CN105988238A - 高对比双稳态散射型液晶光阀 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高对比双稳态散射型液晶光阀，其包括：二基板；二透明的电极层，各电极层分别设置该二基板之间，并分别贴抵于各基板；一中间层，其夹设于该二电极层之间，该中间层包括有数个间隙子及数个由向列型液晶与偶氮苯手性分子相互掺杂混合的偶氮苯胆固醇型液晶；二垂直配向膜，分别涂布于各电极层与中间层之间；其中，透过偶氮苯胆固醇型液晶的添设，使得不同频率高低的外加电压由该二电极层注入后改变偶氮苯胆固醇型液晶的穿透度，且当外加电压移除后还可稳定维持在散射态或是穿透态，大幅减少能源上的消耗。

Description

高对比双稳态散射型液晶光阀

技术领域

本发明是一种高对比双稳态散射型液晶光阀，尤指应用于Transparent/scattering Smart Window透明/散射型智能窗户相关领域的技术，其特征为当固定外加电压的振幅，则外加低频或直流电压可得液晶光阀散射状态，且当关闭外加电压后该散射状态亦可持续维持；而外加高频电压则可使液晶光阀呈穿透状态，且关闭外加电压后可维持于穿透状态。另一方面所选定的频率越低，切换至散射态所需的电压振幅越低；若所选定的频率越高，则切换至穿透态所需电压振幅越低。此技术可大幅节省能源上的消耗，即为一种实用性极佳的发明。

背景技术

液晶光阀中的液晶所指的是液晶是一种兼具液体的流动性与晶体的一定规则排列性的材料，所以称为液态晶体。由于液晶光阀是以液晶分子材料为基本要素，将这白浊的液晶分子夹在经过配向处理的两片玻璃板之间，即可组合成目前热门而且与我们日常生活息息相关的液晶光阀，也就是应用于液晶显示器的技术。这个介于固态与液态之间的中间态分子，不但具有液体易受外力作用而流动的特性，亦具有晶体特有的光学异方向性质，所以能够利用外加电场来驱使液晶的排列状态改变至其它指向，造成光线穿透液晶层时的光学特性发生改变，此即是利用外加的电场来产生光的调变现象，我们称之为液晶的光电效应。利用此效应可制作出各式的液晶显示器，如扭转向列型液晶显示器、超扭转向列型液晶显示器、及薄膜晶体管液晶显示器等。

又因现今科技的发展，液晶技术日趋成熟，早就有多种液晶散射光阀技术成功研究而出，像是PDLCpolymer dispersed liquid crystals，中译为聚合物分散型液晶，其多数是利用照射UV光或加热使液晶与聚合物发生相分离，并借由外加一电压得到散射态和穿透态的切换，一般散射型光阀须持续外加电压方能切换其光阀的穿透度，此方式的供应很容易造成能源上的浪费；另外还有一种液晶光阀为胆固醇液晶，其可利用外加一电压在散射态、穿透态、反射态之间相互切换，但其切换所需要的电压相对较高，且切换过程中穿透度容易发生稳定度不足的现象，请参阅中国台湾专利公告号I439773「反射式液晶显示器及其制作方法」，包括一第一基板、一第二基板、一液晶层、一第一配向层、以及一第二配向层。第一基板与第二基板相对设置，而液晶层设置于第一基板与第二基板之间。液晶层包括数个液晶分子，用以使部分波长的光反射以及使部分波长的光透过。第二配向层设置于第一基板面对第二基板的一内侧，用以吸收透过液晶层的光线以及对液晶分子配向。

上述所列举的『反射式液晶显示器及其制作方法』其特征以黑色液晶配向层来吸收穿透光以提高对比及颜色饱和度，同时达到简化制程的目的，但其所需操作的电压相对较高，且大面积光阀于穿透与散射态之间的切换较不稳定，因此胆固醇液晶并不适合现今的天窗、汽车玻璃、投影幕等相关产品的应用。

有鉴于上述情形，本发明人投入许多时间研究相关知识，并加以比较各项优劣，进行相关产品的研究及开发，并历经多次实验及测试，而终于推出一种『高对比双稳态散射型液晶光阀』改善上述缺失，以符合大众所需使用。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种高对比双稳态散射型液晶光阀，外加电压的进入以及移除后皆能够维持内部所形成的散射态或穿透态，此能减少能源上的过度消耗，并维持在高对比、低操作电压及双稳态的特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种高对比双稳态散射型液晶光阀，其包括：二基板；二透明的电极层，各电极层分别设置该二基板之间，并分别贴抵于各基板；一中间层，其夹设于该二电极层之间，该中间层包括有数个间隙子及数个由向列型液晶与偶氮苯手性分子相互掺杂混合的偶氮苯胆固醇型液晶；二垂直配向膜，分别涂布于各电极层与中间层之间。

一种高对比双稳态散射型液晶光阀，其中，另设有一外加低频电压电性连接该二电极层。

一种高对比双稳态散射型液晶光阀，其中，另设有一外加高频电压电性接于该二电极层。

一种高对比双稳态散射型液晶光阀，其中，另设有一外加直流电压电性接于该二电极层。

本发明的有益效果是，外加电压的进入以及移除后皆能够维持内部所形成的散射态或穿透态，此能减少能源上的过度消耗，并维持在高对比、低操作电压及双稳态的特性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明剖面示意图。

图2是本发明输入低频电压呈散射态的状态示意图。

图3是本发明输入低频电压后于显微镜下的放大结构示意图。

图4是本发明输入高频电压呈穿透态的状态示意图。

图5是本发明输入高频电压后于显微镜下的放大结构示意图。

图6是本发明输入直流电压呈散射态的状态示意图。

图7是本发明在不同固定频率改变电压时所量测的穿透比较分布图。

图8是本发明外加固定电压改变频率时所量测的穿透分布图。

图中标号说明：

1基板 2电极层

3中间层 31间隙子

32偶氮苯胆固醇型液晶 33胆固醇液晶手纹结构

4垂直配向膜 5低频电压

6高频电压 7直流电压

具体实施方式

请参阅图1至图6所示，本发明一种高对比双稳态散射型液晶光阀，其包括：二基板1；二透明的电极层2，各透明电极层2分别设置于该二基板1相对应的一侧并分别贴抵于各基板1；一中间层3，其夹设于该二电极层2之间，该中间层3包括有数个间隙子31及数个由向列型液晶与偶氮苯手性分子相互掺杂混合的偶氮苯胆固醇型液晶32；二垂直配向膜4，分别涂布于各电极层2与中间层3之间；其中，透过偶氮苯胆固醇型液晶32的添设，使得不同频率高低的外加电压由该二电极层2注入后改变偶氮苯胆固醇型液晶32的穿透度，且当外加电压移除后还可稳定维持在散射态或是穿透态，大幅减少能源上的消耗。

在现今市面上的液晶光阀中，一般来说内部的材料仅使用液晶或是使用液晶掺杂一般手性分子或聚合物，然而其结果皆可于外加电压后得到所谓散射型及穿透型(所谓散射型及穿透型在该领域其为现有技术名词，在此不予以多加赘述)，但是当外加电压移除后，液晶光阀内部所形成的散射及穿透态无法持续维持，必须持续供给外压电压才可保持在散射及穿透态，如此只是造成庞大能源上的损耗而已，因此本发明在中间层3内以偶氮苯胆固醇型液晶32的注入，其中手性分子(chiral dopant)为提供液晶分子螺旋结构的材料，可使向列型液晶转变成胆固醇型液晶(cholesterics)，而偶氮苯手性分子是在原本的手性分子内添加有偶氮苯(Azobenzol)，偶氮苯是最简单的芳香偶氮化合物，众多偶氮染料的母体结构，其中含有两个苯基分别与偶氮基-N＝N-两端相连的结构。

接续上述的说明，本发明在偶氮苯胆固醇型液晶32中所含有的偶氮苯成分掺杂重量百分比相当低，因此使的手性分子的螺旋力相当弱，因此另设有一外加低频电压5连接于该二电极层2，且外加低频电压5于中间层3内所产生的变化即产生胆固醇液晶手纹结构33(fingerprinttextures)，此手纹结构的螺旋轴方向不一致，故呈现许多小区块(domain)，并足以散射可见光，请参阅图2、图3所示，如此一来光线的照射则可将可见光予以散射，即形成所谓「散射态」；除了外加低频电压5外，另一实施例则是另设有一外加高频电压6电性连接于该二电极层2，当本发明经外加低频电压5由该二电极层2上移除后会维持在散射态，又当外加低频电压5移除后再外加频高频电压6，则会使胆固醇液晶手纹结构33的小区块予以放大，如此即可让光线直接穿透过基板1，即形成所谓「穿透态」，请参阅图4、图5所示，借由偶氮苯手性分子的添加可减少能源上的持续消耗。另可外加直流电压7改变偶氮苯胆固醇型液晶32的手纹结构，其效果与低频电压5相同，请参阅图6所示，综合上述总结其可固定外加电压振幅大小，以改变外加电压的频率切换液晶光阀穿透及散射态，其中外加低频电压5或直流电压7电性连接该二电极层2，可将液晶光阀切换至散射态。而改变外加电压频率至高频电压6，可将液晶光阀切换至穿透态。其中切换所需的外加频率需视外加电压的振幅大小而定。如外加振幅固定于30V，则频率低于200Hz呈现散射态，而高于200Hz时将随频率增高而使穿透度增加，约300Hz时可达最高穿透度，参阅图6、图7所示。

一般当胆固醇型液晶添加偶氮苯旋旋光性材料时，可利用偶氮苯旋光物质的光异构化效果，使其旋旋光性降低，以达到控制UV曝光能量而呈现不同的选择性反射光波波段功能。在紫外光照射下时，偶氮苯trans-cis光异构化行为使得胆固醇相与等方性相的相转移改变，在光学现象上产生了光透过的状态，且施加热源或施加直流电场即可达到擦拭的效果，因具有可恢复特性，所以具有光读写与擦拭的功用。此发明于垂直配向的液晶盒内注入利用负型液晶掺杂偶氮苯手性分子的偶氮苯胆固醇型液晶32，因此当低频电压5、直流电压7或高频电压6的注入及移除，可让偶氮苯胆固醇型液晶32的变化维持在散射态或是穿透态，借此减少须持续注入电压的浪费，又请参阅图7所示，本发明在不同外加固定频率改变电压上所量测到的穿透比对示意图显示下，清楚可见越低频的外加电压可利用较低振幅的电压将液晶光阀切换至散射态；另外再请参阅图8所示，外加固定电压改变频率时所量测到的穿透示意图显示下，清楚可见越高频电压其穿透度越高。

另外，本发明再该二基板1的使用上可为玻璃或塑料，但是该二基板1的材质使用上并不以上述为限制，其可根据使用者所需的使用而挑选合适的材质，此外在该二透明的电极层2及各间隙子31的使用上也不局限材质上的使用，且垂直配向膜4亦可由任何可提供液晶垂直配向的材料取代，如polyimide垂直配向膜、DMOAP垂直配向膜、掺杂于液晶中提供自发性垂直配向的奈米球等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种高对比双稳态散射型液晶光阀，其特征在于，包括：

二基板；

二透明的电极层，各电极层分别设置该二基板之间，并分别贴抵于各基板；

一中间层，其夹设于该二电极层之间，该中间层包括有数个间隙子及数个由向列型液晶与偶氮苯手性分子相互掺杂混合的偶氮苯胆固醇型液晶；

二垂直配向膜，分别涂布于各电极层与中间层之间。

2.根据权利要求1所述的高对比双稳态散射型液晶光阀，其特征在于，另设有一外加低频电压电性连接该二电极层。

3.根据权利要求1所述的高对比双稳态散射型液晶光阀，其特征在于，另设有一外加高频电压电性接于该二电极层。

4.根据权利要求1所述的高对比双稳态散射型液晶光阀，其特征在于，另设有一外加直流电压电性接于该二电极层。