TW201312238A - 光學裝置 - Google Patents

光學裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201312238A
TW201312238A TW101133097A TW101133097A TW201312238A TW 201312238 A TW201312238 A TW 201312238A TW 101133097 A TW101133097 A TW 101133097A TW 101133097 A TW101133097 A TW 101133097A TW 201312238 A TW201312238 A TW 201312238A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
waveform
liquid crystal
applying
scattering
cycles
Prior art date
Application number
TW101133097A
Other languages
English (en)
Inventor
William Alden Crossland
Anthony Bernard Davey
John Richard Moore
Daping Chu
Original Assignee
Cambridge Entpr Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cambridge Entpr Ltd filed Critical Cambridge Entpr Ltd
Publication of TW201312238A publication Critical patent/TW201312238A/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3622—Control of matrices with row and column drivers using a passive matrix
    • G09G3/3629—Control of matrices with row and column drivers using a passive matrix using liquid crystals having memory effects, e.g. ferroelectric liquid crystals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/02—Liquid crystal materials characterised by optical, electrical or physical properties of the components, in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/40—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit containing elements other than carbon, hydrogen, halogen, oxygen, nitrogen or sulfur, e.g. silicon, metals
    • C09K19/406—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit containing elements other than carbon, hydrogen, halogen, oxygen, nitrogen or sulfur, e.g. silicon, metals containing silicon
    • C09K19/408—Polysiloxanes
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/2007—Display of intermediate tones
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/2007—Display of intermediate tones
    • G09G3/2077—Display of intermediate tones by a combination of two or more gradation control methods
    • G09G3/2081—Display of intermediate tones by a combination of two or more gradation control methods with combination of amplitude modulation and time modulation
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3674—Details of drivers for scan electrodes
    • G09G3/3681—Details of drivers for scan electrodes suitable for passive matrices only
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3685—Details of drivers for data electrodes
    • G09G3/3692—Details of drivers for data electrodes suitable for passive matrices only
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2300/00—Aspects of the constitution of display devices
    • G09G2300/04—Structural and physical details of display devices
    • G09G2300/0469—Details of the physics of pixel operation
    • G09G2300/0473—Use of light emitting or modulating elements having two or more stable states when no power is applied
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/06—Details of flat display driving waveforms
    • G09G2310/061—Details of flat display driving waveforms for resetting or blanking
    • G09G2310/063—Waveforms for resetting the whole screen at once
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/06—Details of flat display driving waveforms
    • G09G2310/065—Waveforms comprising zero voltage phase or pause
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/04—Maintaining the quality of display appearance
    • G09G2320/041—Temperature compensation
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2380/00—Specific applications
    • G09G2380/14—Electronic books and readers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

於操作具有層列狀A性質的液晶組成物之液晶裝置的方法，施加第一波形以光學澄清該裝置，如此則裝置對可見光而言是實質透明的，並且施加第二波形以使液晶組成物的材料不規則而提供強烈的光散射狀態。第一波形具有高於第二波形的頻率，並且本方法包括施加修改過的波形以從完全澄清的狀態來部分散射至少部分的裝置。

Description

光學裝置
本發明是在光子學的領域。具體態樣關於使用具有層列狀A(smectic-A，簡作SmA)性質之液晶材料的光學裝置，例如顯示器、影響光透射的面板或振幅空間光調變器。具體態樣關於操作此種光學裝置的方法。
具體態樣關於光學裝置，其中不規則的狀態是由SmA動態散射的過程所產生，並且澄清的均勻狀態是由介電重新定向所感應。此種光學裝置可以用於提供可變量的光透射，其係局限於例如「像素」(pixel)或者跨越整個裝置，而不需要偏光器。
液晶具有的分子傾向於自我規則化而不凝固，因此獲得結晶的特性，即使它們仍會流動並且可以填滿容器。液晶的諸相廣泛而言是大致一系列的狀態，其中此種分子流體可以從均質液體直到它凝固成固體為止。一般而言，此種分子的典型特點將是強烈的異向性。此異向性所採取的形式可以考慮如下：分子的典型特點是高的長寬比，亦即長度遠大於寬度，因此像是「棒」(rod)或「條」(lath)，並且可以具有偶極特徵和異向性的偏極化能力。於這些情形，分子定向的平均方向稱為「指向」(director)。
向列狀(nematic)液晶代表了最常見的液晶材料，並且通常用於液晶平面螢幕裝置和平板顯示器。伸長向列狀液晶 原(mesogen)的長度或其他結構變化則極常造成它們在冷卻低於向列狀相時顯示進一步的相；並且在固化之前，於較低的溫度下，其典型特徵可以是「層狀流體」(layered fluid)。此種層狀液晶稱為「層列狀」液晶。在此，我們將僅考慮正常稱為「層列狀A」的材料，其縮寫為「SmA」液晶。舉例而言，典型的「5CB」(4’-戊基-4-雙苯甲腈)、「5OCB」(其係聯接醚的戊基，4’-戊氧基-4-雙苯甲腈)是向列狀，而「8CB」(4’-辛基-雙苯甲腈)和「8OCB」(4’-辛氧基-4-雙苯甲腈)皆在較高溫度的向列狀相底下展現SmA相；其中就縮寫「mCB」和「mOCB」而言，m代表整數，並且是指4-氰基-4’-正烷雙苯基和4-氰基-4’-正烷氧雙苯基當中分別之烷基鏈或烷氧基鏈的碳原子數目；舉例而言：8CB=4-氰基-4’-辛雙苯基；以及8OCB=4-氰基-4’-辛氧雙苯基。
形成SmA相的分子具有類似於形成向列狀相之分子的性質。它們類似棒狀並且經常具有正的介電異向性。為了感應出負的介電異向性而引入強的橫越偶極，則傾向於讓SmA相不穩定，並且可能導致增加化學不穩定性。
層列狀液晶展現切換遲滯，如此當移除施加的電場時，介電重新定向(或層列狀結構的其他擾動)並未鬆弛。不像大多數的向列狀液晶結構，介電重新定向的SmA液晶停留於被驅動的狀態，直到施加進一步的力為止。
面板的形成可以採用平板(例如玻璃做的)，並且對這些板施加透明的導電層，其典型是由氧化銦錫(ITO)所做的， 導電層則連接於導體，如此則可以施加可變的電場。這二片板子可以形成面板，其舉例而言是由均勻直徑(典型而言例如5~15微米，此視想要的胞格厚度而定)的珠子所分開。這面板然後以膠做邊緣密封，但留有一或更多個孔洞以填充液晶材料。
使用此種胞格，則可以藉由填充面板(典型是在高於材料均向轉換的高溫)來形成SmA液晶層。於在此討論的SmA裝置，不需要校準層，不像向列狀裝置須要均勻的校準胞格。在填充和將此種SmA面板從室溫熱循環到高於均向轉換再回來時，液晶將展現諸相典型會有的紋理。然而，向列狀液晶在沒有表面校準時可能出現熟知的異離(Schlieren)紋理，其中的線缺陷或「絲線」(thread)會散射光；而於SmA液晶，因為SmA材料之層狀結構的緣故則形成「聚焦圓錐狀」(focal conic)紋理。折射率有劇烈的空間變化，這導致光散射。出現這些紋理乃肇因於折射率的異向性，這當光行進正交於平均分子方向之較可偏極化的軸時是最高的。折射率的變化造成光散射。當在交叉的偏光器之間來看時(在顯微鏡下)，也可以在不同分子定向的區域之間觀察到對比。
為了電定址SmA液晶面板，正常係施加交流(AC)電場。於非摻雜的材料，液晶(LC)之正的介電異向性將造成起初隨機校準的多個領域發生重新配置，而將液晶原校準於電場方向(垂直於玻璃表面)。面板將顯得澄清的，因為異向性分子的平均定向是垂直於玻璃層。對於大多數非摻雜的SmA材料而言，此狀況僅有藉由加熱胞格以破壞SmA校準 才會是可逆的。
如果適合的離子性摻雜物溶於SmA液晶主體，則在直流(DC)或低頻(譬如<200赫茲)電場的影響下，二正交力嘗試將層列狀A的指向加以定向：
(i)上述的介電重新定向會嘗試將SmA指向(其指出長分子軸的平均方向)校準於電場方向。
(ii)同時，離子移動經過SmA電解質則嘗試將層列狀A指向校準於離子比較容易行進的方向。
於SmA材料，這是發生於諸層裡，亦即正交於電場方向(也就是說，材料具有正的介電異向性和負的導電度異向性)。二競爭力導致液晶流體中的電流動不穩定性，其稱為「動態散射」(dynamic scattering)。於SmA材料，動態散射狀態強烈的散射光；並且相對於向列狀材料的類似狀態來看，動態散射狀態所產生的SmA結構瓦解在引發它的電脈衝已終止之後依然維持著。在澄清之均勻定向的狀態和離子輸送所感應之多領域的散射狀態之間的可逆性乃視這些過程運作的不同頻率領域而定。動態散射須要電場驅動離子通過液晶流體，因此僅發生於DC或低頻AC的驅動。
更高的頻率造成介電重新定向(離子無法在這些頻率下「移動」)，因而重新建立均勻定向的分子。
因此，於適當摻雜的SmA相(擁有正的介電異向性和負的導電度異向性)，組合介電重新定向(變成澄清的透明狀態)和動態散射(變成強烈的光散射狀態)可以形成電定址顯示器的基礎。高頻(可變的，典型1000赫茲)將SmA層驅動成 光學澄清的狀態，並且低頻(可變的，典型<200赫茲)將它驅動成光散射的狀態。此種顯示器的關鍵特色是這些光學狀態都使用短的電定址時間來設定，並且二狀態都持續得不明確，或者持續直到它們重新電定址為止。這在向列狀液晶的相關現象中則非事實。就是這種電光雙穩定性(或更正確的說是多重穩定性)的性質允許SmA動態散射顯示器做矩陣定址而不用像素電路，並且導致它們在頁面導向的顯示器或智慧視窗中有極低的功率消耗。
使用SmA組成物的光學裝置須要提供在「完全散射」和「完全澄清」狀態中間的透射性質。
於某一方面，揭示的是操作具有層列狀A液晶組成物之液晶裝置的方法，其中施加第一波形以光學澄清該裝置，如此則裝置對可見光而言是實質透明的，並且施加第二波形以使液晶組成物的材料不規則而提供強烈的光散射狀態，其中第一波形具有高於第二波形的頻率；本方法包括施加第三波形以從澄清的狀態來部分散射至少部分的裝置。
如上所言，第一波形(用於澄清化)的頻率乃相對高於第二波形的頻率，後者典型是在主頻率附近。
在共同申請中的專利案裡，提出獲得灰階的方式是先施加第二波形以使裝置不規則，如此則裝置是在光散射的狀態，然後使用修改過的澄清化波形以部分澄清化該裝 置。由於第一波形的頻率相較於第二波形來說比較高，故此種獲得灰階的方法可能要比本說明書所述的方法來得快。速度於某些情況下可能是想要的。
然而，已驚人的發現：開始自澄清的狀態並且選擇性的散射部分的裝置來達成灰階則具有優點。這些優點包括如下：
1.用於部分散射的刺激(譬如電壓、脈衝寬度)和散射量之間的關係相較於用於部分澄清化的刺激和澄清化的量之間的關係則是比較線性。
2.部分散射的結果要比部分澄清化的結果在時間上是更穩定的。相較於部分散射所花的時間量來看，部分澄清化的量還要花時間穩定下來。
3.因為部分澄清化顯示高程度的「過衝」(overshoot)，所以施加部分澄清化之波形所產生的回應是澄清化的量遠超過穩定不變的狀態。部分散射則具有遠遠較少的過衝。
第三波形可以是修改過的第二波形。
第二波形可以是重複的dc平衡波形，其由近似連續之一系列週期所構成，該週期的數目至少等於預定數目，其中預定數目完全散射該裝置；並且施加第三波形的步驟可以包括施加週期數目少於預定數目的第二波形。
本方法可以包括決定足以完全散射該裝置之第二波形的週期數目，並且施加較少的週期數目做為該修改波形以部分散射該裝置。
第一波形可以是dc平衡的並且具有固定不變的振幅。 第二波形可以是dc平衡的並且具有固定不變的振幅。第二波形和第三波形可以至少實質為正弦波的。
施加第三波形的步驟可以包括施加一或更多個週期的波形，其具有第二波形的頻率和小於第二波形振幅的振幅。第三波形可以具有至少實質相同於第二波形的波形。
本方法可以包括提供具有變化振幅的第三波形。
第二波形可以具有預定的脈衝寬度，並且施加第三波形的步驟可以包括至少一週期具有第二波形的頻率以及具有不同於預定脈衝寬度的脈衝寬度。
於另一方面，液晶裝置具有層列狀A液晶組成物，其中施加第一波形以光學澄清化該裝置，如此則該裝置對可見光而言是實質透明的，並且施加第二波形以使液晶組成物的材料不規則而提供強烈的光散射狀態，其中第一波形具有高於第二波形的頻率；該裝置進一步包括用於施加修改波形的控制電路以從澄清的狀態部分散射至少一部分的裝置。
於此裝置，控制電路乃建構成回應於控制輸入以選擇至少一部分裝置所想要的散射程度。
控制電路可以建構成考量液晶組成物的溫度。
層列狀A液晶組成物可以是如專利合作條約申請案第US10/27328號所述的組成物，其主張基於美國專利申請案第61/314039號的優先權，則併於此以為參考。
液晶組成物可以包括：(a)總共25~75重量%之一般式I的至少一種矽氧烷：
其中：p=1到10，譬如1到3，q=1到12，譬如6到10，t=0或1，k=2或3，A是苯環或環己環，其可以為相同或不同，並且對位鍵結在一起，R=C1-3烷基，譬如甲基，其可以為相同或不同，X=C1-12烷基，以及Z=F、Cl、Br、I、CN、NH2、NO2、NMe2、NCS、CH3、OCH3、CF3、OCF3、CH2F或CHF2，特別是CN；(b)總共0.001~1重量%之一般式II的至少一種四級銨鹽：
其中：T=甲基、矽基或矽氧烷基，v=1到30，舉例而言v=9到19，譬如十四基(v=13，T=甲基)或十六基(v=15，T=甲基)，R1、R2、R3可以為相同或不同，其係C1-4烷基，譬如甲基或乙基，以及Q-是氧化穩定的離子，特別是ClO4 -離子； (c)總共20~65重量%之至少一種可偏極化的線性分子，其具有烷基鏈，該分子具有一般式III：D-A’k-Y (III)
其中：D代表C1-16直鏈烷基或烷氧基，其可選擇性的包含一或更多個雙鍵，k=2或3，A’是苯基、環己基、嘧啶、1,3-二【口+咢】烷或1,4-雙環[2,2,2]辛環，其中每個A’可以為相同或不同並且對位鍵結在一起，終端環則附接於Y而可選擇性的為苯基，以及Y是位於A’k基團之終端環的對位，並且選擇自Z(關聯於公式I而定義如上)、C1-16直鏈烷基、C1-16直鏈烷氧基、OCHF2、NMe2、CH3、OCOCH3、COCH3；以及(d)總共2~20重量%(可選擇性的為5~15重量%)之一般式IV的至少一種側鏈液晶聚矽氧烷：
其中：a、b、c各獨立的具有0到100的數值，使得a+b+c的平均值範圍在3到200，譬如5到20；並且a使得公式 Y-R2SiO-[SiR2-O]a的鏈單位代表0到25莫耳%之一般式IV的化合物，以及c使得公式[SiHR-O]c-R2Si-Y的鏈單位代表0到15莫耳%之一般式IV的化合物，m=3到20，譬如4到12，t=0或1，k=2或3，A是苯環或環己環，其可以為相同或不同，並且環是對位鍵結在一起，R=C1-3烷基，譬如甲基，其各者可以為相同或不同，Y=C1-12烷基、發色團或綠透閃石狀(calamitic)液晶基團，其各者可以為相同或不同，以及Z係關聯於公式I而定義如上；其中選擇成分的份量和特性，使得組成物擁有層列狀A的層化結構，如X光繞射所偵測的。
此種組成物具有比較高的和良好定義的切換門檻。換言之，在組成物受到影響之前，包含組成物之胞格電極之間的電壓梯度必須達到良好定義的程度。
矽氧烷寡聚成分(a)可以是公式Ia的化合物：
其中X、R、p、q、t係關聯於公式I而定義如上，並且g和h各獨立的代表0、1或2，而j代表1、2或3，但要求g+h+j是2或3。
側鏈矽氧烷液晶成分(d)可以是聚合物、共聚物或三元 聚合物，而可以是一般式IVa的化合物：
其中a、b、c、m、t係如關聯於公式IV所定義，g=0、1或2，h=0、1或2，j=1、2或3，但要求g+h+j是2或3；每個R可以為相同或不同並且是烷基，譬如甲基；以及Y=C1-8烷基、發色團或綠透閃石狀液晶基團。
公式II的離子性陰離子(b)可以是公式IIa的化合物：
其中v、R1、R2、R3、Q係如申請專利範圍第1項而關聯於公式II所定義。
公式II的離子性陰離子可以是公式IIb的化合物：
其中v、R1、R2、R3、Q係如申請專利範圍第1項或申請專利範圍第4項而關聯於公式II所定義，並且T’是矽基或矽氧烷基。
成分(c)可以包括有機綠透閃石狀液晶原，其展現向列 狀或層列狀A液晶相。
至少一種可偏極化的線性分子成分(c)可以包括公式IIIa的化合物和/或公式IIIb的化合物：
其中a=1到15，b=1到13；f=0或1，j=1、2或3；g=0、1或2，h=0、1或2，但要求g+h+j不超過3。
組成物可以進一步包括：(e)總共高達10重量%之至少一種正或負的雙色性染料，其可選擇性的為青綠、黃、洋紅、紅、綠或藍染料或發光性染料(譬如螢光或磷光染料)，該染料係校準於組成物的鄰近液晶原成分。
組成物可以包括：(f)高達10重量%之一或更多種減少黏滯性的溶劑或稀釋劑。
組成物可以進一步包括：(g)高達10重量%的至少一種分子，例如條形分子，其不是液晶但可以併入配方裡而不劣化組成物的層列狀A層品質。
不是液晶的至少一種分子可以包括公式V的化合物：
組成物也可以包括： (h)總共高達50重量%(譬如高達40%)的至少一種改變雙折射的添加劑，譬如增加雙折射的添加劑，舉例而言：
其中R=C1-10烷基，n=0或1，
其中R=C1-10烷基，n=0或1，L是選擇自氫或C1-3烷基，並且X=CN、F、NCS、CF3、OCF3或C1-6烷基，或者
其中R是C1-10烷基；或者例如為降低雙折射的添加劑，舉例而言：其中R是C1-10烷基， 其中R是C1-10烷基，或者 其中R是C1-10烷基。
改變雙折射的添加劑成分(h)之總量範圍和成分(c)之總量範圍可以在35~73重量%，譬如40~65重量%或45~60重量%。
組成物在20℃和589奈米下可以具有範圍在0.15到0.3的雙折射，最好為0.16到0.2，並且在不規則狀態下是不透明的、規則狀態下是澄清的。
組成物可以包括總共高達10重量%之至少一種正或負的雙色性染料，其可選擇性的為青綠、黃、洋紅、紅、綠、藍或黑染料或發光性染料(譬如螢光或磷光染料)，該染料係校準於組成物的鄰近液晶原成分。
組成物(i)在20。C和589奈米下可以具有範圍在0.07到0.15的雙折射，最好是0.1到0.13，(ii)在不規則狀態下是半透明的，並且在規則狀態下是澄清的，以及(iii)包括總共高達10重量%之至少一種正或負的雙色性染料，其可選擇性的為青綠、黃、洋紅、紅、綠、藍或黑染料或發光性染料(譬如螢光或磷光染料)，該染料係校準於組成物的鄰近液晶原成分。
參見圖1和2，顯示面板400具有第一和第二基板410、420。於此具體態樣，二基板對於可見光而言都是透明的並且是由玻璃所做成，因此一般是剛性的。於其他具體態樣，可能不需要透明性和剛性，並且某些具體態樣使用比較可撓之材料所做的基板，舉例而言為聚合物，例如PET。
於此具體態樣，設定面板的尺寸，使得跨越像素之100伏特的總電壓係足以影響液晶材料(例如造成狀態改變)。液晶材料厚度的典型範圍在2~50微米，譬如5~15微米。
面板400具有第一組電極430，其於圖1顯示成側向延伸跨越裝置400，這些在此為了方便而稱為列電極。面板400具有第二組電極440，其垂直於列電極430而延伸，這 些在此為了方便而稱為欄電極。當然將理解裝置400不須要如所示的定向。此具體態樣的電極430、440對於可見光而言是透明的，其適合的材料範例是金或ITO。
欄電極440配置在第一基板410的內表面上，並且列電極430配置在第二基板420的內表面上。基板以間隔物450(其在此顯示為球體)來維持隔開的關係。基板之間的間隔形成了腔室，其包含層列狀A組成物460。如之前所討論，液晶組成物是向熱性液晶層列狀A組成物，其展現由多層所構成的層列狀A相，其中在施加於電極之間的不同電場影響下，組成物的諸層校準可以變得更規則或更不規則。組成物具有穩定的狀態，其中組成物的諸層校準係有不同的規則，包括規則狀態、不規則狀態、中間狀態。組成物一旦由電場切換到給定的狀態，則當移除電場時仍實質保持於該狀態。
沒有提供校準層。
於使用時，施加於列電極和欄電極之間的電壓會影響相關電極之間的液晶組成物。舉例而言，再次參見圖1，將會看到範例性列電極標示為430a，並且範例性欄電極標示為440a。如果使用小於200赫茲的低頻電壓(譬如50赫茲、60赫茲)，並且電壓的振幅適合液晶組成物的厚度(例如150伏特)，則組成物直接關聯於電極交叉處的材料將變成散射的，並且將阻擋可見光的透射。如果施加超過1000赫茲之比較高頻的電壓(譬如2千赫茲)，則將在該位置澄清化組成物，並且光將在該位置透射經過組成物。
參見圖3，顯示的是面板500。此面板500大致類似於圖1和2所示者，例外之處在於電極530、540乃大致連續跨越整個或大部分的基板510、520。於此具體態樣，基板510、520對於可見光而言是透明的，但是由聚合材料所做的。
參見圖4，用於SmA面板500之示範性的驅動電路600具有第一和第二波形產生器400、410以及切換電路420。面板500的每條欄電極501~504在一末端連接到第一波形產生器400的個別輸出節點401~404，並且在另一末端連接到第二波形產生器410的個別輸出節點411~414。面板500的每條列電極511~514係連接於切換電路420的個別節點421~424。
第一波形產生器400可以提供dc平衡的澄清化頻率(例如2千赫茲)，以經由其輸出節點401~404來選擇某些或所有的欄電極501~504。第二波形產生器410可以提供平衡的散射頻率(例如50赫茲)，以經由其輸出節點411~414來選擇某些或所有的欄電極501~504。切換電路420可以選擇性的把所選擇的那些或所有列電極511~514連接到接地電位或連接到三狀態(高頻、浮動的)。
於使用時，第一波形產生器400控制成提供澄清化頻率到所有欄電極501~504，而第二波形產生器410則不作用，並且切換電路420把所有列電極511~514連接至接地。結果，面板500的所有像素被澄清化。
舉例而言，如果想要僅將欄電極504和列電極512交 叉處的像素設定為散射狀態，則第二波形產生器410在其第四輸出節點414提供散射頻率，同時讓所有其他輸出節點411~413為不作用(在接地電位)。於此同時，第一波形產生器400是不作用的，並且切換電路420使其第二輸出節點422接地；所有其他輸出節點421、423、424是在三狀態。足夠數目的散射脈衝(譬如正弦波)則從第二波形產生器410輸出以使散射發生。
發明人已發現一旦像素化的面板被完全澄清化，想要的像素可以被部分散射，並且將維持其部分散射的/部分澄清的狀態。使用來自原始影像的位元平面資料幾次(其各造成不同區域有不同的部分散射)，則允許顯示器顯示灰階影像，其將不須施加電力就可維持。
不同階段的部分散射可以採幾種方式來產生。一種技術是數位驅動，其可能比較容易實施，因為可以正確控制時序和振幅。
灰階的產生可以採取線性方法(譬如使用8或16個均等份量的位元平面來漸進散射顯示器以得到1/8、1/4、3/8、1/2……等的對比澄清化)或者二元方法(其中位元平面係二元化加重以得到添加1/2、1/4、1/8的添加量。
散射是相依於散射波形之振幅和持續時間的累積效應。波形之散射週期數目、振幅或時序的變化(見圖5)可以用於控制散射。
圖5顯示使用方波型切換以部分散射像素的驅動方法範例。
如果需要用於小灰階之僅極輕微的散射，並且單一週期太長而不能提供想要的散射量，則會發生問題。
圖5c和5d顯示此問題的可能解決辦法。於圖5c，最後幾個步驟的波形振幅有所減少；而於圖5d，雖然波形的標記/空間比例有所減少，但是振幅保持相同。
圖5a顯示dc平衡的正弦波形，其具有差不多±100伏特的振幅和50赫茲的頻率，亦即正常的散射波形。所示的週期數目代表完全散射所需的週期數目。
圖5b顯示一系列固定振幅、固定波形的部分散射週期，其中每個獨立的波形是一系列dc平衡的完全週期。最左邊的波形是四個完全週期以用於部分散射(如像素化顯示器上所選擇之獨立像素所須的)。其次的波形具有3個完全週期並且作用為再散射一小量，如此再如下一個(2個週期)和最後一個(單一週期)這樣做下去。視需求而定，4個階段的系列或可產生四種程度的灰階，或者可用於產生16個程度的二元格式。
於圖5c，雖然起初的4個週期和接下來的3個週期波形有完整的振幅，但是2個週期和單一週期的波形振幅有所減少。
於圖5d，波形的標記/空間比例有所減少，而振幅保持相同。
也可以使用圖5c和圖5d的方法組合。
當修改其他波形(例如方波、三角波、鋸齒波、複合波)時可以達成類似的結果。
如之前所言，散射效應與電壓、週期數目……等大致呈線性關係。此關係視層列狀A組成物的精確特性、胞格尺寸、溫度……等而定。控制電路以決定提供想要澄清量所需之刺激量(舉例而言，散射週期的數目、散射週期的振幅……等)的範例係使用查詢表轉換，包括胞格溫度，以達成想要的結果正確度和再現性。
再次參見圖4，第二波形產生器410在控制輸入450受到控制以施加部分散射波形，而使想要的灰階程度散射送到想要的像素。於一具體態樣，控制輸入450造成要施加單一數目的散射週期；並且藉由定址像素後然使之接受該單一數目的散射週期一或更多次以依序散射該像素，而達成像素所想要的灰階程度。舉例而言，可能選擇一、二或三個散射正弦波做為該單一數目。
於另一具體態樣，控制輸入450可以使第二波形產生器410輸出的散射波形被修改成具有不同的固定振幅、不同的變化振幅、不同的標記/空間比例，其類似於圖5所示者。
散射像素所花的時間乃相依於胞格厚度和頻率；舉例而言，較高的胞格厚度可能要花較長時間來澄清/散射。由於散射頻率朝向dc有所下降，故可以減少所需的電壓或者散射時間可以下降。
參見圖6，下面的圖顯示施加於像素的散射(第二)波形601。於此情形，總數為32個的週期會提供有關像素的完全散射。上面的圖則顯示任意單位的回應，其中零是完全 散射(亦即暗的)並且75是完全澄清的(亦即透明的)，因而顯示LC組成物的所得回應604。散射波形601(在此為主頻率波形)後面接著一系列的十六個部分澄清化(第一)波形602，所有澄清化波形皆相同。對於此範例來說，每個部分澄清化波形602具有2個完全週期的1千赫茲波形，其施加是為了澄清化，所以造成16個灰階。
因為此刺激的效應將會看到是高度變化的，所以舉例而言，對於第四部分澄清化波形602的回應605具有比對第六波形602的回應606相對為小之澄清化「跳躍」(jump)的結果。稍後的部分澄清化波形則提供極小的回應607。
再者，首先討論的回應605具有顯著的過衝，其後面接著一段穩下來的時間。過衝導致暫時高程度的澄清化，其再掉落回到穩定不變的狀態。
其次討論的回應606也具有過衝，然而它較不明顯。過衝之後，澄清化的程度掉落回去，然後不是固定不變，反而升到較高程度以達成其穩定不變的狀態。
第三討論的回應607開始是過衝以完全澄清化，然後在實質上升到完全澄清的狀態之前先掉落到較小的澄清度。
這些圖是針對固定不變的溫度。
現在轉去圖7，其顯示澄清化脈衝701，而於SmA組成物中產生從完全散射的到完全規則的轉換705。此澄清化脈衝701後面接著16個相同的部分散射波形702。於此具體態樣，每個部分散射波形702是由在主頻率(50赫茲)的2 個週期所構成。
檢視上面的軌跡則顯示每個施加波形的散射量是實質均勻的。換言之，諸回應707係接近相同的，並且散射程度的變化對於每次施加部分澄清化的脈衝而言是極類似的，此導致高度線性的回應。再者，第一回應706為例外，其他僅有小量過衝；並且對於每個部分澄清化的脈衝而言，從刺激那一刻到穩定不變狀態的過程就形式和時序來看都顯然是類似的。
本發明並不限於所述的具體態樣。
400‧‧‧顯示面板(圖1和2)、第一波形產生器(圖4)
401~404‧‧‧輸出節點
410‧‧‧第一基板(圖1和2)、第二波形產生器(圖4)
411~414‧‧‧輸出節點
420‧‧‧第二基板(圖1和2)、切換電路(圖4)
421~424‧‧‧節點
430、430a‧‧‧第一組電極(列電極)
440、440a‧‧‧第二組電極(欄電極)
450‧‧‧間隔物(圖2和3)、控制輸入(圖4)
460‧‧‧層列狀A組成物
500‧‧‧面板
501~504‧‧‧欄電極
510‧‧‧基板
511~514‧‧‧列電極
520‧‧‧基板
530、540‧‧‧電極
600‧‧‧驅動電路
601‧‧‧散射(第二)波形
602‧‧‧澄清化(第一)波形
604~607‧‧‧回應
701‧‧‧澄清化脈衝
702‧‧‧部分散射波形
705‧‧‧轉換
706、707‧‧‧回應
圖1是液晶面板之第一範例的平面圖；圖2是沿著圖1之線II-IIA的截面；圖3是類似於圖2的截面，其係切過液晶面板的第二範例；圖4顯示用於液晶面板之驅動配置的示意圖；圖5顯示一些範例性波形；圖6顯示施加於SmA裝置像素之起初散射波形再接著一系列部分澄清化脈衝所造成的效應；以及圖7顯示施加於像素之起初澄清化波形再接著一系列部分散射脈衝所造成的效應，其用於提供圖6的結果。
於圖式，相同的參考符號是指相同的部件。
701‧‧‧澄清化脈衝
702‧‧‧部分散射波形
705‧‧‧轉換
706、707‧‧‧回應

Claims (13)

  1. 一種操作具有層列狀A性質的液晶組成物之液晶裝置的方法，該裝置回應於第一波形以光學澄清化該裝置，如此則該裝置對可見光而言是實質透明的，並且回應於第二波形以使液晶組成物的材料不規則而提供強烈的光散射狀態，其中第一波形具有高於第二波形的頻率，該方法包括施加第三波形以從澄清的狀態來部分散射至少部分的裝置。
  2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其包括修改第二波形以提供第三波形。
  3. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中第二波形是重複的dc平衡波形，其由近似連續的一系列週期所構成，該週期的數目至少等於預定數目，其中預定數目完全散射該裝置，並且施加第三波形的步驟包括施加週期數目少於預定數目的第二波形。
  4. 根據申請專利範圍第1項的方法，其包括決定足以完全散射該裝置之第二波形的週期數目，以及施加較少的週期數目做為該第三波形以部分散射該裝置。
  5. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中第一波形是dc平衡的並且具有固定不變的振幅。
  6. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中第二波形是dc平衡的並且具有固定不變的振幅。
  7. 根據前述申請專利範圍任一項的方法，其中第二波形和第三波形至少實質為正弦波的。
  8. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中施加修改波形的步驟包括施加一或更多個週期的波形，其具有第二波形的頻率以及小於第二波形振幅的振幅。
  9. 根據申請專利範圍第1項的方法，其包括提供具有變化振幅的第三波形。
  10. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中第二波形具有預定的脈衝寬度，並且施加第三波形的步驟包括至少一週期具有第二波形的頻率以及具有不同於預定脈衝寬度的脈衝寬度。
  11. 一種具有層列狀A液晶組成物的液晶裝置，其中施加第一波形以光學澄清化該裝置，如此則該裝置對可見光而言是實質透明的，並且施加第二波形以使液晶組成物的材料不規則而提供強烈的光散射狀態，其中第一波形具有高於第二波形的頻率，該裝置進一步包括用於施加修改波形的電路以從澄清的狀態部分散射至少一部分的裝置。
  12. 根據申請專利範圍第11項的裝置，其中該電路乃建構成回應於控制輸入以選擇至少一部分裝置所想要的散射程度。
  13. 根據申請專利範圍第11項的裝置，其中該電路受到控制以考量液晶組成物的溫度。
TW101133097A 2011-09-14 2012-09-11 光學裝置 TW201312238A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB201115898A GB201115898D0 (en) 2011-09-14 2011-09-14 Optical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201312238A true TW201312238A (zh) 2013-03-16

Family

ID=44908574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101133097A TW201312238A (zh) 2011-09-14 2012-09-11 光學裝置

Country Status (3)

Country Link
GB (1) GB201115898D0 (zh)
TW (1) TW201312238A (zh)
WO (1) WO2013038149A1 (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5216415A (en) * 1990-12-19 1993-06-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of driving a matrix-type liquid crystal display device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013038149A1 (en) 2013-03-21
GB201115898D0 (en) 2011-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5771682B2 (ja) スメクチックａ光学素子のための液晶配合および構造
KR102656729B1 (ko) 광 변조 소자
EP1920027B1 (en) Liquid crystal display device
US8999195B2 (en) Smectic A compositions for use in optical devices
TWI701487B (zh) 光調變元件
JPH11100577A (ja) 液晶の配向方法、液晶素子の製造方法、該製造方法により得られる液晶素子、液晶装置
CN108822872A (zh) 一种具有极低的负介电各向异性的液晶组合物及其应用
JPH09281528A (ja) 強誘電性液晶素子、その製造方法、及び液晶素子の製造方法
JP5552429B2 (ja) オリゴシロキサン変性液晶配合物およびそれを用いるデバイス
TW201312242A (zh) 光學裝置
TW201312238A (zh) 光學裝置
US20080043190A1 (en) Liquid Crystal Device and a Method for Manufacturing Thereof
KR102245433B1 (ko) 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치
JPS62240378A (ja) 電気光学素子の駆動方法
TW201317666A (zh) 定址配置
US9417470B2 (en) Driver circuit
TW201312542A (zh) 光學裝置
JP2021505939A (ja) 液晶セル
Chen Advanced Liquid Crystal Materials For Display And Photonic Applications
JP2001249336A (ja) 液晶素子、該液晶素子を備えた液晶装置、及び該液晶素子の製造方法
JPH02240633A (ja) 液晶素子
JPH06265943A (ja) 液晶表示素子
JP2000276104A (ja) 表示素子及び液晶素子