TW490578B - Liquid crystal optical shutter - Google Patents

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谓578

五、發明說明（1) 本發明係有關於由於不需要 射型液晶光快門，更進一+ 2 ΐ 之省能源型式之散 液晶光快門之顯示裝置。 本土明係有關於使用§亥 習知之液晶光快門是使 ⑽（螺旋型絲狀）型或STN (超J :狀）液晶所使用 f線），戶“具有η必須要偏2液;;=光性（即偏光 題以蛛予亮度對比優良的大型^ f改f該等之問 二地進行應用使用聚合物-液晶複合θθ要貝不衣置’正積 門於顯示裝置的研究。 勹要素之液Β日先快 上所Ϊ今已開發之聚合物—液晶複合類之液晶光快門大體 ^戶^用液晶成分為向η (絲狀）液晶。尤其是正進 =日日為具有以微小液滴分散於聚合物基質中的構造 物内分散型液晶：J, W. D〇ane，N. A. Vas，β. g Wu ° s. zumer，Αρρ1. Phys. Lett·，48，27( 1 986 ))，盥液 晶為連續相並具有分散於其中之三次元網狀或微小液滴 之聚合物的構造之二種型式之液晶光快門的研究。 然而，如以上述之向列（絲狀）液晶作為^人 晶複合型液晶光快門之應答速度比較於其他液晶^厂、壯文 均變得較慢，而且驅動所須之電壓亦更高。 、不衣置 最近，在液晶成分方面為使用含有5〜1 〇重量％之 醇型液晶的不對稱向列（絲狀夜晶，由於附加螺旋二:

第6頁 2002.01.02.006 案號 89108224 五'發明說明（2) 曰 修正 =力於液晶中而提高聚合物分散型液晶快門之光遮蔽能 4-U9=if對比，嘗試加速應答速度（特開平 盖，，，以該等方法雖然對於應答迷度能達到相當的改 °但疋驅動所必要的電壓反而變高，要達到#用+ # # 必須要改善。 赘運到貝用化當然 因此，本發明之主要目的為改盖 提供由於不需要偏光板而能發揮由點，特別是 省能源型液晶光快門。 揮由於低電壓之優異特性之 本發明者為了解決習知技術 之結果，以採用形成特定結構 Ί占而重複刻意研究 述之目的，終究達到本發明之完成。、門層而發現可達成上 即，本發明為具有2片導電性其 板間之光快門層的液晶光快門’兑基板以及固定於該等基 為 ” ^液晶光快門的特徵 (1) w述之光快門層是由5〜2〇 以及=〜80重量％之液晶成分所形里成^之透明性聚合物成分 (2) 則述之液晶成分是由膽留醇’曰 晶以及向列（絲狀）液晶所形成，苴=、不對稱遵狀C液 不對㈣狀C液晶之總和量為成' 膽留醇型液晶以及 % — 成刀之中的0·05〜10重量 (3) 、前述之光快門層是由包含以前 里 形成之透明性聚合物薄膜之前述明性聚合物成分所 構造體的液晶光快門。 /曰曰成分所構成之粒狀 $ 7頁 2002. 〇ι. 〇2. 490578 I 虎 89108224 五、發明說明（3) Ί i發明係#關於使用上述液晶光快門之顯示裝置 【發明之實例】 1衣置 本發明之液晶光快門為呈有2片導 於該等基板：有2片v電[生基板以及固定 的特徵為間之光剛的液晶光快門’ “液晶光快門 (1)前述之光快門層是由5〜20重量％之透明性 以及9，。重量％之液晶成分所形成；透月&，“物成分 (曰2)以I;之液晶成分是由膽留醇型液晶、不對稱璧狀(:液 ;對稱碟Γ (絲狀）液晶所形成’其中膽留醇型液晶以及 % j狀C液晶之總和量為液晶成分之中的0.0540重量 (j)則述之光快門層是由包含以前述透明性聚合物成分所 構造i透明性聚合物薄膜之前述的液晶成分所構成之粒狀 構成本發 可施加電壓於 之透明基板上 電極）而得之 可採用於眾所 板。透明導電 要時亦應可使 於本發明 之間。光快門 晶成分所形成 明之液晶光快門的導 光快門層上；例如亦 由I T 0 (碘錫氧化物） 透明導電性基板作為 週知之液晶顯示器等 性基板則通常為以使 用有色透明者。 中’光快門層則固定 層之組成則實質上由 。透明性聚合物成分 電性基板並無特別限定 可使用於玻璃、樹脂等 等層積導電層（透明 本發明之基板；又，亦 所使用之透明導電性基 用無色透明者為佳，必 在上述導電性基板2片 透明性聚合物成分及液 通常為5〜20重量％之範

490578 _案號89108224_(] I年丨月3日 修正 _ 五、發明說明（4) 圍（以7〜1 5重量％為佳），而液晶成分則通常為9 5〜8 0之 重量％範圍（以9 3〜8 5重量％為佳）。透明性聚合物在未 滿5 %的情況下，聚合物成分有可能變為分散層；又，透 明性聚合物在超過2 0重量％的情況下，則有使驅動電壓變 高的可能性。 上述液晶成分是由膽留醇型液晶、不對稱碟狀C液晶 以及向列（絲狀）液晶所形成，膽留醇型液晶及不對稱碟 狀C液晶（以下則總稱兩者為所謂「不對稱液晶」）之總 和量為液晶成分之中的0 . 0 5〜1 0重量％ (以0 . 3〜1重量％為 佳），於向列（絲狀）液晶中混入少量之膽留醇型液晶所 形成之膽留醇型液晶為所熟知的；於本發明中則是於加入 膽甾醇型液晶於向列（絲狀）液晶中所形成之膽留型液晶 中加入不對稱碟狀C液晶。不對稱液晶的比例變為在上述 範圍之外情況時，驅動電壓不僅會變高，或許應答速度亦 會變慢。 於不對稱液晶中膽错醇型液晶與不對稱碟狀C液晶的 比例如針對於最終製品之用途、使用目的等來適當地設定 為佳時，通常相對於1莫耳的膽留醇型液晶則不對稱碟狀C 液晶為4莫耳以下，以0 . 1〜2莫耳為佳，如果較好是以 0 . (Π〜0 . 5莫耳為佳。 於本發明中，在不對稱液晶方面，由於是併用膽留醇 型液晶與不對稱碟狀C之兩種液晶，可由圖示驅動電壓之 降低化的同時，亦可能更為提昇基於多區域性之光散射能 力等。特別是在本發明中，將膽留醇型液晶之螺旋方向與

第9頁 2002.01.02.009 五、發明說明 不對稱碟狀0液曰 ^〜一 有更一層的益/曰之螺旋方向互相相反方向則對性萨曰 留醇型液晶例如在使用螺旋方向為順時針^提昇 不對稱璧狀C液V兄/’則以使用螺旋方向為逆時針迴U 成平面組織並、二佳。該等液晶之螺旋方向例如可由作 有關於在2疋棉布效果來確認。 物）而得之優ίΐ稱液晶中使用上述2種液晶（液晶混合 於形成從杻曲六、特性之理由雖然並不清楚，但是認為由 晶類，在整髀7之多區域構造中自動回復時間快速之液 速的應答。丑 比較低的電壓來應答，而且顯示比較快 (絲狀:限：於本發明之光快門層中所使用之向列 以可使用眾;；週二=液晶以及不對稱邊狀C液晶’所 汁週知者或市面販售品。 σ歹丨（絲狀）液晶方面，特 诳在常 電場應答性之預帑入铷、日人=別，㊉/皿下具有充分之 形成等方向性：為;=情況下來均句地混合，並以 、、乏用之向列r 、土， D果此滿足该等條件，則亦玎使用 烷類、ίϋ ^狀）液晶。例如可舉出雙盼類、盼基環己 氰ί / ί己烷類、氰基雙酚類、氰基酚基環己烷 i以電:c哀己烷類或是該等之混合物。#中，特別 答性優異之氰基雙紛類、氰基紛基環己炫類、 亂基％己基環己烷類等為佳。 型液晶及不對稱魏液晶方面，以與向列 =:晶之混合性·混和性優異，並於向列向列（絲 狀）液曰曰中賦予充分之螺旋的扭曲力者為佳。且體而言，

第10頁 2002.01.02.010 490578 _案號 89108224_年，月 j 曰__ 五、發明說明（6) 並不特別限定於各種之常溫下單獨地呈現膽留醇型液晶相 及不對稱碟狀C液晶相者，亦可使用眾所週知或市面販售 品。膽留醇型液晶及不對稱碟狀C液晶以具有不是比較整 體的構造為佳。 透明性聚合物方面，並不特別限制於為了充分顯現壁 面效果而以薄膜狀覆蓋於液晶成分之小體積的壁面之構 造。如果從製造步驟上的立場而言，在本發明中的光快門 層以紫外線·可見光聚合型之預聚合物及/或單體和含有 前述液晶成分（膽留醇型液晶、不對稱遂狀C液晶及向列 (絲狀）液晶）之混合物中照射紫外線·可見光（波長： 約350nm〜400nm)來聚合前述預聚合物或單體為佳。在進 行該等處理方面，以包入膽留醇型液晶之焦點圓錐•顆粒 構造中的狀態而形成薄膜狀聚合物，可確實得到包含多區 域之顆粒為包裹於聚合物之薄膜中的構造（顆粒狀構造體 )0 因此，於本發明中，將上述預聚合物及/或單體與液 晶成分混合，於相溶狀態下之後，可適當地使用如以紫 外•可見光照射等並於常溫左右下聚合而得之透明性聚合 物成分。該等預聚合物或單體方面，一般可使用已知之紫 外•可見光型聚合之預聚合物或單體，例如可使用丙烯酸 類、甲基丙烯酸類、硫代丙烯酸類等。較具體而言，可單 獨或混合使用丙烯酸羥基乙酯、丙烯酸苯氧基乙酯、丙烯 酸月桂酯、1，6 -二硫代二丙烯酸己酯、聚二丙烯酸乙二醇 酯、聚二丙烯酸四亞甲基二醇酯、三丙烯酸三曱基丙酯等

第11頁 2002.01.02.011 490578 MM 89108224 五、發明說明（7) 或該等之預聚合物。特別在本發明中是希望聚合後之聚合 物的玻璃轉移溫度（Tg)為較使用溫度範圍為低之溫度二^ 有，預聚合物之聚合度以針對所使用之預聚合物、液晶 分等的種類來適宜地設定為佳。 在光快門層的其他成分方面，除了丙烯酸類多官能 基、苯酮、1 -羥基環己基笨_等之聚合起始劑之外，必要 時應可適宜地混合連鎖移動劑、染料、光增感劑、架橋 等之添加劑。 於本發明中，光快門層是以由前述透明性聚合物成分 形成：透明性聚合物薄膜包裹前述液晶成分所形成之粒狀 構造體（小胞體或細胞狀體）所構成。即，本發明中之 快門層具有以液晶成分之小辦各、备 Γ /從日日欣刀之小體積為透明性聚合物薄膜（薄 膜壁）所包袠之複數個小包體（顆粒）。 土J構造體之平均粒徑雖以最終製品之 聚合物成分之種類等來適宜地設定為&，但通常為卜 m之範圍，而以卜3 /z m為佳；以於1m β 亮度對比，更特別可發揮優里摩H内來可提升 上述粒徑則以偏光顯微鏡或掃描。在本發明中的 其中任意地選擇50個粒狀構‘個子顯微鏡來硯察而於 均值。 狀構&體之個別最長直徑之算術平 於本發明中並不特別限 對所希望之裝置的目的·用途來=的士度，雖然可針 性等之角度而言，通常是3〜6。且地決但如以應答 佳。上述厚度可由眾所週知之襯塾二圍：以5~15ρ為

490578 案號 89108224 五、發明說明（8) 本發明中液晶光 以不對稱液晶來稀釋 來添加預聚合物或任 墊所定之間隔中設置 混合物，以經由該基 物而形成聚合物薄膜 得到以聚合物薄膜包 造體形成不透明之光 在該情況下，並 配順序。以上述實例 歹U (絲狀）液晶，有 曰曰

快門 ' 。例如由如以下來製造。首先， 立、’、狀）液晶並充分地混合，再 w成分並合 Η ^ 攪拌之。在以使用襯 杯日” 明導電性基板間插入所得之 ，2各外•可見光來光聚合預聚合 裹液：Π出液晶成分，在最後則 快門層成分之粒狀構造體，並以該構 ::限制光快門層中之各成分的調 二，雖然是混合不對稱液晶與向 吋亦可同時混合3種種類以上的液 人 … 〜肷上〜 脰的俅件亦以所用之單辦式 預聚合物的種類、液晶成分的種類、所备 ^ 的大小等來較適宜地設定為佳。特別是形士如… ^ ^ ^ 溫度則通常希望為0〜90 °c之範圍。 的 本發明之液晶光快門可適用於眾所週知之透過型 透過型顯示裝置之光快門部分。即’本發明之顯示 除了使用本發明之液晶光快門之外，仍舊可' ^ 之構成要素；例如必要時應可使用逆光、光反射板、^知 過濾器、濾光鏡片等，但不需要偏光板。 、色彩 又，於使用時亦玎遵循與眾所週知之液晶光快 的使用方法。例如可以通電於2片導電性其曰曰、同樣 源、開關等，並以電源之開/關來進行光快門之開關^電

490578 曰 案號 89108224 五、發明說明（9) 本發明之液晶光快門由於是以不對稱液晶之小體斧、士 已入透明性聚合物薄膜中的小胞體構成生_貝破 合物薄膜形成如細胞壁而說起來可二二以，且聚 液晶光快門，該構造如第一圖所示义7:物細胞壁型 透明導電性基板的ITO塗佈玻璃（3 ) :於作為 多數量的粒狀構造體，各粒狀構造體 、曰，填充 薄膜（”包含不對稱液晶（5)則以聚合物 有多數個以區域界線（6 )區分 "和構造體中則具 膽㈣液晶則多數量地分布各區域或中，。而於主要成份的 在該聚合物細胞型液晶光快門上， 把加電壓時），如第—圖所示：電關閉“热 織（主要成份的膽留醇型液型.焦點圓錐•組 織）則遮斷強烈混濁之入射=7°式各樣之方向的組 開時（施加電力時），如第-同& _另一方面，當電源 同位而能透光。 —圖所不’液晶分子為配向於 特別是當電源關閉時， 膽留醇型液晶特有之焦點圓 ^ 由於液晶相形成為 不細微而比較於只有使用 夕品域構造’小胞體即使 顯著的光散射性（即，有ΰ列（絲狀）液晶的情況下顯示 為於本發明中，儘管不力於關閉快門之狀態）。該結果 之屈折率，只要使用透^ f调整聚合物成分與液晶成分 亮度對比。 ^的聚合物即可能改善顯示的 關於應答速度方面， 間（Γ r )則因為相等於"本發明之液晶光快門之開始時 “、、了以電場來強制配向分子所需 第14頁 2002.01.02.014 490578 修正 案號 89108224 五、發明說明（10) 要的時間而傾向變為電壓大的範圍内之短時間；另一方 面 結束時間（I· d )則因為相等於多區域構造之自動回 復所需要之時間而決定於主要產生於聚合物壁面上的膽甾 醇型液晶（不對稱液晶）的生成長邊數目的大小（關係於 聚合物-液晶界面之相互作用）。 如果增加不對稱液晶之扭曲力可減小r d，但在這一 方面由於變得需要強大的力量來進行膽留醇型結構的破壞 之起始，因此驅動時所需之電壓則變高。即，r r之快速 化和r d之快速化則在不對稱液晶之扭曲力與驅動電壓之 大小方面變成互為相反的關係。 由於該等之關係，於本發明之液晶光快門上，調整聚 合物成分之壁面的導入之同時，在達成控制不對稱液晶之 扭曲力至最適狀態方面，可以比較低的驅動電壓來實現應 答之快速化。 根據本發明之液晶光快門，在驅動電壓3〜1 2 V時，可 得開始時間（)為2〜10ms (ms :千分之一秒）、結束 時間（r d )為6〜1 4ms、最大亮度對比（T1Q〇/T〇 ) ( T1Q〇 : 施加電壓時之透過率（％ ) 、％ :最小透過率（即未施加 電壓時之透過率）（％ ))為6 0 0以上之所謂優異之性 能。如此一來，比較於習知之聚合物-液晶複合型液晶光 快門所必須的數十伏特之驅動電壓則為相當地低，而且儘 管為低驅動電壓，但其應答速度為和習知者相同範圍或為 以上之性能。又，此處與不需要偏光板相結合則顯示可大 為賦予省能源化。

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案號 89108224 五、發明說明（11) 又’在液日日成分方面，由於. > 度對比為比較於習知之只用向列（：f稱液曰曰’最大売 得2〜14 : 1的範圍則有相當的提昇，…夜晶H兄下所 晶光快Π，進而可提供信賴度高的顯由示裝只置用的尚性能液 更進一步，於本發明液晶光恤 衣 偏光板、配向膜（配向處理·研磨於變成不需要 所謂製造步驟之縮短化.低成本：m而非常有利於 期待應用本發明之液晶光快門於例如有用 調器、調光器、大型晝面用之投影機、顯示器、大書面^ 視機用之顯示器、個人電腦用顯示器等之透過型或非透過 型顯不裝置、又雷射印表機之光快門等之各種不同之範 轉。 雖然以下以實例與比較例來具體說明本發明，但並不 限制本發明於該等實例。 還有，在實例與比較例中所製作之各個裝置之電氣光 學特性的測定則以下列方法來實施。供給電源方面使用功 能發電機（Function Generator) 「1 9 2 0A」（NF 公司製 )、光源方面則使用150W ( 100V )鹵素燈、設置使用鹵素 燈用之燈室以及顯微鏡用白色光過濾器而得之平行光束於 較過濾器40cm之距離的試樣上，以直徑5mm之光束射入， 以光測試器評估通過試料並於距離試料10cm上通過寬5mm 之間隙的光量。 最大亮度對比（了1()()/八）則由以上述之條件求得的施 加電壓時之最大通過率（T1GQ )及未施加電壓時之通過率

第16頁 2002.01.02.016 修正 五 舰89108224_今/年/月 3曰 、發明說明（12) ((Τ〇 )之比所計算出來。又，開始時間（rr )及結束時間 40ΜΓϊ/ )之測定則使用「數位•儲存示波器」（岩通製、 iY1U )、施加周波數5 0 0Hz之矩形波來進行。 實例1 丙烯酸羥基乙酯及丙烯酸苯氧基乙酯之60 : 4〇 (重量 ^ )混合物佔1 〇重量％ ，與膽甾醇型液晶「C—丨5」（默克 二司製、螺旋方向為逆時針迴轉（—））及顯示不對稱碟 狀c相之強導電性液晶「CS-2〇〇3」 （Chiss〇& — :向為順時針迴轉（+))之1 :〇.2 (莫耳比）混、合物累:疋 '列（絲狀）液晶「5CB」（默克公司製）稀釋而得之所 成的液a日成分中〇 · 4重置％之液晶成分佔g 〇重署。 妯、、日人上 王里兄分 也此合。在以聚亞醯胺薄膜之襯墊來設定7.5//m間隔的2 片I TO塗膜之透明導電玻璃基板之間插入上述之混合物， 於至溫2 2 C下以高壓水銀燈，在由距離發光侧鏡片3 〇 c m 值置照射紫外•可見光之平行光束5分鐘來進行聚合， 片基板之間所形成之光快門層部分之大小約為丨" ； ^電子顯微鏡觀察該光快門層中之組織時，確認形成了夕 區域•焦點圓錐•顆粒之構造，確認顆粒大約分布於平= 大小為2 // m範圍。於室溫2 〇 °C測定該裝置之電氣光學特性 時，在驅動電壓8V下得到最大亮度對比（T⑽/TG ) 70子〇以 上 Tr-2.2ms、rd = 7.3ms。 比較例1 丙烯酸羥基乙酯及丙烯酸苯氧基乙酯之6〇 :4〇 (重量 比）混合物佔1 0重量％ ，與膽甾醇型液晶「C— 5 r ^

490578 _案號89108224_W年，月 j曰 修正_ 五、發明說明（13) 公司製）以向列（絲狀）液晶「5CB」（默克公司製）稀 釋而得之所形成之液晶成分中2 0重量％的之液晶成分佔9 0 重量％充分地混合。在以聚亞醯胺薄膜之襯墊來設定7. 5 // m間隔的2片I TO塗膜之透明導電玻璃基板之間插入上述 之混合物，於室溫2 2 °C下以高壓水銀燈，在由距離發光側 鏡片30cm之位置照射紫外•可見光之平行光束5分鐘來進 行聚合物成分之聚合，於2片基板之間所形成之光快門層 部分之大小約為1 c m X 1 c m。於室溫2 0 °C測定該裝置之電氣 光學特性時，在驅動電壓6 V下得到最大亮度對比（T_ /TQ )300 以上、z*r = 10.6ms、rd = 15ms。 【圖示之簡單說明】 【第一圖】 本發明之液晶光快門的動作原理（未施加電壓時）之 模型圖。 【第二圖】 本發明之液晶光快門的動作原理（施加電壓時）之模 型圖。

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Claims (1)

1. 490578 ::.! ^ /:士 在、案ί號| 89108224 Q/年丨月j日. 修正 _ ^六丄車讀皋到範凰」 ( 1. 一種具有2片導電性基板及有固定於該基板之間之光快 門層的液晶光快門，其中該液晶光快門的特徵為 (1 )前述之光快門層是由5〜2 0重量％之透明性聚合物成 分以及9 5〜8 0重量％之液晶成分所形成； (2 )前述之液晶成分是由膽甾醇型液晶、不對稱碟狀C 液晶以及向列（絲狀）液晶所形成，其中膽留醇型液晶以 及不對稱碟狀C液晶之總和量為液晶成分之中的0 · 0 5〜1 0重 量％ ； (3)前述之光快門層是由包含以前述透明性聚合物成分 所形成之透明性聚合物薄膜之前述的液晶成分所構成之粒 狀構造體。 2. 如申請專利範圍第1項之液晶光快門，其中膽留醇型液 晶之螺旋方向與不對稱碟狀C液晶之螺旋方向互為相反方 向。 3. 如申請專利範圍第1或2項之液晶光快門，其中粒狀構 造體之平均粒徑為1〜1 0 // m。 4. 如申請專利範圍第1項之液晶光快門，其中光快門層為 於紫外•可見光聚合形之預聚合物及/或單體和含有膽甾 醇型液晶、不對稱瘦狀C液晶及向列（絲狀）液晶之混合 物中照射紫外•可見光來進行前述之預聚合物或單體之聚 合。 5. 如申請專利範圍第1項之液晶光快門，其可用於一顯示 裝置。

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