(57)【要約】  液晶複合材は、液晶化合物中に懸濁された非等軸粒子を有する。液晶複合材は、粒子が液晶化合物中の分子に対応して整列するという特徴を有し、この粒子の配向は、電場の印加によって可逆的に変化させることが可能である。
2007525580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶化合物中に懸濁された非等軸の粒子を有する液晶複合材であって、
前記粒子は、前記液晶化合物の分子に対して配列され、前記粒子の配向は、電場の印加によって可逆的に変化することを特徴とする液晶複合材。
【請求項２】
前記粒子の表面は、表面活性剤で処理されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶複合材。
【請求項３】
前記表面活性剤は、1または2以上のチオール基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶複合材。
【請求項４】
前記表面活性剤は、1または2以上のシラン基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶複合材。
【請求項５】
前記粒子の表面は、一軸研磨処理によって処理されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶複合材。
【請求項６】
前記粒子の表面は、光配向処理によって処理されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶複合材。
【請求項７】
前記粒子の厚さは、5nmから1μmの範囲にあり、前記粒子の長さは、20nmから50μmの範囲にあることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の液晶複合材。
【請求項８】
前記粒子の表面は、可視光を反射することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の液晶複合材。
【請求項９】
前記粒子の表面は、可視光を吸収することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の液晶複合材。
【請求項１０】
前記粒子の厚さと長さの比は、少なくとも1：5であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の液晶複合材。
【請求項１１】
前記粒子は、重量比で当該複合材の10％以下であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の液晶複合材。
【請求項１２】
前記粒子は、金属粒子であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一つに記載の液晶複合材。
【請求項１３】
前記粒子の長さは、1μm未満であり、前記粒子は、溶液から合成されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の液晶複合材。
【請求項１４】
離間して設置された第1および第2の基板であって、少なくとも一つの基板は透明であるところの第1および第2の基板と、
前記第1および第2の基板のそれぞれの上に形成された第1および第2の電極であって、少なくとも一つの電極は透明であるところの第1および第2の電極と、
該第1および第2の電極のそれぞれの上に形成された第1および第2のアライメント層と、
2つの前記基板の間に設置された、前記請求項のいずれか一つに記載の液晶複合材と、
を有する液晶セル。
【請求項１５】
液晶複合材中の非等軸の粒子の配向を可逆的に変化させる方法であって、
当該方法は、
液晶化合物中に前記粒子を懸濁させるステップであって、前記粒子が前記液晶化合物の分子に対して配列されるステップと、
前記複合材に電場を印加するステップと、
を有する方法。
【請求項１６】
さらに、前記粒子の表面を処理する初期ステップを有することを特徴とする請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記電場を印加する前記ステップの前に、2つの平行基板の間に、サスペンションを設置するステップを有することを特徴とする請求項15または16に記載の方法。
【請求項１８】
請求項14に記載の液晶セルを有する表示装置。
【請求項１９】
請求項14に記載の液晶セルを有する切り替え式ミラー。
【請求項２０】
請求項14に記載の液晶セルを有する光源からの光ビームの方向または形状を変化させる手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスク状、フレーク状、ロッド状、または楕円形の非等軸粒子を有する液晶複合材に関する。特に本発明は、これに限られるものではないが、光バルブ、切り替え式ミラーならびに他の表示および照明用途に使用されるそのような液晶複合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
光バルブおよび他の懸濁粒子装置は、光変調用に50年以上使用されており、通過する光の量を制御するため、例えば、英数字表示装置、テレビジョンディスプレイ、窓、ミラー、眼鏡等を含む多くの目的に使用される。従来の光バルブは、微小距離だけ隔離された2つの壁で構成されたセルとして示されており、少なくとも一つの壁は、透明であり、両方の壁には、通常、透明導電性コーティングの電極がある。セルは、「光バルブサスペンション」、すなわち液体懸濁媒体中に懸濁された微小粒子（通常の場合、針状有機粒子）を有する。
【０００３】
そのような装置の作動原理は、図1に示されている。懸濁粒子装置1は、針状有機粒子3の層を有し、この層は、ガラス基板5、7の間に設置されている。各ガラス基板5、7の内表面には、透明電極9、11がコーティングされている。
【０００４】
印加電圧が存在しない場合（V＝0）、液体サスペンション中の粒子は、無秩序なブラウン運動挙動を示すため、セル内に侵入した光線は、粒子の性質および濃度ならびに光のエネルギー量に応じて、反射され、透過されまたは吸収される。光バルブの光バルブサスペンションに電場が印加されると（V=U）、粒子が整列し、多くのサスペンションに対して、大部分の光がセルを透過することが可能になる。
【０００５】
フレーク状の反射性粒子が使用された場合、そのようなセルでは、反射状態と透過状態の間を切り替えることが可能になる。反射状態では、フレークは、その平坦面がガラス基板の表面と平行になるように整列し、透明状態では、フレークは、その平坦面がガラス基板に対して垂直となるように整列する。電場を印加することにより、フレークを高速で一つの方向に整列させることが容易となる。しかしながら電場が存在しない場合、ブラウン運動によって、フレークは、再びゆっくりと無秩序な配向に戻る。
【０００６】
また液晶ディスプレイ（LCD）装置は、よく知られており、コンピュータおよびテレビジョンの視覚的表示ユニット（VDU）のような多くの電子機器部品に共通に使用される。液晶化合物（すなわち、液晶相を有する化合物、および液晶相を有さず、液晶組成の成分として使用される特性を有する他の化合物）は、よく知られている。例えば、所望の熱的および電気的特性を得るため、液晶ディスプレイでは、多成分系共晶液晶混合物が使用される。
【０００７】
液晶ディスプレイは、パターン化された電極を有する液晶セルを有する。英数字表示装置は、セグメント化され、直接アドレス化されるが、水平および垂直電極を有するディスプレイでは、多重化処理が使用されても良い。また、アクティブマトリクスディスプレイの場合、ディスプレイは、個々の画素を切り替えるため、ダイオードまたはトランジスタの配列を有する。近年、異なる液晶（LC）セルが開発されている。最も重要な液晶セルは、TNセル（ねじれネマチックセル）、STNセル（超ねじれネマチックセル）、PDLCセル（高分子分散液晶セル）等である。通常の場合、液晶セルには、ネマチック液晶が使用されるが、スメクチック液晶またはコレステリック液晶が使用されても良い。
【０００８】
一般に、前述の全ての液晶材料は、共通の特徴を有する。これらの液晶材料は、ロッド状分子構造、長手軸および双極子の剛性、ならびに／または容易に分極させることが可能な置換基を有し、従って恒久的なまたは誘起された双極子が提供される。
【０００９】
液晶状態の特徴的特性は、分子が同じ方向に整列する傾向にあることであり、これは、誘導体と呼ばれている。
【００１０】
液晶の巨視的配向は、処理された界面で生じる。例えば、一軸方向に研磨された表面では、液晶は、一軸平面配向で整列するのに対して、ある高分子または表面活性剤で処理された表面では、液晶は、表面に対して垂直に整列する。また、適当な配向誘起層を用いて、傾斜配向が生じるようにすることも可能である。図2には、表面25、27の間に介在された液晶化合物23を有する液晶セル21を示す。図2aでは、表面25、27が表面活性剤で処理されて、層29が形成され、この層は、液晶を処理表面に対して垂直に配向させる。図2bでは、表面25、27は、一軸方向に研磨されており、液晶組成は、研磨高分子31と隣接する。その結果、液晶は、処理表面に対して一軸の平行な配向をとる。
【００１１】
また液晶セル内の分子の配向は、セルへの電場または磁場の印加によっても制御される。液晶混合物は、誘電異方性を示す傾向にある。誘導体の方向における誘電率が、水平方向よりも大きい場合、液晶混合物は、正の誘電異方性を示す。誘導体の方向における誘電率が水平方向よりも小さい場合、液晶混合物は、負の誘電異方性を示す。正の誘電異方性を有する液晶混合物は、それらの長手軸（誘導体）を印加場の方向に沿って配向させる傾向にあり、負の誘電異方性を有する液晶混合物は、長手軸（誘導体）を印加場に対して垂直に配向させる傾向にある。
【００１２】
液晶分子を含むセルに電場または磁場を印加することにより、2つの状態または配向の間で、すなわち、液晶セルが所定の方向において透明となる「オン状態」と、液晶セルが所定の方向において不透明となる「オフ状態」とで、誘導体を徐々に切り替えることが可能となる。
【００１３】
図3aおよび3bには、透過モードにある従来のねじれネマチックLCセルの動作を示す。LCセル52は、ガラス等の、一組の平行透明板54および56で構成され、これらの板は、ITO（インジウムスズ酸化物）のような透明導電性材料の膜がコーティングされた際に、電極として機能する。ITO上には、200nm厚さの高分子膜がコーティングされ、この膜は、隣接するLC分子のアライメント層として機能する。2つの板の間のネマチックLCは、板に垂直な軸（ねじれ軸）の周りを螺旋状に回転する。例えば、ねじれ角が90゜の場合、LC分子は、1枚の板のｘ方向、および他の板のｙ方向に、それらの誘導体58を有する。例えば、図3aでは、LC誘導体は、隣接する板54のy方向、および隣接する板56のｘ方向に整列するように示されている。いずれの場合も、これらの誘導体は、板の面に対して平行になっている。
【００１４】
図3aおよび3bには、一連のLC層60に分解された状態の、単位セル52が示されている。これらの層は、分離して示されているが、実際には連続体を形成する。各連続層のLC誘導体は、前段の層に対して角度的にねじれており、その結果、一つの板から他の板までの全体的な「ねじれ」が得られる。スイッチ64を介して、変調電源62が対向する両板の電極に接続されている。画像または他の光学データを含む無偏光入力ビーム66は、偏光板68によって誘導され、入射板54からセルに入射した際には、LC誘導体と平行となるように偏光される。LCねじれ軸の方向に進行する直線偏光の偏光面は、LC分子によって回転し、セルは、偏光回転器としての役割を果たす。これは、偏光回転効果（PRE）として知られている。セルの出力側では、光の偏光は、90゜回転し（LCねじれ角度が90゜と仮定した場合）、その光の偏向70は、セルの出力側ではｘ方向となる。偏光面が偏光板68に対して90゜ねじれている、別の偏光板72に使用される解析器は、偏光光線を出力74として透過させる。
【００１５】
スイッチ64が閉じ、セルの電極板54および56に変調電圧が印加されると、セル内には、ねじれ軸の方向に電場が構築される。これにより、LC分子は、電場に向かって傾斜する。印加変調電圧が十分に大きい場合、90゜のLC傾斜が生じ、LC分子は、そのねじれ特性を消失し（境界板表面に隣接するそれらの分子を除く）、偏光回転力が非活性となる。これは、図3bに示されており、この場合、LC誘導体58は、90゜傾斜し、これらの誘導体は、ビーム66に対して平行となり、境界板54および56に対して垂直となる。その結果、セルの出力ビームの偏向70は、セルの入力端でのビームの偏光と同じ偏向となり、出力ビームは、直交偏光解析器72によって遮断される。実際には、解析器は、シャッターとして作用し、電場が存在しない場合には光を透過させ、電場が印加された場合には、光透過を遮断する。LC分子の一部のみを傾斜させるような低い変調電圧では、入射光の一部が透過し、一部が遮断される。
【００１６】
図3aおよび3bに示す透過型ディスプレイは、板72の代わりにミラーを用いることより、反射型システムに変換することができる。
【００１７】
前述の液晶セルは、複雑な構造を有しており、光切り替え機能が制限される。同様に、従来の光バルブでは、光切り替え機能が制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明では、懸濁粒子の迅速かつ可逆的な切り替えが可能な液晶複合材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の態様では、液晶化合物中に懸濁された非等軸の粒子を有する液晶複合材であって、前記粒子は、前記液晶化合物の分子に対して配列され、前記粒子の配向は、電場の印加によって可逆的に変化することを特徴とする液晶複合材が提供される。
【００２０】
複合材への電場の印加によって、粒子の配向に迅速な変化が生じ、その後の電場の除去により、粒子は、切り替えられて元の整列状態に戻る。従って、本発明では、2つの異なる配向の間で、粒子の迅速かつ可逆的な切り替えが可能となる。
【００２１】
非等軸粒子は、単一の材料層または複数の材料層を有し、この材料は、金属、有機あるいは無機であっても良い。
【００２２】
複合材に使用される粒子の形状は、「非等軸」であり、すなわち一つの配向において、粒子が別の配向に比べてより多くの光を遮断するような粒子の形状または構造である。非等軸粒子は、針状、ロッド状、木舞状、ディスク状、楕円形または薄いフレーク状であることが好ましい。可視領域で高い反射性を示す表面を有する材料で構成された薄いフレークは、特に、切り替え可能なミラー向けに使用されるが、所望の結果に応じて、いかなる種類の光吸収性または光反射性材料を使用しても良い。好適な高反射性材料の一例は、アルミニウムおよび銀である。また粒子は、ブラッグ反射体としても知られる多層化誘電体材料で構成されても良く、この材料は、ほとんど吸収損失を生じずに、可視領域の光を反射する。
【００２３】
非等軸粒子の厚さと長さの比は、少なくとも1：4であることが好ましく、少なくとも1：100であることがより好ましい。厚さ等の非等軸粒子の最小寸法は、5nm乃至1μmの範囲であることが好ましく、5nm乃至100nmの範囲であることがより好ましい。長さ等の非等軸粒子の最大寸法は、20nm乃至50μmの範囲であることが好ましく、100nm乃至10μmの範囲であることがより好ましい。
【００２４】
複合材は、重量比で10％以下の非等軸粒子を有することが好ましい。
【００２５】
非等軸粒子の表面処理によって、液晶分子中に懸濁されたこれらの粒子の液晶分子に対する巨視的な整列が可能となる。粒子の表面が適当な方法で処理されていない場合、これらの粒子は、無秩序に配向される。適当な表面処理には、表面活性剤を用いた処理ならびに一軸研磨処理および光配向処理のような処理技術が含まれる。これらのおよび他の表面処理は、当業者には明らかである。
【００２６】
例えば、銀または金の粒子の場合、好適な表面活性剤は、1または2以上のチオール基を有する化合物を含む。例えばアルミニウムまたはシリコン等の材料で構成される粒子は、その表面に酸化層を有する。酸化層を有する粒子の処理に好適な表面活性剤は、1または2以上のシランカルボキシレート基を有する化合物を含む。また、スルホン酸またはホスホン酸等の酸基を持つ分子を使用しても良い。
【００２７】
複合材は、2つの基板の間に設置されることが好ましく、各基板は、表面処理され、液晶化合物の分子の巨視的な配向が得られる。好適な表面処理法には、表面活性剤による処理ならびに一軸研磨処理および光配向処理等の処理技術が含まれる。前述のように、好適な表面活性剤は、当業者には明らかである。
【００２８】
基板は、導電性電極でコーティングされることが好ましい。少なくとも一つの基板、およびその基板用の電極は、少なくとも一部が光に対して透過性であることが好ましい。例えば、基板はガラスで構成され、この基板に、インジウムスズ酸化物（ITO）がコーティングされても良い。
【００２９】
本発明の別の態様では、離間して設置された第1および第2の基板であって、少なくとも一つの基板は透明であるところの第1および第2の基板と；前記第1および第2の基板のそれぞれの上に形成された第1および第2の電極であって、少なくとも一つの電極は透明であるところの第1および第2の電極と；該第1および第2の電極のそれぞれの上に形成された第1および第2のアライメント層と；2つの前記基板の間に設置された、前記請求項のいずれか一つに記載の液晶複合材と；を有する液晶セルが提供される。
【００３０】
第1および第2の基板は、例えば5mm未満の短い距離で離間されていることが好ましい。アライメント層は、表面活性剤による処理表面、高分子処理表面および一軸研磨表面のうちの少なくとも一つであることが好ましい。
【００３１】
本発明の別の態様では、液晶複合材中の非等軸の粒子の配向を可逆的に変化させる方法であって：当該方法は、
液晶化合物中に前記粒子を懸濁させるステップであって、前記粒子が前記液晶化合物の分子に対して配列されるステップと、前記複合材に電場を印加するステップと、を有する方法が提供される。
【００３２】
また本発明は、表示装置、切り替え式ミラー、および光源からの光ビームの方向または形状を変化させる手段を提供し、これらの各々は、請求項14に係る液晶セルを有する。
【００３３】
本発明の前述の特徴および利点をさらに理解するため、添付図面を参照して、以下に一例としての実施例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図4a乃至4cには、本発明による液晶セル100を概略的に示す。液晶セル100は、2つの基板102、104を有し、これらの基板は、小さな距離だけ離間して設置されており、少なくとも一つの基板は透明である。各基板には、電極106、108が設置されており、少なくとも一つの電極は透明である。例えば、基板102、104は、ガラスであっても良く、電極106、108は、ITOであっても良い。液晶複合材110は、正の誘電異方性を示す液晶化合物114中に懸濁された非等軸粒子112を有し、液晶複合材110は、2つの基板間に設置されている。非等軸粒子112は、液晶化合物114の全体に均一に分散されている。複合材110に隣接する表面、すなわち電極106、108は、液晶分子を整列させるために処理される。一軸方向に研磨された表面116、118上の液晶114は、図4aに示すように、表面102、104に対して一軸平面配向をとる。また非等軸粒子112は、表面処理されており、これらの非等軸粒子は、液晶化合物114の分子に対して整列する。図4aでは、表面活性剤による表面処理のため、粒子112は、それらの粒子の長手軸が液晶分子114の長手軸に対して垂直となるように整列する。従って、図4aに示す休止状態（V＝0）では、非等軸粒子112は、液晶分子114に対して所定の配向をとる。
【００３５】
図4bに示すように、強度V1の電場が印加されると、正の誘電異方性を示す液晶分子114は、印加電圧と平行な方向に再配列される。非等軸粒子112は、その配向が液晶分子114と関連付けられており、非等軸粒子112もまた、液晶分子114に対して垂直な状態を維持するように再配列される。
【００３６】
図4cに示すように、強度V2の電場の印加は、V2＞V1のとき、液晶分子114の配向に何ら影響を及ぼさない。しかしながら、この電場の増大によって、今度は非等軸粒子112が、印加電圧と平行な方向に再配列される。従って、図4cに示すように、液晶分子114および非等軸粒子112の両方は、それらの長手軸が表面102、104に対して垂直となるように配列される。
【００３７】
電場がオフになると、液晶分子114および非等軸粒子112の両方は、図4aに示す配向に戻る。従って本発明では、非等軸粒子の配列に、2通りの所定の配向が提供されるとともに、これらの配向の間で、迅速かつ可逆的な切り替えが可能となる。
【００３８】
電極106、108または基板102、104のいずれかを、複合材110に隣接するように設置することが可能であることは、当業者には明らかである。ただし、表面が複合材に隣接するように設置された場合、液晶分子を整列するため、表面を処理する必要がある。
【００３９】
図5aおよび5bには、本発明による別の液晶セル120を概略的に示す。液晶セル120は、2つの基板102、104を有し、これらの基板は、小さな距離だけ離間して設置されており、少なくとも一つの基板は、透明である。各基板には、電極106、108が設けられ、少なくとも一つの電極は透明である。液晶複合材110は、正の誘電異方性を示す液晶化合物114中に懸濁された非等軸粒子112を有し、この液晶複合材110は、2つの基板の間に設置される。非等軸粒子112は、液晶化合物114の全体に均一に分散される。複合材110と隣接する電極106、108の表面は、表面活性剤122で処理され、これにより、図5aに示すように、休止状態（V＝0）において、液晶114は、それらの液晶の長手軸が処理表面に対して垂直な配向をとるようになる。また非等軸粒子112も、表面活性剤によって表面処理され、それらの粒子の長手軸が液晶分子114の長手軸に対して垂直となるように配列される。
【００４０】
図5bに示すように、強度Vの電場が印加されても、液晶分子114の再配列は生じない。これは、これらの分子が正の誘電異方性を有し、既に印加電圧と平行な方向に配列されているためである。しかしながら、電場によって生じる力が十分に大きな場合であって、この力が、非等軸粒子112を液晶分子114に対して垂直な方向に配向させる力に勝る場合、非等軸粒子112は、印加電圧と平行な方向に再整列する。従って、図5bでは、液晶分子114および非等軸粒子112の両方が、それらの長手軸が表面102、104に対して垂直となるように配列される。
【００４１】
電場がオフになると（V＝0）、図5aに示すように、非等軸粒子112の配向は、液晶分子114によって再度誘導される。
【００４２】
図6aおよび6bには、本発明による別の液晶セル130を示す。液晶セル130は、2つの基板102、104を有し、これらの基板は、小さな距離だけ離間して設置され、少なくとも一つの基板は、透明である。各基板には、電極106、108が設置され、少なくとも一つの電極は、透明である。液晶複合材110は、負の誘電異方性を示す液晶化合物134中に懸濁された非等軸粒子113を有し、この液晶複合材は、2つの基板の間に設置される。非等軸粒子113は、液晶化合物134の全体に均一に分散されている。複合材110と隣接する電極106、108の表面は、一軸方向の研磨132によって処理され、そのため図6aに示すように、液晶114は、それらの液晶の長手軸が処理表面と平行となるような配向をとる。また非等軸粒子113も、一軸方向の研磨によって表面処理され、それらの粒子の長手軸が液晶分子134の長手軸と平行になるように配列される。
【００４３】
図6bに示すように、強度Vの電場が印加されても、液晶分子134に再配列は生じない。これは、これらの分子が負の誘電異方性を有し、既に印加電圧に対して垂直な方向に配列されているためである。しかしながら、電場によって生じた力が十分に大きく、この力が非等軸粒子113を液晶分子134と平行に配向させる力に勝る場合、非等軸粒子113は、印加電圧と平行な方向に再整列する。
【００４４】
電場がオフになった場合、図6aに示すように、非等軸粒子113の配向は、液晶分子134によって再度誘導される。
【００４５】
図7aおよび7bには、本発明による別の液晶セル170を概略的に示す。液晶セル170は、2つの基板102、104を有し、これらの基板は、小さな距離だけ離間して設置され、少なくとも一つの基板は、透明である。各基板には、電極106、108が設けられ、少なくとも一つの電極は、透明である。例えば、基板102、104は、ガラスであっても良く、電極106、108は、ITOであっても良い。液晶複合材110は、負の誘電異方性を示す液晶化合物134中に懸濁された非等軸粒子112を有し、この液晶複合材は、2つの基板の間に設置される。非等軸粒子112は、液晶化合物134の全体に均一に分散されている。複合材110に隣接する電極106、108の表面は、液晶分子を配列させるため、表面活性剤176、178によって処理される。図7aに示すように、表面176、178では、液晶134は、基板102、104に対して垂直な一軸配向をとる。また非等軸粒子112も、表面処理され、これらの粒子は、液晶化合物134の分子に対応して配列される。図7aでは、表面活性剤による表面処理のため、粒子112は、それらの粒子の長手軸が液晶分子134の長手軸に対して垂直となるように配列されている。従って図7aに示すように、休止状態（V＝0）では、非等軸粒子112は、液晶分子134に対して所定の配向をとる。
【００４６】
図7bに示すように、強度Vの電場が印加されると、負の誘電異方性を示す液晶分子134は、印加電圧に対して垂直な方向に再整列する。また、配向が液晶分子134と関連付けられている非等軸粒子112も、液晶分子134に対して垂直な状態が維持されるように再配列する。さらに電場が大きくなっても、液晶分子または非等軸粒子の配向の方向は変化しない。
【００４７】
電場がオフになった場合、図7aに示すように、液晶分子134および非等軸粒子112の両方において、配向が元に戻る。
【００４８】
従って、図4乃至図7に示す実施例では、非等軸粒子の配列に、2通りの所定の配向が提供されるとともに、これらの配向の間で、迅速かつ可逆的な切り替えが可能となる。
【００４９】
本発明の範囲において多くの実施例が存在すること、ならびに液晶複合材および非等軸粒子に隣接する両表面の表面処理の種類を変更することによって、異なる結果を得ることができることは、当業者には明らかである。さらに、選定された液晶の種類は、得られる結果に影響を及ぼす。例えば、いくつかの実施例では、電圧がないときにセルを通る光の透過が可能となり、電場が印加された際に、光の透過が遮断される。他の実施例では、電圧が印加されていないときには、光が反射され、電場が印加された際に、光の透過が可能となる。
【００５０】
非等軸粒子は、単一の材料層または複数の材料層を有しても良く、これらの材料は、金属、有機または無機であっても良い。例えば、粒子は、ある帯域の光を反射する層状誘電体材料を有しても良い。あるいは、これらの粒子は、異なる物理的（例えば光学的）または化学的な表面特性を有する2つの異なる層で構成されても良い。例えば、硬質基板層を光反射層と組み合わせても良い。そのような技術は、反射性粒子の剛性を高めるために使用されても良い。また、異なる分子と異なる態様で反応する層を組み合わせることも可能である。例えば、表面の一つは、その表面が特に極性分子と反応するように選定され、他の表面は、非極性物質と高い反応性を有するようにしても良い。このように、特定の極性または非極性表面を有する粒子を形成することができる。そのような粒子の配向は、容易に制御することができる。
【００５１】
本発明に使用される非等軸粒子を調製する各種方法を、以下に示す。いくつかの方法では、形状および寸法が大きく異なる粒子が得られ、他の方法では、一つの特定の寸法、形状および／または表面特性を有する粒子が得られるため、ある材料で構成された粒子の形成時にはある方法が好ましいことは、当業者には明らかである。一つの方法は、剥離コーティングを有する基板の上部に薄膜の蒸着を行い、その後この膜を剥離し、粒子寸法を微細化するため、ミル処理することをベースとするものである。他の方法には、マイカ等のミル処理可能な天然型ミネラルを使用する方法が含まれる。溶液中で、シリコンおよびアルミニウム粒子を形成しても良い。
【００５２】
また非等軸粒子は、特に針状結晶の場合、結晶成長によって採取しても良い。また、適当な表面活性剤が使用される場合、金属または他の無機材料のナノロッドの溶液中での合成の際に、これらのナノロッドを採取しても良い。またこの方法を用いて、ディスク状およびフレーク状の非等軸粒子を形成しても良い。ロッド状粒子を型板内で成長させ、その後この型板を除去して、ロッド状の粒子を残存させても良い。他の非等軸粒子は、核発生サイトを有する適当な表面を用いて、気相から成長させても良い。
【００５３】
図8には、本発明の実施例に使用される非等軸粒子を形成するための、第1の方法を概略的に示す。この方法は、例えばオフセット印刷法、マイクロコンタクト印刷法、およびインクジェット印刷法等の各種技術を用いて実施される。インクジェット印刷法を除くこれらの全ての技術では、パターン化された表面、またはパターン化（スタンプ）法でインクが転写された表面を用いて、被パターン化層142を有する別の表面に、インク140が転写される。インクは、インクの種類に応じて、ポジティブまたはネガティブなエッチングレジストとして使用されても良い。ネガティブエッチングレジストが使用された場合、被パターン化層142の材料は、エッチングによって、インク140によって被覆または改質されていないそれらの領域から選択的に除去される。ポジティブエッチングレジストとしてインクが使用された場合、より高いエッチング抵抗を提供するインクの第2の層が、（例えば、溶液からの自己組織化による成膜によって）表面の未改質領域にのみ設置される。この場合、後続のエッチングステップでは、第1のインクによって改質されたこれらの領域（エッチング抵抗がより低い領域）から、材料が除去される。予め表面に設置されたインクの局部的な（パターン状）化学的改質を含む、他のインク設置−エッチング方式を利用することも可能である。
【００５４】
被パターン化層142が、その下側（被パターン下層142と基板146の間）に剥離層144を有することは重要である。その後剥離層144は、適当な溶媒中に溶解し、図8に示すように、溶媒中に分散した自由パターン化構造148（様々な形状および寸法の粒子）が残留する。インク140は、この溶媒中に溶解させて除去しても、しなくても良い。また必要であればインク140は、別の後続の処理ステップにおいて除去されても良い。
【００５５】
また、所望のパターンの形成にインクジェット印刷法を利用することも可能である。この場合、インク140は、被パターン化層142の上部に、微小液滴状に設置される。その他の処理工程は、前述の方法と同様である。ただし、その逐次的な性質のため、通常インクジェット印刷技術では、処理速度が遅い。
【００５６】
光リソグラフィー法により、フォトマスクを用いて、被パターン化層142を被覆するフォトレジスト材料の層をパターン化しても良い。レジスト層の現像後に、前述の場合と同様の方法により、被パターン化層142がエッチングされ、様々な形状および寸法の粒子148が形成される。
【００５７】
図9には、本発明の実施例に使用される非等軸粒子を形成する、第2の方法を概略的に示す。マスク150を用いて、剥離層156が設置された基板154上に粒子152の層が成膜される。その後剥離層156が溶解されることにより、様々な形状および寸法の自由粒子153が形成される。
【００５８】
またマスク150は、図10に示すように、基板154の上部に製作されても良い。この場合、マスク150の上部に成膜された粒子152は、適当な溶媒を用いて除去され、これにより、密着層160上に成膜された材料158が除去されないようにして、自由粒子153を得ることができる。また、反転技術を用いることも可能であり、この技術では、成膜材料がマスク表面150に密着し、マスク表面150の間に設置された材料158が剥離される。
【００５９】
本発明による様々な形状および寸法の粒子の表面改質は、重要であり、表面改質の性質は、液晶複合材内の粒子の配向を定める上で重要な因子である。
【００６０】
粒子表面の適当な表面処理法は、当業者には明らかであり、これには、一軸研磨処理、光配向処理および表面活性剤による処理等の技術が含まれる。例えば、金粒子は、以下のシアノビフェニルチオール分子（I）によって処理される：
【００６１】
【化１】
2007525580.tif 000003
分子（I）で処理された粒子は、液晶分子に対して垂直な方向に配向される。あるいは粒子は、代わりに、以下に示すビフェニルチオール分子（II）で処理されても良い：
【００６２】
【化２】
2007525580.tif 000004
分子（II）で処理された粒子は、液晶分子と平行に配向される。
【００６３】
他の従来の多くの表面処理が適用可能であることは、当業者には明らかである。また液晶セルの基板には、前述の典型的な処理が適していることは、当業者には明らかである。
【００６４】
またサスペンションを安定化させ、粒子の沈殿またはセル表面への固着を回避するため、高分子液晶は、液晶混合物を含んでも良い。またより良好な安定化を行うため、そのような高分子をin-situで架橋させることも有意である。
【００６５】
以下、本発明の多くの代替実施例を一例として示す。
【００６６】
第1の例では、前述のシアノビフェニルチオール分子（I）で処理された金フレークが、液晶分子E7（メルク（Merck）、ダルムシュタット）を含むセル内に設置される。E7は、よく知られた液晶混合物であり、シアノビフェニル基およびシアノテルフェニル基を含んでいる。セル表面は、高分子サンエバー（Sunever）ポリアミド型626（日産化学、日本）によって被覆され、この高分子は、液晶が表面に対して垂直に整列することで知られている。従って、図5aに示すように、セル内の液晶分子は、速やかにセル表面に対して垂直に配向され、フレークは、速やかに液晶分子に対して垂直に配向される。図11には、セル表面の上部から見たフレークの状態を示す。この図から、フレークは、セル表面と平行に配向されていることは明らかである。このフレークの配向は、フレーク表面の分子の双極子と液晶分子の双極子の間の相互作用に対応している。
【００６７】
第2の例では、金フレークは、前述のビフェニルチオール分子（II）で処理され、図5aに示すような一軸配向を示す液晶分子Zli2857（メルク、ダルムシュタット）を含むセル内に設置される。Zli2857は、負の誘電異方性を有する混合物であり、以下の分子（III）のような横方向の双極子を有する分子を含んでいる：
【００６８】
【化３】
2007525580.tif 000005
セル表面は、高分子サンエバーポリアミド型626（日産化学、日本）で被覆され、この高分子は、液晶が表面に対して垂直に整列することで知られている。従って、セル内の液晶分子は、速やかにセル表面に対して垂直に配向され、粒子は、速やかに液晶分子と平行な配向をとり、セル表面に対して垂直に配向される。これは、液晶分子に対する粒子の配向方向を定める上で、双極子の相互作用が重要であることを示している。
【００６９】
第3の例では、第1の例のように、金フレークがシアノビフェニルチオール分子で処理される。ただし、処理されたフレークは、E7液晶分子を含むセル内に設置され、その分子の長手軸は、図4aに示すように、隣接する一軸研磨処理高分子表面（JSR  AL1051）に平行となるように整列する。予想される通り、フレークは、速やかに液晶分子に対して垂直な配向をとる。図12には、セルの上表面から見たフレークの状態を示す。この図から、フレークがセル表面に対して垂直に配向されていることは明らかである。
【００７０】
フレークの液晶誘起型配向の別の証拠は、液晶材料の透明点を超える温度に、フレークを加熱した際に観察される。この影響は、図13aおよび13bの描写に示されている。図13aでは、液晶分子は、室温においてセル表面に対して垂直に配向される。液晶が透明点を超える温度に加熱されると、図13bに示すように、フレークは、セル表面と平行な配向をとる。
【００７１】
図14および15には、前述の第1の例のセルに、5Vの電気パルスを印加したときの結果を示す。図14では、電圧の印加時に、フレークが極めて速やかに回転し、印加電場の方向に整列することが示されている。セルを透過する光の透過率が増大していることが観察される。電圧を除去すると、フレークは、極めて速やかに初期の配向状態に戻り、セルを通過する光は極めて少量となる。図15には、電圧が印加されたときに生じるフレークの配向の連続的な変化が示されている。
【００７２】
本詳細な記載は、幅広い本発明の特定の実施例について説明したものであり、本発明は、これに限定されるものではないことを理解する必要がある。特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で、多くの他の実施例があり、これらの実施例は、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の懸濁粒子装置または光バルブの構造を示す断面図である。
【図２ａ】セル表面が表面活性剤で処理された、従来の液晶セルを示す断面図である。
【図２ｂ】セル表面が一軸方向に研磨された、従来の液晶セルを示す断面図である。
【図３ａ】従来のねじれネマチックLCセルの動作を示す、簡略化した分解斜視図である。
【図３ｂ】従来のねじれネマチックLCセルの動作を示す、簡略化した分解斜視図である。
【図４ａ】本発明による液晶セルを示す断面図である。
【図４ｂ】本発明による液晶セルを示す断面図である。
【図４ｃ】本発明による液晶セルを示す断面図である。
【図５ａ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図５ｂ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図５ｃ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図６ａ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図６ｂ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図６ｃ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図７ａ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図７ｂ】本発明による別の液晶セルを示す断面図である。
【図８Ａ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第1の方法を概略的に示す図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第1の方法を概略的に示す図である。
【図８Ｃ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第1の方法を概略的に示す図である。
【図８Ｄ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第1の方法を概略的に示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第2の方法を概略的に示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第2の方法を概略的に示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第2の方法を概略的に示す図である。
【図１０Ａ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第3の方法を概略的に示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第3の方法を概略的に示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施例に使用される非等軸粒子を製作するための、第3の方法を概略的に示す図である。
【図１１】セルの上部表面から見たときの、本発明による液晶セル内のフレークの状態を示す図であって、粒子がセル表面と平行に配向されていることを示す図である。
【図１２】セルの上部表面から見たときの、本発明による液晶セル内の粒子の状態を示す図であって、粒子がセル表面に対して垂直に配向されていることを示す図である。
【図１３ａ】液晶材料の透明点を超える温度まで粒子を加熱した時の、本発明による液晶セル内の粒子の液晶誘起型配向を示す図である。
【図１３ｂ】液晶材料の透明点を超える温度まで粒子を加熱した時の、本発明による液晶セル内の粒子の液晶誘起型配向を示す図である。
【図１４】本発明による液晶セルへの電圧印加が、セルを透過する光に及ぼす効果を示す図である。
【図１５】本発明による液晶セルに電圧を印加した際に生じる、セル内の非等軸粒子の配向が、連続的に変化することを示す描写である。
【図１】
2007525580.tif 000006
【図２ａ】
2007525580.tif 000007
【図２ｂ】
2007525580.tif 000008
【図３ａ】
2007525580.tif 000009
【図３ｂ】
2007525580.tif 000010
【図４ａ】
2007525580.tif 000011
【図４ｂ】
2007525580.tif 000012
【図４ｃ】
2007525580.tif 000013
【図５ａ】
2007525580.tif 000014
【図５ｂ】
2007525580.tif 000015
【図６ａ】
2007525580.tif 000016
【図６ｂ】
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【図７ａ】
2007525580.tif 000018
【図７ｂ】
2007525580.tif 000019
【図８Ａ】
2007525580.tif 000020
【図８Ｂ】
2007525580.tif 000021
【図８Ｃ】
2007525580.tif 000022
【図８Ｄ】
2007525580.tif 000023
【図９Ａ】
2007525580.tif 000024
【図９Ｂ】
2007525580.tif 000025
【図９Ｃ】
2007525580.tif 000026
【図１０Ａ】
2007525580.tif 000027
【図１０Ｂ】
2007525580.tif 000028
【図１０Ｃ】
2007525580.tif 000029
【図１１】
2007525580.tif 000030
【図１２】
2007525580.tif 000031
【図１３ａ】
2007525580.tif 000032
【図１３ｂ】
2007525580.tif 000033
【図１４】
2007525580.tif 000034
【図１５】
2007525580.tif 000035
【国際調査報告】
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