TWI588575B - Liquid crystal structure and its making method - Google Patents
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Description
本發明有關於一種液晶結構及其製作方法，主要可以對可見光波長範圍內的光源進行反射，同時亦可應用在反射式、穿透式或半反射半穿透式的面板上。
一般存在於自然界的物質主要可以區分氣態、液態以及固態。這些狀態在某些特定的條件下可以互相的轉變，例如溫度或壓力的改變，這就是我們一般所說的相變化。對大部分的物質來說在發生相變化時，僅僅是由某一相變化到另外一相，例如由固態變化成為液態，且在相變化的過程中並沒有中間過渡帶的發生。
然而有些物質在加熱熔融後，其相變化並不直接由固體變為液體。這些物質在失去某些固體性質後仍然具有某些的規則性，一般稱之為液晶(liquid crystal，LC)。這種狀態的物質同時具有固體晶體的某種程度的規則性排列狀態以及液體的某種程度流動性。就因為有這種特殊的性質，因此液晶物質的應用非常重要而廣泛。
目前業界經常使用的液晶主要包括有以下幾種：
層列型液晶(smectic LC)：這類型的液晶為棒狀的分子以層狀構造排列，各個分子與層面垂直或具有一傾斜角度，而且所構呈的分子均為互相平行排列。
向列型液晶(nematic LC)：向列型液晶亦為棒狀分子作平行排列，其分子軸方向保持平行，但不具有層列型液晶般的層狀構造，只有一維的規則度。具有光學上的正折射性，與層列型液晶比較，該液晶分子於長軸方向容易自由運動，因此其分子間的作用力小，黏度也較小，且易於滑動，為所有的種類液晶中，流動性最大者，是液晶成員中最重要的，也是最廣泛被使用者。
膽固醇液晶(cholesteric LC)：膽固醇型液晶基本上都具有不對稱碳原子。由這類分子所構成的液晶，其分子平行堆積層狀排列，層和層間互相平行，在每一層中分子有一向列型一般彼此同向排列著，其長軸和層
面平行。在相鄰的兩層之間，分子的長軸方向規則性地依次旋轉一定角度，層層旋轉下來形成一個螺旋狀結構。
由於膽固醇型液晶具有雙穩態的特性，因此被廣泛的使用在不需要電源供應便可維持狀態的顯示器上，例如電子紙。請參閱第1圖，膽固醇液晶面板10主要包括有一前基板11及後基板15，其中後基板15上可塗佈黑漆，並於兩者之間設置有一膽固醇液晶13，膽固醇液晶13則包括有複數個膽固醇液晶分子131。當施加在膽固醇液晶13上的電壓改變時，膽固醇液晶13的排列方式將會隨之改變，例如膽固醇液晶13可為平面型排列(Planar Texture)103、焦點圓錐型排列(Focal Conic Texture)101或垂直型排列(Homeotropic Texture)102。
其中平面型排列103及焦點圓錐型排列101皆為穩態，換言之，當膽固醇液晶13為平面型排列103或焦點圓錐型排列101時，都不需要外加電壓便可以維持原本的排列狀態。
外界光源L在進入平面型排列103的液晶後，將會因為膽固醇液晶分子131螺旋節距(pitch)的不同，而使得部分波長範圍的光源L產生布拉格反射(Bragg reflection)，並成為亮態。反之，當外界光源L進入焦點圓錐型排列101的液晶後將會穿透，並被後基板15上所設置的黑漆吸收而成為暗態。
本發明之主要目的，在於提供一種液晶結構，主要於膽固醇液晶內摻雜染料，並使得膽固醇液晶為指紋型排列，且其螺旋軸方向具有一定秩序，藉由此一結構將可以對可見光波長範圍內的光源進行反射。
本發明之次要目的，在於提供一種液晶結構，其中膽固醇液晶以指紋型排列時為亮態，以平面型排列時則為暗態，藉此液晶結構將可以應用在反射式、穿透式或半反射半穿透式的面板上。
本發明之又一目的，在於提供一種液晶結構，主要是使得膽固醇液晶為指紋型排列，且其螺旋軸方向具有一定秩序，再利用聚合物凍結該指紋型排列結構，而指紋型排列及平面型排列皆為穩態，且兩者之間的切換速度較習用構造快，藉此將有利於提高面板的顯示品質。
本發明之又一目的，在於提供一種液晶結構的製作方法，可以將高分子單體、膽固醇液晶(正型或雙頻液晶)及染料進行混合，並對膽固醇液晶平面型排列在d/p>3/2之情況下施加縱向小電場(約0.3V/um)，以形成螺旋軸方向垂直配向方向之指紋型排列，再以聚合物凍結該指紋型排列
結構。
本發明之又一目的，在於提供一種液晶結構的製作方法，可以將高分子單體、膽固醇液晶(雙頻液晶)及染料進行混合，並對膽固醇液晶施加一高頻水平電場，使得膽固醇液晶表現出負型液晶特色且形成螺旋軸方向具有一定秩序性的指紋型排列，而後再進行一如光照或加熱等固化程序，促使高分子單體聚合為一聚合物以凍結該指紋型排列結構。若施加縱方向之低頻高電壓脈衝則可讓膽固醇液晶表現出正型液晶特色並切換為平面型排列，施加縱方向低頻低電壓脈衝則切換為指紋型排列。
本發明之又一目的，在於提供一種液晶結構的製作方法，可以將膽固醇液晶(負型或雙頻液晶)及染料進行混合，並對膽固醇液晶施加一水平電場，使得膽固醇液晶為指紋型排列。若施加縱方向電場或移除水平電場，藉由基板的水平配向而成為膽固醇液晶平面型排列結構。
為達成上述目的，本發明提供一種液晶結構，主要包括有：一膽固醇液晶，為指紋型排列，且膽固醇液晶之螺旋軸方向具有一定的秩序；及一染料，摻雜於膽固醇液晶內。
此外，本發明尚提供一種液晶結構的製作方法，主要包括有以下步驟：於一膽固醇液晶內摻雜至少一染料；將該膽固醇液晶與一高分子單體進行混合；將該膽固醇液晶切換成為螺旋軸方向具有一定的秩序或朝單一方向的指紋型排列；及對該高分子單體進行一固化程序，以形成為一聚合物，並藉此聚合物以凍結該膽固醇液晶之指紋型排列。
又，本發明尚提供一種液晶結構的製作方法，主要包括有以下步驟：於一膽固醇液晶內摻雜至少一染料；將膽固醇液晶及染料放置於一第一基板及一第二基板之間；將該膽固醇液晶切換成為螺旋軸方向具有一定秩序或朝單一方向的指紋型排列；及將該膽固醇液晶切換成為平面型排列。
10‧‧‧膽固醇液晶面板
101‧‧‧焦點圓錐型排列
102‧‧‧垂直型排列
103‧‧‧平面型排列
11‧‧‧前基板
13‧‧‧膽固醇液晶
131‧‧‧膽固醇液晶分子
15‧‧‧後基板
20‧‧‧液晶結構
21‧‧‧膽固醇液晶
211‧‧‧膽固醇液晶分子
213‧‧‧膽固醇液晶分子
215‧‧‧膽固醇液晶分子
217‧‧‧膽固醇液晶分子
23‧‧‧染料
25‧‧‧高分子單體
30‧‧‧液晶結構
301‧‧‧指紋型排列
302‧‧‧垂直型排列
303‧‧‧平面型排列
304‧‧‧球石狀排列
305‧‧‧焦點圓錐型排列
306‧‧‧第二指紋型排列
307‧‧‧第三指紋型排列
308‧‧‧第四指紋型排列
309‧‧‧第五指紋型排列
311‧‧‧第一基板
313‧‧‧第二基板
32‧‧‧反射層
33‧‧‧第一電極
35‧‧‧第二電極
40‧‧‧液晶結構
45‧‧‧聚合物
46‧‧‧絕緣層
47‧‧‧第三電極
475‧‧‧第四電極
50‧‧‧液晶結構
60‧‧‧液晶結構
70‧‧‧液晶結構
71‧‧‧液晶滴
72‧‧‧微膠囊液晶滴
77‧‧‧微膠囊外殼層
80‧‧‧液晶結構
90‧‧‧液晶結構
91‧‧‧偏光板
93‧‧‧突出物
935‧‧‧突出物
95‧‧‧隙縫
955‧‧‧隙縫
100‧‧‧液晶結構
110‧‧‧液晶結構
120‧‧‧液晶結構
130‧‧‧液晶結構
140‧‧‧液晶結構
150‧‧‧液晶結構
第1圖：為習用習用膽固醇液晶面板的構造示意圖。
第2圖：為本發明液晶結構一較佳實施例之構造示意圖。
第3圖：為本發明液晶結構在切換時的構造示意圖。
第4圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第5圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第6圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第7圖：為本發明液晶結構一實施例的部分構造俯視圖。
第8圖：為本發明液晶結構一實施例的部分構造俯視圖。
第9圖：為本發明液晶結構一實施例的部分構造俯視圖。
第10圖：為本發明液晶結構一實施例的部分構造俯視圖。
第11圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第12A圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第12B圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第13A圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第13B圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第14圖：為本發明液晶結構又一實施例在切換時之構造示意圖。
第15圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第16圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第17A圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第17B圖：為本發明如第17A圖所示實施例之部分構件俯視圖。
第18圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
第19圖：為本發明液晶結構又一實施例在切換時之構造示意圖。
第20圖：為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。
請參閱第2圖，為本發明液晶結構一較佳實施例之構造示意圖。如圖所示，本發明所述之液晶結構20包括有一膽固醇液晶21，並於膽固醇液晶21內摻雜有一染料(Dyes)23，如第2圖所示之斜線部分，膽固醇液晶21包括有複數個膽固醇液晶分子211，並致使膽固醇液晶21之螺旋軸方向或排列將具有一定的秩序的指紋型排列(Fingerprint Texture)，例如將膽固醇液晶分子211的螺旋軸朝單一方向X1。接續再將該指紋型排列的膽固醇液晶21藉由一聚合物予以凍結固定。
本發明於膽固醇液晶21內所摻雜的染料23可以是二色性染料(Dichroic Dyes)，一般而言二色性染料可為在分子長軸方向具有光吸收特性的P型二色性染料，及在分子短軸方向具有光吸收特性的N型二色性染料。染料23摻雜在膽固醇液晶21內，且染料23和膽固醇液晶分子211以相互平行的方式排列，藉此染料23的排列將會隨著膽固醇液晶分子211的運動而改變。
請參閱第3圖，為本發明液晶結構在切換時的構造示意圖。如圖所示，本發明所述之液晶結構30包括有一第一基板(或稱前基板)311及一第二基板(或稱後基板)313，並將膽固醇液晶21及染料23設置在第一基板311及第二基板313之間，而膽固醇液晶21將成為指紋型排列，其螺旋軸方向具有一定的秩序，例如膽固醇液晶21包括有複數個膽固醇液晶分子211，且膽固醇液晶分子211的螺旋軸朝單一方向X1。該指紋型排列的膽固醇液晶21將藉由一聚合物45予以凍結固定。
第一基板311上可設置有一第一電極33，而第二基板313上則設置有一第二電極35，在使用時可藉由第一電極33及第二電極35供給電壓，並於第一基板311及第二基板313之間形成電場，藉此電場將可以對膽固醇液晶21的排列或螺旋軸方向進行改變。
當液晶結構30為平面型排列(Planar Texture)303時，由外界進入的外界光源L1及/或背光光源L3將會被液晶結構30內的染料23所吸收並成為暗態。在應用時，可以對平面型排列303的液晶施加一低電壓脈衝(VL)，並使其切換為指紋型排列301。
請同時參閱第4圖，當膽固醇液晶21為指紋型排列301時，由外界進入的光源L1將有部分會被染料23所吸收，而有部分的光源L1則會穿透指紋型排列301的液晶並被反射層反射成為亮態。例如偏振方向垂直膽固醇液晶21螺旋軸方向X1的垂直光X5會被染料23吸收，而偏振方向平行膽固醇液晶21螺旋軸方向X1的平行光X4則會穿透液晶，未被染料23所吸收，並被設於第二基板313內部或底層之反射層32所反射。
使用時若對指紋型排列301的膽固醇液晶21施加一高電壓脈衝VH，例如一可將膽固醇液晶21從指紋型排列301切換成為垂直型排列(Homeotropic Texture)302的臨界電壓(Euw)脈衝，藉此液晶結構30將會經由垂直型排列302後而被切換成平面型排列303，如箭頭S1/S2。
在實際操作下，如果對指紋型排列301的液晶21施加高電壓脈衝VH後，高電壓脈衝VH持續期間將會形成垂直型排列(Homeotropic Texture)302的液晶，如程序箭頭S1。而當高電壓脈衝VH被移除或消失之後，液晶結構30將會由垂直型排列302切換為平面型排列303，如程序箭頭S2。由於垂直型排列302一般係非穩態，因此，垂直型排列302也可被稱為一過渡程序。
又，如果對膽固醇液晶21施加一低電壓脈衝VL，如程序箭頭S3，則液晶結構30又可從平面型排列303切換為指紋型排列301。
平面型排列303及指紋型排列301皆為穩態，因此當液晶結構30切換為平面型排列303或指紋型排列301後便不需要繼續供給電壓，並可長時間維持在平面型排列303或指紋型排列301。
由於平面型排列303為暗態，指紋型排列301為亮態，因此本發明所述之液晶結構30可使用在反射式、穿透式或半反射半穿透式的面板上，並可以對可見光波長範圍內的光源進行反射。例如在第4圖中，指紋型排列301，其第二基板313底層設有一部分畫素區域之反射層32，而另一部分畫素區域為背光光源L3可以穿透的透明層，因此此指紋型排列30即為一半反射半穿透式之液晶結構。
如果第二基板313底層只有背光光源L3而無反射層32，則此結構即為一穿透式液晶結構。又，如果第二基板313底層只有反射層32而無背光光源L3，則此結構即為一反射式液晶結構
背光光源L3至少包括有平行X1之平行光X4及垂直X1之垂直光X5。當背光光源L3從第二基板313射入液晶21時，則有平行光X4可穿透，而垂直光X5則會被吸收，因此穿透光L4就只有平行光X4。
外界光源L1也同樣具有平行X1之平行光X4及垂直X1之垂直光X5，當外界光源L1從第一基板311入射時，垂直光X5將會被吸收，而平行光X4將可到達第二基板313，如入射光L12，再藉由設於第二基板313上內部、表面或底層之反射層32反射，以成為一反射光L2。反射光L2存在有平行光X4，而反射光L2將可穿透液晶21以反射出去。
外界光源L1在穿透指紋型排列301的膽固醇液晶21後，將會被反射層32所反射，並使得液晶結構為亮態。此外相較於習用膽固醇液晶面板(10)以平面型排列及焦點圓錐型排列為雙穩態之構造而言，本發明之穩態主要是藉由平面型排列303及指紋型排列301之間的切換動作而成，因此可提高切換的速度以提高顯示的品質。
請參閱第5圖，為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。如圖所示，本發明所述之液晶結構40包括有一第一基板311及第二基板313，並於第一基板311上設置有至少一第一電極33，第二基板313上則依序設置有至少一第二電極35及至少一第三電極47。其中第二電極35及第三電極47之間還設置有一絕緣層46，且第三電極47為一共平面電極，而膽固醇液晶21及染料23則設置在第一基板311及第二基板313之間。
在此本發明實施例中，膽固醇液晶21可為一雙頻液晶(Dual Frequency LC)，雙頻液晶在低頻電壓下會表現出正型液晶特性，而在高頻
電壓下則會表現出螺旋軸跟水平電場平行之負型液晶特性。因此在應用時可將膽固醇液晶21(雙頻液晶)及染料23設置於第一基板311及第二基板313之間，並透過第三電極47所形成的高頻水平電場E使得膽固醇液晶21成為指紋型排列，且膽固醇液晶21的螺旋軸朝單一方向或螺旋軸方向具有一定的秩序。
在實際製作時可將膽固醇液晶21與一高分子單體(monomer，例如BAB6)25混合，並進行聚合以凍結指紋型排列，之後再透過第一電極33及第二電極35之間的低頻電場來改變膽固醇液晶21的排列方式。對第一電極33及第二電極35輸入一縱向高電壓脈衝，例如一縱向低頻高電壓脈衝，便可以將膽固醇液晶21切換為平面型排列；若對第一電極33及第二電極35再輸入一縱向低電壓脈衝，例如一縱向低頻低電壓脈衝，則會將膽固醇液晶21切換為指紋型排列。
在製作時主要於一膽固醇液晶21內摻雜至少一染料23；再將膽固醇液晶21與一高分子單體25進行混合；並使得膽固醇液晶21為螺旋軸具有一定秩序或朝單一方向的指紋型排列；最後再對高分子單體25進行一光照或加熱等固化程序，以凍結膽固醇液晶21，例如使其維持在指紋型排列結構。
在本發明一實施例中，高分子單體25被進行一光照或加熱等固化程序後，將致使高分子單體成為一聚合物45，並以該聚合物以凍結膽固醇液晶21的結構。
由於本發明之膽固醇液晶21將成為指紋型排列，其螺旋軸方向具有一定的秩序性或單一方向，且將藉由高分子單體25所形成之聚合物45以凍結指紋型排列，因此即便之後不再以第三電極47來形成水平電場E，膽固醇液晶21依然會維持其指紋型排列。
前述各實施例之高電壓脈衝或低電壓脈衝皆為在膽固醇液晶領域專業人士所能極易思及之用詞，例如公開刊載於(http：//osdlab.eic.nctu.edu.tw/LC/data/issues/2004_1/05.pdf)：中國液態晶體學會簡訊-2004年第一期(2004年06月)-膽固醇型液晶電子書(E-Book)，因此在本發明中不對高電壓脈衝及低電壓脈衝進行詳盡之定義或說明。
請參閱第6圖，為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。如圖所示，本發明所述之液晶結構50包括有一第一基板311及第二基板313，第二基板313上設置有至少一第三電極47，並於第一基板311及第二基板313之間設置膽固醇液晶21及染料23。
在此本發明實施例中，膽固醇液晶21為一負型液晶，而藉由第三電極47來產生一與第一基板311及/或第二基板313呈現水平的水平電場E時，將使得膽固醇液晶21成為一螺旋軸具有一定秩序或朝單一方向的指紋型排列。而當第三電極47所形成水平電場E被移除後，膽固醇液晶21便會因為第一基板311及第二基板313的水平配向而成為平面型排列結構。
當然在實際應用時亦可以選擇在第一基板311上設置有至少一第一電極33，而在第二基板313上則設置有至少一第二電極35，並有一絕緣層46介於第二電極35與第三電極47之間。當第一電極33及第二電極35之間形成或施加一縱向電場E1時，也可以使得膽固醇液晶21成為平面型排列，藉此將有利於膽固醇液晶21之結構排列形態轉換速度的提高。
為此，第一電極33、第二電極35及/或第三電極47的設置與否將可依據膽固醇液晶21的特性來進行調整或改變。
請參閱第7圖，為本發明液晶結構一實施例的部分構造俯視圖。本發明前述第5圖及第6圖所示之第三電極47係可以一長條狀的方式設置，相鄰兩兩第三電極47將相互平行，藉此膽固醇液晶21的螺旋軸將會朝單一方向，如第7圖所示之第一方向X1。
在本發明又一實施例中，第三電極47也可以如第8圖所示之「ㄑ」狀、或如第9圖所示之波浪狀、或第10圖所示之螺旋狀或多角形的方式設置，膽固醇液晶21之螺旋軸方向將會具有一定的秩序，但並不會全部朝同一個單一方向，有部分膽固醇液晶21的螺旋軸朝向第二方向X2，而有部分膽固醇液晶21的螺旋軸則會朝第三方向X3。
本實施例中，膽固醇液晶21之螺旋軸方向具有一定的秩序，但並不是只有單一方向X2或單一方向X3，與第7圖所示實施例中只有單一方向X1之態樣並不相同。以單一畫素來看，雖然螺旋軸方向並非朝向單一方向，但以畫素之部分區域來看，螺旋軸方向仍然是具有單一方向，因此，膽固醇液晶21之螺旋軸方向具有一定的秩序。
請參閱第11圖，為本發明液晶結構又一實施例之構造示意圖。如圖所示，本發明所述之液晶結構60包括有一第一基板311及第二基板313，並於第一基板311上設置有至少一第一電極33，第二基板313上則設置有至少一第二電極35，而具有正型液晶特色之膽固醇液晶21及染料23則設置在第一基板311及第二基板313之間。
在應用時，於形成第一電極33及第二電極35後，將在第一電
極33/第二電極35及/或第一基板311/第二基板313表面進行互為平行或反平行之水平配向處理，如圖式X6。再藉由第一電極33及第二電極35對膽固醇液晶21之平面型排列結構施加一縱向小電場E2，例如在d/p>3/2(d為面板間距，p為膽固醇液晶螺距)且平面型排列303之狀況條件下，對膽固醇液晶21施加約為0.3V/um的縱向小電場E2，藉此可使得膽固醇液晶21成為螺旋軸垂直於水平配向方向X6的指紋型排列301，再藉由高分子單體所形成的聚合物45將膽固醇液晶21凍結於指紋型排列結構301。
在應用時，可以對第一電極33及第二電極35輸入一高電壓脈衝，將使得膽固醇液晶21從指紋型排列301切換為平面型排列303。若對第一電極33及第二電極35再輸入一低電壓脈衝時，又可使得膽固醇液晶21從平面型排列303切換為指紋型排列301，如第3圖所示之程序S1/S2/S3。
在本發明又一實施例中，正型液晶亦可使用一雙頻液晶配合一低頻電壓，使其表現正型液晶特色。同理，負型液晶亦可使用雙頻液晶配合一高頻電壓，使其表現負型液晶特色。
接續，請參閱第12A圖，係為本發明又一實施例在切換時之構造示意圖。本發明液晶結構70亦可適用於掺雜有大量高分子單體之高分子分布型膽固醇液晶結構(Polymer Dispersed Cholesteric Liquid Crystal；PDCLC)，主要係將膽固醇液晶21內掺雜有至少一染料23，並與一高分子單體(25)混合，且需調控液晶/高分子單體(CLC/monomer)重量比。
將調配好之膽固醇液晶21、染料23及高分子單體(25)放置於第一基板311及第二基板313之間。對高分子單體(25)及膽固醇液晶21進行一光照或加熱等固化程序，以形成一聚合物45及複數個液晶滴(droplet)71，聚合物45將包覆液晶滴71，而液晶滴71內則存在有膽固醇液晶21及染料23。
如果在形成條件搭配適宜下，例如搭配配向、液晶/高分子重量比、光照/加熱等固化程序及/或液晶滴尺寸遠大於液晶螺距等形成條件，膽固醇液晶21及染料23將在液晶滴21內形成一球石狀(spherulite)排列304。
在本發明一實施例中，其膽固醇液晶21係可為一負型液晶或一可表現負型特色之雙頻液晶，例如一E7(向列型)液晶。高分子單體(25)可選用一NOA65材料(照光或加熱會鏈結為聚合物的單體)，而液晶/高分子單體重量比則調控為1：1，藉此以形成球石狀之液晶排列304。
在第一基板311及第二基板313之間輸入一水平電場E，例如藉由第三電極47所形成之水平電場E，可將球石狀之膽固醇液晶21及染料23從球石狀排列304切換為指紋型排列301，而指紋型排列301之膽固醇液晶21將具有一定的秩序或朝單一方向之螺旋軸。
如果再移除水平電場E，則位於液晶滴71內之膽固醇液晶21又可從指紋型排列301切換為球石狀排列304。因此可藉由水平電場E之存在與否以決定液晶結構70之暗亮態樣。例如球石狀排列304係為暗態，而指紋型排列301係為亮態。
在本發明又一實施例中，如第12B圖所示，如果膽固醇液晶21係為一正型液晶或一可表現正型特色之雙頻液晶，第一基板311及第二基板313之間輸入一縱向電場E1，例如由第一電極33及第二電極35所形成之縱向電場E1，則球石狀排列304之膽固醇液晶21及染料23將被切換為指紋型排列301。因此可藉由縱向電場E1之存在與否以決定液晶結構70之暗亮態樣。例如指紋型排列301係為亮態，而球石狀排列304係為暗態。
請參閱第13A圖，係為本發明又一實施例在切換時之構造示意圖，本發明液晶結構80可適用於微膠囊膽固醇液晶結構。利用一已被熟知之微膠囊製程技術，例如類似電泳顯示器製作微膠囊的技術，可形成複數個微膠囊液晶滴72，而微膠囊液晶滴72主要係利用一微膠囊外殼層77以包覆膽固醇液晶21及染料23，並形成球石狀排列304。而膽固醇液晶21係可選用負型液晶或可表現負型液晶特色之雙頻液晶。
同理，可藉由水平電場E之存在與否以決定液晶結構80之暗亮態樣。例如沒有水平電場E存在時之球石狀排列304係為暗態，而有水平電場E存在時之指紋型排列301係為亮態。
當然，如第13B圖所示，如果膽固醇液晶21係為一正型液晶或一可表現正型特色之雙頻液晶，也可藉由縱向電場E1之存在與否以決定液晶結構80之暗亮態樣。例如有縱向電場E1存在時之指紋型排列301係為亮態，而沒有縱向電場E1存在時之球石狀排列304係為暗態。
另外，請參閱第14圖，係本發明又一實施例在切換時之構造示意圖，本實施例液晶結構90類似前述第3圖所示實施例，將雙頻液晶21、染料23混合後放置於第一基板311及第二基板313之間。
當第一電極33及第二電極35之間產生一縱向電場E2時，液晶結構90將成為焦點圓錐型排列305，表現出正型液晶特色。經由輸入之
一高電壓(VH)而將膽固醇液晶21切換為垂直型排列302(VH持續供給期間)，如箭頭S1，或輸入一高電壓脈衝(VH)而切換成平面型排列303，如箭頭S1/S2。又，輸入一縱向低電壓脈衝(VL)時，平面型排列303之液晶結構90又可切換回焦點圓錐型排列305，如箭頭S3。
而在平面型排列303、垂直型排列302或焦點圓錐型排列305時，若輸入第三電場47所形成之水平電場E，雙頻液晶21將表現出負型液晶特色，以致使膽固醇液晶21成為螺旋軸具有一定秩序或朝單一方向的指紋型排列301，指紋型排列301係為一亮態，如箭頭S4或S5。
藉由染料23及/或膽固醇液晶21種類之選擇，指紋型排列301、平面型排列303或焦點圓錐型排列305之亮暗態可搭配設計。
請參閱第15圖，係本發明又一實施例之構造示意圖，本發明液晶結構100主要係在第一基板311上分別設有一偏光板91及一第四電極475，第二基板313上則設有第三電極47，第四電極475將與第三電極47形成隔空相互交錯垂直態樣，且第四電極475及第三電極47都個別為一共平面電極。
於此實施例中，偏光板91之通過軸方向X6為入射紙面，而外界光源L1具有平行X軸之水平光X4及垂直光X5，垂直光X5與通過軸方向X6同方向。
當第三電極47形成水平電場E時，液晶結構100之膽固醇液晶21即可從平面型排列(303)切換成(第一)指紋型排列301，膽固醇液晶21之螺旋軸具有一定秩序或朝單一方向X1。外界光源L1在通過偏光板91時，外界光源之水平光X4將被濾除，僅允許指向紙面之垂直光X5通過，以形成入射光L12。入射光L12將被染料23所吸收或散射，不會形成反射光(L2)，因此，在(第一)指紋型排列301係為暗態。
當第三電極47之水平電場E消失時，液晶結構100之膽固醇液晶21又可從第一指紋型排列301切換成平面型排列(303)。
當第四電極475形成第二水平電場E3時，液晶結構100之膽固醇液晶21可從平面型排列(303)切換成第二指紋型排列306，膽固醇液晶21之螺旋軸具有一定秩序或朝單一方向X6(指向紙面)。外界光源L1在通過偏光板91時，同樣僅允許指向紙面之垂直光X5通過，以形成入射光L12。而具有X5方向之入射光L12將可通過膽固醇液晶21及染料23，並被反射鏡32反射以形成一反射光L2，因此，在第二指紋型排列306係為亮態。
同理，當第四電極475之第二水平電場E3消失時，液晶結構100之膽固醇液晶21又可從第二指紋型排列306切換成平面型排列(303)。
藉由第三電極47所形成之(第一)水平電場E或第四電極475所形成之第二水平電場E3，即可決定膽固醇液晶21之螺旋軸方向，係成為一與偏光板91之通過軸方向相互垂直之暗態，或一與偏光板91之通過軸方向相互水平之亮態。
於本發明又一實施例中，亦可藉由聚合物45之形成以凍結固定住第一指紋型排列301或第二型指紋型排列306，再選擇係由第三電極47或第四電極475來產生橫向之水平電場E或E3(如第17B圖所示)，以改變膽固醇液晶21之螺旋軸方向，如此也可以產生液晶結構100之暗亮態。
例如以聚合物45凍結固定第一指紋型排列301，並致使第一指紋型排列301之螺旋軸方向與偏光板91之通過軸方向垂直，以成為暗態。藉由第四電極475所形成之第二水平電場E3，則可讓膽固醇液晶21之螺旋軸選轉90度，以與偏光板91之通過軸方向同方向，以成為第二指紋型排列306之亮態。而第二水平電場E3移除消失時，又可將膽固醇液晶21從第二指紋型排列306切換回暗態之第一型指紋型排列301。
於本發明又一實施例中，第一指紋型排列301(或第二型指紋型排列306)亦可適用於如第11圖所示之方法，即是以雙頻液晶21先經由縱向小電場E2及配向處理以形成指紋型排列301後，再經過一固化程序以聚合物45凍結固定第一指紋型排列301。接續，再利用第四電極475來改變雙頻液晶21切換為第二型指紋型排列306，藉此同樣可達到配合偏光板91以切換液晶結構100暗亮態之目的。
在此實施例中，第一電極(33)及第二電極(35)必須存在，但第三電極47及第四電極475則只需選擇其一存在即可。當然，若第一基板311上若設有第一電極(33)，則第一電極(33)與第四電極475之間也會存在有一絕緣層。
請參閱第16圖，係為本發明又一實施例之構造示意圖，於第一基板311及第二基板313之間相距有一間隔厚度d。如果液晶結構110在第二型指紋型排列306時，其外界光源L1或背光光源L3之通過軸與膽固醇液晶21之螺旋軸方向平行(或稱同方向)，則外界光源L1或背光光源L3將可反射或穿透，以致使液晶結構110在第二型指紋型排列306係為亮態。
當第三電極47產生橫向水平電場E時，接近第三電極47之膽固醇液晶分子213將形成螺旋軸朝向X1，且與水平電場E平行之第一指紋型排列(301)，而遠離第三電場47之膽固醇液晶分子215由於厚度d之加寬，因此將不受水平電場E影響，還是維持第二型指紋型排列306，以成為一第三型指紋型排列307。第三型指紋型排列307中的膽固醇液晶分子213及膽固醇液晶分子215之螺旋軸將相互垂直，不管係外界光源L1或背光光源L3將被膽固醇液晶21及/或染料23所吸收，因此第三型指紋型排列307將成為一暗態。
如果移除水平電場E，由於第二型指紋型排列306已被一聚合物45予以凍結固定，因此液晶結構110又可從第三型指紋型排列307切換回亮態之第二型指紋型排列306。膽固醇液晶21係可選用負型液晶或具有液晶特色之雙頻液晶。
圖式中，介於膽固醇液晶213與膽固醇液晶215之間的膽固醇液晶217由於將受到水平電場E之部分影響，因此其螺旋軸X7將轉一角度，例如45度。
又，請參閱第17A圖及第17B圖，係分別為本發明又一實施例之構造示意圖及第三電極47/第四電極475之俯視圖，液晶結構120可藉由前述實施例所陳述之製作方法以形成一指紋型排列，例如第二指紋型排列306，係為一亮態。而當設於第一基板311之第四電極475產生橫向第二水平電場E3，且設於第二基板313之第三電極47也同時產生(第一)水平電場E時，鄰近之膽固醇液晶分子215/213將受到影響，而形成膽固醇液晶分子215/213之螺旋軸相互垂直之第三指紋型排列307，則為一暗態。
第四電極475與第三電極47一樣係為一共平面電極，且第四電極475也可為為一長條狀、一「ㄑ」狀、一波浪狀、一多角形或一螺旋狀。
在此實施例中，可藉由第四電極475產生橫向第二水平電場E3以維持第二指紋型排列306之亮態，再藉由第三電極47之(第一)水平電場E之存在與否以決定是否形成第三指紋型排列307之暗態。
在另一實施例中，亦可利用聚合物45先凍結固定第二指紋型排列306之亮態，再藉由第三電極47之(第一)水平電場E之存在與否以決定是否形成第三指紋型排列307之暗態。
本實施例亦可與前述之偏光板(91)搭配使用，利用第二指紋型排列306及第三指紋型排列307間之切換以決定光線是否可通過偏光板(91)
之通過軸，相對也可改變液晶結構120之暗亮態樣。
另外，請參閱第18圖，係為本發明又一實施例之構造示意圖。本發明液晶結構130主要係在第一基板311上設有一第一電極33，第一電極33上設有至少一突出物(bump)93及/或至少一隙縫(slit)95，而第二基板313上則設有一第二電極35。
當第一電極33及第二電極35間產生一縱向電場(E4)時，由於突出物93及/或隙縫95之作用，將影響縱向電場形成為一斜向電場E4，斜向電場E4將有近似水平電場(E)之性質，而膽固醇液晶21及染料23也相對受到影響而改變其螺旋軸，以致使液晶結構130將從平面型排列303切換成第四指紋形排列308。也因此可改變液晶結構130之暗亮態樣。
當然，如果移除斜向電場E4後，液晶結構130又可從第四指紋形排列308之亮態切換為平面型排列303之暗態。
本實施例亦可與前述之偏光板(91)搭配使用，利用平面型排列303及第四指紋形排列308間之切換以決定光線是否可通過偏光板(91)之通過軸，相對也可改變液晶結構130之暗亮態樣。
請參閱第19圖，係為本發明又一實施例在切換時之構造示意圖，本發明液晶結構140在藉由斜向電場E4以形成第四指紋型排列308時，可利用高分子單體所形成之聚合物45以凍結固定該第四指紋型排列308結構，為一亮態。之後再利用第一電極33及第二電極(35)間之高電壓脈衝及/或低電壓脈衝，以作為第四指紋型排列308、平面型排列303或垂直型排列302之切換，藉此以獲得液晶結構140之暗/亮態或雙穩態之間的切換。
於本發明又一實施例中，其第二電極(35)也可由第三電極或畫素電極47所取代，而第三電極47或第二電極(35)上也可形成有一隙縫955或一突出物935，同樣可達到產生斜向電場E4之目的。
又，突出物93/935及/或隙縫95/955係可為一圓環、一同心圓或一多角形者。
最後，請參閱第20圖，係為本發明又一實施例之構造示意圖，本發明液晶結構150亦可將膽固醇液晶21先行加熱處理至等向性(isotropic)液態後再降溫，以致使每一個膽固醇液晶21之螺旋軸雖然還是平行第一基板311或第二基板313，但螺旋軸方向並不相同或有一定秩序，例如X1、X5及X7，以形成一第五指紋型排列309，係為暗態。
再利用聚合物45以凍結固定第五指紋型排列309後，利用第
三電極47所產生之水平電場E即可將液晶結構150切換成第一指紋型排列301之亮態。如果再移除水平電場E，又可切換回暗態之第五指紋型排列309。如此同樣可達到切換本發明液晶結構150亮暗態之目的。
當然，在本發明又一實施例中，膽固醇液晶係為正型液晶或具有正型液晶特色之雙頻液晶時，當聚合物45以凍結固定第五指紋型排列309後，可利用一縱向小電場，同樣可將液晶結構150切換成第一指紋型排列301之亮態。
以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，例如正型液晶、雙頻液晶、負型液晶或染料材料之搭配選擇來改變暗亮態等變化，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
21‧‧‧膽固醇液晶
211‧‧‧膽固醇液晶分子
23‧‧‧染料
30‧‧‧液晶結構
301‧‧‧指紋型排列
302‧‧‧垂直型排列
303‧‧‧平面型排列
311‧‧‧第一基板
313‧‧‧第二基板
32‧‧‧反射層
33‧‧‧第一電極
35‧‧‧第二電極
Claims (26)
- 一種液晶結構，主要包括有：一膽固醇液晶，為指紋型排列，且該膽固醇液晶之螺旋軸的方向具有一定的秩序，該膽固醇液晶包括有複數個膽固醇液晶分子，且該膽固醇液晶分子之螺旋軸方向具有一定的秩序或朝單一方向；及一染料，摻雜於該膽固醇液晶內。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶結構，包括有一聚合物設置於該膽固醇液晶內，而該聚合物可用以凍結該膽固醇液晶的結構。
- 如申請專利範圍第2項所述之液晶結構，其中該聚合物將膽固醇液晶凍結成為螺旋軸朝單一方向或具有一定秩序的指紋型排列。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶結構，包括有一水平電場使得該膽固醇液晶維持在指紋型排列。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶結構，包括有一第一基板及一第二基板，並將該膽固醇液晶及該染料設置在該第一基板及該第二基板之間。
- 如申請專利範圍第5項所述之液晶結構，其中該第一基板上設置有至少一第一電極，該第二基板上則設置有至少一第二電極。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶結構，其中該第二電極上設置有至少一第三電極，而第二電極及第三電極之間設置有一絕緣層，該第三電極為共平面電極，且該第三電極用以向該膽固醇液晶提供一水平電場。
- 如申請專利範圍第5項所述之液晶結構，其中該第二基板上設置有至少一第三電極，且第三電極為共平面電極。
- 如申請專利範圍第7項所述之液晶結構，包括有一聚合物設置於該膽固醇液晶內，用以將膽固醇液晶凍結成為螺旋軸朝單一方向或螺旋軸具有一定秩序的的指紋型排列。
- 如申請專利範圍第9項所述之液晶結構，其中該第一電極及該第二電極之間輸入一縱向高電壓脈衝，致使該膽固醇液晶將切換為平面型排列，又第一電極及第二電極之間再輸入一縱向低電壓脈衝，則該膽固醇液晶將切換為指紋型排列。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶結構，其中該膽固醇液晶係為一正型液晶或一雙頻液晶，而於該第一電極及該第二電極表面具有相互平行或反平行之水平配向，於該第一電極及該第二電極之間輸入一 縱向小電場，以致使該膽固醇液晶成為指紋型排列。
- 如申請專利範圍第11項所述之液晶結構，尚包括有一聚合物，設置於該膽固醇液晶內，聚合物可用以將膽固醇液晶凍結為該指紋型排列。
- 如申請專利範圍第12項所述之液晶結構，其中該第一電極及該第二電極之間輸入一縱向高電壓脈衝，以致使該膽固醇液晶切換為平面型排列，又第一電極及第二電極之間再輸入一縱向低電壓脈衝，則該膽固醇液晶將切換為指紋型排列。
- 如申請專利範圍第7項所述之液晶結構，其中該膽固醇液晶係為一負型液晶或一雙頻液晶，該第三電極將提供一水平電場，以致使膽固醇液晶形成為指紋型排列，而該水平電場移除或提供一縱向電場則可致使膽固醇液晶切換為平面型排列。
- 如申請專利範圍第14項所述之液晶結構，包括有一聚合物設置於該膽固醇液晶內，用以將膽固醇液晶凍結成為螺旋軸朝單一方向或螺旋軸具有一定秩序的的指紋型排列。
- 如申請專利範圍第7項所述之液晶結構，其中該水平電場可作用於平面型排列或焦點圓錐型排列之該膽固醇液晶，並致使膽固醇液晶切換為該指紋型排列，而該水平電場移除或提供一縱向電場則可致使膽固醇液晶切換為平面型排列或焦點圓錐型排列。
- 一種液晶結構的製作方法，主要包括有以下步驟：於一膽固醇液晶內摻雜至少一染料；將該膽固醇液晶與一高分子單體進行混合；將該膽固醇液晶切換成為螺旋軸方向具有一定的秩序或朝單一方向的指紋型排列；及對該高分子單體進行一固化程序，以形成為一聚合物，並藉由聚合物以凍結該膽固醇液晶之指紋型排列。
- 如申請專利範圍第17項所述之製作方法，其中該膽固醇液晶為一負型液晶或一雙頻液晶，並對該膽固醇液晶施加一水平電場，使得該膽固醇液晶成為該指紋型排列。
- 如申請專利範圍第17項所述之製作方法，尚包括有以下步驟：於一第一基板上形成一第一電極；於一第二基板上依序形成一第二電極、一絕緣層及一第三電極；將膽固醇液晶、染料及高分子單體設置於第一基板及第二基板之間； 及第三電極形成一水平電場，並藉由水平電場以致使膽固醇液晶切換為指紋型排列。
- 如申請專利範圍第19項所述之製作方法，尚包括有以下步驟：第一電極及第二電極之間產生一縱向高電壓脈衝，並藉由縱向高電壓脈衝以致使膽固醇液晶切換為平面型排列；及第一電極及第二電極之間產生一縱向低電壓脈衝，並藉由縱向低電壓脈衝以致使膽固醇液晶再切換回指紋型排列。
- 如申請專利範圍第17項所述之製作方法，其中該膽固醇液晶為一正型液晶或一雙頻液晶，對該膽固醇液晶施加一縱向小電場，使得該膽固醇液晶成為該指紋型排列，且尚包括有以下步驟：於一第一基板上形成一第一電極，於一第二基板上形成一第二電極，而第一電極表面及第二電極表面將進行互為平行或反平行之水平配向處理；將膽固醇液晶、染料及高分子單體設置於第一基板及第二基板之間；及第一電極及第二電極之間產生縱向小電場，並藉由縱向小電場以致使膽固醇液晶切換為指紋型排列。
- 如申請專利範圍第21項所述之製作方法，尚包括有以下步驟：第一電極及第二電極之間產生一縱向高電壓脈衝，並藉由縱向高電壓脈衝以致使膽固醇液晶從指紋型排列切換為平面型排列；及第一電極及第二電極之間產生一縱向低電壓脈衝，並藉由縱向低電壓脈衝以致使膽固醇液晶從平面型排列切換回指紋型排列。
- 一種液晶結構的製作方法，主要包括有以下步驟：於一膽固醇液晶內摻雜至少一染料；將膽固醇液晶及染料放置於一第一基板及一第二基板之間；將該膽固醇液晶切換成為螺旋軸方向具有一定秩序或朝單一方向的指紋型排列；及將該膽固醇液晶切換成為平面型排列。
- 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其中該膽固醇液晶係可為一負型液晶或一雙頻液晶，雙頻液晶可經由一外加電場作用以表現出負型液晶特色者，且尚包括有以下步驟：輸入一水平電場，以致使該膽固醇液晶形成為指紋型排列；及 移除水平電場或輸入一縱向電場，以致使該膽固醇液晶切換為平面型排列。
- 如申請專利範圍第24項所述之製作方法，尚包括有以下步驟：於第一基板上設有一第一電極；於第二基板上依序設有一第二電極、一絕緣層及一第三電極；第三電極將產生該水平電場，以致使該膽固醇液晶切換為指紋型排列；及第一電極及第二電極間將產生該縱向電場，以致使該膽固醇液晶切換為平面型排列。
- 如申請專利範圍第23項所述之製作方法，其中該膽固醇液晶係可為一正型液晶或一雙頻液晶，雙頻液晶可經由一外加電場作用以表現出正型液晶特色者，且尚包括有以下步驟：於第一基板上形成一第一電極，並於第二基板上形成一第二電極，而第一電極表面及第二電極表面將進行互為平行或反平行之水平配向處理；第一電極及第二電極之間產生縱向小電場，並藉由縱向小電場以致使膽固醇液晶切換為指紋型排列；及第一電極及第二電極之間產生一縱向高電壓脈衝，並藉由縱向高電壓脈衝以致使膽固醇液晶從指紋型排列切換為平面型排列。
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