(57)【要約】  切換可能な窓５００は、適度の印加電圧（例えば、電界）下で電気光学的に切り替え可能である自己集合三次元光結晶を形成するように、例えば、メソゲン性高分子含有シェル１０にカプセル化した高分子安定化高キラル液晶５０（例えばブルー相液晶）の異方性ゲルの又はこれを含む電気光学層５１０を含む。液晶（ＬＣ）配列は、セル状に配置された液晶材料２０を明確な別個の本体で囲む実質的に連続した高分子構造のケース６０を有する高分子集合ブルー相液晶システムを介して達成してもよい。これらの集合構造は、全体的に結合してマトリックスを形成する。これは、高キラル液晶システムの角度複屈折の減少をもたらし、切り替え可能な窓などの用途においてヘイズを有利に低減する。
2019514047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切り替え可能な窓であって、
第１及び第２の透明導電性電極を各々支持する第１及び第２の透明基板と、
結合高分子系マトリックス中に分散された複数のマイクロセルコアを含む電気光学層とを含み、前記マイクロセルコアは、各々高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶を含み、
前記電気光学層は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、及び前記第１の透明導電性電極と前記第２の透明導電性電極との間に挟まれている、切り替え可能な窓。
【請求項２】
前記高分子安定化高キラル液晶が、キラルドーパントでドープされたネマチック液晶を含む、請求項１に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３】
前記キラルドーパントは、互いに異なるねじれを提供するように、互いに異なるそれぞれのねじれを有する第１及び第２の異なるキラルドーパントを含む、請求項２に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４】
前記液晶は、二重ねじれ円筒を形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項５】
複数の二重ねじれ円筒がマトリクス構造で配置されている、請求項４に記載の切換可能な窓。
【請求項６】
前記マイクロセルコアは、各々マトリクス構造に配置された複数の二重ねじれ円筒を含むブルー相の液晶を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の切替可能な窓。
【請求項７】
前記切り替え可能な窓は、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に電界を形成し、前記電界によって、前記高分子安定化高キラル液晶を整列させ、前記り替え可能な窓が実質的に透明であるオン状態にあるように構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の切替可能な窓。
【請求項８】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から４５度の視野角において６％以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項９】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から４５度の視野角において４％以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１０】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から４５度の視野角において３％以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１１】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値が、垂直視野角から４５度の視野角において２％以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１２】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から６０度の視野角において６％以下である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１３】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から６０度の視野角において４％以下である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１４】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値が、垂直視野角から６０度の視野角において３％以下である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１５】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から６０度の視野角において２％以下である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１６】
前記電気光学層がオフ状態にある場合の非透過状態における前記切替可能な窓のヘイズ値は、実質的に全ての視野角において少なくとも９０％である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の切替可能な窓。
【請求項１７】
非透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値が、実質的に全ての視野角において少なくとも９５％である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１８】
非透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、実質的に全ての視野角において１００％±３％の範囲内である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項１９】
前記高分子含有シェルが実質的に球状である、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項２０】
前記高分子含有シェルの厚さは、０．２５〜１μｍの範囲内である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項２１】
前記高分子含有シェルにカプセル化した前記液晶材料の直径は、１〜１０μｍの範囲内である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項２２】
前記第１及び第２の透明基板は、ガラス基板である、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の切換可能な窓。
【請求項２３】
前記第１及び第２の透明基板が各々ＰＥＴを含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項２４】
前記電気光学層が異方性ゲルである、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項２５】
前記窓は、前記電気光学層が前記透過状態にある場合、少なくとも６０％の可視光透過率を有する、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の切替可能な窓。
【請求項２６】
前記窓は、前記電気光学層が前記透過状態にある場合、少なくとも７０％の可視光透過率を有する、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の切替可能な窓。
【請求項２７】
前記電気光学層が異方性ゲルであり、前記異方性ゲル中の高分子／ＬＣの比が約１０〜３０％である、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項２８】
前記電気光学層中の高分子分布は均一ではなく、前記第１の電極と第２の電極との間の中間面において高分子の比率が液晶に比べてより高く、電極に近い高分子の比率は液晶に比べてより低い、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項２９】
前記電気光学層はオン状態にある場合の０〜８０度の全ての入射角について、ｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここで、ｎｐ、ｎｃ及びｎｓは、各々、高分子、コア及びシェルの有効屈折率である、請求項１〜２８のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３０】
前記高分子含有シェルがメソゲン性である、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３１】
前記高分子含有シェルは、前記高分子と前記液晶との混合物を含む、請求項１〜３０のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３２】
前記第１の基板は、前記第１の透明導電性電極と、シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第１の誘電体層とを支持し、前記シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第１の誘電体層は、前記電気光学層と前記第１の透明導電性電極との間に接触して位置する、請求項１〜３１のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３３】
前記第２の基板は、前記第２の透明導電性電極と、シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第２の誘電体層とを支持し、前記シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第２の誘電体層は、前記電気光学層と前記第２の透明導電性電極との間に接触して位置する、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３４】
前記電気光学層はオン状態にある場合、０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここでｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｓは１．６２〜１．７１である、請求項１〜３３のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３５】
前記電気光学層はオン状態にある場合、０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここでｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｓは１．６３〜１．６９である、請求項１〜３４のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３６】
前記電気光学層はオン状態にある場合、０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここでｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｃは１．５７〜１．６６である、請求項１〜３５のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３７】
前記電気光学層はオン状態にある場合、０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここで、ｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｃは１．５８〜１．６４である、請求項１〜３６のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３８】
前記電気光学層はオン状態にある場合、０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここでｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｐは１．５２〜１．６０である、請求項１〜３７のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項３９】
前記電気光学層はオン状態にある場合、０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここでｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｐは１．５２〜１．５９である、請求項１〜３８のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４０】
ｎｓは、前記電気光学層がオン状態にある場合の前記シェルの有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｓは０．１より大きく変化しない請求項１〜３９のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４１】
ｎｓは、前記電気光学層がオン状態にある場合の前記シェルの有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｓは０．０５より大きく変化しない、請求項１〜４０のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４２】
ｎｓは、前記電気光学層がオン状態にある場合の前記シェルの有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｓは０．０４より大きく変化しない、請求項１〜４１のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４３】
ｎｃは、前記電気光学層がオン状態にある場合の前記コアの有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｃは０．０５より大きく変化しない、請求項１〜４２のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４４】
ｎｃは、前記電気光学層がオン状態にある場合の前記コアの有効屈折率であり、  前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｃは０．０３より大きく変化しない、請求項１〜４３のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４５】
ｎｐは、前記電気光学層がオン状態にある場合の前記高分子の有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｐは０．０５より大きく変化しない、請求項１〜４４のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４６】
ｎｐは、前記電気光学層がオン状態にある場合の高分子の有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における入射角が０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｐは０．０３より大きく変化しない、請求項１〜４５のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４７】
切り換え可能な窓であって、
第１及び第２の透明導電性電極を各々支持する第１及び第２の透明基板と、
結合高分子系のマトリックス中に分散された複数のコアを含む異方性ゲル電気光学層とを含み、前記コアが各々高分子含有シェルにカプセル化したキラルにドープされた液晶を含み、
前記異方性ゲル電気光学層は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、及び前記第１の透明導電性電極と前記第２の透明導電性電極との間に挟まれ、
前記切り換え可能な窓は、前記第１の透明導電性電極と前記第２の透明導電性電極との間に電界を形成し、前記電界によって前記液晶を実質的に整列させて、前記異方性ゲル電気光学層を、前記切り換え可能な窓が実質的に透明である透過のオン状態にあるように構成され、
前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここで、ｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、
前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｐ、ｎｃ、ｎｓは、０．１より大きく変化しない、切り換え可能な窓。
【請求項４８】
前記異方性ゲル電気光学層中のキラルドーパントは、異なるねじれを提供するように、異なるそれぞれのねじれを有する第１及び第２の異なるキラルドーパントを含む、請求項４７に記載の切り替え可能な窓。
【請求項４９】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から４５度の視野角において６％以下である、請求項４７〜４８のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項５０】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値が、垂直視野角から４５度の視野角において４％以下である、請求項４７〜４９のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項５１】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から６０度の視野角において６％以下である、請求項４７〜５０のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項５２】
前記透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から６０度の視野角において４％以下である、請求項４７〜５１のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項５３】
非透過状態における前記切換可能な窓のヘイズ値は、実質的に全ての視野角において少なくとも９０％である、請求項４７〜５２のいずれか１項に記載の切換え可能な窓。
【請求項５４】
前記第１及び第２の透明基板がガラス基板である、請求項４７〜５３のいずれか１項に記載の切換可能な窓。
【請求項５５】
前記第１及び第２の透明基板が各々ＰＥＴを含む、請求項４７〜５３のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項５６】
前記異方性ゲル中の高分子／液晶の比が約１０〜３０％である、請求項４７〜５５のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項５７】
前記異方性ゲル電気光学層中の高分子分布が均一ではなく、前記第１の電極と第２の電極との間の中間面において高分子の比率が液晶に比べて大きく、電極に近い高分子の比率は液晶に比べて少ない、請求項４７〜５６のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項５８】
前記高分子含有シェルは、前記高分子と前記液晶との混合物を含む、請求項４７〜５７のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項５９】
前記第１の基板は、前記第１の透明導電性電極と、シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第１の誘電体層とを支持し、前記シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第１の誘電体層は、前記異方性ゲル電気光学層と第１の透明導電性電極との間に接触して位置する、請求項４７〜５８のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項６０】
前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｓは、１．６２〜１．７１である、請求項４７〜５９のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項６１】
前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｃが１．５７〜１．６６である、請求項４７〜６０のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項６２】
前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｐが１．５２〜１．６０である、請求項４７〜６１のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項６３】
前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｓが０．０５より大きく変化しない、請求項４７〜６２のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項６４】
前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｃが０．０５より大きく変化しない、請求項４７〜６３のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項６５】
前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｐが０．０５より大きく変化しない、請求項４７〜６４のいずれか１項に記載の切り替え可能な窓。
【請求項６６】
前記異方性ゲル電気光学層が約９〜１７μｍの厚さである、請求項４７〜６５のいずれか１項に記載の切換可能な窓。
【請求項６７】
異方性又は実質的に異方性の電気光学ゲルであって、
高分子マトリックス中に分散されている複数のマイクロセルを含み、前記マイクロセルは、各々異種又は実質的に異方性の電気光学ゲルを形成するために高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶材料を含む、電気光学ゲル。
【請求項６８】
前記高分子含有シェルが実質的に球状である、請求項６７に記載の電気光学材料。
【請求項６９】
前記高分子含有シェルの厚さが０．２５〜１μｍの範囲内である、請求項６７〜６８のいずれか１項に記載の電気光学材料。
【請求項７０】
前記高分子含有シェルにカプセル化した液晶材料の直径が１〜１０μｍの範囲内である、請求項６７〜６９のいずれか１項に記載の電気光学材料。
【請求項７１】
前記液晶材料が、マトリクス状に配置してなる複数の二重ねじれ液晶円筒を含むブルー相液晶材料を含む、請求項６７〜７０のいずれか１項に記載の電気光学材料。
【請求項７２】
前記電気光学材料は、電界の存在下で整列を変化させ、そこを通る光の透過を可能にするように構成されている、請求項６７〜７１のいずれか１項に記載の電気光学材料。
【請求項７３】
前記高分子含有シェルがメソゲン性高分子を含む、請求項６７〜７２のいずれか１項に記載の電気光学材料。
【請求項７４】
前記電気光学材料が膜の形態である、請求項６７〜７３のいずれか１項に記載の電気光学材料。
【請求項７５】
異方性ゲルを含む電気光学材料を製造する方法であって、
所定量の少なくとも１つの単量体を、所定量の光開始剤と混合することによって単量体と光開始剤の溶液を調製する工程と、
ネマチック液晶溶液を、キラルドーパントと混合してキラルにドープされた液晶溶液を調製する工程と、
前記キラルにドープされた液晶溶液を、前記単量体と光開始剤の溶液と混合する工程と、
前記単量体と光開始剤の溶液とキラルにドープされた液晶溶液との混合物をインキュベートする工程と、
前記異方性ゲルを形成するためにインキュベートした混合物を冷却する工程と、を含む方法。
【請求項７６】
前記キラルドーパントが、第１のキラルドーパントと第２のキラルドーパントとを含み、前記第１及び第２のキラルドーパントは、異なるキラリティを有する、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記インキュベートした混合物を冷却する工程が下降冷却を含む、請求項７５〜７６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７８】
２つの透明基板間の隙間を前記電気光学材料で充填する工程と、
紫外線を用いて前記２つの透明基板の間に配置された前記電気光学材料を硬化させる工程をさらに含む、請求項７５〜７７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年３月２３日に米国特許商標庁に出願された米国仮特許出願第６２／３１２，１１８号に基づく優先権を主張し、その内容はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
［発明の分野］
【０００２】
切換可能な窓は、適度の印加電圧（例えば、電界）の下で電気光学的に切換可能である自己集合三次元光結晶を形成するように、例えば、メソゲン性高分子を含有するものにカプセル化した、高分子安定化高キラル液晶（例えば、ブルー相液晶）の異方性ゲルの又はこれを含む電気光学層を含む。液晶（ＬＣ）装置は、セル状に配置された液晶材料の明確な別個の本体を囲む実質的に連続した高分子構造のケースを有する高分子集合ブルー相液晶システムを介して達成してもよい。これらの集合構造は、全体的に結合してマトリックスを形成する。これは、高キラル液晶システムの角度複屈折が減少し、切り替え可能な窓などの用途においてヘイズを有利に低減させる。このような低ヘイズの切換可能な液晶装置は、限定されないが、商業建物窓、オフィスビル内又は外の窓、及び／又は住宅建築窓に用いるための切換可能な窓を含む様々な用途に用いてもよい。
【背景技術】
【０００３】
切り替え可能な窓の例は、電界に応答して光の透過特性を変化させる電気的に切り替え可能な窓である。この技術の既知の用途には、車両、商業用建物（例えば、オフィス、会議室、ロビー、建物、点舗など）及び／又は住宅内の窓及び／又はグレージングが含まれる。切り替え可能な窓は、プライバシーシャッターとも呼ばれる。
【０００４】
常に完全に透明である（切り替え不可能な）窓は、特定の場合には望ましくない場合がある。例えば、車両の窓を通る日光は、車両の乗客にグレアを与えそして／又は車内の過度な気温上昇をもたらすことがある。このように、好ましい窓は、有利な時間に一部の光を透過させ、他の有利な時間に光を遮断できるようにしてもよい。窓を通る光の透過を制御するために、いくつかの窓は、材料に入射する光の量に基づいてその透過特性を変化させるフォトクロミック又はサーモクロミック材料を含む。これらの透過特性の変化は常に自動であり、ヒト又は他の介入によって無効にすることはできず、例えば材料に電界を印加することによって動的に調整することはできない。
【０００５】
一方、液晶（ＬＣ）、例えば、高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）及びプラズマアドレス液晶（ＰＡＬＣ）は、電界に応答して結晶分子の配向を変えて液晶媒体／層を懸濁することによって液晶媒体／層を透過する光の強度を変化させる。一定の電界は、直流（ＤＣ）電圧によって印加されてもよい。代替的に、電界の極性は、交流（ＡＣ）電圧の印加によって周期的に切り替えられてもよい。印加された電圧によって、変化する環境又は他の条件で自動的に起動されるように、又はヒトのオペレータによってスイッチを介して起動されるように、コントローラ（例えば、電子制御ユニット、タイマ、スイッチなど）に電気的に接続されてもよい。液晶は、液晶媒体／層の電界の強度を変化させることによって、「オン」（透過又は部分透過）状態と「オフ」（不透明又は実質的に不透明）状態との間の中間状態を可能にすることさえできる。
【０００６】
液晶を用いる切り替え可能な窓又はプライバシーシャッターは、一般に、２つの基板の間に挟まれた（典型的には、セル間隙内のスペーサによって画定される）制御された厚さの液晶層を含む。各基板は、液晶層に電界を印加することを可能にするために、液晶層に面する側に透明な導電性被膜で被覆されている。基板は、ガラス又は高分子基板膜であってもよい。基板が膜である場合、ＰＶＢ及びＥＶＡなどの中間層を用いて、一方又は両方の側上の通常の窓ガラス板に液晶膜を積層することが可能である。このようなＬＣ膜とガラス積層体との組み合わせは、多くの場合固体状態の切り替え可能な窓と呼ばれる。
【０００７】
１つ以上の中間層シートを用いてガラス板の間に液晶膜を積層する工程は、液晶膜に加圧、昇温及び真空を行う。異なる材料間の熱膨張指数の不一致に起因して問題が生じることがある。さらに、積層後でさえ、完成した積層体のその後の取り扱いは、特に窓がいずれの方向にも１メートルより大きい場合、液晶層を挟む２つのガラス板がたわむときに、液晶層にせん断力がかかることがある。液晶膜が積層工程及びその後の取り扱いに耐えるために、液晶層は、液晶を支持するための高分子（又は他の）バックボーン構造を有してもよい。いくつかの既知の高分子−液晶構造が存在する。各々には欠点がある。いくつかの高分子液晶構造は基本的に積層に不適当である反面、積層体であってもよい高分子液晶構造は、過度のヘイズ又は過度に限定された範囲の透明な視野角などの光学的問題がある。
【０００８】
ＰＤＬＣは、典型的には、液晶と単量体との最初の均一混合物中で相分離を誘導することによって製造される。ＰＤＬＣの調製は、相分離を含み、相分離は紫外線（ＵＶ）又は熱硬化、又は溶媒の迅速な蒸発で単量体マトリックスを重合させることによってもたらしてもよい。単量体が重合するにつれて、液晶相は、硬化した高分子マトリックスの壁によって囲まれた顕微鏡的な液滴又はドメイン又はポケットに分離し、このような硬化した高分子マトリックスはＬＣを保持するための「バックボーン」を提供する。硬化高分子とＬＣとの混合物は、場合によって、電場を印加するための透明導電性酸化物（ＴＣＯ）で被覆された２枚のポリエチレン（ＰＥＴ）のシートの間に共に保たれる。アドレス指定されない場合（例えば、ＬＣ閾値電圧より低い電圧が印加されそして／又は電圧が印加されない場合）、ＬＣのドメイン内のネマティックテクスチャは、他の隣接ドメインに対してランダムに配向され、ディスプレイは光の散乱によって白っぽく及び／又は不透明に見える。
【０００９】
図１（ａ）は、オフ状態の関連技術のＰＤＬＣガラス窓１００を示す。２つのガラス基板１０２ａ、１０２ｂが提供されている。外側基板１０２ａ及び１０２ｂの内面には、各々導電性被膜１０４が被覆されている。複数の液晶（ＬＣ）液滴１０８が高分子混合物１０６内に配列される。電圧が供給されていない場合、液滴１０８はランダムに配向され、入射光Ｉはそれらを屈折させ、破線の矢印によって示される方向に光を散乱させる。
【００１０】
アドレス指定された状態（閾値電圧を上回る電圧が液晶層に印加される場合）では、異なるドメインのネマチックテクスチャが電界と整列するため、図１（ｂ）に示すような透明状態が可能となる。図１（ｂ）は、「オン」状態の関連技術のＰＤＬＣガラス窓１００である。図１（ｂ）は、電圧Ｖが導体１０４及び１つ以上のバスバー（図示せず）を介してＰＤＬＣ層に印加されることを除いて、図１（ａ）と同様である。この電圧は、ＰＤＬＣ層の液晶液滴を電界と実質的に平行に整列させ、実質的に透明な状態を提供する際に入射光Ｉが窓１００を通過することを可能にする。
【００１１】
従来のＰＤＬＣの切り替え可能な窓は、入射角が０から９０度へと変わるについて、有効屈折率が約１．５１から約１．７７へと大きな変化を経験する液晶層を用いて、大きな視野角で約１０％を超えるヘイズ値のような窓内に顕著なヘイズをもたらす。大きなヘイズ値は、窓を審美的に不快にするため、垂直視野角及び垂直から４５度のような大きな視野角の両方において、好ましくない。
【００１２】
Ｖｅｅｒａｓａｍｙの米国特許公開第２００９／０１１５９２２号は、参照により本明細書に組み込まれ、低放射率（低Ｅ）の被膜を用いることによるＰＤＬＣの劣化に関連するいくつかの欠点を克服することを試みている。しかし、２００９／０１１５９２２の窓は、オン状態とオフ状態の両方において高いヘイズを有する。
【００１３】
図２は、米国特許公開第２００９／０１１５９２２号の一実施形態による関連技術の窓の断面図である。図２に示す窓のように、外側基板２０２及び内側基板２０４を含む２つの基板（例えば、ガラス基板）２０２、２０４が提供される。  外側基板２０２の内面に低放射率の被膜２０６が蒸着される。ＰＤＬＣ層２１４全体に電圧を印加するための透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層２１２は、ＰＤＬＣ層２１４と低放射率の被膜２０６との間に位置する。
【００１４】
第１及び第２の積層体層２０８が提供されている。第１及び第２の高分子系（例えば、ＰＥＴ）層２１０は、それぞれの第１及び第２の積層体層２０８の内面に提供される。切り替え可能なＰＤＬＣ層２１４は、第１及び第２の実質的に透明な導電性酸化物（例えば、ＴＣＯ）層２１２によって挟まれている。ＴＣＯ層は、ＰＤＬＣ２１４の一方又は両方の表面及び／又は第１及び第２の高分子系層２１０のそれぞれの表面上にスパッタ蒸着されてもよい。
【００１５】
顕著なヘイズはＰＤＬＣ構造のその結果であり、劣化とは無関係である。ＰＤＬＣ及びＰＡＬＣ装置における他の劣化源は、それらの変調が、本質的に分子スケールでの粘弾性に起因する比較的遅い電気駆動機構に基づく単純な平面状又はねじれネマチック液晶の運動に基づくことである。電気的応力下における特性はまた、例えばＵＶ及び湿度などの気象影響のため、このような装置が長期的な劣化を起こす可能性がある。透明又は透過状態における関連する問題は、米国特許公開第２００９／０１１５９２２号の窓で大きな視野角において残留ヘイズのレベルが増加することである。
【００１６】
他の例には、視野角を増加させる際の透過（例えば、オン）状態の残留ヘイズに関して同様の欠点を有するネマチック曲線整列相（ＮＣＡＰ）及び高分子安定化コレステリックセル（ＰＳＣＣ）が挙げられる。
【００１７】
これに関連して、例えば、特に視野角を増加させる際に、透明又は透過状態における許容できないほど高い残留ヘイズ値のような、既知のＰＤＬＣ装置に関連する問題及び欠点に対処する改善されたＬＣ装置が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
既知のＰＤＬＣ、ＰＡＬＣ、ＮＣＡＰ、ＰＳＣＣなどに関する前記及び他の欠点（例えば、限定されないが、特に視野角を増加させる際に比較的大きなヘイズ値）を克服するために、本開示は、適度の印加電圧（例えば、電界）の下で電気光学的に切換可能である自己集合三次元光結晶を形成するように、例えば、メソゲン性高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶（例えば、ブルー相液晶）の異方性ゲルを含む新規ＬＣ装置を提供する。
【００１９】
例えば、高分子安定化高キラル液晶装置は、セル状に配置された液晶材料の明確な別個の本体を囲む実質的に連続した高分子構造のケースを有する高分子集合ブルー相液晶システムを介して達成してもよい。これらの集合構造は、全体的に結合してマトリックスを形成する。これは、高キラル液晶システムの角度複屈折が減少する。
【００２０】
高分子安定化高キラル液晶材料のセルは、それぞれの本体内の液晶材料が複数のドメインに配置されたポリドメイン動作状態を示し、各ドメインは、液晶の分子が少なくとも１つの軸において実質的に共通に識別可能な小さな螺旋ピッチを有するある量の液晶材料によって画定され、隣接ドメインの決定された整列は互いに実質的に発散し、経時的に安定である。電界を印加すると、各ドメイン内の液晶分子は、液晶システムの電気光学特性が高分子ホストの電気光学特性と一致し、液晶システムが透明になり、透過状態における非常に低い残留ヘイズを有する（例えば、軸外高視野角を含む実質的に全ての視野角で、例えば４％未満の範囲内である）ような同様の構成をとる。同時に、そのような液晶装置は、非透過状態における良好な不透明度、例えば１００％±３％のヘイズ値を保持する。
【００２１】
高分子安定化高キラル液晶の例は、高分子集合ブルー相液晶である。説明を容易にするために、本開示はブルー相液晶に関連する様々な実施形態を説明してもよい。本開示はブルー相液晶に限定されないが、本開示は一般に高分子安定化高キラル液晶に関し、本明細書における記載が、任意の高分子安定化高キラル液晶に同様に適用されることが当業者に理解されるであろう。高分子安定化高キラル液晶液滴（例えば、高分子含有シェルにカプセル化したブルー相液晶）もまた、ガラス板に直角でありかつ面内電界切り替えの両方を有する電気光学膜に配置してもよい。例えば、ブルー相液晶（ＢＰＬＣ）と高分子との混合物の溶媒蒸発誘導相分離によって膜を調製してもよい。膜は、例えばガラス又はＰＥＴ上に直接被覆され、２つの被覆導電性基板（例えば、ＩＴＯで被覆した導電性基板）の間に積層され、膜全体に印加される電界に応答して光散乱と透明状態を切り替えることができる。
【００２２】
高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶（例えば、ＢＰＬＣ）は、安定化超ねじれ液晶を、１つ以上の単量体及び光開始剤を含む単量体混合物と混合することによって達成してもよい。高分子含有シェルは、高分子と液晶との混合物であることが好ましい。超ねじれ液晶は、ネマティック液晶材料を、安定化超ねじれ液晶をもたらす１つ以上のキラルドーパント（本明細書では「ツイスタ」と呼ぶことがある）と混合することによって形成してもよい。安定化超ねじれ液晶と単量体混合物とを混合する場合、高分子含有シェル（マイクロセル）にマイクロカプセル化した超ねじれキラルネマチック液晶の複数の別個の回転楕円体を含む液晶の双安定状態が得られる。ネマチック液晶へキラルドーパントを導入することによって、液晶のねじれを引き起こす。次に、超ねじれ液晶は、適度の印加電圧の下で電気光学的に切り替え可能である自己集合三次元光結晶を形成してもよい。この液晶装置は、本明細書ではＢＰＬＣと呼んでもよい。高分子含有シェルにカプセル化した、得られた高分子安定化高キラル液晶は、本明細書ではコア−シェル散乱体と呼んでもよい。要約すると、散乱体は、非混和性のネマチック液晶のコアと、高分子含有シェルにカプセル化したキラルドーパント（ツイスタ）とを含む。コア−シェル散乱体は、高分子骨格又は結合高分子マトリックス中に分散されてもよい。
【００２３】
分子複屈折の代わりにコア−シェル散乱体装置を用いることにより、例えば周囲のネマトザンに起因する屈折率の不一致に関連する問題を克服する。散乱体コアとして非常に小さなピッチの高分子安定化高キラル液晶（例えば、ＢＰＬＣ）の使用が好ましい。ピッチは、高キラル液晶（例えば、ＢＰＬＣ）を製造するために用いられるキラルドーパントの濃度及びねじれ力の両方に依存する。ネマチック液晶とキラルドーパントとの混合物を用いると、例えば、限定されないが、周囲条件での不混和性の間隙を誘発することと、オフ（非透過）状態でのランダム複屈折に起因してオフ状態における不透明度を増加させることと、（透過）状態の角度に対するヘイズが低い（例えば、６０度以上の広範囲の視野角の場合、４％未満）ように、印加された電界で複屈折を調整する能力とを含むいくつかの利点がある。オン状態における少なくとも特定の構成要素の有効屈折率が広範囲の視野角に亘って大きく変化しないように層を設計することによりヘイズを低減させてもよい。
【００２４】
典型的には、液晶は、少なくとも一方向に配置され、可動性を保ちながら他の方向に無秩序なままである棒状分子から作られる。高分子安定化高キラル液晶（例えば、これに限定されないが、ＢＰＬＣ）では、分子の整列は複雑な形態をとる。ＢＰＬＣでは、液晶分子は、キラルドーパント（ツイスタ）の添加により、整列の方向が螺旋にねじれる間に螺旋自体が三次元で交差し、このような構造が数百ｎｍ毎に規則的に繰り返す円筒状の配列に集合される。これは、適度の印加電圧（例えば、電界）の下で電気光学的に切り替え可能である自己集合三次元光結晶をもたらす。高分子安定化高キラル液晶（例えば、これに限定されないが、ＢＰＬＣ）は、コア−シェル散乱体のコアを含む。前記のように、コア−シェル散乱体は、高分子骨格又は結合高分子マトリックス中に分散されてもよい。
【００２５】
高分子骨格又は結合高分子マトリックス上に分散されたコア−シェル散乱体は、その表面を面する表面の内側の上に配置された透明な導電性電極（例えば、インジウム−スズ酸化物、フッ素ドープされたスズ酸化物、銀、又はそれらの適切な材料からなる）を有する２つの基板の間に挟まれた電気光学層に配置されてもよい。切り替え可能な窓のような切り替え可能な用途について、高分子安定化高キラル液晶のマイクロセルは、少なくとも２つの状態で任意に動作可能である。第１の状態では、光は液晶本体を透過し、第２の状態では、液晶本体によって光が散乱され吸収される。第２の状態の本体は、各々液晶本体内のディスクリネーション又はドメインを最小化及び／又は低減する規則正しい液晶テクスチャを有する。液晶テクスチャは、超ねじれキラルネマチック液晶の上部構造を含む。
【００２６】
ＢＰＬＣのような高分子安定化高キラル液晶を製造する例示的な方法は、ネマチック又はコアベント液晶ホストにキラルドーパントを添加することによって高分子安定化高キラル液晶、例えばＢＰＬＣを形成することを含んでもよい。好ましくは、液晶ホストは広いネマチック範囲を有する。キラルドーパントは、ネマチック液晶ホストに高いキラリティを導入して、ブルー相を誘発する。ピッチ長さ（ｐ）は、キラルドーパントの濃度（ｃ）及び螺旋のねじれ力（ＨＴＰ）に反比例する。例えば、次のようである：ｐ＝１／（ＨＴＰｘｃ）。従って、ピッチ長さ、従って、ブラッグ反射波長は、異なるキラルドーパントを選択するか、又はキラルドーパントの濃度を変えることによって調整してもよい。より弱いＨＴＰを有するドーパントのキラルドーパント濃度を増加すると、例えば、ネマチックＬＣホスト分子の比が低下してカー定数が低くなり、高分子安定化高キラル液晶又はＢＰＬＣの透明点を低下させ、ピッチ長さの飽和を減少させるなどのいくつかの欠点につながる可能性がある。本開示によれば、２つの異なるキラルドーパントを液晶ホストに添加することにより、好ましい液晶特性が得られる。一端液晶及びキラルドーパント溶液が安定化されると、液晶及びキラルドーパント溶液に少量の単量体及び光開始剤が添加される。コア−シェル散乱体は、液晶及びキラルドーパント溶液を単量体及び光開始剤の溶液と混合し、例えば温水ビーカー浴中で混合物をインキュベートし、室温まで下降冷却することによって形成される。重合が開示されると、非平衡構造が、相分離ダイナミクスと反応速度論との間の競合に依存して起こしてもよい。オリゴマが形成され、大きさが増大するにつれて、液晶ホスト中の溶解性が低減して、相分離及び局所的な濃度勾配を誘導する。低いホスト粘度は、密度の高い高分子が豊富な領域に向かうオリゴマの等方拡散速度を誘導する。全体の最小化及び／又は液晶システムの自由エネルギが減少する。重合が進むにつれて、液晶システムはまず準安定領域を通過し、次いでスピノーダル領域にドリフトする。相分離は、重合速度によって誘導される単量体濃度及び液晶によって制御される。後の段階では、界面張力及び種の拡散は、新生構造の形状及び成長速度を制御する。液晶表面エネルギの最小化及び／又は減少は、実質的に球状の構造に有利である。液晶の静水圧は、ラプラシアン圧力と界面張力によってバランスがとられ、高キラル液晶をカプセル化した密度の高い高分子含有シェルを形成する。その結果、コア−シェル散乱体の膨潤ゲルが形成される。
【００２７】
単量体（光開始剤を含む）とキラルにドープされた液晶とを乳化混合した後、ＵＶ硬化を行う。このＵＶ硬化は、液晶及び高分子マトリックスを安定化させる。ＵＶ暴露の前に、界面活性剤を用いて、液晶の周辺の高分子ゲルの表面エネルギを増加させることができる。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態では、切換え可能な窓が提供され、該切換え可能な窓は、それぞれの透明導電性電極を各々支持する第１及び第２の透明基板と、結合高分子マトリックス中に分散された複数のマイクロセルを含む電気光学層と、を含み、前記マイクロセルは、各々高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶液滴を含み、前記電気光学層は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、及びそれぞれの透明導電性電極の間に挟まれている。高分子安定化高キラル液晶液滴は、キラルドーパントでドープされたネマチック液晶を含んでもよい。キラルドーパントは、互いに異なるねじれを提供するように、異なるそれぞれのねじれを各々有する第１及び第２の異なるキラルドーパントを含んでもよい。液晶は、二重ねじれ円筒を形成してもよい。切り替え可能な窓は、透明な電極の間に電界を形成し、電界によって高分子安定化高キラル液晶液滴を整列させ、切り替え可能な窓を実質的に透明な透過のオン状態にあるように構成される。透過状態における切り替え可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から４５度及び／又は６０度の視野角において６％以下（より好ましくは４％以下、さらにより好ましくは３％以下、最も好ましくは２％以下）であってもよい。電気光学層は、異方性又は実質的に異方性のゲルであってもよい。
【００２９】
本発明の例示的な実施形態では、切り替え可能な窓が提供され、その切り替え可能な窓が、第１及び第２の透明導電性電極を各々支持する第１及び第２の透明基板と、結合高分子系のマトリックス中に分散された複数のコアを含む異方性ゲル電気光学層とを含み、前記コアが各々高分子含有シェルにカプセル化したキラルにドープされた液晶を含み、前記異方性ゲル電気光学層は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、及び第１の透明導電性電極と前記第２の透明導電性電極との間に挟まれ、前記切り替え可能な窓は前記第１の透明導電性電極と前記第２の透明導電性電極との間に電界を形成し、前記電界によって前記液晶を実質的に整列させて前記異方性ゲル電気光学層を切り替え可能な窓が実質的に透明な透過のオン状態にあるように構成され、透過のオン状態における０〜８０度の入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここで、ｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率であり、それぞれの電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘ってｎｐ、ｎｃ及びｎｓは０．１より大きく変化しない。
【００３０】
本発明の例示的な実施形態では、異方性ゲルを含む電気光学材料を製造する方法が提供され、該方法は、所定量の少なくとも１つの単量体を、所定量の光開始剤と混合して単量体と光開始剤の溶液を調製する工程と、ネマチック液晶溶液をキラルドーパントと混合してキラルにドープされた液晶溶液を調製する工程と、キラルにドープされた液晶溶液を、単量体と光開始剤の溶液と混合する工程と、単量体と光開始剤の溶液とキラルにドープされた液晶溶液との混合物をインキュベートする工程と、異方性ゲルを形成するためにインキュベートした混合物を冷却する工程とを含む。キラルドーパントは、第１のキラルドーパント及び第２のキラルドーパントを含んでもよく、第１及び第２のキラルドーパントは、異なるキラリティを有する。
【００３１】
本発明の例示的な実施形態では、電気光学材料が提供され、該電気光学材料は高分子マトリックス中に分散された複数のマイクロセルを含み、各マイクロセルは高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶材料を含む。高分子含有シェルは、実質的に球状であってもよい。高分子含有シェルの厚さは、０．２５〜１μｍの範囲であってもよい。高分子含有シェルにカプセル化した液晶材料の直径は、１〜１０μｍの範囲であってもよい。液晶材料は、マトリクス状に配置された複数の二重ねじれ液晶円筒を含むブルー相液晶材料を含んでもよい。電気光学材料は、異方性又は実質的に異方性のゲルであってもよい。
【００３２】
本開示の前記及び他の態様、特徴及び付随する利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかであり、より容易に理解され、図面において、同様の参照番号が同様の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、従来の高分子分散液晶の切り替え可能な窓内の構成を示す図である。
【図２】従来の高分子分散液晶切替窓の構造を示す図である。
【図３】本開示の例示的な一実施形態による、２つのキラルドーパントを用いて形成された超ねじれ液晶を含むコア−シェル散乱体の例示的な構成を示す図である。
【図４】本開示の例示的な実施形態による例示的なコア−シェル散乱体を示す図である。
【図５】本開示の例示的な実施形態による、高分子含有シェルにカプセル化したコア−シェル散乱体を含む切り替え可能な窓の例示的な構成を示す図である。
【図６】本開示の例示的な実施形態によるＢＰＬＣを形成するキラルにドープされたネマティック液晶の二重ねじれ円筒装置を示す図である。
【図７】本開示の例示的な実施形態による、ＢＰＬＣを形成するキラルにドープされたネマティック液晶の二重ねじれ円筒の自己集合三次元光結晶を形成する例示的な工程を示す図である。
【図８】本開示の例示的な実施形態によるＢＰＬＣコア−シェル散乱体の異方性ゲルを製造する例示的な工程を示すフローチャートである。
【図９】高分子安定化高キラル液晶が高分子含有シェルにカプセル化した例示的な工程を示す図である。
【図１０】電圧が印加される場合オン状態における例示的実施形態によるコア（ｎｃ）、シェル（ｎｓ）、及び高分子（ｎｐ）の有効屈折率を角度の関数として示す。
【図１１】本開示の例示的な一実施形態による高分子含有シェルにカプセル化したコア−シェル散乱体を含む切り替え可能な窓の例示的な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本開示の様々な例示的実施形態は、添付の図面を参照して本明細書においてより詳細に記載される。
【００３５】
窓の大きさＳと最大視野角（θ、φ）と窓からの観察者の垂直距離との間には単純な関係がある。平らな表面積ｄＳ、配向
2019514047.tif 000003
、及び観察者からの距離ｒを有する窓の小さなファセットに対する立体角を次の式のように近似してもよい。
【数１】
2019514047.tif 000004
【００３６】
球の表面積は次のようである：Ａ＝４pｒ２。点Ｐに対する任意の配向表面Ｓの立体角は、中心Ｐを有する単位球への表面Ｓの投影の立体角であり、表面積分として算出してもよい。
【数２】
2019514047.tif 000005
【００３７】
観察者への投影ヘイズは立体角に比例する。その結果、ヘイズは立体角と共に増加し、これは窓の大きさに比例して変化し、窓からの距離の二乗に反比例する。光学的には、角度ヘイズの起源は、界面の密度、波長及び角度の関数として複屈折液晶及び高分子の平均屈折率＜ｎ＞との不一致に関係する。複屈折液晶及び高分子の平均屈折率＜ｎ＞との一致は法線角で最適に近いが、複屈折液晶及び高分子の平均屈折率＜ｎ＞との不一致は視野角の関数として増加する。
【００３８】
従来のＰＤＬＣ装置では、垂直入射におけるオン状態の残留ヘイズは、層の厚さ、液滴の液滴密度、及び液滴大きさに関連する。
【００３９】
オフ状態では、ＬＣ屈折率のより正確な表現は次のようである。
【数３】
2019514047.tif 000006
【００４０】
これは、高分子屈折率ｎｐに調整されていない（２ｎｏ＋ｎｅ）／３によって近似してもよい。従来のＰＤＬＣ装置では、高分子マトリックス屈折率は実質的に一定であり、従って、光の散乱が支配的である。オン状態及び垂直入射におけるＬＣの屈折率は理論的に高分子の屈折率と一致し、光は散乱されずに進行する。しかし、回転楕円体の外周の位置のために、いくつかのＬＣ分子は斜めの角度にあり、他のものはディスクリネーションに固定されており、その結果、駆動周波数での磁場と平行に整列しない。従って、垂直入射でさえ、残留ヘイズがある。しかし、垂直入射以外の角度では、高分子とＬＣとの間の屈折率の不一致は、角度の正弦の二乗に比例して増加し、その結果、透過状態で角度ヘイズが増加する。
【００４１】
本開示は、従来のＰＤＬＣ設計に関連する前記の問題及び欠点に対する解決策を提供する。本開示によれば、例えばブルー相のような高キラル液晶は、高分子含有シェルにカプセル化され、高分子マトリックスに固定される。説明を容易にするために、本開示は、高キラル液晶の一例としてブルー相液晶（ＢＰＬＣ）を指してもよい。しかし、当業者には、本開示はＢＰＬＣに限定されないが、本明細書で論じる特性を示す任意の高分子安定化高キラル液晶を包含することが理解されるであろう。屈折率の一致は、ゼロ電界状態にある場合、液晶ブルー相の等方性平均屈折率を高分子カプセル材料の等方性平均屈折率に調整するようなものである。しかし、電界が存在する場合、液晶分子は各ドメイン内で整列して複屈折が誘導され、高分子マトリックスとカプセル化した液晶ブルー相との間の屈折率に不一致がある。
【数４】
2019514047.tif 000007
【００４２】
ＥＯ−ＰＬＣは、電圧オフ状態において光学的に等方性であり、その屈折率は高分子ホストに同一である。電界を印加すると、電界に沿って長軸に複屈折が誘導される。誘導された複屈折は、局部的な分子の再配向によるものである。従って、平均屈折率は、任意の所与の電界において実質的に一定に保たれる。
【００４３】
ここで、ｎｉｓｏは電圧オフ状態の屈折率である。ｎｏ（Ｅ）は電界に垂直な電界依存屈折率であり、ｎｅ（Ｅ）は電界に平行な電界依存屈折率である。
【００４４】
外部電界下におけるブルー相液晶の誘導された複屈折（Δｎｉｎｄ）は、次のようにカー効果によって支配される。
２Δｎｉｎｄ＝ｎｅ（Ｅ）−ｎｏ（Ｅ）＝λＫＥ（３）
λは波長、Ｋはカー定数、Ｅは電界の振幅である。
【００４５】
本開示は、適度の印加電圧（例えば、電界）の下で電気光学的に切換可能である自己集合三次元光結晶を形成するように、例えば、メソゲン性高分子システムシェルにカプセル化した、安定化高キラル液晶（例えば、ブルー相液晶）の異方性又は実質的に異方性のゲルを含む新規ＬＣ装置を提供する。本発明者は、高い角度の複屈折（例えば、１．５１から１．７５まで）を有するＬＣを用いて開始し、キラルドーパントを介してそれをドープして、（装置がオン状態にある場合）ドープしない液晶よりも実質的により小さい角度の複屈折を有する高キラル液晶システムを形成する。特定の実施形態では、窓は、高キラル液晶層がオン／透過状態にある場合、少なくとも６０％（より好ましくは、少なくとも７０％、最も好ましくは少なくとも８０％）の可視光透過率を有する。特定の実施形態では、電気光学層は、５５０ｎｍで約０．２３〜０．３３、より好ましくは約０．２６〜０．２９の複屈折を有してもよい。
【００４６】
例えば、液晶装置は、セル状に配置された液晶材料の明確な別個の本体を囲む実質的に連続した高分子構造のケースを有する高分子集合ブルー相液晶システムを介して達成してもよい。これらの集合構造は、全体的に結合してマトリックスを形成する。
【００４７】
液晶材料のセルは、各本体内の液晶材料が複数のドメイン内に配置され、各ドメインはその分子が少なくとも１つの軸において実質的に共通に識別可能な小さな螺旋ピッチを有する任意量の液晶材料によって画定され、隣接ドメインの決定された整列は互いに実質的に発散し、経時的に安定である。電界を印加すると、各ドメイン内の液晶分子は、液晶システムの電気光学特性が高分子ホストの電気光学特性と一致し、液晶システムが透明になり、透過状態における非常に低い残留ヘイズを有する（例えば、広範囲の視野角、例えば６０度以上にわたって４％未満の範囲内である）ような同様の構成をとる。
【００４８】
高分子集合ブルー相液晶液滴（例えば、高分子シェルにカプセル化したブルー相液晶又は安定化高キラル液晶）もまた、ガラス板に直角でありかつ面内電界切り替えの両方を有する電気光学膜に配置してもよい。例えば、ブルー相液晶（ＢＰＬＣ）と高分子との混合物の溶媒蒸発誘導相分離によって膜を調製してもよい。膜は、例えばガラス又はＰＥＴ上に直接被覆され、２つの被覆された導電性基板（例えば、ＩＴＯで被覆した導電性基板）の間に積層され、膜全体に印加される電界に応答して光散乱と透明状態を切り替えることができる。
【００４９】
図３は、高分子含有シェル（例えば、これに限定されないが、メソゲン性高分子含有シェルなど）にカプセル化した高分子安定化高キラル液晶の例を示す図である。
【００５０】
この例では、高分子含有シェルにカプセル化したＢＰＬＣをマイクロセル１０と呼んでもよい。マイクロセル１０は、高分子含有シェル２０、例えば、限定されないが、メソゲン性高分子含有シェルを含む。高分子含有シェル２０は、実質的に球状であってもよく、高分子安定化高キラル液晶、例えば、ＢＰＬＣ５０をカプセル化する。高分子安定化高キラル液晶、例えば、ＢＰＬＣ５０は、２つのキラルドーパント３０、４０を有するネマチック液晶材料を含み、このようなキラルドーパントはネマチック液晶材料にねじれを誘発する。以下に詳細に説明するように、これらのキラルドーパントの添加は、ネマチック液晶中にねじれを誘発し、キラルドープされた液晶が安定化高キラル液晶（例えば、ＢＰＬＣ）を提供する二重ねじれ円筒の格子又はマトリクスを形成する。２つの異なるキラルドーパントを用いることにより、二重ねじれ円筒への二重ねじれ及び自己配列が容易になる。この例では、キラルにドープされた液晶材料４０は、例えば、限定されないが、Ｍｅｒｃｋから入手可能なＭＤＡ３５０６を含み、その主成分として４−（（４−エチル−２、６−ジフルオロフェニル）−エチニル）−４´−プロピルビフェニル及び２−フルオロ−４、４´−ビス（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）−ビフェニルを有する。キラルにドープされた液晶材料３０は、Ｍｅｒｃｋからも入手可能なＥ７を含み、４−シアノ−４´−ｎ−ペンチル−ビフェニル、４−シアノ−４´−ｎ−ヘプチル−ビフェニル、４−シアノ−４´−ｎ−オクシオクチル−ビフェニル、４−シアノ−４´´−ｎ−ペンチル−ｐ−ターフェニルを含む。この例では、キラルにドープされた液晶４０は、Ｍｅｒｃｋからも入手可能なキラルドーパント（ツイスタ）ＳＬＩ３７８６（Ｓ８１１）を含む。キラルにドープされた液晶材料３０に用いられるキラルドーパントは、Ｍｅｒｃｋから入手可能なＺＬＩ４５７１を含んでもよい。これは、高キラル液晶システムの角度複屈折を減少させ、垂直から４５度及び／又は６０度の視野角のような大きな視野角においてヘイズの低下を可能にする。
【００５１】
このように、マイクロセル１０は、例えば高分子含有シェル２０にカプセル化したブルー相の液晶を含む二重ねじれ円筒、及び二重ねじれ円筒の格子又はマトリクスへの自己配列の形成を誘導するために、異なるキラリティを有する異なるドーパントでキラルにドープされたネマチック液晶材料を含む二重ねじれ円筒の格子を含む。
【００５２】
図４は、本開示の例示的な実施形態による例示的なコア−シェル散乱体を示す図である。
【００５３】
図４に示すように、マイクロセル１０は、例えばＢＰＬＣ５０をカプセル化した高分子含有シェル２０を含む。この例では、マイクロセル１０は実質的に球状である。高分子含有シェル２０の厚さｂは、例えば、限定されないが、０．２５〜１μｍの範囲であり、高分子含有シェル２０にカプセル化したＢＰＬＣ５０の直径ａは、限定されないが、１〜１０μｍの範囲である。図４に示すマイクロセル１０は、後述するカプセル化したＢＰＬＣを作成する例示的な方法によって得られてもよい。
【００５４】
ＢＰＬＣの閾値電圧は、高分子含有シェル２０の厚さｂ及びＢＰＬＣ５０の直径ａ（ｂ／ａ）、液晶対高分子誘電率の比（＞＞１）及び界面電荷に比例する。
【００５５】
高分子含有シェルにカプセル化したＢＰＬＣは、安定化超ねじれ液晶を、１種以上の単量体及び光開始剤を含む単量体混合物と混合することによって達成してもよい。超ねじれ液晶は、ネマティック液晶材料を、安定化超ねじれ液晶をもたらす１つ以上のキラルドーパント（本明細書では「ツイスタ」と呼ぶことがある）と混合することによって形成してもよい。安定化超ねじれ液晶と単量体混合物とを混合する場合、高分子含有シェル（マイクロセル）にマイクロカプセル化した超ねじれキラルネマチック液晶の複数の別個の回転楕円体を含む液晶の双安定状態が得られる。ネマチック液晶へキラルドーパントを導入することによって、液晶のねじれを引き起こす。次に、超ねじれ液晶は、適度の印加電圧の下で電気光学的に切り替え可能である自己集合三次元光結晶を形成してもよい。この液晶装置は、本明細書ではＢＰＬＣと呼ばれる。高分子含有シェルにカプセル化した得られたブルー相液晶は、本明細書ではコア−シェル散乱体と呼んでもよい。要約すると、散乱体１０は、非混和性のネマティック液晶のコアと、高分子含有シェル２０にカプセル化したキラルドーパント（トラスタ）５０とを含む。コア−シェル散乱体は、図５に示すように、高分子骨格又は結合高分子マトリックス中に分散されてもよい。
【００５６】
図５は、本開示の例示的な実施形態による、高分子骨格又は結合高分子マトリックス中に分散され、２つの基板の間に挟まれたマイクロセル又はコア−シェル散乱体を示す図である。
【００５７】
図５に示すように、切替え可能な窓５００の一例は、２つの基板８０、９０を含んでもよい。基板８０、９０は、透明であり、例えば限定されないが、ガラス、ＰＥＴなどで構成されてもよい。基板８０、９０は、各々、切り替え可能な窓の内部空間に面する基板８０、９０の表面に配置された透明電極（図示せず）を含んでもよい。従って、例えば、各基板８０、９０は、例えば、電気光学層５１０に面するＩＴＯ電極を有するガラス基板で構成されてもよい。透明電極は、例えば、限定されないが、透明な導電性酸化物（例えば、限定されないが、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ））を含んでもよい。特定の実施形態では、透明導電性電極は、各々、電極と電気光学層５１０との間に位置するように電極の表面上に誘電体層（例えば、シリコン二酸化物、シリコンオキシ窒化物、及び／又はシリコン窒化物）を有する。従って、各基板８０、９０は、例えば、ＩＴＯ電極を有するガラス基板と、電気光学層５１０に面する誘電体層とで構成されてもよい。少なくとも１つの電極と電気光学層５１０との間に、シリコン酸化物、シリコン窒化物、及び／又はシリコンオキシ窒化物などの材料の又はこれを含む誘電体層の存在は、電圧の印加中にアーキング／短絡を有利に低減することが分かる。電界を誘導して、２つの基板８０、９０の間に挟まれた電気光学材料５１０の透過率を制御するために、透明電極に電力を供給してもよい。電気光学材料は、電気光学素子として本明細書で呼ばれてもよい。
【００５８】
電気光学層５１０は、上述したように、高分子含有シェル２０によってカプセル化したＢＰＬＣ５０を含んでもよい複数のマイクロセル（散乱体）１０を含む。複数のマイクロセル１０は、例えば、結合高分子マトリックス６０中に分散されていてもよい。Ｌｇは電気光学素子５１０（又はセル間隙）の厚さを表し、Ｌｇは本発明の例示的な実施形態では約９〜１７μｍであることが好ましい（より好ましくは約１０〜１５μｍ）。異方性ゲル電気光学層５１０はオン状態とオフ状態の両方において異方性であるが、電圧を印加すると、層５１０の異方性を低減することができる。異方性ゲル電気光学層５１０は、固体状態層であるが剛性ではない。異方性ゲル電気光学層５１０のゲル性質は、スポンジ状の感触及び粘度を有するゲルの形態の固体状態層をもたらし、この層５１０は液体ではない。
【００５９】
高分子骨格又は結合高分子マトリックス６０上に分散されたコア−シェル散乱体１０は、その表面を面する内側表面の上に配置された電極を有する２つの基板８０、９０の間に挟まれた電気光学層５１０に配置されてもよい。切替可能な窓などの切替可能な用途について、マイクロセル１０は、少なくとも２つの状態で任意に動作可能である。第１の状態では、光は液晶本体を透過し、第２の状態では、液晶本体によって光が散乱され吸収される。第２の状態の本体は、各々液晶本体内のディスクリネーション又はドメインを最小化及び／又は低減する規則正しい液晶テクスチャを有する。液晶テクスチャは、超ねじれキラルネマチック液晶の上部構造を含む。
【００６０】
操作において、切換可能な窓５００はオフ状態（例えば、透明電極に電圧が印加されていない）において実質的に不透明である（例えば、１００％±３％のヘイズを有する）。１つ以上の透明電極に電圧が印加されると、切り替え可能な窓５００は透過性である。マイクロセル１０にＢＰＬＣ５０を用いることにより得られる切替え可能な窓５００は、透過状態において、実質的に大きな視野角においてさえも、非常に低いヘイズ（例えば、４％未満）を示す。電気光学素子５００のオン状態とオフ状態は異なって動作してもよく、上述した状態は一例に過ぎないことが理解されるであろう。
【００６１】
分子複屈折の代わりにコア−シェル散乱体装置を用いることにより、例えば周囲のネマトザンに起因する屈折率の不一致に関連する問題を克服する。散乱体コアとして非常に小さなピッチのキラルＢＰＬＣを用いることが好ましい場合がある。ピッチは、ＢＰＬＣを製造するために用いられるキラルドーパントの濃度及びねじれ力の両方に依存する。ネマチック液晶とキラルドーパントとの混合物を用いると、例えば、限定されないが、周囲条件での不混和性の間隙を誘発することと、オフ状態でのランダム複屈折に起因してオフ（非透過）状態における不透明度を増加させることと、（透過）状態の角度に対するヘイズが低い（例えば、４％未満）ように、印加された電界で複屈折を調整する能力とを含むいくつかの利点を提供する。
【００６２】
図１１は、図５と同様に、本開示の例示的な一実施形態に係る切換可能な窓の例示的な構成を示す断面図である。図１１は、第１及び第２の透明導電性電極を各々支持する第１及び第２の透明基板（８０、９０、任意の順序で）及び基板８０、９０間の異方性ゲル電気光学層を示す。固体状態異方性ゲル電気光学層は、結合高分子系のマトリックス６０中に分散された複数のキラルにドープされたＬＣコア５０を含み、コア５０は、各々、高分子とＬＣの混合物であってもよいシェル２０にカプセル化する。切り替え可能な窓は、第１の透明な導電性電極と第２の透明な導電性電極との間に、従って、基板８０と基板９０との間に電界を形成し、前記電界によってゲルの液晶を実質的に整列させて異方性ゲル電気光学層を切換可能な窓が実質的に透明である透過のオン状態にあるように構成される。図１０に示すように、オン状態における０〜８０度の全入射角でｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここで、ｎｐ、ｎｃ及びｎｓは、各々、高分子６０、コア５０及びシェル２０領域の有効屈折率である。基板間に図１１に示す異方性ゲル層中の暗い領域６０は、コアとシェルが位置する結合高分子マトリックスを示す。また、図１１に示す結合高分子マトリックス６０は、コア／孔５０の間に延在し、基板８０、９０（又はその上の層、例えば、電極又は誘電体層）と接触することにも留意する。本明細書で説明したように、図１０に示すように、電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘ってｎｐ、ｎｃ、ｎｓは、０．１より大きく変化しないため、従来のＰＤＬＣ窓と比較して大幅に低減されたヘイズを有する層が実現される。
【００６３】
図１１はまた、セル間隙が中央領域の大きなコア／孔領域と、基板８０、９０に隣接する領域の小さなコア／孔領域とで構成されていることを示す。コア／孔は、本発明の特定の実施形態では、基板に隣接する小さなコア／孔の面積／領域と比較して平均で中央領域で少なくとも５０％大きくてもよい。
【００６４】
図６は、本開示の例示的な実施形態による、ネマチック液晶にキラルドーパントを導入することによって生成された液晶の二重ねじれ円筒装置を示す図である。
【００６５】
典型的には、液晶は、少なくとも一方向に配列され、可動性を保ちながら他の方向に無秩序なままである棒状分子から作られる。例えば、ＢＰＬＣでは、分子のこの整列はより複雑な形態をとる。液晶分子は、キラルドーパント（ツイスタ）の添加により、整列の方向が螺旋にねじれる間に螺旋自体が三次元で交差し、構造が数百ｎｍ毎に規則的に繰り返す円筒状の配列に集合される。図６は、液晶分子６００の二重ねじれ円筒を示す。これらの円筒６００は、下記図７に示すように、三次元で交差して二重ねじれ円筒の格子又はマトリクスを形成してもよい。これは、適度の印加電圧（例えば、電界）の下で電気光学的に切り替え可能である自己集合三次元光結晶をもたらす。二重ねじれ円筒のマトリックスは、コアシェル散乱体１０のコア５０を含む。前記のように、コア−シェル散乱体は、高分子骨格又は結合高分子マトリックス６０中に分散されてもよい。
【００６６】
図７は、本開示の例示的な実施形態による、二重ねじれ円筒の格子又はマトリックスを形成する例示的な工程を示す図である。
【００６７】
図７を参照すると、ネマチック液晶分子７１０は、前記のように１つ以上のキラルドーパントと混合されてもよい。この例では、異なるキラリティを有する２種の異なるキラルドーパントの使用が好ましい。キラルドーパントと混合された後、キラルにドープされた液晶分子（高キラル液晶）は、整列の方向が螺旋７２０にねじれる間に螺旋状自体が三次元で交差して二重ねじれ円筒６００の格子又はマトリックス７３０を形成する円筒状の配列又は二重ねじれ円筒６００に自己集合してもよい。結果は、従来のＰＤＬＣ装置と比較して優れた光学性能を提供する格子又はマトリックス構造を有する高キラル液晶、例えばＢＰＬＣである。
【００６８】
図８は、本開示の例示的な実施形態による高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶の製造方法の一例を示すフローチャートであり、図１０は、電気光学層がオン状態にある場合、例示的な実施形態によるコア（ｎｃ）、シェル（ｎｓ）、及び高分子（ｎｐ）の有効屈折率を角度の関数として（５５０ｎｍで）示す。図１０の有効屈折率値ｎｃ、ｎｐ及びｎｓはオン状態にあり、オフ状態にある場合のｎは本質的にｎｅｆｆであり、散乱がフォーカルコニック（ｆｏｃａｌ  ｃｏｎｉｃｓ）に起因することに留意する。例示的な実施形態は、ＬＣと超ねじれドーパントと高分子ネットワークケーシングとを混合することによって異方性ゲルを製造することに関する。ケーシングは、例示的な実施形態では、実質的に球状又は球状であってもよい。「実質的に球状」とは、球状の±１５％を意味することに留意する。単純化モデルでは、球状であると仮定する。
【数５】
2019514047.tif 000008
ｎｅｆｆ＾２＝（ｎｏ＾２＋ｎｅ＾２）／２
【００６９】
特定の実施形態では、図１０に示すように、電気光学層がオン状態にある場合、例えば、０〜８０度の全ての入射角においてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓである。オン状態とは、電圧が印加され、層が透過状態にある場合である。特定の実施形態では、図１０に示されているように、オン状態の０〜８０度の全ての入射角において、ｎｓは１．６２〜１．７１（より好ましくは１．６３〜１．６９）であり、ｎｃは１．５７〜１．６６（より好ましくは１．５８〜１．６４）であり、ｎｐは１．５２〜１．６０（より好ましくは１．５２〜１．５９、最も好ましくは１．５２〜１．５８）である。これらの値は、オン状態における切り替え可能な窓の用途においてヘイズを低減することを可能にする。従来のＰＤＬＣ切換可能な窓は、入射角が０から９０度へと変わるについて、有効屈折率が約１．５１から約１．７７へと大きな変化を経験する液晶層を用いて、窓内に著しいヘイズをもたらす。対照的に、例えば図１０に示すような本発明の例示的な実施形態では、電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って移動する：（ｉ）ｎｓは、０．１より大きく変化しなく、より好ましくは０．０５より大きく変化しなく、最も好ましくは０．０４より大きく変化しなく、（ｉｉ）ｎｃは０．０５より大きく変化しなく、より好ましくは０．０３より大きく変化しなく、最も好ましくは０．０２より大きく変化しなく、（ｉｉｉ）ｎｐが０．０５より大きく変化しなく、より好ましくは０．０３より大きく変化しなく、最も好ましくは０．０２より大きく変化しない。広範囲の入射角及び視野角に亘って安定性を示すこれらの値は、意外にも予想外にも、従来のＰＤＬＣ切替え可能な窓と比較して、オン状態の切替え可能な窓の用途においてヘイズが大幅に低減されることを可能にする。
【００７０】
特定の実施形態では、高分子／ＬＣの比は、その混合物を高分子安定化高キラル液晶の異方性ゲルへ相分離するの前及び／又は後に、約８〜３０％、より好ましくは約１０〜２０％である。このような範囲は、窓のオン状態におけるヘイズの低減及び安定性の向上をもたらすことが分かっている。
【００７１】
さらに、特定の例示的な実施形態では、窓内のゲル層５１０内の高分子分布は、均一ではなく勾配される。例えば、電極間の中間面には高分子が多く、電極には直ぐ近くには高分子が存在しない可能性があり、反対に、ＬＣは、電極に直接隣接するＬＣが少なく、層５１０の中間面にＬＣが多くなるように勾配される。特定の実施形態では、それぞれの基板８０、９０に近い高分子豊富領域は、約１０〜３０ｎｍの厚さであり、実質的に、層５１０の残りはＬＣ豊富である。ここでも、これらの特徴は窓内のヘイズの低減を向上することが分かっている。
【００７２】
図８を参照すると、高分子安定化高キラル液晶、例えば、ＢＰＬＣを製造する非限定的な１つの例示的な方法は、キラルにドープされた液晶混合物とのその後の混合物の単量体溶液を調製し、２つの溶液の乳化混合を行うことを含む。
【００７３】
例えば、操作８１０において、第１の単量体、例えばＥＨＭＡ（エチルヘキシルメタクリレート）を秤量し、第２の単量体、例えばＴＭＰＴＭＡ（トリメチロールプロパントリアクリレート）及びＵＶ硬化のために用いられる光開始剤（例えば、Ｃｉｂａ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ，Ｉｎｃ．から入手可能なＩＲＧ  ６５１）へ添加される。適切な混合物を確実にするために、溶液を１０分以上振盪することが好ましい場合がある。次いで、この溶液を液晶溶液との後の混合物に貯蔵してもよい。
【００７４】
操作８２０では、キラルにドープされた液晶溶液を製造してもよい。例示的な例として、上で詳細に論じたメルク社から入手可能である、Ｅ７、ＭＬＣ６０８０及びＭＤＡ３５０６などの３つ以下の液晶溶液を計量して秤量してもよいが、これらに限定されない。ＬＣ混合物に適切なキラルドーピングを与えるために、２つの異なるキラルドーパントを添加してもよい。これらのドーパントは、例えば、これに限定されないが、Ｍｅｒｃｋから入手可能なＺＬＩ３７８６及びＺＬＩ４５７１を両方とも含んでもよい。次いで、この溶液を後で単量体／光開始剤溶液と混合するために貯蔵してもよい。
【００７５】
操作８３０において、操作８１０からの単量体／光開始剤溶液を操作８２０からのキラルにドープされた液晶溶液と混合してもよい。これらの溶液を混合するための条件の例は、溶液を室温で混合し、その混合物を温水ビーカー浴中で７０℃で約５分間インキュベートする。次いで、インキュベートした溶液を、０．５℃／分で５０℃まで、次いで２℃／分で室温まで冷却する。従って、最初に液晶（ＬＣ）及びドーパントを溶解させるために用いられるインキュベーションの工程が存在する。これは、ＬＣのＴｇを上回り、ブルー相（ＢＰ）の形成に有利な速度で冷却される。次いで、単量体及びＰＩを添加して安定化させ、次いで相分離物を硬化させる。高分子はブルー相中にオリゴマがいくつか残っており（ディスクリネーションにおいて）、残りの高分子はこれらの構造の周辺にあり、バルク弾性率を提供して、異方性又は実質的に異方性のゲルを有する。これは、この物質が固体状態の軟質材料であるが非液体であることを考慮すると、用いられる。
【００７６】
前記で詳細に説明したように、高分子安定化高キラル液晶、例えばＢＰＬＣを製造する例示的な方法は、ネマチック又はコアベント液晶ホストにキラルドーパントを添加することによってブルー相液晶を形成することを含む。好ましくは、液晶ホストは広いネマチック範囲を有する。キラルドーパントは、ネマチック液晶ホストに高いキラリティを導入して、ブルー相を誘発する。ピッチ長さ（ｐ）は、キラルドーパントの濃度（ｃ）及び螺旋ねじれ力（ＨＴＰ）に反比例する。例えば、次のようである：ｐ＝１／（ＨＴＰｘｃ）。従って、ピッチ長さ、従って、ブラッグ反射波長は、異なるキラルドーパントを選択するか、又はキラルドーパントの濃度を変えることによって調整してもよい。より弱いＨＴＰを有するドーパントのキラルドーパント濃度を増加させると、例えばネマチックＬＣホスト分子の比が低下してカー定数が低くなり、ＢＰＬＣの透明点が低下させ、ピッチ長さの飽和を減少させるなどのいくつかの欠点につながる可能性がある。本開示によれば、２つの異なるキラルドーパントを液晶ホストに添加することにより、好ましいＢＰＬＣ特性が得られる。一端ＢＰＬＣが安定化されると、ＢＰＬＣに少量の単量体及び光開始剤が添加される。ＢＰＬＣコア−シェル散乱体は、上述のようにＢＰＬＣを単量体及び光開始剤と混合し、例えば温水ビーカー浴中でその混合物をインキュベートし、室温まで下降冷却することによって形成される。重合が開示されると、非平衡構造が、相分離ダイナミクスと反応速度論との間の競合に依存して起こしてもよい。オリゴマが形成され、大きさが増大するにつれて、液晶ホスト中の溶解性が低減して、相分離及び局所的な濃度勾配の誘導する。低いホスト粘度は、密度の高い高分子が豊富な領域に向かうオリゴマの等方拡散速度を誘導する。全体の最小化及び／又は液晶システムの自由エネルギが減少する。重合が進むにつれて、液晶システムはまず準安定領域を通過し、次いでスピノーダル領域にドリフトする。相分離は、重合速度によって誘導される単量体濃度及び液晶によって制御される。後の段階では、界面張力及び種の拡散は、新生構造の形状及び成長速度を制御する。液晶表面エネルギの最小化及び／又は減少は、実質的に球状の構造に有利である。液晶の静水圧は、ラプラシアン圧力と界面張力によってバランスがとられ、ＢＰＬＣをカプセル化した密度の高い高分子含有シェルを形成する。その結果、ＢＰＬＣコア−シェル散乱体の膨潤ゲルが形成される。
【００７７】
図９は、本開示の例示的な実施形態による、高分子安定化高キラル液晶が高分子含有シェルにカプセル化する例示的な工程を示す図である。
【００７８】
図９に示すように、単量体溶液Ｍを高キラル液晶溶液（ＬＣと記す）と混合すると、単量体の表面エネルギはＬＣの表面エネルギよりも大きい。従って、界面張力及び種の拡散は新生構造の形状及び成長速度を制御する。ＬＣ表面エネルギの最小化及び／又は減少は、球状構造の形成に有利である。言い換えると、ＬＣの静水圧は、単量体のラプラシアン圧力と界面張力とのバランスを取って、ＬＣを包囲する密度の高い高分子含有シェルを形成し、実質的に球状の散乱体の膨潤ゲルが形成される。
【００７９】
単量体（光開始剤を含む）とキラルにドープされた液晶の乳化混合のその結果、高分子安定化高キラル液晶をカプセル化した高分子含有シェルを含む膨潤した異方性ゲルが形成される。この膨潤ゲルは、２つの透明な基板の間に導入され、切り替え可能な窓を形成してもよい。膨潤ゲルによる基板間の隙間の充填は、例えば、限定されないが、真空充填、毛細管充填及び液滴充填などの様々な異なる方法で達成してもよい。いずれの場合にも膨潤ゲルが適切に形成されるように、全ＬＣ混合物のボルテックス振盪（操作８３０の結果）を、例えば２０００ｒｐｍで１０分間、制限なく実施する。次いで、操作８４０においてＵＶ硬化が行われる。このＵＶ硬化は、ＬＣ及び高分子マトリックスを安定化させる。ＵＶ暴露の前に、界面活性剤を用いて、液晶の周辺の高分子ゲルの表面エネルギを増加させることができる。
【００８０】
前記は、結合高分子マトリックス中に分散された複数のマイクロセルを含む電気光学素子を提供する。マイクロセル（散乱体）は、高分子含有シェルにカプセル化したＢＰＬＣなどの高分子安定化高キラル液晶を含む。高分子含有シェルはメソゲン性であってもよい。切り替え可能な窓の用途に用いる場合、開示された電気光学素子は、１００％±３％のヘイズ値を有する非透過（例えば、オフ）状態において非常に不透明な切り替え可能な窓を提供する。透過性（例えば、オン）状態では、このような切り替え可能な窓は、非常に高い視野角（例えば、６０度以上）であっても４％未満のヘイズ値を有する。
【００８１】
本発明の例示的な実施形態では、それぞれの透明導電性電極を各々支持する第１及び第２の透明基板と、結合高分子マトリックス中に分散された複数のマイクロセルを含む電気光学層とを含み、前記マイクロセルは、各々高分子含有シェルにカプセル化した高分子安定化高キラル液晶を含み、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、及びそれぞれの透明導電性電極の間に前記電気光学層が挟まれている、切り替え可能な窓が提供される。
【００８２】
直前の段落の切り替え可能な窓において、高分子安定化高キラル液晶は、キラルドーパントでドープされたネマティック液晶を含んでもよい。キラルドーパントは、互いに異なるねじれを提供するように、異なるそれぞれのねじれを有する第１及び第２の異なるキラルドーパントを含んでもよい。
【００８３】
前の２つの段落のいずれかの切換可能な窓において、液晶は二重ねじれ円筒を形成してもよい。複数の二重ねじれ円筒をマトリクス構造に配置してもよい。
【００８４】
前の３つの段落のいずれかの切換可能な窓において、マイクロセルは、マトリクス構造で配置された複数の二重ねじれ円筒を含むブルー相の液晶を含んでもよい。
【００８５】
前の４つの段落のいずれかの切り替え可能な窓において、切り替え可能な窓は、透明電極の間に電界を形成し、電界によって、高分子安定化高キラル液晶を整列させ、切り替え可能な窓が実質的に透明である透過のオン状に置くように構成されてもよい。
【００８６】
前の５つの段落のいずれかの切り替え可能な窓において、透過状態における切り替え可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から４５度の視野角において、６％以下（より好ましくは４％以下、さらにより好ましくは３％以下、最も好ましくは２％以下）であってもよい。
【００８７】
前の６つの段落のいずれかの切り替え可能な窓において、透過状態における切り替え可能な窓のヘイズ値は、垂直視野角から６０度の視野角において、６％以下（より好ましくは４％以下、さらにより好ましくは３％以下、最も好ましくは２％以下）であってもよい。
【００８８】
前の７つの段落のいずれかの切り替え可能な窓において、非透過状態における切り替え可能な窓のヘイズ値は、実質的に全ての視野角において少なくとも９０％（より好ましくは少なくとも９５％）であってもよい。
【００８９】
前の８つの段落のいずれかの切り替え可能な窓において、非透過状態における切り替え可能な窓のヘイズ値は、実質的に全ての視野角において約１００％±３％であってもよい。
【００９０】
前の９つの段落のいずれかの切り替え可能な窓において、高分子含有シェルは、球状又は実質的に球状であってもよい。
【００９１】
前の１０段落のいずれかの切換可能な窓において、高分子含有シェルの厚さは０．２５〜１μｍの範囲内であってもよい。
【００９２】
前の１１段落のいずれかの切替え可能な窓において、高分子含有シェルにカプセル化した液晶材料の直径は、１〜１０μｍの範囲内であってもよい。
【００９３】
前の１２段落のいずれかの切替え可能な窓において、第１及び第２の透明基板は、ガラス基板であってもよく、又はＰＥＴであってもよく、ＰＥＴを含んでいてもよい。
【００９４】
前の１３の段落のいずれかの切替可能な窓において、電気光学層は異方性ゲルであってもよい。異方性ゲル電気光学層は、約９〜１７μｍの厚さであってもよい。
【００９５】
前の１４の段落のいずれかの切替可能な窓において、切替可能な窓は、透過状態にある場合、少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも７０％、最も好ましくは少なくとも８０％の可視光透過率を有してもよい。
【００９６】
前の１５段落のいずれかの切替可能な窓において、電気光学層において、高分子／ＬＣの比は、約１０〜３０％であってもよい。
【００９７】
前の１６の段落のいずれかの切り替え可能な窓において、電気光学層中の高分子分布は均一である必要はないため、電極と電極との間の中間面における高分子の比率が液晶に比べてより高く、電極に直接隣接する高分子の比率は液晶に比べてより低くてもよい。
【００９８】
前の１７の段落のいずれかの切り替え可能な窓において、０〜８０度の全ての入射角についてｎｐ＜ｎｃ＜ｎｓであり、ここで、ｎｐ、ｎｃ及びｎｓが各々、前記高分子、コア及びシェルの有効屈折率である。
【００９９】
前の１８の段落のいずれかの切り替え可能な窓において、高分子含有シェルはメソゲン性であってもよい。
【０１００】
前の１９の段落のいずれかの切り替え可能な窓において、第１の基板は、第１の透明導電性電極と、シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第１の誘電体層とを支持してもよく、シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第１の誘電体層は、電気光学層と第１の透明導電性電極との間に接触して位置してもよい。
【０１０１】
前の２０の段落のいずれかの切り替え可能な窓において、第２の基板は、第２の透明導電性電極と、シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第２の誘電体層とを支持してもよく、シリコン酸化物及び／又はシリコンオキシ窒化物を含む第２の誘電体層は、電気光学層と第２の透明導電性電極との間に接触して位置する。
【０１０２】
前の２１段落のいずれかの切替可能な窓において、高分子含有シェルは、高分子と液晶との混合物を含んでもよい。
【０１０３】
前の２２段落のいずれかの切替可能な窓において、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｓは１．６２〜１．７１、より好ましくは１．６３〜１．６９であってもよい。
【０１０４】
前の２３段落のいずれかの切替可能な窓において、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｃは１．５７〜１．６６、より好ましくは１．５８〜１．６４であってもよい。
【０１０５】
前の２４段落のいずれかの切替可能な窓において、前記オン状態における０〜８０度の全ての入射角において、ｎｐが１．５２〜１．６０、より好ましくは１．５２〜１．５９であってもよい。
【０１０６】
前の２５段落のいずれかの切替可能な窓において、前記ｎｓは、前記電気光学層がオン状態にある場合の前記シェルの有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｓは０．１より大きく変化する必要はなく、より好ましくは０．０５より大きく変化する必要はなく、最も好ましくは０．０４より大きく変化する必要はない。
【０１０７】
前の２６段落のいずれかの切替可能な窓において、ｎｃは、電気光学層がオン状態にある場合のコアの有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｃは、０．０５より大きく変化する必要はなく、より好ましくは０．０３より大きく変化する必要はない。
【０１０８】
前の２７段落のいずれかの切替可能な窓において、ｎｐは、電気光学層がオン状態にある場合の高分子の有効屈折率であり、前記電気光学層のオン状態における０〜８０度の範囲の入射角に亘って、ｎｐは０．０５より大きく変化する必要はなく、より好ましくは０．０３より大きく変化する必要はない。
【０１０９】
以上、本開示の様々な例示的実施形態を説明してきたが、当業者であれば、様々な修正、変形、及び代替が明らかであり、これらの修正、変形及び代替が、添付の特許請求の範囲に定義されている本開示の完全な精神及び真の範囲内である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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