JP3490086B2 - キラルネマチック液晶組成物およびそれを使用した装置 - Google Patents
キラルネマチック液晶組成物およびそれを使用した装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、光バルブに使用するのに適している液晶−
ポリマー複合物、およびそれから製造される装置に関す
る。
ポリマー複合物、およびそれから製造される装置に関す
る。
発明の背景
液晶ディスプレーは、この分野において既知である。
それらは一般に、光が液晶材料を透過するか否かを制御
することによって、異なる視覚的状態を表す有益な方法
を提供する。しかし、それらの光学的性能はまあまあで
あることが多い。
それらは一般に、光が液晶材料を透過するか否かを制御
することによって、異なる視覚的状態を表す有益な方法
を提供する。しかし、それらの光学的性能はまあまあで
あることが多い。
液晶ディスプレーの１つの種類において、入射光の半
分を吸収する偏光子であるツイスト（twisted）ネマチ
ックス（またはTN）が存在しなければならない。その結
果、銀灰色バックグラウンドに対して黒い画素を有する
あまり明るくないディスプレーとなり、周囲の照明条件
が悪いときに読み難いものになる場合がある。
分を吸収する偏光子であるツイスト（twisted）ネマチ
ックス（またはTN）が存在しなければならない。その結
果、銀灰色バックグラウンドに対して黒い画素を有する
あまり明るくないディスプレーとなり、周囲の照明条件
が悪いときに読み難いものになる場合がある。
液晶に溶解している二色染料の吸光特性を変化させる
ことに依存する液晶ディスプレーもまた既知である。し
かし、染料が名目上非吸光性である状態でも有意な残留
吸光があり、そのために明度50％を超えること、高いコ
ントラスト比を維持することは困難である。
ことに依存する液晶ディスプレーもまた既知である。し
かし、染料が名目上非吸光性である状態でも有意な残留
吸光があり、そのために明度50％を超えること、高いコ
ントラスト比を維持することは困難である。
液晶ディスプレーのもう１つの種類は、ポリマーマト
リックスに分散された液晶材料の散乱特性に依存してい
る。しかし、散乱された光のほとんど前方へ散乱する。
このことは、直視モードで使用される場合に、見る人に
再度向かう入射光がほとんどないために不都合である。
透過モードで使用される場合には、前方へ散乱する光が
コントラストを減少させるために不都合である。
リックスに分散された液晶材料の散乱特性に依存してい
る。しかし、散乱された光のほとんど前方へ散乱する。
このことは、直視モードで使用される場合に、見る人に
再度向かう入射光がほとんどないために不都合である。
透過モードで使用される場合には、前方へ散乱する光が
コントラストを減少させるために不都合である。
発明の要旨
従って、本発明の対象は、強い白色（ペーパーホワイ
ト）の第一可視状態、および強い透過性の（または透過
された光を吸収することによって非常に暗く見えるよう
にし得る）第二可視状態を提供することができ、そのた
めに見る人にとって明るく高コントラストに見える液晶
ディスプレーである。
ト）の第一可視状態、および強い透過性の（または透過
された光を吸収することによって非常に暗く見えるよう
にし得る）第二可視状態を提供することができ、そのた
めに見る人にとって明るく高コントラストに見える液晶
ディスプレーである。
従って、本発明は、
マトリックスポリマー；
マトリックスポリマーに分散された複容量の第一液晶
材料であって、キラルネマチックであり、正の誘電異方
性であり、特性的反射バンドを有する第一液晶材料； マトリックスポリマーに分散された複容量の少なくと
も１種の付加的液晶材料であって、キラルネマチックで
あり、正の誘電異方性であるが、第一液晶材料の特性的
反射バンドと異なる特性的反射バンドを有する少なくと
も１種の付加的液晶材料； を含んでなる液晶−ポリマー複合物であって、この液晶
−ポリマー複合物は、十分な電場の不在下において入射
光を反射するおよび散乱させるのうち少なくとも一方で
あり、十分な電場の存在下において入射光に対して実質
的に透過性である液晶−ポリマー複合物を提供する。
材料であって、キラルネマチックであり、正の誘電異方
性であり、特性的反射バンドを有する第一液晶材料； マトリックスポリマーに分散された複容量の少なくと
も１種の付加的液晶材料であって、キラルネマチックで
あり、正の誘電異方性であるが、第一液晶材料の特性的
反射バンドと異なる特性的反射バンドを有する少なくと
も１種の付加的液晶材料； を含んでなる液晶−ポリマー複合物であって、この液晶
−ポリマー複合物は、十分な電場の不在下において入射
光を反射するおよび散乱させるのうち少なくとも一方で
あり、十分な電場の存在下において入射光に対して実質
的に透過性である液晶−ポリマー複合物を提供する。
本発明の第二の具体例において、（ａ）間隔をおいて
配置された第一および第二透明電極、および（ｂ）第一
電極と第二電極の間に配置された前記液晶−ポリマー複
合物を含んでなる液晶光バルブが提供される。
配置された第一および第二透明電極、および（ｂ）第一
電極と第二電極の間に配置された前記液晶−ポリマー複
合物を含んでなる液晶光バルブが提供される。
本発明の第三の具体例において、（ａ）光を発生させ
るための光源、（ｂ）光をスクリーンに投射するための
レンズ、および（ｃ）光のどの部分がレンズに到達させ
るかを制御するための、光源とレンズの間に配置された
前記液晶−ポリマー複合物を含んでなるプロジェクター
が提供される。
るための光源、（ｂ）光をスクリーンに投射するための
レンズ、および（ｃ）光のどの部分がレンズに到達させ
るかを制御するための、光源とレンズの間に配置された
前記液晶−ポリマー複合物を含んでなるプロジェクター
が提供される。
本発明の第四の具体例において、（ａ）吸光体、およ
び（ｂ）ディスプレーの視覚側で、および吸光体と視覚
側からディスプレーに入射する光との間に配置された前
記液晶−ポリマー複合物であって、この複合物はそのよ
うな入射光が吸光体に到達してそれによって吸収される
かまたは、視覚側に向かって反射または散乱するかの少
なくとも一方であるように制御する液晶−ポリマー複合
物を含んでなるディスプレーが提供される。
び（ｂ）ディスプレーの視覚側で、および吸光体と視覚
側からディスプレーに入射する光との間に配置された前
記液晶−ポリマー複合物であって、この複合物はそのよ
うな入射光が吸光体に到達してそれによって吸収される
かまたは、視覚側に向かって反射または散乱するかの少
なくとも一方であるように制御する液晶−ポリマー複合
物を含んでなるディスプレーが提供される。
好ましい具体例において、第一液晶材料および少なく
とも１つの付加的液晶材料の通常屈折率noはマトリック
スポリマーの屈折率npと実質的に同じである。
とも１つの付加的液晶材料の通常屈折率noはマトリック
スポリマーの屈折率npと実質的に同じである。
もう１つの好まし具体例において、第一液晶材料およ
び少なくとも１つの付加的液晶材料の組み合せ反射バン
ドは、液晶−ポリマー複合物の組み合せ反射バンドを40
0〜700nmにする。
び少なくとも１つの付加的液晶材料の組み合せ反射バン
ドは、液晶−ポリマー複合物の組み合せ反射バンドを40
0〜700nmにする。
さらにもう１つの好ましい具体例において、第一液晶
材料および少なくとも１つの付加的液晶材料の各々が、
右手キラリティーの液晶材料、および左手キラリティー
の液晶材料を含んでなる。
材料および少なくとも１つの付加的液晶材料の各々が、
右手キラリティーの液晶材料、および左手キラリティー
の液晶材料を含んでなる。
図面の簡単な説明
図1aおよび1bは各々、本発明の光バルブの電源を切っ
た状態と電源を入れた状態を示す。図1cは、電源を切っ
た状態の好ましい具体例を示す。
た状態と電源を入れた状態を示す。図1cは、電源を切っ
た状態の好ましい具体例を示す。
図２は、本発明のプロジェクターを示す。
図３は、本発明の直視ディスプレーを示す。
好ましい具体例の説明
本発明の光バルブ10が、図1aに模式的に示されてい
る。これは第一および第二透過電極15aおよび15bに挟ま
れた液晶−ポリマー複合物11を含んでなる。複合物11
は、マトリックスポリマー14に分散した液晶材料13aの
液体粒子12aを含む。液晶材料13aはキラルネマチックで
あり、光学的および誘電的に異方性である。光学的異方
性（複屈折とも呼ばれる）であるために、液晶材料13a
は２つの屈折率を有しており、１つは異常屈折率（ne）
であり、もう１つは通常屈折率（no）である。誘電異方
性は正であり、このことは、液晶分子が、適用された電
場に平行な分子軸を有する状態で整列する傾向があるこ
とを意味する。各液体粒子12a内において、液晶材料13a
がキラルネマチック中間層に特有な螺旋平面に、特性的
螺旋ピッチPaで配置されている。液体粒子から液体粒子
への螺旋軸の配向は、液体粒子12aおよび12a'に示され
ている異なった配向に象徴されるように、ランダムであ
る。複合物11はさらに、マトリックスポリマー14に分散
したもう１つの液晶材料13bの液体粒子12bを含む。液晶
材料13bは、液晶材料13aと同様に、キラルネマチック、
複屈折性、および正の誘電異方性であるが、異なる特性
的螺旋ピッチPbを有する。異なる液体粒子12b間の螺旋
軸もまたランダムに配向している。液体粒子12aおよび1
2bは、互いにほぼ均等に散在している。電極15aおよび1
5bは、インジウム錫オキシド（ITO）のような透明の導
体から製造され、電源16に接続されている。
る。これは第一および第二透過電極15aおよび15bに挟ま
れた液晶−ポリマー複合物11を含んでなる。複合物11
は、マトリックスポリマー14に分散した液晶材料13aの
液体粒子12aを含む。液晶材料13aはキラルネマチックで
あり、光学的および誘電的に異方性である。光学的異方
性（複屈折とも呼ばれる）であるために、液晶材料13a
は２つの屈折率を有しており、１つは異常屈折率（ne）
であり、もう１つは通常屈折率（no）である。誘電異方
性は正であり、このことは、液晶分子が、適用された電
場に平行な分子軸を有する状態で整列する傾向があるこ
とを意味する。各液体粒子12a内において、液晶材料13a
がキラルネマチック中間層に特有な螺旋平面に、特性的
螺旋ピッチPaで配置されている。液体粒子から液体粒子
への螺旋軸の配向は、液体粒子12aおよび12a'に示され
ている異なった配向に象徴されるように、ランダムであ
る。複合物11はさらに、マトリックスポリマー14に分散
したもう１つの液晶材料13bの液体粒子12bを含む。液晶
材料13bは、液晶材料13aと同様に、キラルネマチック、
複屈折性、および正の誘電異方性であるが、異なる特性
的螺旋ピッチPbを有する。異なる液体粒子12b間の螺旋
軸もまたランダムに配向している。液体粒子12aおよび1
2bは、互いにほぼ均等に散在している。電極15aおよび1
5bは、インジウム錫オキシド（ITO）のような透明の導
体から製造され、電源16に接続されている。
回路を制御するスイッチ17が図１に示すような開いた
状態（オフ状態）にあるとき、複合物11には電圧が加え
られず、液晶材料13aおよび13bが受ける電場は事実上、
零である。光線18aおよび18bで示される入射光は、液晶
材料13aおよび13bの平面テキスチャーによって後方へ反
射される。所定のキラルネマチック液晶材料に関して、
全ての入射光が反射されるわけではない。螺旋ピッチに
依存する幅Δλの特性的反射バンド内の波長λを有する
光のみが反射される。従って、液晶材料13aは、特性的
螺旋ピッチPaによって決定される第一バンド内の入射光
を反射し、一方、液晶材料13bは、特性的螺旋ピッチPb
によって決定される第二バンド内の光を反射する。液晶
材料を適切に選択することによって、白色光に対応する
バンド幅を有する（即ち、全可視スペクトル（400〜700
nm）をカバーする）組み合わせ反射バンドを有する複合
物11を得ることができ、それによって複合物11がペーパ
ーホワイトに見える。望ましければ、キラルネマチック
液晶材料を２種より多く使用して、白色光組み合せ反射
バンドを作ることができること、および、平易にするた
めに図1aは２種だけを示しているということを、当業者
は認めるであろう。
状態（オフ状態）にあるとき、複合物11には電圧が加え
られず、液晶材料13aおよび13bが受ける電場は事実上、
零である。光線18aおよび18bで示される入射光は、液晶
材料13aおよび13bの平面テキスチャーによって後方へ反
射される。所定のキラルネマチック液晶材料に関して、
全ての入射光が反射されるわけではない。螺旋ピッチに
依存する幅Δλの特性的反射バンド内の波長λを有する
光のみが反射される。従って、液晶材料13aは、特性的
螺旋ピッチPaによって決定される第一バンド内の入射光
を反射し、一方、液晶材料13bは、特性的螺旋ピッチPb
によって決定される第二バンド内の光を反射する。液晶
材料を適切に選択することによって、白色光に対応する
バンド幅を有する（即ち、全可視スペクトル（400〜700
nm）をカバーする）組み合わせ反射バンドを有する複合
物11を得ることができ、それによって複合物11がペーパ
ーホワイトに見える。望ましければ、キラルネマチック
液晶材料を２種より多く使用して、白色光組み合せ反射
バンドを作ることができること、および、平易にするた
めに図1aは２種だけを示しているということを、当業者
は認めるであろう。
螺旋軸のキラリティーに対応する円偏光を有する成分
光のみが反射されるので、任意に、一方のキラリティー
の液晶材料を含む液体粒子を反対のキラリティーの液晶
材料を含む液体粒子と組み合せて（しかし、同じ螺旋ピ
ッチである）、その円偏光に関係なく反射バンド内の入
射光の反射が存在するようにすることができる。図1a−
ｂの例において、マトリックスポリマーが４種類の液晶
材料の液体粒子を含んでいてもよい：即ち、右手キラリ
ティー、螺旋ピッチPaを有する液晶材料；左手キラリテ
ィー、螺旋ピッチPaを有する液晶材料；右手キラリティ
ー、螺旋ピッチPbを有する液晶材料；左手キラリティ
ー、螺旋ピッチPbを有する液晶材料。最終的結果とし
て、より多くの入射光が反射され、より強いホワイトオ
フ状態の外観を生じる。
光のみが反射されるので、任意に、一方のキラリティー
の液晶材料を含む液体粒子を反対のキラリティーの液晶
材料を含む液体粒子と組み合せて（しかし、同じ螺旋ピ
ッチである）、その円偏光に関係なく反射バンド内の入
射光の反射が存在するようにすることができる。図1a−
ｂの例において、マトリックスポリマーが４種類の液晶
材料の液体粒子を含んでいてもよい：即ち、右手キラリ
ティー、螺旋ピッチPaを有する液晶材料；左手キラリテ
ィー、螺旋ピッチPaを有する液晶材料；右手キラリティ
ー、螺旋ピッチPbを有する液晶材料；左手キラリティ
ー、螺旋ピッチPbを有する液晶材料。最終的結果とし
て、より多くの入射光が反射され、より強いホワイトオ
フ状態の外観を生じる。
もう１つの選択的具体例において、各々マトリックス
ポリマーの屈折率npと異なる異常屈折率neを有するが、
npと実質的に同じ通常屈折率noを有するような液晶材料
13aおよび13bが選択される。複合物11を通過する入射光
は、収容媒体14と、入射光が機能上相互作用する液晶の
屈折率がneである液晶材料13aまたは13bとの間の少なく
とも１つの界面と遭遇する高い統計的可能性を有してい
る。neは収容媒体の屈折率ｎと異なるので、光の屈折ま
たは散乱が存在する。後方散乱が存在する程度にまで、
光が入射側に再度向けられる（前方に向かって散乱する
光がなお反射機構によって再度後方に向けられる場合が
ある）。最終的結果はまた、複合物11の入射側に向かっ
て再度向け直される光の量を増加させ、再びオフ状態の
白色強度を高める。
ポリマーの屈折率npと異なる異常屈折率neを有するが、
npと実質的に同じ通常屈折率noを有するような液晶材料
13aおよび13bが選択される。複合物11を通過する入射光
は、収容媒体14と、入射光が機能上相互作用する液晶の
屈折率がneである液晶材料13aまたは13bとの間の少なく
とも１つの界面と遭遇する高い統計的可能性を有してい
る。neは収容媒体の屈折率ｎと異なるので、光の屈折ま
たは散乱が存在する。後方散乱が存在する程度にまで、
光が入射側に再度向けられる（前方に向かって散乱する
光がなお反射機構によって再度後方に向けられる場合が
ある）。最終的結果はまた、複合物11の入射側に向かっ
て再度向け直される光の量を増加させ、再びオフ状態の
白色強度を高める。
さらにもう１つの好ましい具体例において、図1cに模
式的に示されるように、液体粒子を平坦にすることによ
って、螺旋平面が、光バルブ平面と平行になるように誘
導される。螺旋平面がこのように平行であるとき、後方
反射効率が高まり、再びより強いホワイトオフ状態へと
導く。
式的に示されるように、液体粒子を平坦にすることによ
って、螺旋平面が、光バルブ平面と平行になるように誘
導される。螺旋平面がこのように平行であるとき、後方
反射効率が高まり、再びより強いホワイトオフ状態へと
導く。
図1bは、スイッチ17が閉じているときの（オン状
態）、光学的影響を示す。電場が、電極15aおよび15bの
間、および複合物11を横切って適用され、指向性が矢印
19によって示されている。液晶材料13aおよび13bは、正
の誘電異方性であり、電場の方向に平行に整列している
（必要とされる電圧は、複合物の厚さに依存し、一般に
３〜50ボルトである）。さらに、この電場との整列が、
各液体粒子12aおよび12bに生じ、そのために図1bに象徴
的に示されるように、液体粒子から液体粒子へのディレ
クター（directors）間に秩序が存在する。液晶分子が
このように整列するとき、入射光線18aおよび18bが機能
上相互作用する液晶の屈折率は、noである。noが実質的
にnpと同じであるために、液晶と収容媒体との界面に散
乱が存在しない。キラルネマチック中間層の螺旋構造が
液晶分子の再配列によって破壊されるので、入射光の後
方反射もまた存在しない。その結果、光線18が複合物11
を透過し、そのときこれが透明に見える。少なくとも50
％の透過率、好ましくは70％またはそれ以上のオーダー
の透過率を得ることができる。（noおよびnpが一致して
いないあまり好ましくない具体例において、複合物11は
わずかに曇ったように見えるであろう。本明細書におい
て、そのような曇りは、その複合物が「実質的に透明」
でないということを意味するものではない。） 本発明の光バルブは、直視反射ディスプレーおよびプ
ロジェクターに使用するのに特に適している。
態）、光学的影響を示す。電場が、電極15aおよび15bの
間、および複合物11を横切って適用され、指向性が矢印
19によって示されている。液晶材料13aおよび13bは、正
の誘電異方性であり、電場の方向に平行に整列している
（必要とされる電圧は、複合物の厚さに依存し、一般に
３〜50ボルトである）。さらに、この電場との整列が、
各液体粒子12aおよび12bに生じ、そのために図1bに象徴
的に示されるように、液体粒子から液体粒子へのディレ
クター（directors）間に秩序が存在する。液晶分子が
このように整列するとき、入射光線18aおよび18bが機能
上相互作用する液晶の屈折率は、noである。noが実質的
にnpと同じであるために、液晶と収容媒体との界面に散
乱が存在しない。キラルネマチック中間層の螺旋構造が
液晶分子の再配列によって破壊されるので、入射光の後
方反射もまた存在しない。その結果、光線18が複合物11
を透過し、そのときこれが透明に見える。少なくとも50
％の透過率、好ましくは70％またはそれ以上のオーダー
の透過率を得ることができる。（noおよびnpが一致して
いないあまり好ましくない具体例において、複合物11は
わずかに曇ったように見えるであろう。本明細書におい
て、そのような曇りは、その複合物が「実質的に透明」
でないということを意味するものではない。） 本発明の光バルブは、直視反射ディスプレーおよびプ
ロジェクターに使用するのに特に適している。
図２は、本発明の光バルブを含むプロジェクターの模
式図を表す。プロジェクター20は、光源22（例えば電球
またはアーク灯）、および平行光線（光線31a、31b、お
よび31c）を前記液晶−ポリマー複合物を含んでなるパ
ネル24に向けさせるためのパラボラ反射器23を有する。
光を平行にしかつ方向付けするために、選択的または付
加的に、光源22とパネル24の間にレンズ（図示せず）を
使用することができる。パネル24は複数のピクセル要素
を含み、各要素は、前記のように反射および／または散
乱オフ状態から透過オン状態に転換することができる。
画像形成のために、パネル24のどのピクセル要素をオン
またはオフ状態にするかを制御するのは、接続26によっ
てパネル24に接続された電気駆動手段27（例えばマイク
ロコンピューター）によって行われる。この図におい
て、ピクセル要素24aおよび24bはオン状態で示されてお
り、一方ピクセル要素24cはオフ状態で示されている
（当業者は、実際にはピクセル要素の数はもっと多く、
説明を容易にするために３要素のみが示されていること
を理解するであろう）。従って、光線31aおよび31bはパ
ネル24を透過し、一方、光線31cは後方に反射および／
または散乱する（少量の前方散乱を伴う）。光線31aお
よび31bは、レンズ25によって映写スクリーン29に焦点
を合わされ、そこで、可視画像が形成される。前方に散
乱する光がほとんどないために、多くの迷光を集めると
いうリスクなしに大口径レンズ25を使用することがで
き、その結果、高いコントラストを有する明るいプロジ
ェクターが得られる。
式図を表す。プロジェクター20は、光源22（例えば電球
またはアーク灯）、および平行光線（光線31a、31b、お
よび31c）を前記液晶−ポリマー複合物を含んでなるパ
ネル24に向けさせるためのパラボラ反射器23を有する。
光を平行にしかつ方向付けするために、選択的または付
加的に、光源22とパネル24の間にレンズ（図示せず）を
使用することができる。パネル24は複数のピクセル要素
を含み、各要素は、前記のように反射および／または散
乱オフ状態から透過オン状態に転換することができる。
画像形成のために、パネル24のどのピクセル要素をオン
またはオフ状態にするかを制御するのは、接続26によっ
てパネル24に接続された電気駆動手段27（例えばマイク
ロコンピューター）によって行われる。この図におい
て、ピクセル要素24aおよび24bはオン状態で示されてお
り、一方ピクセル要素24cはオフ状態で示されている
（当業者は、実際にはピクセル要素の数はもっと多く、
説明を容易にするために３要素のみが示されていること
を理解するであろう）。従って、光線31aおよび31bはパ
ネル24を透過し、一方、光線31cは後方に反射および／
または散乱する（少量の前方散乱を伴う）。光線31aお
よび31bは、レンズ25によって映写スクリーン29に焦点
を合わされ、そこで、可視画像が形成される。前方に散
乱する光がほとんどないために、多くの迷光を集めると
いうリスクなしに大口径レンズ25を使用することがで
き、その結果、高いコントラストを有する明るいプロジ
ェクターが得られる。
図３（先の図と同じ番号は、同様の要素を表す）は、
本発明の光バルブを用いた直視ディスプレー40を示す。
パネル24において、ピクセル24aおよび24bはオフ状態に
あり、一方、ピクセル24cはオン状態にある。光源22
（周囲の室内照明または電気スタンドであってもよい）
は、視覚側44からディスプレー40に入射する光を生ず
る。この光は、ピクセル24cを透過し、艶消し黒色塗装
面または蜂の眼構造のような暗色吸光体41によって吸収
され、それによってピクセル24cが見る人42にとって暗
く見える。しかし、ピクセル24aおよび24bへの入射光
は、強く後方に反射および／または散乱し、それによっ
てこれらのピクセルが見る人42にとってペーパーホワイ
トに見える。従って、ディスプレー40は、オフ状態のペ
ーパーホワイトピクセルおよびオン状態の暗色（着色）
ピクセルの間に高いコントラストを示す。
本発明の光バルブを用いた直視ディスプレー40を示す。
パネル24において、ピクセル24aおよび24bはオフ状態に
あり、一方、ピクセル24cはオン状態にある。光源22
（周囲の室内照明または電気スタンドであってもよい）
は、視覚側44からディスプレー40に入射する光を生ず
る。この光は、ピクセル24cを透過し、艶消し黒色塗装
面または蜂の眼構造のような暗色吸光体41によって吸収
され、それによってピクセル24cが見る人42にとって暗
く見える。しかし、ピクセル24aおよび24bへの入射光
は、強く後方に反射および／または散乱し、それによっ
てこれらのピクセルが見る人42にとってペーパーホワイ
トに見える。従って、ディスプレー40は、オフ状態のペ
ーパーホワイトピクセルおよびオン状態の暗色（着色）
ピクセルの間に高いコントラストを示す。
次に、２つの関連する先行文献の液晶−ポリマー複合
物を参照すれば、当業者は、本発明の比較差異および利
益を容易に認めることができるであろう。
物を参照すれば、当業者は、本発明の比較差異および利
益を容易に認めることができるであろう。
先行技術の複合物がFergasonのUS4435047に記載され
ている。この複合物は、マトリックスポリマーに分散し
た正の誘電異方性のネマチック液晶の液体粒子を含んで
なる。このネマチック液晶の通常屈折率noは、マトリッ
クスポリマーの屈折率npと合致し、一方、異常屈折率ne
は合致していない。オフ状態において、視覚平面に対す
る液晶の配向はランダムである（各液体粒子内で、その
配列は一般に、マトリックスポリマーとの表面相互作用
により曲線である）。図1aに関連して記載したメカニズ
ムによって散乱が存在し、複合物が半透明または霜がか
かったように見える。散乱のほぼ全てが前方に散乱し、
ほんの僅かの量（約５％）だけが後方に散乱する。オン
状態において、ネマチック液晶は、電場に平行な分子長
軸に沿って配列する。noおよびnpの合致により、散乱が
存在せず、入射光が通過する。この複合物は、オン状態
においては高い透過率を得ることができるが、オフ状態
の機能は、本発明の光バルブによって得られる機能より
も劣っている（後方散乱光の量が少な過ぎるために、低
電圧において優れたコントラストを得るのに必要とされ
る強いペーパーホワイト外観を生じることができな
い）。第二の先行技術の複合物が、CrookerらのUS52008
45（1993）に記載されている。この複合物は、マトリッ
クスポリマーに分散した負の誘電異方性を有するキラル
ネマチック液晶の液体粒子を含んでなる。オフ状態にお
いて液晶分子がランダムに配列していると記載されてお
り、それが散乱を生じ、その散乱の結果、複合物を半透
明および非反射性にしている。この液晶の誘電異方性が
負であるため（本発明の正の誘電異方性液晶と異なって
いる）、オン状態において、それらは電場に垂直の分子
長軸に沿って平面テキスチャーで配列する。従って、入
射光が反射して、この複合物を着色された外観にする。
従って、オン状態およびオフ状態のいずれにおいても、
Crookerの複合物は、本発明で得られる可視状態（ペー
パーホワイト状態）も高い透過状態も達成することがで
きない。
ている。この複合物は、マトリックスポリマーに分散し
た正の誘電異方性のネマチック液晶の液体粒子を含んで
なる。このネマチック液晶の通常屈折率noは、マトリッ
クスポリマーの屈折率npと合致し、一方、異常屈折率ne
は合致していない。オフ状態において、視覚平面に対す
る液晶の配向はランダムである（各液体粒子内で、その
配列は一般に、マトリックスポリマーとの表面相互作用
により曲線である）。図1aに関連して記載したメカニズ
ムによって散乱が存在し、複合物が半透明または霜がか
かったように見える。散乱のほぼ全てが前方に散乱し、
ほんの僅かの量（約５％）だけが後方に散乱する。オン
状態において、ネマチック液晶は、電場に平行な分子長
軸に沿って配列する。noおよびnpの合致により、散乱が
存在せず、入射光が通過する。この複合物は、オン状態
においては高い透過率を得ることができるが、オフ状態
の機能は、本発明の光バルブによって得られる機能より
も劣っている（後方散乱光の量が少な過ぎるために、低
電圧において優れたコントラストを得るのに必要とされ
る強いペーパーホワイト外観を生じることができな
い）。第二の先行技術の複合物が、CrookerらのUS52008
45（1993）に記載されている。この複合物は、マトリッ
クスポリマーに分散した負の誘電異方性を有するキラル
ネマチック液晶の液体粒子を含んでなる。オフ状態にお
いて液晶分子がランダムに配列していると記載されてお
り、それが散乱を生じ、その散乱の結果、複合物を半透
明および非反射性にしている。この液晶の誘電異方性が
負であるため（本発明の正の誘電異方性液晶と異なって
いる）、オン状態において、それらは電場に垂直の分子
長軸に沿って平面テキスチャーで配列する。従って、入
射光が反射して、この複合物を着色された外観にする。
従って、オン状態およびオフ状態のいずれにおいても、
Crookerの複合物は、本発明で得られる可視状態（ペー
パーホワイト状態）も高い透過状態も達成することがで
きない。
ところで、本発明は、キラルネマチック液晶材料がそ
の平面（Grandjeanとも呼ばれる）テキスチャーにある
とき、反射バンド幅Δλは下記のように計算することが
できる： 式中、λは反射バンドの中心（または最大）であり、螺
旋ピッチに直接関係しており、Δｎは複屈折（|no−ne|
に等しい）であり、ｎはキラルネマチック液晶材料の屈
折率である。ｎの代わりに、noおよびneの荷重平均を使
用してもよい。
の平面（Grandjeanとも呼ばれる）テキスチャーにある
とき、反射バンド幅Δλは下記のように計算することが
できる： 式中、λは反射バンドの中心（または最大）であり、螺
旋ピッチに直接関係しており、Δｎは複屈折（|no−ne|
に等しい）であり、ｎはキラルネマチック液晶材料の屈
折率である。ｎの代わりに、noおよびneの荷重平均を使
用してもよい。
例えば、500nmを中心とする反射バンド、複屈折0.3、屈
折率1.5を有するキラルネマチック液晶材料の反射バン
ド幅は100nmである。好ましい具体例において、液晶複
合物は、３母集団のキラルネマチック液晶材料の液体粒
子を含んでなる：第一は可視スペクトルの赤色領域に反
射バンドを有するもの、第二は可視スペクトルの緑色領
域に反射バンドを有するもの、第三は可視スペクトルの
青色領域に反射バンドを有するものである。
折率1.5を有するキラルネマチック液晶材料の反射バン
ド幅は100nmである。好ましい具体例において、液晶複
合物は、３母集団のキラルネマチック液晶材料の液体粒
子を含んでなる：第一は可視スペクトルの赤色領域に反
射バンドを有するもの、第二は可視スペクトルの緑色領
域に反射バンドを有するもの、第三は可視スペクトルの
青色領域に反射バンドを有するものである。
キラルネマチック液晶材料（歴史的理由からコレステ
リック（cholesteric）とも呼ばれる）は、キラル添加
剤を、そうでなければ通常であるネマチック液晶材料に
加えることによって製造することができる。この添加剤
は、液晶分子が、この中間層に特有である螺旋的に捻れ
た平面構造に配列するように誘導する。キラル添加剤の
中には、右手螺旋を誘導するコレステリルハライドおよ
び左手螺旋を誘導するコレステリルアルキルエステル；
右手螺旋を誘導する糖誘導体（Merckから商品名CE4〜CE
7で商業的に入手される）；および添加剤の分子構造そ
のものに依存して左手または右手螺旋を誘導するシアノ
ビフェニル誘導体（Merckから商品名C15およびCB15で商
業的に入手される）がある。適切なキラル添加剤を選択
し、適切なネマチック液晶と組み合わされる添加剤の量
を選択することによって、所定のキラリティーおよび反
射バンドを有するキラルネマチック液晶材料を製造する
ことができる。
リック（cholesteric）とも呼ばれる）は、キラル添加
剤を、そうでなければ通常であるネマチック液晶材料に
加えることによって製造することができる。この添加剤
は、液晶分子が、この中間層に特有である螺旋的に捻れ
た平面構造に配列するように誘導する。キラル添加剤の
中には、右手螺旋を誘導するコレステリルハライドおよ
び左手螺旋を誘導するコレステリルアルキルエステル；
右手螺旋を誘導する糖誘導体（Merckから商品名CE4〜CE
7で商業的に入手される）；および添加剤の分子構造そ
のものに依存して左手または右手螺旋を誘導するシアノ
ビフェニル誘導体（Merckから商品名C15およびCB15で商
業的に入手される）がある。適切なキラル添加剤を選択
し、適切なネマチック液晶と組み合わされる添加剤の量
を選択することによって、所定のキラリティーおよび反
射バンドを有するキラルネマチック液晶材料を製造する
ことができる。
これまでのところ、本発明を可視領域の反射バンドに
関して記載したが、赤外域における反射もまた意図して
いると理解するべきである。配合におけるキラル添加剤
の量を制御することによって、１〜10μｍのピッチを有
し、赤外光を反射することができるキラルネマチック組
成物を容易に製造することができる。そのような組成物
は、高い反射性を有するヒートシャッターフィルム（he
at shutter film）を製造するのに使用することができ
る。
関して記載したが、赤外域における反射もまた意図して
いると理解するべきである。配合におけるキラル添加剤
の量を制御することによって、１〜10μｍのピッチを有
し、赤外光を反射することができるキラルネマチック組
成物を容易に製造することができる。そのような組成物
は、高い反射性を有するヒートシャッターフィルム（he
at shutter film）を製造するのに使用することができ
る。
液体粒子の平均直径は、好ましくは0.5〜10μｍ、よ
り好ましくは２〜４μｍである。液体粒子の直径はま
た、好ましくは螺旋ピッチの少なくとも数倍であり、そ
うでなければ螺旋構造が表面力によって歪められる場合
がある。
り好ましくは２〜４μｍである。液体粒子の直径はま
た、好ましくは螺旋ピッチの少なくとも数倍であり、そ
うでなければ螺旋構造が表面力によって歪められる場合
がある。
通常屈折率noとマトリックスポリマーの屈折率npは、
この２つの差が0.05未満、好ましくは0.02未満であると
き、実質的に同じであると見なされる。
この２つの差が0.05未満、好ましくは0.02未満であると
き、実質的に同じであると見なされる。
本発明の複合物を製造する簡単な方法は、マトリック
スポリマー中に第一キラルネマチック液晶材料のエマル
ジョンを製造し、次にマトリックスポリマー中に第二キ
ラルネマチック液晶材料のもう１つのエマルジョンを製
造し、次にこの２つのエマルジョンを混合する方法であ
る。個々の液体粒子が組み合わされたエマルジョン中に
ほぼ均一に分布する間、１つの液体粒子から他の液体粒
子への液晶材料の移動がほとんどないかまたは全くない
ことが観察された。この混合エマルジョンを次に基材
（透明電極であってもよい）上に拡げ、乾燥する。エマ
ルジョン法によってネマチック液晶−ポリマー複合物を
製造する先行技術は、必要な変更を加えて本発明に適用
することが可能である。これに関連する例証的文献は、
FergasonのUS4435047（1984）;AndrewsらのUS5202063
（1993）；および係属中のReameyの1993年８月12日提出
の出願第08/105658号；を含み、各々に記載の内容は本
発明の一部を構成するものとする。あるいは、第一エマ
ルジョンからの液体粒子を、例えば遠心分離機で回転す
ることによって単離し、第二エマルジョンに加えること
もできる。
スポリマー中に第一キラルネマチック液晶材料のエマル
ジョンを製造し、次にマトリックスポリマー中に第二キ
ラルネマチック液晶材料のもう１つのエマルジョンを製
造し、次にこの２つのエマルジョンを混合する方法であ
る。個々の液体粒子が組み合わされたエマルジョン中に
ほぼ均一に分布する間、１つの液体粒子から他の液体粒
子への液晶材料の移動がほとんどないかまたは全くない
ことが観察された。この混合エマルジョンを次に基材
（透明電極であってもよい）上に拡げ、乾燥する。エマ
ルジョン法によってネマチック液晶−ポリマー複合物を
製造する先行技術は、必要な変更を加えて本発明に適用
することが可能である。これに関連する例証的文献は、
FergasonのUS4435047（1984）;AndrewsらのUS5202063
（1993）；および係属中のReameyの1993年８月12日提出
の出願第08/105658号；を含み、各々に記載の内容は本
発明の一部を構成するものとする。あるいは、第一エマ
ルジョンからの液体粒子を、例えば遠心分離機で回転す
ることによって単離し、第二エマルジョンに加えること
もできる。
適切なマトリックスポリマーは、ゼラチン、ポリ（ビ
ニルアルコール）、ポリウレタン、ポリ（エチレンオキ
シド）、ポリ（ビニルピロリドン）、セルロースポリマ
ー、天然ガム、アクリルおよびメタクリルポリマーおよ
びコポリマー、エポキシド、ポリオレフィン、ビニルポ
リマー等を含むが、それらに限定されない。Pearlmanの
US4992201（1991）に記載されているようなポリウレタ
ンラテックスもまた使用することができ、そこに開示の
内容は本発明の一部を構成する。
ニルアルコール）、ポリウレタン、ポリ（エチレンオキ
シド）、ポリ（ビニルピロリドン）、セルロースポリマ
ー、天然ガム、アクリルおよびメタクリルポリマーおよ
びコポリマー、エポキシド、ポリオレフィン、ビニルポ
リマー等を含むが、それらに限定されない。Pearlmanの
US4992201（1991）に記載されているようなポリウレタ
ンラテックスもまた使用することができ、そこに開示の
内容は本発明の一部を構成する。
本発明のディスプレーは、直接駆動されてもよいし、
活性なマトリックスドライブを有していてもよく、ここ
において各画素（ピクセル）が薄膜トランジスター（TF
T）、バリスター、ダイオード、またはMIMのような活性
なスイッチング要素によって駆動される（即ち、ある可
視状態から別の状態へ転換される）。スイッチング要素
は、クロストーク（crosstalk）の除去および対応する
ピクセルの初期適用電圧の維持を助け、それは活性にア
ドレスされていないときでさえもそうであり、そのた
め、他のピクセルがアドレスされている間そのピクセル
は「オン」に留まる。ピクセルが初期適用電圧を長く維
持すればするほど、次にアドレスされるまでより長く
「オン」状態に維持されるので、より多くのピクセルを
有するディスプレーを構成することが可能となる。マト
リックスが十分に小さい寸法のスイッチング要素を十分
に多く含むならば、高解像度のディスプレーが可能とな
る。活性なマトリックスディスプレーが、テレビ、コン
ピューター、および計器スクリーンにとって重要であ
る。液晶複合物を使用する活性なマトリックスディスプ
レーが、BeckerらのUS5153554（1993）、およびKamath
らのUS5233445（1993）に開示されており、そこに開示
の内容は本発明の一部を構成するものとする。
活性なマトリックスドライブを有していてもよく、ここ
において各画素（ピクセル）が薄膜トランジスター（TF
T）、バリスター、ダイオード、またはMIMのような活性
なスイッチング要素によって駆動される（即ち、ある可
視状態から別の状態へ転換される）。スイッチング要素
は、クロストーク（crosstalk）の除去および対応する
ピクセルの初期適用電圧の維持を助け、それは活性にア
ドレスされていないときでさえもそうであり、そのた
め、他のピクセルがアドレスされている間そのピクセル
は「オン」に留まる。ピクセルが初期適用電圧を長く維
持すればするほど、次にアドレスされるまでより長く
「オン」状態に維持されるので、より多くのピクセルを
有するディスプレーを構成することが可能となる。マト
リックスが十分に小さい寸法のスイッチング要素を十分
に多く含むならば、高解像度のディスプレーが可能とな
る。活性なマトリックスディスプレーが、テレビ、コン
ピューター、および計器スクリーンにとって重要であ
る。液晶複合物を使用する活性なマトリックスディスプ
レーが、BeckerらのUS5153554（1993）、およびKamath
らのUS5233445（1993）に開示されており、そこに開示
の内容は本発明の一部を構成するものとする。
実施例
各々正の誘電異方性を有しているキラルネマチック液
晶材料ＡおよびＢを製造した： A:38％CB15（Merck Gmbh,ドイツ）および62％RYC1011
（Chisso Corporation,日本）、赤色−オレンジ色反射 B:49％CB15および51％RYC1011、青色反射 これらを各々、Vynol205（登録商標）ポリ（ビニルア
ルコール）の10％溶液に乳化し、平均液体粒子寸法約３
μｍとした。ポリ（ビニルアルコール）対液晶材料の比
は、83:12（重量：重量）であった。等量の２つのエマ
ルジョンを合わせ、ITO被覆ガラスに塗布し、乾燥し、I
TO被覆ガラスの別のシートに積層して、電気光学セル
（セルＩと呼ぶ）を形成した。対照として参考セルIIお
よびIIIを、液晶材料ＡおよびＢの各々のエマルジョン
から同様に製造した。結果を下記表Ｉの示す。
晶材料ＡおよびＢを製造した： A:38％CB15（Merck Gmbh,ドイツ）および62％RYC1011
（Chisso Corporation,日本）、赤色−オレンジ色反射 B:49％CB15および51％RYC1011、青色反射 これらを各々、Vynol205（登録商標）ポリ（ビニルア
ルコール）の10％溶液に乳化し、平均液体粒子寸法約３
μｍとした。ポリ（ビニルアルコール）対液晶材料の比
は、83:12（重量：重量）であった。等量の２つのエマ
ルジョンを合わせ、ITO被覆ガラスに塗布し、乾燥し、I
TO被覆ガラスの別のシートに積層して、電気光学セル
（セルＩと呼ぶ）を形成した。対照として参考セルIIお
よびIIIを、液晶材料ＡおよびＢの各々のエマルジョン
から同様に製造した。結果を下記表Ｉの示す。
本発明の前記詳細な説明は、主としてまたは専ら本発
明の特定の部分または観点に関した記述を含んでいる。
これは明瞭にするため、または便宜上のものであるこ
と、ある特徴は、それが開示されている記述以上のこと
に関連する場合があること、本明細書に開示されている
内容は、種々の記述に見出される情報を適切に組み合せ
たものも全て含むものであること、を理解すべきであ
る。同様に、種々の形態およびその説明が本発明の特定
の具体例に関連付けられているが、ある特徴が特定の形
態に関連して開示されている場合、その特徴は、適切で
ある限りにおいて、別の形態に関連して、別の特徴と組
み合せて、または一般的な本発明において、使用するこ
ともできるということを理解すべきである。
明の特定の部分または観点に関した記述を含んでいる。
これは明瞭にするため、または便宜上のものであるこ
と、ある特徴は、それが開示されている記述以上のこと
に関連する場合があること、本明細書に開示されている
内容は、種々の記述に見出される情報を適切に組み合せ
たものも全て含むものであること、を理解すべきであ
る。同様に、種々の形態およびその説明が本発明の特定
の具体例に関連付けられているが、ある特徴が特定の形
態に関連して開示されている場合、その特徴は、適切で
ある限りにおいて、別の形態に関連して、別の特徴と組
み合せて、または一般的な本発明において、使用するこ
ともできるということを理解すべきである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−209425（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−68920（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/1334
G02F 1/13 505
G02F 1/13357
Claims (8)
- 【請求項１】マトリックスポリマー； マトリックスポリマーに分散された第一液晶材料であっ
て、キラルネマチックであり、正の誘電異方性であり、
特性的反射バンドを有する第一液晶材料； マトリックスポリマーに分散された少なくとも１種の付
加的液晶材料であって、キラルネマチックであり、正の
誘電異方性であるが、第一液晶材料の特性的反射バンド
と異なる特性的反射バンドを有する少なくとも１種の付
加的液晶材料； を含んでなる液晶−ポリマー複合物であって、十分な電
場の不在下において入射光を反射するおよび散乱させる
のうちの少なくとも一方であり、十分な電場の存在下に
おいて入射光に対して実質的に透過性である液晶−ポリ
マー複合物。 - 【請求項２】第一液晶材料および少なくとも１種の付加
的液晶材料の通常屈折率noが、マトリックスポリマーの
屈折率npと実質的に同じである請求項１に記載の液晶−
ポリマー複合物。 - 【請求項３】第一液晶材料および少なくとも１種の付加
的液晶材料の組み合わされた反射バンドによって、液晶
−ポリマー複合物が組み合わされた反射バンド400〜700
nmを有するようにされる請求項１に記載の液晶−ポリマ
ー複合物。 - 【請求項４】２種の付加的液晶材料を含んでなり、第一
液晶材料が可視スペクトルの赤色領域に反射バンドを有
し、２種の付加的液晶材料のうちの１種が可視スペクト
ルの緑色領域に反射バンドを有し、もう１種の付加的液
晶材料が可視スペクトルの青色領域に反射バンドを有す
る請求項１に記載の液晶−ポリマー複合物。 - 【請求項５】第一液晶材料および少なくとも１種の付加
的液晶材料の各々が、右手キラリティーの液晶材料、お
よび左手キラリティーの液晶材料を含んでなる請求項１
に記載の液晶−ポリマー複合物。 - 【請求項６】液晶光バルブであって、 （ａ）間隔をあけて配置された第一および第二透過電
極；および （ｂ）第一電極と第二電極の間に位置する液晶−ポリマ
ー複合物であって、この液晶−ポリマー複合物は、 マトリックスポリマー； マトリックスポリマーに分散された第一液晶材料であっ
て、キラルネマチックであり、正の誘電異方性であり、
特性的反射バンドを有する第一液晶材料； マトリックスポリマーに分散された少なくとも１種の付
加的液晶材料であって、キラルネマチックであり、正の
誘電異方性であるが、第一液晶材料の特性的反射バンド
と異なる特性的反射バンドを有する少なくとも１種の付
加的液晶材料； を含んでなる液晶−ポリマー複合物であって、十分な電
場の不在下において入射光を反射するおよび散乱させる
のうちの少なくとも一方であり、十分な電場の存在下に
おいて入射光に対して実質的に透過性である液晶−ポリ
マー複合物； を含んでなる液晶光バルブ。 - 【請求項７】プロジェクターであって、 （ａ）光を発生させる光源； （ｂ）スクリーンに光を投射するためのレンズ；および （ｃ）光のどの部分をレンズに到達させるかを制御する
ための、光源とレンズの間に配置された液晶−ポリマー
複合物であって、この液晶−ポリマー複合物は、 マトリックスポリマー； マトリックスポリマーに分散された第一液晶材料であっ
て、キラルネマチックであり、正の誘電異方性であり、
特性的反射バンドを有する第一液晶材料； マトリックスポリマーに分散された少なくとも１種の付
加的液晶材料であって、キラルネマチックであり、正の
誘電異方性であるが、第一液晶材料の特性的反射バンド
と異なる特性的反射バンドを有する少なくとも１種の付
加的液晶材料； を含んでなる液晶−ポリマー複合物であって、十分な電
場の不在下において入射光を反射するおよび散乱させる
のうちの少なくとも一方であり、十分な電場の存在下に
おいて入射光に対して実質的に透過性である液晶−ポリ
マー複合物； を含んでなるプロジェクター。 - 【請求項８】ディスプレーであって、 （ａ）吸光体；および （ｂ）ディスプレーの視覚側で、および吸光体と視覚側
からディスプレーに入射する光との間に配置される液晶
−ポリマー複合物であって、この複合物はそのような入
射光が吸光体に到達してそれによって吸収されるかまた
は、視覚側に向かって反射または散乱するかの少なくと
も一方であるように制御する液晶−ポリマー複合物であ
って、この液晶−ポリマー複合物は、 マトリックスポリマー； マトリックスポリマーに分散された第一液晶材料であっ
て、キラルネマチックであり、正の誘電異方性であり、
特性的反射バンドを有する第一液晶材料； マトリックスポリマーに分散された少なくとも１種の付
加的液晶材料であって、キラルネマチックであり、正の
誘電異方性であるが、第一液晶材料の特性的反射バンド
と異なる特性的反射バンドを有する少なくとも１種の付
加的液晶材料； を含んでなる液晶−ポリマー複合物であって、十分な電
場の不在下において入射光を反射するおよび散乱させる
のうちの少なくとも一方であり、十分な電場の存在下に
おいて入射光に対して実質的に透過性である液晶−ポリ
マー複合物； を含んでなるディスプレー。
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