專利名稱：電光切換元件和電光顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電光切換元件(electro-optical switching element)和它們在電光顯示器中的使用以及這些顯示器。具體地說，本發(fā)明涉及引起亮像(bright image)的電光切換元件，所述亮像在明亮的環(huán)境光條件下具有極佳的可見性，因此具有低功率消耗，此外具有長期可靠性。這些電光切換元件包括至少一個膽留相液晶(cholesteric liquidcrystal)層,所述膽留相液晶層可選地包含這樣的材料，該材料轉(zhuǎn)而包含一個或多個發(fā)光部分(moiety)。根據(jù)本申請的電光切換元件尤其適用于所謂的電子紙(e-paper)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在公開的日本專利申請JP 2008-233915 (A)中描述了使用具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶材料作為發(fā)光和/或反射材料的電光切換元件，該液晶材料可選地包含熒光染料，這些電 光切換元件通過避免液晶螺旋結(jié)構(gòu)對環(huán)境光的典型的強選擇性反射而具有改善了對比度。在尚未公開的國際專利申請PCT/EP2009/005866中描述了使用具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶材料作為能夠轉(zhuǎn)換光(例如環(huán)境光和/或來自背光系統(tǒng)的光)的光轉(zhuǎn)換裝置的電光切換元件，該液晶材料可選地包含熒光染料，每個所述光轉(zhuǎn)換裝置〇能夠?qū)⒐獾钠駹顟B(tài)從非偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光或圓偏振光，同時〇可選地能夠?qū)⒐獾牟ㄩL轉(zhuǎn)變?yōu)檩^長的值然而，它們使用包括一個或多個偏振器的液晶單元，這導(dǎo)致設(shè)備僅使用總光的一半和/或很難利用具有記憶效應(yīng)的顯示效果。在公開的日本專利申請JP H08-286214(A) (1996)中，描述了使用客體-主體型液晶和金屬反射器的反射式液晶顯示器。在WO 2007/007384中，描述了其中層疊了膽甾相液晶層的反射式液晶顯示設(shè)備，這些膽留相液晶層通過施加電壓而改變其選擇性反射。使用膽甾相液晶作為對尋址電壓(addressing voltage)做出反應(yīng)而控制和修改光的傳播的材料(即，作為切換介質(zhì))的顯示設(shè)備通常呈現(xiàn)記憶效應(yīng)，在尋址電壓關(guān)斷之后保持所顯示的圖像。然而，這些類型的電子紙即使在弱環(huán)境光條件下，也不能顯示具有良好對比度和良好可讀性的清晰圖像。如果在此類型的顯示器中使用濾色器，情況甚至更糟糕。在這種情況下，所顯示的圖像甚至在強光條件下很差。吸收了大部分入射光的濾色器大大降低了顯示器的光使用效率。除了其中使用液晶作為切換介質(zhì)的這些顯示器之外，其中使用雙色粒子的電泳切換元件例如被稱為“快速響應(yīng)液態(tài)粉末”或顯示器。這些顯示設(shè)備通常也具有記憶效應(yīng)，即使在尋址電壓關(guān)斷之后也會保持圖像。例如，在公開的日本專利申請JP 2003-005225 (A)中，描述了一種顯示設(shè)備，其中帶電粒子被收集和集中在具有小面積的電極上，或被分散在具有大面積的電極上。因此，該設(shè)備可以從白色狀態(tài)切換為黑色狀態(tài)。在W02005/098525中，描述了這種粒子的優(yōu)選尺寸。在公開的日本專利申請JP 2004-045643 (A)和JP 2007-206365 (A)中，描述了一種顯示設(shè)備，其中具有小的雙色球體。這些小球懸浮/分散在流體中并被包入由一對基板連同框架形成的單元中。這些球的每一個都具有兩個不同的半球。這些半球中的一個為黑色，而另一個為白色。同時，兩個半球都帶電，具有彼此符號相反的電荷。在對基板內(nèi)側(cè)上的一對電極施加具有適當(dāng)極性的電壓時，產(chǎn)生具有特定方向的電場。根據(jù)帶有不同電荷的半球的取向，雙色球經(jīng)受扭矩并旋轉(zhuǎn)。因此，通過施加具有適當(dāng)極性的電壓，使得半球向觀察者選擇性地呈現(xiàn)其黑色半球或其白色半球，因此可以顯示黑色和白色狀態(tài)。通過由電場誘導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)，這些顯示器的電光效應(yīng)也被稱為“電致旋光(electro-gyric)”效應(yīng)。為了實現(xiàn)彩色圖像，公開的日本專利申請JP 2004-199022 (A)建議使用三種不同類型的雙色球，其中雙色球的半球(不是黑色)具有三種不同的可選顏色之一，例如三原色(紅、綠和藍)之一，而不是白色。 備選地，US 2002/0180688 (A)建議針對相應(yīng)的黑色和白色顯示器使用濾色器。然而，這些顯示器不能顯示活動圖像，但在斷開驅(qū)動電壓之后保持其圖像，這對于其中必須節(jié)省電力的某些應(yīng)用而言是有利的。它們通常被稱為電子紙(簡寫為e-paper)，并且目前進行了廣泛研發(fā)以取代普通紙作為顯示介質(zhì)。對于其中使用具有雙極電荷的兩色半球的電致旋光顯示器，光利用效率相當(dāng)?shù)?。在此，原因是其反射效率相?dāng)?shù)?，對于彩色圖像而言尤其如此，原因在于其使用濾色器。即使在強光條件下，它們也無法提供生動的圖像。在SID 06DIGEST的第769至772頁中描述了一種不使用偏振器的反射式液晶顯示器。在此，描述了使用后向反射器(retiO-reflector)的聚合物分散液晶(PDLC)顯示器。在TOLC透明的狀態(tài)下，圖像為黑色，而當(dāng)I3DLC不散射光時，圖像為白色。在此類型的顯示器中，希望后向反射器小于人眼的瞳孔。當(dāng)TOLC透明時，在被后向反射器反射的光當(dāng)中，觀察者僅可看見沿其瞳孔方向傳播的部分光。這意味著觀察者實際上看不到光，圖像看起來是黑色的。然而，當(dāng)roLC處于光散射狀態(tài)時，環(huán)境光被后向反射器反射并被F1DLC散射。在這種情況下,原本來自不同于觀察者瞳孔方向的方向的光也變得可見，圖像看起來是白色的。然而，在這些顯示器中使用的后向反射器的制備需要具有高分辨率的微光刻(micro-lithographic)步驟,并且很難將后向反射器按比例縮放(scale)到較大顯示器的整個區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，使用一個或多個電光切換元件，所述電光切換元件能夠響應(yīng)于電壓的施加而改變光強度，優(yōu)選地調(diào)整或改變光強度，即控制光強度。所述電光切換元件能夠調(diào)整被設(shè)備各部分透射和/或反射的光的強度。根據(jù)本發(fā)明的所述電光切換元件不需要并且優(yōu)選地不包括用于使光偏振的裝置，例如偏振器。優(yōu)選地，根據(jù)本申請的設(shè)備不包括用于使光偏振或改變光的偏振的裝置，并且最優(yōu)選地，它們不包括偏振器。優(yōu)選地，根據(jù)本申請的設(shè)備包括一個或多個能夠轉(zhuǎn)換和/或控制光的透射/反射/散射的程度的電光元件。優(yōu)選地，根據(jù)本申請的設(shè)備包括一個或多個能夠反射光(例如環(huán)境光)的光反射裝置，所述光反射裝置能夠選擇性地反射特定波長范圍的光。
優(yōu)選地，根據(jù)本申請的設(shè)備是電子顯示器。特別優(yōu)選地，它們是用于顯示信息的顯示器，并且最優(yōu)選地，它們是用于所謂的“電子紙”的顯示器。有利地使用相應(yīng)的僅利用反射光的新穎顯示設(shè)備，這是因為它們實現(xiàn)了功率消耗的顯著降低。本發(fā)明涉及一個或多個電光元件的使用，這些元件能夠切換和/或控制光的透射/反射/散射的程度，這允許針對一個電光元件(即，在一個電光切換元件中)同時使用兩個不同的膽留相層。膽留相液晶的這兩個不同的層優(yōu)選地相對于彼此具有相反的扭曲方向(即，彼此相反的旋向性)。 在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的電光設(shè)備具有獨特的光學(xué)元件的組合和布置，以便它們利用反射的環(huán)境光以及來自背光源的光，因此它們以低的功率消耗產(chǎn)生在強環(huán)境光條件下具有清晰的可見性的亮像。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，使用一個或多個光學(xué)元件，包括-一個或多個能夠反射光(例如環(huán)境光)的光反射裝置，所述光反射裝置〇能夠選擇性地反射特定波長范圍的光，并且同時〇可選地能夠?qū)⒐獾牟ㄩL轉(zhuǎn)變?yōu)檩^長的值，優(yōu)選地轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽?，以?至少一個所述轉(zhuǎn)換裝置〇能夠?qū)⒐獾牟ㄩL轉(zhuǎn)變?yōu)檩^長的值，以及-優(yōu)選為層形式的材料，所述材料能夠改變光強度，優(yōu)選地調(diào)整或更改光強度，即，切換和/或控制光強度，優(yōu)選地設(shè)置有所述材料的一個或多個電尋址裝置，-優(yōu)選地沒有用于使光偏振的裝置，以及-可選地具有用于照明的裝置，例如背光源。根據(jù)本發(fā)明的電光設(shè)備包括一個或多個以如下方式設(shè)置的光學(xué)元件使得它們相當(dāng)高效地利用來自背光系統(tǒng)的光，并且來自背光系統(tǒng)的輻射不包括具有高能量的輻射，優(yōu)選地該輻射不包括任何UV輻射，并且更優(yōu)選地也不包括具有短波長的藍光。優(yōu)選地，光的波長為385nm或更大,更優(yōu)選地為420nm或更大,最優(yōu)選地為435nm或更大。所述材料能夠改變光強度這一表達意味著可以通過施加外力，優(yōu)選地通過對其進行電尋址，將透射通過該材料的狀態(tài)至少從一種狀態(tài)改變?yōu)橹辽倭硪环N狀態(tài)。透射的改變可以并且優(yōu)選地具有或多或少的連續(xù)性，以便于灰度表示。然而，也可以使用利用呈現(xiàn)雙穩(wěn)定性的效應(yīng)的電光切換元件。后一種情況通常有利地用于需要節(jié)省所用能量的應(yīng)用的設(shè)備，例如用于電子紙應(yīng)用，所述電子紙應(yīng)用是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的。根據(jù)本申請使用的光反射裝置可以具有不同的形式。在優(yōu)選實施例中，它們包括一個或多個層，這些層為或多或少平坦的，基本上為連續(xù)層，優(yōu)選地覆蓋顯示器的基本上所有切換元件。在其他實施例中，所述反射裝置優(yōu)選地例如以圖案化的方式構(gòu)造，例如被構(gòu)造為與顯示器的像素或子像素基本上一致，如下面詳細解釋的那樣。根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)了一種光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括具有至少一個扭曲方向的一個或多個膽留相液晶層，或者包括包含至少一個發(fā)光部分作為反射器并具有控制光強度的光學(xué)部件的膽留相液晶層。由于膽留相液晶層是高效光反射器，所以反射強度相當(dāng)高?？墒褂镁哂杏倚で较蚝妥笮で较蚨叩哪戠尴嘁壕В虼死碚撋峡梢詫崿F(xiàn)100%的反射效率。此外，膽留相液晶層中的至少一個可以包含包括一個或多個發(fā)光部分的材料。因而，即使在黑暗條件下，通過用適當(dāng)光源照明膽留相液晶層，可以顯示清晰并且可讀性好的圖像。由于可使用光聚合性材料，所以膽留相液晶層可以很容易地涂覆在基板上，并且可以很容易地制造。所述一個或多個發(fā)光部分可以存在于與膽留相液晶層不同的層中，優(yōu)選地位于面向觀察者的膽留相液晶層側(cè)。一個或多個膽留相層優(yōu)選地以一個或多個聚合膜的形式存在。它們可以有利地被構(gòu)造為矩陣的形式，該矩陣具有與顯示器的像素匹配的區(qū)域部分(areal part)。這些區(qū)域部分可以以圖案化的方式與不同的顏色一致。它們還可以有利地包括具有彼此相反的扭曲方向的雙層。


I.圖 I使用摻雜有二色性染料的扭曲向列相液晶層作為電光切換元件的本發(fā)明的實施 例的示意性示例。a)未施加電壓的扭曲向列狀態(tài)。b)已施加電壓。2.圖 2通過額外使用背光源從圖I的實施例修改的實施例的示意性示例。a)未施加電壓的扭曲向列狀態(tài)。b)已施加電壓。3.圖 3使用電泳單元作為電光切換元件的本發(fā)明的實施例的示意性示例。a)施加直流電壓，使得下電極具有與粒子的電荷符號相反的電荷符號的電荷。b)施加直流電壓，使得下電極具有與粒子的電荷符號相同的電荷符號的電荷。4.圖 4通過額外使用背光源從圖3的實施例修改的實施例的示意性示例。a)施加直流電壓，使得下電極具有與粒子的電荷的符號相反的符號的電荷。b)施加直流電壓，使得下電極具有與粒子的電荷的符號相同的符號的電荷。5.圖 5使用具有低分子量的液晶和聚合物的復(fù)合材料的層作為電光切換元件的本發(fā)明的第五實施例的示意性示例。a)未施加電壓的狀態(tài)。b)已施加電壓。6.圖 6使用電致旋光電光切換元件的本發(fā)明的第六實施例的示意性示例。a)施加直流電壓，使得下電極具有與球體粒子的黑色部分的電荷的符號相反的符號的電荷。b)施加直流電壓，使得下電極具有與球體粒子的黑色部分的電荷的符號相同的符號的電荷。
7.圖 7其中將包括一個發(fā)光部分(或多個發(fā)光部分)的材料嵌入附加層中的實施例的示意性示例。8.圖 8其中將反射激發(fā)光的層置于發(fā)光層上的實施例的不意性不例。對圖中符號的解釋T . 一般說明I.圖的部分a和b的劃分在各圖的各自第一部分(S卩，標(biāo)記為“a”的部分)中，示出了電光切換元件的非切換 狀態(tài)，分別為更強吸收狀態(tài)，分別為具有較低透射的狀態(tài)。各圖的各自第二部分(即，標(biāo)記為“b”的部分)示出了各自的補態(tài)。為了簡單起見，在圖lb、2b、3a和3b中，僅示出一個示例性電光切換元件。圖la、2a、4a、4b、5a和5b示出三個切換元件，每種顏色(R、G、B)—個。2.光路圖中的寬箭頭指示光路。3.光顏色R 紅色，B 藍色，以及G 綠色。II.標(biāo)號I.圖 Ia 和 Ib 101 二色性染料102液晶分子103 電極104 TFT105膽甾相液晶106入射光107反射光2.圖 2a 和 2b 201 二色性染料202液晶分子203 電極204 TFT205膽甾相液晶206入射光207包括一個或多個發(fā)光部分的材料208來自背光源的光3.圖 3a 和 3b 301帶電粒子302流體介質(zhì)
303電極304TFT305膽甾相液晶306入射光307包括一個或多個發(fā)光部分的材料312切換元件的單元的框架4.圖 4a 和 4b 401帶電粒子 402流體介質(zhì)403電極404TFT405膽甾相液晶406入射光407包括一個或多個發(fā)光部分的材料408具有來自背光源的光的背光409介電屏蔽物(shield)410反射光411來自背光源的轉(zhuǎn)換光412切換元件的單元的框架5.圖 5a 和 5b 501聚合物材料502低分子量液晶503電極504TFT505膽甾相液晶506入射光6.圖 6a 和 6b 601扭曲球體602電泳介質(zhì)603電極604薄膜晶體管(切換元件)605膽甾相液晶層606環(huán)境光607來自膽甾相液晶層的反射光613扭曲球體的黑色半球7.圖 7 :701發(fā)光層702膽甾相液晶層703激發(fā)光
704來自發(fā)光部分的發(fā)射光8.圖8 :801發(fā)光層802膽甾相液晶層803激發(fā)光804來自發(fā)光部分的發(fā)射光805激發(fā)光反射層
具體實施例方式在根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中，控制光量的光學(xué)元件是液晶單元，所述液晶單元包括摻雜有一種或多種二色性染料的向列相液晶。在圖I中，示出了其中使用扭曲向列相LC結(jié)構(gòu)的實施例的設(shè)備?？梢葬槍εで蛄薪Y(jié)構(gòu)或垂直對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的液晶應(yīng)用該結(jié)構(gòu)。在這兩個不同的可能結(jié)構(gòu)中，在施加電壓與不施加電壓的情況下，對應(yīng)的切換狀態(tài)交換。扭曲角優(yōu)選地為90°或大約90°。液晶包括一種或多種二色性染料(101)。液晶被稱為“主體”，二色性染料被稱為“客體”。二色性染料具有與其分子長軸平行的躍遷矩，在這種情況下，躍遷矩被取向為與主體液晶的指向矢(即，液晶的分子長軸的平均方向)平行。然而，還可以使用具有與分子長軸的平均方向(即，液晶主體的指向矢)垂直的躍遷矩的二色性染料。此圖中示出的液晶主體(102)具有正介電各向異性。然而，還可以有利地使用具有負介電各向異性的液晶主體，在這種情況下，手征性摻雜劑向主體液晶中的添加僅僅是可選的。包括液晶主體和一種或多種二色性染料的客體-主體混合物被填充在液晶單元中，所述單元包括合適的框架和兩個基板，至少一個基板是透明基板。兩個基板的每一個都具有在其內(nèi)側(cè)上(即，面向液晶)的一個或多個透明電極(103)。電極優(yōu)選地被覆蓋有對準(zhǔn)層(alignment layer),優(yōu)選地被覆蓋有聚酰亞胺對準(zhǔn)層。這未在圖中示出。實施例的此部分類似于常規(guī)向列相液晶單元的此部分?？梢杂欣赝ㄟ^例如使用薄膜晶體管(TFT :(104))的有源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)對液晶進行尋址，同樣如同在常規(guī)液晶顯示器的情況。然而，還可以直接對液晶進行尋址，或通過無源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)(即，采用所謂的“時分復(fù)用”尋址)進行尋址。后面這兩種情況的尋址不需要有源驅(qū)動元件(例如TFT)的矩陣。在有源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)中，通常并且優(yōu)選地使用如下液晶單元其中在單元中從底部基板到頂部基板將液晶的指向矢扭曲絕對值為90°或大約90°的角度(“TN”配置)。相比而言，在使用無源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)的顯示器中，將液晶的指向矢扭曲絕對值在180°至270°的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在240°至大約270°的范圍內(nèi)的角度(“STN”配置)。與常規(guī)液晶切換元件相比，根據(jù)本發(fā)明的這些電光切換元件的主要不同之處在于它們包括在可見光范圍內(nèi)具有選擇性反射的膽留相液晶層(105)。該膽留相液晶層優(yōu)選地位于下基板和該基板的相應(yīng)電極之間。為了實現(xiàn)彩色顯示器，可以例如方便地使用三個這種切換元件，每一個都具有呈現(xiàn)不同選擇性反射波長的不同膽留相液晶。優(yōu)選地，這些不同膽甾相液晶中的每一個在光譜范圍內(nèi)具有分別對應(yīng)于三原色紅(R)、綠(G)和藍(B)中的每一者的選擇性反射的波長范圍。圖Ia示出了客體-主體液晶的切換元件的示意性結(jié)構(gòu)，在使用具有正介電各向異性的液晶主體混合物并且不對切換元件的電極施加電壓的情況下，客體-主體液晶具有90°的扭曲角。因而，液晶指向矢被取向為與基板平行，并且從底部基板到頂部基板扭曲90°角。在此狀態(tài)下，進入客體-主體液晶的環(huán)境光(106)被二色性染料強烈吸收，二色性染料沿其分子長軸具有強吸收。因此，光不會到達膽留相液晶層。在此狀態(tài)下，切換元件(像素)顯示暗像(dark image)。為了實現(xiàn)覆蓋大部分或甚至全部可見光譜范圍的寬光譜，使用多于一種二色性染料(優(yōu)選地為三種二色性染料)的組合。適當(dāng)?shù)剡x擇這些染料以獲得其對光譜的各自的貢獻。圖Ib示例性地示出了對夾著客體-主體液晶中的電極施加適當(dāng)大小的電壓(SP，充分高出閾值電壓)的情況下的一個切換元件?，F(xiàn)在，液晶的指向矢被取向為與基板垂直，并且二色性染料(101)不再強烈吸收環(huán)境光。因而，入射光便會到達膽留相液晶層(105)，并且選擇性反射具有合適波長的部分入射光。因為從膽留相液晶層(105)的選擇性反射相對強，所以獲得相當(dāng)明亮的圖像。即使在弱光照條件下也是如此，因為保持了相當(dāng)良好的圖像對比度?？梢詫⒉煌袚Q元件的不同膽留相液晶的選擇性反射波長范圍選擇為對應(yīng)于三原色中的每一種，因此這些顯示器不需要濾色器。此外，也不需要使用偏振器。
在圖Ia和Ib中，示出了僅具有一個膽甾相液晶層的實施例。然而，在備選實施例中，還可以附加地使用第二膽留相液晶層，該第二膽留相液晶層具有的扭曲方向與第一膽甾相液晶層的扭曲方向相反。這兩個層中的一個可以層疊在另一個的頂上，或備選地，它們可以被并排涂覆。在第一種情況下，當(dāng)使用兩個層的疊層時，可以實現(xiàn)特別明亮的圖像，這是因為兩個膽留相液晶層的疊層會反射兩個扭曲方向的圓偏振光。由從膽甾相液晶的選擇性反射產(chǎn)生的光的特征為相當(dāng)窄的角分布，導(dǎo)致反射光的亮度具有相當(dāng)強的角相關(guān)性。然而，可以通過膽留相液晶層的軸取向的故意擾動來降低該角相關(guān)性。這導(dǎo)致增大的視場，如公開的日本專利申請JP 2005-003823 (A)中所示。在上述實施例中，在具有正介電各向異性的液晶主體混合物中，使用二色性比(dichroic ratio)大于一的二色性染料(即，與其分子長軸平行的吸收強于與其分子長軸垂直的吸收的二色性染料)。如果所用的二色性染料或液晶具有相反的各向異性(即，二色性染料具有小于一的二色性比，或者液晶主體具有負介電各向異性)，則黑色和白色圖像相對于所施加的電壓的“接通狀態(tài)”和“關(guān)斷狀態(tài)”顛倒。如果二色性染料和液晶主體二者都具有與圖Ia和Ib中示出的情況相比相反的各向異性，則根據(jù)所施加的電壓，僅必須改變液晶的初始對準(zhǔn)，而黑色和白色狀態(tài)沒有任何改變。光吸收層可以有利地被置于膽留相液晶層與下基板之間和/或在基板的與膽甾相液晶層相反的一側(cè)。圖2a和2b中示意性地示出了本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)。它尤其在兩個方面不同于上述第一實施例。在此，該顯示器包括光源(208)以及一個或多個膽甾相液晶層和/或附加地包含至少一種包括一個或多個發(fā)光部分(207)的材料的一個或多個層。在此，發(fā)光部分可以在膽留相液晶層中或在另一層(未在圖2中示出)中。所述一個或多個膽留相液晶層和/或附加地包含至少一種包括一個或多個發(fā)光部分(207)的材料的一個或多個另外的層用作光轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)本發(fā)明的所用光轉(zhuǎn)換裝置可以包括一種或多種有機染料和/或一種或多種無機磷光體。作為包括一個或多個發(fā)光部分(207)的材料，可以使用吸收激發(fā)光并且發(fā)光的每種材料?？梢允褂糜袡C熒光染料和/或無機磷光體。當(dāng)使用具有小斯托克斯(Stokes)頻移的染料時，可以使用環(huán)境光作為激發(fā)光。當(dāng)將如下光源(208)用于激發(fā)時，可以獲得更明亮的圖像該光源發(fā)射波長為470nm的藍光和/或發(fā)射波長短于470nm的光，或甚至更理想的，短于400nm的光。作為激發(fā)光源(208)，可以使用無機發(fā)光二極管(LED)、有機發(fā)光二極管(OLED)或熒光燈或激光。還可能在相應(yīng)顯示器中應(yīng)用使背光局部地變暗的方法，以便節(jié)省能量使用。在此類顯示器中，背光源通常被分段(segment)，并且原則上，用來自提供激發(fā)光的分段背光源的各個段的光僅照明顯示明亮顏色的像素。作為有機染料，可以有利地使用各種熒光染料和磷光染料，例如在有機發(fā)光二極管中使用的發(fā)光染料和/或激光染料。相應(yīng)的激光染料可通過Indeco Corporation, Japan而從Exciton Corporation, USA購買，而其他合適的染料可從American Dye Sources Inc. , Canada 購買?？梢栽诖耸褂玫陌l(fā)射波長在藍色光譜范圍內(nèi)的激光染料例如可通過IndecoCorporation, Japan 而從 Exciton Corporation, USA 購買，例如香豆素(Coumarin) 460、香豆素480、香豆素481、香豆素485、香豆素487、香豆素490、LD489、LD490、香豆素500、香豆素503、香豆素504、香豆素504T和香豆素515。除了這些激光染料之外，也可以使用在藍色光譜范圍內(nèi)發(fā)光的熒光染料，例如茈、9-氨基-吖啶、12(9-蒽甲酸基)硬脂酸(12 (9-anthroyloxy) stearic acid)、4_ 苯基螺[呋喃 _2 (3H)，I，-弗他蘭]-3，3，- 二酮(4-phenylspiro [furan-2 (3H)，I，-futalan]-3，3-dione)、N- (7- 二甲氨基-4-甲基香豆素)_ 馬來酸亞胺(N-(7-dimethylamino-4-methylcoumarynyl)-maleimide)和 /或染料 ADS135BE、ADS040BE、ADS256FS、ADS086BE、ADS084BE,它們可從 American DyeSourceslnc. ,Canada購買。根據(jù)本發(fā)明，可以單獨使用或以適當(dāng)混合物的形式使用這些染料?？少徺I可以在此使用的在綠色光譜范圍內(nèi)發(fā)射的激光染料例如通過IndecoCorporation, Japan 而從 Exciton Corporation, USA 購買香 素 522、香 素 522Β、香 素525 和香豆素 540Α,以及從 Sigma-Aldrichui, Japan (Sigma-Aldrich, USA 的子公司)購買香豆素6，8-輕基-木聚喹啉(Coumarin 6，8_hydroxy-xynoline) *。除了這些激光染料之外，也可以使用在綠色光譜范圍內(nèi)發(fā)射的突光染料，例如來自American Dye SourcesInc. , Canada 的染料 ADS061GE、ADS063GE、ADS108GE、ADS109GE 和 ADS128GE。而且，根據(jù)本發(fā)明，可以單獨使用或以適當(dāng)混合物的形式使用這些染料。可購買可以在此使用的在紅色光譜范圍內(nèi)發(fā)射的激光染料例如通過IndecoCorporation, Japan 而從 Exciton Corporation, USA 購買 DCM、Fluorol 555、若丹明 560高氯酸鹽、若丹明560氯化物和LDS698。此外，可以使用在紅色光譜范圍內(nèi)發(fā)射的熒光染料，例如可從 American DyeSources Inc.，Canada 購買的 ADS055RE、ADS061RE、ADS068RE、ADS069RE和ADS076RE。而且，根據(jù)本發(fā)明，可以單獨使用或以適當(dāng)混合物的形式使用這些染料。備選地，作為有機染料，在此還可以使用針對有機發(fā)光二極管(OLED)開發(fā)的發(fā)光染料。根據(jù)本發(fā)明，可以使用如在日本專利JP 2795932(B2)中描述的能夠轉(zhuǎn)換顏色的那些染料。還可以有利地使用S. A. Swanson等人在Chem. Mater.第15卷(2003)第2305-2312頁的論文中描述的染料。還可以使用如在日本專利申請JP 2004-263179 (A)、JP
2006-269819(A)和JP2008-091282 (A)中描述的藍色染料以及綠色染料以及紅色染料。尤其是，對于紅色染料，可以將轉(zhuǎn)換UV輻射或藍光的綠色發(fā)光染料與發(fā)射紅光的染料(其吸收綠光并發(fā)出紅光)結(jié)合使用，如在公開的日本專利申請JP2003-264081(A)中描述的那樣。更概括地說，這些染料可以如相應(yīng)參考文獻所描述的那樣使用。然而，可能需要通過公知的措施，例如通過引入烷基鏈或修改烷基鏈，來稍微地修改其化學(xué)結(jié)構(gòu)，以便提高其在有機溶劑，尤其在液晶中的溶解度。作為藍色無機磷光體，可以使用如在公開的日本專利申請JP2002_062530(A)中描述的Cu激活的硫化鋅磷光體和/或如在公開的日本專利申請JP 2006-299207 (A)中描述的Eu激活的齒代磷酸鹽磷光體、Eu激活的鋁酸鹽磷光體。對于綠色無機磷光體，可以使用如在公開的日本專利申請JP 2006-299207 (A)中描述的Ce或Tb激活的稀土元素硼酸鹽磷光體。對于紅光發(fā)射，可以使用如在公開的日本專利申請JP 2006-299207 (A)中描述的Eu激活的硫化鑭磷光體或Eu激活的硫化釔磷光體。還可以使用如在公開的日本專利申 請JP2007-063365 (A)中描述的黃色磷光體(包含BaS和Cu2+作為色心)，以及如在公開的 日本專利申請JP 2007-063366 (A)中描述的紅色磷光體(包含Ba2ZnS3和Mn2+作為色心)。還可以使用如在上述日本專利JP 3503139 (B2)中描述的Ce激活的深紅色磷光體、如在公開的日本專利申請JP 2005-048105 (A)中描述的紅色磷光體、如在公開的日本專利申請JP
2007-262417(A)中描述的 β -賽隆(beta-sialon)綠色憐光體、Ca α -賽隆(alfa-sialon)紅色磷光體?？梢允褂蒙鲜隽坠怏w作為分散在光轉(zhuǎn)換層中的表面改性材料和/或基礎(chǔ)材料(ground material)。還可以使用如在WO 2006/017125中描述的量子點。根據(jù)本發(fā)明的電光切換元件中的光轉(zhuǎn)換裝置可增大色度范圍，改進來自背光源的光分布的均勻性，并抑制具有短波長的光的透射，因此減少或甚至防止對液晶材料的損害。根據(jù)本發(fā)明的所用光轉(zhuǎn)換裝置可以具有例如包括一種或若干種有機染料和/或無機磷光體的單層的形式，或具有在每層中包括不同染料和/或無機磷光體的疊層的形式。它們進一步可以具有或多或少的連續(xù)性或具有分別圖案化的空間結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例中，能夠在施加電壓時改變光強度(即，切換或控制光強度)的所用元件是電泳切換元件。圖3和4中分別示意性地示出了這些實施例。在這些電泳切換元件中，帶電粒子懸浮/分散在流體介質(zhì)中，優(yōu)選地在具有低粘度的液體中，以便允許實現(xiàn)具有快速響應(yīng)時間的顯示器。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，帶電粒子由塑性材料、電荷控制劑和著色劑組成，如在公開的日本專利申請JP 2006-058550 (A)中描述的那樣。作為塑性材料，可以使用例如尿烷樹脂、尿素樹脂、丙烯酸酯樹脂和/或聚酯類樹脂。作為向粒子中引入負電荷的電荷控制劑，可以使用例如水楊酸的金屬絡(luò)合物、包含金屬原子或離子的偶氮染料、包含金屬離子或原子的疏水性染料材料、(叔)銨化合物和含硼化合物(例如節(jié)型酸硼絡(luò)合物(benzylic acid boron complexes)*)。作為引入正電荷的電荷控制劑，可以使用例如苯胺黑(nigrosine)染料、三苯甲烷化合物、(叔)銨化合物、聚胺樹脂和咪唑衍生物。作為著色劑，可以使用例如碳黑、氧化銅、二氧化錳、苯胺黑和活性炭。作為具有低粘度的流體，可以在單元中使用干燥的空氣、氮氣、惰性氣體和/或甚至真空。作為帶電粒子，還可以使用在公開的日本專利申請JP 2007-240679 (A)中描述的那些粒子，其中描述了涂覆有樹脂的帶電著色顏料(例如碳黑)。單元還可以被填充有透明液體，例如水、醇和/或油。如圖3a中所示，兩個電極(303)被沉積在基板上，在上下基板上各一個，在底部電極的頂上制備具有一個或多個給定扭曲方向的膽留相液晶層，并且所述膽留相液晶層的一部分具有比所述膽留相液晶層的剩余部分小的厚度。膽留相液晶層可以具有凹形或甚至到達下面電極的孔。當(dāng)對電極施加具有適當(dāng)極性的直流電壓而使得下電極帶有與帶電粒子(301)的電荷符號相反的電荷時，帶電粒子被收集在該層的凹部或缺失部分上，如圖3 (a)中所示。然后，在切換元件的幾乎所有區(qū)域中顯露(reveal)膽留相液晶層。然后，環(huán)境光(306)被膽甾相液晶層選擇性地反射，并且與膽甾相液晶層的手性間距(chiral pitch)匹配的波長范圍內(nèi)的光被強烈反射。在僅利用反射光的反射模式下，可以 將光吸收材料置于下基板的頂上或下面。圖3 (b)示出了對電極施加與上面在圖3 (a)中示例的情況相反極性的直流電壓時的情況?，F(xiàn)在，上電極帶有與帶電粒子(301)的電荷符號相反的電荷。因此，處于該狀態(tài)的帶電粒子(301)被收集在上電極上，并且切換元件的整個區(qū)域呈現(xiàn)黑色?？梢酝ㄟ^有源矩陣驅(qū)動方法方便地對這種電光切換元件進行尋址?？梢酝ㄟ^諸如薄膜晶體管之類的非線性開關(guān)電子元件(304)，優(yōu)選地通過位于至少一個基板上的薄膜晶體管，方便地對電光切換元件的電極施加電壓。在這種情況下，方便地為與承載一個或多個TFT的基板相對的基板提供對電極。備選地，可以通過無源矩陣驅(qū)動來控制所施加的電壓，其中分別在上下基板上制備電極，所述電極優(yōu)選地為條紋形(stripe-shaped)并且在任何一個基板上沿不同方向延伸，所述方向彼此相互正交(例如垂直)，例如，如果一個基板上的線形電極沿“X”軸方向延伸，則另一個基板上的電極沿“y”軸方向延伸。在圖3中示出的實施例中，膽甾相液晶層用作介電層，該介電層更改電光切換元件的鄰近電極的電場。然而，如圖4a和4b中所示，還可以單獨并且獨立于膽留相液晶層(405)而制造合適的介電層(409)。該介電層可以由諸如SiNx和/或SiO2的濺射膜之類的無機材料和/或諸如光聚合性樹脂之類的有機材料組成。圖4a和4b還示例了本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施例的另一個方面。在圖3中示例的實施例中，不使用用于激發(fā)膽留相液晶層的光源。然而，也可以(并且在許多情況下甚至是明智的)不僅利用反射光(410)，而且還向電光切換元件提供背光源，并且除了反射光(410)之外還使用發(fā)射光(411)。在這種情況下,將包括一個或多個發(fā)光部分(407 )的發(fā)光材料嵌入膽留相液晶層(405)中，與在圖2中示例的實施例相似。該發(fā)光材料可以由環(huán)境光和/或背光源(408)的光激發(fā)。特別地，當(dāng)使用顯示出小斯托克斯頻移的發(fā)光材料時，僅環(huán)境光便足以激發(fā)發(fā)光材料。在使用光源(408)激發(fā)發(fā)光材料的情況下，可以在膽留相液晶層與背光源之間放置允許激發(fā)光通過并且同時吸收可見光的濾光器和/或可以在上基板的任一側(cè)放置濾色器。如上所述，在本發(fā)明的這些實施例中，使用采用帶電粒子的電光切換元件。除了這些采用帶電粒子的電光切換元件之外，也可以使用如在公開的日本專利申請JP H09-185087 (A) (1997)中描述的電泳顯示器。本發(fā)明的第四實施例使用這樣的電光切換元件該電光切換元件使用包括具有低分子量的液晶材料和聚合物(例如聚合物分散的液晶顯示器(PDLC))的復(fù)合材料作為控制光量的光學(xué)元件。圖5a和5b中示意性地示例了該實施例。該電光切換元件的工作原理與使用TOLC和后向反射器的無需偏振器的反射式液晶顯示器的情況相同。圖5a示出了其中TOLC使光散射的狀態(tài)。在正常模式I3DLC中，這是“未通電”狀態(tài)，其中不對夾著I3DLC層中的基板上的相應(yīng)電極施加電壓。在TOLC的相反模式(也稱為“故障安全模式”)下為通電狀態(tài)，即，其中對夾著roLC層中的基板上的相應(yīng)電極施加適當(dāng)大小的電壓的狀態(tài)。在這些模式中的任何一種模式下，對電極施加的電壓優(yōu)選地是交流電壓。在某些實施例中，所施加的電壓具有正弦形時間函數(shù)，而在某些應(yīng)用中，優(yōu)選地施加方波(或矩形波)。然而，還可以應(yīng)用其他波函數(shù)，例如三角形波或“鋸齒·”形波。在圖5a中示出的TOLC的散射狀態(tài)下，未被包括具有低分子量的液晶(501)和聚合物(502)的復(fù)合材料系統(tǒng)(例如roLC)散射的環(huán)境光(506)的一部分到達膽甾相液晶層(505)，被該膽留相液晶層(505)選擇性地反射，并被TOLC (501和502)散射。因此，觀察者能夠觀察到除了從所述觀察者的瞳孔方向入射的光之外的光，并在像素中看到選擇性反射的顏色。當(dāng)PDLC處于其相反狀態(tài)(即處于透明狀態(tài))時，如圖5b中示意性地示出的，觀察者實際上根本看不到光，切換元件看起來是黑色的。特別地，在每個膽甾相液晶層小于人眼的瞳孔的情況下同樣如此?？梢园慈缦路绞嚼斫庠撔ЧＤ懥粝嘁壕У倪x擇性反射沿一個方向高度集中。在膽留相液晶層具有小于人眼瞳孔的延伸范圍(extension)的情況下,大部分反射光從偏離瞳孔方向的角度入射。在其他實施例中，故意擾動膽留相液晶層的扭曲軸可有效地增大視場，如例如在公開的日本專利申請JP 2005-003823 (A)中描述的那樣。然而，在本實施例中，非常理想的情況是所有膽留相液晶層的扭曲軸應(yīng)該沿同一個方向?qū)?zhǔn)?？梢酝ㄟ^例如以下過程相當(dāng)容易地實現(xiàn)此類型的取向。對對準(zhǔn)層進行機械摩擦和/或光化學(xué)處理，并在對準(zhǔn)層的頂上涂覆膽留相液晶層。然后，將膽留相液晶層加熱到高于其清亮點(clearing point)(即，向各向同性相躍遷的溫度)的溫度，然后使其逐漸冷卻到環(huán)境溫度?？梢允褂迷谙嘧兡Ｊ较虏僮鞯囊壕卧嬖贗3DLC模式下操作的單元或膜。用于在相變模式下操作的單元的液晶材料可以優(yōu)選地是近晶材料，優(yōu)選地是呈現(xiàn)Sa相的材料，或者是具有適當(dāng)間距的膽留材料。優(yōu)選地，使用膽留材料。這些液晶單元在散射模式下使用，因此不需要使用偏振器。優(yōu)選地使用的膽留相液晶將其狀態(tài)從散射焦點圓錐取向改變?yōu)槠淦矫?或垂面(homeotropic))透明狀態(tài)。這些電光模式尤其有用，因為它們呈現(xiàn)記憶效應(yīng)。根據(jù)本實施例，不必使用濾色器。但可以使用濾色器。它們優(yōu)選地被置于上基板上，即面向觀察者的基板上。在使用濾色器的情況下，可以觀察到電光切換元件的亮度降低。然而，可以通過使濾色器的不同顏色的透射(即，濾色器的相應(yīng)部分的最大透射的波長范圍)與一個或多個膽留相液晶的對應(yīng)部分的選擇性反射的范圍匹配，來使亮度的降低最小化。備選地，可以應(yīng)用“寬帶”反射式膽甾相液晶層，即顯示出具有寬波長范圍的“選擇性”反射的膽留相液晶層?？梢酝ㄟ^制備具有這樣的膽留間距的膽留相層而實現(xiàn)這種寬帶反射式膽留相液晶該膽留間距逐漸變化，例如隨著在整個層厚度內(nèi)的位置而逐漸變化。這種層的制備可以很簡單直接。這樣的第二寬帶膽留相液晶層的添加將導(dǎo)致實現(xiàn)最明亮的圖像該第二寬帶膽甾相液晶層具有與第一寬帶膽留相液晶層相比相反的扭曲方向。本發(fā)明的第五實施例還使用電致旋光效應(yīng)，其利用在合適電場中具有兩個帶有相反電荷的半球的球體的旋轉(zhuǎn)作為控制反射光量的光學(xué)元件，如圖6中所示。最初，半球被覆蓋有具有合適的選擇性反射的膽留相液晶層，而另一個半球被涂覆有黑色物質(zhì)。同樣，與在常規(guī)電致旋光顯示器的情況下一樣，兩個半球帶有彼此符號相反的電荷?？梢园慈缦路绞街苽溥@些球體。類似于在公開的日本專利申請JPHl 1-085069 (A)(1999)中的描述，將平均直徑為50 μ m的氧化鋅球體浸入光反應(yīng)性膽留相液晶材料溶液中，例如可以使用丙二醇單甲醚乙酸酯 作為有機溶劑。因而，球體被涂覆有膽留相液晶層。該膽留相液晶層通過UV輻射而被光聚合。然后，將經(jīng)涂覆的球體散布在電極上，并使用電暈放電使球體表面帶電。將已經(jīng)過放電處理的區(qū)域曝光之后，進行使用黑色調(diào)色劑的光顯影，最后通過烘烤(即加熱)固定調(diào)色劑。還可以使用類似于在公開的日本專利申請JP H 10-214050 (A) (1998)中描述的方法獲得此類球體(601)，所述球體具有兩個帶有相反電荷的半球，一個為黑色，另一個被覆蓋有具有合適的選擇性反射的膽留相液晶層。平均直徑為50 μ m的鈦酸鋇小球被浸入光反應(yīng)性膽留相液晶材料的溶液中，并被所述膽留相液晶的層所覆蓋。在對該層的膽留相液晶進行光聚合之后，將球體分散在聚乙烯醇的水溶液中并通過旋涂而被施加到承載電極的基板上，然后進行干燥。球體的下半球被聚乙烯醇所覆蓋。使上電極與球體接觸，并持續(xù)大約10小時對上電極和下電極施加大約3kV的電壓以使球體極化。然后，移除上基板并將具有球體的下基板轉(zhuǎn)移到真空蒸發(fā)系統(tǒng)中。諸如共同蒸發(fā)的MgF2和Sb2S3之類的黑色材料蒸發(fā)并沉積在每一個球體的兩個半球之一上。然后，將基板浸入包含表面活性劑的丙酮溶液中，并獲得這樣的極化球體所述極化球體的一個半球被覆蓋有膽留相液晶層而另一個半球被覆蓋有黑色材料。然后，將球體分散在諸如硅酮油之類的油中或透明聚合物基體中并被夾在兩個基板之間，每一個基板都具有電極或在其面向球體分散的內(nèi)側(cè)具有電極。然后，通過施加具有適當(dāng)大小的直流電壓，可以顯示圖像，如例如在公開的日本專利申請JP Hl 1-085069 (A) (1999)和JP H10-214050 (A) (1998)中描述的那樣。在該實施例中，膽留相液晶層用作具有高效率的光反射器。它可以進一步包括發(fā)光材料。如果它包含具有小斯托克斯頻移的此類發(fā)光物質(zhì)和/或量子點，則不僅選擇性反射，而且熒光(和/或)磷光也可以有助于顯示圖像并導(dǎo)致顯著更亮的圖像。在所有實施例中，如果需要，可以應(yīng)用濾色器以產(chǎn)生提供更清晰圖像的顯示器。對于本發(fā)明的所有實施例，可以將包括發(fā)光部分的材料嵌入膽留相液晶層(702)的面向觀察者的一側(cè)的附加層(711)中，如圖7中所示。在這種情況下，可以實現(xiàn)優(yōu)選的效果，例如可使用各種基體物質(zhì)以及通過膽留相液晶層反射發(fā)射光。此外，可以使用重用(re-use)激發(fā)光(803)的膽甾相層(805)，如圖8中所示。膽甾相液晶層的間距與激發(fā)光(803)的波長匹配。因此，產(chǎn)生所顯示的圖像的光(804)不受這些層的影響。膽留相液晶層可以被置于單元內(nèi)部。但備選地，它們還可以被置于單元外部。后一種實施例導(dǎo)致制造過程的顯著簡化。
本發(fā)明的第六實施例使用小型機電切換元件(即，微機械切換元件)作為對上述電光切換元件的替換。在本申請的術(shù)語中，術(shù)語電光切換元件還包括這些微機械切換元件。此類微機械切換元件的典型實例是例如用于Texas Instruments “Digital LightProcessing (DLP 馨)”設(shè)備的鉸接微鏡(hinged micro-mirrors),或微機械快門(MEMS),如在 Hagood, N.、Steyn, L.、Fijil, J.、Gandhi, J.、Brosnihan, T.、Lewis, S.、Fike, G.、Barton, R. >Halfman, M.和 Payne, Richard 的“MEMMS-Based Direct View Displays usingDigital Micro Shutters (使用數(shù)字微快門的基于MEMMS的直觀式顯示器)，Proceedingsof IDW’ 08第1345-1348頁中所披露的那樣。這些MEMS快門(也被稱為“數(shù)字微快門，簡稱DMS⑩”)使用其尺寸在某μ m范圍內(nèi)的可移動部件作為機械快門以便機械地阻擋光的通過。通過應(yīng)用電場激活快門。在這些電光切換元件中，有利地在設(shè)備內(nèi)部面向光源的一側(cè)上(即，在光到達微快門本身之前通過的槽縫(slot)中)制造反射具有適當(dāng)顏色的光的膽甾相液晶層。優(yōu)選地，制造膽留相層的陣列，每一個用于一個子像素?？梢栽诿恳粋€子像素中使用一個具有適當(dāng)光譜特性的膽留相層。此膽留相層可以具有兩個可能的螺旋扭曲方向中的任何一個。然而，尤其考慮到反射光強度的優(yōu)化，優(yōu)選地使用兩個具有彼此相反的扭曲方 向的膽留相層的疊層。這些膽留相液晶層可以包括包含發(fā)光部分的材料，例如熒光染料或磷光體。由于所用的膽甾相液晶層的固有著色(colouration)，這些設(shè)備不需要使用濾色器以便呈現(xiàn)彩色圖像。此外，每一個子像素(優(yōu)選地覆蓋來自光源的光路的整個區(qū)域?qū)挾?中的膽甾相液晶層的相應(yīng)部分的著色消除了在典型MEMS設(shè)備中遇到的視差問題。為了改進這些設(shè)備的操作，通常希望使用具有相當(dāng)短的發(fā)射波長(優(yōu)選地為470nm或更小，例如為400nm)的光源。這些波長優(yōu)選用于激發(fā)發(fā)光部分。然而，大多數(shù)情況下都不需要較小的波長，這是因為較小的波長可能導(dǎo)致所用各種材料的退化。在此，尤其優(yōu)選LED作為光源。除了自然環(huán)境光之外，也可以使用來自光源的光以激發(fā)發(fā)光物質(zhì)。對于此光,優(yōu)選地使用例如波長在400nm至470nm的范圍內(nèi)的光進行輻射。因而，即使在暗淡或黑暗的環(huán)境照明條件下，也可以顯示較明亮的圖像。根據(jù)本申請，用于激發(fā)的光優(yōu)選地是波長為400nm或更大的光(S卩，包括紫光而不包括UV輻射)，優(yōu)選地它是波長為420nm或更大的光，并且最優(yōu)選地是波長為435nm或更大的光。根據(jù)本發(fā)明，可以對液晶切換層應(yīng)用所有已知的LCD模式，例如扭曲向列(TN)模式和垂直對準(zhǔn)(VA)模式。從與本申請一起提交的權(quán)利要求，本發(fā)明的優(yōu)選實施例對行家也顯而易見，在此方面所述權(quán)利要求形成本申請的公開內(nèi)容的一部分。液晶的熔點T (C，N)、從近晶相(S)到向列相(N)的轉(zhuǎn)變T (S，N)以及清亮點T (N, I)以攝氏度給出。在本申請中，除非另外明確說明，所有溫度均以攝氏度(攝氏度，簡寫為。C)給出，所有物理數(shù)據(jù)均適用于20°C的溫度，并且所有濃度均為重量百分比(％或wt. -%)。實M通過以下實例更詳細地示例了本發(fā)明。這些實例旨在示例本發(fā)明，而不是以任何方式限制本發(fā)明。然而，很好地向行家示例了不同的實施例，包括其組成、構(gòu)造和物理特性，這些特性可以通過本發(fā)明獲得，而且特別地，可以在本發(fā)明范圍內(nèi)改變這些特性。從而為行家很好地限定了尤其是可以優(yōu)選地獲得的各種特性的組合。實例I使用光聚合性液晶材料RMM34C制備對應(yīng)于藍色、綠色和紅色選擇性反射以及每種顏色的兩個扭曲方向的六個膽留相液晶層，其中RMM34C是包括光引發(fā)劑的反應(yīng)性聚芳脂(mesogens)的混合物,其可從Merck KGaA, Germany購買。用于右旋扭曲的手性摻雜劑是BDH1281 (也可從Merck KGaA獲得)，用于左旋扭曲的則是S-5011 (也可從Merck KGaA獲得)。手性摻雜劑的濃度對于BDH1281和S-5011分別為4. 54% (Β)、3· 78% (G)和3. 00%(R)以及 2. 87% (Β)、2· 44% (G)和 I. 95% (R)0照常對玻璃基板進行清潔和干燥，然后通過轉(zhuǎn)速為1，500rpm的旋涂施加來自Tokyo Kasei, Japan的聚乙烯醇(PVA)水溶液。然后，在80°C的溫度下對基板進行30分鐘的固化，隨后對每個基板沿一個方向進行摩擦。將摻雜有每種手性摻雜劑的RMM34C溶解在丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中，并以1，500rpm的轉(zhuǎn)速在覆蓋有經(jīng)摩擦的PVA的基板上旋涂60%的溶液。然后，在60°C的溫度下對每個基板進行30分鐘的干燥。然后，通過暴露至由波長為365nm的UV產(chǎn)生的(2，000±50)mJ/cm2的福射而引發(fā)的聚合,穩(wěn)定由該處理形成的膽甾相液晶結(jié)構(gòu)。使用CS-1000 亮度計(Konica Minolta Holdings, Inc. , Japan)并使用來自Dolan-Jenner Industries, Inc.的Fiber Lite Model 190 的白熾燈作為光源，測量所產(chǎn)生的膽留相液晶層的反射光譜。入射光從基板的垂直方向傾斜30°，并從該垂直方向檢測到反射。將右圓偏振器或左圓偏振器置于膽留相液晶層上，使其四分之一波片的一側(cè)面向膽甾相層。作為參考，使用全散射板，并測量相對反射光強度。在此，可以通過將具有寬波長范圍的四分之一波片放置到線偏振器以使其光軸相對于偏振器的透射軸順時針扭曲45 ° ,實現(xiàn)僅透射右旋圓偏振光的右圓偏振器(來自MeCanImaging Inc. ,Japan)。僅透射具有左旋旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光的左圓偏振器(來自MeCanImaging Inc.，Japan)包括線偏振器和四分之一波片的組合,其中四分之一波片的慢軸相對于偏振器的吸收軸旋轉(zhuǎn)45°。表I中示出了右旋扭曲膽甾相液晶層的結(jié)果?？梢郧宄乜闯觯诿總€選擇性反射波長范圍內(nèi)僅反射右旋圓偏振光。左旋扭曲膽留相液晶層的結(jié)果(表2)幾乎相同，這些結(jié)果的不同點僅在于右旋方向和左旋方向變得相反。表I :右旋扭曲膽留相液晶層的相對反射強度
權(quán)利要求
1.一種電光切換元件，包括 -一個或多個膽留相液晶層，其能夠 〇選擇性地反射(可見)光， 以及 -電光元件，其能夠 〇控制光強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的電光切換兀件，包括 -一個或多個膽留相液晶層，其能夠 〇選擇性地反射(可見)光 〇將(所述)光的波長轉(zhuǎn)變?yōu)檩^長的值， 以及 -電光元件，其能夠 〇控制光強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的電光切換元件，包括 -一個或多個膽留相液晶層，其能夠 選擇性地反射(可見)光，以及 -一個或多個其他層，其能夠 〇將(所述)光的波長轉(zhuǎn)變?yōu)檩^長的值，以及 -電光元件，其能夠 〇控制光強度(透射/反射/散射)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的一項或多項的電光切換元件，包括 -用于照明的裝置(例如背光源)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的一項或多項的電光切換元件，包括用于選擇性地反射激發(fā)光的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電光切換元件，包括用于選擇性地反射激發(fā)光的裝置，所述用于選擇性地反射激發(fā)光的裝置包括膽留相液晶材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的一項或多項的電光切換元件，其中，能夠控制光強度的所述電光元件包括液晶材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電光切換元件，其中，所述電光元件包括選自以下液晶切換元件的液晶切換 -包括一種或多種二色性染料的液晶、 -包括具有低分子量的組分和聚合物組分的液晶復(fù)合材料(例如H)LC、NCAP或PN)，以及 -相變液晶材料(例如SA相變材料或膽留相變材料)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6中至少一項的電光切換元件，其中，能夠控制光強度的所述電光元件是電泳切換元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至6中至少一項的電光切換元件，其中，能夠控制光強度的所述電光元件是電致旋光切換元件。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求10的電光切換元件的陣列，其中，光轉(zhuǎn)換裝置是一層疊置的層或疊置的膜。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求10的電光切換元件的陣列，其中，光轉(zhuǎn)換裝置具有空間構(gòu)造的/圖案化的層的形式，該層具有分別用于紅、綠和藍三種顏色的單獨區(qū)域。
13.—種電光顯不器,包括根據(jù)權(quán)利要求11和12中的一項或多項的電光切換兀件的陣列。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的顯示器，其特征在于，其包括陣列有源矩陣，例如能夠?qū)λ鲲@示器進行尋址的TFT的矩陣。
15.—種將根據(jù)權(quán)利要求I至10中的一項或多項的電光切換兀件或根據(jù)權(quán)利要求11和12中的一項或多項的電光切換元件的陣列用于電光顯示器中的用途。
16.—種將根據(jù)權(quán)利要求I至10中的一項或多項的電光切換元件或根據(jù)權(quán)利要求11和12中的一項或多項的電光切換元件的陣列用于顯示信息的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及電光切換元件及包括其的顯示器。具體地說，本發(fā)明涉及包括膽甾相液晶層和光控制元件的電光切換元件，所述膽甾相液晶層具體地說具有左右旋扭曲方向，選擇性反射可見光和/或嵌入所述膽甾相液晶層或其他層中的發(fā)光部分，所述光控制元件控制透射光和/或反射光的量。所述顯示器在明亮或黑暗條件下以小的功率消耗提供亮像。它們尤其適用于電子紙應(yīng)用和/或數(shù)字標(biāo)識應(yīng)用。
文檔編號G02F1/137GK102782572SQ201180011775
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者藤原直哉, 鈴木正睦 申請人:默克專利有限公司