JP2003533736A - 液体ホスト系中の電気的に切換可能なポリマー液晶ならびにポリマー複屈折フレーク及びそれを利用する光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体ホスト系中の電気的に切換可能な改良されたポリマー液晶ならびにポリマー複屈折フレーク及びそれを利用する光学装置を提供する。 【解決手段】 液体ホスト媒体中に懸濁させたポリマー液晶（ＰＬＣ）または他の複屈折ポリマー（ＢＰ）のフレークまたは小板は、懸濁液が透明導電性コーティングを施した一対の堅い基質の間に含まれているか、柔軟性ホストポリマー本体内にマイクロカプセルとして分散している場合に、電気的に切換可能な光学装置内で活性素子として作用可能な系を構成する。これらのフレーク材料の光学特性には、長い有効光学距離、各種の偏光状態、その選択的反射または複屈折での高い角感受性が含まれる。これらの装置のフレークまたは小板は、粒子回転または並進を用いた従来の装置によって得られる切換特性を達成するために、標準から細胞表面までわずか３から２０°の回転のみを必要とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、液体ホスト媒体中に懸濁させたポリマー液晶（ＰＬＣ）または複屈
折ポリマー（ＢＰ）のフレークまたは小板の系を使用した、電気的に切換可能な
粒子装置（デバイス）に関する。本発明による装置は、これに限定されるわけで
はないが、カラー切換が可能で、平面または曲面のいずれかでの情報ディスプレ
イ用途の柔軟性のある媒体としての、反射または透過型情報ディスプレイ（例え
ば広面積標識、自動車ダッシュボード、ヘッドアップディスプレイ及び「電子ペ
ーパー」）を含む、情報ディスプレイ、光学及び光通信学において有用である。
本発明は、カラー操作用の改良型切換及び調整可能な装置（すなわち切換または
調整可能なカラーフィルタ）、所望の波長及び帯域での偏光用の切換及び調整可
能な光学遅延または変調素子、切換可能なマイクロ偏向器、エネルギーまたはプ
ライバシー管理用の切換可能な「スマートウィンドウ」、装飾用途に使用するた
めの切換可能な絶縁保護コーティング、及び軍事上の機密保持、カムフラージュ
、基質反射率制御、文書の機密保持、偽造防止、物品のタグ付けならびに識別に
使用される切換可能なコーティングも提供する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】

液晶装置、電界放出装置、プラズマ装置などの情報ディスプレイ、そして最新
の粒子ベース画像ディスプレイに関する技術に、かなりの研究の試みが集中して
いる。最初は３０から４０年前にわたって調査された粒子ベースのディスプレイ
は、液体ホスト媒体中で懸濁された粒子の運動に依存している。粒子は印加され
た電場または磁場に反応して、入射反射光の反射率または色の変化を引き起こす
か、透過光の偏光状態を調整または変化させる。そのような効果は、懸濁粒子の
並進または回転のどちらかによって誘起され、磁性分極、電気泳動、誘電分極な
どの物理現象または他の形の電流誘起効果に基づいている。特許文献１は、液体
懸濁媒体中の、バリウムフェライトなどの材料でできた多様な磁気強度の多色「
マイクロマグネット」と、カラーディスプレイを作成するための、外部磁力によ
るその操作について述べている。特許文献２は、周囲光条件で使用する、電磁石
によって切換える反射型ディスプレイ装置を作成するための、水ベースまたは炭
化水素ベースのフェロ液体のいずれかに分散された３２５メッシュサイズ（約４
５μｍ）未満の、アルミニウムなどの金属フレークについて述べている。さらに
特許文献３は、装置の反射率を変化させる電場により操作される荷電粒子に基づ
いた、電気泳動ディスプレイまたは記録装置について述べている。

【０００３】 １９７６年６月２９日に発行されたＣ．Ｗ．Ｊａｃｏｂの特許文献４は、連続
循環されている誘電液体中に分散された導電性小粒子（アルミニウムまたはグラ
ファイト）よりなる光ゲートディスプレイについて述べている。Ｊａｃｏｂの特
許の装置は、組込光導体の選択的照明によって生成される電場を使用して間接的
にアドレス指定され、反射または透過のいずれでも、画像リレーまたは画像コン
バータとして機能する。Ｊａｃｏｂは、同様な方法で機能する装置を作成するた
めに、粒子分散を純粋な、粒子を含まない液晶液体ホストに置き換えられること
を指摘している。

【０００４】 １９９７年７月２２日にＲ．Ｌ．Ｓａｘｅらに発行された特許文献５は、その
機能が、ホスト媒体中に分散した１ミクロン未満で不等大の偏光粒子に基づく「
懸濁粒子装置」（ＳＰＤ）について述べている。電場の印加によって、粒子の向
きが変化する。２色切換が可能であるが、非常に長いセル経路長（１２５から８
２５μｍ）と高い駆動電圧（＞２０００Ｖ）が必要であり、オン及びオフ状態の
コントラストの差が小さい。

【０００５】 さらに最近、マイクロカプセル化技術を利用した粒子ベース装置は、新聞や他
の印刷資料に取って代わる柔軟性の高い、再書込み・再利用可能な電子記憶媒体
の新たな形としてのそれらの用途に大きな関心が集まっているため、最先端とな
っている。インターネットや他の記憶情報源から電子的に更新できる、そのよう
な紙状の情報記憶媒体は、そのような装置が対応する広範囲にわたる潜在的用途
と市場エリアによって、大きな経済的影響を及ぼすことが予想される。これらの
装置は、それ自体はポリマーのフィルム形成バインダ材料内にカプセル化されて
いる粒子／液体ホスト分散で構成され、長期間にわたってテキストやグラフィッ
ク画像を保持可能な双安定切換特性を備えた柔軟性の高い、電気によってアドレ
ス指定可能なシートを形成する。

【０００６】 これに関連して、Ｎ．Ｋ．Ｓｈｅｒｉｄｏｎらは特許文献６、特許文献７、特
許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献
１３、特許文献１４で、Ｊ．Ｍ．Ｃｒｏｗｌｅｙは特許文献１５、特許文献１６
で、Ｄ．Ｋ．Ｂｉｅｇｅｌｓｅｎらは特許文献１７で、Ｊ．Ｄ．Ｍａｃｋｉｎｌ
ａｙらは特許文献１８で、内部にそれ自体は柔軟性ポリマーマトリクス中にカプ
セル化された液体充填空洞を含む、５０から５００μｍの「重クロム」ガラスま
たはポリマー球よりなる、各種の形の「Ｇｙｒｉｃｏｎ」装置について述べてい
る。各球は、対向する半球が異なる色であり、２つの半球が反対の表面電荷を持
っているため、フィルムにわたって印加される電場の存在下で９０から１８０°
回転させることができるように形成されている。装置電圧は、回転球とそれらを
含む空洞の半径の増加とともに上昇し、双安定切換を作成する。Ｇｙｒｉｃｏｎ
装置は、反射モードで機能する。

【０００７】 別のマイクロカプセル化粒子ディスプレイ技術は、Ｊ．Ｊａｃｏｂｓｏｎらに
発行された特許文献１９において、そしてＪ．Ｄ．Ａｌｂｅｒｔらによって特許
文献２０で述べられているＥ−Ｉｎｋ（商標）である。この技術は、等方性誘電
ホスト液体中の、陰性及び陽性に荷電したマイクロ粒子（直径＜１μｍ）のカプ
セル化「電気泳動分散」に基づいている。このホスト液体自体は、ポリマーバイ
ンダ中にカプセル化されている。ＪａｃｏｂｓｏｎとＡｌｂｅｒｔにより、電気
泳動分散のマイクロカプセル化は、従来の電気泳動ディスプレイで普通に発生す
る粒子の凝集や沈降を防止するための重要な要素である。Ｇｙｒｉｃｏｎ装置と
は異なり、Ｅ−Ｉｎｋ装置は、印加された電圧の符号により、マイクロカプセル
の上部または底部に向かう粒子の並進によって機能する。粒子は一般に、ポリマ
ーコーティングによってコーティングされた無機または金属粒子で構成されてい
る。色の切換を行うか、反射率の変化を生じさせるために、他の色素、金属フレ
ークまたは逆反射体をそれぞれ加える。装置の切換閾値と双安定性を調整するた
めに等方性誘電ホスト液体の代わりに、ネマチック液晶液体を分散物中で使用す
ることができる。１９８１年１２月１５日に発行されたＳｏｍｌｙｏｄｙらの特
許文献２１は、ＪａｃｏｂｓｏｎとＡｌｂｅｒｔの特許の装置と同様の方法で閾
値反応特性を与えるために、荷電粒子ディスプレイにネマチック液晶をホスト液
体として使用することを報告している。

【０００８】 無機または金属粒子を使用する粒子ベースディスプレイの特許及び公開文献の
両方とも多くの例が豊富であるが、活性粒子として複屈折ポリマーまたはポリマ
ー液晶を利用する電気−光学粒子装置の報告例は存在しないにほぼ等しい。１つ
の例は、Ｄ．Ｃａｉｒｎｓらが非特許文献１で報告しているように、適切な光開
始剤の存在下でグリセロール中に分散させたＵＶ硬化液晶反応性モノマーを重合
させることによって調製した、インサイチューポリマー化ネマチック液晶球の使
用である。この装置は、（１）得られるポリマー化ネマチック液晶球自体が複屈
折性及び両極性である、（２）これらの球は、印加した交流電場と、ポリマー化
液晶材料の誘電異方性との結合によって、向きを変えることができる、という点
で上述の特許で述べられている装置とは実質的に異なる。したがってＣａｉｒｎ
ｓらは、光学効果が液体中に懸濁させた球状粒子の電界誘起回転によって発生す
るという点で、Ｇｙｒｉｃｏｎ装置と同様に機能する電気−機械−光学（ＥｌＭ
Ｏ）装置を提唱している。しかし反射で機能するＧｙｒｉｃｏｎ装置とは異なり
、ＥｌＭＯ装置は、光学効果を生じるポリマー化ネマチック液晶球の回転によっ
て発生するネマチック複屈折の相違に基づいているため、透過においてのみ変化
回転装置として動作する。

【０００９】 １９９４年１１月１５日に発行されたＳ．Ｆａｒｉｓらの特許文献２２では、
グランジャン構造に配列されたポリマーコレステリック液晶（ＰＣＬＣ）ポリシ
ロキサンフィルムの熱破壊によって生じる粒子、すなわち「フレーク」が開示さ
れている。これらのフレークは、大きさが数百ミクロンから１ミクロン未満の範
囲にわたり、これらが由来する親フィルムと同一の光学特性を示す。比較的高い
ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を持つ配列ＰＣＬＣフィルムを原料とするため、その特
異な光学特性（選択的反射性波長、複屈折）及び配列品質は「凍結」されており
、そのため熱的または機械的破壊には実質的に影響を受けない。これらの特異な
光学特性は、フレークをポリマー溶液に分散させて、文書の機密保護から自動車
の外部コーティングにわたる用途のために、珍しい光学特性を備えた受動（すな
わち切換不能の）絶縁保護コーティングを調製するためのバインダとして使用す
ることによって、他のポリマー「ホスト」に受け継がせることができる。ＰＬＣ
フレーク及び色素を作成する他の方法は、Ｉ．Ａ．Ｓｈａｎｋｓらによる特許文
献２３で、Ｃ．Ｍｕｌｌｅｒ−Ｒｅｅｓらによる特許文献２４で、Ｒ．Ｗ．Ｐｈ
ｉｌｌｉｐｓによる特許文献２５で、Ｗ．Ｈｏｕらによる特許文献２６でも報告
されている。ごく最近ではＦａｒｉｓらも、光架橋性ＰＣＬＣ材料に基づくパタ
ーン化小板の製造方法を報告している。

【００１０】 ＰＣＬＣフィルムの色、飽和及び輝度はすべて広範に研究されている。一部の
ホスト液体中でのＰＣＬＣフレークの色特性及び化学適合性は、非特許文献２で
報告されているように、Ｅ．Ｋｏｒｅｎｉｃらが最初に研究した。２色重畳コー
ティングには、従来のインク、染料または色素によって得られる減色効果とは異
なる、加色混合物がある。色は高度に飽和されており、照明及び観察の角度への
依存を示すため、その外観は美術や塗料や化粧品などの商業製品の製造の基準と
して使用されている。Ｌ．Ｌｉは特許文献２７で、熱的または光化学的に架橋可
能なＰＣＬＣの特殊化硬化サイクルを使用して、ＰＣＬＣフィルム内にピッチ勾
配を誘起できるということを提唱している。ピッチの勾配を制御することによっ
て、可視から近ＩＲまでの範囲の幅広い反射率帯域を持つフィルムを製造できる
。このような材料の用途の１つは、液晶ディスプレイ中の広帯域、非吸収性偏向
器としてである。

【００１１】

【特許文献１】 米国特許第３，４０６，３６３号

【００１２】

【特許文献２】 米国特許第４，０７６，３８７号

【００１３】

【特許文献３】 米国特許第３，６６８，１０６号

【００１４】

【特許文献４】 米国特許第３，９６７，２６５号

【００１５】

【特許文献５】 米国特許第５，６５０，８７２号

【００１６】

【特許文献６】 米国特許第４，１４３，１０３号

【００１７】

【特許文献７】 米国特許第４，１２６，８５４号

【００１８】

【特許文献８】 米国特許第５，３４４，５９４号

【００１９】

【特許文献９】 米国特許第５，３８９，９４５号

【００２０】

【特許文献１０】 米国特許第５，７０８，５２５号

【００２１】

【特許文献１１】 米国特許第５，７３９，８０１号

【００２２】

【特許文献１２】 米国特許第５，７５１，２６８号

【００２３】

【特許文献１３】 米国特許第５，７６０，７６１号

【００２４】

【特許文献１４】 米国特許第５，７６７，８２６号

【００２５】

【特許文献１５】 米国特許第５，７５４，３３２号

【００２６】

【特許文献１６】 米国特許第５，８２５，５２９号

【００２７】

【特許文献１７】 米国特許第５，７６７，８２６号

【００２８】

【特許文献１８】 米国特許第５，７３７，１５５号

【００２９】

【特許文献１９】 米国特許第５，９６１，８０４号

【００３０】

【特許文献２０】 米国特許第６，０１７，５８４号

【００３１】

【特許文献２１】 米国特許第４，３０５，８０７号

【００３２】

【特許文献２２】 米国特許第５，３６４，５５７号

【００３３】

【特許文献２３】 英国特許第２，２７９，８８３号

【００３４】

【特許文献２４】 米国特許第５，８５１，６０４号

【００３５】

【特許文献２５】 米国特許第５，２７９，６５７号

【００３６】

【特許文献２６】 米国特許第５，５８７，２４２号

【００３７】

【特許文献２７】 米国特許第５，６９１，７８９号

【００３８】

【非特許文献１】 Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄ
ｉｓｐｌａｙ（ＳＩＤ）Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ
ｓ，ＸＸＸ，ｐ７２５から７２８（１９９９）

【００３９】

【非特許文献２】 Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．３１７，ｐ
．１９７−２１９（１９８８）

【００４０】

【課題を解決するための手段】

本発明に従ってフレーク／ホスト系を提供するために、ポリマーコレステリッ
ク液晶（ＰＣＬＣ）または他の複屈折ポリマー（ＢＰ）材料のフレークまたは小
板を液体ホスト中に分散または懸濁させると、それらは印加電場に驚くほど感受
性であり、異なる角方向にただちに切換可能である。従来の特許及び出版物の上
の議論から明らかとなるように、液体ホスト中に分散または懸濁させたこれらの
フレークまたは小板の感受性は、これまで認識されていない。これらのフレーク
または小板は以下総称的に、電気光学感受性フレークと呼ぶ。本発明による装置
の性能は、電気光学感受性フレークとホストの特性の両方に依存し、これらは好
ましくは以下の特性を備えている、 １）フレーク材料は、ホスト媒体と化学的に適合性（すなわち完全に不溶性）
である； ２）フレーク材料とホスト媒体の両方の密度は、ホスト中でのフレークの均一
な分散を維持し、凝集や底への沈降、または装置上部への上昇を棒すするために
、近接して一致させる； ３）ホスト液体は、競合する電気流体力学効果を消滅させるのに十分高い抵抗
（≧１０^９Ω−ｃｍ）を持つ。 ４）フレークは、最適な切換及びコントラストを維持するために、幅が２０か
ら４０μｍの範囲内であり、長さ−幅の比が２から３である。 ５）ホスト材料の粘度は、反応時間を最低限にするために、フレークの懸濁を
維持できる最低値である。 ６）フレーク材料とホスト液体の屈折率は、散乱損失を避けるためにできるだ
け近接して一致させる。

【００４１】

【発明の実施の形態】

電気光学感受性フレークは、米国特許第５，３６４，５５７号でＳ．Ｆａｉｒ
ｓらが述べているような方法で作成したＰＬＣフレーク材料でもよく（１９９８
年１１月２０日に提出された、Ｆａｒｉｓの米国特許出願第０９／１９６，５８
３号も参照）、ポリマーネマチック液晶（ＰＮＬＣ）またはポリマーコレステリ
ック液晶（ＰＣＬＣ）のどちらかの形でありうる。電気光学感受性フレークは、
米国、ミネソタ州セントポールの３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙが市販している多層偏光
色素などの、液晶特性を持たない複屈折ポリマーでもよい。装置１の最も簡単な
実施形態（図１）において、ＰＮＬＣ、ＰＣＬＣまたはＢＰフレークはホスト媒
体中に分散しており、フレーク／ホスト懸濁物は、フレーク／ホスト懸濁物に接
する表面に導電性コーティングを施された２枚のガラス基質間に閉じ込められて
いる。そのため形成された電気−光学セルの液体ギャップは、Ｍｙｌａｒスペー
サー、ガラス繊維、ガラス／プラスチック球によって、または写真平版術または
化学蒸着などのさらに高等な技術によって制御可能であり、ギャップは通常、少
なくともフレークの最大断面寸法の大きさである。

【００４２】 図１は、基本装置構成と、フレークがＰＣＬＣ材料よりなる場合の切換挙動を
示す。装置の各種実施形態で使用するフレークの代表的な寸法は、長さが２０か
ら４０μｍ、縦横比（長さ対幅）が２から３、厚さが５から７μｍである。装置
に電場を印加すると、フレークの回転が始まり、装置の光学特性（すなわち選択
的反射色または複屈折）が結果として変化する。ＰＣＬＣフレークの選択的反射
の長い有効光学経路長と高い角感受性により、切換特性を得るためには、セル表
面に対する垂線の周囲を３から２０°、フレークが回転することのみが必要であ
る。以前は活性粒子の、これよりはるかに大きな角度の回転（例えばＧｙｒｉｃ
ｏｎ）または並進（例えばＥ−Ｉｎｋ）が必要であったことに注目すること。加
えて、ＰＣＬＣの独自の光学及び偏光特性によって、本発明の装置は、例えば光
学や光通信学など、既知の特許文献で述べられているいずれの装置によって考え
られるよりも、かなり広範囲にわたる応用範囲に利用できる。

【００４３】 ＰＬＣフレークを使用する、本明細書で述べるすべての実施形態において、フ
レークとホスト材料は以下の特性を持つ：（１）ＰＬＣフレーク材料はホスト媒
体と化学的に適合性である；（２）ＰＬＣフレーク材料とホスト媒体の密度は、
凝集、沈降、またはホストからのフレークの分離を防止するために密接に釣り合
っている；（３）ホスト材料の粘度は、懸濁物を維持するために十分高いが、反
応時間を最短にするために十分低い；（４）ホスト液体の抵抗率は、電気流体力
学効果との競合を避けるために十分高い；（５）ＰＬＣフレーク材料とホスト液
体の屈折率は、散乱損失を防止するために密接に釣り合っている。

【００４４】 各種の実施形態で装置を駆動させるために使用する電場の性質は、フレーク材
料の組成と液体ホストの両方によって変わる。フレーク材料が例えば、十分高い
値の誘電異方性を持つＰＮＬＣまたはＰＣＬＣなどの材料で構成されている場合
、交流電場を用いて切換工程を開始できる。そのような材料は、合成によって純
粋な形で調製できる。誘電異方性が非常に低い、または誘電異方性を持たない低
分子量の液晶液体は、他の低分子量の添加物を多量に混合するか、それによって
ドーピングすることによって改良すれば、混合物全体に有限値の誘電異方性を付
与することができる。交流電場によって再配向可能なＰＣＬＣフレークを形成す
るためにそのような低分子量で誘電異方性の高いドーパントを、誘電異方性が非
常に低い、または誘電異方性を持たない市販のポリマーＣＬＣ材料に添加して誘
電異方性の効果を与えることが、本発明の特徴である。

【００４５】 あるいは実質的に誘電異方性を欠いたフレーク材料の場合、直流電場を用いて
、フレーク表面の貯蔵表面電荷との結合によってフレークを再配向することがで
きる。この直流切換工程は、電荷制御剤を用いて向上させることができる。その
ような電荷制御剤の代表的なサンプルを表１に示す。これらの電荷制御剤は、ホ
スト液体マトリクス中に電荷制御剤が感知できるほど解離しない方法で、ホスト
液体に直接添加するか、フレーク表面に直接塗布することができる。後者を実施
する１つの方法は、電荷制御剤をフィルム形成ポリマー材料中に吸収させて、ひ
いてはフレーク形成前に親ＰＬＣまたはＢＰフィルム上に直接溶液キャストされ
た「電荷制御層」を形成させることである。上記を実施するための最も望ましい
方法は、親ＰＬＣまたはＢＰフィルムと同じ材料で構成されたフィルム形成ポリ
マー電荷制御層についてである。この手法により、フレーク外部表面の光学特性
を実質的に変化させずに、フレークと電荷制御層との間の熱的及び化学的適合性
を最大限に確保できる。図２（ｂ）に、そのような電荷制御層が施されたフレー
クを図示する。

【００４６】

【表１】

【００４７】 ホスト材料は複数の等方性の誘電性液体材料から選択できる。フルオロシリコ
ーンオイルは、その低い粘度、高い抵抗率、そして低い屈折率がフレークの運動
を最適化し、散乱損失を低下させるのに有効であるため、ホストとして好ましい
。さらに、フルオロシリコーンの高い密度によって、懸濁ＰＬＣフレークの沈降
を防止するのに役立つ。本発明が提供する装置で効率的に機能する誘電ホスト液
体を表２に示す。ネマチック液晶液体もホスト材料として使用できる；しかしネ
マチックＬＣ材料はそれ自体で光学及び誘電異方性の両方を有するため、等方性
ホストを使用する装置と比較して、結果として得られた装置の光学特性と切換性
能の両方を実質的に変化させる。

【００４８】

【表２】

【００４９】 ホスト材料中に界面活性剤が存在することは、フレークを誘電性媒体中に均一
に分散及び懸濁させておくのに有効であり、フレークがセルの電極面に固定化さ
れるのを防止するのにも役立つ。表１に示した電荷制御剤も界面活性剤であり、
電荷制御とフレーク懸濁制御機能の両方を同時に行う。

【００５０】 以下に、ある特定の性質を備えた図１に示すような装置を提供するフレーク及
び／またはホスト材料の選択の実施例を示す。 （実施例Ａ） フレークは、非架橋性環状ポリシロキサン液晶ポリマー（ＣＬＣ５３５ＬＣポ
リシロキサン、Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ製）などのＰＣＬＣ材料、またはＷ
ａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅが供給する架橋性ポリシロキサンＣＬＣポリマー系な
どの光重合性ＣＬＣポリマー系、またはＢＡＳＦ性の架橋性アクリル酸塩ＣＬＣ
ポリマーである。これらの材料から作成したフレークをフルオロシリコーンオイ
ルまたは表２のホストの１つに分散させて、表１の群から選択した電荷制御剤を
加えた。そのような装置は直流電場を印加すると、緑色の選択的反射状態から暗
状態に切換わり、例えば反射性ディスプレイ装置、切換可能な狭帯域ミラーまた
は切換可能なカラーフィルターとして有用である。

【００５１】 （実施例Ｂ） ＰＣＬＣフレークは、表２の電荷制御剤を用いて、フルオロシリコーンオイル
表１の他のホストに分散させた米国特許第５，６９１，７８９号でＬ．Ｌｉｎが
述べているように調製したピッチ勾配ＰＣＬＣフィルムから作成され、ＵＶ、可
視またはＩＲスペクトルの非常に広範な領域で動作する切換可能な広帯域反射性
装置を製造できる。印加された直流電場は、装置の切換に用いられる。

【００５２】 （実施例Ｃ） ＰＣＬＣフレークは、異なる選択的反射色を持つＰＣＬＣフレークの混合物で
もよく、各色グループのフレークは、図２に示すように、表１から選択した各種
濃度の電荷制御剤を含む「電荷−制御層」でコーティングされている。フレーク
の各色グループは、シリコーンオイルまたは表２から選択したホストなどの誘電
ホスト液体に分散させると、異なるレベルの印加直流電圧に反応する。結果とし
て、例えばフルカラー反射情報ディスプレイ装置、可変光学フィルター、または
ファブリーペロー空洞用の調整式ミラーを製造するために、各色は個別に、また
は他の色と組合せてアドレス指定できる。

【００５３】 （実施例Ｄ） フレークは、表１から選択した電荷制御剤を含むシリコーンオイルまたは表２
に挙げたホストの１つなどの誘電ホスト液体に分散させたＰＮＬＣ材料または他
の複屈折ポリマー（ＢＰ）でもよい。そのような装置は、印加電場によって切換
または調整できる透過型電気可変光学遅延装置として機能する。

【００５４】 （実施例Ｅ） ＰＣＬＣフレークはパターン化ＰＣＬＣフレークでもよい。そのようなパター
ン化フレークは特定の形状（すなわち円、卵形、正方形、長方形、三角形及び三
次元形状）、よく制御されたサイズ及び特定の色範囲で作成されるか、突起また
はへこみなどの空間マーキング、文字、数字、形状、開口部または切り欠きを有
するように形成され、パターン化されたフレーク及びその作成方法は上で参照し
た米国特許出願第０９／１９６，５８３号に記載されている。それらはフレーク
表面の異なる部分に異なるスペクトル特性を持つように形成される。コード化情
報を記憶または表示するための切換可能な装置を製造するために、上述のパター
ン化粒子を、表１から選択した電荷制御剤を含むシリコーンオイルまたは表２の
ホストの１つなどの誘電ホスト液体に分散することができる。そのような装置は
、軍事上の機密保持及びカムフラージュ、文書の機密保持、偽造防止、物品のタ
グ付けならびに識別などの分野に利用される。

【００５５】 前述の５つの実施例のいずれでも、ポリマー安定化液晶（ＰＳＬＣ）系につい
ての米国特許第５，６９１，７９５号でＪ．Ｗ．Ｄｏａｎｅらが述べているのと
類似した少量の架橋性ポリマー物質を添加することによって誘電ホスト液体を改
良すると、ポリマーネットワークがフレーク−ホスト系に導入されて材料をゲル
化し、その性能を安定させる。そのような系は、光学情報記憶装置を含め、長期
間情報保持（すなわち「メモリ」）を備えた双安定切換が可能な装置を作成する
場合に特に望ましい。

【００５６】 さらに前述の５つの実施例のいずれでも、ゲルホストを使用してもしなくても
、誘電ホスト液体と電荷制御剤をネマチック液晶液体に置き換えることができる
。すると分散したフレークは、ネマチック「ホスト」中に懸濁された受動性「ゲ
スト」粒子のようにふるまう。電気切換特性（例えば閾値電圧、反応時間）はこ
こでは主に、印加電場を低分子量ＬＣホストの誘電異方性と組合わせることによ
って左右され、そのような装置は印加交流電場によって切換えることができる。
図３は、正の誘電異方性を持つネマチックＬＣホスト液体中に分散させたＰＣＬ
Ｃフレークについて、このことを図で示している。

【００５７】 ゲルホストを使用する、または使用しない、及びネマチックＬＣホストを使用
する、または使用しない前述の実施例のいずれでも、使用したＰＣＬＣまたはＰ
ＮＬＣフレークが（１）純粋な材料に固有であるか、低分子量添加剤によるドー
ピングまたは混合によって得られたかにかかわらず、誘電異方性の値が大きい材
料で構成され、（２）ホスト材料もフレークも上の実施例Ａ及びＣのような電荷
制御剤を一切含まない場合、電気誘起切換の機構は、印加電場と、表面電荷では
なくフレークの誘電異方性との結合に基づく；それゆえ、交流電場を用いた、電
気切換またはアドレス指定が可能となる。

【００５８】 異なる色グループによるＰＣＬＣフレークの懸濁物が、各色グループのフレー
ク（実施例Ｃ）の誘電異方性の値が異なるように調製される場合、フレークの各
色グループは異なるレベルの交流電圧及び／周波数に反応することができる。例
えば、強度または周波数の異なる交流電場を用いてアドレス指定可能なフルカラ
ー反射情報ディスプレイ装置、可変光学フィルター、またはファブリーペロー空
洞用の調整式ミラーを製造するために、各色は個別に、または他の色と組合せて
アドレス指定できる。同じベースＰＬＣ材料系を用いて誘電異方性の値が異なる
フレークの、そのような混合物を得るための都合のよい方法の１つは、ベースの
系を上述のような誘電異方性の高い低分子量添加剤でドーピングするか、そのよ
うな低分子量添加剤と混合することである。

【００５９】 図４から７を参照すると、上述の実施例のいずれかで述べたＰＬＣフレーク／
ホスト系を、フレーク材料も液体ホストも識別可能な溶解性または親和性を持た
ないポリマー「バインダ」溶液（例えばアクリルエマルジョン、ポリエチレンオ
キシド、ポリビニルアルコールなどの水溶性フィルム形成ポリマー）中でカプセ
ル化することによって製造できる、本発明による装置の実施形態を示す。この新
規懸濁物は、キャストしてフィルムとして硬化させると、自由に懸濁されたＰＬ
Ｃフレークを含む微視的な液体充填閉塞、すなわち空隙を有するポリマー層を形
成する（カプセル化フレーク／ホスト系）。このフィルムはガラスまたはＭｙｌ
ａｒなどの、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの導電性コーティングを施され
た剛性または柔軟性透明基質材料のどちらかにキャストできる。ＩＴＯコーティ
ングを施されている第２の透明基質も、フィルムに接触したＩＴＯコーティング
表面を持つフィルムの露出表面に重ね合せることができる。電場を得られたサン
ドイッチセルに加えると、フレークは液体充填空隙内で自由に回転する。得られ
たフィルムは、各種形状及びサイズの基質への絶対保護コーティングとして使用
できる。したがって装置は物理的に堅牢であり、ＰＬＣフレーク独自の光学特性
を保持している。絶対保護コーティングは電気的に調整可能である。

【００６０】 図４に示す装置は、ポリマーバインダフィルム内の球状空洞に捕捉されたＰＣ
ＬＣ材料のフレークと液体ホストを有する。この特定の実施形態において、装置
が電場を印加しないオフ状態であると（図４（ａ））、緑色の選択的反射色が弱
まり、図４（ｂ）に示すように電場を印加すると（オン状態）選択的反射がさら
に大きくなるという点で、装置は図１と比べて「逆モード」で機能する。

【００６１】 カプセル化されたフレーク／ホスト系を備えた装置の製造に関する以下の例を
検討すること。フレーク／ホスト系を含む空洞はそのカプセルである。これらの
カプセルは微視的サイズ（直径数百ミクロン以下）であるため、マイクロカプセ
ルと呼ぶことができる。

【００６２】 （実施例Ｆ） 実施例Ａで説明したように、すなわち非架橋性環状ポリシロキサン液晶ポリマ
ー（例えばＣＬＣ５３５ ＬＣポリシロキサン、Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ製
）などのＰＣＬＣ材料、またはＷａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅが供給する架橋性ポ
リシロキサンＣＬＣポリマー系などの光重合性ＣＬＣポリマー系、またはＢＡＳ
Ｆ性の架橋性アクリル酸塩ＣＬＣポリマーなどの、ＰＣＬＣ材料のフレークが使
用される。そのようなフレークは、表１から選択した電荷制御剤を含む表２から
選択したホスト材料中に分散される。この懸濁物を次に、それ自体は界面活性剤
または一連の界面活性剤を含む適切なフィルム形成バインダ材料中でマイクロカ
プセル化して、透明導電性コーティングを施された剛性または柔軟性基質上にフ
ィルムとしてキャストする。そのような装置は、直流電場を印加すると暗いグレ
ーまたは不明瞭な状態から明るい（緑色）選択的反射状態に切換わるフレーク／
液体ホスト混合物で充填された、ほぼ球状のマイクロカプセルを含む。そのよう
な装置の用途としては、平面または曲面のいずれかでの情報ディスプレイ用途の
剛性または柔軟性媒体（広面積標識、自動車ダッシュボード、ヘッドアップディ
スプレイ及び「電子ペーパー」）、エネルギーまたはプライバシー管理用の切換
可能な「スマートウィンドウ」、装飾用途に使用するための切換可能な絶縁保護
コーティング、及び軍事上の機密保持、カムフラージュ、基質反射率制御、文書
の機密保持、偽造防止、物品のタグ付けならびに識別などの用途での切換可能コ
ーティングが挙げられる。

【００６３】 （実施例Ｇ） ＰＣＬＣフレークは、米国特許第５，６９１，７８９号（Ｌ．Ｌｉ）で述べら
れているように、ピッチ勾配ＰＣＬＣフィルムより作成する。これらのピッチ勾
配フレークを実施例Ｆのように懸濁及びマイクロカプセル化し、透明導電性コー
ティングを施された剛性または柔軟性基質上にフィルムとしてキャストし、非常
に広い領域のＵＶ、可視またはＩＲスペクトルにわたって動作する、機械的剛性
または柔軟性の広帯域反射装置または絶対保護コーティングを作成する。そのよ
うなコーティングは印加直流電場によって切換可能である。

【００６４】 （実施例Ｈ） 各種の選択的反射色を有するＰＣＬＣフレークの混合物を、各種濃度の電荷制
御剤を含む図２に示すような「電荷−制御層」でコーティングした、各色グルー
プ中のフレークとともに使用する。実施例Ｃと同様に、フレークの各色グループ
は異なるレベルの印加直流電圧に反応し、それゆえ各色は個別にまたは他の色と
組合せてアドレス指定できる。次にフレーク／ホスト懸濁物は実施例Ｆに述べた
ように、フィルム形成ポリマーバインダ中にマイクロカプセル化し、透明導電性
コーティングを施された剛性または柔軟性基質上に生じた懸濁物をキャストする
と、フルカラー反射情報ディスプレイ、装飾用途に使用するための切換可能絶対
保護コーティング、軍事上の機密保持、カムフラージュ、基質反射率制御、文書
の機密保持、偽造防止、物品のタグ付けならびに識別のための切換可能コーティ
ングなどの機械的剛性または柔軟性の装置が製造できる。

【００６５】 （実施例Ｉ） ＰＮＬＣ材料または他の複屈折ポリマーフレーク／ホスト懸濁物は、誘電ホス
ト及びフィルム形成ポリマーバインダ中にそれぞれ分散させ、マイクロカプセル
化した。透明導電性コーティングを施された剛性または柔軟性基質上にキャスト
すると、そのような装置は、直流電場によって切換可能である透過性の電気可変
性光学遅延装置として機能できる。

【００６６】 （実施例Ｊ） パターン化ＰＣＬＣを使用する。そのようなフレークは実施例Ｅで詳細に述べ
たように作成できる。そのようなパターン化粒子を誘電ホスト中に懸濁させ、懸
濁物をマイクロカプセル化したフィルム形成ポリマーバインダ中に、実施例Ｆで
述べたように分散させ、透明導電性コーティングを施された剛性または柔軟性基
質上にこのエマルジョンをキャストすると、円形、卵形、正方形、長方形、三角
形及び三次元形状のコード化情報、空間マーキング（突起またはへこみ、文字、
数字、形状、開口部または切り欠き）を特定の色範囲、または各種のスペクトル
特性によって表示可能な切換可能装置が形成できる。そのような装置は、軍事上
の機密保持、カムフラージュ、基質反射率制御、文書の機密保持、偽造防止、物
品のタグ付けならびに識別などの分野に多数の用途がある。

【００６７】 実施例ＦからＪのいずれでも、誘電ホスト液体は、米国特許第５，６９１，７
９５号でＪ．Ｗ．Ｄｏａｎｅらがポリマー安定化液晶（ＰＳＬＣ）系について述
べているのと同様の少量の架橋性ポリマー物質の添加により形成されるようなゲ
ルでもよい。それぞれのマイクロカプセルに含まれている各フレーク／液体ホス
ト系は「ゲル化」する。ゲル化は性能を安定させることができる。そのような系
は、光情報記憶装置及び「電子ペーパー」を含め、長期情報保持（すなわち「メ
モリ」）を備えた双安定切換が可能な装置の作成に特に好ましい。

【００６８】 マイクロカプセル中の誘電ホスト液体と電荷制御剤をネマチック液晶液体（図
５を参照）で置換すると、分散フレークはネマチックホスト液体中に懸濁された
受動「ゲスト」として挙動する。電子切換特性（例えば閾値電圧、反応時間）は
主に、印加交流電場と低分子量ＬＣホストの誘電異方性との結合によって決まる
。この機構は、米国特許４，７０７，０８０号でＪ．Ｌ．Ｆｅｒｇａｓｏｎが、
米国特許第４，６８８，９００号でＪ．Ｗ．Ｄｏａｎｅらがそれぞれ述べている
ように、ネマチック曲線配列相（ＮＣＡＰ）及びポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）
の両方に似ている。本発明に従ってネマチックホストを使用する機構は、生じる
光学効果が配列されたネマチックＬＣホストとゲストフレークに固有の光学特性
の組合せから生まれるという点で異なる。図５でマイクロカプセルは、負の誘電
異方性を持つネマチックＬＣホスト液体中に分散したＰＣＬＣフレークを含む。
マイクロカプセルはポリマーバインダ中にカプセル化されている。

【００６９】 フレーク／ホスト系を含む各マイクロカプセルに関係する実施例では、フレー
ク／ホスト系で使用するＰＣＬＣまたはＰＮＬＣフレークは、（１）純粋な材料
に固有であるか、低分子量添加剤によるドーピングまたは混合によって得られた
かにかかわらず、誘電異方性の値が高い材料、及び（２）電荷制御剤を含まない
ホスト材料及びフレークで構成されうる。次に電気によって誘起された切換の機
構は、印加電場と、表面電荷ではなくフレークの誘電異方性との結合に基づく。
それゆえ交流電場を用いた電気切換またはアドレス指定が可能となる。

【００７０】 マイクロカプセルに関する実施例においても（図４から７）、異なる色グルー
プのＰＣＬＣフレークの混合物（実施例Ｈ）は、他のグループと誘電異方性の値
が異なる各色グループ中のフレークを含む。次にフレークの各色グループは、異
なるレベルの印加交流電圧及び／または周波数に反応する。結果として、異なる
強度または周波数の交流電場を用いてアドレス指定可能な装置を製造するために
、各色は個別に、または他の色と組合せてアドレス指定できる。

【００７１】 図６を参照すると、油溶性染料でフレーク／ホスト混合物をドーピングするか
、油溶性染料をフレーク／ホスト混合物に混合することによって、さらなるレベ
ルの色切換能力が与えられる。この染料は、フレーク／ホスト混合物をカプセル
化すると、液体が充填されたマイクロカプセルに溶解し、溶解したままとなる。
等方性染料を使用すると、電場を印加しても変化しない一定の背景色が生じる。
２色型染料を使用すると、フレーク材料によって生成される色とは無関係の、別
の切換可能な色源が生成される。球状マイクロカプセルを生成するマイクロカプ
セル化媒体において、同じフレーク及びホスト材料を使用するこの種の装置の例
を図６に示す。

【００７２】 図７を参照すると、形が球状ではなく楕円状のマイクロカプセルを作成するた
めに、上述の系と似たフレーク／ホスト系が、硬化工程中に剪断されるポリマー
バインダ中でマイクロカプセル化されている。Ｊ．Ｌ．Ｆｅｒｇａｓｏｎ、米国
特許第５，５２３，８６３号は、液晶材料の楕円カプセルを含むポリマーフィル
ムの製造方法について言及されている。マイクロカプセルの非対称形状は、マイ
クロカプセル化に基づく装置実施形態の光切換特性に影響を及ぼしている。図７
において、楕円マイクロカプセルの短軸は、フレークの最長寸法以下である。こ
れにより、マイクロカプセルないのフレークが楕円形マイクロカプセルの長軸に
自発的に配列するため、立体要因によって好ましい配向方向が生じる。

【００７３】 各ディスプレイ素子が個別にアドレス指定されるマトリクスなどの、図１から
７の装置の多素子または「ピクセル化」アレイは、高情報密度色カラーディスプ
レイを供給しうる。実質的な光学効果を達成するためには、わずかな程度のフレ
ーク回転のみが必要なため、電場が基質に平行に印加される装置幾何構造におい
て、フレークホスト系は特に有用である。

【００７４】 本発明の別の特徴は、染料と吸収色素の吸収機構よりも、色を生成するＰＣＬ
Ｃフレークの選択的反射特性を持つ、本明細書で述べる装置を使用することにあ
る。本発明の装置はそのため、より高レベルの光子流量（すなわち光誘起損傷）
に耐えることができる。この特徴は、そのような装置がピーク電源（例えばパル
スまたはｃｗレーザー）または他の形の光学放射（例えば強い太陽光線または紫
外線光）のどちらかを受ける用途では明確な利点である。

【００７５】 製造方法の実施例 （実施例１） 図１の装置を製造するために（実施例Ａ）、ＰＣＬＣフレークをＷａｃｋｅｒ
ＣＬＣ５３５ポリシクロシロキサンＬＣポリマー（緑色選択的反射）の５から
７μｍ厚さの熱キャストフィルムから、米国特許第５，３６４，５５７号でＦａ
ｒｉｓらが述べた方法に従ってフィルムを処理することによって作成した。複数
の広範囲にわたるフレークサイズで構成される、得られたＰＣＬＣフレークを適
切な溶媒（例えばメタノール）に分散させ、フレークスラリーを望ましいサイズ
分布（理想的には２０から４０μｍ）に相当するメッシュの一連のふるいにかけ
て、サイズグループに分けた。サイズ分けされたフレークスラリーを、溶媒が蒸
発するまで空気乾燥させた。約１０から２０ｍｇの、表１から選択した１つ以上
の電荷制御剤（通常、その１つはエアロゾルＯＴであった）を、２０ｇの選択さ
れた誘電等方性ホスト液体（通常はフルオロシリコーンオイル）に加えた。添加
したこれらの電荷制御剤の合計は、混合物全体の０．０１から１重量％の範囲で
よい。フレークの分散を助け、凝集、沈降及びセル壁電極への固定化を防止する
ために、選択的にさらに１０から２０ｍｇのポリ（エチレングリセロール）など
の界面活性剤、または混合物全体の０．００１から１重量％の複数の界面活性剤
をホスト液体に加えてもよい。電荷制御剤と界面活性剤の溶解後、試験セルで使
用するために、５０ｍｇのサイズ分けＰＣＬＣフレークを１ｇのホスト／電荷制
御剤／界面活性剤混合物（混合物全体の約３から６重量％）を加えた。磁気スタ
ーラー、超音波浴または振盪装置のいずれかを使用してフレークをホストに分散
させた。振盪装置が好ましい方法であった。フレークすべてが均一に分散される
まで撹拌を続けた。装置を作成するために、それぞれ５００Ａの酸化インジウム
スズ（ＩＴＯ）導電性コーティング層を施された１”×１”ガラス基質を使用し
た。基質間の通常４０μｍの液体ギャップは、１枚の基質表面の導電性表面に蒸
着されたガラスまたはプラスチックビードによって設定したが、当業者に既知の
Ｍｙｌａｒストリップまたは他のスペーサー材料も使用できる。次に少量のＰＣ
ＬＣフレーク懸濁物を基質に蒸着させ、導電性表面が下向きになるように第２の
基質を第１の基質上に置いて、サンドイッチセルを形成した。あるいは上述のス
ペーサー材料を用いて２枚の基質を最初に組み立てて、フレーク懸濁物を空のセ
ルギャップに毛細管作用によって吸引してもよい。懸濁物をセル内に保持するた
めに、セルは液体ギャップの周辺をエポキシ密封材料で密封した。反対の極性の
一連の直流±４０Ｖパルスを装置に印加すると、フレークのオフ状態の明緑色の
強度が失われる。装置の光学反応を図８（ａ）及び（ｂ）に示す。

【００７６】 （実施例２） 実施例Ｃで述べられているように電荷制御層を含むＰＬＣフレークを製造する
ために、１５ｇのＷａｃｋｅｒ ＣＬＣ５３５ポリシクロシロキサンＬＣポリマ
ーを３０ｇのトルエンまたは塩化メチレンに溶解した。電荷制御剤、通常はエア
ロゾルＯＴ（３０ｍｇ、０．２重量％）を混合物に加え、成分を磁気スターラー
で混合した。このＣＬＣポリマー／電荷制御剤溶液を連続電荷制御層として、以
前に基質上に熱コーティングした５から７μｍの厚さの純粋なＣＰＣ５３５フィ
ルム上に蒸着させた。適用する層の数を用いて、電荷制御層内の電荷制御剤の最
終濃度を制御できる。電荷制御層を純粋なＣＬＣ５３５ベースフィルム上に、ナ
イフコーティング及びスピンコーティング技術の両方を用いてキャストしたが、
後者は再現性の良好な、高度に均質なフィルムを生成したため、好ましい方法で
あることがわかった。

【００７７】 電荷制御層の蒸着後、ＰＬＣフィルムをそのガラス転移温度のはるか上の温度
まで加熱し、剪断によって配列して、高品質の選択的反射を備えたモノドメイン
配列状態を得た。後者は（１）ホットプレート上でＰＬＣフィルムをそのガラス
転移温度のはるか上の温度まで加熱し、（２）１片のＫａｐｔｏｎフィルムをＰ
ＬＣフィルムと層状にし、（３）層状にしたフィルムをホットプレートに戻すこ
とによって得られる。ＫａｐｔｏｎフィルムをＰＬＣフィルムの上で前後に引っ
張って、剪断運動を引き起こし、それによってＰＬＣフィルムの分子配列を均一
にする。次にフィルムをガラス転移温度の１０から２０℃上まで加熱したオーブ
ン内で３から４時間アニーリングして、その後、高度に規則正しいのもドメイン
配列状態で固定させるために、フィルムを室温まで失活させた。

【００７８】 電荷制御層を含むＰＣＬＣフィルムは、米国特許第５，３６４，５５７号のＦ
ａｒｉｓらによる先行技術に記載されている方法に従って、フレーク形に変換し
た。フレーク／ホスト混合物の調製、セル組立て及び試験は実施例１で述べたの
と同じ方法で実施する。

【００７９】 （実施例３） 図１の装置を製造するために（実施例Ｃにより）、ＰＣＬＣフレークをＷａｃ
ｋｅｒ ＣＬＣ５３５（緑色）、Ｗａｃｋｅｒ ＣＬＣ−６７０（赤色）及びＷ
ａｃｋｅｒ ＣＬＣ−４５０（青色）などの、異なる選択的反射色の５から７μ
ｍ厚さの熱キャストＰＣＬＣフィルムをそれぞれ、実施例２で概説した工程に従
って、前記当する選択的反射色のＰＣＬＣポリマーの溶媒溶液中に溶解させた、
表１より選択した電荷制御剤の層を、異なる量または異なる数のいずれかでコー
ティングする。そのようなフレークは表２より選択した誘電液体ホストに懸濁さ
れ、実施例１で述べたように評価のために試験セル内に入れる。同じ結果を得る
ための別の方法は、各フレーク色グループによって、各フレーク色グループの電
荷制御層に含まれる異なる強度または符号の電荷を付与するために、異なる電荷
制御剤を使用することである。

【００８０】 （実施例４） 誘電異方性の値が大きいＰＣＬＣフレークは、固有の誘電異方性が低い、また
は固有の誘電異方性を持たない親ＰＣＬＣ材料より、０．５５ｇのＣＢ−１５（
Ｅ．Ｍｅｒｃｋ）、正の誘電異方性を持つ低分子量キラル化合物を、８．０のト
ルエンに溶解させたＷａｃｋｅｒ ＣＬＣ５３５ポリシロキサンＬＣポリマーと
混合することによって調製できる。実施例２で概説した方法に従って、混合物を
撹拌し、改良したＰＣＬＣ材料のフィルムをキャスト及び処理する。改良したＰ
ＬＣ材料のフレークは、米国特許第５，３６４，５５７号のＦａｒｉｓらが述べ
ている手順に従って、改良された親フィルムより得られる。フレーク／ホスト混
合物の調製、セルの組立て及び試験の手順は、実施例１で述べたように実施する
。

【００８１】 （実施例５） 異なる色と、それに従って異なる値の誘電異方性を持つＰＬＣフレークを作成
するために、異なる選択的反射波長を持つ複数のＰＣＬＣ親ポリマーフィルムを
異なる量の添加剤、ＣＢ−１５でドーピングすることを除いて、実施例４で上述
した手順を利用して、改良した親フィルムと生じたフレークをそれぞれ所望の色
について誘電異方性を決定する。改良ＰＬＣ材料のフレークは、米国特許第５，
３６４，５５７号のＦａｒｉｓらが述べている手順に従って、改良親フィルムよ
り得られる。フレーク／ホスト混合物の調製、セル組立て及び試験の手順と工程
は、実施例１で述べたように実施する。

【００８２】 （実施例６） 図３に示す装置の製造は、最初に実施例１で述べた寸法の、５０ｍｇ（３から
６重量％）のＷａｃｋｅｒ ＣＬＣ５３５ポリシロキサンＬＣフレークを１ｇの
Ｅ７ネマチック液晶混合物（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ）中に懸濁させることによって実施
する。実施例１で述べたように透明導電性コーティングを施された基質は、２％
ギ酸溶液からスピン蒸着された５００Ａのナイロン６／６層でコーティングする
。基質を１２０℃にて１５分間焼き固めた後、ポリイミドコーティングをベルベ
ットローラーで磨いて、均一及び均質な配列状態を生成した。実施例１で述べた
ようにＰＬＣフレーク／ネマチックＬＣ懸濁物をセルに加え、間欠性の１ＫＨｚ
正弦波または方形波バーストを装置に加えてセルを評価した。

【００８３】 （実施例７） フィルム形成ポリマーバインダ内の球状空洞にカプセル化したＰＣＬＣフレー
ク／ホスト液体系を用いた装置は最初に、表１から選択した適切な電荷制御剤を
含む、表２から選択した望ましいホスト液体中に望ましいＰＣＬＣフレークまた
はＰＣＬＣフレークの混合物を懸濁させて作成できる。上述したようにさらなる
色切換能力を加えるために、望ましい場合は、Ｏｉｌ Ｒｅｄ Ｏ、Ｓｕｄａｎ
ＩＩＩまたはＳｕｄａｎ Ｂｌａｃｋ Ｂなどの油溶性または２色型染料をフ
レーク／液体ホスト懸濁物に加えることができる。ポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）またはポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）
などの水溶性熱可塑性ポリマーを用いた水ベースのカプセル化溶媒は、カプセル
化に十分な粘度を付与するために、適切な量のポリマーを水に溶解することによ
って調製する。選択した特定のポリマーマトリクスによって、通常、水に対して
約１０から５０％のフィルム形成ポリマーの固体濃度を使用する。最終エマルジ
ョンを安定させるために、界面活性剤または一連の界面活性剤をカプセル化マト
リクスに加える。ＰＣＬＣフレーク／液体ホスト懸濁物をカプセル化マトリクス
にそれぞれ６０から４０％の割合で加え、ＮＣＡＰ分散物に関して米国特許第４
，７０７，０８０号及び第５，５２３，８６３号でＦｅｒｇａｓｏｎが述べてい
るのと同様の方法で、高剪断ミキサーまたは市販のブレンダーのどちらかを用い
て分散させる。生じたエマルジョンは次に、当業者に既知のナイフコーティング
技術を用いて、透明導電性コーティングを施された剛性または柔軟性基質上にキ
ャストする。フィルムを空気乾燥させた後、導電性コーティングされた第２の基
質をフィルムの残りの露出面に重ね合わせて、望ましい装置を形成することがで
きる。

【００８４】 （実施例８） ポリマーバインダ中の楕円空洞内に含まれたＰＣＬＣフレーク／液体系を用い
た装置の製造（図７）は、実施例７で述べたようにＰＣＬＣフレーク／液体ホス
ト懸濁物を調製し、それをＶａｒａｔｈａｎｅポリウレタンエマルジョンなどの
水溶性の熱硬化性フィルム形成ポリマーエマルジョンまたはワニス中にカプセル
化することによって実施する。ウレタンカプセル化溶媒は、実施例７で述べた追
加の界面活性剤も大量に含む。マイクロカプセル化、フィルムキャスティング及
びフィルム処理は、細長いカプセルを同時に作成し、冷却時に楕円のカプセル形
状を維持するために、Ｆｅｒｇａｓｏｎの米国特許第５，５２３，８６３号で述
べられている手順に従って、部分的に硬化させたフィルムを伸張と熱によって層
状にすることを除いて、実施例７で述べたように実施する。

【００８５】 上述の説明より、液体ホスト中に懸濁させたＰＬＣ及びＢＰフレークを用いた
類の電気的に切換可能な電気−光学装置が開示され、前記装置は光学、光通信学
及びディプレイに多くの用途があることが明らかとなる。本発明の範囲内での、
本明細書で述べた装置の変形及び改良は疑いなく当業者に自明となるであろう。
したがって上述の説明は、限定を意味するものではなく、例として解釈すべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（ａ）及び（ｂ）は、等方性である液体ホスト媒体中に分散された緑色選
択的反射波長を持つＰＣＬＣフレークの再配向及び反射光強度の結果としての変
化を示す、本発明による装置の概略断面図である。セル基質の内部表面は、通常
は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である、透明導電性コーティングによってコー
ティングされている。ガラス繊維、ビードまたはＭｙｌａｒストリップは、一般
にフレークの最長寸法以下である液体ギャップ間隔を設けるために、セルスペー
サーとして使用する。電場を印加していない装置のオフ状態である図１（ａ）で
は、フレークは基質にほぼ並行に配置され、入射光（Ｉ_０）の回路によって分極
された緑色成分（λ_τ）を選択的に反射する。図１（ｂ）では、電場を装置に印
加した場合、フレークは基質に対する垂線の周囲を３から２０°の角度で回転し
、これは選択的反射の受入角を超えるため、入射光（Ｉ_０）の反射された緑色成
分（λ_τ）は消えて、装置は非反射の暗状態になる。

【図２】 図２（ａ）及び（ｂ）は純粋なＰＣＬＣフレーク［図１（ａ）］と、電荷制御
層でコーティングした（パターン付の部分）同一のＰＣＬＣフレーク（黒色の部
分）［図１（ｂ）］の断面図である。電荷制御層は、電荷制御剤とポリマー材料
（通常はフレークを構成する同一のＰＣＬＣ材料）を、フレークの原料である親
ＰＣＬＣフィルムの片面に蒸着させて形成させる。

【図３】 図３（ａ）及び（ｂ）は図中、形で示すように、緑色選択的反射を有するＰＣ
ＬＣフレークのゲスト−ホスト切換と、図中、ダッシュで示すように、フレーク
をネマチック液晶ホストに混合し、懸濁させた場合を図示した、本発明による装
置の透視図である。図１の基質に似た透明導電性コーティング基質は、ナイロン
６／６でコーティングされており、ＬＣホストの均一な分子配列を誘起するため
に、セルを組み立てて、フレーク／液晶ホスト懸濁液を充填する前に、ナイロン
層を磨いた。セルのギャップ寸法は、ＰＣＬＣフレークの最長寸法よりも大きい
。オフ状態の図２（ａ）では、ゲストのフレークとフレークの最長寸法がセル壁
に平行になっているホストのＬＣ分子配列の両方と、緑色の選択的反射が観測さ
れる。図２（ｂ）では、交流電場を装置に印加すると、ＬＣホストが電場に対し
て平行に配列し、ＰＣＬＣフレークはホストの配向方向に従わされる。フレーク
／ホスト混合物の再配向の大きな角度は、選択的反射の受入角を大きく超えてお
り、緑色の選択的反射色は弱まるか、消滅する。ＰＣＬＣフレークは、固有の誘
電異方性や表面電荷を持たないために受動的役割を果たし、切換特性は主に、Ｌ
Ｃホスト媒体の特性によって決まる。

【図４】 図４（ａ）及び（ｂ）は透明ポリマーフィルム内にカプセル化された液体媒体
中のＰＣＬＣフレークの懸濁物（ホスト／フレーク系）を図示している、本発明
による装置の透視図である。電荷を印加していない状態では［図４（ａ）］、フ
レークは球状マイクロカプセル中でランダム分布を取り、フレークの選択的反射
色は実質的に弱まるか、存在しない。マイクロカプセル化フィルムに電場を印加
すると［図４（ｂ）］、フレークは均一配向を取り、フレークの長軸が印加電場
に対して垂直となり、フィルムの長い寸法に対して平行となる。今、フレークは
入射光に対して垂直であるため、選択的反射が発生し、装置の反射色が著しく強
化される。最高の性能が得られるのは、ポリマーバインダと等方性ホスト液体の
屈折率が一致するときである。

【図５】 図５（ａ）及び（ｂ）は図４（ａ）及び（ｂ）と同様の図であり、マイクロカ
プセル内のＰＣＬＣフレークが等方性液体の代わりに、複屈折ネマチック液晶ホ
スト材料中に懸濁されていることを除いて、図４に示したのと同様の装置を示し
ている。ここで装置は電場オフ状態の散乱構成（図５（ａ）から、電荷を加えた
場合の着色反射性状態（図５（ｂ））に切換わる。図３のように、ＰＣＬＣフレ
ークは識別可能な誘電異方性や表面電荷を持たないため、ネマチックホスト内で
受動性ゲストとして挙動する。ポリマーバインダの屈折率は曇りを防止するため
に、液晶ホストの屈折率と密接に釣り合っている。液晶ホストも、大きな負の誘
電異方性を有する。

【図６】 図６（ａ）及び（ｂ）はマイクロカプセル化の前に染料をＰＣＬＣフレーク／
液体系に添加したことを除いて、図４（ａ）及び（ｂ）に似た図である。染料の
添加によって、図４の装置で発生するような、１つの状態での反射光の強度の低
減に対して、装置は２色の異なる色状態での切換が可能となる。

【図７】 図７（ａ）及び（ｂ）は図４（ａ）及び（ｂ）に似た図であり、楕円形マイク
ロカプセルを含むフィルムを形成するように処理することが可能なポリマーバイ
ンダ内にカプセル化された場合の、ＰＣＬＣ／液体ホストシステムにおける電場
誘起切換を描いている。楕円形マイクロカプセルの短い軸がフレークの最長寸法
以下であり、そのためにマイクロカプセル内のフレークが、マイクロカプセル楕
円の長い軸とフィルムの引張り方向の両方に合わせて自発的に配列する。これら
の条件によって、立体因子による好ましい配列方向が生じる。電荷を印加しない
場合［図７（ａ）］、フレーク表面はフィルム表面に対して平行に、入射光に対
して垂直に配向し、選択的反射が発生する。カプセル化フィルムの短い寸法にわ
たって電場を印加すると［図７（ｂ）］、選択的反射色は消失し、フレークは、
図１の装置で発生するのと同様に、フィルムの表平面から転がり出る。上の図６
と同様に、染料によって生じる吸収状態とＰＣＬＣフレークによって生じる選択
的反射状態との間で、色と調整能力を切換えるために、染料を等方性液体ホスト
に添加してもよい。

【図８】 図８（ａ）及び（ｂ）は以下の実施例１によって製造した図１の装置の電気−
光学反応を示すプロットである。図８（ａ）は、垂直入射で照射した場合の装置
の光学反応を示し、図８（ｂ）は、非垂直入射で照射した場合の装置の光学反応
を示す。図８（ａ）及び（ｂ）のどちらも、上の線は駆動波形であり、下の線は
検出器で測定した光学反応である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＣ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ， ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，Ｉ Ｎ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ジャコブス，ステフェン ディ アメリカ合衆国ニューヨーク州 14534 ピッツフォード ブルック ロード 80 (72)発明者 ファリス，サデグ エム アメリカ合衆国ニューヨーク州 10570 プレザントビル ポカンチコ リバー ロ ード 24 (72)発明者 リ，レ アメリカ合衆国ニューヨーク州 10598 ヨークタウン ハイツ オーバールック アベニュー 3491 【要約の続き】

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体ホスト中に懸濁された電気−光学感受性フレークの系を
   含み、印加電場の変化によってその光学特性を選択的に変化させるための光学装
   置。
2. 【請求項２】 前記光学特性が反射性、透過性または偏光であり、前記光学
   特性のそれぞれの状態が変化する状態をフレーク及びホスト系が有する、請求項
   １記載の装置。
3. 【請求項３】 前記系中のフレークが、約３から約２０度の表記によって表
   される前記状態間で前記電場によって切換可能であり、それによって相対的な角
   配置が与えられる、請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記フレークがＰＬＣまたはＢＰ材料である、請求項１記載
   の装置。
5. 【請求項５】 前記フレークが幅約２０から約４０ミクロン、縦横比が約２
   から３、厚さが約５から７ミクロンである、請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 前記ホスト液体が等方性誘電材料及びネマチック液晶液体か
   らなる群より選択される、請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】 前記フレークがＰＮＬＣ、ＰＣＬＣ、ＢＰ及びピッチ勾配Ｐ
   ＣＬＣからなる群より選択される、請求項１記載の装置。
8. 【請求項８】 前記フレークが誘電異方性を有し、交流電場により前記光学
   特性が変化可能である、請求項１記載の装置。
9. 【請求項９】 前記誘電異方性が、前記フレークの材料を製造中に誘電異方
   性誘起材料を用いてドーピングすることによって与えられる、請求項８記載の装
   置。
10. 【請求項１０】 前記交流電場の各種の振幅または周波数の値に前記当する
    各種色の選択的反射または透過を与えるために、前記フレークの各種グループが
    各種の値の誘電異方性を有する、請求項８記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記系が電荷制御剤を含む、請求項１記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記フレークがその表面に電荷制御層を有するフレークを
    含み、前記電荷制御相を与える、請求項１記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記フレークの各種グループが、異なる強さの電場により
    選択的にアドレス指定できるように異なる濃度の前記電荷制御相を有する、請求
    項１１記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記各種グループが異なる色の偏光を持つ、請求項１３記
    載の装置。
15. 【請求項１５】 前記ホストが界面活性材料を含む、請求項１記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記ホストが電荷制御剤を含む、請求項１５記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記ホストが染料を含む、請求項１記載の装置。
18. 【請求項１８】 複数の前記フレーク／ホスト径がポリマーバインダ中に埋
    め込まれ、前記バインダ中で複数のカプセルを構成している、請求項１記載の装
    置。
19. 【請求項１９】 前記カプセルが微視的サイズである、請求項１記載の装置
    。
20. 【請求項２０】 前記バインダが柔軟性ポリマーである、請求項１８記載の
    装置。
21. 【請求項２１】 前記ホストが等方性誘電ホスト液体とネマチック液体から
    選択される、請求項１８記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記フレークがＰＮＬＣ、ＰＣＬＣ、ＢＰ及びピッチ勾配
    ＰＣＬＣからなる群より選択され、その縦寸法に沿った前記カプセルよりも小さ
    いフレークサイズを有する、請求項１８記載の装置。
23. 【請求項２３】 内部で前記カプセルが一般に球形である、請求項２２記載
    の装置。
24. 【請求項２４】 内部で前記カプセルが一般に楕円形である、請求項２２記
    載の装置。
25. 【請求項２５】 前記フレークが誘電異方性誘起剤またはドーパントを含む
    、請求項２２記載の装置。
26. 【請求項２６】 前記フレークがホスト液体に不溶性である、請求項１記載
    の装置。
27. 【請求項２７】 前記フレークとホストが一般に同じ密度である、請求項１
    記載の装置。
28. 【請求項２８】 前記ホスト液体が１０^−９オーム−ｃｍ以上の抵抗率を有
    する、請求項１記載の装置。
29. 【請求項２９】 前記ホストが前記フレークを懸濁物中に保持することのみ
    に十分な粘度を有する、請求項１記載の装置。
30. 【請求項３０】 フレークとホスト液体の屈折率がほぼ同一である、請求項
    １記載の装置。
31. 【請求項３１】 前記フレークホスト系が、前記電場を発生させるために電
    圧が加えられる透明導電性コーティングでコーティングされたセル基質間に含ま
    れている、請求項１記載の装置。
32. 【請求項３２】 前記フレークがグランジャン配向のポリマー液晶フレーク
    である、請求項３１記載の装置。
33. 【請求項３３】 前記ホスト液体がゲルである、請求項１記載の装置。
34. 【請求項３４】 前記フレークが、選択された幾何形状であることによって
    、または少なくとも１つのその表面にマーキングすることによってパターン化さ
    れる、請求項１記載の装置。
35. 【請求項３５】 前記状態が双安定である、請求項２記載の装置。
36. 【請求項３６】 前記ホスト材料が、前記双安定状態を供給できる粘度を有
    する、請求項３５記載の装置。
37. 【請求項３７】 前記ホスト材料がゲルである、請求項３６記載の装置。