[发明专利]单基板宾－主聚合物液晶显示器

说明书

技术领域

本发明涉及在柔性基板上用于宾-主聚合物分散液晶显示器的单-基板方法，其适合低成本大批量制造。

背景技术

对于低成本柔性电子显示器存在相当的兴趣。通常，该显示器包括嵌入粘结剂(最通常是聚合物)基质中的光调节组分(其涂覆在导电塑料支撑物上)。从广义来讲，光调节组分是改变其光学特性(例如其反射或透射光的能力)来响应电场的材料。光调节组分可以是液晶材料，例如向列相(nematic)液晶、手征性向列相或胆甾相液晶、铁电液晶或宾-主液晶。光调节材料也可以是不溶于水的液体，其含有响应电场发生电泳或运动(例如转动或平移)的颗粒。在聚合物基质中包括液晶材料的显示器指聚合物分散液晶(PDLC)显示器。尤其感兴趣的是这样的PDLC显示器，其中液晶材料是宾-主或掺杂染料的液晶。这些显示器由于不同于常规的扭曲向列相液晶显示器而具有吸引力，它们不需要偏振器。另外，它们将在柔性基板上制造与在纸外观上用真实的类纸式或墨的优点相结合。

制造PDLC装置有两种主要方法：乳液方法和相分离方法。在美国专利No.4435047和5363482中描述了乳液方法。液晶与含有聚合物的水溶液混合。液晶在连续相中不溶并且当组合物通过适当的剪切装置(例如均质器)时形成水包油乳液。乳液涂覆到导电表面并允许水分蒸发。然后可通过制成薄板、真空沉积或丝网印刷(screen printing)将第二导电表面置于乳液和成像层的上面以形成装置。虽然乳液方法实施直接，但雾滴(droplet)尺寸分布趋于宽广，导致性能的损失。对于宾-主液晶装置，本文也指GHLCD装置，这通常意味着降低的对比度和亮度。引入相分离方法以努力克服这一难题。

美国专利No.4688900和Drzaic，P.S.在由World Scientific，Singapore(1995)出版的Liquid Crystal Dispersions，pgs.30-51中已概述了相分离方法。液晶和聚合物，或者聚合物前体溶解于普通有机溶剂。然后组合物涂覆到导电表面上并通过应用紫外(UV)辐射或通过利用热或通过溶剂蒸发引起相分离，在固体聚合物基质中导致液晶雾滴。然后可利用这一组合物构建装置。尽管相分离方法产生具有更均一尺寸分布的分散雾滴，但用此方法有许多问题。例如，由于存在产生反应性游离基的光抑制剂，光聚合体系的长期光稳定性是一个忧虑。没有被聚合过程消耗的光抑制剂可以继续产生游离基，其随着时间可以分解聚合物和液晶。另外，还已知UV辐射对液晶有害。特别地，暴露于UV照射可以导致宾-主液晶混合物中二色性染料的分解，导致反射颜色的改变。在一定的制造环境下使用有机溶剂可能也是不许可的。相分离期间将二色性染料分配到聚合物基质也是相当大的问题。

美国专利No.6423368和美国专利No.6704073提出通过使用利用极限聚结方法制备的液晶材料雾滴克服与现有技术方法相关的问题。在这一方法中，利用颗粒种类(particulate species)(例如硅溶胶)稳定雾滴-水界面。尤其优选利用颗粒种类(例如硅溶胶)进行表面稳定，因为其可以产生窄的尺寸分布并且雾滴的尺寸可以通过所使用颗粒种类的浓度而控制。通过这一方法制备的材料也被称作Pickering Emulsions并且由Whitesides和Rossz(J.Colloid InterfaceSci.169，48(1995))更全面地描述。均一的雾滴可与适当的粘结剂组合并涂覆到导电表面以制备装置。该方法在亮度和对比度上对现有技术方法提供了改进。其还克服了一些与光抑制剂和UV辐射相关的问题。然而，仍旧存在许多改进的空间，尤其是对于切换电压或改变液晶从一种状态到另一种的定向所需的电压。后者对显示器总成本有显著作用。对于低成本显示器极其需要低切换电压。

美国专利No.6423368和美国专利No.6704073所述的装置由于涂覆层的结构而遇到缺陷。不期望地，两电极间可能有一个以上的雾滴单层。另外，将明胶粘结剂中加热的液晶乳液涂覆到带有导电层的基板上以及随后在干燥涂层前降低涂层温度以将涂覆层的状态从自由流动液体变成凝胶状态(称作溶胶-凝胶转变)的过程导致液晶雾滴的极不均匀分布。在显微镜放大下，两极间存在含有重叠雾滴的涂层区域和根本没有雾滴的其它区域。雾滴的不均匀分布导致对比度的降低和切换电压的增加。

美国专利No.6271898和美国专利No.5835174还描述了适合柔性显示器应用的组合物，其在聚合物粘结剂中使用尺寸非常均一的液晶雾滴。然而，没有尝试控制涂覆层中雾滴的厚度和分布，导致不如最佳性能。