感度および寿命が向上された変調器
電気光学変調器組立品は、ポリマーマトリックスに包まれた液晶液滴を含む電気光学変調器材料から形成されるセンサ層を含む。センサ層の材料は、消泡剤等の界面剤を、センサ層に光を透過させる固有の動作電圧を降下させるに足る量分、含む。消泡剤は、約１から約１０重量パーセントの電気光学変調器材料を含み、消泡剤は、例えば反応性末端基を有するシロキサン、反応性フッ化ポリマー、または、非イオンブロックコポリマーのうち少なくともいずれかである、ポリマーマトリックスと反応する反応成分を含みうる。組立品は、さらに、センサ層を保護するハードコーティング層を含みうる。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、電気光学用の液晶材料に係る。より詳しくは、本発明は、液晶／ポリマー合成材料、およびこの種類の合成材料を製造および利用する方法および装置に係る。あくまで例示ではあるが、本発明の方法および装置は、電圧撮像システムとの関連で記載される。本発明の材料、方法および装置は、例えばフラットパネルディスプレイに利用される液晶合成材料等の他の電気光学用途に利用することもできる。
【０００２】
電圧撮像技術は、フラットパネル薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイにおける欠陥を検知および計測する用途に利用されうる。この計測技術によると、ＴＦＴアレイの性能をあたかもＴＦＴセル内に実装したかのようにシミュレーションして、その後、パネルの実際の電圧分布を間接的に計測することで、または、電気光学（ＥＯ）光変調器ベースの検知器を利用した、所謂、電圧撮像により、ＴＦＴアレイの特徴を計測することができる。
【０００３】
殆どのベーシックな形式の電圧撮像システムは、電気光学（ＥＯ）変調器、撮像用対物レンズ、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラその他の適切なまたは類似したセンサ、および画像プロセッサを含む。ＥＯ変調器の電気光学センサは、例えばポリマーマトリックス（液晶／ポリマー合成物、またはＬＣ／ポリマー）フィルムのネマチック液晶液滴等の、ポリマーマトリックスの液晶（今後「ＬＣ」と称する）液滴の光散乱特性を利用している。動作においては、ＥＯ変調器は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイから約５−３５ミクロン上に配設され、ＥＯ変調器の表面上の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の層である透明電極に電圧バイアスが引加される。ＥＯ変調器は、液晶／ポリマー合成層がＴＦＴアレイの磁場を感知することができるようにＥＯ変調器をＴＦＴアレイに容量結合する。ＬＣ／ポリマー層を透過する入射光の強度は、液晶／ポリマー合成材料の液晶（ＬＣ）材料にかかる電場強度の変化により、変化させられる（つまり変調される）。この光は、誘電体ミラーにより反射され、ＣＣＤカメラまたは同様のセンサにより収集される。例えば赤外線または可視光でありうる入射光の光源がＴＦＴアレイ、ＬＣ／ポリマー、および誘電体ミラーの積層体に照射される。
【０００４】
被試験パネル（ＰＵＴ）に対して部材が近接して配置されているので、ＬＣ／ポリマー変調器の構造は、通常利用において望ましくない粒子によって損傷を受け得て、利用寿命が著しく縮める。故に、変調器の寿命を延ばすことが、ＬＣ／ポリマー変調器の研究開発においては主要な目的の一つでありうる。
【０００５】
変調器の感度は、ＬＣ変調器デバイスの別の重要な特徴でありうる。変調器の感度を向上させると、検知機能も向上しうるので、これは、ＬＣ変調器開発、特にＬＣ／ポリマーマトリックスの研究開発においては、重要な側面でありうる。また中には、ノートブック用のＬＣコンピュータディスプレイ等、電力消費に敏感な用途もあり、低電圧で感度を向上させることで、電力消費が低減してバッテリー寿命が伸びることに繋がりうる。欠陥検知感度は、透過光の変化と、ＴＦＴアレイ上の欠陥画素および良好な画素の間の電圧差との比率として定義されうる。
【０００６】
本発明の業績は、現在のＬＣ材料およびその現在の製造試験方法が理想するものに満たないというのではないか、と示唆する。例えば、粒子汚染は、例えば電圧撮像システム等の試験装置および／または被試験パネルに損傷を与えうる。さらに、試験装置の感度もまた理想とするものに満たない。
【０００７】
上述の材料、装置、および方法は、ある種の用途には適切であろうが、当技術分野では、電気光学ＬＣ材料の向上が望まれており、より詳しくは、電気光学ＬＣ材料および試験装置の感度および利用寿命中の性能の向上が望まれている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、電気光学用の液晶材料に係る。より詳しくは、本発明は、液晶／ポリマー合成材料、およびこの種類の合成材料を製造および利用する方法および装置に係る。あくまで例示ではあるが、本発明の方法および装置は、電圧撮像システムとの関連で記載される。本発明の材料、方法および装置は、例えばフラットパネルディスプレイに利用される液晶合成材料等の他の電気光学用に利用することもできる。
【０００９】
多くの実施形態で、本発明は、ポリマーマトリックスに包まれた液晶液滴を含むセンサ層であって、センサ層に光を透過させる固有の動作電圧を降下させるのに足る量の界面剤を含む、センサ層と、液晶の変調器層を保護するハードコーティング層と、を備える、電気光学変調器の組立品を提供する。
【００１０】
幾らかの実施形態で、本発明は、ラテックスベースのＮＣＡＰ変調器を製造する方法であって、透明電極を有するプラスチック基板上に界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベースの材料をコーティングする工程と、コーティングされた基板をプラスチックカバーで覆い、プラスチック基板とプラスチックカバーとの間でＮＣＡＰ材料を挟み込む工程と、挟み込まれたＮＣＡＰ材料を光学ブロック基板に積層する工程と、プラスチックカバーを除去する工程と、ＮＣＡＰラテックスベースの材料上に誘電体ミラー外皮を積層する工程と、外皮をＵＶ処理可能な有機コーティングでコーティングする工程と、処理可能な有機コーティングを有機ハードコーティングにＵＶ処理する工程と、を備える、方法を提供する。
【００１１】
幾らかの実施形態で、本発明は、保護コーティングを有するＮＣＡＰラテックスベースの変調器であって、界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベースの材料と、ＮＣＡＰ材料の上に積層された誘電体ミラー外皮と、ミラー外皮の上に処理されたＵＶ処理可能な有機ハードコーティングと、を備える変調器を提供する。
【００１２】
多くの実施形態で、本発明は、電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持するポリマーマトリックスと、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、材料を提供する。
【００１３】
特定の実施形態で、消泡剤は、電気光学変調器の材料を、約１から約１０重量パーセント含みうる。消泡剤は、例えばポリマーマトリックスと反応する反応性末端基を有するシロキサン、反応性フッ化ポリマー、または、非イオンブロックコポリマーのうち少なくともいずれかである、ポリマーマトリックスと反応する反応成分を含みうる。
【００１４】
多くの実施形態で、本発明は、ＮＣＡＰ電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持するラテックスベースのポリマーマトリックスと、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の界面剤と、を備える、材料を提供する。
【００１５】
多くの実施形態で、本発明は、ＮＣＡＰ電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持する水溶性ポリマーベースのマトリックスと、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、材料を提供する。特定の実施形態で、消泡剤は、前記水溶性ポリマーと反応し前記材料の前記動作電圧を降下させる反応性消泡剤を有する。
【００１６】
幾らかの実施形態で、本発明は、ＮＣＡＰ電気光学材料を作製する方法であって、液晶材料をラテックス乳剤と組み合わせる工程と、液晶材料を少なくとも１つの界面剤により乳化させて、液晶材料の液滴を含む乳剤を形成する工程と、乳剤を基板に塗布する工程と、基板上の乳剤を乾燥させて、ラテックスベースのマトリックスで液滴を包む工程と、を備え、少なくとも１つの界面剤の量は、材料から光を透過するよう液晶材料の分子配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量である、方法を提供する。
【００１７】
幾らかの実施形態で、本発明は、ＰＤＬＣ電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持する、溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物と、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、材料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による界面剤を組み込むのに適した液晶／ポリマー材料分類を示す。
【００１９】
【図２】本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマーセンサ材料からなる電気光学変調器を含む電圧撮像システムの概略図である。
【００２０】
【図３Ａ】本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を示す。
【００２１】
【図３Ｂ】本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を、動作点とともに示す。
【００２２】
【図４】（Ａ）から（Ｃ）は本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を、ＬＣ対ポリマー境界線の拡大図とともに示す。
【００２３】
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の実施形態による、ＬＣ／ポリマー合成マトリックス内に界面剤層を含む発明の概略図である。
【００２４】
【図６】本発明の実施形態による、界面剤が加えられた際に向上したＮＣＡＰ材料の透過バイアス電圧曲線のサンプルを示す。
【００２５】
【図７】本発明の実施形態による、界面剤が加えられた際に向上したＰＤＬＣ材料の透過バイアス電圧曲線のサンプルを示す。
【００２６】
【図８】（Ａ）は本発明の実施形態による電子光学変調器組立品の断面図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態による電子光学変調器組立品の断面図である。
【００２７】
【図９】（Ａ）は本発明の実施形態による、乾燥前のラテックス／水／ＬＣ混合物内の消泡剤の概略図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態による、乾燥後のラテックス／ＬＣ混合物内の消泡剤の概略図である。
【００２８】
【図１０Ａ】本発明の実施形態による水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰを準備するプロセスフローである。
【００２９】
【図１０Ｂ】本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰを準備するプロセスフローを示す。
【００３０】
【図１０Ｃ】本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰを準備する別のプロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、電気光学用の液晶材料に係る。より詳しくは、本発明は、液晶／ポリマー合成材料、およびこの種類の合成材料を製造および利用する方法および装置に係る。あくまで例示ではあるが、本発明の方法および装置は、電圧撮像システムとの関連で記載される。本発明の材料、方法および装置は、例えばフラットパネルディスプレイに利用される液晶合成材料等の他の電気光学用に利用することもできる。
【００３２】
「Modulator Transfer Process and Assembly」なる名称のMichael A. Bryanの米国特許第6,151,153号明細書、「Modulator Manufacturing Process and Device」なる名称のMichael A. Bryanの米国特許第6,211,991号明細書、「Method for Manufacturing PDLC-Based Electro-Optic Modulator Using Spin Coating」なる名称のXianhai Chenの米国特許第6,866,887号明細書、および「Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator」なる名称のXianhai Chenの米国特許第7,099,067号明細書という、Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｉｎｃ．に譲渡された４つの特許明細書は、このような材料を用いた変調器組立品およびＬＣ材料コーティングプロセスを記載しており、上述の各特許明細書の全体をここに参照として全ての目的で組み込む。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態によるＥＯ変調器および製造方法に利用可能な界面剤を組み込むのに適した液晶／ポリマー材料分類を示す。図１に示すように、ポリマー分散液晶ＰＤＬＣ１０２、およびネマティック曲線状整列相液晶ＮＣＡＰ１０４という２つの主要な分類がある。第１の主要な材料分類であるＰＤＬＣ１０２は、図１の例に示されるような幾らかの方法の任意のものによる製造が可能なフィルムを含みうる。溶剤による相分離ＳＩＰＳ１０６を利用してＰＤＬＣ１０２を作製することが可能であり、これは前述の特許明細書に記載されている。ＳＩＰＳ１０６では、ステップ１０６Ａで、液晶（ＬＣ）およびポリマーが共通の溶剤に溶解され、この溶剤を蒸発させることでＬＣ液滴が形成される。最終物であるＰＤＬＣフィルムの機械的特性（靭性等）をさらに向上させるべく、架橋結合可能なポリマーがしばしば利用される。ＰＤＬＣ１０２合成の別の方法では、重合による相分離ＰＩＰＳ１１０が利用される。ＰＩＰＳプロセスはステップ１１０ＡでＬＣおよびプレポリマー（および／またはモノマー）を混合することから始まり、次にステップ１１０Ｂで紫外線光等の照射線を当ててよい。ＰＩＰＳ１１０プロセスはさらにステップ１１０Ｃで触媒、ＬＣ、およびプレポリマーを混合して、ステップ１１０Ｄで加熱を行い、最終物であるＰＤＬＣフィルムを形成することを含みうる。ＰＩＰＳ１１０プロセス方法は前述の特許明細書に記載されている。ＰＤＬＣ１０２フィルム合成の第３の方法は、熱による相分離ＴＩＰＳ１０８である。この場合、ポリマーおよびＬＣが、混合物が均一になるまでステップ１０８Ａで加熱される。ＬＣはその後、冷却プロセスでポリマーから相分離される。
【００３４】
第２の主要な材料分類ＮＣＡＰ１０４は、非常に広い面積の光バルブおよびディスプレイを作製するのに適している場合があり、前述の特許明細書に記載されている。ＮＣＡＰ材料は、概して水性であり、さらに図１に示す２つの副分類に分類されうる。１つ目の副分類は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の水溶性ポリマー１１２を含む。この材料の副分類は、水溶性ポリマーの親水性により感湿性を有しえて、前述の特許明細書に記載されている。場合によっては、この感湿性が、電気光学性能が経時的に劣化する要因になりうる。故に、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰは、寿命および商業的価値が制限される場合がある。
【００３５】
ＮＣＡＰ材料の２つ目の副分類は、ラテックスベース１１４である。ラテックスは、不水溶性ポリマーを含む。この種類のＮＣＡＰ材料は、液晶とともに水に分散された小さい粒子状のラテックスを含みうる。これら小さなラテックス粒子は、水を除去すると非可逆性の継続ポリマー相（continuous polymer phase）に「溶解（fuse）」されうる。このラテックスベースのＮＣＡＰを用いる用途の中には、長期的に電気光学安定性を維持するものがあり、故に高い商業的価値を有しうる。
【００３６】
図２は、本発明の実施形態による電圧撮像システム２００の主要な部材を示す。電圧撮像システム２００は、電気光学変調器２０８、照明器２１４、ビームスプリッタ２１６、およびＣＣＤカメラ２１８を含む。電気光学変調器２０８は、透明基板に支持される透明電極Ａ ２０２、センサ材料２１０、および外皮等のプラスチック薄膜に支持される誘電体ミラー２１２を含みうる。電極Ａ ２０２は、可視光を透過する酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなるフィルムであってよい。液晶センサ材料２１０は、電場において電気光学反応して、センサ材料は、図１に記載されるもののいずれであってもよい。多くの実施形態ではラテックスベースのＮＣＡＰが採用される。電極Ｂ ２０４は、ＴＦＴプレート等の被試験パネル（ＰＵＴ）を含みうる。電極Ａに電圧を与えて、電極Ｂで接地することで、透過−電圧（Ｔ−Ｖ）曲線を得ることができる。ＴＦＴ試験においては、反応曲線の中間付近の定電圧を変調器に与えた場合、各画素にかかる電圧は、ＣＣＤカメラ２１８によって光の強度変化として検知することができる。欠陥画素は異常な反応を示す。
【００３７】
電極ＡおよびＢ間にかかった電圧は、以下の式で表すことができる。
ＶＢｉａｓ＝Ｖｓｅｎｓｏｒ＋Ｖｐｅｌｌｉｃｌｅ＋Ｖａｉｒ
＝Ｖｓｅｎｓｏｒ［１＋（εｓｅｎｓｏｒ＊ｄｐｅｌｌｉｃｌｅ）／（εｐｅｌｌｉｃｌｅ＊ｄｓｅｎｓｏｒ）＋（εｓｅｎｓｏｒ＊ｄａｉｒ）／ｄｓｅｎｓｏｒ］ （数１）
ＶＢｉａｓは、電極Ａおよび電極Ｂ間に与えられた電圧である。
Ｖｓｅｎｓｏｒはセンサ材料が必要とする電圧である。
ＶｐｅｌｌｉｃｌｅおよびＶａｉｒは、外皮および空隙にかかる電圧である。
εは、各材料の誘電率である。
ｄは各材料の厚みである。
ここで、ＶＢｉａｓを固定することで、電極間の空隙ｄａｉｒは、液晶センサ材料の固有の動作電圧（Ｖｓｅｎｓｏｒ）の関数となる。多くの実施形態においては、液晶センサ材料の固有の切り替え電圧は、図３Ａおよび３Ｂを参照して後で詳述するように、センサ材料の光透過がセンサ材料間の電圧変化に対して最大感度を有するセンサ材料の電圧に対応する。特定の実施形態においては、電極間の動作電圧は、ＬＣＤ材料の固有の切り替え電圧に、上述の数式を用いて関連付けられる。多くの実施形態においては、材料の固有の切り替え電圧を低減させることで切り替え速度を落とすことができる。
【００３８】
図３Ａは、本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を示す。曲線３０２は、ここで記載する界面剤を有しないＬＣ／ポリマー合成材料の電圧反応特性を示す。電気光学変調器性能の最適化のためには、電圧反応曲線を、より急峻で、より低電圧にシフトされた曲線３０４にシフトすることを目指す。多くの実施形態では、この電圧反応特性により、低い動作電圧で高い感度を生じることができるようになり、さらに、同じ動作電圧で大きな空隙を生じることができるようになる。幾らかの実施形態においては、この電圧反応特性により、より高い感度およびより低い動作電圧およびより大きな空隙が生まれる。感度が高くなると、欠陥検出性能の向上につながりうる。空隙が大きくなることで、変調器の寿命が延びうる。
【００３９】
透過曲線の勾配は、ＬＣデバイスの感度を反映する。ＬＣ撮像デバイスの感度は、透過曲線の勾配として表され、これは概して、上述の電極Ａおよび電極Ｂ間にかけられた電圧の変化に対する透過の変化（％）に対応している。図３Ｂに示すように、透過曲線の中間点は、電圧Ｖｍｉｄ３１０で略決定され、ＴＦＴプレートに電圧がかからない場合の、プレートとＬＣデバイスとの間の固定間隙サイズで決定される。小さな電圧変化＋／−１／２ΔＶ３１２を、ＴＦＴプレートの１画素に対して起こして、透過変化を計測する。透過曲線３０２では、該ピクセルに起こった電圧変化＋／−１／２ΔＶに対する透過変化はΔＩ１３１４である。これより急峻な透過曲線３０４では、該ピクセルに起こった同じ電圧変化＋／−１／２ΔＶ３１２に対する透過変化はΔＩ２３１６であり、ΔＩ２のほうがΔＩ１より大きい。故に、１ピクセルに加わった電圧変化が等しければ、透過曲線がより急峻な場合にはより大きな信号（ΔＩ２）が生じる。
【００４０】
ＴＦＴ試験システムでは、ＣＣＤ（図２の２１８）が捉える信号は、変調器の透過曲線の勾配に比例している。数式１によると、空隙（ｄａｉｒ）が大きくなるにつれ透過曲線はより平らになり（勾配が低減され）、変調器への損傷が避けられ、および／または、寿命が延びる。空隙が大きくなると、変調器の電圧は降下する。変調器のＬＣ材料の固有の切り替え電圧が低減すると、感度が増加しえて、これによって電圧撮像システムデバイスの固有の動作電圧が低減する。
【００４１】
多くの実施形態では、ここに記載した電気光学ＬＣ材料の固有の切り替え電圧を低減させることで、電圧撮像システムの感度を実質的に損なうことなく空隙を大きくすることができる。空隙は少なくとも約１５マイクロメートル（例えば約３０から７０マイクロメートルの範囲）であってよい。
【００４２】
ＮＣＡＰまたはＰＤＬＣ等の液晶センサ材料の動作電圧および感度は、以下に関している。
１．液晶およびポリマーマトリックスの特性
２．センサ材料の液晶液滴径分布
３．ポリマーマトリックスと液晶との間の界面特性
より具体的には、図３Ａおよび３Ｂの曲線の勾配は、液滴径分布およびポリマーマトリックスと液晶との間の界面特性の影響を受ける。液滴間で径が均一であり、ＬＣ液滴の結晶がポリマーマトリックスに対して容易に移動および／または切り替えが可能な場合、より急峻な勾配が生じうる。図３Ａおよび３Ｂに示す曲線の電圧シフトは、ポリマーマトリックスおよび液晶間の界面特性の影響を受けうる。ＬＣがポリマーマトリクスに対して容易に移動および／または切り替え可能な場合、曲線はより低電圧にシフトしうる。本発明の実施形態は、ポリマーマトリックスと液晶との間の界面アンカリングおよび／または摩擦を低減して、Ｔ−Ｖ曲線の勾配をより急峻にして、さらに、ＬＣ材料および電圧撮像システムの動作電圧を低範囲にシフトさせる。ＬＣ分子をポリマーマトリックスにアンカリングすることで、ＬＣ材料の固有の動作電圧を上げることができる。摩擦力は、ＬＣ分子の静摩擦に関しうるポリマーマトリックスへのアンカリング力を含みえ、さらには、ＬＣ分子およびポリマーマトリックス間の相対運動に関する動摩擦を含みうる。摩擦は、分子が周囲のポリマーマトリックスに対して運動する速度に対して影響を及ぼしうるので、摩擦の低減により、ＬＣ分子の切り替え速度が上がりうる。ＬＣ分子のポリマーマトリックスへのアンカリングを克服するのには電圧上昇が必要となりうるので、アンカリング力の強化は、ＬＣ合成材料の固有の動作電圧の上昇に関しうる。
ＮＣＡＰ形成プロセス概略
【００４３】
本発明の実施形態による、水溶性ポリマーＮＣＡＰ液晶調合物（formulation）およびラテックスベースのＮＣＡＰ液晶調合物の作製プロセスを、図１０Ａ−１０Ｃに示す。図１０Ａに示すように、プロセス１０００では、例えば水に溶解させたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の、水に既に溶解させた均一なポリマー水溶液に、液晶を追加するステップ１００２により、水溶性ポリマーＮＣＡＰ形成プロセスを行う。この組み合わせは、油と水との組み合わせによく似た二相系を含む。電気特性を向上させるべく、ＬＣ材料を、（数ミクロン径のオーダの）より小さい液滴に分割して、ポリマー材料内に分散させる。プロセス１０００のステップ１００４で、多くの実施形態においては高速ブレード等の機械力を利用することで、ＬＣ混合物を乳化させる。乳化後、ステップ１００６で、多くの実施形態では薄いコーティングに（数十ミクロンのオーダの厚みに）、混合物を基板に塗布する。ステップ１００８で、コーティングの混合物から水を蒸発させてよい。ステップ１０１０で、第１基板とその上に積層された第２基板との間に、乾燥ＮＣＡＰを挟む。
【００４４】
本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰを形成するプロセス１０１８を図１０Ｂに示す。ステップ１０２０で、ＬＣを、既に水に混合したラテックスに加える。ステップ１０２２で、ＬＣ、ラテックス、および水の組み合わせを、高速ブレードを利用して乳化させる。ステップ１０２４で、基板を混合物でコーティングする。ステップ１０２６で、基板にコーティングした混合物を乾燥させる。ステップ１０２８で、乾燥させた調合物の上に第２基板を積層して、ＮＣＡＰ調合物を覆う。
【００４５】
本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰ調合物を作製するプロセス１０２９を図１０Ｃに示す。ステップ１０３０で、ＬＣを水に加える。ステップ１０３２では、ＬＣおよび水の組み合わせを乳化させる。次にステップ１０３４で、ラテックスを加え、ラテックスを水と液晶と混合させる。ステップ１０３６では、基板をラテックス、水、およびＬＣの混合物でコーティングする。ステップ１０３８で、調合物を乾燥させる。ステップ１０４０で、乾燥させた調合物の上に第２基板を積層して、完成したＮＣＡＰ調合物を覆う。
【００４６】
なお、図１０Ａから１０Ｃに示す特定のステップは、本発明の実施形態によるＮＣＡＰ ＬＣ調合物の作製方法の特定の例を示していることに注意されたい。本発明の他の実施形態では他のステップシーケンスを利用することもできる。例えば、本発明の他の実施形態では、上述のステップを、異なる順序で行ってもよい。さらに、図１０Ａ−１０Ｃに示した個々のステップは、個々のステップに応じて様々なシーケンスで行われうる複数のサブステップを含みうる。さらに、特定の用途に応じてステップを追加、または削除してよい。当業者であれば、多くの変更例、変形例、および代替例を想到するであろう。
【００４７】
多くの実施形態では、ＮＣＡＰ ＬＣ混合物形成に、サーファクタント（界面活性剤）を加えて、形成／製造プロセスを向上させることができ、および／または、作製するＮＣＡＰ材料の性能を向上させることができる。サーファクタントは通常、化学的に新液性の（液体を好む）基、および、疎液性の（液体を嫌う）基からなる分子である。特に水溶液であれば、これら基はそれぞれ、親水性の（水を好む）基および疎水性の（水を嫌う）基と称される。一般的に言って、サーファクタント分子は、親水性の基および疎水性の基の両方を分子内に含み、液体および／または固体の界面エネルギーを低減させることで界面活性に影響を与える。さらに、サーファクタントは、発泡剤、消泡剤、分散剤（ポリマー媒体内のＬＣの可溶性を高める目的等により）、表面接着剤、乳化安定剤、粒径制御剤等の役割を果たしうる。
【００４８】
図１０Ａ−Ｃに示した実施形態では、ＬＣを乳化させるステップのいずれか（例えばステップ１００４、ステップ１０２２、および／またはステップ１０３２）で、１以上のサーファクタントを追加してよい。多くの実施形態では、乳化ステップでは望ましくない発泡が起こる場合もあるので、消泡（脱泡）機能を有するサーファクタントを追加してよい。液滴径は、乳化において、混合速度または混合時間等のパラメータにより制御することができる。上述のように、ＮＣＡＰの電気特性は、ポリマー媒体内に懸濁するＬＣ粒径分布および粒径に応じて変化しうるので、粒径分布および粒径を制御することで最適な性能が得られうる。例えば、参照としてここに組み込まれた米国特許第4,992,201号明細書には、ＬＣ粒径および粒径分布を制御および安定化するよう選択したサーファクタントの追加についての記載がある。本発明の実施形態は、単一のサーファクタントの利用に限定しておらず、コーティングの前にＬＣ合成物に同時に複数のおよび／または幾らかのサーファクタントを用い、且つ、いずれかのコーティングステップ（例えばステップ１００６、ステップ１０２４、またはステップ１０３６）の前に、別の異なるサーファクタントをオプションとして追加することで、ＮＣＡＰの基板材料への湿潤特性（wetting property）を向上させることができる。本発明の実施形態は、特定の性質を有するサーファクタント（例えば、乳化プロセスで利用される消泡剤として利用されうる高粘度のサーファクタント）を追加することで、ＮＣＡＰ材料の性能を向上させている。
感度向上
【００４９】
液晶材料の感度は、幾らかの手段により向上させることができる。多くの実施形態では、液晶材料およびポリマー材料自身を注意深く選択する。例えば、方法によってはポリマーマトリックスを修正する試みが行われうる。別の方法では、液晶径の均一性の最適化に的を絞ったものもある。また別の方法では、架橋結合の密度または速度を修正することに的を絞っている。また別の方法では、ＬＣ分子およびポリマー間の摩擦または界面アンカリングを低減することに的を絞っている。
【００５０】
界面アンカリングを低減する技術には、例えば以下が含まれる。
【００５１】
１）ドーパントまたはコモノマーをポリマーマトリックスに加えること。この方法では、加える物質をポリマーマトリックスにランダムに分散させてよい。この技術ではポリマー／ＬＣ界面ではなくてポリマーマトリックスのバルク特性を変更させうるが、ここで記載する界面剤を利用することで、ＬＣ／ポリマー界面付近の添加物の形成を向上させて、ポリマーマトリックスのバルク特性の変化を低減させることができる。
【００５２】
２）ＬＣの分解により導出される未処理透明材料からなり、ＬＣを整列させる配向付与剤（orientation-imparting agent）を含む「力緩和」層を作製すること。この材料は、ＬＣ相内で溶解されてしまう虞があるが、反応成分を有する界面剤を利用することで（例えば反応成分を有する消泡剤を利用することで）、ＬＣ相への溶解を最小限に抑えることができる。
【００５３】
３）反応性シランを利用すること。シランの中のアルコキシシリル基は、乳剤の中に湿気（または水分）が存在すると、重合する。これにより、乳剤内のＬＣ液滴の外に層を形成することにつながり、界面特性を変質させ、アンカリングを弱めることができる。この方法は、アルコールの副産物を生成しえて、水によりプロセス制御がしにくくなる可能性があるが、反応性末端基（reactive end group）を有するシロキサン（例えばポリシロキサン）を含む界面剤を利用することで、プロセス制御を高めることができる。
【００５４】
図４（Ａ）から（Ｃ）は、本発明の実施形態による、ポリマーマトリックス４０４に懸濁する液晶の液滴（例えば液滴４０２）を有するＬＣ材料４００を示す。多くの実施形態では、ＬＣ材料４００は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰ材料またはラテックスポリマーベースのＮＣＡＰ等のＮＣＡＰ材料を含む。幾らかの実施形態では、材料４００は、ＰＤＬＣ ＬＣ材料を含みうる。各液滴は、幾らかのＬＣ分子４０６を含みえて、しばしば約１から５ミクロンのサイズである。各液滴内では、ＬＣ分子４０６が癒着して、小さな結晶４０８を形成することがあり、電場がない場合にはこれら結晶は液滴内でランダム配向を有しうる。図４（Ｂ）のアタッチメントローカス４１０に概略されるように、ＬＣ分子および／または結晶は、ポリマーマトリックスにアンカリングされてよい。多くの実施形態では、アンカリングの度合いは、ＬＣ分子およびポリマー化学による。ＬＣ材料４００にわたって電場が生成された場合、ＬＣ分子および／または結晶は、図４（Ｃ）に示すように電場方向に沿って少なくとも部分的に整列しうる。このように整列させるべく、ＬＣ分子および／または結晶は、アタッチメントローカス４１０でポリマーとのアンカリングおよび／または摩擦を克服する。上述のように、最大の感度を得るためには、なるべく最少電圧変化量で最大限の透過変化量を引き起こす必要がある。故に、ＬＣおよびポリマー間で摩擦力および／またはアンカリングが小さいほど、ＬＣ分子および／または結晶を、図４（Ｂ）の実質的に整列されていない状態から、図４（Ｃ）の電場と実質的に整列した状態へと切り替えるのに必要な駆動電圧は低くなる。多くの実施形態では、固有の切り替え電圧は、ＬＣ分子よび／またはＬＣ結晶の約半分が電場と実質的に整列している電場強度に対応する。
【００５５】
上述のように、ＮＣＡＰには２つの分類がある。多くの実施形態では、ラテックスベースのＮＣＡＰは、水分、液晶、およびラテックスを含む３相の材料を含む。多くの実施形態では、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰは、液晶および水／ポリマー溶液の２相の材料を含みうる。図１０Ａ−１０Ｃで概略が示され上述した製造プロセスで生成されるＮＣＡＰは、ポリマー内に良好に分散した液晶（乾燥後のＰＶＡ等の残留ポリマーまたはラテックス）からなる。固有の動作電圧を降下させて、本発明のＮＣＡＰ実施形態の切り替え速度を向上させるには（例えば上昇させるには）、プロセス後に（乳化、脱ガス、コーティング、乾燥の後に）ＬＣとポリマーマトリックスとの間の界面において表面張力が低減されるような、例えばサーファクタント等の界面剤材料の利用が含まれる。ラテックスは水溶性ポリマー（例えば、ポリビニルアルコール）とは物理的および化学的に異なるので、ラテックスベースのＮＣＡＰの製造プロセスにおける物理的および化学的相互作用は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの製造中におけるものとは異なりうる。故に、ラテックスベースのＮＣＡＰの切り替え速度の向上を目指す場合の最適な界面剤材料は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの切り替え速度の向上および／または固有の切り替え電圧の低減を目指す場合の最適な界面剤材料とは異なりうる。ラテックスベースのＮＣＡＰの実施形態では、切り替え速度の向上および／または固有の切り替え電圧の低減を目的としたときに好適な界面剤材料は、ＬＣをラテックスに結合させうるものである、というのは、水が第３相であり、乾燥プロセス中に追い出されるからである。水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態では、切り替え速度の向上および／または固有の切り替え電圧の低減を目的としたときに好適な界面剤材料は、ＬＣと、且つ水と、適合してよい。水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態では、好適な材料は、切り替え速度および切り替え電圧に対する影響が小さい、というのも、この系では粘度が非常に高いので、摩擦がＬＣ液滴の表面には移動しないことがあるからである。
【００５６】
本発明の実施形態は、液晶およびポリマー材料と混合した特定の族の界面剤材料を含むことで、ＬＣ液滴およびポリマーマトリックス間のアンカリングおよび／または摩擦力を最小限に抑える。特定の実施形態で提案される材料は、ブロックコポリマーおよび／または架橋結合可能な反応性サーファクタント等の非イオン界面剤を含む。図５（Ａ）は、界面剤を含む界面層５０２を有するポリマーマトリックス４０４内の、液滴４０２等のＬＣ液滴を示す。図５（Ｂ）において、界面層５０２は、液滴／界面剤／ポリマー界面の拡大図とともに概略を示されている。これら界面剤は、ＬＣ材料形成中に、適切な化学特性がある２つの部分を含む分子からなり、且つ十分な量の界面剤（１以上）を有する場合に、界面層５０２を生成しうる。図５（Ｂ）に概略を示すように、界面剤の第１部５０８（例えば界面剤分子のポリマーに適合した部分）は、ポリマーマトリックス４０４付近に位置しており、第２部５１０（例えば、界面剤分子の低い表面張力の部分）は、液滴４０２付近に位置して液滴４０２と接触しており、ＬＣ結晶と液滴４０２との間の摩擦および／またはアンカリングを低減させる。界面剤の第１部５０８がポリマーマトリックス内で溶解することで、ポリマーマトリックス内で界面剤を効果的に固定する。界面層のポリマーマトリックスへの固定は、物理的（ブロックコポリマーについて）または化学結合（反応性サーファクタントの場合の架橋結合による）であってよい。界面層の固定により、界面層の安定度が増しうる（例えば温度上昇等）。界面層内の界面剤の第２部５１０は、表面張力が低い、および／または、ＬＣ分子および／または結晶に対する摩擦が低い化学組成物を有する。ＬＣ分子４０８およびポリマーマトリックス４０４間のアンカリングおよび／または摩擦は、界面層５０２により低減されるので、電場をかけたときのＬＣ分子の整列配向および切り替え速度は、初期の段階でより低い電圧で起こりうる。
【表１】
【００５７】
表１は、本発明の実施形態による界面剤の部分リストである。界面剤は、図１のＮＣＡＰ１０４ベースの材料または図１のＰＤＬＣ１０２ベースの材料と共に組み合わせられてよい。下記の例に示すように、僅かなパーセント分の非イオン界面剤をＮＣＡＰまたはＰＤＬＣの調合物に加えることで、駆動電圧を顕著に低減することができる。界面剤分子の低い表面張力の部分は、Fluorolink DまたはFlexiwet等のフッ化化合物からなってよく、または、Surfynol DF-62、BYK-022等のシリコーンコポリマーまたはポリマーシロキサンからなってよい。特に、反応性フッ化化合物は、表１に示す化学構造を有してよく、例えば、シロキサンは、-OH、-NH2、または-COOHを例とする反応性末端基を有してよい。多くの実施形態において、これら材料は、ＬＣ／ポリマー相分離プロセス中に、ＬＣ／ポリマー界面に移動する。界面剤分子の他の部分は、水素結合、ファンデルワールス力、および／または、ポリマーマトリックスに反応基が存在する場合には化学結合、等のメカニズムによって、ポリマーと物理結合してよい。少し加熱することで化学結合プロセスが加速されうる。
【００５８】
本発明の実施形態は、表１のリストに示したような界面剤サーファクタントを利用することで、ラテックスベースのＮＣＡＰおよびＰＶＡ等の水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰ両方の切り替え電圧を向上させることができる。多くの実施形態において、消泡特性を有する界面剤を利用することで固有の切り替え電圧感度を顕著に向上させることができる。例えば、Surfynol DFシリーズの化合物は、ラテックスベースのＮＣＡＰの動作電圧を実質的に低減させることができる。
【００５９】
消泡剤は、水媒体に分散させることのできる種類分類のサーファクタントである。多くの実施形態においては、消泡剤は、水媒体における溶解度が極僅かであり、ＨＬＢ（親水‐親油平衡）が１０未満である。図９（Ａ）および（Ｂ）は、ラテックスベースのＮＣＡＰの消泡剤の概略図である。消泡剤は水における溶解度が極僅かであるので、消泡剤は例えばクラスタ９０８等の小さい「クラスタ」を形成しうる。各クラスタは、第１部９０８Ａおよび第２部９０８Ｂを有する分子を含みうる。上述したように、クラスタの分子の第１部９０８Ａは、親水性を有しえて、クラスタの分子の第２部９０８Ｂは、疎水性を有しうる。多くの実施形態において、クラスタは、第１部９０８Ａが外向きで溶液に向かっており、第２部９０８Ｂが内向きで消泡剤クラスタの他の分子に向かっているようなミセル形状をしていてよい。乳化中、クラスタは、多くの気泡を壊すことで泡形成を妨げうる。乳化および脱ガス終了の後、クラスタ９０８は、ＬＣ粒子９０２、ラテックス９０４、および水９０６の混合物中を自由に移動する。多くの実施形態で、クラスタ９０８はＬＣ粒子９０２の表面へ移動しうる。ＮＣＡＰが乾燥するにつれて、消泡剤は、ＬＣ粒子９０２およびラテックス９０４間の液滴９０２の周りに界面剤層を形成しうる。多くの実施形態において、消泡剤分子の低い表面張力を有する端部はＬＣに隣接して分散し、消泡剤分子のアンカリングを司る端部はラテックスに結合される。
【００６０】
多くの水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態において、消泡剤は、ラテックスベースのＮＣＡＰプロセスと類似した機能を果たし、消泡剤は乳化段階において消泡機能を果たし、その後、乳化段階の後、および／または乾燥段階中に、アンカリングおよび／または摩擦を低減する界面層を形成することができる。水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態のなかには、材料が乾燥前に高粘度であるので、消泡剤を有する界面層の形成に影響が出るようなものもある。水溶性ポリマーの実施形態のなかには、粘度が１０，０００ｃｐのオーダであってよい１０％ＰＶＡ溶液を利用することができるものもある。これに対して、乾燥前のラテックスベースの調合物は１−１００ｃｐのオーダである。故に、消泡剤が水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰに形成された液滴のＬＣ表面に到達する可能性は、ラテックスベースのＮＣＡＰのものよりも僅かであろう、というのも、粘度の上昇により、消泡剤のＬＣ液滴への移動が低減しうるからである。ラテックスベースのＮＣＡＰの、切り替え速度性能向上および／または固有の動作電圧降下は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰよりも顕著であるだろうが、消泡剤のクラスタの少なくとも幾らかは水溶性ポリマーの実施形態の液滴のＬＣ表面に到達しえて、幾ばくかの向上は見込まれよう。ここで記載した界面剤はさらに、例えば溶媒による相分離（ＳＩＰＳ）ＰＤＬＣ、ＵＶ−ＰＤＬＣ等を含む、図１に示すもののような多くの他の液晶／ポリマー合成材料系との利用が可能である。
保護膜形成による寿命向上
【００６１】
Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｉｎｃ．が開発し、例えば米国特許第6,151,153号および7,099,067号に記載されている電気光学電圧撮像センサは、先に参照としてここに組み込む旨を示したが、被試験パネル（ＰＵＴ）から至近距離での動作が可能である。センサは０の間隙でも動作可能であるが、実際にはセンサとＰＵＴとの間の間隙は１０から３５マイクロメートルの範囲でありえて、この範囲の上限はセンサの感度により決定される。この範囲の下限は、ＰＵＴの表面に生じうる粒子および他の汚染物質により決定される。このような粒子は、センサがＰＵＴに対して動く間センサとＰＵＴとの間にトラップされえて、ＰＵＴまたはセンサのいずれかに損傷を与えうる。故に、動作間隙が大きいほど、ＰＵＴとセンサとに加わる損傷が避けられるので好ましい。
【００６２】
上述したように界面剤を加えると、間隙距離が例えば３５ｕｍから７５ｕｍで動作することができるようになり、この感度は界面剤なしで間隙距離が１０から３５ｕｍで動作する電圧撮像システムのものにそれぞれ匹敵する。しかし、このような動作間隙は、処理中にＰＵＴ表面に残留しうる最大粒子のものに近いこともあるので、さらなる手段を追加することで寿命を延ばす必要があろう。
【００６３】
そのような方策の１つに、変調器の表面に直接ハードコーティング材料を塗布する、というものがある。変調器の電気光学センサ特性に影響を及ぼさない材料の例の幾つかを以下に示す。
ａ．多機能性アクリレート、二官能性アクリレート、シリコーンアクリレート、および光学ナノ粒子の混合物が強化フィラーとして利用されたＵＶ処理可能なハードコーティング調合物
ｂ．それぞれ対応する金属アルコキシドゾルゲル（sol-gel）から形成された全ての非導電性および低誘電率の金属酸化物等の、ゾルゲル調合物。この族内の最適な材料はシリカゾルゲルである。変調器の表面のマイラー（Mylar）への付着を促進するには有機添加物が必要となろう。
ｃ．エポキシ、ウレタン調合物等の、熱処理可能な（低温および室温処理）材料。
ｄ．有機／無機合成材料。上述の全ての有機コーティング材料（ａ、ｂ、ｃ）を無機フィラーと組み合わせてさらに硬化させることができる。
【００６４】
電気光学変調器を作製するコーティングおよび組立品プロセスが先にも触れた米国特許第6,211,991号(Bryan)、第6,866,887号(Chen)、および第7,099,067号(Chen)明細書に記載されており、これらの全開示を参照としてここに組み込む旨は先にも示した。変調器を保護するのに有効な方策の１つが、「Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator」なる名称の米国特許第7,099,067号明細書に記載されており、この全開示を参照としてここに組み込む旨は先にも示した。溶媒ベースの紫外線（ＵＶ）処理可能な調合物が、簡易にウェットコーティングを行うのには好適である。例えば、ＵＶ処理可能な有機ハードコーティングは、ｉ）多機能性アクリレート、ｉｉ）シリコーンアクリレート、ｉｉｉ）ナノサイズの粒子（フィラー）、ｉｖ）フォトイニシエータ、およびｖ）溶媒、の合成物を含みうる。
【００６５】
次に、上述のハードコーティング調合物のいずれかのコーティングを、ドクターブレード、ワイヤワウンドロッド（wire wound rod）、スピナ等のウェットコーティングプロセスにより、変調器の上面のマイラーに対して行う。コーティングの厚みの均一性が良好であるという点ではスピンコーティングが好適である。コーティングの厚みは、２−２０ミクロンに制御される。ＵＶハードコーティングの場合、溶媒が完全に蒸発した後に、コーティングをＵＶ照射処理にかける。
【００６６】
図８（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施形態による積層プロセスで作製された、図１の電圧撮像システムの電気光学変調器組立品内の様々な層の概略図である。ハードコーティング層８０１は、主要ハードコーティング８１１およびそれより薄いスリップ剤層（slip agent layer）８１０を含む。多くの実施形態では、ハードコーティングは処理済である。ＬＣ／ポリマー合成センサ材料８０４を、直接コーティングまたは積層によりガラス基板に塗布してよい。積層プロセスで作製した実施形態は、先ず上述の界面剤を含むＮＣＡＰまたは上述の界面剤を含むＰＤＬＣ８０４を含む透明導電層８０５を有するプラスチックシート８０６（マイラー等）をコーティングすることを含む。プラスチックシートの第２層を加える（導電層は含んでも含まなくてもよい）。この挟み込み構造を、光学接着剤８０７を用いてガラス基板８０８に積層する。ＬＣ／ポリマー挟み込み構造の上部プラスチックシートを剥離して破棄する。誘電体ミラーフィルム８０３（または外皮）を、プラスチックシート８０２上に形成して、組立品スタックに重ねる。多くの実施形態では、米国特許第6,866,887号明細書に記載されている真空補助添付プロセス（vacuum assisted attachment process）を利用する。反射防止コーティング８０９をガラス基板８０８の底面に塗布する。
【００６７】
本発明の多くの実施形態では、上述の界面剤を含むラテックスベースのＮＣＡＰ材料および／または水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰ材料が、米国特許第6,211,991号(Bryan)、6,866,887号(Chen)、および7,099,067号（Chen）明細書に記載されているコーティングおよび組立品プロセスにより保護されうる。
【００６８】
さらなるハードコーティング調合物およびプロセス例が、米国特許第7,099,067号明細書に記載されており、この全開示を参照としてここに組み込む旨は先にも示した。
【００６９】
例１
【００７０】
６７／３３重量％比のラテックスベースのＮＣＡＰ調合物MLC-7022-100/Neorez R-967（それぞれ、EM IndustriesおよびAveciaの一事業部であるNeoResinsにより製造）をベースの液晶材料として選択する。表１に示す界面剤のいずれかを選択する（例えば、Surfynol DF型の消泡剤を含む界面剤）。表１から選んだ界面剤を、全固体含量の約１−５重量％分の量、加える。幾らかの実施形態では、表１から選んだ界面剤を、１０重量％まで加えてもよい。全ての成分を高速ブレンダで混合して、ＮＣＡＰ乳剤を形成し、ＩＴＯフィルムを有する基板にコーティングする。基板にコーティングされたＮＣＡＰラテックスベースの乳剤を乾燥させて、ＩＴＯ基板と積層する。そして透過曲線を計測する。駆動電圧対パーセント透過曲線を図６に示す。示されているように、界面剤を有するＮＣＡＰ調合物には、電極間駆動電圧が低いことが必要であり、電極間の動作電圧および固有の切り替え電圧は、３０％以上も低減される。
【００７１】
例２
【００７２】
６７／３３重量％比の溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物TL205/AU1033（それぞれEM IndustriesおよびRohm and Haasにより製造）をベースの液晶材料として選択する。メチルイソブチルケトンを溶媒として用いて、Bayer製造のDesmodur N75 BA/X等のイソシアネートを架橋結合剤として混合物に加える。表１の界面剤のいずれかを選択してよい（例えば、Surfynol DF型の消泡剤）。表１から選択された界面剤を、０、１．０、１．９、および３．０％というように、量を変化させて加える。幾らかの実施形態では、表１から選んだ界面剤を、４、５から１０重量％まで加えてもよい。この結果生じる駆動電圧対パーセント透過曲線を図７に示す。ＰＤＬＣコーティングを少し加熱して、ヒドロキシル基（界面剤およびAU1033両方における）とイソシアネートとの間の架橋結合を加速させる。示されているように、界面剤を有するＰＤＬＣ調合物には５０％以上低い駆動電圧を超える駆動電圧が必要であり、ＬＣ材料の固有の切り替え電圧および電極間の動作電圧を低減させる必要がある。０％制御材料と比したときの固有の切り替え電圧の向上は、界面剤を５から１０重量％含む材料においても得られうる。
【００７３】
図６および７の結果同様の結果は、他のＰＤＬＣまたはＮＣＡＰベースの液晶調合物を、少量の界面剤と組み合わせることで達成することもできる（例えば表１のリスト参照）。
【００７４】
例３
【００７５】
多機能性アクリレート、シリコンアクリレートをスリップ剤として含み、ナノサイズのシリカを無機フィラーとして含み、且つ、アクリレート（メタクリレート）末端硬化剤およびフォトイニシエータを含む有機ハードコーティングをマイラーシートに塗布する。この有機ハードコーティングは、３Ｈから６Ｈの鉛筆硬度を有し、マイラーに対して良好に接着され、滑りやすい表面を有する。有機ハードコーティングの厚みは、約５ミクロンである。有機および有機／無機ハイブリッドハードコーティングの誘電率は、３−５の範囲であり、空間解像度さらに変調器のＥＯ性能に影響を及ぼしうる３０の誘電率よりもずっと低い。コーティングは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネルよりも柔らかくして、変調器がパネルに接触してもパネルが損傷を受けないようにしてよい。上述のようにして組立品スタックにハードコーティング層を追加する。
【００７６】
例示的実施形態を、例示および理解を明瞭にする目的から、ある程度詳細に記載してきたが、当業者であれば、様々な変更、適合、および変更を加えることができることを理解しよう。故に、本発明の範囲は、添付請求項によってのみ制限を受けるべきである。
【背景技術】
【０００１】
本発明は、電気光学用の液晶材料に係る。より詳しくは、本発明は、液晶／ポリマー合成材料、およびこの種類の合成材料を製造および利用する方法および装置に係る。あくまで例示ではあるが、本発明の方法および装置は、電圧撮像システムとの関連で記載される。本発明の材料、方法および装置は、例えばフラットパネルディスプレイに利用される液晶合成材料等の他の電気光学用途に利用することもできる。
【０００２】
電圧撮像技術は、フラットパネル薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイにおける欠陥を検知および計測する用途に利用されうる。この計測技術によると、ＴＦＴアレイの性能をあたかもＴＦＴセル内に実装したかのようにシミュレーションして、その後、パネルの実際の電圧分布を間接的に計測することで、または、電気光学（ＥＯ）光変調器ベースの検知器を利用した、所謂、電圧撮像により、ＴＦＴアレイの特徴を計測することができる。
【０００３】
殆どのベーシックな形式の電圧撮像システムは、電気光学（ＥＯ）変調器、撮像用対物レンズ、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラその他の適切なまたは類似したセンサ、および画像プロセッサを含む。ＥＯ変調器の電気光学センサは、例えばポリマーマトリックス（液晶／ポリマー合成物、またはＬＣ／ポリマー）フィルムのネマチック液晶液滴等の、ポリマーマトリックスの液晶（今後「ＬＣ」と称する）液滴の光散乱特性を利用している。動作においては、ＥＯ変調器は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイから約５−３５ミクロン上に配設され、ＥＯ変調器の表面上の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の層である透明電極に電圧バイアスが引加される。ＥＯ変調器は、液晶／ポリマー合成層がＴＦＴアレイの磁場を感知することができるようにＥＯ変調器をＴＦＴアレイに容量結合する。ＬＣ／ポリマー層を透過する入射光の強度は、液晶／ポリマー合成材料の液晶（ＬＣ）材料にかかる電場強度の変化により、変化させられる（つまり変調される）。この光は、誘電体ミラーにより反射され、ＣＣＤカメラまたは同様のセンサにより収集される。例えば赤外線または可視光でありうる入射光の光源がＴＦＴアレイ、ＬＣ／ポリマー、および誘電体ミラーの積層体に照射される。
【０００４】
被試験パネル（ＰＵＴ）に対して部材が近接して配置されているので、ＬＣ／ポリマー変調器の構造は、通常利用において望ましくない粒子によって損傷を受け得て、利用寿命が著しく縮める。故に、変調器の寿命を延ばすことが、ＬＣ／ポリマー変調器の研究開発においては主要な目的の一つでありうる。
【０００５】
変調器の感度は、ＬＣ変調器デバイスの別の重要な特徴でありうる。変調器の感度を向上させると、検知機能も向上しうるので、これは、ＬＣ変調器開発、特にＬＣ／ポリマーマトリックスの研究開発においては、重要な側面でありうる。また中には、ノートブック用のＬＣコンピュータディスプレイ等、電力消費に敏感な用途もあり、低電圧で感度を向上させることで、電力消費が低減してバッテリー寿命が伸びることに繋がりうる。欠陥検知感度は、透過光の変化と、ＴＦＴアレイ上の欠陥画素および良好な画素の間の電圧差との比率として定義されうる。
【０００６】
本発明の業績は、現在のＬＣ材料およびその現在の製造試験方法が理想するものに満たないというのではないか、と示唆する。例えば、粒子汚染は、例えば電圧撮像システム等の試験装置および／または被試験パネルに損傷を与えうる。さらに、試験装置の感度もまた理想とするものに満たない。
【０００７】
上述の材料、装置、および方法は、ある種の用途には適切であろうが、当技術分野では、電気光学ＬＣ材料の向上が望まれており、より詳しくは、電気光学ＬＣ材料および試験装置の感度および利用寿命中の性能の向上が望まれている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、電気光学用の液晶材料に係る。より詳しくは、本発明は、液晶／ポリマー合成材料、およびこの種類の合成材料を製造および利用する方法および装置に係る。あくまで例示ではあるが、本発明の方法および装置は、電圧撮像システムとの関連で記載される。本発明の材料、方法および装置は、例えばフラットパネルディスプレイに利用される液晶合成材料等の他の電気光学用に利用することもできる。
【０００９】
多くの実施形態で、本発明は、ポリマーマトリックスに包まれた液晶液滴を含むセンサ層であって、センサ層に光を透過させる固有の動作電圧を降下させるのに足る量の界面剤を含む、センサ層と、液晶の変調器層を保護するハードコーティング層と、を備える、電気光学変調器の組立品を提供する。
【００１０】
幾らかの実施形態で、本発明は、ラテックスベースのＮＣＡＰ変調器を製造する方法であって、透明電極を有するプラスチック基板上に界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベースの材料をコーティングする工程と、コーティングされた基板をプラスチックカバーで覆い、プラスチック基板とプラスチックカバーとの間でＮＣＡＰ材料を挟み込む工程と、挟み込まれたＮＣＡＰ材料を光学ブロック基板に積層する工程と、プラスチックカバーを除去する工程と、ＮＣＡＰラテックスベースの材料上に誘電体ミラー外皮を積層する工程と、外皮をＵＶ処理可能な有機コーティングでコーティングする工程と、処理可能な有機コーティングを有機ハードコーティングにＵＶ処理する工程と、を備える、方法を提供する。
【００１１】
幾らかの実施形態で、本発明は、保護コーティングを有するＮＣＡＰラテックスベースの変調器であって、界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベースの材料と、ＮＣＡＰ材料の上に積層された誘電体ミラー外皮と、ミラー外皮の上に処理されたＵＶ処理可能な有機ハードコーティングと、を備える変調器を提供する。
【００１２】
多くの実施形態で、本発明は、電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持するポリマーマトリックスと、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、材料を提供する。
【００１３】
特定の実施形態で、消泡剤は、電気光学変調器の材料を、約１から約１０重量パーセント含みうる。消泡剤は、例えばポリマーマトリックスと反応する反応性末端基を有するシロキサン、反応性フッ化ポリマー、または、非イオンブロックコポリマーのうち少なくともいずれかである、ポリマーマトリックスと反応する反応成分を含みうる。
【００１４】
多くの実施形態で、本発明は、ＮＣＡＰ電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持するラテックスベースのポリマーマトリックスと、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の界面剤と、を備える、材料を提供する。
【００１５】
多くの実施形態で、本発明は、ＮＣＡＰ電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持する水溶性ポリマーベースのマトリックスと、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、材料を提供する。特定の実施形態で、消泡剤は、前記水溶性ポリマーと反応し前記材料の前記動作電圧を降下させる反応性消泡剤を有する。
【００１６】
幾らかの実施形態で、本発明は、ＮＣＡＰ電気光学材料を作製する方法であって、液晶材料をラテックス乳剤と組み合わせる工程と、液晶材料を少なくとも１つの界面剤により乳化させて、液晶材料の液滴を含む乳剤を形成する工程と、乳剤を基板に塗布する工程と、基板上の乳剤を乾燥させて、ラテックスベースのマトリックスで液滴を包む工程と、を備え、少なくとも１つの界面剤の量は、材料から光を透過するよう液晶材料の分子配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量である、方法を提供する。
【００１７】
幾らかの実施形態で、本発明は、ＰＤＬＣ電気光学変調器の材料であって、液晶分子を有する液滴と、液滴を包み支持する、溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物と、材料から光を透過するよう液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、材料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による界面剤を組み込むのに適した液晶／ポリマー材料分類を示す。
【００１９】
【図２】本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマーセンサ材料からなる電気光学変調器を含む電圧撮像システムの概略図である。
【００２０】
【図３Ａ】本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を示す。
【００２１】
【図３Ｂ】本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を、動作点とともに示す。
【００２２】
【図４】（Ａ）から（Ｃ）は本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を、ＬＣ対ポリマー境界線の拡大図とともに示す。
【００２３】
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の実施形態による、ＬＣ／ポリマー合成マトリックス内に界面剤層を含む発明の概略図である。
【００２４】
【図６】本発明の実施形態による、界面剤が加えられた際に向上したＮＣＡＰ材料の透過バイアス電圧曲線のサンプルを示す。
【００２５】
【図７】本発明の実施形態による、界面剤が加えられた際に向上したＰＤＬＣ材料の透過バイアス電圧曲線のサンプルを示す。
【００２６】
【図８】（Ａ）は本発明の実施形態による電子光学変調器組立品の断面図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態による電子光学変調器組立品の断面図である。
【００２７】
【図９】（Ａ）は本発明の実施形態による、乾燥前のラテックス／水／ＬＣ混合物内の消泡剤の概略図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態による、乾燥後のラテックス／ＬＣ混合物内の消泡剤の概略図である。
【００２８】
【図１０Ａ】本発明の実施形態による水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰを準備するプロセスフローである。
【００２９】
【図１０Ｂ】本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰを準備するプロセスフローを示す。
【００３０】
【図１０Ｃ】本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰを準備する別のプロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、電気光学用の液晶材料に係る。より詳しくは、本発明は、液晶／ポリマー合成材料、およびこの種類の合成材料を製造および利用する方法および装置に係る。あくまで例示ではあるが、本発明の方法および装置は、電圧撮像システムとの関連で記載される。本発明の材料、方法および装置は、例えばフラットパネルディスプレイに利用される液晶合成材料等の他の電気光学用に利用することもできる。
【００３２】
「Modulator Transfer Process and Assembly」なる名称のMichael A. Bryanの米国特許第6,151,153号明細書、「Modulator Manufacturing Process and Device」なる名称のMichael A. Bryanの米国特許第6,211,991号明細書、「Method for Manufacturing PDLC-Based Electro-Optic Modulator Using Spin Coating」なる名称のXianhai Chenの米国特許第6,866,887号明細書、および「Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator」なる名称のXianhai Chenの米国特許第7,099,067号明細書という、Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｉｎｃ．に譲渡された４つの特許明細書は、このような材料を用いた変調器組立品およびＬＣ材料コーティングプロセスを記載しており、上述の各特許明細書の全体をここに参照として全ての目的で組み込む。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態によるＥＯ変調器および製造方法に利用可能な界面剤を組み込むのに適した液晶／ポリマー材料分類を示す。図１に示すように、ポリマー分散液晶ＰＤＬＣ１０２、およびネマティック曲線状整列相液晶ＮＣＡＰ１０４という２つの主要な分類がある。第１の主要な材料分類であるＰＤＬＣ１０２は、図１の例に示されるような幾らかの方法の任意のものによる製造が可能なフィルムを含みうる。溶剤による相分離ＳＩＰＳ１０６を利用してＰＤＬＣ１０２を作製することが可能であり、これは前述の特許明細書に記載されている。ＳＩＰＳ１０６では、ステップ１０６Ａで、液晶（ＬＣ）およびポリマーが共通の溶剤に溶解され、この溶剤を蒸発させることでＬＣ液滴が形成される。最終物であるＰＤＬＣフィルムの機械的特性（靭性等）をさらに向上させるべく、架橋結合可能なポリマーがしばしば利用される。ＰＤＬＣ１０２合成の別の方法では、重合による相分離ＰＩＰＳ１１０が利用される。ＰＩＰＳプロセスはステップ１１０ＡでＬＣおよびプレポリマー（および／またはモノマー）を混合することから始まり、次にステップ１１０Ｂで紫外線光等の照射線を当ててよい。ＰＩＰＳ１１０プロセスはさらにステップ１１０Ｃで触媒、ＬＣ、およびプレポリマーを混合して、ステップ１１０Ｄで加熱を行い、最終物であるＰＤＬＣフィルムを形成することを含みうる。ＰＩＰＳ１１０プロセス方法は前述の特許明細書に記載されている。ＰＤＬＣ１０２フィルム合成の第３の方法は、熱による相分離ＴＩＰＳ１０８である。この場合、ポリマーおよびＬＣが、混合物が均一になるまでステップ１０８Ａで加熱される。ＬＣはその後、冷却プロセスでポリマーから相分離される。
【００３４】
第２の主要な材料分類ＮＣＡＰ１０４は、非常に広い面積の光バルブおよびディスプレイを作製するのに適している場合があり、前述の特許明細書に記載されている。ＮＣＡＰ材料は、概して水性であり、さらに図１に示す２つの副分類に分類されうる。１つ目の副分類は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の水溶性ポリマー１１２を含む。この材料の副分類は、水溶性ポリマーの親水性により感湿性を有しえて、前述の特許明細書に記載されている。場合によっては、この感湿性が、電気光学性能が経時的に劣化する要因になりうる。故に、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰは、寿命および商業的価値が制限される場合がある。
【００３５】
ＮＣＡＰ材料の２つ目の副分類は、ラテックスベース１１４である。ラテックスは、不水溶性ポリマーを含む。この種類のＮＣＡＰ材料は、液晶とともに水に分散された小さい粒子状のラテックスを含みうる。これら小さなラテックス粒子は、水を除去すると非可逆性の継続ポリマー相（continuous polymer phase）に「溶解（fuse）」されうる。このラテックスベースのＮＣＡＰを用いる用途の中には、長期的に電気光学安定性を維持するものがあり、故に高い商業的価値を有しうる。
【００３６】
図２は、本発明の実施形態による電圧撮像システム２００の主要な部材を示す。電圧撮像システム２００は、電気光学変調器２０８、照明器２１４、ビームスプリッタ２１６、およびＣＣＤカメラ２１８を含む。電気光学変調器２０８は、透明基板に支持される透明電極Ａ ２０２、センサ材料２１０、および外皮等のプラスチック薄膜に支持される誘電体ミラー２１２を含みうる。電極Ａ ２０２は、可視光を透過する酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなるフィルムであってよい。液晶センサ材料２１０は、電場において電気光学反応して、センサ材料は、図１に記載されるもののいずれであってもよい。多くの実施形態ではラテックスベースのＮＣＡＰが採用される。電極Ｂ ２０４は、ＴＦＴプレート等の被試験パネル（ＰＵＴ）を含みうる。電極Ａに電圧を与えて、電極Ｂで接地することで、透過−電圧（Ｔ−Ｖ）曲線を得ることができる。ＴＦＴ試験においては、反応曲線の中間付近の定電圧を変調器に与えた場合、各画素にかかる電圧は、ＣＣＤカメラ２１８によって光の強度変化として検知することができる。欠陥画素は異常な反応を示す。
【００３７】
電極ＡおよびＢ間にかかった電圧は、以下の式で表すことができる。
ＶＢｉａｓ＝Ｖｓｅｎｓｏｒ＋Ｖｐｅｌｌｉｃｌｅ＋Ｖａｉｒ
＝Ｖｓｅｎｓｏｒ［１＋（εｓｅｎｓｏｒ＊ｄｐｅｌｌｉｃｌｅ）／（εｐｅｌｌｉｃｌｅ＊ｄｓｅｎｓｏｒ）＋（εｓｅｎｓｏｒ＊ｄａｉｒ）／ｄｓｅｎｓｏｒ］ （数１）
ＶＢｉａｓは、電極Ａおよび電極Ｂ間に与えられた電圧である。
Ｖｓｅｎｓｏｒはセンサ材料が必要とする電圧である。
ＶｐｅｌｌｉｃｌｅおよびＶａｉｒは、外皮および空隙にかかる電圧である。
εは、各材料の誘電率である。
ｄは各材料の厚みである。
ここで、ＶＢｉａｓを固定することで、電極間の空隙ｄａｉｒは、液晶センサ材料の固有の動作電圧（Ｖｓｅｎｓｏｒ）の関数となる。多くの実施形態においては、液晶センサ材料の固有の切り替え電圧は、図３Ａおよび３Ｂを参照して後で詳述するように、センサ材料の光透過がセンサ材料間の電圧変化に対して最大感度を有するセンサ材料の電圧に対応する。特定の実施形態においては、電極間の動作電圧は、ＬＣＤ材料の固有の切り替え電圧に、上述の数式を用いて関連付けられる。多くの実施形態においては、材料の固有の切り替え電圧を低減させることで切り替え速度を落とすことができる。
【００３８】
図３Ａは、本発明の実施形態によるＬＣ／ポリマー合成変調器の透過バイアス電圧曲線の一例を示す。曲線３０２は、ここで記載する界面剤を有しないＬＣ／ポリマー合成材料の電圧反応特性を示す。電気光学変調器性能の最適化のためには、電圧反応曲線を、より急峻で、より低電圧にシフトされた曲線３０４にシフトすることを目指す。多くの実施形態では、この電圧反応特性により、低い動作電圧で高い感度を生じることができるようになり、さらに、同じ動作電圧で大きな空隙を生じることができるようになる。幾らかの実施形態においては、この電圧反応特性により、より高い感度およびより低い動作電圧およびより大きな空隙が生まれる。感度が高くなると、欠陥検出性能の向上につながりうる。空隙が大きくなることで、変調器の寿命が延びうる。
【００３９】
透過曲線の勾配は、ＬＣデバイスの感度を反映する。ＬＣ撮像デバイスの感度は、透過曲線の勾配として表され、これは概して、上述の電極Ａおよび電極Ｂ間にかけられた電圧の変化に対する透過の変化（％）に対応している。図３Ｂに示すように、透過曲線の中間点は、電圧Ｖｍｉｄ３１０で略決定され、ＴＦＴプレートに電圧がかからない場合の、プレートとＬＣデバイスとの間の固定間隙サイズで決定される。小さな電圧変化＋／−１／２ΔＶ３１２を、ＴＦＴプレートの１画素に対して起こして、透過変化を計測する。透過曲線３０２では、該ピクセルに起こった電圧変化＋／−１／２ΔＶに対する透過変化はΔＩ１３１４である。これより急峻な透過曲線３０４では、該ピクセルに起こった同じ電圧変化＋／−１／２ΔＶ３１２に対する透過変化はΔＩ２３１６であり、ΔＩ２のほうがΔＩ１より大きい。故に、１ピクセルに加わった電圧変化が等しければ、透過曲線がより急峻な場合にはより大きな信号（ΔＩ２）が生じる。
【００４０】
ＴＦＴ試験システムでは、ＣＣＤ（図２の２１８）が捉える信号は、変調器の透過曲線の勾配に比例している。数式１によると、空隙（ｄａｉｒ）が大きくなるにつれ透過曲線はより平らになり（勾配が低減され）、変調器への損傷が避けられ、および／または、寿命が延びる。空隙が大きくなると、変調器の電圧は降下する。変調器のＬＣ材料の固有の切り替え電圧が低減すると、感度が増加しえて、これによって電圧撮像システムデバイスの固有の動作電圧が低減する。
【００４１】
多くの実施形態では、ここに記載した電気光学ＬＣ材料の固有の切り替え電圧を低減させることで、電圧撮像システムの感度を実質的に損なうことなく空隙を大きくすることができる。空隙は少なくとも約１５マイクロメートル（例えば約３０から７０マイクロメートルの範囲）であってよい。
【００４２】
ＮＣＡＰまたはＰＤＬＣ等の液晶センサ材料の動作電圧および感度は、以下に関している。
１．液晶およびポリマーマトリックスの特性
２．センサ材料の液晶液滴径分布
３．ポリマーマトリックスと液晶との間の界面特性
より具体的には、図３Ａおよび３Ｂの曲線の勾配は、液滴径分布およびポリマーマトリックスと液晶との間の界面特性の影響を受ける。液滴間で径が均一であり、ＬＣ液滴の結晶がポリマーマトリックスに対して容易に移動および／または切り替えが可能な場合、より急峻な勾配が生じうる。図３Ａおよび３Ｂに示す曲線の電圧シフトは、ポリマーマトリックスおよび液晶間の界面特性の影響を受けうる。ＬＣがポリマーマトリクスに対して容易に移動および／または切り替え可能な場合、曲線はより低電圧にシフトしうる。本発明の実施形態は、ポリマーマトリックスと液晶との間の界面アンカリングおよび／または摩擦を低減して、Ｔ−Ｖ曲線の勾配をより急峻にして、さらに、ＬＣ材料および電圧撮像システムの動作電圧を低範囲にシフトさせる。ＬＣ分子をポリマーマトリックスにアンカリングすることで、ＬＣ材料の固有の動作電圧を上げることができる。摩擦力は、ＬＣ分子の静摩擦に関しうるポリマーマトリックスへのアンカリング力を含みえ、さらには、ＬＣ分子およびポリマーマトリックス間の相対運動に関する動摩擦を含みうる。摩擦は、分子が周囲のポリマーマトリックスに対して運動する速度に対して影響を及ぼしうるので、摩擦の低減により、ＬＣ分子の切り替え速度が上がりうる。ＬＣ分子のポリマーマトリックスへのアンカリングを克服するのには電圧上昇が必要となりうるので、アンカリング力の強化は、ＬＣ合成材料の固有の動作電圧の上昇に関しうる。
ＮＣＡＰ形成プロセス概略
【００４３】
本発明の実施形態による、水溶性ポリマーＮＣＡＰ液晶調合物（formulation）およびラテックスベースのＮＣＡＰ液晶調合物の作製プロセスを、図１０Ａ−１０Ｃに示す。図１０Ａに示すように、プロセス１０００では、例えば水に溶解させたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の、水に既に溶解させた均一なポリマー水溶液に、液晶を追加するステップ１００２により、水溶性ポリマーＮＣＡＰ形成プロセスを行う。この組み合わせは、油と水との組み合わせによく似た二相系を含む。電気特性を向上させるべく、ＬＣ材料を、（数ミクロン径のオーダの）より小さい液滴に分割して、ポリマー材料内に分散させる。プロセス１０００のステップ１００４で、多くの実施形態においては高速ブレード等の機械力を利用することで、ＬＣ混合物を乳化させる。乳化後、ステップ１００６で、多くの実施形態では薄いコーティングに（数十ミクロンのオーダの厚みに）、混合物を基板に塗布する。ステップ１００８で、コーティングの混合物から水を蒸発させてよい。ステップ１０１０で、第１基板とその上に積層された第２基板との間に、乾燥ＮＣＡＰを挟む。
【００４４】
本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰを形成するプロセス１０１８を図１０Ｂに示す。ステップ１０２０で、ＬＣを、既に水に混合したラテックスに加える。ステップ１０２２で、ＬＣ、ラテックス、および水の組み合わせを、高速ブレードを利用して乳化させる。ステップ１０２４で、基板を混合物でコーティングする。ステップ１０２６で、基板にコーティングした混合物を乾燥させる。ステップ１０２８で、乾燥させた調合物の上に第２基板を積層して、ＮＣＡＰ調合物を覆う。
【００４５】
本発明の実施形態によるラテックスベースのＮＣＡＰ調合物を作製するプロセス１０２９を図１０Ｃに示す。ステップ１０３０で、ＬＣを水に加える。ステップ１０３２では、ＬＣおよび水の組み合わせを乳化させる。次にステップ１０３４で、ラテックスを加え、ラテックスを水と液晶と混合させる。ステップ１０３６では、基板をラテックス、水、およびＬＣの混合物でコーティングする。ステップ１０３８で、調合物を乾燥させる。ステップ１０４０で、乾燥させた調合物の上に第２基板を積層して、完成したＮＣＡＰ調合物を覆う。
【００４６】
なお、図１０Ａから１０Ｃに示す特定のステップは、本発明の実施形態によるＮＣＡＰ ＬＣ調合物の作製方法の特定の例を示していることに注意されたい。本発明の他の実施形態では他のステップシーケンスを利用することもできる。例えば、本発明の他の実施形態では、上述のステップを、異なる順序で行ってもよい。さらに、図１０Ａ−１０Ｃに示した個々のステップは、個々のステップに応じて様々なシーケンスで行われうる複数のサブステップを含みうる。さらに、特定の用途に応じてステップを追加、または削除してよい。当業者であれば、多くの変更例、変形例、および代替例を想到するであろう。
【００４７】
多くの実施形態では、ＮＣＡＰ ＬＣ混合物形成に、サーファクタント（界面活性剤）を加えて、形成／製造プロセスを向上させることができ、および／または、作製するＮＣＡＰ材料の性能を向上させることができる。サーファクタントは通常、化学的に新液性の（液体を好む）基、および、疎液性の（液体を嫌う）基からなる分子である。特に水溶液であれば、これら基はそれぞれ、親水性の（水を好む）基および疎水性の（水を嫌う）基と称される。一般的に言って、サーファクタント分子は、親水性の基および疎水性の基の両方を分子内に含み、液体および／または固体の界面エネルギーを低減させることで界面活性に影響を与える。さらに、サーファクタントは、発泡剤、消泡剤、分散剤（ポリマー媒体内のＬＣの可溶性を高める目的等により）、表面接着剤、乳化安定剤、粒径制御剤等の役割を果たしうる。
【００４８】
図１０Ａ−Ｃに示した実施形態では、ＬＣを乳化させるステップのいずれか（例えばステップ１００４、ステップ１０２２、および／またはステップ１０３２）で、１以上のサーファクタントを追加してよい。多くの実施形態では、乳化ステップでは望ましくない発泡が起こる場合もあるので、消泡（脱泡）機能を有するサーファクタントを追加してよい。液滴径は、乳化において、混合速度または混合時間等のパラメータにより制御することができる。上述のように、ＮＣＡＰの電気特性は、ポリマー媒体内に懸濁するＬＣ粒径分布および粒径に応じて変化しうるので、粒径分布および粒径を制御することで最適な性能が得られうる。例えば、参照としてここに組み込まれた米国特許第4,992,201号明細書には、ＬＣ粒径および粒径分布を制御および安定化するよう選択したサーファクタントの追加についての記載がある。本発明の実施形態は、単一のサーファクタントの利用に限定しておらず、コーティングの前にＬＣ合成物に同時に複数のおよび／または幾らかのサーファクタントを用い、且つ、いずれかのコーティングステップ（例えばステップ１００６、ステップ１０２４、またはステップ１０３６）の前に、別の異なるサーファクタントをオプションとして追加することで、ＮＣＡＰの基板材料への湿潤特性（wetting property）を向上させることができる。本発明の実施形態は、特定の性質を有するサーファクタント（例えば、乳化プロセスで利用される消泡剤として利用されうる高粘度のサーファクタント）を追加することで、ＮＣＡＰ材料の性能を向上させている。
感度向上
【００４９】
液晶材料の感度は、幾らかの手段により向上させることができる。多くの実施形態では、液晶材料およびポリマー材料自身を注意深く選択する。例えば、方法によってはポリマーマトリックスを修正する試みが行われうる。別の方法では、液晶径の均一性の最適化に的を絞ったものもある。また別の方法では、架橋結合の密度または速度を修正することに的を絞っている。また別の方法では、ＬＣ分子およびポリマー間の摩擦または界面アンカリングを低減することに的を絞っている。
【００５０】
界面アンカリングを低減する技術には、例えば以下が含まれる。
【００５１】
１）ドーパントまたはコモノマーをポリマーマトリックスに加えること。この方法では、加える物質をポリマーマトリックスにランダムに分散させてよい。この技術ではポリマー／ＬＣ界面ではなくてポリマーマトリックスのバルク特性を変更させうるが、ここで記載する界面剤を利用することで、ＬＣ／ポリマー界面付近の添加物の形成を向上させて、ポリマーマトリックスのバルク特性の変化を低減させることができる。
【００５２】
２）ＬＣの分解により導出される未処理透明材料からなり、ＬＣを整列させる配向付与剤（orientation-imparting agent）を含む「力緩和」層を作製すること。この材料は、ＬＣ相内で溶解されてしまう虞があるが、反応成分を有する界面剤を利用することで（例えば反応成分を有する消泡剤を利用することで）、ＬＣ相への溶解を最小限に抑えることができる。
【００５３】
３）反応性シランを利用すること。シランの中のアルコキシシリル基は、乳剤の中に湿気（または水分）が存在すると、重合する。これにより、乳剤内のＬＣ液滴の外に層を形成することにつながり、界面特性を変質させ、アンカリングを弱めることができる。この方法は、アルコールの副産物を生成しえて、水によりプロセス制御がしにくくなる可能性があるが、反応性末端基（reactive end group）を有するシロキサン（例えばポリシロキサン）を含む界面剤を利用することで、プロセス制御を高めることができる。
【００５４】
図４（Ａ）から（Ｃ）は、本発明の実施形態による、ポリマーマトリックス４０４に懸濁する液晶の液滴（例えば液滴４０２）を有するＬＣ材料４００を示す。多くの実施形態では、ＬＣ材料４００は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰ材料またはラテックスポリマーベースのＮＣＡＰ等のＮＣＡＰ材料を含む。幾らかの実施形態では、材料４００は、ＰＤＬＣ ＬＣ材料を含みうる。各液滴は、幾らかのＬＣ分子４０６を含みえて、しばしば約１から５ミクロンのサイズである。各液滴内では、ＬＣ分子４０６が癒着して、小さな結晶４０８を形成することがあり、電場がない場合にはこれら結晶は液滴内でランダム配向を有しうる。図４（Ｂ）のアタッチメントローカス４１０に概略されるように、ＬＣ分子および／または結晶は、ポリマーマトリックスにアンカリングされてよい。多くの実施形態では、アンカリングの度合いは、ＬＣ分子およびポリマー化学による。ＬＣ材料４００にわたって電場が生成された場合、ＬＣ分子および／または結晶は、図４（Ｃ）に示すように電場方向に沿って少なくとも部分的に整列しうる。このように整列させるべく、ＬＣ分子および／または結晶は、アタッチメントローカス４１０でポリマーとのアンカリングおよび／または摩擦を克服する。上述のように、最大の感度を得るためには、なるべく最少電圧変化量で最大限の透過変化量を引き起こす必要がある。故に、ＬＣおよびポリマー間で摩擦力および／またはアンカリングが小さいほど、ＬＣ分子および／または結晶を、図４（Ｂ）の実質的に整列されていない状態から、図４（Ｃ）の電場と実質的に整列した状態へと切り替えるのに必要な駆動電圧は低くなる。多くの実施形態では、固有の切り替え電圧は、ＬＣ分子よび／またはＬＣ結晶の約半分が電場と実質的に整列している電場強度に対応する。
【００５５】
上述のように、ＮＣＡＰには２つの分類がある。多くの実施形態では、ラテックスベースのＮＣＡＰは、水分、液晶、およびラテックスを含む３相の材料を含む。多くの実施形態では、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰは、液晶および水／ポリマー溶液の２相の材料を含みうる。図１０Ａ−１０Ｃで概略が示され上述した製造プロセスで生成されるＮＣＡＰは、ポリマー内に良好に分散した液晶（乾燥後のＰＶＡ等の残留ポリマーまたはラテックス）からなる。固有の動作電圧を降下させて、本発明のＮＣＡＰ実施形態の切り替え速度を向上させるには（例えば上昇させるには）、プロセス後に（乳化、脱ガス、コーティング、乾燥の後に）ＬＣとポリマーマトリックスとの間の界面において表面張力が低減されるような、例えばサーファクタント等の界面剤材料の利用が含まれる。ラテックスは水溶性ポリマー（例えば、ポリビニルアルコール）とは物理的および化学的に異なるので、ラテックスベースのＮＣＡＰの製造プロセスにおける物理的および化学的相互作用は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの製造中におけるものとは異なりうる。故に、ラテックスベースのＮＣＡＰの切り替え速度の向上を目指す場合の最適な界面剤材料は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの切り替え速度の向上および／または固有の切り替え電圧の低減を目指す場合の最適な界面剤材料とは異なりうる。ラテックスベースのＮＣＡＰの実施形態では、切り替え速度の向上および／または固有の切り替え電圧の低減を目的としたときに好適な界面剤材料は、ＬＣをラテックスに結合させうるものである、というのは、水が第３相であり、乾燥プロセス中に追い出されるからである。水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態では、切り替え速度の向上および／または固有の切り替え電圧の低減を目的としたときに好適な界面剤材料は、ＬＣと、且つ水と、適合してよい。水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態では、好適な材料は、切り替え速度および切り替え電圧に対する影響が小さい、というのも、この系では粘度が非常に高いので、摩擦がＬＣ液滴の表面には移動しないことがあるからである。
【００５６】
本発明の実施形態は、液晶およびポリマー材料と混合した特定の族の界面剤材料を含むことで、ＬＣ液滴およびポリマーマトリックス間のアンカリングおよび／または摩擦力を最小限に抑える。特定の実施形態で提案される材料は、ブロックコポリマーおよび／または架橋結合可能な反応性サーファクタント等の非イオン界面剤を含む。図５（Ａ）は、界面剤を含む界面層５０２を有するポリマーマトリックス４０４内の、液滴４０２等のＬＣ液滴を示す。図５（Ｂ）において、界面層５０２は、液滴／界面剤／ポリマー界面の拡大図とともに概略を示されている。これら界面剤は、ＬＣ材料形成中に、適切な化学特性がある２つの部分を含む分子からなり、且つ十分な量の界面剤（１以上）を有する場合に、界面層５０２を生成しうる。図５（Ｂ）に概略を示すように、界面剤の第１部５０８（例えば界面剤分子のポリマーに適合した部分）は、ポリマーマトリックス４０４付近に位置しており、第２部５１０（例えば、界面剤分子の低い表面張力の部分）は、液滴４０２付近に位置して液滴４０２と接触しており、ＬＣ結晶と液滴４０２との間の摩擦および／またはアンカリングを低減させる。界面剤の第１部５０８がポリマーマトリックス内で溶解することで、ポリマーマトリックス内で界面剤を効果的に固定する。界面層のポリマーマトリックスへの固定は、物理的（ブロックコポリマーについて）または化学結合（反応性サーファクタントの場合の架橋結合による）であってよい。界面層の固定により、界面層の安定度が増しうる（例えば温度上昇等）。界面層内の界面剤の第２部５１０は、表面張力が低い、および／または、ＬＣ分子および／または結晶に対する摩擦が低い化学組成物を有する。ＬＣ分子４０８およびポリマーマトリックス４０４間のアンカリングおよび／または摩擦は、界面層５０２により低減されるので、電場をかけたときのＬＣ分子の整列配向および切り替え速度は、初期の段階でより低い電圧で起こりうる。
【表１】
【００５７】
表１は、本発明の実施形態による界面剤の部分リストである。界面剤は、図１のＮＣＡＰ１０４ベースの材料または図１のＰＤＬＣ１０２ベースの材料と共に組み合わせられてよい。下記の例に示すように、僅かなパーセント分の非イオン界面剤をＮＣＡＰまたはＰＤＬＣの調合物に加えることで、駆動電圧を顕著に低減することができる。界面剤分子の低い表面張力の部分は、Fluorolink DまたはFlexiwet等のフッ化化合物からなってよく、または、Surfynol DF-62、BYK-022等のシリコーンコポリマーまたはポリマーシロキサンからなってよい。特に、反応性フッ化化合物は、表１に示す化学構造を有してよく、例えば、シロキサンは、-OH、-NH2、または-COOHを例とする反応性末端基を有してよい。多くの実施形態において、これら材料は、ＬＣ／ポリマー相分離プロセス中に、ＬＣ／ポリマー界面に移動する。界面剤分子の他の部分は、水素結合、ファンデルワールス力、および／または、ポリマーマトリックスに反応基が存在する場合には化学結合、等のメカニズムによって、ポリマーと物理結合してよい。少し加熱することで化学結合プロセスが加速されうる。
【００５８】
本発明の実施形態は、表１のリストに示したような界面剤サーファクタントを利用することで、ラテックスベースのＮＣＡＰおよびＰＶＡ等の水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰ両方の切り替え電圧を向上させることができる。多くの実施形態において、消泡特性を有する界面剤を利用することで固有の切り替え電圧感度を顕著に向上させることができる。例えば、Surfynol DFシリーズの化合物は、ラテックスベースのＮＣＡＰの動作電圧を実質的に低減させることができる。
【００５９】
消泡剤は、水媒体に分散させることのできる種類分類のサーファクタントである。多くの実施形態においては、消泡剤は、水媒体における溶解度が極僅かであり、ＨＬＢ（親水‐親油平衡）が１０未満である。図９（Ａ）および（Ｂ）は、ラテックスベースのＮＣＡＰの消泡剤の概略図である。消泡剤は水における溶解度が極僅かであるので、消泡剤は例えばクラスタ９０８等の小さい「クラスタ」を形成しうる。各クラスタは、第１部９０８Ａおよび第２部９０８Ｂを有する分子を含みうる。上述したように、クラスタの分子の第１部９０８Ａは、親水性を有しえて、クラスタの分子の第２部９０８Ｂは、疎水性を有しうる。多くの実施形態において、クラスタは、第１部９０８Ａが外向きで溶液に向かっており、第２部９０８Ｂが内向きで消泡剤クラスタの他の分子に向かっているようなミセル形状をしていてよい。乳化中、クラスタは、多くの気泡を壊すことで泡形成を妨げうる。乳化および脱ガス終了の後、クラスタ９０８は、ＬＣ粒子９０２、ラテックス９０４、および水９０６の混合物中を自由に移動する。多くの実施形態で、クラスタ９０８はＬＣ粒子９０２の表面へ移動しうる。ＮＣＡＰが乾燥するにつれて、消泡剤は、ＬＣ粒子９０２およびラテックス９０４間の液滴９０２の周りに界面剤層を形成しうる。多くの実施形態において、消泡剤分子の低い表面張力を有する端部はＬＣに隣接して分散し、消泡剤分子のアンカリングを司る端部はラテックスに結合される。
【００６０】
多くの水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態において、消泡剤は、ラテックスベースのＮＣＡＰプロセスと類似した機能を果たし、消泡剤は乳化段階において消泡機能を果たし、その後、乳化段階の後、および／または乾燥段階中に、アンカリングおよび／または摩擦を低減する界面層を形成することができる。水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰの実施形態のなかには、材料が乾燥前に高粘度であるので、消泡剤を有する界面層の形成に影響が出るようなものもある。水溶性ポリマーの実施形態のなかには、粘度が１０，０００ｃｐのオーダであってよい１０％ＰＶＡ溶液を利用することができるものもある。これに対して、乾燥前のラテックスベースの調合物は１−１００ｃｐのオーダである。故に、消泡剤が水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰに形成された液滴のＬＣ表面に到達する可能性は、ラテックスベースのＮＣＡＰのものよりも僅かであろう、というのも、粘度の上昇により、消泡剤のＬＣ液滴への移動が低減しうるからである。ラテックスベースのＮＣＡＰの、切り替え速度性能向上および／または固有の動作電圧降下は、水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰよりも顕著であるだろうが、消泡剤のクラスタの少なくとも幾らかは水溶性ポリマーの実施形態の液滴のＬＣ表面に到達しえて、幾ばくかの向上は見込まれよう。ここで記載した界面剤はさらに、例えば溶媒による相分離（ＳＩＰＳ）ＰＤＬＣ、ＵＶ−ＰＤＬＣ等を含む、図１に示すもののような多くの他の液晶／ポリマー合成材料系との利用が可能である。
保護膜形成による寿命向上
【００６１】
Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｉｎｃ．が開発し、例えば米国特許第6,151,153号および7,099,067号に記載されている電気光学電圧撮像センサは、先に参照としてここに組み込む旨を示したが、被試験パネル（ＰＵＴ）から至近距離での動作が可能である。センサは０の間隙でも動作可能であるが、実際にはセンサとＰＵＴとの間の間隙は１０から３５マイクロメートルの範囲でありえて、この範囲の上限はセンサの感度により決定される。この範囲の下限は、ＰＵＴの表面に生じうる粒子および他の汚染物質により決定される。このような粒子は、センサがＰＵＴに対して動く間センサとＰＵＴとの間にトラップされえて、ＰＵＴまたはセンサのいずれかに損傷を与えうる。故に、動作間隙が大きいほど、ＰＵＴとセンサとに加わる損傷が避けられるので好ましい。
【００６２】
上述したように界面剤を加えると、間隙距離が例えば３５ｕｍから７５ｕｍで動作することができるようになり、この感度は界面剤なしで間隙距離が１０から３５ｕｍで動作する電圧撮像システムのものにそれぞれ匹敵する。しかし、このような動作間隙は、処理中にＰＵＴ表面に残留しうる最大粒子のものに近いこともあるので、さらなる手段を追加することで寿命を延ばす必要があろう。
【００６３】
そのような方策の１つに、変調器の表面に直接ハードコーティング材料を塗布する、というものがある。変調器の電気光学センサ特性に影響を及ぼさない材料の例の幾つかを以下に示す。
ａ．多機能性アクリレート、二官能性アクリレート、シリコーンアクリレート、および光学ナノ粒子の混合物が強化フィラーとして利用されたＵＶ処理可能なハードコーティング調合物
ｂ．それぞれ対応する金属アルコキシドゾルゲル（sol-gel）から形成された全ての非導電性および低誘電率の金属酸化物等の、ゾルゲル調合物。この族内の最適な材料はシリカゾルゲルである。変調器の表面のマイラー（Mylar）への付着を促進するには有機添加物が必要となろう。
ｃ．エポキシ、ウレタン調合物等の、熱処理可能な（低温および室温処理）材料。
ｄ．有機／無機合成材料。上述の全ての有機コーティング材料（ａ、ｂ、ｃ）を無機フィラーと組み合わせてさらに硬化させることができる。
【００６４】
電気光学変調器を作製するコーティングおよび組立品プロセスが先にも触れた米国特許第6,211,991号(Bryan)、第6,866,887号(Chen)、および第7,099,067号(Chen)明細書に記載されており、これらの全開示を参照としてここに組み込む旨は先にも示した。変調器を保護するのに有効な方策の１つが、「Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator」なる名称の米国特許第7,099,067号明細書に記載されており、この全開示を参照としてここに組み込む旨は先にも示した。溶媒ベースの紫外線（ＵＶ）処理可能な調合物が、簡易にウェットコーティングを行うのには好適である。例えば、ＵＶ処理可能な有機ハードコーティングは、ｉ）多機能性アクリレート、ｉｉ）シリコーンアクリレート、ｉｉｉ）ナノサイズの粒子（フィラー）、ｉｖ）フォトイニシエータ、およびｖ）溶媒、の合成物を含みうる。
【００６５】
次に、上述のハードコーティング調合物のいずれかのコーティングを、ドクターブレード、ワイヤワウンドロッド（wire wound rod）、スピナ等のウェットコーティングプロセスにより、変調器の上面のマイラーに対して行う。コーティングの厚みの均一性が良好であるという点ではスピンコーティングが好適である。コーティングの厚みは、２−２０ミクロンに制御される。ＵＶハードコーティングの場合、溶媒が完全に蒸発した後に、コーティングをＵＶ照射処理にかける。
【００６６】
図８（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施形態による積層プロセスで作製された、図１の電圧撮像システムの電気光学変調器組立品内の様々な層の概略図である。ハードコーティング層８０１は、主要ハードコーティング８１１およびそれより薄いスリップ剤層（slip agent layer）８１０を含む。多くの実施形態では、ハードコーティングは処理済である。ＬＣ／ポリマー合成センサ材料８０４を、直接コーティングまたは積層によりガラス基板に塗布してよい。積層プロセスで作製した実施形態は、先ず上述の界面剤を含むＮＣＡＰまたは上述の界面剤を含むＰＤＬＣ８０４を含む透明導電層８０５を有するプラスチックシート８０６（マイラー等）をコーティングすることを含む。プラスチックシートの第２層を加える（導電層は含んでも含まなくてもよい）。この挟み込み構造を、光学接着剤８０７を用いてガラス基板８０８に積層する。ＬＣ／ポリマー挟み込み構造の上部プラスチックシートを剥離して破棄する。誘電体ミラーフィルム８０３（または外皮）を、プラスチックシート８０２上に形成して、組立品スタックに重ねる。多くの実施形態では、米国特許第6,866,887号明細書に記載されている真空補助添付プロセス（vacuum assisted attachment process）を利用する。反射防止コーティング８０９をガラス基板８０８の底面に塗布する。
【００６７】
本発明の多くの実施形態では、上述の界面剤を含むラテックスベースのＮＣＡＰ材料および／または水溶性ポリマーベースのＮＣＡＰ材料が、米国特許第6,211,991号(Bryan)、6,866,887号(Chen)、および7,099,067号（Chen）明細書に記載されているコーティングおよび組立品プロセスにより保護されうる。
【００６８】
さらなるハードコーティング調合物およびプロセス例が、米国特許第7,099,067号明細書に記載されており、この全開示を参照としてここに組み込む旨は先にも示した。
【００６９】
例１
【００７０】
６７／３３重量％比のラテックスベースのＮＣＡＰ調合物MLC-7022-100/Neorez R-967（それぞれ、EM IndustriesおよびAveciaの一事業部であるNeoResinsにより製造）をベースの液晶材料として選択する。表１に示す界面剤のいずれかを選択する（例えば、Surfynol DF型の消泡剤を含む界面剤）。表１から選んだ界面剤を、全固体含量の約１−５重量％分の量、加える。幾らかの実施形態では、表１から選んだ界面剤を、１０重量％まで加えてもよい。全ての成分を高速ブレンダで混合して、ＮＣＡＰ乳剤を形成し、ＩＴＯフィルムを有する基板にコーティングする。基板にコーティングされたＮＣＡＰラテックスベースの乳剤を乾燥させて、ＩＴＯ基板と積層する。そして透過曲線を計測する。駆動電圧対パーセント透過曲線を図６に示す。示されているように、界面剤を有するＮＣＡＰ調合物には、電極間駆動電圧が低いことが必要であり、電極間の動作電圧および固有の切り替え電圧は、３０％以上も低減される。
【００７１】
例２
【００７２】
６７／３３重量％比の溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物TL205/AU1033（それぞれEM IndustriesおよびRohm and Haasにより製造）をベースの液晶材料として選択する。メチルイソブチルケトンを溶媒として用いて、Bayer製造のDesmodur N75 BA/X等のイソシアネートを架橋結合剤として混合物に加える。表１の界面剤のいずれかを選択してよい（例えば、Surfynol DF型の消泡剤）。表１から選択された界面剤を、０、１．０、１．９、および３．０％というように、量を変化させて加える。幾らかの実施形態では、表１から選んだ界面剤を、４、５から１０重量％まで加えてもよい。この結果生じる駆動電圧対パーセント透過曲線を図７に示す。ＰＤＬＣコーティングを少し加熱して、ヒドロキシル基（界面剤およびAU1033両方における）とイソシアネートとの間の架橋結合を加速させる。示されているように、界面剤を有するＰＤＬＣ調合物には５０％以上低い駆動電圧を超える駆動電圧が必要であり、ＬＣ材料の固有の切り替え電圧および電極間の動作電圧を低減させる必要がある。０％制御材料と比したときの固有の切り替え電圧の向上は、界面剤を５から１０重量％含む材料においても得られうる。
【００７３】
図６および７の結果同様の結果は、他のＰＤＬＣまたはＮＣＡＰベースの液晶調合物を、少量の界面剤と組み合わせることで達成することもできる（例えば表１のリスト参照）。
【００７４】
例３
【００７５】
多機能性アクリレート、シリコンアクリレートをスリップ剤として含み、ナノサイズのシリカを無機フィラーとして含み、且つ、アクリレート（メタクリレート）末端硬化剤およびフォトイニシエータを含む有機ハードコーティングをマイラーシートに塗布する。この有機ハードコーティングは、３Ｈから６Ｈの鉛筆硬度を有し、マイラーに対して良好に接着され、滑りやすい表面を有する。有機ハードコーティングの厚みは、約５ミクロンである。有機および有機／無機ハイブリッドハードコーティングの誘電率は、３−５の範囲であり、空間解像度さらに変調器のＥＯ性能に影響を及ぼしうる３０の誘電率よりもずっと低い。コーティングは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネルよりも柔らかくして、変調器がパネルに接触してもパネルが損傷を受けないようにしてよい。上述のようにして組立品スタックにハードコーティング層を追加する。
【００７６】
例示的実施形態を、例示および理解を明瞭にする目的から、ある程度詳細に記載してきたが、当業者であれば、様々な変更、適合、および変更を加えることができることを理解しよう。故に、本発明の範囲は、添付請求項によってのみ制限を受けるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーマトリックスに包まれた液晶液滴を含み、光を透過させる固有の動作電圧を降下させるのに足る量の界面剤を含むセンサ層と、
前記液晶の変調器層を保護するハードコーティング層と、
を備える、電気光学変調器の組立品。
【請求項２】
前記界面剤は、非イオンブロックコポリマー、反応性サーファクタント、または消泡剤のうち少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の組立品。
【請求項３】
前記ハードコーティング層は、ＵＶ処理可能なハードコーティング、ゾルゲル、熱処理可能な有機／無機合成材料のうち少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の組立品。
【請求項４】
ラテックスベースのＮＣＡＰ変調器を製造する方法であって、
透明電極を有するプラスチック基板上に界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベース材料をコーティングする工程と、
前記コーティングされた基板をプラスチックカバーで覆い、前記プラスチック基板と前記プラスチックカバーとの間で前記ＮＣＡＰ材料を挟み込む工程と、
前記挟み込まれたＮＣＡＰ材料を光学ブロック基板に積層する工程と、
前記プラスチックカバーを除去する工程と、
前記ＮＣＡＰラテックスベース材料上に誘電体ミラー外皮を積層する工程と、
前記外皮をＵＶ処理可能な有機コーティングでコーティングする工程と、
前記処理可能な有機コーティングを有機ハードコーティングになるようにＵＶ処理する工程と、を備える、方法。
【請求項５】
前記界面剤は、消泡剤を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量分、存在する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性フッ化分子を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の非イオンブロックコポリマーを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
スリップ剤としての多機能性アクリレートおよびシリコーンアクリレートと、アクリレート（メタクリレート）末端硬化剤と、無機フィラーとしてのナノサイズのシリカと、フォトイニシエータとの混合物として、前記ＵＶ処理可能な有機コーティングを形成する工程をさらに備える、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
保護コーティングを有するＮＣＡＰラテックスベースの変調器であって、
界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベース材料と、
前記ＮＣＡＰ材料の上に積層された誘電体ミラー外皮と、
前記ミラー外皮の上に処理されたＵＶ処理可能な有機ハードコーティングと、を備える、変調器。
【請求項１２】
前記界面剤は、消泡剤を含む、請求項１１に記載の変調器。
【請求項１３】
前記消泡剤の量は、前記変調器の動作電圧を降下させるに足る量である、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１４】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１５】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性フッ化ポリマーを含む、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１６】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の非イオンブロックコポリマーを含む、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１７】
前記ＵＶ処理可能な有機コーティングは、
スリップ剤としての多機能性アクリレートおよびシリコーンアクリレートと、アクリレート（メタクリレート）末端硬化剤と、無機フィラーとしてのナノサイズのシリカと、フォトイニシエータとの混合物を有する、請求項１１に記載の変調器。
【請求項１８】
電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持するポリマーマトリックスと、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、電気光学変調器材料。
【請求項１９】
前記消泡剤は、前記電気光学変調器材料の約１から約１０重量パーセントを占める、請求項１８に記載の電気光学変調器材料。
【請求項２０】
前記消泡剤は、前記ポリマーマトリックスと反応する反応成分を含む、請求項１８に記載の材料。
【請求項２１】
前記消泡剤は、反応性末端基を有するシロキサン、反応性フッ化ポリマー、または、非イオンブロックコポリマーのうち少なくともいずれかを含むことで前記ポリマーマトリックスと反応する、請求項１８に記載の材料。
【請求項２２】
ＮＣＡＰ電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持するラテックスベースのポリマーマトリックスと、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の界面剤と、を備える、ＮＣＡＰ電気光学変調器材料。
【請求項２３】
前記界面剤は、前記動作電圧を降下させるのに足る量の消泡剤を有する、請求項２２に記載の材料。
【請求項２４】
前記消泡剤は、前記ラテックスベースのポリマーマトリックスと反応し前記動作電圧を降下させるのに足る量の反応性消泡剤を含む、請求項２３に記載の材料。
【請求項２５】
前記消泡剤は、前記ラテックスベースのポリマーマトリックスと反応する反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項２３に記載の材料。
【請求項２６】
前記消泡剤は、前記ラテックスベースのポリマーマトリックスと反応する反応性フッ化ポリマーを含む、請求項２３に記載の材料。
【請求項２７】
前記消泡剤は、前記電気光学変調器材料の約１から約１０重量パーセントを占める、請求項２３に記載の材料。
【請求項２８】
前記消泡剤は、親水‐親油平衡が約１０未満である、請求項２３に記載の材料。
【請求項２９】
前記界面剤は、非イオンブロックコポリマーまたは反応性サーファクタントのうち少なくともいずれかを有する、請求項２２に記載の材料。
【請求項３０】
前記界面剤は、前記液晶分子の前記ポリマーマトリックスへのアンカリングを低減させる、請求項２２に記載の材料。
【請求項３１】
前記界面剤は、前記液滴と前記ラテックスベースのポリマーマトリックスとの間の前記液滴の上に界面層を形成する、請求項２２に記載の材料。
【請求項３２】
前記界面剤は、前記液晶分子の表面張力を低減させる第１の内側部分と、前記ポリマーマトリックス内で固定される第２の外側部分と、を含む界面層を形成する、請求項２２に記載の材料。
【請求項３３】
ＮＣＡＰ電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持する水溶性ポリマーベースのマトリックスと、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、ＮＣＡＰ電気光学変調器材料。
【請求項３４】
前記消泡剤は、前記水溶性ポリマーと反応し前記材料の前記動作電圧を降下させる反応性消泡剤を有する、請求項３３に記載の材料。
【請求項３５】
ＮＣＡＰ電気光学材料を作製する方法であって、
液晶材料をラテックス乳剤と組み合わせる工程と、
前記液晶材料を少なくとも１つの界面剤により乳化させて、前記液晶材料の液滴を含む乳剤を形成する工程と、
前記乳剤を基板に塗布する工程と、
前記基板上の前記乳剤を乾燥させて、ラテックスベースのマトリックスで前記液滴を包む工程と、を備え、
前記少なくとも１つの界面剤の量は、前記材料から光を透過するよう前記液晶材料の分子配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量である、方法。
【請求項３６】
前記界面剤は、前記液晶が乳化している間、泡を分解するクラスタを形成する消泡剤を含み、
前記消泡剤は前記ラテックス乳剤と反応して、前記液晶材料の前記動作電圧を降下させる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板に塗布された前記乳剤は、約１から１００ｃｐの粘度を有して、前記消泡剤のクラスタを前記液晶の液滴へと移動させ、前記液晶の液滴付近で前記ラテックス乳剤と反応させる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の反応性フッ化ポリマーを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の非イオンブロックコポリマーを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
ＰＤＬＣ電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持する、溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物と、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、ＰＤＬＣ電気光学変調器材料。
【請求項４２】
前記消泡剤は、前記溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物と反応して前記材料の前記動作電圧を降下させる反応性消泡剤を有する、請求項４１に記載の材料。
【請求項４３】
前記消泡剤は、前記ＰＤＬＣ電気光学変調器材料の約１から約１０重量パーセントを占める、請求項４１に記載の材料。
【請求項１】
ポリマーマトリックスに包まれた液晶液滴を含み、光を透過させる固有の動作電圧を降下させるのに足る量の界面剤を含むセンサ層と、
前記液晶の変調器層を保護するハードコーティング層と、
を備える、電気光学変調器の組立品。
【請求項２】
前記界面剤は、非イオンブロックコポリマー、反応性サーファクタント、または消泡剤のうち少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の組立品。
【請求項３】
前記ハードコーティング層は、ＵＶ処理可能なハードコーティング、ゾルゲル、熱処理可能な有機／無機合成材料のうち少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の組立品。
【請求項４】
ラテックスベースのＮＣＡＰ変調器を製造する方法であって、
透明電極を有するプラスチック基板上に界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベース材料をコーティングする工程と、
前記コーティングされた基板をプラスチックカバーで覆い、前記プラスチック基板と前記プラスチックカバーとの間で前記ＮＣＡＰ材料を挟み込む工程と、
前記挟み込まれたＮＣＡＰ材料を光学ブロック基板に積層する工程と、
前記プラスチックカバーを除去する工程と、
前記ＮＣＡＰラテックスベース材料上に誘電体ミラー外皮を積層する工程と、
前記外皮をＵＶ処理可能な有機コーティングでコーティングする工程と、
前記処理可能な有機コーティングを有機ハードコーティングになるようにＵＶ処理する工程と、を備える、方法。
【請求項５】
前記界面剤は、消泡剤を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量分、存在する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性フッ化分子を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の非イオンブロックコポリマーを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
スリップ剤としての多機能性アクリレートおよびシリコーンアクリレートと、アクリレート（メタクリレート）末端硬化剤と、無機フィラーとしてのナノサイズのシリカと、フォトイニシエータとの混合物として、前記ＵＶ処理可能な有機コーティングを形成する工程をさらに備える、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
保護コーティングを有するＮＣＡＰラテックスベースの変調器であって、
界面剤を含むＮＣＡＰラテックスベース材料と、
前記ＮＣＡＰ材料の上に積層された誘電体ミラー外皮と、
前記ミラー外皮の上に処理されたＵＶ処理可能な有機ハードコーティングと、を備える、変調器。
【請求項１２】
前記界面剤は、消泡剤を含む、請求項１１に記載の変調器。
【請求項１３】
前記消泡剤の量は、前記変調器の動作電圧を降下させるに足る量である、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１４】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１５】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の反応性フッ化ポリマーを含む、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１６】
前記消泡剤は、前記変調器の動作電圧を降下させるのに足る量の非イオンブロックコポリマーを含む、請求項１２に記載の変調器。
【請求項１７】
前記ＵＶ処理可能な有機コーティングは、
スリップ剤としての多機能性アクリレートおよびシリコーンアクリレートと、アクリレート（メタクリレート）末端硬化剤と、無機フィラーとしてのナノサイズのシリカと、フォトイニシエータとの混合物を有する、請求項１１に記載の変調器。
【請求項１８】
電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持するポリマーマトリックスと、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、電気光学変調器材料。
【請求項１９】
前記消泡剤は、前記電気光学変調器材料の約１から約１０重量パーセントを占める、請求項１８に記載の電気光学変調器材料。
【請求項２０】
前記消泡剤は、前記ポリマーマトリックスと反応する反応成分を含む、請求項１８に記載の材料。
【請求項２１】
前記消泡剤は、反応性末端基を有するシロキサン、反応性フッ化ポリマー、または、非イオンブロックコポリマーのうち少なくともいずれかを含むことで前記ポリマーマトリックスと反応する、請求項１８に記載の材料。
【請求項２２】
ＮＣＡＰ電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持するラテックスベースのポリマーマトリックスと、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の界面剤と、を備える、ＮＣＡＰ電気光学変調器材料。
【請求項２３】
前記界面剤は、前記動作電圧を降下させるのに足る量の消泡剤を有する、請求項２２に記載の材料。
【請求項２４】
前記消泡剤は、前記ラテックスベースのポリマーマトリックスと反応し前記動作電圧を降下させるのに足る量の反応性消泡剤を含む、請求項２３に記載の材料。
【請求項２５】
前記消泡剤は、前記ラテックスベースのポリマーマトリックスと反応する反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項２３に記載の材料。
【請求項２６】
前記消泡剤は、前記ラテックスベースのポリマーマトリックスと反応する反応性フッ化ポリマーを含む、請求項２３に記載の材料。
【請求項２７】
前記消泡剤は、前記電気光学変調器材料の約１から約１０重量パーセントを占める、請求項２３に記載の材料。
【請求項２８】
前記消泡剤は、親水‐親油平衡が約１０未満である、請求項２３に記載の材料。
【請求項２９】
前記界面剤は、非イオンブロックコポリマーまたは反応性サーファクタントのうち少なくともいずれかを有する、請求項２２に記載の材料。
【請求項３０】
前記界面剤は、前記液晶分子の前記ポリマーマトリックスへのアンカリングを低減させる、請求項２２に記載の材料。
【請求項３１】
前記界面剤は、前記液滴と前記ラテックスベースのポリマーマトリックスとの間の前記液滴の上に界面層を形成する、請求項２２に記載の材料。
【請求項３２】
前記界面剤は、前記液晶分子の表面張力を低減させる第１の内側部分と、前記ポリマーマトリックス内で固定される第２の外側部分と、を含む界面層を形成する、請求項２２に記載の材料。
【請求項３３】
ＮＣＡＰ電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持する水溶性ポリマーベースのマトリックスと、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、ＮＣＡＰ電気光学変調器材料。
【請求項３４】
前記消泡剤は、前記水溶性ポリマーと反応し前記材料の前記動作電圧を降下させる反応性消泡剤を有する、請求項３３に記載の材料。
【請求項３５】
ＮＣＡＰ電気光学材料を作製する方法であって、
液晶材料をラテックス乳剤と組み合わせる工程と、
前記液晶材料を少なくとも１つの界面剤により乳化させて、前記液晶材料の液滴を含む乳剤を形成する工程と、
前記乳剤を基板に塗布する工程と、
前記基板上の前記乳剤を乾燥させて、ラテックスベースのマトリックスで前記液滴を包む工程と、を備え、
前記少なくとも１つの界面剤の量は、前記材料から光を透過するよう前記液晶材料の分子配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量である、方法。
【請求項３６】
前記界面剤は、前記液晶が乳化している間、泡を分解するクラスタを形成する消泡剤を含み、
前記消泡剤は前記ラテックス乳剤と反応して、前記液晶材料の前記動作電圧を降下させる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板に塗布された前記乳剤は、約１から１００ｃｐの粘度を有して、前記消泡剤のクラスタを前記液晶の液滴へと移動させ、前記液晶の液滴付近で前記ラテックス乳剤と反応させる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の反応性末端基を有するシロキサンを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の反応性フッ化ポリマーを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記消泡剤は、前記変調器の前記動作電圧を降下させるのに足る量の非イオンブロックコポリマーを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
ＰＤＬＣ電気光学変調器材料であって、
液晶分子を有する液滴と、
前記液滴を包み支持する、溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物と、
前記材料から光を透過するよう前記液晶分子の配向を変化させる動作電圧を降下させるに足る量の消泡剤と、を備える、ＰＤＬＣ電気光学変調器材料。
【請求項４２】
前記消泡剤は、前記溶媒による相分離ＰＤＬＣ調合物と反応して前記材料の前記動作電圧を降下させる反応性消泡剤を有する、請求項４１に記載の材料。
【請求項４３】
前記消泡剤は、前記ＰＤＬＣ電気光学変調器材料の約１から約１０重量パーセントを占める、請求項４１に記載の材料。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【公表番号】特表２０１０−５１８４２７（Ｐ２０１０−５１８４２７Ａ）
【公表日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４８４１２（Ｐ２００９−５４８４１２）
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５２４１７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９７７７２
【国際公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【出願人】（５０３２９８９２２）フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッド (19)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５２４１７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９７７７２
【国際公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【出願人】（５０３２９８９２２）フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッド (19)
【Ｆターム（参考）】
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