專利名稱：液晶的光調(diào)制裝置及材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及液態(tài)晶體的光調(diào)制裝置，特別是涉及新的相離的聚合液晶顯示單元及材料，該單元和材料在不同的電場狀況下顯示不同的光學狀態(tài)，其特點為具有一獨特的特性組合，包括光的雙穩(wěn)定性，以及在有電場或無電場模式中的所有觀視角度均有的清楚之光傳輸。
應(yīng)用于各種電光學裝置中的可電轉(zhuǎn)換的液晶聚合物薄膜，已通過機械截留工藝制成。一種此類技術(shù)包括將液晶吸入塑料或玻璃片的微孔內(nèi)。另一種技術(shù)包括讓水從含水的向列液晶乳液中蒸發(fā)出來，所述向列液晶乳液是含在諸如聚乙烯醇這樣的水溶性聚合物的溶液或橡膠乳漿中的。
一種不同的工藝比機械截留技術(shù)和乳化工藝更具顯著優(yōu)點，該工藝包括用一種適當?shù)暮铣蓸渲瓜蛄幸壕囊痪|(zhì)溶液中分相，以形成一種分散有聚合物相的液晶相。結(jié)果得到的材料被稱為聚合物分散的液晶(PDLC)膜。PDLC膜的一些優(yōu)點曾在美國專利第4，671，618、4，673，255、4，685，771和4，788，900號中討論，其公開內(nèi)容作為參考納入本案。PDLC膜可適用于從大面積顯示和用于窗口的可轉(zhuǎn)換涂層到投影顯示器和高清晰度電視的多種用途。
此相離(或稱分相)法可通過添加熟化劑、照射紫外光或冷卻引發(fā)聚合而實現(xiàn)。另一種方法是使溶劑從聚合物溶液和此溶劑中的液晶組成的基質(zhì)成份中蒸發(fā)。
制備PDLC膜的各種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術(shù)，以獲得所需的觀視角度，在該觀視角度，包括有該膜的顯示器、窗口等是可視的或透明的。在利用具有正性介電各向異性的液晶制備PDLC膜的情況下，液晶的正常折射率通常是與聚合物的折射率匹配的，因此在有電場狀態(tài)時，顯示器或窗口表現(xiàn)為可視見或透明，因為液晶的折射光軸被調(diào)整為與電場平行，而與觀視表面垂直。在無電場狀態(tài)下，液晶和聚合物的光軸不對準而是任意取向，因此入射光是散射的，顯示器或窗口呈現(xiàn)為不透明。
在上面所述的窗口或顯示器中，液晶的正常折射率與聚合物的折射率相匹配，當沿通常垂直于觀視表面的電場方向觀視時，此裝置是最透明的(有電場狀態(tài))。在增大傾斜的觀視角度時，透明度降低，矇眬程度增加，直至在一個足夠傾斜的角度檢測到基本上不透明的表觀為止。這種矇眬狀況是由如下事實造成的，即觀視角度離正交方向越遠，液晶的有效折射率與聚合基質(zhì)的折射率之間的失配越嚴重。
PDLC膜的進一步發(fā)展公開于美國專利申請第07/324，051號中，該申請現(xiàn)已于1991年2月19日頒布為美國專利第4，994，204號，其中包括使用了一種雙折射聚合物，例如，一種液晶聚合物。采用雙折射聚合物制備的PDLC膜具有對所有方向的入射光均顯示出無矇眬感的透明性之特點。這是通過使聚合物的正常和異常折射系數(shù)與液晶的正常和異常折射系數(shù)相匹配而實現(xiàn)的。
采用雙折射聚合物制備的PDLC膜可在正常模式下工作，故在有電場狀態(tài)下它們是透明的，而在無電場狀態(tài)下是光散射的。此外，此膜可在反向或“故障-安全”模式中工作，這樣在無電場狀態(tài)下該材料是透明的，而在有電場狀態(tài)下是光散射的。
本發(fā)明為一種新的可電轉(zhuǎn)換的PDLC材料，該材料顯示出一獨特的特性組合，這是其較之前述技術(shù)的主要優(yōu)點。例如，該材料可在正常模式或反向模式中工作，在正常模式中在無電場狀況下它是光散射的，在有電場狀態(tài)下是透明的;在反向模式中在無電場狀況下是透明的，而在有電場狀況下是光散射的。在兩種情況下，此材料在處于透明狀態(tài)時對于所有觀視角度均是無矇眬感的。
本發(fā)明的另一重要特點是，此新型PDLC材料可制成使其展現(xiàn)兩種不同的光學狀態(tài)，在無外加場時這兩種狀態(tài)都是穩(wěn)定的。當其應(yīng)用于顯示裝置時，此材料可由電場驅(qū)動從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種狀態(tài)。低壓電場脈沖會導(dǎo)致外視為白色的光散射狀態(tài)。高壓電場脈沖的施加，即電場高至足以使液晶導(dǎo)向體以類回歸線方式(homeotropically)校準，則可促使該材料成為任一所需顏色的光反射狀態(tài)。在零電場時，光散射和光反射狀態(tài)均保持穩(wěn)定。如維持高電場，此材料是透明的，直至電場消除為止。當此電場迅速關(guān)斷時，此材料重組為光反射狀態(tài)，當此電場緩慢消失時，此材料重組為光散射狀態(tài)。施加機械應(yīng)力于此材料，也可用來驅(qū)使此材料從光散射狀態(tài)變至光反射狀態(tài)。
此雙穩(wěn)態(tài)材料的主要優(yōu)點是，它不需要有源矩陣來制造高清晰度平板屏幕。此屏幕在制備時，每一像素區(qū)不需要有源元件，也不需要用于定址顯示的多工設(shè)計，這就使生產(chǎn)大為簡化，使產(chǎn)量增加并降低了成本。
多工化的平板液晶顯示器并不是新的，且已主要利用超扭曲向列材料得以開發(fā)用作諸如膝上型電腦屏幕，在此用途中其速度、對比度或色彩并非重要問題。鐵電液晶顯示表面穩(wěn)定的雙穩(wěn)定狀態(tài)，它也可以是多工化的。這些顯示器并未證實在商業(yè)上是可行的，因為其表面在長時間或惡劣工作狀況下是不穩(wěn)定的。本發(fā)明的新材料具有若干優(yōu)點，光散射和光反射狀態(tài)均是相當穩(wěn)定的，且不需要精密的表面條件。由本發(fā)明的材料制成的顯示裝置并不需要限制顯示器亮度的極化器。另外，此材料本身即可傳導(dǎo)彩色，而不需要同時會降低亮度的濾色器。
本發(fā)明的PDLC光調(diào)制材料被納入具有壁體結(jié)構(gòu)和任何適當?shù)亩ㄖ费b置的單元中，所述壁體結(jié)構(gòu)經(jīng)處理用于使液晶分子校準，所述定址裝置用于建立通過此材料的電場。定址裝置可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型，如有源矩陣、多工電路、電極等。此新型液晶光調(diào)制材料包括分散于具有正性介電各向異性的手征性(chiral)向列液晶中的聚合物網(wǎng)絡(luò)的相離的聚合區(qū)域。聚合物的含量以重量計應(yīng)小于手征性液晶和聚合物的組合重量的10%。在聚合區(qū)域附近的液晶分子優(yōu)先取向并由聚合物網(wǎng)絡(luò)所固定，使之對外加電場的響應(yīng)比周圍的液晶分子弱，周圍的液晶分子的取向受到電場狀況和單元壁體的表面校準效應(yīng)的嚴重影響。結(jié)果，此新材料可制成在不同電場狀況下，顯示不同的光學狀態(tài)，即，光散射、光反射和光傳導(dǎo)。
用于形成聚合物網(wǎng)絡(luò)的單體材料可用手征性向列液晶溶解，并在聚合時發(fā)生相離而形成有序的聚合物網(wǎng)絡(luò)，可采用的單體的實例具有至少兩個可聚合的雙鍵，以成為交聯(lián)的，并包括雙丙烯酸鹽及類似物。手征性向列液晶是具有正性介電各向異性的向列液晶與手征性材料的混合物，后者的含量對于產(chǎn)生所需的節(jié)距長度是足夠的。
在工作于無電場狀況下為光散射和有電場狀況下為光傳導(dǎo)的正常模式，或無電場狀況下為光傳導(dǎo)和有電場狀況下為光散射的反向模式的單元中，手征性向列液晶具有能有效反射紅外光譜區(qū)的光的節(jié)距長度。正常模式單元的較佳節(jié)距長度的范圍是從約1.3至約1.6微米，反向模式單元的較佳節(jié)距長度的范圍是從約1.3至約3.7微米。工作于正常模式的液晶光調(diào)制材料是利用手征性向列液晶制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的約9%至11%，聚合物的重量為手征性液晶和聚合物的組合重量的約2.5%至5%。能工作于反向模式中的液晶材料的實例包括手征性向列液晶，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的約4%至約12%，聚合物的重量為手征性液晶和聚合物的組合重量的約2.4%至約5%。應(yīng)當理解，在這種狀況下，重量百分數(shù)可根據(jù)所使用的特定液晶、手征性材料和聚合物而變化。
手征性向列液晶和聚合物的溶液最好含有少量光引發(fā)劑。在實施本發(fā)明時，此溶液被引入一具有壁體的單元中，所述壁體經(jīng)任何適當方法處理而提供液晶分子的平行于此單元壁體的表面校準。單元壁體可以，例如，設(shè)有聚酰亞胺涂層，或用清潔劑或化學物品等予以處理，這些均是本領(lǐng)域中所公知的。聚合可以任何適當?shù)姆椒ㄒl(fā)，如紫外光照射。在聚合狀況下，聚合物與手征性向列液晶相離，并形成聚合區(qū)域或網(wǎng)絡(luò)，在較佳實施例中，此聚合區(qū)域或網(wǎng)絡(luò)包含交聯(lián)的聚合物分子。在聚合區(qū)域附近的液晶分子優(yōu)先取向，并被聚合物網(wǎng)絡(luò)固定。
在正常模式單元中，聚合在有電場時發(fā)生，而使液晶分子以與單元壁體正交的方式校準。當聚合完成和電場消除時，在聚合物網(wǎng)絡(luò)附近的液晶分子仍被固定在優(yōu)先的類回歸線式排列狀態(tài)。周圍的手征性液晶具有焦點錐體結(jié)構(gòu)，這是單元壁體的表面校準效應(yīng)和聚合物網(wǎng)絡(luò)的約束效應(yīng)之間競爭的結(jié)果。在無電場狀況下，聚合物液晶材料是強烈地光散射的，因而單元是不透明的。在有電場狀況下，焦點錐體結(jié)構(gòu)重組為類回歸線式排列，因而單元是光學透明的。由于液晶分子的類回歸線式校準以及成份中僅有極少量聚合物，整個液晶材料的折射率的變化是非常小的。因此，此單元對于所有觀視角度均是透明的。
在反向模式單元中，聚合在無電場時發(fā)生。由于此單元壁體的表面校準效應(yīng)，整個單元內(nèi)的液晶分子具有一扭曲平面結(jié)構(gòu)。在無電場狀況下，此單元是光學透明的，因為在可見光區(qū)無反射或散射。在有電場狀況下，在聚合區(qū)域附近的液晶分子，由于聚合物網(wǎng)絡(luò)的固定效應(yīng)，主要趨于扭曲平面結(jié)構(gòu)。周圍的液晶分子在該電場存在時具有焦點錐體結(jié)構(gòu)，這是表面校準效應(yīng)、電場以及液晶聚合物成份的約束作用競爭的結(jié)果。在這種狀況下，此單元是強烈地光散射的。
如上面所概括說明的，本發(fā)明的一個重要實施例是液晶光調(diào)制材料，此材料展現(xiàn)一穩(wěn)定的光反射彩色狀態(tài)、一穩(wěn)定的光散射狀態(tài)和一光學透明狀態(tài)。在此實施例中，此手征性向列液晶具有能有效反射圓偏振彩色光的節(jié)距長度，此長度的較佳范圍是從約0.25至約0.44微米。標準的節(jié)距長度對藍色為0.27微米，對綠光為0.31微米，對紅光為0.40微米。已制成的雙穩(wěn)態(tài)彩色顯示材料所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的約27%至48%，聚合物的重量為手征性向列液晶混合物和聚合物的組合重量的約1.0%至約4.5%。不過，此含量范圍可根據(jù)所用的手征性材料、液晶和聚合物而變化。
此雙穩(wěn)態(tài)彩色顯示單元是通過紫外光照射使液晶聚合物溶液產(chǎn)生相離和聚合而制備的，無論是在零電場時或是在具有能有效地使液晶導(dǎo)向體校準的電場時均是如此。在這兩種狀況下，材料中產(chǎn)生的聚合物網(wǎng)絡(luò)起到使由施加低電場脈沖產(chǎn)生的光散射狀態(tài)和由施加高電場脈沖產(chǎn)生的光反射狀態(tài)穩(wěn)定的作用。
在無電場且液晶分子處于與單元壁體平行的扭曲平面結(jié)構(gòu)時，此單元處于彩色光反射狀態(tài)。該狀態(tài)可顯現(xiàn)綠、紅、藍或任一預(yù)先選定的顏色，該顏色取決于手征性向列液晶的節(jié)距長度。當一個低電場，例如，每微米厚6伏特，施加于此單元時，它將轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨墓馍⑸錉顟B(tài)。在此狀態(tài)時，作為表面校準效應(yīng)、電場和聚合物網(wǎng)絡(luò)的約束力的競爭的結(jié)果，聚合區(qū)域周圍的液晶分子具有焦點錐體結(jié)構(gòu)。當?shù)碗妶鱿龝r，此材料將保持光散射狀態(tài)。如果一個高電場，例如，每微米厚12V，施加于單元上，此材料變成光學透明的，直至電壓消失為止。如果電場被迅速關(guān)斷，此材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻呐で矫娼Y(jié)構(gòu)，并具有由節(jié)距長度決定的預(yù)選色彩。光反射狀態(tài)在零電場狀況下保持穩(wěn)定。如果電場緩慢地關(guān)斷，此材料變?yōu)楣馍⑸錉顟B(tài)，此狀態(tài)在零電場狀況下也保持穩(wěn)定。
本發(fā)明的許多其它特征、優(yōu)點和更全面的理解，可從以下的對優(yōu)選實施例及其附圖的詳細說明中得到。


圖1為包含有本發(fā)明的聚合物液晶材料的一種光調(diào)制單元的橫斷面示意圖。
圖2為當液晶以類回歸線形式校準而實現(xiàn)光學透明狀態(tài)時，這種新材料的局部的放大的橫斷面示意圖。
圖3為在處于光散射狀態(tài)時，該材料的局部的放大的橫斷面示意圖，其中在聚合區(qū)域附近的液晶以類似回歸線形式校準，而周圍的液晶具有焦點錐體結(jié)構(gòu)。
圖4為當液晶具有扭曲平面結(jié)構(gòu)時，該材料的局部的放大的橫斷面示意圖。
圖5為該材料的局部的放大的橫斷面示意圖，其中在聚合區(qū)域附近的液晶具有扭曲平面結(jié)構(gòu)，而周圍的液晶具有焦點錐體結(jié)構(gòu)。
在圖1中示出的單元包括玻璃板10、11，它們沿其邊緣密封，并由隔片12相分隔。如所示的那樣，玻璃板10、11均涂敷有銦錫氧化物或類似材料，以形成透明電極13。為實現(xiàn)液晶導(dǎo)向體的均質(zhì)表面校準，該電極13設(shè)有擦涂的聚酰亞胺涂層14。
圖1中的單元充填有本發(fā)明的聚合物液晶材料。液晶光調(diào)制材料通常包含有聚合物網(wǎng)絡(luò)的相離的聚合區(qū)域15，它們分散在周圍的手征性向列液晶16中，此液晶具有正性介電各向異性。為使該單元在不同光學狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，一個交流電壓源17被連接到電極13上。
應(yīng)當了解的是，圖1中描繪的單元的形狀之所以如此選擇，其目的只是為了說明本發(fā)明的這種新型液晶光調(diào)制材料的一個特定實施例和功能，而該新材料可以各種方式予以定址，并可被納入其他類型的單元內(nèi)。例如，不使用外部的驅(qū)動電極定址時，此新材料可經(jīng)由有源矩陣、多工方式或其他形式的電路予以定址，這些都是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道的。
根據(jù)本發(fā)明，聚合區(qū)域15由交聯(lián)有序的聚合物網(wǎng)絡(luò)限定，此網(wǎng)絡(luò)與具有手征性向列液晶的溶液是相離的。正如將要詳細描述的那樣，在聚合區(qū)域15附近的手征性向列液晶是優(yōu)先定向的，其液晶分子由聚合物網(wǎng)絡(luò)固定，以使其對外加電場的響應(yīng)比周圍液晶小。聚合區(qū)域周圍的液晶對電場狀況很敏感，因而此單元在不同電場狀況下會展示不同的光學狀態(tài)。
聚合物的含量按重量計小于手征性向列液晶和聚合物之組合重量的10%。在較佳組成中，聚合物含量范圍是從約1.5至約5%。以正常模式和反向模式工作的材料通常含有的聚合物量在約2.4至5.0%的范圍內(nèi)，而雙穩(wěn)態(tài)材料通常含有約1.0至約4.5%的聚合物。應(yīng)當理解，聚合物含量可作一些變化，因為在各種光學狀態(tài)下單元外觀是否是所希望的是一個主觀判斷的問題。
在制備圖1所示的單元的一個優(yōu)選方式中，最好能通過紫外光照射而聚合的聚合物與手征性向列液晶和少量光引發(fā)劑一起溶解。然后將該溶液引入到具有聚酰亞胺涂層的玻璃板10和11之間。該溶液在此被紫外光照射而實現(xiàn)聚合和伴隨發(fā)生的聚合物的相離，從而形成聚合區(qū)域15。單體液晶溶液的照射可以在有以類似回歸線方式有效校準液晶導(dǎo)向體的有效電場狀況下或無電場情況下予以實施。在后一種情況下，此聚酰亞胺層14的表面校準效應(yīng)促使液晶分子在與單元壁平行的一個扭曲平面結(jié)構(gòu)中取向。
正常模式單元在無電場狀況下使光散射，而在有電場情況下光學透明的正常模式單元，是利用在紅外光譜區(qū)能有效反射光的手征性向列液晶制備的。較佳的節(jié)距長度范圍是從約1.3至約1.6微米。具有所要求的節(jié)距長度的液晶光調(diào)制材料可含有向列液晶和手征性材料的組合重量的約9%至約11%的手征性材料，雖然，該重量百分數(shù)可根據(jù)所使用的特定液晶、手征性材料和聚合物而變化。
正常模式單元是通過在有電場情況下照射單體液晶溶液而制備的。如圖2所示，電場對手征性向列液晶分子的解扭曲和以類似回歸線方式校準液晶導(dǎo)向體20均是有效的。在圖2中大致構(gòu)畫出一個單一的聚合區(qū)域15。
每一聚合區(qū)域15被認為是一個復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)。當電場被關(guān)斷時，如圖3所示，由于聚合物網(wǎng)絡(luò)的固定作用，在每個聚合區(qū)域15附近的液晶仍趨向于保持類似回歸線方式的校準。由參考標號30指示的周圍的液晶則趨向于重組為焦點錐體結(jié)構(gòu)，即，具有任意取向的螺旋軸線的螺旋扭曲分子。此焦點錐體結(jié)構(gòu)是由于擦涂的聚酰亞胺層14的表面校準作用和整個液晶層中聚合物網(wǎng)絡(luò)的約束作用之間競爭的結(jié)果。在無電場情況下，如圖3所示，聚合物液晶材料是強烈地散射光的，并且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。
當電場被接通，而以圖2所示的那樣以類似回歸線方式校準液晶導(dǎo)向體時，聚合物液晶材料是光學透明的。由于成份中的極少量聚合物，整個液晶材料的折射率無明顯變化。因此，含有此材料的單元在所有觀視角度都是清晰的。
實例1一正常模式單元，無電場情況下為光散射的，而有電場情況下是光學透明的，它是利用手征性向列液晶溶液制備的，溶液中含有的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的8.8%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體組合重量的2.9%。此手征性向列液晶具有約1.4微米的節(jié)距長度。
該可聚合溶液由下列成份組成175.2毫克的E-31LV向列液晶混合物;
8.3毫克的4″-(2-甲基丁苯基)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
8.5毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
5.7毫克的雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體)，及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
E-31LV基本上由下列物質(zhì)的混合物組成4-乙基-4′-氰基聯(lián)(二)苯，4-丁基-4′-氰基聯(lián)(二)苯，4-己基-4′-氰基聯(lián)(二)苯，4-甲氧基-4′-氰基聯(lián)(二)苯，4-丙基氧基-4′-氰基聯(lián)(二)苯，4-戊(烷)基-4′-氰基聯(lián)(三)苯和4-(4′-乙基聯(lián)(二)苯-4-羧基氧)甲基苯。
此可聚合溶液填充于一單元中，該單元具有兩塊玻璃板，這兩塊玻璃板在邊緣處密封，并用8微米厚的聚酯薄膜隔片分隔開。玻璃板上涂有銦錫氧化物以形成透明電極。該電極具有聚酰亞胺涂層，并以摩擦方式實現(xiàn)液晶的均質(zhì)表面校準。
經(jīng)填充的單元由紫外光照射而使單體聚合，并促使聚合物相離而形成整個手征性液晶的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)的聚合區(qū)域。當此單元受到照射時，施加交流電壓以促使液晶類回歸線式校準。
當零電場時，此單元為不透明或光散射的，并且在此狀態(tài)時透光度小于5%。當此單元上施加有交流電壓(Vrms＝35V)時，它變成光學透明的。在有電場狀況下，此單元對所有觀視角度的入射光均是透明的。
實例2為研究節(jié)距長度和手征性材料的濃度之變化對此單元在無電場狀況下的光散射能力的影響，進行了如下實驗。
一正常模式單元是利用手征性向列液晶溶液制成，其中所含有的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的11.1%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體的組合重量的2.9%。此手征性向列液晶具有約1.4微米的節(jié)距長度。
該可聚合溶液由下列成份組成
144毫克的E-31LV向列液晶混合物，由EM工業(yè)公司制售;
18毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料)4.9毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例1相同。在聚合時施加交流電壓以促使液晶類回歸線式校準。
在零電場時，此單元為不透明或光散射的，并且其透光度小于5%。當交流電壓(Vrms＝25V)施加于單元上時，此單元變?yōu)楣鈱W透明的。在有電場情況下，此單元對所有觀視角度的入射光均為透明的。
一正常模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的12.9%，交聯(lián)單體的重量是手征性向列液晶和單體的組合重量的3.3%。此手征性向列液晶具有約1.2微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成137毫克的E-31LV向列液晶混合物;
20.4毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料)5.3毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及2.4毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例1相同。在聚合時施加交流電壓以促使液晶類回歸線式校準。
當零電場時，此單元為不透明或光散射的，并且透光度為15%。當施加交流電壓(Vrms＝21V)于此單元上時，它變?yōu)楣鈱W透明的。在有電場狀況下，此單元對于所有觀視角度的入射光均是透明的。由于無電場時透光度為15%，此單元是勉強有效的。
一正常模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的5.9%，交聯(lián)單體的重量是手征性向列液晶和單體的組合重量的2.2%。此手征性向列液晶具有約2.6微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成200毫克的E-31LV向列液晶;
12.6毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
4.8毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.8毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例1相同。在聚合期間施加交流電壓以促使液晶類回歸線式校準。
當零電場時，此單元為不透明或光散射的，并且其透光度為62%。當施加交流電壓(Vrms＝14V)于此單元上時，它變?yōu)楣鈱W透明的。在有電場狀況下，此單元對所有觀視角度的入射光均是透明的。因為無電場時其透光度為62%，此單元是不合格的。
實例3為研究單體4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯的濃度變化在零電場時對正常模式單元的光散射能力的影響，進行了下列一組實驗。
一正常模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的10.0%，交聯(lián)單體的重量為手征性液晶和單體的組合重量的4.4%。此手征性向列液晶具有約1.5微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成107毫克的E-31LV向列液晶;
11.91毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料)5.5毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體)，及1.7毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例1相同。在聚合期間施加有交流電場以促使液晶類回歸線式校準。
在零電場時，此單元為不透明或光散射的，并且其透光度為7%。當施加交流電壓(Vrms＝28V)于此單元上時，它變?yōu)楣鈱W透明的。在有電場情況下，此單元對于所有觀視角度的入射光均是透明的。此單元在有電場和無電場狀態(tài)間的對比是良好的。
另一正常模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的9.9%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體的組合重量的1.2%。此手征性向列液晶具有約1.5微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成164毫克的E-31LV向列液晶;
18毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
2.2毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及
0.7毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例1相同。在聚合期間施加有交流電場以促使液晶類回歸線式校準。
在零電場時，透光度為67%。當施加交流電壓(Vrms＝18V)于此單元時，它變?yōu)楣鈱W透明的。在有電場狀況下，此單元對于所有觀視角度的入射光均是透明的。因無電場時透光度為67%，此單元是不合格的。
一正常模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的9.8%，單體的重量為手征性液晶和單體的組合重量的9.0%。此手征性液晶具有約1.5微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成101毫克的E-31LV向列液晶;
11.0毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
11.4毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及3.5毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例1相同。此單元在無電場時幾乎是透明的，因而不是一個好的單元。
反向模式單元反向模式單元在無電場狀況下是光學透明的，而在有電場狀況下是光散射的，它是利用具有在紅外光譜區(qū)的節(jié)距長度的手征性向列液晶制備的。在反向模式單元的情況下，節(jié)距長度在約1.3微米至約3.7微米內(nèi)變化。此手征性向列液晶所含有的手征性材料的重量的典型值為向列液晶和手征性材料的組合重量的約4%至約12%;雖然，該重量百分數(shù)可根據(jù)所使用的特定液晶、手征性材料和聚合物而改變。
反向模式單元是通過在無電場時照射單體液晶溶液而制成的。如圖4所示，擦涂的聚酰亞胺層14的表面校準效應(yīng)，對于使整個材料的液晶分子定向為以參考標號40表示的扭曲平面結(jié)構(gòu)是有效的。一個單一的聚合區(qū)域再次以標號15構(gòu)畫出來。在圖4所示的無電場狀況下，聚合物液晶材料是光學透明的，因為在可見光譜區(qū)無光的反射或散射。
在圖5所構(gòu)畫出的有電場狀況下，聚合區(qū)域15附近的液晶分子由于聚合物網(wǎng)絡(luò)的固定作用，仍主要以扭曲平面取向。周圍的液晶以焦點錐體結(jié)構(gòu)由電場重組。在電場存在的情況下，焦點錐體結(jié)構(gòu)是聚酰亞胺層的表面校準效應(yīng)、電場和液晶聚合物成份的約束力相競爭的結(jié)果。在圖5的有電場狀況下，液晶聚合物材料對入射光的所有偏振狀態(tài)都呈現(xiàn)強烈的光散射。
實例4一反向模式單元，在有電場狀況下是光散射的，而在無電場狀況下是光學透明的，它是利用手征性向列液晶溶液制備的，溶液中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的4.0%，交聯(lián)單體的重量是手征性向列液晶和單體的組合重量的4.6%。此手征性向列液晶具有約3.7微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成107毫克的E-31LV向列液晶;
4.5毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料)5.5毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.2毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
一單元填充有此可聚合溶液，該單元具有兩塊邊緣處密封的玻璃板，玻璃板間由8微米厚的聚酯薄膜隔開。玻璃板上涂有銦錫氧化物以形成透明電極。該電極設(shè)有聚酰亞胺涂層并經(jīng)摩擦而實現(xiàn)液晶的均質(zhì)表面校準。
經(jīng)填充的單元經(jīng)紫外光照射而使單體聚合，并使聚合物相離成為整個手征性液晶的聚合物網(wǎng)絡(luò)的聚合區(qū)域。
在零電場時，此單元是光學透明的，并且對于所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀態(tài)時透光度為93%。當有交流電壓(Vrms＝27V)施加于單元上時，則變?yōu)椴煌该骰蚬馍⑸涞?。在有電場狀態(tài)時，其透光度為8%，且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。
實例5為研究手征性材料的節(jié)距長度和濃度對反向模式單元的影響，進行了一組實驗。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶的溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的7.8%，交聯(lián)單體的重量為手征性液晶和單體的組合重量的4.7%。此手征性向列液晶具有約1.9微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成159毫克的E-31LV向列液晶;
13.7毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
8.5毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及0.8毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中所述的方法制備。
在零電場時，此單元為光學透明的，并且對于所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀態(tài)時其透光率為98%。當施加交流電壓(Vrms＝30V)時，此單元變成不透明或光散射的。在有電場狀態(tài)時，透光度為9%，并且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的12.1%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體的組合重量的4.8%。此手征性向列液晶具有約1.3微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成129毫克的E-31LV向列液晶;
17.7毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
7.5毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及0.6毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
在零電場時，此單元為光學透明的，并且對所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀況下，其透光度為96%。當施加交流電壓(Vrms＝41V)時，此單元變成不透明或光散射的。在有電場狀況下，其透光度為5%，且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含有的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的1.39%，交聯(lián)單體的重量為單體和手征性液晶的組合重量的4.5%。此手征性向列液晶具有約10.7微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成263毫克的E-31LV向列液晶;
3.7毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
12.5毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.4毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
在零電場時，此單元為光學透明的，且對所有觀視角度的入射光均為透明的。在無電場狀況下，其透光度為92%。當施加交流電壓(Vrms＝32V)時，與摩擦方向平行的偏振光的透光度為35%。當施壓交流電壓(Vrms＝18V)時，與摩擦方向垂直的偏振光的透光度為6%。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的16.3%，交聯(lián)單體的重量為單體和液晶的組合重量的4.4%。此手征性向列液晶具有約0.9微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由以下成份組成125.7毫克的E-31LV向列液晶;
24.4毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
6.9毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及0.7毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
在零電場時，此單元為光學透明的，并且對所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀況下，其透光度為94%。當施加交流電壓(Vrms＝50V)時，此單元變成不透明或光散射的。在有電場狀況下，透光度為11%，且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。當此單元由電場接通轉(zhuǎn)換為電場關(guān)斷狀態(tài)時，該單元還呈現(xiàn)出滯后效應(yīng)。
實例6為研究聚合物的濃度對反向模式單元的影響，進行了下列幾組實驗。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為手征性材料和向列液晶的組合重量的6.1%，交聯(lián)單體的重量是單體和手征性向列液晶的組合重量的2.1%。此手征性向列液晶具有約2.5微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由以下成份組成181毫克的E-31LV向列液晶;
11.7毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
4.2毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及0.9毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
當電場為零時，此單元為光學透明的，且對于所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀況下，其透光度為97%。當施加交流電壓(Vrms＝18V)時，此單元變?yōu)椴煌该骰蚬馍⑸涞?。在有電場狀況下，其透光度為14%，且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。此單元的關(guān)斷時間為5毫秒。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的6%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體的組合重量的2.9%。此手征性向列液晶具有約2.5微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成181毫克的E-31LV向列液晶;
11.5毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
5.7毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及0.7毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
在零電場時，此單元為光學透明的，且對于所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀況下，其透光度為95%。當施加交流電壓(Vrms＝21V)時，此單元變成半透明的或光散射的。在有電場狀況下，其透光度為8%，且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。此單元的關(guān)斷時間為4毫秒。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶的溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的6.0%，交聯(lián)單體的重量為單體和手征性液晶的組合重量的4.3%。此手征性向列液晶具有約2.5微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成180毫克的E-31LV向列液晶;
11.5毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
8.6毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及0.9毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
在零電場時，此單元為光學透明的，且對所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀況下，其透光度為95%。當施加交流電壓(Vrms＝28V)時，此單元變成半透明或光散射的。在有電場狀況下，其透光度為8%，且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。此單元的關(guān)斷時間為3毫秒。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的6.1%，交聯(lián)單體的重量為手征性液晶和單體的組合重量的5.8%。此手征性向列液晶的節(jié)距長度約為2.5微米。
此可聚合溶液由下列成份組成179毫克的E-31LV向列液晶;
11.7毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
10.6毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.2毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
在零電場時，其透光度為76%。當施加交流電壓(Vrms＝28V)于該單元時，其透光度減小。在有電場狀態(tài)下，其透光度為46%。
一反向模式單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的6.0%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體的組合重量的1.0%。此手征性向列液晶具有約2.5微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成184毫克的E-31LV向列液晶;
11.7毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
20毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及0.7毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例4中描述的方法制備。
在電場為零時，此單元為光學透明的，且對于所有觀視角度的入射光均是透明的。在無電場狀況下，其透光度為96%。當施加交流電壓(Vrms＝14V)于此單元時，它變成半透明或光散射的。在有電場狀況下，透光度為13%，且與入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。其關(guān)斷時間頗長，為20毫秒。此單元還容易為電場所損壞。
雙穩(wěn)態(tài)彩色顯示單元雙穩(wěn)態(tài)彩色顯示單元在一狀態(tài)下使光散射，而在另一種狀況下使圓偏振彩色光反射，而且還能呈現(xiàn)光學透明性，它是利用手征性向列液晶制備的，所述液晶具有能有效反射可見光譜區(qū)的光的節(jié)距長度。較佳材料的節(jié)距長度為約0.25至約0.44微米。標準節(jié)距長度對于藍色為0.27微米，對于綠色為0.31微米，對于紅色為0.40微米。雙穩(wěn)態(tài)彩色顯示材料在制備時典型地是含有約27%至約48%的手征性材料，所述百分數(shù)是指向列液晶和手征性材料的組合重量中后者所占比例;雖然，正如前面描述的實施例中那樣，此重量百分數(shù)可根據(jù)所使用的特定手征性材料、液晶聚合物而改變。
圖4構(gòu)畫出的本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)彩色顯示材料處于光反射狀態(tài)，它是通過在零電場以平面結(jié)構(gòu)聚合而制備的。在這種狀態(tài)下，聚合區(qū)域15附近的液晶分子更趨于取所示的扭曲平面結(jié)構(gòu)。周圍的液晶也具有扭曲平面結(jié)構(gòu)，因而該材料將反射光，其顏色取決于特定的節(jié)距長度。
圖5構(gòu)畫出此雙穩(wěn)態(tài)顯示材料處于光散射狀態(tài)時的情況。在這種狀態(tài)下，聚合區(qū)域15附近的液晶仍趨于所示的扭曲平面結(jié)構(gòu)，而周圍的液晶則具有焦點錐體結(jié)構(gòu)。
如果此材料的節(jié)距長度是在反射可見光的范圍內(nèi)，那么在無電場的狀況下，圖4的光反射狀態(tài)和圖5的光散射狀態(tài)均是穩(wěn)定的。如果雙穩(wěn)態(tài)材料處于圖4的光反射狀態(tài)，并且施加一個低的電場脈沖，例如，每微米約6伏，那么該材料將被促成為圖5的光散射狀態(tài)，并且在零電場時保持該狀態(tài)。如果雙穩(wěn)態(tài)材料處于圖5的光散射狀態(tài)，并施加一個每微米約12V的高電場脈沖，那么液晶分子將在脈沖結(jié)束時重組為圖4的光反射狀態(tài)，并將保持該狀態(tài)。
如果維持使液晶分子解扭曲所需的高電場，液晶導(dǎo)向體將被以類回歸線方式校準，這樣該材料是透明的。如果該電場慢慢消除，液晶取向?qū)⒅亟M為圖5的光散射狀態(tài)。當該電場快速消除時，此取向?qū)⒅亟M為圖4的光反射狀態(tài)。
此雙穩(wěn)態(tài)材料可在零電場或有電場狀況下通過照射單體液晶溶液而形成。當在零電場狀況下聚合時，單元壁的表面校準效應(yīng)將導(dǎo)致圖4的扭曲平面和光反射取向。當在有電場狀況下聚合時，液晶導(dǎo)向體將象圖2中指示的那樣以類回歸線方式校準，如果該電場快速消除，液晶取向?qū)⒅亟M為圖4的光反射狀態(tài)，或者，如果該電場慢慢消除，液晶取向?qū)⒅亟M為圖5的光散射取向。
實例7一雙穩(wěn)態(tài)彩色顯示單元，在一種狀態(tài)下它是光散射的，而在另一種狀態(tài)下它反射紅色圓偏振光，它是利用手征性向列液晶溶液制備的，溶液中所含的手征性材料的重量是手征性材料和向列液晶的組合重量的29.8%，交聯(lián)單體的重量為單體和手征性液晶的組合重量的2.7%。此手征性液晶具有0.41微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成67.8毫克的E-31LV向列液晶;
14.0毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
14.8毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
2.7毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
用此可聚合溶液填充一具有兩塊玻璃板的單元，兩玻璃板的邊緣密封，并用8微米厚的聚酯薄膜隔片隔開。玻璃板上涂有銦錫氧化物以形成透明電極。電極上涂有聚酰亞胺，并予摩擦而實現(xiàn)液晶的均質(zhì)表面校準。
經(jīng)填充的單元由紫外光照射30分鐘以使單體聚合，并使聚合物相離成為整個手征性液晶的聚合物網(wǎng)絡(luò)的聚合區(qū)域。此單元的狀態(tài)由電脈沖的電壓控制。當施加高的交流電壓(Vrms＝104V)脈沖時，此單元是光學透明的，并對入射光透明。當高的交流電壓移去時，此單元處于反射狀態(tài)，并且由于手征性液晶的節(jié)距，此單元的顏色是紅的。當施加一個交流電壓(50V≤Vrms≤85V)時，此單元轉(zhuǎn)變?yōu)楣馍⑸錉顟B(tài)，并且在此低電壓場消除后，此單元仍保持光散射狀態(tài)。經(jīng)觀察證實反射和散射狀態(tài)在零電場下數(shù)月時間內(nèi)都是穩(wěn)定的。
實例8通過改變手征性材料的濃度和手征性向列液晶的節(jié)距長度，制備了一系列實驗單元。
一個具有藍光反射狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)單元，它是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為手征性材料和向列液晶的組合重量的45.3%，交聯(lián)單體的重量為單體和手征性液晶的組合重量的1.5%。此手征性向列液晶具有約0.27微米的節(jié)距長度，并反射蘭色圓偏振光。
此可聚合溶液由下列成份組成132.6毫克的E-31LV向列液晶;
50.0毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
59.7毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
3.7毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例7中的相同。在高電壓脈沖消除后，此單元處于藍光反射狀態(tài)。
一具有綠光反射狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)單元，它是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為手征性材料和向列液晶的組合重量的39.1%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體的組合重量的2.0%。此手征性液晶具有約0.31微米的節(jié)距長度，并反射綠色圓偏振光。
此可聚合溶液由下列成份組成85.6毫克的E-31LV向列液晶;
27.0毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
28.0毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
2.9毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元的制備與實例7中的相同。當高電壓脈沖消除后，此單元處于綠光反射狀態(tài)。
另一具有紅光反射狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)單元，它是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量是手征性材料和向列液晶的組合重量的30.0%，交聯(lián)單體的重量是手征性向列液晶和單體的組合重量的1.9%。此手征性液晶具有約0.41微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成80.0毫克的E-31LV向列液晶;
16.7毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
17.5毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
22.0毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此樣品單元的制備與實例7中的相同。在高壓脈沖消除后，此單元是紅光反射狀態(tài)。
實例9一綠光反射雙穩(wěn)態(tài)單元，它在反射狀態(tài)和散射狀態(tài)之間具有高的對比度，其制備利用了手征性向列液晶溶液，在該溶液中所含的手征性材料的重量為手征性材料和向列液晶的組合重量的39.1%，交聯(lián)單體的重量為單體和手征性向列液晶的組合重量的2.0%。此手征性向列液晶具有約0.31微米的節(jié)距長度，并反射綠色圓偏振光。
此可聚合溶液由下列成份組成85.6毫克的E-31LV向列液晶;
27.0毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
28.0毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
2.7毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此可聚合溶液填充于具有兩玻璃板的單元中，所述兩玻璃板在邊緣處密封，并用8微米厚的聚酯薄膜隔片分隔。玻璃板上涂有銦錫氧化物以形成透明電極。電極上涂有聚酰亞胺，且經(jīng)摩擦而實現(xiàn)液晶的均質(zhì)表面校準。
經(jīng)填充的單元通過紫外光照射而使單體聚合，并使聚合物相離而成為整個手征性液晶的聚合物網(wǎng)絡(luò)的聚合區(qū)域。當此單元接受照射時，施加交流電壓以促使液晶類回歸線式校準。
此單元的狀態(tài)由電脈沖的電壓控制。當施加高的交流電壓(Vrms＝104V)時，此單元是光學透明的，而且對所有觀視角度的入射光均是透明的。當高的交流電壓消除時，此樣品處于反射狀態(tài)，并且由于手征性液晶的節(jié)距，此單元的顏色是綠的。當施加交流電壓(50V≤Vrms≤85V)時，此單元轉(zhuǎn)變成光散射狀態(tài)，而且當此低壓場消除后，此單元仍保持光散射狀態(tài)。觀察證實反射和散射狀態(tài)均為穩(wěn)定狀態(tài)。與在實例7和實例8制備的單元相比，此單元在反射和散射狀態(tài)間具有更好的對比度。
實例10為研究聚合物濃度對雙穩(wěn)態(tài)單元的影響，進行了一系列實驗。
在一項實驗中，手征性向列液晶中未添加單體。手征性向列液晶溶液中含有的手征性材料的重量為手征性材料和向列液晶的組合重量的32.4%。
此溶液由下列成份組成121.6毫克的E-31LV向列液晶;
29.7毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
20.5毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料)。
此溶液填充于具有兩玻璃板的單元中，所述兩玻璃板在其邊緣處密封，且有10微米厚的聚酯薄膜隔片分隔。玻璃板上涂有銦錫化合物以形成一透明電極。電極上涂有聚酰亞胺并經(jīng)摩擦而實現(xiàn)液晶的均質(zhì)表面校準。
在零電場時，散射狀態(tài)改變?yōu)榉瓷錉顟B(tài)歷時一小時。此單元的反射狀態(tài)是非均勻的。
一雙穩(wěn)態(tài)單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料的重量為手征性材料和向列液晶的組合重量的29.8%，交聯(lián)單體的重量為手征性向列液晶和單體的組合重量的2.7%。此手征性向列液晶具有約0.41微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成67.8毫克的E-31LV向列液晶;
14.0毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
14.8毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
2.7毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)(二)苯(單體);及1.0毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此單元按實例7中描述的方法制備。在高壓脈沖消除后，處于反射狀態(tài)的此單元是紅的。使此單元轉(zhuǎn)變?yōu)榉瓷浠蛏⑸錉疃人璧碾妷号c實例7中的相同。反射狀態(tài)和散射狀態(tài)具好良好的對比，并且此兩種狀態(tài)都是穩(wěn)定的。
一雙穩(wěn)態(tài)單元是利用手征性向列液晶溶液制備的，其中所含的手征性材料為手征性材料和向列液晶的組合重量的30.3%，交聯(lián)單體的重量為6.9%。此手征性向列液晶具有約0.40微米的節(jié)距長度。
此可聚合溶液由下列成份組成92.8毫克的E-31LV向列液晶;
20.0毫克的4″-(2-甲基丁基苯)-4′-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)(二)苯羧酸鹽(手征性材料);
20.3毫克的4-氰基-4′-(2-甲基)丁基聯(lián)(二)苯(手征性材料);
9.9毫克的4，4′-雙丙烯酰聯(lián)((二)苯(單體);及0.8毫克的二苯乙醇酮甲基醚(光引發(fā)劑)。
此樣品單元按實例7中描述的方法制備。此單元不具備散射狀態(tài)。在任何交流電脈沖消除后，此樣品單元均回到反射狀態(tài)。在反射狀態(tài)下其顏色為紅色。
下面的表1扼要地列出了本發(fā)明的每一實施例的示范性的手征性材料和聚合物的濃度范圍、節(jié)距長度和驅(qū)動電壓。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在前面的詳細說明書的啟示下，本發(fā)明的許多修正和變化將是明了的。因此，在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明可按與特定顯示和描述的內(nèi)容不同的方式實施。
權(quán)利要求
1.一種光調(diào)制單元，包括液晶光調(diào)制材料、經(jīng)處理用以校準液晶分子的單元壁體結(jié)構(gòu)、以及用于建立通過所述材料的電場的裝置，其特征在于，所述材料包括分散在液晶中的相離的聚合網(wǎng)絡(luò)之聚合區(qū)域。所述液晶是具有正性介電各向異性的手征性向列，所述聚合物的重量小于液晶和聚合物的組合重量的10%，并且在不同電場狀況下，所述材料顯示不同的光學狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶具有能有效反射紅外光譜區(qū)的光的節(jié)距長度。
3.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶的節(jié)距長度是在約1.3至約3.7微米的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1、2、或3所述的單元，其特征在于，聚合物是交聯(lián)的。
5.如權(quán)利要求3所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶的節(jié)距長度是在約1.3至約1.6微米的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的約4%至約12%。
7.如權(quán)利要求1、2或4所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的約9%至約11%。
8.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶具有能有效反射可見光譜區(qū)的光的節(jié)距長度。
9.如權(quán)利要求8所述的單元，其特征在于，聚合物是交聯(lián)的。
10.如權(quán)利要求8或9所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶的節(jié)距長度是在約0.25至約0.44微米范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求8或9所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶中所含的手征性材料的重量為向列液晶和手征性材料的組合重量的約27%至約48%。
12.如權(quán)利要求8或9所述的單元，其特征在于，聚合物的重量為手征性液晶和聚合物的組合重量的約1.5%至約4.5%。
13.一種光調(diào)制單元，包括液晶光調(diào)制材料、經(jīng)處理用以校準液晶分子的單元壁體結(jié)構(gòu)、及用于建立通過所述材料的電場的裝置，其特征在于，所述材料包括手征性向列液晶和有序的聚合物網(wǎng)絡(luò)的相離的聚合區(qū)域，此聚合物的重量小于手征性液晶和聚合物的組合重量的約10%，所述材料的特征在于，聚合區(qū)域附近的液晶對外加電場的響應(yīng)比液晶的周圍區(qū)域要弱，因而對應(yīng)于不同的電場狀況，所述材料顯示不同的光學狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求13所述的單元，其特征在于，聚合物是交聯(lián)的，且其含量按重量計為手征性液晶和聚合物的組合重量的約2.4%至約5%。
15.如權(quán)利要求13或14所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶具有能有效地反射紅外光譜區(qū)的光的節(jié)距長度。
16.如權(quán)利要求15所述的單元，其特征在于，在聚合區(qū)域附近的液晶在有電場狀況下是以類回歸線方式校準的，而液晶的周圍區(qū)域在無電場狀況下是光散射焦點錐體結(jié)構(gòu)，在有電場狀況下則為光學透明的類回歸線式校準。
17.如權(quán)利要求15所述的單元，其特征在于，在聚合區(qū)域附近的液晶在無電場狀況下是扭曲平面結(jié)構(gòu)，而液晶的周圍區(qū)域在無電場狀況下是光學透明的扭曲平面結(jié)構(gòu)，在有電場狀況下是光散射焦點錐體結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求13所述的單元，其特征在于，手征性向列液晶具有能有效反射可見光譜區(qū)的光的節(jié)距長度。
19.如權(quán)利要求18所述的單元，其特征在于，聚合物是交聯(lián)的，并且其含量按重量計為手征性液晶和聚合物的組合重量的約1.5%至約4.5%。
20.如權(quán)利要求18或19所述的單元，其特征在于，在高電場消除以后的無電場狀況下，液晶的周圍區(qū)域呈現(xiàn)穩(wěn)定的光反射扭曲平面結(jié)構(gòu)，而在低電場消除以后的無電場狀況下，它呈現(xiàn)穩(wěn)定的光散射焦點錐體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種新型的液晶調(diào)制單元及材料，包含分散在手征性向列液晶中的聚合網(wǎng)絡(luò)的相離之聚合區(qū)域，聚合物的含量小于該材料的總重量的10％，并最好是交聯(lián)的。對應(yīng)于不同的電場狀況，該新材料顯示不同的光學狀態(tài)。該材料在無電場狀況下是光散射的或是光學透明的，在有電場狀況下是光學透明的或是光散射的；或者，該新材料在零電場時的彩色光反射狀態(tài)和光散射狀態(tài)下均顯示穩(wěn)定性，而在有電場時是光學透明的。
文檔編號G02F1/01GK1070744SQ9210395
公開日1993年4月7日 申請日期1992年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月2日
發(fā)明者J·W·多恩, 楊丹凱, 錢亮奇 申請人:肯特州大學