(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性ポリマー媒質中に分散された強誘電性スメクティック液晶相のミクロドメインを含んでなる、視表面を形成する光変調材料であって、ポリマー媒質の屈折率が、液晶のチルト角の余角に沿った等価屈折率にほゞ等しい、光変調材料。
【請求項２】
ミクロドメインが、回転楕円体である、請求項１記載の光変調材料。
【請求項３】
ミクロドメインが、球状体である、請求項１記載の光変調材料。
【請求項４】
液晶相が、前記ポリマー媒質中に小球状として分散しており、そして液晶の多重安定性スイッチングを促進するため、小球状の境界で弱く固定されている、請求項１記載の光変調材料。
【請求項５】
液晶相が、液晶の双安定性スイッチングを促進するため、小球状の境界で弱く固定されている、請求項４記載の光変調材料。
【請求項６】
ポリマー媒質が、光学的に等方性のポリマー相から成る、請求項１記載の光変調材料。
【請求項７】
液晶相がスメクティックＣ＊相である、請求項１記載の光変調材料。
【請求項８】
ミクロドメインが強誘電性スメクティック液晶のピッチ長さの１０倍未満の特徴的長さを有し、そして該ドメインの各々にわたって強誘電性液晶分子が、それら自身が互いに平行であるスメクティック面において互いに総体的に平行に配列している、請求項１記載の光変調材料。
【請求項９】
層内の液晶ディレクターの配列が層から層までねじられていない、請求項８記載の光変調材料。
【請求項１０】
光透過性ポリマー媒質中に分散された強誘電性スメクティック液晶相のミクロドメインを含んでなる光変調材料を含有する双安定性光変調装置であって、ポリマー媒質の屈折率が、液晶のチルト角の余角に沿った等価屈折率にほゞ等しく、該材料は２個の偏光子間および組み立てられた電極間に設けられておりそしてその最も薄い寸法に平行な方向に材料を横切って電界を印加するために配列されている、双安定性光変調装置。
【請求項１１】
次のａ）〜ｃ）の工程：
ａ）強誘電性スメクティック液晶相を形成できる中間相生成（ｍｅｓｏｇｅｎｉｃ）成分および光透過性ポリマー媒質を形成できる媒質形成成分を有する溶液を形成する工程；
ｂ）溶液の表面に関しての方向に沿って中間相生成成分の分子の配列を促進するため溶液内で力を誘発する工程；および
ｃ）ポリマー媒質から強誘電性スメクティック相のミクロドメインの相分離を促進するため溶液にバイアスをかけながら、媒質形成成分を固化する工程
を含んでなる、光変調材料の形成方法。
【請求項１２】
溶液中で力を誘発する工程が、媒質形成成分が固化されている間に、溶液中で電磁場を印加することによって行なわれる、請求の範囲１１項記載の方法。
【請求項１３】
電磁場を印加する工程が、溶液の表面に垂直な電界成分を有する電磁場を印加することを含む、請求の範囲１２項記載の方法。
【請求項１４】
電磁場を印加する工程が、溶液の表面に平行な磁界成分を有する電磁場を印加することを含む、請求の範囲１２項記載の方法。
【請求項１５】
電磁場を印加する工程が、溶液の表面に平行な磁界成分を有する電磁場を印加しそして溶液に垂直なＤＣ電界成分を印加することを含み；そして
該方法が材料に隣接する光偏光子を位置決めしそして光の透過を最大又は最小にするように偏向子の偏向方向を調整する追加の工程を含む、請求の範囲第１２項記載の方法。
【請求項１６】
溶液中での力の誘発工程が、媒質形成成分が固化されている間に、溶液の表面に平行な方向に沿って熱勾配をかけることによって行なわれる、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
次のａ）〜ｃ）の工程：
ａ）強誘電性スメクティック液晶相を形成できる中間相生成成分および光透過性ポリマー媒質を形成できる成分を形成する媒質の溶液を形成する工程；
ｂ）ポリマー媒質から強誘電性スメクティック相の小球状の相分離を促進するため、媒質形成成分を固化する工程；および
ｃ）強誘電性スメクティック相の小球状の伸びを促進するため材料を剪断する、光変調材料の形成方法。
【請求項１８】
中間相生成材料が、正の誘電異方性を有するように選ばれる、請求項１７の方法。
【請求項１９】
材料の剪断の工程が、液晶がスメクティックＡ又はスメクティックＣ相にある温度に材料を加熱しながら行なわれる、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、総体的に液晶技術に関し、更に詳しくは多重安定性光学段階を提供する電気−光学効果、２、又は３マイクロ秒又はそれ以下までに下った高速スイッチング時間、高コントラストおよび明るさおよび広い視角を提供する、ポリマーマトリックス中に分散された新規強誘電性スメクティック液晶の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スメクティック液晶は、層内で配列する分子によって特徴づけられている。分子の整列は、各層内に存在し、分子の整列の程度は特定のスメクティックに依存する。カイラル  スメクティック材料（これはカイラル  スメクティック  Ｃ* ，Ｆ* ，Ｉ* ，Ｇ* およびＨ* 層を含む）において、層内の分子の整列は層から層に一定の角度により回転し、その結果液晶構造はねじられる。例えば、スメクティックＣ* 相は、次の内容を特徴とする：すなわち、分子は層内で配列し、この層においてディレクター（すなわち、各層内の分子の長軸の共通の方向）は、相の境界に対し斜めであり、その結果分子の「チルト角」（すなわち、ディレクターと垂直な層の間の角度）は、層から層まで同じである。スメクティックＣ* 材料のバルク試料において、ディレクターは層から層までねじれている。
【０００３】
カイラル  スメクティック液晶層を有する物質の分子は、ディレクターに対しほゞ垂直な永久双極子モーメントを有する。外部電界においてカイラル  スメクティック液晶の分子の配列は、一部では、この永久双極子モーメントにより誘発されたトルク間のコンピティション（ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ）によりおよび正の誘電異方性を有する材料において、ディレクターに対して平行である誘発された双極子モーメントにより決定される。スメクティックＣ* ，Ｆ* ，Ｉ* ，Ｇ* およびＨ* 相は、液晶の幾何学が電磁界の適用に変更せしめられ、そして適当な条件下で、電磁界が一度除去されても安定に存在すると言う意味で全く「強誘電性」である。
【０００４】
スメクティックＣ* 相の液晶を用いる多数の伝送モードディスプレイが提案されてきている。例えば、「表面−安定化強誘電性液晶」（「ＳＳＦＬＣ」）ディスプレイは、パネル基板間に閉じ込められたスメクティックＣ* 液晶の薄膜を利用する。ＳＳＦＬＣディスプレイにおいて、液晶体はいわゆる「ブックシェルフ」幾何学で好ましく配列され、この幾何学において分子は、基板の内側表面に対し垂直な層内に配列しそして分子は層に対し４５°の角度に沿ってほゞ平行である。材料は、基板の内側表面に垂直な液晶を横切って外部電界を発生させることにより２つの安定な配向間でスイッチング可能である。一つの配向から他の配向に材料をスイッチングするために有効な電界は、配置の内の最初のものに戻るスイッチングに対し有効な電界に対し極性において反対である。もしも、フィルムが十分に薄い場合、各々の配向は電界を除去するとき、安定であるべきである。２つの安定な配向は、２個の配向内におけるディレクターが層並びに基板の内側表面に垂直な平面周囲に鏡像を形成する点で異っている。
【０００５】
１つの提案されたＳＳＦＬＣデバイスにおいて、液晶は、偏光子と検光子との間に設けられた平行基板間に閉じ込められる。デバイスは、液晶内を透過した、直線偏光の偏光方向を制御することにより光を変調する。液晶の複屈折性のため、液晶への入射光は異なる速度を有する２個の、直交に分極した成分に分解される。他方に対する、分極した成分の一つの相対的利点は、入射光の分極方向に対し透過される光の分極方向を、液晶フィルムの厚さおよびフィルム内のディレクターの配置に応じた程度まで回転させることである。
【０００６】
好ましいデバイスにおいて、基板は液晶への入射光の偏光の方向を９０°回転させるために選ばれたフィルム厚を有する液晶のフィルムを含む。もしも偏光子を２つの配向の第１番目において液晶の光学軸に関して約４５°で配列しそして検光子を偏光子に平行又は垂直に配置すると、デバイスを通過する光透過は、液晶の第一の安定な配向において最大又は最小である。液晶は第二の安定な配向に変化させるために電界を印加すると、デバイスにより透過される光の強度は変化する。従って、そのようなＳＳＦＬＣディスプレイは、液晶が、安定な配向の内の一つをとっているときは明るく、液晶が他の配向をとっているときは暗い。デバイスの光学的挙動は、偏光子に関して検光子を回転させることにより、又は液晶に関して偏光子又は検光子のいずれかを回転させることにより変化し得る。
【０００７】
スメクティックＣ* 液晶を用いるディスプレイに寄与する利点は、商業的に入手できる液晶ディスプレイ、例えばねじれたネマティックディスプレイに比較して、速いスイッチング時間、高コントラストおよび広い視角である。これらの強誘電性液晶材料に対する１つの適用は、コンピューター  ディスプレイ  ターミナルおよびテレビジョンである。最も最近入手できるフラット  パネル  ディスプレイは、ねじれたネマティック液晶に基づいている。これらのフラット  パネル  ディスプレイは、通常の陰極線管よりもより少ないパワーを必要とするが、しかしそれらの遅い応答、劣ったコントラスト、低明度および狭い視角のため陰極線管にとって代っていない。
【０００８】
強誘電性スメクティックＣ* 液晶を用いるディスプレイは、マイクロ秒又はそれ以下のオーダーでスイッチング時間が可能であり、一方ねじれたネマティックディスプレイのスイッチング時間は、しばしばミリ秒（ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄｓ）のオーダーである存在するＳＳＦＬＣディスプレイは、４５°を超える視角および１５００：１のオーダーでコントラスト比を示し、これは典型的ねじれセルの挙動を超えている。これらの利点にかゝわらず、ＳＳＦＬＣディスプレイは技術的困難性および液晶の安定なブックシェルフ配列を得る費用の理由で陰極線管に取って代ってきていない。更に、基板に平行に液晶の配列を促進する強いアンカリング（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）（固定）を有する表面コーティングの使用は、安定な配向間でスイッチするために要求されるスイッチング電圧を増加させる。ＳＳＦＬＣに固有の他の不利な点は、ブックシェルフ配列に対して必要な基板固定が不安定であるということであり；液晶はディスプレイを無価値にしながら、光散乱「ジグ−ザグ」又は「シェブロン構造」にスイッチするであろう。過去１０年にわたって熱心な研究にもかかわらず、ディスプレイの応用に対し強誘電性液晶を幾何学に有用に配列する経済的方法に対する要求が存在する。
【０００９】
ネマティック液晶相を用いるフラット  パネル液晶ディスプレイは、ポリマー又はプレ−ポリマー樹脂を有する溶液から液晶相の相分離により形成されてきた。これらの材料の最も早い形態は、連続ポリマーマトリックス中に分散された液晶のミクロ小球状を含んでなった。そのような材料において、通常の屈折率はポリマーの屈折率に合致していた。材料は、外部場の不存在下光を散乱させそして電界の存在下で光を透過した。そのような材料の発展は、例えば米国特許４，６７１，６１８；４，６７３，２５５；４，６８５，７７１；４，６８８，９００；４，８９０，９０２；５，００４，３２３および５，０９３，７３５の如き文献中に見出すことができ、それらの開示は参考のため本明細書に導入される。
【００１０】
３つの技術が、ポリマー相からネマティック液晶相の相分離を誘起するため提案された。「重合誘起相分離」又は「ＰＩＰＳ」として知られる方法に従い、液晶はプレポリマー中に溶解され、引き続き重合がおこる。
「熱誘起相分離」又は「ＴＩＰＳ」として知られる他の方法によれば、液晶をポリマーメルトに溶解（又は再溶解）し、引き続き冷却する。「溶剤誘起相分離」又は「ＳＩＰＳ」として知られる、第三の方法によれば、液晶およびポリマーを通常の溶剤に溶解し、引き続き溶剤を放出する。ポリマーはしばしば架橋し、ディスプレイ材料の特性を改善する。小球状の寸法および密度は、液晶とポリマー相の割合を変えることにより並びに相分離が起こる条件を変えることにより変化し得る。
【００１１】
ポリマーを有する溶液からネマティック液晶相の相分離により形成される材料を含んでなるフラット  パネル  ディスプレイは、高度に耐久性があり、並びに多くの適用に対し有用かつ経済的であるように思われるけれども、そのような材料に対する最高のスイッチング時間はミリ秒のオーダーにとどまっている。更に、これらの材料に対する視角は、ディスプレイのコストを増加する特別な複屈折性ポリマーの使用を通して約２０°だけ超えて増加され得る。より高いスイッチング速度、より高いコントラストおよびより広い視角を有する比較的安価なフラット  パネル  ディスプレイの要求が存在する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光透過性ポリマー相に変化を与える強誘電性液晶相を含んでなる新規な種類の液晶光変調材料を提供する。本発明の新規材料は、一部では製造およびディスプレイ製作の簡易化、ミクロ秒のオーダーでのスイッチング時間、多重安定性スイッチング、高コントラストおよび広い視角を特徴とする。
【００１３】
好ましい形態の材料には、光−透過性ポリマーの連続マトリックス中に分散された強誘電性スメクティック液晶のミクロドメインを含む。ミクロドメイン内で、材料が視表面に垂直な外部電界（ＡＣ，ＤＣ又はそれらの組合せ）に暴らされるとき、液晶は材料の光学的挙動が変化するように配列される。もしも、ミクロドメインが十分に小さいならば、たとえ光変調材料が乱されたときでも配列は安定である。更に、液晶の双安定性又は多重安定性スイッチングは、ミクロドメインの境界で液晶のアンカリング（固定）がたとえ十分に弱い場合でも、可能である。
【００１４】
本発明の好ましい態様によれば、液晶の配列を促進する力、例えば剪断応力および外部電磁場又は温度勾配により発生する力の存在下、ポリマー又はプレポリマーを有する溶液から強誘電性スメクティック相の相分離により材料は組み立てられる。液晶の相分離は、ＰＩＰＳ法又はＴＩＰＳ法により誘起されるけれども、ポリマーを有する強誘電性スメクティック相を有する液晶を溶剤に溶解し次いで溶剤の蒸発により相分離を誘起することにより良好な結果が得られた。
【００１５】
熱硬化性ポリマー又は熱可塑性ポリマーのいずれも使用でき、これらにはポリスチレン、α−メチルスチレン、ビニル−トルエン、イソブチレン、ブタジエン、メチルブテンのポリマー、又は種々の硬化剤、例えばチオール、アルコールおよびメルカプタンで硬化されたエポキシが含まれる。適用に応じて、双屈折性ポリマーが使用できる。
【００１６】
同様に、好ましい液晶には室温近くで又は材料に対する他の作動温度範囲で強誘電性スメクティック相を有し、そしてポリマーに適合し得る液晶が含まれる。これらの内には、Ｅ．メルク  オブ  デルムスタット（ドイツ）から入手可能なＺＬＩ−３６５４，ＺＬＩ−４００３，ＺＬＩ−４００５，ＺＬＩ−４１４０およびＺＬＩ−４２３７−１００；ＢＤＨより入手可能なＳＥＣ−１３および８４２；Ｗ７およびＷ３の混合物（各々ディスプレイテク（Ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈ）から入手可能）；アルドリッチケミカルから入手可能なアルファ−クロロエステル（Ｓ５，Ｒ−６）；および構造式Ｃ2 Ｈ5 −ＣＣＨ3 Ｈ−ＣＣｌＨ−ＣＯＯ−Ｐｈ−Ｐｈ−ＯＲを有する材料およびその混合物がある。正又は負の誘電異方性を有する液晶は、適用に応じて使用できる。
【００１７】
特に有用な材料は、液晶のピッチ長さの１０の次数又はそれ以下の直径を有する液晶の球状の又は回転楕円体のミクロ小球状の特徴をなす。そのような小球状は、もしも相分離が適当な条件下で行なわれる場合、自発的に形成される。例えば、架橋剤は液晶およびポリマーの溶液に添加され、そしてポリマー相の架橋は適当な時間で開始し液晶小球状の成長を制限する。小球状の寸法は、液晶およびポリマーを再溶解するため、相分離光変調材料を加熱し、次いで相分離を再誘起するため制御された速度で溶液を冷却することにより制御できる。相分離中に形成される液晶ミクロ小球状の大きさおよび形状を制御するためのこれらのおよび他の技術は、米国特許第４，６７３，２５５中に開示されており、この開示は参考のため導入される。
【００１８】
強誘電性スメクティック材料の相分離が、ミクロドメイン内で液晶の配列を促進する力、例えば外部電磁場、加えられる剪断応力、温度勾配又はそれらの組合せの存在下で起こる場合、液晶は液晶の薄膜内でブックシェルフ幾何学に類似の幾何学的特徴の平行層を確保する（好都合には、ミクロドメイン内でねじれなしの平行な層幾何学は「ブックシェルフ」幾何学としても言及されるであろう。）もしも、液晶とポリマー間のアンカリング（固定）が十分に弱い場合、ミクロドメインはスメクティック相に応じて、双安定性的に又は多重安定性的にスイッチされ得る。通常の散乱、通常の伝送および双安定性モードを含む幾つかのスイッチングモードは、材料の組成並びに相分離中又は分離後材料に適用される力によって促進される配列の方向に応じて可能である。
【００１９】
好ましくは、材料は２つの機構の１つによって光を変調する。「散乱−透過性」デバイスにおいて、液晶の等価屈折率は液晶の１つの配列においてポリマーの屈折率に合致しており、そして液晶の他の配列においてポリマーのその屈折率と合致していない。液晶の配列が、液晶およびポリマーの等価屈折率が合致するそのようなものである場合、入射光は材料を通して透過される。一方、液晶の配列がセル軸（基板に垂直）に沿った液晶およびポリマーの等価屈折率が著るしく異なるようなそのようなものである場合、入射光は散乱される。
【００２０】
「複屈折性」モードにおいて、ポリマーの屈折率とセルに沿った液晶の屈折率とは合致する。液晶のフィルム厚とミクロ小球状内の液晶の配向は、光がセル内を通過するとき実質的角度により投射ビームの分極方向を回転させるように選択される。セルの一方側上の偏光子および他方側上の検光子の配向は、液晶の２つの配向の１つにおいて最小の透過を与えるように調整される。次いで、他の配向は最大の透過に相当する。
【００２１】
両方のモードにおいて、液晶の境界条件および電気的性質は、単安定性、双安定性又は多重安定性デバイスの形成するために選ばれ得る。そのようなデバイスの適用には、高分解ディスプレィデバイス、光学コンピューター、光学データー保存および光通信が含まれる。
本発明の１つの目的は、ポリマー媒質中に分散された強誘電性液晶を含んでなる改善された光変調材料の形成にある。更に本発明の他の特徴および利点並びに十分な理解は、ことの最良の形態の記載および添付の図面から当業者に明らかにされるであろう。
【００２２】
図１（Ａ）−２（Ｃ）は、ポリマー又はプレポリマーを有する溶液から相分離により光透過性ポリマーの媒質中で形成される強誘電性スメクティック液晶のミクロドメインを含んでなる光変調材料の種々の態様を示している。例えば、図１（Ａ）および１（Ｂ）は、光変調材料を含んでなるシャトル又はディスプレィ１０を示しており、この材料において液晶の小球状１２は、材料の視表面１６に垂直な磁場において相分離中ポリマー媒質１４中で形成する。デバイスは、光変調材料に加えて、ポリマー媒質１４に面する基板の内側表面に設けられた透明電極２２，２４（好ましくは、インジウム−スズ−酸化物の）を有する透明基板１８，２０を含む。
【００２３】
図１（Ａ）に図式的に示されているように、視表面１６に垂直な磁場内で媒質１４を固化すると、ミクロドメイン１２内の液晶分子３０を強制的に磁場に平行に配列せしめる。
液晶１２のスメクティック面３２および電気双極子３４は、ミクロドメインからミクロドメインにランダムに配列する。もしも液晶およびポリマーが、ポリマーの屈折率が分子長軸に平行な液晶の屈折率にほゞ等しいように選ばれる場合、形成される方向への状態にあるデバイス１０は、光学的に均質でありそして視表面１６に垂直な方向に沿って透過性である。デバイス１０の視表面１６に斜めの方向に沿って入射する入射光の散乱（すなわち、もや（ｈａｚｅ））は、もしも媒質が双屈折性でありそしてポリマーの通常のおよび異常の屈折率が、分子長軸に平行および垂直な液晶の屈折率にほゞ等しい場合、減少され得る。
【００２４】
正の誘電アニソトロピーを有する液晶材料に対し、透明電極２２および２４間で発生した比較的弱いＤＣ電圧差は、視表面１６に対し電気双極子を垂直に再配列させる。図１（Ｂ）に図式的に示すように、ミクロドメイン１２内の分子３０の分子長軸は、ミクロドメインからミクロドメインまで今やランダムに配列されている。視方向１６に垂直な方向に沿ったミクロドメイン１２の等価屈折率は、ポリマー媒質１４の等価屈折率にもはやほゞ等しくない。屈折率のこの食い違いは、入射光の強いレイリー散乱を生じさせる。光透過性の形成される方向に対する状態と光散乱状態との間の光学的コントラストは、デバイスをして光の変調を可能ならしめる。
【００２５】
もしも液晶およびポリマーが、ミクロドメイン１２内の液晶相がミクロドメインの表面で強く固定するように選ばれる場合、液晶は透明電極２２，２４を横切る電圧差が除去されるとき図１Ａに示される光透過性の形成される方向への状態（アズフォームドステート（ａｓ−ｆｏｒｍｅｄ  ｓｔａｔｅ））に自発的に戻るであろう。この手段により、単安定性の「正常に透過する」（又は「リバースモード」）デバイスが形成される。用いられる材料に応じて、このデバイスに対するスイッチング時間は、ポリマー分散のネマティック液晶を用いる比較のデバイスの典型的スイッチング時間よりも少なくとも約１０の２乗よりも短いであろう。
【００２６】
ミクロドメイン１２内の液晶が、ミクロドメインの表面で弱く固定するような液晶とポリマーの異なる選択はデバイス内で生じ、これは電極２２，２４間の電圧差を除去した後でさえ、図１Ｂに示される散乱状態で留まるであろう。高周波数ＡＣ場又は、低分極密度を有する液晶の場合、電極２２，２４を横切る比較的高いＤＣ場は、図１（Ａ）に示される如く光に対し透過性の形成される方向への状態に分子３０を戻して再配列させる。（図１（Ａ）に示される状態に戻して分子３０を再配列させるために有効なＤＣ場の強度は、永久のおよび誘起双極子モーメントの対応強度によって決定される。）この手段により、双安定性デバイスが形成される。正常の透過性デバイスに関し、このデバイスに対するスイッチング時間は典型的ポリマー分散ネマティック液晶デバイスのスイッチング時間よりも少なくとも約１０の２乗短いであろう。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される正常の透過性デバイス又は双安定性デバイスのいずれも光を変調するための偏光子を必要としない。
【００２７】
負の誘電アニソトロピーを有する液晶材料に対し、透明電極２２および２４間で発生する電圧差は、電気双極子３４を視表面１６に対し垂直に再配列させる。正の誘電アニソトロピーを有する液晶の場合における如く、視方向１６に垂直な方向に沿ったミクロドメイン１２の等価屈折率は媒質１４の等価屈折率にもはやほゞ等しくなく、散乱を生じさせる。デバイスが単安定性又は双安定性であるかどうかは、液晶およびポリマーがミクロドメイン１２の表面で液晶の固定が強いか又は弱いかというそのようなことに依存する。
【００２８】
図２（Ａ），２（Ｂ）および２（Ｃ）は光変調材料を含んでなるシャトル又はディスプレィ４０を示しており、この材料において液晶の小球状４２が外部場（以下に論議する如き）の影響のため相分離中ポリマー媒質４４中で形成する。デバイス４０は、光変調材料に加えて、ポリマー媒質４４に面する基板の内側表面に設けられた透明電極５２，５４を有する透明基板４８，５０および基板の対向面に隣接する偏光子５６，５８を含む。偏光子５６，５８は、必要に応じそれらの軸が互いに平行又は垂直となるように回転され得る。
【００２９】
図２（Ａ）に図式的に示すように、視表面４６にほゞ平行な磁場並びに視表面４６に垂直なＤＣ又はゆっくり変化するＡＣ電圧内の媒質４４を固化すると、ミクロドメイン４２内の分子６０は「ブックシェルフ」幾何学に配列し、その結果スメクティック面６２は視表面４６に対し垂直である。小球状４２の電気双極子６４は、視表面４６に垂直に配列し、同時に分子６０それ自身はスメクティック相６２に垂直な線に関しチルト角βで配列する（分子６０は、図２Ａに示した「分子」のより大きな端部により示される如く紙面によって表わされた面から傾いている）。液晶分子がチルト角βで配列しているとき、もしも液晶およびポリマーがポリマーの屈折率がセル軸に沿って液晶の等価屈折率にほゞ等しいように選ばれる場合、形成される方向への状態にある光変調材料は入射光を伝達しそして入射光の偏光方向を視表面４６に垂直な方向に沿って回転させる。
【００３０】
加えて、もしも液晶およびポリマーが、ミクロドメイン４２内の液晶相がミクロドメインの表面で弱く固定されるように選ばれる場合、媒質４４が固化される方向に反対の方向にＤＣ場を印加すると分子６０はスメクティック層内でスイッチの切り換えをなさしめ、その結果双極子モーメント６４は反対方向に向く。図２Ｂに図式的に示されるこの配列において、光変調材料は又伝達しそして視表面４６に垂直な方向に沿って入射光の偏光方向を回転させる。偏光方向の回転は、形成される方向に対しての状態のそれと反対である。液晶は、媒質４４が固化する場の方向にＤＣ場を印加することにより再び図２（Ａ）の配列に戻る。
【００３１】
偏光子５６，５８の偏光方向を回転させることにより、図２（Ａ），２（Ｂ）で示した配列の一つにおけるデバイス４０を通る光透過を最大にすることができそして他の配列におけるデバイスを通る光透過を最小にすることができる。この手段により「複屈折」モードデバイスが形成される。最大のコントラストを得るための偏光子の相対的配置は、スメクティック相の複屈折性、光変調材料の厚さおよび液晶のチルト角を含む因子に依存する。このような複屈折モードデバイスの利点には、超高速双安定性スイッチングおよび高コントラストが含まれる。１つの利点は、偏光子の使用による低光スループットである。
【００３２】
別に、液晶が正の誘電アニソトロピーを有しそしてミクロドメイン４２内の液晶相がミクロドメインの表面で強く固定されるように、もしも液晶およびポリマーが選ばれる場合、電極５２，５４を横切る強いＤＣ電圧を発生させると、視表面４６にほゞ垂直な方向に対して液晶分子の再配列を誘起する。再配列の程度は、永久双極子の相互作用エネルギー、電界の強さの最初の力に依存する大きさおよび誘起された双極子の大きさ、および電界の強さの第二番目の力に依存する大きさに依存する。図２Ｃに図式的に示されるこの再配列の状態において、視方向４６に垂直な方向に沿ったミクロドメイン４２の等価屈折率は、媒質４４の等価屈折率にもはやほゞ等しくない。屈折率のこの食い違いは入射光の強いレイリー散乱を生じさせる。強いＤＣ場が除去されると、液晶は図２Ａに示される配列に自発的に戻る。この手段により散乱−透過性デバイスが形成される。
【００３３】
図２（Ａ）および２（Ｂ）と一致させる目的で偏光子５６，５８を図２（Ｃ）に示すが、非偏光が媒質４４に入射されるとき、光散乱は図２（Ｃ）で示される状態で生じる。実際、図２Ａの光透過状態と図２（Ｃ）の散乱状態間のコンタクトおよび光スループットは、もしも偏光子が除去されると増大するであろう。５６，５８で示される如き偏光子を有する図２（Ａ）および２（Ｃ）で示される材料を用いて構成される散乱−透過性デバイスは操作するであろうか、そのようなデバイスは好ましくは偏光子を有しないであろう。
【００３４】
図１（Ａ）および１（Ｂ）に示されるデバイスに類似の散乱−透過性又は双安定性モードで操作するデバイスは、ＤＣ又はＡＣ電場の存在下、媒質を固化することによって形成され得る。別に、図２（Ａ），２（Ｂ）および２（Ｃ）に関連して論議した散乱−透過性又は双複屈折モードで操作するデバイスは、視表面４６に平行に温度勾配の存在下で媒質４４を加熱するか、又は固化するかにより、スメクティックＡ又はスメクティックＣのいずれかに液晶を保ちながら光変調材料を剪断することにより形成される。材料、ポリマーが固化する環境および液晶の配列方法に応じて、ミクロドメインは非球状である（すなわち、球状よりもむしろ回転楕円体の形態をとる）。形状の相違は、材料のスイッチング挙動にインパクト（ｉｍｐａｃｔ）することが期待されそしてデバイスの操作を改善するため利用され得る。
【００３５】
以上の議論の全ては、スメクティックＣ* を利用するデバイスによって組合せられているけれども、スメクティックＦ* ，Ｉ* ，Ｇ* およびＨ* 相に適用することも可能である。これらの相は、ブックシェルフ幾何学で配列されるとき、２個以上の安定な配向が可能であるので、これらの材料を利用するデバイスは、好ましい配置において多重安定性スイッチングが可能である。
【００３６】
液晶の溶液が先ず形成されそして固化される場合、配列が行なわれ得る。別に、配列は強誘電性スメクティック液晶の分散せしめられたミクロドメインをすでに含有する材料を加熱することにより次いで液晶の配列を促進するため起発された力の存在下、媒質を再固化することにより行われ得る。
本発明の好ましい態様を次の非制限的実施例により更に説明する。
【００３７】
【実施例】
ダルムスタット（ドイツ）のＥ．メルクから入手できる強誘電性材料ＺＬＩ−３２３４、次の割合でクロロホルム中、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で溶解した：
ＺＬＩ−３２３４  ０．４２ｇ
ＰＭＭＡ          ０．２８ｇ
ＣＨＣｌ3         ６．３ｇ
その溶液をガラス管に注入しそして数分間攪拌器で混合した。直径５μｍのスペーサーをこの混合物を添加し均一なセル間隔を得た。溶液を、ＳｉＯ2 のバリヤー層有する一方にインジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）塗布したプレート上に塗布した。ガラスプレートを一夜放置し溶剤を蒸発させ、透明ポリマー中に分散せしめられた液晶の小球状を含んでなる薄層が残った。第二のプレートを塗布したプレートの頂部上に置きそして二つのプレートを一緒に締めた。セルを１５０℃に加熱し、熱圧プレス機内の１３７．９kPa （２０psi ）の圧力のもとに置き、次いで〜１℃／分の割合で３０℃に冷却した。
【００３８】
ＳｉＯ2 を、セルの外側のガラスプレートの小領域を除去しそしてワイヤー線をインジウム金属を用いてＩＴＯ表面にはんだ付けした。可変周期および振幅の変更する正および負のシーケンスパルスを含んでなる電気信号を適用しそしてセルのスイッチング特性が偏光顕微鏡下で認められた。０ボルトから２５ボルトの振幅を有する電気周期の振幅を変えながらそしてパルス接続時間を１０Hzから１００Hzに変えながら、観察を行った。最後の２つの節で述べた手順に従い、約８０％の小球状が形成した。ほゞ１０−２０％の小球状が電気パルスに応答することが見出された。種々の小滴のしきい電圧は、５ボルトから２５ボルトに変化し、そのようなデバイスにおいてグレイ（ｇｒｅｙ）スケールの可能性を実証した。オンおよびオフ状態の双安定性は、電気信号の源から導線を除去することによりそしてセル相上に残されたチャージを除去するための導線を短かくすることにより確認された。導線を短かくすることは、双安定性があると同定された小球状の状態に影響を与えなかった：何故なら、それらは導線がしゃ断されるときそれらはそれらがある状態でとどまるからである。他の小球状の大きなフラックション（ｆｒａｃｔｉｏｎ）が、それらの光学的外観を変えるために見出されたが、しかし電気パルスを応用したときスイッチするために表われなかった。何故ならそれらの光学軸は双安定性を示すため（実験的組立に対し）誤った配向にあったからである。
【００３９】
双安定性の小球状は、少なくとも１００Hzの周波数でスイッチできると思われた。実際のスイッチング時間は、バルク試料に対する液晶の製造により言及した如くはるかにより短い（〜１００μｓ）、しかしそのような高速度でスイッチングする試験に対し実験は企画されなかった。
本発明の多くの変更および修正は前述の開示に照らして当業者に明らかであろう。従って請求の範囲内で、本発明が特に示しそして記載以外でも実施できると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）および（Ｂ）は、形成される方向に対し（又は単安定性材料の場合には、場−オフ状態）および場−オン状態において、それぞれ材料の１つの態様を示す模式的断面図である。
【図２】（Ａ）は形成される方向に対し（又は、単安定性材料の場合には、場−オフ）状態における材料の第二の態様を模式的断面図である。
（Ｂ）および（Ｃ）は、異なる場−オン状態において（Ａ）の態様の模式的断面図である。偏光子は（Ａ）および（Ｂ）に一致する目的で（Ｃ）において示されるが、それらは（Ｃ）で示される条件で用いるディスプレイの操作に不必要である。
【符号の説明】
１０…シャトル又はディスプレイ
１２…小球状（ミクロドメイン）
１４…ポリマー媒質
１６…視表面
１８，２０…透明基板
２２，２４…透明電極
３０…分子
４０…ディスプレイ
４２…小球状（ミクロドメイン）
４４…ポリマー媒質
４６…視表面
５２，５４…透明電極
５６，５８…偏光子
６０…分子
６２…スメクティック面
【図１】
0003757365.tif 000002
【図２】
0003757365.tif 000003