CN100451798C - 信息显示器，其用途和制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种信息显示器，包括一种包括多个像素的平面电子光学元件，各像素具有受电信号控制的光学态；具有至少两个光散射和光透射态的光学态的光学元件，各像素具有在散射态和光透射态之间可逆改变的光学状态；通过组合像素的光学状态，信息图像可以以平面方式显示；信息能在未加电信号的情况下维持，当可见光从电子光学元件的一个表面通过光透射状态中的像素到达另一个表面时，可见光具有60%或更高的透射率。

Description

信息显示器，其用途和制备方法
技术领域
本发明涉及一种信息显示器，其制备方法和使用方法。
背景技术
已使用了许多信息显示器。在第一个现有技术的例子中，在透明背景上形成着色部分或不透明的部分，来显示信息图像，例如文字或图案。例如，通过印刷，绘制等方法在商店建筑作为外部材料的玻璃板上显示信息图像。
当在商店建筑的外侧使用玻璃板时，外部光线可射入商店，从街上可看到商店内部。该布置是希望用于促进对顾客的广告作用。减价日的信息或对于特卖的广告是直接将信息或广告印刷在布幔上或在商店玻璃板上贴上关于信息或广告的海报。
展示商品的陈列柜或橱窗使用玻璃板。在陈列柜中放入一页广告以解释该商品。在橱窗内商品是用与其靠近的并对其合适的装饰或广告展示的。为了促进该商品的销售而展示的该广告或装饰被人丢弃、替换或改变，视要展示的商品改变或季节而定。
火车，例如电气机车在车厢之间的门的一部分安装了透明部件。当门打开或关闭时，乘客可以通过该透明部件确认是否有另一名乘客朝他/她走来或走开。透明部件显示有车厢编号的信息图像或其它信息。
现有技术的第二个例子涉及在多种会场，例如婚典会堂、厅堂、会议中心和展览会提供的信息显示器。使用多种信息显示板来指导或提供信息，在有许多人聚集的地方指示方向或到休息室的路。为了具有良好的外观或能使所有人看到在该信息显示板后面的环境，一些信息显示板通过在玻璃板或树脂板上印刷信息图像提供了信息。
现有技术的第三个例子涉及一种信息显示器，它是在公司接待处、银行出纳员的窗口、办事处的柜台或其它地方提供的。这些地方都有装有透明部件的隔板。在这些地方的职员必须处理他或她的工作，通过该隔板面对顾客。就此，通常在靠近该隔板的位置提供信息显示器，对顾客提供必要信息。
现有技术的第四个例子在靠近汽车仪表板的位置提供了信息显示器。在汽车中的司机需要关于汽车装置的信息，并实时驾驶。这些信息显示在分开提供的显示器上。司机需要通过挡风玻璃看外部环境，同时看显示器提供的信息。如果在挡风玻璃上提供常规显示器，显示器将阻挡司机看到外部环境，因为显示器在屏幕区域没有足够的透明度。这使得难于在靠近挡风玻璃的位置提供显示器。
现有技术的第五个例子是一种信息显示器，它装在街机，例如老虎机和弹子机上。在许多情况下，在包括机械系统的游戏装置的正面使用透明部件或游戏装置的显示屏。这种透明部件显示了其后的情况，以将有关游戏的信息传递给游戏者。游戏装置的最外侧通常是用透明部件，例如玻璃板制造的，以保护游戏装置的主要部分。由于玻璃板本身没有显示功能，必需在玻璃后面提供所需的显示器。
已知许多种提供信息的显示器。主要推荐的显示器如需要可以通过电子信号改变信息图像。已知光致变色显示器、电致变色窗(ECW)、TN液晶显示器、STN液晶显示器、液晶窗(LCW)、具有液晶/聚合物复合物的显示器，它具有透射-散射驱动模式，并通过施加电场导致聚合(下面列出的专利文件1)、铁电极液晶显示器、手性向列液晶显示器等。
液晶显示器中的手性向列液晶显示器已被知道很长时间(下文列出的专利文件2和3和非专利文件1)。对于晶胞结构，液晶材料、手性添加剂、选择性设置反射光、排列层、驱动方法等、近来公开的技术已在下文列出的专利文件4-7中公开。下文专利文件8中公开了一种方法，其中提供了与手性向列液晶层接触的排列层，从而具有60°或更大的预倾斜角。
专利文献1：U.S.P.4,818,070
专利文献2：U.S.P.3,936,815
专利文献3：U.S.P.4,097,127
专利文献4：美国专利申请号2002/0036614A1
专利文献5：美国专利申请号2002/0047819A1
专利文献6：美国专利申请号2002/0122148A1
专利文献7：美国专利申请号2002/0126229A1
专利文献8：JP-A-2001-343648
非专利文献1：George H.Heilmeier。Joel E.Goldmacher等，Appl.Phys.Lett.，13(1968)，132
现有技术第一个例子中的技术需要手工。不容易频繁和及时变化信息。在现有技术的第二和第三个例子中，根据环境，当一种显示器，例如TN液晶显示器与透明部件并列时，难于显示完全透明的状态。另外，需要装置分离的显示单元。
当具有先进显示功能的显示器与透明元件组合，以提供信息时，显示器的不足在于从后方不容易识别环境，因为显示器的透射率在40％或以下。例如，汽车仪表都装在仪表板上，提供信息。为了减少司机在驾驶时眼球的运动，优选显示器装在靠近挡风玻璃的位置。常规显示器不适合安装在挡风玻璃附近，因为常规显示器透射率小，对于外部环境的观察是一种屏障。
LCW和ECW在信息重写速度、能量消耗和驱动的容易程度上产生了问题。LCW和ECW难于在没有激励或驱动的情况下连续维持显示的图像。
虽然具有操作方式的记忆类型的手性向列液晶显示器本身是已知的，还没有已知的能够在透明背景上显示信息图像的液晶显示窗。
发明内容
本发明的一个目的是解决这些问题，并提供能在具有高透射率的透明背景上显示信息图像的信息显示器，并甚至在信息图像写成后，与驱动或供能断开的情况下也能维持显示信息。本发明的另一个目的是提供一种信息显示器，它能重复写，在低能耗下维持信息图像，并与现有技术相比更容易控制。
本发明的第一个方面提供了一种信息显示器，它是含有多个像素的平面电子光学元件，每个像素具有电信号控制的光学状态；其特征是光学元件至少具有两种光学状态，光散射状态和光透射状态，每个像素具有在光散射和光透射状态之间可逆改变的光学状态；通过组合像素的光学状态，信息图像可以以平面方式显示；信息图像能在未加电信号的情况下维持，当可见光从电子光学元件的一个表面通过光透射状态中的像素到达另一个表面时，可见光具有60％或更高的透射率。优选透射率是70％或以上。
根据本发明的第二个方面，提供了根据第一方面的信息显示器，其中电子光学元件是一种液晶光学元件，它具有在一对在其上装有透明电极的基板之间的液晶夹层，当维持两种或多种光学状态而没有施加电压时，液晶在操作中具有记忆效应，光学状态被电压脉冲改变。
本发明的第三个方面提供了根据本发明第二个方面的信息显示器，其中液晶是手性向列液晶。
本发明的第四个方面提供了根据本发明第三个方面的液晶显示器，其中当手性向列液晶显示平面状态时，至少一部分选择性反射的光含有红外光。
本发明的第五个方面提供了根据本发明第三或第四个方面的液晶显示器，其中树脂层与手性向列液晶接触，具有60度或以上的预倾斜角。
本发明的第六个方面提供了根据本发明第五个方面的液晶显示器，其中树脂层的至少一面经过摩擦处理。
本发明的第七个方面提供了根据本发明第二、第三、第四、第五或第六个方面的液晶显示器，其中提供透明电极，通过使用矩阵电极，以点阵模式显示信息图像，或提供透明的电极，通过使用分段电极，显示分段图案的信息图像。
本发明的第八个方面提供了根据本发明第一到七个方面任一的液晶显示器，其中电子光学元件与透明部件并列安装，当电子光学元件中的全部可控制像素在光透射状态中时，电子光学元件和透明部件能显示均一的透明状态。
本发明的第九个方面提供了根据本发明第八个方面的液晶显示器，其中当电子光学元件和透明部件整体显示均匀的透明状态时，电子光学元件和透明元件在重叠区域应具有50％或更高的透射率。优选透射率是55％或更高。
本发明的第十个方面提供了使用第一到九个方面中任一限定的信息显示器的方法，其中信息显示器用于汽车、车厢、船或飞机的窗上。
本发明的第十一个方面提供了使用第一到九个方面中任一限定的信息显示器的方法，其中信息显示器用作指示板。
本发明的第十二个方面提供了使用第一到九个方面中任一限定的信息显示器的方法，其中信息显示器安装在观众和商品之间，显示新闻、广告或有关商品的信息。
本发明的第十三个方面提供了使用第一到九个方面中任一限定的信息显示器的方法，其中信息显示器用作建筑物外部材料的至少一部分。
本发明的第十四个方面提供了一种第十二个方面限定的使用信息显示器的方法，其中信息显示器用作橱窗或陈列柜。
本发明的第十五个方面提供了使用第一到九个方面中任一限定的信息显示器的方法，其中信息显示器用作投影仪的屏幕。
本发明的第十六个方面提供了一种制备信息显示器的方法，包括：提供包括多个像素的平面电子光学元件，使每个像素具有受电子信号控制的光学状态；其特征是该方法包括形成具有至少两种光学状态(光散射状态和光透射状态)的光学元件，从而使各像素具有在光散射状态和光透射状态之间可逆改变的光学状态；形成光学元件，使其通过组合像素的光学状态，以平面形式显示信息图像；形成光学元件，使信息图像能在没有施加电信号的情况下维持；和形成像素，使当可见光从电子光学元件的一个表面通过具有透明状态的像素到达另一个表面时，可见光具有60％或以上的透射率。优选透射率是70％或更高。
本发明的第十七个方面提供了一种根据第十六个方面的方法，该方法还包括通过将液晶材料和液晶材料的手性添加剂混合，用手性向列液晶制备电子光学元件，从而通过在平面状态选择性反射红外区的反射光，使液晶基本显示可见区的光透射状态，当液晶在焦锥状态下，控制晶胞空隙，使液晶基本显示可见区的光散射状态，将液晶层夹在一对具有电极的基板之间，使液晶层的各相对侧与树脂层接触，从而具有60°或更大的预倾斜角；在相对的电极上施加电压脉冲，以可逆控制各像素的光学状态，并导致各像素中平面状态和焦锥状态之间相变，通过组合表面方向的像素光学状态，显示信息图像。在这方面，至少一面的树脂层优选经过摩擦处理。
本发明的第十八个方面提供了一种液晶显示器元件，它是夹在一对具有多组透明电极的基板之间的手性向列液晶层，其特征是至少一组透明电极上提供有树脂层，具有60°或以上的倾斜角，树脂层具有经过摩擦处理的排列表面，手性向列液晶层和经过摩擦处理的排列表面彼此接触，手性向列液晶层具有第一个状态，其中入射光被选择性反射，产生选择性的反射光，和第二个状态，其中入射光散射，选择性反射光具有红外区内的波长。
本发明的第十九个方面提供了一种根据第十八个方面的液晶显示元件，其中第一和第二状态之间的转化状态受到了施加在相对的透明电极上的电压控制，当驱动电压基本是0V的时候，维持第一或第二种状态。
本发明的第二十个方面提供了一种根据第十八或十九个方面的液晶显示元件，其中液晶显示元件具有安装在后面的发光系统，当Ia是进入手性向列液晶层，并基本通过第一状态的手性向列液晶层的光透射量，Ib是基本通过第二状态的手性向列液晶层的透射量时，满足Ib/Ia≥2。
本发明的第二十一个方面提供了一种根据第十八、十九或二十个方面的液晶显示元件，其中各对透明电极具有树脂层，其上具有经过摩擦处理的排列表面，提供了各具有经摩擦处理的排列表面，从而与手性向列液晶层接触。
本发明的第二十二个方面提供了一种根据第十八、十九、二十或二十一个方面的液晶显示元件，其中选择性反射光的中央波长是0.7-1.2nm。
本发明的第二十三个方面提供了一种根据第18-22个方面的液晶显示元件，其中当Vm(V)是改变手性向列液晶层光学状态所需的驱动电压的最大电压值，d(μm)是手性向列液晶层的厚度时，满足Vm/d≤10。
在各方面，优选用玻璃板或塑料板作为透明部件。塑料板的优选例子是聚碳酸酯板。
在第十个方面，优选信息显示器显示有关车辆设备的信息，有关车辆的行驶信息、正式广告或正式新闻。
在第十个方面，优选信息显示器用作安装在汽车上的显示器，显示汽车的操作情况，地图信息，通过互联网等的信息。
在第十一个方面，优选信息显示器用作大厅、竞赛、会议中心、婚典会场、殡仪馆、展览会、博物馆或水族馆的指示牌。
在第十一个方面，优选信息显示器用作商店的指路牌。
在第十一个方面，优选信息显示器用作柜台的透明部分，对顾客提供有关服务的信息。
在第十一个方面，优选信息显示器用作游戏设备的一部分，以告知游戏者要提供的服务内容和玩法。游戏设备的例子包括老虎机和街机。
在各方面，优选以分层使用方式提供多个电子光学元件。
在第12个方面，优选信息显示器用作商店建筑物等的外部材料的至少一部分，以通知顾客关于该商店提供的商品信息或与商店有关的信息。
在各方面，优选屏幕区域仅包括一个平面表面。就此，可用平面型的信息显示器。
屏幕区可以安装成包括具有透明部件的弯曲表面。在作为橱窗的一部分、隔板或之前所述的安装在汽车等上的显示器的一些情况下，优选透明元件是弯曲形状的。就此，该信息显示器可安装成基本沿形成挡风玻璃或隔板的透明部件延伸，紧密接触。
附图说明
图1是用于本发明的液晶光学元件的示意性剖面图；
图2是显示本发明的信息显示器主要部分的框图；
图3(a)-3(c)是曲线图，显示能在本发明的信息显示器上重复写入图像的驱动波形的第一个例子；
图4(a)-4(e)是示意图，显示在本发明的信息显示器上重写一个图像时，屏幕内的变化的例子。
图5(a)-5(c)是曲线图，显示能在本发明的信息显示器上重复写入图像的驱动波形的第二个例子；
图6(A)、6(B)、6(C)和6(D)是示意图，分别显示手性向列液晶层的HO状态(同向状态)、完全平面态、平面态和焦锥态；
图7是本发明所用的手性向列液晶显示器的制造流程图；
图8是一张图表，显示用于本发明的信息显示器的手性向列液晶显示元件的选择性反射性质。
图9(A)和9(B)是示意图，显示本发明的信息显示器如何用于橱窗；
图10是示意图，显示本发明的信息显示器如何用于客车门的窗玻璃；
图11(A)和11(B)是示意图，分别显示本发明的信息显示器如何用于汽车的汽车导航系统和信息显示器一部分的放大图；
图12是示意图，显示本发明的信息显示器如何用于商店的玻璃窗；
图13是示意图，显示本发明的信息显示器如何用于汽车的侧窗；
图14是示意图，显示本发明的信息显示器如何用在柜台一部分中；
图15是照片，显示本发明的信息显示器上显示的图像的一个例子(其中背景是散射状态)；
图16是照片，显示本发明的信息显示器上显示的图像的一个例子(其中背景是透射状态)；
图17是示意图，显示本发明的信息显示器如何用于游戏机。
图18是照片，显示本发明的样品与常规LCW样品的比较；和
图19是照片，显示本发明的样品与常规TN-LCD样品的比较。
具体实施方式
图1显示了本发明所用的液晶光学元件的示意性剖面图。图1所示的液晶元件10具有玻璃基板1A和1B，电极组2A和2B，薄聚合物层3A和3B，和安装在其中的液晶层4。由于用手性向列液晶作为液晶层4，它以稳定形式显示焦锥态和平面态。
电极组2A和2B之一包括行电极(公共电极)，和另一组包括列电极(段电极)。列电极和行电极彼此垂直排列。假设电极组2A包括行电极，电极组2B包括列电极，进行了下列解释。
优选各薄聚合物层3A和3B是涂上的树脂层，具有60°或更大的预倾斜角。可用固化树脂作为具有60°或更大预倾斜角的树脂层，它具有60℃或更高，优选100℃或更高的玻璃脆性转变温度。
优选树脂层经过摩擦处理。具体树脂层的优选例子是聚亚酰胺，它涂在基板的至少一组上。预倾斜角是液晶分子与树脂的接触表面的排列角，其中向列液晶与树脂层接触。
当液晶与接触表面平行时，预倾斜角是0°。薄聚合物层3A和3B可以都是用树脂层，例如聚亚酰胺制造，经过摩擦处理，并产生60°或更大的预倾斜角。优选用例如金属氧化物制备的电绝缘层位于电极组2A和薄聚合物层3A之间，和电极组2B和薄聚合物层3B之间。
该排列可以进一步促进平面状态的透明度，提高透射和散射产生的显示图像的对比度。当预倾斜角是80°或更大时，液晶排列可进一步稳定。
经过摩擦处理并产生60°或以上的预倾斜角的树脂层可涂在液晶的至少一个界面上，甚至对从倾斜方向进入的光线也显示足够的透明度。
在下面描述的例子中，经过摩擦处理并产生60°或更大的预倾斜角的树脂层被涂到液晶的两个界面上。本发明可采用一种方案，其中产生60°或更大的预倾斜角，不经过摩擦处理的树脂层涂到液晶的两个界面上。另外，本发明可采用一种方案，其中产生60°或更大的预倾斜角的树脂层被涂到液晶的两个界面上，仅涂到一个界面的树脂经过摩擦处理。
电极组之间的空隙用垫片等隔开。空隙优选是2-15μm。空隙更优选是3-6μm。这是由于当电极组之间的空隙太小时，显示图像中的对比度下降，和由于当电极组之间的空隙太大时，驱动电压上升，在平面状态的液晶排列中产生异常，在某些情况下稍微降低透明度。
显示模式是例如点阵显示。只要显示模式包括扫描公共电极，可采用不完全点阵方式，例如段式显示。虽然玻璃基板可用树脂基板代替，优选所用的透明基板最大程度利用了本发明的信息显示器的优点。可利用玻璃基板和树脂基板的组合。虽然基板是无色的，基板也可以着色，只要它们具有透明度就可。
在电极表面上喷涂少量衬垫，除填充口外，该对基板四边用例如环氧树脂制成的边缘分解剂加以密封，形成空盒。用真空充填法将液晶合剂充入该空盒。作为边缘封结剂，优选用固化后有透明度的密封剂，因为当显示器是透明时，即使在周边部分信息显示器也能呈现透明度。
固化后透明的密封剂的例子包括环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基甲酸乙酯树脂、内烯醇树脂及其至少两种的组合。密封剂的固化可用热过程、光学过程等进行。
图2是示意性框图，显示了本发明实施例信息显示器20。控制器11指示行驱动器12L和12R对行电极的电压脉冲输入，指示列驱动器13对列电极的电压脉冲输入。液晶电源14对行驱动器12L和12R，以及列驱动器13提供了所需的电压。
形成了基本上是长方形的信息显示器20，具有一条边(图下侧)作为连接边，连接驱动电路15和液晶光学元件。剩下的三条边是非连接边。在信息显示器上，从屏幕到周边的部分是大体透明的。
在该实施例的信息显示器20中，行电极在屏幕右侧和左侧有交替引出线，用于配线。行电极在右侧和左侧的边缘部分(约1-2cm)装有该引出线。因此，屏幕上方和屏幕右侧和左侧的共三个部分基本上是透明的。行电极具有另外依次交替延伸的引线，使得总体上平衡各电极电阻。
行驱动器12L和12R和列驱动器13根据控制器11的指示，将电压脉冲输入液晶光学元件的行电极2A和列电极2B。控制器11通过改变加在各电极上的电势，将液晶层4选择性转化成平面状态和焦锥状态。在下面的解释中，透明状态作为平面状态称为ON-显示，光散射状态作为焦锥状态称为OFF-显示。
现在，将解释进行操作，重写液晶光学元件10中显示的图像。首先，驱动电路15以逐行方式扫描行电极2A，从而一个个选择行电极，并对与各像素相邻的液晶层4的部分提供电压(用于转化成ON-显示的电压)，该电压将液晶层转化成平面状态。当施加电压时，液晶层4变成同向态。
当完成施加电压时，液晶层4转化成平面态，进入ON-显示(透明态)。由于扫描行电极2A以使所有像素变成ON-显示，迄今显示过透射态和散射态的屏幕被擦去。图3-5显示了驱动波形和对应于驱动波形的示意图。图6(A)-6(D)是示意图，显示手性向列液晶的排列状态。图6(A)显示液晶的同向状态。图6(B)显示液晶的完美平面态。图6(C)显示液晶的正常平面态。图6(D)显示液晶的焦锥态。
驱动电路15扫描行电极2A至少一次，从而一个个选择全部行电极2A，使得整个屏幕完全在ON-显示。在一些情况下，需要一些时间改变液晶排列，在施加ON-显示的电压信号后将透明信息显示器变成透明态。甚至在这些情况下，可进行下列电压扫描。
随后，驱动电路15以逐行方式扫描行电极2A，从而提供所需的列电极对应于显示数据的电压。因此，写入所需的数据并完成重写。透明信息显示器驱动单元扫描行电极2A至少一次，来写入显示数据。优选为了增加对比度，两次进行扫描行电极2A。
当扫描on-电压的擦去步骤中行选择时间是At，而随后的写入步骤中行选择时间是Bt时，优选满足At＞Bt×1.5。这是由于可获得更高的对比度，和由于可扩大能获得足够的对比度所施加的电压范围。
图3(a)是施加在一行电极2A上的驱动波形的例子，图3(b)是施加在一行电极2A上的驱动波形的例子。如图3(a)和3(b)所示，行驱动器12在所选的行电极2A中输入具有电压振幅为Vr的电压脉冲，列驱动器13在列电极2B中输入电压振幅为Vc的电压脉冲。
在此时，确定Vr和Vc，使其满足Vr+Vc＞Vp，Vr-Vc＝Vf，且Vc＜Vs。图3(c)显示电压的波形，当图3(a)和3(b)所示的电压脉冲输入时，该电压施加在液晶层4上。
在时间期Tp1，行驱动器12L和12R将所选的行电极2A的电势定为Vr，未选的行电极电势定为0。在时间期Tp1，各行电极2A的选择时间期是At。另一方面，列驱动器13在时间期Tp1将所有列电极2B的电势定位-Vc。结果，在液晶层4形成图3(c)所示的所选行电极像素的部分施加Vr+Vc的电压，像素在完成施加电压后变成On-显示。
在液晶层4形成未选的行电极像素的部分施加Vc的电压。甚至当施加Vc电压时，像素的显示状态也没有改变。行驱动器12L和12R以及列驱动器13在时间期Tp2中的扫描步骤内也施加了相同的电压。
图4(a)-4(e)是示意图，显示屏幕中在重写显示图像时的变化的例子。假定图4(a)所示的屏幕是首先显示的。在图4(a)中，背景是透明的，用标记X指示的部分显示散射态。当为了转化成ON-显示的第一次扫描在时间期Tp1中进行时，所有的像素变成ON-显示，整个图像消失。在图4(b)中用标记X表示的部分，通过产生极端微弱形式的散射态提供图像。
在时间期Td1，行驱动器12将所选的行电极2A的电势定为Vr，未选的行电极电势定为0。在时间期Td1，各行电极2A的所选时间期是Wt。另外，列驱动器13将各列电极2B定为Vc或-Vc，视所选列显示的数据而定。
结果，在液晶层4对于所选列的各像素的部分施加Vr+Vc或Vr-Vc的电压，并将各像素转化成ON-显示或OFF显示。通过扫描各行电极2A，重写成所需的显示。液晶层4对于未选列像素的部分具有施加的Vc电压。甚至当施加Vc的电压时，像素的显示状态也不改变。行驱动器12L和12R和列驱动器13在时间期Td2中的扫描中也施加电压。
在图3(a)和3(b)中显示了电压Vc在时间期Td1、Td2中连续施加到一个列电极2B上的情况。
当在时间期Tp2中扫描后，在时间期Td1中扫描以写入显示数据，所需的图像如图4(d)所示。当在时间期Td2中进行第二次扫描，以写入数据时，进一步提高对比度，写入完成的显示数据如图4(e)所示。
虽然显示转化成ON-显示的扫描步骤进行两次，写入显示数据的扫描步骤也进行两次的情况，但各扫描步骤的数目不限于该情况给出的值。
对于各行和列电极的选择电压，优选对于高对比度Vr/Vc在10-20的范围内。
优选为了元件可靠性提高，每次选择时间期逆转施加电压的极性。这种操作的驱动方法公开于日本专利申请号2002-274111。现在，将描述本发明的例子。
实施例
如下制备了液晶光学元件：首先，制造列电极基板的玻璃基板，在其上形成240个透明条状电极。玻璃基板的厚度是1.1mm。各玻璃基板上有一层无机薄层，作为电绝缘层，在与液晶层接触的一侧，该层上涂有聚亚酰胺树脂溶液(JSRCorporation制备，产品号：JALS-682-R3)，并烘烤，对烘烤的薄层进行摩擦处理。树脂层的薄膜厚度为
Figure C0215578100151
预倾斜角为约89度。
基板的摩擦方向定为与当基板安装在层中，使一个基板上的条状电极横跨另一基板上的电极相反。然后，将具有4微米直径的树脂衬垫喷涂在下层基板上。上层基板在四条边上印刷有宽约0.4mm的透明环氧树脂，留下填充口。将玻璃基板装在层中，使得上层基板上的条状电极跨越下层基板的条状电极，并固化环氧树脂，从而形成空室。
通过混合82.2质量份的市售向列液晶(Merck Japan：MJ00423，Tc＝94.0℃，Δn＝0.230和ε＝15.0)、8.9质量份的手性添加剂(用化学式1代表)和8.9质量份的手性添加剂(用化学式2代表)，配制手性向列液晶A(下文称为液晶A)。
(化学式1)
Figure C0215578100152
(化学式2)
Figure C0215578100153
液晶A具有0.559微米的螺距。通过真空填充法将液晶A填入制造好的空室，并用紫外光固化的密封剂密封填充口，制备液晶板。在液晶板中的一些列电极和一些行电极之间施加电压为20Vrms，脉冲宽度为10ms的双极矩形波仅一次，然后液晶板放置10秒钟不动。结果，有电压施加的各电极之间的交叉区域显示具有高透明度的透明态。图7显示了液晶光学元件的制造过程。
根据透明部分光谱反射性质的测量，测出具有约0.91微米的中央波长的选择性反射(见显示波长性质的图8的曲线)。根据使用具有约5°的收集角的Schlieren光学系统的测量，显示包括玻璃基板的透明部分在液晶光学元件中的透射率是82％。这是非常卓越的透射率。
总的说，手性向列液晶的选择性反射具有某一光谱。在本发明中，优选对于高透明度，光谱的中央波长在0.7-1.2微米范围内。当中央波长小于0.7微米时，透射光在其包括“透射态和散射态”的动作中着色，因为所选的PL(平面态)的反射光可见。在其使用偏光镜(参照实施例)的包括透射态和吸收态的操作中，由于选择性反射的光穿越偏光镜，在吸收过程中泄漏，因此对比度下降。
当选择性反射光的中央波长大于1.2微米时，其包括透射态和散射态的操作的对比度下降，因为散射使得焦锥态变弱。甚至在使用偏光镜的操作中，对比度也下降，因为入射光的偏振部分消除不充分。
用液晶的各向异性折射指数(Δn)和螺距(P)确定手性向列液晶中选择性反射光的光谱的半波长Δλ。当使用具有大Δn值的液晶时，在一些情况下Δλ是约0.1微米左右。为了完全防止透射光着色，优选选择性反射光的中央波长为0.76微米或更长。更优选中央波长是0.80微米或更长。图8显示了各波长区域内的选择性反射性质。通常，选择性反射光几乎显示具有单峰的选择性反射性质。光谱的中央波长位于0.7-1.2微米的范围内。最大的反射率是约40％。
在该实施例的液晶光学元件中，240个透明电极作为列电极，240个透明电极作为行电极，列驱动器和行驱动器与列电极和行电极分别连接。在该实施例中，Sun-Water Corporation制造的任意波形发生器用作包括列驱动器和行驱动器的驱动电路。驱动操作如下进行：
转化成ON-显示，以擦去先前的图像的扫描步骤在At＝16msec下进行。接着，在Wt＝8msec下进行写入的扫描步骤2次，以显示液晶光学元件的驱动，关闭电源。在写入显示数据的扫描步骤中，加到所需行电极上的电压振幅Vr定为17.9V，而加到所需列电极上的电压振幅Vc定为1.1V。换言之，在写入显示数据的扫描步骤中，Vr+Vc＝19V施加具有记忆效应的液晶部分，以进入ON-显示，Vr-Vc＝16.8V施加具有记忆效应的液晶部分，以进入OFF-显示。Vr对Vc之比(Vr/Vc)是约16。
在具有各参数组合的液晶光学元件中，重写显示所需的时间期是约8秒(16×240+8×240×2＝7,680msec)。根据使用具有约5度的收集角的Schlieren光学系统的测量，其包括透射态和散射态的操作中的对比度是4∶1。在重写显示数据后没有留在屏幕上的残像。
现在，将描述本发明信息显示器的应用实施例。应用实施例1-6和8是与透明元件组合使用的信息显示器的例子。例如，信息显示器可掺入透明窗玻璃或粘在透明窗玻璃上。透明元件的优选例是玻璃板或透明塑料板。虽然信息显示器优选用于平面透明元件，它也可用于弯曲的透明元件。
玻璃板的特定性质和标准在“Asahi Glass Company，Limited的建筑材料玻璃板的一般简介，1996年发行”(例如普通玻璃板，安全玻璃板和回火玻璃板)中有所描述。
通常优选液晶光学元件夹在叠层玻璃板的中间薄膜之间。在该情况下，液晶光学元件用塑料基板制成液晶板。液晶光学元件可装入在透明板的一部分中切割出来的空间中。优选透明元件和液晶光学元件彼此具有基本相同的透明度，从而使透明元件和液晶光学元件可被明显认为是一个整体的透明产品。
应用实施例1
这个例子是：其中包括本发明的液晶光学元件的信息显示器33以透明元件的形式使用，制成橱窗或陈列柜。在图9(A)和9(B)中示意性显示放在陈列柜中的出售商品(盆栽)。
陈列柜31由透明塑料板或玻璃元件构成。液晶光学元件30被粘在或插入陈列柜中。在图9(A)中，显示液晶光学元件30基本上是透明状态，可从外侧充分观察到盆栽32。在图9(B)中，显示了信息图像，例如出售的植物名称和价格。
应用实施例2
该例子是：本发明的液晶光学元件40被插入车厢门42的窗玻璃41中(见图10)。这样构建的信息显示器43对于通道上的乘客有良好的透明度。另外，该例子有利的是乘客需要的信息可显示在窗玻璃上，提高了用户优化度和安全性。
应用实施例3
在图11(A)中，示意性显示了本发明的信息显示器55如何安装在汽车仪表板上。信息显示器具有装在驾驶盘52上方的液晶光学元件50，仪表板54和汽车导航系统53。信息显示器可在驾驶员可方便察看的位置实时显示卫星的定位信息。就此，当液晶光学元件50转化成透明态时，液晶光学元件不是对驾驶员观察外界的障碍，因为液晶光学元件与挡风玻璃51合并，作为基本均一的透明元件。液晶光学元件50可在其上额外显示速度信息和时间(见图11(B))。
应用实施例4
在图12中显示了本发明的信息显示器63。在该实施例中，液晶光学元件60被插入商店(例如理发店)外侧玻璃层61的一部分。当液晶光学元件60变成基本透明的状态时，店里的环境62可清楚的从大街上看到。当液晶光学元件60在其上显示某些信息时，该商店提供的服务内容，商品广告和减价日等信息可直接在看来是玻璃墙的一个整体部分的表面上显示。在该实施例中，可将信息显示器装在不透明墙表面一部分中形成的洞中。
在图13中，显示了如何使用本发明的信息显示器72。本发明的液晶光学元件70A和70B被分别插入侧窗71的一部分和整个正面。当外面的光线明亮耀眼时，液晶光学元件70B的有效屏幕区域几乎全部转化成散射态，以降低对汽车内的人的太阳辐射。液晶光学元件70A装在侧窗71B的一个角上，可显示信息，例如用户的名称和公司名称。这样构建的信息显示器72有利的具有高功能性。
应用实施例6
在图14中，显示了如何使用本发明的信息显示器83。该例子是信息显示器装在银行出纳柜台82的部分81中。本发明的液晶光学元件80可依次显示信息，例如目前日期、天气预报、兑换率和目前利率等。该装置可实现具有舒适感和谦虚感的气氛，因为顾客可以亲眼看到最新的信息，和通过该部分看到银行出纳柜台里面。
应用实施例7
图15和16是照片，显示如何实现本发明的信息显示器。该应用实施例中的信息显示器可装在一个场所，例如商店，以提供用户当天的天气预报。例如，液晶光学元件可显示当天的天气预报，每个小时重写显示的图像。在图15和16中，所显示的液晶光学元件每个像素的散射态和透射态完全逆转。
应用实施例中的信息显示器不制成一条边作为连接边的长方形，而是制成由一个框包围四条边的长方形。应用实施例中的信息显示器也可制成一条边作为连接边，电极组与驱动电路连接的长方形。就此，在向右和向左方向提供的行电极分成具有奇数行号和偶数行号的两组电极，行电极从右侧或左侧开始延伸，接上引线，通过基板之一的一个侧面指向连接侧。列电极的引线与连接侧上的另一基板通过包裹在边缘密封剂中的转移压条导电连接。
该装置提供了制造和设计上的优点，因为所有电极的驱动电路可以装在基板之一上。该设计使靠近除了连接边外的三条边的部分变得基本上透明。该装置是有利的，还因为液晶光学元件和透明部件可以合并，从而看来像单个透明物体。该装置是有利的，还由于液晶光学元件可以简单的与透明部件混合。
通过用多个信息显示器提供了较大尺寸的信息显示单元，这些信息显示器具有和该应用实施例中制造的与三条边靠近的透明部分，并连续并排提供信息显示。就此，优选连接侧位于共同侧。优选本发明的信息显示器具有安装在靠近窗口或外部材料的末端部分的连接边。
在该应用实施例的信息显示实验中，液晶光学元件配制成可在黑色背景上见到白色散射像素。甚至当重新按照信息显示需要写入图像时，在新显示的图像中也没有残像，例如天气预报的图标留下。
例如，当以长20cm，宽20cm显示图像时，可用160列电极和160个行电极写入发布天气预报所需的图像(图形标记显示晴天、雨、两种云和雨滴，和时间指示)。就此，一个像素的尺寸是长1.25mm，宽1.25mm。
应用实施例8
将本发明的液晶光学元件90插入老虎机或弹子机玻璃面板的一部分(见图17)。该方案可即使对游戏者提供娱乐或广告。就此，光学元件对用机器游戏没有障碍，光学元件可提供信息显示，它看来是完整的透明玻璃板，没有不舒服的感觉。该方案是有利的，因为显示的图形可以在关闭电源后仍然保留。光学元件可用于屏蔽游戏设备的一部分表面或整个表面。
比较A
图18是照片，显示了本发明的信息显示器和含有液晶/聚合物复合物(质量比为约62％液晶和约38％聚合物)的液晶窗的样品产品，并排放置。在本发明的样品产品完全进入透明态后，关闭电源，使样品产品进入记忆状态(完全平面状态)，而样品产品维持在透明状态。
在约30度的倾斜角拍摄照片，显示样品产品后方的两个物体(移动电话)之间的差异。表1显示了透光性的值。
表1
  结构  0度方向的透光率   倾斜方向约30度的透光率
  本发明的样品产品  83％   80％
  TN-LCD的样品产品  35％
  LCW的样品(分散的液晶显示元件)   73％   65％
比较B
图19是照片，显示放置了本发明的样品产品和常规的样品产品(透射型TN液晶显示元件的样品)。在照片中，左侧的样品是TN液晶显示元件。
本发明的样品产品在透明背景上显示白色文字。可通过操作获得相反对比度的图像。所示样品不仅可显示文字，还可以显示图形图像或图案图像，因为样品含有全点阵模式的电极排列。
根据本发明，提供的信息显示器具有透明感，使用户看到显示器后的环境，并以明显的形式显示所需信息。该显示器具有非常简单的形状，不需要很大的空间。
信息显示器可对用户提供舒适感，安全感和谦虚感，因为他或她可见到显示器后方的环境。
信息显示器可强烈促进广告功能，因为显示器可在例如玻璃制的外部材料上显示信息图像，这是过去不能实现的。
可在靠近汽车挡风玻璃的位置安装信息显示器，以醒目的方式显示所需信息，虽然过去难于在该位置安装信息显示器。
2001年12月6日提交的日本专利申请号2001-373274和2002年9月27日提交的日本专利申请号2002-282562包括说明书、权利要求书、附图和简述的完整公开在此完整引入以供参考。

Claims (14)

1.一种信息显示器(20)，其特征在于，该信息显示器包括：
一种包括多个像素的平面电子光学元件(10)，各像素具有受电信号控制的光学态；
所述电子光学元件(10)是一种手性向列液晶光学元件，它具有在一对装有透明电极(2A，2B)的基板(1A，1B)之间的液晶(4)夹层，液晶(4)在操作中具有记忆效应，在没有施加电压时，能维持两种或多种光学状态被电压脉冲改变；当手性向列液晶显示平面状态时，至少一部分选择性反射光含有红外光；所述电子光学元件(10)具有至少光散射态和光透射态的两个光学态，各像素具有在散射态和光透射态之间可逆改变的光学状态；
通过组合像素的光学状态，信息可以以平面方式显示；
信息能在未加电信号的情况下维持，当可见光从电子光学元件(10)的一个表面通过光透射状态中的像素到达另一个表面时，可见光具有60％或更高的透射率。
2.如权利要求1所述的信息显示器，其特征在于，树脂层(3A，3B)与手性向列液晶接触，具有60度或以上的预倾斜角。
3.如权利要求2所述的信息显示器，其特征在于，树脂层(3A，3B)的至少一面经过摩擦处理。
4.如权利要求1所述的信息显示器，其特征在于，提供透明电极(2A，2B)，通过使用矩阵电极，以点阵模式显示信息图像，或提供透明的电极(2A，2B)，通过使用分段电极，显示分段图案的信息图像。
5.如权利要求1所述的信息显示器，其特征在于，所述电子光学元件(40)与透明部件(41)并列安装，当电子光学元件(40)中的全部可控制像素在光透射状态中时，电子光学元件(40)和透明部件(41)能显示均一的透明状态。
6.如权利要求5所述的信息显示器，其特征在于，当电子光学元件(40)和透明部件(41)整体显示均匀的透明状态时，电子光学元件(40)和透明元件(41)在重叠区域应具有50％或更高的透射率。
7.如权利要求1所述的信息显示器，其中所述电子光学元件(10)是长方形的；手性向列液晶光学元件的行电极和列电极从光学元件四条边中的仅一条作为连接边接引线，电极的引线与驱动电路相连。
8.权利要求1-7任一所述的信息显示器的用途，其特征在于，所述信息显示器用于汽车、车厢、船或飞机的窗(41，71)上。
9.权利要求1-7任一所述的信息显示器的用途，其特征在于，所述信息显示器用作指示板。
10.权利要求1-7任一所述的信息显示器的用途，其特征在于，所述信息显示器安装在观众和商品之间，显示新闻、广告或有关商品的信息。
11.权利要求1-7任一所述的信息显示器的用途，其特征在于，所述信息显示器用作建筑物外部材料(61)的至少一部分。
12.如权利要求11所述的用途，其特征在于，所述信息显示器用作橱窗或陈列柜(31)。
13.权利要求1-7任一所述的信息显示器的用途，其特征在于，所述信息显示器用作投影仪的屏幕。
14.一种制备权利要求1所述的信息显示器(20)的方法，其特征在于，该方法包括：
通过将液晶材料和液晶材料的手性添加剂混合，用手性向列液晶制备平面电子光学元件(10)，所述平面电子光学元件(10)包括多个像素，每个像素具有受电子信号控制的光学状态；
从而通过在平面状态选择性反射红外区的反射光，使液晶基本显示可见区的光透射状态，而当液晶在焦锥状态下，控制晶胞空隙，使液晶基本显示可见区的光散射状态；
将液晶层(4)夹在一对具有电极(2A，2B)的基板(1A，1B)之间，使液晶层(4)的各相对侧与树脂层(3A，3B)接触，从而具有60°或更大的预倾斜角；
在相对的电极(2A，2B)上施加电压脉冲，以可逆控制各像素的光学状态，并导致各像素中平面状态和焦锥状态之间相变，通过组合表面方向的像素光学状态，显示信息图像；
形成光学元件，使信息图像能在没有施加电信号的情况下维持；和形成像素，使当可见光从电子光学元件(10)的一个表面通过具有透明状态的像素到达另一个表面时，可见光具有60％或以上的透射率。
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