(57)【要約】  本開示は、最大寸法が可視光波長の４分の１以下の架橋ポリマー領域のナノ粒子、及び液晶ディスプレイのピクセルに位相補償値を提供するためにナノ粒子の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質を含む、位相補償フィルムを提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大寸法が可視光波長の４分の１以下の架橋ポリマー領域を有するナノ領域、及び
ナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されており、位相補償フィルムに位相補償値を与える液晶物質を含む、位相補償フィルム。
【請求項２】
ナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている前記液晶物質が、液晶ディスプレイのピクセルに位相補償値を与える、請求項１に記載の位相補償フィルム。
【請求項３】
前記位相補償フィルムが、液晶ディスプレイのピクセルに射出印刷される、請求項１または２に記載のフィルム。
【請求項４】
前記架橋ポリマー領域は、前記位相補償フィルムが液晶ディスプレイのピクセルの光学性能を補償することを可能にする所定の屈折率楕円体を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項５】
前記液晶物質を吸収した前記ナノ領域が、複数の濃度で前記位相補償フィルム中に空間的に分散されて、前記位相補償フィルムの厚さにわたって屈折率に勾配をつける、請求項１から４のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項６】
前記ナノ領域及び液晶物質が、第１ピクセル、第２ピクセル及び第３ピクセルそれぞれにピクセルレベルで個々の位相補償値を与え、前記第１、第２及び第３ピクセルはそれぞれ液晶ディスプレイに異なる色を与える、請求項１から５のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項７】
前記位相補償フィルムが、前記ナノ領域を含む２つ又はそれ以上の層を含み、各層の前記ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収された前記液晶物質は、前記ナノ領域を含む他の層と異なる内部複屈折性を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項８】
前記ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収されている前記液晶物質が、前記２つ又はそれ以上の層のそれぞれで異なる、請求項１から７のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項９】
前記ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収されている前記液晶物質が、前記２つ又はそれ以上の層のそれぞれで異なる、前記液晶物質が吸収された前記ナノ領域の前記架橋ポリマー領域の重量パーセントを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項１０】
前記ナノ領域の前記架橋ポリマー領域が、正のＡプレート、負のＡプレート、正のＣプレート、負のＣプレート、正の傾斜型、負の傾斜型、２軸性Ｘ−Ｙ光学軸、２軸性負のＸ−Ｚ光学軸、及び２軸性正のＹ−Ｚ光学軸の群から選択された所定の屈折率楕円体を形成できる、請求項１から９のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項１１】
最大寸法５ｎｍ〜１７５ｎｍの架橋ポリマー領域を有するナノ領域、
前記ナノ領域の前記架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質、及び
液体媒質を含み、
前記ナノ領域の前記架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって前記液晶物質を有する前記ナノ領域が前記液体媒質により懸濁している、フィルム形成組成物。
【請求項１２】
前記組成物が、熱噴射、連続噴射、ピエゾ噴射、スプレー被覆、及びインクジェット印刷の少なくとも１つで用いられる所定の値の粘度を有する、請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記組成物を液晶ディスプレイのピクセルのサイズスケールで適用できる、請求項１１または１２に記載の組成物。
【請求項１４】
前記ナノ領域の前記架橋ポリマー領域が、正のＡプレート、負のＡプレート、正のＣプレート、負のＣプレート、正の傾斜型、負の傾斜型、２軸性Ｘ−Ｙ光学軸、２軸性負のＸ−Ｚ光学軸、及び２軸性正のＹ−Ｚ光学軸の群から選択された所定の屈折率楕円体を形成できる、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１５】
前記架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている前記液晶物質が、２ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲の位相補償値を与える、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１６】
フィルム形成組成物を基板に塗布するステップを含む、位相補償フィルムを形成する方法であって、該フィルム形成組成物が、
それぞれ最大寸法５ｎｍ〜１７５ｎｍの架橋ポリマー領域を有するナノ領域、
前記ナノ領域の前記架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されており、位相補償フィルムに位相補償値を与える液晶物質、及び
液体媒質を含み、
その中に前記液晶物質を吸収している前記ナノ領域が前記液体媒質により懸濁している、方法。
【請求項１７】
前記フィルム形成組成物を基板に塗布するステップが、フィルム形成組成物を液晶ディスプレイのピクセルに塗布することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記フィルム形成組成物を塗布するステップが、スプレー被覆、インクジェット印刷、フィルムキャスティング、熱噴射、連続噴射、及びピエゾ噴射からなる群から選択された表面被覆技法によるものである、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記フィルム形成組成物を塗布するステップが、予め選択した第１液晶物質を含む前記フィルム形成組成物を液晶ディスプレイの第１ピクセルに塗布すること、及び
予め選択した第２液晶物質を含むフィルム形成組成物を前記液晶ディスプレイの第２ピクセルに塗布することを含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記フィルム形成組成物を液晶ディスプレイの個々のピクセルに塗布することを含む、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
異なる位相補償値を有する前記フィルム形成組成物を液晶ディスプレイの個々のピクセルに塗布することを含む、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記フィルム形成組成物を電気的にポーリングして、前記液晶物質の面外アライメントを生成することを含む、請求項１６から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記フィルム形成組成物の位相遅延値を、前記液晶物質、及び前記ナノ領域の全体にわたって吸収されている前記液晶物質の重量パーセントの少なくとも１つによって調整することを含む、請求項１６から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記フィルム形成組成物を塗布するステップが、多層の前記フィルム形成組成物を付着させることを含み、前記ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収されている前記液晶物質が、前記多層のそれぞれで異なり、且つ／又は前記ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収されている前記液晶物質が、前記２つ又はそれ以上の層のそれぞれで異なる、前記液晶物質が吸収された前記ナノ領域の前記架橋ポリマー領域の重量パーセントを有する、請求項１６から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
液晶ディスプレイのピクセルの屈折率値を前記フィルム形成組成物の屈折率と整合させることを含む、請求項１６から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
液晶ディスプレイのピクセルの位相補償要件を前記位相補償フィルムの位相補償能力に整合させることを含む、請求項１６から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
正のＡプレート、負のＡプレート、正のＣプレート、負のＣプレート、正の傾斜型、負の傾斜型、２軸性Ｘ−Ｙ光学軸、２軸性負のＸ−Ｚ光学軸、及び２軸性正のＹ−Ｚ光学軸の群から選択された、液晶ディスプレイセルの所定の屈折率楕円体を前記架橋ポリマー領域から形成することを含む、請求項１６から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記架橋ポリマー領域が、メチルメタクリラート（ＭＭＡ）、ブチルアクリラート、スチレン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたモノマーから形成される、請求項１６から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
請求項１６から２８のいずれか一項に記載の方法によって調製されたフィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、位相補償フィルム、位相補償フィルムのためのフィルム形成組成物、及び位相補償フィルムを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、例えばＬＣＤテレビ、モニター、プロジェクタ、及び半透過型ＬＣＤなどは、ＬＣＤに用いられる偏光板及び液晶セルの両方によって変色され得る。この変色は、ＬＣＤの構築時に１つ又はそれ以上の位相補償フィルムを配置することによって軽減できる。これらのフィルムは典型的に、２軸配向されて、それらの複屈折性のために位相遅延を生じる三酢酸セルロース又は他の半結晶ポリマーから製造される。
【０００３】
位相補償フィルムはまた、視野角、コントラスト比、色、色ずれ、及びグレイスケールを改善する試みにおいて、ＬＣＤに用いられている。しかしながら、これらの改善は、各製造業者の液晶セルの多様性及び正当性のために、製造部門を通じて一貫した方法で達成するのは困難である。さらに、従来の位相補償フィルムを含むＬＣＤは非常に非効率であり、ディスプレイの光源となる冷陰極蛍光電球からの入射光の５〜６パーセントのみを透過する。この非効率性は、液晶ディスプレイを用いる携帯用デバイスのバッテリ電力消費に著しく不益な影響を及ぼし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の実施形態は、位相補償フィルム、位相補償フィルムを形成するためのフィルム形成組成物、及び位相補償フィルムを形成する方法を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様々な実施形態において、位相補償フィルム(phase compensation film)は、最大寸法(largest dimension)が可視光波長の４分の１以下の架橋ポリマー領域を有するナノ領域、及び位相補償フィルムに位相補償値(phase compensation value)を提供するためにナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質を含む。様々な実施形態において、ナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質は、ディスプレイ、又はさらには液晶ディスプレイのピクセルに位相補償値を提供できる。様々な実施形態において、液晶材料を実質的に全体にわたって吸収しているナノ領域の架橋ポリマー領域は、本明細書で小スケール機能材料と称するものを形成する。
【０００６】
本開示はまた、最大寸法５ナノメートル（ｎｍ）〜１７５ｎｍの架橋ポリマー領域を有するナノ領域、ナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質、及び液体媒質を含み、該液体媒質が、ナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって液晶物質を有するナノ領域を懸濁する、フィルム形成組成物の実施形態を含む。
【０００７】
本開示の実施形態はまた、液晶ディスプレイのピクセルレベルにまでフィルム形成組成物を適用するステップを含む方法であって、該フィルム形成組成物が、それぞれ最大寸法５ｎｍ〜１７５ｎｍの架橋ポリマー領域を有するナノ領域、液晶ディスプレイのピクセルに位相補償値を提供するためにナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質、及び液体媒質を含み、該液体媒質が、その中に液晶物質を吸収しているナノ領域を懸濁する方法を含む。
【０００８】
本開示の実施形態はまた、小スケール機能材料を調製する方法であって、該方法が、ナノ領域のエマルションを形成するステップ（各ナノ領域は、最大寸法が可視光波長の４分の１以下の架橋ポリマー領域を有する）、及び機能材料を架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収させて、位相補償フィルムであるフィルムを創出するために次いで用いることのできる小スケール機能材料を生成するステップを含む方法を含む。様々な実施形態において、ナノ領域のエマルションは、機能材料と同じ相に形成できる。
【０００９】
様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている機能材料は、液晶物質、２色性染料、及びそれらの組み合わせから選択できる。液晶材料の例としては、負の誘電異方性、正の誘電異方性、中性異方性、及びそれらの組み合わせを備えるものが挙げられる。様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質はまた、１つ又はそれ以上の追加化合物、例えば２色性染料などと共重合することができる。
【００１０】
様々な実施形態において、ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収されている機能材料の量は、小スケール機能材料の約６重量パーセント〜約６０重量パーセントであることができる。様々な実施形態において、ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収されている機能材料の量は、小スケール機能材料の約６重量パーセント〜約３０重量パーセントであることができる。
【００１１】
様々な実施形態において、ナノ領域に吸収されている機能材料の量及び／又は種類は、得られる小スケール機能材料の適用例に応じて決定され得る。例えば、位相補償フィルムにおいて、用いられる液晶物質の量及び／又は種類は、その位相補償フィルムが用いられるデバイスに応じて異なり得る。加えて、ナノ領域に吸収されている液晶物質の量はまた、ナノ領域に吸収されている液晶物質の屈折率及び／又は複屈折性に応じて決定され得る。フィルム形成組成物の位相遅延値(phase retardation value)は、液晶物質及び／又はナノ領域中の液晶物質の量、ナノ領域形成剤の組成、及びナノ領域形成剤の架橋密度の少なくとも１つの選択によっても調整できる。
【００１２】
様々な実施形態において、２つ又はそれ以上の小スケール機能材料の組み合わせを適用例に用いることもでき、小スケール機能材料はそれぞれ異なる量及び／又は種類の機能材料を有することができる。例えば、本開示の位相補償フィルムは、１つ又はそれ以上の層に形成することができ、各層は、多層フィルムの少なくとも１つの他の層と異なる内部複屈折性(internal birefringence)を有する、吸収された液晶物質を含むナノ領域を有する。そのため、各層のナノ領域は、異なる種類の液晶物質及び／又は異なる量の液晶物質の少なくとも１つを含有できる。そのような多層フィルムを形成するために、それぞれ異なる位相補償値を有する異なるフィルム形成組成物を適用又は付着することができ、２つ又はそれ以上の層は、異なる液晶物質及び／又は液晶物質の量を含有する。この異なる種類及び／又は量の液晶物質の使用によって、小スケール機能材料で形成された位相補償フィルムの光学性能を所望の適用例に適合させることが可能になり得る。加えて、この多層フィルムは、システムを通じて光学素子の屈折率を整合することによってＬＣＤ透過率を改善するために有用である可能性がある。そのため、様々な実施形態において、液晶ディスプレイのピクセルの屈折率をフィルム形成組成物の屈折率と整合させることができる。
【００１３】
様々な実施形態において、本開示の位相補償フィルムは、ＬＣＤと共に用いることができる。例えば、位相補償フィルムは、ＬＣＤ全体に用いるために１つ又はそれ以上の層を含む単一の均一な構成を有することができる。あるいは、位相補償フィルムは、ＬＣＤの２つ又はそれ以上の個々のピクセル（例えば、ピクセルレベル）のために１つ又はそれ以上の層で構成されることができ、本開示のフィルムはＬＣＤの性能を改変する。本開示の位相補償フィルムはまた、ＬＣＤの光透過率の改善を助けることもでき、結果として得られる本開示の位相補償フィルムは、光透過率の少なくとも９０パーセント以上を有することができる（下記の実施例の項に記載する通り、汎用ＣＩＥ−Ｃ標準光源を用い、標準としてスライドガラスを用いて測定）。理解される通り、より高い効率の透過率を有することにより、ＬＣＤを用いる携帯用デバイスの電量消費に著しい影響を及ぼすことができる。
【００１４】
様々な実施形態において、本開示の位相補償フィルムは、ＬＣＤの個々のピクセルに適用できる。換言すると、位相補償フィルムを形成するために用いられるフィルム形成組成物は、例えば、ＬＣＤのピクセルのサイズスケールで適用できる。そのため、例えば、本開示の種々のフィルム形成組成物を適用することが可能であり、ここではナノ領域に吸収されている予め選択した第１液晶物質をＬＣＤの第１ピクセル（例えば、赤色ピクセル）に適用し、ナノ領域に吸収されている予め選択した第２液晶物質をＬＣＤの第２ピクセル（例えば、緑色ピクセル）に適用し、ナノ領域に吸収されている予め選択した第３液晶物質をＬＣＤの第３ピクセル（例えば、青色ピクセル）に適用し、ＬＣＤの第１、第２、及び第３ピクセルはそれぞれ異なる色を提供する。ナノ領域に吸収されている予め選択したさらなる液晶物質を、他の色のさらなるピクセル（例えば、ＬＣＤの第１、第２、及び第３の各ピクセルとは異なる色の第４ピクセル）に適用できることも理解される。そのため、様々な実施形態において、ナノ領域及び液晶物質は、第１ピクセル、第２ピクセル、及び第３ピクセルそれぞれに関して、ピクセルレベルで個々の位相補償値を提供及び制御でき、ここでＬＣＤの第１、第２、及び第３ピクセルはそれぞれ液晶ディスプレイに異なる色を提供する。
【００１５】
様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質はまた、２ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲の位相補償値を提供することもできる。加えて、ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質は、本明細書でより詳細に記載する通り、モノマー状態を保つことができる。
【００１６】
様々な実施形態において、位相補償フィルムを形成するために用いられるフィルム形成組成物は、液体媒質を含むことができ、液体媒質は、小スケール機能材料を懸濁する。液体媒質は、水性及び／又は非水性（例えば、有機物）であることができる。適切な液体媒質の例としては、これに限定されるものではないが、特にトルエン、ベンゼン、及びメシチレンが挙げられる。他の添加剤も、複数の小スケール機能材料を含む水性及び／又は非水性液体媒質に分散することができる。本明細書に記載の通り、フィルム形成組成物を適用して、液体媒質を除去（例えば、乾燥）することにより位相補償フィルムを形成できる。
【００１７】
様々な実施形態において、液晶物質は、液体媒質に存在するとき、架橋ポリマー領域中で本質的に安定な濃度を維持する。加えて、フィルム形成組成物は、いくつかの様々な表面被覆技法、例えば熱噴射、射出印刷(enjection printing)、フィルムキャスティング、連続噴射、ピエゾ噴射、スプレー被覆、及びインクジェット印刷法などによって組成物を適用できる所定の値の粘度を有することができる。本開示のフィルム形成組成物を適用するために他の技法も可能である。
【００１８】
加えて、小スケール機能材料の架橋ポリマー領域は、驚いたことに、例えば位相補償フィルムにおいて乾燥されると、所定の屈折率楕円体(predetermined index ellipsoid)を形成できることも見出された。様々な実施形態において、得られる所定の屈折率楕円体の形状は、架橋ポリマー領域の種類、架橋ポリマー領域の架橋密度、液晶物質の種類及び量に応じて異なり得る。
【００１９】
小スケール機能材料の架橋ポリマー領域によって形成され得る所定の屈折率楕円体の例としては、正のＡプレート(Positive A- plate)、負のＡプレート(Negative A-plate)、正のＣプレート(Positive C-plate)、負のＣプレート(Negative C-plate)、正の傾斜型(Positive Oblique type)、負の傾斜型(Negative Oblique type)、２軸性Ｘ−Ｙ光学軸(Biaxial X-Y optical axis)、２軸性負のＸ−Ｚ光学軸(Biaxial Negative X-Z optical axis)、及び２軸性正のＹ−Ｚ光学軸(Biaxial Positive Y-Z optical axis)が挙げられる。この驚くべき結果は、液晶ディスプレイのピクセルの位相補償要件(phase compensation requirement)を位相補償フィルムの位相補償能力(phase compensation ability)に整合させることを可能にする。そのため、様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の所定の屈折率楕円体は、位相補償フィルムが液晶ディスプレイのピクセルの光学性能を補償することを可能にする。
【００２０】
架橋ポリマー領域の最終形状に加えて、位相補償フィルムの光学性能を改変するために用いることのできる他の要因には、架橋ポリマー領域の大きさ、架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収される液晶物質の量及び種類、並びに／又は得られる位相補償フィルムの厚さを含むことができる。そのため、本開示の小スケール機能材料から所定のどの屈折率楕円体が生じるのかわかり、位相補償フィルムを特定のＬＣＤ技術に整合させて、ディスプレイ全体又はさらにはピクセルレベルの視野角、コントラスト比、色、色ずれ、及びグレイスケール性能の１つ又はそれ以上を改善することができる。
【００２１】
本開示の位相補償フィルムにおける複屈折のレベルは、小スケール機能材料を電気的にポーリング(poling)して（小スケール機能材料を通じて電場を印加）、液晶物質の面外アライメント（out-of-plane alignment）を生成することによって、調整することができる。これは液晶物質が、例えば、位相補償フィルムの面のＸ方向及びＹ方向のいずれかの屈折率より大きい、位相補償フィルムの面外を示すＺ方向の屈折率を生じることを可能にする（例えば、負のＣプレート屈折率楕円体）。さらに液晶を配向することのできるこの能力によって、本開示の位相補償フィルムの制御及び適合性のレベルを上げることができる。様々な実施形態において、ポーリング工程中、液晶物質の強制配向をより良好に安定させるために、架橋ポリマー領域にさらなる架橋を（例えば、ＵＶ光の適用によって）行うことができる。
【００２２】
様々な実施形態において、小スケール機能材料は、様々な濃度(varying concentration)で位相補償フィルムに空間的に分散されて、位相補償フィルムの厚さにわたって屈折率の勾配を創出することができる。
【００２３】
定義
本明細書では、用語「ナノ領域」は、可視光波長の４分の１以下の最大寸法を有する架橋ポリマー領域の粒子を指す。
【００２４】
本明細書では、用語「可視光」及び／又は可視周波数帯域の電磁スペクトルは、波長約４００ナノメートル（ｎｍ）〜約７００ｎｍを有する可視電磁放射を指す。
【００２５】
本明細書では、用語「吸収された」は、印加場（例えば、電場、電磁場、磁場）に応答する機能材料がそれによってナノ領域の架橋ポリマー領域に吸収及び実質的に全体にわたって吸収されて、架橋ポリマー領域を通じて本質的に均一な濃度の機能材料を提供する工程を指す。
【００２６】
本明細書では、用語「印加場」は、小スケール機能材料に吸収された機能材料から機能的応答を誘出するために、小スケール機能材料に意図的に印加されるエネルギーを指す。
【００２７】
本明細書では、「液晶物質」は、液晶化合物、又は２種若しくはそれ以上の異なる液晶化合物から形成される液晶化合物の混合物を指す。
【００２８】
本明細書では、「液晶」は、ダイレクタ（director）と称される通常の軸に沿うことのできる双極子及び／又は分極性物質（polarizable subsistent）を有する伸長分子を指す。
【００２９】
本明細書では、用語「離散」は、小スケール機能材料が架橋ポリマー領域なしに液体媒質に混合されている、且つ／又は機能材料が液体媒質に溶解及び／又は浸出している状態を指す。
【００３０】
本明細書では、「負の誘電異方性」には、ダイレクタに平行な誘電係数がダイレクタに垂直な誘電係数より小さい状態が含まれ、ここでダイレクタは、その周囲に液晶の長距離秩序が配列される局所対称軸を指す。
【００３１】
本明細書では、用語「分散された」又は「分散」は、マクロレベルでの分離がなく、所定の濃度で液体媒質の実質的に全体にわたって小スケール機能材料が分布していることを指す。
【００３２】
本明細書では、用語「コポリマー」は、２種又はそれ以上の異なるモノマーの重合によって生成されたポリマーを指す。
【００３３】
本明細書では、「液体」は、溶液又はニートの液体（室温で液体、又は室温で固体であり、昇温で溶融する）を指す。
【００３４】
本明細書では、用語「体積平均径」は、架橋ポリマー領域粒子の集合体の体積加重平均径：Ｄｖ＝Σ｛ＶｘＤｘ｝（式中、Ｄｖは体積平均径であり、Ｖｘは直径Ｄｘを備える粒子の体積分率である）を指す。体積平均径は、その全体を参照により本明細書の一部とする「Development and application of an integrated, high-speed, computerized hydrodynamic chromatograph」、Journal of Colloid and Interface Science、Volume 89、Issue 1、September 1982、Pages 94-106; Gerald R. McGowan及びMartin A. Langhorstに記載されている流体力学的クロマトグラフィによって求められる。
【００３５】
本明細書では、用語「フィルム」は、厚さ約５０マイクロメートル〜約１マイクロメートルであり、基板と接触していても接触していなくてもよい小スケール機能材料で形成された物質である、連続シート（例えば、穴又は亀裂がない）を指す。フィルムの薄い連続シートは、小スケール機能材料で形成された物質の１つ又はそれ以上の層から形成することができ、層はそれぞれ小スケール機能材料で形成された同じ物質、小スケール機能材料で形成された２種又はそれ以上の異なる物質、又は小スケール機能材料で形成された物質の種々の組み合わせから形成することができる。
【００３６】
本明細書では、「ＬＣＤ」は、液晶ディスプレイの略語であり、本質的にＬＣＤプロジェクタのような他のディスプレイ技術、及び半透過型ディスプレイを含む。
【００３７】
本明細書では、「ＰＤＬＣ」は、ポリマー分散液晶の略語である。
【００３８】
本明細書では、「ＰＭＭＡ」は、ポリメチルメタクリラートの略語である。
【００３９】
本明細書では、「ＭＭＡ」は、メチルメタクリラートの略語である。
【００４０】
本明細書では、「ＤＰＭＡ」は、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセタートの略語である。
【００４１】
本明細書では、「Ｔｇ」は、ガラス転移温度の略語である。
【００４２】
本明細書では、「ＵＶ」は、紫外線の略語である。
【００４３】
本明細書では、「ＩＲ」は、赤外線の略語である。
【００４４】
本明細書では、「ＧＲＩＮ」は、屈折率分布（gradient-index）の略語である。
【００４５】
本明細書では、「ＬＥＤ」は、発光ダイオードの略語である。
【００４６】
本明細書では、「Ｓ」は、スチレンの略語である。
【００４７】
本明細書では、「ＥＧＤＭＡ」は、エチレングリコールジメタクリラートの略語である。
【００４８】
本明細書では、「ＤＶＢ」は、ジビニルベンゼンの略語である。
【００４９】
本明細書では、「ＳＤＳ」は、ドデシル硫酸ナトリウム塩の略語である。
【００５０】
本明細書では、「ＢＡ」は、ブチルアクリラートの略語である。
【００５１】
本明細書では、「ＡＭＡ」は、アリルメタクリラートの略語である。
【００５２】
本明細書では、「ＡＰＳ」は、過硫酸アンモニウムの略語である。
【００５３】
本明細書では、「ＴＭＥＤＡ」は、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンの略語である。
【００５４】
本明細書では、「ＭＥＫ」は、メチルエチルケトンの略語である。
【００５５】
本明細書では、「ＴＨＦ」は、テトラヒドロフランの略語である。
【００５６】
本明細書では、「ＵＰＤＩ」は、超純粋脱イオンの略語である。
【００５７】
本明細書では、「ＰＶＣ」は、ポリビニルクロリドの略語である。
【００５８】
本明細書では、「Ｃ−Ｖ」は、キャパシタンス−電圧の略語である。
【００５９】
本明細書では、「Ａｌ」は、元素アルミニウムの略語である。
【００６０】
本明細書では、「ＴＯＬ」は、トルエンの略語である。
【００６１】
本明細書では、「Ｖ」は、ボルトの略語である。
【００６２】
本明細書では、「Ｅ−Ｏ」は、電気−光学の略語である。
【００６３】
本明細書では、「ＣＨＯ」は、シクロヘキサノンの略語である。
【００６４】
本明細書では、「ＲＩ」は、屈折率の略語である。
【００６５】
本明細書では、「ＡＰＥ」は、アルキルフェノールエトキシラートの略語である。
【００６６】
本明細書では、「ＡＥ」は、アルコールエトキシラートの略語である。
【００６７】
本明細書では、「ｗｔ．」は、重量の略語である。
【００６８】
本明細書では、「ｎｍ」は、ナノメートルの略語である。
【００６９】
本明細書では、「μｍ」は、マイクロメートルの略語である。
【００７０】
本明細書では、「ｇ」は、グラムの略語である。
【００７１】
本明細書では、「℃」は、摂氏温度の略語である。
【００７２】
本明細書では、「ＦＴＩＲ」は、フーリエ変換赤外分光の略語である。
【００７３】
本明細書では、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「少なくとも１」、及び「１又はそれ以上」は、交換可能に用いられる。用語「含む（comprise）」及びその変形は、これらの用語が説明及び特許請求の範囲に出現する場合、限定的な意味を持たない。したがって、例えば、印加場に対して機能応答性を有する「ある(a)」機能材料を含む小スケール機能材料は、その機能材料が「１又はそれ以上」の機能材料を包含することを意味すると解釈できる。
【００７４】
本明細書では、用語「乾燥」は、液体の実質的な不在を意味する。
【００７５】
用語「及び／又は」は、記載した要素の１つ、２つ以上、又は全部を意味する。
【００７６】
さらに本明細書では、終点による数値範囲の列挙は、その範囲内に包含されるすべての数字を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。
【００７７】
上記の本開示の概要は、開示した各実施形態、又は本開示のすべての実施を記載することを意図するものではない。以下の説明はより具体的に実例となる実施形態を例示する。本出願を通じていくつかの箇所で、例のリストによって指針を提供するが、それらの例は様々な組み合わせで用いることができる。それぞれの場合において、列挙するリストは代表的な群としての役割を果たすだけであり、排他的なリストとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本開示のナノ領域のサイズ分布を例示するグラフである。
【図２Ａ】Ａ）Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４（Ｍｅｒｃｋ、ＫＧａＡ、Ｄａｒｍｓｔａｄｔ  Ｇｅｒｍａｎｙ）のＦＴＩＲスペクトルである。
【図２Ｂ】Ｂ）実施例１のナノ領域のＦＴＩＲスペクトルである。
【図２Ｃ】Ｃ）Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した実施例１のナノ領域のＦＴＩＲスペクトルである。
【図３】種々の液晶物質を吸収した実施例１のナノ領域のＸ線散乱パターンを例示する図である。
【図４】種々の液晶物質を吸収した実施例３のナノ領域のＸ線散乱パターンを例示する図である。
【図５Ａ】種々のアセトン／Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４重量比に関して塩化メチレン前駆体溶液中の液晶物質Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の濃度の関数として、ナノ領域に吸収された液晶の量を例示する図である。
【図５Ｂ】前駆体溶液中のＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の種々の濃度に関して前駆体溶液中のアセトン／Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４重量比の関数として、ナノ領域に吸収された液晶の量を例示する図である。
【図６】本開示の乾燥ナノ領域中の液晶物質の量の最小二乗適合モデルの結果を例示する図である。
【図７】本開示の液晶物質を含む種々の材料のＸ線散乱パターンを例示する図である。
【図８】様々な温度における本開示のナノ領域に吸収されたＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の量を例示する図である。
【図９】様々な温度における本開示のナノ領域に吸収されたＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の最小二乗適合モデルの結果を例示する図である。
【図１０】Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した本開示の様々なサイズのナノ領域のＸ線散乱パターンを例示する図である。
【図１１】Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した本開示による種々の組成物のナノ領域のＸ線散乱パターンを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
本開示の実施形態は、位相補償フィルム、位相補償フィルムを形成するための組成物、及び位相補償フィルムを形成する方法を提供する。様々な実施形態において、位相補償フィルム、及び位相補償フィルムを形成するための組成物は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の性能を改変するために用いることができ、位相補償フィルムを、ＬＣＤの固有の光学要件に整合させることができる。様々な実施形態において、本発明の位相補償フィルムは、ＬＣＤ全体又はＬＣＤのそれぞれ個々のピクセルに適用し、適合させることができる（例えば、ＬＣＤにおいてそれぞれの色ピクセルを均一な色に選択的に補償する）。
【００８０】
ＬＣＤは、広範な視野角にわたって、ＬＣＤからの光漏れを最小限に抑えるのを助けるために、特に偏光フィルム及び位相補償フィルムを含むことができる。位相補償フィルムはまた、液晶物質層において光波の直交偏光成分間の位相差角にわたる変動を補償する助けとなる。補償フィルムはまた、ＬＣＤの水平及び垂直視野角にわたるコントラスト比を改善する助けとなる。
【００８１】
ＬＣＤに用いられるほとんどの液晶物質は正の複屈折性であるため、これらのＬＣＤと共に用いられる位相補償フィルムは、負の複屈折を有する。負の複屈折を有する位相補償フィルムの形成において、いくつかのアプローチが用いられてきた。１つのアプローチは、例えばポリビニルアルコール、ポリカーボネート、及びポリスルホンで製造された正の複屈折のポリマーフィルムを２軸延伸して、垂直（normal）光学軸を備える負の複屈折を生じるものである。このアプローチの１つの主要な問題は、２軸延伸時のボーイングであり、これはフィルムを不良にする可能性がある。ＬＣＤの補償フィルムを形成するための他のアプローチには、溶媒キャスティング（例えば、三酢酸セルロースフィルムのキャスティング）が含まれる。しかしながら、溶媒キャスティングを用いて生成されたフィルムは、不均一なトランスエステル化を受けることがあり、これがディスプレイの光学的欠陥の原因となる球状の欠陥をもたらす可能性がある。
【００８２】
本開示の実施形態は、位相補償フィルム、位相補償フィルムを形成するための組成物、及び本開示の位相補償フィルムを形成する方法を提供する。様々な実施形態において、位相補償フィルムは、最大寸法が可視光波長の４分の１以下の架橋ポリマー領域を有するナノ領域、及び液晶ディスプレイのピクセルに位相補償値を提供するために架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質を含む。様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質は、２ナノメートル（ｎｍ）〜１５００ｎｍの範囲の位相補償値を提供できる。
【００８３】
様々な実施形態において、小スケール機能材料の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質は、モノマー状態のままである。これは大きな構造に自己組織化する液晶分子の傾向とは対照的である。驚いたことに、本開示の実施形態は、これらの問題に直面しない。それどころか、小スケール機能材料のナノ領域の実質的に全体にわたって吸収された液晶物質の自己組織化は最小限に抑えられると考えられる。理論に縛られることを望むものではないが、自己組織化が最小限となる考えられる理由は、液晶物質がそれ自体と過剰に結合する程度まで組織化する能力を最小限に抑えるのを（例えば、大きくなり過ぎないように）、架橋ポリマー領域の構造が助けることである。
【００８４】
本開示の小スケール機能材料の使用は、位相補償フィルムの調製において見出されるいくつかの問題に対処する一助となる可能性がある。第１に、本開示の小スケール機能材料は、多くの技術のなかで特にキャスト、溶液キャスト、及び／又はスプレー被覆することのできるフィルム形成組成物として調製し、可変的な位相補償性能を得られる位相補償フィルムを形成することができる。位相補償フィルムを形成するために利用可能な方法のこのような柔軟性によって、他の状況ではバルク材料特性及びフィルム延伸工程に限定される位相補償市場における製造性能属性が可能になる。第２に、本開示の小スケール機能材料を用いることにより、位相補償フィルムの形成に用いられる小スケール機能材料に吸収される液晶物質又は屈折率調整剤そのものの性質のために、位相補償フィルムにおいて差別化された性能を示すことができる。第３に、小スケール機能材料から得られる位相補償フィルムは、ヘイズが非常に低く透明であることができ、さらに均一な光学特性を示すことができ、現行の材料に対して著しい利点となり得る。
【００８５】
本開示の位相補償フィルムは、ＬＣＤにおいて色、色ずれ、グレイスケール、及び広視野角を改善するために用いることができる。ＬＣＤは、ブラウン管ディスプレイと同じ視野角で画像均一性を示さない。本開示の位相補償フィルムは、改善されたＬＣＤの視野角特性の提供を追求する。これらの視野角特性には、ディスプレイの色の角度による変動、コントラスト比、色、色ずれ、及びグレイスケール性能が含まれる。
【００８６】
本開示の位相補償フィルムの透過率も、９０パーセント以上であることができる。高い透過率は、それぞれ厚さが、例えば、およそ数十〜数百マイクロメートルである多数の位相補償フィルムを多くの場合用いるＬＣＤの光効率及び電力効率に著しく影響を与え得る。多くの場合位相補償用のフィルムは、屈折率が不整合である多くの材料の層を含有する可能性がある。これらのフィルムは、屈折率の不整合のためフレネル反射を受け、したがって最終透過率が限定される。低い光透過率の結果として、バックライト出力への要求がさらに高くなる。本開示の屈折率改変フィルムは、様々な成分（特にガラスからポリマーまで）を整合する屈折率によってＬＣＤ全体の透過率を著しく改善する可能性がある。これはＬＣＤにおいて電力消費を低減する役目を果たし得るため、利点となる可能性がある。
【００８７】
上述のフレネル反射も、本開示によって少なくとも２つの方法で対処される問題である。第１に、本開示の実施形態は、多様な位相遅延値（位相遅延＝フィルムの複屈折×フィルムの厚さ）を有する複屈折フィルムを生成することができる。この性能の結果として、追加の位相補償フィルムの必要性が低減され、従来のフィルムと比較してはるかに低減された厚さを有する位相補償フィルムを提供することができる。第２に、本開示の位相補償フィルムに用いられる小スケール機能材料は、各層が所定の種類及び量（小スケール機能材料の重量パーセント）の液晶物質を含有する層として適用できる。この材料設計における柔軟性の結果として、層間及び基板間（例えば、ポリマーとガラスとの間、又はポリマーと透明導電体との間）の屈折率整合に有用である勾配屈折率材料の中間層の形成が可能になる。このように、本開示の位相補償フィルムは、屈折率整合及び光学材料の層の性能の改善に有用であり得る。
【００８８】
本開示の位相補償フィルムは、以下のリストの技術で構成され且つ／又はそれらによって説明されるＬＣＤにも有用である可能性がある：ねじれネマチック（ＴＮ）、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）、横電界スイッチング（ＩＰＳ）、垂直配向（ＶＡ）、及びマルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）など。
【００８９】
本開示の小スケール機能材料はまた、ピクセルレベルで位相補償を提供して、現行のフィルムにおける光学分散による位相遅延不整合を補正するための独特且つ高度な制御を提供する。そのため、様々な実施形態において、液晶ディスプレイのピクセルの屈折率値を、フィルム形成組成物の屈折率と整合できる。例えば、ＬＣＤのピクセルは、赤色、緑色、及び青色ピクセルのそれぞれを対象とする個々の位相補償から利益を得ることができる（これは位相補償が波長依存性であるためである）。そのため、ＬＣＤのカラーフィルタはピクセルレベルで位相補償を組み込むことができる。これにより従来の位相補償フィルムでの複数層の必要性を排除することができる。
【００９０】
様々な実施形態において、（ある層に関して）内部複屈折性の組み合わせ及び多層フィルムの光学的利点を含むことのできる差別化された性能を得るために、小スケール機能材料の複数層を用いることもできる。加えて、小スケール機能材料を吸収した液晶物質は、テンプレートステップ、配向ステップ（複屈折を生成するため）、又はアライメント、若しくはキャッピングのような特別な処理ステップを必要としないフィルムを形成できる。
【００９１】
本開示の位相補償フィルムは、液晶物質モノマーを吸収する前に、ポリマーナノビーズ構造内に重合性液晶物質（例えば、重合性ディスコチック液晶）を用いることもできる。液晶物質モノマー及び２色性染料モノマーを直接ナノ領域の構造に共重合することも可能であり、それらが吸収された時点で液晶分子を予め組織化するか、又は小スケール機能材料に異なる固有の位相補償性能を提供する利点を提供することができる。様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されている液晶物質は、１種又はそれ以上の追加化合物と共重合することもできる（例えば、ガラス転移温度を改変するため）。
【００９２】
加えて、小スケール機能材料の架橋ポリマー領域は、驚いたことに、例えば位相補償フィルムにおいて、所定の屈折率楕円体を形成できることも見出された。様々な実施形態において、得られる所定の屈折率楕円体の形状は、架橋ポリマー領域の種類、架橋ポリマー領域の架橋密度、及び／又は吸収された液晶物質の種類及び量に応じて異なり得る。所定の屈折率楕円体の例は本明細書に記載する。
【００９３】
位相補償フィルムに加えて、本開示の小スケール機能材料は、他の光学適用例に用いることができる。そのような適用例には、これに限定されるものではないが、写真複写機から眼科用内視鏡レンズに及ぶ勾配屈折率適用例が含まれる。光ファイバ通信、及びビームステアリング適用例を含む光学信号の多重化は、独特な光学設計、望遠鏡、並びに顕微鏡法及び画像化の機器を適合させるために、本開示の小スケール機能材料のような高度に可変性の材料から利益を得ることができる。研磨による形状化が困難であることを含めて、従来の材料で形成することが非常に困難であるレンズも、本開示の小スケール機能材料で形成された複屈折フィルムによって利益を得ることができる。
【００９４】
本開示の実施形態は、大きい体積分率の小スケール機能材料を含有する位相補償フィルムの形成に、小スケール機能材料用いることを可能にする。位相補償フィルムの実施形態は、組成物の体積分率の大部分が小スケール機能材料である小スケール機能材料の組成物から形成できる。大部分として適切な値には、組成物中の小スケール機能材料の体積分率少なくとも６０％を含むことができ、ここで体積分率の残部には、小スケール機能材料を懸濁するために用いられる液体媒質を含むことができる。液体媒質は、水性及び／又は非水性（例えば、有機物）であることができる。他の体積分率（例えば、７０％以上、８０％以上）の小スケール機能材料も可能である。
【００９５】
様々な実施形態において、液晶物質は、液体媒質に存在するとき、架橋ポリマー領域中で本質的に安定な濃度を維持する。換言すると、ナノ領域に吸収されている液晶物質は、ナノ領域からの浸出に耐性である。加えて、フィルム形成組成物は、いくつかの様々な表面被覆技法、例えば熱噴射、射出印刷、フィルムキャスティング、連続噴射、ピエゾ噴射、スプレー被覆、スピン被覆、静電被覆、及びインクジェット印刷法などによって組成物を均一に適用できる所定の値に相当する粘度を有することができる。本開示のフィルム形成組成物を適用するために他の技法も可能である。
【００９６】
様々な実施形態によれば、小スケール機能材料は、架橋ポリマーのナノ領域から集められ、液晶物質、２色性染料、又はそれらの組み合わせと共に機能化される。様々な実施形態において、ナノ領域の架橋ポリマーは、最大寸法が可視光波長の４分の１以下の架橋ポリマー領域を有する。これらの値には、ナノ領域の体積平均径が約５ｎｍ〜約１７５ｎｍである粒径分布が含まれるが、これに限定されない。様々な実施形態において、ナノ領域は、体積平均径約１０ｎｍ〜約１００ｎｍを有することができる。
【００９７】
本開示の実施形態はまた、ナノ領域を形成する方法を提供する。例えば、ナノ領域は、ナノ領域それぞれが本明細書に記載の最大寸法を有する（例えば、可視光波長の４分の１以下）エマルション工程によって形成できる（例えば、いずれもその全体を参照により本明細書の一部とするKalantarら、米国特許出願公開第2004/0054111号及び同第2004/0253442号を参照のこと）。
【００９８】
様々な実施形態において、エマルション工程は、モノマー混合物及び界面活性剤を水相に乳化することを含む。様々な実施形態において、エマルションは、水相中の安定化ナノ領域のマイクロエマルションである。界面活性剤の適切な例には、これに限定されるものではないが、ポリオキシエチレン化アルキルフェノール（アルキルフェノール「エトキシラート」又はＡＰＥ）；ポリオキシエチレン化直鎖アルコール（アルコール「エトキシラート」又はＡＥ）；ポリオキシエチレン化第二級アルコール、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール；ポリオキシエチレン化メルカプタン；長鎖カルボン酸エステル；天然脂肪酸のグリセリル及びポリグリセリルエステル；プロピレングリコール、ソルビトール、及びポリオキシエチレン化ソルビトールエステル；ポリオキシエチレングリコールエステル及びポリオキシエチレン化脂肪酸；アルカノールアミン縮合物；アルカノールアミド；アルキルジエタノールアミン、１：１アルカノールアミン−脂肪酸縮合物；２：１アルカノールアミン−脂肪酸縮合物；第三級アセチレングリコール；ポリオキシエチレン化シリコーン；ｎ−アルキルピロリドン；ポリオキシエチレン化１，２−アルカンジオール及び１，２−アリールアルカンジオール；アルキルポリエトキシラート、アルキルアリールポリエトキシラート、アルキルポリグリコシド、並びにそれらの混合物が含まれる。イオン界面活性剤の使用も可能である。
【００９９】
市販され入手可能である界面活性剤の例としては、いずれもＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙのＴｅｒｇｉｔｏｌ（商標）及びＴｒｉｔｏｎ（商標）界面活性剤が挙げられる。用いられる界面活性剤の量は、水又は他の水性重合媒質中、形成されたナノ領域を少なくとも実質的に安定化させるのに十分な量であることができる。この厳密な量は、選択された界面活性剤並びに他の成分の独自性に応じて変化する。この量はまた、反応をバッチ反応、セミバッチ反応、又は連続反応として行うかどうかに応じて変化する。バッチ反応は一般的に、最大量の界面活性剤を含む。セミバッチ反応及び連続反応では、粒子が成長するにつれて表面積対体積比が減少するため、界面活性剤が再利用可能となり、したがってバッチ反応と同量の所定粒径の粒子を製造するためにより少ない界面活性剤が必要とされる可能性がある。界面活性剤：モノマー重量比３：１〜１：２０、及び２．５：１〜１：１５が有用である。有用な範囲は実際にはこれより広い可能性がある。
【０１００】
水相成分は水であることができ、又は水と親水性溶媒との組み合わせであることができ、又は親水性溶媒であることができる。用いられる水相の量は、反応混合物の総重量に対して少なくとも４０重量パーセントであることができる。様々な実施形態において、用いられる水相の量は、反応混合物の総重量に対して少なくとも５０重量パーセントであることができる。様々な実施形態において、用いられる水相の量は、反応混合物の総重量に対して少なくとも６０重量パーセントであることができる。様々な実施形態において、用いられる水相の量は、反応混合物の総重量に対して９９重量パーセント以下、９５重量パーセント以下、９０重量パーセント以下、及び／又は８５重量パーセント以下であることもできる。
【０１０１】
開始剤は、フリーラジカル開始剤であることができる。適切なフリーラジカル開始剤の例としては、例えば２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）ジヒドロクロリド、及びレドックス開始剤、例えばＨ２Ｏ２／アスコルビン酸、若しくはｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド／アスコルビン酸など、又は油溶性開始剤、例えばジ−ｔ−ブチルペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシベンゾアート、若しくは２，２’−アゾイソブチロニトリルなど、又はそれらの組み合わせが挙げられる。添加される開始剤の量は、モノマー１００重量部当たり、０．０１〜５．０、０．０２〜３．０、又は０．０５〜２．５重量部であることができる。他の開始剤も可能である。フリーラジカル開始剤の使用に加えて、重合の他の機構には、これに限定されるものではないが、紫外線による硬化が含まれる。
【０１０２】
ナノ領域の形成に用いられるモノマーは、フリーラジカル重合されることのできる１種又はそれ以上のモノマーであることができる。適切なモノマーには、少なくとも１つの不飽和炭素−炭素結合、及び／又は２つ以上の炭素−炭素二重結合を含有するものが含まれる。単一の種類のモノマーを用いることができ、２種又はそれ以上の異なる種類のモノマーをナノ領域の形成に用いることができる。
【０１０３】
適切なモノマーの例は、スチレン（例えば、スチレン、アルキル置換スチレン、アリール−アルキル置換スチレン、アルキニルアリールアルキル置換スチレンなど）、アクリラート及びメタクリラート（例えば、アルキルアクリラート、又はアルキルメタクリラートなど）、ビニル（例えば、酢酸ビニル、アルキルビニルエーテルなど）、アリル化合物（例えば、アリルアクリラート）、アルケン（例えば、ブテン、ヘキセン、ヘプテンなど）、アルカジエン（例えば、ブタジエン、イソプレン）、ジビニルベンゼン、又は１，３−ジイソプロペニルベンゼン、アルキレングリコールジアクリラート、及びそれらの組み合わせ（例えば、コポリマーを生成するための混合物）からなる群から選択することができる。本明細書では、用語「アルキル」には、４〜１４個の炭素（Ｃ４−Ｃ１４）を有する飽和直鎖又は分岐一価炭化水素基を含むことができる。本明細書では、用語「アルケン」には、４〜１４個の炭素（Ｃ４−Ｃ１４）を有する、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有する不飽和炭化水素を含むことができる。
【０１０４】
様々な実施形態において、ナノ領域は、メチルメタクリラート（ＭＭＡ）及びブチルアクリラートのモノマーから形成することができる。様々な実施形態において、ナノ領域は、ＭＭＡ、ブチルアクリラート、及びスチレンモノマーから形成することができる。ナノ領域の他のコポリマー構造も可能である。
【０１０５】
加えて、液晶ポリマーのモノマーを本開示のナノ領域の形成に用いることができる。そのようなモノマーには、ｐ−ヒドロキシ安息香酸をベースとする部分結晶性芳香族ポリエステル、及び関連モノマーを含むことができる。重合して、共重合液晶官能基を有するナノ領域を形成できるモノマーの特定の例としては、２−プロペン酸，４’−シアノ［１，１’−ビフェニル］−４−イルエステル；コレスト−５−エン−３−オール（３β），２−プロペノアート；安息香酸，４−［［［４−［（１−オキソ−２−プロペニル）オキシ］ブトキシ］カルボニル］オキシ］，２−メチル−１，４−フェニレンエステル；安息香酸，３，４，５−トリス［［１１−［（１−オキソ−２−プロペン−１−イル）オキシ］ウンデシル］オキシ］，ナトリウム塩（１：１）；フェノール，４−［２−（２−プロペン−１−イルオキシ）エトキシ］；［１，１’−ビフェニル］−４−カルボニトリル，４’−（４−ペンテン−１−イルオキシ）；フェノール，４−（１０−ウンデセニルオキシ）；安息香酸，４−［２−（２−プロペニルオキシ）エトキシ］；１，４−シクロヘキサンジカルボン酸，ビス［４−（１０−ウンデセニルオキシ）フェニル］エステル，トランス；安息香酸，４−［［６−［（１−オキソ−２−プロペニル）オキシ］ヘキシル］オキシ］−，２−クロロ−１，４−フェニレンエステル；及び安息香酸，４−［［６−［（１−オキソ−２−プロペニル）オキシ］ヘキシル］オキシ］−，２−クロロ−１，４−フェニレンエステル，ホモポリマーが挙げられる。
【０１０６】
様々な実施形態によれば、ナノ領域は、紫外線又はラジカル開始架橋法の使用によって架橋される。ナノ領域の架橋は、機能材料の吸収前及び／又は吸収後に起こることができる。そのような実施形態において、モノマーの少なくとも一部は、２つ以上の不飽和炭素−炭素結合を有することになる。ジビニルベンゼン又は１，３−ジイソプロペニルベンゼンと共にスチレンモノマーを用いるのが有用な実施形態である。用いられる架橋性モノマー（例えば、反応に利用可能な２つ以上の炭素−炭素二重結合を有するモノマー）の量は、モノマーの総重量に対して約１００重量パーセント未満、約７０重量パーセント未満、約５０重量パーセント未満、及び約１重量パーセント超、又は約５重量パーセント超であることができる。組成物に添加されるモノマーの総量は、組成物の総重量に対して約１〜約６５重量パーセント、約３〜約４５重量パーセント、又は約５〜約３５重量パーセントの範囲である。
【０１０７】
本開示のナノ領域を製造するために用いられる方法は、Kalantarら、米国特許出願公開第2004/0054111号及び同第2004/0253442号に記載の通り、バッチ法として、マルチバッチ法として、セミバッチ法として、又は連続法として行うことができる。適切な反応温度は、約２５℃〜約１２０℃の範囲である。
【０１０８】
ナノ領域が形成されたら、少なくとも部分的に水溶性であり、得られる水相−溶媒混合物中で形成されたポリマーが実質的に不溶性である有機溶媒又は溶媒混合物とエマルションを混合することによって、ナノ領域を沈澱させることができる。そのような溶媒の例としては、これに限定されるものではないが、アセトン、メチルエチルケトン、及びメタノールが挙げられる。このステップでナノ領域を沈澱させ、それを乾燥して用いるか、又はその後の使用のために適切な有機溶媒、例えばガンマブチロラクトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、メシチレン、若しくはジプロピレングリコールメチルエーテルアセタート（ＤＰＭＡ）などに再分散することができる。沈澱はまた、相当量の界面活性剤残渣をナノ領域から除去するのにも有用である。
【０１０９】
ナノ領域はまた、当分野で公知である種々の方法、例えば沈澱前にイオン交換樹脂床を通す；沈澱させ、脱イオン水及び任意選択でナノ領域が不溶性である溶媒を用いて徹底的に洗浄する；並びに沈澱させ、ナノ領域を有機溶媒に分散し、分散液をその溶媒でシリカゲル又はアルミナカラムに通す方法などによって精製することもできる。
【０１１０】
沈澱させた後、噴霧乾燥ステップを用いて、ナノ領域の粉末を形成することができるが、乾燥温度は、ナノ領域の残留反応性基が反応して、凝集が起こり、ナノ領域粒径を増大させるほど高い温度ではない。凍結乾燥を用いて、ナノ領域の粉末を形成することができる。
【０１１１】
本開示のナノ領域を形成するために他の方法も可能である。例としては、Mecerreyesら, Adv. Mater. 2001, 13, 204; Funke, W. British Polymer J. 1989, 21, 107; Antoniettiら, Macromolecules 1995, 28, 4227; 及びGallagherら, PMSE. 2002, 87, 442; Ganら, Langmuir 2001, 17, 4519に記載されているものが挙げられる。
【０１１２】
様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって液晶物質を吸収させることによってナノ領域を機能化して、小スケール機能材料を形成することができる。様々な実施形態において、ナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたる液晶物質の吸収は、架橋ポリマー領域の形成後及び／又は形成中に起こることができる。
【０１１３】
様々な実施形態において、架橋ポリマー領域は、ナノ領域の架橋範囲に拡がる実質的に一様な隣接するネットワークを提供する構造を有する（例えば、屈曲多孔性ネットワークを有する固体粒子である）。様々な実施形態において、構造の多孔性により、液晶物質がナノ領域構造に吸収される。換言すると、架橋ポリマー領域はスポンジのように作用して、液晶物質を吸収及び保持する。この構造は、例えば一定量の機能材料を保持するシェル（shell）とは対照的である。
【０１１４】
様々な実施形態において、液晶物質は、ナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって均一に分散されることができる。これにより、架橋ポリマー領域内及び／又は領域にわたる場所にかかわらず、ナノ領域を通じて本質的に均一な濃度の液晶物質が可能になる。加えて、ナノ領域の多孔性により、液晶物質は溶液に存在するとき、架橋ポリマー領域中で本質的に安定な濃度を維持できる。
【０１１５】
様々な実施形態において、使用又はナノ領域に吸収される液晶物質の量は、得られる小スケール機能材料の適用例に応じて決定され得る。そのため、例えば、適用例がＬＣＤの補償フィルムである場合、用いられる液晶物質の量は、所望のＬＣＤに応じて決定される。加えて、ナノ領域に吸収される液晶物質の量は、ナノ領域に吸収される液晶物質の異方性、屈折率、及び／又は複屈折性によっても決定され得る。様々な実施形態において、ナノ領域に吸収される液晶物質の量は、小スケール機能材料の約６重量パーセント〜約６０重量パーセントの範囲であることができる。加えて、液晶物質は、架橋ポリマー領域の屈折率値より大きい屈折率値を有することができる。
【０１１６】
様々な実施形態において、ナノ領域に吸収される液晶物質の量及び／又は種類は、得られる小スケール機能材料の適用例に応じて決定され得る。ナノ領域に吸収される液晶物質の量は、ナノ領域に吸収される液晶物質の屈折率及び／又は複屈折性によっても決定され得る。そのため、フィルム形成組成物の位相遅延値は、液晶物質及びナノ領域中の液晶物質の量の少なくとも１つによって調整できる。
【０１１７】
様々な実施形態では、２種又はそれ以上の小スケール機能材料の組み合わせを適用例に用いることも可能であり、小スケール機能材料は、異なる種類及び／又は量の液晶物質を有することができる。例えば、本開示の位相補償フィルムは、それぞれフィルムの他の層と異なる内部複屈折性を有する液晶物質を吸収したナノ領域を有する２つ又はそれ以上の層（例えば、多層フィルム）として形成できる。例えば、第１所定量の第１液晶物質によって機能化された第１ナノ領域を含有する小スケール機能材料の第１層、及び第２所定量（第１所定量と異なる）の第２液晶物質（第２液晶物質と異なる）によって機能化された第２ナノ領域（第１ナノ領域と異なる）を有するフィルムを有することが可能である。このアプローチ、又は他のアプローチを用いて、得られる多層フィルムを所望の適用例に適合させることができる。
【０１１８】
様々な実施形態において、本開示の位相補償フィルムは、ＬＣＤの個々のピクセルに適用できる。換言すると、位相補償フィルムを形成するために用いられるフィルム形成組成物は、例えば、ＬＣＤのピクセルのサイズスケールで適用できる。そのため、例えば、本開示の種々のフィルム形成組成物を適用することが可能であり、ここではナノ領域中の予め選択した第１液晶物質をＬＣＤの第１ピクセル（例えば、赤色ピクセル）に適用し、ナノ領域中の予め選択した第２液晶物質をＬＣＤの第２ピクセル（例えば、緑色ピクセル）に適用し、ナノ領域中の予め選択した第３液晶物質をＬＣＤの第３ピクセル（例えば、青色ピクセル）に適用した。理解される通り、本明細書で考察した赤色、青色、及び緑色に加えて、他のピクセル色も存在できる。そのため、様々な実施形態において、ナノ領域及び液晶物質は、液晶ディスプレイの赤色ピクセル、緑色ピクセル、及び青色ピクセルの１つを補正するために、ピクセルレベルで個々の位相補償値を提供及び制御できる。
【０１１９】
小スケール機能材料のナノ領域に吸収させるのに適した液晶物質の例としては、等方相、ネマチック相、ねじれネマチック相、スメクチック相、キラルネマチック相、及び／又はディスコチック相であるものが挙げられる。様々な実施形態において、適切な液晶物質には、これに限定されるものではないが、４−ペンチルフェニル４−ペンチルベンゾアート、４−ペンチルフェニル４−メトキシベンゾアート、４−ペンチルフェニル４−メチルベンゾアート、４−ペンチルフェニル４−オクチルオキシベンゾアート、４−ペンチルフェニル４−プロピルベンゾアート、２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオール、６−［４−（４−シアノフェニル）フェノキシ］ヘキシルメタクリラート、ポリ（４−ヒドロキシ安息香酸−コ−エチレンテレフタラート）、ｐ−アセトキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−アゾキシアニソール、４，４’−アゾキシジフェネトール、ビス（ｐ−ブトキシベンジリデン）ａ，ａ’−ビ−ｐ−トルイジン、ビス（ｐ−ヘプチルオキシベンジリデン）ｐ−フェニレンジアミン、ビス（ｐ−オクチルオキシベンジリデン）２−クロロ−１，４−フェニレンジアミン、ｐ−ブトキシ安息香酸、ｐ−ブトキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−ブトキシベンジリデンｐ−エチルアニリン、ｐ−ブトキシベンジリデンｐ−ヘプチルアニリン、ｐ−ブトキシベンジリデンｐ−オクチルアニリン、ｐ−ブトキシベンジリデンｐ−ペンチルアニリン、ｐ−ブトキシベンジリデンｐ−プロピルアニリン、ブチルｐ−ヘキシルオキシベンジリデンｐ−アミノベンゾアート、コレステリルベンゾアート、コレステリルデカノアート（カプラート）、コレステリルドデカノアート（ラウラート）、コレステリルエライダート、コレステリルエルカート、コレステリルエチルカルボナート、コレステリルヘプタノアート（エナンタート）、コレステリルヘキサデシルカルボナート、コレステリルメチルカルボナート、コレステリルオクタノアート（カプリラート）、コレステリルオレイルカルボナート、コレステリルペンタノアート（バレラート）、コレステリルテトラデカノアート（ミリスタート）、ｐ−シアノベンジリデンｐ−ノニルオキシアニリン、４−シアノ−４’−ブチルビフェニル、４−シアノ−４’−ヘキシルビフェニル、４−シアノ−４’−オクチルビフェニル、４−シアノ−４’−ペンチルビフェニル、４−シアノ−４’−ペンチルオキシビフェニル、ｐ−デシルオキシ安息香酸、ｐ−デシルオキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−デシルオキシベンジリデンｐ−トルイジン、ジベンジリデン４，４’−ビフェニレンジアミン、４，４’−ジヘプチルアゾキシベンゼン、４，４’−ジヘプチルオキシアゾキシベンゼン、４，４’−ジヘキシルアゾキシベンゼン、４，４’−ジヘキシルオキシアゾキシベンゼン、４，４’−ジヘキシルオキシアゾキシベンゼン、４，４’−ジノニルアゾキシベンゼン、４，４’−ジオクチルアゾキシベンゼン、４，４’−ジペンチルアゾキシベンゼン、ｐ−ドデシルオキシ安息香酸、ｐ−エトキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−エトキシベンジリデンｐ−シアノアニリン、ｐ−エトキシベンジリデンｐ−ヘプチルアニリン、エチル４−（４−ペンチルオキシベンジリデンアミノ）ベンゾアート、ｐ−ヘプチルオキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、４−ヘプチルオキシベンジリデン４−ヘプチルアニリン、ｐ−ヘキサデシルオキシ安息香酸、ｐ−ヘキシルオキシベンザルアジン、ｐ−ヘキシルオキシ安息香酸、４−（４−ヘキシルオキシベンゾイルオキシ）安息香酸、ｐ−ヘキシルオキシベンジリデンｐ−アミノベンゾニトリル、ｐ−ヘキシルオキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−ヘキシルオキシベンジリデンｐ−オクチルアニリン、ｐ−メトキシベンジリデンｐ−ビフェニルアミン、ｐ−メトキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−メトキシベンジリデンｐ−シアノアニリン、ｐ−メトキシベンジリデンｐ−デシルアニリン、ｐ−メトキシベンジリデンｐ−エチルアニリン、ｐ−メトキシベンジリデンｐ−フェニルアゾアニリン、４−メトキシフェニル４’−（３−ブテニルオキシ）ベンゾアート、ｐ−メチルベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−ニトロフェニルｐ−デシルオキシベンゾアート、ｐ−ノニルオキシ安息香酸、ｐ−ノニルオキシベンジリデンｐ−ブチルアニリン、ｐ−オクチルオキシ安息香酸、ｐ−オクチルオキシベンジリデンｐ−シアノアニリン、ｐ−ペンチル安息香酸、ｐ−ペンチルオキシ安息香酸、ｐ−ペンチルオキシベンジリデンｐ−ヘプチルアニリン、４−ペンチルフェニル４’−プロピルベンゾアート、ｐ−プロポキシ安息香酸、テレフタリリデンビス（ｐ−ブチルアニリン）、テレフタリリデンビス（ｐ−ノニルアニリン）、ｐ−ウンデシルオキシ安息香酸、及び／又は４−ペンチル４’−シアノビフェニルを含むことができる。市販され入手可能な液晶物質には、これに限定されるものではないが、Ｍｅｒｃｋ（ＫＧａＡ、Ｄａｒｍｓｔａｄｔ  ｇｅｒｍａｎｙ）の商品名Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４（Ｅ４４）、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ７（Ｅ７）、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ６３（Ｅ６３）、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ００６（ＢＬ００６）、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ０４８（ＢＬ０４８）、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＺＬＩ−４８５３（ＺＬＩ−４８５３）、及びＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＭＬＣ−６０４１（ＭＬＣ−６０４１）のものが含まれる。他の市販の液晶物質も可能である。
【０１２０】
様々な実施形態において、有用な液晶物質には、負の誘電異方性を備えるものも含むことができる。本明細書では、「負の誘電異方性」には、ダイレクタに平行な誘電係数がダイレクタに垂直な誘電係数より小さい状態が含まれ、ここでダイレクタは、その周囲に液晶物質の長距離秩序が配列される局所対称軸を指す。負の誘電異方性を有する液晶物質の例としては、これに限定されるものではないが、米国特許第4173545号に見出されるもの（例えば、ｐ−アルキル−フェノール−４’−ヒドロキシベンゾアート−４−アルキル（アルコキシ）−３−ニトロベンゾアート）、正若しくは負の誘電異方性、又は４−シアノ−４’−ヘキシルビフェニル及びサリチルアルジミンの場合のように正から負に転換できる誘電異方性を有するもの（Physica B: Condensed Matter, Vol. 393, (1-2), pp280-274参照）、Klasen-Memmerらの「Advanced Liquid Crystal Materials with Negative Dielectric Anisotropy for Monitor and TV Applications」(Proc Int Disp Workshops, vol.9, pages93-95, 2002)に記載されているもの、Hirdらの「Nematic materials with negative dielectric anisotropy for display applications」(Proc. SPIE Vol.3955, p.15-23, Liquid Crystal Materials, Devices, and Flat Panel Displays, March 2000)に見出されるもの、並びにOsmanらの「Stable Liquid Crystals with Large Negative Dielectric Anisotropy」(Helvetica Chimica Acta, Vol.66, Issue 6, pp1786-1789)に見出されるものを挙げることができる。位相補償フィルムに用いられる液晶物質は、小スケール機能材料にわたって、赤外線、可視、及び紫外線周波数帯域の少なくとも１つにおいて、放射エネルギー（例えば、光）の少なくとも一部の透過を妨げる働きをすることもできる。
【０１２１】
様々な実施形態において、液晶物質の機能特性は、ひとたびナノ領域構造に吸収されると、著しい影響を受けない。加えて、ナノ領域は、ナノ領域の実質的に全体にわたって吸収された液晶物質に秩序を誘発することもできる。液晶物質及びナノ領域の類似の特性長の秩序構造は、下記の実施例の項に記載する通り、Ｘ線散乱の結果によって求められる。これらの結果は、秩序が架橋ポリマー領域によって誘発され得ることを示唆している。例えば、液晶物質がナノ領域の架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されているとき、本明細書に記載する散乱研究は、特性長４ｎｍを備える液晶物質秩序構造を示す。しかしながら、ナノ領域に誘発されたこの秩序は、ニート液晶物質又は液晶物質のポリメチルメタクリラート溶液では観察されない。
【０１２２】
様々な実施形態において、小スケール機能材料の架橋ポリマー領域の架橋密度は、液晶物質をナノ領域の架橋ポリマー領域に吸収させた後に増大し得る。様々な実施形態において、吸収後の架橋を用いて、非球形ナノ領域を形成できる。加えて、液晶物質はまた、ひとたび吸収されたら、ナノ領域のポリマー領域に架橋され得る。小スケール機能材料が形成されたら、貯蔵及び本明細書に記載のその後の使用のために、粉末として（例えば、凍結乾燥）調製できる。
【０１２３】
様々な実施形態において、位相補償フィルムを形成するために用いられる小スケール機能材料は、位相補償フィルムが形成される表面の透明性に関するヘイズ又は他の問題を引き起こすことなく、位相補償フィルムを形成できる。記載した通り、この理由の１つは、小スケール機能材料のナノ領域が可視光波長の４分の１以下の最大寸法を有することである可能性がある。ナノ領域のサイズを制御することによって、例として、光を散乱することのできるサイズの領域を排除することにより光学適用例のために、得られる位相補償フィルムの透明度を維持できる。
【０１２４】
様々な実施形態において、水性及び／又は非水性液体媒質中の小スケール機能材料の分散は均一であることができる。様々な実施形態において、小スケール機能材料の分散はまた、様々な濃度で１つ又はそれ以上のフィルムに空間的に分散されて（例えば、位相補償フィルムの厚さにわたって）、屈折率の勾配を創出することができる。例えば、各層が異なる濃度を有して、得られるフィルムに屈折率の勾配を創出する、２つ又はそれ以上の層の小スケール機能材料を用いることができる。様々な実施形態において、濃度勾配は、フィルムの厚さにわたって及び／又はフィルムの幅若しくは長さにわたって拡がることができる。
【０１２５】
様々な実施形態において、架橋ポリマー領域の選択は、部分的には、小スケール機能材料が懸濁される水性及び／又は非水性液体媒質に基づいて行うことができる。例えば、架橋ポリマーは、小スケール機能材料が水性及び／又は非水性液体媒質中に分散されるように選択できる。小スケール機能材料を水性及び／又は非水性液体媒質の全体に分散させるアプローチは、混合工程で実行できる。
【０１２６】
本開示の実施形態は、様々な適用例に有用であり得る。そのような適用例には、これに限定されるものではないが、光学適用例、例えば特にディスプレイ、眼科用レンズ、光ファイバ、ブラッグ反射鏡、及び導波管などが含まれる。小スケール機能材料のナノ領域は、共重合時、種々の材料特性（例えば、架橋ポリマー領域のＴｇ）及び／又は架橋ポリマー領域の架橋密度を備える領域形成剤を生成するモノマーを選択することによって、より硬質又は軟質に製造できる。様々な実施形態において、小スケール機能材料は、様々な印刷技術を用いて空間的に濃度勾配で分散され、光学材料、例えば勾配屈折率レンズなどを創出できる。
【０１２７】
１種又はそれ以上の液晶物質に加えて、２色性染料も吸収させることができる。カラムナー及びネマチックいずれのディスコチック液晶物質も吸収させることができる。適切な２色性染料及び／又はさらなる液晶物質の例としては、特に米国特許第4401369号及び第5389285号、国際公開第1982/002209号に見出されるもの、アリールアゾピリミジン、ベンゾ−２，１，３−チアジアゾール（J. Mater. Chem. 2004, 14, 1901-1904参照）、Ｍｅｒｃｋ  Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）、及びＭｅｒｃｋ  Ｌｉｃｒｉｌｉｔｅ（登録商標）が挙げられる。
【０１２８】
本開示を以下の実施例によって例示する。特定の実施例、材料、量、及び手順は、本明細書に記載の本開示の範囲及び精神に従って広く解釈されるべきであることが理解される。加えて、本明細書又は文献に言及されたすべての特許、仮特許出願を含む特許出願、刊行物、及び電子的に入手可能な資料の全開示は、参照により本明細書の一部とする。前述の詳細な説明及び実施例は、明確な理解のためにのみ提供されるものである。それらから不必要な限定が理解されるべきではない。本開示の実施形態は、提示及び記載される厳密な詳細に限定されない。多くの変形が当業者に明らかであり、特許請求の範囲によって定義される本開示に包含されることが意図される。
【実施例】
【０１２９】
本開示の様々な態様を以下の実施例によって例示する。特定の実施例、材料、量、及び手順は、本明細書に記載の本開示の範囲に従って広く解釈されるべきであることが理解される。別段の指示のない限り、部及びパーセントはすべて重量により、分子量はすべて数平均分子量による。別段の指示のない限り、用いられる化学物質はすべて本明細書に示した通り市販され入手可能である。
【０１３０】
試薬：メチルメタクリラート（ＭＭＡ、９９％、安定化、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、スチレン（Ｓ、９９％、Ａｌｄｒｉｃｈ）、エチレングリコールジメタクリラート（ＥＧＤＭＡ、９８％、安定化、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ、９８％、Ａｌｄｒｉｃｈ）、ドデシル硫酸ナトリウム塩（ＳＤＳ、９８％、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、１−ペンタノール（９９％、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、塩化メチレン（ＨＰＬＣ等級、Ｂｕｒｄｉｃｋ  ａｎｄ  Ｊａｃｋｓｏｎ）、アセトン（ＨＰＬＣ等級、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ）、液晶物質Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）（Ｍｅｒｃｋ、ＫＧａＡ、Ｄａｒｍｓｔａｄｔ  Ｇｅｒｍａｎｙ）、分子量１５０００のポリ（メチルメタクリラート）（Ａｌｄｒｉｃｈ）、ブチルアクリラート（ＢＡ、９９％、安定化、Ａｌｄｒｉｃｈ）、アリルメタクリラート（ＡＭＡ、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ、９８％）、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ、９８＋％）、及びＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＭＥＤＡ、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ、９９％）。
【０１３１】
重合はすべて窒素下、超純粋脱イオン水（ＵＰＤＩ水、Ｂａｒｎｓｔｅａｄ浄化装置を通したもの、伝導度＜１０−１７Ω−１）中で行う。
【０１３２】
ナノ領域の調製
本発明の実施形態のために、ＭＭＡ又はＢＡ、又はＳ、又はこれらのモノマーの混合物を、表１に示した量に従って、架橋モノマーとして作用するＡＭＡ又はＤＶＢと混合する。塩基性酸化アルミニウム（Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）を部分的に充填したカラムを通して、混合物を濾過して安定化剤を除去し、１００ｍｌガラス製シリンジに入れる。表１に記載の通り、ＳＤＳ及び１−ペンタノールをＵＰＤＩ水と合わせ、反応器に入れ、混合物を低速（２００ｒｐｍ）で攪拌し、３０℃で２０分間窒素パージする。
【０１３３】
等モル量のＡＰＳ及びＴＭＥＤＡを２種の開始剤として用いる。表１に記載した各実施例では、ＵＰＤＩ水１０ｍｌ中、表１に示した通りＡＰＳを第１開始剤として用い、ＵＰＤＩ水１０ｍｌ中、表１に示した通りＴＭＥＤＡを第２開始剤として用いる。
【０１３４】
表１に示した通り、初期量のモノマー混合物及び開始剤を反応器に入れて、シード重合を開始する。シリンジポンプ（ＫＤ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）による残りのポリマーの注入を、表１に示した速度で３０分後に開始する。反応器１００を窒素パージし、反応を通じて、温度を２８℃に保持する。重合を１時間続ける。モノマーの注入が完了したら、得られたナノ領域をガラス製広口瓶に集め、数滴のＰｅｎｎＳｔｏｐ（商標）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を広口瓶に添加して、重合反応を停止する。
【０１３５】
【表１】
2011508281.tif 000002
【０１３６】
流体力学的クロマトグラフィ（「Development and application of an integrated, high-speed, computerized hydrodynamic chromatograph」、Journal of Colloid and Interface Science、Volume 89、Issue 1、September 1982、Pages 94-106; Gerald R. McGowan及びMartin A. Langhorstに記載）によって求めた、実施例１〜５のナノ領域の体積平均径及び粒径分布を図１に示す。ナノ領域の体積平均径の値は、１０ｎｍ〜１００ｎｍであり得る。粒径に関しては、ナノ領域の７０パーセントが５０ｎｍより小さい体積平均径を有し、体積平均径３０ｎｍを有するナノ領域が見出された。
【０１３７】
３つの方法の１つに従って、ナノ領域を単離する。第１の方法では、所与体積の非希釈ナノ領域懸濁液又はラテックスに、等体積のメチルエチルケトン（ＭＥＫ、Ｆｉｓｈｅｒ、ＨＰＬＣ等級）を添加する。得られた懸濁液を２０００ｒｐｍで２０分間遠心分離する（ＩＥＣ  Ｃｅｎｔｒａ  ＧＰ８Ｒ、１５００ｇ）。液体をデカントし、ナノ領域を元の体積×１の１：１ＵＰＤＩ水：アセトンに再懸濁する。再懸濁したナノ領域をさらに２回遠心分離し、デカントする。ナノ領域を乾燥空気流中、約７０時間乾燥する。
【０１３８】
第２の方法では、所与体積の非希釈ナノ領域懸濁液又はラテックスに、等体積のＭＥＫを添加する。得られた懸濁液を上記の通り遠心分離する。液体をデカントし、ナノ領域をＵＰＤＩ水に混合し、アセトン（等体積）に添加する。ナノ領域懸濁液を濾過し、数体積のメタノール（Ｆｉｓｈｅｒ、ＨＰＬＣ等級）又は１：１ＵＰＤＩ水：アセトン、ＵＰＤＩ水、次いでメタノールで洗浄する。その後、ナノ領域を乾燥空気流中、約７０時間乾燥する。
【０１３９】
第３の方法では、所与体積の非希釈ナノ領域懸濁液又はラテックスに、等体積のＭＥＫを添加する。得られた懸濁液を上記の通り遠心分離する。液体をデカントし、ナノ領域を最小量のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ、Ｆｉｓｈｅｒ、ＨＰＬＣ等級）に溶解する。このＴＨＦ溶液を５〜１０倍過剰のメタノールにゆっくりと添加することによって、ナノ領域を沈澱させる。沈澱したナノ粒子を濾過し、メタノール（Ｆｉｓｈｅｒ、ＨＰＬＣ等級）で洗浄し、その後、上記の通り乾燥する。
【０１４０】
液晶物質
本明細書に提供する実施例では様々な液晶物質を用いる。最初の実施例はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４（Ｍｅｒｃｋ、ＫＧａＡ、Ｄａｒｍｓｔａｄｔ  Ｇｅｒｍａｎｙ）、４−ペンチル−４’−シアノビフェニルを含み、これは透明点（等方性液体に転移）１００℃、誘電異方性（Δε）＋１６．８、及び光学異方性（Δｎ）０．２６２７を備えるネマチック液晶物質である。本発明の実施例に用いられる他の液晶物質には、４−シアノ−４’−オクチルビフェニル（Ｆｒｉｎｔｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、ＮＪ）、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ７、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ６３、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ００６、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ０４８、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＺＬＩ−４８５３、及びＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＭＬＣ−６０４１（それぞれＭｅｒｃｋ、ＫＧａＡ、Ｄａｒｍｓｔａｄｔ  Ｇｅｒｍａｎｙから）。様々な実施例において、液晶物質及び／又は液晶物質の混合物を利用して、ナノ領域の秩序に対するそれらの影響を観察する。
【０１４１】
表２は、液晶物質のいくつかの特性を示すものである。液晶物質は、少なくとも部分的に高い屈折率異方性によって選択される。
【０１４２】
【表２】
2011508281.tif 000003
【０１４３】
ナノ領域への液晶物質の吸収
液晶物質の試料を表３に示した通り、ガラス容器で塩化メチレンに溶解して、溶液を形成する。アセトンを溶液に添加し、目で見て透明な溶液が得られるまで、それを混合する。ナノ領域の水性分散液を秤量し、溶液に添加して、混合物を形成する。混合物を室温（約２１℃）で一晩振盪する。
【０１４４】
上記のナノ領域への液晶物質の吸収は、水−塩化メチレン界面を経る分散ナノ領域への液晶分子の輸送に基づくものである。水性分散液と溶液を混合する際に、この工程の指標が存在する。混合すると、ナノ領域の水性分散液はその光散乱力を著しく増大する。これは、溶液によるナノ領域の膨脹又は粒子の凝集による平均粒径の増大を示唆している。ナノ領域の水性分散液は、操作範囲内で実質的に混合、振盪、及びデカント工程を通じて安定なままであり、例えば、ナノ領域は沈澱しない。
【０１４５】
混合物を室温（約２１℃）で３時間相分離させる。容器内に２相が生じる。容器底部の塩化メチレンに富む相、及び上部の水相である。水相をデカントし、凍結乾燥して、液晶物質を吸収したナノ領域を得る。得られた液晶物質を吸収したナノ領域は、綿毛状の白色粉末の外観を有する。
【０１４６】
これらの実施例に提供される液晶物質はすべて、上記と同じ手順を用いて、実施例１〜５（上記）のナノ領域に首尾よく吸収される。表３は、種々の液体物質を吸収した実施例１のナノ領域における液晶量を示すものである。ナノ領域中の液晶物質の量は、小スケール機能材料の約６重量パーセント〜約２５重量パーセントまで多様である。最小量（６．２重量パーセント）Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＺＬＩ−４８５３に該当し、次いでＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＭＬＣ−６０４１（１１．６重量パーセント）及びＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ０４８（１３．２重量パーセント）である。Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４（２４．６重量パーセント）及びＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ７（２３．１重量パーセント）は実施例１のナノ領域に最大量で吸収される。体積平均径６０ｎｍの実施例１のナノ領域では、わずかに多量であるが同様の結果が得られる。
【０１４７】
【表３】
2011508281.tif 000004
【０１４８】
ＦＴＩＲ分光法
ＦＴＩＲ分光法（Ｎｉｃｏｌｅｔ７１０  ＦＴＩＲ）を利用して、実施例１のナノ領域に吸収された液晶物質の存在及び量を求める。
【０１４９】
ＦＴＩＲの較正のために、ポリ（メチルメタクリラート）０．８８７ｇを塩化メチレン１６．７８ｇに溶解する。目で見て均一な透明溶液が得られるまで、混合物を攪拌する。この溶液に、必要量の液晶物質を添加し、混合物が目で見て透明になるまで攪拌する。溶液をポリ（テトラフルオロエチレン）の剥離表面（例えば、シート）上に注ぎ、室温（約２１℃）で操作する真空オーブンに入れ、塩化メチレンを蒸発させる。得られたフィルムを用いて、ＦＴＩＲ測定値を較正する。
【０１５０】
ＦＴＩＲ及びｘ線散乱を用いて、生成された小スケール機能材料の特性を明らかにする。ＦＴＩＲ分光法を用いて、ナノ領域の液晶物質の量を求める。
【０１５１】
Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４、実施例１のナノ領域、及びＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した実施例１のナノ領域の典型的なスペクトルを図２Ａ〜２Ｃに示す。Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４のＦＴＩＲスペクトルは、約２２３０ｃｍ−１の芳香族Ｃ≡Ｎのラインを特徴とする（図２Ａ）。図２Ｂは、実施例１のナノ領域のスペクトルを例示する。Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を含有するナノ領域のスペクトルは、約２２３０ｃｍ−１にＣ≡Ｎのバンドを示し、ナノ領域中の液晶物質の存在が確認される（図２Ｃ）。
【０１５２】
液晶物質のＣ≡Ｎラインとナノ領域のＣ＝Ｏライン（約１７３０ｃｍ−１）の比を利用して、ナノ領域中の液晶物質量を求める。既知量の液晶／ナノ領域標準組成物を較正のために調製する。他の液晶物質はすべて芳香族Ｃ≡Ｎラインを示すため、同じ方法を用いて、ナノ領域粒子中の液晶物質量の特徴を明らかにする。各液晶物質及びナノ領域組成物に関して較正のために標準組成物を調製する。
【０１５３】
図３は、実施例の液晶物質を吸収している実施例１のナノ領域のｘ線散乱パターンを示すものである。図３において、ｘ線散乱パターン３００はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＺＬＩ−４８５３のものであり、ｘ線散乱パターン３１０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ００６のものであり、ｘ線散乱パターン３２０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＭＬＣ−６０４１のものであり、ｘ線散乱パターン３３０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ６３のものであり、ｘ線散乱パターン３４０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ７のものであり、ｘ線散乱パターン３５０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ０４８のものである。例示した通り、ｘ線散乱パターンはそれぞれの液晶物質で類似している。散乱バンドは液晶物質に関して同じ２θ角に位置するようであり、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ７（３４０）のみがより高角度に非常に小さいシフトを示す（より小さい形状）。散乱ピークは特性長４ｎｍを備える液晶秩序構造に対応する。ナノ領域に誘発されたこの秩序は、ニート液晶物質又は液晶物質のＰＭＭＡ溶液では観察されない。このことは長さスケールがナノ領域の組成及び構造によって決定されることを示唆している可能性がある。しかしながら、本明細書に記載した通り、ナノ領域組成物（例えば、コポリマー）は、実施例の組成物の特性長に著しい影響を及ぼさないと考えられる。例えば、図４は、種々の液晶材料を吸収した実施例３のナノ領域（ＭＭＡ／Ｓ  １：１）で類似の結果が観察されることを例示している。図４において、ｘ線散乱パターン４００はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＺＬＩ−４８５３のものであり、ｘ線散乱パターン４１０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ００６のものであり、ｘ線散乱パターン４２０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＭＬＣ−６０４１のものであり、ｘ線散乱パターン４３０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ６３のものであり、ｘ線散乱パターン４４０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ７のものであり、ｘ線散乱パターン４５０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）ＢＬ０４８のものであり、ｘ線散乱パターン４４０はＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４のものである。
【０１５４】
吸収ナノ領域調製時の光散乱の増大は、ナノ領域の吸収に用いられる液晶物質中のアセトンの量に依存することもさらに観察される。これは、ナノ領域に吸収されている液晶物質に対するアセトン含量の影響を示唆している。ナノ領域に吸収されている液晶物質に対するアセトン含量の影響を試験するために、１つの中心点を有する３×６要因配置実験において、吸収工程に影響を及ぼす要因の研究を行う。吸収溶液中の液晶物質の量、及びアセトンと液晶物質の重量比を、本研究の変数として用いる。研究中、調製温度及び振盪条件は一定に保つ。
【０１５５】
表４は、配置、変数レベル、及びＦＴＩＲで求めた凍結乾燥後の液晶物質量を示すものである。吸収溶液中の液晶物質の最大量は、３０重量パーセントである。アセトンと液晶の最大重量比は２．０である。この値は、ナノ領域の水性分散液の安定性によって制限される。より多量のアセトンは分散液からの粒子の凝集及び沈澱を引き起こす。これらの実験で乾燥ナノ領域に吸収されるＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）最大量は２０重量パーセントである。
【０１５６】
【表４】
2011508281.tif 000005
【０１５７】
図５Ａ及び５Ｂは、種々のアセトン／Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４重量比に関して塩化メチレン前駆体溶液中のＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の濃度の関数として（図５Ａ）、及び前駆体溶液のＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の種々の濃度に関して前駆体溶液中のアセトン／Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４重量比の関数として（図５Ｂ）、実施例１のナノ領域に吸収された液晶物質の量を示すものである。両方の曲線は、乾燥ナノ領域の液晶物質の量と両方の変数との正の相関を示している。乾燥ナノ領域の液晶物質の量は、吸収溶液の液晶物質の濃度、及びアセトンと液晶物質との重量比に正比例して増大する。加えて、上で考察した２つの変数の間には相互関係がある。乾燥ナノ領域の液晶物質の量の最小二乗適合モデルの結果を図６に示す。２つの変数及び交差項を利用するとき、統計的に有意なデータ適合（Ｒ２＝０．９７９９）が得られる（３項の分散分析Ｐ＜０．０００１によって示される）。この適合によれば、乾燥ナノ領域中の液晶の量は下記の通り表わすことができ、
％ＬＣ＝-4.657＋0.536LCS％＋3.278AC/LC比＋0.22(LCS％×AC/LC比)
式中、％ＬＣは乾燥ナノ領域中の液晶物質の量であり、ＬＣＳ％は吸収溶液中の液晶物質の濃度であり、ＡＣ／ＬＣ比はアセトンと吸収溶液中の液晶物質との重量比であり、（ＬＣＳ％×ＡＣ／ＬＣ比）は交差項である。この適合モデルは非ゼロ切片も組み入れる。この適合は、吸収溶液中の液晶物質の濃度及びアセトンと液晶物質の重量比に起因する、ナノ領域中の液晶物質量の変動の約９８％を説明すると考えられる。
【０１５８】
Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４は、ネマチック液晶物質として販売されている。液晶は、液晶が等方性液体となる透明点まで（１００℃）その配向秩序を維持する。ナノ領域への液晶物質の吸収は、液晶及び／又はナノ領域のモルフォロジーに影響を与える可能性がある。ｘ線散乱技法を利用して、ナノ領域に吸収された液晶物質のモルフォロジーを探索する。
【０１５９】
選択した材料のｘ線散乱パターンを図７に示す。液晶物質を含まない実施例１のナノ領域に相当する散乱パターンは曲線７００で表わされる。この曲線は、特定の構造配置を持たない非晶質ポリマー材料の広いハローピークを示す。曲線７１０は、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４のＰＭＭＡポリマー溶液に相当する。この曲線は、より高い角度に結晶又はスメクチック液晶相を示す小さいピークを有する非常に類似した非晶質パターンを示す。対照的に、曲線７２０は、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した実施例１のナノ領域に相当し、４０Åフィーチャ（feature）を代表する主要なピークを含む、スメクチック又は結晶秩序の存在を示すいくつかの回折ピークを有する。このフィーチャは、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の２層間隔ｄに一致する。
【０１６０】
工程温度
吸収工程に対する温度の影響を実施例１のナノ領域に吸収されたＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４に関して試験する。周囲温度（２１℃）〜５０℃の間の温度を分析する。ナノ領域／吸収溶液２相系の不安定化を防ぎ、吸収工程でのナノ領域の沈澱を回避する最高温度を選択する。
【０１６１】
表５及び図８は、吸収温度の関数として、ナノ領域中の液晶物質量を示すものである。このデータは、より高い吸収温度が、ナノ領域中の液晶物質量の増加を促進することを示唆している。図９は、温度の関数として、実施例１のナノ領域に吸収されたＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の最小二乗適合モデルの結果を例示する。統計的に有意なデータ適合が得られ（Ｒ２＝０．７３９６、及び分散分析Ｐ＜０．０００７）、これはナノ領域中の液晶物質量の変動の約７５％が温度の影響に起因し得ることを示している。この分析は、実施例１のナノ領域中のＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の量に関して、温度係数０．４４を提供する。
【０１６２】
【表５】
2011508281.tif 000006
【０１６３】
ナノ領域サイズ
ｘ線散乱データは、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した実施例１のナノ領域が、４０Åフィーチャを代表する主要なピークを含む、スメクチック又は結晶秩序の存在を示すいくつかの回折ピークを有することを示している。このフィーチャ長は、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４の２層間隔ｄに一致する。これらの発見に基づいて、ナノ領域の複合的モルフォロジーが影響を受けるかどうかより良く理解するために、大きいサイズのナノ領域を作製する。表６は、種々の液晶物質が吸収されている、体積平均径３０ｎｍ及び６０ｎｍを有する実施例１のナノ領域の組成を示すものである。これらの結果は、より大きいナノ領域では、ナノ領域に吸収された液晶物質の量がわずかに多いことを示している。例えば、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ７を吸収した３０ｎｍナノ領域は、液晶物質２３．１重量パーセントである。同じ液晶物質を吸収した６０ｎｍナノ領域は、２６．１％を含有する。他の液晶物質も、ナノ領域の体積平均径が３０ｎｍ〜６０ｎｍに増大すると、類似した量の増加を示す。しかしながら、この液晶物質の量の変化は、ナノ領域／液晶モルフォロジーがコア−シェルの性質の１つであることを示唆するほど有意であるとは考えられていない。
【０１６４】
いずれもＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した３０ｎｍ（図１０の１０１０）及び１０６ｎｍ（図１０の１０２０）の実施例１のナノ領域のｘ線散乱パターンを図１０に示す。主な散乱フィーチャは、両方の組成物に関して類似しており、類似の秩序構造を示している。主なピークは、両方の事例で特性長４ｎｍに一致している。図１０は、６０ｎｍナノ領域のパターンも示しているが（図１０の１０００）、その架橋密度はマイクロエマルション重合において２倍濃度のＡＭＡを用いることによって増大している。このパターンは、他のすべてと類似するフィーチャを有し、同じ関連特性長（４ｍｍ）を有する。これらのナノ領域中の液晶物質量（Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４）は２３．２重量パーセント（表６）であり、半分のレベルの架橋剤を含む３０ｎｍ領域の量（２４．６重量パーセント）と類似している。これは、ナノ領域中の高レベルの架橋剤が、これらの実施例に用いられる工程及び条件で液晶物質の吸収を阻害しないことを示唆している。
【０１６５】
【表６】
2011508281.tif 000007
【０１６６】
ナノ領域組成物
図１１は、Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した種々の組成物のナノ領域のＸ線散乱パターンを示すものである。これら３種の組成物は、表１の実施例１（図１１の１１１０）、実施例３（図１１の１１００）、及び実施例４（図１１の１１２０）である。３種のナノ領域組成物は、体積平均径約３０ｎｍ〜約４０ｎｍを有する。これらのパターンは１１００、１１１０、及び１１２０において、すべての組成物の秩序構造を示している。主な散乱フィーチャはすべての組成物で類似しており、同じ角度に位置している。主なピークは、特性長４ｎｍに一致している。それでもなお、パターンには小さな相違がある。例えば、実施例１のナノ領域は２θ＝２．５°に小さなピークを示し、これは実施例３及び４のナノ領域には出現しない。
【０１６７】
小スケール機能材料のフィルム形成特性
３種の異なる小スケール機能材料（上記実施例１９、２７、及び３０）それぞれのフィルム形成溶液を本明細書に記載の通り調製する。各フィルム形成溶液は、２０℃で２０分間、トルエン９０ｇ（Ａｌｄｒｉｃｈ、ＨＰＬＣ等級）、マレイン酸ジブチル９．４ｇ（Ａｌｄｒｉｃｈ、９９．９％）、及びＢＹＫ−３２０（シリコーン平滑剤、ＢＹＫ  Ｃｈｅｍｉｅ）０．２ｇに懸濁した小スケール機能材料（粉末形態の実施例１９、２７、及び３０）０．２ｇで形成される。驚いたことに、トルエンと共に約９〜約１０重量パーセントのマレイン酸ジブチルを有するフィルム形成溶液で形成されたフィルムでは、ヘイズ率測定値が急降下することが見出される。
【０１６８】
３種の小スケール機能材料それぞれのフィルムは、引張被覆工程によって形成する。この工程では、フィルム形成溶液の試料２００μｌをスライドガラスに付着させ、自動引張機（Ｇａｒｄｃｏ、ＤＰ−８２０１）を用いて、そのスライドガラスにわたって高さ０．０２０インチの引張棒（draw bar）を３．８インチ／秒で引く。試料を十分に乾燥させ、厚さ約３５μｍを得る。
【０１６９】
上記のフィルム形成溶液で形成されたフィルムはそれぞれ、ガラス基板上で総ヘイズ約２パーセント未満（下記の通り測定）、及び総透過率９０パーセント以上（下記の通り測定）を有する。これらの低いヘイズ及び高い透過率の結果により、高品質光学特性（低いヘイズ及び高い透過率）を備えるフィルム形成剤としての小スケール機能材料の挙動は、光学適用例、例えば特に位相遅延フィルム、レンズ、グレーディング（grading）、抗反射被覆、及びプライバシー被覆などでのそのような材料の使用を可能にし得る。
【０１７０】
位相補償フィルムの光学性能特性
実施例１のナノ領域（液晶物質を吸収していない）を含むフィルム形成溶液、及び２２重量パーセントのＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した実施例１のナノ領域の小スケール機能材料を含むフィルム形成溶液を本明細書に記載の通り調製する（０．２ｇの実施例１のナノ領域、又はトルエン９０ｇ、マレイン酸ジブチル９．４ｇ、及びＢＹＫ−３２０ ０．２ｇに懸濁した小スケール機能材料）。２種の各フィルム形成溶液を用い、スピン被覆法によってフィルムを形成するが、この方法ではフィルム形成溶液の試料５ｍｌを直径１０．１６ｃｍのシリコンウエハの表面に流し、それを３０００ｒｐｍで９０秒間回転する。フィルムを室温で乾燥させ、厚さ約２〜約７マイクロメートルを得る。
【０１７１】
実施例１のナノ領域（液晶物質を吸収していない）で形成されたフィルムは、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ  ２０１０プリズムカプラによって測定された、６３２．８ｎｍでの屈折率１．４７５３を有する。実施例１のナノ領域を有し、２２重量パーセントのＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した小スケール機能材料で形成されたフィルムは、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ  ２０１０プリズムカプラによって測定された、６３２．８ｎｍでの屈折率１．５１２４を有する。この屈折率のデータは、液晶物質の屈折率の影響が、小スケール機能材料で形成されたフィルムの光学特性として発現され得ることを示唆している。
【０１７２】
実施例１のナノ領域（液晶物質を吸収していない）で形成されたフィルムと比較して、２２重量パーセントのＬｉｃｒｉｓｔａｌ（登録商標）Ｅ４４を吸収した実施例１のナノ領域を有する小スケール機能材料で形成されたフィルムは反射率０．０３７の変化を生じ、これは約１８５ｎｍの著しい位相遅延効果を提供する。さらに、フィルムの厚さを調節することによって、この効果を増大する（又は適用例に従って適合させる）ことができ、例えば、上記のナノ領域及び小スケール機能材料で形成された厚さ２３μｍのフィルムは、８５１ｎｍの位相遅延効果を生じることができる。この種の性能によって、液晶ディスプレイ産業の大半が必要としている適用例を提供できる。
【０１７３】
液晶を吸収した小スケール機能材料の性能範囲
位相補償フィルムは通常、それらの厚さ（ｄ＝フィルムの厚さ）及び複屈折（Δｎ＝フィルムの複屈折、ここでΔｎ＊ｄ＝ｃ（λ）＊位相補償、λ＝波長、ｃ（λ）＝λ／（２＊π））、並びにフィルムに用いられる屈折率楕円体のサイズ及び形状によって特徴づけられる。位相補償フィルムの性能の計量を表わすために通常用いられるΔｎ＊ｄは、波長依存性並びに因子１／（２＊π）を除く。
【０１７４】
本開示の小スケール機能材料で形成されたフィルムの複屈折は、液晶の複屈折及びナノ領域中の液晶物質の量（例えば、重量分率）によって決定される。液晶物質に固有の複屈折の範囲はＤｎ＝０．０２〜０．５であり、液晶物質は継続して改良され、多くの異なる分類を有することが見込まれる。
【０１７５】
本明細書に記載の通り、ナノ領域に吸収される液晶物質の量の範囲は、約１０重量パーセント〜約２０重量パーセントの範囲であり得るが、多量の約６０重量パーセントであることもできる。加えて、フィルムの厚さは、約１μｍ〜約５０μｍまで多様であり得るが、約０．３μｍの薄さ、及び約１５０μｍの厚さであることもできる。これらのパラメータにより、高い透明度（≧９０パーセント）及び非常に低いヘイズ（＜２パーセント）を備える位相補償フィルムが可能になる。
【０１７６】
これらの限度内で、本開示の位相補償フィルムは、２〜１５００ｎｍの範囲のΔｎ＊ｄ特性を有することができる。最も実用的な値は補償されるＬＣＤの位相遅延の一部であり、典型的に約１０〜約６００ｎｍである。さらに、それぞれが、例えば異なる液晶物質、厚さ、及び／又は所定の屈折率楕円体を有する２つ又はそれ以上の層を備えたフィルムは、特定のディスプレイ型（例えば、ＡＳＶ（アドバンスト・スーパー・ビュー）、双安定ネマチック（ＢｉＮｅｍ）、コレステリック（又はキラルネマチック）、ＥＣＢ（電界制御複屈折）、ＦＬＣＤ（強誘電性液晶ディスプレイ）、ＧＨ（ゲストホスト）、ＩＰＳ（横電界スイッチング）、ＬＣｏＳ（シリコン基板上液晶）、ＭＶＡ（マルチドメイン垂直配向）、ＰＤＬＣ（ポリマー分散液晶）、ＯＣＢ（光学補償ベンド）、ＰＶＡ（パターン化垂直配向）、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）、ＴＮ（ねじれネマチック）、及び半透過型ディスプレイ）に有利であろうことが理解される。
【０１７７】
そのため、本開示の小スケール機能材料は、商業的に有用であるという点で、ＬＣＤ産業における光学適用例の要求に対処できる可能性がある。
【０１７８】
所定の屈折率楕円体の制御
ＬＣＤ産業では独自の液晶セル設計を暗状態、コントラスト比、色補正、及び視野角要件に適合させる必要があるため、本開示の実施形態は特に有用である可能性がある。屈折率楕円体のサイズ、形状（例えば、種類）、及び傾斜を制御する能力は、位相補償フィルムに望ましい属性であり得る。本開示の位相補償フィルムは、ナノ領域中の液晶の種類及び量の可変性に加えて、小スケール機能材料の固有の柔軟性、その組成、及び架橋密度のために、液晶物質が吸収されている屈折率楕円体のサイズ、形状（例えば、種類）、及び傾斜の制御を提供できる。
【０１７９】
表７は、本明細書に記載のナノ領域及び小スケール機能材料から調製される屈折率楕円体の実施例を示すものである。各実施例のフィルム形成溶液を本明細書に記載の通り調製する（０．２ｇの実施例１のナノ領域、又はトルエン９０ｇ、マレイン酸ジブチル９．４ｇ、及びＢＹＫ−３２０ ０．２ｇに懸濁した小スケール機能材料）。それぞれのフィルム形成溶液を用い、上記のスピン被覆法によってフィルムを形成する。Ｍｅｔｒｉｃｏｎ  ２０１０プリズムカプラを用いて、フィルムの形成に用いる得られたナノ領域及び小スケール機能材料のそれぞれに関して、屈折率楕円体の値を測定する。表７の実施例のナノ領域はそれぞれ、体積平均径３０ｎｍを有する。
【０１８０】
【表７】
2011508281.tif 000008
【０１８１】
本明細書又は文献に言及されたすべての特許、仮特許出願を含む特許出願、刊行物、及び電子的に入手可能な資料の全開示は、参照により本明細書の一部とする。前述の詳細な説明及び実施例は、明確な理解のためにのみ提供されるものである。それらから不必要な限定が理解されるべきではない。本開示の実施形態は、提示及び記載される厳密な詳細に限定されない。多くの変形が当業者に明らかであり、特許請求の範囲によって定義される本開示に包含されることが意図される。
【図１】
2011508281.tif 000009
【図２Ａ】
2011508281.tif 000010
【図２Ｂ】
2011508281.tif 000011
【図２Ｃ】
2011508281.tif 000012
【図３】
2011508281.tif 000013
【図４】
2011508281.tif 000014
【図５Ａ】
2011508281.tif 000015
【図５Ｂ】
2011508281.tif 000016
【図６】
2011508281.tif 000017
【図７】
2011508281.tif 000018
【図８】
2011508281.tif 000019
【図９】
2011508281.tif 000020
【図１０】
2011508281.tif 000021
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大寸法が５ｎｍ〜１７５ｎｍの架橋ポリマー領域を有する粒子、及び
前記粒子の前記架橋ポリマー領域の実質的に全体にわたって吸収されており、位相補償フィルムに位相補償値を与える液晶物質を含む、位相補償フィルム。
【請求項２】
前記架橋ポリマー領域は、前記位相補償フィルムが液晶ディスプレイのピクセルの光学性能を補償することを可能にする所定の屈折率楕円体を有する、請求項１に記載のフィルム。
【請求項３】
前記液晶物質を吸収した前記粒子が、複数の濃度で前記位相補償フィルム中に空間的に分散されて、前記位相補償フィルムの厚さにわたって屈折率に勾配をつける、請求項１または２に記載のフィルム。
【請求項４】
前記位相補償フィルムが、前記粒子を含む２つ又はそれ以上の層を含み、各層の前記粒子の実質的に全体にわたって吸収された前記液晶物質は、前記粒子を含む他の層と異なる内部複屈折性を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項５】
前記粒子の実質的に全体にわたって吸収されている前記液晶物質が、前記２つ又はそれ以上の層のそれぞれで異なる、請求項４に記載のフィルム。
【国際調査報告】
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