[发明专利]直接形成高分子分散的液晶光阀装置

说明书

本发明涉及液晶光阀和制造这类装置的方法。具体而言，高分子单体和液晶被混合在一起；高分子化引起相分离从而形成液晶微粒，由使用不同反应活性的高分子单体可以制作广角正型或反型显示器。

近年来液晶显示器(LCD_s)已经越来越重要，目前在显示器市场上成为仅次于显象管的显示器，许多其它的应用，如楼房和汽车的可变换窗子，大型广告显示器和其它用途正在考虑之中。双折射率是液晶作为显示器材料很有用的性质。这个性质能用来做光电装置，取决于是否加一电场到这种材料上，这种装置能够透过，散射或吸收光线。

高分子分散的液晶(PDLC)显示器是近年来一种新开发的液晶显示器。在这种液晶显示器中，液晶微粒被封装于固体的高分子基材中。这样的显示器是由相分离从高分子预聚体或高分子溶液中分离出来的低分子量的液晶微粒而形成。液晶高分子，1990年美国化学会论文集435，第32章，475～495页，介绍了这种材料。另一获得在高分子基材中分散液晶微粒的途径是微胶囊法，即乳化液晶并使其保留在所形成的高分子薄膜里。

双折射使一种材料在不同的方向产生不同的折光率。液晶分子的异常折光率(n_s)被定义为沿分子长轴所测得的折光率，而正常折光率(n_o)则是沿垂直于长轴的平面所测得的折光率。液晶的介电各向异性被定义为：Δε＝ε_∥-ε_⊥，这里的ε_∥和ε_⊥分别是平行和垂直介电常数。具有正的介电各向异性(Δε＞0)的液晶称为正性液晶，而具有负的介电各向异性(Δε＜0)的液晶称为负性液晶。正性液晶顺电场方向取向，而负性液晶则取垂直于电场方向排列。液晶的这些光电性质已经得到广泛的应用。

这类正性液晶显示器在无电场状态下是不透明的(散射或吸收)而在电场作用下变成透明态，正性液晶显示器能由胶囊封装法即乳化工艺制作。美国专利4,435,047，4,605,284和4,707,080描述了这一工艺，这一工艺过程包括混合正性液晶和胶囊封装材料任一起，在此液晶和胶囊封装材料是不混溶的，然后形成离散的液晶胶囊，这样的乳剂被浇注在预先镀上透明电极(如氧化锢锡薄膜)的基材上，从而形成微胶囊型的液晶器件。

正性高分子分散的液晶(PDLC)能由相分离工艺制作。这一工艺在美国专利4,685,771和4,688,900中有所描述，该工艺包括溶解正性液晶在未固化的树脂中，然后将混合物复合在两片镀有透明电极的基材中，当树脂固化后，液晶微粒就均匀地分散在已固化的树脂中，从而形成高分子分散的液晶装置。当交流电加在两个透明电极上时，微粒中的正性液晶就被取向。如果高分子基材的折光率与液晶的正常折光率相同，该显示器就显出透明态。在无电场状态下，该显示器散射光线，这是因为液晶的导向(液晶分子长轴方向的矢量)是随机的，而且高分子的折光率与液晶的折光率不匹配。具有正的介电各向异性(Δε＞0)和大的Δn的向列型液晶和二向色性的染料混合物可用来制作既散射又吸收型彩色显示器。

反型显示器在无电场作用下是透明的，而在电场作用下是不透明的(散射或吸收)。

一个最近开发的微粒液晶光阀显示器在美国专利5,056,898中有所描述，据称这种显示器在调制光学状态上有相反的效应。为了达到一个反效应，乳剂工艺被采用并且需要两个主要步骤。首先，向列型液晶和掺杂物如硅烷被分散在具有高表面能的液体高分子溶液中，在除去溶剂后，在高分子基材中形成液晶微粒。其次，在微粒形成后，封装液晶和掺杂物的高分子的表面能由掺杂物和高分子内壁上的官能团的反应来降低。新形成的内表面层有较低表面能，并使向列型液晶垂直于该内表面层排列，该显示器具有由均匀材料组成的多层扁微胶囊结构。

如果向列型负性液晶垂直于内表面层排列而不是垂直于显示器基片表面排列，那么，微粒内液晶不全是垂直于基片的。处于长形微粒两端的液晶不垂直于基片，如果高分子内表面层和液晶的正常折光率(n_o)都相同，在无电场下处于微粒中心部分的液晶就呈现透明态。可是接近微粒两端的液晶是弯曲的，因为它们垂直于内表面层。因此处于微粒两端的液晶倾斜于基片表面，而且液晶的折光率不能与高分子基材和内表面层的折光率相匹配，因此，微粒中这部分的液晶散射光线并产生雾浊。