[发明专利]液晶的光调制装置及材料

说明书

本发明总地涉及液态晶体的光调制装置，特别是涉及新的相离的聚合液晶显示单元及材料，该单元和材料在不同的电场状况下显示不同的光学状态，其特点为具有一独特的特性组合，包括光的双稳定性，以及在有电场或无电场模式中的所有观视角度均有的清楚之光传输。

应用于各种电光学装置中的可电转换的液晶聚合物薄膜，已通过机械截留工艺制成。一种此类技术包括将液晶吸入塑料或玻璃片的微孔内。另一种技术包括让水从含水的向列液晶乳液中蒸发出来，所述向列液晶乳液是含在诸如聚乙烯醇这样的水溶性聚合物的溶液或橡胶乳浆中的。

一种不同的工艺比机械截留技术和乳化工艺更具显著优点，该工艺包括用一种适当的合成树脂使向列液晶从一均质溶液中分相，以形成一种分散有聚合物相的液晶相。结果得到的材料被称为聚合物分散的液晶(PDLC)膜。PDLC膜的一些优点曾在美国专利第4,671,618、4,673,255、4,685,771和4,788,900号中讨论，其公开内容作为参考纳入本案。PDLC膜可适用于从大面积显示和用于窗口的可转换涂层到投影显示器和高清晰度电视的多种用途。

此相离(或称分相)法可通过添加熟化剂、照射紫外光或冷却引发聚合而实现。另一种方法是使溶剂从聚合物溶液和此溶剂中的液晶组成的基质成份中蒸发。

制备PDLC膜的各种方法均附有使液晶相的有效折射率和聚合物的折射率相匹配和不匹配的技术，以获得所需的观视角度，在该观视角度，包括有该膜的显示器、窗口等是可视的或透明的。在利用具有正性介电各向异性的液晶制备PDLC膜的情况下，液晶的正常折射率通常是与聚合物的折射率匹配的，因此在有电场状态时，显示器或窗口表现为可视见或透明，因为液晶的折射光轴被调整为与电场平行，而与观视表面垂直。在无电场状态下，液晶和聚合物的光轴不对准而是任意取向，因此入射光是散射的，显示器或窗口呈现为不透明。

在上面所述的窗口或显示器中，液晶的正常折射率与聚合物的折射率相匹配，当沿通常垂直于观视表面的电场方向观视时，此装置是最透明的(有电场状态)。在增大倾斜的观视角度时，透明度降低，矇眬程度增加，直至在一个足够倾斜的角度检测到基本上不透明的表观为止。这种矇眬状况是由如下事实造成的，即观视角度离正交方向越远，液晶的有效折射率与聚合基质的折射率之间的失配越严重。

PDLC膜的进一步发展公开于美国专利申请第07/324,051号中，该申请现已于1991年2月19日颁布为美国专利第4,994,204号，其中包括使用了一种双折射聚合物，例如，一种液晶聚合物。采用双折射聚合物制备的PDLC膜具有对所有方向的入射光均显示出无矇眬感的透明性之特点。这是通过使聚合物的正常和异常折射系数与液晶的正常和异常折射系数相匹配而实现的。

采用双折射聚合物制备的PDLC膜可在正常模式下工作，故在有电场状态下它们是透明的，而在无电场状态下是光散射的。此外，此膜可在反向或“故障—安全”模式中工作，这样在无电场状态下该材料是透明的，而在有电场状态下是光散射的。

本发明为一种新的可电转换的PDLC材料，该材料显示出一独特的特性组合，这是其较之前述技术的主要优点。例如，该材料可在正常模式或反向模式中工作，在正常模式中在无电场状况下它是光散射的，在有电场状态下是透明的；在反向模式中在无电场状况下是透明的，而在有电场状况下是光散射的。在两种情况下，此材料在处于透明状态时对于所有观视角度均是无矇眬感的。

本发明的另一重要特点是，此新型PDLC材料可制成使其展现两种不同的光学状态，在无外加场时这两种状态都是稳定的。当其应用于显示装置时，此材料可由电场驱动从一种状态转换成另一种状态。低压电场脉冲会导致外视为白色的光散射状态。高压电场脉冲的施加，即电场高至足以使液晶导向体以类回归线方式(homeotropically)校准，则可促使该材料成为任一所需颜色的光反射状态。在零电场时，光散射和光反射状态均保持稳定。如维持高电场，此材料是透明的，直至电场消除为止。当此电场迅速关断时，此材料重组为光反射状态，当此电场缓慢消失时，此材料重组为光散射状态。施加机械应力于此材料，也可用来驱使此材料从光散射状态变至光反射状态。

此双稳态材料的主要优点是，它不需要有源矩阵来制造高清晰度平板屏幕。此屏幕在制备时，每一像素区不需要有源元件，也不需要用于定址显示的多工设计，这就使生产大为简化，使产量增加并降低了成本。