專利名稱：液晶器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及液晶領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種液晶器件，包括至少一個限制基材，在其本體表面呈現(xiàn)表面尋向偶極子的液晶本體層，其中稱作投射表面尋向偶極子的、在所述基材上的所述表面尋向偶極子的正交投射在平行于所述基材的幾何平面上呈現(xiàn)優(yōu)選取向，稱作優(yōu)選平面內(nèi)取向，和包含排列成在所述本體表面上與本體層相互作用的手性近晶液晶材料的表面尋向偶極子排列層，所述表面尋向偶極子排列層是動態(tài)排列層，該層可通過外加電場而直接控制以進行表面尋向偶極子排列層的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，作為該平面內(nèi)轉(zhuǎn)換和在本體表面上的相互作用的直接結(jié)果，實現(xiàn)了投射表面尋向偶極子的所述優(yōu)選平面內(nèi)取向的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明還涉及一種用于制造所述液晶器件的方法。
背景技術(shù)：
出版的國際專利申請No.WO 00/03288描述了所謂ECS(電指令表面)原理。
根據(jù)ECS原理，單獨的薄液晶聚合物層，如手性近晶液晶聚合物層，優(yōu)選鐵電體(手性近晶C相，SmC*)液晶聚合物層被沉積在常規(guī)夾層單元中的限制液晶本體材料的一個或兩個基材的內(nèi)表面上。
手性近晶液晶聚合物層用作表面尋向偶極子排列層，在相鄰液晶本體材料上進行平面或基本上平面排列。更具體地，如果在該單元上和因此在表面尋向偶極子排列層上施加外電場，那么單獨手性近晶液晶聚合物層中的分子轉(zhuǎn)換。動態(tài)表面尋向偶極子排列層響應(yīng)電場的這種變化稱作″主表面轉(zhuǎn)換″。該主表面轉(zhuǎn)換通過彈性力(空間偶聯(lián))又導(dǎo)致被限制在基材之間的大量液晶本體材料內(nèi)的優(yōu)選分子取向。該次級轉(zhuǎn)換稱作″誘導(dǎo)本體轉(zhuǎn)換″。該誘導(dǎo)本體轉(zhuǎn)換是平面內(nèi)轉(zhuǎn)換。因此，動態(tài)表面尋向偶極子排列層中的分子轉(zhuǎn)換通過單獨表面尋向偶極子排列層和本體層之間界面上的彈性力被傳輸?shù)奖倔w中，因此導(dǎo)致以動態(tài)表面尋向偶極子排列層為媒介的本體分子的相對快速的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換。
通常，電場被施加到包括液晶本體層在內(nèi)的整個單元上，但僅就ECS原理的基本原理而言，存在于液晶本體層上的任何電場不是特別重要的，盡管這種存在對于某些場合是有用的。
手性近晶液晶聚合物層，即動態(tài)表面尋向偶極子排列層可以是手性近晶C(SmC*或SmCA*)材料或手性近晶A(SmA*)材料。因此，動態(tài)表面尋向偶極子排列層對外加電場的響應(yīng)可分別是鐵電，反鐵電或?qū)﹄姷摹?br> ECS層應(yīng)該優(yōu)選非常薄(100-200nm)。另外，為了原樣保持ECS層和其操作，ECS層的材料應(yīng)該不溶于液晶本體材料。
ECS層在液晶器件中的應(yīng)用提供快速平面內(nèi)轉(zhuǎn)換和對比高的圖像對比度。但最好要進一步提高對比度。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明的一個主要目的是提供改進的液晶器件。尤其是，本發(fā)明的目的是提供一種具有快速平面內(nèi)轉(zhuǎn)換和改進的圖像對比度的液晶器件。本發(fā)明不僅涉及顯示器，而且也可用于許多其它液晶器件。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種液晶器件，包括至少一個限制基材，在其本體表面上呈現(xiàn)表面尋向偶極子的液晶本體層，其中稱作投射表面尋向偶極子的、在所述基材上的所述表面尋向偶極子的正交投射在平行于所述基材的幾何平面上呈現(xiàn)優(yōu)選取向，稱作優(yōu)選平面內(nèi)取向，和包含排列成在所述本體表面上與本體層相互作用的手性近晶液晶材料的表面尋向偶極子排列層，所述表面尋向偶極子排列層是動態(tài)排列層，該層可通過外加電場而直接控制以進行表面尋向偶極子排列層的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，作為該平面內(nèi)轉(zhuǎn)換和在本體表面上的相互作用的直接結(jié)果，實現(xiàn)了投射表面尋向偶極子的所述優(yōu)選平面內(nèi)取向的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，其中液晶本體層包含具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序的液晶材料，所述表面尋向偶極子排列層包含手性近晶液晶聚硅氧烷。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于制造液晶器件的方法，所述方法包括步驟在至少一個基材的內(nèi)表面上提供包含手性近晶液晶聚硅氧烷的動態(tài)表面尋向偶極子排列層，其中如此提供的表面尋向偶極子排列層可通過電場直接控制以進行表面尋向偶極子排列層中的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，和夾在兩個基材之間的包含具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序的液晶材料的液晶本體層，至少一個所述基材具有所述表面尋向偶極子排列層，后者排列使得所述表面尋向偶極子排列層與液晶本體層在其本體表面上相互作用。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點根據(jù)以下對本發(fā)明的描述而顯然得出。
附圖的簡要描述

圖1a-c顯示描述于實施例1的單元的電-光學(xué)響應(yīng)。
圖2a-c顯示描述于實施例2的單元的電-光學(xué)響應(yīng)。
圖3a顯示普通SmC*相和圖3b顯示無規(guī)SmC*相(De Vries)。
本發(fā)明的詳細描述液晶分子一般是長桿狀分子，所謂災(zāi)難(calamitic)分子，能夠在某些優(yōu)選方向上沿著其長軸排列(取向)。分子的平均方向由矢量分量給定和稱作尋向偶極子。但應(yīng)該注意，還存在盤狀所謂災(zāi)難分子的液晶分子。
向列是最簡單的液晶結(jié)構(gòu)，即各向異性液體。在向列材料中，分子在空間中向著特定的方向排列且分子質(zhì)量的中心不是有序的。
如果分子停留在層內(nèi)，那么形成近晶液晶結(jié)構(gòu)，即分子排列在相鄰近晶層中。
近晶A和近晶C相是這些″層狀″液晶中的兩種最重要的代表。
近晶A相是具有垂直(β＝0度)于近晶層垂直線的分子的平均方向的最簡單的近晶結(jié)構(gòu)，即分子沿著近晶層正常垂直線取向。
在近晶C相結(jié)構(gòu)中，分子相對近晶層垂直線以角β(通常約22,5度)傾斜。近晶C相結(jié)構(gòu)也稱作傾斜近晶相結(jié)構(gòu)。
近晶C相結(jié)構(gòu)有兩種類型的分子順序；向斜(SmC*/SmC)和背斜(SmCA*/SmCA)相結(jié)構(gòu)。
在向斜近晶C液晶結(jié)構(gòu)中，兩個相鄰層的分子在相對近晶層垂直線的相同方向上傾斜。
在背斜近晶C液晶結(jié)構(gòu)中，兩個相鄰層的分子在相對近晶層垂直線的相反方向上傾斜。
另外，近晶液晶可以是非手性的(如SmA，SmC或SmCA)或手性(如SmA*，SmC*或SmCA*)，其中稱作手性是指缺乏鏡對稱性。應(yīng)該注意，稱作″手性″不表示存在因為該材料的手性而可能或不可能作為次級作用出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)或螺旋分子排列。
手性近晶液晶具有在從一個近晶層行進至下一近晶層的圓錐中旋轉(zhuǎn)的尋向偶極子。錐的尖角θ＝2β可通常是約45度。這樣，螺旋紋理貫穿這些層而形成，其中螺旋軸垂直于近晶層和平行于所述圓錐的軸。但與尋向偶極子有關(guān)的局部自發(fā)極化(Ps)隨后也會按照螺旋方式以相同的時間間隔或節(jié)距回轉(zhuǎn)。局部極化的這種螺旋結(jié)構(gòu)是指，局部極化是自可單元的，即本體液晶不存在宏觀極化。
因此，如果電場被施加到向斜近晶C*液晶結(jié)構(gòu)上，該電場會偶合至永久偶極上和將它們與電場方向?qū)R。換句話說，外加電場可使螺旋伸直并產(chǎn)生本體液晶的誘導(dǎo)宏觀極化且對外加電場的響應(yīng)是所謂的鐵電體響應(yīng)。
在背斜近晶C*液晶結(jié)構(gòu)中，相鄰層的自發(fā)極化在相反方向上和因此在平均方向上被消除和總結(jié)構(gòu)不存在宏觀極化。如果電場被施加到該結(jié)構(gòu)上，出現(xiàn)所謂反鐵電體響應(yīng)。但如果外加電場高于某些閾值，背斜結(jié)構(gòu)會被轉(zhuǎn)化成向斜結(jié)構(gòu)，即提供對外加電場的鐵電體響應(yīng)。
如果電場被施加到近晶A*液晶結(jié)構(gòu)上，那么對外加電場的響應(yīng)是所謂對電響應(yīng)。對電響應(yīng)是導(dǎo)致電場誘導(dǎo)極化(Pi)的電場誘導(dǎo)分子傾斜的結(jié)果。
液晶材料的普通相順序如下
其中X表示結(jié)晶相，N表示向列液晶相和I表示各向同性液體相。
在具有SmA/SmA*和SmC/SmC*相的材料中，分子傾斜如上所述在SmA/SmA*相中基本上是零度(即基本上不存在分子傾斜)和在SmC/SmC*相中是非零度(即存在分子傾斜)。因此，在大多數(shù)情況下，近晶層厚度在SmA/SmA*-SmC/SmC*相轉(zhuǎn)變過程中收縮。但分子傾斜轉(zhuǎn)變和層厚度改變之間的準(zhǔn)確關(guān)系仍不完全理解，且不同的材料因為該傾斜轉(zhuǎn)變而具有不同程度的收縮率。實際上，許多鐵電體材料在從SmA*轉(zhuǎn)變至SmC*相的過程中具有基本上恒定的近晶層厚度。這些材料的SmA*相稱作無規(guī)SmC*相或″de Vries相″。在無規(guī)SmC*相中，近晶中的分子傾斜，但層間的其傾斜方向(C-尋向偶極子)被無規(guī)分布，即分子具有大的但無關(guān)聯(lián)的傾斜，如圖3b所示。作為對比，圖3a顯示普通SmC*相。因此，deVries相表現(xiàn)為光學(xué)單軸的，其光軸沿著近晶層垂直線取向。由于無規(guī)傾斜分布，該相具有零自發(fā)極性化。但施加到該材料上的外部電場造成無序分布的變形，即引起一定的順序，導(dǎo)致出現(xiàn)明顯的傾斜和，因此，宏觀極性化。
本文所用的稱作手性近晶A(SmA*)液晶材料，如手性近晶A(SmA*)液晶聚硅氧烷，包括無規(guī)手性近晶C(無規(guī)SmC*)液晶材料，如無規(guī)手性近晶C(無規(guī)SmC*)聚硅氧烷。
本發(fā)明涉及一種液晶器件，包括至少一限制基材，在其本體表面上呈現(xiàn)表面尋向偶極子的液晶本體層，其中稱作投射表面尋向偶極子的所述基材上的所述表面尋向偶極子的正交投射在平行于所述基材的幾何平面上呈現(xiàn)優(yōu)選取向，稱作優(yōu)選平面內(nèi)取向，和包含排列成在所述本體表面上與本體層相互作用的手性近晶液晶材料的表面尋向偶極子排列層，所述表面尋向偶極子排列層是可通過外加電場而直接控制以在表面尋向偶極子排列層進行平面內(nèi)轉(zhuǎn)換的動態(tài)排列層，作為該平面內(nèi)轉(zhuǎn)換和在本體表面上的相互作用的直接結(jié)果，實現(xiàn)了投射表面尋向偶極子的所述優(yōu)選平面內(nèi)取向的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，其中所述液晶本體層包含具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序的液晶材料，所述表面尋向偶極子排列層包含手性近晶液晶聚硅氧烷。
液晶本體層的液晶材料可包含一種或多種，如兩種，三種或四種液晶化合物(即，液晶化合物的混合物)。應(yīng)該理解，如果使用液晶化合物的混合物，每一化合物以及混合物應(yīng)該優(yōu)選具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序。
另外，表面尋向偶極子排列層可包含一種或多種，如兩種或三種手性近晶液晶聚硅氧烷。
另外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的表面尋向偶極子排列層可進一步包含至少一種其它(第二)液晶化合物，如液晶二聚體硅氧烷化合物，以下例舉為根據(jù)結(jié)構(gòu)式V的化合物。其它液晶化合物本身無需是近晶的或手性的，但所述手性近晶聚硅氧烷和所述其它液晶化合物的混合物應(yīng)該具有手性近晶相。但可有可無的其它液晶化合物優(yōu)選是近晶，更優(yōu)選手性近晶，液晶化合物。
不愿局限于任何理論，據(jù)信如果包含手性近晶液晶材料，如SmC*液晶聚硅氧烷的表面尋向偶極子排列層與具有由各向同性相，向列相，和視需要結(jié)晶相組成的相序的向列液晶材料的液晶本體層接觸，那么第三非鐵電體相，如SmA*/SmA或SmCA*/SmCA可因為排列層和本體層之間的接觸而被引起。
即，如果所述表面尋向偶極子排列層包含SmC*液晶聚硅氧烷，僅SmC*/SmC相，向列相(N*/N)或其組合可在環(huán)境溫度下存在。因此，本體層和表面尋向偶極子排列層的起始相在這種情況下分別被保存。
如果包含SmA*液晶聚硅氧烷的表面尋向偶極子排列層與具有由各向同性相，向列相，和視需要結(jié)晶相組成的相序的向列液晶材料的液晶本體層接觸，適用同樣的推理。即，僅SmA*/SmA相，向列相或其組合可在環(huán)境溫度下存在。
如果表面尋向偶極子排列層包含SmCA*液晶聚硅氧烷與具有由各向同性相，向列相，和視需要結(jié)晶相組成的相序的向列液晶材料的液晶本體層接觸，那么當(dāng)施加電場時，SmC*的第三鐵電體相可因為排列層和本體層之間的接觸而被引起。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的表面尋向偶極子排列層可包含手性近晶C(SmC*或SmCA*)或手性近晶A(SmA*)液晶聚硅氧烷。
表面尋向偶極子排列層優(yōu)選包含手性近晶C(SmC*)液晶聚硅氧烷，更優(yōu)選向斜手性近晶C(SmC*)液晶聚硅氧烷。
另外相信，有利地在表面尋向偶極子排列層中使用具有無規(guī)手性近晶C相(無規(guī)SmC*)的手性近晶A(SmA*)液晶聚硅氧烷。一般，需要對比低的電壓用于轉(zhuǎn)換無規(guī)手性近晶C相中的分子。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的表面尋向偶極子排列層中的聚硅氧烷包含連接到聚合物主鏈上的手性中間態(tài)側(cè)鏈。
聚硅氧烷在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的表面尋向偶極子排列層中是有利的，因為它們在聚合物主鏈和中間態(tài)側(cè)鏈之間具有高移動性和所謂的微相分離。
本文所用的″中間態(tài)″是指具有使分子具有液晶性質(zhì)所需的剛性結(jié)構(gòu)的化學(xué)基團。中間態(tài)側(cè)鏈可，例如，包含聯(lián)苯基團。
本文所用的″側(cè)鏈″是指從直鏈分子中分支出的一組原子，如聚合物主鏈。
應(yīng)該注意到，所述聚硅氧烷的側(cè)鏈，優(yōu)選中間態(tài)側(cè)鏈可被氟化。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的表面尋向偶極子排列層優(yōu)選包含根據(jù)結(jié)構(gòu)式I-III的化合物。

結(jié)構(gòu)式I 結(jié)構(gòu)式II 結(jié)構(gòu)式III其中R3是優(yōu)選包含2至10個碳原子的脂族烴鏈，如烷基，和R4是具有2至20，優(yōu)選5至14個亞甲基基團的亞烷基。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式I-III的硅氧烷聚合物被認為是無規(guī)共聚物，其中整數(shù)m和n可廣泛地變化。如果m＝0，得到具有中間態(tài)側(cè)鏈的均聚物。比率m/n可合適地在15∶1至均聚物的范圍內(nèi)，優(yōu)選5∶1至1∶1，如2.7∶1。平均聚合度(即單體單元/分子)優(yōu)選在20至50的范圍內(nèi)。
用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的表面尋向偶極子排列層的優(yōu)選的手性近晶液晶聚硅氧烷的具體例子由結(jié)構(gòu)式IV給出。
結(jié)構(gòu)式IV在加熱時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式IV的聚硅氧烷具有從約-5℃開始的電-光學(xué)可切換SmC*相，在105℃下從SmC*轉(zhuǎn)變至SmA，和在130℃下從SmA轉(zhuǎn)變至各向同性相。
還已發(fā)現(xiàn)，在某些情況下有利的是，表面尋向偶極子排列層包含，優(yōu)選混合物形式的(i)至少一種手性近晶液晶聚硅氧烷，和(ii)至少一種具有二聚體結(jié)構(gòu)的液晶硅氧烷化合物，優(yōu)選近晶液晶二聚體硅氧烷化合物，更優(yōu)選手性近晶液晶二聚體硅氧烷化合物。
所述二聚體硅氧烷化合物可以是低分子硅氧烷化合物或聚硅氧烷。
所述近晶二聚體硅氧烷化合物包含連接到硅氧烷主鏈上的中間態(tài)側(cè)鏈和因此具有位于硅氧烷主鏈每端的中間態(tài)側(cè)鏈。
用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的表面尋向偶極子排列層的優(yōu)選的二聚體硅氧烷化合物的例子由結(jié)構(gòu)式V給出。
結(jié)構(gòu)式V其中R3是優(yōu)選包含2至10個碳原子的脂族烴鏈，如烷基，R4是具有2至20，優(yōu)選5至14個亞甲基基團的亞烷基，和0是整數(shù)，優(yōu)選3至150。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式V的硅氧烷化合物被認為是具有二聚體結(jié)構(gòu)的硅氧烷(或聚硅氧烷)。
在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的液晶本體層包含非手性或手性向列液晶材料，優(yōu)選非手性向列液晶材料。
本體層的向列液晶材料可以是扭轉(zhuǎn)或非扭轉(zhuǎn)構(gòu)型。
優(yōu)選，液晶本體層包含具有負介電各向同性(Δε＜0)的向列液晶材料。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的液晶本體層優(yōu)選包含氟化向列液晶材料。
氟化向列液晶材料的例子在WO 89/09203和GB 2249309中給出。這些材料中的某些可有利地用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的液晶本體層。
所述氟化向列液晶材料優(yōu)選包含氟化聯(lián)苯或三聯(lián)苯化合物，更優(yōu)選氟化聯(lián)苯化合物。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的液晶本體層優(yōu)選包含根據(jù)結(jié)構(gòu)式VI的化合物。
結(jié)構(gòu)式VI其中R1和R2分別獨立地是脂族烴鏈，如烷基，優(yōu)選包含1至15個碳原子。
在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中適用于液晶本體層的向列液晶材料的例子是根據(jù)結(jié)構(gòu)式VII的化合物。
結(jié)構(gòu)式VII在加熱時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VII的化合物具有在103℃下從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變。該化合物據(jù)信不存在于任何其它相結(jié)構(gòu)，除了可能的結(jié)晶相(尚未測出至可能的結(jié)晶相的轉(zhuǎn)變溫度)。
在冷卻時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VII的化合物的向列相在室溫下是超冷卻的。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式VII的化合物在有序相中具有負介電各向同性(Δε＜0)。
2，2′，3，3′，5，5′，6，6′-八氟4′-n-辛基氧基-聯(lián)苯-4-基反式4-n-庚基環(huán)己烷-1-羧酸酯(結(jié)構(gòu)式VII)的制備描述于WO 89/09203的實施例2。
適用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的液晶本體層材料的第二例子是根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII，IX和X的化合物，如40％重量具有結(jié)構(gòu)式VIII的化合物，30％重量具有結(jié)構(gòu)式IX的化合物，和30％重量具有結(jié)構(gòu)式X的化合物的混合物。該特定混合物描述于WO 89/09203(實施例6)。
結(jié)構(gòu)式VIII
結(jié)構(gòu)式IX 結(jié)構(gòu)式X在加熱時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-X的化合物的上述混合物(4∶3∶3)具有，根據(jù)WO 89/09203，在102℃下從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變。該混合物據(jù)信不存在于任何其它相結(jié)構(gòu)，除了可能的結(jié)晶相(尚未測出至可能的結(jié)晶相的轉(zhuǎn)變溫度)。
在冷卻，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-X的化合物的所述混合物(4∶3∶3)的向列相在室溫下是超冷卻的。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-X的化合物的所述混合物(4∶3∶3)的介電各向同性(Δε)是負的，Δε＝-0.5，在20℃下，根據(jù)WO 89/09203。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-X的化合物的所述混合物(4∶3∶3)的折射指數(shù)是，在589nm和20℃下，ηe＝1.5723和ηo＝1.4499(Δn＝0.1224)，根據(jù)WO89/09203。
2，2′，3，3′，5，5′，6，6′-八氟-4′-n-戊基氧基-聯(lián)苯-4-基反式4-n-戊基環(huán)己烷-1-羧酸酯(結(jié)構(gòu)式VIII)，2，2′，3，3′，5，5′，6，6′-八氟-4′-n-戊基氧基-聯(lián)苯-4-基反式4-n-丙基環(huán)己烷-1-羧酸酯(結(jié)構(gòu)式IX)，和2，2′，3，3′，5，5′，6，6′-八氟-4′-n-戊基氧基-聯(lián)苯-4-基反式4-n-庚基環(huán)己烷-1-羧酸酯(結(jié)構(gòu)式X)的制備分別描述于WO 89/09203的實施例2。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII的化合物具有，根據(jù)WO 89/09203，從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變(在41.5℃下)，和從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變(在112℃下)。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式IX的化合物具有，根據(jù)WO 89/09203，從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變(在58.5℃下)，和從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變(在105.3℃下)。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式X的化合物具有，根據(jù)WO 89/09203，從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變(在59.5℃下)，和從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變(在102℃下)。
適用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的液晶本體層材料的第三例子是包含33.3％重量具有結(jié)構(gòu)式VIII的化合物，33.3％重量具有結(jié)構(gòu)式IX的化合物，和33.3％重量具有結(jié)構(gòu)式X的化合物的混合物(1∶1∶1)。
在加熱時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-X的化合物的該混合物(1∶1∶1)具有從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變(在25℃下)，和從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變(在106.3℃下)。該混合物據(jù)信不存在于任何其它相結(jié)構(gòu)。
在冷卻，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-X的化合物的該混合物(1∶1∶1)的向列相在室溫下是超冷卻的。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-X的化合物的該混合物(1∶1∶1)在有序相中具有負介電各向同性(Δε＜0)。
適用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的液晶本體層材料的第四例子是包含25％重量具有結(jié)構(gòu)式VIII的化合物，25％重量具有結(jié)構(gòu)式IX的化合物，25％重量具有結(jié)構(gòu)式X的化合物，和25％重量具有結(jié)構(gòu)式XI的化合物的混合物(1∶1∶1∶1)。
2，2′，3，3′，5，5′，6，6′-八氟-4′-n-庚基氧基聯(lián)苯-4-基反式4-n-戊基環(huán)己烷-1-羧酸酯(結(jié)構(gòu)式XI)可按照WO 89/09203中的描述而制備。
在加熱時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-XI的化合物的該混合物(1∶1∶1∶1)具有從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變(在21℃下)，和從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變(在104.8℃下)。該混合物據(jù)信不存在于任何其它相結(jié)構(gòu)。
在冷卻時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-XI的化合物的該混合物(1∶1∶1∶1)的向列相在室溫下是超冷卻的。
結(jié)構(gòu)式XI根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII-XI的化合物的該混合物(1∶1∶1∶1)在有序相中具有負介電各向同性(Δε＜0)。
適用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的液晶本體層材料的第五例子是包含50％重量具有結(jié)構(gòu)式VIII的化合物和50％重量具有結(jié)構(gòu)式XI的化合物的混合物(1∶1)。
在加熱時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII和XI的化合物的該混合物(1∶1)具有從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變(在32℃下)，和從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變(在105.2℃下)。該混合物據(jù)信不存在于任何其它相結(jié)構(gòu)。
在冷卻，根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII和XI的化合物的該混合物(1∶1)的向列相在室溫下是超冷卻的。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式VIII和XI的化合物的該混合物(1∶1)在有序相中具有負介電各向同性(Δε＜0)。
本發(fā)明還涉及一種用于制造如上所述根據(jù)本發(fā)明的液晶器件的方法，包括步驟在至少一個基材的內(nèi)表面上提供包含手性近晶液晶聚硅氧烷的動態(tài)表面尋向偶極子排列層，其中如此提供的表面尋向偶極子排列層可通過電場直接控制以在表面尋向偶極子排列層中進行平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，和將包含具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序的液晶材料的液晶本體層夾在兩個基材之間，至少一個基材具有所述表面尋向偶極子排列層，該層排列使得所述表面尋向偶極子排列層與液晶本體層在其本體表面上相互作用。
一般，基材的所述內(nèi)表面在其上被提供動態(tài)表面尋向偶極子排列層之前涂有(無源)取向?qū)印Ｔ撊∠驅(qū)酉騽討B(tài)表面尋向偶極子排列層提供起始分子取向。
例如，單向摩擦聚合物層，如摩擦聚酰亞胺層可用作無源取向?qū)印?br> 另外，取向?qū)油ㄟ^將包含可被光對齊的分子的材料涂覆基材表面而被提供在基材的所述內(nèi)表面上，所述涂覆在其上提供動態(tài)表面尋向偶極子排列層之前進行。所述材料內(nèi)的分子隨后通過優(yōu)選在其上提供動態(tài)表面尋向偶極子排列層之前或之后，將該材料經(jīng)受光而被排列在優(yōu)選方向。
在上述實施方案中可用作取向?qū)拥牟牧系木唧w例子是根據(jù)結(jié)構(gòu)式XII的化合物。
結(jié)構(gòu)式XII其中(p+q)/r＝43/18和p/q＝1。
包含可被光對齊的分子的材料的其它例子是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員熟知的。
另一可選方案是提供包含可通過將分子經(jīng)受光而被對齊的分子的動態(tài)表面尋向偶極子排列層。
該分子可以是可被光對齊的聚硅氧烷或可在與合適的聚硅氧烷的混合物中相容和可被光對齊的任何其它分子。
本發(fā)明現(xiàn)通過以下非限定性例子加以說明。
實施例使用具有厚度1.10mm的玻璃基材。將每一基材的一面涂以具有表面耐性80Ω/cm2的氧化錫銦(ITO)的透明電極層。尋址電極結(jié)構(gòu)使用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的常規(guī)光平版印刷工藝而提供。
玻璃基材被切成尺寸14×12mm的片并將邊緣研磨。
每一基材的ITO面隨后被旋涂以聚酰亞胺溶液，這樣在ITO層上形成薄聚酰亞胺膜。聚酰亞胺膜被單向摩擦以形成取向?qū)印?br> 在聚酰亞胺膜的頂部，將鐵電體液晶聚硅氧烷(FLCP)的薄表面尋向偶極子排列層利用旋涂技術(shù)從FLCP在四氫呋喃(THF)中的0.5％溶液中沉積。在沉積FLCP層之后，將基材加熱至約130℃以去除溶劑，隨后慢慢冷卻至約105℃和在該溫度下保持約15分鐘，這樣通過下方的摩擦聚酰亞胺膜而使手性近晶FLCP分子排列成書架幾何形狀。FLCP層然后被微弱地單向摩擦以得到FLCP分子的更均勻平面排列。
將這兩個玻璃基材(其中一個基材旋轉(zhuǎn)180度以使磨光方向在該單元中是逆平行的)使用UV-固化膠(Norland NOA68)組裝到其面覆蓋有相互面對的FLCP層的夾層單元上。玻璃基材之間的距離通過玻璃間隔基(2.5μm)而固定。將該單元在UV-曝光盒中處于壓力下15分鐘。
將小的電束超聲焊接至該單元的每一ITO-表面上。
將各向同性相的向列液晶隨后利用毛細管力(這可在有或沒有外加真空的情況下進行)而引入單元間隙中，這樣形成向列液晶本體層。
應(yīng)該注意到，上述設(shè)備是相對簡單類型的。設(shè)備可具有明顯較大的尺寸和可按照不同的方式，如通過使用無源矩陣尋址型或有源矩陣尋址型方式而尋址。在這些情況下，所涉及的步驟包括復(fù)雜的微電子生產(chǎn)步驟。
實施例1單元如上所述而制備。
用作表面尋向偶極子排列層材料的FLCP在該實施例中是根據(jù)結(jié)構(gòu)式IV的聚硅氧烷。
用作液晶本體層材料的向列液晶在該實施例中是包含50％重量具有結(jié)構(gòu)式VIII的化合物和50％重量具有結(jié)構(gòu)式XI的化合物的上述混合物(1∶1)。
圖1顯示在室溫(約22℃)下施加頻率200Hz的ac電壓50V時，以上單元的電-光響應(yīng)。將電場施加到沉積到兩個基材的內(nèi)側(cè)上的電極之間，即穿過FLCP排列膜和被限制在其之間的液晶本體層。將該單元插入兩個交叉的偏振器之間，起始取向使得其光學(xué)軸與偏振器成22.5度。
圖1a說明，電-光學(xué)響應(yīng)是極性的。
圖1b說明，所述響應(yīng)是線性的。
單元隨后在偏振器之間旋轉(zhuǎn)45度并隨后將所述響應(yīng)的相信號反轉(zhuǎn)，如圖1c所示。這表明，單元光軸的轉(zhuǎn)換在該單元的平面中(平面內(nèi)轉(zhuǎn)換)。
在將電場施加到該單元上時所引起的單元光軸的偏差說明包含該單元的液晶顯示設(shè)備所顯示的圖像可得到的對比度水平。所引起的偏差越大，對傳輸通過該單元的光強度的調(diào)節(jié)越大和圖像的對比度越高。
一種用于測量單元光軸的平面內(nèi)誘導(dǎo)偏差(傾斜)的方法在″軟模式電-光作用的設(shè)備物理″(G Andersson，I Dahl，L Komitov，S TLagerwall，K Skarp，B Stebler，應(yīng)用物理雜志，66(10)，p.4983(1989))中找到。
使用所述方法，描述于該實施例的單元的單元光軸的平面內(nèi)偏差估計是約6-8度。
實施例2根據(jù)實施例1制備單元，除了包含25％重量具有結(jié)構(gòu)式VIII的化合物，25％重量具有結(jié)構(gòu)式IX的化合物，25％重量具有結(jié)構(gòu)式X的化合物，和25％重量具有結(jié)構(gòu)式XI的化合物的上述混合物(1∶1∶1∶1)用作向列液晶本體層材料。
圖2顯示該單元的電-光響應(yīng)(按照類似于圖1的方式，顯示描述于實施例1的單元的響應(yīng))。
使用上述方法，描述于該實施例的單元的單元光軸的平面內(nèi)偏差估計是約15-20度。
實施例3根據(jù)實施例1制備單元，除了ZLI 2585(Merck)用作向列液晶本體層材料。
ZLI 2585具有在低于-20℃的溫度(沒有測定)下從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變，和在70℃下從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變。該混合物據(jù)信不存在于任何其它相結(jié)構(gòu)。
ZLI 2585在有序相中具有負介電各向同性(Δε＜0)。
該單元的檢測電-光響應(yīng)類似于實施例1和2的響應(yīng)，因此說明單元光軸的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換。
使用上述方法，描述于該實施例的單元的單元光軸的平面內(nèi)偏差估計是約3-6度。
對比實施例1作為對比，參考WO 00/03288的實施例6，其中描述了包括鐵電體聚丙烯酸酯的表面尋向偶極子排列層和ZLI 2585的液晶本體層的單元。
使用上述方法，該單元的單元光軸的平面內(nèi)偏差估計是約1-3度。
對比實施例2作為對比，根據(jù)實施例1制備單元，除了根據(jù)結(jié)構(gòu)式XIII的化合物用作向列液晶本體層材料。

結(jié)構(gòu)式XIII在加熱時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式XIII的化合物具有從結(jié)晶相至向列相的轉(zhuǎn)變(在36.5℃下)和從向列相至各向同性相的轉(zhuǎn)變(在111.5℃下)。
在冷卻時，根據(jù)結(jié)構(gòu)式XIII的化合物具有從向列相至SmC的轉(zhuǎn)變(在24.0℃下)。
根據(jù)結(jié)構(gòu)式XIII的化合物在有序相中具有負介電各向同性(Δε＜0)。
該單元沒能檢測出線性電-光學(xué)響應(yīng)。
盡管本發(fā)明已根據(jù)其特定實施方案進行詳細描述，但本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員顯然看出，各種改變和變型可在不背離其主旨和范圍的情況下作出。
權(quán)利要求
1.一種液晶器件，包括至少一個限制基材，在其本體表面上呈現(xiàn)表面尋向偶極子的液晶本體層，其中稱作投射表面尋向偶極子的、所述基材上的所述表面尋向偶極子的正交投射在平行于所述基材的幾何平面上呈現(xiàn)優(yōu)選取向，稱作優(yōu)選平面內(nèi)取向，和包含排列成在所述本體表面上與本體層相互作用的手性近晶液晶材料的表面尋向偶極子排列層，所述表面尋向偶極子排列層是可通過外加電場而直接控制以在表面尋向偶極子排列層進行平面內(nèi)轉(zhuǎn)換的動態(tài)排列層，作為該平面內(nèi)轉(zhuǎn)換和在本體表面上的相互作用的直接結(jié)果，實現(xiàn)了投射表面尋向偶極子的所述優(yōu)選平面內(nèi)取向的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，特征在于所述液晶本體層包含具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序的液晶材料，而且所述表面尋向偶極子排列層包含手性近晶液晶聚硅氧烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中表面尋向偶極子排列層包含具有選自向斜手性近晶C(SmC*)，背斜手性近晶C(SmCA*)，和手性近晶A(SmA*)的相結(jié)構(gòu)的手性近晶液晶聚硅氧烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中表面尋向偶極子排列層包含向斜手性近晶C(SmC*)液晶聚硅氧烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中表面尋向偶極子排列層包含無規(guī)手性近晶C(無規(guī)SmC*)液晶聚硅氧烷。
5.根據(jù)任何一項權(quán)利要求1-4的器件，其中聚硅氧烷包含連接到聚合物主鏈上的氟化側(cè)鏈。
6.根據(jù)任何一項權(quán)利要求1-4的器件，其中聚硅氧烷選自根據(jù)結(jié)構(gòu)式I-III的化合物 結(jié)構(gòu)式I 結(jié)構(gòu)式II 結(jié)構(gòu)式III其中R3是脂族烴鏈，R4是具有2至20個亞甲基基團的亞烷基，和m和n是整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中聚硅氧烷是根據(jù)結(jié)構(gòu)式IV的化合物 結(jié)構(gòu)式IV
8.根據(jù)任何一項權(quán)利要求1-7的器件，其中表面尋向偶極子排列層進一步包含近晶二聚體硅氧烷化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的器件，其中近晶二聚體硅氧烷化合物是手性的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的器件，其中手性近晶二聚體硅氧烷化合物是根據(jù)結(jié)構(gòu)式V的化合物 結(jié)構(gòu)式V其中R3是脂族烴鏈，R4是具有2至20個亞甲基基團的亞烷基，和o是整數(shù)。
11.根據(jù)任何一項權(quán)利要求1-10的器件，其中液晶本體層包含非手性向列液晶材料。
12.根據(jù)任何一項權(quán)利要求1-11的器件，其中液晶本體層包含具有負介電各向同性的向列液晶材料。
13.根據(jù)任何一項權(quán)利要求1-12的器件，其中液晶本體層包含氟化向列液晶材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中氟化向列液晶材料包含至少一種氟化聯(lián)苯化合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中氟化向列液晶材料包含至少一種氟化三聯(lián)苯化合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的器件，其中氟化聯(lián)苯化合物是根據(jù)結(jié)構(gòu)式VI的化合物 結(jié)構(gòu)式VI其中R1和R2分別獨立地是脂族烴鏈。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其中氟化向列液晶材料包含一種或多種氟化聯(lián)苯化合物，選自根據(jù)結(jié)構(gòu)式VII-XI的化合物 結(jié)構(gòu)式VII 結(jié)構(gòu)式VIII 結(jié)構(gòu)式IX 結(jié)構(gòu)式X 結(jié)構(gòu)式XI
18.一種用于制造根據(jù)任何一項權(quán)利要求1-17的液晶器件的方法，特征在于包括步驟在至少一個基材的內(nèi)表面上提供包含手性近晶液晶聚硅氧烷的動態(tài)表面尋向偶極子排列層，其中如此提供的表面尋向偶極子排列層可通過電場直接控制以在表面尋向偶極子排列層中進行平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，和將包含具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序的液晶材料的液晶本體層夾在兩個基材之間，至少一個基材具有所述表面尋向偶極子排列層，該層排列使得所述表面尋向偶極子排列層與液晶本體層在其本體表面上相互作用。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，進一步包括步驟使用包含可被光對齊的分子的材料涂覆基材的所述內(nèi)表面，其中基材表面的所述涂覆在其上提供動態(tài)表面尋向偶極子排列層之前進行，和通過將該材料經(jīng)受光而使所述分子在優(yōu)選方向上排列在所述材料內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所提供的動態(tài)表面尋向偶極子排列層包含可被光對齊的材料，和該方法進一步包括通過將該這些分子經(jīng)受光而在優(yōu)選方向上排列所述分子的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括液晶本體層和動態(tài)表面尋向偶極子排列層的液晶器件，其中液晶本體層包含具有由各向同性相，向列相和視需要結(jié)晶相組成的相序的液晶材料，和表面尋向偶極子排列層包含手性近晶液晶聚硅氧烷。本發(fā)明還涉及一種用于其制造的方法。
文檔編號C09K19/40GK1965264SQ200580018865
公開日2007年5月16日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者B·赫爾基, L·科米托夫 申請人:艾克塞博Ppf1公司