專利名稱：液晶器件、制備液晶器件的方法及控制液晶器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種液晶器件，改器件包括液晶本體層(bulk layer)和以非均勻分布的方式溶于該層的摻雜劑。本發(fā)明還涉及一種液晶器件的制備方法，所述液晶器件包括非均勻分布于液晶本體層的摻雜劑。本發(fā)明還涉及一種控制液晶器件的方法。
背景技術(shù)：
目前作為電光學(xué)介質(zhì)而廣泛用于顯示設(shè)備的液晶是具有各向異性物理特性的有機(jī)材料。液晶顯示器的操作是基于由施加的電場(chǎng)引起的顯示器中液晶光學(xué)外觀的改變。
液晶顯示器和設(shè)備的一個(gè)基本操作原理是通過(guò)施加與液晶偶合的介電各向異性的電場(chǎng)(介電偶合)切換液晶分子的取向。這樣的偶合引起了施加電場(chǎng)的電光響應(yīng)二次方程式，即場(chǎng)極性的獨(dú)立。
具有實(shí)際重要性的另一操作原理是利用施加電場(chǎng)和存在于鐵電液晶中的自發(fā)極化Ps之間的線性偶合。
存在大量其操作基于介電偶合的不同類型的LCD，尤其是動(dòng)態(tài)散射顯示器、應(yīng)用垂直定向向列型液晶形變的顯示器、Schadt-Helfrich扭轉(zhuǎn)向列型(TN)顯示器、超扭轉(zhuǎn)向列型(STN)顯示器和面內(nèi)切換(IPS)向列型顯示器。
另一類LCD是基于施加電場(chǎng)和自發(fā)極化Ps之間的線性偶合操作的表面穩(wěn)定的液晶(SSFLC)顯示器。施加的電場(chǎng)還可以引起與電場(chǎng)線性偶合的自發(fā)極化。變形的螺旋鐵電(DHF)液晶顯示器和反鐵電液晶(AFLC)顯示器是基于該原理。
對(duì)于現(xiàn)代應(yīng)用而言，LCD應(yīng)當(dāng)具有若干重要特征，諸如對(duì)比度和亮度高、耗電量低、工作電壓低、切換時(shí)間短、對(duì)比度、灰度色標(biāo)和雙穩(wěn)性的視角依賴低等。LCD應(yīng)當(dāng)是廉價(jià)、容易生產(chǎn)和加工的。沒(méi)有一種現(xiàn)有技術(shù)的LCD是涉及所有這些重要特征而優(yōu)化的。
在基于介電偶合操作的大多數(shù)常規(guī)的向列型液晶顯示器中，電場(chǎng)通常是對(duì)液晶本體層施加的。這些顯示器通常較慢，并且由于在分子初始取向和施加電場(chǎng)形成的平面中液晶分子的切換(所謂面外切換)，因而幾乎全部有不令人滿意的對(duì)比度的角度依賴。還有一類具有面內(nèi)切換的LCD，其中的電場(chǎng)平行于液晶的本體層而取向。這些顯示器顯示出的圖像對(duì)比度的角度依賴非常小，但亮度和切換時(shí)間不令人滿意。
接下來(lái)，對(duì)基于施加電場(chǎng)和鐵電液晶中自發(fā)極化之間的線性偶合操作的另一類LCD-近晶(smectic)液晶，尤其是鐵電液晶及其在表面穩(wěn)定的鐵電液晶(SSFLC)顯示器中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。
在近晶液晶中，分子在相鄰的近晶層中排列。近晶相A和C是液晶材料的這些“層”相的兩個(gè)最重要的代表。在近晶相A中，分子沿近晶層常態(tài)(θ＝0°)取向，而在近晶相C中，分子是以相對(duì)于近晶層通常約20°角傾斜的。此外，近晶液晶應(yīng)當(dāng)是非手性(例如A或C)或手性(例如A*或C*)的，術(shù)語(yǔ)“手性”是指不具有鏡面對(duì)稱。應(yīng)當(dāng)注意的是，術(shù)語(yǔ)“手性”不是指可能作為次極效應(yīng)出現(xiàn)或不出現(xiàn)的螺旋狀分子序的存在。
手性，即打碎的構(gòu)成分子的鏡面對(duì)稱是在像近晶C*的傾斜近晶液晶中顯示出鐵電性，即自發(fā)極化Ps的先決條件。Ps是沿著近晶層的方向，即垂直于分子長(zhǎng)軸指向的，并且與分子立體偶合。
鐵電相顯示出近晶液晶材料不僅是由手性分子構(gòu)建的，而且非手性近晶主體材料還摻雜了手性摻雜劑。大多數(shù)市售鐵電液晶材料是這樣的混合物。在這些混合體系中，將所選非手性近晶C主體材料的寬溫度范圍和低粘度與由所選手性摻雜劑誘導(dǎo)的大極化結(jié)合起來(lái)要容易得多。這些材料參數(shù)的適當(dāng)結(jié)合對(duì)于鐵電液晶混合物是至關(guān)重要的。
在近晶C*中，圍繞頂角β＝2θ的圓錐自由旋轉(zhuǎn)的分子由于手性具有沿近晶層常態(tài)的螺旋軸而采用螺旋序。但是，Ps是螺旋的，因而導(dǎo)致局部極化的自取消。因此，在近晶C*的本體中，將不存在肉眼可見(jiàn)的極化(Ps＝0)。但是，如果沿螺旋近晶C*本體的近晶層施加電場(chǎng)，那么電場(chǎng)將與平行于電場(chǎng)定向的永久偶極偶合。結(jié)果，電場(chǎng)將螺旋序持續(xù)展開(kāi)，引發(fā)了近晶C*液晶本體的肉眼可見(jiàn)的極化。
有另一種方式清除螺旋分子序，以在近晶C*的本體中獲得的自發(fā)極化Ps。這是通過(guò)使用固體表面/液晶相互作用代替外電場(chǎng)而進(jìn)行的。這被稱為表面穩(wěn)定的鐵電液晶(SSFLC)，根據(jù)這一概念，近晶C*本體以書架幾何學(xué)的方式定向，即近晶層垂直于限定的表面。
在SSFLC顯示器中，沿近晶層，即垂直于基底的外電場(chǎng)將切換近晶圓錐上兩個(gè)位置之間的鐵電液晶分子。這兩個(gè)位置對(duì)應(yīng)于不同場(chǎng)極性上的Ps方向。一個(gè)重要的特征在于，較之相當(dāng)慢的介電偶合機(jī)理(切換不具有永久極化的結(jié)晶材料)，諸如常規(guī)的切換向列型液晶顯示器，″flipp-flopp″機(jī)理(Goldstone模式)要快得多。此外，對(duì)固體顯示器基底進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚琒SFLC顯示器中的液晶分子的切換能夠雙穩(wěn)定。在單獨(dú)成分的FLC以及FLC混合物中，Ps在這些材料的本體中存在均勻分布。
作為另一種FLC，液晶材料可以處于所謂反鐵電(AFLC)液晶相，這表示在不存在電場(chǎng)的情況下，在鄰近近晶層中的分子具有相反的傾斜。在AFLC顯示器中，當(dāng)顯示器置于設(shè)定為分別平行和垂直于近晶層的交叉極化器之間時(shí)，獲得了暗態(tài)(dark state)。在這種排布下并且當(dāng)未施加電場(chǎng)時(shí)，AFLC顯示器處于黑暗狀態(tài)。在施加的電場(chǎng)下，-E和+E均給出相同的明亮狀態(tài)。因此，AFLC顯示器表現(xiàn)出三種狀態(tài)的切換行為。
表面穩(wěn)定的FLC和AFLC顯示器的缺點(diǎn)包括難以取向手性近晶相并保持其取向。FLC顯示器由于建立表面充電層因而還額外具有圖像保留的問(wèn)題。這些顯示器的耗電量也相對(duì)較高。另一個(gè)缺點(diǎn)是這些裝置中的液晶層厚度必須在1-1.5μm的數(shù)量級(jí)，以獲得這些材料的展開(kāi)狀態(tài)。這種對(duì)于厚度的要求使得FLC和AFLC顯示器的生產(chǎn)變得復(fù)雜、精密和昂貴。
在上述的顯示器中，液晶層的所需定向是通過(guò)將固體表面進(jìn)行像使用有機(jī)或無(wú)機(jī)層涂覆以及使用機(jī)械磨光的適當(dāng)處理而實(shí)現(xiàn)的，在不存在外電場(chǎng)的情況下，初始的液晶定向是通過(guò)固體表面/液晶相互作用而定義的。
液晶分子在固體表面的取向經(jīng)彈力傳遞至本體中的液晶分子。例如，靠近基底表面的液晶分子通常是垂直或平行于基底表面取向的，在液晶本體中產(chǎn)生了相同的分子定向。由于液晶是強(qiáng)雙折射的，其定向中的任何變化將導(dǎo)致在適合的極化器之間所看到的其光學(xué)性能的特定改變。
在現(xiàn)有技術(shù)中，基本上有三種不同的通過(guò)在液晶中實(shí)現(xiàn)不同于初始定向的新分子取向而用于改變液晶的光學(xué)性能的技術(shù)。
1.通過(guò)施加外電場(chǎng)再取向首先，最廣泛用于分子再取向的技術(shù)是對(duì)整個(gè)本體液晶層施加外電場(chǎng)。由于電場(chǎng)和某些液晶材料參數(shù)，諸如介電各向異性和自發(fā)極化，之間的直接偶合，如果液晶分子的初始定向不對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)與某些液晶材料參數(shù)的最小相互作用能，電場(chǎng)將直接在新的方向上取向液晶分子。但在某些情況下，接近固體表面的液晶分子由于上述的表面液晶相互作用而難以被電場(chǎng)取向，而更遠(yuǎn)離表面的“本體分子”相當(dāng)自由，并因此容易被電場(chǎng)取向。
2.通過(guò)光控指令表面取向第二種已知用于取向液晶層分子的技術(shù)是將一個(gè)或兩個(gè)限制定向表面設(shè)計(jì)為光控“指令表面”。所述光控指令表面在受到，例如UV光時(shí)，能夠改變由表面施加在與表面接觸的液晶分子上而產(chǎn)生的定向方向。
在K.Ichimura發(fā)表于Chemical Reviews，100，p.1847(2000)的綜述中，大量文獻(xiàn)已經(jīng)描述了“光控指令表面”這一概念。更具體地說(shuō)，將偶氮苯單層沉積在含有向列型液晶層的夾層盒的基底內(nèi)表面上。偶氮苯分子在UV光的照射下，將其構(gòu)象由“反式”改變?yōu)椤绊樖健?。偶氮苯分子借助于三乙氧基甲硅烷基?cè)面固定在基底表面上。偶氮苯部分的反式異構(gòu)體使向列型液晶垂直定向(液晶分子垂直于基底表面取向)，而順式異構(gòu)體給出了液晶分子的平行取向(平行于基底表面)。因此，定向?qū)又杏蒛V照射引起的分子構(gòu)象改變將導(dǎo)致向列型液晶分子的定向改變。通過(guò)使用VIS光照射樣品或通過(guò)簡(jiǎn)單地將其加熱至各向同性狀態(tài)，得到了初始定向的松弛。
使用光指令定向表面以在兩種狀態(tài)之間切換液晶定向的缺點(diǎn)在于速度慢。此外，光指令定向表面迄今顯示出僅在向列型液晶器件中有效。另一個(gè)缺點(diǎn)在于由于UV光照射而發(fā)生的降解過(guò)程減少了具有光指令定向表面的器件的使用壽命。此外，使用光作為切換液晶定向的外部因素尤其對(duì)于液晶顯示器而言是不適當(dāng)?shù)摹?br> 因此，將液晶顯示器的性能選擇為受外部電場(chǎng)而不是光的控制。電場(chǎng)直接與本體液晶偶合并改變定向，由此改變了液晶顯示器的光學(xué)特征，諸如透光性、不同波長(zhǎng)下的光吸收、光散射、雙折射、旋光度、圓二色性等。
3.通過(guò)電指令表面ECS再取向第三種已知用于取向液晶分子的原理是使用所謂的電指令表面(ECS)。在公開(kāi)的國(guó)際專利申請(qǐng)WO00/03288中描述了該原理。
速度更快的ECS原理主要用于控制鐵電液晶聚合物層。如上所述，基于鐵電液晶中的自發(fā)極化和垂直于限制底物施加的電場(chǎng)之間的線性偶合的LCD比基于介電偶合的LCD具有很多優(yōu)點(diǎn)。更具體地說(shuō)，鐵電LCD更快，它們?cè)试S光軸的面內(nèi)切換，同時(shí)圖像對(duì)比度對(duì)視角的依賴更小，并且在合適的粘附條件下，鐵電LCD可以實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)定切換。但是，正如以上所指出的，在顯示器和器件中使用鐵電液晶有若干缺點(diǎn)。
根據(jù)ECS原理，將單獨(dú)的鐵電液晶聚合物層沉積在將液晶本體材料限制在常規(guī)夾層盒的玻璃基底的內(nèi)表面上。鐵電液晶聚合物層作為在相鄰液晶本體材料上提供平面定向的動(dòng)態(tài)定向?qū)?。更具體地說(shuō)，當(dāng)施加電場(chǎng)穿過(guò)盒-并因此穿過(guò)動(dòng)態(tài)定向?qū)?時(shí)，單獨(dú)的鐵電液晶聚合物層中的分子將切換。單獨(dú)的聚合層中的這種分子切換隨即經(jīng)過(guò)單獨(dú)定向?qū)雍捅倔w層之間的分界上的彈力，被傳遞至本體體積中，由此導(dǎo)致本體體積分子的相對(duì)較快的面內(nèi)切換。
ECS原理似乎具有鐵電液晶的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了其大部分的嚴(yán)重問(wèn)題。但是，ECS材料仍然應(yīng)當(dāng)符合多種要求，這使得ECS的制備無(wú)端地十分費(fèi)力-ECS層應(yīng)當(dāng)非常薄(100-200nm)。
-ECS層優(yōu)選應(yīng)當(dāng)以書架式的幾何學(xué)方式很好地取向，即近晶層對(duì)于限定基底是常態(tài)的。
-為了保持ECS層及其操作的完整，ECS層的材料必須不溶于液晶本體材料。
除了上述的之外，注意以下內(nèi)容，以理解主張的本發(fā)明。
在常規(guī)的液晶器件和顯示器中，介電各向異性，通過(guò)液晶分子結(jié)構(gòu)確定的液晶材料的物理性質(zhì)，在承載基底之間限定的液晶層的各處具有均勻的分布。因此，介電各向異性在各處具有相同的符號(hào)(正或負(fù))和數(shù)值。因此，由于具有外電場(chǎng)的介電偶合，如果施加的電場(chǎng)在液晶層中存在均勻分布，液晶分子在將在各種具有大小相同的轉(zhuǎn)矩。
變電流(Flexoelectricity)是液晶材料的常規(guī)物理性質(zhì)，是指由于傾斜和/或彎曲彈性形變而產(chǎn)生的極化。液晶材料的變電流性質(zhì)是通過(guò)傾斜和彎曲變電系數(shù)而表征的。這些系數(shù)的符號(hào)和大小是通過(guò)作為分子特征的形狀和凈偶極矩而確定的。因此，類似于介電特性，變電性能(Flexoelectric property)具有均勻的特征，即表示這些特性的變電系數(shù)的大小和符號(hào)是液晶中的各處是相同的。
近來(lái)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了由于液晶的彎曲和/或傾斜彈性形變而產(chǎn)生的變電極化(Flexoelectric polarisation)在雙穩(wěn)定向列器件以及膽甾醇型器件中的應(yīng)用。液晶的變電極化非常依賴于組成分子的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)進(jìn)行傾斜和/或彎曲型的彈性形變時(shí)，有液晶顯示出變電極化是零。
一種類型的LCD，其中除了介電偶合之外，在施加電場(chǎng)和變電極化之間還實(shí)現(xiàn)了線性偶合，是雙穩(wěn)定向列型液晶顯示器。在這類顯示器中，用于將液晶粘附至兩個(gè)限定表面的條件分別是強(qiáng)和弱的。這類顯示器的操作是基于通過(guò)在切斷場(chǎng)之后停留的一個(gè)場(chǎng)極性上的介電偶合切換分子取向。由于變電極化與場(chǎng)的線性偶合，相反極性的電場(chǎng)應(yīng)用將分子切換至其最初的位置。該位置是在切斷電場(chǎng)后由液晶持有的。在這類液晶顯示器中，液晶的變電特性起非常重要的作用。
標(biāo)量級(jí)(Scalar order)是材料參數(shù)，表征在空間調(diào)用指向矢(director)中，沿優(yōu)選方向的液晶分子的次序程度。在液晶材料的各向異性相中，標(biāo)量級(jí)參數(shù)是零。當(dāng)由各向異性進(jìn)入向列和近晶相時(shí)，該值增加。液晶材料的所有物理特征以及液晶/表面相互作用非常依賴于標(biāo)量級(jí)參數(shù)。
在液晶本體層中具有均勻分布的施加電場(chǎng)在液晶分子上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩在在該層的各處是相同的。一般而言，固體表面的液晶分子由于液晶/表面的相互作用而難以被電場(chǎng)取向，而更遠(yuǎn)離表面的本體液晶分子相當(dāng)自由，并因此容易被電場(chǎng)取向。將表面上的液晶分子完全取向所需的施加電場(chǎng)強(qiáng)度通常比本體液晶分子所需的施加電場(chǎng)強(qiáng)度高得多。其大小取決于粘附強(qiáng)度以及標(biāo)量級(jí)參數(shù)。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，介電和變電液晶特性在液晶層的各處具有相同的符號(hào)和大小(在體積中以及液晶表面的界面上)。因此，在液晶層中具有均勻分布的施加電場(chǎng)將為所有的液晶分子提供相同的轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)上述液晶器件的所需特性以及上述已知液晶顯示器的不同缺點(diǎn)，本發(fā)明的總體目的是實(shí)現(xiàn)一種改進(jìn)的液晶器件、用于生產(chǎn)液晶器件的改進(jìn)方法以及控制液晶器件的改進(jìn)方法。本發(fā)明并不僅僅涉及顯示器，而是用于許多其它的液晶應(yīng)用中。
發(fā)明的描述該說(shuō)明書的一部分涉及由同一申請(qǐng)人和發(fā)明人在共同懸而未決的申請(qǐng)中要求的所謂“第一發(fā)明”。但是，該“第一發(fā)明”是此處本發(fā)明的發(fā)明概念的一部分。
該“第一發(fā)明”涉及一種液晶器件，包括液晶本體層和由于永久性附著在至少一個(gè)表面(稱為手性表面)而非均勻分布于本體層中的手性摻雜劑，所述手性摻雜劑溶于液晶本體層。
這與現(xiàn)有技術(shù)中具有單獨(dú)的不溶性ECS層的方法形成了鮮明的對(duì)比。
“第一發(fā)明”使得在鄰近所述手性表面的本體層的限制體積(以下稱為“亞體積”或“亞區(qū)”)中誘導(dǎo)一種或多種涉及手性的物理性質(zhì)的局部改變(以下也稱為手性作用)，尤其是手性作用的局部增加成為可能。因此，手性作用的誘導(dǎo)改變或增加不是在整個(gè)本體層體積，而僅僅是在一個(gè)或多個(gè)限制區(qū)域中發(fā)生，在本發(fā)明的大多數(shù)方案中，所述限制區(qū)域非常薄。考慮到每個(gè)所述亞區(qū)的位置接近相關(guān)的手性表面，所述亞區(qū)還可以稱為“表面亞區(qū)”。
可以選擇摻雜劑材料和液晶本體材料，使得在亞體積中誘導(dǎo)的手性作用的局部改變/增加引起在所述亞體積中自發(fā)極化的現(xiàn)象增加。所述誘導(dǎo)的自發(fā)極化的增加通常存在非均勻分布-在所述手性表面上最大，并且在遠(yuǎn)離所述手性表面的方向上降低。所述自發(fā)極化隨即可以提供鐵電特性，允許對(duì)外電場(chǎng)的直接電偶合。
以上描述以及在以下不同的實(shí)施方案中所示的“第一發(fā)明”涉及在液晶本體層的一個(gè)或多個(gè)亞區(qū)中，非均勻分布-以永久性的方式-于本體層，以提供手性作用的改變，尤其是手性作用增加的手性摻雜劑分子的用途。
但是，發(fā)明人還考慮了非均勻分布的摻雜劑，尤其是非手性摻雜劑在液晶本體層中更廣泛或不同的用途。下面將討論摻雜劑的這一更廣泛用途，并將其作為所要求保護(hù)的發(fā)明。
正如可以通過(guò)使用本發(fā)明實(shí)施的，如果例如使得固體表面亞區(qū)的介電和/或變電特征不同于液晶本體，那么當(dāng)施加外電場(chǎng)時(shí)分子所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)矩將不同。這些不同可能分別涉及介電各向異性和變電系數(shù)的大小以及符號(hào)。在承載固體表面之間限定的液晶層中，所述介電和變電特性的非均勻分布使得在固體表面(即表面亞區(qū))上和本體層中，以迄今所知的其它方法不可能實(shí)現(xiàn)的方式切換液晶分子成為可能。
本發(fā)明的第一方面提供了一種液晶器件，包括液晶本體層和由于永久性附著在至少一個(gè)表面(稱為手性表面)而非均勻分布于本體層中的手性摻雜劑，所述手性摻雜劑溶于液晶本體層。
本發(fā)明使得在鄰近所述摻雜劑表面的本體層的限制體積(以下稱為“亞體積”或“亞區(qū)”)中誘導(dǎo)液晶材料的一種或多種物理性質(zhì)的局部改變成為可能。
這些物理性質(zhì)可以包括以下一種或多種性質(zhì)手性和涉及手性的性質(zhì)(如根據(jù)“第一發(fā)明”所描述的)、介電各向異性、變電特性、標(biāo)量級(jí)參數(shù)、粘度等。
因此，手性作用的誘導(dǎo)改變或增加不是在整個(gè)本體層體積，而僅僅是在一個(gè)或多個(gè)限制區(qū)域中發(fā)生，在本發(fā)明的實(shí)施中，所述限制區(qū)域非常薄。考慮到每個(gè)所述亞區(qū)的位置接近相關(guān)的手性表面，所述亞區(qū)還可以稱為“表面亞區(qū)”。
此處使用的術(shù)語(yǔ)“可溶”是指摻雜劑能夠溶于液晶本體層。
根據(jù)本發(fā)明，摻雜劑永久性地附著于表面。這應(yīng)當(dāng)解釋為摻雜劑以防止它們?cè)诒倔w體積中自由移動(dòng)的方式與表面結(jié)合。因此，由于不發(fā)生均勻分布，非均勻分布于本體體積中的摻雜劑是“永久性”的。這顯然不同于通過(guò)施加的外電場(chǎng)，在液晶本體體積中暫時(shí)性復(fù)位摻雜劑的已知技術(shù)。
盡管摻雜劑是“永久附著”于表面的，它們?nèi)匀淮嬖谟邢薜目梢苿?dòng)性，尤其是，例如在通過(guò)施加外電場(chǎng)切換的過(guò)程中，使摻雜劑分子在表面上再取向的移動(dòng)性。
盡管不是均勻分布于本體層，仍然可以認(rèn)為摻雜劑(局部)溶于本體層。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，器件可以存在單個(gè)摻雜劑表面(在“第一發(fā)明”中稱為手性表面)，或者分別永久性附著了摻雜劑的兩個(gè)或多個(gè)所述摻雜劑表面(在“第一發(fā)明中”稱為手性表面)。更具體而言，器件可以包括兩個(gè)或多個(gè)基本上類似的摻雜劑表面，或者兩個(gè)或多個(gè)不同的摻雜劑表面，或者二者的組合。
在包括兩個(gè)摻雜劑表面的實(shí)施方案中，每個(gè)摻雜劑表面可以在鄰近摻雜劑表面的本體層的亞體積中誘導(dǎo)一種或多種液晶性質(zhì)的局部改變，并且所述局部改變?cè)趦蓚€(gè)亞體積中可以是基本上相同或不等的。
在每個(gè)亞體積中，受兩種或多種摻雜劑表面影響的液晶性質(zhì)可以是相同、部分相同或不同的。
例如，兩個(gè)手性表面可以導(dǎo)致符號(hào)不同的誘導(dǎo)自發(fā)極化，它們可以存在不同的扭轉(zhuǎn)力、不同的摻雜劑材料、不同的摻雜劑表面分布等。
在包括兩個(gè)摻雜劑表面的實(shí)施方案中，所述通過(guò)一個(gè)摻雜劑表面影響的至少一種液晶性質(zhì)可以與被其它摻雜劑表面影響的至少一種液晶性質(zhì)相同或不同。如果所述兩個(gè)摻雜劑表面的一個(gè)影響多于一種的液晶性質(zhì)，其它摻雜劑表面可以不影響(即其影響其它物理性質(zhì))、影響至少一種或影響全部這些性質(zhì)。
當(dāng)稱為上述“摻雜劑表面”(在“第一發(fā)明”中稱為“手性表面”)時(shí)，術(shù)語(yǔ)“表面”應(yīng)當(dāng)認(rèn)為不僅包括位于本體層上或界定本體層邊界的表面，還應(yīng)當(dāng)包括位于本體層內(nèi)的表面或平面。因此，術(shù)語(yǔ)“表面”可以包括直接或間接經(jīng)過(guò)摻雜劑材料，與本體層材料有接觸的任何物理或幾何學(xué)表面或平面。
在本體層限制在兩個(gè)基底之間的實(shí)施方案中，摻雜劑表面可以安排在一個(gè)或兩個(gè)基底上。作為替換的選擇或者作為補(bǔ)充，一個(gè)或多個(gè)摻雜劑表面也可以位于本體層內(nèi)，即距離本體層邊界有距離。具有內(nèi)摻雜劑層或平面的實(shí)施方案可以通過(guò)，例如下述激光活化的聚合方法而進(jìn)行。
永久性附著于表面的摻雜劑材料或分子可以視為定義了“摻雜劑表面層”(在“第一發(fā)明”中稱為“手性表面層”)。所述“摻雜劑表面層”通常非常薄，例如20-100。摻雜劑表面層的厚度尤其可以以僅含一層摻雜劑分子的“單層”形成。
在上下文中，應(yīng)當(dāng)注意，考慮到為了獲得目標(biāo)效果，ECS層優(yōu)選應(yīng)當(dāng)非常薄，手性摻雜劑附著于表面的原理給出了“額外的效果”。例如，手性摻雜劑可以在所述表面上形成單層。
在本發(fā)明的器件中，溶于液晶本體層的摻雜劑由于永久性地附著于至少一個(gè)表面而非均勻地分布于本體體積中。但是，由于摻雜劑分布于整個(gè)所述表面，因此存在很多可能性。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，摻雜劑均勻地分布于整個(gè)層或每個(gè)層。但是，摻雜劑也可以在例如預(yù)定區(qū)域中，根據(jù)特定的或預(yù)定的圖案分布于所述層。
在本發(fā)明中，可以選擇摻雜劑材料和液晶本體層模式，使得在表面亞區(qū)中，較之遠(yuǎn)離摻雜劑表面的區(qū)域1.介電各向異性的數(shù)值高/低。
2.介電各向異性具有相同或相反的符號(hào)。
3.通過(guò)變電系數(shù)測(cè)定的變電極化的數(shù)值高或低。
4.通過(guò)變電系數(shù)測(cè)定的變電極化的數(shù)值具有相同或相反的符號(hào)。
5.手性影響高或低。
6.手性影響具有相同或相反的符號(hào)。
7.標(biāo)量參數(shù)在光照下升高或降低。
8.表面粘性很高或很低。
以下幾個(gè)例子可以給出有關(guān)實(shí)現(xiàn)摻雜劑和液晶材料的所述選擇的概念。
手性摻雜劑表面(根據(jù)“第一發(fā)明”)，例如是在非手性近晶液晶本體層的亞體積中引起自發(fā)極化的出現(xiàn)。
另一方面，亞體積中的高粘度對(duì)于獲得雙穩(wěn)定切換而言是先決條件。但在某些情況下，諸如在雙穩(wěn)定向列型器件中，對(duì)于雙穩(wěn)定性而言需要很低的粘度。
亞體積中的介電各向異性的符號(hào)不同于液晶本體中的，導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域中的液晶分子被沿夾角90度的兩個(gè)不同方向施加的電場(chǎng)再取向。
承載向列型液晶的摻雜劑表面上的標(biāo)量級(jí)參數(shù)的降低可以引起將用于液晶層完全再取向的閾值電壓降低。
另一可選例子是液晶層是本體層包括介電各向異性微負(fù)的非手性向列型液晶，其中的液晶分子在承載固體表面上具有略微反向的預(yù)傾斜，以及絕大部分液晶本體的平面定向。附著于這些表面的摻雜劑與表面亞區(qū)中的介電各向異性符號(hào)相反。因此，穿過(guò)液晶層的施加電場(chǎng)將表面亞區(qū)中的液晶分子取向?yàn)檠仉妶?chǎng)的橫向，而液晶本體層中分子的平面定向，即垂直于電場(chǎng)，將被穩(wěn)定。這將導(dǎo)致液晶層的強(qiáng)烈傾斜/彎曲形變，出現(xiàn)也將與施加電場(chǎng)互相作用的變電極化。通過(guò)選擇摻雜劑，表面亞區(qū)中的變電性質(zhì)也受到強(qiáng)烈影響。例如，鄰近摻雜表面的表面亞區(qū)中的變電極化的符號(hào)可以互不相同。按照這種方式，由于變電極化，介電和線性偶合將類似地作用，使具有施加電場(chǎng)的本體液晶層的彈性形變?cè)黾?，產(chǎn)生π-扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的躍遷。
使用本發(fā)明的另一種可選方式是在外界因素，諸如UV光照射影響摻雜劑的情況下，改變其分子形狀，由此導(dǎo)致表面亞區(qū)中標(biāo)量級(jí)參數(shù)降低。
還可以以這樣的方式選擇摻雜劑-摻雜劑表面可以在表面亞區(qū)內(nèi)顯示出較之本體液晶材料的粘度增加或粘度降低。
一般而言，在“第一發(fā)明”中如上和如下說(shuō)明的涉及手性摻雜劑的基本上全部?jī)?nèi)容可以按照此處對(duì)本發(fā)明的描述，(在應(yīng)用時(shí))轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁诫s劑表面的更常規(guī)的發(fā)明概念。
在本發(fā)明中，本體材料的電場(chǎng)響應(yīng)-摻雜的亞體積的內(nèi)和外-可以是介電的、變電的、順電的、鐵電的和反鐵電的，或者其任意組合。該響應(yīng)在亞區(qū)和本體層的其余部分之間可以不同。
因此，根據(jù)本發(fā)明，表面亞區(qū)中的物理性質(zhì)可以通過(guò)永久性附著于所述摻雜劑表面的摻雜劑而有效改變。介電各向異性以及變電極化的幅度和/或符號(hào)可以變化。標(biāo)量級(jí)參數(shù)和表面粘度的大小可以分別降低和升高。因此，表面亞區(qū)在施加電場(chǎng)下的表現(xiàn)不同于液晶本體。
作為僅用于闡述的例子，本體層可以包括非手性液晶材料，諸如非手性近晶C材料。在亞體積或亞區(qū)中，非手性近晶C被溶于非手性近晶C并永久性附著于手性表面的手性摻雜劑摻雜。手性摻雜劑在亞體積中的液晶本體材料中誘導(dǎo)手性，并因此改變了手性效果。誘導(dǎo)的手性隨即可以在亞體積中出現(xiàn)自發(fā)極化，賦予該亞體積鐵電性質(zhì)。被摻雜亞區(qū)的實(shí)際體積以及存在手性和自發(fā)極化增加的體積可以略有不同，因?yàn)閾诫s劑分子同樣在距摻雜劑一定距離之外誘導(dǎo)了手性。在該說(shuō)明性例子中，通過(guò)向器件(即向摻雜的亞區(qū)以及本體體積的其余部分)施加電場(chǎng)，由于對(duì)施加電場(chǎng)的直接鐵電響應(yīng)或偶合，摻雜劑可以被非?？斓厍袚Q，因而造成區(qū)域中的分子出現(xiàn)鐵電性質(zhì)。因?yàn)楸砻鎭唴^(qū)中的分子和本體體積的鄰近分子之間的彈性偶合，這種快速的鐵電切換隨即將引起亞區(qū)域外本體分子的快速切換。
在上述例子中，本體體積包括非手性液晶材料。但是，還可以使用初始手性的本體材料，在其非摻雜條件下，存在例如有限的自發(fā)極化。在該實(shí)施方案中，可以選擇摻雜劑，以實(shí)現(xiàn)亞區(qū)中自發(fā)極化的變化，增加亞區(qū)中本體材料的(例如鐵電)響應(yīng)。據(jù)稱初始手性能夠?qū)⑹中宰饔玫恼T導(dǎo)增加“偏斜(bias)”。
本體材料的電場(chǎng)相應(yīng)-在摻雜亞區(qū)之內(nèi)和之外-可以是鐵電的、反鐵電的、變電的和順電的。未摻雜本體材料的電場(chǎng)響應(yīng)還可以僅為介電的，即與電場(chǎng)非直接線性偶合。
至于本體層材料的初始手性，本體層可以包括非手性液晶材料，諸如非手性向列型液晶材料；手性液晶材料；或其組合。如果本體是非手性的，可以通過(guò)手性摻雜劑誘導(dǎo)手性。如果本體最初是手性的，可以通過(guò)手性摻雜劑誘導(dǎo)手性效果的增加。
因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，形成本體層的液晶材料是相當(dāng)可觀的。根據(jù)使用的電場(chǎng)，可以從以下的一種或多種材料中選擇用于本體層的材料在所述本體層中具有向列指向矢的扭轉(zhuǎn)或非扭轉(zhuǎn)構(gòu)型的向列型液晶材料；在所述本體層中具有向列指向矢的扭轉(zhuǎn)或非扭轉(zhuǎn)構(gòu)型的近晶液晶材料；以及盤狀型(discotic)液晶材料。
本體層可以存在具有基本上平行于所述摻雜劑表面(例如手性表面)優(yōu)選取向的表面指向矢。本體層尤其含有這樣的液晶材料本體層所述表面指向矢的切換不是直接由施加電場(chǎng)可控制的。在該實(shí)施方案中，摻雜區(qū)域可以存在一個(gè)對(duì)施加電場(chǎng)的直接響應(yīng)(首次切換)，而本體層的其余部分將響應(yīng)彈性偶合(二次切換)。
器件還可以含有單獨(dú)的定向?qū)?，用以在所述摻雜劑表面上提供優(yōu)選的分子取向，例如非動(dòng)態(tài)定向?qū)印?br> 摻雜劑可以包括光敏分子，在器件的生產(chǎn)過(guò)程中使用其光敏性形成附著有摻雜劑的摻雜劑表面。
摻雜劑可以由聚合物材料、低聚物材料和單體材料的至少一種制成。
本發(fā)明的液晶器件在結(jié)構(gòu)上可以以許多不同的方式實(shí)現(xiàn)。在僅有一個(gè)摻雜劑表面的實(shí)施方案中，本體層可以限制在一方面排布在本體層第一側(cè)的單一摻雜劑表面和另一方面排布在本體層相對(duì)一側(cè)的非動(dòng)態(tài)表面定向?qū)又g。非動(dòng)態(tài)表面定向?qū)訉⒋_立預(yù)定的優(yōu)選方向，這可以根據(jù)預(yù)期的器件用途而選擇。
本體層還可以限制在分別永久性附著有摻雜劑的兩個(gè)摻雜劑表面中。但是，摻雜劑仍然是以永久方式非均勻分布于本體層中，即在手性表面上以高“濃度”存在。在所述雙側(cè)實(shí)施方案中，例如兩個(gè)手性表面可以誘導(dǎo)符號(hào)相同或相反的自發(fā)極化(Ps＞0和Ps＜0)。第一手性表面可以包括存在第一手型性(handedness)的手性材料，而第二手性表面可以包括存在不同的第二手型性的手性材料。此外，多手性表面可以由具有不同扭轉(zhuǎn)力的手性材料制成。
如上所述，兩個(gè)手性層可以在以下方面互不相同(i)自發(fā)極化的符號(hào)，(ii)手型性符號(hào)，和/或(iii)扭轉(zhuǎn)力。對(duì)于一方面的手性層，以及另一方面的本體性質(zhì)的考慮是相同的。因此，例如，在摻雜的亞區(qū)中，本體材料可以存在被摻雜劑抵消，甚至基本上消除的性質(zhì)。
本發(fā)明的液晶器件可以包括諸如表面電極的裝置，用于對(duì)摻雜劑表面的亞區(qū)施加電場(chǎng)。所述電場(chǎng)施加裝置可以這樣排布電場(chǎng)施加到所述摻雜劑表面以及本體層。所述電場(chǎng)施加裝置可以包括兩個(gè)相交的電極組，用于產(chǎn)生矩陣尋址的器件，其中器件的各個(gè)象素可以含有用于產(chǎn)生有源尋址的薄膜晶體管(TFT)。
本發(fā)明的液晶顯示器件可以包括用于將本體層中指向矢的方向切換傳遞為可監(jiān)測(cè)效應(yīng)的裝置。例如，所述裝置可以含有一個(gè)或多個(gè)以下成分摻入本體層的起偏劑、阻滯劑、反射劑和染料及其組合。
在一個(gè)實(shí)施方案中，手性摻雜劑可以在向列本體層的亞區(qū)中誘導(dǎo)具有垂直或平行于手性表面的螺旋軸的螺旋分子序。螺距梯度可以隨器件變化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于生產(chǎn)液晶器件的方法，包括將摻雜劑以永久性非均勻的方式分布于液晶本體層的步驟，所述摻雜劑可溶于液晶本體層。優(yōu)選該方法包括將摻雜劑永久性附著于稱為摻雜劑表面的至少一個(gè)表面，諸如限制表面(例如基底上的表面)或者內(nèi)表面(例如在本體層中確定平面)或其組合的步驟。
本體層中的材料和摻雜劑可以這樣選擇在鄰近所述摻雜劑表面的本體層的亞體積和亞區(qū)中，摻雜劑誘導(dǎo)液晶性質(zhì)的局部變化(涉及“第一發(fā)明”，更具體是手性效果的變化，諸如手性效果的增加)。
摻雜劑表面可以通過(guò)使用摻雜劑材料涂覆基底表面而制成。在一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑表面可以排布在已經(jīng)沉積在基底表面的定向?qū)由稀诫s劑表面可以通過(guò)施加光和/或溫度獲得摻雜劑表面層的聚合而制成。
在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過(guò)以下分步驟提供摻雜劑使用可聚合且光敏的摻雜劑材料涂覆所述表面；通過(guò)光照摻雜劑材料，使摻雜劑材料中的分子在優(yōu)選方向上定向；以及將這樣定向的摻雜劑材料進(jìn)行聚合，以形成摻雜劑表面層。
在應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部摻雜劑表面或平面的實(shí)施方案中，為了提供與手性誘導(dǎo)效果有關(guān)的亞區(qū)，可以將光反應(yīng)性摻雜劑單體溶于液晶本體層。因此，溶解的光反應(yīng)性單體隨即在所述本體層中的一個(gè)或多個(gè)平面中光活化，用于產(chǎn)生所述內(nèi)摻雜劑平面。為達(dá)到這一效果，可以使用掩模，或干擾圖案。
本發(fā)明還提供了一種控制液晶本體層的方法，包括使用可溶于液晶本體層的摻雜劑摻雜液晶本體層，以在本體層的至少一個(gè)亞區(qū)中誘導(dǎo)局部的，優(yōu)選電場(chǎng)響應(yīng)性質(zhì)的永久性增加的步驟，以及施加電場(chǎng)，以便經(jīng)所述亞區(qū)間接控制本體層的步驟。
本發(fā)明尤其提供一種用于在液晶器件的液晶本體層中實(shí)現(xiàn)面內(nèi)切換的方法，包括以下步驟提供至少一個(gè)手性表面層與所述本體液晶層接觸，所述手性表面層在所述本體層的有關(guān)亞表面區(qū)域中誘導(dǎo)具有指向矢方向的相，所述指向矢方向是通過(guò)電場(chǎng)直接可控的，并與所述本體層相互作用；以及對(duì)所述亞表面區(qū)域施加電場(chǎng)，以在所述亞表面區(qū)域產(chǎn)生方向改變以及本體層中的面內(nèi)本體切換。
因此，本發(fā)明使得液晶主體材料的一種或多種物理性質(zhì)，像自發(fā)極化、螺距、光活性、介電各向異性、變電極化、標(biāo)量級(jí)參數(shù)、粘度等的局部改變成為可能，因此可用于通過(guò)摻雜區(qū)域間接控制本體層。
在附帶的權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的上述和其它特征和實(shí)施方案。
附圖的簡(jiǎn)述現(xiàn)在參照附圖，通過(guò)非限制性實(shí)施例充分闡述本發(fā)明，其中

圖1示意性描述了“第一發(fā)明”的原理。
圖2A示意性描述了在根據(jù)“第一發(fā)明”的液晶器件的單側(cè)實(shí)施方案中的場(chǎng)活化分子再取向。
圖2B描述了插入兩個(gè)交叉極化器之間的圖2A器件的操作。
圖3是根據(jù)“第一發(fā)明”的液晶器件的雙側(cè)實(shí)施方案的橫截面示意圖。
圖4是根據(jù)“第一發(fā)明”的液晶器件的單側(cè)實(shí)施方案的橫截面示意圖。
圖5A和5B是描述在本體層中具有內(nèi)部手性平面的“第一發(fā)明”實(shí)施方案的透視示意圖。
圖6是用于分析根據(jù)“第一發(fā)明”的液晶器件或液晶盒(cell)的電光響應(yīng)的裝置示意圖。
圖7和8描述了“第一發(fā)明”的實(shí)施方案的電光響應(yīng)。
圖9A和9B示意性描述了在“第一發(fā)明”的液晶器件的雙側(cè)實(shí)施方案中的場(chǎng)活化分子再取向。
圖10描述了“第一發(fā)明”的實(shí)施方案的灰度等級(jí)的電光效應(yīng)。
圖11示意性描述了根據(jù)“第一發(fā)明”的液晶器件的雙側(cè)實(shí)施方案，其具有符號(hào)相反的誘導(dǎo)的自發(fā)極化。
圖12示意性描述了存在梯度螺距的“第一發(fā)明”的實(shí)施方案。
圖13示意性描述了圖12中實(shí)施方案的操作。
圖14A和14B示意性描述了制備手性層的例子。
圖15示意性描述了存在樹(shù)枝狀手性分子的手性表面。
圖16A、16B和16C示意性描述了根據(jù)本發(fā)明液晶器件的雙側(cè)實(shí)施方案，其摻雜劑表面誘導(dǎo)了符號(hào)相同的介電各向異性，但變電極化符號(hào)相反。
圖17A和17B示意性描述了根據(jù)本發(fā)明液晶器件的雙側(cè)實(shí)施方案，其摻雜劑表面誘導(dǎo)了符號(hào)相反的介電各向異性。
圖18和19描述了誘導(dǎo)標(biāo)量級(jí)參數(shù)的變化的摻雜劑分子的例子。
圖20、21、22和23描述了誘導(dǎo)變電性質(zhì)的變化的摻雜劑分子的例子。
圖24描述了誘導(dǎo)變電性質(zhì)和介電各向異性的變化的摻雜劑分子的例子。
圖25和26描述了誘導(dǎo)粘度變化的摻雜劑分子的例子。
本發(fā)明實(shí)施方案的描述a)涉及手性摻雜劑的實(shí)施方案(“第一發(fā)明”)圖1示意性描述了本發(fā)明液晶器件的部分實(shí)施方案。含液晶本體分子12的本體層10被限制在兩個(gè)相對(duì)的基底14(圖1中僅示意了其中一個(gè))，諸如玻璃板之間。僅作為非限制性描述的例子，本體材料12可以是非手性近晶C材料。
如示意性描述，可溶于液晶本體層的手性摻雜劑20通過(guò)鍵或連接16，例如化學(xué)鍵的方式永久性附著(結(jié)合)于基底14。因此，盡管摻雜劑可溶于本體層，摻雜劑20也不會(huì)自由移出本體層10的其余部分(24)，而是保持附著于基底14的表面18。但是，摻雜劑20仍然可以響應(yīng)施加電場(chǎng)再取向。
手性摻雜劑20在接近基底14的本體層10的亞體積或亞區(qū)22中誘導(dǎo)了手性效應(yīng)。該層亞區(qū)的厚度尤其取決于覆蓋基底表面18的手性層的性質(zhì)，但一般很薄。因此，器件將存在帶有增強(qiáng)手性效應(yīng)的本體層10的摻雜亞體積或亞區(qū)22，以及手性效應(yīng)為零或很低的基本上未摻雜的較大本體體積24。
如圖1所示，摻雜劑20的位置可以距表面18一定距離，該距離使得摻雜區(qū)中本體分子12接近基底14被定位。永久性附著了摻雜劑20的基底14的表面18可以被稱為“手性表面”，這表明其帶有附著于其上的摻雜劑。附著于表面的摻雜劑稱為“手性表面層”。但應(yīng)當(dāng)注意，上述摻雜劑可以通過(guò)例如化學(xué)鍵而位于距表面的一定距離處。通常亞區(qū)既包括摻雜劑材料/分子，也包括一些本體層分子。應(yīng)當(dāng)注意的是，用于本發(fā)明所有摻雜劑(手性和非手性)的推理方式是相同的?，F(xiàn)在，在亞區(qū)22中誘導(dǎo)的手性效應(yīng)是在該亞區(qū)22中誘導(dǎo)的自發(fā)極化Ps。因此，將導(dǎo)致在亞區(qū)22中的液晶材料的鐵電電光響應(yīng)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2A描述含圖1結(jié)構(gòu)的器件的操作。當(dāng)對(duì)整個(gè)液晶盒施加電場(chǎng)E時(shí)，鐵電亞區(qū)22中的液晶分子的取向方向?qū)⒂捎趨^(qū)域中自發(fā)極化Ps的出現(xiàn)，以及隨即在鐵電亞區(qū)22中的液晶材料和施加電場(chǎng)E之間的直接電偶合而改變。在圖2A中，通過(guò)虛線D0(在E＝0時(shí)可能的初始方向)和實(shí)線D2(切換方向；E≠0)在圖2中示意了該分子取向的變化。這可以稱作“初級(jí)切換”。
亞區(qū)22中液晶分子由D0→D2的初級(jí)切換隨即經(jīng)彈力傳入非手性近晶C液晶材料12的本體24中。
由于僅僅使兩個(gè)基底14內(nèi)表面18中的一個(gè)制成手性，亞區(qū)22中的分子切換D0→D2將通過(guò)圖1A示意的分子面內(nèi)切換M1→M2(次極切換)而導(dǎo)致本體中電場(chǎng)誘導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù)本體液晶材料12的介電各向異性Δε的符號(hào)，電場(chǎng)E和本體材料之間的介電偶合可以將該面內(nèi)切換M1→M2穩(wěn)定(Δε＜0)或去穩(wěn)定(Δε＞0)。
下面參照?qǐng)D2B，描述僅有一個(gè)基底14被手性層20覆蓋的圖2A的液晶盒。
在該實(shí)施方案中，本體非手性近晶材料12具有約45度的分子傾斜。其它基底14的表面被聚酰亞胺覆蓋，單向摩擦，產(chǎn)生非動(dòng)態(tài)表面定向?qū)?2。定向?qū)?2確立了位于該基底14上的本體分子12’的非動(dòng)態(tài)表面定向方向D3。對(duì)于E≠0而言，定向方向D3與其它基底表面14上的分子(M1)的優(yōu)選定向方向D1重合。應(yīng)當(dāng)注意的是，D1表示鐵電亞區(qū)的兩個(gè)扭轉(zhuǎn)狀態(tài)中的一個(gè)。
在“關(guān)閉狀態(tài)(off-state)”(E＝0)中，如圖2B中的虛線分子所示，使用沿方向M1(平行于D1)的光軸均勻取向本體液晶材料12。將液晶盒置于交叉極化器34和36之間，所述極化器沿光軸M1被極化器36上的傳輸方向取向。在該排布中，入射光將在其通過(guò)器件的過(guò)程中被衰減。但是，使用約5V/μm的電場(chǎng)E在手性表面18的鐵電亞區(qū)22中誘導(dǎo)直接快速的90度分子切換(D1→D2)。該快速切換D1→D2將隨即在本體液晶材料中產(chǎn)生誘導(dǎo)的90度分子扭轉(zhuǎn)M1→M2。在該切換“開(kāi)啟(on-state)狀態(tài)”中，器件發(fā)光。
通過(guò)極化器34，36其它適合的設(shè)置，“關(guān)閉狀態(tài)”反而可以被制成透光的。
圖3描述了包括兩個(gè)手性固體基底14，分別存在已經(jīng)制成手性的內(nèi)表面18的液晶器件或液晶盒的橫截面。液晶盒包括(從頂部開(kāi)始)以下組成第一玻璃或塑料(聚合物)基底14、第一透明導(dǎo)電ITO(氧化銦錫)膜30、第一無(wú)源(非動(dòng)態(tài))定向膜或?qū)?2、手性分子20的第一相對(duì)薄層(優(yōu)選非常薄)、液晶本體材料12的本體層24、手性分子20的第二相對(duì)薄層、第二無(wú)源定向膜32、第二透明導(dǎo)電ITO(氧化銦錫)膜30以及第二玻璃或塑料基底14。兩個(gè)基底14通過(guò)間隙體17以預(yù)定距離固定。該距離可以是幾微米級(jí)的。
圖3中示意的液晶盒是本發(fā)明的雙側(cè)實(shí)施方案，其在本體層24的相對(duì)方向上包括手性分子20的兩個(gè)薄膜。圖4所示的液晶盒是單側(cè)實(shí)施方案，即根據(jù)圖2A和2B所示的實(shí)施方案，僅包括一個(gè)手性分子的薄膜層。
實(shí)施例1(制備方法)按照?qǐng)D3或4所述的用于制備手性表面層的一個(gè)實(shí)施方案中，首先用透明的導(dǎo)電ITO膜30覆蓋玻璃或塑料基底14的內(nèi)表面，并且隨后使用定向?qū)?2，例如薄Au膜覆蓋，在正入射下蒸發(fā)。定向?qū)?2可以是無(wú)源定向?qū)印?br> 接著，用薄膜20覆蓋定向?qū)?2，在本實(shí)施例中，薄膜20包括含手性分子20的光敏有機(jī)材料。該手性材料可以是固定在鄰位或間位的手性部分通過(guò)含硫基團(tuán)附著于Au膜的側(cè)面類型(side-ontype)。有機(jī)手性材料20的分子結(jié)構(gòu)如下
R1＝烷基或烷氧基，R1＝烷基或烷氧基，R1或R2是手性的，n＝2-20，X＝-SH、-S-R3、-S-S-R3。
將已經(jīng)被光敏手性材料20的薄層覆蓋的基底14暴露于線性極化的UV光，以獲得手性分子20的單向平面的預(yù)定向。手性分子20的該定向通過(guò)彈力傳遞至接觸的液晶本體分子12。光活化的定向在施加本體層10之后以及之前發(fā)生。
實(shí)施例2(制備方法)在第二個(gè)實(shí)施例中，手性表面可以通過(guò)含與實(shí)施例1相同類型的手性分子混合物的有機(jī)材料的薄膜制備，但此時(shí)如下所示，它們具有不同長(zhǎng)度的偶合基團(tuán)
偶合基團(tuán)的長(zhǎng)度將定義手性摻雜劑分子和表面之間的最大距離。但是，手性摻雜劑分子可以在朝向表面的方向上自由移動(dòng)。
實(shí)施例3(制備方法)根據(jù)實(shí)施例3，為了制備手性表面，形成例如圖4所示的手性分子20的第一薄膜。使用磨光SiOX膜的無(wú)源定向?qū)?2覆蓋玻璃基底14上的透明導(dǎo)電ITO膜30，例如在正入射下蒸發(fā)。正如人們所公知的，該無(wú)源定向?qū)咏o出了大部分液晶材料的單向平面定向。同類的定向可以通過(guò)在相對(duì)于基底表面18的入射角α～60°下蒸發(fā)SiOX膜32獲得。隨后，用實(shí)施例1中所述類型的光敏有機(jī)手性材料20的薄膜覆蓋無(wú)源定向?qū)?2。該材料的分子可以通過(guò)使用例如硅烷化反應(yīng)，永久性附著于二氧化硅表面。
實(shí)施例4(制備方法)根據(jù)實(shí)施例4，用SiOX膜的無(wú)源定向?qū)?2覆蓋基底14的透明導(dǎo)電ITO膜30，在相對(duì)于基底表面18約等于例如85°的入射角下蒸發(fā)。正如已知的，該無(wú)源定向?qū)?2提供了大部分液晶材料的傾斜定向。隨后，用實(shí)施例1中所述類型的光敏有機(jī)手性材料20的薄膜覆蓋無(wú)源定向?qū)?2，該薄膜永久性附著于二氧化硅表面。
實(shí)施例5(制備方法)根據(jù)實(shí)施例5，接觸表面18是通過(guò)沉積例如具有以下結(jié)構(gòu)之一的手性側(cè)鏈液晶聚合物而制成手性的 和
實(shí)施例6(制備方法)根據(jù)實(shí)施例6，形成手性表面的手性摻雜劑20是具有以下結(jié)構(gòu)的樹(shù)枝型 R*＝手性端基樹(shù)枝型分子通過(guò)含硫或硅的橋基永久性附著于無(wú)源定向?qū)?。圖15示意性描述了通過(guò)樹(shù)枝型分子20形成的手性層。
實(shí)施例7A(制備方法)根據(jù)實(shí)施例7A，手性摻雜劑20在液晶本體層10中的永久性非均勻分布是通過(guò)在液晶本體層24中內(nèi)部形成至少一個(gè)手性平面而實(shí)現(xiàn)的?？梢酝ㄟ^(guò)使用結(jié)構(gòu)如下的光反應(yīng)性手性單體和交聯(lián)劑實(shí)現(xiàn) 一開(kāi)始，將光反應(yīng)性手性單體溶于本體液晶主體材料。隨后，用溶有手性單體的液晶本體材料12充滿包括兩個(gè)玻璃基底14的夾盒，所述玻璃基底14在其內(nèi)側(cè)18預(yù)涂覆了沉積有無(wú)源定向?qū)?0的ITO膜32。隨后，將含有本體12和溶解的手性單體的液晶盒曝光。光引發(fā)了光反應(yīng)性手性單體分子的光聚合。光的波長(zhǎng)通常在UV光譜，以促進(jìn)光聚合反應(yīng)。在所述光聚合反應(yīng)中，聚合物與液晶主體12相分離。
通過(guò)運(yùn)用上述機(jī)理，可以通過(guò)來(lái)自例如Ar-激光器的雙光束的干擾，或者通過(guò)掩模技術(shù)，在液晶本體10中實(shí)現(xiàn)相分離的手性聚合物20的良好限定平面(即表面)。
一個(gè)或多個(gè)手性平面40可以如圖5A和5B所示，分別垂直或平行于固體基底14取向。二者的組合，以及在基底14上帶有一個(gè)或多個(gè)手性亞表面層的內(nèi)部手性平面40的組合也是可以的。
實(shí)施例7B(制備方法)根據(jù)實(shí)施例7B，如圖14A和14B所示，基底14被含官能團(tuán)的聚合物的薄層15覆蓋，所述官能團(tuán)可以提供與手性摻雜劑或分子20的偶合。在摻雜劑20的附著之前(圖14A)，聚合物層15可以進(jìn)行單向機(jī)械摩擦，以獲得隨即施加的摻雜劑分子20以及液晶本體材料20的優(yōu)選定向方向。因此，所述聚合物層15可以起無(wú)源定向?qū)拥淖饔谩?br> 聚合物15的材料可以是光響應(yīng)的，并因此可以通過(guò)使用極化的UV光照射實(shí)現(xiàn)光定向。此時(shí)，摻雜劑材料20可以在定向操作之前或之后施加。
例如，摻雜劑20可以是手性分子或手性聚合物或手性液晶聚合物的形式。
本體液晶的面內(nèi)切換以下提供幾個(gè)實(shí)施例，闡述使用本發(fā)明的原理獲得誘導(dǎo)的面內(nèi)切換。
在以下實(shí)施例中使用的帶手性表面的液晶器件包括兩個(gè)平行的固體基底14，形成了微米級(jí)的間隙，其內(nèi)表面18被ITO電極覆蓋。一個(gè)或兩個(gè)電極基底的內(nèi)表面被手性薄膜20覆蓋。實(shí)驗(yàn)性器件的結(jié)構(gòu)如圖3和4所示。
實(shí)驗(yàn)性液晶盒的電光響應(yīng)通過(guò)圖6所示的裝置監(jiān)測(cè)。
將樣品S插入兩個(gè)交叉的極化器34，36(分析器和極化器)之間，其光軸相對(duì)于一個(gè)極化器的傳輸方向22.5度角取向，用于當(dāng)通過(guò)發(fā)生器38向樣品施加電場(chǎng)E時(shí)獲得最大的光調(diào)變。如果需要，可以通過(guò)不同電壓的倍增器42放大施加的電壓。通過(guò)檢測(cè)器44監(jiān)測(cè)透射光強(qiáng)度I。示波器46連接至電源38和光檢測(cè)器44，用于顯示施加的電壓和液晶盒S的相應(yīng)電光響應(yīng)。
實(shí)施例8(單側(cè)實(shí)施方案)在實(shí)施例8中，器件的一個(gè)內(nèi)表面預(yù)涂覆了實(shí)施例1的手性有機(jī)層。為了產(chǎn)生本體液晶層10，用非手性液晶材料20 Hoechst 908充滿器件，具有以下相次序C 10℃ SmC 63℃ SmA 64℃ I將液晶盒插入圖6所示的介于交叉極化器34，36之間的設(shè)備中，其光軸在相對(duì)于一個(gè)極化器22.5度上取向。此時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，充滿這種液晶材料但沒(méi)有手性層沉積在內(nèi)基底表面上的“常規(guī)”已知的液晶盒會(huì)顯示出僅對(duì)外加電場(chǎng)E的介電響應(yīng)。但在一個(gè)內(nèi)表面預(yù)涂覆有手性薄層的本發(fā)明液晶盒中，發(fā)現(xiàn)通過(guò)向盒間隙3μm的液晶盒施加約E＝5V/pm的電場(chǎng)，在近晶相中有明顯的極化電光響應(yīng)。
圖7中描述了對(duì)本發(fā)明液晶盒的電光響應(yīng)，清楚地表明響應(yīng)是極性的。證實(shí)了通過(guò)簡(jiǎn)單地在45度下旋轉(zhuǎn)樣品S，隨即導(dǎo)致圖8所示的光電響應(yīng)的180度相移，樣品S的光軸得以在樣品的平面內(nèi)切換。
實(shí)施例9(切換圓形極化光的手型性)在本實(shí)施例9中，公開(kāi)了可用于切換圓形及極化光手型性的液晶器件的實(shí)施方案。圖9A中示意性描述了該實(shí)施方案。與圖2B所述的單側(cè)實(shí)施方案相反，圖9A中的實(shí)施方案在兩個(gè)基底14上均存在摻雜劑材料22的手性表面。因此，在LC本體層的兩側(cè)均形成了存在誘導(dǎo)的鐵電性質(zhì)的薄層。
在圖9A中，以滿足λ/4波片條件的方式選擇器件參數(shù)。選擇本體非手性近晶液晶材料20，以提供45度分子傾斜角。將器件插入交叉極化器34，36之間，如圖所示，切換狀態(tài)(D1/D2)在極化器34，36的傳輸方向周圍對(duì)稱分布。
電場(chǎng)E的應(yīng)用將在鐵電層22中提供快速(直接)切換，并經(jīng)彈性偶合，在本體層24中提供相應(yīng)的面內(nèi)切換。由于排布了兩個(gè)首次切換層22，并且在該實(shí)施方案中這些切換方向相同，因此本體層中將基本上沒(méi)有本體分子12的螺旋扭轉(zhuǎn)。按照這種方式，可以實(shí)現(xiàn)圓形極化光手型性的快速切換。
如上所指出的，介電偶合可以將面內(nèi)切換穩(wěn)定(Δε＜0)或去穩(wěn)定(Δε＞0)。
實(shí)施例10(本體液晶的面內(nèi)切換)在該實(shí)施例10中，用相順序如下的外消旋液晶混合物WILC48(Hoechst)充滿根據(jù)實(shí)施例1制備的器件SmC 48℃ SmA 57℃ I通過(guò)施加E～4V/μm的電場(chǎng)，在間隙3μm的液晶盒中測(cè)得如上所示的SmC相中的同類極化電光響應(yīng)。
實(shí)施例11(雙側(cè)實(shí)施方案-非手性本體)
在圖9B所示的實(shí)施例11中，液晶器件的兩個(gè)基底1 4均預(yù)涂覆了實(shí)施例1的手性有機(jī)層22。用非手性液晶材料Hoechst 908充滿器件。
隨后，將液晶盒插入交叉極化器34，36之間，其光軸M1(對(duì)應(yīng)于一個(gè)切換狀態(tài))平行于一個(gè)極化器的傳輸方向取向。施加電場(chǎng)E穿過(guò)液晶盒，在兩個(gè)表面亞區(qū)22中產(chǎn)生如兩個(gè)亞區(qū)22上的躍遷D1→D2所示的分子取向變化。在具有誘導(dǎo)手性的亞區(qū)22中，該表面分子的首次切換D1→D2將隨即經(jīng)過(guò)彈性力，在非手性本體分子12的本體層10的其余部分(24)中產(chǎn)生分子12的切換(次極切換)。通過(guò)最初的分子取向M1(虛線)切換至新的方向M2(實(shí)線)示意了這種誘導(dǎo)的本體分子切換。本體光軸的誘導(dǎo)本體切換實(shí)際上是面內(nèi)切換(如圖2B所示)，例如從M1至M2的切換在平行于基底14的平面中發(fā)生。
通過(guò)向盒間隙約3μm的液晶盒施加約E～5V/μm的電場(chǎng)，在近晶相中發(fā)現(xiàn)了上述極化響應(yīng)。
實(shí)施例12(雙側(cè)實(shí)施方案-手性本體)在本實(shí)施例中，類似于實(shí)施例11，兩個(gè)基底均具有預(yù)涂覆了實(shí)施例1的手性有機(jī)薄層的內(nèi)表面。
用自發(fā)極化Ps非常低的鐵電液晶充滿器件。此時(shí)，附著于基底表面的手性分子在亞表面區(qū)域中導(dǎo)致Ps的大小增加。在本實(shí)施方案中使用了最初有限的手性本體材料，施加的電場(chǎng)E也將與本體液晶材料直接偶合。由于手性被本體材料的最初手性“偏離”，手性表面上的切換將更為有效。
實(shí)施例13(灰度等級(jí))本實(shí)施例描述了本發(fā)明如何能夠用于實(shí)現(xiàn)灰度等級(jí)功能。根據(jù)圖2B所示的實(shí)施方案制備液晶盒。通過(guò)盒基底相對(duì)于彼此的單向移位而實(shí)現(xiàn)的機(jī)械剪切導(dǎo)致表面亞區(qū)以及液晶本體中的分子預(yù)傾斜。如果預(yù)傾斜角等于近晶C相中的分子傾斜，那么可以達(dá)到透射光(灰度等級(jí))的線性調(diào)制。本實(shí)施例中液晶盒的灰度等級(jí)能力如圖10所示，其中y軸表示以任意單位表示的透射光的強(qiáng)度。
實(shí)施例14(誘導(dǎo)的近晶C*)根據(jù)該實(shí)施例14，用具有負(fù)介電各向異性(Δε＜0)且在近晶C相下方的向列型液晶充滿盒間隙。選擇Δε＜0的液晶材料，以通過(guò)介電偶合穩(wěn)定液晶分子的平面定向。附著于盒基底14內(nèi)表面18的手性分子20在表面亞區(qū)22中誘導(dǎo)了近晶C*相。誘導(dǎo)的近晶C*相是鐵電的。
通過(guò)應(yīng)用外電場(chǎng)，可以通過(guò)與電場(chǎng)的直接偶合切換表面亞區(qū)中分子的優(yōu)選取向方向。表面亞區(qū)中分子的切換經(jīng)過(guò)彈力傳遞至液晶本體中的分子。
實(shí)施例15(雙側(cè)實(shí)施方案，電場(chǎng)誘導(dǎo)的扭轉(zhuǎn))參照?qǐng)D1，示意性地闡述了本發(fā)明液晶器件的實(shí)施方案，其中第一手性表面在與正自發(fā)極化(Ps＞0)有關(guān)的表面亞區(qū)22中誘導(dǎo)了近晶C*相，而第二手性表面在與負(fù)自發(fā)極化(Ps＜0)有關(guān)的表面亞區(qū)22中誘導(dǎo)了近晶C*相。兩個(gè)表面亞區(qū)22中的分子傾斜均為22.5度。
用具有負(fù)介電各向異性(Δε＜0)且在近晶C相下方的向列型液晶充滿圖11的器件。隨后將器件置于平行極化器34，36之間，其光軸在相對(duì)于極化器傳輸方向45度(E＝0)上取向。通過(guò)轉(zhuǎn)換施加電場(chǎng)的符號(hào)，器件將由于兩個(gè)表面亞區(qū)22中Ps符號(hào)相反而在傳輸非扭轉(zhuǎn)狀態(tài)和非傳輸(暗)扭轉(zhuǎn)狀態(tài)之間切換。
實(shí)施例16(光誘導(dǎo)的Ps改變)在實(shí)施例16中，參照實(shí)施例14制備器件。但此時(shí)，沉積在一個(gè)基底內(nèi)表面上的手性層是含有光敏分子的混合物，所述光敏分子在光照下能夠改變表面亞區(qū)中誘導(dǎo)的Ps的符號(hào)。
還可以提供一種裝置，其中覆蓋兩個(gè)手性表面的手性有機(jī)材料是含有光敏分子的混合物，所述光敏分子在光照下能夠改變表面亞區(qū)中誘導(dǎo)的Ps的符號(hào)。可以用例如非手性液晶材料Hoechst 908充滿器件。使用UV光通過(guò)掩模照射液晶盒。通過(guò)施加電場(chǎng)，液晶盒光照區(qū)域中的盒光軸將在光保護(hù)盒區(qū)的相反方向上切換。
實(shí)施例17(選擇性反射)參照?qǐng)D12。此時(shí)，選擇手性材料20以具有高扭轉(zhuǎn)力。用顯示Δε＞0的向列型液晶混合物E7(Merck)充滿器件。如標(biāo)號(hào)50所示，兩個(gè)手性表面在相關(guān)的表面亞區(qū)22中誘導(dǎo)了螺距非常短的螺旋分子序。如標(biāo)號(hào)52所示，該螺旋序穿透液晶材料12的本體24，螺旋長(zhǎng)度隨著遠(yuǎn)離基底而連續(xù)增加。
因此，在液晶盒中，存在梯度螺距的螺旋分子序。通過(guò)使用該原理或效應(yīng)，可以在非常寬的光譜中實(shí)現(xiàn)入射光的選擇性反射。通過(guò)適當(dāng)選擇手性材料和盒間隙，可以由器件獲得白光的有效選擇性反射，并因此顯示白光。
現(xiàn)在，將器件置于吸收光的黑色背景上，通過(guò)液晶盒將看不到黑色背景。接著，穿過(guò)液晶盒施加的電場(chǎng)將沿電場(chǎng)，即垂直于基底14取向液晶分子，并且液晶盒將變得透明，可以看到黑色背景。因此，如圖13A和13B所示(其中分別描述了光的選擇性反射和光的吸收)處于“場(chǎng)開(kāi)啟(field-on)狀態(tài)”的液晶盒將顯示黑色，而在“場(chǎng)關(guān)閉(field-off)狀態(tài)”下將是白色。
b)涉及非手性摻雜劑的實(shí)施方案下面將參照附圖給出一些實(shí)施例18-24，用來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
實(shí)施例18(制備方法)圖18和19描述了一個(gè)實(shí)施例，其中摻雜劑表面是通過(guò)將可以是圖18結(jié)構(gòu)的光敏分子永久性附著于固體基底而制備的。摻雜劑分子是通過(guò)下面的無(wú)源定向?qū)佣跃鶆虻姆绞蕉ㄏ虻摹Ｍㄟ^(guò)UV光照射，圖18所示的分子進(jìn)行由反-至順-的光異構(gòu)化。圖19所示的順式異構(gòu)分子具有彎曲的形狀，在表面亞區(qū)中扭曲液晶序，即導(dǎo)致標(biāo)量級(jí)參數(shù)扭曲。
實(shí)施例19(制備方法)在本實(shí)施例中，用SiOX的無(wú)源定向?qū)痈采w透明導(dǎo)電ITO膜。在導(dǎo)致向列型液晶的結(jié)合退化兩倍的α入射角下蒸發(fā)定向?qū)?。該蒸發(fā)角度α通常在68°-82°的范圍內(nèi)。
隨后，將可以是圖18所示結(jié)構(gòu)的光敏分子附著于無(wú)源SiOX定向?qū)印?br> 在兩倍結(jié)合的條件下，通過(guò)蒸發(fā)方向和基底常態(tài)限定的向列型液晶相對(duì)于蒸發(fā)平面的優(yōu)選定向方向的取向取決于表面亞區(qū)中的標(biāo)量級(jí)參數(shù)。因此，由于光敏分子的光異構(gòu)化將導(dǎo)致標(biāo)量級(jí)參數(shù)的退化，向列的優(yōu)選定向方向的位置可以在UV照射下改變。
實(shí)施例20(制備方法)在本實(shí)施例中，摻雜劑可以具有類似于圖20、21和22所示的分子結(jié)構(gòu)。永久性附著于基底表面的這些摻雜劑由于其彎曲的形狀以及橫向的永久偶極矩，將象上述實(shí)施例中的其它摻雜劑一樣，引起表面亞區(qū)中變電極化的大小增加。圖20和21的摻雜劑給出符號(hào)不同的變電極性。
實(shí)施例21(制備方法)在本實(shí)施例中，用于增強(qiáng)表面亞區(qū)中變電極性的摻雜劑可以具有如圖23和24的梨狀結(jié)構(gòu)，其永久性偶極矩沿分子軸橫向。圖23所示結(jié)構(gòu)中的偶極矩方向與圖24中的相反。因此，它們將產(chǎn)生符號(hào)不同的變電極化。
實(shí)施例22(制備方法)在本實(shí)施例中，摻雜劑可以具有類似于圖24中的結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)中存在的CN基沿分子軸給出強(qiáng)偶極矩，這類摻雜劑將促進(jìn)表面亞區(qū)中的介電各向異性。
實(shí)施例23(制備方法)根據(jù)本實(shí)施例，摻雜劑可以具有類似于圖25和26中給出的結(jié)構(gòu)。附著于固體基底的硅氧烷聚合物本質(zhì)上增加了表面亞區(qū)中的粘度。
實(shí)施例24(具有π-扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的LCD)在圖16A-16C中，示意性描述了由非手性摻雜劑表面引起的物理性質(zhì)不均勻的器件方案。應(yīng)當(dāng)注意，為了描述操作，亞區(qū)22的厚度是以夸大的比例顯示的。
將顯示出微負(fù)介電各向異性(Δε≤0)的向列型液晶本體層限制在兩個(gè)基底14之間。兩個(gè)基底均具有沉積有非手性摻雜劑20的內(nèi)表面18。較高一面上沉積的摻雜劑材料導(dǎo)致表面亞區(qū)22具有正介電各向異性(Δε≥0)和正變電極化(Pflexo≥0)，而沉積在較低基底表面18上的摻雜劑材料使得優(yōu)選亞區(qū)22顯示出正介電各向異性(Δε≥0)和負(fù)變電極化(Pflexo≤0)。
最初，該器件中界面液晶/固體基底上的分子具有橫向的預(yù)傾斜，即液晶層最初具有略微的傾斜形變(圖16A)。當(dāng)施加電場(chǎng)穿過(guò)液晶層時(shí)，液晶本體的平面取向?qū)⒂捎谪?fù)介電各向異性(Δε≤0)而穩(wěn)定。在電場(chǎng)E的一個(gè)極上，兩個(gè)表面亞區(qū)中的傾斜形變將由于介電和線性(變電)偶合而隨電場(chǎng)增加(圖16B)。但是，將傾斜形變將產(chǎn)生向具有π-扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)躍遷(180度)(圖16C)，所述具有π-扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)在交叉極化器之間可以與初始的傾斜形變狀態(tài)在光學(xué)上區(qū)別開(kāi)來(lái)。在電場(chǎng)的另一極，π-扭轉(zhuǎn)將被切換為最初的場(chǎng)關(guān)閉狀態(tài)。
實(shí)施例25(使用面內(nèi)施加電場(chǎng)的LCD)圖17A中示意性描述了用于施加面內(nèi)電場(chǎng)E的具有叉指型電極的器件A。電極60放置在較低的基底14上。本體液晶材料12是具有微弱正介電各向異性(Δε≈0)的向列型。選擇沉積在基底內(nèi)表面18上的摻雜劑，以使它們?cè)谳^低基底的表面亞區(qū)22中誘導(dǎo)負(fù)介電各向異性(Δε≤0)，在較高表面的亞區(qū)22中誘導(dǎo)強(qiáng)正介電各向異性(Δε≥0)。
圖17B中的雙箭頭表示向列型液晶對(duì)于電極的初始定向。當(dāng)施加面內(nèi)電場(chǎng)E時(shí)，較低和較高表面上的分子分別垂直和平行與電場(chǎng)取向。因此，將發(fā)生電場(chǎng)誘導(dǎo)的90度扭轉(zhuǎn)。在交叉電極之間，場(chǎng)關(guān)閉和場(chǎng)開(kāi)啟狀態(tài)在光學(xué)上很好區(qū)別。
權(quán)利要求
1.一種液晶器件，包括液晶本體層和因永久性附著于稱為摻雜劑表面的至少一個(gè)表面而非均勻分布于本體層、由此提供了在鄰近所述摻雜劑表面的本體層的亞體積中一種或多種液晶性質(zhì)的局部改變的摻雜劑，所述摻雜劑溶于液晶本體層。
2.權(quán)利要求1的器件，其中所述液晶性質(zhì)的局部改變使得在所述亞體積中的電場(chǎng)響應(yīng)相對(duì)于本體層其余部分的電場(chǎng)響應(yīng)局部改變。
3.權(quán)利要求1的器件，其中所述摻雜劑是非手性的。
4.權(quán)利要求1的器件，其中所述液晶性質(zhì)的局部改變是介電各向異性、變電性質(zhì)、標(biāo)量級(jí)參數(shù)和粘度中的一種或多種。
5.權(quán)利要求1的器件，其中在所述亞體積中，本體層對(duì)于施加于本體層的電場(chǎng)(E)的響應(yīng)是介電、變電、順電、鐵電和反鐵電中的一種，或其任意組合。
6.權(quán)利要求1的器件，還包括兩個(gè)基底，所述液晶本體層限制于其中，所述摻雜劑表面位于所述基底中的一個(gè)上。
7.權(quán)利要求1的器件，其中摻雜劑表面位于本體層內(nèi)。
8.權(quán)利要求1的器件，其中所述摻雜劑包括光敏分子。
9.權(quán)利要求1的器件，其中所述摻雜劑是由聚合物材料、低聚物材料和單體材料中的至少一種制成的。
10.權(quán)利要求1的器件，其中摻雜劑包括有機(jī)材料。
11.權(quán)利要求1的器件，其中摻雜劑包括不具有液晶性質(zhì)的材料。
12.權(quán)利要求1的器件，其中摻雜劑包括具有液晶性質(zhì)的材料。
13.權(quán)利要求1的器件，其中摻雜劑化學(xué)附著于所述表面。
14.權(quán)利要求1的器件，還包括安排一個(gè)單獨(dú)的定向?qū)?，以在所述摻雜劑表面上提供優(yōu)選的分子取向。
15.權(quán)利要求14的器件，其中所述單獨(dú)的定向?qū)邮欠莿?dòng)態(tài)定向?qū)印?br> 16.權(quán)利要求1的器件，其中本體層被限制在位于本體層第一側(cè)上的所述摻雜劑表面和位于本體層相對(duì)側(cè)上的非動(dòng)態(tài)表面定向?qū)又g。
17.權(quán)利要求1的器件，其中除了首次提及的被稱為第一摻雜劑表面的摻雜劑表面之外，還包括永久性附著了摻雜劑的第二摻雜劑表面，所述本體層被限制在所述第一和第二摻雜劑表面之間。
18.權(quán)利要求17的器件，其中每個(gè)摻雜劑表面的摻雜劑在鄰近摻雜劑表面的本體層的亞體積中誘導(dǎo)了一種或多種液晶性質(zhì)的局部改變，并且誘導(dǎo)的局部改變?cè)趤嗴w積中基本相同。
19.權(quán)利要求17的器件，其中每個(gè)摻雜劑表面的摻雜劑在鄰近摻雜劑表面的本體層的亞體積中誘導(dǎo)了一種或多種液晶性質(zhì)的局部改變，并且誘導(dǎo)的局部改變?cè)趤嗴w積中不同。
20.權(quán)利要求17的器件，其中所述第一和第二摻雜劑表面誘導(dǎo)的介電各向異性符號(hào)相反(Δε1≥0和Δε2≤0)。
21.權(quán)利要求17的器件，其中所述第一和第二摻雜劑表面誘導(dǎo)的變電極化符號(hào)相反(Pflexo_1≥0和Pflexo_2≤0)。
22.一種用于生產(chǎn)液晶器件的方法，包括將摻雜劑以永久性非均勻的方式分布于液晶本體層的步驟，所述摻雜劑溶于液晶本體層。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述摻雜劑是非手性的。
24.權(quán)利要求22的方法，包括將摻雜劑永久性附著于稱為摻雜劑表面的至少一個(gè)表面以保持所述非均勻分布的步驟。
25.權(quán)利要求22的方法，其中摻雜劑永久性附著于限制本體層邊界的至少一個(gè)表面。
26.權(quán)利要求22的方法，其中摻雜劑永久性附著于位于本體層內(nèi)的至少一個(gè)表面。
27.權(quán)利要求22的方法，其中本體層中的材料和摻雜劑是這樣選擇的在鄰近所述摻雜劑表面的本體層的亞體積中，摻雜劑誘導(dǎo)了一種或多種液晶性質(zhì)的局部改變。
28.權(quán)利要求22的方法，其中摻雜劑沉積于至少一個(gè)限制基底的內(nèi)表面上。
29.權(quán)利要求22的方法，其中摻雜劑沉積于兩個(gè)限制基底的內(nèi)表面上。
30.權(quán)利要求24的方法，其中所述摻雜劑表面是通過(guò)使用摻雜劑材料涂覆基底表面而制成的。
31.權(quán)利要求24的方法，還包括提供在其內(nèi)表面上安排了非動(dòng)態(tài)定向?qū)拥南拗苹椎牟襟E，其中所述摻雜劑表面是通過(guò)用摻雜劑材料涂覆定向?qū)佣瞥傻摹?br> 32.權(quán)利要求24的方法，包括施加光，諸如UV光，用以產(chǎn)生摻雜劑表面聚合的步驟。
33.權(quán)利要求24的方法，包括施加溫度改變，用以產(chǎn)生摻雜劑表面聚合的步驟。
34.權(quán)利要求22的方法，包括以下提供所述摻雜劑的分步驟使用可聚合且光敏的摻雜劑材料涂覆表面；通過(guò)光照摻雜劑材料，使摻雜劑材料中的分子在優(yōu)選方向上定向；以及將由此定向的摻雜劑材料進(jìn)行聚合，以形成摻雜劑表面層。
35.一種用于在液晶本體層中產(chǎn)生一種或多種摻雜劑表面的方法，包括將光反應(yīng)性摻雜劑單體溶于所述液晶本體層，以及在所述本體層中的一個(gè)或多個(gè)平面中將溶解的光反應(yīng)性單體光活化，由此形成一個(gè)或多個(gè)摻雜劑表面的步驟。
36.一種控制液晶本體層的方法，包括使用溶于液晶本體層的摻雜劑摻雜所述本體層，用于在本體層的至少一個(gè)亞區(qū)中誘導(dǎo)電場(chǎng)響應(yīng)性質(zhì)局部增加的步驟，以及施加電場(chǎng)(E)，經(jīng)所述亞區(qū)間接控制本體層的步驟。
37.液晶本體層的摻雜亞區(qū)用于通過(guò)對(duì)至少一個(gè)所述亞區(qū)施加的電場(chǎng)控制本體層的用途，所述亞區(qū)由于被摻雜而存在增加的電場(chǎng)響應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液晶器件，包括液晶本體層(10)和因非均勻分布于本體層(10)而永久性附著于稱為摻雜劑表面的至少一個(gè)表面的摻雜劑(20)。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)以及用于控制液晶器件的方法。
文檔編號(hào)G02F1/139GK1639622SQ03804429
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者L·科米托夫, B·赫爾吉 申請(qǐng)人:艾克塞博公司