(57)【要約】液晶デバイスは、液晶材料中に懸濁された強誘電性粒子を含有してなる。光変調装置の製法も開示されている。この方法は、その間にセルギャップをもつ１対の基板であって、該基板の少なくとも１つの対面する表面上に電極が配置されている基板を用意し、セルギャップ内に、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を恒久的に配置することからなる。画像を生成する方法は、その間にセルギャップをもつ１対の基板を用意し、セルギャップに近接する基板の各々の上に透明な電極を設け、セルギャップ内に、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を恒久的に配置し、及び電極に電界をかけることを包含する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶材料中に懸濁した強誘電性粒子を含有することを特徴とする、液晶デバイス。
【請求項２】
さらに、重合体を含有する、請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項３】
デバイスが、電気・光学デバイス及び情報ディスプレイデバイスから選ばれるものである、請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項４】
粒子が、いずれの次元においても平均０.５μm未満である、請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項５】
さらに、対向する１対の基板を含有しており、各基板が、他の基板に対面する電極を有し、前記１対の基板の間に、液晶材料中に懸濁した強誘電性粒子を配置してなる、請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項６】
対向する１対の基板の一方が、単一の連続する電極を有し、対向する１対の基板の他方が、面内電界を生ずるために使用される櫛形電極を有する、請求項５記載の液晶デバイス。
【請求項７】
電極が、酸化インジウム及び酸化インジウムスズでなる群から選ばれるものである。請求項５記載の液晶デバイス。
【請求項８】
強誘電性粒子が、LiNbO3、PbTiO3、BaTiO3、Sn2P2O6及びCTBS-3でなる群から選ばれるものである、請求項５記載の液晶デバイス。
【請求項９】
さらに、電極の各々の上に配置された配向物質層を包含する、請求項５記載の液晶デバイス。
【請求項１０】
さらに、対向する１対の基板を含有しており、各基板が、他の基板に対面する電極を有し、前記１対の基板の間に、液晶材料中に懸濁した強誘電性粒子を配置してなり、液晶材料が、ネマチック液晶、コレステロール液晶及びスメクチック液晶でなる群から選ばれるものである、請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項１１】
強誘電性粒子が、液晶材料中に、液晶材料に対して少なくとも約０.５重量％の割合で懸濁されている、請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項１２】
強誘電性粒子が、液晶材料中に、液晶材料に対して少なくとも約１重量％の割合で懸濁されている、請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項１３】
光変調装置を製造する方法であって、該方法は、その間にセルギャップをもつ１対の基板を用意し、該基板の対面する表面上には電極が配置してあり、前記セルギャップ内に、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を恒久的に配置することを特徴とする、光変調装置の製法。
【請求項１４】
電極の上に、配向物質層を配置する、請求項１３記載の光変調装置の製法。
【請求項１５】
電極の少なくとも一方が透明電極である、請求項１３記載の光変調装置の製法。
【請求項１６】
少なくとも１つの透明電極が、酸化インジウム及び酸化インジウムスズでなる群から選ばれるものである、請求項１５記載の光変調装置の製法。
【請求項１７】
液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を、強誘電性粉末を、遅蒸発性の液体キャリヤー及び界面活性剤と共に摩砕して、粗製懸濁液を調製し；摩砕された強誘電性粒子のサイズに基づいて、粗製懸濁液を、各種のフラクションに分別し；所望のフラクションを液晶材料と混合し；及び所望のフラクション及び液晶材料の混合物からキャリヤーを除去する工程を含む方法によって調製する、請求項１３記載の光変調装置の製法。
【請求項１８】
液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液が、さらに、重合可能な物質を含有するものであり、及び、製法が、さらに、重合可能な物質の重合工程を包含する、請求項１３記載の光変調装置の製法。
【請求項１９】
液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液が、さらに、熱可塑性重合体物質を含有するものであり、及び、製法が、さらに、混合物を冷却することによる重合体及び液晶の相分離工程を包含する、請求項１３記載の光変調装置の製法。
【請求項２０】
画像を生成する方法であって、該方法は、その間にセルギャップをもつ１対の基板を用意し；前記セルギャップに近接する基板の各々の上に透明な電極を設け；セルギャップ内に、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を恒久的に配置し；及び電極に電界をかけることを特徴とする、画像の生成法。
【請求項２１】
液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液が、さらに、重合可能な物質を含有するものであり、該重合可能な物質を、セルギャップ内への配置後、電極へ電界をかける前に慈雨号させる、請求項２０記載の画像の生成法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液晶（ＬＣ）は異方性分子からなる。長分子軸の平均方向は、ディレクター（ｄ）と呼ばれる。外部電界をかけることによって生ずるディレクターの再設定は、多くのＬＣデバイスの作動の基礎である。ＬＣデバイスの基本単位はＬＣセルであり、ＬＣセルは、その間にサンドイッチされたＬＣ材料を有する２つの基板からなる。
【０００２】
かけられた電界に対するＬＣ材料の感度は、誘電異方性（Δεａ）及び自発分極（Ｐ）によって決定される。Ｐは、いくつかのキラルスメクチックＬＣフェーズに関してのみ非ゼロ値を持つ。Δεａ及びＰが高ければ高いほど、駆動電圧は低く、ＬＣデバイスの電気・光学応答は早く、従って、ＬＣセルの明及び暗状態の間の切替りは早い。
【０００３】
ネマチックＬＣは、最も一般的に使用されるＬＣ材料である。その電気・光学レスポンスは、代表的に、電界の二乗に関連する。Δεａ及びＰを増大するため、多成分ＬＣ混合物が開発され、特殊な分子ドーパントが合成されている。このアプローチは、極めて煩雑であり、非常に高価である。
【０００４】
強誘電性粒子は、電界によって可逆性である自発分極を有する粒子である。かけられた電界に対する等方性液体の感受性は、超微細（サイズ１μm未満）強誘電性粒子をドープすることによって増大されることが知られている。例えば、Bachmann及びBarnerは、界面活性剤の存在下で微細に摩砕れた強誘電性BaTiO3粒子は、安定なヘプタン懸濁液を形成することを示した（強誘電性BaTiO3粒子の安定な懸濁液, Solid State Communication, 68(9), 865-869 (1988)）。粒子は、平均半径約１０nmを有する。懸濁液の複屈折（純粋なヘプタンマトリックス中での達成は不可能である）は、電界をかけることによってコントロールされる。
【０００５】
Muller及びBarnerは、約２０nmの半径は、BaTiO3粒子が永久双極モーメントを維持するためのサイズ分布のカットオフであり、小さい粒子のみが、永久双極モーメントを維持することを示唆している（BaTiO3粒子の多分散懸濁液, Ferroelectrics, 108, 83-88 (1990)）。さらに最近では、Schurian及びBarnerは、炭化水素キャリヤーにおけるナノメーターサイズのLiNbO3及びPbTiO3粒子の安定な懸濁液を調製した。これらの懸濁液は、BaTiO3懸濁液と同様に複屈折を示す。永久双極モーメント約2000デバイ（De）を有するために、平均半径約１０−１５nmを有する強誘電性粒子が決定された。ナノメーターサイズの強誘電性粒子の懸濁液も、Schurianらによって、粒子の化学的沈殿及び別の安定剤の使用を含む方法により製造されている（Journal of Electrostatics, 40&41, 205-210 (1997)）。
【０００６】
しかしながら、これらの研究はいずれも、液晶又は他の異方性材料の懸濁液における強誘電性粒子の挙動を検討するものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の態様は、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を使用して、早い応答時間及び低い電圧要求をもつ液晶セルを提供することにある。本発明の他の態様は、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を収容する液晶セルの製法を提供することにある。
【０００８】
本発明は、液晶（ＬＣ）材料中に懸濁した強誘電性粒子でなる液晶デバイス及びこの懸濁液を使用する光変調デバイスの製法を提供する。
【０００９】
上記態様の少なくとも１つ又はそれ以上は、液晶ディスプレイ（LCD）に関連する公知の技術を上回る利点と共に、後述の本発明によって達成される。
【００１０】
一般に、本発明は、液晶材料中に懸濁された強誘電性粒子を有してなる液晶デバイスを提供する。液晶デバイスは、さらに、強誘電性粒子及び液晶材料の懸濁液中に分散された重合体を含有する。本発明は、電気・光学デバイスとして又は情報ディスプレイデバイスとして有用である。デバイスは、また、１対の対向する基板を含有でき、各基板は、他の基板に対面する電極を有し、強誘電性粒子は、基板の間に配置される液晶材料の中に懸濁される。デバイスは、任意に、電極の一方又は両方の上に配置されたアラインメント物質を含有する。
【００１１】
本発明は、また、光変調装置の製法を提供する。該方法は、その間にセルギャップをもつ１対の基板を用意し、該基板の少なくとも１つの対面する表面上には電極が配置してあり、前記セルギャップ内に、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を恒久的に配置することからなる。
【００１２】
本発明は、また、画像を生成する方法を提供する。該方法は、その間にセルギャップをもつ１対の基板を用意し、前記セルギャップに近接する基板の少なくとも一方の上に透明な電極を設け、セルギャップ内に、液晶材料中に強誘電性粒子を含む懸濁液を恒久的に配置し、及び電極に電界をかけることを包含する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、液晶材料中に懸濁した強誘電性粒子でなる液晶デバイスを志向するものである。液晶デバイスは、情報ディスプレイ、電気・光学デバイス、電気通信システム及び光学的処理に使用される。懸濁液を安定化するため、懸濁液には、重合体ネットワークが含まれる。強誘電性ＬＣ懸濁液は、従来の材料及びデバイスと比較して進歩した電気・光学特性を有する。
【００１４】
本明細書及び特許請求の範囲において、他に限定しない限り、ここで使用するすべての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般的に理解されているものと同じ意味を有する。
【００１５】
本発明では、電気・光学特性を改善及び制御するため、ＬＣ材料に超微細強誘電性粒子が添加される。最適には、強誘電性粒子は、ヒトの肉眼での視覚限界よりも小さく、これによって、LCDの外観に害を及ぼすことなく、増大された速度及び電界に対する感受性が提供される。粒子は、ＬＣの配向を乱すことなくＬＣマトリックスに配合されるように、充分に小さいものでなければならない。代表的には、粒子は、平均で、いずれの次元においても１μm以下、好ましくは０.５μm以下である。他の例では、粒子は、平均直径約200nm以下を有する。さらに他の例では、粒子は、平均直径約１０nmを有する。
【００１６】
強誘電性粒子は、特別に高い誘電異方性（Δεferro）を有し、キュリー温度（ＴCurie）（強誘電性物質の自発分極が消失する温度）よりも低い温度で自発分極（Ｐ）を有する。キュリー温度は、強誘電性物質によって変動する。例えば、BaTiO3に関するＴCurieは約108℃であり、Sn2P2S6に関しては、ＴCurie≒６６℃である。
【００１７】
異方性のため、強誘電性粒子は、異方性ＬＣマトリックス内では配向的に整列される。特別な理論に特定するものではないが、粒子の表面とＬＣのディレクターとの間の相互作用は、かけられた電界に対する集合的応答を生ずるものと確信している。懸濁液の誘電異方性の有効な値は、大略、
【数１】
2005515495.tif 000002
（ここで、ＣはＬＣマトリックスに対する強誘電性粒子の容積比である）と推定される。値Δεferroは、ほぼ１０３−１０４の程度であり、値Δεは、ほぼ１０程度であり、従って、Ｃ＝１０−１−１０−２について、約100以下の値の
【数２】
2005515495.tif 000003
を生ずる。従って、添加された粒子は、ＬＣデバイスの駆動電圧を低下させ、ＬＣ懸濁液のスイッチング速度を増大する。
【００１８】
電界をかけると、強誘電性粒子の双極配列のため、強誘電性粒子のネマチックＬＣ懸濁液は一列に整列する。この場合、ΔεsuspＥ２に比例する誘電二次応答に加えて、Ｐ・Ｅに比例する線形電気応答が出現する。これにより、懸濁液のより早い応答及びより低い駆動電圧が生ずる。
【００１９】
強誘電性粒子のＬＣ懸濁液を製造する基本的な方法は、下記の工程を含む：
１．強誘電性物質の粉砕。強誘電性粉末の粒子を、蒸発速度の遅い液体キャリヤー（例えば、ヘプタン、灯油等）及び界面活性剤と混合する。界面活性剤にて被覆された超微細サイズの粒子が得られるまで、混合物を摩砕する。
２．液体キャリヤー懸濁液の分別。混合物を摩砕した後、最も大きい粒子を、沈降によって除去する。得られた懸濁液の均質なフラクションを、カラム（異なるサイズの粒子を重力によって分離する）にて分離処理する。
３．液晶懸濁液の生成。液体キャリヤー懸濁液を液晶（キャリヤーと混和する、いずれかの種類のサーモトロピックＬＣでよい）と混合し、続いて、キャリヤーを蒸発させる。
４．懸濁液のさらなる安定化。重合体ネットワークを加えることによって、得られる懸濁液をさらに安定化できる。例えば、懸濁液に光重合可能な物質を添加し、懸濁液を充填したＬＣセルに紫外線を照射する。他の例では、重合可能な物質を懸濁液に添加し、例えば、冷却によって重合可能な物質の相分離を行い、続いて又は同時に、重合可能な物質の重合を行なう。
【００２０】
操作法の詳細は、変更可能である。例えば、強誘電性粒子の粒を、液体キャリヤーなしで、界面活性剤と混合することができ、この場合、ＬＣマトリックス自体が液体キャリヤーとして機能できる。
【００２１】
本発明の懸濁液では、いかなる種類のＬＣ材料も使用できる。ネマチック液晶材料を使用する例を例示するが、本発明はこれに限定されない。従って、ＬＣは、ネマチック、キラルネマチック、及びスメクチック液晶材料を含む他の種類の液晶材料からも選ばれる。
【００２２】
上述のように、強誘電性粒子は、電界によって可逆性である自発分極を有する粒子である。本発明では、この特性を有するいかなる粒子をも使用できる。好適な強誘電性粒子としては、LiNbO3、PbTiO3、BaTiO3及びSn2P2O6の粒子がある。他の粒子も、自発分極を示すものであれば使用できる。
【００２３】
強誘電性粒子は、懸濁液中に、顕著な粒子の凝集を生ずることなく懸濁される量で存在する。この量は、少なくとも一部は、凝集を防止するために使用される界面活性剤又は他の物質に左右される。１具体例では、強誘電性粒子は、液晶材料中に、液晶材料に対して約４重量％以下の割合で懸濁される。他の具体例では、強誘電性粒子は、液晶材料中に、液晶材料に対して約１重量％以下の割合で懸濁される。さらに他の具体例では、強誘電性粒子は、液晶材料中に、液晶材料に対して約０.５重量％以下の割合で懸濁される。
【００２４】
強誘電性粒子の液体キャリヤー懸濁液は、さらに、重合可能な物質を含有する。重合可能な物質はセル内で重合される。重合可能な物質が存在する場合、本発明の方法は、さらに、重合可能な物質の重合を誘発する（例えば、混合物を冷却することによる）工程を含む。
【００２５】
本発明による液晶セルの作成では、強誘電性粒子／ＬＣ懸濁液を、対向する１対の基板（少なくとも一部は透明である）の間に配置する。セルは、また、セル内で電界を生ずるため、各基板の対面する表面上に配置された電極を含有する。電極も透明であり、例えば、酸化インジウム又は酸化インジウムスズ（ITO）製である。電極は、基板の表面上において連続していてもよく、また、櫛形であってもよい。基板は、さらに、基板の対面する表面上に配向膜を含むことができる。
【００２６】
特徴的な粒径１μm及びε≒2300を有する強誘電性粉末CTBS-3（Physics-Chemystry Institute of Conetsc (National Academy of Sciences of Ukraine）製）を、界面活性剤としてのオレイン酸（Aldrich）のヘプタン溶液と混合した（１：２：１）。混合物を、超音波ディスパーゲーター（UZDH-2T）において、周波数（ν）２２kH、電力（Ｐ）400Ｗで２分間分散し、続いて、振動ミル（Fritsch Pulaerisette）において100時間摩砕した。
【００２７】
得られた懸濁液をガラスカラムに注ぎ、１日間、サイズによって別けた。約０.５μm未満の粒子を含有するフラクションを除去し、ＬＣ、４,４'-ペンタシアノビフェニル（EM IndustresからK15として入手できる）と、重量比１：100の割合で混合した。この混合物を超音波ディスパーゲーターにおいて５分間分散し、続いて、フォーバキュームポンプによるヘプタンの蒸発を行った。得られた懸濁液は、ＬＣマトリックス中に強誘電性粒子約０.５重量％を含有していた。
【００２８】
得られた懸濁液を、ＬＣツイストセルにおいてテストした。ＬＣツイストセルは、２つのガラス基板及び基板の間に配置された懸濁液からなる。基板の対面する表面は酸化インジウムスズ（ITO）の透明な電極によって被覆される。電極は、ポリイミドNISSAN 7792（Nissan）でなる磨かれた配向膜にて被覆される。懸濁液の滴を、基板の一方の上に置き、第二の基板を、第一の基板上に置く。基板は、堅固な２０μmのスペーサーによって分離されており、ポリイミドの研磨方向が相互に直交するように配向されている。ついで、ツイストセルをエポキシ接着剤で封止した。
【００２９】
ツイストセルの電気・光学特性を、当分野における標準法によって測定した（例えば、液晶材料における電気光学作用, Springer-Verlag, NY, 1994参照）。これらの方法は、ケント州立大学液晶研究所のPhil Bos氏の研究グループにおいて開発された電気・光学測定（EOM）ソフトウエアーパッケージにおいて一体化されている。セルを交差した偏光子の間に置き、配向膜のラビング方向は、偏光子の軸に対して平行又は垂直である（通常、ブラックモード）。セルのITO電極に電界（周波数，ν＝１kH）をかけ、印加した電圧（Ｖ）に対するシステムの透明度（Ｔ）の依存性を測定した。さらに、電界の突然のスイッチオン及びスイッチオフ後におけるのチャージを測定した。
【００３０】
強誘電性粒子／ＬＣ懸濁液及び純粋なＬＣを充填したセルについて得られた結果を図１−３に示す。図１−３は、ＬＣへの強誘電性粒子のドーピングは駆動電圧を低下し、ＬＣセルの応答時間を減少させることを示している。図１は、暗状態から最大透過率（Ｔmax）の１０％を達成するために要求される電圧として定義されるフレデリクス転移（ＶＦ）が２.９Ｖから２.２Ｖに減少することを示している。図２に示されるように、減衰時間（ＴmaxからＴmaxの１０％に緩和するために必要な時間として定義される）が140分から４０分に減少した。図３は、立上り時間、すなわち、暗状態からＴmaxの９０％を達成するために必要な時間が、９.５分から５.５分に減少したことを示す。
【００３１】
強誘電性粉末Sn2P2S6（特徴的な粒径１μm，ε≒400）を、オレイン酸界面活性剤（Aldrich）と重量比１：２で混合した。混合物を、超音波ディスパーゲーター（UZDH-2T）（ν＝２２kH，Ｐ＝400Ｗ）において２分間分散し、続いて、振動ミル（Fritsch Pulaerisette）にて118時間摩砕した。
【００３２】
オレイン酸にて処理した強誘電性粒子の得られた粉末を、ＬＣ材料 ZLI 4801-000（Merckから入手可能）と重量比１：100で混合した。この混合物を、超音波ディスパーゲーター（周波数ν＝２２kH，電力Ｐ＝400Ｗ）において５分間分散した。得られた懸濁液は、ＬＣマトリックス中に強誘電性粒子１重量％を含有していた。上述のように作製したＬＣツイストセルにおいて、懸濁液をテストした。
【００３３】
印加した電圧（Ｖ）に対するシステムの透明度（Ｔ）の依存性を図４に示す。図４には、純粋なZLI 4801を充填した同じセルについて得られた特性も示してある。ＬＣ K15の場合のように、ＬＣの強誘電性粒子でのドーピングは、駆動電圧を低下させ、ＬＣセルの応答時間を低減させる。フレデリクス転移（ＶＦ）の閾値は２.６Ｖから２Ｖに減少する。
【００３４】
他の具体例では、大きい粒子（約１mm）を摩砕することによって、細かい（〜１０nm）強誘電性Sn2P2S6粒子を得た。大きい強誘電性粒子を、オレイン酸（界面活性剤）のヘプタン溶液と重量比１：２：１０で混合し、超音波分散し、振動ミルにおいて120時間粉砕した。得られた強誘電性粒子懸濁液をＬＣと混合した。ついで、ヘプタンを蒸発させ、混合物を５分間超音波分散した。各成分の相対濃度を調節して、強誘電性粒子約０.３容量％をもつ最終懸濁液とした。
【００３５】
平面セルに、透明化温度（Ｔｃ）より高い温度（Ｔ）において、ＬＣ懸濁液又は純粋なＬＣを充填した。透明化温度は、液晶材料が等方性液状に至り、透明となる温度又はそれ以上の温度である。セルは、平行アラインメントのために組立られた磨きポリイミド層をもつ２つのITO被覆ガラス基板でなる。較正ロッド様５μm重合体スペーサーによって、セルのギャップをコントロールした。
【００３６】
強誘電性粒子／ＬＣ懸濁液を充填したセルは、純粋なＬＣを充填したセルと同一のアラインメント特性を有していた。実験誤差の範囲内において、プレチルト角の測定値は、両セルについて同じであった（３.５±０.５℃）。また、懸濁液及びＬＣの透明化温度（Ｔｃ）は本質的に同じであり、純粋なＬＣについてのＴｃ（Ｔc,LC）は93.2℃であり、強誘電性粒子／ＬＣ懸濁液についてのＴｃ（Ｔc,susp）は92.6℃である。
【００３７】
懸濁液の誘電性異方性における増大は、純粋なＬＣ ZLI-4801及び同じＬＣの強誘電性粒子懸濁液を充填した平面セルの電気・光学応答を比較することによって確認した。かけた電界に対するＬＣの有効誘電率（εeff）の依存性を図５Ａ及び図５Ｂに示す。図５Ａは、約３Ｖ/μmまでの電界範囲における強誘電性粒子ＬＣ懸濁液及び純粋なＬＣのεeffを示すグラフである。図５Ｂは、約０.５Ｖ/μmまでのεeffを示す。図５Ａ及び図５Ｂは、懸濁液に関するフレデリクス転移の閾値電圧
【数３】
2005515495.tif 000004
が0.91Ｖであり、これは、純粋なＬＣに関するフレデリクス転移の閾値電圧
【数４】
2005515495.tif 000005
1.87Ｖの約半分であることを示す。
【００３８】
Sn2P2S6は、低いキュリー温度ＴCurie≒６６℃を有し、これは、多くのネマチック液晶混合物の透明化温度（Ｔｃ）よりも低い。例えば、ネマチックＬＣ混合物 ZLI-4801（Merck）はＴｃ＝９３℃を有する。
【００３９】
ＬＣ材料に対する強誘電性粒子の影響は、温度による電気・光学応答における変化によって明確に表される。純粋なＬＣの閾値電圧は、弱い温度依存性Ｋ/εLC・(Ｔ)のため、温度につれて徐々に低下する。懸濁液に関する閾値電圧も、弱い温度依存性Ｋ/εLC・(Ｔ)のため、温度につれて徐々に低下する。しかしながら、強誘電性粒子／ＬＣ懸濁液のユニークな誘電特性は、図６に示されるように、懸濁液の閾値電圧が突然に変化するSn2P2S6のキュリー温度において明白になる。これは、この温度における誘電異方性の臨界的挙動の結果と考えられる。図６から決定されるキュリー温度の実験値は約６６℃であり、これは、バルクSn2P2S6結晶に関して測定された値と正確に同じである。
【００４０】
特許性を本発明の作動の特別な理論に制約したくはないが、作動の１つの理論を図７ａ及び図７ｂに示す。ＬＣ／粒子懸濁液における永続的なダイポールは、ヘッド・ツー・テイル様式でランダムに整列するものと考えられる（図７ａ）。従って、粒子の強誘電特性を実現するためには、シンメトリーを破壊し、電界に沿って粒子のダイポールを整列させるに充分に大きいｄｃ電界をかける（図７ｂ）。ｄｃ電界に対して直角にかけた低周波数ａｃ電界は、かけた電界の符号に応じて粒子を右又は左に回転させる。得られた懸濁液の電気・光学応答の線形成分は、偏光ｄｃ電界及び偏向ａｃ電界の両方に比例する。
【００４１】
電気ベクトルに対するネマチックＬＣの異例な線形応答を証明するため、連続ITO導電表面をもつ１つの基板及び櫛形ITO電極をもつ基板でなり、面内電界をかけることを可能にするようにライン間に１mmの間隔をもつ液晶セルの電気・光学応答を研究した。両基板を、４,４'-ペンタシアノビフェニル（5CB）のホメオトロピック配向に関して同一に処理した。セルの平面においてａｃ電界Ｅac（距離１mmにわたって０−100Ｖ）をかけ、セルの平面に対して直角に（懸濁液のディレクターに沿って）ｄｃ電界Ｅdc（距離１０μmにわたって０−３０Ｖ）をかけた。ａｃ電界の電圧は、フレデリクス転移の電圧よりも低い。このようなセルの概略プレゼンテーションを図８Ａに示す。セルの平面においてａｃ電界をかけ、セルの平面に対して直角に（懸濁液のディレクターに沿って）ｄｃ電界をかけた。
【００４２】
He-Neレーザーからの光は、偏光子、セル、交差アナライザーを通過し、ついで、光ダイオード検出器に入る。ビームは、セル内の１mm電極間間隙を通過するように充分に狭い。セルは、ビームに関して４５°で傾斜しており、櫛形電極は、ビーム分極方向に対して４５°で配列されている。検出器の出力（総光量(Ｉ)に比例する）をロックイン増幅器に供給した（ａｃ駆動電圧Ｕac(w)を参照）。この実験のキーは、ビームに対するセルの４５°の角度（ａｃ電界の対向する符号から生ずる懸濁液の右又は左回転に関する異なる光学的遅れを生ずる）にある。
【００４３】
偏光ｄｃ電界の異なる値に関して印加したａｃ電圧（ｎ＝200Hz）を関数とする懸濁液及び純粋なＬＣの電気・光学応答の線形成分の依存性を図８Ｂに示す。純粋なＬＣは、総ｄｃ電界範囲に関して電界の大きさのみに対応し、符号には対応せず、従って、この配置では応答を示さない。また、ｄｃ電界がかけられない場合には、懸濁液の線形応答はない。ｄｃ電界をかけることにより、電気・光学応答の符号感応性成分を出現させ、ｄｃ及びａｃ電界の両方の大きさに比例して増大する。ｄｃ電界のスイッチングオフは、線形応答の早い消失を生じ、熱の変動による強誘電性粒子の混乱によって生ずるものと考えられる。このように、本発明は、電界の方向だけでなく、電界の符号にも応答する液晶懸濁液を提供する。本発明は、双安定ディスプレイ（セルのディスプレイ状態が、かける電界の極性を変更することによって、１つの状態から他の状態に迅速に切り替えられる）において有用であると想像される。
【００４４】
上述の具体例は説明のためのものであり、本発明はここに開示する条件及び材料に限定されない。本発明の技術範囲内において、各種の変更を達成できる。例えば、強誘電性ＬＣ懸濁液は、ネマチックマトリックスに限定されない。コレステロールＬＣ及び各種のスメクチックＬＣは、強誘電性粒子／ＬＣ懸濁液の基材である。また、強誘電性粒子／ＬＣ懸濁液は、重合体分散液晶デバイスにおけるＬＣ材料として使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】印加したａｃ電圧に関する、強誘電性粒子／ＬＣ K15懸濁液（〇）及び純粋なＬＣ（□）を充填したツイストセルのトランスミッションの依存性を示すグラフである。
【図２】強誘電性粒子／ＬＣ K15懸濁液及び純粋なＬＣ K15を充填したツイストセルのタイムオフ特性を示すグラフである。
【図３】強誘電性粒子／ＬＣ K15懸濁液及び純粋なＬＣ K15を充填したツイストセルのタイムオン特性を示すグラフである。
【図４】印加したａｃ電圧に対する、強誘電性粒子／ＬＣ4801懸濁液及び純粋なＬＣ4801を充填したツイストセルのトランスミッションの依存性を示すグラフである。
【図５Ａ】かけた電界に対する強誘電性粒子ＬＣ懸濁液及び純粋なＬＣの有効誘電率εeffの依存性を示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ａよりも狭い範囲における、印加した電圧に対する強誘電性粒子ＬＣ懸濁液及び純粋なＬＣの有効誘電率εeffの依存性を示すグラフである。
【図６】本発明の懸濁液を充填したセル及び純粋な液晶を充填したセルに関する温度を関数とする閾値電圧を比較するグラフである。
【図７ａ】電界の不存在下における本発明による液晶中に強誘電性粒子を含む懸濁液を該略して表す図である。
【図７ｂ】直流電界の存在下における本発明による液晶中に強誘電性粒子を含む懸濁液を該略して表す図である。
【図８Ａ】本発明の１具体例によるセルであって、ａｃ電界がセルの平面でかけられ、ｄｃ電界がセルの平面に対して垂直でかけられているセルを該略して表す図である。
【図８Ｂ】各種の値の偏光ｄｃ電界に関する、印加したａｃ電圧を関数とする懸濁液及び純粋なＬＣの電気・光学反応の線形成分の依存性を示すグラフである。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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