專利名稱：液晶復(fù)合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶復(fù)合物，包括碟狀、片狀、棒狀或橢圓體形狀的不等軸微粒。更具體但非排他性而言，本發(fā)明涉及用于光閥、可切換鏡、和其它顯示與發(fā)光應(yīng)用中的這些液晶復(fù)合物。
50多年以來，采用光閥和其它懸浮微粒設(shè)備來調(diào)制光，并可以用于許多目的，包括例如字母數(shù)字顯示器、電視顯示器、窗、鏡子、眼鏡等，以控制穿過其中的光數(shù)量?，F(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)光閥可被描述為由兩個(gè)壁形成的元件，該兩個(gè)壁間隔一小段距離，至少一個(gè)壁是透明的，該壁上具有通常為透明導(dǎo)電涂層形式的電極。元件包含“光閥懸浮物”，即懸浮于液體懸浮介質(zhì)中的小微粒(通常為針狀有機(jī)微粒)。
這種設(shè)備的工作原理在附

圖1中得以闡述。懸浮微粒設(shè)備1包括夾在一對玻璃基材5、7之間的針狀有機(jī)微粒3層。各玻璃基材5、7在其內(nèi)表面上涂覆了透明電極9、11。
在沒有施加電場的情況下(V＝0)，液體懸浮物中的微粒表現(xiàn)出隨機(jī)的布朗運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)入該元件的的光束被反射、傳輸或吸收，這取決于微粒性質(zhì)和濃度以及光的能量含量。當(dāng)電場被施加通過光閥中的光閥懸浮物時(shí)(V＝U)，微粒得以配向，并且對于很多懸浮液，大部分光可以通過該元件。
當(dāng)采用反射性微粒例如片材時(shí)，這種元件可以在反射和透明狀態(tài)之間切換。在反射狀態(tài)中，片材被配向使得它們的平面表面平行于玻璃基材表面，且在透明狀態(tài)中，片材被配向使得它們的平面表面垂直于玻璃基材表面。通過施加電場容易將片材在高速下以一個(gè)方向配向。然而，在缺乏電場的情況下，片材由于布朗運(yùn)動(dòng)而緩慢地恢復(fù)隨機(jī)取向。
液晶顯示器(LCD)設(shè)備也是眾所周知的，且常用于例如計(jì)算機(jī)的可視顯示單元(VDU)和電視的很多電子設(shè)備制品中。液晶化合物(即具有液晶相的化合物和其他不具有液晶相但具有可用作液晶組合物組分的性能的化合物)也是眾所周知的。例如，在液晶顯示器中采用多組分共晶液晶混合物以獲得所需熱學(xué)和電學(xué)性能。
液晶顯示器包括具有圖案化電極的液晶元件。字母數(shù)字顯示器被分段并直接尋址，而多路化也用于具有水平和垂直電極的顯示器中。在主動(dòng)矩陣顯示的情況下，該顯示器也包括二極管或晶體管陣列用于切換單個(gè)像素。近年來研發(fā)了不同的液晶(LC)元件；最重要的液晶顯示器元件是TN元件(扭曲向列元件)，STN元件(超扭曲向列元件)，PDLC元件(聚合物彌散液晶元件)等。液晶元件通常采用向列型液晶，然而，也可利用近晶型液晶或膽甾型液晶。
所有上述液晶材料通常具有共性。它們具有棒狀分子結(jié)構(gòu)，剛性長軸和偶極子和/或容易偏振的取代基，從而提供了永久性偶極子或感生偶極子。
液晶狀態(tài)的獨(dú)特特征在于分子以相同方向配向的趨勢，謂之指向矢。
液晶中的宏觀取向可在處理界面處被感生。例如，在單軸摩擦表面上，液晶以單軸平面取向配向，而在某種聚合物或表面活性劑處理過的表面上，液晶垂直于表面配向。采用合適的取向感生層也可以感生傾斜取向。附圖2顯示了液晶元件21，其包括夾在表面25、27之間的液晶化合物23。在附圖2a中，表面25、27由表面活性劑處理以形成層29，其強(qiáng)迫液晶垂直于經(jīng)處理的表面取向。在附圖2b中，表面25、27被單軸地摩擦，從而液晶組合物鄰近摩擦的聚合物31。因此，液晶呈現(xiàn)出與該經(jīng)處理的表面的單軸平行取向。
分子在液晶元件中的取向也可由向元件施加電場或磁場來控制。液晶混合物往往表現(xiàn)出介電各向異性。當(dāng)在指向矢方向的介電常數(shù)大于在側(cè)向方向的介電常數(shù)時(shí)，液晶混合物表現(xiàn)出正介電各向異性。當(dāng)在指向矢方向的介電常數(shù)小于在側(cè)向方向的介電常數(shù)時(shí)，液晶混合物表現(xiàn)出負(fù)介電各向異性。具有正介電各向異性的液晶混合物往往使其長軸(指向矢)沿著所施加場的方向取向，而具有負(fù)介電各向異性的液晶混合物往往使其長軸(指向矢)垂直于所施加場取向。
通過向含有液晶分子的元件施加電場或磁場，該指向矢可以在兩種狀態(tài)或取向之間逐漸切換，即液晶元件在預(yù)定方向上透明的“on態(tài)”，和液晶元件在預(yù)定方向上不透明的“off態(tài)”。
附圖3a和3b闡述了常規(guī)扭曲向列型LC元件在透射模式中的操作。LC元件52由一對平行的透明板54和56(例如玻璃，當(dāng)其涂覆透明導(dǎo)電材料如ITO(氧化錫銦)膜時(shí)用作電極)組成。200納米厚的聚合物膜涂覆在ITO上以用作鄰近LC分子的配向?qū)印蓧K板之間的向列型LC繞垂直于板的軸(扭曲軸)螺旋狀地旋轉(zhuǎn)。若扭曲角為90°，例如LC分子使其指向矢58在一個(gè)板上處于x方向，在另一板上處于y方向。例如，在附圖3a中，顯示LC指向矢在鄰近于板54處配向?yàn)閥方向，在鄰近于板56處配向?yàn)閤方向；在這兩種情況下，它們均平行于板平面。
附圖3a和3b以分解形式闡述了單個(gè)元件52，其具有實(shí)際上形成了分開顯示的連續(xù)體的連續(xù)LC層60。各連續(xù)層的LC指向矢均相對于在前的層有角度地扭曲，產(chǎn)生從一塊板至另一塊板的總“扭曲”。調(diào)制電壓電源62通過開關(guān)64連接穿過相對板的電極。包含了圖像或其它光學(xué)數(shù)據(jù)的非偏振輸入光束66被引導(dǎo)通過偏振板68，使其在輸入板54處進(jìn)入元件時(shí)被偏振得平行于LC指向矢。在LC扭曲軸方向傳輸?shù)木€性偏振光的偏振平面沿LC分子旋轉(zhuǎn)，從而該元件起偏振旋轉(zhuǎn)器的作用。這已知為偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)(PRE)。在元件出口處，光偏振已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了90°(呈現(xiàn)90°LC扭曲角度)，從而其偏振70在元件出口處是以x方向。由另一偏振板72實(shí)現(xiàn)的分析儀的偏振平面是從偏振板68的偏振平面扭曲90°，其將偏振光束作為輸出74透射。
當(dāng)開關(guān)64關(guān)閉并且給元件電極板54和56施加調(diào)制電壓時(shí)，在元件內(nèi)建立了扭曲軸方向的電場。這引起LC分子向該電場傾斜。當(dāng)施加的調(diào)制電壓足夠大到能產(chǎn)生90°LC傾斜的時(shí)候，LC分子的扭曲特征松弛(除了鄰近于邊界板表面的那些)，從而偏振旋轉(zhuǎn)能力失活。這在附圖3b中得以闡述，其中LC指向矢58傾斜90°，從而其平行于光束66并與邊界板54和56成直角。結(jié)果，元件輸出光束的偏振70’與光束在元件輸入端的偏振相同，并且輸出光束由正交偏振分析儀72阻擋。分析儀有效地充當(dāng)了遮光器，其在沒有電場的情況下透射光并當(dāng)施加電場的時(shí)候阻擋光透射。僅部分傾斜LC分子的較低調(diào)制電壓導(dǎo)致入射光的部分透射和部分阻擋。
通過用鏡子替代板72，附圖3a和3b中闡述的透射顯示器可轉(zhuǎn)換為反射系統(tǒng)。
以上所述液晶元件具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生了有局限的光切換功能。相似地，常規(guī)光閥也提供了有局限的光切換功能。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供了包括懸浮于液晶化合物中的不等軸微粒的液晶復(fù)合物，特征在于該微粒關(guān)于液晶化合物分子而配向，且微粒的取向可通過施加電場而可逆地改變。
施加通過該復(fù)合物的電場感生了微粒取向的快速變化，且隨后除去電場致使微粒切換回到其原始配向。由此，本發(fā)明允許了微粒在兩個(gè)不同取向之間的快速且可逆的切換。
不等軸微?？砂▎我粚硬牧匣驍?shù)層材料，該材料可以是金屬、有機(jī)或無機(jī)材料。
復(fù)合物中采用的微粒形狀是“不等軸的”，即微粒形狀或結(jié)構(gòu)使得微粒在一個(gè)取向上比在另一取向上截取更多的光。針狀、棒狀、板條狀、碟狀、橢圓體狀或薄片形式的不等軸微粒都是合適的。由具有在可見光范圍內(nèi)有高度反射性的表面的材料構(gòu)成的薄片尤其適用于可切換的鏡子應(yīng)用，而根據(jù)所需結(jié)果可采用任何類型的光吸收或光反射材料。鋁和銀是合適的高度反射性材料的例子。微粒也可以是多層介電材料，也已知為布拉格反射體，其反射可見光范圍內(nèi)的光而基本沒有吸收損失。
不等軸微粒的厚度和長度之比優(yōu)選至少1∶4，更優(yōu)選至少1∶100。不等軸微粒的最小尺度如厚度優(yōu)選為5nm-1μm，更優(yōu)選5nm-100nm，不等軸微粒的最大尺度如長度優(yōu)選為20nm-50μm，更優(yōu)選100nm-10μm。
復(fù)合物優(yōu)選包括10wt％或更少的不等軸微粒。
不等軸微粒的表面處理導(dǎo)致了這些微粒相對于它們懸浮于其中的液晶分子的宏觀配向。如果微粒表面沒有以合適的方式處理，則它們隨機(jī)地取向。合適的表面處理包括用表面活性劑的處理，和例如單軸摩擦和光控配向的技術(shù)。這些和其它表面處理對本領(lǐng)域技術(shù)人員是眾所周知的。
例如，對于銀或金微粒，合適的表面活性劑包括含有一個(gè)或多個(gè)硫醇基團(tuán)的化合物。由某些材料如鋁或硅制成的微粒在其表面上表現(xiàn)出氧化物層。用于處理表現(xiàn)出氧化物層的微粒的合適表面活性劑包括含有一個(gè)或多個(gè)硅烷羧化物基團(tuán)的化合物。也可使用具有例如磺酸或膦酸的酸基團(tuán)的分子。
復(fù)合物優(yōu)選置于兩個(gè)基材之間，兩個(gè)基材均經(jīng)表面處理以感生液晶化合物分子宏觀取向。合適的表面處理包括用表面活性劑處理，和例如單軸摩擦和光控配向的技術(shù)。如上，合適的表面處理對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是眾所周知的。
基材優(yōu)選經(jīng)導(dǎo)電電極涂覆。基材的至少之一和其各自的電極優(yōu)選對光是至少部分透明的。例如，基材可由玻璃制成并經(jīng)氧化錫銦(ITO)涂覆。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了液晶元件，其包括間隔開的第一和第二基材，至少一個(gè)基材是透明的；形成于各自的第一和第二基材上的第一和第二電極，至少一個(gè)電極是透明的；形成于各自的第一和第二電極上的第一和第二配向?qū)?；和根?jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其置于兩個(gè)基材之間。
第一和第二基材優(yōu)選間隔一小段距離，例如小于5mm。配向?qū)觾?yōu)選是經(jīng)表面活性劑處理過的表面、經(jīng)聚合物處理過的表面和經(jīng)單軸摩擦過的表面中的至少之一。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供了可逆地改變液晶復(fù)合物中不等軸微粒的取向的方法，該方法包括步驟將微粒懸浮于液晶化合物中，其中微粒關(guān)于液晶化合物分子而配向；和施加通過復(fù)合物的電場。
本發(fā)明還提供了顯示設(shè)備，可切換鏡子，和用于改變來自光源的光束方向或形狀的裝置，其均包括了權(quán)利要求14的液晶元件。
為更好地理解本發(fā)明以上特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)純粹地通過實(shí)施例來描述實(shí)施方案，并參考附圖，其中圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的懸浮微粒設(shè)備或光閥的截面結(jié)構(gòu)；圖2a顯示了現(xiàn)有技術(shù)的液晶元件截面，其中元件表面經(jīng)表面活性劑處理過；圖2b顯示了現(xiàn)有技術(shù)的液晶元件截面，其中元件表面經(jīng)單軸摩擦過；圖3a和3b是闡述了常規(guī)扭曲向列型LC元件操作的簡化分解透視圖；圖4a、4b和4c顯示了根據(jù)本發(fā)明的液晶元件截面；圖5a和5b顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一液晶元件截面；圖6a和6b顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一液晶元件截面；圖7a和7b顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一液晶元件截面；圖8示意性地顯示了制備用于本發(fā)明實(shí)施方案中的不等軸微粒的第一方法；圖9示意性地顯示了制備用于本發(fā)明實(shí)施方案中的不等軸微粒的第二方法；圖10示意性地顯示了制備用于本發(fā)明實(shí)施方案中的不等軸微粒的第三方法；圖11顯示了從元件上表面觀察到的根據(jù)本發(fā)明液晶元件中的片材。微粒平行于元件表面取向；圖12顯示了從元件上表面觀察到的根據(jù)本發(fā)明液晶元件中的顆粒。微粒垂直于元件表面取向；圖13a和13b顯示了在微粒加熱到液晶材料澄清溫度以上期間，在根據(jù)本發(fā)明的液晶元件中微粒的液晶感生取向；圖14顯示了對根據(jù)本發(fā)明的液晶元件施加電壓對通過該元件的光透射的影響；和圖15表示了連續(xù)改變在根據(jù)本發(fā)明的液晶元件中的不等軸微粒取向，這出現(xiàn)在施加通過該元件的電壓時(shí)。
圖4a-4c示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的液晶元件100。液晶元件100包括兩個(gè)彼此相隔一小段距離的基材102、104，至少一個(gè)基材是透明的。各基材與電極106、108相連，至少一個(gè)電極是透明的。例如基材102、104可以是玻璃，電極106、108可以是ITO。包括懸浮于具有正介電各向異性的液晶化合物114中的不等軸微粒112的液晶復(fù)合物110置于兩個(gè)基材之間。不等軸微粒112在液晶化合物114中均勻遍布。鄰近復(fù)合物110的表面，即電極106、108被處理以配向液晶分子。在經(jīng)單軸摩擦過的表面116、118上，液晶114呈現(xiàn)相對于表面102、104的單軸平面取向，如圖4a所示。不等軸微粒112也經(jīng)表面處理過，使得其相關(guān)于液晶化合物分子114而配向。在圖4a中，由于用表面活性劑處理過表面，微粒112配向?yàn)槠溟L軸垂直于液晶分子114的長軸。因此，在圖4a中所示的休止態(tài)(V＝0)，不等軸微粒112呈現(xiàn)出相關(guān)于液晶分子114的確定配向。
如圖4b所示，施加強(qiáng)度為V1的電場引起具有正介電各向異性的液晶分子114以平行于施加電場的方向重新配向。不等軸微粒112，其取向與液晶分子114有關(guān)，也重新配向以保持垂直于液晶分子114。
如圖4c所示，電場強(qiáng)度V2的施加，其中V2＞V1，對液晶分子114的取向沒有作用。然而，現(xiàn)在更強(qiáng)的電場引起不等軸微粒112以平行于施加電場的方向重新配向。因此，在圖4c中，液晶分子114和不等軸微粒112的配向使得其長軸垂直于表面102，104。
當(dāng)關(guān)閉電場時(shí)，液晶分子114和不等軸微粒112恢復(fù)了圖4a中所示的取向。因此，本發(fā)明提供了不等軸微粒在兩種確定取向的配向，和在這些取向之間的快速可逆切換。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，電極106、108或基材102、104可能與復(fù)合物110相鄰。然而，正是相鄰于復(fù)合物的表面應(yīng)當(dāng)被處理以配向液晶分子。
圖5a和5b示意性地顯示了本發(fā)明的另一液晶元件120。液晶元件120包括兩個(gè)彼此相隔一小段距離的基材102、104，至少一個(gè)基材是透明的。各基材與電極106、108相連，至少一個(gè)電極是透明的。包括懸浮于具有正介電各向異性的液晶化合物114中的不等軸微粒112的液晶復(fù)合物110置于兩個(gè)基材之間。不等軸微粒112在液晶化合物114中均勻遍布。鄰近復(fù)合物110的電極106、108的表面用表面活性劑122處理，其由此，如圖5a中所示，在休止態(tài)(V＝0)，液晶114呈現(xiàn)出其長軸垂直于經(jīng)處理過的表面的取向。不等軸微粒112也由表面活性劑進(jìn)行過表面處理，從而其配向成其長軸垂直于液晶分子114的長軸。
如圖5b所示，施加強(qiáng)度為V的電場并未引起液晶分子114重新配向，因?yàn)槠渚哂姓殡姼飨虍愋?，且已?jīng)以平行于施加電場的方向配向。然而，如果電場施予的力足夠大，且能夠克服使得不等軸微粒112垂直于液晶分子114取向的力，則不等軸微粒112將以平行于施加電場的方向重新配向。因此，在圖5b中，液晶分子114和不等軸微粒112均配向成其長軸垂直于表面102、104。
當(dāng)關(guān)閉電場時(shí)(V＝0)，不等軸微粒112的取向?qū)⒃俅伪灰壕Х肿?14引導(dǎo)，如圖5a所示。
圖6a和6b示意性地顯示了本發(fā)明的另一液晶元件130。液晶元件130包括兩個(gè)彼此相隔一小段距離的基材102、104，至少一個(gè)基材是透明的。各基材與電極106、108相連，至少一個(gè)電極是透明的。包括懸浮于具有負(fù)介電各向異性的液晶化合物134中的不等軸微粒113的液晶復(fù)合物110置于兩個(gè)基材之間。不等軸微粒113在液晶化合物134中均勻遍布。鄰近復(fù)合物110的電極106、108的表面用單軸摩擦132處理，其由此，如圖6a中所示，液晶114呈現(xiàn)出其長軸平行于經(jīng)處理過的表面的取向。不等軸微粒113也由單軸摩擦進(jìn)行過表面處理，且配向成其長軸平行于液晶分子134的長軸。
如圖6b所示，強(qiáng)度為V的電場施加并未引起液晶分子134重新配向，因?yàn)槠渚哂胸?fù)介電各向異性，且已經(jīng)以垂直于施加電場的方向配向。然而，如果電場施予的力足夠大，且能夠克服使得不等軸微粒113平行于液晶分子134取向的力，則不等軸微粒113將以平行于施加電場的方向重新配向。
當(dāng)關(guān)閉電場時(shí)，不等軸微粒113的取向?qū)⒃俅伪灰壕Х肿?34引導(dǎo)，如圖6a所示。
圖7a和7b示意性地顯示了本發(fā)明的另一液晶元件170。液晶元件170包括兩個(gè)彼此相隔一小段距離的基材102、104，至少一個(gè)基材是透明的。各基材與電極106、108相連，至少一個(gè)電極是透明的。例如基材102、104可以是玻璃，電極106、108可以是ITO。包括懸浮于具有負(fù)介電各向異性的液晶化合物134中的不等軸微粒112的液晶復(fù)合物110置于兩個(gè)基材之間。不等軸微粒112在液晶化合物134中均勻遍布。鄰近復(fù)合物110的電極106、108的表面176、178用表面活性劑處理，從而配向液晶分子，如圖7a中所示，在表面176、178處液晶134呈現(xiàn)出相關(guān)于基材102、104的單軸垂直取向。不等軸微粒112也經(jīng)表面處理過使得其相關(guān)于液晶化合物分子134而配向。在圖7a中，由于用表面活性劑處理過表面，微粒112配向?yàn)槠溟L軸垂直于液晶分子134的長軸。因此，在圖7a中所示的休止態(tài)(V＝0)，不等軸微粒112呈現(xiàn)出相關(guān)于液晶分子134的確定配向。
如圖7b所示，強(qiáng)度為V的電場施加引起具有負(fù)介電各向異性的液晶分子134以垂直于施加電場的方向重新配向。不等軸微粒112，其取向與液晶分子134有關(guān)，也重新配向以保持垂直于液晶分子134。進(jìn)一步增加電場并未改變液晶分子或不等軸微粒的取向的方向。
當(dāng)關(guān)閉電場時(shí)，液晶分子134和不等軸微粒112恢復(fù)了圖7a所示的取向。
因此，圖4-7中所示實(shí)施方案提供了不等軸微粒在兩種確定取向的配向，和在這些取向之間的快速可逆切換。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，在本發(fā)明范圍內(nèi)有許多實(shí)施方案，通過改變鄰近于液晶復(fù)合物的表面和不等軸微粒的表面處理類型，可獲得不同結(jié)果。選擇的其它液晶類型將影響所得結(jié)果。例如，一些實(shí)施方案允許光在沒有電壓的情況下透射通過元件，但是當(dāng)施加電場時(shí)阻擋光的透射。其它實(shí)施方案在未施加電壓的時(shí)候反射光，但當(dāng)施加電場的時(shí)候允許光的透射。
不等軸微?？砂▎我粚硬牧匣驍?shù)層材料，該材料可以是金屬、有機(jī)或無機(jī)材料。例如，微?？砂ǚ瓷淠骋蛔V帶光的分層介電材料。它們可備選地由具有不同物理(例如光學(xué))或化學(xué)表面性能的兩個(gè)不同層組成。例如，剛性基材層可與光學(xué)反射性層結(jié)合。這種技術(shù)可用于增加反射性微粒的剛性。還可以合并以不同方式與不同分子反應(yīng)的層。例如，可選擇表面之一使得其專一地與極性分子反應(yīng)，而另一表面可具有與非極性物質(zhì)的高反應(yīng)性。以這種方式，可制備具有特定極性和非極性表面的微粒。這種微粒的取向可容易受控。
現(xiàn)在描述本發(fā)明中采用的制備不等軸微粒的各種方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到當(dāng)制備由某些材料制成的微粒時(shí)，某些方法是優(yōu)選的，因?yàn)橐恍┓椒ㄖ苽湓谛螤詈统叽缟暇哂性S多變化的微粒，而其它方法制備具有特定尺寸、形狀和/或表面性質(zhì)的微粒。一種方法是基于具有脫模涂層的基材頂部薄層的蒸發(fā)，隨后是其脫模并研磨成小微粒尺寸。其它方法包括采用天然礦物例如云母，其也可被研磨。硅和鋁微?？稍谌芤褐兄苽洹?br> 不等軸微粒也可通過晶體的生長而獲得，尤其是針狀晶體。采用合適表面活性劑時(shí)金屬或其它無機(jī)材料的納米棒也可在其在溶液中合成期間獲得。采用這種方法也可制備碟和片狀不等軸微粒。棒狀微?？梢栽谀０逯猩L，隨后該模板可除去，留下棒狀微粒。其它不等軸微粒在采用具有成核位點(diǎn)的合適表面時(shí)可以從蒸汽相生長。
圖8示意性地顯示了制備用于本發(fā)明實(shí)施方案中的不等軸微粒的第一方法。該方法可以采用多種技術(shù)執(zhí)行，例如膠印、微觸印刷和噴墨印刷。在所有這些技術(shù)中，除了噴墨印刷以外，圖案化表面或油墨以圖案化方式(印花)轉(zhuǎn)移到的表面用于將油墨140轉(zhuǎn)移到包括待圖案化的層的另一表面142上。該油墨可用作正性光刻膠或負(fù)性光刻膠，這取決于油墨類型。若油墨用作負(fù)性光刻膠，則將通過從沒有被油墨140覆蓋或改性的那些區(qū)域蝕刻而選擇性地除去待圖案化的層142的材料。若油墨用作正性光刻膠，則提供更高蝕刻抗性的第二油墨層僅被施加到尚未改性的表面區(qū)域(例如通過經(jīng)由從溶液的自組裝的沉積)上。在此情況下，隨后的蝕刻步驟中，材料從由第一油墨(具有較低蝕刻抗性的油墨)改性的那些區(qū)域除去。其它油墨蝕刻方案也是可行的，包括已沉積到表面上的油墨的局部(圖案化)化學(xué)改性。
重要的是待圖案化的層142在其下具有脫模層144(在待圖案化的層142和基材146之間)。隨后脫模層144可在合適溶劑中溶解，產(chǎn)生分散于溶劑中游離的圖案化結(jié)構(gòu)物148(各種形狀和尺寸的微粒)，如圖8所示。油墨140可以或可以不通過該溶劑的溶解除去。視需要，油墨140也可在另一后續(xù)工藝步驟中除去。
也可以采用噴墨印刷來產(chǎn)生所需圖案。在那種情況下油墨140可以微滴形式被帶到待圖案化的層142頂部。進(jìn)一步的工藝類似于以上說明。然而，由于其連續(xù)本質(zhì)，噴墨印刷技術(shù)通常較慢。
也可用光學(xué)平版印刷術(shù)使光刻膠材料層圖案化，該光刻膠材料層采用光掩膜覆蓋了待圖案化的層142。在形成了光刻膠層之后，待圖案化的層142可以被蝕刻并且具有各種形狀和尺寸的顆粒148通過上述相同的方式制備。
圖9示意性地顯示了制備用于本發(fā)明實(shí)施方案中的不等軸微粒的第二方法。采用掩膜150來將微粒152的層沉積到具有脫模層156的基材154上。隨后脫模層156溶解，從而制備各種形狀和尺寸的游離顆粒153。
掩膜150也可在基材154頂部上生產(chǎn)，如圖10所示。在此情況下，沉積在掩膜150頂部的微粒152可通過合適的溶劑除去，從而提供游離顆粒153，而沉積在粘附層160上的材料158并未被除去。還可以采用反向技術(shù)，其中沉積的材料粘附于掩膜表面150上并且在掩膜表面150之間沉積的材料158被脫模。
本發(fā)明各種形狀和尺寸的微粒的表面改性是關(guān)鍵的，表面改性的本質(zhì)是決定液晶復(fù)合物內(nèi)微粒取向的重要因素。
微粒表面的恰當(dāng)表面處理是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，包括例如單軸摩擦、光控配向和用表面活性劑處理的技術(shù)。例如，金微?？捎扇缦滤镜那杌?lián)苯基硫醇分子(I)處理
由分子(I)處理的微粒取向?yàn)榇怪庇谝壕Х肿拥姆较颉Ｎ⒘？蓚溥x地由以下所示的聯(lián)苯基硫醇分子(II)處理 由分子(II)處理的微粒取向?yàn)槠叫杏谝壕Х肿拥姆较颉?br> 技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到很多其它已知的表面處理是可行的。技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到以上示例性的處理可適用于液晶元件的基材。
為穩(wěn)定微粒懸浮物并避免微粒沉降或粘結(jié)到元件表面，聚合液晶也可包括到液晶混合物中。還有利的是原位交聯(lián)這種聚合物以得到更好的穩(wěn)定。
現(xiàn)通過實(shí)施例描述本發(fā)明的多個(gè)備選實(shí)施方案。
在第一實(shí)施例中，將由以上氰基聯(lián)苯基硫醇分子(I)處理過的金片置于含有液晶分子E7(Merck，Darmstadt)的元件中。E7是公知的液晶混合物，其含有具有氰基聯(lián)苯基和氰基三聯(lián)苯基基團(tuán)的分子。元件表面由聚合物Sunever聚酰胺型626(Nissan chemica1s，Japan)覆蓋，已知該聚合物感生液晶相對于表面的垂直配向。因此，元件中的液晶分子立即成為垂直于元件表面取向并且該片材立即呈現(xiàn)出垂直于液晶分子的取向，如圖5所示。圖11顯示了從元件上表面觀察的片材表示。因此，很明顯，片材平行于元件表面取向。片材的這一取向與片材表面上的分子偶極和液晶分子偶極之間的相互作用有關(guān)。
在第二實(shí)施例中，金片由以上聯(lián)苯基硫醇分子(I I)處理并置于含有具有單軸取向的液晶分子Zli2857(Merck，Darmstadt)的元件中，如圖5a所示。Zli2857是具有負(fù)介電各向異性并含有具有側(cè)向偶極的分子(例如以下所示的分子(III))的混合物
元件表面覆蓋了聚合物Sunever聚酰胺型626(Nissan chemicals，Japan)，已知該聚合物感生液晶相對于表面的垂直配向。因此，元件中的液晶分子立即成為垂直于元件表面取向，并且該微粒立即呈現(xiàn)出平行于液晶分子的取向，并成為垂直于元件表面的取向。這顯示了偶極的相互作用在決定微粒相關(guān)于液晶分子的取向方向方面的重要性。
在第三實(shí)施例中，金片由氰基聯(lián)苯基硫醇分子處理，如第一實(shí)施例。然而，經(jīng)處理的片材置于含有E7液晶分子(其長軸平行于鄰近的單軸摩擦過的聚合物表面(JSR AL1051)配向)的元件中，如圖4a所示。該片材立即如預(yù)期那樣呈現(xiàn)出垂直于液晶分子的取向。圖12是從元件上表面觀察的片材表示。因此，很明顯，片材垂直于元件表面取向。
片材由液晶感生的取向的進(jìn)一步證據(jù)可在將片材加熱到液晶材料的澄清溫度以上期間而觀察到。該效應(yīng)顯示在圖13a和13b的表示中。在圖13a中，液晶分子在室溫下垂直于元件表面取向。一旦加熱液晶到澄清溫度以上，該片材呈現(xiàn)出平行于元件表面的取向，如圖13b所示。
圖14和15顯示了對上述第一實(shí)施例的元件施加5V電脈沖的結(jié)果。圖14顯示了一旦施加電壓，片材飛速旋轉(zhuǎn)并配向在施加電場的方向。觀察到通過元件的光透射的增加。一旦除去電壓，片材很快回到初始取向狀態(tài)，在此極少的光透射通過元件。圖15是當(dāng)施加電壓時(shí)出現(xiàn)的片材連續(xù)改變?nèi)∠虻谋硎尽?br> 應(yīng)理解到本詳細(xì)說明公開了更寬范圍的本發(fā)明的特定實(shí)施方案，并無意于限制。有很多處于隨后權(quán)利要求所述的本發(fā)明范圍內(nèi)的其它實(shí)施方案，而且這些實(shí)施方案對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種液晶復(fù)合物(110)，其包括懸浮于液晶化合物(114，134)中的不等軸微粒(112，113)，特征在于該微粒相關(guān)于液晶化合物分子而配向，且微粒的取向可通過施加電場而可逆地改變。
2.權(quán)利要求1的液晶復(fù)合物，其中微粒表面由表面活性劑處理。
3.權(quán)利要求2的液晶復(fù)合物，其中表面活性劑包括含有一個(gè)或多個(gè)硫醇基團(tuán)的化合物。
4.權(quán)利要求2的液晶復(fù)合物，其中表面活性劑包括含有一個(gè)或多個(gè)硅烷基團(tuán)的化合物。
5.權(quán)利要求1的液晶復(fù)合物，其中微粒表面經(jīng)單軸摩擦來處理。
6.權(quán)利要求1的液晶復(fù)合物，其中微粒表面經(jīng)光控配向來處理。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其中微粒厚度為5nm-1μm，微粒長度為20nm-50μm。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其中微粒表面反射可見光。
9.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其中微粒表面吸收可見光。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其中微粒的厚度和長度之比為至少1∶5。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其中微粒是復(fù)合物重量的10％或更少。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其中微粒是金屬微粒。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物，其中微粒長度小于1μm，微粒已經(jīng)從溶液中合成。
14.一種液晶元件(100，120，130，170)，其包括間隔開的第一和第二基材(102，104)，至少一個(gè)基材是透明的；形成于各自的第一和第二基材上的第一和第二電極(106，108)，至少一個(gè)電極是透明的；形成于各自的第一和第二電極上的第一和第二配向?qū)?116，118，122，132，176，178)；和根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的液晶復(fù)合物(110)，其置于兩個(gè)基材之間。
15.一種可逆地改變液晶復(fù)合物(110)中不等軸微粒(112，113)的取向的方法，該方法包括步驟將微粒懸浮于液晶化合物中，其中微粒相關(guān)于液晶化合物分子配向；和施加通過復(fù)合物的電場。
16.權(quán)利要求15的方法，還包括處理微粒表面的初始步驟。
17.權(quán)利要求15或16的方法，還包括在施加電場的步驟之前將懸浮物帶入兩個(gè)平行基材(102，104)之間的步驟。
18.包括權(quán)利要求14的液晶元件(100，120，130，170)的顯示設(shè)備。
19.包括權(quán)利要求14的液晶元件(100，120，130，170)的可切換鏡子。
20.用于改變來自光源的光束方向或形狀的裝置，包括權(quán)利要求14的液晶元件(100，120，130，170)。
全文摘要
一種包含懸浮于液晶化合物中的不等軸微粒的液晶復(fù)合物。該復(fù)合物的特征在于該微粒相關(guān)于液晶化合物分子而配向，且微粒的取向可通過施加電場而可逆地改變。
文檔編號G02F1/137GK1922287SQ200580005867
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者R·A·M·?？嗣诽?申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司