CN102782572A - 电光切换元件和电光显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电光切换元件及包括其的显示器。具体地说，本发明涉及包括胆甾相液晶层和光控制元件的电光切换元件，所述胆甾相液晶层具体地说具有左右旋扭曲方向，选择性反射可见光和/或嵌入所述胆甾相液晶层或其他层中的发光部分，所述光控制元件控制透射光和/或反射光的量。所述显示器在明亮或黑暗条件下以小的功率消耗提供亮像。它们尤其适用于电子纸应用和/或数字标识应用。

Description

电光切换元件和电光显示器

技术领域

本发明涉及电光切换元件（electro-optical switching element）和它们在电光显示器中的使用以及这些显示器。具体地说，本发明涉及引起亮像（bright image）的电光切换元件，所述亮像在明亮的环境光条件下具有极佳的可见性，因此具有低功率消耗，此外具有长期可靠性。这些电光切换元件包括至少一个胆甾相液晶（cholesteric liquid crystal）层，所述胆甾相液晶层可选地包含这样的材料，该材料转而包含一个或多个发光部分（moiety）。根据本申请的电光切换元件尤其适用于所谓的电子纸（e-paper）应用。

背景技术

在公开的日本专利申请JP 2008-233915(A)中描述了使用具有螺旋结构的液晶材料作为发光和/或反射材料的电光切换元件，该液晶材料可选地包含荧光染料，这些电光切换元件通过避免液晶螺旋结构对环境光的典型的强选择性反射而具有改善了对比度。

在尚未公开的国际专利申请PCT/EP2009/005866中描述了使用具有螺旋结构的液晶材料作为能够转换光（例如环境光和/或来自背光系统的光）的光转换装置的电光切换元件，该液晶材料可选地包含荧光染料，每个所述光转换装置

○能够将光的偏振状态从非偏振光转换为线偏振光或圆偏振光，同时

○可选地能够将光的波长转变为较长的值然而，它们使用包括一个或多个偏振器的液晶单元，这导致设备仅使用总光的一半和/或很难利用具有记忆效应的显示效果。

在公开的日本专利申请JP H08-286214(A)（1996）中，描述了使用客体-主体型液晶和金属反射器的反射式液晶显示器。

在WO 2007/007384中，描述了其中层叠了胆甾相液晶层的反射式液晶显示设备，这些胆甾相液晶层通过施加电压而改变其选择性反射。

使用胆甾相液晶作为对寻址电压（addressing voltage）做出反应而控制和修改光的传播的材料（即，作为切换介质）的显示设备通常呈现记忆效应，在寻址电压关断之后保持所显示的图像。

然而，这些类型的电子纸即使在弱环境光条件下，也不能显示具有良好对比度和良好可读性的清晰图像。如果在此类型的显示器中使用滤色器，情况甚至更糟糕。在这种情况下，所显示的图像甚至在强光条件下很差。吸收了大部分入射光的滤色器大大降低了显示器的光使用效率。

除了其中使用液晶作为切换介质的这些显示器之外，其中使用双色粒子的电泳切换元件例如被称为“快速响应液态粉末”或显示器。这些显示设备通常也具有记忆效应，即使在寻址电压关断之后也会保持图像。例如，在公开的日本专利申请JP 2003-005225(A)中，描述了一种显示设备，其中带电粒子被收集和集中在具有小面积的电极上，或被分散在具有大面积的电极上。因此，该设备可以从白色状态切换为黑色状态。

在WO2005/098525中，描述了这种粒子的优选尺寸。

在公开的日本专利申请JP 2004-045643(A)和JP 2007-206365(A)中，描述了一种显示设备，其中具有小的双色球体。这些小球悬浮/分散在流体中并被包入由一对基板连同框架形成的单元中。这些球的每一个都具有两个不同的半球。这些半球中的一个为黑色，而另一个为白色。同时，两个半球都带电，具有彼此符号相反的电荷。在对基板内侧上的一对电极施加具有适当极性的电压时，产生具有特定方向的电场。根据带有不同电荷的半球的取向，双色球经受扭矩并旋转。因此，通过施加具有适当极性的电压，使得半球向观察者选择性地呈现其黑色半球或其白色半球，因此可以显示黑色和白色状态。通过由电场诱导的旋转，这些显示器的电光效应也被称为“电致旋光（electro-gyric）”效应。

为了实现彩色图像，公开的日本专利申请JP 2004-199022(A)建议使用三种不同类型的双色球，其中双色球的半球（不是黑色）具有三种不同的可选颜色之一，例如三原色（红、绿和蓝）之一，而不是白色。

备选地，US 2002/0180688(A)建议针对相应的黑色和白色显示器使用滤色器。

然而，这些显示器不能显示活动图像，但在断开驱动电压之后保持其图像，这对于其中必须节省电力的某些应用而言是有利的。它们通常被称为电子纸（简写为e-paper），并且目前进行了广泛研发以取代普通纸作为显示介质。

对于其中使用具有双极电荷的两色半球的电致旋光显示器，光利用效率相当低。在此，原因是其反射效率相当低，对于彩色图像而言尤其如此，原因在于其使用滤色器。即使在强光条件下，它们也无法提供生动的图像。

在SID 06DIGEST的第769至772页中描述了一种不使用偏振器的反射式液晶显示器。在此，描述了使用后向反射器（retro-reflector）的聚合物分散液晶（PDLC）显示器。在PDLC透明的状态下，图像为黑色，而当PDLC不散射光时，图像为白色。

在此类型的显示器中，希望后向反射器小于人眼的瞳孔。当PDLC透明时，在被后向反射器反射的光当中，观察者仅可看见沿其瞳孔方向传播的部分光。这意味着观察者实际上看不到光，图像看起来是黑色的。然而，当PDLC处于光散射状态时，环境光被后向反射器反射并被PDLC散射。在这种情况下，原本来自不同于观察者瞳孔方向的方向的光也变得可见，图像看起来是白色的。

然而，在这些显示器中使用的后向反射器的制备需要具有高分辨率的微光刻（micro-lithographic）步骤，并且很难将后向反射器按比例缩放（scale）到较大显示器的整个区域。

发明内容

在本发明中，使用一个或多个电光切换元件，所述电光切换元件能够响应于电压的施加而改变光强度，优选地调整或改变光强度，即控制光强度。所述电光切换元件能够调整被设备各部分透射和/或反射的光的强度。根据本发明的所述电光切换元件不需要并且优选地不包括用于使光偏振的装置，例如偏振器。优选地，根据本申请的设备不包括用于使光偏振或改变光的偏振的装置，并且最优选地，它们不包括偏振器。

优选地，根据本申请的设备包括一个或多个能够转换和/或控制光的透射/反射/散射的程度的电光元件。

优选地，根据本申请的设备包括一个或多个能够反射光（例如环境光）的光反射装置，所述光反射装置能够选择性地反射特定波长范围的光。

优选地，根据本申请的设备是电子显示器。特别优选地，它们是用于显示信息的显示器，并且最优选地，它们是用于所谓的“电子纸”的显示器。

有利地使用相应的仅利用反射光的新颖显示设备，这是因为它们实现了功率消耗的显著降低。

本发明涉及一个或多个电光元件的使用，这些元件能够切换和/或控制光的透射/反射/散射的程度，这允许针对一个电光元件（即，在一个电光切换元件中）同时使用两个不同的胆甾相层。胆甾相液晶的这两个不同的层优选地相对于彼此具有相反的扭曲方向（即，彼此相反的旋向性）。

在本发明的优选实施例中，根据本发明的电光设备具有独特的光学元件的组合和布置，以便它们利用反射的环境光以及来自背光源的光，因此它们以低的功率消耗产生在强环境光条件下具有清晰的可见性的亮像。

根据本发明的优选实施例，使用一个或多个光学元件，包括：

-一个或多个能够反射光（例如环境光）的光反射装置，所述光反射装置

○能够选择性地反射特定波长范围的光，并且同时

○可选地能够将光的波长转变为较长的值，优选地转变为可见光，以及

-至少一个所述转换装置

○能够将光的波长转变为较长的值，以及

-优选为层形式的材料，所述材料能够改变光强度，优选地调整或更改光强度，即，切换和/或控制光强度，优选地设置有所述材料的一个或多个电寻址装置，

-优选地没有用于使光偏振的装置，以及

-可选地具有用于照明的装置，例如背光源。

根据本发明的电光设备包括一个或多个以如下方式设置的光学元件：使得它们相当高效地利用来自背光系统的光，并且来自背光系统的辐射不包括具有高能量的辐射，优选地该辐射不包括任何UV辐射，并且更优选地也不包括具有短波长的蓝光。优选地，光的波长为385nm或更大，更优选地为420nm或更大，最优选地为435nm或更大。

所述材料能够改变光强度这一表达意味着可以通过施加外力，优选地通过对其进行电寻址，将透射通过该材料的状态至少从一种状态改变为至少另一种状态。透射的改变可以并且优选地具有或多或少的连续性，以便于灰度表示。

然而，也可以使用利用呈现双稳定性的效应的电光切换元件。后一种情况通常有利地用于需要节省所用能量的应用的设备，例如用于电子纸应用，所述电子纸应用是根据本发明优选的。

根据本申请使用的光反射装置可以具有不同的形式。在优选实施例中，它们包括一个或多个层，这些层为或多或少平坦的，基本上为连续层，优选地覆盖显示器的基本上所有切换元件。在其他实施例中，所述反射装置优选地例如以图案化的方式构造，例如被构造为与显示器的像素或子像素基本上一致，如下面详细解释的那样。

根据本发明，实现了一种光学元件，所述光学元件包括具有至少一个扭曲方向的一个或多个胆甾相液晶层，或者包括包含至少一个发光部分作为反射器并具有控制光强度的光学部件的胆甾相液晶层。由于胆甾相液晶层是高效光反射器，所以反射强度相当高。可使用具有右旋扭曲方向和左旋扭曲方向二者的胆甾相液晶，因此理论上可以实现100%的反射效率。此外，胆甾相液晶层中的至少一个可以包含包括一个或多个发光部分的材料。因而，即使在黑暗条件下，通过用适当光源照明胆甾相液晶层，可以显示清晰并且可读性好的图像。由于可使用光聚合性材料，所以胆甾相液晶层可以很容易地涂覆在基板上，并且可以很容易地制造。所述一个或多个发光部分可以存在于与胆甾相液晶层不同的层中，优选地位于面向观察者的胆甾相液晶层侧。

一个或多个胆甾相层优选地以一个或多个聚合膜的形式存在。它们可以有利地被构造为矩阵的形式，该矩阵具有与显示器的像素匹配的区域部分（areal part）。这些区域部分可以以图案化的方式与不同的颜色一致。它们还可以有利地包括具有彼此相反的扭曲方向的双层。

附图说明

1.图1

使用掺杂有二色性染料的扭曲向列相液晶层作为电光切换元件的本发明的实施例的示意性示例。

a)未施加电压的扭曲向列状态。

b)已施加电压。

2.图2

通过额外使用背光源从图1的实施例修改的实施例的示意性示例。

a)未施加电压的扭曲向列状态。

b)已施加电压。

3.图3

使用电泳单元作为电光切换元件的本发明的实施例的示意性示例。

a)施加直流电压，使得下电极具有与粒子的电荷符号相反的电荷符号的电荷。

b)施加直流电压，使得下电极具有与粒子的电荷符号相同的电荷符号的电荷。

4.图4

通过额外使用背光源从图3的实施例修改的实施例的示意性示例。

a)施加直流电压，使得下电极具有与粒子的电荷的符号相反的符号的电荷。

b)施加直流电压，使得下电极具有与粒子的电荷的符号相同的符号的电荷。

5.图5

使用具有低分子量的液晶和聚合物的复合材料的层作为电光切换元件的本发明的第五实施例的示意性示例。

a)未施加电压的状态。

b)已施加电压。

6.图6

使用电致旋光电光切换元件的本发明的第六实施例的示意性示例。

a)施加直流电压，使得下电极具有与球体粒子的黑色部分的电荷的符号相反的符号的电荷。

b)施加直流电压，使得下电极具有与球体粒子的黑色部分的电荷的符号相同的符号的电荷。

7.图7

其中将包括一个发光部分（或多个发光部分）的材料嵌入附加层中的实施例的示意性示例。

8.图8

其中将反射激发光的层置于发光层上的实施例的示意性示例。

对图中符号的解释

Ⅰ.一般说明

1.图的部分a和b的划分

在各图的各自第一部分（即，标记为“a”的部分）中，示出了电光切换元件的非切换状态，分别为更强吸收状态，分别为具有较低透射的状态。各图的各自第二部分（即，标记为“b”的部分）示出了各自的补态。为了简单起见，在图1b、2b、3a和3b中，仅示出一个示例性电光切换元件。图1a、2a、4a、4b、5a和5b示出三个切换元件，每种颜色（R、G、B）一个。

2.光路

图中的宽箭头指示光路。

3.光颜色

R    红色，

B    蓝色，以及

G    绿色。

II.标号

1.图1a和1b：

101  二色性染料

102  液晶分子

103  电极

104  TFT

105  胆甾相液晶

106  入射光

107  反射光

2.图2a和2b：

201  二色性染料

202  液晶分子

203  电极

204  TFT

205  胆甾相液晶

206  入射光

207  包括一个或多个发光部分的材料

208  来自背光源的光

3.图3a和3b：

301  带电粒子

302  流体介质

303  电极

304  TFT

305  胆甾相液晶

306  入射光

307  包括一个或多个发光部分的材料

312  切换元件的单元的框架

4.图4a和4b：

401  带电粒子

402  流体介质

403  电极

404  TFT

405  胆甾相液晶

406  入射光

407  包括一个或多个发光部分的材料

408  具有来自背光源的光的背光

409  介电屏蔽物（shield）

410  反射光

411  来自背光源的转换光

412  切换元件的单元的框架

5.图5a和5b：

501  聚合物材料

502  低分子量液晶

503  电极

504  TFT

505  胆甾相液晶

506  入射光

6.图6a和6b：

601  扭曲球体

602  电泳介质

603  电极

604  薄膜晶体管（切换元件）

605  胆甾相液晶层

606  环境光

607  来自胆甾相液晶层的反射光

613  扭曲球体的黑色半球

7.图7：

701  发光层

702  胆甾相液晶层

703  激发光

704  来自发光部分的发射光

8.图8：

801  发光层

802  胆甾相液晶层

803  激发光

804  来自发光部分的发射光

805  激发光反射层

具体实施方式

在根据本发明的第一优选实施例中，控制光量的光学元件是液晶单元，所述液晶单元包括掺杂有一种或多种二色性染料的向列相液晶。在图1中，示出了其中使用扭曲向列相LC结构的实施例的设备。可以针对扭曲向列结构或垂直对准结构中的液晶应用该结构。在这两个不同的可能结构中，在施加电压与不施加电压的情况下，对应的切换状态交换。扭曲角优选地为90°或大约90°。液晶包括一种或多种二色性染料（101）。液晶被称为“主体”，二色性染料被称为“客体”。二色性染料具有与其分子长轴平行的跃迁矩，在这种情况下，跃迁矩被取向为与主体液晶的指向矢（即，液晶的分子长轴的平均方向）平行。然而，还可以使用具有与分子长轴的平均方向（即，液晶主体的指向矢）垂直的跃迁矩的二色性染料。此图中示出的液晶主体（102）具有正介电各向异性。然而，还可以有利地使用具有负介电各向异性的液晶主体，在这种情况下，手征性掺杂剂向主体液晶中的添加仅仅是可选的。包括液晶主体和一种或多种二色性染料的客体-主体混合物被填充在液晶单元中，所述单元包括合适的框架和两个基板，至少一个基板是透明基板。两个基板的每一个都具有在其内侧上（即，面向液晶）的一个或多个透明电极（103）。电极优选地被覆盖有对准层（alignmentlayer），优选地被覆盖有聚酰亚胺对准层。这未在图中示出。实施例的此部分类似于常规向列相液晶单元的此部分。可以有利地通过例如使用薄膜晶体管（TFT：（104））的有源矩阵驱动系统对液晶进行寻址，同样如同在常规液晶显示器的情况。然而，还可以直接对液晶进行寻址，或通过无源矩阵驱动系统（即，采用所谓的“时分复用”寻址）进行寻址。后面这两种情况的寻址不需要有源驱动元件（例如TFT）的矩阵。在有源矩阵驱动系统中，通常并且优选地使用如下液晶单元：其中在单元中从底部基板到顶部基板将液晶的指向矢扭曲绝对值为90°或大约90°的角度（“TN”配置）。相比而言，在使用无源矩阵驱动系统的显示器中，将液晶的指向矢扭曲绝对值在180°至270°的范围内，优选地在240°至大约270°的范围内的角度（“STN”配置）。

与常规液晶切换元件相比，根据本发明的这些电光切换元件的主要不同之处在于它们包括在可见光范围内具有选择性反射的胆甾相液晶层（105）。该胆甾相液晶层优选地位于下基板和该基板的相应电极之间。为了实现彩色显示器，可以例如方便地使用三个这种切换元件，每一个都具有呈现不同选择性反射波长的不同胆甾相液晶。优选地，这些不同胆甾相液晶中的每一个在光谱范围内具有分别对应于三原色红（R）、绿（G）和蓝（B）中的每一者的选择性反射的波长范围。

图1a示出了客体-主体液晶的切换元件的示意性结构，在使用具有正介电各向异性的液晶主体混合物并且不对切换元件的电极施加电压的情况下，客体-主体液晶具有90°的扭曲角。因而，液晶指向矢被取向为与基板平行，并且从底部基板到顶部基板扭曲90°角。在此状态下，进入客体-主体液晶的环境光（106）被二色性染料强烈吸收，二色性染料沿其分子长轴具有强吸收。因此，光不会到达胆甾相液晶层。在此状态下，切换元件（像素）显示暗像（dark image）。为了实现覆盖大部分或甚至全部可见光谱范围的宽光谱，使用多于一种二色性染料（优选地为三种二色性染料）的组合。适当地选择这些染料以获得其对光谱的各自的贡献。

图1b示例性地示出了对夹着客体-主体液晶中的电极施加适当大小的电压（即，充分高出阈值电压）的情况下的一个切换元件。现在，液晶的指向矢被取向为与基板垂直，并且二色性染料（101）不再强烈吸收环境光。因而，入射光便会到达胆甾相液晶层（105），并且选择性反射具有合适波长的部分入射光。因为从胆甾相液晶层（105）的选择性反射相对强，所以获得相当明亮的图像。即使在弱光照条件下也是如此，因为保持了相当良好的图像对比度。可以将不同切换元件的不同胆甾相液晶的选择性反射波长范围选择为对应于三原色中的每一种，因此这些显示器不需要滤色器。此外，也不需要使用偏振器。

在图1a和1b中，示出了仅具有一个胆甾相液晶层的实施例。然而，在备选实施例中，还可以附加地使用第二胆甾相液晶层，该第二胆甾相液晶层具有的扭曲方向与第一胆甾相液晶层的扭曲方向相反。这两个层中的一个可以层叠在另一个的顶上，或备选地，它们可以被并排涂覆。在第一种情况下，当使用两个层的叠层时，可以实现特别明亮的图像，这是因为两个胆甾相液晶层的叠层会反射两个扭曲方向的圆偏振光。

由从胆甾相液晶的选择性反射产生的光的特征为相当窄的角分布，导致反射光的亮度具有相当强的角相关性。然而，可以通过胆甾相液晶层的轴取向的故意扰动来降低该角相关性。这导致增大的视场，如公开的日本专利申请JP 2005-003823(A)中所示。

在上述实施例中，在具有正介电各向异性的液晶主体混合物中，使用二色性比（dichroic ratio）大于一的二色性染料（即，与其分子长轴平行的吸收强于与其分子长轴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异性（即，二色性染料具有小于一的二色性比，或者液晶主体具有负介电各向异性），则黑色和白色图像相对于所施加的电压的“接通状态”和“关断状态”颠倒。如果二色性染料和液晶主体二者都具有与图1a和1b中示出的情况相比相反的各向异性，则根据所施加的电压，仅必须改变液晶的初始对准，而黑色和白色状态没有任何改变。

光吸收层可以有利地被置于胆甾相液晶层与下基板之间和/或在基板的与胆甾相液晶层相反的一侧。

图2a和2b中示意性地示出了本发明的第二优选实施例的显示器的结构。它尤其在两个方面不同于上述第一实施例。在此，该显示器包括光源（208）以及一个或多个胆甾相液晶层和/或附加地包含至少一种包括一个或多个发光部分（207）的材料的一个或多个层。在此，发光部分可以在胆甾相液晶层中或在另一层（未在图2中示出）中。

所述一个或多个胆甾相液晶层和/或附加地包含至少一种包括一个或多个发光部分（207）的材料的一个或多个另外的层用作光转换装置。

根据本发明的所用光转换装置可以包括一种或多种有机染料和/或一种或多种无机磷光体。

作为包括一个或多个发光部分（207）的材料，可以使用吸收激发光并且发光的每种材料。可以使用有机荧光染料和/或无机磷光体。当使用具有小斯托克斯（Stokes）频移的染料时，可以使用环境光作为激发光。当将如下光源（208）用于激发时，可以获得更明亮的图像：该光源发射波长为470nm的蓝光和/或发射波长短于470nm的光，或甚至更理想的，短于400nm的光。作为激发光源（208），可以使用无机发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）或荧光灯或激光。

还可能在相应显示器中应用使背光局部地变暗的方法，以便节省能量使用。在此类显示器中，背光源通常被分段（segment），并且原则上，用来自提供激发光的分段背光源的各个段的光仅照明显示明亮颜色的像素。

作为有机染料，可以有利地使用各种荧光染料和磷光染料，例如在有机发光二极管中使用的发光染料和/或激光染料。相应的激光染料可通过Indeco Corporation,Japan而从Exciton Corporation,USA购买，而其他合适的染料可从American Dye Sources Inc.,Canada购买。

可以在此使用的发射波长在蓝色光谱范围内的激光染料例如可通过Indeco Corporation,Japan而从Exciton Corporation,USA购买，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。除了这些激光染料之外，也可以使用在蓝色光谱范围内发光的荧光染料，例如苝、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),1'-弗他兰]-3,3'-二酮（4-phenylspiro[furan-2(3H),1'-futalan]-3,3-dione）、N-(7-二甲氨基-4-甲基香豆素)-马来酰亚胺（N-(7-dimethylamino-4-methylcoumarynyl)-maleimide）和/或染料ADS135BE、ADS040BE、ADS256FS、ADS086BE、ADS084BE，它们可从American Dye SourcesInc.,Canada购买。根据本发明，可以单独使用或以适当混合物的形式使用这些染料。

可购买可以在此使用的在绿色光谱范围内发射的激光染料：例如通过Indeco Corporation,Japan而从Exciton Corporation,USA购买香豆素522、香豆素522B、香豆素525和香豆素540A，以及从Sigma-Aldrich^Ltd.,Japan（Sigma-Aldrich,USA的子公司）购买香豆素6,8-羟基-木聚喹啉（Coumarin 6,8-hydroxy-xynoline）*。除了这些激光染料之外，也可以使用在绿色光谱范围内发射的荧光染料，例如来自American Dye SourcesInc.,Canada的染料ADS061GE、ADS063GE、ADS108GE、ADS109GE和ADS128GE。而且，根据本发明，可以单独使用或以适当混合物的形式使用这些染料。

可购买可以在此使用的在红色光谱范围内发射的激光染料：例如通过Indeco Corporation,Japan而从Exciton Corporation,USA购买DCM、Fluorol 555、若丹明560高氯酸盐、若丹明560氯化物和LDS698。此外，可以使用在红色光谱范围内发射的荧光染料，例如可从American DyeSources Inc.,Canada购买的ADS055RE、ADS061RE、ADS068RE、ADS069RE和ADS076RE。而且，根据本发明，可以单独使用或以适当混合物的形式使用这些染料。

备选地，作为有机染料，在此还可以使用针对有机发光二极管（OLED）开发的发光染料。根据本发明，可以使用如在日本专利JP 2795932(B2)中描述的能够转换颜色的那些染料。还可以有利地使用S.A.Swanson等人在Chem.Mater.第15卷（2003）第2305-2312页的论文中描述的染料。还可以使用如在日本专利申请JP 2004-263179(A)、JP 2006-269819(A)和JP2008-091282(A)中描述的蓝色染料以及绿色染料以及红色染料。尤其是，对于红色染料，可以将转换UV辐射或蓝光的绿色发光染料与发射红光的染料（其吸收绿光并发出红光）结合使用，如在公开的日本专利申请JP2003-264081(A)中描述的那样。更概括地说，这些染料可以如相应参考文献所描述的那样使用。然而，可能需要通过公知的措施，例如通过引入烷基链或修改烷基链，来稍微地修改其化学结构，以便提高其在有机溶剂，尤其在液晶中的溶解度。

作为蓝色无机磷光体，可以使用如在公开的日本专利申请JP2002-062530(A)中描述的Cu激活的硫化锌磷光体和/或如在公开的日本专利申请JP 2006-299207(A)中描述的Eu激活的卤代磷酸盐磷光体、Eu激活的铝酸盐磷光体。对于绿色无机磷光体，可以使用如在公开的日本专利申请JP 2006-299207(A)中描述的Ce或Tb激活的稀土元素硼酸盐磷光体。对于红光发射，可以使用如在公开的日本专利申请JP 2006-299207(A)中描述的Eu激活的硫化镧磷光体或Eu激活的硫化钇磷光体。还可以使用如在公开的日本专利申请JP2007-063365(A)中描述的黄色磷光体（包含BaS和Cu²⁺作为色心），以及如在公开的日本专利申请JP 2007-063366(A)中描述的红色磷光体（包含Ba₂ZnS₃和Mn²⁺作为色心）。还可以使用如在上述日本专利JP 3503139(B2)中描述的Ce激活的深红色磷光体、如在公开的日本专利申请JP 2005-048105(A)中描述的红色磷光体、如在公开的日本专利申请JP 2007-262417(A)中描述的β-赛隆（beta-sialon）绿色磷光体、Caα-赛隆（alfa-sialon）红色磷光体。可以使用上述磷光体作为分散在光转换层中的表面改性材料和/或基础材料（ground material）。还可以使用如在WO 2006/017125中描述的量子点。

根据本发明的电光切换元件中的光转换装置可增大色度范围，改进来自背光源的光分布的均匀性，并抑制具有短波长的光的透射，因此减少或甚至防止对液晶材料的损害。

根据本发明的所用光转换装置可以具有例如包括一种或若干种有机染料和/或无机磷光体的单层的形式，或具有在每层中包括不同染料和/或无机磷光体的叠层的形式。它们进一步可以具有或多或少的连续性或具有分别图案化的空间结构。

在本发明的第三优选实施例中，能够在施加电压时改变光强度（即，切换或控制光强度）的所用元件是电泳切换元件。图3和4中分别示意性地示出了这些实施例。在这些电泳切换元件中，带电粒子悬浮/分散在流体介质中，优选地在具有低粘度的液体中，以便允许实现具有快速响应时间的显示器。在本发明的一个优选实施例中，带电粒子由塑性材料、电荷控制剂和着色剂组成，如在公开的日本专利申请JP 2006-058550(A)中描述的那样。作为塑性材料，可以使用例如尿烷树脂、尿素树脂、丙烯酸酯树脂和/或聚酯类树脂。作为向粒子中引入负电荷的电荷控制剂，可以使用例如水杨酸的金属络合物、包含金属原子或离子的偶氮染料、包含金属离子或原子的疏水性染料材料、（叔）铵化合物和含硼化合物（例如苄型酸硼络合物（benzylic acid boron complexes）*）。作为引入正电荷的电荷控制剂，可以使用例如苯胺黑（nigrosine）染料、三苯甲烷化合物、（叔）铵化合物、聚胺树脂和咪唑衍生物。作为着色剂，可以使用例如碳黑、氧化铜、二氧化锰、苯胺黑和活性炭。作为具有低粘度的流体，可以在单元中使用干燥的空气、氮气、惰性气体和/或甚至真空。作为带电粒子，还可以使用在公开的日本专利申请JP 2007-240679(A)中描述的那些粒子，其中描述了涂覆有树脂的带电着色颜料（例如碳黑）。单元还可以被填充有透明液体，例如水、醇和/或油。

如图3a中所示，两个电极（303）被沉积在基板上，在上下基板上各一个，在底部电极的顶上制备具有一个或多个给定扭曲方向的胆甾相液晶层，并且所述胆甾相液晶层的一部分具有比所述胆甾相液晶层的剩余部分小的厚度。胆甾相液晶层可以具有凹形或甚至到达下面电极的孔。

当对电极施加具有适当极性的直流电压而使得下电极带有与带电粒子（301）的电荷符号相反的电荷时，带电粒子被收集在该层的凹部或缺失部分上，如图3（a）中所示。然后，在切换元件的几乎所有区域中显露（reveal）胆甾相液晶层。然后，环境光（306）被胆甾相液晶层选择性地反射，并且与胆甾相液晶层的手性间距（chiral pitch）匹配的波长范围内的光被强烈反射。在仅利用反射光的反射模式下，可以将光吸收材料置于下基板的顶上或下面。

图3（b）示出了对电极施加与上面在图3（a）中示例的情况相反极性的直流电压时的情况。现在，上电极带有与带电粒子（301）的电荷符号相反的电荷。因此，处于该状态的带电粒子（301）被收集在上电极上，并且切换元件的整个区域呈现黑色。

可以通过有源矩阵驱动方法方便地对这种电光切换元件进行寻址。可以通过诸如薄膜晶体管之类的非线性开关电子元件（304），优选地通过位于至少一个基板上的薄膜晶体管，方便地对电光切换元件的电极施加电压。在这种情况下，方便地为与承载一个或多个TFT的基板相对的基板提供对电极。备选地，可以通过无源矩阵驱动来控制所施加的电压，其中分别在上下基板上制备电极，所述电极优选地为条纹形（stripe-shaped）并且在任何一个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，如果一个基板上的线形电极沿“x”轴方向延伸，则另一个基板上的电极沿“y”轴方向延伸。

在图3中示出的实施例中，胆甾相液晶层用作介电层，该介电层更改电光切换元件的邻近电极的电场。

然而，如图4a和4b中所示，还可以单独并且独立于胆甾相液晶层（405）而制造合适的介电层（409）。该介电层可以由诸如SiN_x和/或SiO₂的溅射膜之类的无机材料和/或诸如光聚合性树脂之类的有机材料组成。

图4a和4b还示例了本发明的进一步优选实施例的另一个方面。在图3中示例的实施例中，不使用用于激发胆甾相液晶层的光源。然而，也可以（并且在许多情况下甚至是明智的）不仅利用反射光（410），而且还向电光切换元件提供背光源，并且除了反射光（410）之外还使用发射光（411）。在这种情况下，将包括一个或多个发光部分（407）的发光材料嵌入胆甾相液晶层（405）中，与在图2中示例的实施例相似。该发光材料可以由环境光和/或背光源（408）的光激发。特别地，当使用显示出小斯托克斯频移的发光材料时，仅环境光便足以激发发光材料。在使用光源（408）激发发光材料的情况下，可以在胆甾相液晶层与背光源之间放置允许激发光通过并且同时吸收可见光的滤光器和/或可以在上基板的任一侧放置滤色器。

如上所述，在本发明的这些实施例中，使用采用带电粒子的电光切换元件。除了这些采用带电粒子的电光切换元件之外，也可以使用如在公开的日本专利申请JP H 09-185087(A)（1997）中描述的电泳显示器。

本发明的第四实施例使用这样的电光切换元件：该电光切换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显示器（PDLC））的复合材料作为控制光量的光学元件。图5a和5b中示意性地示例了该实施例。该电光切换元件的工作原理与使用PDLC和后向反射器的无需偏振器的反射式液晶显示器的情况相同。

图5a示出了其中PDLC使光散射的状态。在正常模式PDLC中，这是“未通电”状态，其中不对夹着PDLC层中的基板上的相应电极施加电压。在PDLC的相反模式（也称为“故障安全模式”）下为通电状态，即，其中对夹着PDLC层中的基板上的相应电极施加适当大小的电压的状态。在这些模式中的任何一种模式下，对电极施加的电压优选地是交流电压。在某些实施例中，所施加的电压具有正弦形时间函数，而在某些应用中，优选地施加方波（或矩形波）。然而，还可以应用其他波函数，例如三角形波或“锯齿”形波。

在图5a中示出的PDLC的散射状态下，未被包括具有低分子量的液晶（501）和聚合物（502）的复合材料系统（例如PDLC）散射的环境光（506）的一部分到达胆甾相液晶层（505），被该胆甾相液晶层（505）选择性地反射，并被PDLC（501和502）散射。

因此，观察者能够观察到除了从所述观察者的瞳孔方向入射的光之外的光，并在像素中看到选择性反射的颜色。

当PDLC处于其相反状态（即处于透明状态）时，如图5b中示意性地示出的，观察者实际上根本看不到光，切换元件看起来是黑色的。特别地，在每个胆甾相液晶层小于人眼的瞳孔的情况下同样如此。可以按如下方式理解该效果。胆甾相液晶的选择性反射沿一个方向高度集中。在胆甾相液晶层具有小于人眼瞳孔的延伸范围（extension）的情况下，大部分反射光从偏离瞳孔方向的角度入射。

在其他实施例中，故意扰动胆甾相液晶层的扭曲轴可有效地增大视场，如例如在公开的日本专利申请JP 2005-003823(A)中描述的那样。然而，在本实施例中，非常理想的情况是所有胆甾相液晶层的扭曲轴应该沿同一个方向对准。可以通过例如以下过程相当容易地实现此类型的取向。对对准层进行机械摩擦和/或光化学处理，并在对准层的顶上涂覆胆甾相液晶层。然后，将胆甾相液晶层加热到高于其清亮点（clearing point）（即，向各向同性相跃迁的温度）的温度，然后使其逐渐冷却到环境温度。

可以使用在相变模式下操作的液晶单元代替在PDLC模式下操作的单元或膜。用于在相变模式下操作的单元的液晶材料可以优选地是近晶材料，优选地是呈现S_A相的材料，或者是具有适当间距的胆甾材料。优选地，使用胆甾材料。这些液晶单元在散射模式下使用，因此不需要使用偏振器。优选地使用的胆甾相液晶将其状态从散射焦点圆锥取向改变为其平面（或垂面（homeotropic））透明状态。这些电光模式尤其有用，因为它们呈现记忆效应。

根据本实施例，不必使用滤色器。但可以使用滤色器。它们优选地被置于上基板上，即面向观察者的基板上。在使用滤色器的情况下，可以观察到电光切换元件的亮度降低。然而，可以通过使滤色器的不同颜色的透射（即，滤色器的相应部分的最大透射的波长范围）与一个或多个胆甾相液晶的对应部分的选择性反射的范围匹配，来使亮度的降低最小化。

备选地，可以应用“宽带”反射式胆甾相液晶层，即显示出具有宽波长范围的“选择性”反射的胆甾相液晶层。可以通过制备具有这样的胆甾间距的胆甾相层而实现这种宽带反射式胆甾相液晶：该胆甾间距逐渐变化，例如随着在整个层厚度内的位置而逐渐变化。这种层的制备可以很简单直接。

这样的第二宽带胆甾相液晶层的添加将导致实现最明亮的图像：该第二宽带胆甾相液晶层具有与第一宽带胆甾相液晶层相比相反的扭曲方向。

本发明的第五实施例还使用电致旋光效应，其利用在合适电场中具有两个带有相反电荷的半球的球体的旋转作为控制反射光量的光学元件，如图6中所示。最初，半球被覆盖有具有合适的选择性反射的胆甾相液晶层，而另一个半球被涂覆有黑色物质。同样，与在常规电致旋光显示器的情况下一样，两个半球带有彼此符号相反的电荷。

可以按如下方式制备这些球体。类似于在公开的日本专利申请JPH11-085069(A)（1999）中的描述，将平均直径为50μm的氧化锌球体浸入光反应性胆甾相液晶材料溶液中，例如可以使用丙二醇单甲醚乙酸酯作为有机溶剂。因而，球体被涂覆有胆甾相液晶层。该胆甾相液晶层通过UV辐射而被光聚合。然后，将经涂覆的球体散布在电极上，并使用电晕放电使球体表面带电。将已经过放电处理的区域曝光之后，进行使用黑色调色剂的光显影，最后通过烘烤（即加热）固定调色剂。

还可以使用类似于在公开的日本专利申请JP H 10-214050(A)（1998）中描述的方法获得此类球体（601），所述球体具有两个带有相反电荷的半球，一个为黑色，另一个被覆盖有具有合适的选择性反射的胆甾相液晶层。平均直径为50μm的钛酸钡小球被浸入光反应性胆甾相液晶材料的溶液中，并被所述胆甾相液晶的层所覆盖。

在对该层的胆甾相液晶进行光聚合之后，将球体分散在聚乙烯醇的水溶液中并通过旋涂而被施加到承载电极的基板上，然后进行干燥。球体的下半球被聚乙烯醇所覆盖。使上电极与球体接触，并持续大约10小时对上电极和下电极施加大约3kV的电压以使球体极化。然后，移除上基板并将具有球体的下基板转移到真空蒸发系统中。诸如共同蒸发的MgF₂和Sb₂S₃之类的黑色材料蒸发并沉积在每一个球体的两个半球之一上。然后，将基板浸入包含表面活性剂的丙酮溶液中，并获得这样的极化球体：所述极化球体的一个半球被覆盖有胆甾相液晶层而另一个半球被覆盖有黑色材料。然后，将球体分散在诸如硅酮油之类的油中或透明聚合物基体中并被夹在两个基板之间，每一个基板都具有电极或在其面向球体分散的内侧具有电极。然后，通过施加具有适当大小的直流电压，可以显示图像，如例如在公开的日本专利申请JP H11-085069(A)（1999）和JP H10-214050(A)（1998）中描述的那样。

在该实施例中，胆甾相液晶层用作具有高效率的光反射器。它可以进一步包括发光材料。如果它包含具有小斯托克斯频移的此类发光物质和/或量子点，则不仅选择性反射，而且荧光（和/或）磷光也可以有助于显示图像并导致显著更亮的图像。

在所有实施例中，如果需要，可以应用滤色器以产生提供更清晰图像的显示器。

对于本发明的所有实施例，可以将包括发光部分的材料嵌入胆甾相液晶层（702）的面向观察者的一侧的附加层（711）中，如图7中所示。在这种情况下，可以实现优选的效果，例如可使用各种基体物质以及通过胆甾相液晶层反射发射光。

此外，可以使用重用（re-use）激发光（803）的胆甾相层（805），如图8中所示。胆甾相液晶层的间距与激发光（803）的波长匹配。因此，产生所显示的图像的光（804）不受这些层的影响。胆甾相液晶层可以被置于单元内部。但备选地，它们还可以被置于单元外部。后一种实施例导致制造过程的显著简化。

本发明的第六实施例使用小型机电切换元件（即，微机械切换元件）作为对上述电光切换元件的替换。在本申请的术语中，术语电光切换元件还包括这些微机械切换元件。此类微机械切换元件的典型实例是例如用于Texas Instruments“Digital Light Processing（DLP

）”设备的铰接微镜（hinged micro-mirrors），或微机械快门（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 ViewDisplays using Digital Micro Shutters（使用数字微快门的基于MEMMS的直观式显示器），Proceedings of IDW’08第1345-1348页中所披露的那样。这些MEMS快门（也被称为“数字微快门，简称DMS”）使用其尺寸在某μm范围内的可移动部件作为机械快门以便机械地阻挡光的通过。通过应用电场激活快门。在这些电光切换元件中，有利地在设备内部面向光源的一侧上（即，在光到达微快门本身之前通过的槽缝（slot）中）制造反射具有适当颜色的光的胆甾相液晶层。优选地，制造胆甾相层的阵列，每一个用于一个子像素。可以在每一个子像素中使用一个具有适当光谱特性的胆甾相层。此胆甾相层可以具有两个可能的螺旋扭曲方向中的任何一个。然而，尤其考虑到反射光强度的优化，优选地使用两个具有彼此相反的扭曲方向的胆甾相层的叠层。这些胆甾相液晶层可以包括包含发光部分的材料，例如荧光染料或磷光体。由于所用的胆甾相液晶层的固有着色（colouration），这些设备不需要使用滤色器以便呈现彩色图像。此外，每一个子像素（优选地覆盖来自光源的光路的整个区域宽度）中的胆甾相液晶层的相应部分的着色消除了在典型MEMS设备中遇到的视差问题。为了改进这些设备的操作，通常希望使用具有相当短的发射波长（优选地为470nm或更小，例如为400nm）的光源。这些波长优选用于激发发光部分。然而，大多数情况下都不需要较小的波长，这是因为较小的波长可能导致所用各种材料的退化。在此，尤其优选LED作为光源。

除了自然环境光之外，也可以使用来自光源的光以激发发光物质。对于此光，优选地使用例如波长在400nm至470nm的范围内的光进行辐射。因而，即使在暗淡或黑暗的环境照明条件下，也可以显示较明亮的图像。

根据本申请，用于激发的光优选地是波长为400nm或更大的光（即，包括紫光而不包括UV辐射），优选地它是波长为420nm或更大的光，并且最优选地是波长为435nm或更大的光。

根据本发明，可以对液晶切换层应用所有已知的LCD模式，例如扭曲向列（TN）模式和垂直对准（VA）模式。

从与本申请一起提交的权利要求，本发明的优选实施例对行家也显而易见，在此方面所述权利要求形成本申请的公开内容的一部分。

液晶的熔点T(C,N)、从近晶相（S）到向列相（N）的转变T(S,N)以及清亮点T(N,I)以摄氏度给出。

在本申请中，除非另外明确说明，所有温度均以摄氏度（摄氏度，简写为℃）给出，所有物理数据均适用于20℃的温度，并且所有浓度均为重量百分比（%或wt.-%）。

实例

通过以下实例更详细地示例了本发明。这些实例旨在示例本发明，而不是以任何方式限制本发明。

然而，很好地向行家示例了不同的实施例，包括其组成、构造和物理特性，这些特性可以通过本发明获得，而且特别地，可以在本发明范围内改变这些特性。从而为行家很好地限定了尤其是可以优选地获得的各种特性的组合。

实例1

使用光聚合性液晶材料RMM34C制备对应于蓝色、绿色和红色选择性反射以及每种颜色的两个扭曲方向的六个胆甾相液晶层，其中RMM34C是包括光引发剂的反应性聚芳脂（mesogens）的混合物，其可从MerckKGaA,Germany购买。用于右旋扭曲的手性掺杂剂是BDH1281（也可从Merck KGaA获得），用于左旋扭曲的则是S-5011（也可从Merck KGaA获得）。手性掺杂剂的浓度对于BDH1281和S-5011分别为4.54%（B）、3.78%（G）和3.00%（R）以及2.87%（B）、2.44%（G）和1.95%（R）。

照常对玻璃基板进行清洁和干燥，然后通过转速为1,500rpm的旋涂施加来自Tokyo Kasei,Japan的聚乙烯醇（PVA）水溶液。然后，在80℃的温度下对基板进行30分钟的固化，随后对每个基板沿一个方向进行摩擦。将掺杂有每种手性掺杂剂的RMM34C溶解在丙二醇单甲醚乙酸酯（PGMEA）中，并以1,500rpm的转速在覆盖有经摩擦的PVA的基板上旋涂60%的溶液。然后，在60℃的温度下对每个基板进行30分钟的干燥。然后，通过暴露至由波长为365nm的UV产生的（2,000±50）mJ/cm²的辐射而引发的聚合，稳定由该处理形成的胆甾相液晶结构。

使用CS-1000亮度计（Konica Minolta Holdings,Inc.,Japan）并使用来自Dolan-Jenner Industries,Inc.的Fiber Lite Model 190的白炽灯作为光源，测量所产生的胆甾相液晶层的反射光谱。入射光从基板的垂直方向倾斜30°，并从该垂直方向检测到反射。将右圆偏振器或左圆偏振器置于胆甾相液晶层上，使其四分之一波片的一侧面向胆甾相层。作为参考，使用全散射板，并测量相对反射光强度。

在此，可以通过将具有宽波长范围的四分之一波片放置到线偏振器以使其光轴相对于偏振器的透射轴顺时针扭曲45°，实现仅透射右旋圆偏振光的右圆偏振器（来自MeCan Imaging Inc.,Japan）。仅透射具有左旋旋转方向的圆偏振光的左圆偏振器（来自MeCan Imaging Inc.,Japan）包括线偏振器和四分之一波片的组合，其中四分之一波片的慢轴相对于偏振器的吸收轴旋转45°。

表1中示出了右旋扭曲胆甾相液晶层的结果。可以清楚地看出，在每个选择性反射波长范围内仅反射右旋圆偏振光。左旋扭曲胆甾相液晶层的结果（表2）几乎相同，这些结果的不同点仅在于右旋方向和左旋方向变得相反。

表1：右旋扭曲胆甾相液晶层的相对反射强度

备注：*)右：具有右旋圆偏振器，

^#)左：具有左旋圆偏振器），以及

n.d.：未确定。

表2：左旋扭曲胆甾相液晶层的相对反射强度

备注：*)右：具有右旋圆偏振器，

^#)左：具有左旋圆偏振器）

将二色性染料F355、F357和F593（全部可从Merck KGaA,Germany购买）并入到液晶ZLI-3449-100和MLC-6609（这两者也可从Merck KGaA,Germany购买）中。表3中示出了ZLI-3449-100和MLC-6609的物理特性。制备两种单元。类型（1）的单元，其具有被覆盖有导致均匀对准的聚酰亚胺的图案化的ITO电极，且经过反向平行摩擦处理并具有10μm的单元间隙；以及类型（2）的单元，其具有被覆盖有导致均匀对准的聚酰亚胺的图案化的ITO电极，且经过垂直摩擦处理（导致扭曲向列状态）并具有6μm的单元间隙。

表3：LC混合物ZLI-3449-100和MLC-6609的物理特性

液晶	ZLI-3449-100	MLC-6609
			清亮点/℃	92.5	91.5
△n	0.1325	0.0777
			ne	1.6335	1.55
n0	1.501	1.47
			△ε	7.8	-3.7
ε||	11.7	3.4
			ε⊥	3.9	7.1

为了检查二色性染料F355、F357和F593的二色性比和吸收波长范围，将每种染料以1%的浓度掺杂到ZLI-3449-100中。将相应的混合物注入到上述类型（1）的单元中。表4中示出了与摩擦方向平行和垂直的线偏振光的吸收光谱。显然，在可见波长范围内获得高二色性比。

表4：在反向平行摩擦的单元中，ZLI-3449-100对浓度为1%的三种染料 F355、F357和F593的吸收率。

按如下方式制造用作切换元件的TN单元。将掺杂有二色性染料F355、F357和F593（每种染料的浓度为3%）的向列相液晶混合物ZLI-3449-100填充到上述类型（2）的单元中。将该产物置于其反射特性在表1和2中示出的胆甾相液晶层的两个叠层的前面。以类似于胆甾相液晶层本身的测量方式测量此组件的反射。入射光再次从基板的垂直方向倾斜30°并从垂直方向检测反射。此测量中不使用偏振器。表5、6和7中分别针对蓝色、绿色和红色反射示出了对TN单元一旦不施加电压（即，具有0V电压）和一旦施加40V电压之后的每种颜色的反射光谱。很清晰地显示了：通过包含二色性染料的TN单元而切换每种颜色。

表5：2个层叠的胆甾相液晶层在蓝色、绿色和红色光谱范围内的相对反射 强度

备注：n.d.：未确定。

实例2

以类似于实例1中的方式，如下制造具有荧光染料的胆甾相液晶层。制备第三类型（类型（3））的单元。为此，使用来自Nissan Chemical Co.^Ltd.,Japan的聚酰亚胺对准层SE-7492的合适溶液，以1,500rpm的转速旋涂经清洁并且干燥的玻璃基板。将基板在100°C下预热3分钟，然后在200°C下固化1小时，随后沿一个方向进行摩擦。使用商业可得的厚度为12.5μm的聚酰亚胺（来自Du Pont的Kapton Film H type 50H）作为两个基板之间的间隔物，并且以反向平行摩擦方向组装基板并使用聚酰亚胺胶带进行固定。

使用从Merck KGaA,Germany商业可得的光聚合性液晶材料RMM34C制备胆甾相液晶层，该光聚合性液晶材料RMM34C掺杂有商业可得的手性掺杂剂BDH1281（也来自Merck KGaA）。RMM34C中的手性掺杂剂的浓度为4.54%。将蓝色染料香豆素500（可通过IndecoCorporation,Japan而从Exciton Corporation,USA购买）以2.74%的浓度并入到该可聚合的混合物中。将混合物引入到类型（3）的液晶单元中，如上一段中描述的那样。将具有该混合物的单元加热到80°C的温度，混合物在该温度下处于各向同性相，随后以0.1°/分钟的冷却速度冷却到25°C的温度。然后，通过由向UV辐射的暴露而引发的聚合来使胆甾相LC结构稳定。使用波长为365nm的UV辐射，并且曝光剂量为（2,000±50）mJ/cm²。

以类似于实例1中描述的方式研究胆甾相LC层的特性。使用CS-1000亮度计（Konica Minolta Holdings,Inc.,Japan）测量掺杂有染料的胆甾相液晶层的发射和反射光谱。对于激发，使用波长为400nm的LED（来自Dynatec Co.^Ltd.的LB-50/150UV-400）。而对于反射的测量，使用白炽灯（来自Dolan-Jenner Industries,Inc.的Fiber Lite Model 190）。这里再次地，入射光从基板的垂直方向倾斜30°，并从垂直方向检测反射。表6（a）中示出了发射光谱的结果，表6（b）中示出了反射光谱的结果（分别在不使用偏振器、使用右圆偏振器和使用左圆偏振器的三种情况下）。发射峰位于大约467nm的波长处，而反射峰（清楚地为选择性反射峰）位于大约460nm的波长处。

表6（a）：胆甾相LC层的发射光谱

表6（b）：胆甾相LC层的反射光谱

类似于实例1的情况，将可从Merck KGaA,Germany购买的二色性染料F357并入到也可从Merck KGaA,Germany购买的两种液晶ZLI-3449-100和MLC-6609中。这些混合物的物理特性已经在上面的表3中示出。

为了检查二色性染料F357的二色性比和吸收波长范围，将10%的F357掺杂到混合物MLC-6609中，并将所产生的混合物注入到类型（1）的单元，即如下液晶单元中：该液晶单元具有被覆盖有导致均匀对准的聚酰亚胺的图案化ITO电极，且经过反向平行摩擦处理并具有10μm的单元间隙，如实例1所述。表7中示出了此单元的与摩擦方向平行和垂直的线偏振光的吸收光谱。清楚地看出，F357在可见光谱的蓝色范围内具有吸收。

表7：MLC-6609中的F357的光谱特性

类似于实例1中描述的研究，在此将掺杂有3%F357的ZLI-3449-100注入到类型（2）的单元，即这样的TN单元中：该TN单元具有被覆盖有导致均匀对准的聚酰亚胺的图案化ITO电极，且经过摩擦处理并以彼此垂直的两个基板的相应摩擦方向组装（这在组装之后导致扭曲向列状态）并具有6μm的单元间隙。同样使用CS-1000亮度计（Konica Minolta Holdings,Inc.,Japan）测量此TN单元的透射和反射光谱，此TN单元包括被置于胆甾相液晶层前面的掺杂有染料的ZLI-3449-100，该胆甾相液晶层的光学特性在上面的表6（a）和（b）中示出。对于激发，在此同样使用波长为400nm的LED。结果在表8（a）（透射光谱）和表8（b）（反射光谱）中示出。清楚地示出了，在施加适当电压时，透射和反射都增加，并且可以通过包括掺杂有二色性染料的液晶的单元对透射和反射二者进行调整。

表8（a）：施加了各种电压的TN单元和胆甾相LC层的组件的发射光谱

表8（b）：施加了各种电压的TN单元和胆甾相LC层的组件的反射光谱

实例3

类似于实例2中描述的研究，使用包括垂直对准（VA）的液晶的液晶单元调整通过胆甾相LC层的透射和从胆甾相LC层的反射。将掺杂有3%F357的混合物MLC-6609注入到VA单元，即类型（3）的单元中，该单元具有被覆盖有导致均匀对准的聚酰亚胺的图案化ITO电极，且经过反向平行摩擦处理（这提供垂直对准状态）并具有6μm的单元间隙。将此单元放置于在实例2中制造的胆甾相液晶层上，该胆甾相液晶层的光学特性在表8（a）和（b）中示出。同样使用CS-1000亮度计（Konica MinoltaHoldings,Inc.,Japan）测量组合的单元结构的电光特性。对于激发，同样使用波长为400nm的LED，如上面描述的那样。

对于包括掺杂有染料的混合物MLC-6609（被置于胆甾相液晶单元的前面）的类型（3）的单元（即VA单元），透射和反射光谱在表9（a）（透射光谱）和表9（b）（反射光谱）中示出。显然，施加适当电压时，透射和反射都减少，并且透射和反射二者都可以通过包括掺杂有染料的液晶的液晶单元而被调整，而不管液晶单元的操作模式。

这些实例清楚地表明，胆甾相液晶层充当极佳的光反射器和/或光发射器，并且可以使用任何光控制层来有效地控制光强度。

表9（a）：施加了各种电压的VA单元和胆甾相LC层的组件的发射光谱

表9（b）：施加了各种电压的VA单元和胆甾相LC层的组件的反射光谱

实例4

如在实例1下所描述的那样制备六个胆甾相液晶层，并确定用于每种颜色的单层的反射特性以便与这样的双层相比较：对于三种颜色中的每一种，所述双层分别包括具有右旋扭曲方向的一层和具有左旋扭曲方向的一层。一种颜色的右旋层和左旋层彼此相同，除了所用的手性掺杂剂在光学上彼此相反（即，为彼此的对映体（enatiomer）），因此，层的胆甾间距大小相同而扭曲方向彼此相反。

如在实例1下所描述的那样，使用CS-1000亮度计（Konica MinoltaHoldings,Inc.,Japan）执行测量。在第一组实验中，对于实例4a，使用来自Dolan-Jenner Industries,Inc.的Fiber Lite Model 190的白炽灯作为光源。入射光从基板的垂直方向倾斜30°角，并在与基板垂直的方向上检测反射。光源与胆甾相液晶层之间的距离为15cm。备选地，在第二组实验中，对于实例4b，在此同样使用来自Dynatec Co.^Ltd.的白色LED（MDBL-CW25）作为光源。使用来自Ushio Inc.的USHIO型USR-40D-13的光谱辐射计测量照明强度。

在距离为15cm时测量的白炽灯和白色LED的照明强度分别为352μW/cm²和43.8μW/cm²。表10和11中分别示出了白炽灯和白色LED的照明光谱。

表10：白炽灯的照明强度  表11：白色LED的照明强度

实例4a

在表12中比较了在利用白炽灯照明下，三种颜色（R、G、B）中的每一种的单层胆甾相液晶层（右旋扭曲方向）和双层胆甾相液晶层的反射强度。

表12：在白炽灯照明下，单层和双层胆甾膜的反射强度

备注：*：右旋扭曲方向。

表12中编辑的数据清楚地表明，对于所有颜色，双层导致比单层更高的反射强度。因为总体反射强度作为每种颜色的反射波长范围内的积分而被确定，所以双层结构的总体反射强度几乎是单层结构的总体反射强度值的两倍。此事实显示出双层结构用于e-paper应用的设备的优势，在e-paper应用中可以使用非偏振光。

实例4b

再次研究来自上面实例的样本层（实例5）。然而，现在使用白色LED（具有在实例4下的表11中示出的发射光谱）代替在实例4a中使用的白炽灯作为光源。表13中示出了结果。

表13：在白色LED照明下，没有染料的单层胆甾膜和具有染料的双层胆 甾膜的反射强度

备注：*：右旋扭曲方向。

从这些结果中很明显，在白色LED照明下，双层导致的反射光强度也是单层的反射光强度值的大约两倍。

实例5

如在实例1中描述的那样，再次制备三组胆甾相液晶层，它们反射三种颜色红色、绿色和蓝色中的每一种。然而，现在制造的这些胆甾相液晶层的总数为八个，其中分别针对绿色和红色制造三个，而针对蓝色制造两个。对于两种颜色绿色和红色中的每一种，制备一个具有右旋螺旋扭曲方向的层。此外，对于这两种颜色中的每一种，制备两个附加层，它们分别具有右旋和左旋螺旋扭曲方向。然而，与实例1的层相比，此处在这四个附加胆甾相层（即，每种颜色两个）的每一个中，将荧光染料并入到胆甾相层中。对于两个提供绿色选择性反射的胆甾相液晶层，并入相对于所产生的混合物的总质量的2.16%的绿色染料香豆素6（可从Aldrich购买）。对于两个提供红色选择性反射的胆甾相液晶层，并入相对于所产生的混合物的总质量的0.2%的香豆素6和0.26%的NK-3590（可从HayashibaraBiochemical Laboratories,Japan购买）。对于每种颜色，将具有彼此相反的扭曲方向、并入有相应的一种/多种染料的层组合为双层。

最后，针对此实例，制备两个反射蓝光的胆甾相液晶层。它们具有彼此相反的扭曲方向。对这些层中具有右旋扭曲方向的一个作为单层进行研究，然后将两个层组合为双层并再次进行研究。后面这两个蓝层不包含任何染料分子。

实例5a

如在实例4a下描述的那样，使用白炽灯研究这六个层（三个单层和三个双层），并将单层（具有右旋扭曲方向）的反射强度与相应的双层的反射强度、包括染料的绿色和红色的反射强度进行比较。在表14中，将没有染料的单层的反射强度与双层的反射强度进行比较。

表14：在白炽灯照明下，没有染料的单层胆甾膜和具有染料的双层胆甾膜 的反射强度

备注：*：右旋扭曲方向。

表14中编辑的数据清楚地显示了染料在胆甾相层中的并入对反射光强度的巨大影响。特别是对于在红色光谱范围内反射的膜，包含染料的双层的反射强度的峰值是没有染料的单层的反射强度的峰值的三倍。这可以通过因为染料分子使光波长转换的效应而使用具有较短波长的光的贡献来解释。否则，这种具有较短波长的光不会对反射有贡献。因此，很显然，除了使用双层代替单层而产生的增强之外，通过染料在胆甾相层中的并入也会显著提高反射光的强度。

实例5b

再次研究这六个层。但在此，如同在实例4b中，使用白色LED代替白炽灯作为光源。在表15中，将单层（具有右旋扭曲方向）的反射强度与相应双层的反射强度、包含染料的绿色和红色的反射强度进行比较。

表15：在白色LCD照明下，没有染料的单层胆甾膜和具有染料的双层胆 甾膜的反射强度

备注：*：右旋扭曲方向。

这些数据清楚地表明，对于利用白色LED的照明，染料在胆甾相层中的并入的效果同样是显著提高了反射光的强度。

Claims (16)

1.一种电光切换元件，包括：

-一个或多个胆甾相液晶层，其能够

○选择性地反射（可见）光，

以及

-电光元件，其能够

○控制光强度。

2.根据权利要求1的电光切换元件，包括：

-一个或多个胆甾相液晶层，其能够

○选择性地反射（可见）光

○将（所述）光的波长转变为较长的值，

以及

-电光元件，其能够

○控制光强度。

3.根据权利要求1或2的电光切换元件，包括：

-一个或多个胆甾相液晶层，其能够

选择性地反射（可见）光，以及

-一个或多个其他层，其能够

○将（所述）光的波长转变为较长的值，以及

-电光元件，其能够

○控制光强度（透射/反射/散射）。

4.根据权利要求1至3中的一项或多项的电光切换元件，包括：

-用于照明的装置（例如背光源）。

5.根据权利要求1至4中的一项或多项的电光切换元件，包括用于选择性地反射激发光的装置。

6.根据权利要求5的电光切换元件，包括用于选择性地反射激发光的装置，所述用于选择性地反射激发光的装置包括胆甾相液晶材料。

7.根据权利要求1至6中的一项或多项的电光切换元件，其中，能够控制光强度的所述电光元件包括液晶材料。

8.根据权利要求7的电光切换元件，其中，所述电光元件包括选自以下液晶切换元件的液晶切换：

-包括一种或多种二色性染料的液晶、

-包括具有低分子量的组分和聚合物组分的液晶复合材料（例如PDLC、NCAP或PN），以及

-相变液晶材料（例如SA相变材料或胆甾相变材料）。

9.根据权利要求1至6中至少一项的电光切换元件，其中，能够控制光强度的所述电光元件是电泳切换元件。

10.根据权利要求1至6中至少一项的电光切换元件，其中，能够控制光强度的所述电光元件是电致旋光切换元件。

11.一种根据权利要求10的电光切换元件的阵列，其中，光转换装置是一层叠置的层或叠置的膜。

12.一种根据权利要求10的电光切换元件的阵列，其中，光转换装置具有空间构造的/图案化的层的形式，该层具有分别用于红、绿和蓝三种颜色的单独区域。

13.一种电光显示器，包括根据权利要求11和12中的一项或多项的电光切换元件的阵列。

14.根据权利要求13的显示器，其特征在于，其包括阵列有源矩阵，例如能够对所述显示器进行寻址的TFT的矩阵。

15.一种将根据权利要求1至10中的一项或多项的电光切换元件或根据权利要求11和12中的一项或多项的电光切换元件的阵列用于电光显示器中的用途。

16.一种将根据权利要求1至10中的一项或多项的电光切换元件或根据权利要求11和12中的一项或多项的电光切换元件的阵列用于显示信息的用途。

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