CN1914659A - 具有聚合物液晶层的机械快门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括具有经聚合液晶层的快门元件的机械快门(601)。该经聚合的液晶是各向异性取向的。在一个主表面上的取向是各向异性的。在向相对的主表面移动的过程中取向发生变化，该变化使得在从主表面向相对表面移动过程中热膨胀系数发生变化。当暴露到非机械方式(例如热)时，该快门元件移动。当例如使用展曲或者扭曲的向列取向时，该元件响应非机械方式而弯曲和伸直。在元件上和承载基片上可以任选地形成电极(604、605、606)，使得该元件通过施加在电极之间的电场由于所产生的静电力而可控制。本发明还提供了使用原位聚合来生产这些机械快门的方法。

Description

具有聚合物液晶层的机械快门

本发明涉及一种机械快门，包括这种快门的显示器元件和生产这种快门的方法。

微型机械热结构是例如由US4235522早就已知的。该文中描述的技术是基于根据下面工序生产的卷起设备。将具有厚度约为1-5μm的聚酯薄膜用薄的铝涂层涂覆。这种经涂覆的薄膜是可商购获得的，用作电容器薄膜。该薄膜经拉伸和以条状图案局部粘合到基片上，而该基片进而配备了透明ITO对电极。随后，通过激光切割，将经图案化的卷曲挡板切割成所需的形状。由于薄膜中的机械应力，薄膜的独立部分(口盖)从基片断裂松开，其可能在额外的机械应力和/或加热步骤协助下进行，并在切割期间卷起。每一元件作为快门运行，通过在电极结构(在口盖上的铝电极和在基片上的ITO电极)上施加电场是可控的。电场引发在各口盖中的静电力，因此口盖从卷曲状态展开到伸直状态，由此阻挡原来透过的光。

尽管这提供了制备微型机械快门的精巧方法，但是该方法具有一些缺点：

-激光切割工序仍局限于相对大的结构，由于受到激光切割工艺的分辨率限制，通常为具有20μm或更大的开口线的100μm或者更大的结构。这使得难于微型化，如果说不是不可能的话。

-用金属镜面涂覆的超薄聚酯薄膜的层压工艺是困难的。由于该薄膜非常小的厚度，该薄膜难于处理，特别难于将该薄膜没有干扰地均匀铺展到长的距离。这还限制了为了所需的特定功能而选择最优的薄膜厚度的自由，薄膜越薄，操作难度越大。

-在挡板打开和关闭的方向上不受控制。它们全部向同一方向运动而不可能存在向不同方向运动的选择，没有切割塑料膜和将它们局部安装使它们各自的取向轴在不同方向上。

因此，需要一种改进的机械快门以调制光束，该方法克服了上述的问题和由此提供了可以以不同设计容易地生产的机械快门。

为了该目的，本发明描述了对温差和/或静电力产生响应的机械快门。

这样，根据本发明的一个方面，具有由快门元件控制光路的机械快门，其中：

-所述快门元件包括取向的经聚合液晶层，该经聚合的液晶在靠近层的至少一个主表面各向异性地取向，而在从所述至少一个主表面向与该至少一个主表面相对的主表面移动时，显示出取向和/或浓度的变化；

-所述变化使得沿着快门元件侧向延伸的热膨胀系数是垂直于所述侧向延伸的所述快门元件深度的函数；

-使得，在第一温度下，所述快门元件基本上平坦并因此关闭所述光路，而在第二温度下，所述快门元件弯曲并因此开放所述光路。

这种光快门提供了优异的快门性能，并易于生产。该快门元件可以通过聚合取向状态的可聚合的液晶(例如液晶单体)来制备。

该机械快门可以具有任何尺寸。例如，该层可以具有约1cm²至约1m²大小的表面积，但是其可以更小，例如约10mm²至约10,000mm²或者更小，例如约10μm²至约10,000μm²，在后者的情况下，该机械快门也被称为微型机械快门。

在层中液晶单体的平均取向可以在聚合之前通过下面的方式受控，即通过聚合期间的外部取向层和/或通过向液晶混合物添加表面活性剂以带来取向和/或浓度上的变化。

在聚合期间，可聚合液晶的取向被固定于聚合物层。

通常而言，在快门元件中对于特定的侧向而言，展示导致作为深度函数的热膨胀系数的取向和/或浓度变化就足够了。例如，快门元件可以基本上为矩形，其优选沿着外边缘之一悬挂于底座基片(或者类似物)上。在这种情况下，垂直于悬挂边缘的侧向，具有与深度相关的热膨胀系数就足够了。

经聚合的液晶层实际上可以跨越各具有独立取向的两个或者更多层的层压体。

但是，根据一个有利的实施方案，所述快门元件包括经聚合的液晶层，其中变化是连续的，使得沿着快门元件的侧向延伸的热膨胀系数是在所述快门元件中垂直于所述侧向延伸的深度的连续函数。

由于其容易生产，这是有利的。液晶混合物的任何附加层将要求附加的沉积步骤。

经聚合液晶层的热响应的基础在于液晶分子在沿着它们的长轴与沿着垂直于这些轴的方向相比具有不同的热膨胀系数。因此，热响应将取决于分子的平均取向。

存在许多方法来引起取向和/或浓度的差异。在这方面参见题为“Flexible foil moveable by non-mechanical means”的与本申请同日提交的申请。

具体而言，根据一个实施方案，经聚合的液晶具有扭曲的向列取向。扭曲优选为90°，由此在层的至少一个主表面上的各向异性取向垂直于在相对面上的各向异性取向，而中间的分子在两个垂直的极端取向之间逐步改变取向。

根据另一实施方案，所述经聚合的液晶具有展曲取向。在这种情况下，在层的至少一个主表面上的各向异性取向平行于该层而在相对面上的各向异性取向垂直于该层(即在相对面处分子取向是垂直的)。

含有这种经聚合的液晶取向的层可以通过在平面状基片上聚合例如由旋涂作为薄膜施加的可聚合液晶来制备。在这种情况下，所述混合物优选溶解于随后被蒸发的溶剂中。

基片可以带有经摩擦的取向层。那么，接触取向层的分子将平行于取向层的摩擦方向取向。取向层可由聚酰亚胺制备。可以购得聚酰亚胺溶液，例如来自JSR的AL3046。其可以例如通过旋涂作为薄膜施加到基片上，随后在200℃下烘烤，由此去除溶剂。随后该层可以用聚酯织物单向摩擦。然而，在取向层中可以使用摩擦的聚乙烯醇作为聚酰亚胺的替代品。使用聚乙烯醇的优点在于其在施加和固化液晶混合物后可以溶解于水中。经聚合的层由此可以无需任何力基本上从基片上去除，同时保持分子取向。

经聚合的液晶通常在电磁光谱的可见部分中透明和除非其由例如利用经聚合液晶的双折射性质的偏置片制备，该液晶本身将不能提供快门元件的光闭合性质。然而，更为方便的是将少量染料溶解于液晶单体混合物中，使得其吸收可见光。这样，根据一个实施方案，所述液晶混合物包括吸光染料。覆盖大部分可见光谱并良好地溶解在单体混合物中的合适染料是下面的偶氮染料，该染料通常以约2wt.％的浓度施加。

用于阻挡可见光的另一优选方法是用独立的光阻隔层涂覆经聚合的液晶膜。这样，根据一个实施方案，所述快门元件还包括与经聚合的液晶层独立的光阻隔层。该层可以是具有吸收(有色或者黑色)或者散射(不透明)性质的有机层。但是在优选实施方案中，其为例如铝的光反射金属层。该光阻隔层优选以薄到不足以影响薄膜的机械性能(即弯曲性能)的厚度施加。在排列快门元件使得一侧面对基片的情况下，独立的光阻隔层优选配备在快门元件的相对侧。

所述快门元件可以通过热变化来控制。这在下面的应用中是有利的，例如期望对环境温度变化作出响应的自动光快门的情况。但是，例如响应电子控制单元，使用热信号来任意控制快门元件存在一点困难。在具有大量应当分别控制并因此各自要求独立的可控制的热源的快门元件的光快门的情况下尤其如此。

为了该目的，根据一个实施方案，微型机械快门还包括悬挂快门元件的底座基片，提供在横跨所述光路的底座基片上的透明基极电极，和提供在所述快门元件上的快门电极。由此，快门元件可以通过在所述电极之间的静电力控制。这事实上是有利的实施方案，因为其使得快门能够通过施加在各电极上的电压所导致的电力直接控制。透明的基极电极可以例如由氧化铟锡来制备。

当然，在快门元件是通过静电力可控制的情况下，热膨胀系数对于操作而言实际上重要性很低。取而代之的是快门元件的挠曲抗性(挠性)支配了对静电力的响应。

在快门元件配备有独立的光阻隔层的情况下，优选引入快门电极。这样，根据一个实施方案，光阻隔层和快门电极由单一的光阻隔和导电材料制备。由此生产得以简化。该材料可以例如是铝，其在这种情况下可以被溅射到快门元件上。

如上所述，光快门可能仅包括一个快门元件。但是，许多应用要求大于使用单个快门元件可能实现的面积的总孔面积。此外，经常希望能够动态地控制总孔面积的不同区域，例如在每个快门元件可以用于限定和控制独立的图像元件(像素)的显示器应用。因此，根据一个实施方案，光快门包括通过独立的电极可各自控制的快门元件阵列。

当然，即使快门元件没有配备电极，也可以提供快门元件的阵列。

取向可以在整个快门元件中相同，使得在整个快门元件中热膨胀系数以同样的方式取决于深度。在这种情况下，快门元件通常可以在弯曲的U形状状态和伸直的基本平坦状态之间可控。

但是，根据一个实施方案，经聚合液晶层包括第一和第二个空间上分隔的部分，其中变化彼此不同。

例如，具有在其一部分随深度增加而在另一部分随深度降低的热膨胀系数的快门元件通常将以S形状方式弯曲。这样，通过合适的选择快门元件的不同部分的取向，可以提供响应温度变化而以不同方式弯曲的元件。

微型机械快门可以用于许多用途。根据本发明的一个方面，提供了包括微型机械快门的显示器元件。显示器元件优选包括多个快门元件，每个限定了独立的像素。在显示器应用中，特别有利的是提供安装有如上所述的单独电极的快门元件阵列。

根据一个实施方案，每个快门元件是不透明的，显示器还包括配备在各光路上的滤色片元件。这种构造可以用于反射或者透射显示器。在显示器是透射的情况下，滤色片优选是对于特定颜色是透射性的而吸收剩余的颜色。当快门元件打开时，对应的像素将发出来自背光的有色光，当快门元件关闭时，对应的像素将是黑色的。在显示器是反射性的情况下，滤光片优选对于特定颜色具有反射性并吸收剩余的颜色。

根据一个实施方案，快门元件是对于特定颜色的光具有反射性，在光路上配备有基本上为黑色的光吸收表面。这种构造对于反射性显示器特别有利，其中像素在快门元件关闭(伸直)的情况下是有色的而在快门元件打开时为黑色。

除了在光快门本身的这些优点，所述光快门还可以使用常规的生产设备和方法简单的生产。可聚合液晶层可以例如通过旋涂、刮刀涂覆或者狭缝模头挤出涂覆机形成，电极层可以例如通过蒸发或者溅射涂覆而形成。混合物的光引发聚合使得能够通过掩模平版印刷曝光，得到掩模的负像图案，因为被照射的部分将聚合并变成固体和不溶的，而未经照射的部分保持未聚合和可溶于常规有机溶剂(例如甲乙酮、二甲苯或者四氢呋喃)中。然而，不同于光聚合的方法也可以用于原位聚合中。

这样，根据本发明的另一方面，提供了生产微型机械快门的方法，该方法包括：

-在基片上施加取向层；

-在所述取向层上施加可聚合液晶层；

-使所述可聚合液晶取向和聚合，由此限定包括取向的经聚合液晶层的至少一个快门元件；

-去除任何多余的可聚合液晶。

所述生产方法包括在所述基片上和所述电极层上施加取向层的步骤。该取向层可以例如由聚酰亚胺制备，该层是卷曲的，随后用聚酯织物摩擦。随后将可聚合液晶层施加到所述取向层上，所述可聚合液晶被取向和聚合，由此限定至少一个快门元件。聚合可以通过穿过掩模的紫外光选择性曝光的光聚合进行，在聚合物中产生掩模的负像。最后，去除任何多余的可聚合液晶(例如在掩模的不透明区域之下)。

在层在高温下聚合的情况下，那么优选高于该经聚合液晶的玻璃态转化温度，经聚合的层在高温下将或多或少为平坦的(即伸直和不卷曲的)。但是，当薄膜冷却到室温时，该薄膜往往形成应力，因为在沿着侧向测定时，薄膜的顶部具有比薄膜底部高的热膨胀系数。只要该薄膜粘合到基片上，则其保持平坦。但是，一旦薄膜从其基片松开，该力将使薄膜变成卷曲构型。

在机械快门包括电极的情况下，生产工艺还可以包括在施加液晶混合物之前在基片上提供透明电极层的步骤。电极可以例如由氧化铟锡(ITO)制成，其可以通过常规的平版印刷工序图案化，包括施加光刻胶材料的薄膜、将其曝光到通过掩模的光化辐照下改变ITO的溶解性，显影光刻胶和在蚀刻液中局部溶解透明电极，从而获得电极图案。然后生产方法还包括在快门元件上施加导电材料层的步骤，由此限定快门电极。快门电极可以例如由铝制成，施加快门电极的步骤可以涉及在快门元件溅射铝。

根据一个实施方案，聚合步骤涉及通过掩模的光聚合，优选在通过在高于120℃的温度下至少30分钟退火所述液晶混合物之前进行。

在期望展曲取向的情况下，液晶混合物可以含有表面活性剂，这往往通过将分子长轴取向为垂直于任何空气界面的表面(即以垂直取向)而使自由能最小化。在基片上这样的表面活性剂和经摩擦的取向层的结合实际上将使得分子本身取向到展曲构型(在基片平行而在相对的空气界面垂直)。

这样，根据一个实施方案，可聚合的液晶包括在与空气接触时促进可聚合液晶单体的垂直取向的表面活性剂，和其中聚合步骤在将可聚合液晶层暴露于空气的同时进行。

备选地，垂直的分子取向可以通过靠着用表面活性剂改性的第二临时基片聚合单体而获得。在这种情况下，所述混合物不需要含有任何溶剂，而是可以通过填充在一侧由用取向层涂覆的(永久)基片而在另一侧由用表面活性剂改性的临时基片限定的槽进行施加，该表面活性剂引发垂直的分子取向，例如十八烷基三甲氧基硅烷。填充优选在高温(例如80℃)下和在自然产生的毛细管力的作用下进行。

这样，根据一个实施方案，该方法还包括提供与所述可聚合液晶接触的第二临时基片的步骤，该第二临时基片在所述可聚合液晶引发所需的取向，其中聚合可聚合液晶的步骤在所述第二临时基片与所述可聚合液晶接触的同时进行。

然而，即使在期望扭曲的向列取向的情况下，熔融液晶混合物可以毛细地填充到类似上述的基片之间。在这种情况下，两个基片(永久基片和临时基片)应当配备有具有彼此垂直的摩擦方向的经摩擦取向层。靠近各自界面的液晶分子的取向顺着各自经摩擦取向层的方向。中间的平均分子取向由第一取向向垂直于第一取向的第二取向连续地改变。为了防止形成具有不同的扭曲旋转的螺旋性的畴，可以向系统添加极少量(例如0.1wt.％)的手性掺杂剂，然后将控制旋转的方向。合适的手性掺杂剂可以名称S811(Merck，Darmstadt，德国)商购获得，该手性掺杂剂将引发旋转的左手螺旋性：

在下文中，将参照所附的示例性附图对本发明进行更详细地描述。

在附图中：

图1以横截面图示意性阐述了本发明的快门元件中的经聚合液晶的取向。

图2示意性阐述了本发明的另一快门元件的经聚合液晶的取向。

图3示意性阐述了具有扭曲向列取向的元件中的弯曲。

图4示意性阐述了具有展曲向列取向的元件的弯曲。

图5阐述了用于生产本发明的机械快门的生产步骤。

图6阐述了在电场作用下快门的机械变形(打开和闭合)。

图7是显示响应施加到包括具有快门元件的矩阵的本发明的机械快门的不同电压的透射率的曲线。

图8阐述了用于包括快门元件的矩阵的机械快门的驱动方案。

图9阐述了本发明的显示器元件的横截面。

所述机械响应源自特定的分子取向。该分子可以例如具有展曲的取向，如在图1中所示。这样，图1阐述了经聚合的液晶层100，其具有顶层的主表面101和底部主表面102。对底表面呈闭合的经聚合液晶112各向异性地取向，该取向基本上平行于底表面102。对顶表面呈闭合的液晶分子同样各向异性地取向，但是基本上垂直于顶表面101。中间的液晶分子110具有从几乎平行到几乎垂直的逐渐倾斜取向，由此提供在取向上的连续变化。

在经聚合液晶中的热膨胀系数取决于其中所含的经聚合液晶单元的取向。垂直于这种液晶单元轴的热膨胀系数通常高于沿着该分子轴的热膨胀系数。然而，对于盘状(discotic)液晶而言，通常其相反论断为真。但是，假定沿着轴向的热膨胀系数较低，那么在图1中阐述的层在加热时将在底表面102处收缩而在顶表面101处膨胀(如箭头所示方向)，其净结果为在加热时向下弯曲而冷却时向上弯曲。

图2阐述了一种可供替换的设计，其中在层200中一个区域的分子取向与另一区域的分子取向不同。这样，在第一区域201，液晶分子具有平行于底部并垂直于顶部的第一取向。然而，在第二部分202分子取向颠倒过来，使得在顶端处为平行取向而底端处为垂直取向。当加热(或者冷却时)这样的层时，其如箭头所阐述的弯曲成S形。

备选地，可以使用扭曲向列分子取向。在这种情况下，分子优选具有90°的扭曲。这种取向将导致对温度变化的类似响应。展曲和扭曲构型都将提供线性热膨胀的差值。在扭曲构型中，在薄膜顶部和底部两个方向上存在线性热膨胀的差值，因为在两侧都具有液晶取向的各向异性。这导致如图3阐述的在顶部和底部的相反弯曲。然而，扭曲的取向导致几何上不允许的情况，因此所形成的弯曲有些不规则。仅在高长宽比的样品的情况下，即长度(l)大大于宽度(w)(通常在l/w大于5时)，样品将以受控的方式弯曲。

因此，对于许多应用而言，展曲取向是优选的。在热膨胀上的差别然后仅以一个方向来展示其自身，而层的顶表面和底表面在相反方向上具有相等的热膨胀。这导致图4中阐述的弯曲情况。

换而言之，对于扭曲构型：

而对于展曲构型：

因此，这些方程组使得展曲构型以多个可控的方式弯曲。

含有快门矩阵的机械快门可以使用如图5所阐述的下列生产步骤而生产。

步骤1

向玻璃基片501提供氧化铟锡(ITO)的条型图案502。为了该目的，用光刻胶覆盖ITO涂覆的玻璃板并通过掩模照射。然后该ITO进行蚀刻并剥离光刻胶。在对于之后的特定用途而言不需要电极的情况下，这一步骤当然可以省略。

步骤2

ITO图案以图案化的方式用可去除取向层503的结构涂覆。平版印刷合适的聚乙烯醇，随后以平行于ITO条502的方向摩擦。

然而，聚乙烯基肉桂酸酯可以用作取向层的备选物。可施加该材料并用通过负像掩模的偏振UV光局部交联。以这种方式可以提供各种局部取向的图案。未经照射的区域可以通过溶剂冲洗掉。曝光区域可以使液晶分子以垂直于偏振光的E向量的方向取向。

步骤3

来自步骤2的复合体用可聚合液晶层504覆盖，例如通过旋涂覆盖。在取向层的位置，可聚合的液晶平行于取向层界面对准，由此获得平面取向。在单体-空气界面处，经聚合的液晶是以垂直于界面取向，如图1中示意性示出，形成了垂直的取向。旋涂可以由使用二甲苯作为溶剂的40重量％的单体溶液进行。700rpm的旋涂步骤在溶剂蒸发后产生了3.2μm厚的薄膜。合适的可聚合液晶包括例如下列组分：

液晶单体1

液晶单体2

液晶单体3

LC单体1∶LC单体2∶LC单体3的比率优选为6∶2∶2(重量/重量/重量)。在聚合方面为了增强对紫外光的敏感性，以2wt％的量添加光引发剂。合适的光引发剂是由Ciba Geigy市售的Irgacure 651。该可聚合的液晶可以在基片的经磨擦聚酰亚胺取向层上熔融。备选地，经聚合的液晶可以从溶液涂覆在基片上。为了该目的，可以将混合物溶于例如二甲苯中。为了旋涂该溶液，单体浓度优选为约40wt％。在蒸发二甲苯后，薄膜的典型厚度为约4μm。可聚合的液晶在靠近取向层以平面方式对准，分子长轴的平均取向平行于取向层的摩擦方向。在液晶层的相对侧(通常与空气相接的表面)处的长轴取向平均垂直于该表面。在薄膜的横截面上分子的平均取向由平面连续改变为垂直(即分子具有展曲取向)。

或者促进垂直取向(即取向的分子的平均方向垂直于表面)或者促进平面取向(即取向的分子的平均方向平行于表面)可以被添加到可聚合液晶上，从而促进期望的分子取向。表面活性剂优选是反应性的，由此与液晶单体共聚。同样有利的是表面活性剂本身是液晶，这样它们有助于整个液晶结构。已知用来促进垂直取向的反应性和液晶的表面活性剂的实例是在一端含有氰基而在另一端含有用可聚合基团(例如丙烯酸酯)改性的亚烷基的液晶单体。这种表面活性剂的一个实例实际上是上述的“液晶单体2”。另一实例是

步骤4

可聚合液晶在高温下在扭曲或者展曲状态退火一段时间，以去除排列的不完整性。随后取向的可聚合液晶在高温(例如100℃下)由通过负像掩模的UV曝光(例如365nm)从而光聚合。掩模阻隔了在电极导线之间的区域阻，在与之垂直的需要彼此分隔开的开关薄膜元件505处的区域阻隔紫外光。在聚合后，未经反应的可聚合液晶通过溶于THF(四氢呋喃)而去除。

所述取向可以通过测定可聚合层的光学阻滞并将其与处于平面方式的分子的折射率已知值相比较而进行检验。

步骤5

在后续的步骤中，聚乙烯醇取向层通过溶于水中去除。该工艺通过向水中添加少量的(10体积％)的醇来辅助进行。当聚乙烯醇溶解时，通过取向卷曲(卷起)的独立膜形成元件505，这有助于避免由于毛细管力在其他情况下可发生的对下面基片的粘附。因为毛细管粘附经常发生并且是难于修复的现象，这是一个巨大的优点。

口盖的卷曲还有助于聚乙烯醇层(其作为牺牲层)的快速去除。这是因为，一旦发生卷曲，与原先将通过非常窄的毛细管进行的去除相比，将存在相对大量的溶剂(水)体积与聚合物接触。

然而，如果需要进行进一步加工，弯曲形状通常是不合适的。例如，施加附加层优选在平坦状态下进行。为了实现该目的，需要再次在高温下加热该元件，通常该温度为它们初始聚合的温度或者至少接近该温度。

步骤6

在希望有快门电极的情况下，后续步骤可能涉及在元件505上蒸镀金属薄膜506(例如铝)。该样品然后被加热到聚合温度(例如100℃)，由此使独立元件505(口盖)伸直。通过在足够的距离从源蒸发(平行蒸发束)，不仅口盖被金属镜面覆盖，而且还覆盖在口盖给基片留出开口的位置处的下面的基片。这样的优点在于在元件处于闭合状态时，在口盖之间的非接触开口将不会对光透射开放，而是光将被基片上的金属条阻隔，从而提高光快门的对比。

静电力可以用于开关各种元件。对此，在口盖上的ITO导线和铝导线可以分别形成行和列电极，连接到电路中。图6阐述了仅具有一个光路601的机械快门，其被悬挂在基片上的两个快门元件部分602、603覆盖。快门元件部分各具有铝电极604、605，铝电极为电互连的，因此形成了单个电极元件，和该基片被透明电极606覆盖。在快门元件是这样的快门元件的情况下，即该快门元件在室温下卷曲，光路将被打开。然而，在将电压(例如60V)施加于电极上的情况下，快门元件将伸直并由此关闭光路。

在光从后面透射时单个元件的典型光电响应曲线示于图7中。材料对行和列电势之间的电压差的绝对值产生响应。如图7中可以看出，存在某一临界电压，低于该临界电压时该快门基本上是透明(约68％的透射率)的，从而背光的光输出高。临界电压取决于薄膜材料并因此取决于经聚合液晶的静电性质。例如，在此交联剂的用量是重要的。在这一特定情况下，临界电压约为30V。

临界电压可以用于选择行，如同在传统的被动阵列寻址中进行的一样。图8阐述了一个可能的被动寻址程序。根据该程序，在列信号为-30V至+30V(-30V为打开状态而+30V为关闭状态)，列选择电压为60V。如果列未被选定，那么像素偏压最大为30V(其低于临界电压)，而选定列可以在30V-90V变化。

快门元件还可以分别用于在打开状态下使得下面的信息可见而在关闭状态下隐藏之。实际上，由此微观机械快门可作为显示器元件操作。在最简单的构型中，快门元件的表面包括在快门关闭状态下提供高反射表面的反射层(例如铝的薄层)，所述光路配备有在快门打开时提供有色状态的滤色片。铝层当然可以既作为反射性表面又作为快门元件而操作。此外，铝层可以为漫反射而不是镜面反射，以在快门元件关闭时赋予该表面类似纸张的外观。图9阐述了显示器元件900的可能构型，该显示器元件包括三种次级像素；设置在基片901上的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)次级像素。每种次级像素因此包括透明电极902、滤色片903、快门元件904(经聚合液晶层)和反射电极905。当不同颜色的滤光片(例如红色、绿色和蓝色)用于同一显示器中的不同快门元件(次级像素)时，通过以像素化(pixilated)的方式打开和关闭开关元件(次级像素)形成。

根据另一构型，快门元件通过反射性层覆盖，该反射性层进而用滤光片覆盖。

还有一种备选的提供彩色显示器的方式在于将滤色片施加到基片上并使得开关元件吸收光(即黑色)。当这样的显示器用于透射性显示器时，在光路中可以提供黄色、洋红和青色滤光片，从而提供不同色彩的次级像素。然而，当这样的显示器用于反射性显示器时，可以使用红色、绿色和蓝色滤色片。滤色片可以设置在漫反射镜面上以提供明亮的图像和良好的视角。

换而言之，本发明涉及机械的，特别是微型机械快门601，其包括由经聚合液晶形成的元件602、603。经聚合的液晶各向异性地取向并横贯层具有取向和/或浓度变化，使得该层能够响应非机械方式(例如加热或者电磁辐照)而动作。通过适合地选择取向(例如展曲或者扭曲的向列取向)，该微型元件响应非机械方式发生弯曲和伸直。电极604、605、606可以任选地在元件上和承载基片上形成，使得该元件通过施加在电极之间的电场由于所产生的静电力而可控。本发明还提供了使用原位聚合来生产这些机械快门的方法。

Claims (20)

1.一种具有通过快门元件可控光路的机械快门，其中：

-所述快门元件包括取向的经聚合液晶层，该经聚合的液晶在靠近层的至少一个主表面为各向异性取向，并且在从所述至少一个主表面向与该至少一个主表面相对的主表面移动时，显示出取向和/或浓度的变化；

-所述变化使得沿着快门元件侧向延伸的热膨胀系数是垂直于所述侧向延伸的所述快门元件的深度的函数；

-使得，在第一温度下，所述快门元件基本上平坦并因此关闭所述光路，而在第二温度下，所述快门元件弯曲并因此开放所述光路。

2.权利要求1的机械快门，其中所述快门元件包括经聚合液晶层，其中所述变化是连续的，使得沿着快门元件的侧向延伸的热膨胀系数是垂直于所述侧向延伸的所述快门元件的深度的连续函数。

3.权利要求1的机械快门，其中所述经聚合的液晶具有展曲的取向。

4.权利要求1的机械快门，其中所述经聚合的液晶具有扭曲的向列取向。

5.权利要求1的机械快门，其中所述经聚合的液晶包括吸光的二色性染料。

6.权利要求1的机械快门，其中所述快门元件还包括设置在经聚合液晶层上的光阻隔层。

7.权利要求1的机械快门，还包括悬挂所述快门元件的底座基片，横跨所述光路配备在所述底座基片上的透明基极电极，和配备在所述快门元件上的快门电极，使得快门元件可以通过设置在所述电极之间的静电力可控。

8.权利要求6或7的机械快门，其中所述光阻隔层和所述快门电极由单一的光阻隔和导电材料制成。

9.权利要求7的机械快门，其包括分别通过分开的电极可控制的快门元件的阵列。

10.权利要求1的机械快门，其中所述经聚合液晶层包括第一和第二空间分隔的部分，其中变化是彼此不同的。

11.包括根据权利要求7的机械快门的显示器元件。

12.权利要求11的显示器元件，其中所述快门元件是不透明的，并且在所述光路中配备滤光片元件。

13.权利要求11的显示器元件，其中所述快门元件对于某种颜色的光是反射性的，并且在光路中配备了基本黑色的光吸收表面。

14.生产机械快门的方法，包括以下步骤：

-在基片上施加取向层；

-在所述取向层上施加可聚合液晶层；

-使所述可聚合液晶取向和聚合，由此限定包括取向的经聚合液晶层的至少一个快门元件；

-去除任何多余的可聚合液晶。

15.权利要求14的生产机械快门的方法，还包括以下步骤：

-在透明底座基片上提供透明电极；和

-在所述快门元件上施加导电材料层，由此限定快门电极。

16.权利要求15的方法，其中在所述快门元件上施加导电材料层的步骤包括在所述快门元件上溅射铝。

17.权利要求14的方法，其中所述聚合步骤包括光聚合。

18.权利要求17的方法，其中光聚合步骤在通过在高于120℃的温度下至少30分钟退火所述液晶混合物之前进行。

19.权利要求14的方法，其中所述可聚合液晶包括在与空气接触时促进可聚合液晶单体垂直取向的表面活性剂，并且其中聚合步骤在将可聚合液晶暴露到空气的同时进行。

20.权利要求14的方法，还包括提供与所述可聚合液晶接触的第二临时基片的步骤，这诱导了在所述可聚合液晶中的所需取向，其中聚合所述可聚合液晶的所述步骤在所述第二临时基片与所述可聚合液晶接触时进行。

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