加宽胆固醇液晶反射频谱的制造方法及其结构 【技术领域】
本发明涉及液晶显示技术，特别是有关于可加宽胆固醇液晶反射频谱的制造方法及其结构。
背景技术
一般而言，物质以固相、液相以及气相三种状态存在于自然界中。并且对固体而言，又可分为结晶态(Crystalline)与非结晶态(Amorphous)。一般来说，固体结晶态的分子在宏观角度来说是规则的，但是当固体结晶态物质被加热至熔点以上时，通常会直接变为分子不具排列方向性的各方向性(Isotropic)液体。
但是某些有机材料被加热时，并不直接由固体变为液体，而是经过一个或多个中间相(Mesomorphic Phase)再变为液体。这种中间相拥有如液体般的流动性，又兼备结晶态固体般的各方异向性(Anisotropy)，其力学性质、光学性质与对称性介于固体和液体之间，因此被称为液晶(Liquid Crystal；LC)相。
目前广受使用的液晶，可分为下列三种型态：
(1)向列相液晶(Nematic LC)：向列性液晶为棒状呈平行排列的分子，其分子轴方向保持平行，但不具有如层列性液晶般的层状构造。其与层列性液晶相比较，系具有粘度较小的流动性，这是因向列性液晶分子于长轴方向比较容易自由运动。
(2)层列相液晶(Smectic LC)：层列性液晶为棒状的分子成层状构造，各个分子与层面成垂直或具倾斜角度，而且所构成的分子均为相互平行排列，一般如油卤般的粘稠，并具有独特的偏光显微镜形态。
(3)胆固醇液晶(Cholesteric LC)：在向列相液晶中，加入对掌性(旋旋光性)物质(Chiral Agent)，即可形成胆固醇液晶。胆固醇液晶具有如同层列性液晶般的层状构造，但层内的分子排列与向列性液晶相类似，分子长轴于层内呈平行排列。胆固醇液晶各层分子轴方向与邻接层分子轴方向有些微小的偏向，液晶全体将形成螺旋构造，其螺距由所加入的对掌性物质浓度决定，并且具有旋旋光性与选择性光反射等光学上地性质，即是基于此特殊的螺旋。胆固醇液晶并具有与其相同旋性的圆偏振光反射以及与其相反旋性的圆偏振光穿透。
胆固醇液晶主要的制造方法是在多层向列型液晶中加入对掌性物质，如此会使多层向列型液晶各层分子的长轴方向渐次相差一个角度旋转而成畸变的螺旋状。上述的胆固醇液晶并不是一般听到生物医学上的胆固醇，而是这种结构跟胆固醇分子相似，因此称此类液晶为「胆固醇液晶」。
胆固醇液晶最重要的光学特性之一是其在平面(Planar)结构时，因其折射率沿其螺旋轴产生周期性的变化，而产生布拉格反射(Bragg Reflection)。
图1所示为一般以胆固醇液晶来构成显示组件的剖面结构示意图。一般可先压合基板10与基板20，再在其中注入胆固醇液晶30后，而形成如图1所示的结构。在基板10与基板20间的胆固醇液晶30分子结构，是沿着螺旋轴X旋转，其中P0代表胆固醇液晶30分子螺距。图2所示为如图1的胆固醇液晶，其反射率R对波长W的变化图。请参照图2，具有螺距P0的胆固醇液晶，其较佳反射率R多介于n0P0至neP0之间，其中n0与ne分别为液晶的寻常光与非寻常光折射率。
上述的提及的现有技术，一般胆固醇液晶的反射频谱介于n0P0至neP0之间(n0与ne分别为液晶的寻常光与非寻常光折射率，P0则为胆固醇液晶的螺距)，也因此，当胆固醇液晶做成显示组件时，其使用范围也限定在部分的波长范围中，这样的反射频谱宽度对显示技术的应用范围并不够宽广。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种加宽胆固醇液晶反射频谱的方法及其结构，能够增加显示组件的应用范围。
另外，本发明的另一目的是提供一种加宽胆固醇液晶反射频谱的方法及其结构，可不需持续利用电力来维持胆固醇液晶的不等长螺距。
根据以上所述的目的，本发明加宽胆固醇液晶反射频谱的制造方法包括：先提供两基板，并填充一胆固醇液晶于两基板之间，其中胆固醇液晶的导轴沿一纵轴旋转，且此纵轴垂直于该两基板；并且，加入至少一电极结构于其中的一基板的一侧；接着，加一电压于电极结构而产生一非均匀电场，从而改变该胆固醇液晶的螺距，其中非均匀电场的方向垂直于纵轴的方向。
在本发明一较佳实施例中，更使得上述的胆固醇液晶具有一聚合功能，因此在施加电压改变胆固醇液晶的螺距后，利用一光线照射胆固醇液晶以进行聚合功能，如此可冻结其不同长度的螺距。其中，可利用原本具有单体结构的胆固醇液晶，或者另外加入单体于胆固醇液晶体，而可获得上述的聚合功能，较佳的单体可选自液晶单体、对掌性物质单体与光起始剂单体(Photoinitializer Monomer)及其混合物等等。并且，上述的较佳光线为紫外光或氩原子光。
在本发明的实施例中，较佳的电极为共平面电极。此电极具有交错排列的正负电极，而电压则为直流电压或交流电压均可。假设胆固醇液晶的导轴沿垂直基板的方向旋转，则较佳的非均匀电场方向是垂直于上述的方向。而上述的电极可与胆固醇液晶位于基板的同一侧，或位于不同侧。
本发明以胆固醇液晶所构成的显示组件则包括：一第一基板与一第二基板；一胆固醇液晶位于第一基板与第二基板之间；以及，一电极结构位于胆固醇液晶与第一基板之间，其中电极结构并具有产生一非均匀电场的功能。
由于本发明在液晶显示器的一侧基板中加入电极，此电极可产生电场，使得胆固醇液晶产生不均匀的螺距长度，从而加宽了平面结构的胆固醇液晶的反射频谱。本发明还利用具单体结构的液晶分子，或者利用加入单体(Monomer)，使注入于基板中的胆固醇液晶可具有聚合的功能，之后再利用具有适当波长的光线照射，以促进单体聚合，而达到冻结胆固醇液晶具有不均匀长度的螺距，如此一来，如此可增加其在液晶显示器、液晶显示器增亮膜、全频谱圆偏振片或抵挡阳光的智能窗户(Smart Window)的应用范围。
【附图说明】
图1所示为一般以胆固醇液晶所构成的显示组件的剖面结构示意图；
图2所示为如图1的显示组件，其反射率对波长的变化图；
图3所示为本发明胆固醇液晶显示组件的剖面结构示意图；
图4所示为本发明胆固醇液晶显示组件，其反射率对波长的变化图；
图5所示为本发明产生非均匀电场的电极结构，一实施例的剖面示意图；
图6所示为图5的结构的一种实施方式的俯视图；
图7所示为图5的结构的另一种实施方式的俯视图；
图8所示为本发明产生非均匀电场的电极结构，另一实施例的剖面示意图；以及
图9所示为本发明产生非均匀电场之电极结构，再一实施例的剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、20、100、110、200基板
30、120胆固醇液晶
130电极
210电极
220电极
230绝缘层
X轴
Y轴
A-A’、B-B’剖面线
P0、P1、P2 螺距
n0液晶的寻常光折射率
ne液晶的非寻常光折射率
Pshort胆固醇液晶的最短螺距
Plong胆固醇液晶的最长螺距
【具体实施方式】
以下利用数个较佳实施例，来说明本发明的制造方法及其结构。
本发明的加宽胆固醇液晶反射频谱的方法为，首先，提供一基板，并洒上间隔物(Spacer)于此基板上。接着，提供另一基板，使这两片基板压合，此时两基板会因为间隔物的存在而具有空隙。并且，涂布密封剂(Sealant)于基板间，利用适当的光线照射，使密封剂硬化。接着，将胆固醇液晶注入两基板间，即可形成基本的显示组件。而本发明的特点在于，在上述显示组件中其中之一的基板一侧，择一加入电极结构，如此可提供非均匀电场，来改变位于基板间的胆固醇液晶的螺距。其中，上述的电极结构可位于基板外侧，也即不与胆固醇液晶位于同侧，或者位于基板内侧，即位于胆固醇液晶与基板之间，本发明不限于此。
除了上述的制造方法外，一般注入液晶的方法更可为使压合后的两基板进行抽真空，并且接着将压合的两基板浸入液晶中。随后，使压合的两基板进行破真空，如此一来，利用大气压力即可使液晶灌入两基板之间。或者，可先在一基板上滴入适量的胆固醇液晶，接着才压合另一基板。之后，再涂布密封剂并利用光线照射使其硬化。
以上的显示组件的基本制程仅为举例，并且例如基板压合、布洒间隔物以及密封光照等步骤均为本技术领域普通技术人员所熟知，本发明并不在此赘述，且不用以限定本发明。
图3所示为本发明胆固醇液晶显示组件的剖面结构示意图。此显示组件的基板100与基板110位于上下两侧，而胆固醇液晶120则位于基板100与基板110之间。并且，位于基板110与胆固醇液晶120之间具有电极130。
电极130由正负交错的电极所组成，因此当电压加于电极130时，会在正负电极间产生垂直于Y轴的电场，如图3中正负电极间的箭头所示。此电场在基板100与基板110之间的分布并不均匀，越靠近电极130的电场会越大，越远离电极130的电场越小。胆固醇液晶120会因此受到电极130所产生的电场影响，而拉长其螺距。在越靠近电极130的位置，由于电场越大，胆固醇液晶120的分子螺距也会拉长越多；而在越远离电极130的位置，由于电场趋小，胆固醇液晶120之分子螺距的拉长程度也越小。
如图3中所示，胆固醇液晶的导轴沿着Y轴旋转，并且具有P0、P1与P2的螺距长度，其中P1大于P0，而P2更大于P1，这是由于不均匀电场的关系。
并且，图3仅为一示意图，因此其所示的电极数量以及胆固醇液晶的螺距数量与改变程度等，皆仅为举例，本发明不限于此。
另外，上述的电极130可选择位于基板100与基板110其中一处，并且除了直接形成于基板上外，更可单独制造而加入于基板与胆固醇液晶之间，较佳的电极130为近乎共平面的一电极。以下利用图5至图9，来举例说明本发明在数个较佳实施例中所制作的数种电极，但本发明不限于此。
请参照图5的剖面结构，一般基板200可由玻璃或塑料所构成，接着，再将电极210与电极220利用例如蒸镀以及微影蚀刻的方式，交错制作于基板200的表面。其中，电极210与电极220由例如铟锡氧化物(ITO)等的导电物质所构成。并且，电极210与电极220的正负电极由外加电压所决定，或者当使用交流电于电极210与电极220时，电极210与电极220的正负电性会产生交换。电极210与电极220的俯视结构可如图6与图7所示，但使用者可视需要而加以变化，本发明不限于此。
图6与图7的结构中，电极210与电极220呈现互相交错的指叉形，其中图6的电极结构的为长形条状的指叉形，而图7的电极结构为弯曲条状的指叉形。不论是图6的长条指叉形状或是图7的弯曲指叉形状，均不影响本发明的功效。另外，由图6的剖面线A-A’或是图7的剖面线B-B’来看，即为如图5所呈现互相交错排列的电极结构，并且如图3中的电极130所示，可产生不均匀电场。电极210与电极220的图案可由微影制程来决定。
例如图5产生不均匀电场的电极结构，还可以如图8与图9所示的结构来构成。
请参照图8，首先在基板200上先形成一层电极220。接着，形成用以隔绝两电极间的绝缘层230。之后，再将具有间隔的电极210，形成于绝缘层230上。当正负电压施加于电极210与电极220上，例如外加正电压于电极210上，而外加负电压于电极220上，如此可在电极210与电极220之间形成不均匀电场，并且越靠近电极210与电极220的位置，电场会越强。
请再参照图9，首先，将具有间隔的电极210制作于基板200上。接着，形成绝缘层230覆盖于电极210与基板200。之后，再在电极210的间隔之间，形成电极220。如此一来，当正负电压施加于电极210与电极220上，例如外加正电压于电极210上，而外加负电压于电极220上，如此可在电极210与电极220之间形成不均匀电场，并且越靠近电极210与电极220的位置，电场会越强。
上述如图5至图7的电极结构中，正负电极皆位于同平面上，可视为一共平面电极结构，而图8与图9的电极结构，正负电极之间的落差没有太大，也可视为近乎共平面，共平面电极对显示组件中，所有胆固醇液晶的螺距影响会较为均匀。上述本发明的电极结构仅为举例，不论是如共平面电极或非共平面电极，使用者皆可自行设计使用，电极结构只要能形成不均匀电场，即可达到影响胆固醇液晶的螺距的功效。
由于上述方法与结构可产生具有不同长度的螺距的胆固醇液晶，因此其反应频谱也随之增加。请参照图4，第4图所示为本发明的显示组件，其反射率对波长的变化图。其中，胆固醇液晶的显示组件的反应频谱，可因为不同长度的螺距，而增加为介于n0Pshort至nePlong之间，n0与ne分别为液晶的寻常光与非寻常光折射率，Pshort与Plong则分别为胆固醇液晶中的最短螺距与最长螺距。
上述具有不同长度的胆固醇液晶螺距，是受到电场的影响，但是如果电压不加于电极，则没有电场产生，而无法维持具有不同长度的胆固醇液晶螺距。因此，在本发明另一较佳实施例中更揭露出一种方法，可在不提供电压的情况下，仍然维持胆固醇液晶的螺距。
首先，要使得胆固醇液晶具有聚合特性，因此可利用具有聚合特性的单体物质来聚合形成胆固醇液晶。举例来说，胆固醇液晶主要的制造方法是在多层向列型液晶中加入对掌性物质，所以可利用具有聚合特性的液晶分子单体或是具有聚合特性的对掌性物质单体，来聚合胆固醇液晶。或者，在已形成的胆固醇液晶中，加入具有聚合特性的单体物质，例如光起始剂单体、液晶单体或对掌性物质单体等，如此可使得如图3所示，位于基板100与基板110间的胆固醇液晶120具有聚合特性。并且，上述单体物质更可混合使用，本发明不限于此。
接着，加电压于图3的电极130上而产生不均匀电场，使得胆固醇液晶120形成不同螺距。之后，利用具有适当波长与适当强度的光线，较佳者为紫外光(UV)或氩(Ar)光，来照射胆固醇液晶以促进其进行聚合作用，并且可因此冻结胆固醇液晶而保持其具有不同长度的螺距。
本发明之制造方法可如上述，先将电极制作于基板上，并在基板压合与胆固醇液晶填充后，再施以电压于电极上而改变胆固醇液晶之螺距，之后再利用光线冻结螺距。或者，可先进行基板压合与胆固醇液晶填充后，接着利用外加电场改变胆固醇液晶之螺距后，再利用光线冻结其螺距。
本发明上述方法与结构的优点在于，由于改变螺距梯度，而使得胆固醇液晶的应用范围增广，并且由于单体加入与光线照射，使得胆固醇液晶具有不同长度的螺距结构可被固定。
本发明利用上述方法形成的具有不同螺距的胆固醇液晶结构可有多种应用，例如作为显示组件中的增亮膜，或作为显示器组件，或者更应用于全频谱圆偏振片或抵挡阳光的智能窗户等等，而使得胆固醇液晶的应用范围较现在为广。其中上述所谓的智能窗户，可依组件中胆固醇液晶的螺距不同，而使得特定波长的光线反射或穿透。举例来说，当天气较为炎热时，智能窗户可反射紫外光或红外光，而在天气较为寒冷时，智能窗户则可让紫外光或红外光穿透。其中，紫外光或红外光的选择则依窗户中所含的胆固醇液晶的螺距来决定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的专利范围；所有依本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均包含在本发明的专利范围内。