JP2016194627A - 高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブを提供する。【解決手段】本発明の高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブは、２つの基板と、それぞれ該２つの基板の間に設けられ、それぞれ各該基板に貼合される２つの透明の電極層と、 中間層であり、該２つの電極層の間に挟み設けられ、該中間層は、複数のギャップと、ネマティック液晶及びアゾベンゼンキラル分子が相互にドープ混合された複数のアゾベンゼンコレステリック液晶と、を含む中間層と、それぞれ各電極層及び中間層の間に塗布される２つの垂直配向膜と、を含み、そのうち、該アゾベンゼンコレステリック液晶の添加によって、異なる周波数の高さの印加電圧を該２つの電極層から注入後に該アゾベンゾコレステリック液晶の透過度を変化させ、且つ該印加電圧を除去した後に散乱状態又は透過状態を安定して維持し、エネルギーの消耗を大幅に減少することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブに関し、特に、透明／散乱型スマートウィンドウ（Transparent/scattering Smart Window）関連分野の技術に応用し、その特徴は、印加電圧の振幅を固定すれば、低周波又は直流電圧の印加により、液晶光バルブの散乱状態を得ることができ、且つ印加電圧をオフにした後も該散乱状態を持続維持することができ、高周波電圧の印加により、液晶光バルブに透過状態を呈させることができ、電圧の印加をオフにした後も透過状態を維持することができる。一方で、選定された周波数が低いほど、散乱状態に切り換えるのに要する電圧振幅が低くなり、選定された周波数が高いほど、透過状態に切り換えるのに要する電圧振幅が低くなることにある。この技術は、エネルギーの消耗を大幅に節減することができ、実用性が極めて良好な発明である。

液晶光バルブ中の液晶が指すのは、液晶であり、液体の流動性及び結晶体の規則的配列性を兼ね備える材料であり、従って、液体結晶体と称される。液晶光バルブは、液晶分子材料が基本要素であり、この白濁の液晶分子を配向処理した２枚のガラス板の間に挟み、現在主流であり、人々の日常生活に関連する液晶光バルブに組み合わせることができ、即ち、液晶表示器の技術に応用される。この固体と液体の間に介する中間体分子は、液体の外力の作用を受け易い流動の特性を有するだけでなく、結晶体特有の光学異方性を有するので、印加電場を利用して液晶の配列状態をその他の指向へ変化させることができ、光線が液晶層を透過する時の光学特性に変化を発生させ、これは、印加する電場を利用して光の変調現象を発生させることであり、液晶の光電効果と称される。この効果を利用して、各式の液晶表示器、例えば、ツイストネマティック液晶表示器、超ツイストネマティック液晶表示器、薄膜トランジスタ液晶表示器等を製造することができる。

また、現在の科学技術の発展により、液晶技術が日増しに成熟し、多種の液晶散乱光バルブ技術の成功した研究があり、ＰＤＬＣ(polymer dispersed liquid crystals、ポリマー分散型液晶)のようであり、その多数は、ＵＶ光又は加熱を利用して液晶及びポリマーに相分離を発生させ、電圧を印加することにより散乱状態及び透過状態の切り換えを得ることができ、一般の散乱型光バルブは、電圧の印加を持続して初めてその光バルブの透過度を切り換えることができ、この方式の供給は、エネルギー上の消費を招き易い。更に、液晶光バルブは、コレステリック液晶であり、それは、電圧の印加を利用して、散乱状態、透過状態、反射状態の間で相互に切り換えるが、その切り換えに必要な電圧が相対して高く、且つ切り換え過程において、透過度が容易に安定度不足の現象を発生し、中華民国専利公告第Ｉ４３９７７３号『反射式液晶表示器及びその製造方法』は、第１基板、第２基板、液晶層、第１配向層、及び第２配向層を含む。第１基板及び第２基板は、相対設置され、液晶層が第１基板及び第２基板の間に設置される。液晶層は、複数の液晶分子を含み、一部の波長の光を反射させ、一部の波長の光透過を透過させることに用いられる。第２配向層は、第１基板の第２基板に向き合う内側に設置され、液晶層を透過した光線を吸収し、液晶分子に対して配向することに用いられる。

上記に列挙する『反射式液晶表示器及びその製造方法』の特徴は、黒色液晶配向層により透過光を吸収し、対比及び色飽和度を向上し、同時に工程を簡易化する目的を達成するが、それが必要な操作の電圧が相対して高くなり、且つ大きな面積の光バルブが透過及び散乱状態の間の切り換えが比較的安定せず、従って、コレステリック液晶は、現在の天窓、自動車のガラス、投影スクリーン等の関連製品の応用に適合しない。

上記状況に鑑み、本発明者は、多くの時間を関連知識の研究に投入し、各項の優劣を比較し、関連製品の研究及び開発を行い、多数回の実験及び試験を経て、上記欠陥を改善し、大衆が必要とする使用に適合する『高いコントラスト双安定散乱型液晶光バルブ』をようやく開発している。

特開２０１１−１８０４８５号公報

本発明の目的は、印加電圧の進入及び除去後に何れも内部に形成される散乱状態又は透過状態を維持することができ、エネルギー上の過度の消耗を減少するとともに、高コントラスト、低操作電圧及び双安定の特性を維持し、周知技術が列挙する欠陥を改善することにある。

本発明の高コントラスト双安定散乱型液晶光バルブは、２つの基板と、前記２つの基板の間に設置され、それぞれ前記基板に貼合される透明な電極層と、前記電極層の間に挟持される中間層であって、該中間層は、複数のギャップと、複数のネマティック液晶及びキラルアゾベンゼン分子と相互にドープ混合されたアゾベンゼンコレステリック液晶と、を含む中間層と、各前記電極層と前記中間層との間に塗布される垂直配向膜と、を含み、そのうち、前記アゾベンゾコレステリック液晶の添加によって、異なる周波数の高さの印加電圧を前記電極層から注入後に前記アゾベンゾコレステリック液晶の透過度を変化させ、且つ前記印加電圧を除去した後に散乱状態又は透過状態を安定して維持し、エネルギーの消耗を大幅に減少することができる。

本発明の更なる技術特徴として、該印加電圧は、低周波電圧を該電極層に電気接続するものである。

本発明の更なる技術特徴として、該印加電圧は、高周波電圧を該電極層に電気接続するものである。

本発明の更なる技術特徴として、該印加電圧は、直流電圧を該電極層に電気接続するものである。

本発明の高コントラスト双安定散乱型液晶光バルブは、印加電圧の進入及び除去後に何れも内部に形成される散乱状態又は透過状態を維持することができ、エネルギー上の過度の消耗を減少するとともに、高コントラスト、低操作電圧及び双安定の特性を維持し、周知技術が列挙する欠陥を改善する。

本発明の断面説明図である。 本発明の低周波数電圧を入力して散乱状態を呈する状態説明図である。 本発明の低周波数電圧を入力した後の顕微鏡における拡大構造説明図である。 本発明の高周波数電圧を入力して透過状態を呈する状態説明図である。 本発明の高周波数電圧を入力した後の顕微鏡における拡大構造説明図である。 本発明の直流電圧を入力して散乱状態を呈する状態説明図である。 本発明の異なる固定周波数で電圧を変化させた時に測定される透過比較分布図である。 本発明の固定電圧を印加して周波数を変化させた時に測定される透過分布図である。

本発明が採用する技術、手段及びその効果について、好適実施例を挙げ、図面を合わせて詳細を説明した後、本発明の上記の目的、構造及び特徴を深く、具体的に理解できると考える。以下に好適実施形態により説明するが、本発明に対して如何なる形式上の制限を加えるものでもなく、図１〜図６に示すように、本発明の高コントラスト双安定散乱型液晶光バルブは、２つの基板１と、それぞれ該２つの基板１の相対する一側に設置され、それぞれ各該基板１に貼合する２つの透明な電極層２と、該２つの電極層２の間に挟持される中間層３であって、該中間層３は、複数のギャップ３１と、複数のネマティック液晶及びキラルアゾベンゼン分子と相互にドープ混合されたアゾベンゼンコレステリック液晶３２と、を含む中間層３と、それぞれ各該電極層２及び該中間層３の間に塗布される２つの垂直配向膜４と、を含み、そのうち、該アゾベンゾコレステリック液晶３２の添加によって、異なる周波数の高さの印加電圧を該２つの電極層から注入後に該アゾベンゾコレステリック液晶の透過度を変化させ、且つ該印加電圧を除去した後に散乱状態又は透過状態を安定して維持し、エネルギーの消耗を大幅に減少することができる。

現在、市場の液晶光バルブにおいて、一般的に内部の材料は、ただ液晶を使用するか、液晶ドープの一般のキラル分子又は重合体を使用するが、その結果は、何れも該電圧印加後に散乱型又は透過型（いわゆる散乱型及び透過型は該分野の周知の技術名詞であり、ここでは、詳細を説明しない）を得ることができるが、印加電圧除去後、液晶光バルブ内部に形成される散乱及び透過状態は、維持できず、外部電圧の供給を持続して初めて散乱及び透過状態に保持することができ、このように、膨大なエネルギー上の損耗をもたらすだけであり、従って、本発明の該中間層３内において、該アゾベンゼンコレステリック液晶３２の注入により、そのうち、キラルドーパント(chiral dopant)は、液晶分子螺子構造の材料を提供し、ネマティック液晶をコレステリック液晶(cholesterics)に変換させることができ、アゾベンゼンキラル分子は、元のキラル分子内にアゼンゼン(Azobenzol)を添加し、アゾベンゼンは、最も簡単な芳香族アゾ化合物であり、多くのアゾ染料の母体構造であり、そのうち、２つのベンゼン基は、それぞれアゾ基-N=N-の両端が互いに接続された構造を含む。

続いて、本発明は、該アゾベンゼンコレステリック液晶３２に含まれるアゾベンゼン成分ドーパント重量％が相当いので、キラル分子の旋転力が相当弱く、従って、該印加電圧は、低周波電圧５を該２つの電極層２に接続するものであり、且つ該低周波電圧５を該中間層３内に印加して発生する変化は、コレステリック液晶手形構造３３(fingerprint textures)を生成し、この手形構造の螺旋軸方向は一致せず、故に多くの小さなドメイン(domain)を呈現し、可視光を散乱させるに十分であり、図２、図３に示すように、このように、光線の照射は、可視光を散乱させることができ、即ち、「散乱状態」を形成する；該低周波電圧５以外、もう１つの実施例は、該印加電圧は、高周波電圧６を該２つの電極層２に電気接続するものであり、本発明は、該低周波電圧５の印加を経て、該２つの電極層２上から除去した後、散乱状態を維持し、また、該低周波電圧５を印加し、除去した後、更に該高周波電圧６を印加する場合、該コレステリック液晶手形構造３３の小ドメインを拡大させ、このように、光線を該基板１に直接透過させることができ、即ち、「透過状態」を形成し、図４、図５に示すように、アゾベンゼンキラル分子の添加によってエネルギー上の持続消耗を減少することができる。また、該印加電圧は、直流電圧７であり、該アゾベンゼンコレステリック液晶３２の手形構造を変化させ、その効果は、該低周波電圧５と同一であり、図６を参照し、上記を総合し、それは、印加電圧の振幅の大きさを固定することができ、印加電圧の周波数を変化させて液晶光バルブの透過及び散乱状態を切り換え、そのうち、該低周波電圧５又は該直流電圧７を印加して該２つの電極層２に電気接続し、液晶光バルブを散乱状態に切り換えることができる。印加電圧の周波数を該高周波電圧６に変化させ、液晶光バルブを透過状態に切り換えることができる。そのうち、切り換えに要する周波数は、印加電圧の振幅の大きさにより決定される。印加する振幅を３０Ｖに固定する場合、周波数が２００Ｈｚより低い時、散乱状態を呈し、２００Ｈｚより高い時、周波数の増加に従って透過度を増加し、約３００Ｈｚになる時に最高の透過度に達し、図６、図７、図８に示すとおりである。

一般に、コレステリック液晶は、アゾベンゼン旋光性材料を添加する時、アゾベンゼン旋光物質の光異性化効果を利用し、その旋光性を低減させ、ＵＶ露光エネルギー量を制御し、異なる選択的反射光波帯機能を呈現する。紫外光の照射時、アゾベンゼンtrans-cis光異性化行為は、コレステロール相及び等方性相の相転移を変化させ、光学現象上、光透過状態を発生させ、且つ熱源を加えるか、直流電場を印加し、ラビングの効果を達成することができ、回復可能特性を有するので、光読み書き及びラビングの効果を有する。この発明は、垂直配向された液晶ケース内にネガ型液晶ドープアゾベンゼンキラル分子を利用したアゾベンゼンコレステリック液晶３２を注入し、従って、該低周波電圧５、該直流電圧７又は該高周波電圧６の注入及び除去により、該アゾベンゼンコレステリック液晶３２の変化に散乱状態又は透過状態を維持させることができ、これにより、電圧注入の浪費を減少することができ、更に、図７に示すように、本発明の異なる固定周波数で印加電圧を変化して測定される透過比率の説明図において、低周波の印加電圧であるほど、比較的低い振幅の電圧を利用して液晶光バルブを散乱状態に切り換えることができることを明確に理解できる。また、図８に示すように、固定電圧を印加して周波数を変化させる時に測定される透過説明図において、高周波電圧であるほど、透過度が高いことを理解することができる。

また、本発明の該２つの基板１の使用において、ガラス又はプラスチックであることができるが、該２つの基板１の材質は、使用上、上記に制限するものではなく、それは、使用者の要求する使用に応じて、適合する材質を選択することができ、また、該２つの透明な電極層２及び各該ギャップ３１の使用において材質上の使用を制限するものでもなく、且つ該垂直配向膜４は、液晶垂直配向を提供可能な任意の材料により置き換えることもでき、例えば、ポリイミド垂直配向膜、ＤＭＯＡＰ垂直配向膜、液晶中にドープされ、自発的垂直配向のナノボール等を提供する。上記は、ただ本発明の好適実施例を解釈することに用いるだけであり、本発明に対して如何なる形式上の制限をなすことを意図するものでなく、従って、同一の発明精神の下で行われる本発明の任意の修飾又は変更がある場合、その他の実施可能な形態であり、且つ同一効果を有するものは、依然として何れも本発明の保護の範疇内に含まれるべきである。

以上の説明は、本発明の好適な実施形態を示したものであり、本発明を限定するものではない。従って、本発明の主旨を逸脱しない範囲における修飾または変更は、全て、本発明の保護範囲に含まれる。

１ 基板
２ 電極層
３ 中間層
３１ ギャップ
３２ アゾベンゼンコレステリック液晶
３３ コレステリック液晶手形構造
４ 垂直配向膜
５ 低周波電圧
６ 高周波電圧
７ 直流電圧

Claims (4)

1. ２つの基板と、
   前記２つの基板の間に設けられ、それぞれ前記基板に貼合される透明の電極層と、
   前記電極層の間に挟み設けられ、複数のギャップと、ネマティック液晶及びアゾベンゼンキラル分子が相互にドープ混合された複数のアゾベンゼンコレステリック液晶と、を含む中間層と、
   各前記電極層と前記中間層との間に塗布される垂直配向膜と、
   を含み、
   前記アゾベンゼンコレステリック液晶の添加によって、異なる周波数の高さの印加電圧を前記電極層から注入後に前記アゾベンゾコレステリック液晶の透過度を変化させ、且つ前記印加電圧を除去した後に散乱状態又は透過状態を維持する高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブ。
2. 前記印加電圧は、低周波電圧を前記電極層に電気接続するものである請求項１に記載の高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブ。
3. 前記印加電圧は、高周波電圧を前記電極層に電気接続するものである請求項１に記載の高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブ。
4. 前記印加電圧は、直流電圧を前記電極層に電気接続するものである請求項１に記載の高コントラスト双安定散乱型液晶ライトバルブ。