專利名稱：鐵電液晶裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電液晶裝置和鐵電液晶混和物。
通常液晶裝置包括一薄層位于兩層玻片之間的液晶材料。光學(xué)上透明的電極做在兩上玻片的內(nèi)側(cè)。當(dāng)在兩個(gè)電極之間施加電壓時(shí)，產(chǎn)生的電場(chǎng)改變了液晶分子的排列。分子排列的改變?nèi)菀子^察到，這就構(gòu)成了許多種類液晶裝置的基礎(chǔ)。
在鐵液晶裝置中，分子按照施加的電場(chǎng)的極性在不同排列方向之間改變。這些裝置常表現(xiàn)出雙穩(wěn)性，此時(shí)分子往往保持兩種狀態(tài)之一，直至轉(zhuǎn)換為另一狀態(tài)。這使相當(dāng)大而復(fù)雜的裝置中的多路傳輸尋址成為可能。
一類普通的多路顯示器有顯示元件，例如按照x，y矩陣電路格式排列的象素，用以顯示字母數(shù)字符號(hào)。使一個(gè)玻片上的電極按列排列，另一玻片上的電極成行排列，就形成了矩陣電路格式。各行各列相交，形成可編址元素或象素。其它矩陣電路分布圖是已知的，如七段數(shù)碼顯示器。
有許多不同的多路傳輸尋址方案。它們的一個(gè)共同特征是向序列中的各行各列施加稱為選通電壓的電壓。在向每行施加電壓的同時(shí)，向各列施加合適電壓，稱為數(shù)據(jù)電壓。不同方案之間的區(qū)別在于選通電壓和數(shù)據(jù)電壓的波形不同。
描述了其它尋址方案的文獻(xiàn)有GB-2,146,473-A；GB-2,173,336-A；GB-2,173,337-A；GB-2,173,629-A；WO89/05025；Harada等1985 S.I.D.Paper 8.4第131-134頁Lagerwall等1985 I.D.R.C.第213-221頁和P.Maltese等，Proc 1988 IDRC第90-101頁，鐵電體液晶顯示屏裝置的快速編址討論會(huì)。
通過使用相反符號(hào)的兩個(gè)選通脈沖電壓，連同一種數(shù)據(jù)波形一起，該材料可在它的兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換?；蛘呖墒褂靡粋€(gè)消隱脈沖將此材料轉(zhuǎn)換到它的某一狀態(tài)。消隱和選通脈沖的符號(hào)可以周期性地改變，以保持一凈d.c.值。
通常這些消隱脈沖比選通脈沖振幅大，作用時(shí)間長(zhǎng)，以使無論施加兩種數(shù)據(jù)波形中的哪一種于任一交點(diǎn)，材料都能轉(zhuǎn)換狀態(tài)?？梢栽谶x通之前逐行地施加消隱脈沖，或者整個(gè)顯示器可以一次消隱，或者可以若干行同時(shí)消隱。
在鐵電液晶裝置技術(shù)領(lǐng)域，眾所周知，為使裝置獲得最佳效果，采用使材料具有最合適鐵電近晶性能的化合物的混和物，對(duì)于特定類型的裝置是很重要的、通過考慮響應(yīng)時(shí)間～脈沖電壓曲線，可以評(píng)估裝置的速度。這種聯(lián)系可以表現(xiàn)為在某一特定施加電壓(Vmin)下有一最短轉(zhuǎn)換時(shí)間(tmin)。電壓高于或低于Vmin時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間比tmin長(zhǎng)。易于理解的是，響應(yīng)時(shí)間～電壓曲線具有這樣一個(gè)最小值的裝置可以在高負(fù)載比下多路運(yùn)作，并比其它液晶裝置具有更高的對(duì)比度。優(yōu)選地，所述響應(yīng)時(shí)間～電壓曲線上的最小值應(yīng)分別出現(xiàn)在低作用電壓和短脈沖長(zhǎng)度下，使裝置使用低電壓源和在快速地址刷新率下能夠運(yùn)作。
裝入鐵電裝置后，不能使裝置具有這一最小值的典型已知材料(這些材料是具有合適液晶特性的化合物的混和物)包括商業(yè)上可獲得的材料如SCE13和ZLI-3654(二者均由Merk UK Ltd，Poole，Dorsot提供)。一種的確表現(xiàn)出這一最小值的裝置可以按照PCT GB 88/01004制造，使用的材料如商業(yè)上可獲得的SCE8(MerckUK Ltd)。其它先有技術(shù)中使用的材料在PCT/GB/86/00040、PCT/GB 87/00441和UK 2232416 B中已有范例。
本發(fā)明的目的在于提供比以前的裝置具有較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間和/或使用較低的電壓的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，一種鐵電液晶裝置(如多路傳輸尋址的)包括兩個(gè)分開的盒壁，每面壁上都帶有電極結(jié)構(gòu)且至少一個(gè)相對(duì)面上用一個(gè)取向?qū)犹幚?；一層包封在盒壁間的近晶相液晶材料，在其響應(yīng)時(shí)間～電壓曲線上有一最小值；其特征是該液晶材料由兩種成份組成A和B，這兩種成份給出如下成份A占0.1-50％(重量)，是一種或多種能使材料自發(fā)極化的光活性化合物。
成份B所占的比例足使A+B＝100％(重量)，且至少有兩種化合物選自 式中a、b、c彼此獨(dú)立地為0、1、2；R1和2是C1-5優(yōu)選C3-C12的直鏈或支鏈烷基或烷氧基，上面的(成份B的)CH＝CH連結(jié)基團(tuán)可用C2H4代替，CH2O連結(jié)基團(tuán)可用OCH2代替。
如果A是 那么成份B不能是 和 的結(jié)合。
而且，如果A是 和 的結(jié)合，那么B不能是 優(yōu)選地，成份A占1-15％(重量)，占1-5％(重量)更好。優(yōu)選地，任一種構(gòu)成成份B的化合物占5-60％(重量)，占10-30％更好。
優(yōu)選地，如PCT/GB88/01111所述，材料含有具有如下通式的光活性摻雜物 式中R1選自氫、C1-12烷基、烷氧基、全氟代烷基和全氟代烷氧基且可為直鏈或支鏈；R2是烷基，它可為C1-8的直鏈基團(tuán)。C1-15支鏈或環(huán)化基團(tuán)，r是1-10間的整數(shù)，n和m彼此獨(dú)立地為0或1；X是一個(gè)具有如下通式的基團(tuán) 或 式中F表示相關(guān)的苯環(huán)可帶有1或2個(gè)氟取代基，p是0或1；p＝0時(shí)Z是單鍵，p＝1時(shí)是COO或單鍵。
CN基可由CH3、CF3、優(yōu)選氟或氯的鹵素等取代。CO2基團(tuán)可以倒過來。手性單元CH(CN)R2可由一手性環(huán)氧基代替。一個(gè)或更多的苯基可由環(huán)己基代替。
優(yōu)選的裝置其Vmin小于45伏和/或tmin小于100μs。
成份A可進(jìn)一步具有如下特征它可以結(jié)合一種或多種具有(-)左手膽甾型螺旋的手性成份和一種或多種具有(+)右手螺旋的手性成份。任何一種(-)成份都不能是(+)成份的光學(xué)對(duì)映體。這種手性混和物可本身即為手性近晶態(tài)物質(zhì)，或者可用作非手性或外消旋傾斜近晶型液晶基質(zhì)材料的添加劑?；蛘?，如果膽甾螺距和Ps具有如下特征該傾斜型手性近晶態(tài)液晶材料在其溫度升至室溫以上時(shí)，在手性近晶相和各向同性相之間有一膽甾相，其膽甾螺距p在膽甾相向近晶相轉(zhuǎn)變溫度以上至少0.1℃范圍內(nèi)大于層厚d之一半，并在手性近晶相中產(chǎn)生有意義的自發(fā)極化，那么一種或多種手性成份可以有相同的膽甾型螺旋方向。美國專利5,061,047描述過一些制造液晶顯示裝置的相關(guān)方法。
Ps值至少為0.1，優(yōu)選1或1以上nC/cm2。
層厚可達(dá)15μm或更多，通常為1-12μm。
為借助實(shí)例說明本發(fā)明，必須參考如下附圖

圖1是一時(shí)間多路傳輸尋址的x，y矩陣電路的示意圖；圖2是圖1中顯示部分的橫斷面放大圖；圖3是表明該裝置具有(tmin/Vmin)特征的曲線；圖4-6分別是30℃時(shí)混和物1、2和3的t/μs對(duì)V/V圖(混和物見表1)。
圖1，2所示的裝置包括兩個(gè)由隔離環(huán)4和/或分散隔離物質(zhì)分開的、相距約1-6μm的玻璃壁。
在兩個(gè)玻璃壁內(nèi)面上做有透明的氧化錫電極結(jié)構(gòu)5、6。所示的電極成行成列排列，形成一個(gè)x，y矩陣電路，但亦可為其它形式。例如，可以是若干段的形式，形成一個(gè)七段數(shù)碼顯示器。
一層液晶材料7被包含在盒壁2，3和隔離環(huán)4之間。
起偏器8，9安裝在盒1的前后。行10和列11驅(qū)動(dòng)器向盒施加電壓信號(hào)。產(chǎn)生兩套波形以提供給行和列驅(qū)動(dòng)器10、11。選通波形發(fā)生器12提供行波波行，數(shù)據(jù)波形發(fā)生器13向列驅(qū)動(dòng)器11提供開關(guān)波形。同步和顯示格式的總體控制由對(duì)比度邏輯單元14控制。
安裝之前，對(duì)壁2，3進(jìn)行表面處理，例如通過在聚酰胺或聚酰亞胺薄層上旋轉(zhuǎn)，干燥并在合適時(shí)固化；然后按單一方向R1、R2用干凈的軟布(如人造絲)摩擦。這種已知的處理使液晶分子形成了表面排列。無外加電場(chǎng)時(shí)，分子按摩擦方向排列；R1和R2相同或相反方向上平行(+/-30°)。施加合適的無確定方向的電壓時(shí)，分子取向按兩個(gè)彼此呈約45°角的取向D1，D2之一排列。
裝置中還包括光學(xué)上甄別其狀態(tài)的裝置，例如1個(gè)或更多的偏振器。它能以透射或反射方式工作。在前一方式下，通過裝置的光線例如鎢燈泡發(fā)出的光線選擇性地透過或被阻擋，以形成所需的顯示。在反射方式下，于第二個(gè)偏振器9后置一反射鏡，以將周圍的光線反射通過盒1及兩個(gè)偏振器。通過使反射鏡部分地反射，該裝置可在透射和反射兩種狀態(tài)下工作。
可向材料7中加入多向色性(pleochroic)染料。在這種情況下，僅需一個(gè)偏振器，層厚度可為4-10μm。
在2μm這一典型厚度下，例如在22℃時(shí)，材料用+或-50伏直流脈沖作用100μs。在接收一正脈沖后，兩種轉(zhuǎn)換狀態(tài)D1，D2可任意地定義為“開”，把再接收一強(qiáng)度足夠的負(fù)脈沖以后的狀態(tài)定義為“關(guān)”。偏振器8，9安排為偏振軸彼此垂直，并使其中之一的軸平行于兩種轉(zhuǎn)換狀態(tài)之一的取向器。
運(yùn)作時(shí)，選通波形依次作用于各行，同時(shí)合適的開或關(guān)的數(shù)據(jù)波形作用于各個(gè)列電極。這就在開狀態(tài)下提供了一種通過某些x，y方向相交形成所需的顯示形式，而在關(guān)狀態(tài)下是另一種形式。這種尋址方式稱為多路傳輸尋址。
下述化合物及混合物是可說明本發(fā)明的實(shí)例。
A B2 R R′ ％C8H17C5H1133.3C8H17OC5H1133.3C7H15OC7H1533.3B2 R R′ ％C7H15C9H1933.3C9H19C9H1966.6B3 R R′ ％C6H13C5H1122.0C4H9C5H1132.5C8H17C5H1129.5C10H21C5H1116.0B4
表1含化合物B1的混合物
TA-C＝近晶A-近晶C相轉(zhuǎn)變溫度θ＝圓錐角Ps＝自發(fā)極化E＝電場(chǎng)且對(duì)應(yīng)于三種不同混合物1、2和3的盒厚(d/μm)分別為2.3、1.9和1.65。
分析表1提供的數(shù)據(jù)，也許最有指導(dǎo)意義的是考慮表頭為Emm/Ps的欄和tmin×Ps。表2和表3列出了混合物1和2在不同溫度下的Ps和θ數(shù)據(jù)。
表2混合物I
表3混合物2
下面評(píng)估了多種混合物。除非作說明，溫度為30℃。Vmin的單位是V，tmin的單位是μs，Ps的單位是nCcm-2ZLI 5014-000是可從Merck購得的混合物。
Vmin＝60tmin＝26 Ps＝2.7 nCcm-2。
LB7是下述物質(zhì)的1∶1混合物
1份
這一混合物然后與1份下述物質(zhì)混和 加5％BE80F2N(1％活性)。
Vmin＝46tmin＝29 Ps＝1.9nCcm-2AJS20是下述物質(zhì)的混和物相對(duì)比例 加5％BE80F2N(1.75％活性)。
Vmin＝21.4 tmin＝38 Ps＝2.3nCcm-2AJS62是下述物質(zhì)的混和物相對(duì)比例 加5.1％BE80F2N(1.8％活性)。
Vmin＝70tmin＝19.6AJS64是下述物質(zhì)的混合物相對(duì)比例 加5.2％BE80F2N(2.3％活性)。
Vmin＝55 tmin＝19.6AJS67是下述物質(zhì)的混和物相對(duì)比例 加5％BE80F2N(2.25％活性)。
Vmin＝6.5 tmin＝19 Ps＝6.9nCcm-2(7.5Vac偏壓)AJS32是下述物質(zhì)的混和物比例 加1.75％BE80F2NVmin＝46 tmin＝15 Ps＝4.2nCcm-2VH53是下述物質(zhì)的混和物相對(duì)比例 加5％BE80F2N(1％活性)Vmin＝44 tmin＝61 Ps＝2.5nCcm-2LPM68是下述物質(zhì)的混和物 加1％IGS97。
Vmin＝50tmin＝36 Ps＝3.0nCcm-213/291-1是下述物質(zhì)的混和物 Vmin＝40 tmin＝33 Ps＝6.4nCcm-2(36℃)O31291-1是下述物質(zhì)的混和物 Vmin＝38 tmin＝35 Ps＝6.5nCcm-2(25℃)H1是下述物質(zhì)的混和物 加1.75％BE80F2N
Vmin＝35 tmin＝90 Ps＝9.0nCcm-2VH50是下述物質(zhì)的混和物 加10％BE80F2N(1.71％活性)Vmin＝35 tmin＝163 Ps＝7.4nCcm-2VF9是下述物質(zhì)的混和物 加2％BE80F2NVmin＝61 tmin＝41 Ps＝9.2nCcm-2BDH835是可從Merk購得的混合物。
Vmin＝45 tmin＝33 Ps＝9.5nCcm-2SCE8是可從Merk購得的混合物。
Vmin＝50 tmin＝46 Ps＝5.7nCcm-2(25℃)LT4是下述物質(zhì)的混和物 加2％BE80F2NVmin＝52 tmin＝26 Ps＝6.6nCcm-2(0℃)VH51是下述物質(zhì)的混和物 加10％BE80F2N(1.75％活性)Vmin＝30 tmin＝66 Ps＝7.1nCcm-2VH52是下述物質(zhì)的混和物 加10％BE80F2N(1.7％活性)Vmin＝35 tmin＝121 Ps＝5.7nCcm-2AS452是下述物質(zhì)的混和物 加1.75％BE80F2NVmin＝41 tmin＝13AS407是下述物質(zhì)的混和物 加2.5％IGS97Vmin＝50 tmin＝29 Ps＝7.74nCcm-2AS436是下述物質(zhì)的混和物 加2.5％IGS97Vmin＝50 tmin＝17 Ps＝6.6nCcm-2AS435同AS436，只是其中含1.28％IGS97。
Vmin＝45 tmin＝31 Ps＝2.7nCcm-2上述IGS97是 BE80F2N是
權(quán)利要求
1.一種鐵電液晶裝置，它包括兩個(gè)分開的各自帶有電極結(jié)構(gòu)的盒壁，且至少在一個(gè)相對(duì)表面上用一個(gè)排列層處理；一層包封在盒壁間的近晶態(tài)液晶材料，它的響應(yīng)時(shí)間～電壓曲線上有一最小值，其特征在于該液晶材料由兩種成份組成A和B，這兩種成份給出于下成份A占0.1-50％(重量)，是一種或多種能使材料自發(fā)極化的光活性化合物；成份B所占的比例足使A+B＝100％(重量)，且是至少兩種選自如下的化合物 其中a、b、c彼此獨(dú)立地為0、1、2；R1和R2是C1-15優(yōu)選C3-C12的直鏈或支鏈烷基或烷氧基；上面的(成份B的)CH＝CH連接基團(tuán)可用C2H4代替，CH2O連結(jié)基團(tuán)可用OCH2代替；條件為如果A是 那么成份B不能是 的結(jié)合；而且，如果A是 和 的結(jié)合，那么B不能是
2.權(quán)利要求1的裝置，其中組成成份B的化合物由一種或多種選自如下的化合物組成
3.權(quán)利要求1或2的裝置，其中成份A通過如下通式給出 式中R1選自氫、C1-12烷基、烷氧基、全氟代烷基和全氟代烷氧基，可為支鏈或直鏈；r是1～10間的一個(gè)整數(shù)，n和m彼此獨(dú)立地為0或1；X是具有如下通式的基團(tuán) 或 A、B和C可彼此獨(dú)立地為苯基或環(huán)己基；(F)表示相關(guān)的環(huán)可以帶有1或2個(gè)氟取代基；p是0或1；p＝0時(shí)Z是單鍵，p＝1時(shí)Z是COO或單鍵；Y可為CO2或O2C；L可為一手性環(huán)氧化物或由如下通式給出 J可為CN、F、Cl、CH3或CF3；R2是烷基，可為C1-8直鏈、C1-15支鏈或環(huán)化基團(tuán)。
4.權(quán)利要求1或2的裝置，其中成份A由如下通式給出 式中R1選自氫、C1-12烷基、烷氧基、全氟烷基和全氟烷氧基，且可為直鏈或支鏈；R2是烷基，可為C1-8直鏈，C1-15支鏈或環(huán)狀的；r是1-10的一個(gè)整數(shù)；n和m彼此獨(dú)立地為0或1；Y可為CO2或O2C；J可為CN、F、Cl、CH3或CF3；X是具有如下通式的基團(tuán) 和 式中A、B和C彼此獨(dú)立地可為苯基或環(huán)己基；(F)表示相關(guān)環(huán)可帶1或2個(gè)氟取代基；p是0或1；p＝0時(shí)Z是一單鍵，p＝1時(shí)Z是COO或一單鍵。
5.權(quán)利要求4的裝置，其中J是CN，Y是CO2。
6.權(quán)利要求5的裝置，其中A、B和C是苯環(huán)。
7.權(quán)利要求6的裝置，其中成份A由如下通式給出
8.權(quán)利要求6的裝置，其中成份A由如下通式之一給出
9.權(quán)利要求6的裝置，其中成份A由如下通式給出 式中n為0或1；r是1-6；R1是C1-12烷基或烷氧基且R2是支鏈烷基。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中R2是異丙基。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的裝置，其中組成成份B的化合物之一具有如下通式
12.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的裝置，其中組成成份B的化合物之一具有如下通式
13.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的裝置，其中組成成份B的化合物之一具有如下通式
14.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的裝置，其中組成成份B的化合物之一具有如下通式
15.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的裝置，其中組成成份B的化合物之一具有如下通式
16.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的裝置，其中組成成份B的化合物之一具有如下通式
17.權(quán)利要求1的裝置，其中組成成份A的一種或多種化合物占1-15％(重量)。
18.權(quán)利要求2-16的裝置，其中組成成份A的一種或多種化合物占1-15％(重量)。
19.權(quán)利要求1的裝置，其中組成成份B的一種或多種化合物占5-60％(重量)。
20.權(quán)利要求2-16的裝置，其中組成成份A的一種或多種化合物占10-30％(重量)。
21.權(quán)利要求1的裝置，其中的鐵電液晶裝置是多路傳輸尋址的。
22.權(quán)利要求2-20的裝置，其中鐵電液晶裝置是多路傳輸尋址的。
23.權(quán)利要求1的裝置，其中成份A加入到成份B中后，產(chǎn)生傾斜型手性近晶型液晶材料，它在高于膽甾相向近晶相轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變溫度至少0.1℃范圍內(nèi)，具有大于層厚d一半的膽甾螺距，并在手性近晶相中有顯著的自發(fā)極化Ps。
24.權(quán)利要求23的裝置，其中成份A包括(+)和(-)手性材料，使得到的混和物在其手性傾斜型近晶相中具有相當(dāng)大的自發(fā)極化。
全文摘要
描述了一種含液晶混和物的液晶裝置，液晶混和物包括成分A和B。成分A包括一種或多種能使材料產(chǎn)生自發(fā)極化的光活性化合物。成分B選自具有通式(I)的一種或多種化合物，式中a、b、c彼此獨(dú)立，為0、1、2；R
文檔編號(hào)G02F1/13GK1142843SQ9419498
公開日1997年2月12日 申請(qǐng)日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月13日
發(fā)明者I·C·塞治, D·G·麥唐奈爾, J·C·瓊斯, A·施蘭尼∴ 申請(qǐng)人:英國國防部