專利名稱：高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新結構的聚合物分散液晶光閥顯示裝置。原有的聚合物分散液晶能在電場作用下使光線透過或散射，本發(fā)明又增加了定向反射功能，屬于電子信息顯示用液晶光閥薄膜，具體說是一種高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置。
聚合物與液晶微滴分散體形成的裝置已有三十多年的歷史，早期由邱季爾(Churchill)等人將聚乙烯醇水溶性聚合物與膽甾相液晶混合用于熱致色變顯示或場致色變顯示。由于膽甾相液晶的局限，當時只能用電子束驅(qū)動，且顯示方式僅為顏色的變化，無法對光線進行滿意的導通與關斷。八十年代由弗格森(Fergason)發(fā)明了用聚乙烯醇水溶液與正型向列相液晶制作液晶微球分散體系，經(jīng)涂布、烘干、復合等工序制作出以散射或吸收為機制的光閥顯示器，后來美國肯特州立大學(kent State University，Ohio USA)發(fā)明了將聚合物單體或予聚物與正型向列相液晶先混合成溶解均一相，經(jīng)涂布復合后再經(jīng)加熱、紫外線照射或電子束輻射等方法使液晶在聚合物聚合—分子量增大過程中逐步分離成為微滴分散體系，并取名為聚合物分散液晶(Polymer DisperSed Liquid Crystal-PDLC)光閥顯示器。其微散機制滿足以下條件1)液晶對尋常光析射率no等于聚合物的光射射率npno＝np2)液晶對尋常光析射率ne遠大于聚合物的光析射率nrne＞＞np因為聚合物分散液晶光閥顯示器對可見光的散射強度正比于光析射率差量Δn的平方Δn2＝(ne-np)2＝(ne-np)2。光析射率差量Δn表征了液晶分子的光學各向異性，由于受到化學結構的限制，Δn值最大不超過0.28。(紙張的Δn為0.5～1.0)因而其缺點是對貼近的物體缺乏屏蔽能力或遮蓋強度，散射效果不如紙張。同時由于缺乏前反射功能，大大限制了這種光閥的應用范圍。即使可以使用二間色染料來增加其對比度，但因它采用的是吸收機制，也無法用于白色顯示場合。
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術中的缺點，提出一種高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，使它在原有的聚合物分散液晶(PDLC)能在電場作用下對光線透過或散射的功能基礎上增加定向反射功能和增強散射功能。
本發(fā)明目的由以下技術方案實現(xiàn)該高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，具有聚合物作為連續(xù)相、液晶作為分散相的基本結構，并被夾敷于兩層透明導電薄膜之間，其特征在于液晶是由正型向列相液晶與膽甾相液晶混合，以微滴形態(tài)被包絡在聚合物中形成兩相系統(tǒng)，在滴晶微滴中，液晶分子形成具有本征螺距和手征性的螺旋排列，在聚合物與液晶的混合相體系層中可以不只有一種混合液晶的微滴，而是有兩種液晶分子螺旋排列的螺距不同的微球分散體。然后再將它們均勻混合分散進入混合相體系層。
本發(fā)明中的透明導電薄膜，其基片可以是聚酯薄膜，在其內(nèi)表面上有透明的ITO-氧化銦錫鍍層。由于本發(fā)明使用了正型向列相液晶與手征性膽甾相液晶的混合物，在其微滴中，液晶分子形成具有本征螺距和手征性的螺旋排列，而不同于原有技術僅有一種向列相液晶并且在其微滴中依靠分子力平衡而形成液晶分子雜亂無序的狀態(tài)，在其混合相體系層中，可以不只有一種混合液晶的微滴，而是有兩種液晶分子螺旋排列的螺距不同的微球分散體，然后再將它們均勻混合分散進入混合相體系層。本發(fā)明在原有技術對光線只能透過或散射的基礎上增加了定向反射功能。本發(fā)明中的正型向列相液晶是指所有正型向列相液晶中的一種，可以是烷基(烷氧基)聯(lián)苯腈液晶系列，化學結構式為
CN R1(c＝2-7)直鏈烷烴；或者是烷基(烷氧基)三聯(lián)苯腈液晶系列，化學結構式為
R2(c＝1～5)直鏈烷烴，或者是烷基(烷氧基)咪啶苯腈液晶系列，化學結構式為
(c＝3～7)直鏈烷烴，或者是烷基(烷氧基)環(huán)戊基苯腈液晶系列，化學結構式為
(c＝3～5)直鏈烷烴。本發(fā)明中的手征性液晶是指所有手征性液晶或膽甾相液晶中的一種，可以是CB-15，其結構式為CH3
和氯化物。
本發(fā)明中的聚合物是指所有熱固性樹脂單體及予聚物，或是熱熔性樹脂單體及予聚物，或是紫外線及電子束可固型單體及予聚物，或是水溶性樹脂，通常有環(huán)氧樹脂，聚丙烯酸樹脂，聚氨酯樹脂，聚乙烯醇樹脂，聚乙烯醇縮醛類樹脂，在適用的聚合物材料種類上大大增加了品種。
正型向列相液晶和手征性膽甾相液晶微滴直徑在2～10微米之間，平均為4微米。而普通裝置液晶微滴直徑在0.5～2微米之間，平均為1微米，以得到對可見光的最大程度的散射。本發(fā)明的液滴直徑既滿足布拉格(Bring)反射條件，又使開啟電壓比較低。一般說來，液晶微滴直徑越大，布拉格反射越強，液晶微滴內(nèi)疇之間的散射作用也越強；微滴直徑越小，布拉格反射熱弱，而液晶球與聚合物界面的散射作用越大。一般根據(jù)使用的具體要求，適當決定微球的大小。
液晶微滴的形狀，應盡量使其扁平為好，其橢圓度，盡量小，橢圓率范圍以0.3～0.6為最好。因為橢圓率較大的接近圓形的微滴不利于產(chǎn)生布拉格反射，而橢圓率較小時，便于產(chǎn)生高反射率布拉格效應。從工藝上很容易實現(xiàn)本發(fā)明所需的橢圓率，例如可以控制聚合物的體積收縮率，控制溶劑的揮發(fā)速度，控制復合壓力等。
所使用的幾種聚合物原料是按照相同或在10％范圍內(nèi)接近相同的質(zhì)量比例復配的；所使用的幾種液晶原料是按照以下質(zhì)量比例復配的針對每一種顏色光波長的正型向列相液晶對膽甾相液晶的比例為10∶10到15∶5之間，所使用的兩種固化劑Capcure3-800和Capcure 40的質(zhì)量之比為97∶3到99∶1。其混合物在與液晶混合物再混合時的質(zhì)量之比為(1～1.4)∶10。所使用的聚合度為1750的聚乙烯醇水溶液的百分比濃度為6％-10％，它的質(zhì)量與液晶混合物質(zhì)量之比為10∶3到10∶5。
這種液晶光閥顯示裝置的制做工藝比原有的普通聚合物分散液晶光閥的制做工藝更復雜更精細，同時還有技術上的突破。原有普通工藝是將聚合物單體或予聚物與液晶混合成溶解均一相，經(jīng)涂布而復合后再用物理方法使液晶在聚合物聚合過程中逐步分離成微滴分散體系。而本發(fā)明在此基礎上有了新的技術突破一是在聚合物予固化的過程中液晶微滴實現(xiàn)相分離，并在微滴內(nèi)部形成液晶分子集合體“疇”；二是不依靠聚合物聚合過程，而是對液晶與聚合物水溶液的混合物用高速攪拌的物理方法得到液晶微球分散液；三是不采用常規(guī)的復合涂布工藝，而是將不同類型的分散液按照底涂與頂涂的先后順序，涂布后再復合。
本發(fā)明的優(yōu)點是在以原有的聚合物分散液晶(PDLC)能在電場作用下對光線透過或散射的功能基礎上增加了定向反射功能。該發(fā)明可用于電控透光幕，可有效反射紅外線，也可作為電子銀幕，用于顯示器可提高導通態(tài)和關斷態(tài)的對比度，特別是提高了黑暗背景下的光學反差，可進行多路驅(qū)動，提高驅(qū)動速度，從而大大完善了聚合物分散液晶技術的實用性，當將它同多穩(wěn)態(tài)液晶顯示技術(MLCD)相結合時，就有可能實現(xiàn)當代最先進的研制目標一集信息存貯與顯示于一體的柔性可讀的電子報紙或電子圖書。


圖1是一種高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置結構圖，其具有螺旋排列分子的液晶微滴對入射光線呈現(xiàn)選擇反射作用。
圖2也是一種高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置結構圖，其具有二元補色混合結構反射白光作用。
圖3、圖4表示不同橢圓度的液晶微滴，圖3中，橢圓度ε＝1，圖4是橢圓度ε＝0.5。
圖5表面普通PDLC裝置的透光率與外加電壓關系。
圖6表示是本發(fā)明的透光率與外加電壓關系。
本發(fā)明所提出的該兩種高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，具有聚合物(3)作為連續(xù)相，液晶微滴(4)作為分散相，并被夾敷于兩層透明導電薄膜(1)、(2)之間。該液晶微滴是由正型向列相液晶與膽甾相液晶混合，以液滴形態(tài)被包絡在聚合物(3)中，形成兩相系統(tǒng)，圖1是具有螺旋排列分子的液晶微滴，兩種液晶分子呈螺旋排列的螺距不同的微球分散體狀態(tài)。
圖1中，左半部是加電場狀態(tài)，右半部是未加電場狀態(tài)，在未加電場時，液晶微滴的膽甾相液晶和正型向列相液晶的混合物按照其本征的螺距和手性對入射光線A有選擇反射作用一是手性選擇，液晶將與自身螺旋方向相同的入射光A分量反射回去，有反射光B，二是波長選擇，液晶僅將滿足下列關系的入射光產(chǎn)生布拉格(Bragg)反射Δλ＝Δn.ρΔλ展示反射光波長范圍，Δn為液晶的光學各向異性，ρ為液晶分子排列的螺距。反射的中心波長為λ＝n·ρn表示平均光折射率。
可根據(jù)不同的應用場合，λ可選擇為紅外區(qū)、可見光區(qū)等。
在無外加電場作用時，另一個光學效應是散射作用，它又可分為兩種一種是液晶微滴與聚合物包絡物的界面散射，此作用此普通PDLC裝置的情況相同，其散射強度為Sc1∝(ne+no/2-np)2另一種則是液晶微滴內(nèi)部的手征性液晶分子集合體“疇”之間的散射。散射光為C，“疇”是具有相同的光軸的手征性液晶分子的群聚體，其最大散射強度為 Sc1∝(ne-no)2這種散射普遍存在于外界擾動后的手征性液晶體系中。由式(5)、(6)產(chǎn)生的兩種散射機制與式(3)提供的布拉格反射機制綜合即構成了無電場作用下的“關斷”效應。與常規(guī)的PDLC單一的散射機制對比，對光線的關斷作用明顯加強。
在有外加電場作用下，液晶微滴內(nèi)部的手征性螺旋結構被拉直，退旋為向列相，并且所有分子隨外場方向取向，這一狀態(tài)與普通的PDLC效果相同，no-nr，裝置呈透明態(tài)。
圖2表示反射白色的結構，按照反射波長的要求，分別制備針對波長λ1、λ2的兩種液晶微球分散體(4)，然后將其混合均勻?；旌媳壤蠂HCIE標準色圖的等能點或D65色溫點，λ1、λ2也應滿足互為補色的要求。例如λ1為紅色波長，λ2為青蘭色波長。當上述液晶微滴的分散液均勻涂布于ITO氧化銦錫導電膜并干燥后，加蓋復合另一層導電薄膜，即得到了本發(fā)明的裝置。其中(5)為聚合物頂涂層，(6)為聚合物底涂層，該裝置存在如下顯示狀態(tài)1、不加電場，即E＝O區(qū)域，裝置是白色，2、加高電場，即E)Ech區(qū)域，裝置呈透明態(tài)。
在圖1、圖2中，A表示入射光，B表示反射光，C表示散射光，D表示出射光。
實施例1將環(huán)氧樹脂Epon828、ELR4221、ELR4299以各1/3的比例復配均勻后，稱取10克放在攪拌器中，此為一種聚合物；取液晶R0-TN-4040.7克，液晶CB-15-0.3克，將其混合后的混合物也加入攪拌器中，與聚合物環(huán)氧樹脂一同攪拌，待拌至清亮點后，再加入固化劑Capcure-3880與Capcure40的98∶2的混合物1克，再加入0.005克的20微米的間隔料，攪拌均勻后推入復合涂布機，被夾敷于兩片面電阻率

的氧化銦錫(ITO)透明導電薄膜中，然后放入45℃的加熱爐中予固化4小時，待液晶以平均直徑4微米微滴相分離完成后，再放入75℃加熱爐進行后固化8小時，便得到高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置。能夠反射可見光。
實施例2。
取7％濃度的聚乙烯醇(聚合度為1750)的水溶液9克及被調(diào)制為紅色的液晶R0-TN-404和液晶CB15的混合物4.5克一同放入高速攪拌器內(nèi)攪拌，得到平均直徑8微米的液晶微球分散液，作為底涂溶液，又取7％濃度的聚乙烯醇的水溶液9克，及被調(diào)制成蘭綠色的液晶R0-TN-404與液晶R1011、CB15的混合物4.5克，一同放入高速攪拌器內(nèi)攪拌得到平均直徑8微米的液晶微球分散液，作為頂涂溶液。
將底涂溶液干基厚度10微米的涂布量，用精密微型凹輥涂布機涂布于面電阻率

的聚酯薄膜上，待底涂層烘干后，再頂涂干基厚度為10微米的頂涂溶液，經(jīng)烘干后，復合另一層導電聚酯薄膜。即得到高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置。
當無電場作用下，該高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置為白色的反射體薄膜，在外電場驅(qū)動下，為透明體薄膜。
權利要求
1.一種高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，具有聚合物作為連續(xù)相，液晶作為分散相的基本結構，并被夾敷于兩層透明導電薄膜之間，其特征在于液晶是由正型向列相液晶與手征性膽甾相液晶混合，以微滴形態(tài)被包絡在聚合物中形成兩相系統(tǒng)，在聚合物與液晶的混合相體系層中，安排一種或兩種液晶微球分散體，微滴中液晶分子形成具有本征螺距和手征性的螺旋排列，兩種液晶微球分散體的螺距不同。
2.按照權利要求1所述的高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，其特征在于正型向列相液晶是指所有正型向列相液晶中的一種；是烷基(烷氧基)聯(lián)苯腈液晶系列，或是烷基(烷氧基)三聯(lián)苯腈液晶系列，或是烷基(烷氧基)咪啶苯腈液晶系列，或是烷基(烷氧基)環(huán)戊基本腈液晶系列。
3.按照權利要求1所述的高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，其特征在于手征性膽甾相液晶是指所有手征性膽甾相液晶中的一種，是CB-15，或是R-1011，或是各種膽固醇酯類和氯化物。
4.按照權利要求1所述的高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，其特征在于聚合物是指所有熱固性樹脂單體及予聚物，或是熱熔性樹脂單體及予聚物，或是紫外線及電子束可固型單體及予聚物，或是水溶性樹脂包括有環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚氨脂樹脂、聚乙烯醇樹脂、聚乙烯醇縮醛類樹脂。
5.按照權利要求1所述的高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，其特征在于所使用的幾種聚合物原料是按照相同或在10％范圍內(nèi)接近相同的質(zhì)量比例復配的；所使用的幾種液晶原料是按照以下質(zhì)量比例復配的針對每一種顏色光波長的正型向列相液晶對膽甾相液晶的比例為10∶10到15∶5之間，所使用的兩種固化劑Capcure 3-800和Capcure 40的質(zhì)量之比為97∶3到99∶1。其混合物在與液晶混合物再混合時的質(zhì)量之比為(1～1.4)∶10。所使用的聚合度為1750的聚乙烯醇水溶液的百分比濃度為6％-10％，它的質(zhì)量與液晶混合物質(zhì)量之比為10∶3到10∶5。
6.按照權利要求1所述的高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，其特征在于正型向列相液晶和手性液晶微滴直徑在2～10微米之間，平均為4微米，即滿足布拉格反射條件，又使開啟電壓比較低。
7.按照權利要求1所述的高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置，其特征在于液晶微滴以扁平形狀為最好，其橢圓率范圍是0.3～0.6。
全文摘要
高反射率聚合物分散液晶光閥顯示裝置,屬于電子信息顯示用液晶光閥薄膜。具有聚合物作為連繞相,液晶作為分散相等的基本結構,并被夾敷于兩層透明導電薄膜之間。液晶是由正型向列相液晶與手征性膽甾相液晶混合,以微滴形態(tài)被包絡在聚合物中形成兩相系統(tǒng)。優(yōu)點是該發(fā)明在原有的聚合物分散液晶能在電場作用下對光線透過或散射的功能基礎上增加了定向反射功能。可用于電控透光幕和將信息貯存顯示集合于一體。
文檔編號G02F1/13GK1181568SQ9611605
公開日1998年5月13日 申請日期1996年11月4日 優(yōu)先權日1996年11月4日
發(fā)明者馬耀東, 周志謙 申請人:周志謙