(57)【要約】  ホストネマチック液晶と、少なくとも１つのゲストキラルドーパントと、１つのゲスト黒色二色性色素とを含む、電気光学シャッタ装置を製造するための材料を提供する。ここで、前記ホストネマチック液晶の複屈折率（Δｎ）は０．２０を超えている。前記材料が５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲のピッチを有するように、前記少なくとも１つのキラルドーパントの濃度は調整される。前記ゲスト黒色二色性色素の濃度は、前記材料の２重量％〜４重量％の範囲である。前記ゲスト黒色二色性色素の二色性比は８以上である。【選択図】図５
2018508840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホストネマチック液晶と、少なくとも１つのゲストキラルドーパントと、１つのゲスト黒色二色性色素とを含む、電気光学シャッタ装置を製造するための材料であって、
前記ホストネマチック液晶の複屈折率（Δｎ）が０．２０を超えており、
前記材料が５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲のピッチを有するように、前記少なくとも１つのキラルドーパントの濃度が調整され、
前記ゲスト黒色二色性色素の濃度が、前記材料の２重量％〜４重量％の範囲であり、
前記ゲスト黒色二色性色素の二色性比が８以上である、電気光学シャッタ装置を製造するための材料。
【請求項２】
前記ホストネマチック液晶の粘度が、温度２０℃で４００ｍＰａ・ｓ以下である、請求項１に記載の材料。
【請求項３】
前記ホストネマチック液晶の誘電異方性（Δε）が１５以上である、請求項１又は２に記載の材料。
【請求項４】
前記ホストネマチック液晶が二重周波数液晶である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の材料。
【請求項５】
少なくとも１つのセルを備える電気光学シャッタ装置であって、前記少なくとも１つのセルが、光学的に透明な材料からなる２枚のプレートの間に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の材料からなる材料層を備える電気光学シャッタ装置。
【請求項６】
前記材料層が３μｍ〜６μｍの厚さを有する、請求項５に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項７】
前記光学的に透明な材料からなる２枚のプレートのそれぞれに配置された２つの電極間に電圧信号を印加する手段をさらに備え、
前記印加する手段が、印加する前記電圧信号に応じて選択的に、
第１の透過率値と関連づけられている、実質的に透明のホメオトロピック状態（Ｅ３）と、
前記第１の透過率値より低い第２の透過率値に関連づけられている、実質的に半透明のプレーナ状態（Ｅ１）と、
前記第２の透過率値より低い第３の透過率値に関連づけられている、実質的に不透明のフォーカルコニック状態（Ｅ２）と
のうちの１つに、前記少なくとも１つのセルを到達させるように構成される、請求項５又は６に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項８】
４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長に対して、
前記第１の透過率値が６５％以上であり、
前記第２の透過率値が３０％〜４５％の範囲に含まれ、
前記第３の透過率値が３％未満である、
請求項７に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項９】
前記電圧信号が
前記少なくとも１つのセルを前記ホメオトロピック状態（Ｅ３）に到達させるための、２５Ｖ〜３５Ｖの範囲の第１の振幅レベル（Ｖ１）と、
前記少なくとも１つのセルを前記フォーカルコニック状態（Ｅ２）に到達させるための、第１の振幅レベルの３％〜２５％の範囲の第２の中間振幅レベル（Ｖ２）と、
前記少なくとも１つのセルを前記プレーナ状態（Ｅ１）に到達させるための、０Ｖの第３の振幅レベル（Ｖ３）と
を有するように前記印加する手段が構成されている、請求項７又は８に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項１０】
前記電圧信号が０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数を有する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項１１】
３つの状態を有するマスク又はサングラスを製造するための、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の２つの電気光学シャッタ装置の使用。
【請求項１２】
可変の透過率を有する液晶パネルを製造するための、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の電気光学シャッタ装置の使用。
【請求項１３】
液晶画面の画像素子又は画素を製造するための、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の電気光学シャッタ装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、液晶系材料を用いた光学コンポーネントの設計及び製造の分野である。
【０００２】
より具体的には、本発明は、複数の透過状態を有し、好ましくは等方性である電気光学シャッタ装置（光減衰シャッタとも呼ばれる）を製造するための液晶系材料（混合物）に関し、特に、高いコントラストのレベルを達成するために３つの透過状態を利用する光減衰シャッタを製造するための液晶系材料（混合物）に関する。本発明の電気光学シャッタ装置は、少なくとも１つのゲストキラルドーパントと１つの黒色二色性色素とを加えた合成ホストネマチック液晶混合物を用い、低輝度の液晶散乱状態を有する、偏光子を含まない装置（光減衰器／変調器）である。このような装置は、高いコントラストのレベルの３つ以上の透過状態を必要とする。
【０００３】
本発明は、特に、アンチグレア眼鏡、アクティブ３Ｄ眼鏡、及びコンマ数ミリ秒〜数十ミリ秒の範囲の切り替え時間を有する高速プログラマブルシャッタの製造に適用することができるが、これらに限定されない。
【背景技術】
【０００４】
ホストネマチック液晶と、少なくとも１つのゲストキラルドーパントと、少なくとも１つのゲスト二色性色素とを含む材料を用いて等方性の電気光学シャッタ装置を製造する方法としては、既に公知の方法が存在する。
【０００５】
第１の公知の解決法として、米国特許出願第２０１４／０２２６０９６号に提案されるものが挙げられる。米国特許出願第２０１４／０２２６０９６号には、透過率レベルがそれぞれ７０％、４０％、２％である３つの透過状態を実現する液晶ベースのシャッタ装置が記載されている。これらの３つの透過状態は順に、ホメオトロピック状態（Ｅ３）に相当する透明状態（低色調低ヘイズ状態）と、プレーナ状態（Ｅ１）に相当する着色状態（高色調低ヘイズ状態）と、フォーカルコニック状態（Ｅ２）とは異なるダイナミック散乱状態に相当する不透明状態（高色調高ヘイズ状態）とである。より具体的には、実施形態の一例では、液晶系混合物が、コレステリック液晶（ネマチック液晶と１つ以上のキラルドーパント）と、少なくとも１つの二色性ドーパントとを含む。その厚さ（ｄ）とピッチすなわち螺旋ピッチ（ｐ：ピッチ）との間の比率（ｄ／ｐ）は、１．５未満である。米国特許出願第２０１４／０２２６０９６号に記載の技法では、フォーカルコニック状態（Ｅ２）を実現するのではなく、イオンドーパントを用い、イオン効果に頼ってダイナミック散乱状態を生成している（明細書の段落［００７８］、［００７９］及び［０１１３］を参照）。
【０００６】
第２の公知の解決法として、米国特許出願第２０１０／００３９５９５号に提案されるものが挙げられる。米国特許出願第２０１０／００３９５９５号には、ピッチと液晶材料の厚さとの間の比率が０．００６〜１．０の間の範囲となるよう構成された、二色性色素とキラル化合物とを含む液晶装置が記載されている。ピッチは１〜５μｍの範囲である。
【０００７】
第３の従来技術による解決法として、Chun-Ta Wang、Tsung-Hsien Lin共著の論文「色素がドープされたコレステリック液晶ベースの偏光子を含まない双安定反射型光スイッチ（Bistable reflective polarizer-free optical switch based in dye-doped cholesteric liquid crystal）」（Optical Material Express、２０１１年、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．８−２０１１）に提案されるものが挙げられる。この論文には、コレステリック液晶（ＣＬＣ）と二色性色素とを含む、色素がドープされたコレステリック液晶（ＤＤＣＬＣ）材料が記載され、２２０ｎｍのピッチで得られる２つの安定状態（不透明状態（低輝度状態）としてのプレーナ状態（Ｅ１）と、透明状態（高輝度状態）としての均一な配向の螺旋状態（uniformly-lying helical state、ＵＬＨ））の間を切り替える（混合物は、（プレーナ状態で）紫外線を反射するように選択される）ことが提案されている。この論文には、制御電圧を低減するため、３８０ｎｍのピッチを採用して、低輝度状態として（プレーナ状態（Ｅ１）ではなく）フォーカルコニック状態（Ｅ２）を用いることも記載されているが、一方で、この方法ではコントラストが低下するため、この方法を推奨しないとも記載している。つまり、この論文の目的は、フォーカルコニック状態（Ｅ２）で最適な遮断状態を実現することでも、プレーナ状態（Ｅ１）で半透明状態（中間状態）を実現することでもない。
【０００８】
要するに、これら３つの公知の解決法はいずれも、プレーナ状態（Ｅ１）と、フォーカルコニック状態（Ｅ２）と、ホメオトロピック状態（Ｅ３）とに相当する３つの透過状態を高いコントラストのレベルで有する電気光学シャッタ装置を作製するために利用可能な材料を提案するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
少なくとも１つの実施形態において、本発明の目的は、高いコントラストのレベルで３つの透過状態を有する電気光学シャッタ装置を作製するための技法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特定の一実施形態は、ホストネマチック液晶と、少なくとも１つのゲストキラルドーパントと、１つのゲスト黒色二色性色素とを含む、電気光学シャッタ装置作製のための材料を提案する。この材料は、以下の特徴を有する。
前記ホストネマチック液晶の複屈折率（Δｎ）が０．２０を超えており、
前記材料が５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲のピッチを有するように、前記少なくとも１つのキラルドーパントの濃度が調整され、
前記ゲスト黒色二色性色素の濃度が、前記材料の２重量％〜４重量％の範囲であり、
前記ゲスト黒色二色性色素の二色性比（dichroic ratio）が８以上である。
【００１１】
このように、特定の組成を有する液晶材料が提案されている。実際、３種のパラメータに作用して、反射状態ではなく吸収状態としてのプレーナ状態（Ｅ１）の透過性能特性と、フォーカルコニック状態（Ｅ２）の透過性能特性を同時に最適化する３種のパラメータの組み合わせを実現している。これら３種のパラメータの選択とその値範囲の指定とが、本発明の中心概念である。これら３種のパラメータとは、（ａ）ネマチック液晶の複屈折率、（ｂ）プレーナ状態（Ｅ１）における吸収とフォーカルコニック散乱状態（Ｅ２）における無彩色性の両方を最適化するピッチの値、及び（ｃ）黒色二色性色素の濃度及び二色性比である。
【００１２】
０．２０を超える高い複屈折率と５００ｎｍ〜８００ｎｍのピッチとを組み合わせて用いることにより、散乱効果が増大する。黒色二色性色素（色度面においてニュートラルな色素）を含むことにより、無彩色光の吸収が保証される。高い複屈折率と、５００ｎｍ〜８００ｎｍのピッチと、黒色二色性色素の使用を組み合わせることにより、第１に、プレーナ状態（Ｅ１）において吸収が最適化され、第２に、フォーカルコニック状態（Ｅ２）において散乱効果と無彩色光の吸収とが実現される（フォーカルコニック状態での減衰を実現する２つの効果（吸収による減衰と散乱による減衰）を最適化する）。
【００１３】
この材料に対して適切に電気アドレッシングを行えば、少なくとも３つの等方性の減衰状態を作り出すことができ、可視スペクトル帯域において均一な光強度のフィルタリング機能（色消し効果（achromatic effect）なし）を獲得することができる。これらの状態は、（ｉ）透過率が例えば７０％〜８０％の間にある、ホメオトロピック状態（Ｅ３）に相当する開状態と、（ｉｉ）透過率が例えば１％未満である、フォーカルコニック状態（Ｅ２）に相当する遮断状態と、（ｉｉｉ）透過率が例えば３５％〜４５％の範囲である、プレーナ状態（Ｅ１）に相当する中間状態とを含む。これらの状態は、電場などを印加することにより維持される、材料に固有の安定状態である。
【００１４】
特定の一特徴によれば、前記ホストネマチック液晶の粘度は、温度２０℃で４００ｍＰａ・ｓ以下である。
【００１５】
これにより、材料の性能がさらに向上する。
【００１６】
特定の一特徴によれば、前記ホストネマチック液晶の誘電異方性（Δε）は１５以上である。
【００１７】
これにより、ホメオトロピック状態（Ｅ３）及びフォーカルコニック状態（Ｅ２）に到達させるための印加電圧値が低減される。
【００１８】
特定の一特徴によれば、前記ホストネマチック液晶は二重周波数液晶である。
【００１９】
二重周波数液晶を使用することにより、電圧信号を印加する際の材料の状態間の切り替え時間が短縮される。
【００２０】
別の実施形態では、本発明は、少なくとも１つのセルを備える電気光学シャッタ装置であって、前記少なくとも１つのセルが、光学的に透明な材料からなる２枚のプレートの間に、上述の（上記の実施形態のいずれか１つに係る）材料からなる材料層を備える、電気光学シャッタ装置を提案する。
【００２１】
特定の一特徴によれば、前記材料層は３μｍ〜６μｍの厚さを有する。
【００２２】
特定の一特徴によれば、電気光学シャッタ装置が、前記光学的に透明な材料からなる２枚のプレートのそれぞれに配置された２つの電極間に電圧信号を印加する手段をさらに備える。前記印加する手段は、印加する前記電圧信号に応じて選択的に、
第１の透過率値と関連づけられている、実質的に透明のホメオトロピック状態（Ｅ３）と、
前記第１の透過率値より低い第２の透過率値に関連づけられている、実質的に半透明のプレーナ状態（Ｅ１）と、
前記第２の透過率値より低い第３の透過率値に関連づけられている、実質的に不透明のフォーカルコニック状態（Ｅ２）と
のうちの１つに、前記少なくとも１つのセルを到達させるように構成される。
【００２３】
特定の一特徴によれば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長に対して、
前記第１の透過率値が６５％以上であり、
前記第２の透過率値が３０％〜４５％の範囲に含まれ、
前記第３の透過率値が３％未満である。
【００２４】
特定の一特徴によれば、前記電圧信号が
前記少なくとも１つのセルを前記ホメオトロピック状態（Ｅ３）に到達させるための、２５Ｖ〜３５Ｖの範囲の第１の振幅レベル（Ｖ１）と、
前記少なくとも１つのセルを前記フォーカルコニック状態（Ｅ２）に到達させるための、第１の振幅レベルの３％〜２５％の範囲の第２の中間振幅レベル（Ｖ２）と、
前記少なくとも１つのセルを前記プレーナ状態（Ｅ１）に到達させるための、０Ｖの第３の振幅レベル（Ｖ３）と
を有するように前記印加する手段が構成されている。
【００２５】
特定の一特徴によれば、前記電圧信号は０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数を有する。
【００２６】
上述の装置は、様々な使用が可能であり、特に
・３つの状態を有するマスク又はサングラスを製造するための使用と、
・可変の透過率を有する液晶パネルを製造するための使用と
・液晶画面の画像素子又は画素を製造するための使用と
が挙げられる（ただし、これらに限られない）。
【００２７】
本発明の他の特徴及び利点は、示唆的かつ非包括的な例として与えられた以下の説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の特定の一実施形態に係る電気光学シャッタ装置の構造を示す簡略図である。
【図２】コレステリック液晶の公知の構造を示す。
【図３】コレステリック液晶の３つの状態Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の公知のアドレッシング原理を示す。
【図４】異なるサイズの散乱構造の散乱係数の変化を波長の関数として表す複数の曲線を示す。
【図５】本発明の特定の一実施形態に係る材料についての、セルの電気アドレッシングの２つのモード（スタティックモードとダイナミックモード）を示す。
【図６】本発明の特定の一実施形態に係る状態Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の透過スペクトログラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本明細書のすべての図面において、同一の要素及びステップには同一の符号を付している。
【００３０】
図１は、本発明の特定の一実施形態に係る電気光学シャッタ装置１００の構造を示す簡略図である。
【００３１】
シャッタ装置１００に到達する入射光（矢印Ａで示す）は、例えば、非偏光でありかつ可視領域（実質的に４００ｎｍ〜７００ｎｍの間）に広いスペクトル帯域を有すると考えられる。
【００３２】
電気光学シャッタ装置１００はセル１を備え、セル１は、光学的に透明な材料からなる２枚のプレート２，３（例えば、光学ガラスプレート）の間に、異なる状態（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）の間を切り替え可能な材料４（混合物）の層（組成の詳細については後述する）を備える。さらに、電気光学シャッタ装置１００は、２枚のプレート２，３のそれぞれに配置された２つの電極間に電圧信号Ｖを印加する手段５を備える。例えば、各プレート２，３は、導電性電極（図示せず）をなすインジウム・スズ酸化物（光学的に透明な導電性材料）の層を、その内表面上に備える。電圧信号Ｖを印加する手段５は、印加する電圧信号に応じて選択的に、セル１を状態Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３のうちの１つに到達させるように構成される。手段５は、例えば、（電圧の振幅が（例えば０Ｖ〜３５Ｖの範囲で）可変の電圧信号を生成する）電圧源５１と、（電極への電圧信号Ｖの印加と印加停止との切り替えを可能にする）スイッチ５２とを備える。
【００３３】
セル１に含まれる材料４は、ホストネマチック液晶と、少なくとも１つのゲストキラルドーパントと、１つのゲスト黒色二色性色素とを含む。
【００３４】
つまり、本発明の枠組みの中で使用される液晶はコレステリック型である。実際、公知の方法では、コレステリック液晶は、１つ以上のキラルドーパントを含むネマチック液晶である。この混合物によって、「配向子（director）」（配向子は、各層の平均の分子配向方向を指す）に沿った特定の分子配向方向によってそれぞれ特徴付けられるいくつかの層が形成される。図２に示すように、異なる層の配向子が螺旋状に展開する。定義では、この螺旋のピッチ（Ｐ）が、同一の配向子（すなわち、同一方向かつ同一感受性：
【数１】
2018508840.tif 000003
）を有する２つの層（Ｃ１，Ｃ２）の間の距離（ｎｍ）に相当する。螺旋のピッチは、キラルドーパントの濃度に応じて変更することができる。
【００３５】
コレステリック液晶は、以下の２つの異なる相に対応する２つの安定状態（Ｅ１，Ｅ２）を有する。
・螺旋軸２０が液晶セルのプレートに垂直となるプレーナ相（Ｅ１）（コレステリック液晶の特性反射スペクトル帯域内の光を反射し、同帯域外の光を透過する状態）
・螺旋軸がランダムな方向を向く、フォーカルコニック相（Ｅ２）として公知の相（光散乱状態）
【００３６】
これら２つの安定状態（Ｅ１，Ｅ２）の１つを選択するためには、中間の不安定な状態を通過する必要があり、この中間状態は「ホメオトロピック」状態（Ｅ３）と呼ばれる。（電圧信号Ｖを使用して）振幅を増加させながら電場をかけることにより、フォーカルコニック状態（Ｅ２）からホメオトロピック状態（Ｅ３）への連続的な移行や、プレーナ状態（Ｅ１）からフォーカルコニック状態（Ｅ２）を経由したホメオトロピック状態（Ｅ３）までの連続的な移行が可能となる。電場を突然切ると、ホメオトロピック状態（Ｅ３）がプレーナ状態（Ｅ１）へと弛緩する。フォーカルコニック状態（Ｅ２）は安定状態であるため、この状態で電場を突然切っても変化は起こらない。電場をゆっくり又は部分的に切った場合には、本システムは、ホメオトロピック状態（Ｅ３）から出発してフォーカルコニック状態（Ｅ２）に戻る。図３は、これらの状態遷移を示している。矢印３１は、Ｅ１からＥ２への遷移とそれに続くＥ２からＥ３への遷移を示し、矢印３２はＥ２からＥ３への遷移を示し、矢印３３はＥ３からＥ１への遷移を示している。
【００３７】
異方性黒色色素（すなわち、前述の黒色二色性色素）の使用には、吸収を増加させる効果がある。色素の分子は、細長い形状をしており、１方向の光を吸収する異方性の吸収材である。１つの黒色色素はいくつかの色素の混合物に相当する。よって、コレステリック液晶を異方性黒色色素と共に用いることにより、特性が以下のように変化する。
・プレーナ状態（Ｅ１）が、特定の反射スペクトル帯域（可視領域又は赤外（ＩＲ）領域）外の光に対して（透過状態ではなく）吸収状態となる。
・フォーカルコニック状態（Ｅ２）が、（散乱のみの状態ではなく）吸収と散乱を同時に行う状態となる。
・ホメオトロピック状態（Ｅ３）は透明状態のまま変わらない。
【００３８】
フォーカルコニック状態（Ｅ２）の散乱相は、螺旋のピッチ（Ｐ）によって決まるサイズを有する複数のドメインに構造化されている。螺旋のピッチが大きいほど、これらドメインのサイズも大きくなる。ここで、散乱効果は、ドメインのサイズと、複屈折率（Δｎ）と、セルの厚さ（ｄ）とによって決まる。実験によれば、使用されるドメインのサイズは波長程度である（ミー散乱の領域にある）。これらの条件下では、散乱光の強度が、l−ｎの関係に従って波長に応じて変化する。ここで、ドメインのサイズが大きくなるとｎは４から約０まで変化するが、このとき、散乱現象の振幅は小さくなる。この振幅の減少は、色素の吸収効果や、所与の厚さに対する複屈折率の増大によって補わなければならない。このような無彩色の状態は、ピッチ値が非常に高い場合に見られるものである（反射波長が明らかに赤外領域内にある状態）。通常、キラルドーパントの濃度は７％〜１５％である。
【００３９】
プレーナ状態（Ｅ１）では、（所与のセル厚対比の）ピッチの短縮に従って光の偏光に対する感度が低下する。これは、偏光していない光に対しては、観察される吸収現象の等方性が大きいほど、吸収が高まるためである。従って、均一なネマチック液晶においては、ドーパントの濃度やセル厚に係わらず吸収度が５０％を超えることはない。各層において、黒色色素の分子は配向子に沿って配向される。配向子を分散させることにより、各層で特定の一方向の吸収を行いながら、異なる複数の層の組み合わせで全方向の吸収（すなわち、等方的な吸収）を可能にすることができる。（反射状態としてではなく吸収状態としての）プレーナ状態（Ｅ１）における吸収とその等方性を最適化するためには、ピッチは５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲である。
【００４０】
既に述べたように、本発明の革新的な特性は、材料（混合物）の組成にあり、より具体的には、３種のパラメータに作用して、プレーナ状態（Ｅ１）とコニック状態（Ｅ２）の透過性能を同時に最適化する３種のパラメータの組み合わせを実現したことにある。これら３種のパラメータの選択とその値範囲の指定とが、本発明の中心概念である。これら３種のパラメータとは、（ａ）ネマチック液晶の特性（複屈折率、粘度、誘電異方性）、（ｂ）プレーナ状態（Ｅ１）における吸収とフォーカルコニック散乱状態（Ｅ２）における無彩色性の両方を最適化するピッチの値、及び（ｃ）所与の厚さにおける黒色二色性色素の濃度及び二色性比である。
【００４１】
上記の散乱メカニズムの場合、ピッチの選択は散乱相（Ｅ２）にも影響する。従って、プレーナ状態（Ｅ１）における吸収と、フォーカルコニック状態（Ｅ２）における散乱による無彩色性及び追加の減衰の両方を最適化する最適条件を見つけなければならない。図４は、フォーカルコニック相（Ｅ２）においてそれぞれ１．０００μｍ、０．３００μｍ及び０．１００μｍのサイズの欠陥が作り出される異なるサイズの散乱構造について、散乱係数の変化を波長の関数として示している。これらの欠陥は、ピッチと同じオーダのサイズを有している。このサイズが波長に比べて大きいほど、この波長に対しての光の散乱感度が低下する（無彩色散乱の場合にそうなる）。
【００４２】
本発明の思想は、吸収と散乱という２つの効果を組み合わせることによって、フォーカルコニック状態（Ｅ２）において最適な遮断状態（減衰）を実現することにある。これは、最適なフォーカルコニック状態（Ｅ２）を実現するように、ピッチのサイズ、黒色二色性色素の複屈折率及び濃度を最適化することによって、上記の２つの効果を同時に最適化することにより可能となる。
【００４３】
上記において述べたように、二色性ドーパントを用いたコレステリック液晶（ＣＬＣ）の使用は、上記の文献において公知である。一般に（特に、「色素がドープされたコレステリック液晶ベースの偏光子を含まない双安定反射型光スイッチ」と題する上記の論文を参照）、プレーナ状態（Ｅ１）は、可視ドメインにおいて（反射状態ではなく吸収状態として）最適化される（２００〜３５０ｎｍのサイズのピッチが選択される）。その後、可視領域においては、フォーカルコニック状態（Ｅ２）も観察され得るが、波長と散乱構造のサイズ（ピッチサイズと相関性を有するドメインのサイズ）との間の比率を所与とすると、上記において述べたように、散乱光の強度は波長によって変化する。散乱構造を無彩色性とするということは、（例えば、５００〜８００ｎｍにおける）ドメインの増加を意味している。このとき、散乱現象の振幅は小さくなる。この振幅を大きくする１つの方法として、これらのドメインの複屈折率を増大させることがある。
【００４４】
上記のスペクトル応答は、異なるパラメータがコントラストに影響を与えていること、特に、プレーナ状態（Ｅ１）とフォーカルコニック状態（Ｅ２）において異なるキラルドーパントで遮断状態が得られることに影響を与えていることを示すものである。
【００４５】
従って、本願が提案する解決法は、特に、３μｍ〜６μｍのセル厚に対して５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲（この赤外近傍領域では、混合物は光を反射する状態（プレーナ状態）となる）のピッチを使用することによって、セルの吸収を等方化することにより、吸収と散乱という２つの効果を共に最適化するものである。同時に、本願が提案する解決法は、可視帯域において均一なスペクトル応答を有する（すなわち、黒色二色性色素が可視帯域においてニュートラルである）と同時に、可能な限り高い散乱能を有する散乱構造を得るために、散乱構造の散乱性能、散乱要素の波長に対する相対的サイズ、散乱要素の複屈折率の変化を最適化するものである。
【００４６】
黒色二色性色素の選択は、吸収特性（可能な限りニュートラルであること）と、混和性と、二色性比とを条件に行われる。二色性比は、二色性収率（dichroic yield）とも呼ばれ、所定の材料厚に対して、Ａ^／Ａ／／で定められる。ここで、
α^は異常軸に対する吸収係数であり、
【数２】
2018508840.tif 000004
で表され、
α／／は通常軸に対する吸収係数であり、
【数３】
2018508840.tif 000005
で表される。
式中、ｄは交差する材料の厚さであり、Ｃは色素の濃度である。
【００４７】
従って、色素の濃度（Ｃ）や、材料の厚さ、二色性比（Ａ^／Ａ／／）を選択することにより、透過率を調整することができる。本発明の具体的な一特徴によれば、黒色色素の二色性比は８以上である。
【００４８】
特定の一実施態様では、材料（混合物）は以下の特性で定義される。
・黒色二色性色素
・濃度：２％〜４％
・二色性比：８以上
・キラルドーパント（キラルドーパントの濃度は、赤外ドメイン内でコレステリック液晶のピッチを変化させるように調整される）
・濃度：７％〜１５％
・キラルドーパントの種類：Ｓ８１１（左手型キラリティ）又はＲ８１１（右手型キラリティ）
・ピッチ（左右）：５００〜８００ｎｍ
・セル厚：３〜６μｍ
・ホスト液晶
・種類：ネマチック
・複屈折率：０．２０を超えていること
・粘度：温度２０℃で４００ｍＰａ・ｓ以下
・誘電異方性：Δε＞１５（この値が大きいほど印加電圧は低い）、ここで、誘電異方性Δε（この値に対するＳＩ単位又は他の単位はない）は、異常波と通常波のそれぞれに対応する誘電率値ε^とε//の間の差として定義される。
【００４９】
特定の一実施態様では、本発明は、状態遷移を加速することができる二重周波数ネマチック液晶を使用する。
【００５０】
図５は、本発明の特定の一実施形態に係る材料についての、セルの電気アドレッシングの２つのモード（スタティックモードとダイナミックモード）を示している。
【００５１】
上記において詳述した材料（混合物）を用いて電気光学シャッタ装置を製造する場合には、３つの状態Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３のすべてを適切にアドレッシング可能とするように印加信号を整合することが必要である。適切な電気信号（電圧信号Ｖ、図２参照）の作用下においては、混合物は、フォーカルコニック状態Ｅ２における光散乱効果（散乱効率及び低波長感度）を最適化することができる。
【００５２】
セルの端子にかけていた電場を突然又は部分的に切ると、ホメオトロピック状態（Ｅ３）からのプレーナ状態（Ｅ１）とフォーカルコニック状態（Ｅ２）の電気アドレッシングが行われる（図３参照）。フォーカルコニック状態（Ｅ２）にする場合には、電圧信号の振幅を、状態Ｅ３で印加される高振幅Ｖ１（２５Ｖ〜３５Ｖ）から、それよりはるかに低い保持振幅Ｖ２（Ｖ１の３％〜２５％、例えば４Ｖ〜１２Ｖ）まで変化させる。プレーナ状態（Ｅ１）にする場合には、電場を完全かつ急速に切る（すなわち、電圧信号の振幅を高振幅値Ｖ１から値Ｖ３＝０にまで変化させる）。従って、Ｖ３＝０Ｖのスタティックアドレッシングモード（Rest））で、状態Ｅ１となる。また、Ｖ１のダイナミックアドレッシングモードで状態Ｅ３となり、Ｖ２のダイナミックアドレッシングモードで状態Ｅ２となる。
【００５３】
印加される電圧信号の周波数は０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲である。
【００５４】
図５の下側部分（ＩＩ）は、ダイナミックモードでの状態Ｅ２と状態Ｅ３のアドレッシングのための電圧信号Ｖのタイミング図の一例を示している。例えば＋３０Ｖの制御電圧を用いて高強度の電場をかけることにより、セルはホメオトロピック状態Ｅ３に切り替わる。次に、例えば＋３Ｖの制御電圧を用いて低強度の電場をかけることにより、セルはフォーカルコニック状態Ｅ２に切り替わる。その後、セルを状態Ｅ３に再び切り替える場合には、高強度の電場が再度かけられるが、ここでは、例えば−３０Ｖの負の制御電圧が用いられる。その後、セルを状態Ｅ２に切り替えるため、低強度の電場が再度かけられるが、ここでは、例えば−３Ｖの負の制御電圧が用いられる。正の値の高／低電場の周期と負の値の高／低電場の周期とを連続的に適用することによって、セルの効率的な切り替えが可能となる（これにより、イオンの電荷に関連する問題が最小レベルに抑えられる）。当然のことながら、正の値の電場のみ又は負の値の電場のみに基づく制御システムを実現することも可能である。
【００５５】
図５の上側部分（Ｉ）は、材料の状態Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３に関連付けられた透過レベルを示す。Ｅ３の透過レベルは、６５％の閾値以上である。Ｅ１の透過レベルは、３０％〜４５％の範囲である。Ｅ２の透過レベルは、１％〜３％の範囲内にある閾値以下である。
【００５６】
図６は、本発明の特定の一実施形態に係る状態Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の透過スペクトログラムであり、各状態間のコントラストを高くするための混合物の最適化の一例を示している。この場合では、３つの状態（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）があることにより、以下の３つの状態を有する（４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長用の）スリーステートシャッタサングラス用の有望なシャッタ溶液を想到することができる。
・６５％以上の高透過率を有する開（ＯＮ）状態（状態Ｅ３に相当）
・３０％〜４５％の範囲の透過率を有する中間状態（サングラス型の状態、偏光子を使用する場合に相当）（状態Ｅ１に相当）
・３％未満の透過率を有する遮断（アンチグレア）状態（状態Ｅ２に相当）
【００５７】
本発明の使用用途として、特に、マスクやスリーステートサングラスや可変透過率の液晶パネルや画像素子や液晶画面等の多くの使用を想定することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月5日(2018.2.5)
【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】
ホストネマチック液晶と、
少なくとも１つのゲストキラルドーパントと、
ゲスト黒色二色性色素と
を含む、電気光学シャッタ装置を製造するための材料であって、
前記ホストネマチック液晶の複屈折率が０．２０を超えており、
前記材料が５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲のピッチを有するように、前記少なくとも１つのキラルドーパントの濃度が調整され、
前記ゲスト黒色二色性色素の濃度が、前記材料の２重量％〜４重量％の範囲であり、
前記ゲスト黒色二色性色素の二色性比が８以上である、電気光学シャッタ装置を製造するための材料。
【請求項２】
前記ホストネマチック液晶の粘度が、温度２０℃で４００ｍＰａ・ｓ以下である、請求項１に記載の材料。
【請求項３】
前記ホストネマチック液晶の誘電異方性が１５以上である、請求項１に記載の材料。
【請求項４】
前記ホストネマチック液晶が二重周波数液晶である、請求項１に記載の材料。
【請求項５】
少なくとも１つのセルを備える電気光学シャッタ装置であって、前記少なくとも１つのセルが、
光学的に透明な材料からなる第１のプレート及び第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間にある材料の層とを含んでおり、
前記材料は、
ホストネマチック液晶と、
少なくとも１つのゲストキラルドーパントと、
ゲスト黒色二色性色素と
を含み、
前記ホストネマチック液晶の複屈折率が０．２０を超えており、
前記材料が５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲のピッチを有するように、前記少なくとも１つのキラルドーパントの濃度が調整され、
前記ゲスト黒色二色性色素の濃度が、前記材料の２重量％〜４重量％の範囲であり、
前記ゲスト黒色二色性色素の二色性比が８以上である、
電気光学シャッタ装置。
【請求項６】
前記材料層が３μｍ〜６μｍの厚さを有する、請求項５に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項７】
前記光学的に透明な材料からなる２枚のプレートのそれぞれに配置された２つの電極間に電圧信号を印加する手段をさらに備え、
前記印加する手段が、印加する前記電圧信号に応じて選択的に、
第１の透過率値と関連づけられている、実質的に透明のホメオトロピック状態と、
前記第１の透過率値より低い第２の透過率値に関連づけられている、実質的に半透明のプレーナ状態と、
前記第２の透過率値より低い第３の透過率値に関連づけられている、実質的に不透明のフォーカルコニック状態と
のうちの１つに、前記少なくとも１つのセルを到達させるように構成される、請求項５に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項８】
４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長に対して、
前記第１の透過率値が６５％以上であり、
前記第２の透過率値が３０％〜４５％の範囲に含まれ、
前記第３の透過率値が３％未満である、
請求項７に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項９】
前記電圧信号が、
前記少なくとも１つのセルを前記ホメオトロピック状態に到達させるための、２５Ｖ〜３５Ｖの範囲の第１の振幅レベルと、
前記少なくとも１つのセルを前記フォーカルコニック状態に到達させるための、第１の振幅レベルの３％〜２５％の範囲の第２の中間振幅レベルと、
前記少なくとも１つのセルを前記プレーナ状態に到達させるための、０Ｖの第３の振幅レベルと
を有するように前記印加する手段が構成されている、請求項７に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項１０】
前記電圧信号が０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数を有する、請求項７に記載の電気光学シャッタ装置。
【請求項１１】
３つの状態を有する、請求項５に記載の２つの電気光学シャッタ装置を含むマスク。
【請求項１２】
可変の透過率を有する、請求項５に記載の電気光学シャッタ装置を含む液晶パネル。
【請求項１３】
請求項５〜１０のいずれか１項に記載の電気光学シャッタ装置を含む、液晶画面の画像素子。
【請求項１４】
３つの状態を有する、請求項５に記載の２つの電気光学シャッタ装置を含むサングラス。
【国際調査報告】
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