CN1054493A

CN1054493A - 反型微滴液晶开关显示器

Info

Publication number: CN1054493A
Application number: CN90107071A
Authority: CN
Inventors: 马耀东; 吴葆刚
Original assignee: Polytronix Inc
Current assignee: Polytronix Inc
Priority date: 1989-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1991-09-11
Also published as: WO1991001511A1; KR920700411A; EP0434812A4; EP0434812A1; US5056898A; JPH05500273A

Abstract

一种反型液晶光开关及其显示装置，在不加电场时为透明态，在加电场时为不透明态(即散射和/或吸收态)。反相模式的取得是通过聚合物的表面能的变更，该聚合物通过一个表面活化剂的反应把液晶微滴包裹在聚合物层内，该表面活化剂在微滴形成期间被结合在液晶微滴的内部。反相透明的“关闭”态的取得是通过调整在不加电场的关闭状态下液晶微滴的平均折射率与包络聚合物材料的折射率相一致并且通过获得合适的微滴大小、形状和聚合物表面能以使液晶分子的主轴垂直于基体表面而取向。

Description

本发明涉及液晶显示技术，更具体地说是涉及液晶显示装置，该装置具有被分散在一个聚合物基体中的被密闭的液晶微滴并且该装置能在一个反相显示模式下运行。

利用液晶的离散数量的光散射和透光特性的液晶显示装置能通过导致液晶和各种合成聚合物的同质溶液相分离的聚合而被制备。液晶聚合材料能被形成成薄层或片状并且被定位在透明导电电极之间，因而形成一种电控的光开关。

用于光散射显示器的液晶具有两个折射率：一个是沿液晶的长轴而测量的异常折射率n_e，而另一个是在垂直于长轴的一个平面上测量的通常折射率n_o。液晶的长轴定义它的光轴。

在聚合物分散液晶（PDLC）装置中，相分离的液晶微滴被分散于一个具有折射率为n_p的聚合物基体中。这样的聚合物分散液晶（PDLC）装置或者是散射入射光或者是透射入射光，这取决于折射率之间的相互关系以及微滴，所说的微滴是在一个能散射入射光的尺寸下，例如数量级为0.1至10微米。

在未加电场时，液晶微滴的光轴没有朝向平面的优选方向，因而入射光碰到的是基体的折射率n_p与液晶微滴的平均折射率（～n_e）之间的不一致。不一致的结果是光被散射并且装置呈不透光态。在液晶材料板之间加上一个电场使得光轴平行于电场而垂直于板平面取向。入射光碰到的是液晶微滴的平均折射率（～n_o）与基体的折射率n_p之间的相一致，因而入射光被透过并且装置呈透明态。

当前液晶被广泛地使用在电一光显示装置中。这些显示器的关键特征在于液晶或者能透过光或者能阻断（即散射和/或吸收）光的能力，这取决于液晶分子的取向。该取向由施加的电场和特定的边界条件来控制。

第一个液晶显示器使用了被夹在透明的导电涂层的玻璃板之间的液晶分子（即一个盒型显示器）。把一个电压加到导电的玻璃板（即电极）上，则产生所希望的液晶的重新取向，即从不加电场时的不透光态变为加电场时的透明态。

近年来人们已开发了许多新型液晶显示技术。这些新的显示器包括微胶囊的液晶（参见Fergason的美国专利4435047;4606611;4616903和4707080）以及被分散在一个固体聚合物基体中的液晶分子（PDLC）〔参见Cartmell的美国专利3600060;3720623和3795529以及Doane等人的美国专利4671618和4685771），还包括全塑料的液晶盒显示器（参见Lin和Wen的美国专利4456638）。这些PDLC装置避免了在通常的玻璃盒型显示器中所遇到的定标问题，因而使大面积的显示制造成为可能。

PDLC技术的早期发展涉及在一个固体聚合物基体中的微米级液晶微滴的均匀分散，正如由吴葆刚（B.G.Wu）和W.Doane在美国专利4671618中所披露的那样。最初的PDLC材料是通过合成聚合物和液晶的同质溶液的相分离来制备的。对于在无损于液晶的温度下能溶解液晶的热塑性塑料来说，可简单地把液晶和聚合物加热到能融解液晶的温度，这样来制备同质溶液。对于具有高破坏性熔化温度的热塑性塑料，最好首先把聚合物和液晶溶解在一个适当的溶剂中来制备同质溶解。然后通过简单的溶剂挥发来得到固态的PDLC材料。吴葆刚与Doane对于PDLC材料已进行了广泛的列举以及可能的聚合物基体的评价并且还详细描述了制造方法，正如美国专利4671618所描述的那样，在本发明中该文献被引用为参考文献。

上述的相分离导致了以微滴形式的液晶富相以及在固液中溶解有液晶的塑料富相。被溶解的液晶改变了塑料的折射率和介电常数。仔细选择聚合物和液晶，制造出对聚合物比率具有很大液晶范围的固相材料是可能的。

通过适当地匹配塑料基体和液晶之间的折射率，借助于施加较低的电压PDLC可从光散射态被转变为一个透明态。材料的开关时间取决于液晶微滴的大小。这些显示器的光学性能取决于聚合物基体和液晶材料的折射率的相对值。塑料的折射率可被调整到使其与液晶的通常折射率相一致或以一种特定方式以使其不一致。

通常的液晶显示技术涉及显示系统，该系统在一种这里被称为所谓的“正常”或“正型”模式下运行。在这种操作模式下，液晶分子的取向是这样当不加电场时显示单元是不透光的（即，显示器“关闭”）。当加电场时，显示器变成透明的（即，显示器“开启”）。

在很多场合下使用反型运行显示器具有优越性这已为人知有若干时间。在反型运行中，不加电场时显示单元是透明的（即显示器“关闭”）而在加电场时显示单元将是不透光的（即显示器“开启”）。

人们已报道了某些获得反型液晶取向的尝试，特别是在传统的玻璃或塑料盒式显示器情况下。在这些报道中，封闭液晶的材料（玻璃或塑料）经受表面活化剂处理以获得引导若干液晶以不同于在未进行表面处理情况下自然得到的方向而取向的多个表面。（参见Dubois的美国专利4038441以及Ogawa的美国专利4357374）。这种改变液晶取向的表面活化剂的使用至今仅限于两维平板盒式显示器。

本发明首次涉及在三维体空间内取得反型液晶取向，特别涉及具有被分散在一个聚合物基体内的被包裹的液晶微滴。

本发明涉及第一个反型微滴液晶（RMLC）光开关显示器的制造。在该系统中，显示器由一个聚合物薄层组成，液晶微滴被分散在该薄层中，在未加外电场时该显示器是透光的。当加入一个外电场时，显示器变为不透光态（即“吸收”或“散射”状态）。这种显示器的“关断”和“开启”状态恰与“正常”或正型微滴液晶显示装置相反。

通过对微滴的聚合物表壳层进行表面活化剂处理以在微滴内形成类似回归线的液晶分子这样来实现反型操作。本发明使用负性介电各向异性的液晶就能得到该类似回归线的取向。按照本发明的一个方面，当在显示装置上施加一个电场时，把染料分子混合在液晶微滴中，紧接着有一个颜色的变化。

图1是一个示意图，它图示了一种正型液晶显示装置的操作，该装置对入射到一个聚合物基体上的光进行散射，在聚合物基体中分散有液晶材料微滴;

图2类似于图1，它图示了一种正型液晶装置的操作，该装置提供了响应于加在聚合物基体上的一个电场的光的透射;

图3是一个已被机械压缩成一个椭圆球的一个液晶微滴的示意图;

图4是一个图3的液晶微滴的简化示意图，它以半截面方式图示了长轴和短轴;

图5、6和7图示了按照本发明的方法在聚合物表面变更期间液晶分子取向的变化;

图8图示了按照例4的一个反型液晶（RMLC）光开关结构的透射光强和电压响应波形;

图9图示了对于例4的RMLC装置透射光强（Ioff）是入射角θ的函数;

图10图示了对于例4液晶光开关RMLC透射光强（Ioff）是一个驱动电压V的函数;

图11是一个图示设备安排的简图，该设备用于进行例4的反型液晶光开关RMLC的测试;以及

图12（A）-（J）是在正或负型介电各向异性中微滴在有无加上外电场时的各种液晶取向。（详细说明见后）

被封闭的液晶微滴代表了一种比较新型的光开关显示技术。在这些显示中，液晶微滴（在0.5～10微米范围内）被均匀地分布在一个薄层中，然后该薄层被夹在两个透明电极之间。通过施加一个电场，可实现微滴在不透明态和透明态之间的转变。

在未加电场状态下在一个塑料基体12中的液晶微滴10的通常排列如图1所示。

在每一个微滴10内，液晶分子具有正切壁的取向;然而与各种不同的微滴相比较，则具有若干分子的一个二维空间的随机取向。从光学特性看，这种结构对应于一种较强的光散射态。例如如图2所示施加了一个电场

，则在各种不同的微滴之间的分子取向被完全对准。所加的电场校准了在微滴内的定向器，因而成透明状态。在图1中，微滴10的光轴由n_e表示。如果液晶的通常折射率n_O与聚合物基体的折射率n_p相一致，则根据n_e的数值和取向分布光发生散射。如果n_e＞n_p并且是两维随机的取向（关闭状态），则对光造成强烈散射。如果n_e被重新取向以平行于正入射光方向，正如施加电场的情况下，则在理论上，没有光的散射（n_O～n_p）。

至今为止，这些微滴总是按图1和图2所示工作在“正常”或正型模式下。尽管微滴10被制成球形，在显示装置被组装时压力把这些球体转变成一定程度的椭球形状，如图3和图4所示。

液晶微滴10的性质取决于许多因素。假如如图4所示，把a和b定义为椭球微滴的长轴半径和短轴半径，则下列因素对确定液晶分子的取向状态是很重要的：

（1）微滴的大小：

（2）微滴椭圆率：ε＝a/b

（3）表面取向：液晶分子或平行或垂直于包围这些分子的微滴表面，这取决于表面聚合物表层与液晶分子之间的“锚定度”（degree of anchoring）。

（4）电场：微滴内的局部电场作用。

考虑上述可变量，在这些微滴中液晶分子有四种可能的取向状态。这些取向对应于微滴形状和尺寸、边界的调整以及液晶介电各向异性的各种不同变化。这些各种不同的可能性被图示在下面的表Ⅰ中，其中包括有、无外加电场情况下液晶的取向。

图示在（A）和（E）中（没有外加电场）的液晶取向被称为平行取向状态，而图示在（C）和（G）中（也没有外加电场）的液晶取向被称为垂直取向状态。此外还可能有诸如“圆葱型”排列（I）和“星型”排列（J）的其它结构，这取决于微滴的大小和形状。后两种结构在本发明中不认为是重要的或有用的。

在表Ⅰ中图示的八种有用的液晶取向状态中，结构（A）和（B）表示在正型模式下得到的液晶微滴取向状态。其中结构（A）代表通常的不透射“关断”状态，而结构（B）代表通常的透射“开启”状态，这可使用正型介电各向异性液晶来实现。但直到本发明为止，余下的六种理论上可能的结构〔即从（C）到（H）〕中没有一种已被实现成微滴。本发明首次揭示了这些附加的六种状态中的两种结构能被实现，特别是结构（G）和（H）。

通过使用负介电各向异性液晶及适当大小的液晶微滴10，在未加电场下垂直液晶取向状态的形成如图（G）如示。这种透射“关断”状态，一经通电场便可转换为不透射“开启”状态（H）。鉴于结构（A）和（B）、（G）和（H）之间的“开启”和“关断”性能的比较，“反型”这一术语便用来描述在（G）和（H）结构中的液晶显示作用。

反型微滴的形成

一般说来，微滴（又称为微胶囊）的形成方法可分为三大类型：物理化学方法、化学方法和物理方法。物理化学方法包括水相与有机相的分离以及喷干方法。水相的分离最好用于制造所需的微胶囊。在这种方法中，液晶在明胶和阿拉伯胶的一种水溶液中被悬浮成一种胶体。经凝聚过程来形成微胶囊。凝聚涉及在一个胶体上的电荷中和以及去除疏水胶体颗粒周围的含水溶解层。

当相反电荷的聚离子以对应于电当量的一定比例被混合时则产生凝聚。这是用含1%碱的水溶液同靠加醋酸以使PH值为4的明胶和1%阿拉伯胶相处理而实现的。在这个PH值情况下，明胶带一个正净电荷，阿拉伯胶带一个负电荷。温度和盐浓度必须被调整以使凝聚容易发生。40℃的明胶温度以及尽可能低的盐浓度对明胶和阿拉伯胶是理想的。也必须考虑聚离子的分子量和重量分布;分子量大的聚离子有易于凝聚。

明胶/阿拉伯胶的凝聚沉积在被悬浮在水相中的疏水材料微滴的周围。所得到的膜层可用加热而被熔解，但通过甲醛与明胶的交联而使膜层稳定。所得到的硬化微胶囊可以用加过量的水接着过滤的方法而被从水相中分离出来。然后所得到的类似橡胶团的微滴可被干燥。

微胶囊的大小是不一致的，它在较大的范围内变化。平均直径由所采用的机械搅拌程度来决定。增加机械搅拌则使尺寸分布更窄并更陡。微胶囊的大小取决于聚离子的相对浓度和被密封的材料。

把2.5克液晶加在20毫升的3%（按重量）阿拉伯胶溶液中可完成微胶囊。该溶液靠机械搅拌而被乳化。温度维持在50℃而PH值用20%的NaOH调整到6.5。把20ml含3%明胶（按重量）的溶液在保持温度和PH值的情况下边搅拌边加入。由于一滴滴加入稀的HCI使得PH值降低到4.5，稀的HCI包括在液晶/二向色染料微滴周围明胶/阿拉伯胶的凝聚和凝结。加二毫升甲醛以引起明胶交联及微滴的硬化。然后把混合物冷却到10℃，并用NaOH将PH值调至9。混合物用100ml冷水稀释而后过滤。多余的水用吸纸从微胶囊中除去。所得到的团从网屏中通过并用暖空气干燥。

上面描述的步骤是取得常规双极液晶取向的一种方法。同样的方法可用来制造反型微滴。但需要若干变更和增加步骤才能取得反型取向。从理论上讲，封闭外表层的表面张力将使液晶取正常的双极取向。唯一已知的可以取得反型取向的方法是：在微滴已经形成后使密封的微滴受到化学处理以改变壳体材料的表面能量。

人们已经确定某些硅醇在产生所需要的表面能方面是很有效的，因而产生了反型取向。硅醇允许扩散到微滴中，在表面之间的所得到的冷凝反应一OH导致了水的消除并在壳表层内表面形成了极低的表面能。当施加一个小压力来扭曲分子时，这个低表面能导致液晶的反向取向。

聚合物的化学结构应有一个能和硅醇反应以形成一个梳状共聚物的功能团。此类聚合物包括聚乙烯醇（PVA）、聚丙稀酸（PAA）、苯乙烯一马来酸酐和环氧树脂。

如图7所示，代替固体基体，弧立的液晶微滴可靠密封在薄塑料表层14中的方式来获得。一般说来，这种密封微滴10与以前报导的PDLC材料具有相同的电-光性能。然而，这些密封微滴具有一个对本发明是必不可少的附加特性。依赖于用作塑料包层14（即外皮）的聚合物基体的种类，两种双极液晶分子取向可在压扁的球状微滴内取得，该微滴被用来实现反型功能，即表Ⅰ（G）和表Ⅰ（H）的结构。

表Ⅰ（H）所示的双极取向类似于先前描述的在固体基体中通常PDLC微滴的取向。使用紫外线可纠正环氧树脂（UV-curable epoxies）或热塑性塑料作为包层14（即微滴表面层）而合成的微滴10即呈现了这种类型液晶的取向。图Ⅰ（G）所示的液晶分子的排列可通过对包层基体14的特殊处理而被获得，图示中分子的取向垂直于微滴椭圆的长轴。这种取向被称为“反相”微滴。椭球形状可以通过在比较容易变形的球形微滴上施加一个小压力即可获得。

在表Ⅰ（G）所示的反向取向对本发明来说是至关重要的。在这种情况下，被垂直地加在镜表面上以取得微滴的的较小变形的小压力导致了液晶长轴的取向，该取向垂直于镜面因而平行于入射到表面上的入射光。在此状态下，尽管没有加电场，液晶分子取向成一种完全透射模式。光学透射可在聚合物层的折射率n_p与液晶的折射率（-no）相一致的条件下而获得。这种情况与液晶的正常操作（正型）完全相反，液晶正常操作中需要加外加电场以产生分子定向以及透射的“开启”状态。

在表Ⅰ（G）中描述的取向代表了相反的情形，其中不加电场情况下实现了“开启”状态。在这后一情况，施加的电场把透镜从“开启”透射状态转变为“关闭”扩散状态。术语“反相型”PDLC用来描述该后一种情形。在装有反型PDLC装置的一个透镜或窗口上的一个电场或相关的电磁辐射的冲突将引起液晶分子从表Ⅰ（G）的透射排列变成表Ⅰ（H）所示的散射双极排列的重新取向。

要得到图示在结构（G）和（H）中的反型液晶分子取向需要满足两个重要的先决条件。一是包裹液晶的聚合物表层应能以稳定的微滴形式完全地包络液晶分子。二是聚合物表层必须迫使液晶分子在没有外加电场时按类似于回归线方式取向〔即如结构（G）所示的垂直方式取向〕。

但是按照Friedel-Creagh-Knetz（FCK）规则容易知道同时满足上述两个条件是困难的，这个规则指出了液晶分子取向与包含介质的关系。

根据FCK规则，在τ_P＜τ_LC的条件下能实现一个类似回归线的取向，这里τ_P是聚合物表壳层材料的表面能而τ_LC是液晶的表面自由能。如果τ_P＞τ_LC，则得到一个同类的液晶分子取向〔例如结构（A）〕。然而根据含有微滴的液晶的形成过程，存在一个内在矛盾，这里微滴既要具有机械稳定性，同时又要表现出类似回归线的液晶取向。特别是τ_P＜τ_LC条件会导致这样一个事实，即低的聚合物表面能不足以完全吞没液晶分子，因此在满足表面能条件的合成期间不能直接得到微滴。

本发明提供了一个解决方案以摆脱困境。根据本发明的方法，首先形成含有微滴10的液晶，其中通常的平行液晶取向被得到。这种方法提供了稳定微滴的形式，因为τ_P＞τ_LC。紧接着在微滴形成之后，聚合物壳表面的内层用表面活化剂处理以产生所需要的τ_P＜τ_LC以及类似回归线的（即垂直的）液晶分子取向。把引起该表面能变化的表面活化剂与液晶分子相混合而作为一种在微滴内部的掺杂剂，这是当它最初被形成时。

从本质上讲，表面活化剂处理代表了非掺杂剂分子一种接合到聚合物表面上的过程，该接合产生了一个具有所需要的τ_P＜τ_LC条件的新内表面。在图5、6、7中更清楚地图示了在这一过程期间液晶分子取向的变化。这些开始于在合成的初始时间得到的初始三维随机双极结构，接着是由微滴压缩而得到的二维随机双极结构，然后是在聚合物表面变更之后所希望的轴向结构。

表面能变更

长期以来人们已知道表面活化剂可用来改变表面一液体的相互反应能。例如，人们已经知道类似回归线液晶分子的取向可对于与玻璃或导电金属氧化物相接触的液晶这样来取得，即用适当的表面活化剂来处理这些表面。为达到所需液晶取向的表面活化剂处理的效果是一个复杂的相互配合问题，在其它因素中，它涉及固体基体的性质、表面处理剂的应用模式以及液晶的分子结构。例如，某些离子表面活化剂（如长链可替代的铵盐）已显示出在促进不论正型还是负型介电各向异性液晶的类似回归线的取向方面是有效的。在本发明中，无离子的表面活化剂是最佳的因而液晶的电特性将不会有不良影响。

为在一个微滴内部取得类似回归线的液晶取向的目的，采用通式为RSiX₃的硅烷掺杂剂，其中X是一个可水解的取代基，例如烷氧基、酰氧基、胺基或卤素。最常用的烷氧基团是甲氧基和乙氧基。最常用的卤素是氯。硅烷RSiX₃中的成分R代表了一种长链有机物质，该物质的长分子轴提供所需要的表面一液体相互作用而产生所需要的类似回归线取向。

导致包络聚合物内表面的表面变更的硅烷可看作发生在四个步骤中。第一步涉及附着在硅原子上的三个不稳定的X基团的水解作用：

接着通过所得到的一部分RSi（OH）₃的冷凝而形成齐聚物：

这些齐聚物依次氢结在固体基体表面上的OH基团上，如下所示：

最后在干燥和处理期间，在硅醇和固体基体之间，伴随着失水形成了共价连结：

在含有硅烷掺杂剂的液晶微滴的情况下，最初形成的微滴包含以非类似回归线方式取向的液晶。然而，这些微滴的随后温度处理促进了以上所描述的反应，这些反应导致了表面性能的变更以及最终的类似回归线取向，如下所示：

这里PVA代表聚乙烯醇，一种合适的聚合物包络材料。在硅原子上的R基团以放大的形式被描述，以强调它们在取得如图所示的所需要的液晶类似回归线取向中所起的作用。

如上所述的一个可行的聚合物表面变更要求表面活化剂的掺杂剂分子满足下列要求：

（1）掺杂剂必须能使负介电各向异性的液晶在聚合物表层与液晶分子之间成接近90°的一个合成倾斜角。

（2）掺杂剂必须在一个适当时间内并在不太苛刻以破坏包层聚合物的条件下与聚合物表层进行化学反应（或以物理方式沉积在聚合物表面上）。

（3）表面能的变更必须在非常稳定的掺杂剂浓度限度内取得。掺杂剂浓度太低，所得到的液晶分子取向存在很多缺陷，导致光透射性能较差。反之，太高的掺杂剂浓度对由向列相的到各向同性的转变温度有不良影响，并且也不良地增加了液晶的导电率。高掺杂剂浓度还有一个问题，如果这些高浓度不良地影响了聚合物表层的形成，或在某些情形下，排除了稳定微滴的形成。

（4）所增加的掺杂剂分子不能同液晶分子以及可能存在于微滴中的任何染料分子发生化学反应。然而，从掺杂剂+聚合物层的反应中的付产品的积累是可忽略的，虽然这些付产品能作为杂质并能不良地影响已得到的液晶分子类似回归线取向的质量。

（5）掺杂剂的光学性质（如折射率）应尽可能与液晶和任何附加的染料分子的光学性质相一致，以使整个微滴具有可接受的光学均匀性。

从理论上讲，可选作掺杂剂分子的范围很广。任何分子只要可以被混合到微滴中并有能力吸收和/或与聚合物表层反应以产生所需要的表面能来取得类似回归线的取向，就满足条件可作为掺杂剂。下面就是满足上述条件的已经用作掺杂剂的例子：

〉

这些化合物只被简单地列为那种类型分子的代表，这些分子能满意地取得所需要的液晶类似回归线的取向。本领域的普通专业技术人员将懂得：还有许多其它的掺杂剂也可以实现这一目的，这包括那些带有不同长度侧链的（即除C₁₈H₃₇以外的碳氢化合物）以及连接在硅原子上的其它功能团或功能团的组合。

本发明的反型液晶装置按下列步骤制备：

1.掺杂剂材料，如硅烷，被溶解在液晶混合物中。

2.将掺杂剂液晶加到聚合物水溶液中并使之乳化，以产生分散的液晶微滴。微滴10呈球形，并具有三维随机双极结构，如图5所示。

3.然后把被涂层的乳胶体撒到涂有氧化铟锡（ITO）的玻璃表面上，然后迅速干燥。靠控制干燥速度，封闭的液晶微滴10被“挤”成椭球形状。因而微滴10变成两维随机双极结构，如图6所示。

4.通过加热或高能辐射或其它的物理和化学处理，掺杂剂材料扩散到聚合物壁中。然后产生了接合共聚。最后，新形成的聚合物包层14使液晶类似回归线取向。微滴10呈一个轴向结构，如图7所示。

5.层叠氧化铟锡（ITO）导电玻璃的上侧以提供一个完全的封闭。由于分子已被取向，在不加电场时，微滴10是光学透明的。在加电场时，微滴变成随机地散射，如图5所示，因而使得装置在光学上不透明或吸收。

参考例子

下面的参考例子表示了制作反型液晶微滴的几个特定的配方和工艺。

例1

使用乙醇或丙酮把PVA〔聚乙稀醇，100%水解度，分子量115000，产自Aldrich化学公司〕净化然后制备一个9%自重的水溶液。然后把五克该溶液倒入一个烧杯中，烧杯中放入一个IKA Ulta-Turrax Disperser T-25搅拌器，该搅拌器能最高以800周/分钟（RPM）运转。通过一个注射器的注射将0.45克液晶（ZLI-2806）与0.0089克兰染料（LCD-121）和0.0267克十八烷基三甲氧基硅烷一道加到该溶液中。然后快速搅拌该混合物以在PVA聚合物中得到微米量级液晶（加染料和掺杂剂）的乳胶体微滴。

然后把这些微滴旋转覆盖到一个已事先用一个氧化铟锡导电层喷涂的玻璃表面上。微滴覆盖的玻璃表面然后进行快速干燥步骤。然后用已被加到事先干燥的微滴层的聚合物涂层把该样品覆盖在玻璃表面的顶部（使用在水溶液中的9%PVA）。然后允许该样品干燥。干燥之后，再将样品置于120℃加热炉中20小时;在此期间，掺杂剂和聚合物表壳层之间的冷凝反应缓慢进行，从而产生了所需要的表面能变化。在此期间段之后，从炉中取出样品，使其冷却至室温。这时人们可观察到整个合成物是清洁的并且高度透明的。

最后，把涂有氧化铟锡的玻璃的上层用粘合剂（Speed Bonder 319）固定在该样品上以完成液晶显示装置。人们已观察到加上45V电压该单元从透明转变成一个高吸收显示（解兰的）。可以得出结论反型可被实现，当不加电场时，显示是光透射的（无色）;而当加一个适当的电压时，显示鲜明的颜色（本例为兰色）并且是相对地不透射的。

例二

在本例中，PVA聚合物、液晶材料以及二色染料都与例一相同。然而，在本例中在微滴形成以前对硅烷掺杂剂进行水解处理。水解方法如下：在一个试管中把十八烷基三甲氧基硅烷置入10倍于其体积的去离子水中。通过滴加醋酸把该混合物的PH值调至4.5。然后将此混合物在50℃下用力搅拌10分钟，然后取出上层的（HO）₃SiC₁₈H₃₇并把它保存在一个冰箱中为以后使用。

和以前一样，将含有0.5克ZLI-2806液晶材料、0.0086克LCD-121染料以及0.04克水解硅烷的混合物用注射器加到5克含9%PVA的水溶液中。将该混合物以非常高的速度搅拌，直到液晶微滴大小约为1-2微米为止。和以前一样，将此乳液旋转覆盖到涂有ITO（氧化铟锡）的玻璃基体上并使其干燥。然后用9%PVA溶液的顶层把样品覆盖并且使用压敏带以保护PVA聚合物和液晶微滴以避免其性能变差。在本例中，该样品在130℃下处理20小时，以促进在硅醇掺杂剂与微滴PVA包层之间的缓慢反应。

从炉中取出后，把该样品冷却至室温。和以前一样，使用紫外线可治的（UV-Curable）粘结剂使第二个涂有ITO的玻璃电极层叠，这样显示装置组装完毕。同前所述，人们可以观察到在加一个电场和不加电场时，在光透射性能上的一种很好的对比，对于“关断”状态，再次提供了一种明亮的高透射显示（即实现了反型微滴液晶显示）。

例三

将18克的9%的PVA（99-100%水解度，从Eastman Kodak公司得到）水溶液与1克ZLI-2806液晶、0.02克LCD-121兰染料以及0.07克水解的硅烷材料相混合。此时，搅拌该混合物直到微滴大小为3-5微米为止。这些3-5微米大小的微滴使用在例一和例二中所描述的步骤次序而被制成一个显示单元。在此特定实验中，掺杂剂与聚合物基体的反应在130℃下进行48小时。再次得到了很好的类似回归线的取向，这可在不加电场时该显示的好的透射中得到证实。一个外电场的应用再次转换该显示成一个高吸收的“开启”状态，在该例中，由于使用染料显示呈明亮的蓝色。

例四

在本例中使用了PAA（聚丙烯酸，平均分子量为250.000）。制备一个11克12%PAA的水溶液以及2克10%PVA的水溶液的聚合物的混合物。液晶是0.6克的Licristal N5（TN）以及0.4克ZLI-2806的混合物，再加入0.073克已被水解的溶解硅烷，但没有二向色性染料。然后将聚合物溶液和液晶乳化分散成1微米左右的微滴。随后的过程与例二相同。当施加电场时，得到很好的散射“开启”状态。对比比率C_r为7.2而透光率为92%。表示实验结果的代表波形见图8、9、10。光学测试装置图示在图11中。实验数据：I_O＝4.74，I_ON＝4.36，I_off＝0.60，t_on＝0.2毫秒，t_off＝3.2毫秒，V＝180伏。

术语：

V 驱动电压

I_O入射光强

I 透射光强

I_off电压为“关闭”态的光强（V＝O）

I_ON电压为“开启”态的光强

t_off从透射态过渡到90%不透明态的响应时间

t_ON从不透明态过渡到90%透射态的响应时间

θ 激光光束入射角

Cr 对比比率＝I_off/I_ON

T 透射率＝I_off/I_O（在V＝O时）

如以上实例所述，聚合物、液晶、染料与硅烷掺杂剂之间的重量比大约在1.0～1.5∶1∶0.02∶0.02～0.08范围内。聚合物与液晶的比率对所得到的微滴形状产生影响。液晶与硅烷的比率影响内表面取向层的厚度和均匀性。为取得最佳取向，液晶与掺杂剂硅烷的准确比率取决于压力、反应温度和反应时间以及存在的氧量。人们期望依据这些各种不同的反应变量可以使用在这些比率中的重要变量。人们已确定微滴的形状对最终的显示特性来说是个关键因素。聚合物分子量越大，不同的快速干燥工艺以及在微滴中较高的水浓度导致了形状上更扁平的微滴。这些扁平的微滴趋向于展现更透明的（即更趋于类似回归线的液晶取向）“关闭”状态。

上述的比率和反应条件只是为了演示的目的。因为本领域的普通专业技术人员将懂得：采用不同于上述的成分比率和反应条件，也很可能制造出可行的反型液晶微滴。

Claims

1、一种液晶光开关装置，该装置能够透射光和散射光，它包括：

一个光学透明的聚合物材料基体；

被分散于所说聚合物基体中的液晶材料微滴，当所说微滴的光轴随机地排列时所说微滴是在能有效地散射入射光的大小下，而当其光轴与入射光基本上平行时所说微滴能有效地透射入射光，其中每一个微滴被封闭在一个斜交聚合物材料的表层中，并且每个被封闭的微滴基本上呈椭球状，而在每个微滴中的液晶分子在没有外加电场时按类似回归线的方式取向。

2、按权利要求1所述的液晶光开关装置，其中聚合物表层封闭材料的特征在于小于液晶材料的表面自由能的一个表面能数值。

3、按权利要求1所述的液晶光开关装置，其中所说的斜交封闭材料选自包括聚乙烯醇、聚丙稀酸和聚苯乙烯-马来酸酐的基团。

4、按权利要求1所述的液晶光开关装置，其中通过把液晶材料与斜交聚合物封闭材料以及一个类似回归线的表面活化剂相混合来制备所说被封闭的液晶微滴，微滴被处理以产生液晶与类似回归线的表面活化剂的一个混合，该表面活化剂从斜向聚合物封闭材料中被分离出来，并且表面活化剂被接合到斜向聚合物材料上，因而产生了具有一个类似回归线分子取向的液晶微滴，每个微滴被封闭在一个斜向聚合物的外表层和一个类似回归线的表面活化剂的内层中。

5、按权利要求4所述的液晶光开关装置，其中所说类似回归线的表面活化剂包括硅烷。

6、按权利要求4所述的液晶光开关装置，其中所说类似回归线的表面活化剂包括通式为RSiX₃的硅烷，这里X是一个可水解的取代基，该取代基选自包括烷氧基、酰氧基、胺和卤素的基团，而R是一个长链有机物质。

7、按权利要求1所述的液晶光开关装置，其中所说液晶材料的特征在于它是负型介电各向异性的。

8、按权利要求1所述的液晶光开关装置，其中所说微滴的形状在横截面上近似于一个椭圆，该椭圆具有一个大于它的椭圆短轴的椭圆长轴。

9、按权利要求1所述的液晶光开关装置，其中封闭所说微滴的聚合物表层的折射率与所说液晶的折射率是相一致的。

10、按权利要求1所述的液晶光开关装置，所说聚合物表层是一个由类似回归线的表面活化剂的内层和斜向聚合物的外层组成的合成表层。

11、一种封闭液晶微滴的方法，它包括以下步骤：

把液晶材料同斜向聚合物和类似回归线的表面活化剂相混合;

把液晶的一个合成微滴和类似回归线的表面活化剂封闭在所说斜向聚合物的一层中;

处理所说被封闭的液晶微滴和表面活化剂的混合物以使表面活化剂从液晶微滴和斜向聚合物包层中分离出来，因而产生了被封闭在一个合成表层中的液晶微滴，该合成表层由表面活化剂的一个内层和斜向聚合物的一个外层组成。

12、一种封闭液晶微滴的方法，它包括以下步骤：

把液晶材料同斜向聚合物材料和类似回归线的表面活化剂相混合;

乳化所说的混合物以产生液晶和表面活化剂的被分散的微滴，所说微滴被封闭在斜向聚合物材料的一个表层中;

处理所说被分散的微滴以使该表面活化剂扩散到斜向聚合物封闭层中，并且达到斜向聚合物封闭层的接合共聚。

13、按权利要求12所述的乳化方法，它包括以下步骤：

控制所说微滴的处理速率，使所说被封闭的液晶微滴基本上呈椭球状。

14、按权利要求12所述的封闭方法，其中所说类似回归线的表面活化剂包括通式为RSiX₃的硅烷，这里X是一个水解取代基，它选自包括烷氧基、酰氧基、胺和卤素的基团，而R是一个长链有机物质。

15、按权利要求12所述的封闭方法，其中所说类似回归线的封闭材料选自包括聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚苯乙烯-马来酸酐的基团。

16、一种制造液晶显示装置的方法，它包括以下步骤：

将液晶微滴封闭在一个聚合物表层中，该表层具有的表面能小于液晶的表面自由能;

用一种表面活化剂改变聚合物表层表面以减小聚合物表层封闭材料的表面能数值，使该数值小于所说液晶的表面自由能;

把被封闭的液晶微滴分散在一个聚合物基体内;

处理所说被分散的混合物。

17、按权利要求16所述的方法，它包括用物理方法变形在所说聚合物基体内的所说微滴的步骤。