CN104254802B - 电光切换元件和电光显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电光切换元件和包括它们的显示装置。具体而言，其涉及电光切换元件，其至少包括光反射层(1)、光切换层(2)以及包括一个或多个发光物质(4)的光转换层(3)，具体而言为选择性地反射可见光的光反射层(1)、控制由光反射层(1)透射(6)和/或反射(8)的光的量的光控制元件(2)以及将由光控制元件(2)透射的光(6、8)的波长转变为更长值的光转换层(3)。显示器在明亮或者黑暗条件下以小功耗给出明亮图像。它们特别适合于所谓的液晶、电子纸(e‑paper)和MEMS切换应用。

Description

电光切换元件和电光显示装置
技术领域
本发明涉及电光切换元件(electro-optical switching element)及其在电光显示装置中的用途，而且涉及这些显示装置。具体而言，本发明涉及导致在明亮环境光条件下具有极佳可视性的明亮图像并因而具有低功耗并且此外以长期可靠性为特征的电光切换元件。这些电光切换元件至少包括光反射层、光切换层和光转换层，其包括一个或多个发光部分(moiety)。根据本申请的电光切换元件特别适用于所谓的液晶、电子纸(e-paper)和MEMS切换应用。
背景技术和所解决的技术问题
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——该液晶材料可选地包含荧光染料——作为发光和/或反射材料的电光切换元件，这些电光切换元件通过避免液晶螺旋结构在其他情况下对环境光的典型的强选择性反射而具有改善的对比度。
在公开的国际专利申请WO2010/028728A中描述了使用具有螺旋形结构的液晶材料——该液晶材料可选地包括荧光染料——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，所述光转换装置中的每一个
○能够将光的偏振状态从非偏振光转换为线偏振光或者转换为圆偏振光，并且同时
○可选地能够将光的波长转变为更长的值。
在公开的国际专利申请WO2011/107215A中描述了包括一层或多层胆甾相(cholesteric)液晶——其可选地包括荧光染料——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，所述光转换装置中的每一个
○能够将光的偏振状态从非偏振光转换为线偏振光或者转换为圆偏振光，并且同时
○可选地能够将光的波长转变为更长的值。
然而，通过前述现有技术的公开内容尚未实现同时提供高辉度、明亮环境光条件下的清晰可视性、低功耗和宽处理窗口的实际显示器件。
发明内容
本发明已经积极分析前述问题的原因并且发现了事实。令人惊奇的是，在多数情况下，即使液体材料被利用，诸如激光染料之类的发光部分与液晶材料也没有足够的兼容性。
通过发光部分和液晶材料的不良均一性而导致上面提到的问题。
它还导致实现高效发光部分的困难。
基于前述知识，发明者已致力于解决这些问题，并且最终找到下面提到的创新结构。
在本发明中，一种电光切换元件包括，
-一层或多层光反射层，其能够选择性地反射(可见)光，其被以面向照明光的方式布置；
-一个或多个电光元件，其能够响应于电压的施加而控制被器件的相应部分透射和/或反射的光的强度并且被堆叠在光反射层之上，以及
-一层或多层光转换层，其能够使(所述)光的波长转变为更长值并且被布置在电光元件之上。
优选地，根据本申请的电光切换元件包括用于照明的装置，诸如背光。
优选地，根据本申请的电光切换元件还包括存在于光反射层与电光元件和/或所述光转换层的相反一侧之间的一个或多个光方向改变层，诸如透镜阵列。所述光反射装置能够选择性地反射特定波长区的光。
优选地，包括根据本申请的至少一个电光切换元件的电光器件是电子显示装置。特别优选地，它们是用于信息显示的显示装置，诸如“液晶显示装置”、“电子纸”和“MEMS”切换显示装置。并且最优选的显示装置是液晶显示装置。
在本发明的优选实施例中，根据本发明的电光器件具有光学元件的独特组合和排列以使得它们利用反射的环境光以及来自背光的光，并且因此导致具有低功耗的在明亮环境光条件下具有清晰可视性的明亮图像。
根据本发明的优选实施例，一种电光切换元件包括：
-用于照明的装置(例如，背光)，
-一层或多层光反射层，能够选择性地反射(可见)光并被堆叠在照明装置之上，
-电光元件，能够控制光的强度并被堆叠在光反射层之上，以及
-一层或多层光转换层，能够将(所述)光的波长转变为更长值并被布置在电光元件之上。
在根据本发明的电光器件中，一个或多个光学元件被以这种方式布置，以使得它们相当高效地利用来自背光系统的光，并且还使得来自背光系统的辐射不包括具有高能量的辐射。优选地，其不包括任何UV辐射，并且更加优选地还不包括具有短波长的蓝光。优选地，光的波长是385nm或者更长，更优选地是420nm或者更长，并且最优选地是430nm或者更长。
根据本申请的光反射装置可具有不同形式。在一种优选实施例中，它们包括作为差不多是平的实质上是连续层的一个或多个层，优选地覆盖显示装置的实质上所有切换元件。反射装置优选地是例如以图案化方式构造的，诸如例如实质上与显示装置的像素或者子像素一致。
具体而言，当光反射层是胆甾相液晶层时，希望扰动(disturb)胆甾相液晶，希望通过如在日本专利申请JP053823中描述的从观察角度的视角有意地使螺旋轴倾斜来扰动胆甾相液晶层的形态。
电光元件能够控制光强度的表达意味着通过电光元件的透射状态可被通过外力的施加——优选通过以电的方式对其进行寻址——而被从一种状态改变为至少一种其他状态。透射的改变可以是并且优选是差不多连续的，以便利灰阶的表示。
然而，也可以使用电光元件，其使用展现双稳性的效果。后一种情况经常有利地用于针对像例如双稳态液晶单元一样的需要节省所使用能量的应用的设备。
根据本发明的光转换装置增加了色度范围，提高了来自背光的光的分布的均匀性，并且抑制了具有短波长的光的透射。
根据本发明使用的光转换装置可具有例如单个层——其包括一种或者几种有机染料和/或无机磷光体——的形式，或者具有在每个层中包括不同染料和/或无机磷光体的堆叠层的形式。它们还可以是分别图案化的、差不多连续的或者空间上的结构。
具体实施方式
在图1中，第一实施例的器件被示出。背光(5)、光反射层(1)、作为电光元件的光切换层(2)和光转换层(3)按照该次序沿着来自背光(5)的光的方向被排列。
任何层都可以是光反射层(1)，只要激发光(6)可以穿过该层并且环境光(7)可被该层反射即可，例如半反射镜、BEF、介质镜和胆甾相液晶层。
介质镜和胆甾相液晶层都是优选的，这是因为它们可以选择反射光波长并且可以使激发光完全通过。
从实际处理的视角，胆甾相液晶层作为光反射层(2)是更加优选的。
作为光反射层(2)的胆甾相液晶的层在可见光范围内具有选择性反射。该层胆甾相液晶优选位于较低基板与该基板的相应电极之间。为了实现彩色显示，例如这些切换元件中的三个可被方便地使用，每个具有不同的胆甾相液晶，从而展现不同的选择性反射波长。优选地，这些不同胆甾相液晶中的每一个分别具有光谱区域中与三原色红(R)、绿(G)和蓝(B)中的每一个相对应的选择性反射波长区域。
在胆甾相液晶在作为光反射层(2)的液晶层中被使用的情况下，作为光反射层(2)的液晶层中的胆甾相液晶仅具有一种捻向(twist sense)，这是因为该设备仅利用偏振光。
另一方面，如果电泳显示器或者MEMS切换器件被用作光切换层(2)，则作为光反射层(2)的胆甾相液晶层可具有两种捻向。
由来自胆甾相液晶的选择性反射产生的光以相当窄的角分布为特征，从而导致所反射的光的亮度的相当强的角度依赖性。然而它可通过故意扰动胆甾相液晶层的轴的取向而被减少。这导致了如在公开的日本专利申请JP2005-003823(A)中示出的增加的视场。
任何器件都可被用作光切换层，只要其可以控制光量即可。
例如，液晶器件、电泳器件和MEMS切换器件可被使用。
光切换层可通过例如使用薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵驱动系统来有利地寻址，像在传统液晶显示器的情况下一样。然而，光切换层也可被直接寻址或者通过例如所谓的“时间复用”寻址中的无源矩阵驱动系统来寻址。在液晶器件被用作光切换层的情况下，后者的这两种寻址情况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°或者大约90°的角度(“TN”配置)。相比之下，在使用无源矩阵驱动系统的显示器中，液晶的指向矢被扭曲绝对值在180°到270°的范围内——优选为在240°到270°的范围内——的角度(“STN”配置)。
光转换层(3)是包含发光物质(4)的层，发光物质(4)诸如是磷光体和/或荧光染料，其吸收激发光并将其转换为作为发射光(9)的更长波长的光。
任何材料都可被用作光转换层(3)的介质，只要发光材料可被分散在常见塑料材料中即可，例如，环氧树脂丙烯酸树脂、酚醛树脂、硅氧烷和/或聚苯乙烯可被使用。
为了实现彩色显示，例如，这些切换元件中的三个可被方便地使用，每个具有展现选择性波长转换的不同波长的光转换层。优选地，这些不同光转换层中的每一个分别具有在与三原色红(R)、绿(G)和蓝(B)中的每一个相对应的频谱区域中的选择性波长转换的波长区域。
在图1中，三原色红(R)、绿(G)和蓝(B)被描述。取决于显示设备，这三种颜色不总是必需的。诸如，这三种颜色根据显示器件的要求可被堆叠(pile)。
激发光(106)当光切换层(2)开放时通过光切换层(2)并且激发发光物质(4)，并且因此像素发光。
发射光(9)和环境光(7)的量(强度)都受光切换层控制。
作为包括一个或多个发光物质(4)的材料，吸收激发的光并且还发光的每个材料可被使用。有机荧光染料和/或无机磷光体可被使用。当具有小斯托克斯位移(Stokesshift)的染料被使用时，环境光可被用作用于激发的光。当将发射波长为470nm的蓝光并且/或者发射波长短于470nm——或者更加理想地短于400nm——的光的背光(5)用于激发时，可获得更明亮的图像。作为用于激发的背光(5)，无机发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或荧光灯或激光器可被使用。
作为有机染料，各种种类的荧光染料和磷光染料——诸如激光染料和/或在有机发光二极管中使用的发光染料——可被有利地使用。相应的激光染料经由日本的Indeco公司从美国的Exciton公司以商业方式可以得到，而其他合适染料从加拿大的American DyeSources公司以商业方式可以得到。
可在这里使用的具有蓝色频谱区中的发射波长的激光染料—例如香豆素460(Coumarin)、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—可经由日本的Indeco公司从美国的Exciton公司购买。除了这些激光染料之外，也可使用可从加拿大的American DyeSources公司购买的，诸如二萘嵌苯、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))和/或染料ADS135BE、ADS040BE、ADS256FS、ADS086BE、ADS084BE之类的、在蓝色光谱区中发射的荧光染料。根据本发明，可单独使用或以适当混合物的形式使用这些染料。
可购买可在此使用的在绿色光谱区内发射的激光染料：例如经由日本的Indeco公司从美国的Exciton公司购买香豆素522、香豆素522Β、香豆素525和香豆素540Α，以及从日本的Sigma-Aldrich有限公司(Sigma-Aldrich,USA的子公司)购买香豆素6、8-羟基-木聚喹啉(8-hydroxy-xynoline)*。除了这些激光染料之外，也可使用在绿色光谱范围内发射的荧光染料，例如来自加拿大的American Dye Sources公司的染料ADS061GE、ADS063GE、ADS108GE、ADS109GE和ADS128GE。而且，根据本发明，可单独使用或以适当混合物的形式使用这些染料。
可购买可在此使用的在红色光谱区内发射的激光染料：例如经由日本的Indeco公司从美国的Exciton公司购买DCM、氟化钠(Fluorol)555、若丹明(Rhodamine)560高氯酸盐、若丹明560氯化物和LDS698。此外，可使用在红色光谱区内发射的荧光染料，例如可从加拿大的American DyeSources公司购买的ADS055RE、ADS061RE、ADS068RE、ADS069RE和ADS076RE。而且，根据本发明，可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，可使用如在日本专利JP2795932(B2)中描述的能够转换颜色的那些染料。还可有利地使用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)、JP2006-269819(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JP2005-048105(A)中描述的红色磷光体、如在公开的日本专利申请JP2007-262417(A)中描述的β-赛隆(beta-sialon)绿色磷光体以及Caα-赛隆(alfa-sialon)红色磷光体。可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)。还可使用如在WO 2006/017125中描述的量子点。
本发明的第二实施例在图2中被示出，其中可以使来自背光或者环境光的光变为平行光的光方向改变层(11)分别(12)被设置在光切换层(2)的两个外侧中的至少一个。光方向改变层(11)分别(12)可被放置在光切换层(2)外部的任何地方。优选将其放置在整个器件针对观察方向的顶部，以及对于背光侧放置在背光(5)与光反射层(1)之间。光方向改变层(11)分别(12)通常由微透镜阵列组成并且其即使当像素尺寸较小并且厚基板被用于光切换层(2)时也可以解决视差问题。
关于微透镜阵列的形式，希望间距(pitch)小于像素尺寸，优选地，间距小于像素较短侧的一半以使得其可以避免微透镜阵列与显示像素之间的对齐的复杂性。
图3示出了微透镜阵列的轮廓。
微透镜阵列具有作为球的一部分的表面形状。如果材料的临界角是α，则微透镜的边缘是圆锥角为α处的点，如在图3中示出。
在球的半径是r并且微透镜间距是L的情况下，r等于L/(2sinα)。
在图3和图4中，材料折射率n是1并且邻接层是空气并且其折射率假定是1.45。
图3和图4中的平行光以由方程θ＝β-α给出的角度θ离开(或者进入)微透镜，其中β是由斯涅尔定律确定的角度(图3)。
微透镜阵列可以使用光刻技术或者纳微影(nano-inprinting)技术来制造。纳微影从批量生产的角度看是优选的。
在光刻技术中，树脂被涂覆并且在通过正确光掩膜和树脂形成之后的UV光曝光之后，期望的形状通过蚀刻而被形成。
另一方面，在纳微影技术中，模具使用光刻技术被制造，并且在纳微影处理中，由热聚合树脂或者光可聚合树脂(或者两者)组成的树脂被该模具复制。
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(smectic)材料，优选地是呈现SA相的材料，或者是具有适当间距的胆甾相材料。优选地，使用胆甾相材料。这些液晶单元在散射模式下使用，因此不需要使用偏振器。所使用的胆甾相液晶优选地将其状态从其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。
备选地，可以应用“宽带”反射式胆甾相液晶，即显示出具有宽波长范围的“选择性”反射的胆甾相液晶的层。可通过制备具有这样的胆甾相间距的胆甾相层而实现这种宽带反射式胆甾相液晶，该胆甾相间距例如根据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捻向。
除了自然环境光之外，并且如果激发发光物质的光被辐射，例如波长在400nm至470nm的范围内的光被优选地用于辐射。于是，即使在暗淡或黑暗的照明条件下，也可以显示更明亮的图像。
根据本申请，用于激发的光优选地是波长为400nm或更大，即包括紫光而不包括UV辐射的光，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，可以对作为电光元件的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专家也显而易见，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.-％)。
示例
通过以下示例更详细地例示了本发明。这些示例旨在例示本发明，而不是以任何方式限制本发明。
然而，不同的实施例——包括其组成、构造和物理特性——很好地向专家例示哪些特性可以通过本发明获得，而且特别地，可以在哪些范围内改变这些特性。从而为专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。
示例1
使用可光聚合的液晶材料RMM34C制备对应于作为光反射层的蓝色选择性反射的胆甾相液晶层，其中RMM34C是包括光引发剂的反应性聚芳脂(mesogens)的混合物,其可从德国的Merck KGaA购买。用于右旋扭曲的手性掺杂剂是BDH1281(也可从Merck KGaA获得)。手性掺杂剂的浓度是4.54wt％(B)。
照常对玻璃基板进行清洁和干燥，然后通过转速为1,500rpm的旋涂施加来自日本Kanto化学有限公司的聚乙烯醇(PVA)水溶液。然后，在80℃的温度下对基板进行3分钟的预热然后在80℃的温度下对基板进行30分钟的固化。随后在一个方向上对基板进行摩擦。将掺杂有手性掺杂剂BDH1281的RMM34C溶解在丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)中，并以2,000rpm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100℃的温度下对基板进行3分钟的干燥。然后，通过暴露至由波长为365nm的UV产生的(1,200±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。
作为光转换层的蓝色的硅氧烷层是使用光可聚合硅氧烷FX-V5500——其可从日本的Adeka公司购买——和蓝色染料SEB-105(可从德国的Merck KGaA购买)制备的。蓝色染料被以0.5wt％的浓度加入到FX-V5500中。将掺杂有蓝色染料的FX-V5500溶解在PGMEA中，并以1,500rpm的转速在经清洁的玻璃基板上旋涂67wt％的溶液，随后以100℃进行3分钟的烘焙(bake)。然后，通过暴露至由波长为365nm的UV产生的360mJ/cm2的辐射而引发的聚合，稳定由该处理形成的硅氧烷层结构。
作为光切换层的VA LC单元是通过使用具有图案化ITO电极的、厚度为10μm的空LC单元来获得的，该图案化ITO电极被覆盖有从JSR公司购买的商品名为JALS-2096-R1的聚酰 亚胺——这导致MLC-6608的垂直对准——和MLC-6608。
MLC-6608被引入空LC单元并被封装。
LC单元然后被(来自日本的MeCan成像公司的)右圆偏振器和左圆偏振器以其四分之一波片一侧面向LC单元而夹在中间。MLC-6608的物理属性在表1中示出。
表1：MLC-6608的物理属性
n<sub>e</sub> 1.5586
n<sub>o</sub> 1.4756
Δn 0.0083
ε<sub>||</sub> 3.6
ε<sub>⊥</sub> 7.7
Δε -4.2
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R圆偏振器(来自日本的MeCan成像公司)。仅透射具有左旋旋转方向的圆偏振光的L圆偏振器(来自日本的MeCan成像公司)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°。
样本被组装如下。400nm LED光源、胆甾相LC层、VA LC单元和掺杂有蓝色染料的硅氧烷层被以该顺序从底到顶放置。
使用亮度计CS-1000(日本的Konica Minolta Holdings公司)和400nm LED光源来从垂直方向测量所组装的样本的由此得到的光转换层的发射光谱。激发光来自400nm LED光源。
使用亮度计CS-1000并使用来自Dolan-Jenner工业公司的Fiber Lite Model 190白炽灯作为用于反射光谱测量的光源，来测量样本的由此得到的光反射层的反射光谱。
入射光从垂直方向向基板倾斜20°，并从该垂直方向检测到反射。
来自400nm LED光源的激发光的强度是5mW/cm2并且白炽灯的强度是1,820μW/cm2。
针对LC单元的被施加电压的发射强度在表2中被列出。
如清晰可见的，蓝光发射强度由于通过LC单元控制来自400nmLED光源的激发光而受LC单元控制。
表2：以W/(sr·m2·nm)计的发射强度I相对于LC单元的被施加电压
针对LC单元的被施加电压的反射强度在表3中被列出。
如清晰可见的，蓝光反射强度由于通过LC单元控制来自白炽灯的入射光而受LC单元控制。
当施加电压为0V时的某些剩余反射是由于样本的表面反射并且如果抗反射涂层被使用则其被消除。
表3：以W/(sr·m2·nm)计的反射强度I相对于LC单元的被施加电压
如清晰可见，发射强度和反射强度两者都可以以相同方式受LC单元的液晶层的控制。
示例2
以与示例1中类似的方式，胆甾相液晶层和具有绿色荧光染料的硅氧烷层被制造如下。
使用掺杂有可购买的手性掺杂剂BDH1281(也来自Merck KGaA)的光聚合性液晶材料RMM34C——可从德国的Merck KGaA购买——来制备胆甾相液晶层。RMM34C中手性掺杂剂的浓度是3.78wt％。
作为光转换层的绿色的硅氧烷层是使用光可聚合硅氧烷FX-V5500和绿色染料香豆素6——可从Sigma-Aldrich公司购买——和香豆素500(可从Indeco公司购买)制备的。绿色染料、香豆素6和香豆素500分别被以0.5wt％的浓度加入到光可聚合硅氧烷FX-V5500中。
其他条件与示例1中描述的相同。
针对LC单元的被施加电压的发射强度在表4中被列出。
如清晰可见的，绿光发射强度由于通过LC单元控制来自400nmLED光源的激发光而受LC单元控制。
表4：以W/(sr·m2·nm)计的发射强度I相对于LC单元的被施加电压
针对LC单元的被施加电压的反射强度在表5中被列出。
如清晰可见的，绿光反射强度由于通过LC单元控制来自白炽灯的入射光而受LC单元控制。
当施加电压为0V时的某些剩余反射是由于样本的表面反射并且如果抗反射涂层被使用则其被消除。
表5：以W/(sr·m2·nm)计的反射强度I相对于LC单元的被施加电压
如清晰可见，发射强度和反射强度两者都可以以相同方式受LC单元的液晶层的控制。
示例3
类似于在示例1和2中描述的调查，胆甾相液晶层和具有红色荧光染料的硅氧烷层被制造如下。
使用掺杂有可购买的手性掺杂剂BDH1281(也来自Merck KGaA)的光聚合性液晶材料RMM34C——可从德国的Merck KGaA购买——来制备胆甾相液晶层。RMM34C中手性掺杂剂的浓度是3.00wt％。
作为光转换层的红色的硅氧烷层是使用光可聚合硅氧烷FX-V5500和红色染料NK-3590——可从Hayashibara生化实验室购买——和香豆素515(可从Indeco公司购买)制备的。红色染料NK-3590和香豆素515分别被以0.19wt％和0.22wt％的浓度加入到光可聚合硅氧烷FX-V5500中。
其他条件与示例1中描述的相同。
针对LC单元的被施加电压的发射强度在表6中被列出。
如清晰可见的，红光发射强度由于通过LC单元控制来自400nmLED光源的激发光而受LC单元控制。
表6：以W/(sr·m2·nm)计的发射强度I相对于LC单元的被施加电压
针对LC单元的被施加电压的反射强度在表7中被列出。
如清晰可见的，红光反射强度由于通过LC单元控制来自白炽灯的入射光而受LC单元控制。
当施加电压为0V时的某些剩余反射是由于样本的表面反射并且如果抗反射涂层被使用则其被消除。
表7：以W/(sr·m2·nm)计的反射强度I相对于LC单元的被施加电压
如清晰可见，发射强度和反射强度两者都可以以相同方式受LC单元的液晶层的控制。
这些数据清楚地示出将一个或多个染料加入没有发光部分的硅氧烷层和胆甾相LC层的效果是显著提高光发射的强度和光反射的强度，另外由于解决了液晶材料中的光发射部分的不均匀问题而可以在硅氧烷层中使用高效光发射部分。
能够在许多选项当中选择选择最佳发射部分是极好的。
附图符号说明
I.一般说明
1.光的路径
图中的宽箭头指示光的路径。
2.光的颜色
R 红色，
B 蓝色以及
G 绿色。
II.附图标记
1.图1至图4
1 光反射层
2 光切换层
3 光转换层
4 发光物质
5 背光
6 激发光
7 环境光
8 反射光
9 发射光
10 激发光防止层
11 光方向改变层
12 光方向改变层
13 平行光
14 外出或者进入的光

Claims (12)

1.一种电光切换元件，包括，
一层或多层光反射层(1)，其能够选择性地反射光，
电光元件(2)，其能够控制光的强度并且被堆叠在所述光反射层(1)之上，
以及
一层或多层光转换层(3)，其能够使光的波长转变为更长值并且被布置在所述电光元件(2)之上，
其中，所述光反射层(1)在所述电光元件(2)的下侧并且所述光转换层(3)在所述电光元件(2)的前侧，所述电光元件(2)的前侧被设计为面向所述电光切换元件的观察者，并且
其中，所述电光切换元件还包括位于所述光反射层与所述电光元件之间和/或所述光转换层的相反一侧的至少一个光方向改变层(11、12)，所述光方向改变层(11、12)能够使光变成平行光。
2.一种电光切换元件，包括，
用于照明的装置(5)，
一层或多层光反射层(1)，其能够选择性地反射光并且其被堆叠在所述用于照明的装置(5)之上，
电光元件(2)，其能够控制光的强度并且被堆叠在所述光反射层(1)之上，
以及
一层或多层光转换层(3)，能够使光的波长转变为更长值并且被布置在所述电光元件(2)之上，
其中，所述电光切换元件还包括位于所述光反射层与所述电光元件之间和/或所述光转换层的相反一侧的至少一个光方向改变层(11、12)，所述光方向改变层(11、12)能够使光变成平行光。
3.根据权利要求2所述的电光切换元件，其中，所述用于照明的装置(5)是蓝色发光LED光源。
4.根据权利要求1或2所述的电光切换元件，其中，所述光反射层(1)包括至少一个或多个胆甾相液晶材料。
5.根据权利要求1或2所述的电光切换元件，其中，能够将光的波长转变为更长值的所述光转换层(3)包括从荧光材料、磷光材料和磷光体的组中选择的至少一种或多种发光物质(4)。
6.根据权利要求1或2所述的电光切换元件，其中，所述电光切换元件还包括一个或多个抗反射层。
7.根据权利要求1或2所述的电光切换元件，其中，至少一个光方向改变层(11、12)包括微透镜阵列。
8.一种包括多个根据权利要求1至7中的任一项所述的电光切换元件的电光切换元件阵列，其中所述光转换层(3)具有空间构造的/图案化的层的形式，从而针对红、绿和蓝三种颜色分别具有单独区域。
9.一种包括一个或多个根据权利要求1至7中的任一项所述的电光切换元件或者根据权利要求8所述的电光切换元件阵列的电光显示装置。
10.根据权利要求9所述的电光显示装置，特征在于其包括能够对该显示装置进行寻址的阵列有源矩阵。
11.根据权利要求1至7中的任一项所述的电光切换元件在电光显示装置中的用途或者根据权利要求8所述的电光切换元件阵列在电光显示装置中的用途。
12.根据权利要求1至7中的任一项所述的电光切换元件针对信息显示的用途或者根据权利要求8所述的电光切换元件阵列针对信息显示的用途。
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