JPH03503322A - 可変密度光制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可変密度光制御装置および方法 肢盃分立 本発明は可変密度光制御装置（ｖａｒｉａｂｌｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｐｐａｒａｔｕｓ）および方法、特に可変液晶光学偏光子を 用いるかかる装置および方法に関する。

■−景 よく知られているように、無偏光（ｕｎｐｏｌａｒｉｚｅｄ　ｌｉｇｈｔ）は、 電界ベクトルが無作為に配向する光を含んでおり；電界ベクトルの方向は光の伝 搬方向に対して直交してる。平面偏光または直線偏光は、一般に電界ベクトルが 単一平面に配向する光である。従来、多くの手段は光を偏光するのに、特に無偏 光を直線偏光に転換するのに用いられている。

すべてとは限らないが、多くの従来の偏光子は一定量の偏光を与えている。光の 偏光を制御することができるように、すなわち、実際に入射無偏光に応答する偏 光子装置から放出される光が偏光しているか、または無偏光であるか、偏光して いる場合にはどの程度偏光しているかを定めることができるようにすることが望 まれている。後述する発明は上述する能力を有している。

液晶材料、例えばネマチック液晶または必要に応じて包囲媒体（ｃｏｎｔａｉｎ ｍａｎｔ　ａ＋ｅｄｉｕｍ）におけるネマチック液晶の組合わせ、およびこれを 作る方法は米国特許明細書筒４，４３５．０４７　；　４．６０６゜６１１　； 　４，５９１，２３３　；　４，７０７，０８０および４，６１６．９０３号に 記載されている。これらの多くの特許に記載されている多くの例においては、多 色性染料を包囲媒体によって制限された液晶領域（ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａ ｌ　ｖｏｌｕｍｅｓ）に含めている。操作において、規定された入力を作用させ るかどうかの機能として、光が透過するかどうか、または光が散乱または吸収す るかどうかである。吸収は主として染料の吸収特性により、散乱は主として屈折 率考察による。

米国特許明細書筒４，５５６，２８９号には、包囲媒体に形成された領域（νｏ ｌｕｍｅｓ）における液晶および多色性染料の組合わせが記載されている。液晶 は低い複屈折特性を有し、およびその屈折率は包囲媒体の屈折率に極めて等しい 。それ故、規定入力を作用するか否かの機能として、光を透過する強さを保持性 を実質的に変えることなく、変えることができる。

上述する特許に記載されている装置は光学的偏光と実質的に独立して作動してい る。

およびＲＥ、３２，５２１号には、液晶に印加する電界に応答して光を制御する 液晶についての表面モード　スイッチング技術（ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅ　ｓｗ ｉｔｃｈｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が記載されている。導波管として光の光 学的偏光の方向に新しい方向を与える他の装置はねじれ（ｔｗｉｓｔｅｄ）ネマ チック液晶装置として知られている。

液晶偏光子については米国特許明細書筒４，０４８，３５８号に記載されている 。この偏光子は微孔に液晶材料および多色性染料を有するポリプロピレン　シー トの開放微孔構造を含んでいる。

微孔はその軸に沿って液晶を整列する傾向がある。

米国特許明細書筒４．６８８，９００　　、４，６８５．７７１　；　４．６７ １．６１８　；および４，６７３，２５５号には、液晶材料の領域を包囲媒体に 形成する液晶装置について記載されている。これらの特許は凝縮または自然形成 技術によって上記液晶材料の上記領域を形成することについて記載されている。

また、領域を変形させて偏光子および屈折率考察を確立するのに応力を作用する ことが記載されている。更に、切替え偏光子が米国特許明細書筒４．６８８，９ ００号に記載されている。

上述する特許のすべての記載は参照文として記載する。

盟−１ 本発明の第１の観点において、液晶材料偏光子を形成する方法は包囲媒体に液晶 材料のエマルジョンを多色性染料で流し込み（ｃａｓｔｉｎｇ）　Ｌ、この流し 込み材料（ｃａｓｔ　ｍａｔｅｒｉａｌ）を引き伸ばして上記包囲媒体中に液晶 材料および多色性染料の細長い領域を形成することを含んでいる。

他の観点においては、液晶偏光子を液晶材料のエマルジョンおよび多色性染料を 包囲媒体に流し込みし、およびこの流し込み材料を引き伸ばして上記包囲媒体中 に液晶材料および多色性染料の細長い領域を形成することよって作ることである 。

本発明の他の観点は上記流し込みを連続キャリヤーまたはベルト上に作用させ、 および流し込み材料より速く移動する剥離シートを用いて引き伸ばすことを包含 することである。

また、他の観点によれば、形成物品が液晶材料、領域の延長方向に平行に一般に 表面相互作用によって液晶構造を整列するための細長い領域を有し、かつ液晶材 料を含む包囲媒体、および液晶材料において入射光の偏光に作用する液晶材料の 構造配列に応答する手段を含んでいることである。

本発明の他の観点によれば、可変光学偏光子が構造配列を変化する規定入力に応 答する液晶、液晶を含有するための包囲媒体、液晶の構造配列に作用する手段、 および構造配列の作用として液晶において光の偏光に作用する構造配列に応答す る手段を含んでいることである。

他の観点は、多数の一般に細長い閉鎖領域を有する包囲媒体によって形成された 三次元マトリックス、配向の機能として入射光の偏光に作用する偏光手段、およ び偏光手段の配列を定めて偏光手段の偏光作用を定める領域における液晶を含む 液晶偏光子に関する。

他の観点は、多数の一般に細長い閉鎖領域を有する包囲媒体によって形成された 三次元マトリックス、配向の機能として入射光の偏光に作用する偏光手段、およ び偏光手段の配列を定めて偏光手段に作用する偏光を定めるための偏光手段の偏 光作用を変える規定入力に応答する液晶を含む液晶偏光子に関する。

本発明の他の観点は、ニーに記載する可変偏光子の偏光の程度およびその等価を 変えるのにフィールド入力または他の入力を使用することである。

更に、他の観点は液晶、多色性染料および包囲媒体の混合物を流し込みしてフィ ルム状生成物を形成する手段、および最終硬化前にかかるフィルム状生成物を引 き伸ばす手段を含む制御しうる偏光子を製造する装置に関するものである。

他の観点は１対の偏光子、好ましくは光学系列関係（ｏｐｔｉｃａｌｓｅｒｉａ ｌ　ｒｅｌａｔｉｏｎ）に配置する直線偏光子を用い、この場合少なくとも１つ の偏光子が光の全透過を変える可変偏光特性を有する光の透過を制御することに 関する。

他の観点は、画像特性に影響を及ぼさないか、または画像特性の低下を少な（と も少な（する光の透過強さを制御することに関する。

他の観点は、ゴーグル（ｇｏｇｇｌｅｓ）、グラス（ｇｌａｓｓｅｓ）、サング ラスなどのようなアイウェアー（ａｙｃｖｅａｒ）に、このアイウェアーを透過 する光の偏光量を制限するために、可変偏光子を使用することに関する。

他の観点は、光の状態を自動感知すること、およびこの感知した光の状態の機能 として可変偏光子を介して光の透過を制御することに関する。

他の観点は、光学フィルター装置の密度を制御すること、それ故この装置を透過 する光の強さを制御すること、好ましくは透過光のギラギラ輝き（ｇｌａｒｅ） を減少することに関する。

他の観点は光の透過を制御する光学装置におけるくもりを最小にすることに関す る。

他の観点は光学装置を透過する光の色を制御することに関する。好ましくは、本 発明は上記透過光の強さを制御することを提供することである。

更に、好ましくは、本発明はギラギラ輝きを減少させることを含めることである 。

更に、本発明の観点は複数の偏光子を用いる光制御装置に関するもので、少なく とも１または２個以上の偏光子を規定入力の機能として作用する偏光量に制御す る可変偏光子にすること、である。

更に、本発明の観点は複数の偏光子を用いる光制御装置に関するもので、少なく とも１または２個以上の偏光子を規定入力の機能として作用する偏光量に制御す る可変偏光子、および少なくとも１個の固定偏光子にすることである。

他の観点は少なくとも１個の偏光子を可変偏光子にする複数の偏光子を用いる光 制御装置に関するもので、複数の偏光子をそれぞれの平面またはその偏光軸に関 して垂直関係以外に配向することである。

他の観点は液晶材料を含有する包囲媒体に細長い領域から形成した可変偏光子の 偏光の有効性の範囲を、各領域の断面直径に関する有効アスペクト比または延び 率を定めることによって変えることにある。

本発明の観点によれば、ディスプレーを光偏光制御基準で操作する光制御機構か ら形成することである。

本発明の他の観点は規定入力の機能として制御光透過特性を有するウィンドーに 関するもので、ウィンドーは、特に少なくとも１個の可変偏光子を用いて光偏光 制御基準で操作する。本発明の上述するおよび他の目的、観点、要旨および利点 は次の記載から一層明らかになる。

」１述するおよび関係する目的を達成するために、本発明は明細書に後述する、 特に特許請求の範囲に指摘する要旨、本発明の詳細な説明する後述する記載およ び添付図面を含んでいるが、これらは本発明の原理を用いることのできる多数の 種々の手段を示しているものである。本発明の範囲は請求の範囲によって定める べきものである。

凹　（７）　１１１Ｗ肌 添付図面において； 第１図は本発明によって制御液晶光学偏光子を説明するための線図である。

第２および３図は第１図の偏光子の端面図であり、第２図において偏光子を付勢 していないが、第３図において偏光子を規定入力で付勢している。

第４図は本発明の制御液晶光学偏光子を用いてフィルム状材料を作る流し込みエ マルジョン（ｃａｓｔ　ｅｎ＋ｕｌｓｉｏｎ）を説明するための線図である。

第６図は液晶の細長い領域を形成するのに引き伸ばした第４図の流し込みエマル ジョンのフィルム状材料を説明するための線図である。

第７および８図は規定入力の存在しないおよび規定入力の存在する場合の、それ ぞれにおける第６図の引き伸ばされたエマルジョン　フィルム状材料の液晶の細 長い領域を説明するための線図である。

第９図は本発明により制御液晶光学偏光子のフィルム状材料を連続プロセスで作 る装置を説明するための線図である。

第１０図は９０°以上で交差する１対の偏光子を用いる本発明による可変密度光 制御装置を説明する線図である。

第１１図は９０°以下で交差する１対の偏光子を用いる本発明による可変密度光 制御装置を説明する線図である。

第１２図は可変色および強さ制御を設ける本発明による可変密度光制御装置を説 明するための線図である。

第１３図は上述する偏光子より小さい偏光キャパシティーを有する本発明による 変形偏光子を説明するための線図であり、第１３図の変形偏光子はニーに記載す る本発明の種々の他の例に用いることができる。

第１４図は第１３図の変形偏光子を用いる本発明による可変密度光制御装置を説 明するための線図である。

第１５図は少なくとも１つの偏光子を本発明によって制御する１対の偏光子を用 いるディスプレーを説明するための線図である。

第１６図は少なくとも１つの偏光子を本発明によって制御する１対の偏光子を用 いるウィンドーを説明するための線図である。

第１７図は少なくとも１つの偏光子を本発明により制御する１対の偏光子を用い る１対の眼鏡を説明するための線図である。

第１８図は少なくとも１つの偏光子を本発明により制御する１対の偏光子を用い て色制御機能を有する１対のスキー　ゴーグルを説明するための線図である。

しい貝　　のＦＩＮ 添付図面において、同じ部分を同じ参照数字で示しており、先づ第１および２図 において制御液晶光学偏光子を１０で示す。

偏光子ｌＯは、液晶材料１１を包囲媒体１２中に含んでいる。特に、液晶材料１ １は包囲媒体１２内において壁１４で制限されている。領域１３は細長い領域が 好ましく、液晶材料１１と表面相互作用によって、領域１３の主長軸または細長 い軸１５に関して液晶構造の平行配列に一般に作用するように作動するのが好ま しい。領域１３の長さはその直径よりかなり大きくするのが好ましく、および多 数の領域は相互に連結し、例えばこの相互連結は上述する多くの特許に記載され ている。領域のアスペクト比、すなわち、長さ対直径または幅の比を大きくする 程、第１図に示すように液晶構造の一般に直線配列が太き（なる。上記直線構造 配列および軸１５に対するかかる配列の平行関係を、第１図において領域１３に おける液晶構造を表わす実線で示している。

第１および２図に示すように、包囲媒体１２は内部に液晶を含有する多数の領域 １３を含んでいる。領域１３は１３ａで示すように単独の領域にすることができ 、また複数の領域が相互に連結しおよび延長する場合には、例えば第１図におい て１３ｂおよび１３ｃでそれぞれ示しているように、流体列関係（ｆｌｕｉｄｆ ｃ　５ｅｒｉｅｓｒｅｌａｔｉｏｎ）の２．３または４個以上の細長い領域を存 在することができる。更に、４個の領域を第１図の制御液晶光学偏光子１０の包 囲媒体１２に示しているけれども、第１図は４個の領域を含んでいる制御液晶光 学偏光の実際の物理的大きさより太き（拡大して示している。それ故、第１図に 示す制御液晶光学偏光子１０の境界線を描く一般に方形の線で輪郭を描いた区域 においては、液晶１１の領域１３をより多く存在することができる。１例として 、例えば第１図に示す領域を横切る水平方向において測定するように、かかる領 域の大きい直径または幅は約０．５〜約７ミクロンの程度にすることができ；お よび軸１５に沿うかかる領域の軸長さは直径の数倍、例えば約２〜５倍にするこ とができる。しかしながら、領域の伸びを最大にするのが好しいが、本発明を上 述するより小さい伸びまたはアスペクト比または大きい伸びまたはアスペクト比 で操作することができる。

包囲媒体１２は領域１３の三次元マトリックスを形成するのが好ましく、この場 合領域を包囲媒体１２の外部周囲で閉鎖する。領域は単一層にまたは多層にする ことができ；第２および３図において、単一層配列を簡単化のために示しており 、これに対して第４および６図においては多層配列を示しており、本発明による 偏光子１０における場合に一層適当である。第２図は偏光子１０の端面を示して いる。液晶１１は領域１３の延長軸１５に沿って一般に構造的に配列する。

包囲媒体１２の表面２０および２１には各電極２２および２３を配置するのが好 ましい。少なくとも一方の電極は光学的に透明にし、偏光子１０の使用によって 両電極を透明にすることができる。あるいは、また一方の電極を非透明に、例え ば反射するようにすることができる。例えば、透明電極を、よく知られているよ うに酸化インジウム錫から作ることができる。電極２２および２３は規定入力、 特に液晶材料１１を横切る電界を与えるのに用いることができる。かかる電界の エネルギーが壁１４と液晶１１との表面相互作用に打勝つのに十分である場合に は、一般に液晶構造は、例えば第３図に示すように上記電界と平行に整列する傾 向がある。加えられた電界が第３図に示すような完全配列を得るのに必要とする より低い場合には、液晶構造は軸１５にまたは電界の方向に一般に平行しない角 度で配向する傾向があり、すなわち、液晶は電界の方向に部分的に配向するが、 それでもなお上記表面相互作用により部分的に配向する。電界に関する上述する 配列特性を達成するためには、液晶材料１１が正の誘電異方性を有することが必 要である。

第２および３図に示すように、一般に２４で示す電圧源、ＡＣ源またはＤＣ源を スイッチ２５および導線２６および２７によって電極２２および２３に選択的に 接続して液晶を横切る電界Ｅが印加される。

表面相互作用によるおよび／または電界のような規定入力により整列する液晶の 作動は上述する多くの特許に記載されている。

液晶材料１１は多色性染料３０を含んでいる。しばしば二色性染料と称する多色 性染料は中性濃度（ｎｅｕｔｒａｌ　ｄｅｎｓｉｔｙ）、または色特性を有する ことができる。多色性染料３０は、後述するように入射光の偏光に影響を及ぼす ように作動することは大切である。更に、多色性染料３０は液晶材料１工とゲス ト−ホスト関係（ｇｕｅｓｔ−ｈｏｓｔ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）に作用す る特性を有している。従って、構造的配向を有している多色性染料は、多色性染 料の構造的配向が一般に液晶材料１１の構造的配向に追従するように液晶材料１ １によって作用される。第１および２図に示すように、多色性染料３０は液晶材 料１１により構造と平行に、それ故軸１５に平行に整列し、第３図に示すように 多色性染料は軸１５に関して直交して液晶材料の構造と構造的に整列する。多色 性染料は好ましいけれども、配向の機能として光の偏光に作用し、かつ液晶材料 によって制御することのできる構造的配向を有する他の手段を本発明において用 いることができる。このために、特許通用において多色性染料についての参照文 献を上述する多色性染料の偏光作用を行う同等の手段についての参照文献をを含 めることができる。

次に、制御液晶光学偏光子１０の作動について手短かに説明する。この要約のた めに、液晶材料１１、包囲媒体１２、電極２２．２３および多色性染料３０を無 色にする。液晶材料１１、包囲媒体１２および電極２２．２３を透明にする。非 偏光光３１は、第２図に示すように、偏光子１０に入射するように向けるから、 液晶および染料が第１および２に示すように構造的に整列する場合には、偏光光 ３２は偏光子１０を出る。入射光３１の伝搬方向は軸１５に平行でなく、特にこ の伝搬方向は軸１５に対して一般に直交するように示（−でいる。しかしながら 、本発明は、伝搬角度が直交する以外の角度であっても機能し；Ｌ２．かもこの 角度は軸１５に関して、すなわら、領域１３の伸びの方向に非平行にする必要が ある。

多色性染料３０は、電界ヘクトルを多色性染料の構造的配列の方向に平行する面 において振動する入射光を吸収する傾向があ°　　　リ、しばしばこの電界ヘク トルを吸収すると云われる。これに対して、多色性染料の配列方向に直交する方 向において振動する入射光の電界ヘクトルは吸収されず、実際上、透過する。従 って、出射光１３２の偏光面は第２図の面に直交または垂直する方向になる。

多色性染料３０は軸またはその構造に対して平行に伝搬する方向に入射する光を 吸収しないようにするのが好ましい。それ故、第３図に示すように、一般に液晶 材料１１および多色性染料３０の構造が偏光子１０を通る入射光３１の伝搬方向 に平行に整列するから、偏光しない入射光３１は偏光子１０を透過し、非偏光光 ３３として出る。

上述するように、入射光３１に応答して偏光子１０を出る光３２゜３３の偏光特 性は領域１３における多色性染料３０の配列特性の１つの機能であると思われる 。光は、電界を液晶材料１１を横切って印加しない場合には光３２として実質的 に線状に偏光することができ、第３図に示す配列を達成するのに十分な電界を液 晶に印加する場合には光３３として実質的に偏光しないようにでき、および第３ 図に示すように軸１５に平行に整列しなく、しかも直交的整列関係を全く満たさ ない液晶（および多色性染料）構造を生ずるのに十分大きい中間範囲の電界を印 加する場合には部分的に偏光することができる。

液晶材料はネマチック液晶がまたは操作上ネマチック液晶が好ましい。操作上、 ネマチックとは、ネマチック液晶が作動するように予想されるように液晶材料が 作動する、すなわち、ネマチック液晶が直線である通常の構造的配列を有する傾 向があり、この事がかかる直線構造を変えるある機構の不存在において最小の遊 離エネルギー状態になることを意味する。表面はかかる変化に作用する傾向があ る。作動上、またネマチックは、上述する多数の特許において、例えば外部電界 の不存在において、液晶の構造的ゆがみが極めて強いより　（コレステリック液 晶材料であるように）またはレアーイング（ｌａｙｅｒｉｎｇ）　（スメクチッ ク液晶材料におけるように）のようなバルク効果によるより、むしろ表面相互作 用による境界での液晶の配向によって支配されるような液晶の特性によるものと 規定されている。また、よりの傾向を誘導するが、しかし境界配列の効果に打ち 勝つことのできないキラル成分の使用のような液晶作動に影響を及ぼす種々の成 分の使用は、なお作動上、ネマチックと考察される液晶に生ずるものと思われて いる。

液晶材料としては、その配向特性を、一方において配向が表面相互作用により、 および／または他方において電界の印加によって影響される、ネマチック液晶に ついての選択を変えることができるものが好ましい。

更に、液晶を形成する材料については、材料をスメクチック液晶または作動上ス メクチック液晶にすることができ、液晶がスメクチック液晶として作用する傾向 を示す後者は役目を果たす。しかし、スメクチック液晶はそのメモリー特性、ｖ ｉｓ−ａ−ｖｉｓ配列を有する傾向があり、このために、スメクチック液晶を用 いる場合には、電界を例えば第３図に示すように軸１５に対して一般に直交する 方向に加えるばかりか、電界を軸１５に対して一般に平行に加えて、液晶構造を 第３図の配向に配置した後、液晶構造を第２図の配置にリセットすることができ る。

液晶材料は領域１３の主軸方向または延長方向、すなわち、軸１５に沿って整列 する必要がある。更に、液晶材料は、第３図に示すように、規定入力の作用とし て、軸１５に沿う配列から他の配列、例えば軸１５に直交する配列にかわる構造 的配列を有するようにする必要がある。

上記規定入力は添付図面に示すように電界にすることができる。あるいは、また 規定入力は、よく知られているように液晶構造の適切な配向を生ずる磁界にする ことができる。更に、望ましくはないけれども、規定入力は熱入力にすることが でき；この場合には、例えば熱入力が液晶材料の温度を上げて液晶材料を等方性 相にし、このためにその構造的配列特性を失ない、その上に多色性染料を無作為 な配向にする傾向があり、このために偏光子１０から出る光を無偏向にする傾向 がある。後者の場合においては、液晶材料を冷却することによって、例えばネマ チック相の構造的配列状態を再び得られるようにし、このために出射光３２は再 び直線に偏光する。

本発明において用いる液晶材料はこ−に記載される任意の液高材料または他の液 晶材料、例えば上述する特許に記載されている液晶材料を用いることができる。

液晶材料は透明で、かつ低い複屈折特性を有するのが好ましい。特に、液晶材料 は屈折の通常のおよび異常の両屈折率を有することが知られており、複屈折はこ れらの屈折率の差である。

低い複屈折の液晶材料においては、かかる両屈折率を同じにまたはほぼ同しにす るように、すなわち、差を比較的に小さくするように釣り合わせる。更に、包囲 媒体１２の屈折率および低い複屈折の液晶材料の両屈折率を釣り合わせるか、ま たは実質的に同じにする。特に、最適作動の場合には、液晶材料の通常の屈折率 を包囲媒体の屈折率に釣り合わせるか、または液晶材料を規定人力、例えば電界 に存在し、第３図に示すように配向する場合には光の散乱を最小にするようにほ ぼ釣り合わせる必要がある。上述するように、かかる特性は出射光を非偏光にす る場合には散乱を除去するかまたは少なくとも最小にする。

また、本発明は、液晶材料が低い複屈折材料でない場合にも達成することができ る。この場合には、通常の屈折率を包囲媒体の屈折率に釣り合わせる必要があり 、このために例えば第３図に示すような伝搬方向に整列する液晶を透過した非偏 光入射光３１は実質的に散乱しない非偏光光３３として出る。他方において、規 定入力を存在しない場合において、液晶を第２図に示すように配向する場合では 、例えば光が液晶の屈折率と包囲媒体の屈折率との不釣り合のために散乱する傾 向があり、それにもかかわらず散乱する光を含む出射光３２は直線に偏光するこ とを確めた。

好ましい例において、液晶材料の電気的応答特性は印加された電界Ｅに関して整 列するようにする。液晶材料、特にネマチック　タイプの液晶材料は２つの異な る誘電率、すなわち通常の誘電率および異常の誘電率を有していることが知られ ている。

かかる誘電率における差のために、液晶材料は印加された電界に関して整列する 。既知の液晶材料の場合、複屈折が小さくなるにつれて、誘電率間の差が小さく なり；他方において誘電率間の差を適当に太き（する場合があり、この場合に液 晶構造は印加された電界、特に適度の大きさ、例えば４０ポルトまたはこれ以下 に関して配向する傾向があり、かかる大きさは本発明において制御するものでは ないが小さい程よい。それ故、一般に既知の液晶材料の場合にはゼロ複屈折を有 するようにすることはできず、所望の配列を達成する誘電率間の適度な差を有す るようにするために、幾分の複屈折を有するようにする。

液晶材料は水を主成分とする（ｗａｔｅｒ−ｂａｓｅ）包囲媒体１２でエマルジ ョンを生成する油を主成分とする（ｏｉ　１−ｂａｓｅ）材料が好ましい。ある いは、また液晶材料は偏光子１０の製造前におよび／または製造後に包囲媒体に 溶解することができるが；しかし液晶材料は、包囲媒体が細長い領域１３によっ て固体または実質的に固体材料になった後に、包囲媒体に溶解しないようにする 必要がある。液晶材料を液体包囲媒体に溶解する、包囲媒質に液晶領域を形成す る１例は上述する多くの特許に記載されている。

本発明において用いる液晶材料としては、例えばジシクロヘキサンおよびフェニ ルシクロヘキサンを挙げることができ、これらは比較的に低い複屈折材料である ために好ましく、その通常のおよび異常の屈折率は比較的に低く包囲媒体１２の 屈折率と釣り合っている。他の例の材料はシアノビフェニル材料およびエステル である。更に、また上述する特許に記載されている液晶材料は、こ＼に記載する 作動的／機能的特性が与えられるかぎり、本発明において用いることができる。

他の特定例として、本発明に用いる液晶材料はＥ、メルク社によって製造および ／または販売され、コードＮαＺＬＩ−１６４６゜ＺＬＩ−２３５９，ＺＬＩ− １８００およびＺＬＩ−４１１９で示されている材料である。

包囲媒体１２は、上述するように領域１３の三次元マトリックスを形成するのが 好ましい。この包囲媒体は液晶材料１１および多色性染料を、好ましくは漏出し ないように含有する細長い領域のマトリックスを形成する特性を有する。包囲媒 体１２を形成する材料は、液晶と相互作用する目的のために、液晶構造の配列に 影響を及ぼすか、または作用して個々の領域の主軸１５に一般に平行になるよう な領域１３を画成する表面または壁１４を形成することができる。

包囲媒体１２は液晶材料１１によってエマルジョンを形成する材料が好ましく、 この材料としては油を主成分とする材料が好ましく、それ故、包囲媒体１２は水 を主成分とする材料が好ましい。

あるいは、また、上述するように包囲媒体は、液晶を溶解し、かつ液晶が凝縮し て領域１３を形成するように硬化することができるようにすることができる。こ の事は、液晶を包囲媒体に溶解しない場合より幾分好まくはない、液晶を溶解す る場合には多色性染料は溶解するが、しかし液晶材料が包囲媒体の硬化中に凝縮 するようには凝縮しない。この場合において、一般に利用できる以外の他の手段 または他の多色性染料を本発明における所望の偏光効果を得るために用いること ができる。

本発明においては、液晶および多色性染料を含む包囲媒体１２を連続プロセスで 流し込みすることができる。それ故、望ましくは、包囲媒体および液晶材料およ び多色性染料はかかる流し込みするのに適度な粘度、流動性および硬化／セット 　アップ特性を有するようにする。

光学的に、包囲媒体１２は透明にし、かつ光学的に活性にしないようにする。必 要に応じて、包囲媒体は非多色性染料のような着色材料または他の材料を含有す ることができる。更に、包囲媒体の屈折率は液晶の通常の屈折率と同様にするか 、または少なくともこれに近づける必要がある。

電気的作用において、特に領域１３に液晶材料１１および多色性染料３０を含有 する包囲媒体１２のインピーダンスは、適度の電界を液晶材料に印加して、例え ば第３図に示すようにその望ましい配列を達成することができるようにする。勿 論、偏光子への規定入力を磁界とする場合には、包囲媒体、液晶材料および多色 性染料の特性は、適度な磁界を液晶材料に都合よく印加して所望の配列を達成で きるようにする必要がある。

包囲媒体１２は安定な材料にする必要がある。包囲媒体は物理的保全性を低下し ないようにし、かつ紫外光／線に応答して脱色しないようにする。必要に応じて 、分離紫外線吸収体を用いて包囲媒体１２、多色性染料および／または液晶材料 １１を紫外線の望ましくない作用から保護することができる。包囲媒体１２は液 晶材料または多色性染料に化学的に作用しないようにし；同様に、かかる液晶材 料および多色性染料は包囲媒体に化学的に作用しないようにする。

上述するように細長い領域１３を形成するために、包囲媒体、液晶および多色性 染料のエマルジョンから形成したフィルムを引き伸ばすようにし、別の方法で一 般に球状領域を伸ばすようにする。引き伸ばしを容易にするために、フィルム、 特に包囲媒体１２は流し込みと最終硬化との間の段階中、粘弾性材料であるよう な弾性特性を有するようにする。硬化中および硬化後にフィルムに上記弾性、好 ましくは可撓性を付与するために、可塑剤を包囲媒体に添加するのが望ましい。

可塑剤としてはグリセリンを例示できる。また、他の可塑剤としては、例えばエ チレン　グリコールおよびポリプロピレン　グリコールを使用することができる 。包囲媒体を可塑化することのできる他の材料、例えばポリビニルアルコール包 囲媒体、または液晶材料と互いに作用しない他の包囲媒体を用いることができる 。

包囲媒体における領域１３は三次元マトリックスに配置するのが好ましく、すな わち、すべての３つの直交座標方向ｘ、　　ｙ。

２に互いに離間する関係で配置する。かかる領域の主軸１５は第１〜３図に示す ように平行にする。領域は得ることができる比較的に最大の伸び；一般に長い、 または大きいアスペクト比を得るようにする。最大の幅部における領域の直径は 、領域における液晶構造を電界Ｅのような規定入力の不存在の場合において主軸 １５の方向に優先的に確立できる程度に十分に小さくする。

領域は伸びを最大におよび端部を最小にして互いに連結するようにし、この場合 彎曲の比較的に短い半径が生ずるようにすると共に、領域相互間の横方向相互連 結または交差成分を最小にし、すなわち、軸１５に直交する方向において、軸１ ５の方向における以外の配向を生ずるようにできる。好適例および最良のモード において、一般に領域１５は管状または円筒状にてき；幅直径は約１７２　ミク ロン−約７ミクロンにすることができ；長さ対直径のアスペクト比はできるだけ 大きくする必要がある。こ−に記載する寸法は例示的なもので、制限するもので ない。

包囲媒体についての材料の１例として、例えば米国特許明細書第４，４３５，０ ４７号に記載されている精製ＰＶＡのようなポリビニルアコール（ＰＶＡ）を示 すことができる。他の材料としては上述する多数の特許に記載されている材料を 包含する。更に、他の包囲媒体としてはポリウレタン、ラテックス　ポリウレタ ン、他のラテックスまたは水溶性重合体、樹脂、エポキシ、アクリルラテックス などを包含している。もっとも、好ましい包囲媒体は液晶および多色性染料を溶 解しない程度に水溶性にする必要があり、できるだけ長くする必要はないが、本 発明における液晶および多色性染料の領域はこ＼に記載するように形成でき、か つ作用することができる。

必要に応じて、ガラス、プラスチックまたは他の材料の他の支持体および／また は保護構造体を包囲媒体、および多色性染料および液晶の領域を支持および保護 するために設けることができる。例えばかかるガラスとしてはその複数のシート を含めることができ、その間に偏光子１０をサンドインチにし；ガラスは時間、 ある輻射線などによる多色性染料の劣化の防止を助ける。

光を偏光する材料、例えば多色性染料３０について、この材料は光を偏光するよ うに、または光の偏光する程度または量を変えて光を制御しうる形に偏光するよ うに作動する。染料が第２または３図に示す方向に十分に整列する場合には、出 射光３２または３３は、それぞれ実質的に直線に偏光または実質的に非偏光する 。染料が電界已に関して部分的に整列する場合には、射出光は第３図の非偏光光 ３３より多い偏光特性で、しかも第２図の実質的に十分な直線に偏光した光３２ より少ない偏光特性を有する傾向がある。

偏光３０に影響を及ぼす材料は好ましくは、しばしば二色性染料に属する多色性 染料である。染料の例としては上述する多くの特許明細書に記載されており、こ −において用いることができる。多色性染料は、偏光子が色に関係ない偏光対照 として主として用いる場合には無色にするが；、シかし必要に応じて染料は、例 えばその配列の機能として、あるそれぞれの色を選択的に吸収および透過するよ うにできる。

多色性染料は入射する光を直線に偏光するように作動する。

一般に、入射方向は、染料を整列する面に対して垂直である。

染料は入射光の電界スペクトルを吸収する傾向があり、このスペクトルは液晶の 軸の方向に向う。それ故、染料によって透過した光の偏光面は染料の軸方向に対 して直交する。染料はその軸に沿う方向における染料に入射する光を偏光しない 傾向がある。更に、上述するように、染料はゲスト−ホスト関係における液晶と 同じ方向に整列する。

第４および５図において、包囲媒体１２における領域１３中の液晶および多色性 染料のエマルジョンの流し込みフィルムを４０で示している１フイルムはエマル ジョンに無作為に分配された領域１３の多層を含んでいる。図面の上部および下 部の濃い黒い線は包囲媒体表面の境界を示している。第５図はフィルム４０を引 き伸ばす前の一例の単一の液晶領域１３を示している。領域１３は一般に球状で あり、領域内の液晶は無作為に配向する傾向がある。特に、米国特許明細書第４ ，４３５，０４７号および上述する他の特許明細書に記載されているように、か かる液晶材料は電界の不存在において曲線的に整列する傾向がある。

本発明においては、流し込みエマルジョン　フィルム４０を第６〜８図に示すよ うに引き伸ばす。引伸ばしは第１〜３図および第６〜８図に示すように領域１３ を生ずるように一軸に引き伸ばすのが好ましい。フィルム４０の満足な硬化、凝 固、染色などの後、フィルムは本発明の可変偏光子１０を形成する。好ましくは 電極２２．２３を偏光子１０に加えて所望の規定入力を与えるようにするが、か かる電極および／または電界は他の外部装置によって供給することができ；およ び入力が磁界または熱エネルギーである場合には、電極は偏光子について必要で なくなる。

第７および８図は液相材料１１の配列特性を示している。第７図は、規定入力、 例えば電界Ｅの不存在において液晶が細長い領域１３の方向に沿って構造的配向 する状態を想定している。第８図は電界の存在において、液晶が電界に沿って、 かつ領域１３の主軸を横切って整列する状態を示している。この配列および再配 列は、それぞれ、領域の表面による相互作用によっておよび電界によって達成さ れる。また、多色性染料は上述するように液晶の構造的配向によって整列しがち である。

第９図において、本発明の制御液晶光学偏光子１０を製造する装置および方法を ５０で示している。装置５０は延伸機５２を具えたリバースロールコータ−５１ から構成されている。リバースロールコータ−５１は普通のモーターによって駆 動されるロール５４により移動する循環コンベヤーベルトまたは塗布ベルト５３ を含んでおり、普通の制御装置によって、例えば速度などについて制御する。ヘ ルド５３は矢５５の方向に移動する。また、機械５１は包囲媒体１２、液晶材料 １１、多色性染料３０および可塑剤のエマルジョン５７をベルト５３に供給する 、堆積する、または流し込む方向に回転する塗布ロールを含んでいる。普通のブ レード５８を設けて堆積したエマルジョン相の厚さを定める。普通に設計された ドライヤー５９を用いてエマルジョンを乾燥し、例えば水をポリビニル　アルコ ールから乾燥除去し、これによってエマルジョンを適切な構造保全性を有するフ ィルムに硬化し、このためにフィルムを延伸機５２により引き上げられて引き伸 ばすことができる。

コロイドミル６０を設けて液晶材料、多色性染料、可塑剤および包囲媒体のエマ ルジョンを作り、このエマルジョン５７をキャスター５０に送る。好ましくは上 記エマルジョンを連続的に作り、流し込みを連続プロセスによって行い；同様に 、延伸機５２による引き伸ばしを連続に行うのが好ましい。またコロイドミル以 外の手段を用いてエマルジョン５７を形成することができる。ナイロンまたは他 のひも状物質６１の供給源を用いてエマルジョンと共にヘルＩ・５３上に引き出 すようにする。このひも状物質を用いてフィルムを延伸機５２まで、例えば６２ で示すように引っ張ることができる。しかる後に、フィルムを延伸機で引っ張る と共に、ひも状物質をフィルムから剥離するか、または区域６３でカントし、ひ も状物質を巻取ロールに巻取る。このために、このひも状物質はコーター５０に 沿って移動するように、フィルムの一端または両端に位置するのが好ましい。

延伸機５２はマイヤー（Ｍｙｌａｒ）または他の材料の剥離シート７０を含んで おり、剥離シートを用いてフィルム７１をエマルジョン巻取りロール７２上に引 っ張ってフィルムを引き伸ばし、これにより包囲媒体１２中に液晶１１の細長い 領域１３を有する偏光子１０を形成することができる。剥離シートは第１貯蔵ロ ール７３から供給する。剥離シートの移動速度は７１におけるフィルムの移動速 度より大きくし、これによってフィルムに所望の応力を生じさせ、所望の引き伸 ばしによって領域の所望の伸びを達成する。

−例の差速は、例えば２のファクターにすることができ、また他の差速を用いる ことができる。フィルム７１がロール７２上に引っ張られた後、フィルムを偏光 子として用いるためにこのロールから巻きはぐし；次いでフィルムを所望の大き さに力・ノドしｉ剥離シート７０をフィルムに付着して送出するか、または除去 することがのる。

偏光子１０を作る方法について手短かに説明すると、エマルジョンを作るのに用 いる成分を混合し、すなわち液晶材料、多色性染料および包囲媒体を乳化する。

フィルム７１を連続流し込み方法によって形成する。とにかくフィルムはヒータ ー５９または他の手段（外部エネルギーなどによらない自然硬化を含む）で硬化 してフィルム状の形または形状を保持するようにする。かようにして、フィルム は包囲媒体中に形成された液晶および多色性染料の複数の領域を有する。領域は 、一般に最小の遊離エネルギーに達成するために球状にすることができる。しか る後に、フィルムを引き伸ばして領域を細長くし、かようにして液晶構造および 多色性染料の相当する配向を線状にする（フィルムを引き伸ばして領域を細長く するから、最初の領域の形状が一般に球状であるか、またはある他の形状である かどうかは重大なことでない）。材料は最後に硬化して細長い領域を有する形状 を維持するようにする。次いで、必要に応じて、電極を設けることができる。

液晶材料１１の領域１３は、細長い領域にする目的のために、上述するように引 き伸ばして球状または他の形状にすることができ、普通に引き伸ばす前の領域の 最初の形状は厳格に考える必要はない。更に、隣接する細長い領域間の相互連結 は、その連結が上述する引き伸ばしにより領域の主軸に対して直交して整列（場 の不存在において）する液晶を生ずるようにする必要がなく、この相互連結およ びその負の影響の存在を最小にする。

実際上、例えば第４図の最初の流し込みエマルジョンにおけるすべての３つの方 向（ｘ、ｙ、ｚ）における相互連結が第４図の流し込みエマルジョンにより形成 された、すなわち、引き伸ばし前のマトリックスにおいて同等であるか、または 平均化された場合には、引き伸ばしは領域を細長くするように引っ張るばかりで なく、軸１３に関して一般に平行にまたは平行関係に向けて引くように相互連結 を引っ張る傾向がある。比較として、この引き伸ばしをよく知られている金網（ ｃｈｉｃｋｅｎ　ｗｉｒｅ）の引き伸ばし方法に類似するように行う場合、この 金網のすべての線は一般に引き伸ばし方向に平行関係に引き伸ばされる傾向があ る。

実施例１ イー・メルク社（Ｅ、Ｍｅｒｃｋ）の液晶材料ｒＺＬＩ−１６４６Ｊ　（２０％ ）、グリセリン（２０％）及びエアー　プロダクツ　アンド　ケミカルス社（Ａ ｉｒ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　＆　Ｃｈｅｍｉｃａｆｓ）のポリビニルアルコールｒ ＰＶＡ−２０５Ｊ　（６０％）（２５％の濃度を有し、残部が水分であるポリビ ニルアルコール）の混合物を混合し、これらの懸濁液を生成させた。この液晶材 料は、三井化学（Ｍｕｔｓｕｉ　Ｃｈｅｎ＋１ｃａｌｓ）の青色の多色性染料ｒ Ｍ−１４１，＋を液晶材料の１％未満の濃度で含有していた。この懸濁液を流し 込んでフィルムを形成し、このフィルムを上記の方法で伸張した。

実施例２ イー・メルク社の液晶材料ｒＺＬＩ〜２３５９Ｊ　（２０％）、グリセリン（２ ０％）及びエアー　プロダクツ　アンド　ケミカルス社のポリビニルアルコール ｒＰＶＡ−２０５Ｊ　（６０％）（２５％の濃度を有し、残部が水分であるポリ ビニルアルコール）の混合物を混合し、これらの懸濁液を生成させた。この液晶 材料は、三井化学の青色の多色性染料ｒＨ−１４ｂを液晶材料の１％未満の濃度 で含有していた。この懸濁液を流し込んでフィルムを形成し、このフィルムを上 記の方法で伸張した。

実施例３ イー・メルク社の液晶材料ｒＺＬＩ−１８００」（２０％）、グリセリン（２０ ％）及びエアー　プロダクツ　アンド　ケミカルス社のポリビニルアルコール「 ＰｖＡ−２０５」（６０％）（２５％の濃度を有し、残部が水分であるポリビニ ルアルコール）の混合物を混合し、これらの懸濁液を生成させた。この液晶材料 は、三井化学の青色の多色性染料ｒＭ−１４１Ｊを液晶材料の１％未満の濃度で 含有していた。この懸濁液を流し込んでフィルムを形成し、このフィルムを上記 の方法で伸張した。

実施例４ イー・メルク社の液晶材料ｒ　ＺＬＩ−４１１９Ｊ　（２０％）、グリセリン（ ２０％）及びエアー　プロダクツ　アンド　ケミカルス社のポリヒニルアルＤ　 −／Ｌｚ　ｒＰＶＡ−２０５Ｊ　（６０％）（２５％の濃度を有し、残部が水分 であるポリビニルアルコール）の混合物を混合し、これらの懸濁液を生成させた 。この液晶材料は、三井化学の青色の多色性染料ｒＭ−１４ｂを液晶材料の１％ 未満の濃度で含有していた。この懸濁液を流し込んでフィルムを形成し、このフ ィルムを上記の方法で伸張した。

他の実施例では、成分の濃度を変更できる。例えば、液晶材料は約２０％から約 ３０％の範囲内で増加させることができ、可塑剤、例えばグリセリンは、ポリビ ニルアルコールの量の約１２％からポリビニルアルコールの量の約２５％の範囲 内で変更される。

また、他の濃度のポリビニルアルコールも使用できる。

上記したように、本発明で使用する多色性染料の量は相対的に少ない。これは、 とりわけ着色のためにではなく偏光を制御するために染料に顧るときの、染料作 用のりライアンスを、その使用時に入射光の方向に対して平行又は直交方向に配 置するので、本発明においては染料を非常に有効な方法で使用できるという事実 に基づく。しかし、この染料をまた、その着色特性のために使用してよい。また 、本発明に従い、染料の濃度を上記した量にくらべて多くでき、また少なくでき ることが理解される。

更に、相対的に応答が早いこと、相対的に低い電圧で動作応答すること（特に、 本発明に従って相対的に薄いフィルムを使用できることから）、及び使用フィル ムの所与領域に必要とされる液晶と染料との量が相対的に小さいという事実から 、相対的にコストが低いことを含む。幾つかの他の利益が本発明により生ずる。

他の利益は、相対的に高い透明度、低い曇り、可変密度制御を与える能力、密度 範囲の選択、及び熱論、連続的に製造できることに関する。

本発明は、透過光の保持性に好ましくは影響すること無しに、又は実質的に影響 すること無しに、光学デバイスを透過する光強度を制御する多数の技術を提供す る。ここで、こうした可変強度制御をもたらすための幾つかの解決法について記 載する。

第１０図を参照すると、可変密度光制御装置８ｏの例が概略的に示されている。

この装置８０は、光の直線偏光を与える操作が可能な一対の偏光子８１．８２を 有する。各偏光子８１．８２を透過する光の偏光面の方向は、それぞれ矢印８３ ．８４で示す。ここで、理解すべきことには、もし偏光子８１．８２を図示の方 法で、即ち、各偏光方向が９０°で交叉するように配向すると、装置８ｏ上へと 向けられた入射光８５に対する応答においては、出力光８６の強度は、各偏光子 の能力に従い、ゼロとなるがゼロに非常に近くなる。

しかし、偏光子８１．８２のうち少なくとも一方を、第１図〜第９図を参照しな がらＬ記した偏光子１ｏのように可変偏光子とし、次いでこうした可変偏光子へ の所定インプットの強度を変えることにより、出力光８６の強度が変化する。例 えば、もし偏光子８１が可変偏光子であるときは、そのときはこれから出射し、 また、従って、偏光子８２上へと入射する光８７は、可変偏光子８１へと電界が 印加されないときには完全に偏光され、充分な電界が可変偏光子８１へと印加さ れるときには実質的に偏光されない。

また、偏光子８１を出射する光８７は、例えば、可変偏光子８１へと印加される 電界強度を、上記したように、ゼロと無偏光の光出力を与えるために必要とされ る強度との間とすることで、部分的に偏光できる。ここで、理解すべきことには 、もし偏光子８２が固定偏光子であれば（又は、最大偏光が実施される可変偏光 子であれば）、光出力８６の強度は、偏光子８工への所定インプットと、従って 、可変偏光子８１の偏光能力との関数となる。偏光子８１を可変のものとして説 明し、偏光子８２を固定のものとして説明したけれども、逆の条件が存在しても よく、本発明に従って動作させることができる。

更に他の例として、偏光子８１．８２を共にそれぞれ可変偏光子１０とできるこ とが理解されるこうした場合には、出力光８６の強度の制御範囲は、上記した例 から拡大しうる。特に、偏光子の一方を固定すると、こうした偏光子は、その上 に入射する光８７の強度を約半分に低減する。従って、入力光の関数としての出 力光の偏位の範囲は、入力光８５の強度の約半分がらゼロの間となる。この一方 、偏光子８１．８２が共に実質的に無偏光の出力光を与えうる場合には、出力光 ８５の強度は、入射光８５の強度の約１００％からゼロの範囲内で変化しうる。

第１１図を参照し、可変濃度光制御装置の変形例を９０で示す。

この装置９０は一対の偏光子９ｉ、　９２を有し、これらを透過する出力光の直 線偏光の方向は、例えば第１θ図の装置８０の場合のように、矢印９３．９４で それぞれ示す各偏光子９１．９２によって透過されうる直線偏光の方向９３．９ ４は、互いに対して交叉しているが、しかしこうした交叉は直角又は９０°以外 である。従って、入力光９５に対する応答において、この装置９０は、充分に消 去されたか若しくはゼロの強度を有する出力光９６を作り出すことができないで あろう。更には、偏光子９１．９２が完全に偏光されているものと仮定すると、 偏光子９１から出力され、偏光子９２上へと入射する光９７は、方向９４に対し て直交しない成分を含み、こうした成分は実際、透過して出力光９６を構成する 傾向がある。

上記の実施例及び記載は単なる例示であり、本発明の制限を意図したものではな いことが理解される。むしろ、本発明の範囲は、次の請求の範囲によって規定さ れるべきものである。

第１１図の装置９０においては、偏光子９１．９２の一方は、例えば上記した可 変偏光子１０のように可変であり、他方の偏光子は、第１０図の装置８０の場合 におけるように、可変又は固定とできる。

もし偏光子の一方が固定であると、出力光９６の最大強度は、上記した理由から 、入射光９５の強度の約半分となる。この最小強度は、二つの偏光子９１．９２ のうち可変偏光子の方が最大偏光モードにあるとき、例えばそれへの所定入力が ないときには、方向９３．９４の間の角度関係の関数となる。

また、偏光子９１．９２を共に、例えば可変偏光子１ｏのように可変偏光子とし てよい。この場合には、出力光９６の最大強度は、入射光９５の強度とほぼ等し くなり得、光９６の最小強度は角度関係９３．９４の関数となるが、しかしいか なる場合もゼロには達しない。このように、出力光９６が完全に消滅するのを防 止するような、光制御の範囲を、可変濃度光制御装置９０が提供していることが 理解される。

これらの装置８０．９０は種々の光学デバイスに使用できる。ディスプレイ、眼 鏡、サングラス、ウィンドー、及び光透過率の可変制御が望ましい他のデバイス を例示できる。例えば、第１５図にディスプレイ８０′を示す。第１５図及びこ れに続く図面においては、プライムを付けた参照番号は、他の図面においてプラ イムのない対応する参照番号で示した部材と同−又は類似の部材を示す。このデ ィスプレイ８０′は、例えば互いに実質的に重ね合わせることによって、光学的 直列関係に配置された一対の偏光子８１’　、　８２’と、適当な制御装置によ って選択的に電源を入れうるパターン化電極配置８８′　と、電源８９′　とを 有する。このパターン化電極配置８８′は偏光子８１’　、　８２’の双方の上 に在ってよく、短絡を避けるために適当な電気絶縁体を設けてよい。

図示の電極配置８８′は、例えば、従来のように、たとえすべてではなくともほ とんどの文字数字式を表示する能力のある、７セグメントのディスプレイ方法で ある。他のパターン又は配置の電極も使用できる。どの電極に電源８９′によっ て電源を入れ、又はそのように電源を入れないかにより、種々の文字数字式をデ ィスプレイ８０’上に表示することができる。例えば、電極セグメントに電源が 入っていないと、明るい背景に対して数字「８」が暗く現れ表示される。第１５ 図に示すように、もし低い方の左側のセグメントに電源を入れると、少なくとも 幾分かの光がこれを透過するようになり、これにより数字［９Ｊが表示され得る ようになり、以下同様である。

第１６図にウィンドー８０″を示す。このウィンドーは複数の偏光子８１“、８ ２″を有してよく、これらは、第１０図を参照しながら上記した偏光子８１．８ ２と同じであってよく、同じ関係を有していてよい。電源８９″は各偏光子８１ ″、８２＃の電極へと接続され、これらへと適当な電界を選択的に印加する。従 って、この電圧を変えることにより、ウィンドー８０“を透過する光強度を制御 できる。

ディスプレイ８０′　とウィンドー８０“の代わりに第１１図の装置９０を使用 することができ、この場合には、装置８０を用いては不可能であろう光の全面的 消去が可能となることを理解できる。

更に、ディスプレイ８０′とウィンドー８０＃とにおいては、強度制御の範囲は 、各電源によって印加される電圧の範囲か、これらの偏光子の一方又は双方が可 変型であるか否かの関数となることが理解される。

更に、第１７図には、眼に装着する眼鏡８０′″を示す。この眼鏡８０″″は、 第１１図を参照しながら上記した装置９０と好ましくは同じものである、可変濃 度光制御装置９０′を、各レンズ中に有する。この装置９０′は、これへと適当 な電気入力を印加してこれを透過する光の強度を制御する電源９９′に応答する ことで制御される。この強度制御の範囲は、第１１図の装置９０を参照しながら 上記したように、装置９０′内の二つの偏光子９１．９２が実際に双方共に可変 であるか、又は一方が可変であって一方が固定であるかによるであろう。更に、 第１７図に示す方法で装置９０′双方へと電気的に接続される電源９９′は、バ ッテリーであってよく・、又は適当な回路を有する独立の太陽電池、光電池等で あってよく、周囲の光条件の強度に応答し、これにより装置９０′によって、対 応する強度制御を実施する。

第１０図、第１１図及び第１５〜１７図の上記デバイスにおいては、使用する多 色性染料は、中性濃度、即ち無色であってよく、又は一つ以上の色を吸収し一つ 以上の色を透過するような色特性を有していてよい。こうした色特性は、染料配 列の作用であってよい。従って、出力光、例えば出力光８６又は９６の色は、各 装置８０．９０の各偏光子Ｏに使用した多色性染料の色特性及び配列の関数であ ろう。

第１２図で示す可変濃度光制御装置１００において、他の色制御の概念を示す。

この装置１００は三個の偏光子１０１．１０２．１０３を有し、これらをそれぞ れ透過した直線偏光の偏光方向を矢印１０４、１０５．１０６で示す。装置１０ ０を通過する光の種々の部分を、矢印１１０（装置１００への入射光）　、１１ １．１１２及び１１３（装置１００からの出力光）によって示す。この偏光子１ ０１は、可変偏光子又は固定偏光子であってよい。偏光子１０２．１０３は可変 偏光子であることが好ましい。更に、偏光子１０２．１０３は、可変偏光子であ るだけでなく、内部の染料配列の作用として色吸収／透過特性を変化するという 特性を有していることが好ましく、更に下に記載するように、補助的であること が好ましい。

装置１００の動作時には、偏光子１０２を、偏光しないときには白色光を透過さ せ、そして偏光の大きさが増大するにつれ、即ち、偏光子への電界の強度が減少 するにつれ、黄色以外のすべての色の光吸収を増大させるように操作できる。偏 光子１０３は、黄色光を透過させる代わりに青色光を透過させろうよに動作する ことを除き、偏光子１０２と同様に動作する。従って、可変偏光子１０２　、１ ０３内の配列の作用として、可変偏光子１０について上記したように、例えば、 出力光１１３の色は実質的に白色であるか、実質的に黄色であるか、又は実質的 に青色であってよく、又は黄色と青色との混合であってよく、これは灰色へと向 かい、黄色と青色とが補助的であることから、濾過が最大であるときにはほぼ黒 色となりうる。

もし偏光子１０１が固定偏光子であると、そのときは光出力１１３の色のみなら ず強度も、可変偏光子１０２．１０３内の液晶と多色性染料との配列特性の関数 である。更に、例えば上記した偏光子１０のように、もし偏光子１０１が可変偏 光子であるときは、出力光１１３の強度は、偏光子１０２．１０３の配列特性だ けでなく、偏光子１０１の配列特性、従って偏光特性を含む双方の関数となる。

スキーゴーグル１２０を示した第１８図に簡単に言及する。このスキーゴーグル １２０は、第１２図を参照しながら上記した可変濃度光制御装置１００を使用す る。電源１２１は、電気的入力をもたらすために使用できる。この電源１２１は 、光１１３′の色と強度とを決定するためにユーザーが調整できるように制御さ れたものであってよく、光１１３′をユーザーの眼が感受し、このゴーグル１２ ０はユーザーの頭へとストラップ１２２によって保持される。この代わりに、電 源１２１は、第１２図の１００で示したものと同しデバイスであるレンズ装置１ ００′へと適当な電圧の電気的入力を供給し、周囲の光条件の強度及び／又は他 の特性の関数として光１１３′の色と強度とを自動的に制御する、観光起電性及 び／又は感光性のものであってよい。

第１３図へと戻り、上記した偏光子１０と類似した偏光子２１０の変形例を示す 。しかし、偏光子２１０の変形例においては、領域２１３のサイズと形状特性と は、第１図〜第３図に示した偏光子１０の領域Ｉ３におけるよりも大きな曲率を 有するようになる。偏光子１０を形成するのに使用する伸張の量に対して、伸張 を小さくすることによって曲率を大きくできる。伸張を小さくしたことと領域２ １３の形状特性との結果として、偏光子ｌＯの直線状配列に対して、液晶２１１ と多色性染料２３０との構造の配列が幾分か非直線形に、例えば幾分か彎曲する 傾向がある。従って、まったく電界がなくてさえも、この変形例の可変偏光子２ １０は、部分的に直線偏光され、部分的に偏光されていない出力光を与える。こ うした偏光子２１０は、ここで記載した本発明の幾つかの実施例で、可変偏光子 １０で達成されるよりも小さい光漏光作用を与える目的で使用できる。従って、 例えば、装置８０内の可変偏光子２１０を使用すると、光学系列中の直角交叉偏 光子のいずれかに対して電界が印加されていなくてさえも、可変偏光子２１０を 透過する光のうち幾分かは偏光されず、従って透過するので、出力光を完全に消 去することは不可能であろう。従って、例えば、ここで開示した種々のデバイス において、もし偏光子１０のように一層大きな偏光効果を有する偏光子であれば 得られるであろう範囲にくらべて、可変偏光子２１０は、光が変化しうる範囲を 変えるのに使用できることが理解される。

熱論、充分な強度、例えば約４０〜４５ボルトの電界の適用に対する応答として 、可変偏光子２１０中の液晶２１１と多色性染料２３０とは、例えば、第３図に 示すように電界に対して配列しうろことが理解される。更に、もし電界強度がゼ ロよりも太き（、第３図の配列が得られる値よりも小さいと、偏光子２１０中の 液晶と多色性染料とは部分的に配列され、一部が偏光されて一部が偏光されてい ない光を透過させる。

可変偏光子２１０には、染料の配列と、特に、この染料を通る光の伝播方向に対 する配列との関数として、それぞれの色又は波長を吸収及び透過する色特性を有 する多色性染料を使用できる。偏光子１０の曲率にくらべて偏光子２１０内の曲 率が増大することから、染料が彎曲され易いために吸収が増大し得、例えば、電 界がないときに一層大きな色吸収を与える。従って、色特性を有するこうした染 料によって、偏光子２１０を単一シートのデバイスとして使用することができ、 色（濃度）制御と偏光（輝度）制御とが共に得られる。強度制御は、染料の光吸 収特性によって実施しうる。輝度制御は、入射光に作用する偏光の大きさの関数 であろう。

実際、ここで第１０図〜第１８図に示した装置のように、ここで開示した本発明 の種々の実施例は、光強度制御と輝度の制御との双方を得るために使用できるこ とが理解される。偏光を増大させることによって輝度を低減しうることか知られ ている。この理由から、従来の偏光サングラスは、しばしば純粋な光吸収媒体よ りも好ましい。

第１４図に示す装置２１０′は、交叉偏光関係を有する一対の可変偏光子２１０ を使用する。所定の入力がない場合でさえも、偏光子２１０は光を完全には偏光 しないので、入力光２４５に応答して、所定入力がない場合でされも、出力光２ ４６は消去されないであろう。実際、第一の偏光子２１０からの出力光２４７は 偏光特性と無偏光特性との双方を有し、無偏光特性のうち少なくとも幾らかは偏 光し２１０を透過し、出力光２４６中に現れる。所定入力が存在すると、入力光 ２４５の強度に応答して、双方の偏光子２１０は実質的に最大出力を与え、出力 光２４６を最大化する。従って、出力光を消去することなしに強度制御を行うこ とが望ましいような場合には、装置９０を装置２１０′に置換できることが理解 される。

第１０図〜第１８図を参照しながら記載した幾つかの実施例において、適当な電 気的な及び／又は他の手段を使用して所定入力を与えることができ、好適例は、 可変偏光子１０を参照しながら上記したように、電気的入力、従って電界を使用 することであることが理解される。更に、第１３図及び第１４図の図面において は、単一の連結された細長い領域の端面図のみを示したことが理解される。しか し、こうした図面は、概略的であることのみを意図したものであることが理解さ れる。第１図〜第９図を参照しながら上記した方法で製造及び使用できる角偏光 装置内に、複数の領域を存在させ得ることが意図されている。

前記の実施例と記載とは単なる例示であり、本発明の制限を意図するものではな いことが理解される。むしろ、本発明の範囲は、次の請求の範囲によって記載さ れるべきものである。

ＦＩＧ、５ ＳＴＲＥＴＣＨＥＤ　ＥＭＵＬＳＩＯＮＦＩＥＬＤＯＦＦ　　　　　　　　　　 　　　　　　ＦＩＥＬＤＯＮ碗 国際調査報告 １ｈＩｐｆＩＩａ盲１６ｎ＃１ＡＯ６１１（１喝””’ＰｃＴ／１ｌｓＦｌ’） １０４６６’＋

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. １．液晶材料と多色性染料のエマルジョンを包囲媒体に流し込みし、およびこの 流し込み材料を引き伸ばして前記包囲媒体中に液晶および多色性染料の細長い領 域を形成し、前記多色性染料が前記領域における前記多色性染料配列の関数とし て入射光の偏光に作用するように作動することを特徴とする液晶材料偏光子の製 造方法。
2. ２．前記液晶材料を低い複屈折および前記包囲媒体の屈折率と実質的に同じであ る通常の屈折率を有するように選択する請求の範囲１記載の方法。
3. ３．前記液晶材料を、正の誘電異方性を有する作動的にネマチック液晶として選 択することを含む請求の範囲１または２記載の方法。
4. ４．前記流し込みがりバースコーターロールプロセスを用いる流し込みを含む請 求の範囲１〜３のいずれか一つの項記載の方法。
5. ５．液晶材料、該液晶材料を含有する包囲手段、入射光の偏光に作用する構造的 配列に応答する前記液晶材料における手段からなり、前記包囲手段が前記液晶材 料を含有するためのおよび細長い領域手段の引き伸ばしの方向に一般に平行する 表面相互作用によって液晶構造を整列するための細長い領域手段を有することを 特徴とする偏光子。
6. ６．液晶、該液晶を含有するための包囲手段、前記液晶の構造的配列に作用する 手段、および前記配列の関数として光の偏光に作用する前記構造的配列に応答す る前記液晶における手段を含み、前記液晶が規定入力に応答して前記構造的配列 を変化させることを特徴とする可変光学偏光子。
7. ７．前記液晶の構造的配列に作用する前記手段が前記包囲手段の表面手段を含み 、前記表面手段が前記包囲手段における細長い領域を形成し、および前記構造的 配列が前記液晶および前記表面手段の表面相互作用の関数による請求の範囲５ま たは６記載の偏光子。
8. ８．前記包囲手段が液晶の複数の領域を有し、および前記包囲手段が前記領域を 細長くするように引き伸ばす請求の範囲５または６記載の偏光子。
9. ９．前記包囲手段が三次元マトリックスを含む請求の範囲５〜８のいずれか一つ の項記載の物品。
10. １０．複数の一般に細長い閉鎖した領域を有し、かつ包囲媒体を含む包囲手段に よって形成した三次元マトリックス、配向の関数として入射光の偏光に作用する 偏光手段、および前記偏光手段の配列を定めて前記偏光手段の偏光作用を定める 前記領域における液晶からなることを特徴とする液晶偏光子。
11. １１．前記液晶が作動的ネマチック液晶を含む請求の範囲５〜１０のいずれか一 つの項記載の偏光子。
12. １２．前記液晶が作動的スメクチック液晶を含む請求の範囲５〜１０のいずれか 一つの項記載の偏光子。
13. １３．前記液晶が正の誘電異方性を有する請求の範囲１１または１２記載の偏光 子。
14. １４．前記液晶材料が低い複屈折および前記包囲手段の屈折率と実質的に同じ通 常の屈折率を有する請求の範囲５〜１３のいずれか一つの項記載の偏光子。
15. １５．作用する前記手段が多色性染料を含む請求の範囲５〜１４のいずれか一つ の項記載の偏光子。
16. １６．前記包囲手段がポリビニルアルコール、ポリウレタン、ラテックスポリウ レタン、樹脂、エポキシ、アクリルラテックスおよび水溶性重合体からなる群か ら選択する少なくとも１種の材料を含む請求の範囲５〜１４のいずれか一つの項 記載の偏光子。
17. １７．規定入力を液晶に印加してその配列特性に作用する手段を含む請求の範囲 ５〜１６のいずれか一つの項記載の偏光子。
18. １８．前記規定入力に応答して画像特性に作用しないかまたは画像特性の最小劣 化によって光の透過率の強さを制御する請求の範囲５〜１７のいずれか一つの項 に記載する偏光子からなることを特徴とする光制御装置。
19. １９．液晶、多色性染料および包囲媒体の混合物を流し込みしてフィルム状生成 物を形成する手段、および最終硬化前に前記フィルム状生成物を引き伸ばす手段 を含むことを特徴とする制御しうる偏光子の製造装置。
20. ２０．引き伸ばし手段が、流し込み後に向けるフィルム状生成物に対する剥離材 料を含み、前記剥離材料を最初に前記フィルム状生成物の移動速度を超える速度 で移動させてその引き伸ばし効果を与える請求の範囲１９記載の装置。
21. ２１．少なくとも部分的直交関係を有する第１および第２偏光子からなり、少な くとも１つの前記偏光子が可変光学偏光子からなり、この可変光学偏光子が液晶 、該液晶を含有する包囲媒体、前記液晶の構造的配列に作用する手段、および前 記構造的配列の関数として光の偏向に作用する前記構造的配列に応答する前記液 晶における手段を含み、前記液晶は規定入力に応答して前記構造的配列を変える ことを特徴とする可変密度光制御装置。
22. ２２．支持体、および画像特性に作用しないか、または画像特性の最小劣化によ り透過する光の偏光量を制御する規定入力に応答する可変偏光子手段からなるこ とを特徴とする透過する光の偏光量を制御するアイウエアー。
23. ２３．周囲光条件を自動的に感知し、かつ前記可変偏光子を制御する手段を含む 請求の範囲２２記載のアイウエアー。
24. ２４．透過する光の偏光量を定めるように前記可変偏光子を制御し、かつエネル ギー源を含む制御する手段からなる請求の範囲２３記載のアイウエアー。
25. ２５．少なくとも１つのゴーグル、眼鏡およびサングラスからなる請求の範囲２ ２〜２４のいずれか一つの項記載のアイウエアー。
26. ２６．可変偏光子、該可変偏光子に近い条件の特性を感知する手段、および前記 可変偏光子の効果を制御する前記感知特性に応答する手段からなることを特徴と する可変光透過制御装置。
27. ２７．色応答する少なくとも１つの可変偏光子、および前記偏光子の偏光効果を 変える手段からなることを特徴とする可変カラーデバイス。
28. ２８．複数の偏光子からなり、その少なくとも１または２個以上を規定入力の関 数として作用する偏光量に制御する可変偏光子としたことを特徴とする光制御装 置。
29. ２９．少なくとも２個の前記偏光子を可変偏光子タイプとした請求の範囲２８記 載の装置。
30. ３０．少なくとも１個の前記偏光子を固定偏光子とした請求の範囲２８記載の装 置。
31. ３１．少なくとも２個の前記偏光子を平面偏光子とした請求の範囲２８記載の装 置。
32. ３２．少なくとも２個の前記平面偏光子が非平行関係に配向したそれぞれの偏光 軸を有する請求の範囲３１記載の装置。
33. ３３．包囲媒体における液晶材料の細長い領域を含み、この場合偏光の効果が前 記領域のアスペクト比の関数であり、前記液晶材料が低い複屈折を有し、および その屈折率が包囲媒体の屈折率と実質的に同じであり、および更に液晶材料とゲ ストーホスト関係に作動し、かつ前記領域における多色性染料を含むことを特徴 とする可変偏光子。
34. ３４．可変偏光子および他の偏光子を含み、前記可変偏光子は規定入力に応答し てその偏光効果の量を変え、かつ包囲媒体における液晶材料の複数の細長い領域 を含み、および更に前記液晶材料とゲストーホスト関係で作動する前記領域にお ける多色性染料を含むことを特徴とするディスプレー。
35. ３５．規定入力の関数として光透過特性を制御する手段を含み、光偏光制御基準 において作動し、少なくとも１個の可動偏光子を含むことを特徴とするウィンド ー。
36. ３６．前記可変偏光子と光学的系列の他偏光子を含む請求の範囲３５記載のウィ ンドー。
37. ３７．前記可変偏光子が包囲媒体における液晶材料の複数の細長い領域を含む請 求の範囲３５記載のウィンドー。
38. ３８．前記液晶材料とゲストーホスト関係で作動し、かつ前記領域における多色 性染料を含む請求の範囲３７記載のウィンドー。
39. ３９．規定入力を供給する手段を含む請求の範囲３７記載のウィンドー。
40. ４０．前記可変偏光子が包囲媒体における液晶材料を含み、前記液晶材料が低い 複屈折特性を有し、およびその屈折率が前記包囲媒体の屈折率と実質的に同じに した請求の範囲３５〜３９のいずれか一つの項記載のウィンドー。