專利名稱：超快速響應(yīng)、多重穩(wěn)定、反射型膽甾液晶顯示器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及超快速響應(yīng)、同時具有視頻速度和灰度等級能力的多重穩(wěn)定膽甾液晶顯示。
高密度數(shù)據(jù)獲取和存儲的迅速發(fā)展，不斷地要求速度更快、信息量更多的顯示裝置。此外，技術(shù)的發(fā)展，尤其是視頻顯示技術(shù)的發(fā)展，繼續(xù)向減少依賴于較為笨重和高功耗的陰極射線管(CRT)器件的方向發(fā)展。取而代之的是，將重點放在構(gòu)造更小型、更輕量和總體結(jié)構(gòu)更緊湊的系統(tǒng)上，如平板顯示(FPD)工業(yè)正在開發(fā)的系統(tǒng)。當(dāng)然，F(xiàn)PD工業(yè)中最活躍的一個領(lǐng)域是利用液晶來提供所需的光調(diào)制和存儲。
盡管平板液晶顯示器已成功地廣泛使用，但是，這種顯示仍然存在主要的缺點。例如，大多數(shù)高信息量顯示器需要采用偏振器和其它光衰減元件，因此，產(chǎn)生較高的功耗背景光照要求。在許多應(yīng)用中，這是一個嚴(yán)重的缺點，如在便攜式筆記本型顯示的操作中。在采用矩陣薄膜晶體管(AMTFT)或超扭轉(zhuǎn)向列(STN)技術(shù)的兩種最廣泛使用的液晶FPD中，存在另外的一些缺點。例如，AMTFT器件采用晶體管作為每個象元以提供存儲器作用。此外，它們還需要昂貴的超高電阻的液晶材料，來減小RC損失，從而延長保持時間。AMTFT顯示器的生產(chǎn)既困難，成本又高，目前限于較小尺寸的顯示器。此外，由于不是零場圖象存儲系統(tǒng)，它們對圖象的刷新需要恒定的功率輸入，由于所采用液晶的光學(xué)電壓響應(yīng)曲線的非常陡直，STN顯示不具有固有的象元灰度等級能力。應(yīng)當(dāng)注意，STN響應(yīng)速度天生較慢，對于視頻應(yīng)用來說，其響應(yīng)速度太慢。最后，還要指出，AMTFT和STN的視角都受到嚴(yán)格的限制。
FPD技術(shù)的一項重大進(jìn)展將是發(fā)展一種不需要光調(diào)制元件(例如，偏振器、延遲器、分析儀、彩色濾波器等)因而不需要高功耗背景光照的顯示器。與此同時，應(yīng)當(dāng)明白，這種取消并不犧牲其它顯示特性。在這方面一種富有吸引力和潛能的候選材料是采用膽甾液晶替代目前使用的向列和超扭轉(zhuǎn)向列液晶混合物。人們早就知道，膽甾液晶顯示(LCD)能夠提供光調(diào)制，不依賴偏振器和背景光照的要求。這種光調(diào)制能力來自膽甾液晶或以反射結(jié)構(gòu)或以光散射結(jié)構(gòu)存在的能力。在反射狀態(tài)下，在每一個假想層中液晶分子排列在分子長軸大致相互平行的疇中。然而，分子的空間位置和非對稱特性導(dǎo)致分子的長軸相對相鄰的層逐漸發(fā)生少許位移。這些小量位移凈作用的總合是在每個疇中產(chǎn)生螺旋分子結(jié)構(gòu)。螺旋軸是疇的指向。當(dāng)疇的指向大致相互平行和垂直于元件表面時，垂直入射在LCD元件表面上的電磁輻射，除了產(chǎn)生反射的較窄的波長波段外，都能夠有效地透射。被反射輻射的波長是由關(guān)系式λ＝nP給出的，式中，n是平均折射率(n＝(ne+no)/2)[ne是非尋常折射率；no是尋常折射率]，P是液晶的節(jié)距(即螺旋結(jié)構(gòu)重復(fù)長度的兩倍)。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)所用液晶混合物的n和/或P值，可選擇反射波長的最大值。這稱之為“反射狀態(tài)”。如果所選的波長在電磁光譜可見光區(qū)以外(例如，紅外)，則將反射膽甾液晶晶體結(jié)構(gòu)描述為透射狀態(tài)。
與可見光反射或透射狀態(tài)不同，散射結(jié)構(gòu)代表疇螺旋軸的兩維隨機(jī)取向。這種隨機(jī)化提供了對入射電磁輻射的有效散射。如果液晶介質(zhì)的厚度足夠大，液晶的節(jié)距、雙折射、以及疇的尺寸是滿意的，那么，大多數(shù)的入射可見光被散射，顯示出奶白色。然而，如果相反，液晶介質(zhì)的厚度較薄(例如，不足5微米)，只有很少百分比的入射輻射產(chǎn)生背散射，而其余的則被透射。如果利用一塊能夠強(qiáng)烈吸收可見光的背襯板組裝液晶顯示器，當(dāng)液晶處在光散射結(jié)構(gòu)時，顯示將是黑暗的。將這一狀態(tài)稱之為“暗狀態(tài)”。
疇的中間取向是指疇的指向既不垂直表面也不平行表面，而是在二者之間的取向。在反射狀態(tài)與暗狀態(tài)之間存在無限個穩(wěn)定狀態(tài)。將這些狀態(tài)稱之為能夠顯示無限個“灰度等級”的中間狀態(tài)。
通過施加適當(dāng)?shù)碾妶雒}沖因而提供所需的光調(diào)制，能夠?qū)崿F(xiàn)從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。
盡管膽甾LCD在避免使用光調(diào)制部件方面具有潛在的優(yōu)勢，但是在涉及直接觀看模式的應(yīng)用中，還沒有得到商業(yè)開發(fā)。也許，缺乏商業(yè)開發(fā)的最重要的原因是，在直接觀看模式下利用透射和散射光的不同進(jìn)行工作時，顯示通常提供的對比度較差。這是因為漫射光散射結(jié)構(gòu)允許相當(dāng)部分的入射可見光在LCD中通常所用的單元間隙上透射。這導(dǎo)致對比度的下降。膽甾LCD的另一個缺點是，它們所需的驅(qū)動電壓比許多其它LCD的要高得多。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，利用具有多穩(wěn)定零場穩(wěn)定性的膽甾液晶顯示可實現(xiàn)本發(fā)明的一項特別重要的應(yīng)用，尤其是不依靠聚合物凝膠添加劑來實現(xiàn)這種零場穩(wěn)定性。在這種顯示中，膽甾的LC疇螺旋軸表現(xiàn)為從光反射到主要是光散射的狀態(tài)范圍內(nèi)的連續(xù)取向分布，在這些狀態(tài)中，在零場條件下，每個中間狀態(tài)是不定狀態(tài)。通過減小固體基底與液晶疇之間存在的相互作用(即邊界效應(yīng))，可建立這一零場多穩(wěn)定性。通常，這種固體表面-LC相互作用會在沒有外加電場的地方建立擇優(yōu)取向液晶疇結(jié)構(gòu)。例如，這種相互作用導(dǎo)致光散射疇結(jié)構(gòu)到反射疇結(jié)構(gòu)的緩慢零場馳豫。這種邊界引起的馳豫現(xiàn)象已經(jīng)否定了早先的發(fā)明人永久產(chǎn)生穩(wěn)定零場雙穩(wěn)定顯示器(例如，美國專利號3707331、3821780和3806230)的努力。然而，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過消除用于對LC混合物封裝的固體基底的任何對準(zhǔn)層或定向拋光，能夠?qū)崿F(xiàn)零場多穩(wěn)定膽甾顯示。消除方向性表面的相互作用，減少反射最大疇取向與其它各種疇取向之間的系統(tǒng)能量差。以這種方式，當(dāng)最大反射液晶結(jié)構(gòu)的能量基本上與最暗光散射列陣的能量相同時就實現(xiàn)了零場多穩(wěn)定性，這個能量相等的條件包括跨越最大反射極值和最暗光散射極值的所有中間疇結(jié)構(gòu)。利用非常短周期的高壓脈沖或者較長周期的低壓脈沖，能夠改變特定晶體結(jié)構(gòu)的零場疇結(jié)構(gòu)，因而提供連續(xù)的零場灰度等級能力?；蚴菑姆瓷浣Y(jié)構(gòu)沿所有路徑延伸到最暗光散射狀態(tài)，或相反，從最暗光散射狀態(tài)沿所有路徑延伸到最大反射結(jié)構(gòu)開始，能夠?qū)崿F(xiàn)疇取向的逐步變化。在零場條件下，光反射極值與光散射極值之間如此建立的每一個中間狀態(tài)是不確定的穩(wěn)定。
盡管本發(fā)明的焦點是放在有關(guān)多穩(wěn)定零場膽甾液晶顯示的應(yīng)用上，但是，熟悉LCD技術(shù)的人將知道這里所述的發(fā)明可以應(yīng)用到許多其它液晶顯示類型中。
附圖簡述

圖1示出有和沒有表面活化添加劑的膽甾液晶在相同的電壓脈沖下的光學(xué)響應(yīng)曲線的比較。上圖[A]示出電壓施加的時間(橫坐標(biāo))和幅度(縱坐標(biāo)，0至V)。下面的曲線表示利用同一時間刻度作為電壓脈沖的施加時間，未添加表面活化劑[曲線B-實線]和添加表面活化劑[曲線C-短劃線]的液晶的相對顯示反射比。[縱坐標(biāo)O到R]圖2是原始數(shù)據(jù)曲線，表示加有表面活化劑的膽甾液晶的精確響應(yīng)時間[曲線B]與施加電壓脈沖的關(guān)系[曲線A]?？v坐標(biāo)刻度與圖1相同。
圖3是原始數(shù)據(jù)曲線，表示加有表面活化劑的膽甾液晶的快速響應(yīng)時間與施加電壓脈沖的關(guān)系?？v坐標(biāo)和橫坐標(biāo)刻度與圖2的相同。
圖4是原始數(shù)據(jù)的延伸時間刻度測量結(jié)果，測量含有表面活化添加劑的膽甾液晶從低反射比到高反射比的轉(zhuǎn)變時間。時間刻度(橫坐標(biāo))已經(jīng)在圖2和3所示的時間刻度上作了延伸?？v坐標(biāo)刻度與圖1至圖3的相同。
發(fā)明概要概括地，在一個方面，本發(fā)明涉及一種液晶元件結(jié)構(gòu)，包括具有被第一導(dǎo)電層覆蓋的第一內(nèi)表面的第一固體基底；具有被第二導(dǎo)電層覆蓋的第二內(nèi)表面的第二固體基底；以及位于第一固體基底的第一內(nèi)表面與第二固體基底的第二內(nèi)表面間的大體上不確定的零場多穩(wěn)定膽甾液晶混合物，所述的液晶混合物包括表面活性劑，較佳地是非離子的表面活性劑；任選的水；大量液晶；以及至少一種形成多膽甾疇的扭轉(zhuǎn)劑；這里每一個多膽甾疇是一個可見光或近可見光的反射單元；通過施加電壓脈沖能夠改變每一個多膽甾疇的取向；每一個多膽甾疇的取向基本上與多膽甾疇之間的相互作用無關(guān)，也與多膽甾疇與第一和第二固體基底之間相互作用產(chǎn)生零場多穩(wěn)定性無關(guān)；從向列相到反射膽甾晶體結(jié)構(gòu)的馳豫時間約低于150毫秒。馳豫時間能夠達(dá)到低于約150毫秒，甚至在約10毫秒以下或更低。液晶混合物可以不含聚合物凝膠添加劑，如聚乙烯醇、聚丙烯酸脂預(yù)聚物、熱塑聚合物等。如果需要，第一、第二或二者導(dǎo)電層可以用一層或多層類似的或不同的非晶邊界層覆蓋，如聚酰亞胺和硅烷。
本發(fā)明提供的膽甾液晶顯示的第一個實施例顯示了超快速的轉(zhuǎn)換時間，且不犧牲關(guān)鍵的顯示特性，包括直接觀看模式。事實上，以本發(fā)明實現(xiàn)的響應(yīng)速度是足夠快的，首次允許在視頻幀速率下直接觀看膽甾顯示的操作。
根據(jù)λ＝nP方程式，利用在電磁光譜可見光區(qū)中具有最大反射比的較短的膽甾液晶節(jié)距，可實現(xiàn)本發(fā)明的高對比率。此外，采用小的單元間隙(即d＜5微米)，使膽甾液晶處于光散射晶體結(jié)構(gòu)時，只有較少百分比的入射光被散射。采用一個背襯板吸收所有的透射可見光輻射，這樣在散射模式工作時給顯示器提供一個黑色背底。本發(fā)明液晶單元的對比度代表反射狀態(tài)與光散射狀態(tài)之間的光學(xué)差。
本發(fā)明能夠抑制用反射模式獲得的固有高對比率，并同時實現(xiàn)超短的光學(xué)轉(zhuǎn)換時間。通過在膽甾液晶混合物中加新的添加劑，如非離子的表面活化劑，已經(jīng)實現(xiàn)這一進(jìn)展。這種添加劑不是聚合物凝膠添加劑。添加到本發(fā)明膽甾液晶混合物中的表面活性劑實際上允許疇結(jié)構(gòu)根據(jù)所施加的電壓脈沖更快速地松弛?？梢韵嘈胚@些添加劑的功能是使疇相互隔離同時降低疇之間和疇與邊界表面之間的摩擦力。此外，化學(xué)添加劑使自然自對準(zhǔn)的疇相互之間的經(jīng)歷減至最小，產(chǎn)生一個更均勻的疇尺寸的分布。表面活化劑的凈作用是允許結(jié)構(gòu)的連續(xù)，在這種結(jié)構(gòu)中，在零場條件下，每一個微觀尺度液晶疇的取向是穩(wěn)定的，但是，與此同時，對于諸如電壓脈沖所施加的擾動所作出的響應(yīng)是更加自由的。實際上，表面活化化學(xué)添加劑的功能在液晶疇之間和疇與邊界表面之間起一種潤滑劑的作用。
因此，在本發(fā)明中，通過把表面活化機(jī)添加的液晶混合物中，已經(jīng)提高了膽甾液晶疇響應(yīng)時間。正如這里采用的，“表面活化劑”意指“表面活性劑”，當(dāng)其被溶解在水中或水溶液中時能降低表面張力，或者兩種液體之間或者一種液體與一種固體之間的界面張力。正如本技術(shù)領(lǐng)域的人所熟知的，有三類表面活性劑即洗滌劑、浸潤劑和乳化劑。常用的洗滌劑為脂肪酸鈉皂。洗滌劑分為陰離子型、陽離子型和非離子型，包括兩性離子型。最廣泛為人們所熟知的基團(tuán)包括線性磺酸烷基酯，通常添加“增加洗滌劑清潔作用的物質(zhì)”和苯磺酸烷基酯。對于本發(fā)明，中性的、非離子的表面活化劑是較佳的。親水親脂平衡(HLB)值可以在2.9至19的范圍，較佳地約在11至12的范圍。表面活化劑可以在液晶混合物總重量的約0.1％至10％重量的范圍。較佳地是在約1％至3％的范圍。最佳地，所用表面活化劑的范圍約在液晶混合物總重量的1.5％重量至2.3％。根據(jù)液晶混合物的總重量，在達(dá)到約5％重量(大約在0-5％重量)的含量內(nèi)，可以任選地添加水，如去離子水。
在電壓脈沖下，添加的表面活化劑對膽甾液晶馳豫時間的影響是巨大的。響應(yīng)時間能夠降低到約150毫秒以下。在本發(fā)明的一些特定實施例中，響應(yīng)時間被降低到約150微秒以下，低的可達(dá)10微秒以下。
圖1示出一種加速的實施例，對比了有和沒有添加表面活化劑的膽甾液晶混合物的馳豫時間。在這個實施例中，在大致相應(yīng)于橫坐標(biāo)時間刻度上0.25秒的位置，施加一個電壓脈沖(+54V)。在下面的兩條曲線中示出了有(短劃線-見實施例2)和沒有(實線-見實施例1)添加表面活化劑的膽甾液晶混合物對這一電壓脈沖的響應(yīng)。在從0到R讀數(shù)的刻度上沿縱坐標(biāo)示出這種顯示的反射百分比，這里R代表最大反射比。開始，在零時間處，在兩種顯示中的液晶晶體結(jié)構(gòu)都是暗的光散射型，因此表現(xiàn)為反射比很小。根據(jù)施加的電壓脈沖(在0.25秒時)，兩種液晶混合物在施加脈沖期間即刻轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢?，但是在脈沖結(jié)束后立即松弛到反射膽甾晶體結(jié)構(gòu)。正如如1所示，從向列相到膽甾反射結(jié)構(gòu)，有表面活化劑的液晶混合物(FMLCD)比沒有表面活化劑的液晶混合物(MLCD)松馳要快得多。強(qiáng)調(diào)每一個系統(tǒng)嚴(yán)格采用相同的液晶混合物，包括相同量的扭轉(zhuǎn)劑，是尤其重要的。只有在快速響應(yīng)顯示也含有少量的添加表面活化劑的情況中，兩種顯示才有差別。圖1中還示出，接著施加第二個較低值(30V)電壓脈沖，兩種顯示又轉(zhuǎn)換到暗光散射狀態(tài)的情況。有或沒有添加表面活化劑，都是一個快速的松弛過程，如圖1所示。圖1示出在相同的觸發(fā)電壓下兩條不同的響應(yīng)曲線。點劃或短劃曲線(C)具有垂直的斜坡段(上升時間τT約為150毫秒)，這大約比實線曲線(C)的上升時間快1000倍。
圖1中的數(shù)據(jù)清楚地表明了有表面活化添加劑的液晶混合物的馳豫時間更快。然而，由于在所用的時間刻度上有表面活化劑的液晶混合物的相變化是瞬時的，從圖1中不容易得到這種加速的定量表示。對所用時間刻度進(jìn)行放大能夠估計膽甾液晶混合物從暗的光散射轉(zhuǎn)變到反射結(jié)構(gòu)馳豫時間的加速幅度。通過分析圖2、3和4中所示的原始數(shù)據(jù)，能夠獲得這一估計結(jié)果。這幾幅圖與圖1是相似的，在圖1中，上部的軌跡和下部的軌跡分別代表驅(qū)動電壓和液晶響應(yīng)曲線。然而，所用的時間刻度與圖1有很大的不同。圖2(見實施例1)示出沒有添加表面活化劑(MLCD)的LC混合物根據(jù)施加的電壓脈沖從低反射比躍遷到高反射比的馳豫時間或躍遷時間。上部的曲線(A)代表觸發(fā)電壓脈沖，一刻度為50V。下部的曲線(B)表示響應(yīng)曲線，一刻度為50mV(反射強(qiáng)度)。兩條曲線都相應(yīng)于0.1秒的時間刻度?？芍苯訌膱D中讀出，上升時間(τT)約為150毫秒。圖3(見實施例2)示出添加了表面活化劑的LC混合物(FMLCD)的響應(yīng)時間，放大的時間刻度與圖2-相同。在將表面活化劑添加到膽甾液晶中的情況中，在觸發(fā)電壓脈沖后，能夠?qū)崿F(xiàn)上升時間(τT)147微秒，延遲時間(τd)131微秒。即使是在放大的刻度上，有表面活化劑的LC混合物從低反射比躍遷到高反射比的響應(yīng)時間是在瞬時發(fā)生，估計約為10微秒或更低。因此，要采用放得更大的時間刻度來估計有表面活化劑的LC混合物的馳豫時間。在圖4中示出這一點(見實施例2)。正如這些曲線所示的，從這些曲線估計的馳豫時間約為0.147毫秒。事實上，當(dāng)所施加的電壓脈沖不是純的方波時這代表這種馳豫時間的名義上限。預(yù)計實際的馳豫時間不足10微秒。
因此，正如圖2至4所示出的數(shù)據(jù)，把表面活化劑添加到膽甾LC混合物，使主要光散射到反射相變化的馳豫時間從大約150毫秒改善(即降低)到不足0.150毫秒。這表示響應(yīng)時間下降千分之一倍。這種相躍遷是確定發(fā)展更快速響應(yīng)膽甾顯示的關(guān)鍵速率。從光反射到光散射晶體結(jié)構(gòu)的反躍遷，在快得多的時間刻度上進(jìn)行。利用在電磁光譜的可見光區(qū)中出現(xiàn)反射最大的超短的螺旋節(jié)距長度，已經(jīng)演示了散射到反射LC晶體結(jié)構(gòu)躍遷，這個事實是特別重要的。通過將最大反射晶體結(jié)構(gòu)中所反射可見光與暗狀態(tài)中背散射光進(jìn)行比較可獲得對比率，這允許在這種條件下進(jìn)行顯示操作。由于這些顯示器是利用小的單元間隙(即＜5微米)制成的，所以存在極少的散射光，在光散射晶體結(jié)構(gòu)中顯示器是暗黑色。結(jié)果，當(dāng)前的發(fā)明提供的膽甾顯示器既是超快速的又顯示出高的對比度。
本發(fā)明首次研制出具有視頻速率響應(yīng)能力的直接觀看膽甾顯示器。如下所述，這種顯示器甚至在視頻應(yīng)用中工作時也具有非常好的灰度等級和全部彩色的能力。特別引人注意的是將這項新技術(shù)應(yīng)用于引言中所述的這類零場多穩(wěn)定膽甾顯示器(MLCD)。在這種特定的情況中，在零場條件下，圖象保留是可能的。此外，由于這種膽甾顯示去除了對背景光照的需要，本發(fā)明的這一具體實施例除了低功耗外還表現(xiàn)出完全彩色、優(yōu)良的灰度等級的直接觀看的特點。
以下將概述有關(guān)直接觀看、視頻速率膽甾顯示研制中的多路傳輸。在這種情況中，這種多路傳輸是利用多穩(wěn)定零場膽甾液晶來說明的。然而，熟悉液晶顯示的人將看出，這一新技術(shù)可應(yīng)用于多種多樣的其它液晶混合物中。
因此，如上所述，能夠運用基于有關(guān)FMLCD這一具體說明的完全幀圖象。如圖4所示，響應(yīng)時間＜150微秒，這樣的視頻速率可以用作直接觀看顯示。視頻速率要求每秒至少30幀或者每幀33.3毫秒。當(dāng)然，這正好在含有表面活化添加劑的象元所演示的響應(yīng)時間中，事實上，如圖4所示，象元響應(yīng)時間幾乎比150微秒小很多。這里必須注意，沒有表面活化添加劑的MLCD顯示出150毫秒的響應(yīng)時間，這比33.3毫秒大得多，因此，不適合用于視頻應(yīng)用。
由于熟悉膽甾液晶科學(xué)的人將能看出，本發(fā)明具有視頻速率能力的全部彩色膽甾液晶顯示的生產(chǎn)能較好的兼容。通過調(diào)節(jié)螺旋節(jié)距使在電磁光譜可見光區(qū)中特定波長上的反射率達(dá)到最大，如方程式λ＝nP所表示的，能夠得到全部彩色的能力。例如，增加或減少一定量的扭轉(zhuǎn)劑，能夠調(diào)節(jié)膽甾液晶混合物的螺旋節(jié)距，或顯示紅色(R)、綠色(G)或顯示藍(lán)色(B)。當(dāng)在這一時刻已經(jīng)建立好時，全部彩色的顯示就是RGB象元的適當(dāng)組合。通過采用專門的技術(shù)使每個象元的RGB膽甾液晶隔離，可制備含有不同螺旋節(jié)距象元的顯示因而獲得所需的RGB組合。
以上從直接觀看顯示方面對本發(fā)明的應(yīng)用作了討論。由于基于該發(fā)明所述的超快速、零場多穩(wěn)定技術(shù)的固有優(yōu)點顯然能夠?qū)崿F(xiàn)異乎尋常低功耗、低重量的平板視頻顯示。然而，還應(yīng)當(dāng)注意，該發(fā)明也是與投影型顯示器的應(yīng)用較好地兼容。很明顯，本發(fā)明當(dāng)應(yīng)用于投影型顯示時，所提供的速度改善是與直接觀看顯示中所展示的改善是一樣的。
實施例1制備一種膽甾液晶混合物，由0.6043g液晶ZLI 540-100(快速響應(yīng)STN用的多瓶系，粘滯度(mm2s-1)在20℃下為18，在-20℃下為375，德國C.E.MerckIndustries Inc.)、0.0450g CE2(一種手性向列，p-CH3CH2CH(CH3)CH2-C6H4-C6H4-COO-C6H4CH2CH(CH3)CH2CH3，英國BDH Chemicals Ltd.)、0.0450gCB15(p-NC-C6H4-C6H4-CH2CH(CH3)C2H5，德國E.Merck Industries Inc.)、和0.0450g R1011(一種手性摻雜劑p-H11C5-C6H10-C6H5-COOCH(C6H5)CH2OCO-C6H5-C6H10-C5H11，德國C.E.Merck Industries Inc.)組成的。這一混合物被封在兩個涂覆ITO的玻璃基底之間，形成一個液晶元件。這一元件承受圖1所示的電壓脈沖。這一液晶混合物的響應(yīng)時間約為150毫秒，如圖1和圖2所示。在可見光波段的綠色區(qū)中，這一液晶混合物展現(xiàn)了最大反射率。這一混合物也顯示了多穩(wěn)定零場穩(wěn)定性。
實施例2制備與實施例1所述成分相同的膽甾液晶混合物。然而，對于這個混合物，添加了0.0151g表面活化劑PEG400單硬脂酸酯(HLB值為11.6，美國ChemService Inc.)和0.0151g18MΩ去離子化水。產(chǎn)生的混合物再組裝成一個形式與實施例1所用形式相同的液晶元件。這個元件承受電壓脈沖，如圖1所示。圖1和圖3和4示出含有添加表面活化劑的這一液晶混合物的響應(yīng)時間。這個混合物的響應(yīng)時間小于150微秒，如圖4所示。這代表相對于實施例1不含表面活化劑的混合物，響應(yīng)速率提高1000倍。盡管在這一混合物中存在表面活化劑，該混合物達(dá)到多穩(wěn)定零場穩(wěn)定性。
實施例3制備一種膽甾液晶混合物，由0.6551g液晶E31LV(熔點-9；純化點61.5；閾值與穩(wěn)定的依賴關(guān)系-9.4；響應(yīng)因子834；雙折射率An0.2269；粘滯性在0℃下185，英國BDH Chemicals，Ltd)、0.0482 gCE2、0.0132 gCB15，和0.0110g18MΩH2O組成。當(dāng)組裝成液晶元件并承受約50V電壓脈沖時，在大約不足220微秒的時間里從散射(暗)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到反射(亮的綠色)狀態(tài)。
實施例4一種膽甾液晶混合物，由2.1094g液晶5400-100、0.187gR1011、0.114gCE2、0.0479gCB15和0.0245gPEG4000單硬脂酸酯(HLB值為18.6，美國ChemService Inc.)組成。當(dāng)組裝成液晶元件并承受約50V電壓脈沖時，在大約不足150微秒的時間里從散射(暗)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到反射(亮的綠色)狀態(tài)。
實施例5一種膽甾液晶混合物，由2.1094g液晶5400-100、0.1952gR1011、0.1263g CE2、0.0517g CB15和0.0312g山梨聚糖(HLB值為15，美國Chem Service Inc.)組成。當(dāng)組裝成液晶元件并承受約50V電壓脈沖時，在大約不足150微秒的時間里從散射(暗)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到反射(亮的綠色)狀態(tài)。
實施例6一種膽甾液晶混合物，由0.6852g液晶E31LV、0.0387gR1011、0.0392gCE2、0.0362g CB15和0.0153g山梨聚糖(HLB值為10，美國Chem Service Inc.)組成。當(dāng)組裝成液晶元件并承受約50V電壓脈沖時，在大約不足150微秒的時間里從散射(暗)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到反射(亮的綠色)狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種液晶元件結(jié)構(gòu)，包括具有被第一導(dǎo)電層覆蓋的第一內(nèi)表面的第一固體基底；具有被第二導(dǎo)電層覆蓋的第二內(nèi)表面的第二固體基底；以及位于第一固體基底的第一內(nèi)表面與第二固體基底的第二內(nèi)表面之間空間中的基本不確定零場多穩(wěn)定膽甾液晶混合物，所述的液晶混合物包括表面活性劑；多種液晶；以及至少一種形成多膽甾疇的扭轉(zhuǎn)劑；其中，每一個多膽甾疇是一個可見光或近可見光的反射單元；通過施加電壓脈沖能夠改變每一個多膽甾疇的取向；每一個多膽甾疇的取向基本上與多膽甾疇之間的相互作用無關(guān)，也與多膽甾疇與第一和第二固體基底之間相互作用產(chǎn)生零場多穩(wěn)定性無關(guān)；液晶混合物的馳豫時間約低于150毫秒。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一導(dǎo)電層被第一非晶邊界層所覆蓋。
3.如權(quán)利要求2所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一非晶邊界層包括一種聚酰亞胺。
4.如權(quán)利要求2所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一非晶邊界層包括一種硅烷。
5.如權(quán)利要求2所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一非晶邊界層在平面方向上與液晶的關(guān)系是隨機(jī)的。
6.如權(quán)利要求1所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二導(dǎo)電層被第二非晶邊界層所覆蓋。
7.如權(quán)利要求6所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二非晶邊界層包括一種聚酰亞胺。
8.如權(quán)利要求6所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二非晶邊界層包括一種硅烷。
9.如權(quán)利要求6所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二非晶邊界層在平面方向上與液晶的關(guān)系是隨機(jī)的。
10.如權(quán)利要求1所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于液晶混合物基本上沒有聚合物添加劑。
11.如權(quán)利要求1所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于表面活性劑是非離子表面活性劑，根據(jù)液晶混合物的總重量，非離子表面活性劑的含量約在0.1％至10％重量的范圍。
12.如權(quán)利要求1所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于表面活性劑是非離子表面活性劑，根據(jù)液晶混合物的總重量，非離子表面活性劑的含量約在1％至3％重量的范圍。
13.如權(quán)利要求1所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的馳豫時間約低于150微秒。
14.如權(quán)利要求1所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于根據(jù)液晶混合物的總重量，進(jìn)一步包括最高達(dá)約5％重量的水。
15.一種液晶元件結(jié)構(gòu)，包括具有被第一導(dǎo)電層覆蓋的第一內(nèi)表面的第一固體基底；具有被第二導(dǎo)電層覆蓋的第二內(nèi)表面的第二固體基底；以及位于第一固體基底的第一內(nèi)表面與第二固體基底的第二內(nèi)表面之間空間中的基本不確定零場多穩(wěn)定膽甾液晶混合物，所述的液晶混合物基本上不含聚合物添加劑，包括一種非離子的表面活性劑；多種液晶；以及至少一種形成多膽甾疇的扭轉(zhuǎn)劑；其特征在于每一個多膽甾疇是一個可見光或近可見光的反射單元；通過施加電壓脈沖能夠改變每一個多膽甾疇的取向；每一個多膽甾疇的取向基本上與多膽甾疇之間的相互作用無關(guān)，也與多膽甾疇與第一和第二固體基底之間相互作用產(chǎn)生零場多穩(wěn)定性無關(guān)；液晶混合物的馳豫時間約低于150毫秒。
16.如權(quán)利要求15所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一導(dǎo)電層被第一非晶邊界層所覆蓋。
17.如權(quán)利要求16所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一非晶邊界層包括一種聚酰亞胺。
18.如權(quán)利要求16所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一非晶邊界層包括一種硅烷。
19.如權(quán)利要求16所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第一非晶邊界層在平面方向上與液晶的關(guān)系是隨機(jī)的。
20.如權(quán)利要求15所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二導(dǎo)電層被第二非晶邊界層所覆蓋。
21.如權(quán)利要求20所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二非晶邊界層包括一種聚酰亞胺。
22.如權(quán)利要求20所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二非晶邊界層包括一種硅烷。
23.如權(quán)利要求20所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于第二非晶邊界層在平面方向上與液晶的關(guān)系是隨機(jī)的。
24.如權(quán)利要求15所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于根據(jù)液晶混合物的總重量，非離子表面活性劑的含量約在0.1％至10％重量的范圍。
25.如權(quán)利要求15所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于根據(jù)液晶混合物的總重量，非離子表面活性劑的含量約在1％至3％重量的范圍。
26.如權(quán)利要求15所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的馳豫時間約低于150微秒。
27.如權(quán)利要求15所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于根據(jù)液晶混合物的總重量，進(jìn)一步包括最高達(dá)約5％重量的水。
28.一種液晶元件結(jié)構(gòu)，包括具有被第一導(dǎo)電層覆蓋的第一內(nèi)表面的第一固體基底；具有被第二導(dǎo)電層覆蓋的第二內(nèi)表面的第二固體基底；以及位于第一固體基底的第一內(nèi)表面與第二固體基底的第二內(nèi)表面之間空間中的基本不確定零場多穩(wěn)定膽甾液晶混合物，所述的液晶混合物基本上不含聚合物添加劑，包括一種非離子的表面活性劑，根據(jù)液晶混合物的總重量，表面活性添加劑約在0.1％至10％重量的范圍；多種液晶；以及至少一種形成多膽甾疇的扭轉(zhuǎn)劑；其特征在于每一個多膽甾疇是一個可見光或近可見光的反射單元；通過施加電壓脈沖能夠改變每一個多膽甾疇的取向；每一個多膽甾疇的取向基本上與多膽甾疇之間的相互作用無關(guān)，也與多膽甾疇與第一和第二固體基底之間相互作用產(chǎn)生零場多穩(wěn)定性無關(guān)；液晶混合物的馳豫時間約低于150微秒。
29.如權(quán)利要求28所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于根據(jù)液晶混合物的總重量，非離子表面活性劑的含量約在1％至3％重量的范圍。
30.如權(quán)利要求28所述的液晶元件結(jié)構(gòu)，其特征在于根據(jù)液晶混合物的總重量，進(jìn)一步包括最高達(dá)約5％重量的水。
31.一種在光調(diào)制器件中形成顯示器的方法，包括提供一種膽甾液晶元件結(jié)構(gòu)，含有基本不含聚合物添加劑的液晶混合物，含有表面活性劑，馳豫時間低于約150毫秒，能夠展現(xiàn)基本不確定零場多穩(wěn)定特性；以及在液晶材料上施加驅(qū)動電壓以一定的速度改變液晶材料的疇取向，其特征在于驅(qū)動電壓是電壓脈沖寬度的函數(shù)。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在疇的取向從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變到一個不同的狀態(tài)的地方，去除加以液晶材料上的驅(qū)動電壓。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于驅(qū)動電壓是一個單電壓脈沖。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于所述的單電壓脈沖能夠?qū)崿F(xiàn)無限的灰度等級能力。
35.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于驅(qū)動電壓是逐次的脈沖。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于逐次的脈沖具有無限的灰度等級能力。
37.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于驅(qū)動電壓是由矩陣驅(qū)動方法的手段施加的，這里VN＝(VR-Vs)/2；VN是最小串話電壓，VR是實現(xiàn)最大零場穩(wěn)反射態(tài)所需的電壓脈沖，Vs是建立平面與焦點-圓錐極點之間疇結(jié)構(gòu)所用的驅(qū)動電壓。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于VN小于VT，這里，VT是閾值電壓。
39.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于改變液晶材料的疇取向的速度與驅(qū)動電壓和電壓脈沖寬度都有關(guān)。
40.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于馳豫時間小于約150微秒。
全文摘要
含表面活化劑的多穩(wěn)定膽甾液晶顯示,展現(xiàn)超快速的響應(yīng)時間與視頻速率和灰度等級能力。
文檔編號G02F1/13GK1184534SQ96193977
公開日1998年6月10日 申請日期1996年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者吳保鋼, 周鴻喜, 馬耀東 申請人:先進(jìn)顯示體系股份有限公司