JP2012058363A - Optical element and backlight - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子およびバックライトに関する。 The present invention relates to an optical element and a backlight.
ノートＰＣ、携帯電話等の表示部や液晶テレビ等の液晶ディスプレイには、視認性を向上させる目的でバックライトが設けられている。
バックライトは、レンチキュラレンズや光拡散シート等を光源の前に配置して、ディスプレイの所定の範囲に光が届くよう構成されているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
しかし、従来のバックライトでは、光の広がる方向が一定であり、ディスプレイを見る人の位置等によって、光の広がる方向を変化させることができなかった。
Display units such as notebook PCs and mobile phones and liquid crystal displays such as liquid crystal televisions are provided with a backlight for the purpose of improving visibility.
In general, the backlight is configured such that a lenticular lens, a light diffusion sheet, or the like is disposed in front of the light source so that light reaches a predetermined range of the display (see, for example, Patent Document 1).
However, in the conventional backlight, the light spreading direction is constant, and the light spreading direction cannot be changed depending on the position of the person viewing the display.
本発明は、光を反射する方向を容易に変更することが可能な光学素子を提供すること、また、このような光学素子を備えたバックライトを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical element capable of easily changing the direction in which light is reflected, and to provide a backlight including such an optical element.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学素子は、中空部を有する円柱状をなし、電気刺激により、一方の端部の外径が変化するアクチュエータ本体と、当該アクチュエータ本体の一方の端部近傍の外周面上に設けられた第１の電極と、前記アクチュエータ本体の一方の端部近傍の内周面上に設けられた第２の電極と、を備えたアクチュエータと、
前記アクチュエータ本体の一方の端部に、前記中空部を塞ぐように配置され、湾曲凹面形状をなす鏡面を備えた鏡面部と、を有し、
前記アクチュエータ本体の外径の変化に伴って、前記鏡面の曲率半径が変化するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、光を反射する方向を容易に変更することが可能な光学素子を提供することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The optical element of the present invention has a cylindrical shape having a hollow portion, and is provided on an actuator body in which an outer diameter of one end portion is changed by electrical stimulation and an outer peripheral surface in the vicinity of the one end portion of the actuator body. An actuator comprising: a first electrode; and a second electrode provided on an inner peripheral surface in the vicinity of one end of the actuator body;
A mirror surface portion provided at one end of the actuator main body so as to close the hollow portion, and having a mirror surface having a curved concave shape;
The curvature radius of the mirror surface is configured to change with a change in the outer diameter of the actuator body.
Thereby, the optical element which can change easily the direction which reflects light can be provided.
本発明の光学素子では、前記鏡面部は、伸縮性を有する変形樹脂膜と、
前記鏡面を有する金属薄膜とで構成されていることが好ましい。
これにより、光を反射する方向をより容易に変更することができるとともに、応答速度をより速いものとすることができる。
本発明の光学素子では、前記アクチュエータの変形する部位は、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物で構成されていることが好ましい。
これにより、より低電圧で光学素子を駆動させることができる。
In the optical element of the present invention, the mirror surface portion includes a deformable resin film having stretchability,
It is preferable to be comprised with the metal thin film which has the said mirror surface.
Thereby, while being able to change the direction which reflects light more easily, a response speed can be made quicker.
In the optical element of the present invention, it is preferable that the part of the actuator that is deformed is composed of a stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction.
Thereby, the optical element can be driven at a lower voltage.
本発明の光学素子では、前記刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記ユニットＡの第３の結合部位に配置された第１のユニットＣと、
前記ユニットＡの第４の結合部位に配置された第２のユニットＣと、
を含み、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは酸化還元反応によって結合し、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは液晶性を有し、重合性官能基を含むことが好ましい。
これにより、より低電圧で光学素子を駆動させることができる。
In the optical element of the present invention, the stimulus-responsive compound includes a unit A having a bond that functions as a rotation axis;
A first unit B disposed at a first binding site of the unit A;
A second unit B disposed at a second binding site of the unit A;
A first unit C disposed at a third binding site of the unit A;
A second unit C disposed at a fourth binding site of the unit A;
Including
The first unit B and the second unit B are combined by a redox reaction,
It is preferable that the first unit C and the second unit C have liquid crystallinity and include a polymerizable functional group.
Thereby, the optical element can be driven at a lower voltage.
本発明の光学素子では、前記刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記第１のユニットＢに結合した第１のユニットＣと、
前記第２のユニットＢに結合した第２のユニットＣと、
を有し、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは、酸化還元反応によって結合するものであり、
前記第１のユニットＣおよび第２のユニットＣは、液晶性を有することが好ましい。
これにより、より低電圧で光学素子を駆動させることができる。
In the optical element of the present invention, the stimulus-responsive compound includes a unit A having a bond that functions as a rotation axis;
A first unit B disposed at a first binding site of the unit A;
A second unit B disposed at a second binding site of the unit A;
A first unit C coupled to the first unit B;
A second unit C coupled to the second unit B;
Have
The first unit B and the second unit B are bonded by an oxidation-reduction reaction,
The first unit C and the second unit C preferably have liquid crystallinity.
Thereby, the optical element can be driven at a lower voltage.
本発明の光学素子では、一対のアルキル鎖と、
前記一対のアルキル鎖の間を架橋する架橋部と、
前記一対のアルキル鎖の少なくとも一方に結合した液晶性官能基と、を有し、
前記架橋部は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記架橋部は、前記第１の基の第２の結合部位において一方のアルキル鎖と結合し、前記第２の基の第２の結合部位において他方のアルキル鎖と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合することが好ましい。
これにより、より低電圧で光学素子を駆動させることができる。
In the optical element of the present invention, a pair of alkyl chains,
A cross-linking part that cross-links between the pair of alkyl chains;
A liquid crystalline functional group bonded to at least one of the pair of alkyl chains,
The bridging portion has a bond that functions as a rotation axis, and has a first group located at one end of the bond and a second group located at the other end of the bond;
A first unit B disposed at a first binding site of the first group;
A second unit B disposed at a first binding site of the second group,
The bridging part is bonded to one alkyl chain at the second binding site of the first group, and bonded to the other alkyl chain at the second binding site of the second group;
It is preferable that the first unit B and the second unit B are bonded by an oxidation-reduction reaction.
Thereby, the optical element can be driven at a lower voltage.
本発明の光学素子では、酸化還元反応によって分子構造が変形する複数の変形基と、
液晶性を有する複数の液晶性官能基と、
前記変形基と前記液晶性官能基とを連結する下記式（１２）で表される複数の連結基と、を有し、
前記変形基は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記変形基は、前記第１の基の第２の結合部位および前記第２の基の第２の結合部位において、前記連結基と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合することが好ましい。
A plurality of liquid crystal functional groups having liquid crystal properties;
A plurality of linking groups represented by the following formula (12) for linking the deformable group and the liquid crystalline functional group;
The deformable group has a bond that functions as a rotating shaft, and has a first group located at one end of the bond and a second group located at the other end of the bond;
A first unit B disposed at a first binding site of the first group;
A second unit B disposed at a first binding site of the second group,
The deformable group is bonded to the linking group at a second binding site of the first group and a second binding site of the second group;
It is preferable that the first unit B and the second unit B are bonded by an oxidation-reduction reaction.
本発明のバックライトは、複数の、本発明の光学素子と、
前記光学素子の前記鏡面近傍に設けられた光源と、を備えたことを特徴とする。
これにより、光の広がる方向を任意に変更することが可能なバックライトを提供することができる。
The backlight of the present invention includes a plurality of optical elements of the present invention,
And a light source provided in the vicinity of the mirror surface of the optical element.
Thereby, the backlight which can change arbitrarily the direction where light spreads can be provided.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
《光学素子》
以下、本発明の光学素子について説明する。
本発明の光学素子は、外部から入射した光を反射するものであり、その反射光の進行方向を任意に変更することが可能な光学素子である。
図１は、本発明の光学素子の好適な実施形態を示す模式図、図２は、図１に示す光学素子のアクチュエータが駆動した状態を示す模式図、図３は、図１に示す光学素子のアクチュエータ本体の形状を示す図、図４は、図１に示す光学素子の鏡面部の構成の一例を示す断面図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
<< Optical element >>
Hereinafter, the optical element of the present invention will be described.
The optical element of the present invention reflects light incident from the outside, and is an optical element capable of arbitrarily changing the traveling direction of the reflected light.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the optical element of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a state where an actuator of the optical element shown in FIG. 1 is driven, and FIG. 3 is an optical element shown in FIG. FIG. 4 is a sectional view showing an example of the configuration of the mirror surface portion of the optical element shown in FIG.
図１に示すように、光学素子１００は、アクチュエータ１０と、鏡面部２０とを有している。
アクチュエータ１０は、図１に示すように、アクチュエータ本体１１と、第１の電極１２と、第２の電極１３とを有している。
アクチュエータ本体１１は、図３に示すように、中空部を有する円柱状をなしている。
As shown in FIG. 1, the
As illustrated in FIG. 1, the
As shown in FIG. 3, the
このアクチュエータ本体１１は、後述する第１の電極１２および第２の電極１３に電圧を印加し、電気刺激を与えることにより、一方の端部の外径が変化するよう構成されている。
アクチュエータ本体１１の、少なくとも、電圧を印加することで変形する部分を構成する材料としては、例えば、バッキーゲル材料や、後述するような刺激応答性化合物等を挙げることができる。
The
Examples of a material constituting at least a portion of the
第１の電極１２は、図１に示すように、上記アクチュエータ本体１１の一方の端部近傍の外周面上に設けられている。また、第２の電極１３は、図１に示すように、上記アクチュエータ本体１１の一方の端部近傍の内周面上に設けられている。言い換えると、第１の電極１２と第２の電極１３とで、アクチュエータ本体１１の一部を挟持した構成となっている。
As shown in FIG. 1, the
第１の電極１２および第２の電極１３には、図示せぬ電源に接続されており、電圧を印加可能となっている。
アクチュエータ本体１１は、上記第１の電極１２および第２の電極１３に電圧を印加することにより、例えば、図２に示すように、これら電極に挟まれた部位およびその近傍がアクチュエータ本体１１の内側に向かって屈曲するよう構成されている。このように屈曲することにより、アクチュエータ本体１１の外径が変化する（小さくなる）。
The
The
鏡面部２０は、図１に示すように、アクチュエータ本体１１の外径が変化する端部に、アクチュエータ本体１１の中空部を塞ぐように配置され、アクチュエータ本体１１の端部に固着されている。また、鏡面部２０は、湾曲凹面形状を備えた鏡面を有している。
鏡面部２０は、図４に示すように、鏡面を有する金属薄膜２１と、アクチュエータ本体１１の中空部側に向かって配された変形樹脂膜２２とで構成されている。
金属薄膜は、鏡面を形成している膜であり、銀、アルミ等の金属で形成されている。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 4, the
The metal thin film is a film that forms a mirror surface, and is formed of a metal such as silver or aluminum.
変形樹脂膜２２は、上記金属薄膜２１を支持する機能を有しており、伸縮性を備えた膜である。鏡面部２０をこのような構成とすることにより、光学素子１００の応答性をより優れたものとすることができる。
変形樹脂膜２２を構成する材料としては、例えば、シリコンゴムといった粘弾性のある材料が挙げられる。
The
Examples of the material constituting the
このような光学素子１００では、上述したようにアクチュエータ本体１１が内側に屈曲変形することで、アクチュエータ本体１１の外径が小さくなる。それに伴って、アクチュエータ本体１１の端部に固着された鏡面部２０は、その外径が小さくなる。外径が小さくなると、鏡面の湾曲凹面が図２に示すように、さらに図中の下方向に撓んでいき、鏡面の曲率半径が小さくなる。このように曲率半径が小さくなることにより、例えば、入射した光をより広範囲にわたって反射することができる。また、電圧の印加を停止するまたは正負逆の電圧を印加することにより、図２の状態から図１の状態へと変化させることができ、鏡面の小さかった曲率半径を大きくすることも可能である。
なお、上述した実施形態では、鏡面部２０が２層で構成されたものとして説明したが、これに限定されず、１層であってもよいし、任意の機能を有する層（膜）をさらに追加してもよい。
In such an
In the above-described embodiment, the
《バックライト》
次に、本発明の光学素子を利用したバックライトの好適な実施形態について説明する。
図５は、本発明の光学素子を適用したバックライトの一例を示す模式図である。
バックライト１０００は、上述したような光学素子１００と、光学素子１００の鏡面近傍に配置された光源２００とを有している。
"Backlight"
Next, a preferred embodiment of a backlight using the optical element of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a backlight to which the optical element of the present invention is applied.
The
このようなバックライト１０００では、光学素子１００のアクチュエータ１０を駆動させることにより、鏡面の曲率半径が変化させることができる。これにより、光源２００からの光の広がりを調節することができる。
このようなバックライト１０００を、例えば、透過型ディスプレイのバックライトとして使用することにより、透過型ディスプレイの視野角を容易に調整することができる。
In such a
By using such a
《刺激応答性化合物》
次に、上記アクチュエータ本体の少なくとも変形する部分を構成する材料の一例として、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物について説明する。
以下に説明するような刺激応答性化合物を用いた場合、一対の電極板に電圧を印加すると、アクチュエータ本体の一方の電極と接している側では、酸化反応が進み膨張し、アクチュエータ本体の他方の電極と接している側では、還元反応が進み収縮する。その結果、図２に示すように、還元反応が生じた方向、すなわち、アクチュエータ本体の内径方向に屈曲し、鏡面部２０の鏡面の曲率半径が変化する。
《Stimulus responsive compound》
Next, a stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction will be described as an example of a material constituting at least a deforming portion of the actuator body.
When a stimulus-responsive compound as described below is used, when a voltage is applied to a pair of electrode plates, an oxidation reaction proceeds and expands on the side of the actuator body in contact with one electrode, and the other of the actuator body expands. On the side in contact with the electrode, the reduction reaction proceeds and contracts. As a result, as shown in FIG. 2, it bends in the direction in which the reduction reaction occurs, that is, in the inner diameter direction of the actuator body, and the radius of curvature of the mirror surface of the
＜第１実施形態＞
次に、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第１実施形態について詳細に説明する。
図６、図７は、本実施形態の刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。図６、図７中、○は官能基を意味し、線は結合を意味する。
<First Embodiment>
Next, the first embodiment of the stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by the oxidation-reduction reaction will be described in detail.
6 and 7 are diagrams for explaining the molecular structure before and after the redox reaction of the stimulus-responsive compound of this embodiment. In FIGS. 6 and 7, ◯ means a functional group, and a line means a bond.
図６（ａ）に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、ユニットＡの両末端に結合した２つのユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）と、それぞれのユニットＢに結合した２つのユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）とを有している。
刺激応答性化合物は、刺激によって、分子の形状を変形（変位）させる機能を有する化合物のことを指す。
As shown in FIG. 6A, the stimulus-responsive compound of the present embodiment includes a unit A having a bond that functions as a rotation axis, and two units B (first unit B) bonded to both ends of the unit A. And a second unit B) and two units C (a first unit C and a second unit C) coupled to each unit B.
A stimulus-responsive compound refers to a compound having a function of deforming (displace) the shape of a molecule by stimulation.
刺激応答性化合物を構成するユニットＡは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合を軸に回転可能となっている基（ユニット）である。このようなユニットを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
ユニットＡとしては、例えば、２つの芳香環が結合した基を用いることができるが、中でも、下記式（１）から（３）なる群から選択される１種の基であるのが好ましい。このような基をユニットＡとして用いることにより、刺激応答性化合物は、より円滑な変形（変位）が可能となり、より低電圧で駆動するものとなる。
The unit A constituting the stimulus-responsive compound has a bond that functions as a rotation axis, and is a group (unit) that can rotate around the bond. By having such a unit, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced).
As the unit A, for example, a group in which two aromatic rings are bonded can be used. Among them, a group selected from the group consisting of the following formulas (1) to (3) is preferable. By using such a group as the unit A, the stimulus-responsive compound can be more smoothly deformed (displaced) and driven at a lower voltage.
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、図６（ａ）に示すように、ユニットＡの回転軸方向の両末端（ユニットＡの第１の結合部位および第２の結合部位）に結合している基である。すなわち、第１のユニットＢがユニットＡの第１の結合部位に、第２のユニットＢがユニットＡの第２の結合部位に結合している。
また、ユニットＢは、ユニットＢ同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である（図６（ｂ）参照）。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。
As shown in FIG. 6A, the unit B (the first unit B and the second unit B) has both ends in the rotation axis direction of the unit A (the first coupling site and the second coupling of the unit A). Group). That is, the first unit B is bonded to the first binding site of unit A, and the second unit B is bonded to the second binding site of unit A.
Unit B is a group that forms a bond between units B by an oxidation-reduction reaction (see FIG. 6B). In other words, it is a group that forms a bond by receiving (reducing) electrons from the outside. Further, it is a group that releases bonds by releasing (oxidizing) electrons to the outside.
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）としては、ユニットＢ同士（第１のユニットＢと第２のユニットＢと）で酸化還元反応によって結合を形成する基であれば、特に限定されないが、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、下記式（４）で表される基であるのが好ましい。これにより、反応条件を調整することで、ユニットＢ同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。 The unit B (the first unit B and the second unit B) is particularly a group that forms a bond by oxidation-reduction reaction between the units B (the first unit B and the second unit B). Although not limited, the unit B (the first unit B and the second unit B) is preferably a group represented by the following formula (4). Thereby, the coupling | bonding state and non-bonding state of units B can be made to reversibly and easily advance by adjusting reaction conditions. Moreover, since the reactivity is high, the stimulus-responsive compound can be deformed more smoothly and at a low voltage.
ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）は、ユニットＢに結合した基であり、液晶性を有する基である。第１のユニットＢには第１のユニットＣが結合しており、第２のユニットＢには第２のユニットＣが結合している。液晶性を有することにより、ユニットＣは、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。これにより、激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。 The unit C (first unit C and second unit C) is a group bonded to the unit B and is a group having liquid crystallinity. The first unit B is coupled to the first unit B, and the second unit C is coupled to the second unit B. By having liquid crystallinity, the unit C exhibits a certain alignment by using a liquid crystal alignment technique. As a result, the rapid response compound has a certain direction for driving.
ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。
ユニットＣとしては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、ユニットＣの配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
The unit C (the first unit C and the second unit C) is not particularly limited as long as it is a group exhibiting liquid crystallinity, and a group having a plurality of ring structures, for example, a plurality of phenyl groups is connected by an ester group. And those in which a benzene ring or a cyclohexane ring is directly connected.
As the unit C, it is particularly preferable to use a group in which one or more halogen atoms are bonded to one ring structure among a plurality of ring structures. Thereby, the exercise | movement performance at the time of orientation of the unit C can be made higher, and the speed | rate of the transfer to orientation becomes quicker. As a result, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced) more quickly and smoothly, and is driven at a lower voltage.
また、ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）は、重合性官能基を有しているのが好ましい。この重合性官能基によって、刺激応答性化合物が重合することで、より分子鎖の長い刺激応答性化合物を形成することができる。また、このように分子鎖を長くすることにより、後に詳述するように、分子の変形（変位）の度合いを大きくすることができ、より強い力（応力）で駆動させることが可能となる。
ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）の具体例としては、以下のようなものを挙げることができる。
Further, the unit C (the first unit C and the second unit C) preferably has a polymerizable functional group. A stimulus-responsive compound having a longer molecular chain can be formed by polymerizing the stimulus-responsive compound by the polymerizable functional group. Further, by elongating the molecular chain in this manner, as described in detail later, the degree of molecular deformation (displacement) can be increased, and it is possible to drive with a stronger force (stress).
Specific examples of the unit C (first unit C and second unit C) include the following.
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、軸回転可能なユニットＡと、ユニットＡの両末端（第１の結合部位および第２の結合部位）に結合した２つのユニットであって、酸化還元反応によりユニット同士で結合を形成することが可能なユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）と、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）に結合した２つのユニットであって、液晶性を有するユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位の度合いを比較的大きくすることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。 As described above, the stimulus-responsive compound of the present embodiment includes the unit A capable of rotating the shaft and the two units bonded to both ends (the first binding site and the second binding site) of the unit A. Then, unit B (first unit B and second unit B) capable of forming a bond between units by oxidation-reduction reaction, and unit B (first unit B and second unit B) The unit is characterized in that it includes two units C (first unit C and second unit C) having liquid crystal properties. By having such a feature, it can be deformed (displaced) with low power, and the degree of displacement can be made relatively large. This is considered to be due to the following reasons.
すなわち、液晶性を有するユニットＣによって複数の刺激応答性化合物分子が配向した（並んだ）状態で存在することができ、その揃った状態で電圧等を印加して１分子内のユニットＢ同士が酸化還元反応により結合する（架橋する）。このように、ユニットＣの配向性（液晶性）とユニットＢの刺激による結合性とを利用することで、図６（ａ）に示す状態から、図６（ｂ）に示す状態へと確実に変形（変位）することができる。特に、ユニットＣの配向とユニットＢ同士の結合は、低い電圧で進行するので、低電圧で、大きな変形（変位）が可能となる。 That is, a plurality of stimuli-responsive compound molecules can exist in an aligned (aligned) state by the unit C having liquid crystallinity, and a voltage or the like is applied in the aligned state so that the units B in one molecule can be connected to each other. Bonds (crosslinks) by redox reaction. Thus, by utilizing the orientation (liquid crystallinity) of unit C and the binding property of unit B by stimulation, the state shown in FIG. 6 (a) is surely changed to the state shown in FIG. It can be deformed (displaced). In particular, since the orientation of the unit C and the coupling between the units B proceed at a low voltage, a large deformation (displacement) is possible at a low voltage.
なお、ユニットＣが重合性官能基を利用して重合した刺激応答性化合物を用いた場合、上述したように、低電圧で、さらに大きな変形が可能となる。
すなわち、電圧を印加する前（酸化還元反応が進行する前）は、図７（ａ）に示すように、長い分子が伸びた状態で存在している。そこへ電圧を印加すると、図７（ｂ）に示すように、ユニットＡを軸に回転し、隣接するユニットＢ同士が酸化還元反応により結合し、さらに、液晶性のユニットＣが配向することにより、長い分子が折りたたまれた状態となる。このため、変位の度合いを大きなものとすることができる。
In addition, when the stimuli responsive compound which unit C superposed | polymerized using the polymeric functional group is used, as above-mentioned, a big deformation | transformation is attained at a low voltage.
That is, before applying the voltage (before the oxidation-reduction reaction proceeds), as shown in FIG. 7A, long molecules exist in an extended state. When a voltage is applied thereto, as shown in FIG. 7B, the unit A rotates about the axis, the adjacent units B are bonded together by a redox reaction, and the liquid crystalline unit C is aligned. , A long molecule is folded. For this reason, the degree of displacement can be increased.
＜第２実施形態＞
次に、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第２実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の刺激応答性化合物は、ビチオフェン（ユニットＡ）と、当該ビチオフェンの２つのα位（ユニットＡの第１の結合部位および第２の結合部位）に結合した２つの１，３−ベンゾジチオーリル基（第１のユニットＢおよび第２のユニットＢ）と、ビチオフェンの２つのβ位（ユニットＡの第３の結合部位および第４の結合部位）に結合した２つの液晶性を有する液晶性官能基（第１のユニットＣおよび第２のユニットＣ）とを有しており、具体的には、下記式（６）で表すことができる。式（６）中、Ｒは、液晶性官能基を示す。
Second Embodiment
Next, the second embodiment of the stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by the redox reaction will be described in detail.
The stimuli-responsive compound of the present embodiment includes bithiophene (unit A) and two 1,3-benzoates bound to the two α positions of the bithiophene (the first binding site and the second binding site of unit A). Dithiolyl group (first unit B and second unit B) and two liquid crystal bonded to two β-positions of bithiophene (third binding site and fourth binding site of unit A) It has a liquid crystalline functional group (first unit C and second unit C), and specifically can be represented by the following formula (6). In formula (6), R represents a liquid crystalline functional group.
刺激応答性化合物とは、刺激によって、分子の形状を変形（変位）させる機能を有する化合物のことを指す。
ビチオフェンは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合を軸に回転可能となっている基である。ビチオフェンを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
The stimulus-responsive compound refers to a compound having a function of deforming (displace) the shape of a molecule by stimulation.
Bithiophene has a bond that functions as a rotation axis, and is a group that can rotate around the bond. By having bithiophene, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced).
ビチオフェンの２つのα位には、上記式（６）に示すように、１，３−ベンゾジチオーリル基が結合している。また、１，３−ベンゾジチオーリル基は、１，３−ベンゾジチオーリル基同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。 As shown in the above formula (6), 1,3-benzodithiolyl group is bonded to the two α-positions of bithiophene. The 1,3-benzodithiolyl group is a group that forms a bond by oxidation-reduction reaction between 1,3-benzodithiolyl groups. In other words, it is a group that forms a bond by receiving (reducing) electrons from the outside. Further, it is a group that releases bonds by releasing (oxidizing) electrons to the outside.
本実施形態の刺激応答性化合物が１，３−ベンゾジチオーリル基を有することにより、反応条件を調整することで、１，３−ベンゾジチオーリル基同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。
また、ビオフェンの２つのβ位には、液晶性を有する液晶性官能基（式中、Ｒで表される官能基）が結合している。液晶性を有することにより、液晶性官能基は、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。これにより、刺激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。
By adjusting the reaction conditions when the stimulus-responsive compound of the present embodiment has a 1,3-benzodithiolyl group, the binding state and non-bonding state of 1,3-benzodithiolyl groups can be changed. It can proceed reversibly and easily. Moreover, since the reactivity is high, the stimulus-responsive compound can be deformed more smoothly and at a low voltage.
In addition, a liquid crystalline functional group having liquid crystallinity (a functional group represented by R in the formula) is bonded to two β-positions of the biophen. By having liquid crystallinity, the liquid crystalline functional group exhibits a certain alignment by using a liquid crystal alignment technique. As a result, the stimulus-responsive compound has a certain direction for driving.
液晶性官能基としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。中でも特に、高い液晶性を示すことから、上記式（６）中のＲで示したような、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものを用いるのが好ましい。 The liquid crystalline functional group is not particularly limited as long as it is a group exhibiting liquid crystallinity, and a group having a plurality of ring structures, for example, a group in which a plurality of phenyl groups are linked by an ester group, a benzene ring or a cyclohexane ring is directly linked. The thing which was done is mentioned. In particular, since it exhibits high liquid crystallinity, it is preferable to use one in which a benzene ring or a cyclohexane ring is directly connected, as indicated by R in the above formula (6).
液晶性官能基としては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、液晶性官能基の配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。 As the liquid crystalline functional group, it is particularly preferable to use a group in which one or more halogen atoms are bonded to one ring structure among a plurality of ring structures. Thereby, the movement performance at the time of alignment of a liquid crystalline functional group can be made higher, and the speed | rate of transfer to alignment becomes quicker. As a result, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced) more quickly and smoothly, and is driven at a lower voltage.
また、液晶性官能基は、重合性官能基を有している。この重合性官能基によって、刺激応答性化合物が重合させることができる。その結果、より分子鎖の長い刺激応答性化合物重合体を形成することができる。また、このように分子鎖を長くすることにより、後に詳述するように、分子の変形（変位）の度合いを大きくすることができ、より強い力（応力）で駆動させることが可能となる。 Moreover, the liquid crystalline functional group has a polymerizable functional group. The stimuli-responsive compound can be polymerized by this polymerizable functional group. As a result, a stimulus-responsive compound polymer having a longer molecular chain can be formed. Further, by elongating the molecular chain in this manner, as described in detail later, the degree of molecular deformation (displacement) can be increased, and it is possible to drive with a stronger force (stress).
重合性官能基としては、特に限定されないが、ビニル基またはアクリル基であるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物を重合して得られる刺激応答性化合物重合体をより容易に得ることができる。また、得られる刺激応答性化合物重合体の運動性を高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
また、重合性官能基は、液晶性官能基に、酸素またはメチレン基を介して結合しているのが好ましい。このような構成とすることにより、刺激応答性化合物を重合して得られる刺激応答性化合物重合体の運動性をさらに高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
The polymerizable functional group is not particularly limited, but is preferably a vinyl group or an acrylic group. Thereby, the stimulus responsive compound polymer obtained by polymerizing the stimulus responsive compound can be obtained more easily. Moreover, the mobility of the obtained stimulus-responsive compound polymer can be increased, and the degree of deformation (deformation rate) can be further increased.
The polymerizable functional group is preferably bonded to the liquid crystalline functional group via an oxygen or methylene group. By having such a configuration, the mobility of the stimulus-responsive compound polymer obtained by polymerizing the stimulus-responsive compound can be further increased, and the degree of deformation (deformation rate) is higher. can do.
また、液晶性官能基は、ビチオフェンと、アルキレン基を介して結合しているのが好ましい。これにより、液晶性官能基の運動性（配向性）を向上させることができ、刺激応答性化合物の変形（駆動）の方向性をより一定なものとすることができる。
このような液晶性官能基の具体例としては、上記第１実施形態で述べたようなユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）の具体例と同様なものを挙げることができる。
The liquid crystalline functional group is preferably bonded to bithiophene via an alkylene group. Thereby, the mobility (orientation) of the liquid crystalline functional group can be improved, and the direction of deformation (driving) of the stimulus-responsive compound can be made more constant.
Specific examples of such a liquid crystalline functional group can include the same examples as those of the unit C (first unit C and second unit C) as described in the first embodiment. .
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、軸回転可能なビチオフェン（ユニットＡ）と、ビチオフェンのα位（ユニットＡの第１の結合部位および第２の結合部位）に結合し、酸化還元反応により結合を形成する２つの１，３−ベンゾジチオーリル基（第１のユニットＢおよび第２のユニットＢ）と、ユビチオフェンのβ位（ユニットＡの第３の結合部位および第４の結合部位）に結合した２つの重合性の液晶性官能基（第１のユニットＣおよび第２のユニットＣ）とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、変形率が高く、かつ、方向性のある変形が可能な刺激応答性化合物を提供することができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。 As described above, the stimuli-responsive compound of the present embodiment binds to bithiophene (unit A) capable of axial rotation and α-position (first binding site and second binding site of unit A) of bithiophene. , Two 1,3-benzodithiolyl groups (first unit B and second unit B) that form a bond by oxidation-reduction reaction, and β-position of ubithiophene (the third binding site of unit A and It has a feature in that it has two polymerizable liquid crystal functional groups (first unit C and second unit C) bonded to (fourth binding site). By having such a feature, it is possible to provide a stimulus-responsive compound having a high deformation rate and capable of directional deformation. This is considered to be due to the following reasons.
すなわち、液晶性官能基によって複数の刺激応答性化合物分子が配向した（並んだ）状態で存在することができ、その揃った状態で電圧等を印加して１分子内の１，３−ベンゾジチオーリル基同士が酸化還元反応により結合する（架橋する）。このように、液晶性官能基の配向性（液晶性）と１，３−ベンゾジチオーリル基の結合性とを利用することで、下記式（７）の左に示す状態から、下記式（７）の右に示す状態へと確実に変形（変位）することができる。これにより、液晶性官能基によって分子の変形に一定の方向性を持たせつつ、１，３−ベンゾジチオーリル基の酸化還元反応による結合でその変形の度合いを大きくすることができる。また、液晶性官能基の配向と１，３−ベンゾジチオーリル基同士の結合は、低い電圧で進行するので、低電圧で、大きな変形（変位）が可能となる。
また、刺激応答性化合物は重合性官能基を有しているので、変形率が高く、かつ、方向性のある変形が可能な刺激応答性化合物重合体を容易に形成することができる。
That is, a plurality of stimuli-responsive compound molecules can exist in an aligned (aligned) state by a liquid crystalline functional group, and a voltage or the like is applied in the aligned state to apply 1,3-benzodithiol in one molecule. Auryl groups are bonded (crosslinked) by an oxidation-reduction reaction. Thus, by utilizing the orientation of the liquid crystalline functional group (liquid crystallinity) and the binding property of the 1,3-benzodithiolyl group, from the state shown on the left side of the following formula (7), the following formula ( 7) can be reliably deformed (displaced) into the state shown on the right. Thereby, the degree of deformation can be increased by the bond due to the redox reaction of the 1,3-benzodithiolyl group while giving a certain direction to the deformation of the molecule by the liquid crystalline functional group. Further, since the alignment of the liquid crystalline functional group and the bond between the 1,3-benzodithiolyl groups proceed at a low voltage, a large deformation (displacement) is possible at a low voltage.
In addition, since the stimulus-responsive compound has a polymerizable functional group, a stimulus-responsive compound polymer having a high deformation rate and capable of directional deformation can be easily formed.
また、本実施形態の刺激応答性化合物としては、上記の化合物をそのまま用いてもよいし、上記の化合物が重合した重合物（刺激応答性化合物重合体）を用いてもよい。以下、刺激応答性化合物重合体について説明する。
図８は、刺激応答性化合物（刺激応答性化合物重合体）の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。
Moreover, as a stimulus responsive compound of this embodiment, said compound may be used as it is, and the polymer (stimulus responsive compound polymer) which polymerized said compound may be used. Hereinafter, the stimulus-responsive compound polymer will be described.
FIG. 8 is a diagram for explaining the molecular structure before and after the redox reaction of the stimulus-responsive compound (stimulus-responsive compound polymer).
刺激応答性化合物重合体は、上述した刺激応答性化合物が重合性官能基によって重合して得られるものである。
刺激応答性化合物が重合することにより、酸化された状態では、図８の上に示される構造のように長い分子が伸びた状態で存在することとなる。そして、そこへ電圧を印加し、電子を与えて還元すると、図８の下に示される構造のように、ビチオフェンを軸に回転し、隣接する１，３−ベンゾジチオーリル基同士が酸化還元反応により結合し、さらに、液晶性官能基が配向することにより、長い分子が折りたたまれた状態となる。このため、変形の度合い（変形率）を大きなものとすることができるとともに、その変形に方向性を持たせることができる。
このような刺激応答性化合物重合体において、構成する刺激応答性化合物は、２重結合またはシクロヘキサンを介して重合しているのが好ましい。これにより、変形の方向性を保持しつつ、構成する刺激応答性化合物の運動性（配向性）が向上させることができ、変形率をより高いものとすることができる。
The stimulus-responsive compound polymer is obtained by polymerizing the above-mentioned stimulus-responsive compound with a polymerizable functional group.
When the stimulus-responsive compound is polymerized, in the oxidized state, a long molecule exists in an extended state as shown in the structure shown in FIG. When a voltage is applied thereto and electrons are applied to reduce, as shown in the lower part of FIG. 8, the bithiophene rotates around the axis, and adjacent 1,3-benzodithiolyl groups are oxidized and reduced. Bonding by reaction and further aligning the liquid crystalline functional group results in a state in which long molecules are folded. For this reason, it is possible to increase the degree of deformation (deformation rate) and to give directionality to the deformation.
In such a stimulus-responsive compound polymer, the stimulus-responsive compound constituting the polymer is preferably polymerized via a double bond or cyclohexane. Thereby, the mobility (orientation) of the stimuli-responsive compound to be formed can be improved while maintaining the direction of deformation, and the deformation rate can be further increased.
＜第３実施形態＞
次に、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第３実施形態について詳細に説明する。
図９は、本実施形態の刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。図９中、○および□は官能基を意味し、線は結合を意味する。
<Third Embodiment>
Next, a detailed description will be given of a third embodiment of the stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction.
FIG. 9 is a diagram for explaining the molecular structure before and after the redox reaction of the stimulus-responsive compound of this embodiment. In FIG. 9, ◯ and □ represent functional groups, and the lines represent bonds.
図９（ａ）に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、一対のアルキル鎖と、これらアルキル鎖を架橋する架橋部と、一対のアルキル鎖の一方に結合した液晶性官能基とを有している。なお、図では、説明をわかりやすくするため、架橋部および液晶性官能基が１つずつ記載されているが、実際には複数の架橋部および液晶性官能基が存在している。 As shown in FIG. 9 (a), the stimuli-responsive compound of this embodiment includes a pair of alkyl chains, a cross-linking part that cross-links the alkyl chains, and a liquid crystalline functional group bonded to one of the pair of alkyl chains. have. In the drawing, for easy understanding, one cross-linked portion and one liquid crystalline functional group are shown, but actually there are a plurality of cross-linked portions and liquid crystal functional groups.
架橋部は、図９（ａ）に示すように、回転軸として機能する結合を有し、当該結合の一端に位置する第１の基（図中、Ａ１）と、結合の他端に位置する第２の基（図中、Ａ２）とを有するユニットＡと、第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢ（図中、Ｂ１）と、第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢ（図中、Ｂ２）とを有している。 As shown in FIG. 9A, the bridging portion has a bond that functions as a rotation axis, and is located at the first group (A 1 in the figure) located at one end of the bond and the other end of the bond. A unit A having a second group (A 2 in the figure), a first unit B (B 1 in the figure) arranged at the first binding site of the first group, and a second unit And a second unit B (B 2 in the figure) arranged at the first binding site of the group.
ユニットＡは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合の両端にそれぞれ第１の基および第２の基が結合している。そして、当該結合を軸に回転可能となっている。このようなユニットを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
ユニットＡとしては、例えば、２つの芳香環が結合した基を用いることができるが、中でも、上記式（１）から（３）なる群から選択される１種の基であるのが好ましい。このような基をユニットＡとして用いることにより、刺激応答性化合物は、より円滑な変形（変位）が可能となり、より低電圧で駆動するものとなる。
The unit A has a bond that functions as a rotation axis, and a first group and a second group are bonded to both ends of the bond, respectively. And it can rotate centering on the said connection. By having such a unit, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced).
As the unit A, for example, a group in which two aromatic rings are bonded can be used, and among them, one group selected from the group consisting of the above formulas (1) to (3) is preferable. By using such a group as the unit A, the stimulus-responsive compound can be more smoothly deformed (displaced) and driven at a lower voltage.
第１のユニットＢは、図９（ａ）に示すように、ユニットＡの第１の基の第１の結合部位に結合している。また、第２のユニットＢは、図９（ａ）に示すように、ユニットＡの第２の基の第１の結合部位に結合している。
また、第１のユニットＢおよび第２のユニットＢは、ユニットＢ同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である（図９（ｂ）参照）。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。
The first unit B is bonded to the first binding site of the first group of the unit A as shown in FIG. Moreover, the 2nd unit B is couple | bonded with the 1st coupling | bond part of the 2nd group of the unit A, as shown to Fig.9 (a).
Moreover, the 1st unit B and the 2nd unit B are group which forms a coupling | bonding by unit B by oxidation-reduction reaction (refer FIG.9 (b)). In other words, it is a group that forms a bond by receiving (reducing) electrons from the outside. Further, it is a group that releases bonds by releasing (oxidizing) electrons to the outside.
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）としては、ユニットＢ同士（第１のユニットＢと第２のユニットＢと）で酸化還元反応によって結合を形成する基であれば、特に限定されないが、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、上記式（４）で表される基であるのが好ましい。これにより、反応条件を調整することで、ユニットＢ同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。 The unit B (the first unit B and the second unit B) is particularly a group that forms a bond by oxidation-reduction reaction between the units B (the first unit B and the second unit B). Although not limited, the unit B (the first unit B and the second unit B) is preferably a group represented by the above formula (4). Thereby, the coupling | bonding state and non-bonding state of units B can be made to reversibly and easily advance by adjusting reaction conditions. Moreover, since the reactivity is high, the stimulus-responsive compound can be deformed more smoothly and at a low voltage.
また、刺激応答性化合物は、図９（ａ）に示すように、液晶性官能基を有している。この液晶性官能基は、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。このため、激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。
液晶性官能基としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。
Moreover, as shown in FIG. 9A, the stimulus-responsive compound has a liquid crystalline functional group. This liquid crystalline functional group exhibits a certain alignment by using a liquid crystal alignment technique. For this reason, a rapid response compound has a fixed directionality in the drive.
The liquid crystalline functional group is not particularly limited as long as it is a group exhibiting liquid crystallinity, and a group having a plurality of ring structures, for example, a group in which a plurality of phenyl groups are linked by an ester group, a benzene ring or a cyclohexane ring is directly linked. The thing which was done is mentioned.
液晶性官能基としては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、液晶性官能基の配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
なお、本実施形態では、液晶性官能基が一方のアルキル鎖のみに結合している場合について説明したが、これに限定されず、両方のアルキル鎖に結合していてもよい。
液晶性官能基の具体例としては、以下のようなものが挙げることができる。
As the liquid crystalline functional group, it is particularly preferable to use a group in which one or more halogen atoms are bonded to one ring structure among a plurality of ring structures. Thereby, the movement performance at the time of alignment of a liquid crystalline functional group can be made higher, and the speed | rate of transfer to alignment becomes quicker. As a result, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced) more quickly and smoothly, and is driven at a lower voltage.
In addition, although this embodiment demonstrated the case where the liquid crystalline functional group was couple | bonded with only one alkyl chain, it is not limited to this, You may couple | bond with both the alkyl chains.
Specific examples of the liquid crystal functional group include the following.
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、一対のアルキル鎖と、上述したような軸回転可能なユニットＡおよび酸化還元反応によりユニット同士で結合を形成することが可能なユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）を備えた架橋部と、液晶性官能基とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位の度合いを比較的大きくすることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。 As described above, the stimulus-responsive compound of the present embodiment includes the pair of alkyl chains, the unit A capable of rotating the shaft as described above, and the unit B capable of forming a bond between the units by an oxidation-reduction reaction. It has a feature in that it has a cross-linked portion provided with (first unit B and second unit B) and a liquid crystalline functional group. By having such a feature, it can be deformed (displaced) with low power, and the degree of displacement can be made relatively large. This is considered to be due to the following reasons.
すなわち、液晶性官能基によって複数の刺激応答性化合物分子が配向した（並んだ）状態で存在することができ、その揃った状態で電圧等を印加することで、ユニットＡが軸回転、さらに、１分子内のユニットＢ同士が酸化還元反応により結合する（架橋する）。このように、液晶性官能基の配向性（液晶性）とユニットＢの刺激による結合性とを利用することで、図９（ａ）に示す状態から、図９（ｂ）に示す状態へと確実に変形（変位）することができる。特に、液晶性官能基の配向とユニットＢ同士の結合は、低い電圧で進行するので、低電圧で、大きな変形（変位）が可能となる。 That is, a plurality of stimuli-responsive compound molecules can exist in an aligned (aligned) state by a liquid crystalline functional group, and by applying a voltage or the like in the aligned state, the unit A rotates, Units B in one molecule are bonded (crosslinked) by a redox reaction. In this way, from the state shown in FIG. 9 (a) to the state shown in FIG. 9 (b) by utilizing the orientation (liquid crystallinity) of the liquid crystalline functional group and the binding property by stimulation of the unit B. It can be reliably deformed (displaced). In particular, since the alignment of the liquid crystal functional groups and the bonding between the units B proceed at a low voltage, a large deformation (displacement) is possible at a low voltage.
上述したような刺激応答性化合物は、上述したようなユニットＡと、ユニットＡの第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、ユニットＡの第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、ユニットＡの第１の基の第２の結合部位およびユニットＡの第２の基の第２の結合部位に結合した重合性官能基とを有する第１モノマーと、液晶性官能基と少なくとも１つの重合性官能基とを有する第２モノマーとを任意の比率で共重合させることにより、製造することができる。 The stimulus-responsive compound as described above includes the unit A as described above, the first unit B disposed at the first binding site of the first group of the unit A, and the second group of the unit A. A second unit B disposed at the first binding site; a polymerizable functional group bonded to the second binding site of the first group of unit A and the second binding site of the second group of unit A; And a second monomer having a liquid crystalline functional group and at least one polymerizable functional group can be copolymerized at an arbitrary ratio.
重合性官能基としては、特に限定されないが、ビニル基、アクリル基、メタクリル基からなる群から選択される少なくとも１種であるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物をより容易に得ることができる。また、得られる刺激応答性化合物の運動性を高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
第１モノマーの具体例としては、例えば、下記式（９）〜（１１）を挙げることができる。
Although it does not specifically limit as a polymerizable functional group, It is preferable that it is at least 1 sort (s) selected from the group which consists of a vinyl group, an acryl group, and a methacryl group. Thereby, a stimulus responsive compound can be obtained more easily. Moreover, the motility of the obtained stimulus-responsive compound can be made high, and the degree of deformation (deformation rate) can be made higher.
Specific examples of the first monomer include the following formulas (9) to (11).
また、第２モノマーの具体例としては、例えば、下記式（１３）〜（１５）を挙げることができる。 Specific examples of the second monomer include the following formulas (13) to (15).
＜第４実施形態＞
次に、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第４実施形態について詳細に説明する。
図１０は、本実施形態の刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。図１０中、○および□は官能基を意味し、線は結合を意味する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by a redox reaction will be described in detail.
FIG. 10 is a diagram for explaining the molecular structure before and after the oxidation-reduction reaction of the stimulus-responsive compound of this embodiment. In FIG. 10, ◯ and □ represent functional groups, and the lines represent bonds.
図１０に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、分子構造が変形する複数の変形基と、液晶性を有する複数の液晶性官能基と、変形基と液晶性官能基とを連結する複数の連結基とを有している。
変形基は、酸化還元反応によって分子構造が変形する基であり、図１０（ａ）に示すように、回転軸として機能する結合を有し、かつ、当該結合の一端に位置する第１の基（図中、Ａ１）と、結合の他端に位置する第２の基（図中、Ａ２）とを有するユニットＡと、第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢ（図中、Ｂ１）と、第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢ（図中、Ｂ２）とを有している。
As shown in FIG. 10, the stimulus-responsive compound of the present embodiment connects a plurality of deformable groups whose molecular structure is deformed, a plurality of liquid crystal functional groups having liquid crystallinity, and a deformable group and a liquid crystal functional group. A plurality of linking groups.
The deformable group is a group whose molecular structure is deformed by an oxidation-reduction reaction, and has a bond that functions as a rotation axis and is located at one end of the bond as shown in FIG. (A 1 in the figure), a unit A having a second group (A 2 in the figure) located at the other end of the bond, and a first disposed at the first binding site of the first group. Unit B (B 1 in the figure) and a second unit B (B 2 in the figure) arranged at the first binding site of the second group.
ユニットＡは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合の両端にそれぞれ第１の基および第２の基が結合している。そして、当該結合を軸に回転可能となっている。このようなユニットを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
ユニットＡとしては、例えば、２つの芳香環が結合した基を用いることができるが、中でも、上記式（１）から（３）なる群から選択される１種の基であるのが好ましい。このような基をユニットＡとして用いることにより、刺激応答性化合物は、より円滑な変形（変位）が可能となり、より低電圧で駆動するものとなる。
The unit A has a bond that functions as a rotation axis, and a first group and a second group are bonded to both ends of the bond, respectively. And it can rotate centering on the said connection. By having such a unit, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced).
As the unit A, for example, a group in which two aromatic rings are bonded can be used, and among them, one group selected from the group consisting of the above formulas (1) to (3) is preferable. By using such a group as the unit A, the stimulus-responsive compound can be more smoothly deformed (displaced) and driven at a lower voltage.
第１のユニットＢは、図１０（ａ）に示すように、ユニットＡの第１の基（Ａ１）の第１の結合部位に結合している。また、第２のユニットＢは、図１０（ａ）に示すように、ユニットＡの第２の基（Ａ２）の第１の結合部位に結合している。
また、第１のユニットＢおよび第２のユニットＢは、ユニットＢ同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である（図１０（ｂ）参照）。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。
As shown in FIG. 10A, the first unit B is bonded to the first binding site of the first group (A 1 ) of the unit A. The second unit B, as shown in FIG. 10 (a), bound to the first binding site of the second group of units A (A 2).
Moreover, the 1st unit B and the 2nd unit B are group which forms a coupling | bonding by unit B by oxidation-reduction reaction (refer FIG.10 (b)). In other words, it is a group that forms a bond by receiving (reducing) electrons from the outside. Further, it is a group that releases bonds by releasing (oxidizing) electrons to the outside.
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）としては、ユニットＢ同士（第１のユニットＢと第２のユニットＢと）で酸化還元反応によって結合を形成する基であれば、特に限定されないが、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、上記式（４）で表される基であるのが好ましい。これにより、反応条件を調整することで、ユニットＢ同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。 The unit B (the first unit B and the second unit B) is particularly a group that forms a bond by oxidation-reduction reaction between the units B (the first unit B and the second unit B). Although not limited, the unit B (the first unit B and the second unit B) is preferably a group represented by the above formula (4). Thereby, the coupling | bonding state and non-bonding state of units B can be made to reversibly and easily advance by adjusting reaction conditions. Moreover, since the reactivity is high, the stimulus-responsive compound can be deformed more smoothly and at a low voltage.
また、刺激応答性化合物は、図１０（ａ）に示すように、液晶性官能基を有している。この液晶性官能基は、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。このため、激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。
液晶性官能基は、その両末端において後述する連結基と結合しており、当該連結基を介して、前述した変形基の第１の基の第２の結合部位および第２の基の第２の結合部位と接続している。
Moreover, the stimulus-responsive compound has a liquid crystalline functional group as shown in FIG. This liquid crystalline functional group exhibits a certain alignment by using a liquid crystal alignment technique. For this reason, a rapid response compound has a fixed directionality in the drive.
The liquid crystalline functional group is bonded to a linking group described later at both ends, and the second bonding site of the first group of the above-described deformable group and the second group of the second group are connected through the linking group. It is connected to the binding site.
液晶性官能基としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。
液晶性官能基としては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、液晶性官能基の配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
液晶性官能基の具体例としては、上記式（８）のようなものが挙げることができる。
上述した変形基と液晶性官能基とを連結する連結基は、下記式（１２）で表される基である。
The liquid crystalline functional group is not particularly limited as long as it is a group exhibiting liquid crystallinity, and a group having a plurality of ring structures, for example, a group in which a plurality of phenyl groups are linked by an ester group, a benzene ring or a cyclohexane ring is directly linked. The thing which was done is mentioned.
As the liquid crystalline functional group, it is particularly preferable to use a group in which one or more halogen atoms are bonded to one ring structure among a plurality of ring structures. Thereby, the movement performance at the time of alignment of a liquid crystalline functional group can be made higher, and the speed | rate of transfer to alignment becomes quicker. As a result, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced) more quickly and smoothly, and is driven at a lower voltage.
Specific examples of the liquid crystalline functional group include those represented by the above formula (8).
The connecting group that connects the deformable group and the liquid crystalline functional group is a group represented by the following formula (12).
このようなシロキサン結合を備えた連結基を用いて連結することにより、刺激応答性化合物の刺激に対する応答性をより高いものとすることができる。また、図１０に示すような刺激応答性化合物の製造を容易に行うことができる。
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、酸化還元反応により変形可能な変形基と、液晶性官能基と、これらを連結する上記式（１２）で表される連結基とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位の度合いを比較的大きくすることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。
By linking using a linking group having such a siloxane bond, the responsiveness of the stimulus-responsive compound to stimulation can be made higher. Moreover, a stimulus-responsive compound as shown in FIG. 10 can be easily produced.
As described above, the stimulus-responsive compound of the present embodiment includes a deformable group that can be deformed by a redox reaction, a liquid crystalline functional group, and a linking group represented by the above formula (12) that connects them. It has the feature in having. By having such a feature, it can be deformed (displaced) with low power, and the degree of displacement can be made relatively large. This is considered to be due to the following reasons.
すなわち、このような刺激応答性化合物では、酸化された状態では、図１０（ａ）に示される構造のように長い分子が伸びた状態で存在することとなる。そして、そこへ電圧を印加し、電子を与えて還元すると、図１０（ｂ）に示される構造のように、ユニットＡの回転軸を軸に回転し、隣接するユニットＢ同士が酸化還元反応により結合し、さらに、液晶性官能基が配向することにより、長い分子が折りたたまれた状態となる。このため、変形の度合い（変形率）を大きなものとすることができるとともに、その変形に方向性を持たせることができる。また、変形に酸化還元反応を利用するため、比較的低電力で駆動させることができる。 That is, in such a stimulus-responsive compound, in an oxidized state, a long molecule exists in an extended state as in the structure shown in FIG. Then, when a voltage is applied thereto and electrons are applied to reduce, the unit A rotates about the rotation axis of the unit A as shown in FIG. Bonding and further aligning the liquid crystalline functional group results in a state in which a long molecule is folded. For this reason, it is possible to increase the degree of deformation (deformation rate) and to give directionality to the deformation. Further, since the oxidation-reduction reaction is used for the deformation, it can be driven with relatively low power.
上述したような刺激応答性化合物は、上述したようなユニットＡと、ユニットＡの第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、ユニットＡの第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、ユニットＡの第１の基の第２の結合部位およびユニットＡの第２の基の第２の結合部位に結合した重合性官能基とを有する第１モノマーと、液晶性官能基と２つの重合性官能基とを有する第２モノマーと、下記式（１６）で表される第３モノマーとを、白金等の触媒存在下において、任意の比率で共重合させることにより、製造することができる。 The stimulus-responsive compound as described above includes the unit A as described above, the first unit B disposed at the first binding site of the first group of the unit A, and the second group of the unit A. A second unit B disposed at the first binding site; a polymerizable functional group bonded to the second binding site of the first group of unit A and the second binding site of the second group of unit A; A second monomer having a liquid crystalline functional group and two polymerizable functional groups, and a third monomer represented by the following formula (16) in the presence of a catalyst such as platinum, It can manufacture by making it copolymerize in arbitrary ratios.
重合性官能基としては、特に限定されないが、ビニル基、アクリル基、メタクリル基からなる群から選択される少なくとも１種であるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物をより容易に得ることができる。また、得られる刺激応答性化合物の運動性を高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
第１モノマーの具体例としては、例えば、上記式（９）〜（１１）を挙げることができる。
また、第２モノマーの具体例としては、例えば、上記式（１３）〜（１５）を挙げることができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Although it does not specifically limit as a polymerizable functional group, It is preferable that it is at least 1 sort (s) selected from the group which consists of a vinyl group, an acryl group, and a methacryl group. Thereby, a stimulus responsive compound can be obtained more easily. Moreover, the motility of the obtained stimulus-responsive compound can be made high, and the degree of deformation (deformation rate) can be made higher.
Specific examples of the first monomer include the above formulas (9) to (11).
Specific examples of the second monomer include the above formulas (13) to (15).
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to these.
１０…アクチュエータ １１…アクチュエータ本体 １２…第１の電極 １３…第２の電極 ２０…鏡面部 ２１…金属薄膜 ２２…変形樹脂膜 １００…光学素子 ２００…光源 １０００…バックライト
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記アクチュエータ本体の一方の端部に、前記中空部を塞ぐように配置され、湾曲凹面形状をなす鏡面を備えた鏡面部と、を有し、
前記アクチュエータ本体の外径の変化に伴って、前記鏡面の曲率半径が変化するよう構成されていることを特徴とする光学素子。 A cylindrical body having a hollow portion, and by electrical stimulation, an actuator body in which the outer diameter of one end changes, and a first electrode provided on the outer peripheral surface near one end of the actuator body, A second electrode provided on an inner peripheral surface in the vicinity of one end of the actuator body, and an actuator,
A mirror surface portion provided at one end of the actuator main body so as to close the hollow portion, and having a mirror surface having a curved concave shape;
An optical element configured to change a radius of curvature of the mirror surface with a change in an outer diameter of the actuator body.
前記鏡面を有する金属薄膜とで構成されている請求項１に記載の光学素子。 The mirror surface portion is a deformable resin film having elasticity,
The optical element of Claim 1 comprised by the metal thin film which has the said mirror surface.
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記ユニットＡの第３の結合部位に配置された第１のユニットＣと、
前記ユニットＡの第４の結合部位に配置された第２のユニットＣと、
を含み、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは酸化還元反応によって結合し、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは液晶性を有し、重合性官能基を含む請求項３に記載の光学素子。 The stimulus-responsive compound includes a unit A having a bond that functions as a rotation axis;
A first unit B disposed at a first binding site of the unit A;
A second unit B disposed at a second binding site of the unit A;
A first unit C disposed at a third binding site of the unit A;
A second unit C disposed at a fourth binding site of the unit A;
Including
The first unit B and the second unit B are combined by a redox reaction,
The optical element according to claim 3, wherein the first unit C and the second unit C have liquid crystallinity and include a polymerizable functional group.
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記第１のユニットＢに結合した第１のユニットＣと、
前記第２のユニットＢに結合した第２のユニットＣと、
を有し、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは、酸化還元反応によって結合するものであり、
前記第１のユニットＣおよび第２のユニットＣは、液晶性を有する請求項３に記載の光学素子。 The stimulus-responsive compound includes a unit A having a bond that functions as a rotation axis;
A first unit B disposed at a first binding site of the unit A;
A second unit B disposed at a second binding site of the unit A;
A first unit C coupled to the first unit B;
A second unit C coupled to the second unit B;
Have
The first unit B and the second unit B are bonded by an oxidation-reduction reaction,
The optical element according to claim 3, wherein the first unit C and the second unit C have liquid crystallinity.
前記一対のアルキル鎖の間を架橋する架橋部と、
前記一対のアルキル鎖の少なくとも一方に結合した液晶性官能基と、を有し、
前記架橋部は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記架橋部は、前記第１の基の第２の結合部位において一方のアルキル鎖と結合し、前記第２の基の第２の結合部位において他方のアルキル鎖と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合する請求項３に記載の光学素子。 A pair of alkyl chains;
A cross-linking part that cross-links between the pair of alkyl chains;
A liquid crystalline functional group bonded to at least one of the pair of alkyl chains,
The bridging portion has a bond that functions as a rotation axis, and has a first group located at one end of the bond and a second group located at the other end of the bond;
A first unit B disposed at a first binding site of the first group;
A second unit B disposed at a first binding site of the second group,
The bridging part is bonded to one alkyl chain at the second binding site of the first group, and bonded to the other alkyl chain at the second binding site of the second group;
4. The optical element according to claim 3, wherein the first unit B and the second unit B are combined by an oxidation-reduction reaction.
液晶性を有する複数の液晶性官能基と、
前記変形基と前記液晶性官能基とを連結する下記式（１２）で表される複数の連結基と、を有し、
前記変形基は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記変形基は、前記第１の基の第２の結合部位および前記第２の基の第２の結合部位において、前記連結基と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合する請求項３に記載の光学素子。
A plurality of liquid crystal functional groups having liquid crystal properties;
A plurality of linking groups represented by the following formula (12) for linking the deformable group and the liquid crystalline functional group;
The deformable group has a bond that functions as a rotating shaft, and has a first group located at one end of the bond and a second group located at the other end of the bond;
A first unit B disposed at a first binding site of the first group;
A second unit B disposed at a first binding site of the second group,
The deformable group is bonded to the linking group at a second binding site of the first group and a second binding site of the second group;
4. The optical element according to claim 3, wherein the first unit B and the second unit B are combined by an oxidation-reduction reaction.
前記光学素子の前記鏡面近傍に設けられた光源と、を備えたことを特徴とするバックライト。 A plurality of optical elements according to claim 1;
And a light source provided near the mirror surface of the optical element.
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|---|---|---|---|---|
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