JP2006512613A - 不等大形状炭素及び／又はグラファイト粒子、その液体懸濁液及びフィルム、並びにこれらを含む光弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 光弁懸濁液に使用される不等大形状炭素及び／又はグラファイト粒子を含む安定性の改良された粒子を提供する。
【解決手段】 本発明は、液体光弁懸濁液、フィルム、及び光弁の粒子として使用するための不等大形状炭素含有粒子を考えるものである。不等大炭素含有粒子は、定形又は不定形粒子であり、例えばフレークを含む様々な幾何学形状を有することができる。上述の目的は、このような粒子の大きさ及び形状を注意深く制御することにより達成される。

Description

本出願は、本明細書においてその全内容が参照により引用されている、１９９９年６月７日出願の米国特許出願出願番号第０９／３２７，７６０号の一部継続出願である２００２年１２月２７日出願の米国特許出願出願番号第１０／３３０，６４５号の優先権を主張するものである。
本発明は、光弁懸濁液に使用される不等大形状炭素及び／又はグラファイト粒子を含む安定性の改良された粒子に関する。

光弁は、光の変調用に６０年以上に亘り知られている。光弁は、通過する光の量を制御するために、その期間に例えば計数表示、テレビ画面、窓、サンルーフ、日よけ、鏡、及びめがねなどを含む多くの用途での使用が提案されてきた。本明細書に示す種類の光弁は、「懸濁粒子装置」すなわち「ＳＰＤ」としても公知である。
本明細書で使用される場合、「光弁」という用語は、通常は透明導電コーティングの形態の電極を有する、短い距離で隔てられた少なくとも１つは透明の２つの壁で形成されたセルを説明するのに用いられる。セルは、粒子の液体懸濁液か又は粒子の液体懸濁液の液滴が分散して閉じ込められているプラスチックフィルムのいずれかとすることができる光変調要素を収容する。

液体懸濁液（本明細書では「液体光弁懸濁液」として時々引用される）は、液体懸濁媒体に懸濁した小粒子を含む。印加された電界が存在しない時は、液体懸濁液中の粒子は、不規則なブラウン運動を呈する。従って、セル内に通過する光ビームは、セル構造、粒子の性質と濃度、及び光のエネルギ含有量により、反射し、通過し、又は吸収される。光弁は、このようにＯＦＦ状態では相対的に暗い。しかし、電界が光弁内の液体光弁懸濁液を通して印加されると、粒子は整列し、多くの懸濁に対して、ほとんどの光がセルを通過することができる。光弁は、従って、ＯＮ状態では相対的に透明である。

多くの用途において、活性化可能な材料、すなわち光変調要素としては、液体懸濁液よりむしろプラスチックフィルムが好ましい。例えば、可変光透過窓として使用される光弁では、液体懸濁液の液滴が分散されたプラスチックフィルムは、静圧効果、例えば液体懸濁液の高い液柱に付随する膨らみがフィルムの使用を通じて避けることができ、かつ漏れの可能性もまた避けることができる理由から、液体懸濁液単独よりも好ましいものである。プラスチックフィルムを使用する別の利点は、プラスチックフィルムにおいては、粒子が一般的に非常に小さな液滴内でのみ存在し、従って、フィルムが電圧で繰返し活性化された時に顕著には凝集しないということである。

「光弁フィルム」は、この用語が本明細書で使用される場合は、フィルム中に分散した粒子の液体懸濁液の液滴を有するフィルムを意味する。
米国特許第５，４０９，７３４号に、均一な溶液から相分離で形成された光弁フィルムの一種の例が示されている。架橋乳剤によって形成された光弁フィルムもまた公知である。本発明の出願人に譲渡された米国特許第５，４６３，４９１号と第５，４６３，４９２号の両方を参照されたい。

切断して偏向サングラスレンズに形成され、又はフィルタとして使用できる「シート偏向子」と呼ばれる場合がある光偏向シートのような固化懸濁に使用するために、光偏向粒子は、酢酸セルロース又はポリビニルアルコールなどのような適切なフィルム形成材料のシート全体に分散又は分配させることができる。シート偏向子として使用するための固化懸濁を作る方法は、従来技術として公知である。しかし、上述の光偏向粒子は、そのような固化懸濁中では動けない、すなわち固定されていることに注意することは重要である。例えば、米国特許第２，１７８，９９６号と第２，０４１、１３８号を参照されたい。
本発明によって製造されるような懸濁粒子装置のより良い理解を容易にするために、液体光弁懸濁液に関する説明が、液体懸濁媒体、任意的にそこに含まれる安定剤、及び媒体中に懸濁される粒子を含むその構成要素に関する詳細と共に以下に与えられる。

本発明に使用する液体光弁懸濁液は、従来技術で公知の任意の液体光弁懸濁液であってもよく、当業者に公知の技術に従って調製することができる。本明細書で使用される「液体光弁懸濁液」という用語は、複数の小粒子が分散した「液体懸濁媒体」を意味するものである。「液体懸濁媒体」は、粒子が凝集する傾向を低減し、分散して懸濁した状態に保つように作用する少なくとも１種類の高分子安定剤が好ましくは溶解されている１つ又はそれ以上の非水溶性で電気的抵抗性の液体を含む。

本発明で有用な液体光弁懸濁液は、粒子を懸濁するために光弁用に使用することが既に提案されている液体懸濁媒体のうちのどれを含んでもよい。本明細書で有用な当業技術で公知の液体懸濁媒体は、以下に限定はしないが、米国特許第４，２４７，１７５号及び第４，４０７，５６５号に開示されている液体懸濁媒体を含む。一般的に、液体懸濁媒体又はそこに溶けている高分子安定剤の一方又は両方は、懸濁した粒子を重力平衡に維持するように選択される。

高分子安定剤は、使用される時には、粒子表面に結合するが液体懸濁媒体の非水溶性液体に溶解もする単一の種類の固体ポリマーとすることができる。代替的に、高分子安定剤システムとして働く２つ又はそれ以上の固体高分子安定剤が存在してもよい。例えば、粒子は、実質的に粒子に簡素な表面コーティングを与えるニトロセルロースのような第１の種類の固体高分子安定剤と共に、第１の種類の固体高分子安定剤に結合するか又は結び付き、また液体懸濁媒体中に溶解して粒子に対する分散と立体的保護とをもたらす１つ又はそれ以上の付加的な種類の固体高分子安定剤でコーティングすることができる。また、液体高分子安定剤は、米国特許第５，４６３，４９２号に説明されているように、特にＳＰＤ光弁フィルムにおいて有利に使用することができる。

無機及び有機の粒子は、光弁懸濁液において使用することができ、そのような粒子は、光を吸収するか又は光を反射するかのいずれかとすることができる。
従来のＳＰＤ光弁は、一般的にコロイドサイズのポリハロゲン化物粒子を使用してきた。すなわち、粒子は、一般的には平均約１ミクロン又はそれ以下の最大寸法を有する。好ましくは、ほとんどのポリハロゲン化物粒子は、極端に光散乱を低く保つために、青色光の半波長、つまり２０００オングストローム又はそれ以下の最大寸法を有する。
従来技術のポリハロゲン化物粒子の詳細な解説は、一般化学学会誌、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｒ．、Ｖｏｌ．２０、ｐｐ．１００５−１０１６、（１９５０）に掲載されたＤ．Ａ．Ｇｏｄｉｎａ及びＧ．Ｐ．Ｆａｅｒｍａｎ著「ポリヨウ化物の光学特性及び構造」に見ることができる。

例えば、ヘラパタイトは、二硫酸キニーネポリヨウ化物として定義され、その化学式は、メルクインデックス、第１０版（メルク・アンド・カンパニー・インコーポレーテッド、米国ニュージャージー州、ローウェイ）の見出し「ヨウ化硫酸キニーネ」の下で４Ｃ₂₀Ｈ₂₄Ｎ₂Ｏ₂．３Ｈ₂ＳＯ₄．２ＨＩ．Ｉ₄．６Ｈ₂Ｏ．として与えられている。ポリヨウ化物化合物において、ヨウ化物アニオンは、鎖を形成すると考えられ、この化合物は強い偏光性である。米国特許第４、８７７、３１３号とＴｅｉｔｅｌｂａｕｍ他「ＪＡＣＳ １００」（１９７８），ｐｐ．３２１５−３２１７を参照されたい。用語「ポリハロゲン化物」は、本明細書においてはポリヨウ化物のような化合物を意味するように使用されるが、少なくともヨウ化物アニオンのいくつかは、別のハロゲンアニオンで置換することができる。最近になって、光弁での使用のための改良ポリハロゲン化物粒子が、米国特許第４，８７７、３１３号、第５，００２，７０１号、第５，０９３，０４１号、及び第５，５１６，４６３号に提案されている。これらの「ポリハロゲン化物粒子」は、通常は窒素を含有する有機化合物をヨウ素元素及びハロゲン化水素酸又はアンモニア又はアルカリ金属ハロゲン化物又はアルカリ希金属ハロゲン化物と反応させることで形成される。このような有機化合物は、代替的に「前駆体」と呼ばれる。しかし、商業的に有用であるためには、液体光弁懸濁液中で使用される粒子は、フィルムに組み込まれるか否かは別として、大きな化学的かつ環境的安定性を有することが必要である。大きな環境的安定性を有する粒子を得るには、次に、特に粒子を構成する物質の安定性が優れていることが公知である場合に、光弁懸濁液及びフィルムにおいて非ポリハロゲン化物粒子を使用することが望ましい場合がある。

光弁におけるグラファイト粒子の使用は、米国特許第１，９６３，４９６号において最初に提案されたものである。しかし、光弁懸濁液又はフィルムにおける従来のグラファイト粒子の使用において注意すべき点は、その光弁懸濁液が活性化される時にグラファイト粒子が急速に凝集しやすい性質があるということである。それに加えて、従来技術のグラファイト粒子はまた、重力により沈降するのみならず、許容できないほどの大きな量の光を散乱することが公知である。

多くの種類の公知も顔料は、絵の具、塗料、インクにおいて着色剤として使用される。一般的に、そのような顔料は、０．１から１０ミクロンの範囲の平均粒径サイズを有する。このような小さなサイズの粒子を得るには、固体粒子を小さく砕くために機械的装置がよく使用される。ボールミル、摩砕機、及びビードミルやロールミルがそのような目的のために通常使用される。
しかし、そのような機械的方法で製造される粒子の光弁懸濁液における使用は、いくつかの重要な理由により実用的でない。第１には、ほぼ１ミクロン又はそれ以上の平均サイズ（直径）を有するには、通常は粒子があまりに大きいことである。第２には、ミクロン以下のサイズの粒子が製造されたとしても、挽いたり、粉砕することで球状になったり無定形になりやすく、そのアスペクト比を減ずるか又は事実上なくなることになる。光弁懸濁液としての用途には、不等大形状粒子は重要であり、従って、その不等大形状が電界又は磁界における配向性を容易にするので、針状、棒状、フレーク、又はプレートなどのような形をした粒子が好ましく、一般的に必要とされる。第３には、機械的粉砕に独特の欠点は、サイズの分布が大きいことであり、一般的に平均粒子サイズが１ミクロンより小さくても、結果的に１ミクロン又はそれ以上の大きなサイズを有する粒子が存在することになる。０．２ミクロンより大きい粒子（青色光の半波長）は、光を散乱し易く、そのような散乱は、粒子サイズと共に指数関数的に増大する。この効果と比較的大きな粒子が凝集を促進するという事実は、そのような粉砕された粒子が光弁懸濁液としての用途に望ましくないという別の理由である。従って、超微粒子の光弁懸濁液を含有する光弁に対する必要性が従来技術に存在する。

更に、様々な種類の粒子が光弁のために従来技術で提案されてきたが、従来、ポリヨウ化物粒子以外には、サブミクロンサイズで不等大形状で良好な光学特性を有する粒子を得ることは現実的ではなかった。しかし、いくつかの場合では、ポリヨウ化物粒子は、紫外線に対して十分安定でなく、そのようなポリヨウ化物の光弁懸濁液は、紫外線に対して保護するための特別な方策が採られないと強い紫外線に長い時間曝された時に色と性能面で劣ることがある。例えば、そのような方策は、紫外線が懸濁粒子装置を照射する前に紫外線を遮るために光弁懸濁液中に紫外線吸収剤又はフィルム又は紫外線フィルタの使用を含む。また、ほとんど全てのポリヨウ化物粒子は青色に限定されるが、青でないＯＦＦ状態色を有する光弁懸濁液を有することも要求される。従って、長い時間顕著な劣化なしで高レベルの紫外線に耐え、及び／又は変化に富んだＯＦＦ状態色を有し、適切に小さく、不等大に成形されている光弁懸濁液のための新しい種類の粒子が必要とされている。

米国特許第５，６５０，８７２号は、対向するセル壁より形成されたセルと、セル壁の間にある液体懸濁媒体中に懸濁された蒸発分散処理によって準備された不等大粒子を含有する懸濁液を含む光変調ユニットと、懸濁液全体に電界を印加するためにセル壁と作動的に結合している対向した電極手段とを備える光弁又は電気泳動ディスプレイのような電気光学装置を提供している。不等大粒子の平均粒子サイズは、約０．２ミクロン又はそれ以下、好ましくは、約０．１ミクロン又はそれ以下である。

米国特許第５，６５０，８７２号で使用される液体光変調懸濁液は、広い範囲の揃ったＯＦＦ状態色を有しており、連続的な劣化なしで長い期間に亘って高レベルの紫外線を許容する能力の点でポリヨウ化物粒子よりも優れている材料を含むことができる。しかし、米国特許第５，６５０，８７２号で形成された全ての粒子は、蒸発分散処理で作られており、この処理は、十分に小さな不等大形状炭素又はグラファイト粒子を形成するには適切でなく、理由は、米国特許第５，０３０，６６９号及び第５，１０６，５３３号で開示されて説明された処理は、単に非元素粒子、すなわち、引用された特許で定められて本明細書で１つよりも多い元素を含む粒子を指すのに使用されている粒子に対してのみ有効であるからである。
本発明は、光弁懸濁液中に従来の炭素及び／又はグラファイト粒子を使用する欠点を克服することを試みでおり、以下の説明からその成果が明らかになる。

米国特許出願出願番号第０９／３２７，７６０号 米国特許出願出願番号第１０／３３０，６４５号 米国特許第５，４０９，７３４号 米国特許第５，４６３，４９１号 米国特許第５，４６３，４９２号 米国特許第２，１７８，９９６号 米国特許第２，０４１、１３８号 米国特許第４，２４７，１７５号 米国特許第４，４０７，５６５号 米国特許第４、８７７、３１３号 米国特許第５，００２，７０１号 米国特許第５，０９３，０４１号 米国特許第５，５１６，４６３号 米国特許第１，９６３，４９６号 米国特許第５，６５０，８７２号 米国特許第５，０３０，６６９号 米国特許第５，１０６，５３３号 米国特許第４，６６３，２３０号 米国特許第４，１６４，３６５号 米国特許第４，２７３，４２２号 米国特許第５，２７９，７７３号 米国特許第４，６４３，５２５号 米国特許第４，６４８，６９１号 Ｄ．Ａ．Ｇｏｄｉｎａ及びＧ．Ｐ．Ｆａｅｒｍａｎ著「ポリヨウ化物の光学特性及び構造」、一般化学学会誌、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｒ．、Ｖｏｌ．２０、ｐｐ．１００５−１０１６、（１９５０） 見出し「ヨウ化硫酸キニーネ」、メルクインデックス、第１０版、メルク・アンド・カンパニー・インコーポレーテッド、米国ニュージャージー州、ローウェイ Ｔｅｉｔｅｌｂａｕｍ他「ＪＡＣＳ １００」（１９７８）、ｐｐ．３２１５−３２１７

一実施形態では、本発明は、セル壁間の光懸濁媒体に懸濁された不等大形状炭素フレークを含有する懸濁液を含む光弁ユニットを備えた、対向するセル壁で形成されたセルを含む電子光学的装置に関する。装置は、更に、懸濁液全体に亘って電界を印加するためにセル壁と作動的に結合している対向した電極手段を含む。
上述の装置において、不等大形状炭素フレークは、平均して約１ミクロンよりも大きくない最大寸法を有する。装置の更に別の実施形態では、不等大形状炭素フレークは、平均して最大寸法よりも少なくとも約５倍小さい最小寸法を有する。特定的な実施形態では、不等大形状フレークの最大寸法は、約０．５ミクロンを超えない平均値を有する。更に別の実施形態では、不等大形状フレークの最大寸法は、約０．２ミクロンを超えない平均値を有する。

特定の実施形態では、上述の電気光学装置は光弁であり、懸濁液は光弁懸濁液である。その一実施形態では、光弁懸濁液は、液体懸濁液とすることができ、一方、代替的実施形態では、懸濁は、フィルムの形態とすることができる。
別の実施形態では、本発明は、光弁の光変調要素として役立つようになった粒子懸濁液を収容するセルを含む光弁である。懸濁液は、液体懸濁媒体中に懸濁されている不等大形状炭素フレークを含む。炭素フレークは、平均して約１ミクロンを超えない最大寸法を有する。

上述の光弁において、不等大形状フレークは、更に別の実施形態では、最大フレーク寸法よりも平均して少なくとも約５倍小さい最小寸法を有することができる。更に別の実施形態では、不等大形状フレークの最大寸法は、約０．５ミクロンを超えない平均値を有し、一方、別の実施形態では、フレークの最大寸法は、約０．２ミクロンを超えない平均値を有する。
更に別の実施形態では、本発明は、液体懸濁媒体中に複数の不等大形状炭素フレークを含む光変調ユニットを備えた光弁に関するものであり、不等大形状フレークは、平均して約１ミクロンより大きくない最大寸法と、平均して最大寸法より少なくとも約５倍小さい最小寸法とを有する。代替的実施形態では、最大寸法は、平均して約０．５ミクロンを超えないが、一方、更に別の実施形態では、最大寸法は、平均して約０．２ミクロンを超えないものである。
本明細書に使用される場合、「炭素」という用語は、限定はしないがグラファイトを含む全ての形態の炭素を含む意味である。

本発明は、適切なサイズの不等大炭素及び／又はグラファイト粒子が、液体光弁懸濁液、フィルム、及び光弁の粒子として製造して使用することができるという発見に基づいている。本発明の光弁で使用される粒子は、針状、棒状、フレーク、プレートなどを含む各種の幾何学形状が可能である。特定の幾何学形状は、粒子が不等大であれば決定的なものでない。不等大粒子の１つの非限定的例はフィブリルを含む。

炭素フィブリルは、少なくとも直径の約３倍の平均長さと、約２００ナノメートルより小さいフィブリルの平均長さとを有し、約３．０から約６６ナノメートルの範囲にある実質的に一定の平均直径によって特徴付けられる本質的に円筒形の分離している炭素粒子である。好ましくは、炭素フィブリルは、フィブリルの円筒軸の周りに実質的に同心円状に配置されている整列した炭素原子から成る、少なくとも複数の本質的に連続層より成る外側領域を含む。同様に、フィブリル全体は、実質的に熱炭素皮膜のないことが好ましい。本発明で使用されている「炭素フィブリル」という用語は、約２００ナノメートル以下の平均長さを有する炭素及び／又はグラファイトフィラメントを意味する。

本発明は、グラファイトのような無定形炭素及び／又は他の炭素の形態より形成される粒子の用途に関するが、一般的に、与えられた粒子サイズに対してより高い導電性のためにグラファイト粒子が好ましい。従って、本発明で有用な不等大粒子は、全体的に無定形炭素より成るか、又は全体的にグラファイトより成るか、又は、空洞又はグラファイトの１つ又は複数の層が乗っている無定形炭素より成る個別の芯を有する場合がある不等大粒子を含む。例えば、フィブリルのような不等大粒子が明確な芯を有する場合、粒子又はフィラメントの壁厚は、粒子又はフィブリル外部径の約０．１から０．４倍である。

フィブリルの製造方法は公知の技術である。例えば、米国特許第４，６６３，２３０号を参照されたい。
液体中の針状、棒状、フレーク、プレートやフィブリルのような炭素及び／又はグラファイト粒子の分散方法は公知の技術である。一般的に、もしポリマーがその構造中に十分な数の低極性又は非極性基を有する場合、分散した液中の可溶ポリマーは、本発明の炭素粒子に結合し、炭素粒子を分散するであろう。低極性又は非極性基の非限定的例は、アルキルとアリール炭化水素基及び異性体、ヒドロキシル、カルボキシル、又はエチレンオキサイドのようなアルキレンオキサイドのような基を含む高極性基を含む。炭素粒子のための界面活性剤と分散剤は公知の技術である。本発明の出願人に譲渡され、光弁懸濁液のための適切なコポリマーとポリマー分散システムについて説明している米国特許第４，１６４，３６５号、第４，２７３，４２２号、及び第５，２７９，７７３号を参照されたい。

実際問題として、約３．０ナノメートルより小さい径を持った炭素フィブリルは容易に製造できないものである。光弁懸濁液中で光散乱を小さく保つには、フィブリルの長さは、平均的に約２００ナノミクロン（青色光の半波長）より小さくすべきである。本発明における懸濁液中の５パーセントを超えない粒子は、２００ナノメートル又はそれ以上の波長を有することが好ましく、更に好ましくは、１パーセント又はそれ以下の粒子は、２００ナノメートル又はそれ以上の波長を有し、最も好ましいのは、０．２パーセント以下の粒子は、２００ナノメートル又はそれ以上の波長を有する。

一方、もしフィブリルのように粒子の長さが小さすぎる時は、別の問題が発生する。非常に小さい長さの粒子の懸濁液は、配向のために比較的大きな電圧が必要であり、一方、より長い粒子は、そのより大きいトルクのために、すなわち、その（比較的）大きな質量により、より小さい電圧で済む。従って、実際問題として、好ましくは、粒子は、約５０ナノメートル又はそれ以上の平均長さを有するべきである。不等大炭素粒子の懸濁液は、好ましくは、５０ナノメートルよりも小さい長さを有する粒子を５パーセント又はそれ以下とすべきであり、より好ましくは、５０ナノメートルよりも小さい長さを有する粒子が１パーセント又はそれ以下であり、最も好ましくは、５０ナノメートルよりも小さい長さを有する粒子が０．２パーセント又はそれ以下である。

本発明において、アスペクト比、すなわち幅に対する長さの比が３：１又はそれ以上、好ましくは、約１０：１又はそれ以上、又はより好ましくは、約２０：１又はそれ以上であるような不等大材料として製造される炭素及び／又はグラファイト粒子は有用である。粒子が実質的に粒子の長さ又は幅よりも小さい厚みを有する粒子が好ましい。
本発明で使用する不等大粒子の別の非限定的な例は、フレークの形態の炭素及び／又はグラファイト粒子である。そのようなフレークは、最大寸法であるその長さ又は幅が平均１ミクロン又はそれ以下であることに関係なく、厚みが最小寸法であるサイズのものであることが好ましい。対照的に、フレークの最小寸法、すなわちその厚みは、最大寸法より少なくとも５倍（５Ｘ）小さい平均値でなければならない。本発明で使用するに適する炭素フレークの長さ又は幅に対するより好ましい平均最大寸法が０．５ミクロンであるにも関わらず、そのような粒子の最も好ましい平均最大寸法は０．２ミクロンである。上述の最大寸法を有する例えばフレークの形態の粒子を含めることは、粒子サイズの減少と共にＳＰＤの曇りレベルが減少するために、得られる懸濁液の使用に付随する曇りレベルを最小にするのに有用である。フレークの形態の炭素及び／又はグラファイト粒子は、例えば、同じ原料で製造されるフィブリルに比較して、そのようなフレークが一般的に与えられた最大寸法に対してより多くの質量を有するので、本発明での使用には特に好ましいものである。炭素フィブリルの長さの説明において上述の通り、そのような付加的質量は、例えば、より少ない質量のフィブリルに対比してより大きいトルクを粒子に供給し、このより大きいトルクは、液体懸濁液内の粒子を配向させるのに必要な電圧を低減するのに役立つものである。このような電圧低下は、そのような粒子を内蔵している懸濁粒子装置の作動に関連する電気的コストを低減すると共に、懸濁粒子装置を制御するのに使用される電子機器を作動させるのを簡略化することができる利点がある。

一般的に、粉砕は、粉砕される粒子のアスペクト比を低減するのでよくないが、もし粒子の３つの空間的寸法のうちの２つが極端に小さければ、粉砕処理が使用できる可能性がある。例えば、もし円筒形フィブリルが非常に小さな平均径、例えば１０ナノメートルと１ミクロン又はそれ以上の平均長さとを有する場合、フィブリルは、粒子径に顕著な影響を与えることなしに、公知の方法で２００ナノメートルよりも小さい平均長さに粉砕することができるであろう。
異なるサイズ又はサイズ範囲の粒子は、ろ過や遠心分離のような公知の方法で互いに分離することができる。
堆積の対掌性は、チューブが金属的か又は半導体的かを決めるものである。カーボンナノチューブは、その対掌性によって金属的又は半導体的となる。

本発明における炭素粒子の分散は、不等大粒子、例えばフィブリルやフレークを従来技術に説明されているように分散剤として働く適切なポリマーの存在下でイソペンチルアセテート又はトリメリット酸トリーペンチルのような適切な光弁液中に入れ、急速に混合することで容易に準備される。
フレークのような不等大炭素粒子の分散剤が光弁中に置かれて交流電圧で活性化されると、セルを通過する光の透過率が急速に増加するのが観測される。

本発明による光弁とそのような光弁の機能が図１から図８に一般的に示されている。図１においては、全体的に１０として示されている光弁は、その内部表面上に透明な導電性コーティング１３及び１４を有する２つのガラス板１１及び１２より形成されている。導電性コーティング１３及び１４は、セル１０に電圧を励起するためのエリア電極を形成する。ガラス板１１及び１２は、ガラス板１１及び１２の間にチャンバ１６を提供するために、その端の周りのガラス板１１及び１２に対して密封されているスペーサ１５によって分離され、チャンバ１６中には、炭素フレークの光弁懸濁液２１が置かれている。光弁懸濁液が導入された状態で、セル１０は密封される。導電性コーティング１３及び１４は、交流電源１７に接続されている。チャンバ１６内の光弁懸濁液は、導電性コーティング１３及び１４に接続されているので、これはオーム型セルと呼ぶことができる。

図２は、図１と同様であり、相当する部分は同様に示されている。しかし、図２では、十分に薄い透明な非導電性コーティング１８及び１９、例えば、シリコンモノオキサイド、シリコンジオキサイド、アルミニウムオキサイド、チタンオキサイド、又はポリイミドが、エリア電極１３及び１４の上に置かれ、導電性コーティングが、光弁懸濁液から保護されている。層１８及び１９は、誘電性物質であるので、電極は、その結果チャンバ１６中の流動懸濁液に容量的に接続されている。

図３は、セル１０のＯＦＦに閉じられた又は暗い状態を図解的に示している。炭素フレーク２１は、ランダムな配向状態にある場合を示している。矢印２２によって示されているセル１０上に衝突する光ビームは吸収され、もし炭素フレーク２１の濃度が懸濁液中に十分であれば、セルは事実上不透明に見える。
図４は、セル１０のＯＮに開いた又は光透過状態を図式的に示すものである。ここでは、印加された電界により、炭素フレーク２１は、壁面に対して垂直なその主軸と一致する。この状態では、炭素フィブリルは、図３に示すランダム状態よりも光をインターセプトすることが遥かに少ない。その結果、光ビーム２２のかなりの部分が、矢印２３で示すようにセルを通過する。

図５は、炭素フレーク２１を含有する液体光弁懸濁液の複数の暗い液滴が分布している透明プラスチック２５の形態の架橋ポリマーマトリックス材料を含む、フィルム２４を含む光弁２７を示している。小球は暗く、その理由は、その中で炭素フレーク２１が強く光を吸収しているからである。光弁２７は、保護層２９とフィルム２４の両側面に置かれた電極２８とを有する。この実施形態では、電極２８は、保護層２９の内面上にあってフィルム２４と接している。誘電皮膜（ここに示されてない）は、所望なら電極の上に置くことも可能である。この実施形態における保護層２９と電極２８は、フィルム２４に永久的に固定される。

図６は、各保護層の一方の側に電極２８を有する保護層２９がフィルム２４の両側にここでもまた置かれている、光弁２７の別の実施形態を示している。しかし、図５の実施形態と異なり、この実施形態では、電極は、保護層２９の外部表面上にあり、フィルム２４と接していない。ここでもまた、この実施形態での電極は、フィルムに永久的に固定されている。このようにして、図５では、電極２８は、ガラスセル壁上に電極を被覆するための公知の技術を用いてフィルム２４の上に塗られ、一方、保護層２９もまた、公知の技術を用いて電極２８の上に塗ることができる。図６においては、電極２８と保護層２９の関係が逆になっている。

図７は、保護層２９が固定されたフィルム２４を示している。この実施形態では、フィルム２４は、硬く剛性の基体３０内に封入されている。電極２８は、基体３０によって移動させられると保護層２９と向かい合うことになる。現時点では、電極２８と保護層２９は、事前に組み立てられたアセンブリの形であることが好ましい。この実施形態では、図５から７において示されている電極２８と保護層２９は、フィルムへアセンブリを付加する前に電極２８でコーティングしたプラスチックフィルムのようなフィルム２９によって設けることができる。硬く剛性の基体３０は、ガラスやポリエチレンテレフタレート又はポリカボネートなどのプラスチックのような透明物質であってもよい。可変透過窓、フィルタ、めがね類、及びバックライト付きディスプレイのような光弁の多くの用途に対しては、基体が透明であることが望ましい。本発明のそのような使用に対しては、電極はまた、透明材料、例えば、酸化スズ、酸化インジュウムスズ、又は金のような導電性金属の薄い層から製作すべきである。鏡や反射ディスプレイのような他の用途に対しては、１つの基体とその上に堆積された電極が透明であることのみが望ましく、一方、第２の基体及び／又はその上に堆積する電極は、金属のような鏡面反射性材料から作製することができる。第２の基体はまた、その上に透明な又は反射性電極を有するセラミック材から製作してもよい。いくつかの種類のディスプレイにおけるように鏡面反射よりもむしろ拡散的であることが望ましい場合、後側電極は、従来技術として公知の任意の方法を用いて拡散白色層で被覆することができる。例えば、米国特許第４，６４３，５２５号と第４，６４８，６９１号を参照されたい。

図８Ａにおいて、光ビーム３１は、本発明の光弁のフィルム上で衝突する。電位の差、すなわち電界は、電極２８間に存在しない。従って、液体懸濁液の微小液滴２６内で分散した炭素フレーク２１は、ブラウン運動によりランダムな位置をとっている。炭素フレーク２１は光を吸収するために、フィルム上に衝突する光ビーム３１は、微小液滴２６内で炭素フレーク２１によって吸収される。図８Ｂは、電界（示されてない）が電極２８間に存在すると仮定している。その結果、炭素フレークは、微小液滴２６内で整列し、光ビーム３１のかなりの部分は、矢印３２で示すようにフィルムを通過する。

本発明は、本発明の１つの態様の説明を意図した例示的な実施形態によりその範囲が限定されず、機能的に同等である実施形態と方法は本発明の範囲内であることは理解されるものとする。実際に、本明細書に説明したものに加えて本発明の各種の変更は、以上の説明により当業者には明らかになるであろう。
本明細書に引用された全ての特許や他の参考文献は、本発明を完全に理解するために必要な程度までそれに対する引用により本出願に組み込まれたものである。

本発明によるオーム型光弁の断面図である。 本発明による容量型光弁の断面図である。 本発明による光弁の閉じて非活性化された暗い又はＯＦＦ状態を示す図である。 本発明による光弁の開いて活性化された光透過中又はＯＮ状態を示す図である。 本発明によるフィルム型光弁の断片的断面概略図である。 外部電極を有する本発明によるフィルム型光弁の断片的断面概略図である。 保護された外部電極を有する本発明によるフィルム型光弁の断片的断面概略図である。 本発明によるフィルム型光弁の閉じた状態を示す図である。 本発明によるフィルム型光弁の開いた状態を示す図である。

符号の説明

１０ 光弁
１１、１２ ガラス板
１３、１４ 導電性コーティング
１６ チャンバ

Claims (13)

1. 対向するセル壁で形成されたセルと、
   前記セル壁間の液体懸濁媒体に懸濁している不等大形状炭素フレークを含有する懸濁液を含む光変調ユニットと、
   前記懸濁液に亘って電界を印加するために前記セル壁と作動的に結合した対向する電極手段と、
   を含み、
   前記不等大形状炭素フレークは、約１ミクロン以下の平均最大寸法を有する、
   ことを特徴とする電気光学装置。
2. 前記フレークは、前記平均最大寸法よりも少なくとも約５倍小さい平均最小寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記電気光学装置は、光弁であり、
   前記懸濁液は、光弁懸濁液である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記フレークの前記平均最大寸法は、約０．５ミクロン以下であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記フレークの前記平均最大寸法は、約０．２ミクロン以下であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記光弁懸濁液は、液体懸濁液又はフィルムであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
7. 粒子懸濁液を含有するセルを含む光弁であって、
   前記懸濁液は、光弁の光変調要素として作用するようになっており、
   前記懸濁液は、不等大形状炭素フレークを含み、
   前記フレークは、液体懸濁媒体に懸濁しており、
   前記不等大形状炭素フレークは、約１ミクロン以下の平均最大寸法を有する、
   ことを特徴とする光弁。
8. 前記フレークは、前記平均最大寸法よりも少なくとも約５倍小さい平均最小寸法を有することを特徴とする請求項７に記載の光弁。
9. 前記フレークの前記平均最大寸法は、約０．５ミクロン以下であることを特徴とする請求項７に記載の光弁。
10. 前記フレークの前記平均最大寸法は、約０．２ミクロン以下であることを特徴とする請求項７に記載の光弁。
11. 液体懸濁媒体に懸濁した複数の不等大形状炭素フレークを含有する光変調ユニットを含む光弁であって、
    前記炭素フレークは、約１ミクロン以下の平均最大寸法と、該平均最大寸法よりも少なくとも約５倍小さい平均最小寸法とを有する、
    ことを特徴とする光弁。
12. 前記フレークの前記平均最大寸法は、約０．５ミクロン以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光弁。
13. 前記フレークの前記平均最大寸法は、約０．２ミクロン以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光弁。

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