CN107430308B - 反射型液晶装置及其用途 - Google Patents

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Abstract

提供了一种液晶装置及其用途。所述液晶装置由于可在不施加外部电场的状态下实现常透明模式而在功耗方面具有优点，并且当施加外部电场时可以表现出优异的光阻挡特性。

Description

反射型液晶装置及其用途
技术领域
本发明涉及反射型液晶装置及其用途。
本申请要求于2015年3月27日提交的韩国专利申请第10-2015-0043092号的优先权和权益，其公开内容在此通过引用整体并入本文。
背景技术
在使用宾-主(guest-host)液晶的显示装置中，可将充当客体分子的二色性染料与液晶层的主体分子混合，并且主体和客体分子的取向由于施加至液晶的电压而变化，从而导致液晶层的光吸收率改变。
例如，当使用杆状二色性染料作为客体分子时，二色性染料具有平行于主体分子取向的特性。因此，当施加电场以改变主体分子的取向时，二色性染料的取向方向也可根据主体分子而改变。
已经进行了各种尝试来将使用这样的宾-主液晶的反射型显示装置用于反射镜。
由于在宾-主液晶中水平取向的液晶的排列，这样的反射型装置在不施加外部电场的状态下通常实现为阻挡模式(黑色模式)。在这种情况下，由于连续施加电场以实现透射模式(白色模式)，故反射型装置具有诸如功耗增加的问题。此外，反射型装置的问题在于当液晶取向从水平取向模式变为垂直取向模式时由于无序液晶的取向而出现雾度。
[现有技术文献]
[专利文献]韩国专利未审查公开第2008-0079564号
发明内容
技术问题
本发明提供了一种反射型液晶装置及其用途。
另外，本发明提供了一种处于常透明(normally transparent)模式的反射型液晶装置及其用途，其中所述反射型液晶装置在不施加外部电场的状态下实现透射模式(白色模式)。
此外，本发明提供了一种在施加外部电场时能够切换到阻挡模式(黑色模式)的优异光阻挡特性的反射型液晶装置及其用途。
另外，本发明提供了一种即使在施加外部电场以实现黑色模式时也不具有雾度特性的反射型液晶装置及其用途。
技术方案
在下文中，将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种反射型液晶装置及其用途。
根据本发明的一个示例性实施方案的液晶装置具有反射特性，因此可应用于使用液晶的多种显示装置(例如液晶显示装置)，或者可应用于使用液晶的装置(例如，汽车的后视镜或侧视镜)。
图1是示出了本领域已知的常规反射型液晶装置的示意图。如图1所示，反射型液晶装置被配置成包括偏光板(100)、液晶单元(200)和反射板(300)。包括这样的偏光板的反射型液晶装置具有偏光板可引起反射率和/或阻挡率损失，以及由于液晶装置变得更厚而不适合于制造薄的液晶装置的各种问题。
因此，当用宾-主液晶单元代替偏光板时，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可防止在光被反射时由偏光板引起的光损失，并且防止在光被阻挡时由于偏振和吸收引起的阻挡率降低。
另外，由于水平取向的液晶的分子排列，使用宾-主液晶层的反射型液晶装置在不施加外部电场的状态下通常实现黑色模式。在这种情况下，反射型液晶装置的问题在于：由于白色模式是在施加外部电场时实现的，故必须连续施加电场以实现白色模式。
然而，由于在根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置中使用包含通过预倾斜垂直取向膜垂直取向成以预定角度预倾斜的液晶化合物的宾-主液晶层，故可改善关于常规反射型液晶装置的功耗的问题。
另外，反射型液晶装置还包括四分之一波片。因此，本发明具有在施加外部电场以实现黑色模式时实现更优异的光阻挡特性的优点。
另外，在本发明中，包含在宾-主液晶层中的液晶化合物沿一个方向一致排列(uniformly ordered)。因此，可改善诸如由于在施加外部电场时液晶化合物无规排列而可能出现的雾度增加的问题。
根据本发明的一个示例性实施方案的这样的反射型液晶装置包括宾-主液晶层、预倾斜垂直取向膜和四分之一波片。具体地，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置包括：包含液晶化合物和二色性染料的宾-主液晶层；存在于所述宾-主液晶层的一个或两个表面上的预倾斜垂直取向膜；和四分之一波片。
根据本发明的一个示例性实施方案的液晶装置包括宾-主液晶层。根据本发明的一个示例性实施方案的宾-主液晶层可指这样的液晶层：其通过将充当客体分子的二色性染料与充当主体分子的液晶化合物混合，并使用施加至液晶的电压改变主体分子和客体分子的排列而实现白色模式或黑色模式。
这样的宾-主液晶层包含液晶化合物和二色性染料。即，根据本发明的一个示例性实施方案的宾-主液晶层可为通过将二色性染料与液晶化合物混合而形成的层。
具体地，根据本发明的一个示例性实施方案的宾-主液晶层可包含沿一个方向取向的液晶化合物和通过液晶化合物取向的二色性染料。
取决于是否施加电压，根据本发明的一个示例性实施方案的包含在宾-主液晶层中的二色性染料可通过液晶化合物取向以各向异性地吸收入射在液晶层上的光。
根据一个示例性实施方案，本发明的宾-主液晶层可例如吸收入射在宾-主液晶层上的非偏振光中的平行于二色性染料分子的取向方向的光，并且可使垂直于二色性染料分子的取向方向的光通过。在该过程中，穿过宾-主液晶层的光可变成单向偏振光。
在这种情况下，由于不存在如图1所示的偏光板，故可表现出优异的透光效率，并且可实现厚度和成本的降低。
在本发明中，术语“染料”可指可以在至少一部分或全部可见光区域(例如，400nm至800nm的波长范围)内集中地吸收和/或转换光的材料，术语“二色性染料”可以指可在至少一部分或全部可见光区域内各向异性地吸收光的材料。
可例如使用已知具有上述特性并且还具有根据液晶化合物的取向方向而取向的能力的所有类型的染料作为二色性染料。
根据一个示例性实施方案，二色性染料可为在可见光区域(例如，400nm至800nm)内具有最大吸光度的染料。在这种情况下，可使用具有如下分子骨架的化合物：例如基于偶氮的化合物、基于蒽醌的化合物、基于酞菁的化合物、基于偶氮甲碱的化合物、基于靛类或硫代靛类的化合物、基于部花青的化合物、基于1,3-双(二氰基亚甲基)茚满的化合物、基于薁的化合物、喹酞酮类化合物、基于三苯并二
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嗪的化合物、基于吲哚并[2,3,b]喹喔啉的化合物、基于咪唑并[1,2-b]-1,2,4-三嗪的化合物、基于四嗪的化合物、基于苯并的化合物、基于萘醌的化合物、或其组合。
根据一个示例性实施方案，二色性染料可选自相对于液晶化合物的溶解度参数差小于约7.4(卡/cm3)1/2的化合物。溶解度参数是指表示两种或更多种化合物之间的相互作用程度的数值，表明化合物之间的溶解度参数差越小表示相互作用越强，而化合物之间的溶解度参数差越大表示相互作用越弱。
溶解度参数与化合物的结构有关。因此，当二色性染料的溶解度参数差在此范围内时，可增强液晶层中的液晶化合物与二色性染料之间的相互作用，从而提高熔融混溶性，防止二色性染料自身凝集，并且提高可分散性。
二色性染料的二向色性比可为1.5至14。此外，二色性染料的二向色性比可为约3至12。另外，二色性染料的二向色性比可为约5至10。在此，二向色性比是通过将沿平行于液晶层中的液晶化合物的轴的方向的平面偏振光的吸光度除以沿垂直于液晶化合物的轴的方向的偏振光的吸光度而获得的值。在这种情况下，二向色性比可表示二色性染料沿一个方向并排布置的程度。当二色性染料的二向色性比在上述范围内时，由于二色性染料可与液晶化合物具有足够的相容性，故可实现熔融混合，并且由于可根据液晶化合物的取向诱导二色性染料的取向，故可改善偏振特性。
二色性染料可以以适当的含量范围包含在液晶层中。液晶层的反射率和阻挡率可根据二色性染料的含量而变化。在本发明中，二色性染料的含量可考虑到反射率和阻挡率的期望范围而调整。
根据一个示例性实施方案，基于100重量份的液晶化合物，宾-主液晶层可以以0.3重量份至3重量份的含量包含二色性染料。在此含量范围内，可在根据本发明的一个示例性实施方案的液晶装置中实现期望范围的反射率和阻挡率。
根据另一个示例性实施方案，基于100重量份的液晶化合物，二色性染料可以以0.4重量份至2.8重量份、0.5重量份至2.5重量份、或0.8重量份至2重量份的含量包含在宾-主液晶层中。
根据本发明的一个示例性实施方案的宾-主液晶层包含液晶化合物。
液晶化合物中的液晶可主要分为热致液晶和溶致液晶。在这种情况下，热致液晶可指其分子结构仅通过热改变的液晶类型，溶致液晶可指具有分子结构通过除了热以外的因素改变的特性的液晶。热致液晶可被称为温度转变型液晶，溶致液晶可被称为浓度转变型液晶。
即，根据本发明的一个示例性实施方案的包含在液晶单元中的液晶化合物可为温度转变型液晶化合物或浓度转变型液晶化合物。
温度转变型液晶化合物或浓度转变型液晶化合物可根据其形状分为杆状液晶化合物或盘状液晶化合物。另外，温度转变型液晶化合物或浓度转变型液晶化合物可根据排列方法的差异而分为近晶型、向列型、胆甾醇型液晶化合物。
根据一个示例性实施方案，根据本发明的一个示例性实施方案的包含在液晶层中的液晶化合物可为向列型液晶化合物。
例如，包含在液晶层中的向列型液晶化合物在550nm波长处的非常折射率(Ne)与正常折射率(No)之差(Δn＝Ne-No)可为约0.05至3、约0.05至2.5、约0.05至2、约0.05至1.5、或约0.07至1.5。
另外，向列型液晶化合物可为在现有技术中通常被称为N-型液晶化合物的化合物，其中非常介电各向异性(εe)与正常介电各向异性(εo)之差(Δε＝εe-εo)呈现负值。
根据一个示例性实施方案，根据本发明的一个示例性实施方案的包含在液晶层中的液晶化合物可为N-型向列型液晶化合物。
具体地，向列型液晶化合物的非常介电各向异性(εe)与正常介电各向异性(εo)之差(Δε＝εe-εo)可为约-40或更大、约-35或更大、约-30或更大、或者约-25或更大。另外，介电各向异性之差(Δε＝εe-εo)的上限没有特别限制，并且可小于或等于约-15、约-10、约-8、约-6、约-4、约-3.5、或约-3。液晶化合物的介电各向异性的范围没有特别限制，只要表现出上述差(Δε＝εe-εo)即可。例如，非常介电各向异性(εe)可为约1至5，并且正常介电各向异性(εo)可为约4至40。
根据本发明的一个示例性实施方案的液晶层可通过如下方式形成在以下将描述的取向膜上：通过将上述用作主体分子的液晶化合物与用作客体分子的二色性染料混合，可形成包含沿预定方向取向的液晶化合物和二色性染料的宾-主液晶层。
具体地，形成根据本发明的一个示例性实施方案的宾-主液晶层的方法可例如通过如下进行：将其他添加剂与液晶化合物和二色性染料适当地混合以制备用于形成液晶层的组合物，所述添加剂以对于液晶化合物的预定含量被包含；并将所述用于形成液晶层的组合物注入到彼此间隔设置且具有在其上形成的取向膜和透明电极的基板层之间，然后向所述组合物适当地施加热或光，但本发明不限于此。
通过所述方法形成的宾-主液晶层中包含的液晶化合物可通过预倾斜垂直取向膜沿预定方向取向。
根据一个示例性实施方案，根据本发明的一个示例性实施方案的宾-主液晶层中包含的液晶化合物可通过预倾斜垂直取向膜取向成相对于液晶层上的基板层的表面以预定角度预倾斜。使液晶化合物垂直取向成预倾斜可指这样的状态：其中液晶层中的液晶化合物经取向使得液晶化合物的光轴相对于宾-主液晶层的表面以预定角度(例如，70°至90°)形成。光轴可指慢轴或快轴，并且可优选指慢轴。
具体地，宾-主液晶层中包含的液晶化合物的预倾斜角在不施加外部电场的状态下可为70°至90°。
如上所述，当使用包含垂直取向成预倾斜的液晶化合物的液晶层作为宾-主液晶层时，可提供处于常透明模式的液晶装置。在这种情况下，可防止由于在施加电压时液晶化合物无规取向而导致的雾度出现。
根据另一个示例性实施方案，宾-主液晶层中包含的液晶化合物的预倾斜角可为75°至88°或78°至85°。
宾-主液晶层的厚度可为例如3μm至30μm。在此厚度范围内，可制造薄的液晶装置，可实现期望的挡光率和反射率，可克服关于由于视角而导致的质量下降的问题，并且可提高对比度。根据另一个示例性实施方案，液晶层的厚度可为5μm至25μm或8μm至20μm。
根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置包括预倾斜垂直取向膜。预倾斜垂直取向膜可存在于宾-主液晶层的一个或两个表面上以使宾-主液晶层中的液晶化合物取向，并且可例如存在于宾-主液晶层的两个表面上。
预倾斜垂直取向膜可使宾-主液晶层垂直取向成预倾斜，并且可防止在施加电压时液晶化合物无规排列。
根据一个示例性实施方案，本发明的预倾斜垂直取向膜的预倾斜角可为70°至90°。预倾斜角可指在垂直于取向膜的平面的表面法线与取向膜中包含的化合物(例如，液晶化合物)的光轴方向之间形成的角度。根据另一个示例性实施方案，预倾斜垂直取向膜的预倾斜角可为75°至88°或78°至85°。
根据本发明的一个示例性实施方案的预倾斜垂直取向膜可为例如光学取向膜或摩擦取向膜。
根据一个示例性实施方案，预倾斜垂直取向膜可通过如下形成：使用用于形成垂直取向膜的组合物(例如，包含可垂直取向极性官能团的可光取向化合物)形成垂直取向膜，然后进行赋予垂直取向膜预定预倾斜角的摩擦过程，但本发明不限于此。
可光取向化合物可指通过用光照射沿预定方向取向有序且在液晶化合物取向有序时可通过相互作用(例如各向异性相互作用)使相邻液晶化合物沿预定方向取向的化合物。
具体地，取向膜可包含可光取向化合物。可光取向化合物可为例如单分子化合物、单体化合物、低聚化合物或多聚化合物。另外，可光取向化合物可为包含光敏部分的化合物。
例如，本文中可使用的可光取向化合物可包括通过反式-顺式光异构化取向有序的化合物；通过光裂解如断链或光氧化取向有序的化合物；通过光交联或光聚合如[2+2]环加成、[4+4]环加成或光二聚取向有序的化合物；通过光弗里斯重排(photo-Friesrearrangement)取向有序的化合物；或者通过开环/闭环反应取向有序的化合物。
通过反式-顺式光异构化取向有序的化合物的实例可例如包括偶氮化合物如磺化重氮染料或偶氮聚合物、或茋化合物。
通过光裂解取向有序的化合物的实例可包括环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、芳香族聚硅烷或聚酯、聚苯乙烯、或聚酰亚胺
通过光交联或光聚合取向有序的化合物的实例可包括肉桂酸酯化合物、香豆素化合物、肉桂酰胺化合物、四氢邻苯二甲酰亚胺化合物、马来酰亚胺化合物、二苯甲酮化合物、二苯基乙炔化合物、包含查耳酮基(chalconyl)部分作为光敏部分的化合物(在下文中，被称为“查耳酮化合物”)、或包含蒽基(anthracenyl)部分的化合物(在下文中，被称为“蒽基化合物”)。
此外，可光取向化合物可为单分子化合物、单体化合物、低聚化合物或多聚化合物，或者可为可光取向化合物与聚合物的共混物形式。因此，低聚化合物或多聚化合物可具有上述光敏部分或源自上述可光取向化合物的部分。在这种情况下，这些部分可存在于低聚或多聚化合物的主链或侧链中。
具有源自可光取向化合物的部分或光敏部分或者可与可光取向化合物混合的聚合物的实例可包括聚降冰片烯、聚烯烃、聚芳酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚(酰胺酸)、聚马来酰亚胺、聚丙烯酰胺、聚(甲基)丙烯酰胺、聚乙烯基醚、聚乙烯基酯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚丙烯腈或聚(甲基)丙烯腈等，但本发明不限于此。
可包含在可取向化合物中的聚合物的代表性实例可包括聚降冰片烯肉桂酸酯、聚降冰片烯烷氧基肉桂酸酯、聚降冰片烯烯丙氧基肉桂酸酯、聚降冰片烯氟化肉桂酸酯、聚降冰片烯氯化肉桂酸酯或聚降冰片烯二肉桂酸酯，但本发明不限于此。
当可取向化合物是多聚化合物时，化合物的数均分子量为例如约10000g/mol至500000g/mol，但本发明不限于此。
可光取向化合物可包含赋予取向膜垂直取向特性的可垂直取向极性官能团。能够赋予取向膜垂直取向力的所有类型的官能团可例如包括在术语“可垂直取向极性官能团”的范围内，液晶化合物可经由所述垂直取向力通过与液晶化合物的相互作用而垂直取向。这样的官能团的实例可包括丙烯酰基或(甲基)丙烯酰基。
因此，当使用包含可垂直取向极性官能团的可光取向化合物形成垂直取向的取向膜，然后经受摩擦过程时，可赋予垂直取向膜预倾斜角。摩擦过程可包括用纤维布等摩擦垂直取向膜的过程。
根据一个示例性实施方案，当本发明的反射型液晶装置包括一对预倾斜垂直取向膜时，摩擦过程可通过在摩擦方向上使一对取向膜交叉来进行。因此，在一对取向膜之间的液晶层中的液晶化合物可通过在摩擦方向上使一对取向膜交叉而沿一个方向取向有序，并且可减少由于在施加电压时液晶的取向秩序被扰乱而导致的雾度出现。
根据本发明的一个示例性实施方案的液晶装置包括四分之一波片。根据本发明的一个示例性实施方案的四分之一波片是指使线性偏振光左旋圆或右旋圆偏振或者使左旋圆或右旋圆偏振光线性偏振的光学各向异性层。
根据一个示例性实施方案，本发明的四分之一波片可包括包含液晶化合物的涂覆层和具有光学各向异性的聚合物膜，或者可具有聚合物膜与包含液晶化合物的涂覆层的堆叠结构。
液晶化合物可例如通过使反应性介晶聚合来形成。在本发明中，术语“反应性介晶”可指包含在施加光或热时可以诱导聚合的反应性基团(例如，可聚合官能团)的介晶。在本发明中，术语“介晶”可指在使可聚合液晶化合物(例如反应性介晶)聚合形成层时使层能够表现出液晶行为的中间相化合物。
四分之一波片中包含的反应性介晶可为例如含有两个或三个或更多个可聚合官能团的介晶，并且可例如具有由以下表达式1或2表示的结构。
[表达式1]
P-Sp-A-Sp-P
[表达式2]
P-A-Sp-A-P
在表达式1和2中，P可表示可聚合官能团，A可表示介晶基团，Sp可表示连接基团。在本发明中，术语“连接基团”可指用于连接介晶基团与可聚合官能团且在使液晶化合物聚合形成光学各向异性层时用于向光学各向异性层提供柔性的基团。
可聚合官能团的一个实例可包括(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、丙烯腈、苯乙烯、烷基、氰基、烷氧基或乙烯基，但本发明不限于此。例如，可使用可用于诱导液晶化合物聚合的对热或光具有反应性的官能团而没有限制。在本发明中，术语“(甲基)丙烯酸酯”可指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。在本发明中，术语“(甲基)丙烯酰胺”可指丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。
介晶基团可为棒状介晶基团或盘状介晶基团。
棒状介晶基团可指一个或更多个芳香族或脂肪族环沿一个方向连接，并因此可聚合形成杆状液晶结构的呈杆状的介晶基团。另外，棒状介晶基团可在杆状的末端或侧面包含一个或更多个官能团。
棒状介晶基团的一个实例可由以下表达式3表示。
[表达式3]
-(A2-Z)n-A3-
在表达式3中，A2和A3可各自独立地表示包含或不包含选自氮原子、氧原子或硫原子的杂原子的芳香族或脂肪族环状基团，Z可表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-O-COO-、-CO-NR0-、-NR0-CO-、-NR0-CO-NR00、-NR0-CO-O-、-O-CO-NR0、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、CF2O-、OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CHF2-、-CH＝N-、-N＝CH-、-N＝N-、-CH＝CR0-、-CY1＝CY2、-C≡C-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-、或单键，R0和R00可各自独立地表示氢或具有1至12个碳原子的烷基，Y1和Y2可各自独立地表示氢、氟、氯或氰化物，并且n可为1至4的整数。
盘状介晶基团可指具有包含一个或更多个芳香族或脂肪族环的平面核心结构，并因此可聚合形成盘状液晶结构的介晶基团，并且可例如包括三亚苯基等，但本发明不限于此。
在本发明中，表达式1和2中包含的连接基团可例如为-(A4-B)m-的形式，其中A4可为具有1至12个碳原子的线性或支化的亚烷基，B可为氧或硫，并且m可为1至5的整数。
当本发明的四分之一波片为聚合物膜时，可使用聚合物膜类型而没有限制，只要它们可赋予聚合物光学各向异性即可。根据一个示例性实施方案，聚合物膜的实例可包括聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯或基于降冰片烯的聚合物)、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯或纤维素酯。此外，聚合物的共聚物或聚合物的混合物可用作聚合物膜。
当光学各向异性层为聚合物膜时，聚合物膜的光学各向异性可通过延伸获得。延伸可以是单轴或双轴延伸。
根据一个示例性实施方案，为赋予聚合物膜光学各向异性而进行的单轴延伸可为使用两个或更多个辊的速度差的单轴水平延伸，或者通过拉伸聚合物膜的两端而使聚合物膜在宽度方向上延伸的拉幅延伸。
根据本发明的一个示例性实施方案的四分之一波片可用于有效地实现黑色模式，在此模式中当通过向反射型液晶装置施加外部电场以使宾-主液晶层中包含的液晶化合物水平取向而阻断光时，宾-主液晶层的反射率为15％或更小。
当施加外部电场时，四分之一波片的光轴可相对于水平取向的宾-主液晶层中包含的液晶化合物的光轴形成40°至50°的角度。在此角度范围内，可实现具有期望的线性和圆偏振光转换特性的四分之一波片，并且可表现出反射型液晶装置的优异的光阻挡特性。因此，当四分之一波片为包含液晶化合物的涂覆层时，四分之一波片的光轴可例如指液晶化合物的光轴。
根据另一个示例性实施方案，当施加外部电场时，四分之一波片的光轴可相对于水平取向的宾-主液晶层中包含的液晶化合物的光轴形成42°至48°、43°至47°、44°至46°或约45°的角度。
当四分之一波片为涂覆层时，制备涂覆层的方法的一个实例可包括使用已知的涂覆方法用包含反应性介晶、引发剂和其他添加剂的混合物涂覆任何基板，然后使所述混合物固化的过程，但本发明不限于此。当四分之一波片为聚合物膜时，制备聚合物膜的方法的一个实例可包括溶剂流延法等，但本发明不限于此。例如，可使用各种已知的制备方法而没有限制。
根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置还可包括形成在宾-主液晶层的一个或两个表面上的基板层。
根据一个示例性实施方案，本发明的反射型液晶装置可包括一对基板层，并且可具有可在基板层之间包括宾-主液晶层和取向膜的结构。
具体地，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可包括存在于一对基板层401a和401b之间的宾-主液晶层600，如图2所示，并且可具有包括四分之一波片700的结构，所述四分之一波片700设置在一对基板层401a和401b的基板层401b的与存在宾-主液晶层的表面的相反表面上。在这种情况下，反射型液晶装置还可具有包括一对取向膜500和一对电极层402的结构，所述一对取向膜500和所述一对电极层402在一对基板层401a和401b之间的宾-主液晶层600的两个表面上顺序地形成。
根据另一个示例性实施方案，本发明的反射型液晶装置可具有包括基板层401a以及在基板层401a上形成的宾-主液晶层600和四分之一波片700的结构，如图3所示。在这种情况下，反射型液晶装置还可具有包括一对取向膜500和一对电极层402的结构，所述一对取向膜500和所述一对电极层402在宾-主液晶层600的两个表面上顺序地形成。
可使用已知材料作为基板层而没有限制。例如，可使用无机膜(例如玻璃膜、晶体硅或非晶硅膜、或石英膜)或塑料膜作为基板层。
另外，可使用光学各向同性的基板层或光学各向异性的基板层如延迟层作为基板层。
根据一个示例性实施方案，本文中可使用的塑料基板层可包含选自以下中的至少一种：三乙酰纤维素、环烯烃共聚物、聚甲基(甲基)丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酯、聚砜和非晶氟树脂，但本发明不限于此。必要时，基板层还可包括由金、银或硅化合物(例如二氧化硅或一氧化硅)形成的涂覆层，或者诸如减反射层的涂覆层。
根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置还可包括被配置成改变宾-主液晶层中包含的液晶化合物的取向的一对电极层。
即，如图2所示，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可包括一对基板层401a和401b之间的宾-主液晶层600，以及在宾-主液晶层600的两个表面上顺序地形成的一对取向膜500和一对电极层402，并且可具有包括四分之一波片700的结构，所述四分之一波片700设置在一对基板层401a和401b的基板层401b的与存在宾-主液晶层600的表面的相反表面上。
电极层可例如包括透明电极。透明电极可例如通过沉积导电聚合物、导电金属、导电纳米线或金属氧化物如氧化铟锡(ITO)来形成。
透明电极中之一可具有为防止外部物体在反射板中被反射的现象而形成的图案。根据一个示例性实施方案，可使透明电极中靠近反射板设置的透明电极中的一者图案化。
电极层的厚度可为例如50μm至200μm。考虑到以下将描述的宾-主液晶层的厚度，可适当地调整电极层的厚度。
在根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置中，液晶层、基板层和电极层的厚度范围可例如被设置为满足以下方程式1。
[方程式1]
0.015<b/a<0.6
在方程式1中，b表示宾-主液晶层的厚度，a表示基板层和电极层的厚度的总和。
由于在根据本发明的一个示例性实施方案的宾-主液晶层中厚度范围被设置为满足方程式1，可克服关于由于视角而导致的质量下降的问题，可提高对比度，并且可实现期望的反射率和透光率。在方程式1中的其他数值范围的情况下，可例如调整基板层和电极层的厚度以及宾-主液晶层的厚度的范围，使得方程式1中的b/a为0.02至0.5或0.04至0.4，但本发明不限于此。
根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置还包括反射板。另外，反射板可设置在四分之一波片的与存在宾-主液晶层的表面的相反表面上。
具体地，当根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置具有包括一对基板层的结构时，这样的反射型液晶装置可包括在宾-主液晶层600的两个表面上顺序地形成的一对取向膜500、一对电极层402和一对基板层401a和401b，如图2所示，并且可具有包括四分之一波片700和反射板300的结构，所述四分之一波片700和所述反射板300顺序地设置在一对基板层401a和401b中的基板层401b的与存在宾-主液晶层600的表面的相反表面上。在这种情况下，基板层401b设置在沿光入射方向的远端位置处。由于这样的结构，可实现期望的反射型液晶装置。
根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可在不施加外部电场的状态下实现常透明模式，如上所述。
在本发明中，术语“常透明模式”指在不施加外部电场的状态下液晶装置的反射率为30％或更大的模式。样品的反射率对于反射板的反射率可例如在D65光源下使用光谱色度计(可商购自Konica Minolta Co.,Ltd.的CM-2500d)测量。
即，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可保持在白色模式，使得在不施加外部电场的状态下反射型液晶装置的反射率为30％或更大。根据另一个示例性实施方案，本发明的反射型液晶装置可保持在白色模式，使得在不施加外部电场的状态下反射型液晶装置的反射率为40％或更大、50％或更大、或者60％或更大。
当向根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置中包括的电极层施加外部电场时，可改变宾-主液晶层中包含的液晶化合物的取向，并因此液晶装置的反射率可变化。
根据一个示例性实施方案，本发明的反射型液晶装置可满足以下方程式2。
[方程式2]
A-B>40％
在方程式2中，A表示在不施加外部电场的状态下的反射率，B表示在施加外部电场的状态下的反射率。
即，取决于是否施加外部电场，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可具有超过约40％的反射率差。根据另一个示例性实施方案，反射率差可大于41％、大于42％、大于43％、大于44％、或大于45％。
因此，取决于是否施加外部电场，反射型液晶装置可在白色模式与黑色模式之间切换。
根据一个示例性实施方案，本发明的反射型液晶装置可在施加外部电场的状态下保持在黑色模式。
在本发明中，术语“黑色模式”是指液晶装置的反射率小于30％的模式。
根据一个示例性实施方案，反射型液晶装置可保持在黑色模式，使得在施加外部电场的状态下反射型液晶装置的反射率为25％或更小。根据另一个示例性实施方案，反射型液晶装置可保持在黑色模式，使得在施加外部电场的状态下反射型液晶装置的反射率为20％或更小、15％或更小、14％或更小、或者13％或更小。
由于液晶层中的沿一个方向取向有序的液晶化合物的取向，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可以实现透明模式，使得即使在施加外部电场时实现黑色模式的情况下反射型液晶装置也具有低雾度值。
根据一个示例性实施方案，本发明的反射型液晶装置可在施加外部电场的状态下保持在透明模式。
在本发明中，术语“透明模式”是指其雾度小于10％的液晶装置的状态。即，反射型液晶装置可保持在透明模式，使得反射型液晶装置的雾度值小于10％。
即，在施加外部电场的状态下，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可同时实现使得反射型液晶装置的反射率小于30％的黑色模式和使得反射型液晶装置的雾度值小于10％的透明模式。因此，在施加外部电场的状态下，由于液晶层中的沿一个方向取向有序的液晶化合物，根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置可同时以黑色模式和透明模式驱动。
在下文中，将描述包括反射板的液晶装置的工作原理。
使根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置的宾-主液晶层600中的液晶化合物601垂直取向成预倾斜，使得液晶层600在不施加电场的情况下具有70°至90°的预倾斜角，并且二色性染料602根据液晶化合物601的取向而取向，如图4所示。在这种情况下，入射到下基板上的光800以非偏振状态穿过垂直取向的液晶层600，并且穿过液晶层600的非偏振光又以非偏振状态穿过四分之一波片700。此后，非偏振光被反射板300反射，并且反射光再次通过四分之一波片700和液晶层600发射。因此，反射型液晶装置可通常实现透明模式。
同时，如图5所示，当施加电场时，液晶层600中的液晶化合物601沿液晶层600取向的方向水平取向成预倾斜，并且二色性染料602根据液晶化合物601的取向而取向。在这种情况下，在入射到下基板上的光800中，平行于二色性染料602的取向方向的光801被吸收，并且垂直于二色性染料602的取向方向的光802穿过液晶层600。穿过液晶层600的线性偏振光经四分之一波片700圆偏振，被反射板300反射，然后以反方向圆偏振。当反向圆偏振的光再次穿过四分之一波片700时，反向圆偏振的光沿平行于二色性染料602的取向方向的方向线性偏振，并因此被二色性染料602吸收。因此，由于不发射入射光，反射型液晶装置可以实现黑色模式。
基于上述工作原理，当将根据本发明的一个示例性实施方案的反射型液晶装置应用于反射型液晶显示装置时，可实现常透明模式。
此外，本发明涉及包括所述反射型液晶装置的镜。所述镜可用作可以用汽车的后视镜或电子防眩目镜(electronic chromic mirror，ECM)代替的侧视镜，但本发明不限于此。
有益效果
本发明可以提供一种处于常透明模式的反射型液晶装置及其用途，在所述反射型液晶装置中在不施加外部电场的状态下实现白色模式。
另外，本发明可以提供一种在施加外部电场时能够切换到黑色模式中的优异光阻挡特性的反射型液晶装置及其用途。
此外，本发明可以提供一种即使在施加外部电场以实现黑色模式时也不具有雾度特性的反射型液晶装置及其用途。
附图说明
图1是示出了常规反射型液晶装置的示意图；
图2和图3是示出了根据本发明的一个示例性实施方案的液晶装置的示意图；以及
图4和图5是示出了根据本发明的一个示例性实施方案的液晶装置的工作原理的示意图。
[附图标记说明]
100：偏光板
200：液晶单元
300：反射板
401a、401b：基板层
402：电极层
500：取向膜
600：宾-主液晶层
700：四分之一波片
800：入射到下基板上的光
801：平行于二色性染料的取向方向的光
802：垂直于二色性染料的取向方向的光
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明的示例性实施方案。然而，本发明不限于以下公开的实施方案，并且可以以多种形式实施。描述以下实施方案以使本领域普通技术人员能够实现和实践本发明。
实施例1：反射型液晶装置(A1)的制造
在其上沉积有氧化铟锡(ITO)透明电极层的一对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上形成预倾斜角为86°的预倾斜垂直取向膜，然后用用于形成宾-主液晶层的组合物(包含以100:1的重量比的液晶化合物(可商购自HCCH的HCM009)和各向异性染料(可商购自BASF的X12))涂覆以形成宾-主液晶层。此后，在PET膜的在其上未形成透明电极层的表面上形成四分之一波片，所述四分之一波片具有在施加外部电场时相对于水平取向的液晶层中的液晶化合物的光轴以约45°的角度形成的光轴，并且在四分之一波片的与存在宾-主液晶层的表面的相反表面上另外设置反射板，由此制造具有如图2所示相同结构的反射型液晶装置(A1)。
实施例2：反射型液晶装置(A2)的制造
以与实施例1相同的方式制造反射型液晶装置(A2)，不同之处在于使用宾-主液晶组合物(包含以100:0.7的重量比的液晶化合物(可商购自HCCH的HCM009)和各向异性染料(可商购自BASF的X12))形成宾-主液晶层。
实施例3：反射型液晶装置(A3)的制造
以与实施例1相同的方式制造反射型液晶装置(A3)，不同之处在于仅使用一个PET膜制造具有如图3所示相同结构的反射型液晶装置。
比较例1：不包括四分之一波片的反射型液晶装置(B1)
以与实施例1相同的方式制造反射型液晶装置(B1)，不同之处在于制造具有在如图2所示的结构中不存在四分之一波片的结构的反射型液晶装置。
比较例2：包括角度调整的四分之一波片的反射型液晶装置(B2)
以与实施例1相同的方式制造反射型液晶装置(B2)，不同之处在于形成这样的四分之一波片：其具有在施加外部电场时相对于水平取向的液晶层中的液晶化合物的光轴以约20°的角度形成的光轴。
实验例：反射率的测量
在不施加电场和施加电场时测量实施例和比较例中制造的液晶装置的反射率。
具体地，使用光谱色度计(可商购自Konica Minolta Co.,Ltd.的CM-2500d)在D65光源下测量在不施加电场和施加电场时与反射板的反射率相比的实施例和比较例中制造的液晶装置的反射率，然后转换成百分比。在这种情况下，所施加的外部电场为30V。
表1
Figure BDA0001419326580000181

Claims (9)

1.一种反射型液晶装置，包括：
第一基板层；
设置在所述第一基板层下方的第一电极层；
设置在所述第一电极层下方的第一预倾斜垂直取向膜；
包含液晶化合物和二色性染料的宾-主液晶层，所述宾-主液晶层设置在所述第一预倾斜垂直取向膜下方；
设置在所述宾-主液晶层下方的第二预倾斜垂直取向膜；
设置在所述第二预倾斜垂直取向膜下方的第二电极层；
设置在所述第二电极层下方的第二基板层；
设置在所述第二基板层下方的四分之一波片；和
设置在所述四分之一波片下方的反射板，
其中所述宾-主液晶层中的所述液晶化合物的预倾斜角在不施加外部电场的状态下通过所述预倾斜垂直取向膜控制为75°至88°，以及其中当施加外部电场时，所述四分之一波片的光轴与所述宾-主液晶层中包含的所述液晶化合物的光轴形成40°至50°的角度，
其中所述宾-主液晶层、所述基板层和所述电极层的厚度满足以下方程式1，以及所述反射型液晶装置满足以下方程式2：
[方程式1]
0.015<b/a<0.6
其中b为所述宾-主液晶层的厚度，以及a为所述基板层和所述电极层的厚度的总和，
[方程式2]
A-B>40％
其中A为在不施加所述外部电场的状态下的反射率，以及B为在施加所述外部电场的状态下的反射率。
2.根据权利要求1所述的反射型液晶装置，其中所述液晶化合物为N型向列型液晶化合物。
3.根据权利要求1所述的反射型液晶装置，其中相对于100重量份的所述液晶化合物，所述宾-主液晶层包含量为0.3重量份至3重量份的所述二色性染料。
4.根据权利要求1所述的反射型液晶装置，其中所述宾-主液晶层的厚度为3μm至30μm。
5.根据权利要求1所述的反射型液晶装置，其中所述预倾斜垂直取向膜为摩擦取向膜或光学取向膜。
6.根据权利要求1所述的反射型液晶装置，其在不施加所述外部电场的状态下保持在透射模式，使得所述反射型液晶装置的反射率为30％或更大。
7.根据权利要求1所述的反射型液晶装置，其在施加所述外部电场的状态下保持在阻挡模式，使得所述反射型液晶装置的反射率小于30％。
8.根据权利要求1所述的反射型液晶装置，其在施加所述外部电场的状态下实现透明模式，使得所述反射型液晶装置的雾度小于10％。
9.一种镜，包括权利要求1中限定的所述反射型液晶装置。
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