JPH02503963A - 複屈折重合マトリックス中に分散した液晶微細液滴を含む光変調物質 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 複屈折重合マトリックス中に分散した 液晶微細液滴を含む光変調物質 本発明の背景 １、技術分野 本発明は、液晶光変調物質および、より詳細には、複屈折、光透過合成樹脂マト リックス中に分散した液晶微細液滴を含む光変調物質に関する。

２　関連技術の記述 光透過、合成樹脂物質中の液晶微細液滴の相分離分散体として製造される光変調 物質に関する利点は、米国特許第４．６７１．６１８号、第４，６７３．２５５ 号、第４，６８５，７７１号および第４．６８８．９００号、参照により取り入 れられる開示で議論されている。かような物質は、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ ）物質として言及される。

相分離法は、重合（ＰＩＰＳ）、熱誘導（ＴＩＰＳ）、または溶剤蒸発（ＳＩＰ Ｓ）により実行することができる。米国特許第４，６８５．７７１号および第４ ．６８８，９００号に開示される如く、エポキシ樹脂が、これらの技術に有用で ある。ＰＩＰＳに対しては、液晶および硬化していないエポキシを含有するマト リックス提供組成物が、例えば、脂肪アミンの如き硬化剤の添加により、または 紫外光により重合して熱重合エポキシ樹脂中の液晶の微細液滴を与える。ＴＩＰ Ｓに対しては、液晶および熱可塑性挙動を示すようにモノアルキルアミンの如き 非架橋硬化剤による硬化により改質されたエポキシ樹脂を含有するマトリックス 提供組成物が、加熱され次に冷却されて熱可塑性重合エポキシ樹脂中の液晶の微 細液滴を与える。相分離技術により製造される電気的にアドレス可能な光変調物 質は、正誘電率異方性を示す液晶を使用した。かような物質は、適用電場のない 所で入射光に対して不透明であり、場のある所で入射光に対して透過される。

機械的取込み技術は、正誘電率異方性（米国特許第４，４３５．０４７号）およ び負誘電率異方性（仏画特許第２．１３９．５３７号）のいずれをも示す液晶を 使用する二次加工装置に使われた。負誘電率異方性液晶を使う装置は、オフ状態 で十分に透明であり、オン状態で適用された電圧の関数として不透明度を増す。

光透過樹脂マトリックス中で液晶の微細液滴を有する光変調物質製造の種々の技 術は、かような物質が含むディスプレー、窓等が、見ることができるまたは透明 にされる所望の視角を達成するためにマトリックスの屈折率に対する微細液滴の 有効屈折率を合わせるおよび合せない技術により伴われることができる。例えば 、正誘電率異方性を示す液晶でつくられるＰＤＬＣ物質の場合において、普通の 屈折率は、典型的に場がオンの状態のとき、微細液滴の屈折の光学軸が、場に対 して平行に整列され、視表面に対して垂直であるので、ディスプレーまたは窓が 可視または透明に見えるようにマトリックスの屈折率に対して合わされる。場が オフの状態のとき、入射光が、散乱され、ディスプレーまたは窓が、不透明に見 えるように光学軸が、整列されないまたはランダムに配向される。

液晶の通常の屈折率が、マトリックスの屈折率に合わせられる前記の如き窓やデ ィスプレーにおいて、装置は、たいてい視表面に対して垂直である場の方向に直 接に見られるとき、最も透明（場がオン状態）に見える。透明度は、本質的に不 透明の現象が、十分な傾斜角で検出されるまで、傾斜角の増加で、“曇り度”を 増加させて減少する。曇り度のこの条件は、垂直から視角が大きくなればなるほ ど液晶微細液滴の異常な屈折率およびマトリックスの屈折率間の感知される不適 合な組合せは太き（なるとい・う事実から起こる。

本質的にすべての視角で曇りのないおよび透明である記述されたタイプの液晶、 光変調物質を製造することが可能であることが今や発見された。このことは、マ トリックスとして複屈折物質を使用し、微細液滴の通常および異常屈折率をマト リックスの通常および異常屈折率に一致させることにより達成される。微細液滴 およびマトリックスの光学軸が、整列されまたは平行であるとき、物質は透明で あり、視角を考えないで感知される率の不適合な組合せはない。曇りのない視角 は、視表面に対する垂直から±９０°である。表面反射のために、かようなこと が基板内外表面で起こり、実際の十分な視野は約±６０°である。

新物質は、場がオン状態で透明であり、場がオフ状態で不透明であるように通常 の方法で操作することができる。代わりとして、新物質は、物質が、場のない所 で透明であり、場がオン状態で不透明である如き逆または゛′フェールセーフ” モードで操作するためにつくることができる。

発明の開示 本発明は、一般に複屈折光透過マトリックス中に分散された液晶の微細液滴を含 む新ＰＤＬＣ物質を含む光変調液晶装置を含み、微細液滴およびマトリックスの 有効屈折率は、装置が、場がオン状態または場がオフ状態の一方において透明で 曇りのないように全方向の入射光に対して合わせられ、有効屈折率は、装置が、 場のオン状態または場のオフ状態の他方において不透明であるように不適合に組 合わされる。記述されるべき本発明の一つの特別な具体例において微細液滴の液 晶またはマトリックスのいずれかが、液晶ポリマーである。

より詳細な本発明の１つの具体例は、物質の表面に関係のある整列された光学軸 を有する光透過液晶重合マトリックス中に分散された低分子量液晶の微細液滴を 含む物質を含む光変調液晶装置を含み、液晶微細液滴の通常および異常屈折率は 、物質が、微細液滴の光学軸が、マ）・リックスの光学軸に平行に整列されると き全方向の入射光に対して透明で曇りがないように、そして物質が、微細液滴お よびマトリックスの有効屈折率が不適合に組合わされるとき不透明であるように 、マトリックスの通常および異常屈折率にそれぞれ合わせられる。特に好まれる マトリックスは、液晶側基ポリマーである。

本発明の他の観点により、複屈折光透過重合マトリックス中の分散した相の液晶 微細液滴を形成する工程を含む全方向の入射光に対して曇りのない透明度を示す 特徴を有する光変調液晶物質をつくる方法が提供されるのであって、微細液滴お よびマトリックスは、通常および異常屈折率に合わされ、曇りのない透明度が、 マトリックスの光学軸に対して微細液滴の光学軸を平行に整列させることにより 得られる物質の視表面に関連するマトリックスの光学軸を整列させ、物質は、微 細液滴およびマトリックスの有効屈折率を不適合に組合わせることにより不透明 にされる。１つの好まれる具体例において、その方法は、メソゲン基単位が正誘 電率異方性を有する液晶重合マトリックス中の低分子量液晶液滴の分散された層 を形成することにより実行されるのであり、液滴およびマトリックスの液晶は、 通常および異常屈折率に合わせるように選択される。

従来の技術により認識されるように、−軸結晶の異常屈折率ｎ、が、電機ベクト ルが、光学軸に対して平行である線状偏光に対して観察される。かように、新Ｐ ＤＬＣ物質の複屈折マトリックスおよび液晶微細液滴の光学軸は、それぞれ異常 屈折率に関して同じ方向にあることが理解されるだろう。複屈折マトリックスお よび微細液滴の通常屈折率に関する方向は、それぞれの光学軸に対して垂直に振 動する電機ベクトルにより設定されるということがまた理解されるだろう。

重合液晶は従来の技術で公知である。重合液晶または液晶ポリマーは、メソゲン 基単位およびポリマー主鎖の結合である。メソゲン基単位およびポリマー主鎖は 、メソゲン基単位がポリマー主鎖およびメソゲン基単位がポリマー主鎖からペン ダント（側鎖）として結合されている２つのタイプの液晶ポリマーを形成する方 法を同時に持つことができる。液晶ポリマーの一般的合成、構造および特性は、 ５７ハ阻１力■、２−Ｃｈｅｎ＋、　、　１００９（１９８５）およびＰｏｌ　 ｍｅｒ　Ｌｉ　ｕｉｄ　Ｃｒ　５ｔａｌｓ、　Ａｃａ−ｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ 、　ｒｎｃ、、１９８２の中で議論されている。

本発明は微細液滴またはマトリックスに対して主鎖または側鎖ポリマーのいずれ かを期待している。好ましい液晶は、側鎖メソゲン基単位が主鎖ユニットよりも 場の中で容易に整列できるので、側鎖ポリマーである。好ましい液晶−線一側基 重合マトリックスを含む本発明の新Ｐ　Ｄ　Ｌ　Ｃ物質は、一般に曇りのない十 分な視野（まったく角度に依存しない）により特徴があり、操作の所望の逆また は“フェールセーフ′°モード、および改良された電気応答が、前記のＰＤＬＣ 物質に比較してより低推進電圧を要求する。

好ましい液晶重合マトリックスは、メソゲン基硬化剤により硬化されるいかなる 適当な合成プレポリマーからも製造することができ、または樹脂に対して適当な 硬化剤により硬化されるメソゲン基単位を有する未硬化樹脂からつくることがで きる。例えば、液晶側鎖ＰＤＬＣ物質は、液晶をメソゲン基硬化剤および未硬化 合成樹脂と混合し、その後共存液滴形成を有するマトリックスの重合を起こすた めに硬化することによるＰＩＰＳによりつくられる。液晶側鎖ＰＤＬＣ９ｌ賞は 、液晶を硬化剤およびメソゲン基側鎖を有する未硬化合成樹脂と混合し、その後 、共存液滴形成を有するマトリックスの重合を起こすために硬化させることによ るＰＩＰＳにより二次加工される。液晶側鎖ＰＤＬＣ物質は、液晶および液晶側 鎖を有する重合された合成樹脂を樹脂および液晶が均一な溶液を形成する温度ま で暖め、その後溶液を微細液滴形成を起こすために冷却することによるＴＩＰＳ により二次加工することができる。液晶側鎖ＰＤＬＣ物質は、また液滴形成を起 こすためにメソゲン基単位を有する液晶および樹脂の溶液から溶剤を取る５ＩＰ Ｓ技術により二次加工することができる。

好ましいマトリックスは、エポキシ、またはポリ（ビニルブチラル）、ポリ（酢 酸ビニル）、ポリ（ビニルホルマール）、ポリカーボネート、ポリ（ビニルメチ ルケトン）、ポリ（アクリル酸メチル）、ポリ　（メタクリル酸シクロヘキシル ）、ポリ（メタクリル酸イソブチル）およびポリ（メタクリル酸メチル）および その同等物の如き改質熱可塑性タイプの液晶側基合成ポリマーを含む。液晶側基 は、好ましくはシアノビフェニルを含む。シアノビフェニル部分は、好ましくは メソゲン基部分を普通の方向に整列させるために十分な長さの軟質アルキルスペ ーサーによりポリマー主鎖からスペースを置かれる。適当なメソゲン基硬化剤の 例は、シアノビフェニルアルコキシアミンである。

液晶重合マトリックスのメソゲン基単位は異なる方法で整列させることができる 。メソゲン基単位が、正異方性を持つとき、交流または磁場は、光学軸が、場に 平行すなわちたい　′てい視表面に対して法線である方向に整列される原因とな るであろう。この整列は、重合マトリックスを架橋すること、ガラス転移温度以 下で物質を操作すること、またはその物質を含むガラス基板の表面処理により場 が除去される後に持続するためにすることができる。

前記装置が、透明状態から不透明状態に移行するとき、微細液滴の有効屈折率は 変化する。このことはいくつかの異なる方法で起こり得る。１つは、微細液滴有 効屈折率を変える半径型構造に対する如きディレクタの分子配列における変化で ある。種々のタイプの液滴ディレクタ分子配列は、文献に記述されている。オフ 状態における液滴のディレクタ分子配列は、液滴の粒径、液晶の弾性、およびポ リマーにより課せられる表面状態に依存するということが理解されるだろう。

液滴の屈折率を変化させる他のメカニズムは、非球形により、または液滴壁面で の表面定着状態により課せられる液滴の光学軸の配向における変化である。ラン ダムな配向を有する非球形液滴は、相分離プロセスの間に、起こることがあり、 場のない所で液滴の光学軸のランダムな配向を提供することがある。かような状 態は、液滴の有効屈折率をポリマーがマトリックスのそれに比較して変化させ、 場がオフ状態で物質を不透明にする。

本発明の新しい曇りのないＰＤＬＣ物質を含む窓または光シヤツター等の如き光 変調装置は、場がオフ状態で不透明であり、場がオン状態で透明または光透過性 であるように通常の方法で操作するようにつくることができる。このことは、複 屈折マトリックスの光学軸が、物質の視表面に対して垂直に配向されるように、 物質をつくることにより達成される。オン状態で、交流場は、また正誘電率異方 性を有し、マトリックスの光学軸に対して平行、すなわち視表面に対して垂直な 液晶微細液滴の光学軸を整列させる。微細液滴およびマトリックスの通常および 異常率は、合わされるので、オン状態で全方向の入射光線に対してその物質は、 曇りがない。オフ状態では、微細液滴のディレクタ分子配列は、微細液滴の有効 屈折率が、全方向の入射光に対してマトリックスの有効屈折率に関して合わされ ないように変化される。よって入射光は散乱され、物質は不透明である。

本発明の新しいＰＤＬＣ物質は、また物質が、オフ状態で透明であり、オン状態 で不透明であるように、逆またはフェールセーフモードで操作するように製造す ることができる。新しい逆モード操作物質の１つの例において、液晶微細液滴は 、前記いずれかの技術により、複屈折、光透過マトリックス、好ましくは液晶重 合マトリックス中で分散相である。本発明の他の例において、微細液滴の通常お よび異常屈折率は、それぞれマトリックスのそれらに合わされる。物質が製造さ れた後に、反対方向のせん断力は、視表面に対して不透明にマトリックスの光学 軸を整列させるために適用される。せん断応力は、また微細液滴を伸ばしてマト リックスの光学軸に対してそれらの光学軸を平行に整列させるのにも使われる。

微細液滴およびマトリックスの有効屈折率は、かようにオフ状態で物質が、全方 向の入射光に対して透明で曇りがないように合わされる。物質が、光シヤツター 装置に取り入れられ、場が視表面に対して垂直に適用されるとき、微細液滴は、 微細液滴がそれぞれ正または負異方性を有するかどうかに依存して、場に対して 平行または垂直のいずれかに整列するだろう。いずれの場合においても、場は、 物質が光散乱または不透明であるように、マトリックスの有効屈折率に関して合 わされない微細液滴の有効屈折率の原因となる。

逆またはフェールセーフモード操作物質の他の例は、２極性構造で負誘電率異方 性を有する液晶微細液滴で製造される。

液晶微細液滴は、複屈折マトリックス、好ましくはメソゲン基単位が正異方性を 有する液晶ポリマーマトリックス中で分散された相である。マトリックスの光学 軸は、交流場の適用によるその形成の間に整列させられる。２極性液晶微細液滴 は、自・然に微細液滴およびマトリックスの光学軸が、物質の視表面に対して垂 直であるようにマトリックスに関して整列する。微細液滴の通常および異常屈折 率は、それぞれマトリックスのそれらに合わされるので、生成物質はオフ状態で 全方向の入射光に対して透明で曇りがない。オン状態で、負誘電率異方性液晶微 細液滴は、場に垂直な方向で整列により電場に応答し、よって全視角に対してマ トリックスおよび微細液滴間の屈折率を合わなくさせる。微細液滴に対して負誘 電率異方性を示す低分子量液晶を用いた逆モード物質は、５ｉｐｓ。

ＴＩＰＳまたは相分離のＰＩＰＳ法のいずれかにより製造することができ、ポリ マーマトリックスの液晶側の基は交流場により物質の視表面に対して垂直に整列 した。

本発明により製造される十分な視野のＰＤＬＣ物質または装置で使われる低分子 量液晶は、誘電率異方性をさらされる周波数の関数として正から負にスイッチす る型のものである。例として、このクイズの液晶は高周波数で負誘電率異方性を 、および低周波数で正異方性を示す。同様に、重合液晶は、周波数の値に依存し て、誘電率異方性の符号を変えるタイプのものである。

微細液滴中のいわゆる交錯周波数液晶の使用は、コントラストを増強され、マト リックスの液晶側の基に関して液晶微細液滴の容易な整列を増される窓および装 置の２次加工を助ける。このことは、与えられた周波数で、微細液滴の液晶成分 が、１つの方向に垂直な方向に整列させられるのに対し、同じ周波数でマトリッ クスの液晶成分が、１つの方向に整列させられることによる。

本発明の他の特徴、利点およびより十分な理解は、本発明および添付図面の最良 の方式の以下の記述からのそれらの熟練技術で現れるだろう。

図面の簡単な説明 第１図（Ａ）および第１図（Ｂ）は、それぞれオンおよびオフ状態における光シ ヤツター装置の断片的な断面概念図であって、装置は、液晶重合マトリックス中 に含まれる液晶のいくつかの代表的液滴が描写された本発明の光変調物質のシー トを含む。

第２図（Ａ）は、異なる方向の入射光に対する第１図（Ａ）の装置の透明度を測 定するための装置の概念図である。

第２図（Ｂ）は、光学的に等方性のポリマーでつくられた透明状態にあるＰＤＬ Ｃシャッター装置の同様なグラフと比較した透明状態にある本発明によりつくら れるＰＤＬＣ光シャッター装置に対する光透過率対入射角のグラフである。

第３図（Ａ）および第３図（Ｂ）は、せん断応力により、液滴芦よびマトリック スの光学軸が、不透明に整列される、逆モードまたはフェールセーフ光シヤツタ ー装置を描写しており、装置は、それぞれオフおよびオン状態で示されている。

本発明を実行するための最上のモード 第１図は、本発明の液晶ＰＤＬＣ光変調物質が、場がオン状態のとき、物質が、 等方性光学特性を有する通常の熱硬化性および熱可塑性合成樹脂で製造されるＰ ＤＬＣ物質と比較して全方向の入射光に対して透明であり、従って曇りがないよ うに二次加工することができる方法を説明している。等方性ポリマーからつくら れる公知のＰＤＬＣ物質の視野はオン状態のとき、広い視角で屈折率の合わない ことが避けられないことにより制限される。このことは、液晶の異常な屈折率が 、たいていオン状態のときに、透明性を達成するために物質の表面に対して垂直 に整列されることによる。視角が、垂直から広くなるので、マトリックスの屈折 率および液晶微細液滴の異常屈折率間の不適合が、より大きく達成される。液晶 重合樹脂の如き複屈折光透過マトリックスを用いる本発明のＰＤＬＣ物質の十分 な視野は、液晶液滴に対するマトリックスが、液滴の有効屈折率が、全方向の入 射光に対してマトリックスのそれに合わせることができるようにそれ自体、液滴 と同じ光学特性を有する液晶であるという事実によるのであり、よって全方向に おいて光散乱または曇りがない。マトリックスおよび微細液滴の有効屈折率は、 液滴の通常および異常屈折率が、それぞれポリマーマトリックスの通常および異 常屈折率に合わされるとき、全方向の入射光に対して合わされ、および液滴の光 学軸は、マトリックスの光学軸に平行に整列される。

第１図（Ａ）において、本発明の新しい曇りのないＰＤＬＣ物質を含む光変調シ ャッター装置は、一般に参照数字１０で指示される。装置１０は、ガラスまたは プラスチック基板１１および液晶の微細液滴１６分散相を含む複屈折重合マトリ ックス１４の組を含む。ガラス基板１１の内表面は、電圧Ｖの電力源につながれ た透明導電性電極コーチング１２を有する。本発明の好まれる例と一致して、マ トリックス１４は、正誘電率異方性を有するペンダント液晶側基を持つポリマー である。微細液滴１６の通常屈折率ｎ０、および異常屈折率ｎ、はそれぞれ複屈 折マトリックス１４の通常屈折率ｎ０′、および異常屈折率ｎ、′に合わせられ る。

また第１図（Ａ）に示されるように、それぞれの異常屈折率と同じ方向にあると 理解されるであろうマトリックス１４および微細液滴１６の光学軸は、平行に整 列される。微細液滴の光学軸は、ポリマー樹脂マトリックスの光学軸に平行であ り、微細液滴およびマトリックスの通常および異常屈折率はそれぞれ合わされる ので、微細液滴の有効屈折率は、全方向においてマトリックスのそれに合わされ る。従って、第１図（Ａ）のオン状態において、装置１０は、基板１１の内外表 面からの表面反射以外の全方向の入射光に対して非散乱性で透過性である。

微細液滴の屈折率を、側鎖ポリマーマトリックス１４の液晶ペンダントに対して 、または微細液滴１６の低分子量液晶に対して同様な物質を選ぶことによりマト リックスのそれらと合わせることが可能である。シアノビフェニル物質は、大き な正誘電率異方性が所望のとき、好まれる。微細液滴およびマトリックスの光学 軸を装置１０の２次加工の間、電場または磁場の適用により整列させることが可 能である。例えば、マトリックス１４が、正誘電率異方性を有する液晶側基を持 つポリマーであるとき、ポリマー液晶が高温でネマチック相で存在する間、側基 の光学軸は、導電性電極１２に適当な強度の交流電圧を適用することにより装置 １０の視表面に対して垂直に整列されることができる。マトリックスのホメオト ロピック（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）整列は、公知の方法で基板１２の表面を処 理することにより、または整列されたポリマー液晶のガラス転移温度以下での装 置１０の冷却および操作により、および／またはポリマーの架橋により交流電圧 の除去後、持続するためにすることができる。

架橋は、ポリマーの側基に、紫外線放射、熱輻射、フリーラジカル重合または類 似事項による、それ自身に似た他の部分で架橋に付する不安定部分、特に二重結 合を有するものを提供することにより達成することができる。

第１図（Ａ）における装置１０の光シャータリングの能力は、電源が、第１図（ Ｂ）に示される液滴分子配列を生じるように切られるときに証明される。第１図 （Ｂ）に示される装置１０′において、マトリックス１４は、オフ状態でも変化 しないその有効屈折率で整列されたままである。微細液滴１６’のネマチックデ ィレクタ分子配列は、変えられ、よってマトリックスの有効屈折率と合わないよ うに有効屈折率を変える。この不適合は、全方向の入射光において光散乱の原因 となる。微細液滴１６′のディレクタ分子配列は、半径方向として第１図（Ｂ） に示されているが、分子配列は、また有効屈折率を変えるいずれの他のタイプで あってもよいということが理解されるだろう。例えば、もし微細液滴が形が球で なければ、生じる分子配列の光学軸の配向は、装置が、場がオフ状態にスイッチ されるとき、変えることができ、よって微細液滴の有効屈折率が、７トリツクス のそれと不適合である原因となる。

今第２図（Ａ）を参照すれば、集成装置は、入射光の異なる方向に対して、装置 １０の如きＰＤＬＣ光シャッター装置の透明度を測定するために示されている。

レーザー１５は、装Ｗ１０を通って、光透過度の百分率を測定する結晶器１６に ビームを通ずために取付けられる。装置１０は、レーザービーム中で、異なる角 度シータで配向することができるようにマウントされる。

入射角θは、装置１０の表面に垂直な方向から測定される。

第２１１ｆｆｌ（Ｂ）は、透過度Ｔ封入射角θのグラフである。透過率百分率は 、サンプルが、垂直入射から示される角度数程回転されたとぎ、測定された。曲 線（ａ）は液晶側基エポキシに率を合わせられる本発明によりつくられたＰＤＬ Ｃ物質に対してである。曲線（ｂ）は、例えば、米国特許第４，６ｎ、Ｇｘｓ号 、第４．６７３，２５５号、゛第４．６８５．７７１号および第４．．６８８， ９００号に開示の如き光学的に等方性エポキシでつくられたＰＤＬＣ物質に対し てである。ダッシュおよび点線は比較を容易にするために使ねれる。曲線（ｂ） は、光学的に等方性マトリ・ンクスを有する物質を通る光透過百分率が、垂直入 射からいずれの側でもわずかの角度で象２激に落ちるということを示している。

複屈折マトリックスでつくられた曲線（ａ）の本発明の物質では、光透過率は、 ガラス基板の内外表面からの反射により垂直から約±６０″で急激に落ち始める 。万一、かような反射がなければ、曲線（ａ）は、本質的に垂直入射から±９０ °の角度まで光透過率はなんら変化を示さないであろう。

逆モードまたはフェールセーフ光変調シャ・ンター装置は第３図に説明されてい る。本発明の新しい曇りのないＰＤＬＣ物質を含む光変調シャッターの場がオフ または透明状態は、一般に参照番号２０の第３図（Ａ）に示されている。装置２ ０は、透明電極２２でコーチングされた１組のガラスまたはプラスチック基板２ １および液晶の分散微細液滴２６を含む複屈折ポリマーマトリックス２４を含む 。本発明の好まれる例と一致して、マトリックス２４は、矢印２３　、２３’に より示される如きせん断応力の適用により基板２１の表面の垂直方向に関して不 透明な方向に整列させられる。せん断行為は、また液晶微細液滴２６を伸ばし、 整列させる。微細液滴２６の通常屈折率ｎｏ、および異常屈折率ｎ８は、それぞ れ複屈折マトリ・ンクス２４の通常屈折率ｎ０′および異常屈折率ｎｅ′に合わ せられる。第３図（１）にまた示されるように、マトリックス２４および微細液 滴２６の光学軸は平行に整列される。微細液滴の光学軸は、ポリマー樹脂マトリ ックスの光学軸に平行であり、微細液滴およびマトリックスの通常および異常屈 折率は、それぞれ合わされるので、微細液滴の有効屈折率は、全方向において、 マトリックスのそれに合わされる。従って、第３図（Ａ）のオフ状態で、装置２ ０は、ガラスまたはプラスチック基質２１の外側および内側からの表面反射を除 いて、全方向の入射光に対して非散乱性および透過性である。

液滴が、参照番号２６による第３図（Ａ）に示される如き２極性分子配列である とき、微細液滴の光学軸をマトリックスのそれとせん断行為により整列させるこ とが可能であるが、分子配列は、基板のせん断行為が、液滴の有効屈折率とマト リックスのそれを全方向の入射光に対して適合させるいずれの他のタイプであっ てもよいということが理解される。

物質は、２極性タイプ液滴の光学軸が、自然に、基板にせん断応力を適用するこ となしにポリマーマトリックスのローカルな光学軸とローカルに整列させること ができるということがまた理解される。かような状況において、液滴の有効屈折 率は、結果として生じた物質が、垂直光入射に関して光学軸の整列の方向に関係 のない全視角に対して透明であるように、全方向の入射光に対して複屈折ポリマ ーマトリックスの有効屈折率に合わされるだろう。

第３図（Ａ）における装置２０の光シヤツタリング能力は、電圧Ｖの電源が、第 ３図（Ｂ）に示される液滴分子配列２６′を生じる透明導電性電極２２に接続さ れたとき、証明される。第３図（Ｂ）に示される装置ｒ：２０’において、マト リックス２４は、オン状態でその有効屈折率を変えないで配向を固定して残って いる。微細液滴２６′のネマチックディレクタ分子配列は、それらの光学軸を場 に平行に整列させることにより変えられ、よってマトリックスの有効屈折率と適 合しないように有効屈折率を変える。この不適合は、全方向の入射光において光 散乱の原因となる。

例１ 液晶エポキシポリマーを、未硬化エポキシ（ＭＫ−１０７，Ｗｉ　１−ｒｎｉｎ ｇＬｏｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手できる）を次式を有するメソゲン基エー テル結合硬化剤ＢＰ−１０と当量比１：１の混合により製造した。

混合物を、硬化剤の融点（１１０°Ｃ）以上に加熱し、約１分の混合の後、きれ いな均一溶液を形成した。溶液は、次に約９０°Ｃの温度で約４８時間硬化され た。硬化エポキシ液晶ポリマーを、次に低分子量液晶（Ｅ　−７、ＥＭ　Ｃｈｅ ｍｉｃａｌｓから入手できる）と１：１の重量比で混合し、クロロホルム中に溶 解（約８５重量％クロロホルム）させた。溶液を、渦型混合器中で数分混合し、 次にインジウム錫酸化物導電性電極を含んだガラス基板上の２６４スペーサー上 に一様な層でピペットで移した。溶剤を、次に生成物質が不透明に変わるまで蒸 発させ、すべての残留溶剤を、約１２５°Ｃで５分ホットプレート上で加熱する ことにより追い払った。予熱した導電性電極を含むガラス基質を、次に混合物の 上に置いて、サンドインチを形成し、サンプルを、約５分間にわたって室温まで 冷却した。サンプルは外観上半透明の白色であった。６０七で８５Ｖの交流電圧 の導電性電極への適用は、サンプルを数分後にきれいな透明に変えた。コノスコ ープで見る偏光顕微鏡の使用は、ポリマー液晶および分散液晶液滴が、適用電圧 下でホメオトロピックに整列していることを示した。電圧の除去は、１秒以下の 時間でサンプルを不透明白色に変えた。交流電圧の再通用は、１秒以下の時間で サンプルをきれいに変えた。８５Ｖの電位の適用の間、サンプルは、不透明視角 に対してさえきれいで曇りのないままであった。透明状態でのサンプルを通る光 透過度の角度依存性を、レーザービーム中の配向が変えられるとき、サンプルを 通る透過光の総量が測定される検出器へのサンプルを通るヘリウム／ネオンレー ザ−からの光を直接あてることにより測定した。レーザービームの方向およびガ ラス基板の垂線との成す角は、ガラス基板表面からの反射以外透過度の減少がま ったくなく、垂線から８５°の入射の範囲内で変化した（結果は第２図に示され る）。

例２ 液晶エポキシポリマーを、エポキシおよびエーテル結合アミン硬化剤の当量混合 により製造した。組合わせた混合物に、低分子量液晶を、１：１の重量比で添加 し、生成混合物を、約１１０°Ｃの温度まで加熱したインジウム錫酸化物のコー チングガラス基板上に置き、そこで均一な溶液を形成した。約２分の混合後、数 個の２６μスペーサーを、溶液上に軽く千Ｉｍ、、予熱したインジウム錫酸化物 コーチングガラス基板をサンプル上に取付けた。サンプルは、９０°Ｃで４８時 間硬化させた。サンプルは、次に室温まで約３０分かけてゆっくり冷却した。直 径約３−５μの大きなネマチック液滴が、偏光顕微鏡で観察され、液滴のネマチ ックディレクタ分子配列が、半径方向型のものであることを観察した。

例３ エポキシ樹脂およびアミン硬化化合物の当量を、重量測定して低分子量液晶とＩ ＴＯコーチングガラススライド上で１＝１の比で組合わせた。全スライドを、１ １５−１２０°Ｃで１．５〜３分混合して加熱した。予熱したＩＴＯガラススラ イドを、それぞれのサンプル上に置き、サンプルを９０’Ｃで４８時間アニール した。

交流６〇七、８５Ｖの電位の適用化、生成ＰＤＬＣｓは曇りのない広い視角を示 した。

本発明の多くの改良法および変法は、前記開示の光のそれらの熟練された技術に とって明白であろう。従って、添付された請求の範囲内で、本発明は、特に示さ れ、記述された以外のものでも実行可能である。

第２図Ａ 第２図Ｂ 国際調査報告

Claims (48)

【特許請求の範囲】
1. １．複屈折光透過マトリックス中に分散された液晶の微細液滴を含む光変調液晶 物質であって、微細液滴およびマトリックスの有効屈折率が、物質が、場がオン 状態または場がオフ状態の一方において透明で曇りのないように全方向の入射光 に対して合わされ、有効屈折率が、物質が、場がオン状態または場がオフ状態の 他方において不透明であるように不適合にされる前記物質。
2. ２．液晶の微細液滴が、それぞれマトリックスの通常および異常屈折率に合わさ れる通常および異常屈折率を有し、物質が、微細液滴およびマトリックスの光学 軸が、平行であるとま、透明で曇りがなく、微細液滴およびマトリックスの光学 軸が、平行でないとき、不透明である請求項１記載の物質。
3. ３．複屈折マトリックスが、液晶である請求項１または請求項２に記載の物質。
4. ４．微細液滴またはマトリックスの少くとも１つが、液晶ポリマーである請求項 ３記載の物質。
5. ５．ポリマーが、液晶側基を含む請求項４記載の物質。
6. ６．微細液滴およびマトリックスの有効屈折率が不適合であり、よって物質が不 透明であり、および微細液滴が、マトリックスの光学軸に対して平行なそれらの 光学軸を整列させるために適用場に対して反応し、よって前記場の存在下で前記 物質を透明にする請求項１，２，４または５のいずれかに記載の物質。
7. ７．微細液滴およびマトリックスの光学軸が、マトリックスの光学軸に対して平 行であり、よって物質が、透明であり、微細液滴が、物質が、場の存在下で不透 明にされるマトリックスの光学軸に関して、それらの光学軸を整列させない適用 場に対して反応性である請求項１，２，４または５のいずれかに記載の物質。
8. ８．微細液滴が、低分子量液晶を含み、マトリックスが液晶側基ポリマーである 請求項１記載の物質。
9. ９．マトリックスが、液晶側基重合エポキシを含む請求項８記載の物質。
10. １０．液晶側基が、シアノビフェニルを含む請求項８または９のいずれかに記載 の物質。
11. １１．低分子量液晶が、正誘電率異方性を示す請求項８または９のいずれかに記 載の物質。
12. １２．低分子量液晶が、負誘電率異方性を示す請求項８または９のいずれかに記 載の物質。
13. １３．低分子量液晶が、周波数に依存する誘電率異方性を示す請求項８または９ のいずれかに記載の物質。
14. １４．液晶側基の光学軸が、物質の視表面に対して整列され、低分子量液晶が、 物質が、すべての視角で透明で曇りがないように、液晶側基に対して平行に整列 させることにより適用外部場に対して応答する請求項８記載の物質。
15. １５．複屈折光透過マトリックス中で一番目の分散された微細液滴を含む光変調 液晶物質であって、マトリックスが二番目の液晶で形成され、液晶の内の１つが 、物質の表面に対して整列される液晶側基の光学軸を有する液晶側基ポリマーで あり、他の液晶が、低分子量、およびマトリックスの通常および異常屈折率のも のであり、よって、物質が、微細液滴およびマトリックスの光学軸が、平行であ るとき、すべての視角に対して透明で曇りがなく、微細液滴およびマトリックス の有効屈折率が、不適合なとき、物質が不透明である前記物質。
16. １６．マトリックスが、液晶側基ポリマーにより形成され、微細液滴が、低分子 量液晶から形成される請求項１５記載の物質。
17. １７．物質が、適用場の存在下でマトリックスを有する整列させるのに有効で透 明であう、場の存在しないところで不透明である請求項１５または請求項１６記 載の物質。
18. １８．物質が、適用場の存在下でマトリックスを有する微細液滴の光学軸を合わ せず不透明であり、場の存在しないところで透明である請求項１５または請求項 １６記載の物質。
19. １９．低分子量液晶が、組成物を提供するマトリックスから相分離していて光透 過液晶側基重合マトリックス中で液晶微細液滴の分散を形成する請求項１６記載 の物質。
20. ２０．低分子量液晶が、液晶側基の光学軸の整列を起こすのに有効な外部湯中で 相分離している請求項１９記載の物質。
21. ２１．液晶側基が、それ自体と同一の他の部分と架橋できる不安定な部分を含む 請求項１６記載の物質。
22. ２２．部分が、架橋されて永久に液晶側基に整列する請求項２１記載の物質。
23. ２３．不安定な部分が、シンナメートを含む請求項２１記載の物質。
24. ２４．十分な視野の光変調物質が、光透過液晶側基重合マトリックス中に分散さ れた液晶の微細液滴を含み、液晶側基が、場がオフ状態のとき、マトリックスの 有効屈折率が、微細液滴の有効屈折率に合わないように、物質の表面に対して整 列され、場がオン状態のとき、マトリックスの有効屈折率が、物質が透明で曇り のないように全方向の入射光に対して微細液滴の有効屈折率に合う前記物質。
25. ２５．十分な視野の光変調物質が、光透過液晶側基重合マトリックス中に分散さ れた液晶の微細液滴を含み、微細液滴の有効屈折率が、物質が、場がオフ状態の ときに透明であるように全方向の入射光に対してマトリックスの有効屈折率に合 い、場がオン状態のときに、微細液滴の有効屈折率が、物質が不透明であるよう に、マトリックスのそれに対して不適合である前記物質。
26. ２６．光透過液晶側基重合合成樹脂マトリックス中に分散された負誘電率異方性 を示す液晶の微細液滴を含むフェールセーフ光変調液晶物質であって、微細液滴 の通常および異常屈折率が、それぞれマトリックスの通常および異常屈折率に合 わされ、液晶側基が、正誘電率異方性を示し、マトリックスおよび微細液滴の光 学軸が、物質の視表面に対して垂直であり、よって物質が、適用場のないところ で透明であり、適用場のあるところで不透明である前記物質。
27. ２７．マトリックスが、液晶側基重合エポキシマトリックスを含む請求項２６記 載のフェールセーフ物質。
28. ２８．低分子量液晶の微細液滴の分散された相を含む光透過液晶重合合成樹脂マ トリックスを含むフェールセーフ光変調液晶物質であって、微細液滴およびマト リックスの通常および異常屈折率が、それぞれ合わされ、微細液滴およびマトリ ックスの光学軸が、物質の視表面に対して不透明な方向に平行に整列され、よっ てオフ状態のとき、物質が、広い視角の入射光の範囲内で透明で曇りがなく、お よび微細液滴が、適用場に対して応答性で微細液滴および物質の光学軸を整列さ せず、よって物質が、オン状態のときに不透明である前記物質。
29. ２９．複屈折光変調重合マトリックス中の分散した液晶の微細液滴を形成する工 程を含む全方向の入射光に対して曇りのない透明性を示す特徴を有する光変調液 晶物質を製造する方法であって、微細液滴およびマトリックスが、通常および異 常屈折率が合ったことにより、微細液滴の光学軸をマトリックスの光学軸に合わ せることによって曇りのない透明性が得られ、微細液滴およびマトリックスの有 効屈折率を不適合にすることにより物質が不透明にされる前記方法。
30. ３０．マトリックスの光学軸を整列させる工程が、光学軸が、物質の視表面に対 して垂直であるように行なわれる請求項２９記載の方法。
31. ３１．マトリックスの光学軸を整列させる工程が、物質に対して電場または磁場 の適用により実行される請求項２９または請求項３０のいずれかに記載の方法。
32. ３２．マトリックスの光学軸の整列を電場または磁場が除去されるとき、持続さ れるように固定化する工程を含む請求項３１記載の方法。
33. ３３．固定化する工程が、重合マトリックスの架橋により実行される請求項１記 載の方法。
34. ３４．マトリックスの光学軸を整列させる工程が、光学軸が、物質の視表面に対 して不透明に広がるように、物質の反対表面に対してせん断応力を適用すること により実行される請求項２９記載の方法。
35. ３５．液晶、硬化剤、未硬化合成樹脂の溶液を形成する工程を含む液晶光変調物 質を製造する方法であって、硬化剤または樹脂の内の１つが、メソゲン基単位を 有し、従って、液晶側基重合合成樹脂マトリックス中の液晶微細液滴の同時形成 を起こすために溶液を硬化させ、微細液滴およびメソゲン基単位の液晶が、マト リックスが硬化される後、通常および異常屈折率の適合を有するために選択され る前記方法。
36. ３６．硬化の工程が、液晶側基を整列させるために有効な外部電場または磁場中 で実行される請求項３５記載の方法。
37. ３７．物質の視表面に対して永久の整列を起こすために液晶側基の架橋の工程を 含む請求項３６記載の方法。
38. ３８．架橋の工程が、光化学的、熱的、フリーラジカル、またはＸ−線に起因す る請求項３６記載の方法。
39. ３９．低分子量液晶およびメソゲン基硬化剤で硬化された合成樹脂マトリックス の混合の工程を含む液晶光変調物質を製造する方法であって、混合物を加熱して 、その後混合物を冷却して液晶側基重合合成樹脂マトリックス中の液晶微細液滴 の同時形成を起こし、液体微細液滴およびマトリックスが、通常および異常屈折 率の適合を有する前記方法。
40. ４０．冷却の工程が、液晶側基を整列させるのに有効な外部電場または磁場中で 実行される請求項３９記載の方法。
41. ４１．液晶側基を架橋させて、物質の視表面に対して永久の整列を起こす工程を 含む請求項４０記載の方法。
42. ４２．架橋の工程が、光化学的、熱的、フリーラジカル、またはＸ−線により実 行される請求項４１記載の方法。
43. ４３．熱的架橋の工程が、合成樹脂マトリックスが、メソゲン基硬化剤で硬化さ れる温度以上の温度で実行される請求項４２記載の方法。
44. ４４．液晶の溶液、物質を形成する合成樹脂メソゲン基マトリックス、および溶 剤を形成する工程を含む液晶光変調物質を製造する方法であって、その後、溶剤 を除去して液晶側基重合合成樹脂マトリックス中の液晶微細液滴の同時形成を起 こし、液体微細液滴およびマトリックスが、通常および異常屈折率の適合を含む 前記方法。
45. ４５．溶剤を除去する工程が、外部電場または磁場中で実行される請求項４９記 載の方法。
46. ４６．液晶側基を架橋させて、物質の視表面に対して永久の整列を起こす工程を 含む請求項４５記載の方法。
47. ４７．架橋の工程が、光化学的、熱的、フリーラジカル、またはＸ−線により実 行される請求項４６記載の方法。
48. ４８．液晶ポリマーおよび低分子量液晶を加熱し、その後、溶液を冷却して液晶 、合成樹脂マトリックス中に相分離した微細液滴を製造する工程を含む液晶光変 調物質を製造する方法であって、液体微細液滴およびマトリックスが、通常およ び異常屈折率の適合を有する前記方法。