。
２枚の基板（０．９インチ×１．２インチ×１ｍｍ）に、例９と同様にジアゾジアミン１／ＳＰＩ−２０００ポリイミドをスピンコーティングした。第３の基板にＮｉｓｓａｎ ＳＥ−７３１１ポリイミド溶液（Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｒｏｌｌａ，ＭＯ）を被覆し、Ｓ３として指定した。３枚の基板を炉内で硬化させた。第１のＳ３層を被覆されたＳ３被覆基板の対向側に再びＮｉｓｓａｎ ＳＥ−７３１１ポリイミドをスピンコーティングした。それに続いて、基板を炉内で硬化させた。
例７で説明したようにスキャナ・システムによってＳ１被覆基板を背景整列させた。例８で説明した機械的緩衝技術を使用して、両面Ｓ３被覆基板の各面を背景整列させた。
多層セルを下記のように組み立てた。Ｓ１被覆基板上にマイラ・スペーサ（５５μｍ）を配置し、マイラ・スペーサ上に両面Ｓ３被覆基板を配置し、両面Ｓ３被覆基板の対向面上にマイラ・スペーサを配置し、次いで、第２の１組のマイラ・スペーサ上に第２のＳ１被覆基板を配置した。３基板セルをクランプ止めし例７と同様にエポキシで密封した。両方のセル・ギャップに同時にＭＬＣ６０４３−０００液晶を毛細充填した。次いで、この多層セルを洗浄し、充填口をエポキシで充填した。偏光器の間から見ると、多層セル内の２つの液晶層が一様な平行背景配向を有することが分かった。
一方のＳ１被覆基板を入射光線の隣に配置して、この多層セルを例９と同様にスキャナ構成に取り付けた。４つの１ｍｍ円を例９で説明したように露光し、第１の液晶層に４つの捻れ角度を有する捻れ配向状態を生成した。それに続いて、第２のＳ１被覆基板が入射光線のできるだけ近くに配置されるように多層セルを反転させ、４回の１ｍｍ露光を繰り返した。これによって、第２の液晶層に４つの捻れ角度を形成した。多層セルを容易に眺めて分析できるように、各液晶層の配向領域が重ならないように注意を払った。偏光器の間から多層セルを眺めると、各液晶層に４つのグレー・レベルが観測された。
例１１
この例は、捻れ配向状態を有する２つの液晶層を実証するものである。それぞれの異なる波長の影響を受ける光学配向層によって各液晶層を制御する。また、多層セルを組み立て充填した後、各配向層対の光学配向層をそれぞれの異なる波長にさらし、各液晶層に捻れ配向状態を有する領域を形成する。
一方のＳ１被覆基板を例９のＳ２被覆基板と交換することを除いて、例１０と同様に多層セルを組み立てた。中間プレートはこの場合も、両面を機械的に緩衝された両面Ｓ３被覆基板である。セルを組み立てる前に、Ｓ１被覆基板およびＳ２被覆基板をそれぞれ、例１０および例９と同様に背景整列させた。
それに続いて、例１０で説明したように、多層セルのＳ１被覆面を４つの１ｍｍ円にさらした。例９の紫外線構成において、多層セルのＳ２被覆面を入射光線のできるだけ近くに配置した。１ｍｍの穴を含む薄いアルミニウム板をマスクとして働くようにセル上に配置した。背景配向が入射光線の偏向に垂直になるようにセルを取り付けた。観測が容易になるように、Ｓ２面の露光領域がマルチスタック・セルのＳ１面上の露光領域と重なり合わないように注意を払った。セルを基板の法線の周りで１０度回転させ、それに続いて、例９と同様にＸ−Ｚ並進段を介して、合焦された光線の下で並進させた。マスクにより、１ｍｍの穴を通る以外のセルの照明は妨げられた。３０度、６０度、９０度の回転に対するセル上のそれぞれの異なる位置に対してこのプロセスを繰り返した。偏光器の間から多層セルを眺めると、各液晶層に４つのグレー・レベルが観測された。
例１２
この例は、捻れ配向状態を有する２つの液晶層を実証するものである。２つの配向層対を、それぞれの異なる波長の影響を受ける２つの光学配向層で構成する。また、多層セルを組み立て充填した後、各配向層対の一方の光学配向層のみを偏光にさらし、捻れ配向状態を有する領域を形成する。
両面Ｓ３被覆基板を、互いに接着された２つの０．９インチ×１．２インチのＳ２被覆基板と交換することを除いて、例１０と同様に多層セルを組み立てた。例９と同様に２つの被覆基板を背景整列させた後、セルを組み立てる前に、Ｓ２被覆面どうしが対向するように２つのＳ２被覆基板を互いに接着した。Ｎｏｒｌａｎｄ６０光硬化接着剤（Ｎｏｒｌａｎｄ、Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ，ＮＪ）を使用して基板どうしを接着した。非偏光ロー・パワー・ブラック・ライトを使用してにかわを硬化させた。これによって、厚さが２ｍｍの両面Ｓ２被覆基板が得られ、これを２つのＳ１被覆基板と共に使用して多層セルを組み立てた。
多層セルの各側の露光は、例１０と同様に行った。偏光器の間から多層セルを眺めると、各液晶層に４つのグレー・レベルが観測された。
例１３
この例は、２つの光学配向層の間の液晶層の複屈折状態を実証するものである。
両方のＳ１被覆基板を背景整列させた後にその各象限を直径１ｍｍの円にさらすことを除いて、例７を繰り返す。２つの基板の２つのＳ１被覆面が互いに対向するので、第２のＳ１被覆基板の各円を第１のＳ１被覆基板の適切な円と一致させ、液晶内で捻れが起こらないようにしなければならない。したがって、整列した領域の複屈折軸は、背景配向に対して固定量だけ回転する。そのため、第１の基板上のプレートの１０度の回転にさらされる円を、第２の基板上の−１０度の回転にさらされる円に一致させなければならない。各象限内の各回転角度ごとにこれを繰り返す（すなわち、３０度および−３０度、６０度および−６０度、８０度および−８０度）。９０度のケースは縮退であり、偏光器の間から眺めると背景と同じに見える。
各基板の適当な円が重なり合うように注意を払って、例７と同様にセルを組み立てる。キラルのドーパントを含まないＺＬＩ−１９８２をセルに毛細充填した。完成したセルを偏光器の間から眺めると、１０度の円と８０度の円は同じグレー・レベルを有していた。同じことが３０度の円と６０度の円にも当てはまる。
しかし、１０度の円と３０度の円（したがって、８０度の円と６０度の円）は異なるグレー・レベルを有する。したがって、この４つの円に関しては、２つのグレー・レベルしか観測できない。これは、複屈折配向状態ではグレー・レベル自体が４５度ごとに繰り返されるからである。
例１４
この例は、２つの光学配向層間の液晶層の複合配向状態を実証するものである。したがって、単一の配向領域の複屈折軸を配向層において回転させると共に、一方の配向層から他方の配向層への捻れを有することができる。
第２のＳ１光学配向層の４つの象限を偏光にさらし、回転角度を−２０度、０度、９０度、−３０度に等しくすることを除いて、例１３を繰り返す。
第１のＳ１被覆基板上の１０度、３０度、６０度、８０度の円がそれぞれ、第２の基板上の−２０度、０度、９０度、−３０度の円と重なり合うように注意を払う。組み立てたセルに０．０２重量％のＣＢ−１５を含むＺＬＩ−９８２を充填する。完成したセルを偏光器の間から眺める。４つのグレー・レベルを観測することができる。
例１５
この例は、固定捻れ配向状態を有するポリマー膜を形成するための、捻れ配向状態を有する液晶層の重合化を示すものである。
事前に露光された２つのＳ１光学配向層を備えるセルを、例７で説明したように作製する。例６で説明した重合可能なモノマー組成物を暗室内で８５℃でこのセルに充填する。セルを室温で２時間熱処理する。次いで、セルを１５０Ｃの水に１／２インチだけ浸漬させながらＵＶ光線（２００ＷＨｇアーク）に３０秒間さらす。４つのグレー・レベルは、例７で説明したのと同様なグレー・レベルであり、影響を受けずにポリマー膜内に固定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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