(57)【要約】      （修正有）【課題】強誘電性液晶及び反強誘電性液晶の電気分極を制御できる磁場応答液晶素子を提供する。【解決手段】磁場応答液晶素子２は、電磁石１２と、液晶材料とを備える。電磁石１２は、磁場を生成する。磁場は、液晶材料に印加される。液晶材料は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶である。電磁石１２は、液晶材料の電気分極を磁場によって制御する。【選択図】図１
2018036461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を生成する電磁石と、
前記磁場が印加される液晶材料と
を備え、
前記液晶材料は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶であり、
前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極を前記磁場によって制御する、磁場応答液晶素子。
【請求項２】
前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極の向きを前記磁場によって変化させる、請求項１に記載の磁場応答液晶素子。
【請求項３】
前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極の極性を前記磁場によって反転させる、請求項１に記載の磁場応答液晶素子。
【請求項４】
前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極を前記磁場によって誘起させる、請求項１に記載の磁場応答液晶素子。
【請求項５】
前記電磁石は、３２５Ｋ以下の温度域において前記液晶材料の電気分極を制御する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁場応答液晶素子。
【請求項６】
電磁石と、
前記電磁石に電流を供給して、前記電磁石に磁場を生成させる電流源と、
前記磁場が印加される液晶材料と
を備え、
前記液晶材料は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶であり、
前記電流源は、前記液晶材料の電気分極が前記磁場によって制御されるように、前記電磁石に前記電流を供給する、磁場応答液晶装置。
【請求項７】
前記電流源は、前記液晶材料の電気分極の向きが前記磁場によって変化するように、前記電磁石に前記電流を供給する、請求項６に記載の磁場応答液晶装置。
【請求項８】
前記電流源は、前記液晶材料の電気分極の極性が前記磁場によって反転するように、前記電磁石に前記電流を供給する、請求項６に記載の磁場応答液晶装置。
【請求項９】
前記電流源は、前記液晶材料の電気分極が前記磁場によって誘起されるように、前記電磁石に前記電流を供給する、請求項６に記載の磁場応答液晶装置。
【請求項１０】
前記電流源は、３２５Ｋ以下の温度域において前記液晶材料の電気分極を制御する、請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載の磁場応答液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場応答液晶素子、及び磁場応答液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電性液晶の分子長軸の配向及びそれに付随して発現する電気分極の極性は、電場によって制御できることが知られている。強誘電性液晶のこの特性を利用した素子として、強誘電性液晶表示素子が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９０３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者等は、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶について鋭意研究を行った結果、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶の新規な特性を見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶の電気分極を新規な手法によって制御することができる磁場応答液晶素子、及び磁場応答液晶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る磁場応答液晶素子は、電磁石と、液晶材料とを備える。前記電磁石は、磁場を生成する。前記磁場は、前記液晶材料に印加される。前記液晶材料は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶である。前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極を前記磁場によって制御する。
【０００６】
ある実施形態において、前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極の向きを前記磁場によって変化させる。
【０００７】
ある実施形態において、前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極の極性を前記磁場によって反転させる。
【０００８】
ある実施形態において、前記電磁石は、前記液晶材料の電気分極を前記磁場によって誘起させる。
【０００９】
ある実施形態において、前記電磁石は、３２５Ｋ以下の温度域において前記液晶材料の電気分極を制御する。
【００１０】
本発明に係る磁場応答液晶装置は、電磁石と、電流源と、液晶材料とを備える。前記電流源は、前記電磁石に電流を供給して、前記電磁石に磁場を生成させる。前記磁場は、前記液晶材料に印加される。前記液晶材料は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶である。前記電流源は、前記液晶材料の電気分極が前記磁場によって制御されるように、前記電磁石に前記電流を供給する。
【００１１】
ある実施形態において、前記電流源は、前記液晶材料の電気分極の向きが前記磁場によって変化するように、前記電磁石に前記電流を供給する。
【００１２】
ある実施形態において、前記電流源は、前記液晶材料の電気分極の極性が前記磁場によって反転するように、前記電磁石に前記電流を供給する。
【００１３】
ある実施形態において、前記電流源は、前記液晶材料の電気分極が前記磁場によって誘起されるように、前記電磁石に前記電流を供給する。
【００１４】
ある実施形態において、前記電流源は、３２５Ｋ以下の温度域において前記液晶材料の電気分極を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶の電気分極を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る磁場応答液晶装置を示す図である。
【図２】図１に示す液晶セルを示す斜視図である。
【図３】図２に示す液晶セルを示す断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態１に係る液晶材料のらせん構造相の層構造を示す模式図である。（ｂ）は図４（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態１に係る液晶材料の強誘電相の層構造を示す模式図である。（ｂ）は図５（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。
【図６】（ａ）は図４（ａ）に示すらせん構造相の各層の液晶分子の向きが磁場によって変化した状態を示す模式図である。（ｂ）は図６（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る磁場応答液晶装置を示す図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態２に係る液晶材料の各層の液晶分子の向きが磁場によって変化する様子を示す模式図である。
【図９】（ａ）は図８（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。（ｂ）は図８（ｂ）に示す各層を平面視した模式図である。
【図１０】本発明の実施例に係る液晶セルを示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例に係る測定結果を示す図である。
【図１２】（ａ）は本発明の実施例に係る測定結果を示す図である。（ｂ）は本発明の実施例に係る磁場の周期的な変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００１８】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る磁場応答液晶装置１を示す図である。図１に示すように、磁場応答液晶装置１は、磁場応答液晶素子２、及び電流源３を備える。磁場応答液晶素子２は、液晶セル１１と、電磁石１２とを備える。電磁石１２は、コイル１３を含む。
【００１９】
液晶セル１１は、コイル１３内に配置される。電磁石１２は、典型的には超電導磁石である。電流源３は、電磁石１２に電流を供給して、電磁石１２に磁場Ｈを生成させる。この結果、液晶セル１１に磁場Ｈが印加される。電流源３は、例えば、磁束密度が１４Ｔ以下の磁場Ｈを電磁石１２に生成させる。換言すると、電流源３は、磁束密度を１４Ｔ以下の範囲で変化させることができる。
【００２０】
図２は、図１に示す液晶セル１１を示す斜視図である。図２に示すように、液晶セル１１は、液晶材料２１と、第１基板２２と、第２基板２３とを備える。第１基板２２及び第２基板２３は、互いに平行又は略平行に対向して配置される。第１基板２２及び第２基板２３の材料は、特に限定されない。第１基板２２及び第２基板２３は、典型的には、ガラス基板である。液晶材料２１は、第１基板２２と第２基板２３とによって挟まれる。
【００２１】
図３は、図２に示す液晶セル１１を示す断面図である。図３に示すように、液晶セル１１は、液晶材料２１、第１基板２２、及び第２基板２３に加えて、配向膜３１と、シール部材３２とを更に備える。
【００２２】
配向膜３１は、第１基板２２の液晶材料２１に近い側の面、即ち第２基板２３に対向する面に設けられる。更に、配向膜３１は、第２基板２３の液晶材料２１に近い側の面、即ち第１基板２２に対向する面にも設けられる。各配向膜３１は、液晶材料２１に近い側の面（液晶材料２１に接触する面）がラビング処理されている。配向膜３１は、例えば高分子材料からなり、典型的にはポリイミド膜である。
【００２３】
シール部材３２は、第１基板２２と第２基板２３との間（配向膜３１間）に配置されて、液晶材料２１を囲む。液晶セル１１がシール部材３２を備えることにより、液晶材料２１が液晶セル１１から漏れ難くなる。シール部材３２は、例えば熱硬化性樹脂又はＵＶ硬化性樹脂からなる。あるいは、シール部材３２は、ＵＶ熱併用型のシール材からなる。ＵＶ硬化性と熱硬化性とを分子内に併せ持つ樹脂として、例えば、エポキシ樹脂のエポキシ基に部分的にアクリル酸（又はメタクリル酸）を付加させた部分アクリロイル（メタクリロイル）化エポキシ樹脂を使用し得る。典型的には、第１基板２２と第２基板２３と（一方の配向膜３１と他方の配向膜３１と）をシール部材３２によって貼り合せる。
【００２４】
液晶材料２１は、第１基板２２と第２基板２３との間（配向膜３１間）に保持されていない状態において、らせん構造相を形成する。本実施形態において、液晶材料２１は、第１基板２２と第２基板２３との間に保持されていない状態において、キラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ*相）を形成する。なお、液晶材料２１は、ＳｍＣ*相を形成し得る液晶組成物に限定されない。液晶材料２１は、例えば、キラルスメクチックＦ相（ＳｍＦ*相）、キラルスメクチックＧ相（ＳｍＧ*相）、又はキラルスメクチックＨ相（ＳｍＨ*相）のようならせん構造相を形成し得る液晶組成物であり得る。
【００２５】
本実施形態において、液晶材料２１は、強誘電性液晶である。液晶材料２１は、第１基板２２と第２基板２３との間（配向膜３１間）に保持されると、強誘電性を示す。具体的には、配向膜３１（ラビング処理のような表面処理が施された面）と液晶材料２１との相互作用により、液晶分子が一様に配向された強誘電相が発現する。詳しくは、らせん構造相の全部又は一部のらせん（液晶分子のらせん状の配列）がほどけて、強誘電相が発現する。好ましくは、液晶材料２１は、室温（例えば３２０Ｋ以下）の雰囲気温度環境下で強誘電性を示す。
【００２６】
液晶材料２１は、反磁性異方性を有する液晶分子によって構成される限り、特に限定されない。ただし、液晶材料２１の磁気異方性が大きいほど、より小さい磁束密度によって液晶分子の配向秩序（分子長軸の方向）を制御する（変化させる）ことができる。磁気異方性は、液晶分子中のベンゼン環の数が多いほど大きくなる。また、磁気異方性は、液晶分子の分子長を変えることによっても変化させることができる。
【００２７】
本実施形態において、液晶材料２１は、以下の［化１］の化学式で示される分子と、以下の［化２］の化学式で示される分子とからなる液晶組成物である。［化１］の分子の分子名は「５−ｏｃｔｙｌ−２−（４−ｏｃｔｙｌｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ」である。［化２］の分子の分子名は「（Ｓ）−５−ｄｅｃｙｌ−２−［４−（２−ｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌｏｘｙ）ｐｈｅｎｙｌ］ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ」である。［化１］の分子と［化２］の分子との割合は、第１基板２２と第２基板２３との間（一方の配向膜３１と他方の配向膜３１との間）の間隔の大きさに応じて決定し得る。［化１］の分子と［化２］の分子とからなる液晶組成物は、配向膜３１との相互作用を調整することにより、強誘電転移温度以下の雰囲気温度環境下（具体的には、室温を含む３２８Ｋ以下の雰囲気温度環境下）で、らせん構造相（ＳｍＣ*相）と強誘電相（ＳｍＣ相）とが共存した状態となり得る。換言すると、液晶組成物の一部が、強誘電相を形成する。
【化１】
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【化２】
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【００２８】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、及び図５（ｂ）は、液晶材料２１（［化１］の分子と［化２］の分子とからなる液晶組成物）の層構造を示す模式図である。具体的には、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、及び図５（ｂ）は、室温を含む３２８Ｋ以下の雰囲気温度環境下において、第１基板２２と第２基板２３との間（配向膜３１間）に保持された液晶材料２１の層構造を示す。詳しくは、図４（ａ）は、液晶材料２１のらせん構造相（ＳｍＣ*相）の層構造を示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。また、図５（ａ）は、液晶材料２１の強誘電相（ＳｍＣ相）の層構造を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、液晶材料２１は、液晶分子４１を含む。図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、液晶分子４１は電気双極子モーメント４３を有する。電気双極子モーメント４３は、液晶分子４１の分子長軸方向に交差する。
【００２９】
液晶材料２１は、液晶分子４１が一次元に周期的に並ぶ層構造を形成する。各層の液晶分子４１の分子長軸方向は、層法線方向からある一定の角度だけ傾いている。液晶材料２１は、強誘電転移温度以下の雰囲気温度環境下で、らせん構造相と強誘電相とを形成する。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、らせん構造相では、一次元に周期的に並ぶ液晶分子４１が、らせん状に配列される。詳しくは、層ごとに分子長軸方向がコーン４２の外周面（円錐面）に沿ってずれる。この結果、各層の電気分極は相殺される。よって、らせん構造相を巨視的に見ると、電気分極は発現していない。一方、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、強誘電相では、液晶分子４１が一様に配向される。よって、強誘電相を巨視的に見ると、電気分極が発現している。したがって、液晶材料２１を巨視的に見ると、電気分極が発現している。換言すると、液晶材料２１は、強誘電性を示す強誘電性液晶である。
【００３０】
コーン４２の外周面は、液晶分子４１の分子運動軌道である。液晶材料２１に磁場Ｈを印加すると、らせん構造相の各層の液晶分子４１は、反磁性異方性により、コーン４２の頂点を中心として、コーン４２の外周面に沿って回転し、一様に配向する。この結果、液晶分子４１のらせん状の配列がほどける。図６（ａ）は、図４（ａ）に示すらせん構造相の各層の液晶分子４１の向き（配向秩序）が磁場Ｈによって変化した状態を示す模式図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。
【００３１】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、磁場Ｈの生成により、らせん構造相の各層の液晶分子４１は、磁場方向（磁場Ｈの向き）に一様に配向する。よって、液晶材料２１のらせん構造相を巨視的に見ると、磁場Ｈを生成する前は電気分極はゼロであるが、磁場Ｈの生成により電気分極が発現する。
【００３２】
一方、強誘電相の各層の液晶分子４１も、磁場方向（磁場Ｈの向き）によっては、反磁性異方性により、コーン４２の頂点を中心として、コーン４２の外周面に沿って回転し、磁場方向に一様に配向方向を変える。具体的には、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すらせん構造相の各層の液晶分子４１と同様に、強誘電相の各層の液晶分子４１は、磁場方向（磁場Ｈの向き）に一様に配向する。電気分極の極性は、液晶分子４１の分子長軸の層法線方向からの傾き方向に依存する。したがって、図６（ｂ）に示す液晶材料２１の電気分極の極性は、図５（ｂ）に示す液晶材料２１の電気分極の極性とは逆の極性を示す。
【００３３】
なお、液晶材料２１は、［化１］の分子と［化２］の分子とからなる液晶組成物に限定されない。例えば、液晶材料２１として、以下の［化３］の化学式で示される分子からなる強誘電性液晶、又は、以下の［化４］の化学式で示される分子からなる強誘電性液晶を使用し得る。［化３］の分子の分子名は「ｐ−ｄｅｃｙｌｏｘｙｂｅｎｚｙｌｉｄｅｎｅ−ｐ’―ａｍｉｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌｂｕｔｙｌｃｉｎｎａｍａｔｅ」である。［化４］の分子の分子名は「１，３−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−ｂｉｓ｛４−［（４−ａｌｋｏｘｙｂｅｎｚｏｙｌ）―ｓｕｌｆａｎｙｌ］ｂｅｎｚｏａｔｅｓ｝」である。
【化３】
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【化４】
2018036461.tif 000006
【００３４】
以上説明した実施形態１によれば、液晶材料２１は、反磁性異方性を有する液晶分子４１によって構成される。したがって、液晶分子４１の配向秩序及びそれに付随する液晶材料２１の電気分極の向きを磁場Ｈによって制御することができる。また、いくつかの強誘電性液晶は、室温（例えば３２０Ｋ以下）の雰囲気温度環境下において強誘電性を示すことが知られている。したがって、本実施形態によれば、液晶材料２１を選定することにより、室温の雰囲気温度環境下において、液晶材料２１の電気分極の向きを制御することができる。なお、外部から印加された磁界によって電気分極が誘起される物質として、鉄などの磁性元素を含むセラミック材料のような無機遷移金属酸化物（磁性化合物）が知られている。しかし、その多くは室温よりもはるかに低い雰囲気温度環境下においてのみ電気分極が誘起される。
【００３５】
［実施形態２］
続いて図７、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、実施形態２に係る磁場応答液晶装置１について説明する。但し、実施形態１と異なる事項を主に説明し、実施形態１と重複する説明は適宜割愛する。実施形態２に係る磁場応答液晶装置１は、２つの電磁石１２（第１電磁石１２ａ及び第２電磁石１２ｂ）を備える点で、実施形態１に係る磁場応答液晶装置１と異なる。
【００３６】
図７は、本発明の実施形態２に係る磁場応答液晶装置１を示す図である。実施形態２に係る磁場応答液晶装置１は、磁場応答液晶素子２、及び電流源３を備える。磁場応答液晶素子２は、液晶セル１１と、２つの電磁石１２とを備える。液晶セル１１は、２つ電磁石１２の間に配置される。電流源３が、２つ電磁石１２のうちの一方（第１電磁石１２ａ、又は第２電磁石１２ｂ）に電流を供給することにより、液晶セル１１（液晶材料２１）に磁場Ｈが印加される。電流源３が、２つ電磁石１２のうちの他方（第２電磁石１２ｂ、又は第１電磁石１２ａ）に電流を供給することにより、磁場Ｈの向き（磁場方向）が変化する。
【００３７】
以下、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、強誘電転移温度以下の磁場Ｈを生成していない環境下において、液晶材料２１が強誘電相を形成する場合を例に、実施形態２に係る磁場応答液晶装置１の動作を説明する。実施形態２に係る磁場応答液晶装置１は、電流源３から第１電磁石１２ａへ電流を供給して磁場Ｈを生成すると、液晶材料２１の電気分極の極性が「−Ｐ」を示すように構成されている。また、実施形態２に係る磁場応答液晶装置１は、電流源３から第２電磁石１２ｂへ電流を供給して磁場Ｈを生成すると、液晶材料２１の電気分極の極性が「＋Ｐ」を示すように構成されている。
【００３８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、各層の液晶分子４１の向き（配向秩序）が磁場Ｈによって変化する様子を示している。図９（ａ）は、図８（ａ）に示す各層を平面視した模式図である。図９（ｂ）は、図８（ｂ）に示す各層を平面視した模式図である。詳しくは、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、磁場Ｈの生成によって各層の液晶分子４１の向き（配向秩序）が変化することに付随して電気分極の向きが変化する様子を示している。
【００３９】
液晶材料２１は、例えばスメクチックＣ相（ＳｍＣ相）を形成している。よって、液晶材料２１を巨視的に見ると、電気分極が発現している。本実施形態では、電気分極の極性は「＋Ｐ」を示す。強誘電転移温度以下の雰囲気温度環境下において、電流源３が第１電磁石１２ａに電流を供給して磁場Ｈを生成した場合（同方向の磁束密度の絶対値を増加させた場合）、各層の液晶分子４１は、コーン４２の外周面に沿って回転して、磁場方向（磁場Ｈの向き）に傾く（図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示す液晶材料２１）。例えば、液晶材料２１は、ＳｍＣ相を形成する。この結果、液晶材料２１を巨視的に見ると、電気分極が発現している。具体的には、電気分極は、第１電磁石１２ａに電流を供給する前の極性（＋Ｐ）とは反対の極性（−Ｐ）を示す。
【００４０】
その後、電流源３が第２電磁石１２ｂに電流を供給して、第１電磁石１２ａに電流を供給した際とは逆向きの磁場Ｈを生成すると、各層の液晶分子４１は、コーン４２の外周面に沿って回転して、第１電磁石１２ａに電流を供給した際とは反対の方向に傾く（図８（ａ）及び図９（ａ）に示す液晶材料２１）。例えば、液晶材料２１はＳｍＣ相を形成する。この結果、液晶材料２１を巨視的に見ると、電気分極が発現している。具体的には、電気分極は、第１電磁石１２ａに電流を供給した際の極性（−Ｐ）とは反対の極性（＋Ｐ）を示す。
【００４１】
以上説明した実施形態２によれば、電気分極の向きを磁場Ｈによって反転させることができる。なお、本実施形態では、磁場応答液晶装置１が２つの電磁石１２を備え得る形態について説明したが、磁場応答液晶装置１は、複数（２つ以上）の電磁石１２を備え得る。磁場応答液晶装置１が３つ以上の電磁石１２を備える場合、液晶セル１１は、３つ以上の電磁石１２の間に配置される。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。
【００４３】
例えば、液晶セル１１は、スペーサを更に備え得る。スペーサは、液晶材料２１に含まれる。あるいは、スペーサは、液晶材料２１とシール部材３２とに含まれる。スペーサの形状は、球状又は棒状であり得る。あるいは、球状のスペーサと棒状のスペーサとの両方が使用されてもよい。スペーサの材料は、ガラス、樹脂、又はシリカであり得る。例えば、ガラスビーズ、ガラス繊維、プラスチックビーズ、又はシリカ粒子をスペーサとして使用し得る。液晶セル１１がスペーサを備えることにより、第１基板２２と第２基板２３と（一方の配向膜３１と他方の配向膜３１と）を、所定の間隔を隔てて配置することが容易になる。
【００４４】
また、液晶セル１１は、電極を更に備え得る。電極は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）のような透明電極であり得る。電極は、第１基板２２の液晶材料２１に近い側の面、及び第２基板２３の液晶材料２１に近い側の面にそれぞれ設けられる。したがって、液晶セル１１が配向膜３１を備える場合、電極は、第１基板２２と配向膜３１との間、及び第２基板２３と配向膜３１との間にそれぞれ配置される。
【００４５】
また、本発明の実施形態では、液晶材料２１が強誘電性液晶である形態について説明したが、液晶材料２１は反強誘電性液晶であってもよい。液晶材料２１が反強誘電性液晶である場合、液晶材料２１は、第１基板２２と第２基板２３との間（一方の配向膜３１と他方の配向膜３１との間）に保持されると、反強誘電性を示す。具体的には、配向膜３１（ラビング処理のような表面処理が施された面）と液晶材料２１との相互作用により、反強誘電相が発現する。この結果、液晶材料２１は、巨視的に見ると電気分極が相殺された状態となる。より具体的には、反強誘電転移温度以下の雰囲気温度環境下において、液晶分子が一層毎に交互に異なる方向に配向される。あるいは、配向膜３１と液晶材料２１との相互作用が弱い場合、反強誘電転移温度以下の雰囲気温度環境下において、液晶分子はらせん状の配列を維持する。好ましくは、液晶材料２１は、室温（例えば３２０Ｋ以下）の雰囲気温度環境下において反強誘電性を示す。
【００４６】
液晶材料２１が反強誘電性液晶である場合、磁場Ｈを印加することにより、液晶分子の配向秩序が変化する。この結果、電気分極が誘起される。更に、磁場Ｈの方向を変化させることにより、電気分極の極性（方向）を制御することができる。例えば、反強誘電性液晶として、分子名が「４−（１−ｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔｙｌｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ−４’―ｏｃｔｙｌｏｘｙｂｉｐｈｅｎｙｌ−４−ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ」の液晶組成物を使用し得る。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下で説明する実施例に限定されるものではない。
【００４８】
図１０は、本実施例に係る液晶セル１１０を示す断面図である。本実施例では、図１０に示す液晶セル１１０を使用した。液晶セル１１０は、図３を参照して説明した液晶セル１１と比べて、透明電極５１を更に備える。透明電極５１は、各種の測定を行うために追加した。透明電極５１は、第１基板２２と配向膜３１との間、及び第２基板２３と配向膜３１との間にそれぞれ配置される。
【００４９】
本実施例では、液晶材料２１として、［化１］の分子と［化２］の分子とからなる強誘電性液晶を使用した。［化１］の分子の質量パーセント濃度は７５Ｗｔ％であった。［化２］の分子の質量パーセント濃度は２５Ｗｔ％であった。また、本実施例では、第１基板２２及び第２基板２３としてガラス基板を使用し、シール部材３２としてエポキシ樹脂（商品名：アラルダイト  ラピッド（急速硬化タイプ））を使用し、配向膜３１としてポリイミド膜を使用し、透明電極５１としてＩＴＯを使用した。更に、スペーサを液晶材料２１内に混入させた。スペーサとして、平均粒径が２μｍのシリカ粒子（球状スペーサ）を使用した。第１基板２２と第２基板２３との間（一方の配向膜３１と他方の配向膜３１との間）の間隔は、２２μｍであった。
【００５０】
本発明者等は、まず、使用した液晶材料２１の強誘電転移温度を調べるために、磁場Ｈを生成していない状態で、誘電率、焦電流、及び電気分極の測定を行った。具体的には、周波数１００Ｈｚの交流電圧（−０．１Ｖ〜＋０．１Ｖ）を透明電極５１に印加して、雰囲気温度を３４０Ｋから３００Ｋまで下げながら、誘電率を測定した。また、雰囲気温度を３４０Ｋから３００Ｋまで下げながら、焦電流、及び電気分極を測定した。焦電流及び電気分極の測定は、透明電極５１に電圧を印加することなく、即ち電場を発生させることなく行った。測定結果を図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示す。
【００５１】
図１１（ａ）は、液晶材料２１の誘電率と雰囲気温度との関係を示す。図１１（ａ）において、横軸は温度（Ｋ）を示し、縦軸は誘電率（任意単位）を示す。図１１（ｂ）は、液晶材料２１において発生する焦電流と雰囲気温度との関係を示す。図１１（ｂ）において、横軸は温度（Ｋ）を示し、縦軸は焦電流の電流値（ｐＡ）を示す。図１１（ｃ）は、液晶材料２１の電気分極と雰囲気温度との関係を示す。図１１（ｃ）において、横軸は温度（Ｋ）を示し、縦軸は電気分極（μＣ／ｍ2）を示す。
【００５２】
図１１（ａ）に示すように、３２８Ｋ以下において誘電率の増大を測定できた。また、図１１（ｂ）に示すように、３２０Ｋ以上３２８Ｋ以下において焦電流を測定できた。また、図１１（ｃ）に示すように、３２８Ｋ以下において電気分極を測定できた。よって、使用した液晶材料２１の強誘電転移温度は３２８Ｋであることを確認できた。換言すると、使用した液晶材料２１は、３２８Ｋ以下の雰囲気温度環境下において強誘電性を示すことを確認できた。詳しくは、強誘電転移温度以下の磁場Ｈを印加していない環境下において、配向膜３１との相互作用により、液晶材料２１の一部に強誘電相が発現した。より詳しくは、液晶材料２１は、らせん構造相（ＳｍＣ*相）と強誘電相（ＳｍＣ相）とが共存した状態となった。
【００５３】
続いて、本発明者等は、図１を参照して説明した磁場応答液晶装置１を使用して、磁場Ｈの磁束密度を０Ｔと９Ｔとの間で周期的に変動させつつ電気分極を測定した。雰囲気温度は、強誘電転移温度（３２８Ｋ）よりも低い３２０Ｋに設定した。測定結果を図１２（ａ）に示す。
【００５４】
図１２（ａ）は、図１２（ｂ）に示す磁場Ｈの変動に対する液晶材料２１の電気分極の変動を示す。図１２（ａ）において、横軸は経過時間（秒）を示し、縦軸は電気分極（μＣ／ｍ2）を示す。図１２（ｂ）は、磁場Ｈ（磁束密度）の周期的な変動を示す。図１２（ｂ）において、横軸は経過時間（秒）を示し、縦軸は磁場Ｈの磁束密度（テスラ）を示す。
【００５５】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、電気分極の極性（向き）が、磁場Ｈの周期的な変動に応じて反転（変動）することを確認できた。また、再現性があることも確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、磁場制御によって強誘電ドメインをスイッチさせる新規なデバイスや、光の偏光制御を磁場によって行う磁気光学素子や、デジタル情報記憶用メモリ素子などの各種デバイスの実用化に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１        磁場応答液晶装置
２        磁場応答液晶素子
３        電流源
１１      液晶セル
１２      電磁石
１２ａ    第１電磁石
１２ｂ    第２電磁石
２１      液晶材料
４１      液晶分子
４２      コーン
４３      電気双極子モーメント
１１０    液晶セル
Ｈ        磁場
【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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【図１２】
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