(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリマー・ネットワーク型液晶材料の、剛性、硬度などの機械的特性が向上し、電気光学性能も大幅に向上する。ＰＮＬＣ材料は、乳化プロセスを用いて製造することができ、製造工程を大幅に簡略化する。【解決手段】ＬＣ液滴のそれぞれは、ＬＣ液滴を実質的に横切って広がるポリマー・ネットワークを用いて構成することができる。ポリマー・ネットワークは、スイッチング電圧を大幅に低減する材料（例えば、フッ素化アクリレートなどの、液晶液滴の表面張力を低減するように液晶と相互作用する材料）を含んでよい。ＰＮＬＣ材料は、駆動電圧を大きく低減するようにポリマー・ネットワークと結合される界面層を含んでよい。【選択図】図１
2012137756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶センサー材料であって、
それぞれの液滴が、液晶材料と、複数の架橋ポリマー鎖を有するポリマー・ネットワークとを含む複数の液晶液滴と、
前記複数の液晶液滴のそれぞれが、その内部に配されるように、前記複数の液晶液滴のそれぞれの周囲に配されるポリマー・マトリクスと、
を有し、
前記ポリマー・ネットワークは、前記液晶センサー材料の光透過電圧を低減するよう構成される、
液晶センサー材料。
【請求項２】
前記ポリマー・ネットワークは、前記ポリマー・ネットワークを有しない場合と比較して、少なくとも約２５％に相当する量の、前記複数の液晶液滴の５０％光透過電圧を低減する、
請求項１に記載の液晶センサー材料。
【請求項３】
前記ポリマー・ネットワークは、前記量の、前記複数の液晶液滴の５０％光透過電圧が低減するように、それぞれの液滴の表面張力を低減する材料を含む、
請求項２に記載の液晶センサー材料。
【請求項４】
前記複数の架橋ポリマー鎖は、１以上の非置換の脂肪族炭素鎖または置換された脂肪族炭素鎖を含む脂肪族炭素鎖を有するカルボン酸エステルを含み、前記複数の液晶液滴のそれぞれの表面張力を低減する、
請求項３に記載の液晶センサー材料。
【請求項５】
前記複数の液晶液滴のそれぞれの表面張力を低減する前記置換された脂肪族炭素鎖は、フッ素化脂肪族炭素鎖を含み、前記表面張力を低減する、
請求項４に記載の液晶センサー材料。
【請求項６】
それぞれの液滴の前記ポリマー・ネットワークは、アクリル酸のエステル類を含む、複数のポリアクリレート鎖を有する、
請求項１に記載の液晶センサー材料。
【請求項７】
それぞれの液滴の前記ポリマー・ネットワークは、アクリル酸シリコーンを有する、
請求項１に記載の液晶センサー材料。
【請求項８】
前記複数の液晶液滴のそれぞれをカプセル化して、ネットワーク化された前記ポリマーの結合を抑制するように、前記ポリマー・マトリクスと、前記複数の液晶液滴のそれぞれとの間に配される界面層をさらに有する、
請求項１に記載の液晶センサー材料。
【請求項９】
前記ポリマー・ネットワークは、実質的に前記界面層に固定されることなく、前記界面層にまで広がる前記複数の架橋ポリマー鎖を有する、
請求項８に記載の液晶センサー材料。
【請求項１０】
前記複数の架橋ポリマー鎖を有する前記ポリマー・ネットワークは、前記界面層と接触する前記複数の液晶液滴のそれぞれの表面張力および摩擦が低減するように、フッ素化されたアクリレートを有する、
請求項９に記載の液晶センサー材料。
【請求項１１】
それぞれの液滴の前記複数の架橋ポリマー鎖を有するポリマー・ネットワークは、わずかな弱い分子間相互作用は存在するものの、前記界面層の内表面と前記複数の架橋ポリマー鎖との間には架橋化学結合が実質的に存在しない状態で、前記界面層の前記内表面と結合する、
請求項９に記載の液晶センサー材料。
【請求項１２】
前記液晶材料のそれぞれの液滴の前記界面層は、内側の疎水性面および外側の親水性面を有する二層構造を有し、
前記疎水性面は、
固定されることなくポリマー・ネットワークと接し、
前記複数の液晶液滴の５０％光透過電圧を大きく低減するように、前記液晶材料と接する、
請求項９に記載の液晶センサー材料。
【請求項１３】
前記複数の架橋ポリマー鎖を含む前記ポリマー・ネットワークは、それぞれの液滴の第１の側にある前記界面層の第１の部分から、それぞれの液滴の第２の側にある前記界面層の第２の部分まで、それぞれの液滴を実質的に横切って広がる、
請求項９に記載の液晶センサー材料。
【請求項１４】
前記ポリマー・ネットワークは、アクリレート、ジアクリレート、多官能アクリレート、チオレン樹脂、アクリル酸シリコーンおよびフッ素化アクリレートから選択される１以上を含み、ラジカル硬化される、前記液晶材料に可溶なモノマーまたはポリマーを含み、
前記液晶は、強誘電性ＬＣ、ブルー相ＬＣ、ＬＣ／二色性染料混合物およびＣｈＬＣから選択される１以上を含み、
前記界面層は、ジブロック共重合体および反応性界面剤から選択される１以上を含む、
請求項８に記載の液晶センサー材料。
【請求項１５】
前記水性ポリマーは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、水性ラテックス、水性アクリルラテックスおよび水性ポリウレタンラテックスから選択される１以上を含み、
前記界面層は、ジブロック共重合体および界面剤から選択される１以上を含む、
請求項１に記載の液晶センサー材料。
【請求項１６】
それぞれの液滴が、液晶材料と、複数の架橋ポリマー鎖を有するポリマー・ネットワークとを含む複数の液晶液滴と、
前記複数の液晶液滴のそれぞれが、その内部に配されるように、前記複数の液晶液滴のそれぞれの周囲に配されるポリマー・マトリクスと、
前記複数の液晶液滴のそれぞれをカプセル化して、前記ポリマー・ネットワークと前記ポリマー・マトリクスとを分離するように、前記ポリマー・マトリクスと、前記複数の液晶液滴のそれぞれとの間に配される界面剤と、
を有する、液晶センサー材料。
【請求項１７】
水性ポリマーを含む水性液体中に分散した液晶材料の複数の液滴であって、前記液晶材料中に溶解したプレポリマーを含む前記液晶材料の前記複数の液滴を有するエマルションを作製する段階と、
前記水性ポリマーが、前記複数の液滴のそれぞれの周囲に配されたポリマー・マトリクスを形成するように、前記エマルションを乾燥させる段階と、
前記ポリマー・マトリクスが前記複数の液滴のそれぞれの周囲に配された場合に、前記プレポリマーが、前記複数の液滴のそれぞれの内部に、ポリマー・ネットワークを形成するように、乾燥した前記エマルションを硬化させる段階と、
を有する、センサー材料の製造方法。
【請求項１８】
前記ポリマー・ネットワークは、架橋した前記ポリマー・ネットワークを有しない場合と比較して、少なくとも約２５％相当する量の、前記複数の液滴の５０％光透過電圧を低減する、
請求項１７に記載のセンサー材料の製造方法。
【請求項１９】
前記ポリマー・ネットワークは、前記量の前記複数の液滴の５０％光透過電圧が低減するように、前記複数の液滴のそれぞれの表面張力を低減する
請求項１８に記載のセンサー材料の製造方法。
【請求項２０】
界面剤が、前記液晶材料および前記水性液体とともに混合されて、前記複数の液滴のそれぞれをカプセル化し、
前記界面剤および前記ポリマー・ネットワークは、共に、前記複数の液滴のそれぞれの表面張力を低減する、
請求項１９に記載のセンサー材料の製造方法。
【請求項２１】
前記水性液体中の前記液晶材料の前記複数の液滴の前記エマルションの層を、表面に塗布する段階をさらに有する、
請求項１７に記載のセンサー材料の製造方法。
【請求項２２】
溶解した前記プレポリマーを含む前記液晶材料の前記複数の液滴が、前記水性ポリマーを含む前記水性液体に曝される、
請求項１７に記載のセンサー材料の製造方法。
【請求項２３】
透明基板と、
前記透明基板に支持され、カプセル化されたポリマー・ネットワークを含む液晶センサー材料と、
を備える、電気光学変調器組立品。
【請求項２４】
前記液晶センサー材料は、請求項１から請求項１５までの何れか一項に記載の液晶センサー材料を含む、
請求項２３に記載の電気光学変調器組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学用途における液晶材料の利用に関連する。特に、本発明の多くの実施形態は、液晶／ポリマー複合材料と、そのような複合材料の製造および利用に関する方法および装置とに関連する。
【背景技術】
【０００２】
平面型の薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」と称する場合がある。）アレイ中の欠陥の検出および測定に、電圧イメージング技術（voltage imaging technology）が用いられる場合がある。この測定技術によれば、ＴＦＴアレイがＴＦＴセルに組み立てられているかのように、ＴＦＴアレイの動作（performance）をシミュレートすることができる。ＴＦＴアレイの特性は、電気光学（「ＥＯ」と称する場合がある。）光変調器（electro-optic light modulator）を利用した検出器を用いて、パネル上の実際の電圧分布を間接的に測定することによって、つまりいわゆる電圧イメージング（voltage imaging）によって測定される。
【０００３】
電圧イメージ光学系（「ＶＩＯＳ」と称する場合がある。）は、最も基本的な形式では、ＥＯ変調器と、結像対物レンズ（imaging objective lens）と、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラまたはその他の適切なもしくは類似のセンサーと、画像処理プロセッサ（image processor）とを備える。ＥＯ変調器の電気光学センサーは、ポリマー・マトリクス（polymer matrix）中の液晶（「ＬＣ」と称する場合がある。）液滴（droplet）の光散乱特性に基づいている。ポリマー・マトリクス中の液晶液滴としては、ポリマー・マトリクス（液晶／ポリマー複合体またはＬＣ／ポリマー）フィルム中のネマチック液晶液滴（nematic liquid crystal droplet）を例示することができる。従来の操作では、ＥＯ変調器は、ＴＦＴアレイの表面からおよそ５−７５μｍ上方に配され、ＥＯ変調器の表面のインジウムスズ酸化物（以下、「ＩＴＯ」と称する場合がある。）層からなる透明電極を横切って、電圧バイアスが印加される。その結果、ＥＯ変調器は、ＴＦＴアレイに関連する電場が液晶／ポリマー複合体層によって検知されるように、ＴＦＴアレイに容量結合する（capacitively couple）。ＬＣ／ポリマー層を通過して伝送された入射光の強度は、液晶／ポリマー複合体材料の液晶（ＬＣ）材料にかかる電界強度の変化によって変化する（すなわち、変調する。）。その後、この光は、誘電体ミラーに反射して、ＣＣＤカメラまたはこれに類似するセンサーによって集められる。入射放射線（例えば、赤外線または可視光であってよい。）の線源は、ＬＣ／ポリマーフィルムおよび誘電体ミラーに光を当てるように提供される。
【０００４】
被試験パネル（ＰＵＴ）に対して、構成要素が近接近しているので、ＬＣ／ポリマー変調器システムは、通常の使用における不要粒子（unwanted particles）による損傷の対象となりうる。その損傷により、耐用年数が大幅に短縮する可能性がある。このように、ＬＣ／ポリマー変調器の研究開発において、変調器の寿命改善は、主要な目的の１つとなりうる。例えば、米国特許第７，８１７，３３３号明細書は、改良されたＬＣ／ポリマー変調器システムを開示している。しかしながら、ＬＣ変調器の機械的性質を劣化させることなくスイッチング電圧および間隙距離（gap distance）に関して、さらなる改良は有用であろう。
【０００５】
変調器の感度（sensitivity）もまた、ＬＣ変調器デバイスの重要な特性である。変調器の感度を向上させることで、検出能力を向上させることができるので、変調器の感度の向上は、ＬＣ変調器の開発（特に、ＬＣ／ポリマー・マトリクスの研究開発）の重要な一側面となりうる。欠陥検出の感度は、ＴＦＴアレイ上の欠陥画素と正常画素（good pixel）との間での、電圧の変化に対する透過光の変化の比率として定義されうる。加えて、ノートブック・コンピュータおよび携帯端末用のＬＣディスプレイなどように、用途によっては、消費電力に敏感な場合がある。例えば、理想的な感度に満たず、理想的な電圧よりも高い電圧を有する従来のディスプレイは、少なくとも特定の実施形態において、消費電力の増加およびバッテリー寿命の減少を引き起こす可能性がある。
【０００６】
本発明に関連する研究は、現在のＬＣ材料およびそれらに関する現在の製造試験方法は、理想的とは言えない可能性がることを示唆している。例えば、粒子汚染は、試験装置（例えば、電圧イメージ系（voltage imaging system）および／または被試験パネル）に損傷を与える可能性がある。試験装置の感度もまた、理想的とは言えない可能性がある。
【０００７】
ポリマー・ネットワーク型液晶（「ＰＮＬＣ」と称する場合がある。）は、ポリマー安定型液晶（「ＰＳＬＣ」と称する場合がある。）の一形態（morphology）であってよく、従来のＰＮＬＣ材料およびＰＳＬＣ材料は、少なくとも特定の実施形態において、電圧イメージ系用途には適していない可能性がある。例えば、これらの従来の材料は、ポリマーの割合が少ないので（例えば、少なくとも特定の実施形態においては、１０％未満の場合もある。）、固有の（intrinsic）機械的強度および被膜硬度が十分ではない。液晶およびプレポリマー混合溶媒（prepolymer mixture）のカプセル化には、界面重合が利用されている。従来の界面重合は、多少、面倒な場合があり、少なくとも特定の実施形態において、理想的とは言えないＬＣ材料を提供する可能性がある。例えば、界面重合は、高度に架橋したハードシェル層（highly cross-linked hard shell layer）を生成し、そのような高度架橋シェル層が、シェルの内部に含まれる液晶のスイッチングに望ましくない影響を与える可能性がある。
【０００８】
上記の材料、装置および方法は、ある特定の用途に適しているかもしれないが、改良された電気光学ＬＣ材料に関する技術的なニーズがある。より具体的には、電気光学ＬＣ材料および試験装置の感度および寿命性能（life-time performance）の向上が求められている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、電気光学的用途（electro-optic application）に用いられる液晶材料に関連する。特に、本発明に係る多くの実施形態は、液晶／ポリマー複合センサー材料と、そのような複合センサー材料の製造および用途に関する装置および方法とに関連する。本発明に係る材料、方法および装置は、単なる一例として、電圧イメージ系を含む実施形態に関連して記載されている。本発明に係る材料、方法および装置は、他の多くの電気光学用途（例えば、フラットパネル・ディスプレイに用いられる液晶複合材料）に用いられてもよい。
【００１０】
本発明に係る実施形態は、機械的性質（例えば、剛性、硬度）が向上した改良されたポリマー・ネットワーク型液晶センサー材料を提供する。このＰＮＬＣは、電気光学的な性能を大きく向上させる。ＰＮＬＣセンサー材料は、製造プロセスを大幅に簡略化するために、乳化プロセスを用いて製造されてよい。この乳化プロセスにより、適切なサイズ分布を有す液晶材料の複数の液滴が生成される。液滴のサイズは、約１μｍから約１０μｍの範囲内であってよい。水性のカプセル化プロセス（water based encapsulation process）は、複数の液晶液滴内にポリマー・ネットワークが形成されるように、ＵＶ硬化と組み合わせて用いられる。多くの実施形態において、ＬＣ液滴のそれぞれは、ＬＣ液滴を実質的に横切って広がるポリマー・ネットワークとともに構成されており、ポリマー・ネットワークは、液滴の外部境界（outer boundary）において、ポリマー・ネットワークが実質的に固定されることなく、界面またはポリマー・マトリクスと接してよい。複数の液晶液滴のそれぞれのポリマー・ネットワークは、スイッチング電圧を大幅に小さくするような材料を含んでよい。そのような材料は、例えば、フッ素化アクリレート（fluorinated acrylate）またはアクリル酸シリコーン（silicone acrylate）であり、ＬＣ液滴の表面張力を小さくするように、液晶と相互に作用してよい。カプセル化されたＰＮＬＣセンサー材料は、ポリマー・ネットワークと結合された界面層を含んでよい。これにより、駆動電圧を大幅に小さくすることができる。
【００１１】
多くの実施形態において、電圧イメージ光学系は、カプセル化されたＰＮＬＣ材料を有する電気光学変調器を備え、機械的性質を低下させることなく（例えば、硬度を低下させることなく）、欠陥検出および感度が改善されている。カプセル化されたＰＮＬＣ材料の変調器は、電圧イメージ系とともに用いられた場合に、変調器の寿命を大きく増加させる目的で、はるかに大きな空隙（air gap）のある位置で操作されてもよく、この場合であっても、十分な欠陥検出感度（defect detection sensitivity）を有する。多くの実施形態において、カプセル化されたＰＮＬＣ変調器は、ＴＦＴパネルの上方に１００μｍより大きな空隙のある位置で操作されてもよい。欠陥検出感度は、約３０％から約７０％向上する場合もある。カプセル化されたＰＮＬＣ変調器は、ＴＦＴパネルの上方のより高い位置で操作された場合に、その寿命が大きく伸びる。パネル上の粒子その他の残留物に関連する可能性のある損傷だけでなく、被試験パネルと接触する可能性も減少するからである。被試験パネルへの損傷を与える可能性もまた、減少しうる。
【００１２】
多くの実施形態において、カプセル化されたＰＮＬＣ材料を製造する、改良された方法が提供される。ＬＣ液滴のカプセル化には、改良された乳化プロセスが用いられてよい。これにより、ＰＮＬＣ材料の複数の成分を結合させることができる。モノマー、プレポリマーおよび光開始剤のそれぞれの大部分が、液晶の液滴中に溶解し、液晶液滴が、乳化プロセス後に界面の化合物によって実質的に取り囲まれるように、ＰＮＬＣエマルションの成分が、乾燥プロセスに先立って、分散させられてよい。ＰＮＬＣエマルションの成分が、乳化プロセスおよび被覆プロセスの間に、複合ＰＮＬＣ構造（complex PNLC structure）を提供するように、エマルションの内部に生じる。液晶、界面層およびポリマー・ネットワークを含むエマルションの材料は、ポリマー・マトリクス中の液晶液滴のスイッチング電圧をさらに低減するように、結合されてよい。
【００１３】
ＰＮＬＣ材料は、スイッチング電圧を大幅に低減して、光を伝送するように構成された構造を有する複数の成分を含んでよい。ＰＮＬＣ材料は、駆動電圧に応じて光を透過させる複数の液晶液滴と、複数の液滴のそれぞれを実質的に横断して（across）広がり、スイッチング電圧を低減するポリマー・ネットワークと、実質的にそれぞれの液滴の周囲に広がり、機械的な剛性および硬度を提供するポリマー・マトリクスとを含んでよい。ＰＮＬＣセンサー材料は、光透過電圧（transmission voltage）を低減するような界面層をさらに含んでよい。界面層は、スイッチング電圧を大幅に低減するように、それぞれの液滴をカプセル化してよい。界面層は、二層構造を有してよい。ポリマー・マトリクスは、十分な剛性および硬度を提供するのに十分な量のポリマーを含んでよい。例えば、ポリマー・マトリクスの液晶に対する質量比は、約２０／８０から約５０／５０の範囲内であってよい。ポリマー・マトリクスは、機械的安定性および被膜硬度を提供するべく、ポリマー材料（例えば、ポリウレタンもしくはポリアクリル酸エステルラテックス（polyacrylate latex）またはそれらの混合物）を含んでよい。ポリマー・ネットワークは、多くの架橋した材料（cross-linked material）のうちの１以上を含んでよい。ポリマー・ネットワークは、フッ素化された成分もしくはアクリル酸シリコーン成分またはそれらの組み合わせを含んでよい。ポリマー・ネットワークは、スイッチング速度を改善してよく、光散乱を増加させて、コントラストを改善してよい。
【００１４】
第１の態様（aspect）において、実施形態は、液晶センサー材料を提供する。液晶センサー材料は、複数の液晶液滴と、ポリマー・マトリクスとを含む。それぞれの液滴は、液晶材料と、ポリマー・ネットワークとを含む。ポリマー・ネットワークは、複数の架橋ポリマー鎖（crosslinked polymer chain）を有する。ポリマー・ネットワークは、センサー材料に含まれる液晶の光透過電圧（light transmission voltage）低減するように構成される。これにより、低電位でも、光が、センサー材料を透過することができるようになる。ポリマー・マトリクスは、複数の液晶液滴のそれぞれが、ポリマー・マトリクスの内部に配されるように、複数の液晶液滴のそれぞれの周囲に配される。
【００１５】
多くの実施形態において、界面剤が複数の液晶液滴のそれぞれをカプセル化して、界面剤がポリマー・ネットワークとポリマー・マトリクスとを分離するように、界面剤は、ポリマー・マトリクスと、液晶液滴のそれぞれとの間に配される
【００１６】
他の側面によれば、実施形態は、センサー材料の製造方法を提供する。水性液体中に分散した液晶材料の複数の液滴を含むエマルションを作製する。液滴は、液晶材料中に溶解したプレポリマーを含む。水性液体材料は、水性ポリマー（例えば、水溶性ポリマー、水性ラテックスまたはそれらの組み合わせ）を含む。水溶性ポリマーまたは水性ラテックスが、複数の液滴の周囲に配されたポリマー・マトリクスを形成するように、エマルションを乾燥させる。ポリマー・マトリクスが複数の液滴のそれぞれの周囲に配された場合に、プレポリマーが、複数の液滴のそれぞれの内部に、ポリマー・ネットワークを形成するように、乾燥したエマルションを硬化させる。
【００１７】
他の側面において、実施形態は、電気光学変調器組立品を提供する。組立品は、透明基板と、透明基板に支持される液晶センサー材料とを備える。液晶センサー材料は、複数の液晶液滴と、ポリマー・マトリクスとを有する。ポリマー・マトリクスの中で、液滴は、液晶材料と、複数の架橋ポリマー鎖を有するポリマー・ネットワークとを含む。ポリマー・マトリクスと、複数の液晶液滴のそれぞれとの間には、複数の液晶液滴のそれぞれをカプセル化して、ポリマー・ネットワークとポリマー・マトリクスとを分離するように、界面剤が配されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る、ＬＣ／ポリマーセンサー材料を含む電気光学変調器を備える電圧イメージ系の一例を概略的に示す。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る、液晶センサー材料を含む電気光学変調器組立品（electro-optical modulator assembly）の一例を概略的に示す。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る、液晶センサー材料の一例を概略的に示す。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に係る、ポリマー・ネットワーク用に用いられるのに適したアクリレート単量体の一例を概略的に示す。
【図２Ｄ】本発明の実施形態に係る、ポリマー・ネットワーク用に用いられるのに適したジアクリレート（di-acrylate）プレポリマーの一例を概略的に示す。
【図２Ｅ】本発明の実施形態に係る、ポリマー・ネットワーク用に用いられるのに適したトリアクリレート（tri-acrylate）プレポリマーの一例を概略的に示す。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る、２つのＩＴＯ基板に挟まれたＬＣ／ポリマー複合体の透過−バイアス電圧曲線の一例を概略的に示す。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係る、ＬＣ／ポリマー複合体を用いた変調器（LC/polymer composite modulator）の透過−バイアス電圧曲線の一例を、動作点とともに概略的に示す。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る、ポリマー・ネットワーク液晶材料を含む電気光学変調器組立品を製造する方法の一例を概略的に示す。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る、エマルション乾燥プロセス後、ＵＶ露光プロセス前の中間センサー材料（intermediate sensor material）の一例を概略的に示す。
【図５】本発明の実施形態に係る、２枚のＩＴＯマイラー（商標）フィルム（Mylar film）に挟まれた、カプセル化されたＰＮＬＣを含む組立品の一例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態は、電気光学的用途に用いられる液晶材料に関連する。特に、本発明の実施形態は、液晶／ポリマー複合材料と、そのような複合材料の製造および用途に関する方法および装置とに関連する。材料、方法および装置は、実施形態に従って、単なる一例として、電圧イメージ系に関連して記載されている。本発明に係る実施形態の材料、方法および装置は、他の多くの電気光学的用途（例えば、フラットパネル・ディスプレイに用いられる液晶複合材料）に利用することもできる。
【００２０】
フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッドに委譲された以下の特許は、変調器組立品およびそのような材料を用いたＬＣ材料被覆プロセスについて説明している。
Michael A. Bryan、「変調器伝達プロセスおよび組立品（Modulator Transfer Process and Assembly）」、米国特許第６，１５１，１５３号明細書（２０００年）。
Michael A. Bryan、「変調器製造プロセスおよび装置（Modulator Manufacturing Process and Device）」、米国特許第６，２１１，９９１号明細書（２００１年）。
Xianhai Chen、「スピンコーティング法を利用した、ＰＤＬＣを用いた電気光学変調器の製造方法（Method for Manufacturing PDLC-Based Electro-Optic Modulator Using Spin Coating）」、米国特許第６，８６６，８８７号明細書（２００５年）。
Xianhai Chen、「耐ひっかき性および耐表面磨耗性を有するＰＤＬＣ変調器（Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator）」、米国特許第７，０９９，０６７号明細書（２００６年）。
Xianhai Chen、「感度および寿命の向上した変調器（Modulator with Improved Sensitivity and Lifetime）」、米国特許第 ７，８１７，３３３号明細書（２０１０年）。上記の参照された特許のそれぞれは、その全体が参照によって本明細書に組み込まれ、本明細書に記載された実施形態に従って、適切に組み合わせることができる。
【００２１】
本明細書においいて、ＵＶ光とは、紫外線（ultraviolet light）を示す。
【００２２】
本明細書において、ＮＣＡＰとは、ネマチック曲線状配列相（nematic curvilinear aligned phase）を示す。
【００２３】
本明細書において、ＰＤＬＣとは、高分子分散型液晶（polymer dispersed liquid crystal）を示す
【００２４】
本明細書において、ＣｈＬＣとは、コレステリック液晶（cholesteric liquid crystal）を示す。
【００２５】
多くの実施形態において、スイッチング電圧は、ある特定の量の光を透過させるための電圧の大きさに相当する。例えば、５０％の透過閾値（transmission threshold）（Ｖ５０と称する場合がある。）は、最大光透過量と比較して約５０％の量の光を透過させるのに十分な大きさの電圧に相当する。９０％の透過閾値（Ｖ９０と称する場合がある。）は、最大光透過量の約９０％の量の光を透過させるのに十分な大きさの電圧に相当する。
【００２６】
本明細書において説明されるような液晶材料は、カプセル化されたＰＮＬＣを含んでもよく、様々な方法で用いられてもよく、多くのＬＣデバイス（例えば、ＬＣ変調器）と組み合わせて用いられてよい。液晶材料は、一緒に用いられる（combined）界面剤（interfacial agent）と、ポリマー・ネットワークとを有するカプセル化されたＰＮＬＣを含んでよい。これにより、ＬＣ変調器のスイッチング時間および駆動電圧を大幅に低減することができる。本明細書において説明されるようなＬＣ材料は、常温（約０℃から約６０℃の範囲内）での使用によく適している。
【００２７】
カプセル化されたＰＮＬＣを含む液晶材料は、電気光学変調器との連携に適した以下の材料特性のうちの１以上を有してよい。
（１）小さな駆動電圧。
本明細書において説明されるような、駆動電圧の小さな電気光学材料を含む変調器は、良好な欠陥検出感度を維持しながら、ＡＭ−ＬＣＤ  ＴＦＴパネルの上方に大きな空隙のある状態で操作することができる。
（２）十分に硬い機械的性質。
電気光学変調器は、薄いマイラー（商標）フィルムによって保護されてよく、使用中は空気ベアリングによって持ち上げられてよい。多くの実施形態において、変調器表面の下方の気流は、材料の変形および性能の劣化を実質的に生じさせずに、変調器を持ち上げるように供給されてよい。例えば、気流は、約９０ポンド／平方インチ（「ｐｓｉ」と称する場合がある。）（約０．０１３Ｐａ）の圧力に相当してよい。
（３）低い（比）誘電率（dielectric constant）。
比誘電率が低い場合、ＴＦＴパネルと変調器との間に空隙を設けることが可能になる。比誘電率が低くなると、変調器材料層の電圧が増加する。低い比誘電率とは、約３から約７の範囲内であってよい。
（４）被試験パネルに印加された電圧の変化に対する高速の応答を提供する高速のスイッチング。
【００２８】
本明細書において説明されるような液晶材料は、ＬＣ材料が十分に硬くなるのに十分な量のポリマーを含んでよい。ＰＮＬＣ（またはＰＳＬＣ）をカプセル化することによって、ポリマー・マトリクスは、機械的強度を提供することができ、電気光学的性能は、十分に改善される。ポリマーの割合が少なくとも約２５％であれば、変調器用のＬＣ材料として十分な機械的性質を提供することができる。
【００２９】
図１は、一実施形態に係る組み合わせに適した、ＴＦＴ検査用の電圧イメージ系１００の構成要素を概略的に示す。電圧イメージ系の構成要素は、米国特許第７，６３９，３１９号明細書に記載されているような構成要素および／または市販の電圧イメージ系の構成要素の１以上を有してよい。電圧イメージ系１００は、電気光学変調器組立品２００と、照明器１１４と、ビームスプリッター１１６と、ＣＣＤカメラ１１８とを備えてよい。電気光学変調器組立品２００は、透明電極２５０（電極Ａ）と、透明電極２５０を支持する透明基板２２０と、ポリマー・ネットワーク型液晶センサー材料２６０と、薄いプラスチック・フィルム（例えば、ペリクル）に支持された誘電体ミラー２７０とを有してよい。透明電極２５０は、可視光に対して透明な、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の薄膜を含んでよい。液晶センサー材料２６０は、電場（electric field）の下で、電気光学的応答を示す。電極１０４（電極Ｂ）は、例えば、ＴＦＴパネルのような被試験パネル（ＰＵＴ）を含んでよい。透明電極２５０（電極Ａ）に電圧を印加し、電極Ｂを基準電位に接続することで、透過−電圧曲線（Ｔ−Ｖ曲線）が得られる。ＴＦＴの検査に関して、変調器に、応答曲線の中央近傍の大きさの定電圧が印加された場合、それぞれのピクセルに印加される電圧は、光強度（light intensity ）の変化として、ＣＣＤカメラ１１８から検出される。欠陥画素は、異常な応答を示すであろう。
【００３０】
電極Ａと電極Ｂとの間に印加された電圧は、次の式（１）によって表すことができる。
VBias=Vsensor+Vpellicle+Vair
=Vsensor[1+(εsensor×dpellicle)/(εpellicle×dsensor)+(εsensor×dair)/dsensor]  （式１）
式（１）において、ＶＢｉａｓは、電極Ａと電極Ｂとの間に引火された電圧である。Ｖｓｅｎｓｏｒは、センサー材料のために要求される電圧である。ＶｐｅｌｌｉｃｌｅおよびＶａｉｒは、ペリクルおよび空隙にかかる電圧である。εは、それぞれの材料の比誘電率である。ｄは、それぞれの材料の厚さである。
【００３１】
ＶＢｉａｓを固定した場合、電極間の空隙ｄａｉｒは、液晶センサー材料に固有の動作電圧（Ｖｓｅｎｓｏｒ）の関数となる。多くの実施形態において、液晶センサー材料に固有のスイッチング電圧は、センサー材料を通過する光透過の感度が、センサー材料にかかる電圧の変化に対して最大になるときの、センサー材料にかかる電圧に相当する。これらの詳細は、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、後述される。多くの実施形態において、電極にかかる動作電圧は、上述の式によって、ＬＣ材料に固有のスイッチング電圧と結びついている。固有のスイッチング電圧が低減された材料を用いることで、スイッチング時間を低減することができる。
【００３２】
図２Ａは、電気光学変調器組立品２００を概略的に示す。変調器組立品２００は、センサー材料２６０を有する。センサー材料２６０は、本明細書において説明されるようなカプセル化されたポリマー・ネットワーク型液晶材料を含んでよい。変調器組立品は、反射防止膜２１０を有してよい。変調器組立品は、光学的に透明な支持基板（例えば、光学ガラス２２０）反射防止膜２１０は、光学ガラス２２０の上面に堆積させられてよい。光学接着剤２３０は、光学ガラス２２０の下面に配されてよい。ポリエステル・フィルム２４０の層は、マイラー（商標）として市販されているような延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含んでよい。ポリエステル・フィルム２４０の層は、接着剤２３０を用いて、光学ガラスと結合してよい。光学的に透明な電極２５０（例えば、ＩＴＯ）は、ポリエステル・フィルム２４０と結合してよい。カプセル化されたポリマー・ネットワーク型液晶センサー材料２６０は、光学的に透明な電極２５０と結合してよい。ＰＥＴ薄膜（例えば、マイラー（商標））上に堆積した（複数の）誘電体ミラー層を有する誘電体ペリクルミラー２７０は、カプセル化されたポリマー・ネットワーク型液晶センサー材料の下面に結合してよい。有機ハードコート２８０が、誘電体ペリクルミラー２７０に貼り付けられてもよい。有機ハードコート２８０は、米国特許第７，０９９，０６７号明細書に記載されたハードコートの構成要素を含んでよい。
【００３３】
図２Ｂは、一実施形態に係るカプセル化されたポリマー・ネットワーク型液晶センサー材料を含むセンサー材料２６０を概略的に示す。センサー材料２６０は、液晶材料２６２の複数の液滴２６１を含む。複数の液滴のそれぞれは、液滴を実質的に横切って広がるポリマー・ネットワーク２６４を有してよい。界面層２６６は、複数の液滴２６１のそれぞれをカプセル化してよい。ポリマー・マトリクス２６８は、複数の液滴がマトリクス２６８と一体となって含まれるように、複数の液滴の周囲に配されてよい。界面層２６６は、ポリマー・マトリクス２６８に結合する第１の部分２６６Ａと、液晶液滴の表面に結合して、液晶液滴の表面張力を低減する第２の部分２６６Ｂとを含んでよい。ポリマー・ネットワーク２６４は、複数の架橋ポリマー鎖を含んでよい。ポリマー・ネットワーク２６４は、第１の端部２６４Ａから第２の端部２６４Ｂまで、液滴を実質的に横切って広がってよい。これにより、スイッチング電圧を低減することができる。ポリマー・ネットワーク２６４の第１の端部２６４Ａおよび第２の端部２６４Ｂは、例えば、実質的に、ポリマー・ネットワーク２６４を界面層２６６に固定することなく、界面層２６６と結合してよい。
【００３４】
液晶センサー材料２６０は、スイッチング電圧（例えば、Ｖ９０またはＶ５０など）を低減するべく、３つの構成要素のうちの１以上を含んでよい。液晶材料２６２、ポリマー・ネットワーク２６４および界面層２６６のそれぞれは、液晶液滴の表面張力を低減して、対応する液晶液滴のスイッチング電圧を小さくするような１以上の材料を含んでよい。ポリマー・ネットワークは、例えば、フッ素化アクリレート（fluorinated acrylate）、アクリル酸シリコーン（silicone acrylate）またはそれらの組み合わせを含んでよい。界面層は、表面張力およびスイッチング電圧を低減する１以上の構成要素を含んでよい。液晶材料は、Ｖ９０および対応する表面張力を低減するように、ポリマー・ネットワークおよび界面層と一緒に用いられるのに適した液晶材料を含んでよい。
【００３５】
液晶材料２６２の液晶は、例えば、ネマチックＬＣ、強誘電性ＬＣ、ブルー相ＬＣ、ＬＣ／二色性染料（Dichroic Dye）混合物およびＣｈＬＣからなる群から選ばれる１以上を含んでよい。二色性染料＋ＬＣ系に関して、二色性染料は、オフ状態において光を吸収し、オン状態において光を透過する。これにより、より強い光強度を用いることで、Ｓカーブ（s-curve）の傾きに対応する光透過電圧感度（light transmission voltage sensitivity）が向上するであろう。液晶材料は、実質的に疎水性であってよい。これにより、エマルションと一緒に、液晶材料の液滴を形成することができ、プレポリマーおよび光開始剤をＬＣ液滴中に実質的に溶解させることができる。プレポリマーおよび光開始剤は、実質的に疎水性であってよい。これにより、エマルションの液晶液滴が、プレポリマーおよび光開始剤の混合物の大部分を含むことができる。
【００３６】
ポリマー・マトリクス材料２６８は、１以上の水性ポリマー（water based polymer）を含んでよい。水性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ネオレッズＲ−９６７（ＤＳＭ社の一部門であるネオレジンス社製。）などの水性ラテックスを例示することができる。ポリマー・マトリクス材料の量は、センサー材料の強度および剛性に対応する。液晶材料のポリマー・マトリクス材料に対する質量比率の範囲は、例えば、約５０／５０から約８０／２０であってよい。ポリマー・マトリクス材料の量を増やせば、センサー材料の強度が増加する。
【００３７】
ポリマー・ネットワーク２６４は、液滴の液晶材料のスイッチング電圧を大幅に低減するような１以上の材料を含んでよい。例えば、ポリマー・ネットワークは、光透過電圧（例えば、５０％光透過電圧もしくは９０％光透過電圧またはその両方）が低減するように、それぞれの液滴の表面張力を低減する材料を含んでよい。ポリマー・ネットワークは、複数の架橋ポリマー鎖を含んでよい。ポリマー鎖は、脂肪族炭素鎖を有するカルボン酸エステル類（carboxylic acid esters）を含んでよい。カルボン酸エステル類は、非置換の（unsubstituted）脂肪族の炭素鎖または置換された脂肪族の炭素鎖の１以上を含み、それぞれの液晶液滴のスイッチング電圧および表面張力を低下させる。置換された脂肪族の炭素鎖は、例えば、フッ素化された脂肪族の炭素鎖を含んでよい。これにより、表面張力を低下させることができる。ポリマー鎖は、アクリル酸のエステル類（esters of acrylic acid）を含む複数のポリアクリレート鎖（polyacrylate chain）を含んでよい。これらの代わりにまたはこれらと組み合わせて、ポリマー・ネットワークは、アクリル酸シリコーン（silicone acrylate）を含んでよい。エステル類の脂肪族鎖は、フッ素化された脂肪族鎖（例えば、フッ素化された脂肪族鎖アクリレート（fluorinated aliphatic chains acrylates））を含んでよい。これにより、スイッチング電圧を低減することができる。
【００３８】
液晶材料２６２は、電圧が印加されていない場合に光を散乱してよい。ポリマー・ネットワーク２６４は、液晶材料の光散乱を増加させてよい。これにより、コントラストを向上させることができる。
【００３９】
複数の架橋されたポリマー鎖を有するポリマー・ネットワークは、わずかな弱い分子間相互作用は存在するものの、内表面と前記複数の架橋ポリマー鎖との間には架橋化学結合（cross-linking chemical bond）が実質的に存在しない状態で、界面層２６６の内表面に結合してよい。本明細書において説明されるような、（単数または複数の）プレポリマーおよび（単数または複数の）モノマーのポリアクリル酸エステル類（polyacrylate esters）は、界面層２６６に架橋化学結合を形成しなくてもよく、ポリマー・ネットワークの、界面層への化学結合を有する架橋（cross-linking）が抑制されてもよい。
【００４０】
図２Ｃは、ポリマー・ネットワークと一緒に用いられるのに適したアクリレート単量体（acrylate monomer）を示す。
【００４１】
図２Ｄは、ポリマー・ネットワークと一緒に用いられるのに適したジアクリレート・プレポリマー（di-acrylate prepolymer）を示す。
【００４２】
図２Ｅは、ポリマー・ネットワークと一緒に用いられるのに適したトリアクリレート・プレポリマー（tri-acrylate prepolymer）を示す。
【００４３】
脂肪族基Ｒ１〜Ｒ５は、例えば、１以上のアルキル基またはフッ素化アルキル基を含んでよい。実施形態に関連する研究によれば、フッ素化アルキル基が、スイッチング電圧を大幅に低減しうること、および、ＬＣ材料の液滴の表面張力を低減してスイッチング電圧を低下させうることが示唆されている。
【００４４】
モノアクリレート、ジアクリレートもしくはトリアクリレート、多官能アクリレート（multifunctional acrylate）またはこれらの混合物を含む、３種類（type）以上のアクリレート・プレポリマー（acrylate prepolymer）は、スイッチング電圧の低減されたポリマー・ネットワークを提供するように、様々な方法で結合されてよい。多くの実施形態において、架橋ポリマー・ネットワークとポリマー・ネットワーク材料との間に、実質的な化学結合（substantial chemical linkage）は形成されない。例えば、ポリマー・ネットワークから界面層に延びる実質的な化学結合が存在せず、ポリマー・ネットワークと接する界面層２６６を有するポリマー・ネットワークが形成されてよい。界面層２６６を有しない実施形態において、例えば、ポリマー・ネットワークとポリマー・マトリクスとの間に伸びる実質的な化学結合が存在しないポリマー・ネットワークが形成されてよい。これらに代えてまたはこれらと組み合わせて、ポリマー・ネットワークを形成する１以上のプレポリマーは、フッ素を有する置換されたアルキル基を含んでよい。これにより、スイッチング電圧を低減することができる。
【００４５】
アクリレート・プレポリマーは、液晶材料に可溶であってよい。アクリレート・プレポリマーは、実質的にＬＣ材料中に溶解して、それぞれの液滴の周囲に存在する水性の材料（aqueous material）中には実質的に溶解しないように、少なくとも部分的に疎水性であってよい。
【００４６】
光開始剤は、ＬＣ材料に可溶な、多くの既知の光開始剤のうちの１以上を含んでよい。光開始剤は、プレポリマーを重合させて架橋させる。適切な光開始剤としては、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社のイルガキュア・シリーズおよびダロキュア・シリーズ、ＢＡＳＦ社のルシリンＴＰＯ、サートマー社のエスキュア・シリーズなどを例示することができる。
【００４７】
界面層２６６は、界面剤材料（interfacial agent material）を含んでよい。センサー材料は、約０質量％から約１０質量％までの界面剤を含んでよい。界面剤は、乳化プロセス中に添加されてよい。界面剤は、ＬＣ液滴、ポリマー・ネットワークおよびポリマー・マトリクスの間の配向規制力（anchoring force）および／または摩擦力を低減する目的で、液晶およびポリマー材料と混合されてよい。多くの実施形態において、界面剤材料は、非イオン性界面剤（例えば、ブロック共重合体）および／または架橋性の反応性界面活性剤（cross-linkable reactive surfactant）を含んでよい。界面剤が適切な化学的性質を有する２つの部分を有する分子を含み、かつ、ＬＣ材料の形成プロセス中に十分な量の界面剤が存在する場合には、界面剤は、界面層を形成することができる。界面剤の第１の部分２６６Ａ（例えば、界面剤分子のポリマーに適合する部分（polymer compatible portion））は、ポリマー・マトリクスの近傍に配されてよい。第２の部分２６６Ｂ（例えば、界面剤分子の表面張力が小さい部分（low surface tension portion））は、液滴の近傍に配されて、液滴に接してよい。これにより、ＬＣ材料の摩擦および／またはアンカリングを低減することができる。界面剤の第１の部分２６６Ａは、ポリマー・マトリクス２６８中に溶解してよい。これにより、界面剤をポリマー・マトリクスに効果的に固定することができる。界面層２６６は、物理的な結合（例えば、ブロック共重合体に関して）もしくは化学結合（例えば、反応性界面活性剤の場合のように、架橋による化学結合）、または、それらの組み合わせによって、ポリマー・マトリクス２６８に固定化されてよい。界面層の固定化により、（例えば、温度が増加した場合であっても）界面層の安定性が向上する。界面層に含まれる界面剤の第２の部分２６６Ｂは、表面張力の小さな化学成分、ならびに／または、ＬＣ分子および／もしくはＬＣ結晶との摩擦の小さな化学成分を有してよい。界面層によって、ＬＣ分子、ポリマー・ネットワークおよびポリマー・マトリクスの間のアンカリングおよび／又は摩擦を低減することができる。これにより、電場が印加された場合に、ＬＣ分子の整列配向（alignment orientation）およびスイッチングが、より高速で起こるようになり、また、より小さな駆動電圧で起こるようになる。表１に、界面剤の一例を示す。
【表１】
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【００４８】
表１は、本発明に係る実施形態に関連するＬＣ材料およびポリマー・ネットワークと組み合わせて用いられうる界面剤の部分的なリストである。界面剤は、ポリマー・ネットワーク型液晶センサー材料を提供するべく、ＮＣＡＰを含む材料（NCAP based material）と組み合わせて用いられてよい。本明細書において例示するように、例えば、ポリマー・ネットワーク材料を含むエマルションに、少量の非イオン性界面剤を添加することで、駆動電圧を大幅に低減することができる。界面剤分子の表面張力の小さな部分は、フッ素化された化合物（例えば、フルオロリンク（登録商標）Ｄもしくはフレキシウィット（Flexiwet））を含んでもよく、または、シリコーン共重合体もしくはポリマー−シロキサン（例えば、サーフィノール（登録商標）ＤＦ−６２、ＢＹＫ−０２２）を含んでもよい。特に、反応性のフッ素化化合は、表１に示す化学構造を有してよく、例えば、シロキサンは、例えば、−ＯＨ、−ＮＨ２または−ＣＯＯＨなどの反応性末端基を有してよい。多くの実施形態において、これらの材料は、ＬＣ／ポリマー相分離プロセス中に、ＬＣ／ポリマー界面に移動する。界面剤分子の他の部分は、水素結合、ファンデルワールス力、および／または、ポリマーマトリックスに反応基が存在する場合には化学結合、等のメカニズムによって、ポリマーと物理的に結合してよい。少し加熱することで化学結合プロセスが加速されうる。
【００４９】
ポリマー・ネットワーク型液晶において、表１のリストに示したよう架橋ポリマー・ネットワークおよび界面剤サーファクタントを用いることで、ラテックスを含むＮＣＡＰ（latex based NCAP ）および水溶性ポリマー（例えば、ＰＶＡ）を含むＮＣＡＰ（soluble polymer based NCAP）の両方のスイッチング電圧を向上させることができる多くの実施形態において、消泡特性を有する界面剤を利用することで固有のスイッチング電圧感度を顕著に向上させることができる。例えば、サーフィノール（登録商標）ＤＦシリーズの化合物は、ラテックスを含むＮＣＡＰの動作電圧を大幅に低減させることができる。
【００５０】
消泡剤は、水媒体に分散させることのできる種類の界面活性剤である。界面層２６６の界面剤は、１以上の消泡剤を含んでよい。多くの実施形態において、消泡剤の水媒体への溶解度は非常に小さく、ＨＬＢ（親水‐親油平衡）が１０未満である。消泡剤の水への溶解度は非常に小さいので、消泡剤は、小さなクラスタを形成しうる。それぞれのクラスタは、第１の部分および第２の部分を有する分子を含んでよい。上述したように、クラスタの分子の第１の部分２６６Ａは、親水性を有してよく、クラスタの分子の第２の部分は、疎水性を有してよい。多くの実施形態において、クラスタは、第１の部分が外向きで溶液に向かっており、第２の部分が内向きで消泡剤クラスタの他の分子に向かっているようなミセル形状をしていてよい。乳化プロセス中、クラスタは、多くの気泡を壊すことで泡の形成を妨げることができる。乳化プロセスおよび脱ガスプロセスの後、クラスタは、ポリマー・ネットワーク材料、水性ポリマーおよび水を含むＬＣ液滴の混合物中を自由に移動する。多くの実施形態において、クラスタは、ポリマー・ネットワーク材料を含むＬＣ液滴の表面へと移動することができる。エマルションが乾燥するにつれて、消泡剤は、ポリマー・ネットワーク材料を含むＬＣ液滴の周囲に界面剤層２６６を形成することができる。このようにして、界面層２６６が、ポリマー・ネットワーク材料を有するＬＣ液滴と、ポリマー・マトリクスとの間に配される。多くの実施形態において、消泡剤分子の表面張力が小さい側の端部（low surface tension end portion）は、ポリマー・ネットワーク材料を含むＬＣ液滴に隣接して分散し、界面層２６６の第２の部分２６６Ｂを形成する。消泡剤分子のアンカリングに関与する側の端部（anchoring end portion）は、ポリマー・マトリクスに結合して、界面層２６６の第１の部分２６６Ａを形成する。表２に、ＰＮＬＣ材料の配合組成の一例を示す。
【表２】
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【００５１】
表２は、本実施形態に係るＰＮＬＣマトリクス・エマルションの配合組成を示す。質量百分率は、エマルションが乾燥している場合における配合組成の質量を、各成分の質量比率に基づいて示す。ポリマー・ネットワーク材料は、フッ素化アクリレート化合物（fluorinated acrylate compound）を含んでよい。界面剤は、フッ素化した材料またはシリコーンを含む材料の１以上を含んでよい。ポリマー・ネットワークおよび界面剤のフッ素化した材料および／またはシリコーンを含む材料は、液晶液滴の表面張力を大幅に低減する可能性があり、材料のスイッチング電圧を大幅に低減する可能性がある。
【００５２】
図３Ａは、ポリマー・ネットワーク２６４および界面層２６６を含むセンサー材料に関する、透過−バイアス電圧曲線３０４の一例を示す。曲線３０２は、本明細書において説明される界面剤を含まないＬＣ／ポリマー複合材料の電圧応答特性を示す。電気光学変調器の性能を向上させるためには、電圧応答曲線を、より急峻で、より低電圧にシフトされた曲線３０４にシフトすることが目標となる。多くの実施形態において、この電圧応答特性によれば、より低い動作電圧でも、より良好な感度が得られるようになり、同じ動作電圧でも、上述の空隙をより大きくすることができる。いくつかの実施形態において、この電圧反応特性によれば、空隙がより大きく、動作電圧がより低い場合であっても、良好な感度が得られるようなる。感度が高くなると、欠陥検出性能を向上させることができる。空隙が大きくなると、変調器の寿命を延ばすことができる。
【００５３】
透過曲線の勾配は、ＬＣデバイスの感度を反映する。ＬＣ撮像デバイスの感度は、透過曲線の勾配として表され、これは概して、上述の電極Ａと電極Ｂとの間に印加された電圧の変化に対する透過の変化（％）に対応している。図３Ｂに示すように、透過曲線の中間点は、電圧Ｖｍｉｄ３１０で略決定され、ＴＦＴプレートに電圧がかからない場合の、プレートとＬＣデバイスとの間の固定間隙サイズで決定される。小さな電圧変化＋／−（１／２）ΔＶ３１２を、ＴＦＴプレートの１画素に対して起こして、透過の変化を計測する。透過曲線３０２では、当該ピクセルに印加された電圧の変化＋／−（１／２）ΔＶに対する透過の変化はΔＩ１３１４である。より急峻な透過曲線３０４では、当該ピクセルに印加された同じ電圧変化＋／−（１／２）ΔＶ３１２に対する透過の変化はΔＩ２３１６であり、ΔＩ２のほうがΔＩ１より大きい。故に、１ピクセルに印加された電圧の変化が等しければ、透過曲線が急峻になるほど、より大きな信号（ΔＩ２）が生じる。
【００５４】
ＴＦＴ試験システムでは、ＣＣＤ（図１の１１８）に捉えられる信号は、変調器の透過曲線の勾配に比例する。数式１によれば、変調器の損傷を防止し、および／または、寿命を延ばす目的で、空隙（ｄａｉｒ）を大きくすると、透過曲線はより平らになる（勾配が小さくなる。）。空隙が大きくなると、変調器の電圧は降下する。変調器のＬＣ材料の固有のスイッチング電圧を低減することで、感度が改善されうる。これにより、電圧イメージ系デバイスの固有の動作電圧が低減する。
【００５５】
多くの実施形態において、本明細書において説明される電気光学ＬＣ材料の固有のスイッチング電圧を低減することで、電圧イメージ系の感度を実質的に損なうことなく、空隙を大きくすることができる。空隙は、少なくとも約７５μｍ（例えば約１００μｍ以上）であってもよい。
【００５６】
液晶センシング材料（例えば、ＮＣＡＰまたはＰＤＬＣ）の動作電圧および感度は、以下の要素に関連している。
１．液晶およびポリマー・マトリクスの特性。
２．センサー材料中の液晶液滴の液滴径分布。
３．ポリマー・ネットワークの特性と、ポリマー・マトリクスおよび液晶の間の界面特性。
多くの実施形態において、図３Ａおよび図３Ｂに示された曲線の勾配は、液滴径分布と、ポリマー・マトリクス、界面層、ポリマー・ネットワークおよび液晶の間の界面特性との影響を受ける。液滴径が均一であり、ＬＣ液滴中の結晶が、ポリマー・マトリクスに対する（相対的な）移動および／またはスイッチングを容易に実行することができる場合には、曲線の勾配は、より急峻になりうる。図３Ａおよび３Ｂに示す曲線の電圧シフトは、ポリマー・マトリクスと液晶との間の界面特性の影響を受けうる。ＬＣが、ポリマー・マトリクスに対して容易に（相対）移動および／またはスイッチングが可能な場合、曲線はより低電圧側にシフトしうる。本発明に係るいくつかの実施形態では、Ｔ−Ｖ曲線の勾配をより急峻にして、さらに、ＬＣ材料および電圧イメージ系の動作電圧をより電圧の低い範囲にシフトさせることを目的として、ポリマー・マトリクスと液晶との間の界面アンカリングおよび／または摩擦を低減する。ＬＣ分子がポリマー・マトリクスにアンカリングすることで、ＬＣ材料の固有の動作電圧が増加する可能性がある。これらに代えてまたはこれらと組み合わせて、ポリマー・ネットワークがＬＣ材料にアンカリングすることで、ＬＣ材料の固有の動作電圧がわずかに増加する可能性がある。これらは、例えば、表面張力の小さなポリマー・ネットワーク材料を採用することで、克服することができる。摩擦力は、ＬＣ分子のポリマー・マトリクスに対する静摩擦に関連しうる配向規制力（anchoring force）を含んでもよく、さらに、ＬＣ分子、ポリマー・マトリクスおよびポリマー・ネットワークの間の相対運動に関連する動摩擦を含んでもよい。摩擦は、分子が周囲のポリマー・マトリクスに対して運動する速度に対して影響を及ぼしうるので、摩擦が低減すると、ＬＣ分子のスイッチング速度は、増加しうる。ＬＣ分子のポリマー・マトリクスまたはポリマー・ネットワークへのアンカリングを克服するには、電圧を増加させる必要があるので、アンカリングの増加は、ＬＣ複合材料の固有の動作電圧の増加に関連する可能性がある。
【００５７】
（カプセル化されたポリマー・ネットワーク型液晶の製造方法）
図４Ａは、カプセル化されたポリマー・ネットワーク型液晶を製造する方法４００を示す。
【００５８】
ステップ４１０において、液晶と、（単数または複数の）光開始剤と、１以上のＵＶ硬化プレポリマーまたはモノマーとを一緒に混合して、混合物（「ＬＣ／モノマー／プレポリマー／光開始剤混合物」と称する場合がある。）を作製する。プレポリマーは、例えば、モノアクリレート、ジアクリレート、トリアクリレートまたはこれらの組み合わせを含んでよい。ＵＶ硬化プレポリマーまたはモノマーとしては、本明細書において説明されるような、多くのラジカル硬化性化合物（例えば、アクリレート、ジアクリレート、多官能アクリレート、チオレン樹脂（thiol-ene resin）、フッ素化アクリレートおよびこれらの化合物の混合物）を例示することができる。
【００５９】
様々な種類の液晶を利用することができる。利用することができる液晶としては、強誘電性ＬＣ、ブルー相ＬＣ、ＬＣ／二色性染料混合物およびＣｈＬＣを例示することができる（二色性染料＋ＬＣ系に関して、二色性染料は、オフ状態において光を吸収し、オン状態において光を透過する。これにより、より強い光強度を用いることで、Ｓカーブの勾配（または感度）が改善されうる。）。モノマーまたはプレポリマーと、光開始剤とは、硬化プロセスを実行する前に、液晶中への溶解が実質的に完了するようなものが選択される。
【００６０】
ステップ４２０において、水性ポリマー（例えば、１以上のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）または水性ラテックス）を準備する。水性ラテックスとしては、本明細書において説明されるような、アクリレートラテックス、ポリウレタンラテックスまたはこれらの組み合わせを例示することができる。
【００６１】
ステップ４３０において、界面剤を準備する。界面剤としては、例えば、表１に示したような、界面活性剤、ジブロック共重合体または消泡剤の１以上を例示することができる。以前に参照として組み込まれ、本明細書に記載された実施形態に従って、適切に組み合わされた米国特許第７，８１７，３３３号明細書には、界面剤材料のいくつかの例が記載されている。
【００６２】
ステップ４４０において、上述のＬＣ／ＵＶ硬化ポリマーと、光開始剤との混合物を、水性ポリマー（例えば、水溶性ポリマーまたは水性ラテックスポリマー）を用いて乳化させる。様々な乳化方法を用いてよい。乳化方法としては、機械的攪拌方式、混合方式、マイクロフルイディクス方式、ホモジナイザー方式などを例示することができる。ＬＣ／モノマー／プレポリマー／光開始剤混合物の液滴径は制御されてよく、その大きさは、約１μｍから約１０μｍの範囲であってよい。
【００６３】
ステップ４５０において、エマルションの脱ガス処理を実施する。
【００６４】
ステップ４６０において、透明または半透明の電極を有する基板上に、エマルションを塗布する。透明または半透明の電極は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）であってよく、バイアス電圧をＬＣ材料に印加することを可能にする。様々な湿式塗布方法を用いてよい。塗布方法としては、巻線ロッド塗布法（wire wound rod）、ドクターブレード塗布法、スロットダイ押し出し塗布法、スピン塗布法、スプレー塗布法、インクジェット塗布法などを例示することができる。
【００６５】
ステップ４７０において、塗布したエマルションを乾燥させる。乾燥後、ＬＣ／プレポリマー／光開始剤混合物の液滴は、ポリマー・マトリクス２６８の中でカプセル化される。
【００６６】
図４Ｂは、エマルション乾燥プロセス後、ＵＶ露光プロセス前の中間物質２６０Ｉを示す。中間物質２６０Ｉは、界面層２６６の中にカプセル化されたＬＣ／プレポリマー／光開始剤混合物の複数の液滴２６１と、乾燥したポリマー・マトリクス２６８とを含む。
【００６７】
ステップ４８０において、塗布膜（coating）に別の基板を重ねる。上記の別の基板は、透明または半透明の電極を有してもよく、有しなくてもよい。
【００６８】
ステップ４９０において、挟まれた薄膜（sandwiched film）を、ＵＶ光で露光する。ＵＶ硬化性の（単一もしくは複数の）モノマー、（単一もしくは複数の）プレポリマーまたはそれらの混合物は、硬化および／または架橋して、例えば、図２Ｂに示すように、液滴の内部にポリマー・ネットワークを形成する。フッ素化モノマーまたはフッ素化モノマーとフッ素化されていないモノマーとの混合物を用いて、ＬＣ液滴を実質的に横切って広がる壁状のネットワーク（network wall）を形成することが好ましい。これにより、ＬＣ液滴の表面張力を低減することができ、さらに、駆動電圧を低減することができる。
【００６９】
図４Ａにおいて説明した特定のステップは、本発明に係る一実施形態によるカプセル化されたポリマー・ネットワーク型液晶材料の製造方法のうちの特定の例を示していることが理解されよう。他の実施形態では、他のステップシーケンスが実施されてもよい。例えば、本発明に係る他の実施形態によれば、上述のステップを、異なる順序で実施してもよい。さらに、図４Ａにおいて説明した個々のステップは、個々のステップに応じて様々なシーケンスで行われうる複数のサブステップを含んでもよい。さらに、特定の用途に応じてステップを追加、または削除してよい。当業者であれば、多くの変更例、変形例、および代替例を想到するであろう。
【実施例】
【００７０】
方法４００の実施形態に従って製造された変調器２００のセンサー材料の硬度および光スイッチング（optical switching）を測定するための実験を実施した。方法４００によって製造されたセンサー材料は、ポリマー含有量の似ているポリマー・ネットワークを有しないカプセル化液晶（ＮＣＡＰまたはＰＤＬＣ）と比較して、大幅に改善された電気光学的特性を示した。また、カプセル化されていない従来のポリマー・ネットワーク材料と比較して、硬度が大幅に改善されていた。
【００７１】
方法４００に従って、以下の手順を実施して、本明細書に記載された実施形態に則ったセンサー材料を有する変調器２００を作製した。
１．アクリレート・プレポリマーと、０．５質量％〜１０質量％の光開始剤とを混合した。アクリレート・プレポリマーとしては、様々なモノアクリレート、ジアクリレート、トリアクリレート、フッ素化アクリレートおよびそれらの混合物を用いてよい。様々なラジカル光開始剤を用いてよい。例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社のイルガキュア・シリーズおよびダロキュア・シリーズ、ＢＡＳＦ社のルシリンＴＰＯ、サートマー社のエスキュア・シリーズ、ならびに、それらの混合物などを用いてよい。例えば、ダロキュアとＴＰＯとの混合物を用いてよい。
２．液晶と、上記のアクリレート／光開始剤とを、質量比が約９９／１から９０／１０の範囲内で混合した。
３．上記の液晶、アクリレートおよび光開始剤の混合物を、水溶性ポリマー（例えば、ＰＶＡ）または水性ラテックス（例えば、ＤＳＭ社の一部門であるネオレジンス社のネオレッズＲ−９６７）を用いて乳化した。上記の混合物と、水溶性ポリマーまたは水性ラテックスとの質量比は、５０／５０から８０／２０の範囲であった。乳化プロセス中に、１０質量％以下のサーフィノール（登録商標）界面剤を添加してもよい。
４．上記のＮＣＡＰエマルションを、ＩＴＯ薄膜を有する基板上に塗布し、エマルションを乾燥させ、エマルションの塗布膜に別のＩＴＯ基板を重ねた。
５．上記の挟まれた薄膜を、ＵＶ光で約２分間露光した。波長が約３６５ｎｍであり、５〜５０ｍＷ／ｃｍ２の強度を有するＵＶ光を用いてよい。
６．透過曲線を測定した。カプセル化されたＰＮＬＣに要求される電極間の駆動電圧は、液滴中にポリマー・ネットワークを有しないＮＣＡＰと比較して、少なくとも２５％小さかった。
【００７２】
図５は、組立品の電気光学特性の測定結果を示す。この組立品は、実施形態に従って、２枚のＩＴＯマイラー（商標）フィルムの間に挟まれた、厚さが約２４μｍのカプセル化されたＰＮＬＣを有していた。同図は、電圧の関数としての光透過率（％）を示す。同図は、カプセル化されたＰＮＬＣの光透過率を、米国特許第７，８１７，３３３号明細書に記載されているような比較材料と対比して、それぞれ別個の曲線として示す。比較材料は、実質的に同一の構成要素（ポリマー・マトリクス、液晶、界面の化合物および類似の組成比率）および液滴サイズを有し、液滴内にポリマー・ネットワークを有しないカプセル化された液晶を含んでいた。例えば、約５０％のポリマー・ネットワークを備えることで、駆動電圧を、少なくとも約２５％低減することができた。カプセル化されたＰＮＬＣのＶ９０は約１６Ｖであり、従来の材料のＶ９０は約２８Ｖであった。カプセル化されたＰＮＬＣおよび従来の材料のＶ５０（５０％の透過率に対する電圧）は、それぞれ、約９Ｖと約１８Ｖであった。
【００７３】
スイッチング電圧は、ＬＣ液滴が位置している場所の局部的な電界強度（localized electric field strength）に対応するので、測定された薄膜の厚さに言及することは価値がある。一般的に、スイッチング電圧は厚さに比例する。そのため、厚さの異なる薄膜状のＬＣ材料を比較する目的で、電圧は、厚さに基づいて調整される（例えば、正規化される。）。例えば、１２μｍの厚さの薄膜における約１５〜２０Ｖの範囲のＶ９０の値は、約２４μｍの厚さの薄膜における約３０〜４０Ｖの範囲のＶ９０の値に相当する。それゆえ、本明細書において説明されたカプセル化されたＰＮＬＣ材料の、２４μｍの厚さの薄膜における約１５〜２０Ｖの範囲のＶ９０は、１２μｍの厚さの薄膜における約７．５〜１０Ｖの範囲のＶ９０に相当する。
【００７４】
図２Ａの実施形態に従って、上述の通り作製されたカプセル化されたＰＮＬＣを用いた電気光学変調器を組み立てた。変調器は、ＴＦＴパネルとの間の間隙が１００μｍよりも大きな場合であっても、欠陥検出感度を損なうことなく作動した。空隙がそれより小さい場合には、変調器の感度が大幅に向上した。例えば、空隙が７５μｍの場合、米国特許第７，８１７，３３３号明細書に記載されているような、ポリマー・ネットワークを有しない液晶材料からなる変調器と比較して、変調器の感度が３０％以上向上することが観測された。
【００７５】
例示的な実施形態について、例示の目的および理解を明瞭にする目的で、ある程度詳細に記載してきたが、当業者であれば、様々な変更、適合、および変更を加えることができることを理解するであろう。故に、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限を受けるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【外国語明細書】
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