專利名稱：液晶的光電取向的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)控制鄰近基片(substrate)分布的液晶相的局部取向(alignment)或鄰近液晶層的液晶取向?qū)拥膽B(tài)的器件和方法。
緊湊型(compact)激光源的出現(xiàn)以及只讀型光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的廣泛使用已導(dǎo)致需要可重復(fù)記錄的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。由于液晶材料的光學(xué)和其它物理性能，特別是其高的雙折射、這種雙折射操作起來相對容易以及光學(xué)調(diào)制和顯示領(lǐng)域的器件已有相當(dāng)大發(fā)展的事實，液晶材料被認為是用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的良好候選。
許多光學(xué)可尋址(addressable)的信息存儲器件已經(jīng)開發(fā)出來，其在每個象素下可表現(xiàn)出灰色級譜(greyscale)或模擬存儲容量。與常規(guī)電子尋址器件相比，光學(xué)尋址具有大大提高象素密度的潛力。除了單純的信息存儲之外，這類器件在其它應(yīng)用中是潛在有用的，比如非常高的信息/分辨率顯示，這種情況對以電子方式尋址單個的象素而言越來越不現(xiàn)實；全息顯示，在此情況下，必要數(shù)目的象素可以是1012的數(shù)量級，相比之下，106就可認為是好或高分辨率的常規(guī)顯示；作為光學(xué)組件，例如光學(xué)儀器如望遠鏡中用于光行差校正的組件；圖象識別系統(tǒng)，和中性網(wǎng)絡(luò)。
使用常規(guī)地處于基片上的取向?qū)?，以影響鄰近液晶材料的取向是已知的。一般地，這些層一旦形成就意欲在其所引入的器件的壽命期內(nèi)而保持同一態(tài)。典型的例子包括磨擦(rubbed)表面、通過傾斜氣相沉積(oblique vapour deposition)形成的薄層和包含取向的各向異性分子或部分的層。
引入染料的液晶器件也是已知的。例子是客體-主體效應(yīng)類型的器件，但是也有在經(jīng)受光照射時染料發(fā)生改變的器件。
對于本發(fā)明，術(shù)語“染料”將在下文中用來涵蓋具有光學(xué)各向異性吸收分子的染料或其它類似物質(zhì)，不一定是目視有色的——有用的物質(zhì)經(jīng)常是非離子型的二色性物質(zhì)，其在某些有用的波長如可見光或近紫外處產(chǎn)生吸收。
例如，包含偶氮鍵的染料一般具有低能量的反式異構(gòu)體和較高能量的順式異構(gòu)體。均二苯代乙烯或Schiff堿也預(yù)期發(fā)生類似的改變。偶氮鍵的雙鍵會吸收波長處于或接近可見光范圍的光，但是對于相對雙鍵按一定方向偏振的光優(yōu)先。在激發(fā)態(tài)，分子可以進行一系列的改變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化成順式異構(gòu)體。
所致的向能量上有利的反式異構(gòu)體的馳豫可以導(dǎo)致類似于初始取向的分子取向，或相對初始取向有效地旋轉(zhuǎn)的取向。在各向同性條件下，初始和旋轉(zhuǎn)取向沒有什么區(qū)別，但是通過偏振化照射，反式異構(gòu)體的一個取向方式優(yōu)先吸收光，最終導(dǎo)致大部分分子以反式取向終結(jié)(endup)，其最大限度地降低了入射偏振光的吸收。
該過程的典型順序簡述在圖5中，其中(a)表示處于能量上有利的反式態(tài)下最初取向方式的二色性偶氮染料分子，和(b)表示因偏振光hv1的吸收而導(dǎo)致的更高能量的反式態(tài)。通過包括熱和輻射機理(hv2)的多個機理的任何一個，分子(b)可以回復(fù)成最初態(tài)(a)或繼續(xù)轉(zhuǎn)化到反式態(tài)，其中分子長軸的方向已經(jīng)有效地旋轉(zhuǎn)(雖然如所示在紙面內(nèi)并沒有真正旋轉(zhuǎn)，但讀者應(yīng)明白分子圍繞長軸的旋轉(zhuǎn)在能量上相對容易，并且無論其發(fā)生與否在任何情況下都與擬引起的液晶取向無關(guān))。
因此染料分子的取向可以經(jīng)光學(xué)控制，并且通過在液晶材料中引入這類分子可控制液晶分子的取向或至少施加一定的控制扭矩。但是，液晶材料取向的改變是非永久性的。
或者，染料可以引入或形成鄰近液晶材料的液晶取向?qū)樱诖饲闆r下，在取向?qū)雍袜徑壕Р牧隙咧械娜∠蜃兓^為永久。這種典型取向?qū)影讨诨系墓馕招圆糠郑绻矁r鍵合到烷基鏈上，烷基鏈本身通過硅氧烷基團鍵合到基片上，或從涂布，例如通過旋涂在基片上的聚合物材料的骨架延伸出。其例發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中，包括在如下段落中列出的至少一部分專利。
引入這些現(xiàn)有技術(shù)可重取向染料的取向方法的器件的公開物發(fā)現(xiàn)在美國專利5,856,431；5,856,430；5,846,452；5,817,743；5,807,498；5,731,405和5,032,009中，所有都屬于Gibbons等人。這些器件包含在分隔的基片之間的液晶層，其中為基片提供包括光學(xué)各向異性吸收分子或部分的取向?qū)印?br> 但是，包含染料的具有典型的已報道光電取向?qū)拥钠骷ǔＰ枰獢?shù)量級至少為1J/cm2和一般約10J/cm2的偏振化光學(xué)輸入，以引起染料分子的重取向和鄰近液晶相的最終的重取向。
據(jù)信該高能量需求是由于液晶相和染料之間的反向(reverse)相互作用，特別是要知道當(dāng)染料分子本身的重取向接近表面或單層效應(yīng)時，鄰近液晶相的重取向所涉及的力深入到液晶層本體中。實際上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在不存在液晶材料，或在加熱到高于其澄清溫度(c1earingtempera ture)的液晶材料的存在下重取向染料層所必需的光學(xué)能量密度，可以降低約兩個數(shù)量級到約10mJ/cm2，或在接近液晶材料的澄清(各向同性)溫度甚至更低。參見例如KIchimura等人的“Command Surfaces12[1].Factors Affecting In-plane Photoregulation of LiquidCrystal Alignment by Surface Azobenzenes on a SilicaSubstrate”，Liquid Crystals，20(1996)423-435。當(dāng)操作光尋址液晶器件時，這些方法均不實用。
已報道器件的高光學(xué)輸入需要的后果是染料在經(jīng)過相對短的使用期間之后容易永久地漂白，因此降低了引入其的器件的壽命。
因此仍舊需要光尋址液晶取向方法，其涉及低的光學(xué)輸入并且可以提供對其響應(yīng)的永久或近似永久改變的液晶態(tài)。
因此，本發(fā)明提供了便于鄰近液晶材料放置的液晶取向?qū)油ㄟ^至少第一波長的入射光的作用而從第一態(tài)改變到第二態(tài)的方法，其中取向?qū)幼饔糜卩徑壕Р牧弦允蛊淙菀紫鄬υ搶映尸F(xiàn)相應(yīng)不同的第一取向和第二取向，該方法包括從所述的第一取向方式改變液晶材料序列，同時所述取向?qū)訌乃龅谝粦B(tài)改變到所述第二態(tài)的步驟。液晶材料序列的改變包括序列度的降低，包括在一種極端情況下液晶序列的完全破壞，和/或至少部分呈現(xiàn)另一種液晶序列，比如在垂面(homeotropic)取向和沿面(homogeneous)取向方式之間，或在兩個不同取向的沿面取向方式之間。
本發(fā)明也涉及改變鄰近取向?qū)拥囊壕Р牧系娜∠蚍绞降姆椒ǎ搶影哂锌赏ㄟ^至少第一波長的入射光的作用而從第一態(tài)改變到第二態(tài)的取向方式的材料，所述方法包含進行前述段落的方法和使液晶根據(jù)取向?qū)拥膽B(tài)重取向。
本發(fā)明進一步涉及液晶器件，其包含鄰近第一基片上的液晶取向?qū)拥囊壕Р牧?，該取向?qū)影赏ㄟ^至少第一波長的入射光的作用而從第一態(tài)改變到第二態(tài)的材料，第一態(tài)和第二態(tài)使得液晶材料的鄰近部分容易呈現(xiàn)相應(yīng)不同的第一和第二取向方式，其中該器件包括使液晶材料的序列在所述取向?qū)拥乃霾牧蠌乃龅谝粦B(tài)改變到所述第二態(tài)時從所述第一取向方式發(fā)生改變的便利手段(facilitating means)。
在取向?qū)拥娜∠蚋淖儠r液晶序列的改變可以以多種方式實現(xiàn)，包括(a)中斷(disrupt)液晶序列，比如通過液晶材料中的光敏摻雜劑，或在其本身是光敏性的情況下通過照射液晶材料；(b)在液晶材料包含響應(yīng)于與第一波長相同或不同的至少第二波長的偏振光而能夠有效地重取向的二色性或染料組分的情況下，通過以第二波長的所述偏振光照射液晶材料；(c)通過施加大體上平行于基片導(dǎo)向的電場；(d)通過施加與基片呈一定角度導(dǎo)向的電場；和(e)(a)～(d)的組合。
特別是，所有上述改變液晶序列的方法都不必須要求液晶材料的加熱和/或冷卻。因此液晶材料有可能在取向改變的整個過程中保持在內(nèi)消旋相(mesophase)溫度范圍內(nèi)，無論是否也發(fā)生了溫度改變。優(yōu)選溫度保持基本上穩(wěn)定。
Li Cui等人在“Photo-driven Liquid Crystal Cell with HighSensitivity”，Liquid Crystals 1999，26，1541-1546公開了改性的光尋址液晶單元(cell)。如具體所述，該單元包含兩個磨擦基片，一個承載交叉梳狀(interdigitated)電極并且初始取向方式是傾斜垂面取向。設(shè)置光尋址步驟以將取向?qū)愚D(zhuǎn)變成第二態(tài)，促使鄰近液晶材料中的沿面取向。來自電極的電場也進行導(dǎo)向以產(chǎn)生這種沿面取向，但是在此情況下慎重選擇其振幅以便其本身不足以產(chǎn)生這種重取向。與電場不存在的情況相比，似乎該電場的存在促進了取向?qū)拥墓庹T導(dǎo)轉(zhuǎn)化，使其更快速和/或需要更少的光學(xué)輸入。不過，圖似乎表明在光尋址停止之后，液晶材料只在相當(dāng)有限的期間內(nèi)保持改變后的取向方式，并且如剛才所指出，選擇電場以使其本身不引起顯著的液晶重取向或重排列(re-ordering)。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點在讀了所附的權(quán)利要求(讀者可參考之)并且考慮了如下本發(fā)明實施方案的更為詳細的描述之后會很明顯，描述參照了如下附圖，其中

圖1～4分別示意說明本發(fā)明的第一、第二、第三和第四液晶器件的操作。相同的數(shù)碼與圖1～4每個圖中的相同特征相關(guān)；和圖5示意說明了偶氮分子的長分子軸通過入射偏振光而有效重取向。
每個圖的左手部分(a)表示光尋址之前的器件。該器件包含兩個間隔的基片1、2，在其間放置了液晶材料層3。每個圖的中央部分(b)表示該器件經(jīng)由局部照明5進行光尋址以改變?nèi)∠驅(qū)拥木植繎B(tài)，并且每個圖的右手部分(c)表示完成尋址以及便利手段的作用已停止之后的器件。
為了便于說明，液晶層表示成向列型(nematic)的，并且從每個圖的左手部分開始，每個基片上的取向方式是均一平行(沿面)的，兩個取向方式是相互平行的。但是應(yīng)該指出，本發(fā)明不限于使用向列型液晶材料，而是擴展到具有其它相的內(nèi)消旋材料，包括膽甾醇型和近晶型相。而且其它起始取向方式是可能的，以下將對此進行討論。
通過提供包含染料物質(zhì)的取向?qū)樱绫疚乃x，并且取向?qū)泳哂腥菀讓︵徑囊壕Р牧鲜┘拥谝蝗∠虻某跏紤B(tài)，則每個基片上液晶取向方式以已知的方式實現(xiàn)。染料是二色性的，并且通過從第一態(tài)改變到第二態(tài)而響應(yīng)于比如處于可見或近紫外的照明，該第二態(tài)容易對鄰近的液晶材料施加與第一取向方式不同的第二取向方式。
特別地，可以選擇染料以便能夠響應(yīng)處于近紫外的照明而進行順反異構(gòu)化，從而在暴露于有預(yù)置的偏振平面的照明時，其分子能夠相對偏振平面呈現(xiàn)優(yōu)選的取向。
圖1說明了一種器件，其中液晶材料含有或由對入射照明(以局部光束4表示)有反應(yīng)以中斷或降低液晶相的序列的材料構(gòu)成，比如本文所定義的適宜的染料。該入射照明可以或不可以具有與用于控制取向?qū)拥膽B(tài)的波長相當(dāng)?shù)牟ㄩL，并且不一定是偏振化的，除非兩個波長相等。中斷液晶序列材料可以是這樣的，比如進行順反異構(gòu)化。相對于取向?qū)討B(tài)的改變，中斷液晶序列所采取的速度可以近似相同，或顯著更慢或更快，并且其對光束4和5的開始和持續(xù)時間有影響。如果中斷進行得足夠快，光束4和5可以同時施用。一般在光束5結(jié)束之后光束4就不需要再繼續(xù)了。
但是，在中斷進行得相當(dāng)慢的情況下，首先施用光束4。一旦液晶序列已經(jīng)中斷或變?nèi)?，取向?qū)又腥玖戏肿拥闹厝∠蛟谀芰可细菀?，因此現(xiàn)在以選擇用以引起染料順反異構(gòu)化和染料分子重取向的偏振化照明5寫入或?qū)ぶ菲骷Ｔ谔貏e優(yōu)選的實施方案中，該照明由處于至少兩個不同波段的波長構(gòu)成，選擇其用以提高重取向過程的效率。如所示，重取向是這樣的，以便使鄰近液晶材料具有與起始取向基本上呈90°的平面取向方式，雖然其它角度是可能的，并且一般優(yōu)選45°左右的角度。
最后，終止照明4和照明5，留下器件的光學(xué)尋址部分，其在整個液晶層3上具有相對初始取向方式呈一定角度的平行取向方式。取向方式上的改變可以以任何本身已知的方式實現(xiàn)，例如采用偏振化光學(xué)以提供光學(xué)強度變化。
圖2說明類似圖1的器件，但是其中液晶材料本身是或包括在入射偏振照明4′下可重取向的組分，并且如特別說明，該組分是可進行順反異構(gòu)化的二色性染料。二色性染料異構(gòu)化的速度可以等同于或不同于取向?qū)尤玖系乃俣?，并且其也對光?和5的必要時間控制(timing)和持續(xù)時間有影響。在該器件的一個形式中，液晶材料中的染料和取向?qū)又械娜玖鲜窍嗤?，并且光?和5的光譜也可以是相同的，或至少含有對其各自目的有活性的類似波長。圖1中中斷液晶序列的組分是不存在的。
在該實施方案中，液晶材料和取向?qū)臃肿拥闹厝∠蚩梢詤f(xié)同進行，因此降低了進行成功重取向所需要的能量。
一般地，對控制染料重取向的照明的波長以及液晶層的重取向組分的考慮與圖1的光束5和4類似，并且其操作類型也類似。
圖3的器件既不包含圖1的中斷液晶層組分也不包含圖2的液晶層二色性染料組分，但是在其它方面類似于前兩個器件。在圖3中，每個基片被提供以電極6，以沿著液晶層施加電場，并沿著該層產(chǎn)生總體上垂面取向，可能的例外是取向緊鄰每個基片。必需能量的降低利于兩個取向?qū)拥娜玖辖M分經(jīng)由偏振光束5的重取向，從而在光束除去和電場停止之后，層3的尋址部分具有與未尋址部分不同的相互平行的取向方式。
如果需要的話，電極6可以進行細分，以選擇性尋址液晶層的各個區(qū)域。
以電極7替換圖3的電極6，以施加平行于液晶層平面的電場，得到圖4中的器件。如圖所示，電極7包含一對處于基片1的相對邊緣上的電極條，和一對處于基片2的相對邊緣上而不與基片1的電極條對準(zhǔn)(register)的電極條，比如所示的正交方式。實際上，所示的每對電極條可以是分布在整個基片上的一對交叉梳狀電極的一部分。
在單個基片上施加高于閾值的電場使鄰近的液晶取向重新取向，其保持總體上均勻但沿著液晶層在取向上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，并因此降低了光束5所需要的用以重取向處于兩個基片上的取向?qū)又械娜玖系哪芰?。通過在另一個基片上使用交叉梳狀電極并施加適當(dāng)?shù)钠窆馐?，可以以類似的方式實現(xiàn)回復(fù)初始的液晶取向方式。
只在一個方向上的切換，比如從均一的取向方式切換，可以通過使一個基片上的電極對準(zhǔn)另一個基片上的電極而變得方便。而且，如果將鄰近液晶因所施加的電場而造成的重取向設(shè)置成與初始和最終取向都成某個角度，比如45°，則可能施加扭轉(zhuǎn)作用以進行寫入和擦除操作。
清楚的是，交叉梳狀電極在一個或兩個基片上的其它取向方法可以根據(jù)切換需要和偏振化不同的光束5的使用情況進行提供。
而且，在比如需要沿著液晶層產(chǎn)生電場時，電極對的兩個電極均可以實現(xiàn)尋址?；蛘撸梢圆捎眠B續(xù)電極替換交叉梳狀電極，或除了交叉梳狀電極之外再采用連續(xù)電極——例如，一個基片可以承載交叉梳狀電極圖案而另一個基片可以包含連續(xù)的電極層，從而可能沿著該層或與處于一個基片上的該層平行施加電場。
應(yīng)該說明的是，構(gòu)造和操作本發(fā)明液晶器件的四個已述方法不是相互排斥的，并且可以采用其組合。比如，圖2的液晶層組分的重取向可以與圖4的面平行電場一起使用。
可以對前述的任何取向方法進行的改變是使液晶材料包括低聚物形式的摻雜劑，例如G P Bryan-Brown等人在Nature，399(1999年5月27日)，338-340中描述的“Weak Surface Anchoring of LiquidCrystals”。
據(jù)信，比液晶分子大得多的低聚物分子容易在基片附近濃縮并且提供了所謂的“滑潤表面(slippery surface)”。所致的由基片起始的液晶的逆向濃度梯度據(jù)信降低了取向?qū)雍鸵壕Р牧现g的相互作用，因此同時降低了改變?nèi)∠驅(qū)討B(tài)所需要的能量，因此可能甚至更進一步降低光學(xué)輸入，并且也降低了鄰近液晶材料的取向方式從由取向?qū)铀鸬娜∠蚍绞桨l(fā)生改變所需要的能量。
特別是在液晶取向方式從取向?qū)又厝∠蛞圆煌俣雀淖兊那闆r下，整個過程的這兩個階段可以在不同的時間點開始和/或終止。一個重要的考慮是液晶序列在取向?qū)又厝∠驎r被改變或保持改變態(tài)。
比如，在液晶材料包含可以進行光學(xué)改變以中斷液晶序列的摻雜劑(但是后者需要相對長的時間才能實現(xiàn))的情況下，有必要在取向?qū)拥挠行е厝∠蛑伴_始照射以活化摻雜劑。而且，在已改變液晶序列具有相當(dāng)長的壽命的情況下，提供這種改變的操作可以是連續(xù)的，或者在取向?qū)拥闹厝∠蜷_始時已經(jīng)終止。相反，在液晶序列的改變和取向?qū)拥闹厝∠蚨枷鄬^快的情況下，方便的是同時進行該過程的兩個階段。
應(yīng)該指出的是，因為經(jīng)由光束5的重取向只在便利手段也工作時才容易發(fā)生，所以各種操作模式都是可能的。
比如，可能以在任何時候只尋址器件的選定區(qū)域的光束(靜態(tài)光束或掃描光束)替換圖1或圖2的總照明光束4。這可用于降低光束4所需要的能量，并且無論光束4和5的波長彼此相同與否。
同樣地，光束5可以同時施加到待寫入的器件的所有選定區(qū)域，或施加到順序選定的(或掃描)區(qū)域中的所有象素，或先后施加到象素，如掃描。但是，與光束4的總照明和光束5的平行尋址相比，這類操作肯定降低整個器件的尋址速度。
還因為兩種情況都必須存在，所以可能的是將便利手段的(局部)施加進行邏輯加和，無論其是電子方式還是光學(xué)方式，采用的是(局部)取向?qū)佑涗浻霉馐?。因此，當(dāng)它們是相互不同的波長時，圖1和2中光束4和5的必要加和在邏輯或其它光學(xué)器件中證明也是有用的。
也應(yīng)該明白，其它初始和最終液晶取向方式是可能的。以下列表提供了多個可能的例子1.展曲態(tài)(splayed state)的旋轉(zhuǎn)基片1平面態(tài)和平面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)踊?正交(normal)垂面取向?qū)舆x項(a)具有取向中斷摻雜劑的液晶層(如圖1)(b)具有取向重取向摻雜劑的液晶層(如圖2)(c)處于每個基片上用于正交電場的電極(如圖3)(d)處于每個基片上用于方向不同的電場的面內(nèi)電極(比如，圖4所示的非對準(zhǔn)性電極)。2.在均一平面態(tài)(uniform planar state)和扭曲態(tài)(twisted state)之間切換基片1在平面態(tài)和平面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)踊?正交平面取向?qū)舆x項(a)具有取向中斷摻雜劑的液晶層(如圖1)(b)具有取向重取向摻雜劑的液晶層(如圖2)(c)每個基片上用于正交電場的電極(如圖3)(d)處于基片1上的面內(nèi)電極，或者其處于兩個基片上以在兩個基片上提供平行電場(比如對準(zhǔn)的電極)，扭曲態(tài)的能量促進回復(fù)均一平面態(tài)(e)處于兩個基片上的面內(nèi)電極以在兩個基片上提供相對傾斜比如正交導(dǎo)向(非對準(zhǔn)性電極，如圖4)的電場。3.均一平面態(tài)的旋轉(zhuǎn)基片1在平面態(tài)和平面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)踊?在平面態(tài)和平面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)舆x項(a)具有取向中斷摻雜劑的液晶層(如圖1)(b)具有取向重取向摻雜劑的液晶層(如圖2)(c)處于每個基片上用于正交電場的電極(如圖3)(d)處于每個基片上的面內(nèi)電極，在兩個基片上提供相對傾斜比如正交導(dǎo)向的電場(比如在圖4中)。4.在均一態(tài)(uniform state)和展曲態(tài)之間切換基片1在平面態(tài)和垂面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)踊?具有與基片1上的平面取向方式平行的取向方式的正交平面取向?qū)舆x項(a)具有取向中斷摻雜劑的液晶層(如圖1)(b)具有取向重取向摻雜劑的液晶層(如圖2)(c)處于每個基片上用于正交電場的電極(如圖3)(d)只處于基片1上的面內(nèi)電極，展曲態(tài)的能量促進回復(fù)到均一平面態(tài)(e)只處于基片1上的面內(nèi)電極，它是用于與基片2上的層正交的電場的電極(f)處于兩個基片上的電極，提供平行的電場(比如對準(zhǔn)性電極)。5.在扭曲態(tài)和展曲態(tài)之間切換基片1在平面態(tài)和垂面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)踊?用于與基片1上的平面取向方式垂直的正交平面取向方式的層選項(a)具有取向中斷摻雜劑的液晶層(如圖1)(b)具有取向重取向摻雜劑的液晶層(如圖2)(c)處于每個基片上用于正交電場的電極(如圖3)(d)處于每個基片上用于不同方向的電場的面內(nèi)電極(比如，圖4中的非對準(zhǔn)性電極)(e)只處于基片1上的面內(nèi)電極，它是用于與基片2上的層正交的電場的電極。6.在垂面態(tài)和展曲態(tài)之間切換基片1在平面態(tài)和垂面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)踊?正交垂面取向?qū)舆x項(a)具有取向中斷摻雜劑的液晶層(如圖1)(b)具有取向重取向摻雜劑的液晶層(如圖2)(c)處于每個基片上用于正交電場的電極(如圖3)(d)只處于基片1上的面內(nèi)電極，展曲態(tài)的能量促進回復(fù)到均一平面態(tài)(e)只處于基片1上的面內(nèi)電極，它是用于與基片2上的層正交的電場的電極(f)處于兩個基片上的電極，提供平行的電場(比如對準(zhǔn)性電極)。7.在垂面態(tài)和均一平面態(tài)之間切換基片1在平面態(tài)和垂面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)踊?在平面態(tài)和垂面態(tài)之間可光尋址的取向?qū)舆x項(a)具有取向中斷摻雜劑的液晶層(如圖1)(b)具有取向重取向摻雜劑的液晶層(如圖2)(c)處于每個基片上用于正交電場的電極(如圖3)(d)處于每個基片上用于相同方向的電場的面內(nèi)電極(比如對準(zhǔn)性電極)。
任何這些器件均可以以本身已知的方式構(gòu)造，其中液晶材料包含手性摻雜劑，用以產(chǎn)生超扭曲態(tài)或相對展曲態(tài)或平面態(tài)的穩(wěn)定扭曲態(tài)。這些器件中至少有些能夠提供灰色級譜顯示，或多級(多于二進制)信息存儲。
權(quán)利要求
1.便于鄰近液晶材料設(shè)置的液晶取向?qū)油ㄟ^至少第一波長的入射光的作用而從第一態(tài)改變到第二態(tài)的方法，其中取向?qū)幼饔糜卩徑壕Р牧弦允蛊湎鄬υ搶尤菀壮尸F(xiàn)相應(yīng)不同的第一取向和第二取向方式，該方法包括在所述取向?qū)訌乃龅谝粦B(tài)改變到所述第二態(tài)的同時從所述第一取向方式改變液晶材料序列的步驟。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟包含施加總體上平行于取向?qū)訉?dǎo)向的電場。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟包含施加與基片成一定角度導(dǎo)向的電場。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述角度是基本上90°。
5.任何前述權(quán)利要求的方法，其中所述步驟包括中斷液晶序列。
6.權(quán)利要求1～4任意一項的方法，其中液晶材料包含二色性組分，其響應(yīng)于與第一波長相同或不同的至少第二波長的偏振光而能夠有效重取向或重排列，并且所述步驟包括以第二波長的所述偏振光照射液晶材料。
7.任何前述權(quán)利要求的方法，其中至少一個波長的所述入射光只施加到取向?qū)拥倪x定區(qū)域。
8.前述權(quán)利要求的方法，包含使取向?qū)拥牡诙B(tài)改變到與第一態(tài)相同或不同的第三態(tài)的進一步的步驟。
9.任何前述權(quán)利要求的方法，其中至少一個波長的所述光具有預(yù)定的偏振化形式。
10.權(quán)利要求9和權(quán)利要求10的方法，其中向第三態(tài)的改變通過偏振化形式與所述預(yù)定偏振化形式不同的所述第一波長的光來實現(xiàn)。
11.任何前述權(quán)利要求的方法，其中液晶材料包含低聚物摻雜劑。
12.改變鄰近取向?qū)拥囊壕Р牧系娜∠蚍绞降姆椒?，該取向?qū)影∠蚍绞娇梢酝ㄟ^至少第一波長的入射光的作用而從第一態(tài)改變到第二態(tài)的材料，所述方法包含進行任何前述權(quán)利要求的方法并使液晶按照取向?qū)拥膽B(tài)重取向。
13.包含與第一基片上的液晶取向?qū)咏佑|的液晶材料的液晶器件，該取向?qū)影梢酝ㄟ^至少第一波長的入射光的作用而從第一態(tài)改變到第二態(tài)的材料，第一態(tài)和第二態(tài)使液晶材料的鄰近部分容易呈現(xiàn)相應(yīng)不同的第一取向和第二取向方式，其中該器件包括便利手段，用以在所述取向?qū)拥乃霾牧蠌乃龅谝粦B(tài)改變到所述第二態(tài)時，引起液晶材料序列從所述第一取向方式發(fā)生改變。
14.權(quán)利要求13的液晶器件，其中所述便利手段包括鄰近所述第一基片的面內(nèi)電極，和用于在所述電極之間偶合以提供足以使液晶材料序列從所述第一取向方式發(fā)生改變的電場的電勢差源。
15.權(quán)利要求13或權(quán)利要求14的液晶器件，其中所述便利手段包括引起液晶層取垂面取向方式的手段。
16.權(quán)利要求13～15任意一項的液晶器件，其中液晶材料包括以至少第二波長照射時發(fā)生轉(zhuǎn)變而中斷液晶相的組分，所述便利手段包括所述至少所述第二波長的光源。
17.權(quán)利要求16的液晶器件，其中所述第二波長充分優(yōu)化以引起所述的轉(zhuǎn)變。
18.權(quán)利要求13～15任意一項的液晶器件，其中液晶材料包括其取向方式影響液晶相序列的組分并且該組分在以至少第二波長的偏振光照射時取優(yōu)選的取向方式，所述便利手段包括所述至少所述第二波長的光源。
19.權(quán)利要求18的液晶器件，其中所述第二波長充分優(yōu)化以引起優(yōu)選取向方式的所述呈現(xiàn)。
20.權(quán)利要求16～19任意一項的液晶器件，其中第一波長和第二波長是基本上相同的。
21.權(quán)利要求16～19任意一項的液晶器件，其中第一波長和第二波長是不同的。
22.權(quán)利要求13～21任意一項的液晶器件，其中至少一個所述第一取向和第二取向方式是平面的。
23.權(quán)利要求22的液晶器件，其中所述至少一個平面取向方式是所述的第二取向方式。
24.權(quán)利要求22或權(quán)利要求23的液晶器件，其中所述第一取向和第二取向方式的另一個是平面的。
25.權(quán)利要求22或權(quán)利要求23的液晶器件，其中所述第一取向和第二取向方式的另一個是垂面取向。
26.權(quán)利要求13～25任意一項的液晶器件，其中液晶材料在所述第一基片和第二相對基片之間提供液晶層。
27.權(quán)利要求15和權(quán)利要求26的液晶器件，其中所述引起手段(causing means)包含在每個所述第一和第二基片上的電極。
28.權(quán)利要求26或權(quán)利要求27的液晶器件，其中鄰近第二基片的液晶層部分具有垂面取向方式。
29.權(quán)利要求26或權(quán)利要求27的液晶器件，其中鄰近第二基片的液晶層部分具有平面取向方式。
30.權(quán)利要求22和權(quán)利要求29的液晶器件，其中鄰近第二基片的平面取向方式與鄰近第一基片處于所述至少一種取向態(tài)的取向方式平行。
31.權(quán)利要求22和權(quán)利要求29的液晶器件，其中鄰近第二基片的平面取向方式相對鄰近第一基片處于所述至少一種取向態(tài)的取向方式傾斜。
32.權(quán)利要求26～31任意一項的液晶器件，其中第二基片被提供以液晶取向?qū)?，該層包含其取向方式可以通過波長與或不與所述第一波長不同的至少第三波長的入射光的作用而在第一和第二不同方向之間改變的材料。
33.權(quán)利要求32的液晶器件，其中所述第一方向包括平面取向方式。
34.權(quán)利要求33的液晶器件，其中所述第二方向包括平面取向方式。
35.權(quán)利要求33的液晶器件，其中所述第二方向包括垂面取向方式。
36.權(quán)利要求13～35任意一項的液晶器件，包括至少所述第一波長的所述光源。
37.權(quán)利要求36的液晶器件，其中至少第一波長的所述入射光包括至少兩個不同波段的光，每個能夠引起從第一取向到第二取向的所述改變。
38.權(quán)利要求36或權(quán)利要求37的液晶器件，包括用以通過至少所述第一波長的所述光局部尋址所述取向?qū)拥亩鄠€部分的手段。
39.權(quán)利要求13～38任意一項的液晶器件，其中液晶材料包含手性摻雜劑。
40.權(quán)利要求13～39任意一項的液晶器件，其中手性摻雜劑使扭曲態(tài)相對于展曲態(tài)或平面態(tài)得到穩(wěn)定。
41.權(quán)利要求13～40任意一項的液晶器件，其中液晶層具有超扭曲態(tài)。
42.權(quán)利要求13～41任意一項的液晶器件，其中狀態(tài)可通過入射光的作用而改變的所述材料響應(yīng)于所述的入射光而發(fā)生順反異構(gòu)化。
43.權(quán)利要求13～42任意一項的液晶器件，其中狀態(tài)可通過入射光的作用而改變的所述材料是偶氮染料、Schiff堿或均二苯代乙烯。
44.權(quán)利要求13～43任意一項的液晶器件，其中液晶材料包含低聚物摻雜劑。
45.基本上如前參照附圖的圖1～4任意一個所述的液晶器件。
46.基本上如前參照附圖的圖1～4任意一個所述的便于液晶取向?qū)又厝∠虻姆椒ā?br> 47.基本上如前參照附圖的圖1～4任意一個所述的改變液晶材料取向方式的方法。
全文摘要
第一基片(1)上的取向?qū)影ㄟ^至少第一波長的入射光(5)的作用可從第一態(tài)改變到第二態(tài)的材料，第一態(tài)和第二態(tài)使得液晶層(3)的鄰近部分容易呈現(xiàn)相應(yīng)不同的第一取向和第二取向方式。由于取向?qū)訌钠涞谝粦B(tài)改變到所述第二態(tài)，所以液晶的重取向通過自第一取向方式改變其序列而變得方便，比如通過施加電場(如面內(nèi)電極(7)所示)或中斷液晶序列。取向?qū)涌梢园琒chiff堿、偶氮染料或均二苯代乙烯，其可以響應(yīng)入射偏振光而有效地重取向，在其中產(chǎn)生順－反異構(gòu)化。液晶層可以經(jīng)由局部光和/或電尋址而發(fā)生局部重取向(如(a)～(c)所示，局部光束(5)改變了基片(1)上的平面取向方向)。
文檔編號G02F1/1337GK1408075SQ0081667
公開日2003年4月2日 申請日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月1日
發(fā)明者R·J·米勒 申請人:全息成像有限公司