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用于TFT檢驗的高分辨率及快速切換電光調變器.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610437650.1

申請日:

2016.06.17

公開號:

CN106257325A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G02F 1/1334申請日:20160617|||公開
IPC分類號: G02F1/1334 主分類號: G02F1/1334
申請人: 烽騰科技有限公司
發明人: 陳仙海; 丹尼爾·托特
地址: 美國加州95138圣荷西市光學廣場5970號
優先權: 2015.06.18 US 62/181694
專利代理機構: 北京匯智英財專利代理事務所(普通合伙) 11301 代理人: 何暉
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610437650.1

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2018.04.24|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種使用一水溶液及一有機溶液來制備具有多個細長液晶小滴的向列曲線排列相(NCAP)液晶層的方法,其中將水除去且隨后將有機溶劑除去。本發明也提供一種使用本發明NCAP液晶層的調變器。

權利要求書

1.一種用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,包括:
在適于形成一使一第一溶液分散于一第二溶液中的乳液的條件下將該第一溶液與該
第二溶液混合,其中該第一溶液包括一液晶及一有機溶劑,該有機溶劑具有高于至少約100
℃的沸點,且其中該第二溶液包括一聚合物乳膠、至少一表面活性劑及水,其中該有機溶劑
與水實質上不混溶;
將該乳液沉積至一基板上;
自該乳液除去該水,以形成一混合物;以及
自該混合物除去該有機溶劑,借此,制備出該NCAP液晶層。
2.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該液晶
包括向列液晶、鐵電液晶、藍相液晶、液晶/兩向色性染料混合物、膽固醇液晶或其混合物。
3.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該液晶
為一向列液晶。
4.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,有機溶
劑具有高于約110℃的沸點。
5.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,有機溶
劑具有高于約120℃的沸點。
6.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,有機溶
劑為一非極性有機溶劑。
7.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,有機溶
劑包括辛烷。
8.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,液晶對
有機溶劑之比為1:10(w/w)至5:1(w/w)。
9.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,液晶對
有機溶劑之比為1:2(w/w)至2:1(w/w)。
10.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該聚
合物乳膠包括聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或其混合物。
11.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,聚合
物乳膠對液晶之比為5:1(w/w)至1:10(w/w)。
12.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,聚合
物乳膠對液晶之比為3:2(w/w)至1:4(w/w)。
13.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該基
板包括玻璃、塑料、麥拉、聚酯或其混合物。
14.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該水
是通過蒸發而被除去。
15.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該有
機溶劑是通過蒸發而被除去。
16.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該
NCAP液晶層具有1微米至20微米的厚度。
17.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,該
NCAP液晶層具有5微米至15微米的厚度。
18.如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法,其特征在于,包括
在適于形成一使該第一溶液分散于該第二溶液中的乳液的條件下將該第一溶液與該
第二溶液混合,其中該第一溶液包括呈1:2(w/w)至2:1(w/w)之比的一向列液晶及辛烷,且
其中該第二溶液包括該聚合物乳膠、至少一表面活性劑及水,其中聚合物乳膠對液晶之比
為3:2(w/w)至1:4(w/w);
將該乳液沉積于基板上;
自該乳液除去該水,以形成該混合物;以及
自該混合物除去該有機溶劑,借此,制備出該NCAP液晶層,該NCAP液晶層包括多個實質
上干燥的液晶小滴。
19.一種調變器,其特征在于,包括:
一通過如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法而制備的向列曲
線排列相液晶層,其中該調變器具有一少于5毫秒的衰減時間及一5%至15%的關斷狀態光透
射度。
20.如權利要求19所述的調變器,其特征在于,該NCAP液晶層更包括:
一聚合物乳膠;以及
一表面活性劑。
21.如權利要求19所述的調變器,其特征在于,更包括:
一透明基板,用于支撐該NCAP液晶層;以及
一護膜,被層壓于該NCAP液晶層的頂部上。
22.一種向列曲線排列相液晶層,其特征在于,包括:
多個通過如權利要求1所述的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法而制備的向列
液晶小滴;
一聚合物乳膠;以及
至少一表面活性劑。

說明書

用于TFT檢驗的高分辨率及快速切換電光調變器

優先權主張

本申請案主張2015年6月18日提出申請的第62/181,694號美國臨時專利申請案的
權利,該美國臨時專利申請案的全部內容以引用方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及一種供在電光應用中使用的液晶材料。更具體而言,本發明的諸多實
施例涉及液晶/聚合物復合材料以及用于制造及應用此復合材料的方法及裝置。

背景技術

電壓成像(voltage imaging)技術可用以檢測及量測平板薄膜晶體管(thin film
transistor;下文稱為TFT)數組中的缺陷。根據此種量測技術,在使一TFT數組就像被組裝
至一TFT單元中的情形下來仿真該TFT數組的效能,且隨后通過使用一基于電光(electro-
optic;下文稱為EO)式光調變器的檢測器間接地量測面板上的實際電壓分布或進行所謂的
電壓成像來量測該TFT數組的特性。

最基本形式的電壓成像光學系統(voltage imaging optical system;下文稱為
VIOS)包括一EO調變器、一成像物鏡、一電荷耦合器件(charge coupled device;CCD)照相
機或者其他適當或類似的傳感器及一圖像處理器。該EO調變器的電光傳感器是基于液晶
(liquid crystal;下文稱為LC)小滴在一聚合物基質中的光散射特性,例如向列液晶小滴
在一聚合物基質(液晶/聚合物復合材或LC/聚合物)膜中的光散射特性。在先前的使用中,
將該EO調變器置于一TFT數組的表面上方大約5微米至75微米處,且在位于該EO調變器的表
面上且由一層氧化銦錫(indium tin oxide;下文稱為ITO)形成的一透明電極的兩端施加
一電壓偏壓。隨即,該EO調變器電容性地耦合至該TFT數組,使得液晶/聚合物復合層感測到
與該TFT數組相關聯的一電場。透射穿過LC/聚合物層的入射光的強度,會因液晶/聚合物復
合材料中液晶(LC)材料上的電場強度的任何變化而改變,即,被調變。隨后,使此光自一介
電質鏡反射并由CCD照相機或類似傳感器收集。提供一入射輻射源,例如紅外光或可見光,
以對LC/聚合物膜及介電質鏡施照。

由于各組件與受測試面板(panel under test;PUT)緊密靠近,因而LC/聚合物調
變器結構在正常使用中可能會因不想要的顆粒而受損,此可嚴重地縮短使用壽命。因此,提
高調變器的壽命為LC/聚合物調變器研究與開發的主要目標之一。舉例而言,第7,817,333
號的美國專利公開了改良的LC/聚合物調變器結構,且第8,801,964號的美國專利公開了靈
敏度更加提高的囊封式聚合物網絡液晶調變器。

調變器切換速率可為一LC調變器器件的另一重要特性。提高調變器切換速率可使
得檢測能力得以提高,對于電壓保持時間頗短的TFT面板(例如OLED TFT面板)尤其如此,且
因而,此為LC調變器開發,特別是LC/聚合物基質研究與開發的一重要實施例。

LC小滴在聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal;PDLC)系統中因
表面張力而通常呈球形。已經報告了三種在PDLC中獲得細長或扁平LC小滴的方式。“參考文
獻:S.J.K£OSOWICZ及M.ALEKSANDER,OPTO-ELECTRONICS REVIEW 12(3),305-312(2004)”
1)對PDLC膜進行拉伸而使其塑性變形,且因此,LC小滴會變形并伸長。因液晶百分比頗高,
PDLC膜通常由一具有ITO涂層(對于電光應用)的固態基板支撐。因而,此對于制作均勻產品
而言并非一種可行方法。2)在一相分離期間施加電場。實施電性作用以引起LC彈性變形自
由能,會強制小滴平行于或垂直于電場而伸長,此視LC介電各向異性Δε的正負號而定。Δε
<0的LC受到特別關注,此乃因電場會使LC的小滴在主單元平面中伸長。以此種方式獲得的
小滴伸長量因膜可能會破裂而相當小的。在此種情形中無法采用溶劑,因此僅能夠使用
TIPS或PIPS來制備PDLC。3)在使聚合物黏結劑固化期間進行剪切。此僅能夠用于光聚合作
用誘致相分離(photopolymerization-induced phase separation;PPIPS)PDLC系統中。

不過,以上3種方法可能適用于小規模及學術研究。一種可用于制作細長或扁平
PDLC或NCAP的制程對于具有嚴格均勻性要求的一電光器件而言頗為重要。吳(Wu)等人已求
出聚合物分散液晶膜的響應時間“參考文獻:B.G.Wu,J.H.Erdmann及J.W.Doane,
Liq.Cryst.5:1453(1989)”,且上升時間(τon)及衰減時間(τoff)如下所示:

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其中γ1為旋轉黏度,E為所施加電壓,K為有效彈性常數,α為小滴粒度,(l2-1)為縱
橫比,εo為一般介電常數,且Δε為介電各向異性。使液晶小滴的縱橫比較高將會產生切換
速率得以提高的PDLC或NCAP。

關于本發明所作的努力顯示,可改良當前LC材料及與其相關聯的當前制造測試方
法。因此,此項技術中需要改良電光LC材料,更具體而言,需要改良電光LC材料及測試設備
的切換速率及分辨率。出人意料地,本發明滿足了此種及其他需要。

發明內容

在一實施態樣中,本發明提供一種用于制備一向列曲線排列相(nematic
curvilinear aligned phase;NCAP)液晶層的方法,其包括:在適于形成一使一第一溶液分
散于一第二溶液中的乳液的條件下將該第一溶液與該第二溶液混合,其中該第一溶液包括
一液晶及一有機溶劑,該有機溶劑具有高于至少約100℃的一沸點,且其中該第二溶液包括
一聚合物乳膠、至少一表面活性劑及水,其中該有機溶劑與水實質上不混溶;將該乳液沉積
至一基板上;自該乳液除去該水,以形成一混合物;以及自該混合物除去該有機溶劑,借此,
制備出該NCAP液晶層。

在另一實施例中,本發明提供一種調變器,其包括一向列曲線排列相(NCAP)液晶
層,該NCAP液晶層具有多個通過本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法而制備
的向列液晶小滴,其中該調變器具有一少于約5毫秒的衰減時間及一約5%至約15%的關斷
狀態光透射度。

在另一實施例中,本發明提供一種向列曲線排列相(NCAP)液晶層,其包括多個通
過本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法而制備的向列液晶小滴、一聚合物乳
膠以及至少一表面活性劑。

附圖說明

圖1顯示三種不同膜的衰減時間直觀圖:樣本1,由液晶1制成的NCAP,膜厚度為
24.0微米;樣本2,由液晶2制成的NCAP,膜厚度為13.3微米;以及樣本3,由液晶2制成的
NCAP,細長LC小滴,膜厚度為11.8微米。Y軸線為光透射度,且X軸線為時間(0.5毫秒/單位,x
軸在線總共20毫秒)。施加一0伏特(v)-60伏特-0伏特方波。所有三個膜的關斷狀態透射度
是相等的。

圖2顯示根據本發明的一種用于制作NCAP液晶層的制程方案,將一由一液晶及一
有機溶劑形成的第一溶液與一由水、表面活性劑及聚合物乳膠形成的第二溶液混合,使由
第一溶液及第二溶液形成的混合物乳化,并隨后涂覆至一基板上,在該基板上使水蒸發。隨
后,使有機溶劑蒸發,以提供本發明的NCAP液晶層。

圖3顯示對一使用本發明NCAP液晶層的器件與一使用現有技術NCAP液晶層的器件
的一比較結果,其中本發明NCAP液晶層與現有技術器件相較具有一較小厚度,進而使得TFT
面板與氧化銦錫(ITO)層間的一距離d2較短,該現有技術器件具有一對應距離d1。

圖4顯示一電壓成像系統的示意圖,該電壓成像系統包括具有一本發明NCAP液晶
層的一電光調變器。

圖5顯示一電光調變器總成的示意圖,該電光調變器總成具有一本發明的NCAP液
晶層。

附圖標記說明

1 樣本

2 樣本

3 樣本

100 電壓成像系統

104 電極B

106 氣隙

114 施照器

116 分束器

118 照相機

200 電光調變器總成

210 抗反射涂層

220 透明基板

230 光學黏合劑

240 聚酯膜

250 電極A

260 NCAP液晶層

270 護膜介電質鏡

280 有機硬涂層

d1 距離

d2 距離

具體實施方式

I.概要

本發明提供一種向列曲線排列相(NCAP)液晶層,其具有多個細長或扁平液晶小
滴,以使該NCAP液晶層能夠在一既定厚度內相較于此項技術中已知的NCAP液晶層具有更多
液晶小滴。因此,當將該NCAP液晶層用于一調變器中時可減小該NCAP液晶層的厚度,進而在
一相當的關斷狀態光透射度下使得衰減時間較短。該細長或扁平液晶小滴通過使用一雙溶
劑系統而制備:水及一高沸點非極性有機溶劑(例如辛烷)。首先將液晶溶解于該非極性有
機溶劑(例如辛烷)中,隨后將其與水溶液相組合,該水溶液具有至少一表面活性劑及一聚
合物基質。將組合的溶液乳化成具有微米級液晶(包括有機溶劑)小滴,并將其沉積于一基
板上,且使水蒸發。隨后使有機溶劑(例如辛烷)蒸發,進而得到細長或扁平液晶小滴。對該
高沸點非極性有機溶劑進行第二蒸發步驟使NCAP液晶層的厚度能夠得以減小,而不必通過
在厚度方向上減少LC小滴堆積(光散射中心)的數目來使所用液晶減少。

頒與光子動力學公司(Photon Dynamics Inc.)的多項專利闡述了使用此種材料
達成的調變器總成及液晶材料涂覆制程:“調變器轉印制程及總成(Modulator Transfer
Process and Assembly)”,第6,151,153號的美國專利;“調變器制造制程及器件
(Modulator Manufacturing Process and Device)”,第6,211,991號的美國專利;“使用旋
涂法來制造基于PDLC的電光調變器的方法(Method for Manufacturing PDLC-Based
Electro-Optic Modulator Using Spin Coating)”,第6,866,887號的美國專利;“防刮且
防污的PDLC調變器(Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator)”,第7,099,067號及第
7,916,382號的美國專利;“用于調變器制造的聚合物分散液晶構型(Polymer Dispersed
Liquid Crystal Formulations for Modulator Fabrication)”,第7,639,319號的美國專
利;“具有改良靈敏度及壽命的調變器(Modulator with Improved Sensitivity and
Lifetime)”,第7,817,333號的美國專利;以及“囊封式聚合物網絡液晶材料、器件及應用
(Encapsulated Polymer Network Liquid Crystal Materal,Device and
Applications)”,第8,801,964號的美國專利;以上所引用的每一專利的全部內容出于所有
目的而以引用方式并入本文中。

此項技術中用于制備一NCAP/PDLC液晶層的方法涉及使用水或一有機溶劑,但并
非此兩者皆使用。舉例而言,第7,639,319號及第7,099,067號的美國專利公開了一種制備
PDLC液晶層的方法,其是通過將聚合物及液晶溶解于一共同非水溶劑中,隨后使該溶劑蒸
發以制作出PDLC液晶層。第7,817,333號的美國專利使用一種基于乳膠的制程,其涉及將液
晶、水及一聚合物乳膠混合以形成一乳液,將該乳液混合、涂覆至一基板上,并使水蒸發。本
發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法將此等不同的基于水的方法與基于有機
溶劑的方法組合成單一種方法,該方法所提供的NCAP液晶層對于一既定量的液晶是較薄
的、使液晶微粒本身呈現一細長或扁平形狀,并具有改良的關斷狀態光透射度、較低的衰減
時間,且可用于檢測具有較小尺寸的畫素。

II.定義

液晶是指一種具有一液體及一固態晶體兩者的性質及行為的物質。舉例而言,液
晶可像一液體一樣流動但也可像一晶體一樣自身進行取向,以提供例如雙折射等各種光學
性質。液晶可具有熱致相(thermotropic phase)、溶致相(lyotropic phase)及金屬溶致相
(metallotropic phase),其中熱致相及溶致相主要為有機分子。熱致液晶對溫度敏感,且
在溫度變化時轉變成液晶相。溶致液晶對溫度及濃度敏感。金屬溶致液晶為有機組分與無
機組分的組合,其中液晶相變對溫度、濃度以及有機組分與無機組分之比敏感。

有機溶劑是指一種與水實質上不混溶且沸點高于100℃的溶劑。本發明的有機溶
劑可為極性或非極性的。代表性非極性有機溶劑包括烴類,例如辛烷、壬烷、癸烷及更高次
烴類以及其同分異構物。其他有機溶劑包括環烴。

衰減時間是指光透射度降至飽和值的10%所需的時間。

關斷狀態光透射度是指在零場下的光透射度。

III.制備向列曲線排列相(NCAP)液晶層

本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法包括被混合以形成NCAP液晶
層的兩種溶液。第一溶液包括液晶及一有機溶劑。第二溶液包括聚合物基質及一表面活性
劑的一水溶液。將該兩種溶液混合,以形成一其中液晶小滴被聚合物基質環繞的乳液。隨
后,將該乳液沉積至一基板上,首先在該基板上使水蒸發,之后進行一第二蒸發步驟以除去
有機溶劑。在某些實施例中,本發明提供一種用于制備一向列曲線排列相(NCAP)液晶層的
方法,其包括:在適于形成一使一第一溶液分散于一第二溶液中的乳液的條件下將該第一
溶液與該第二溶液混合,其中該第一溶液包括一液晶及一有機溶劑,該有機溶劑具有高于
至少約100℃的沸點,且其中該第二溶液包括一聚合物乳膠、至少一表面活性劑及水,其中
該有機溶劑與水實質上不混溶;將該乳液沉積至一基板上;自該乳液除去該水,以形成一混
合物;以及自該混合物除去該有機溶劑,借此,制備出該NCAP液晶層。

在本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法中,該第一溶液可包括任何
適合液晶。舉例而言,該液晶(LC)可包括以下其中的一或多者:向列LC、鐵電LC、藍相LC、LC/
兩向色性染料混合物、或膽固醇LC(cholesteric LC;ChLC)。對于兩向色性染料+LC系統,兩
向色性染料可在關斷狀態中吸收光且在接通狀態中透射光,此將會通過使用較高光強度來
提高對應于s曲線斜率的光透射電壓靈敏度。此外,在不施加電壓時,該液晶可使光散射。該
液晶可溶于在本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法中所使用的有機溶劑。因
此,該液晶可為疏水性的。在某些實施例中,該液晶為一向列液晶。

該第一溶液中的有機溶劑可為沸點高于水的任何非極性有機溶劑。代表性有機溶
劑包括但不限于烷烴及環烷烴,例如辛烷、壬烷、癸烷、環庚烷及其同分異構物。該非極性有
機溶劑可具有高于水的任何適合沸點。舉例而言,該非極性有機溶劑的沸點可高于約100℃
或者高于約105℃、110℃、115℃、120℃、130℃、140℃或者高于約150℃。在某些實施例中,
該有機溶劑可具有高于約110℃的沸點。在某些實施例中,該有機溶劑可具有高于約120℃
的沸點。在某些實施例中,該有機溶劑可為一非極性有機溶劑。在某些實施例中,該有機溶
劑可為辛烷、壬烷、癸烷、環庚烷、環辛烷或其同分異構物。在某些實施例中,該有機溶劑可
為辛烷。

該液晶及該有機溶劑可以任何適合比例存在。舉例而言,液晶對有機溶劑之比可
為約1:100(w/w)至約10:1(w/w)或約1:50(w/w)至約5:1(w/w)或約1:25(w/w)至約5:1(w/w)
或約1:10(w/w)至約5:1(w/w)或約1:5(w/w)至約5:1(w/w)或約1:2(w/w)至約2:1(w/w)。液
晶對有機溶劑之比可具有約1:100(w/w)、1:50(w/w)、1:25(w/w)、1:10(w/w)、1:9(w/w)、1:8
(w/w)、1:7(w/w)、1:6(w/w)、1:5(w/w)、1:4(w/w)、1:3(w/w)、1:2(w/w)、1:1(w/w)、2:1(w/
w)、3:1(w/w)、4:1(w/w)、5:1(w/w)、6:1(w/w)、7:1(w/w)、8:1(w/w)、9:1(w/w)或約10:1(w/
w)之比。在某些實施例中,液晶對有機溶劑之比可為約1:10(w/w)至約5:1(w/w)。在某些實
施例中,液晶對有機溶劑之比為約1:2(w/w)至約2:1(w/w)。

本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法也包括一水系溶液,該水系溶
液包括該聚合物乳膠及一表面活性劑。該第二溶液中的聚合物乳膠可為任何適合水聚合物
乳膠。代表性聚合物乳膠包括但不限于聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯及其混合物。
可使用諸多乳化方法。實例包括機械攪拌、摻和、微流控(microfludics)、均質機等。所得乳
液的小滴粒度可受控制并可處于自約1微米至約10微米的范圍內。在某些實施例中,該聚合
物乳膠可為聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或其混合物。

聚合物乳膠對液晶之比可為任何適合比例。舉例而言,聚合物乳膠對液晶之比可
為約10:1(w/w)或約9:1(w/w)、8:1(w/w)、7:1(w/w)、6:1(w/w)、5:1(w/w)、5:4(w/w)、5:3(w/
w)、5:2(w/w)、4:1(w/w)、4:3(w/w)、3:1(w/w)、3:2(w/w)、2:1(w/w)、1:1(w/w)、1:2(w/w)、2:
3(w/w)、1:3(w/w)、3:4(w/w)、1:4(w/w)、2:5(w/w)、3:5(w/w)、4:5(w/w)、1:5(w/w)、1:6(w/
w)、1:7(w/w)、1:8(w/w)、1:9(w/w)或約1:10(w/w)。聚合物乳膠對液晶之比也可為約10:1
(w/w)至約1:10(w/w)或約5:1(w/w)至約1:10(w/w)、約10:1(w/w)至約1:5(w/w)、約5:1(w/
w)至約1:5(w/w)或約3:2(w/w)至約1:4(w/w)。在某些實施例中,聚合物乳膠對液晶之比為
約5:1(w/w)至約1:10(w/w)。在某些實施例中,聚合物乳膠對液晶之比為約3:2(w/w)至約1:
4(w/w)。

該第二溶液也包括任何適合表面活性劑或諸多表面活性劑的組合。該表面活性劑
可包括一界面活性劑,例如但不限于非離子界面活性劑,例如嵌段共聚物及/或可交聯反應
性表面活性劑。當該界面活性劑所包含的分子包括兩個具有適當化學特性的部分且該界面
活性劑是以充足量存在時,該活性劑可形成一界面層。該界面活性劑的至少一部分可溶解
于聚合物乳膠中,以有效地使該界面活性劑固定于該聚合物基質內。使界面層固定至聚合
物乳膠可為物理接合(對于嵌段共聚物)或化學鍵結(通過交聯方式,如在反應性表面活性
劑的情形中)或其組合。對界面層的此種固定可使該界面層例如在升高的溫度下達成提高
的穩定性。界面活性劑在界面層內的第二部分可具有會對液晶分子及/或晶體呈現出一低
表面張力及/或低摩擦力的一化學組成物。液晶分子與聚合物基質間的錨固及/或摩擦可由
界面層降低,且因此,在施加一電場時,LC分子的排列取向及切換速度可較快地且在較低驅
動電壓下發生。

表1.界面活性劑的實例





表1為根據本發明實施例可與LC材料組合的界面活性劑的一部分列表。當使用非
離子界面活性劑時,例如通過向乳液中添加很小百分比的非離子界面活性劑,可實質上降
低驅動電壓。界面活性劑分子的低表面張力部分可包括含氟化合物(例如Fluorolink D或
Flexiwet),或者可包括聚硅氧共聚物或聚合物-硅氧烷(例如Surfynol DF-62、BYK-022)。
尤其,反應性含氟化合物可具有表1中所提及的化學結構,且硅氧烷可具有反應性端基(例
如-OH、-NH2、或-COOH)。在諸多實施例中,此等材料在LC/聚合物相分離過程期間會移動至
LC/聚合物界面。界面活性劑分子的另一部分可通過例如氫鍵結、凡得瓦力(Van Der Waals
force)及/或化學鍵結(當聚合物基質中存在反應性基團時)等機制而在實體上接合至聚合
物。進行輕微加熱便可使化學鍵結過程加速。

適用于本發明的表面活性劑也可包括基板潤濕劑及均化劑,例如氟化表面活性
劑。其他適用于本發明的表面活性劑包括乳化劑(例如聚山梨醇酯),以使乳液穩定。

在諸多實施例中,可使用具有消泡性質的界面活性劑來使本征切換電壓靈敏度
(intrinsic switching voltage sensitivity)達成一顯著提高。舉例而言,Surfynol DF
系列化合物可實質上降低乳膠系NCAP的操作電壓。

消泡劑為可分散于一水介質中的一類表面活性劑,且界面層的界面活性劑可包括
一或多種消泡劑。在諸多實施例中,消泡劑具有一極低水介質溶解度,且可具有低于10的一
親水-親油平衡性(hydrophile-lipophile balance;HLB)。由于消泡劑可具有一極低水溶
解度,因此消泡劑可形成小的團簇。各團簇可包括具有一第一部分及一第二部分的分子。如
上所述,團簇中分子的第一部分可具有親水性質,且團簇中分子的第二部分可具有疏水性
質。在諸多實施例中,該團簇可具有微胞形狀,其中第一部分向外朝溶液定向而第二部分向
內朝消泡劑團簇的其他分子定向。在乳化期間,該團簇可通過使諸多氣泡破裂而抑制泡沫
的形成。在乳化及脫氣之后,該團簇在由LC小滴、水系聚合物及水形成的混合物內自由移
動。在諸多實施例中,該團簇可朝LC小滴的表面遷移。隨著乳液變干,消泡劑可圍繞LC小滴
形成一界面劑層,使得該界面層位于LC小滴與聚合物基質之間。在諸多實施例中,消泡劑分
子的低表面張力端部分鄰近LC小滴而分散,以形成界面層的第二部分,且消泡劑分子的錨
固端部分被束縛至聚合物基質以形成界面層的第一部分。

基板可為任何適合基板。舉例而言,基板可為一透明基板。其他基板包括但不限于
玻璃、塑料、Mylar、聚酯、氧化銦錫(ITO)或其混合物。在某些實施例中,該基板可為玻璃、塑
料、Mylar、聚酯或其混合物。

可通過本領域技術人員已知的任何途徑來除去水及有機溶劑。舉例而言,可通過
在室溫下進行蒸發、之后略微提高溫度(例如40℃)來除去水及有機溶劑。真空并不需要。舉
例而言,可在不使用任何真空的情形下在室溫下使水及有機溶劑蒸發、之后進行某種程度
的加熱(例如40℃)。當乳液被涂覆于基板上時,濕膜厚度可為數十微米。水及溶劑兩者皆可
蒸發。通過使用較低溫度及真空,可避免在膜中形成氣穴。

NCAP液晶層可具有至少約1微米的任何適合厚度。舉例而言,該NCAP液晶層可具有
至少約1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、11微米、12
微米、13微米、14微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米及至少約50
微米的厚度。該NCAP液晶層也可具有約1微米至約50微米或約1微米至約25微米、約1微米至
約20微米、約1微米至約15微米、約1微米至約10微米、約5微米至約25微米、約5微米至約20
微米或約5微米至約15微米的厚度。在某些實施例中,該NCAP液晶層具有約1微米至約20微
米的厚度。在某些實施例中,該NCAP液晶層具有約5微米至約15微米的厚度。

該NCAP液晶層的厚度也可具有任何適合的跨層均勻性位準(通過Filmetrics量
測)。舉例而言,厚度均勻性可為±10%。

干燥的液晶小滴可呈現任何適合形狀。舉例而言,干燥的液晶小滴可具有一細長
形狀,例如一3維橢圓體,其具有一主軸線及一次軸線兩者。主軸線與次軸線之比可為約
100:1至約1.5:1或75:1至約1.5:1或約50:1至約1.5:1。在某些實施例中,該NCAP液晶層包
括多個實質上干燥的液晶小滴,該液晶小滴具有一主軸線及一次軸線,其中主軸線對次軸
線之比為自約100:1至約1.5:1,且其中該主軸線實質上平行于基板。該干燥的液晶小滴也
可被闡述為扁平的,就像已自上方及下方對液晶小滴施加了壓力以使該液晶小滴扁平一
樣。

在某些實施例中,本發明提供一種用于制備一向列曲線排列相(NCAP)液晶層的方
法,其包括將第一溶液與第二溶液混合以形成液晶小滴,其中該第一溶液包括呈約1:2(w/
w)至約2:1(w/w)之比的一向列液晶及一有機溶劑(例如辛烷),且其中該第二溶液包括一聚
合物乳膠、至少一表面活性劑及水,其中聚合物乳膠對液晶之比為約3:2(w/w)至約1:4(w/
w);將液晶小滴混合物沉積于一基板上;自該混合物除去該水;及自該混合物除去該有機溶
劑,借此,制備出該NCAP液晶層,該NCAP液晶層包括多個實質上干燥的液晶小滴,該液晶小
滴具有一主軸線及一次軸線,其中該主軸線對該次軸線之比為約100:1至約1.5:1,且其中
該主軸線實質上平行于該基板。

在某些實施例中,本發明提供一種向列曲線排列相(NCAP)液晶層,其包括多個通
過本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法而制備的向列液晶小滴、一聚合物乳
膠及至少一表面活性劑。

IV.調變器

本發明也提供包括通過本發明的用于制備一向列曲線排列相液晶層的方法而制
備的NCAP液晶層的調變器。在某些實施例中,本發明提供一種包括一向列曲線排列相
(NCAP)液晶層的調變器,該NCAP液晶層具有多個通過本發明的用于制備一向列曲線排列相
液晶層的方法而制備的向列液晶小滴,其中該調變器具有一少于約5毫秒的衰減時間及一
約5%至約15%的關斷狀態光透射度。

本發明的調變器可具有任何適合衰減時間。舉例而言,該衰減時間可少于約100毫
秒或少于約90毫秒、80毫秒、75毫秒、70毫秒、60毫秒、50毫秒、45毫秒、40毫秒、35毫秒、30毫
秒、25毫秒、20毫秒、15毫秒、10毫秒、9毫秒、8毫秒、7毫秒、6毫秒、5毫秒、4毫秒、3毫秒、2毫
秒或者少于約1毫秒。該衰減時間也可為約1毫秒至約100毫秒、約1毫秒至約50毫秒、約1毫
秒至約25毫秒、約1毫秒至約10毫秒或約1毫秒至約5毫秒。在某些實施例中,該衰減時間少
于約5毫秒。

本發明的調變器可具有任何適合關斷狀態光透射度。舉例而言,該關斷狀態光透
射度可為約1%至約99%、約1%至約75%、約1%至約50%、約1%至約25%、約5%至約25%
或約5%至約15%。本發明調變器的關斷狀態光透射度也可為約1%或2%、3%、4%、5%、
6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%、25%、
30%、35%、40%、45%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%或99%。在某些
實施例中,該關斷狀態光透射度可為自約5%至約15%。

本發明的調變器可包括各種其他適用于本發明的組分。舉例而言,該調變器的
NCAP液晶層也可包括一聚合物乳膠及一表面活性劑,此兩者已在上文更詳細地說明。

本發明的調變器除NCAP液晶層以外也可包括其他層。舉例而言,該調變器可包括
以下的一或多者:透明基板、護膜、氧化銦錫(ITO)及其他。該透明基板可為任何可使可見光
譜中的光透過的基板,例如玻璃、塑料、麥拉(Mylar)、聚酯及其他。該護膜或介電質鏡護膜
可由本領域技術人員已知的任何材料制備而成。此外,該調變器的各種層可以任何適合次
序進行配置。舉例而言,該護膜可位于NCAP液晶層的頂部上,而該NCAP液晶層可位于透明基
板的頂部上。

圖4示意性地顯示用于TFT檢驗的一電壓成像系統100的各組件,該組件適于根據
各實施例而結合。該電壓成像系統的組件可包括一或多個如第7,639,319號的美國專利中
所述的組件及/或市售電壓成像系統中的組件。電壓成像系統100可包括一電光調變器總成
200、一施照器114、一分束器116及一照相機118。電光調變器總成200可包括一透明電極250
(電極A)、一用以支撐透明電極250的透明基板220、一NCAP液晶層傳感器材料260及一由一
塑料薄膜(例如一護膜)支撐的介電質鏡270。透明電極250可包括由氧化銦錫(ITO)制成的
一薄膜,該薄膜可使可見光透過。NCAP液晶層傳感器材料260在一電場下具有一電光回應。
一電極B 104可包括受測試面板(PUT),例如一TFT板。通過向透明電極250(電極A)施加一電
壓并將電極B接地,可獲得一透射度-電壓(T-V)曲線。在進行TFT測試時,當向調變器施加接
近響應曲線中部的一恒定電壓時,可通過照相機118根據光強度變化檢測到在每一畫素上
所施加的電壓。有缺陷的畫素將提供一異常回應。

在電極A與電極B之間施加的電壓可由以下方程序來表達:

V偏壓=V傳感器+V護膜+V空氣=V傳感器[1+(ε傳感器*d護膜)/(ε護膜*d傳感器)+(ε傳感器*d空氣)/d傳感器] [方
程式1]

V偏壓為在電極A與電極B之間所施加的電壓;

V傳感器為傳感器材料的所需電壓;

V護膜及V空氣為在護膜兩端的電壓及在氣隙兩端的電壓;

ε為相應材料的介電常數;以及

d為相應材料的厚度。

在一固定V偏壓下,電極間的氣隙d空氣隨著液晶傳感器材料的本征操作電壓(V傳感器)而
變化。在諸多實施例中,液晶傳感器材料的本征切換電壓與如下的在傳感器材料兩端的電
壓對應:在該電壓下,傳感器材料的光透射度對傳感器材料兩端的電壓的變化具有一最大
靈敏度。在諸多實施例中,通過使用上述方程式來使該電極間的操作電壓與LC材料的本征
切換電壓相關。可通過提供具有一降低的本征切換電壓的一材料來降低切換時間。

圖5顯示電光調變器總成200的示意圖。調變器總成200包括一傳感器材料260。傳
感器材料260可包括如本文所述的一NCAP液晶材料。該調變器總成可包括一抗反射涂層
210。該調變器總成可包括一光學透明支撐基板,例如一光學玻璃220。抗反射涂層210可沉
積于光學玻璃220的一上表面上。一光學黏合劑230可位于光學玻璃220的一下表面上。一層
聚酯膜240可通過黏合劑230而耦合至該光學玻璃,聚酯膜240包括可以MylarTM購得的拉伸
聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate;PET)。一光學透明電極250(例如ITO)
可耦合至聚酯膜240。NCAP液晶層260可耦合至光學透明電極250。一護膜介電質鏡270可耦
合至液晶傳感器材料的一下表面,護膜介電質鏡270包括沉積于一PET薄膜(例如MylarTM)
上的多個介電質鏡層。一有機硬涂層280可附貼至護膜介電質鏡250。有機硬涂層280可包括
如第7,099,067號的美國專利所述硬涂層的組分。

此種新穎的快速切換調變器適用于所有類型的Voltage ImagingTM應用,但對于
有機發光二極管(Organic Light Emitting Diode;OLED)顯示器檢驗尤其有利。由于OLED
為電流驅動型器件的事實,OLED顯示器通常需要很低的保持電容。此隱含了在此等顯示器
的畫素電極上所施加的電壓可快速地衰減,進而需要一快速響應調變器來確保最佳的
Voltage ImageTM信號強度。

由于類似原因且由于如上關于圖3所述,ITO與受測試的TFT面板間的距離較短,此
種調變器非常適用于具有超小型畫素(畫素愈小,儲存電容即愈小)或具有極高再新速率
(因為此隱含了不需要很長時間地保持電壓,且因此可使儲存電容為小的)的面板。另外,一
快速切換調變器可較少受到例如因去極化電流而發生的各種信號漂移的影響。

V.實例

實例1.制備一向列曲線排列相(NCAP)液晶層

將2克向列液晶(MLC-2156,來自EMD化學公司)與1克辛烷混合,以形成一澄清溶
液。通過2.5克Neorez R-967(來自DSM)及一由1.5克水、0.16克Surfynol DF-62(來自空氣
產品公司)、0.04克TWEEN 60及0.06克FSN(來自杜邦公司)形成的混合物來使此LC/有機溶
劑混合物乳化,以形成一乳液。隨后,將該乳液涂覆于ITO Mylar膜上,并在使水及辛烷完全
蒸發之后與另一ITO Mylar膜層壓于一起。為進行比較,通過與上述相同的程序但不使用辛
烷來制成樣本2。并且,通過與樣本2相同的程序、但使用具有更低光學各向異性的一液晶來
制成樣本1。

圖1顯示三種不同膜的衰減時間:樣本1,由液晶1制成的NCAP,膜厚度為24.0微米;
樣本2,由液晶2制成的NCAP,膜厚度為13.3微米;以及樣本3,由液晶2制成的NCAP,細長LC小
滴,膜厚度為11.8微米。Y軸線為光透射度,且X軸線為時間(0.5毫秒/單位,x軸在線總共20
毫秒)。施加一0伏特-60伏特-0伏特方波。所有三個膜的關斷狀態透射度是相等的。參見下
表,其概括了各結果。



雖然為使理解清晰而通過例示及舉例方式相當詳細地闡述了前述發明,但本領域
技術人員將了解,可在隨本發明的權利要求實施某些改變及潤飾。另外,本發明所提供的每
一參考文獻是在相同程度上以引用方式全文并入本文中,就像每一參考文獻是單獨地以引
用方式并入一樣。若本發明與本發明所提供的參考文獻之間存在沖突,則應以本發明的權
利要求的范圍為準。

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用于 TFT 檢驗 高分辨率 快速 切換 電光 調變器
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