JP2005527846A - 切り換え可能な電気光学的積層 - Google Patents

Abstract

本発明は、スマートウィンドウおよび他の使用を含む適用ならびに光管理が所望される適用のための電気的に切り換え可能な積層構造に関する。電気光学的積層構造は、電磁放射線の流れを動的に制御するために、散乱モードおよび透明モードを有する。電気光学的積層構造（１０）は、一般に、１対の間隔を開けられた透明な可撓性ポリマーフィルム（１６ａ）および（１６ｂ）の上に支持された、１対の光学的に透明な電気的導電性層（１４ａ）および（１４ｂ）の間に挿入されたＣＬＣ物質（１２）を含む。

Description

（発明の分野）
本発明は、スマートウィンドウ（ｓｍａｒｔ ｗｉｎｄｏｗ）、グラフィック、オフィスのパーティション、温室および、光の管理が所望される他の適用を含む適用のための電気的に切り換え可能なフィルム構造に関する。この電気光学的積層構造は、必要に応じて電磁放射線を制御するための、２つ以上の透明な反射、散乱および不透明の操作様式を有する。この積層構造は、種々の適用に適合するようにカスタマイズされ得る。

（発明の背景）
「インテリジェントな」ガラスはめ込み構造または「スマートウィンドウ」とも称される電気的に切り換え可能な構造はまた、建築物および車において電磁放射線を制御するために使用されている。このような構造は、照明の需要に適合するため、加熱および／または冷却システムの熱負荷を最小限にするため、ならびに建築物および車の内部空間にプライバシーを提供するために、１日または１年を通じて電気的に制御され得る、光透過特性を有する。

発色性切り換え可能なガラスまたはスマートウィンドウの２つの一般的な分類が存在する。すなわち：非電気的に活性化される切り換え可能なガラスおよび電気的に活性化される切り換え可能なガラス。非電気的に活性化される型の発色性切り換え可能なガラスは、光発色体、熱発色体および熱屈性に基づく。最も一般的な電気的に活性化される型の発色性切り換え可能なガラスは、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）、分散型粒子系（ＤＰＳ）および電気発色体に基づく。

電磁放射線の流れを通じた改善された制御のために、全反射、半透明および完全に透明な操作様式を有する電気光学的積層が開発されている。このような構造は、１つ以上のコレステリックな液晶（ＣＬＣ）電磁放射線偏光型パネルを備える。

ＣＬＣ偏光器は、光を制御するために、光弁および電気光学的ガラスまたはスマートウィンドウ構造に用いられる。このような構造は、代表的には、ＣＬＣ層のいずれの側に２つのガラスの柔軟性のないシートを備える。ＣＬＣ層は、非架橋可能な液晶およびキラルドーパントとが混合された架橋可能または重合可能な物質を備える。各ガラスシートは、電気接続が接続された透明な電気導電性コーティングで覆われる。この構造は代表的には、フレーム内にマウントされる。

「正常」モードにおいて、ＣＬＣ層は不透明に見える。液晶は、複数の方向に方向付けられ、ＣＬＣ層に当たる光を散乱させ、デバイスを不透明に見せる。デバイスウィンドウのスイッチがオンにされると、２つの導電性コーティングの間の電場が液晶に、互いに平行になるように再び方向付けさせる。次いで、ＣＬＣ層は透明に見え、光が散乱することなくデバイスを通過する。米国特許第５，４３７，８１１号および同第５，６９１，７９５号ならびに国際公報ＷＯ ９３／２３４９６およびＷＯ ００６０４０７は、「正常」モードにて操作する電気光学的構造を記載する。

ＣＬＣ偏光器に組み込まれる電気光学的デバイスはまた、「逆転」モードにて操作するようにも構成され得、このデバイスは、最初に透明に見え、不透明に切り換えられる。ＣＬＣ層に電場が適用されない場合、光は散乱することなくデバイスを通過する。電場の適用の際に、液晶は光を散乱するように再び方向付けられる。米国特許第５，４３７，８１１号および同第５，６９１，７９５号、ならびに国際公報ＷＯ ９３／２３４９６は、「逆転」モードにて操作する電気光学的構造を記載する。

電気光学的積層構造はまた、「反射」モードにて操作するようにも構成され得、このデバイスは、低反射性と高反射性との間で電気的に切り換えられる。米国特許第５，２５１，０４８号；同第５，３８４，０６７号；同第５，６６８，６１４号；同第５，９４０，１５０号および同第６，０７２，５４９号ならびに国際公報ＷＯ ９８／３８５４７およびＷＯ ９９／６３４００は、「反射」モードにて操作する電気光学的構造を記載する。

「双安定」モードにおいて、液晶は、透明な状態および散乱状態の両方で安定である。電気光学的構造は、切り換えの間のみ電力を必要とする。電力は、透明な状態または散乱状態のいずれを維持するのにも必要とされない。米国特許第５，６９１，７９５号および同第５，７４８，２７７号は、「双安定の」電気光学的構造を記載する。

光学特性が改善され、かつ安定性が向上した切り換え可能な電気光学的デバイスに対する必要性が存在する。さらに、種々の適用に適合するように容易にカスタマイズされ得る電気光学的積層構造に対する必要性が存在する。

（発明の要旨）
第１の局面において、本発明は、双安定の電気光学的デバイスに関し、この電気光学的デバイスは、以下：
内部表面および外部表面を有する第１の透明な可撓性の基板；
内部表面および外部表面を有する第２の透明な可撓性の基板；
第１および第２の可撓性基板の各内部表面上の透明な電気導電性層；
ネマティックな液晶物質、キラルドーパントおよびイオン添加剤を含有するコレステリックな液晶物質であって、このコレステリックな液晶物質が第１および第２の透明な可撓性基板の電気導電性層の間に位置づけられている、コレステリックな液晶物質；
を備え、ここで、第１および第２の透明な可撓性の基板が一定の距離間隔を開けられている。

本発明の別の局面において、電気光学的デバイスは、その中で安定化および支持されているコレステリックな液晶を有するポリマーネットワークを備える液晶物質を含む。１つの実施形態において、このポリマーネットワークは、１つより多い官能基を有する重合可能なモノマーまたはポリマーから形成される。

本発明の電気光学的積層構造は、液晶の整列のためのＣＬＣ物質に近接したガラス表面を備え得る。

１つの実施形態において、電気光学的積層構造のＣＬＣ層は、セル壁を有する個々のセルを備える。セルおよびセル壁内のＣＬＣ物質の両方は、適用された電場に応答する。

本発明の１つの実施形態において、電気光学的積層構造は、透明な基板の外部表面の少なくとも１つに保護層を備える。

電気光学的積層構造は、柔軟性のないフレーム内にマウントされ得、そして、現存のウィンドウ構造に適用されて、ウィンドウ構造に衝突するかまたはウィンドウ構造を通過する光を制御し得る。電気光学的積層構造は、住居、学校、オフィス、工場ならびに自動車、飛行機および列車における適用に有用であり、プライバシー、明度の制御を提供し、そして、その中で使用される加温および冷却システムへの熱負荷を減少する。

電気光学的積層構造は、巻いた配置で提供され得る。さらに、ガラスはめ込み構造は、任意の所望の寸法に切断し得る、長い、連続するシートで提供され得る。この配置は、光管理適用への電気光学的積層構造の簡単なカスタマイズを可能にする。

（発明の詳細な説明）
本発明の積層構造は、不透明な状態と透明な状態との間で電気的に切り換えられる。不透明な状態において、ＣＬＣ分子は、光を散乱させる。なぜならば、らせん状にねじられた分子がランダムに方向付けられた軸を有するからである。これは、限局的な円錐形の構造として公知である。透明な状態において、ＣＬＣ分子は、基材に平行に配置される。可視スペクトルの光の反射または散乱は生じない。これは、平面状の構造として公知である。図１に示される双安定デバイスにおいて、ＣＬＣ分子は、ＣＬＣ物質に電場を適用することによって限局的な円錐形の構造から平面状の構造に切り換えられる。電場が取り除かれると、平面状構造が維持される（安定化する）。電場を平面状の構造のＣＬＣ分子に適用することによって、ＣＬＣ分子は限局的な円錐形の構造に切り換えられて戻る。この限局的な円錐形の構造は、電場が取り除かれた場合に維持される。

図２を参照して、本発明の電気光学的積層構造の例示的な実施形態が記載される。電気光学的積層構造１０は、一般に、それぞれ１対の離れた透明な可撓性ポリマーフィルム１６ａおよび１６ｂの上に支持される、１対の光学的に透明な電気導電性層１４ａと１４ｂとの間に挿入されるＣＬＣ物質１２を備え、これらの周縁は封着されており、これを介してマイクロコントローラー（示さず）の制御下で、電圧が適用される。スペーサ１８がＣＬＣ物質１２内に含まれて、光学的に透明な電気的導電性層１４ａおよび１４ｂの間の空間を維持し得る。

可撓性ポリマーフィルム１６ａおよび１６ｂは、透明である。本明細書中で使用される場合、用語「透明」は、有意な量の可視照射を吸収せず、有意な量の可視照射を反射せず、むしろ、可視照射に対して透明であるフィルムを意味する。可撓性基板層として有用なポリマーフィルムの例としては、ポリオレフィン、ポリエステル、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニル、二フッ化ポリビニリデン、塩化ポリビニリデン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリウレタンなどおよびその組み合わせから作製されたフィルムが挙げられる。１つの実施形態において、可撓性フィルムは、ＰＥＴフィルムを含有する。

１つの実施形態において、透明な基板１６ａおよび１６ｂは、ガラスパネルを備える。別の実施形態において、透明な基板は、柔軟性のないポリマーフィルムを備える。

透明な電気導電性層１４ａおよび１４ｂは、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、銀、酸化亜鉛または他の光学的に透明な導電性ポリマーなどのフィルムコーティングを備え得る。化学吸引浸漬、化学蒸気浸漬、エバポレーション、スパッタリングまたは他の適切なコーティング技術を用いて、導電性層１４を可撓性ポリマーフィルム１６に塗布し得る。さらに、市販の無機導電性ポリマーフィルム（Ｓｈｅｌｄａｈｌ，Ｉｎｃ．，製のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムでコーティングされたＩＴＯを含む）が使用され得る。

導電性の有機フィルムまたはポリマーフィルムもまた使用され得る。これらの導電性物質は、公知のプロセス（従来の湿性コーティング、スプレーコーティング、浸漬コーティング、プリンティング、スクリーンプリンティングおよび貼り合わせを含む）によって可撓性フィルム基板上にコーティングされ得る。市販の透明な導電性ポリマーフィルムとしては、Ａｇｆａ−Ｇｅｖａｅｒｔ製のＯｒｇａｃｏｎ ＥＬポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）フィルムが挙げられる。透明な導電性フィルム基材はまた、その上にコーティング層またはバリア層を有し、ガラスはめ込み構造への酸素および／または湿気の浸透を減少させ得る。

１つの実施形態において、導電性層は、例えば、磨かれたポリイミド層、スパッタリングされたＳｉＯ_ｘ、ＰＥＤＯＴを備える導電性層を提供することによってか、またはこれらを界面活性剤もしくは化学物質で処理することによって処理されて、可撓性の透明なフィルムの平面に平行な液晶分子の表面整列のために提供される。これは、電場オフの状態において、いくつかのガラスはめ込み構造における透過および応答時間の改善効果を有する。いくつかの適用において、整列層は必要とされない。

導線は、導電性層１４ａおよび１４ｂに接続される。電場パルスの適用によって異なる光学状態間でＣＬＣ層を切り換えるために、導電性層に接続される電源が示されている。電源は、ＡＣ電源またはＤＣ−ＡＣ変換器およびバッテリーであり得る。さらに、切り換え動力は、太陽動力を電気動力に変換する光起電性デバイスによって供給され得る。

１つの実施形態において、ＣＬＣ物質１２は、ネマティックな液晶、キラルドーパントおよびイオン添加剤を含有する。ＣＬＣ物質はまた、重合可能なモノマーまたはポリマーから形成されるポリマーマトリクスを含み得る。ポリマーマトリクスは、ネマティックな液晶を安定化または支持する。

適切なネマティック液晶およびキラル添加剤は、市販されており、本開示を参照して、当業者に公知である。

適切なキラルネマティック（すなわち、コレステリック）な液晶物質は、例えば、米国特許第６，０４９，３６６号、国際公報ＷＯ ００／６０４０７、ＷＯ ９９／６３４０およびＷＯ ９８／３８５４７（これらの全開示は、本明細書中に参考として援用される）に開示される。特定のネマティックな液晶物質としては、以下が挙げられる：ｐ−アゾキシアニソール、ｐ−アゾキシフェネトール、ｐ−ブトキシ安息香酸、ｐ−メトキシ−ケイ皮酸、ブチル−ｐ−アニシリデン−ｐ−アミノケイ皮酸塩、アニシリデン、ｐ−アミノ−フェニルアセテート、ｐ−エトキシ−ベンザル−アミノ−α−メチル−ケイ皮酸、１，４−ビス（ｐ−エトキシベンジリデン）シクロヘキサノン、４，４’−ジヘキシルオキシベンゼン、４，４’−ジヘプチルオキシベンゼン）、アニサル（ａｎｉｓａｌ）−ｐ−アミノ−アゾ−ベンゼン、アニサルダジン、α−ベンゼン−アゾ−（アニサル−α’−ナフチルアミン）、ｎ，ｎ’−非オキシベンゼントルイジン（ｎｏｎｏｘｙｂｅｎｚｅｔｏｌｕｉｄｉｎｅ）；一般基のアニリン（ｐ−ｎ−アルコキシベンジリデン−ｐ−ｎ−アルキルアニリン）（例えば、ｐ−メトキシベンジリデン、ｐ’−ｎ−ブチルアニリン、ｐ−ｎ−ブトキシベンジリデン−ｐ’−アミノフェニルアセテート、ｐ−ｎ−オクトキシベンジリデン−ｐ’−アミノフェニルアセテート、ｐ−ｎ−ベンジリデンプロピオネート−ｐ’−アミノフェニルメトキシド、ｐ−ｎ−アニキシリデン−ｐ’−アミノフェニルブテレート、ｐ−ｎ−ブトキシベンジリジデン−ｐ’−アミノフェニルペアトエート（ｐｅａｔｏａｔｅ）およびこれらの混合物）。結合体化されたシアノ−有機化合物としては、７，７’，８，８’−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、（２，４，７，−トリニトロ−９−フルオレニリデン）−マロノ−ニトリル（ＴＦＭ）、ｐ−［Ｎ−（ｐ’−メトキシベンジリデン）アミノ］−ｎ−ブチル−ベンゼン（ＭＢＢＡ）、ｐ−［Ｎ−（ｐ’−エトキシベンジリデン）アミノ］−ブチルベンゼン（ＥＢＢＡ）、ｐ−［Ｎ−（ｐ’−メトキシベンジリデン）アミノ］フェニルブチレート ｎ−ブチル−ｐ−（ｐ’−エトキシフェノキシカルボニル）フェニルカーボネート、ｐ−メトキシ−ｐ’−ｎ−ブチルアゾキシベンゼン、ｐ−エトキシ−ｐ’−ｎ’−ブチルアゾベンゼン、ｐ−［Ｎ−（ｐ’−メトキシベンジリデン）アミノ］ベンゾニトリル（ＢＢＣＡ）、ｐ−［Ｎ−（ｐ’−メトキシベンジリデン）アミノ］ベンゾニトリル（ＢＢＣＡ）、ｐ−［Ｎ−（ｐ’−ヘキシルベンジリデン）アミノ］ベンゾニトリル（ＨＢＣＡ）、ペンチルフェニルメトキシベンゾエート、ペンチルフェニルペンチルオキシベンゾエート、シアノフェニルペンチルベンゾエート、シアノフェニルヘプチルオキシベンゾエート、シアノフェニルオクチルオキシベンゾエート、シアノフェニルメトキシベンゾエートなどが挙げられる。

ネマティックな液晶は、しばしば、シアノビフェニルを含み、シアノターフェニルおよび種々のエステルと混合され得る。市販のネマティック型液晶混合物、例えば、−１０℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度および６０．５℃の液晶から等方相への相転移温度を有する、５１重量％の４’−ｎ−ペンチル−ｎ−シアノビフェニル（５ＣＢ）、２１重量％の４’−ｎ−ヘプチル−ｎ−シアノビフェニル（７ＣＢ）、１６重量％の４’−ｎ−オクトキシ−４−シアノビフェニル、および１２重量％の４’−ｎ−ペンチル−４’−ｎ−ペンチル−４−シアノターフェニルの混合物である、液晶混合物「Ｅ７」（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ，Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙまたはその関連会社（例えば、ＥＭ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ，Ｎ．Ｙ．およびＭｅｒｃｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｐｏｏｌｅ，Ｅｎｇｌａｎｄ）製のＬｉｃｒｉｌｉｔｅ^ＴＭＢＬ００１）が存在する。

他のこのような市販の液晶混合物の例は、以下の通りである：Ｅ−３１は、前出のＥ．Ｍｅｒｃｋから入手可能なシアノビフェニルおよび非シアノビフェニルエステルの専売混合物であり、−９℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度および６１．５℃の液晶から等方相への相転移温度を有する。Ｅ−４４は、前出のＥ．Ｍｅｒｃｋから入手可能なシアノビフェニル、シアノターフェニルおよび非シアノビフェニルエステルの専売混合物であり、−６０℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度および１００℃の液晶から等方相への相転移温度を有する。前出のＥ．Ｍｅｒｃｋ製のＥ６３は、付加されたシクロヘキサンを有するＥ７と同様の液晶混合物である。これは、以下を含有する：有意な量の一般に公知の液晶成分５ＣＢ、７ＣＢ、より少ない量の５ＣＴ、より少ない量のベンゾニトリル−４−（４プロピル−１−シクロヘキセン−１−イル）（一般にＰＣＨ３として公知）、より少ない量の４−カルボニトリル−４’（４−ペンチル−１−シクロヘキセン−１−イル）−１，１’−ビフェニル（一般にＢＣＨ５として公知）、およびなお少ない量の［１，１’−ビフェニル］−４−カルボン酸、４’−ヘプチル−４’−シアノ［１，１’−ビフェニル］−４−イルエステル（一般にＤＢ７１として公知）。Ｋ−１２は、４−シアノ−４’−ブチルビフェニルであり、４８℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度を有する。Ｋ−１８は、４−シアノ−４’−ヘキシルビフェニルであり、１４．５℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度および２９℃の液晶から等方相への相転移温度を有する。Ｋ−２１は、４−シアノ−４’−ヘプチルビフェニルであり、３０℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度を有する。Ｋ−２４は、４−シアノ−４’−オクチルビフェニルであり、２１．５℃の結晶からスメクティックＡ液晶への相転移温度、３３．５℃のスメクティックＣからネマティック液晶への相転移温度、および４０．５℃のネマティック液晶から等方相への相転移温度を有する。Ｍ−１５は、４−シアノ−４’−ペントキシビフェニルであり、４８℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度および６８℃の液晶から等方相への相転移温度を有する。Ｍ−１８は、４−シアノ−４’−ヘキソキシビフェニルであり、５７℃の結晶からネマティック液晶への相転移温度および７５．５℃の液晶から等方相への相転移温度を有する。Ｍ−２４は、４−シアノ−４’−オクトキシビフェニルであり、５４．５℃の結晶からスメクティックＡ液晶への相転移温度、６７．０℃のスメクティックＡからネマティック液晶への相転移温度および８０．０℃のネマティックから等方相への相転移温度を有する。他のＬｉｃｒｉｌｉｔｅ^ＴＭ液晶混合物としては、ＢＬ００３、ＢＬ００４、ＢＬ００９、ＢＬ０１１、ＢＬ０１２、ＢＬ０３２、ＢＬ０３６、ＢＬ０３７、ＢＬ０４５、ＢＬ０４６、ＭＬ−１００１、ＭＬ−１００２ならびにＴＬ２０２、ＴＬ２０３、ＴＬ２０４およびＴＬ２０５（全てＥ．Ｍｅｒｃｋ（前出）より入手可能）が挙げられる。

Ｈｏｆｆｍａｎ−ＬａＲｏｃｈｅ，Ｂａｓｅｌ，ＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄおよびＮｕｔｌｅｙ，Ｎ．Ｊ．から入手可能なＴＯＴＮ４０４は、Ｅ７に類似した液晶混合物であるが、付加されたピリミジンを有する。これは、約３０重量％の４−カルボニトリル，４’−ペンチルオキシ−１，１’−ビフェニル（一般に５ＯＣＢとして公知）、１４重量％の４−カルボニトリル，４’−オクチルオキシ−１，１’−ビフェニル（一般に８ＯＣＢとして公知）、１０重量％の４−カルボニトリル−４”−ペンチル−１，１’，４’，１”−ターフェニル（一般に５ＣＴとして公知）、１０重量％の４−（４−ペンチルピリミジミル）−ベンゾニトリル（一般にＲＯ−ＣＰ−７０３５として公知）、２０重量％の４−（４−ヘプチル−２−ピリミジミル）ベンゾニトリル（一般にＲＯ−ＣＰ−７０３７として公知）、および１５重量％の４−［５−（４−ブチルフェニル）−２−ピリミジニル］ベンゾニトリル（一般にＲＯ−ＣＭ−７３３４として公知）を含有する。

Ｈｏｆｆｍａｎ−ＬａＲｏｃｈｅ製のＲＯＴＮ−５７０は、５１重量％の４−シアノ−４’−ペンチルビフェニル、２５重量％の４−シアノ−４’−ヘプチルビフェニル、１６重量％の４−シアノ４’−オクチルオキシビフェニル、および８重量％の４−シアノ−４’−ペンチル−ｐ−ターフェニルを含有する、シアノビフェニル液晶混合物である。他の所望の液晶混合物としては、ＴＮＯ６２３およびＴＮ１０４２７（両方ともＨｏｆｆｍａｎ−ＬａＲｏｃｈｅ製）が挙げられる。

Ｓｌｉｃｈｅｍ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ製の市販のネマティックな液晶物質としては、６Ｆ１０１００およびＴＥＢ５０が挙げられる。

有用なキラル添加剤としては、ハロゲン化コレステリル、コレステリルアセテートを含むコレステリルアルキルエステル、シアノビフェニル誘導体（例えば、４−シアノ−４’−（２−メチル）ブチルビフェニル）ならびにＭｅｒｃｋ製のＣ１５およびＣＢ１５が挙げられる。有用なキラル化合物としてはまた、Ｍｅｒｃｋ製のＺＬＩ−４５７１およびＺＬＩ−４５７２が挙げられる。

１つの実施形態において、ＣＬＣ物質１２は、その中に安定化または支持されたネマティックな液晶を有するポリマーマトリクスを含有する。このポリマーマトリクスは一般に、少なくとも１つの重合可能なモノマーまたは架橋可能なポリマーと、非反応性のネマティック液晶およびキラル添加剤との重合または架橋によって形成される。液晶混合物の重合は、使用されるポリマーに依存して、ＵＶ照射、熱などによってのような任意の適切な様式で開始される。液晶混合物はまた、界面活性剤および／または染料を含有し得る。

１つの実施形態において、コレステリックな液晶物質は、約９０〜９９重量％のネマティックな液晶物質、約０．５〜３重量％のキラルドーパントおよび約０．０５〜０．５重量％のイオン添加剤を含有する。

１つの実施形態において、ポリマーマトリクスは、架橋可能なポリマーまたはモノマー、非架橋可能な液晶およびキラルドーパントの混合物を架橋する工程から形成される。液晶ポリマー安定化コレステリック構造（ＰＳＣＴ）は、その液晶相の中の少量のＵＶ架橋可能なポリマーおよび光開始剤が、ピッチが赤外領域に合わせられたコレステリックな液晶（ＣＬＣ）と混合されると形成される。架橋可能なポリマーの濃度は、代表的には、総ＣＬＣ混合物の約０．１重量％〜約５．０重量％の範囲である。米国特許第５，３８４，０６７号；同第５，４３７，８１１号および同第５，６９１，７９５号ならびに国際公報ＷＯ ００／６０４０７（これらの開示全体は本明細書中に参考として援用される）は、このようなＣＬＣ混合物を開示する。このモノマーは、エチレングリコールジメタクリレートのようなＵＶ重合可能なモノマーであり得る。電気光学的構造内の均質なコーティングおよびＣＬＣ物質の所望の配向を促進するために、界面活性剤がこの混合物に含まれ得る。次いで、この混合物は、電圧または磁場が適用されて、液晶ならびにポリマー分子がデバイスの厚さを横切る方向に整列されている間に、ＵＶ光に曝露されて硬化される。硬化の間に電場が適用されると、ＣＬＣ分子は、硬化後に平面状の構造（透明）に整列される。電場を次いで適用すると、ＣＬＣ分子は、安定な限局的な円錐形の構造（不透明）に切り換えられ、この状態は、電場が除去されると維持される。ＣＬＣ物質は、赤外範囲（例えば、０．７〜２．０ミクロン）の固有の反射波長を有するように処方される。

適切な架橋可能なポリマー物質としては、ＵＶ硬化可能な熱可塑性および熱硬化性ポリマーが挙げられる。架橋可能なポリマーの例としては、アクリレートおよびメタクリレート、ビニルエーテル、ヒドロキシ官能性ポリメタクリレート、ウレタンならびにエポキシ系が挙げられる。特に有用な重合可能な物質としては、アクリレートモノマーおよびメタクリレートモノマーが挙げられる。

１つの実施形態において、コレステリックな液晶物質は、約９０〜９８重量％のネマティックな液晶物質、約１〜３重量％のキラル物質および約１〜６重量％の２つ以上の官能基を有する重合可能なアクリレートまたはメタクリレートベースの樹脂物質を含有する。

有用な光開始剤としては、ベンゾインメチルエーテルおよび光開始剤のＩｒｇａｃｕｒｅファミリー（Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４、３６９、６５１、８１９および９０７、ならびにＤａｒｏｃｕｒｅ１１７３および４２０５（全てＣｉｂａ Ｇｅｉｇｙ製）を含む）ならびに当該分野で公知の他の光開始剤が挙げられる。

１つの実施形態において、ＣＬＣ物質は、重合可能な液晶物質、非重合可能な液晶物質およびキラルドーパントを含有する混合物から形成される。重合可能な液晶としては、ポリシロキサン液晶物質およびアクリレート液晶化合物が挙げられる。ポリシロキサン液晶物質は、Ｗａｃｋｅｒ（Ｇｅｒｍａｎｙ）から市販されており、アクリレートベースの液晶物質は、ＢＡＳＦまたはＥＭＩ（Ｇｅｒｍａｎｙ）から市販されている。適切な非重合可能な液晶物質としては、ＥＭＩ（Ｇｅｒｍａｎｙ）製のＫシリーズおよびＭシリーズのような単一化合物の液晶、ならびにＥＭＩ製のＥシリーズおよびＺＬＩシリーズのような多化合物の液晶が挙げられる。

（２つの周波数の切り換え）
１つの実施形態において、ＣＬＣ物質は、２つの周波数の切り換え可能なＣＬＣ物質を含有する。ＣＬＣ物質は、負の誘電異方性を有するコレステリックな液晶物質、重合可能な物質および電荷移動剤（ドナーおよびアクセプターの両方）もしくは電荷移動錯体、またはイオン化合物または多孔性化合物の混合物を包含する。重合可能な物質がＵＶ硬化性ポリマーまたはモノマーである場合、ＣＬＣ混合物はまた、光開始剤を含む。ＣＬＣ物質は閾値周波数を有し、これは、液晶物質が１つの光学状態から別の光学状態へと変化する点である。閾値周波数よりも高い周波数を有する電場がＣＬＣ物質に適用される場合、液晶は、基板に平行になるように平面状の構造中に整列される。閾値周波数よりも低い周波数を有する電場がＣＬＣ物質に適用される場合、液晶の電気−流体力学的不安定性が、液晶分子を限局的な円錐形の状態に再び配向させ、光を散乱させて、構造を不透明に見せる。図３は、本実施形態の双安定ガラスの２つの周波数切り換えを図示する。ＣＬＣ混合物の重合可能な成分は、ＣＬＣ物質の二重安定性を制御するのを補助をする。ＣＬＣ物質に適用された高周波数の電場の存在下で重合可能な成分を硬化すると、透明な平面状の構造に片寄る。不透明な限局的な円錐形の状態に片寄らせるために、重合可能な成分は、ＣＬＣ物質に適用された低周波数の電場の存在下で硬化される。不透明な状態はまた、重合可能な成分を磁場の存在下またはいかなる場もない状態で硬化することによって片寄らせる。

有用な電荷移動剤の例としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない：電子供与体ビス（エチレンジチオ）テトラチアフルバレン、ビス（メチレンジチオ）テトラチアフルバレン、ビス（トリメチレンジチオ）テトラチアフルバレン、４，４’−ジメチルテトラチアフルバレン、テトラキス（オクタデシルチオ）テトラチアフルバレン、テトラキス（ｎ−ペンチルチオ）テトラチアフルバレン、テトラキス（アルキルチオ）テトラチアフルバレン、テトラチアフルバレン、フェロセン、ブチルフェロセンおよびトリス（テトラチアフルバレン）ビス（テトラフルオロホウ酸塩）；電子受容体 ビス（テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム）テトラシアノフェノキノメタニド、２，５−ジメチル−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン、１１，１１，１２，１２−テトラシアノナフト−２，６−キノジメタン、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン、およびテトラシアノキノジメタン；ならびに電子供与体を電子受容体と反応させることによって得られる電荷移動錯体。このような電荷移動錯体は、米国特許第６，３８４，８８７号（この開示全体が本明細書中に参考として援用される）に記載されている。

有用なイオン化合物としては以下が挙げられるがこれらに限定されない：臭化１−ヘプチル−４（４−ピリジル）ピリジニウム、臭化１−フェナシルピリジニウム、臭化２−プロピルイソキノリニウム、テトラフェニルホウ酸２−プロピルイソキノリニウム、臭化セチルピリジニウム、臭化ドデシルピリジニウムテトラフェニル、臭化テトラブチルアンモニウム、ｐ−トルエンスルホン酸テトラブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウム、テトラフェニル臭化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラヘキサデシルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラヘキサデシルアンモニウム、臭化テトラキスデシルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラキスデシルアンモニウム、テトラフェニルホウ酸テトラヘキサデシルアンモニウム、テトラフェニルホウ酸テトラキスデシルアンモニウムおよびこれらの混合物。

有用な極性化合物は、持続性の双極子を有する分子であり、これらとしては以下が挙げられるがこれらに限定されない：一置換または多置換の直鎖脂肪族、分枝脂肪族、環式脂肪族、単核または多核の芳香族、複素芳香族（芳香環はＮ、ＳまたはＯを組み込む）および多核の複素芳香族、メタロセン、ならびにこれらの組み合わせ。置換基としては、以下の官能基の任意の１つが挙げられるがこれらに限定されない：カルボン酸、アルデヒド、ケトン、ニトリル、イソニトリル、ハロゲン、エステル、アルコール、チオール、アルキル、フェニル、ビフェニル、およびこれらの組み合わせ。特定の極性化合物の例としては、アセトン、クロロホルム、ジクロロメタン、４−シアノビフェニル、デカン酸、１−ブロモヘキサデカン、ヘキサノフォン、４−ヘキシル安息香酸、２−ピリジルアセトニトリル、フェロセンカルボン酸、フェロセンアセトニトリルが挙げられる。

１つの実施形態において、電気光学的積層構造は、双安定デバイスを含み、この中のＣＬＣ物質は、ネマティック液晶、キラル化合物およびイオン添加剤を含有する。別の実施形態において、双安定デバイスは、ネマティック液晶、キラル化合物およびイオン添加剤ならびに重合可能なモノマーまたはポリマーを含有するＣＬＣ物質を含む。

（２色性染料）
１つの実施形態において、ＣＬＣ物質は、１つ以上の２染色性染料を含有し、ガラスはめ込み構造をその不透明な状態においてより暗くする。同向性の（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）明るい状態において、２色性染料分子は、実質的に周りの液晶の配向に従い、すなわち、基材に対して垂直に整列され、従って、光の偏光に対して垂直に整列される。この整列のために、ＣＬＣへの２色性染料の添加は、ガラスの透明性には実質的に影響を与えない。しかし、限局的な円錐形の不透明な状態において、２色性染料分子の配向は、コレステリックな液晶のらせん状の構造に従う。多くの２色性染料分子は、基材に対して平行に整列され、従って、光の偏光に対して平行に整列される。この状態において、２色性染料は光を有意に吸収し、ガラスの不透明な状態が暗くなる。

導電性層１４ａおよび１４ｂは、物理的に間隔を開けられる。１つの実施形態において、導電性層間の間隔は、約１０ミクロンよりも大きい。別の実施形態において、この間隔は、約１５ミクロンよりも大きく、なお別の実施形態において、この間隔は約２０ミクロンである。さらなる実施形態において、この間隔は約２５ミクロンである。このような寸法は、本発明の実施形態毎に変化し得ることが理解される。

１つの実施形態において、ＣＬＣ層は、スペーサ１８を含む。スペーサは、例えば、ガラスビーズ、粘着性のガラスビーズ、重合体ミクロスフェアおよび／またはミクロファイバーを含み得る。１つの実施形態において、スペーサ１８は、５〜５０ミクロンの範囲の平均直径を有するガラスビーズを含む。別の実施形態において、スペーサは、１０〜３０ミクロンの範囲の平均直径を有するガラスビーズを含む。

１つの実施形態において、スペーサ１８は、少なくとも１つの導電性層上にプリントされているかまたは噴霧されている。別の実施形態において、スペーサは、マイクロ複製プロセスによってかまたは写真平版プロセスによって少なくとも１つの導電性層上にマイクロパターン化されている。

本発明の別の実施形態において、ＣＬＣ層は、被包性のＣＬＣ物質を含む。被包性のＣＬＣ物質は、スペーサとして機能し得、その結果、ガラスまたは重合体のスペーサが必要でなくなる。

１つの実施形態において、ＣＬＣ物質は、電気的に活性なキャリア流体（例えば、低分子量のネマティック液晶流体）中にＣＬＣ色素を含む。このようなＣＬＣ物質は、例えば、国際公報ＷＯ ９８／３８５４７（この開示は、本明細書中に参考として援用される）に記載されている。

ＣＬＣ物質の他の実施形態は、米国特許第５，２５１，０４８号；同第５，３８４，０６７号；同第５，４３７，８１１号；同第５，６６８，６１４号；同第５，６９５，６８２号および同第５，７４８，２７７号（これらの開示全体は、本明細書中に参考として援用される）に記載される。

（格子表面）
１つの実施形態において、本発明の格子構造は、透明な基板の１つまたは両方の内部表面上に格子表面（ＺＢＤデバイスとしても公知）を備える。格子表面は、通常、１５ミクロン未満のサイズの複数の小さな表面特徴を有する。このような小さな表面特徴としては、溝、凸部、出口のない穴、および他の表面プロフィールが挙げられる。格子領域は、所望の歪曲効果に依存して、サイズ、形状、および整列方向において非均一であり得る。格子表面は、整列および表面傾斜のために使用される。格子構造の例としては、国際特許広報ＷＯ ０１／４０８５３（この開示全体は本明細書中に参考として援用される）に記載されているものが挙げられる。図４を参照して、ガラスはめ込み構造４０は、それぞれ１対の間隔をあけられた透明な基板１６ａおよび１６ｂ上に支持された、１対の光学的に透明な電気導電性層１４ａおよび１４ｂの間に挿入されたＣＬＣ物質１２を含む。格子表面２０は、導電性層１４ａ、および必要に応じて１４ｂの内部表面に適用され得る。あるいは、導電性層１４ａが格子表面２０の内部表面に適用され得る。１つの実施形態において、格子表面は導電性層自体である。例えば、格子表面は、写真平版によってかまたは導電性層をエンボス加工することによってＰＥＤＯＴの層上に形成され得る。他の製造技術としては、スコーリング、プリンティング、リトグラフィ、レーザ切断およびインターフェログラフ技術が挙げられる。スペーサ（示さず）を用いて、基板１６ａおよび１６ｂを不均一に間隔を開ける。スペーサは、格子表面構造の複合的な部分であり得る。例えば、スペーサは、格子表面の形成に引き続いてエンボス加工をすることによって形成され得る。

格子表面に関して、ＣＬＣ分子の表面整列は、基板に対して高傾斜方向と低傾斜方向との間で切り換えられ得る。電気パルス極性を変化させることによって、ＣＬＣ分子の表面方向は、逆転する。格子表面の近傍にあるＣＬＣ分子は、電気パルス極性に応答して、基板に対して垂直（高傾斜方向）または平行（低傾斜方向）に整列させる。従って、バルクなＣＬＣ分子は、格子表面上のＣＬＣ分子が高傾斜で整列される限局的な円錐形状態か、または、格子表面上のＣＬＣ分子が低傾斜で整列される平面状の状態のいずれかの構造を採用する。図５に示すように、限局的な円錐形状態は、光を散乱させ、パネルを不透明に見えさせる（５Ａ）。平面状の状態は、ＣＬＣ分子のらせん状のピッチが可視帯の外側の光を反射するように選択される場合、入射光を損失なく通過させる（５Ｂ）。適用された電場の極性を切り換えることによって、透明な状態と不透明な状態との間の変化が生じる。

（個々のセルを有する電気光学的構造）
１つの実施形態において、ＣＬＣ物質は、異なる領域または、一定のパターンに基づいた個々のセルに隔てられる。図６に示すように、ガラスはめ込み構造６０は、それぞれ１対の間隔をあけられた透明な可撓性ポリマーフィルム１６ａおよび１６ｂに支持される１対の光学的に透明な電気導電性層１４ａおよび１４ｂの間に挿入されたＣＬＣ層１２ガラスを備え、この周縁は封着されて、ここを通って電圧が適用される。個々のセル４は壁６により支持され、この壁６は、フィルム１６ａと１６ｂとの間（導電性層１４ａおよび１４ｂを含む）の全距離を延びる。１つの実施形態において、セル壁間の距離は、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲内であり得る。壁の幅は、約１０μｍ〜約１０００μｍの間の範囲内であり得る。壁６は、ガラスはめ込み構造６０の任意の所望の形状および寸法への切断を促進し、その一方で、液晶の漏出を最小限にし、電気的ショートおよび層間剥離を防ぐ。

１つの実施形態において、ＣＬＣ層は、液晶物質、少なくとも１つの重合可能なモノマーまたは架橋可能なポリマー、および光開始剤を含有する混合物から形成される。ＣＬＣ層を形成するために、２段階重合プロセスが用いられ得る。一定のパターンの光マスク（ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）がＣＬＣ混合物を覆って配置され、ＵＶ照射のような照射に曝露される。適切なパターンの例は、図７Ａおよび７Ｂに図示したものが挙げられる。

照射された領域においてのみ、光重合が起こり、続いて、照射された領域におけるモノマー含量の減少が、モノマー濃度の勾配を生じる。結果として、より多くの光重合可能なモノマーが放射された領域に拡散して、ＣＬＣに取って代わる。セル壁は、照射された領域に形成される。重合可能なモノマーの拡散係数、ＵＶ曝露の強度および時間、照明寸法を調節することによって、壁およびセル領域の両方のポリマー濃度を制御し得る。第２の曝露である、ブランケット曝露（すなわち、マスクなし）は、個々のセル内にポリマー安定化した液晶を生じる。セル内の重合可能なモノマーの低い濃度に起因して、得られたポリマーは、ＣＬＣ分子がホモジェナス（ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ）かつ移動性であるネットワークを形成する。セル壁内において、ポリマーはより濃縮されており、結果として、ポリマーおよびＣＬＣ分子はドメインに隔てられた層である。ＣＬＣ分子は、ポリマーによって囲まれた滴に閉じ込められる。セルの壁ならびにセル内のＣＬＣ物質は、外的に適用された電場に応答する。

適切な光重合可能なモノマーの例としては、アクリル酸およびメタクリル酸、そのエステルが挙げられ、これらの各々は、アルキル基、アリール基または３つ以上の炭素原子を含むシクロアルキル基ならびにこれらのハロゲン化物を含む。このような光重合可能なモノマーとしては、例えば、イソブチルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、イソアミルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、ｎ−ステアリルメタクリレート、ｎ−シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、２−フェノキシエチルメタクリレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサクロロブチルメタクリレート、２，２，３，３−テトラクロロプロピルメタクリレート、２，２，３，３−テトラクロロプロピルメタクリレート、パーフルオロオクチルエチルメタクリレート、パーフルオロオクチルエチルアクリレート、およびパークロロオクチルエチルメタクリレートである。多官能性化合物がまた使用され得る。多官能性化合物としては、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、ビスフェノール−Ａ ジアクリレート、ビスフェノール−Ａ ジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、およびテトラメチロールメタンテトラアクリレートである。このようなモノマーおよび多官能性化合物は、別個にかまたは２つ以上組み合わせて使用され得る。

１つの実施形態において、ガラスはめ込み構造は、透明な可撓性フィルムの内部または外部にバリア層を備え、可撓性フィルムを介する水および酸素の透過を減少する。塩化ポリビニリデン、ポリビニルアルコール、ＳｉＯ_ｘおよび／またはＩＴＯを含む従来のバリア層が使用され得る。

ここで、図８を参照して、機能層８を組み込んだ本発明の電気光学的ガラスはめ込み構造８０の実施形態を図示する。電気光学的ガラスはめ込み構造が使用される適用に依存して、ガラスはめ込み構造の一方または両方の外部表面が、保護コーティングまたは保護層を必要とし得る。例えば、ガラスはめ込み構造は、ガラスはめ込み構造上に露または霧が形成される大気中にて使用され得る。ガラスはめ込み構造の外部は、塵または指紋を集め得るか、または摩擦に供され得る。従って、機能層８は、例えば、抗霧または湿気バリア層、抗細菌性コーティング、抗静的コーティング、耐摩耗性コーティングおよび／または自己洗浄特性を有するコーティングを含み得る。ガスバリア層、ＵＶブロッキング／フィルター層、抗反射層、赤外線反射層または液晶整列層が、機能層として、ガラスはめ込み構造の内部または外部に備えられ得る。

本発明の電気光学的ガラスはめ込み構造を作製するためのプロセスは、（ａ）透明な導電性層でコーティングされた２つの透明な基板を提供する工程であって、この基板がスペーサによって隔てられて、基板の間に領域を生じる、工程、（ｂ）基板間の領域に重合可能なモノマーを含有するコレステリックな液晶（ＣＬＣ）混合物を堆積する工程、（ｃ）透明な基板の周を封着して基板の間の領域内にモノマーを含むＣＬＣ混合物を収容する工程、および（ｄ）モノマーを重合する工程、を包含する。

本発明の１つの実施形態において、このプロセスは、実質的に連続した操作で実施される。電気光学的ガラスはめ込み構造を作製するための連続したプロセスは、（ａ）透明な導電性層でコーティングされた２つの実質的に連続した可撓性の透明な基板を提供する工程であって、この可撓性基板がスペーサによって隔てられて、可撓性基板の間に領域を生じる、工程、（ｂ）基板の間の領域に、重合可能なモノマーを含有するコレステリックな液晶（ＣＬＣ）混合物を連続的に堆積する工程、（ｃ）可撓性の透明な基板の周を封着して、基板の間の領域内にモノマーを含むＣＬＣ混合物を収容する工程、および（ｄ）モノマーを重合する工程、を包含する。

本明細書中で使用される場合、用語「実質的に連続した」とは、プロセスの成分（例えば、ガラスはめ込み構造の透明な可撓性基板）に関して、このような成分は、供給ロールのような長い連続した状態で提供され、ここから複数のパーツが得られ得る。用語「実質的に」は、所定の供給ロールは有限の長さを有しなければならないという事実の認識に含まれる。プロセスに関して、用語「実質的に連続した」は、従来の意味で使用され、かつ、その操作が工程間で有意な妨害または休止を伴わずに行われることを意味する。

１つの実施形態において、可撓性の透明な基板は、ＩＴＯでコーティングされ、ベーキングされて湿気を追い出される。次いで、基板の１つのＩＴＯでコーティングされた表面は、ガラスベースのスペーサで噴霧される。次いで、液晶−モノマー混合物は基板の１つの上に堆積される。第２の可撓性の透明な基板は、第１の基板に積層され、その結果、液晶−モノマー混合物が各透明な基板の導電性層に接触する。

別の実施形態において、スペーサがＣＬＣ混合物中に含まれ、ＣＬＣ物質が堆積されたコーティングであるかまたは可撓性基板上にコーティングされる場合、透明な可撓性基板に適用される。

ＣＬＣ物質は、コーティング液体物質に適した任意の公知の方法によって導電性フィルム上にコーティングされ得る。例えば、ＣＬＣ物質は、グラビアコーティング、カーテンコーティング、ダイ−コーティング、プリンティングおよびスクリーンプリンティングによって導電性フィルムに適用され得る。

積層は、０電場または液晶の方向付けを整列するのに効果的な電場のいずれかにおいて、液晶−モノマー混合物を重合することによって調製される。この物質において生じたポリマーネットワークは、低電場パルスの適用から生じる光散乱状態および高電場パルスの適用から生じる光透過状態を安定化するのを補助し得る。

本発明の１つの実施形態において、電気光学的ガラス積層は、積層構造の長い連続したロールを生じる連続したプロセスにおいて製造される。この配置は、光管理の適用のために、電気光学的ガラス積層の簡単なカスタマイズを可能にする。

所望の寸法のロールのセグメントは、ロールからダイカットされて個々の「スマートウィンドウ」ガラスはめ込み構造を生じ得る。次いで、ダイカットされたセグメントの周が封着されて、ＣＬＣ物質の損失および酸素および／または湿気の構造内への進入を妨げる。封着は、例えば、セグメントの周に接着剤もしくは封止剤を適用することによってか、熱プロセスによってかまたは積層構造内の化学的に反応性の物質を活性化することによって実施され得る。

１つの実施形態において、ＣＬＣ物質は、その中に分散された被包性のエポキシ樹脂を含む。被包性のエポキシ樹脂は、導電性層の間のスペーサとして機能し得る。あるいは、被包性のエポキシ樹脂は、より従来のスペーサと共にＣＬＣ物質に含まれる。大きい積層物質またはロールを個々のセグメントにダイカットする際に、エポキシ樹脂は、切断面（ｃｕｒｅ）に近接し、その結果、積層セグメントの周を封着する。

本明細書中に記載の電気光学的ガラスはめ込み構造は、実際には、２つ以上の光学状態を有する多層の電気光学的ガラスはめ込み構造を形成するように任意の数または順序でスタックされ、一緒に積層され得る。このような電気光学的ガラスはめ込み構造は、太陽および／または可視照射制御の複雑なレベルを提供し得る、洗練されたウィンドウシステムを構築するのに使用され得る。

（実施例−正常モード）
（比較実施例１Ａおよび１Ｂ：）
以下の組成（重量％で列挙される）の各々を用いて、正常モードのセル、場オフ状態での光散乱および場オン状態での光学的な透明さを調製した：

^１ＴＥＢ５０：ネマティックな液晶、Ｓｌｉｃｈｅｍ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ，Ｃｈｉｎａ
^２ＲＭ８２：液晶（ｍｅｓｏｇｅｎｉｃ）モノマー、Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ，Ｇｅｒｍａｎｙ
^３ＺＬＩ−４５７１：キラル化合物、Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ，Ｇｅｒｍａｎｙ
^４Ｉｒｇａｃｕｒｅ ８１９、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド、光開始剤、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ
重合可能な組成物を、内部表面にインジウム−酸化スズでコーティングされた２つのガラス基板を供えるセルに吸引しながら充填した。このガラス基板を、２０ミクロンのスペーサで隔てた。充填したセルを異なる条件下でＵＶ光で照射した：低強度の硬化、セルを３６５ｎｍで１０ｍＷ／ｃｍ^２の強度を有するＵＶ光に１０００秒間曝露、そして高強度の硬化、セルを３６５ｎｍで１００ｍＷ／ｃｍ^２の強度を有するＵＶ光に５００秒間曝露。セルを照射している間、１１１Ｖ ６０Ｈｚの電場をセルに適用した。

セルの光学的特性、散乱状態における％曇りおよび透明な状態における％透明度を、ＡＳＴＭ Ｄ １００３に基づいてＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ Ｈａｚｅ−Ｇａｒｄ Ｐｌｕｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔを用いて測定した。光学的透明度の測定時にセルに適用された電場は、５．５５×１０^６Ｖ／ｍであった。

（実施例２Ａ〜２Ｆ：）
以下の群の正常モードのセルを、単官能性モノマーを含有する以下の組成を用いたこと以外は、本質的には上記の実施例１Ａおよび１Ｂに従って調製した。

^５イソボルニルアクリレート、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ
^６イソボルニルメタクリレート、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ
^７イソデシルアクリレート
^８イソデシルメタクリレート
（実施例３Ａ〜３Ｄ：）
以下の群の正常モードのセルを、二官能性のモノマーを含有する以下の組成物を用いたこと以外は、本質的には上記の実施例１Ａおよび１Ｂに従って調製した。

^９エチレングリコールジメタクリレート、Ａｌｄｒｉｃｈ
^１０エチレングリコールジアクリレート
（実施例４：）
可撓性の透明な基板を用いたこと以外は、本質的には上記の実施例３Ａに従って正常モードのセルを調製した。重合可能な処方物を、その内部表面上に導電性のインジウム−酸化スズのコーティングを有する２つの７ミルＰＥＴフィルムの間に挟んだ。２０ミクロンの均一なセル間隔を、単分散のガラスミクロスフェア処方に前もって混合することによって維持した。セルを３６５ｎｍで１００ｍＷ／ｃｍ^２の強度のＵＶ光で５００秒間照射した。セルを照射している間、１１１Ｖ ６０Ｈｚの電場をセルに適用した。

（実施例−双安定モード）
（実施例５Ａ〜５Ｉ：）
双安定モードのセルを、以下の組成（重量％で列挙する）の各々を用いて調製した。

^１１負の型の液晶、Ｍｅｒｃｋ，Ｇｅｒｍａｎｙ
^１２キラル化合物、Ｍｅｒｃｋ，Ｇｅｒｍａｎｙ
^１３負の型の液晶、Ｍｅｒｃｋ，Ｇｅｒｍａｎｙ
組成物を、その内部表面にインジウム−酸化スズでコーティングした２つのガラス基板を有するセルに充填した（実施例５Ｉにおいては、導電性のＩＴＯ層をポリイミドで処理した）。ガラス基板を２０ミクロンのスペーサによって隔てた。５０〜８０ボルトの電場（方形波または正弦波の波形）を約１秒間適用し、パネルを駆動した。６０Ｈｚの周波数を用いてセルを散乱状態に切り換えた。光学的に透明な状態にセルを切り換えるのに、閾値周波数よりも高い周波数が必要であった。周波数が低いほど、デバイスを駆動するのに必要とされる電力がより低かった。

双安定の評価は、切り換え後に曇った状態が残った時間の長さに基づく。「良好」の表示は、セルが少なくとも１日以上曇ったままであったことを意味し；「まずまず（ｆａｉｒ）」の表示は、セルが０．５時間〜数時間の間曇ったままであったことを意味し；そして「なし」の表示は、セルが１０分未満しか曇ったままでなかったことを意味する。

（実施例６：）
可撓性の透明な基板を用いたこと以外は、本質的には上記の実施例５Ａ〜５Ｊに従って双安定モードのセルを調製した。液晶処方物を、その内部表面上に導電性のインジウム−酸化スズのコーティングを有する２つの７ミルＰＥＴフィルムの間に挟んだ。２５ミクロンの均一なセル間隔を、単分散のガラスミクロスフェア処方に前もって混合することによって維持した。

（実施例７Ａ〜７Ｍ：）
液晶モノマー（重量％で列挙する）を含有する以下の組成の各々を用いて、双安定モードのセルを調製した。液晶モノマー（Ｍｅｒｃｋ製のＲＭ８２）は以下の構造を有する。

組成物を、その内部表面にインジウム−酸化スズでコーティングした２つのガラス基板を有するセルに充填した（実施例７Ｌおよび７Ｍにおいては、導電性のＩＴＯ層をポリイミドで処理した）。ガラス基板を２０ミクロンのスペーサによって隔てた。重合可能な組成物を、３６５ｎｍで５ｍＷ／ｃｍ^２の強度のＵＶ光でセルを２００秒間曝露することによって硬化した。硬化する前に、例えば、３ｋＨｚで例えば５０Ｖｒｍの高周波数場を適用することによってか、または平面状の表面の整列を含む他の手段によって、セルを光学的に透明な状態に換えた。５０〜８０ボルトの電場（方形波または正弦波の波形）を約１秒間適用し、セルを駆動した。

いくつかのセルは、２５ボルトの電場によって実際に駆動された。代表的には、６０Ｈｚの電場が、セルを曇った状態に換える。閾値周波数より高い周波数を有する電場は、セルを光学的に透明な状態に切り換える。

（実施例８：）
可撓性の透明な基板を用いたこと以外は、本質的には上記の実施例７Ａ〜７Ｍに従って双安定モードのセルを調製した。液晶処方物を、その内部表面上に導電性のインジウム−酸化スズのコーティングを有する２つの７ミルＰＥＴフィルムの間に挟んだ。２５ミクロンの均一なセル間隔を、単分散のガラスミクロスフェア処方に前もって混合することによって維持した。液晶組成物を、３６５ｎｍで５ｍＷ／ｃｍ^２の強度を有するＵＶ光でセルを２００秒間曝露することによって硬化した。硬化する前に、高周波数場を適用することによって、セルを光学的に透明な状態に換えた。５０〜８０ボルトの電場（方形波または正弦波の波形）を約１秒間適用し、セルを駆動した。６０Ｈｚの周波数を用いてセルを散乱状態に切り換えた。セルを光学的に透明な状態に切り換えるのに、閾値周波数よりも高い周波数を必要とした。

理論に束縛されることは望まないが、イオン化合物の添加が双安定の電気光学的デバイスの安定性を向上させると考えられる。イオン化合物のドーピングが導電性を減少させ、したがって、閾値周波数を所望の範囲まで増加させると考えられる。イオン導電性の性質は、電気導電性とは異なり、適用された電場の周波数に別々に応答する。

低い周波数（例えば、６０Ｈｚ）において、導電性が、優位な役割であると推定される。液晶混合物の正のイオン導電性異方性に起因して、液晶分子は、外部の電場に沿って整列される傾向がある。このような分子整列は、限局的な円錐形の構造（すなわち、光学的に散乱な状態）に片寄る。コレステリックな構造の安定な状態の１つとして、曇った状態が、電場を適用することなく維持され得る。

より高い周波数（すなわち、閾値周波数より上）において、誘電性の挙動が、より優位であると考えられる。液晶の負の誘電異方性に起因して、液晶分子は、外部の電場に対して垂直に整列される傾向がある（すなわち、平面状の構造に組み込まれる）。平面状の構造は可視光線を通す。これは、光学的に透明な状態である。この透明な状態は、電場を長時間適用することなく維持され得る、別の安定なコレステリックな構造である。

本発明は、その好ましい実施形態に関して説明されているが、本明細書を解釈することで、種々の改変が当業者に明らかになることが理解される。従って、本明細書中で開示される発明が、添付の特許請求の範囲内のこのような改変を包含することを企図することが理解される。

図１は、限局的な円錐形の構造と平面状の構造との間の電気光学的デバイスの電気的切り換えを図示する図表である。 図２は、２つの透明なフィルム基板を備える、本発明の切り換え可能な積層の横断面図である。 図３は、限局的な円錐形の構造と平面状の構造との間の双安定電気光学的デバイスの２つの周波数の切り換えを図示する図表である。 図４は、可撓性フィルム基板の１つにガラス表面を備える、図２の切り換え可能な積層構造の横断面図である。 図５は、ＣＬＣ分子の整列を図示する、切り換え可能な積層構造の横断面図である。 図６は、個々のセルがＣＬＣ層内に形成されている、切り換え可能な積層構造の横断面図である。 図７Ａおよび７Ｂは、ＣＬＣ層内に形成された個々のセルを備える、切り換え可能な積層構造の平面図である。 図８は、可撓性フィルムを覆う機能層を備える、本発明の切り換え可能な積層構造の横断面図である。

Claims (39)

1. 双安定の電気光学的デバイスであって、以下：
   内部表面および外部表面を有する第１の透明な基板；
   内部表面および外部表面を有する第２の透明な基板；
   該第１および第２の可撓性基板の各内部表面上の透明な電気導電性層；
   ネマティックな液晶物質、キラル物質およびイオン添加剤を含有するコレステリックな液晶物質であって、該コレステリックな液晶物質が第１および第２の透明な可撓性基板の電気導電性層の間に位置づけられている、コレステリックな液晶物質；
   を備え、ここで、該第１および第２の透明な基板が一定の距離間隔を開けられ；そして
   該コレステリックな液晶物質への電場の適用に際して、該コレステリックな液晶物質が、透明な状態から光散乱状態へ、および光散乱状態から透明な状態に切り換えられ、ここで電場は、透明な状態または光散乱状態のいずれを維持するのにも必要とされない、電気光学的デバイス。
2. 前記コレステリックな液晶物質が、その中で安定化および支持されるコレステリックな液晶を有するポリマーマトリクスを含有する、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
3. 前記ポリマーマトリクスが重合可能なモノマーまたはポリマーから形成される、請求項２に記載の電気光学的デバイス。
4. 前記ポリマーマトリクスが、以下：
   

   

   を含有するＵＶ硬化性樹脂から形成される、請求項３に記載の電気光学的デバイス。
5. 前記コレステリックな液晶物質が、約９０〜９９重量％のネマティックな液晶物質、約０．５〜３重量％のキラルドーパントおよび約０．０５〜０．５重量％のイオン添加剤を含有する、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
6. 前記イオン添加剤がイオン化合物を含有する、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
7. 前記イオン化合物が臭化１−ヘプチル−４（４−ピリジル）ピリジニウム、臭化１−フェナシルピリジニウム、臭化２−プロピルイソキノリニウム、テトラフェニルホウ酸２−プロピルイソキノリニウム、臭化セチルピリジニウム、テトラフェニルホウ酸ドデシルピリジニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、ｐ−トルエンスルホン酸テトラブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウム、テトラフェニルホウ酸テトラブチルアンモニウム、臭化テトラヘキサデシルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラヘキサデシルアンモニウム、臭化テトラキスデシルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラキスデシルアンモニウム、テトラフェニルホウ酸テトラヘキサデシルアンモニウム、テトラフェニルホウ酸テトラキスデシルアンモニウムおよびその混合物からなる群から選択される、請求項６に記載の電気光学的デバイス。
8. 前記イオン添加剤が極性化合物を含有する、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
9. 前記イオン添加剤が電荷移動剤を含有する、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
10. 前記第１および第２の透明な基板が可撓性ポリマーフィルムを有する、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
11. 前記第１および第２の透明な基板の少なくとも１つの内部表面が、その上に複数の整列表面プロフィールを備える、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
12. 前記表面プロフィールが複数の溝を備える、請求項８に記載の電気光学的デバイス。
13. 前記第１および第２の透明な基板の少なくとも１つの導電性層の内部が、その上に複数の整列表面プロフィールを備える、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
14. 前記コレステリックな液晶物質が、低周電圧の適用の際に前記透明な状態から前記光散乱状態へと切り換わり、そして、高周電圧の適用の際に不透明な状態から該透明な状態へと切り換わる、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
15. 前記第１および第２の可撓性基板の少なくとも１つの上に保護層をさらに備える、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
16. 前記第１おおび第２の可撓性基板の少なくとも１つの上にバリア層をさらに備える、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
17. 前記バリア層が湿気バリア層を備える、請求項１６に記載の電気光学的デバイス。
18. 前記バリア層がＵＶブロッキング層を備える、請求項１６に記載の電気光学的デバイス。
19. 前記コレステリックな液晶物質が負の誘電異方性を有する、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
20. 前記構造が巻いた配置である、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
21. 前記コレステリックな液晶物質が、複数のスペーサをさらに備える、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
22. 前記コレステリックな液晶物質が染料をさらに備える、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
23. 前記コレステリックな液晶物質が、前記第１の透明な基板の内部表面から前記第２の透明な基板の内部表面へと延びるポリマー壁によって分離されているポリマーマトリクス内に安定化される、液晶の別々の領域を備える、請求項２に記載の電気光学的デバイス。
24. 前記ポリマー壁が液晶を含有するポリマーマトリクスを含み；該壁が電場の適用に電気的に応答性である、請求項２３に記載の電気光学的デバイス。
25. 前記第１の透明な基板と前記第２の透明な基板との間の距離が約１０ミクロンより大きい、請求項１に記載の電気光学的デバイス。
26. 前記ポリマー壁が、前記ポリマーマトリクス内に安定化された液晶の別々の領域を支持し、かつ、前記第１の透明な基板と前記第２の透明な基板との間の一定の距離を維持する、請求項２３に記載の電気光学的デバイス。
27. 電気光学的デバイスであって、以下：
    内部表面および外部表面を備える第１の透明な基板；
    内部表面および外部表面を備える第２の透明な基板；
    該第１および第２の可撓性基板の各内部表面上の透明な電気導電性層；
    約９０〜９８重量％のネマティックな液晶物質、約１〜３重量％のキラル物質および約１〜６重量％の２つ以上の官能基を有する重合可能なアクリレートまたはメタクリレートベースの樹脂物質を含有する、コレステリックな液晶物質であって、該第１および第２の透明な可撓性基板の電気導電性層の間に位置づけられる、コレステリックな液晶物質；
    を備え、該第１および第２の透明な基板が一定の距離間隔をあけられている、電気光学的デバイス。
28. 電気光学的デバイスを製造するためのプロセスであって、
    （ａ）各々が内側および外側を有し、かつ該内側が透明な導電性層でコーティングされている、２つの透明な基板を提供する工程であって、該基板はスペーサで分離され、該基板の間に領域を作成する、工程；
    （ｂ）ネマティックな液晶物質、キラル物質、イオン添加剤および重合可能なモノマーまたはポリマーを含有するコレステリックな液晶混合物を該基板の間の領域に堆積させる工程、
    （ｃ）該透明な基板の周を封着して該基板間の領域内に該コレステリックな液晶混合物を収容する工程；ならびに
    （ｄ）該コレステリックな液晶混合物のモノマーまたはポリマーを重合する工程
    を包含する、プロセス。
29. 前記重合する工程の間に、前記コレステリックな液晶物質に電場を適用する工程をさらに包含する、請求項２８に記載のプロセス。
30. 前記重合する工程の間に、前記コレステリックな液晶物質に電場が適用されない、請求項２８に記載のプロセス。
31. 前記液晶混合物を重合する工程は、該液晶混合物を紫外線照射に曝露する工程を包含する、請求項２８に記載のプロセス。
32. 前記透明な基板の少なくとも１つの内側または外側に、機能層を適用する工程をさらに包含する、請求項２８に記載のプロセス。
33. 前記第１および第２の透明な基板が可撓性ポリマーフィルムを備える、請求項２８に記載のプロセス。
34. 前記構造を、前記第２の透明な基板の外側と接触する前記第１の透明な基板の外側を備える巻いた配置に巻く工程をさらに包含する、請求項３３に記載のプロセス。
35. 前記コレステリックな液晶混合物を堆積する前に、該コレステリックな液晶混合物にスペーサを混合する工程をさらに包含する、請求項２８に記載のプロセス。
36. 電気光学的積層構造を製造するための実質的に連続するプロセスであって、
    （ａ）各々が内側および外側を有し、かつ該内側が透明な導電性層でコーティングされている、２つの実質的に連続する透明な可撓性基板を提供する工程であって、該可撓性基板はスペーサで分離され、該可撓性基板の間に領域を作成する、工程；
    （ｂ）重合可能なモノマーまたはポリマーを含有するコレステリックな液晶混合物を該基板の間の領域に堆積させる工程、
    （ｃ）該可撓性の透明な基板の周を封着して該基板間の領域内に該重合可能なコレステリックな液晶混合物を収容する工程；ならびに
    （ｄ）該コレステリックな液晶混合物のモノマーまたはポリマーを重合する工程
    を包含する、プロセス。
37. 積層を、前記第２の透明な基板の外側と接触する前記第１の透明な基板の外側を備える巻いた配置に巻く工程をさらに包含する、請求項３６に記載のプロセス。
38. 電気光学的デバイスを製造するためのプロセスであって、
    （ａ）各々が内側および外側を有し、かつ該内側が透明な導電性層でコーティングされている、２つの透明な基板を提供する工程であって、該基板はスペーサで分離され、該基板の間に領域を作成する、工程；
    （ｂ）少なくとも１つの光重合可能なモノマーおよび液晶物質の混合物を該基板の間の領域に堆積させる工程、
    （ｃ）該透明な基板の周を封着して該基板間の領域内に該重合可能なコレステリックな液晶混合物を収容する工程；ならびに
    （ｄ）該混合物の規定された領域を光で照射し、該光重合可能なモノマーを硬化させ、それによって液晶領域を取り囲むポリマー壁を形成する工程
    を包含する、プロセス。
39. 前記ポリマー壁および液晶領域を照射する工程であって、該ポリマー壁は、ポリマー相の分離した液晶ドメインを備え、かつ該液晶領域はポリマー安定化された液晶を備え、そして、該ポリマー壁および該液晶領域の両方の該液晶は、電場の適用に応答する、工程をさらに包含する、請求項３８に記載のプロセス。

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