光學(xué)器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是在光子學(xué)的領(lǐng)域。一個(gè)實(shí)施方式涉及使用近晶A液晶組合物的光學(xué)器 件。在一個(gè)非限定性的實(shí)施方式中，光學(xué)器件是顯示器。在另一實(shí)施方式中，其是振幅型空 間光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)器件包含液晶組合物，其中無序態(tài)是由近晶A動(dòng)態(tài)散射的過程所產(chǎn)生，并且 清晰的均勻態(tài)是由介電重取向引起。此種光學(xué)器件可以用于提供可變的量的光透射，其是 局部地例如在"像素"中，或者跨越整個(gè)器件，而不需要偏光器。
[0003] 液晶具有的分子傾向于自行有序而不會(huì)凝固，且因此獲得晶體特性，即使它們?nèi)?會(huì)流動(dòng)并且可能填滿容器。液晶的各相大致是統(tǒng)一的狀態(tài)序列，其中此種分子流體可以從 各向同性的液體直到它凝固成固體。一般而言，此種分子的典型特點(diǎn)將是強(qiáng)的各向異性。此 各向異性所采取的形式可以被認(rèn)為是如下：分子的典型特點(diǎn)是高的長(zhǎng)寬比（即，長(zhǎng)度遠(yuǎn)大 于寬度，因此像是"棒"或"條"），并且可以具有偶極特征和可各向異性的極化性。在這些 情形下，分子取向的平均方向被稱為"指向（director) "。
[0004] 向列相液晶代表了最常見的液晶材料，并且通常被用于液晶平面屏幕器件和平板 顯示器。伸長(zhǎng)向列相介晶（mesogen)的長(zhǎng)度或其它結(jié)構(gòu)變化則經(jīng)常造成它們?cè)诘陀谙蛄邢?冷卻時(shí)顯示另外的相；并且在固化之前，并且在較低的溫度下，其典型特征可以是"層狀流 體"。此種層狀液晶被稱為"近晶"液晶。在此，我們將僅考慮通常被稱為"近晶A"的材料，其 縮寫為"3!^"液晶。例如，原型"508"(4'-戊基-4-聯(lián)苯基腈）、"5(^8"（是醚鏈接的戊基， 4'（戊氧基）_4_聯(lián)苯基腈）是向列相，"8CB"(4'_辛基-聯(lián)苯基腈）和"80CB"(4'_(辛氧 基）-4_聯(lián)苯基腈）各自在較高溫度的向列相之下展現(xiàn)SmA相，其中就縮寫"mCB"和"mOCB" 而目，m代表整數(shù)并且分別是指4_氛基_4' -正烷基聯(lián)苯基和4_氛基_4' -正烷氧基聯(lián)苯 基中的烷基鏈或烷氧基鏈的碳原子數(shù)目；例如：
[0005] 8CB = 4_氛基_4'-辛基聯(lián)苯基；以及
[0006] 80CB = 4-氛基-4'-辛氧基聯(lián)苯基。
[0007] 形成SmA相的分子具有類似于形成向列相的那些分子的性質(zhì)。它們類似棒狀并且 經(jīng)常具有正介電各向異性。為了引起負(fù)介電各向異性而引入強(qiáng)的橫向偶極，則傾向于使SmA 相不穩(wěn)定，并且可能導(dǎo)致增強(qiáng)的化學(xué)不穩(wěn)定性。
[0008] 近晶A液晶展現(xiàn)其切換遲滯，使得當(dāng)移除施加的電場(chǎng)時(shí)，介電重取向（或近晶結(jié)構(gòu) 的其它擾動(dòng)）并未弛豫。不像大多數(shù)的向列相液晶結(jié)構(gòu)，介電重取向的SmA液晶保持在被 驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)，直到施加另外的力。
[0009] 面板可以通過采用平面的片材（例如玻璃）形成，并且對(duì)這些片材施加透明的導(dǎo) 電層，該透明的導(dǎo)電層典型是由氧化銦錫制成的。導(dǎo)電層則連接于導(dǎo)體，使得可以施加可變 場(chǎng)。這兩個(gè)片材可以形成為面板，其例如是由具有均勻直徑（典型而言，比如說5-15微米， 這取決于期望的晶胞厚度）的珠所分開。所述面板然后用膠被邊緣密封，留有一個(gè)或多個(gè) 孔以填充液晶材料。
[0010] 使用此種晶胞，則SmA液晶層可以通過填充面板（典型是在高于材料各向同性轉(zhuǎn) 換的高溫下）來形成。在本文討論的SmA器件中，不需要對(duì)準(zhǔn)層，不像需要均勻?qū)?zhǔn)晶胞的 向列相器件。在填充和將此種SmA面板從室溫?zé)嵫h(huán)到高于各向同性轉(zhuǎn)換并且再回來時(shí)， 液晶將展現(xiàn)諸相典型會(huì)有的紋理。然而，向列相液晶在沒有表面對(duì)準(zhǔn)時(shí)可能出現(xiàn)熟知的紋 影紋理，其中線缺陷或"絲線"散射光，在SmA液晶中，因?yàn)镾mA材料的層狀結(jié)構(gòu)的緣故，形 成"聚焦圓錐狀"紋理。折射率有劇烈的空間變化，這導(dǎo)致光散射。出現(xiàn)這些紋理由折射率 的各向異性造成，這在光行進(jìn)正交于平均分子方向的較可極化的軸時(shí)是最高的。折射率的 變化造成光散射。當(dāng)在交叉的偏光器之間來看時(shí)（在顯微鏡下），也可以在不同分子定向 的區(qū)域之間觀察到對(duì)比。
[0011] 為了電尋址SmA液晶面板，通常施加交流（AC)場(chǎng)。在未摻雜的材料中，LC(液晶） 的正介電各向異性將造成起初隨機(jī)排列的多域發(fā)生重排，以將介晶與場(chǎng)方向（垂直于玻璃 表面）對(duì)準(zhǔn)。面板將顯得清晰，因?yàn)楦飨虍愋苑肿拥钠骄∠虼怪庇诓Ａ?。?duì)于大多數(shù) 未摻雜的SmA材料而言，此狀況僅通過加熱晶胞以破壞SmA對(duì)準(zhǔn)才是可逆的。
[0012] 如果適合的離子摻雜劑被溶解于SmA液晶宿主中，則在DC (直流）或低頻（例如 〈200赫茲）電場(chǎng)的影響下，二個(gè)正交力嘗試將近晶A的指向加以定向：
[0013] i)如上所述的介電重取向嘗試將SmA指向（其表示長(zhǎng)分子軸的平均方向）對(duì)準(zhǔn)于 電場(chǎng)方向。
[0014] ii)同時(shí)，離子移動(dòng)經(jīng)過SmA電解質(zhì)嘗試將近晶A指向?qū)?zhǔn)于離子較容易行進(jìn)的方 向。
[0015] 在SmA材料中，這發(fā)生于諸層中，正交于場(chǎng)方向（也就是說，材料具有正介電各向 異性和負(fù)的導(dǎo)電各向異性）。二個(gè)競(jìng)爭(zhēng)力導(dǎo)致液晶流體中的電水力不穩(wěn)定性，其被稱為"動(dòng) 態(tài)散射"。在SmA材料中，動(dòng)態(tài)散射狀態(tài)強(qiáng)烈地散射光并且（與向列相材料的類似狀態(tài)相比） 動(dòng)態(tài)散射狀態(tài)所產(chǎn)生的SmA結(jié)構(gòu)瓦解在引發(fā)它的電脈沖已終止之后依然維持著。在清晰的 均勻定向的狀態(tài)和離子輸送所引起的多域散射狀態(tài)之間的可逆性取決于這些過程運(yùn)作的 不同頻率域。動(dòng)態(tài)散射需要場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子通過液晶流體，因此僅發(fā)生于DC或低頻率AC驅(qū)動(dòng)。
[0016] 更高的頻率造成介電重取向（離子無法在這些頻率下"移動(dòng)"），因而重新建立均 勻取向的分子。
[0017] 因此，在適當(dāng)摻雜的SmA相（擁有正介電各向異性和負(fù)導(dǎo)電各向異性）中，介電重 取向（變成清晰的透明狀態(tài)）和動(dòng)態(tài)散射（變成強(qiáng)烈的光散射狀態(tài)）的組合可以形成電尋 址顯示器的基礎(chǔ)。高頻（典型多1000赫茲）將SmA層驅(qū)動(dòng)成光學(xué)清晰的狀態(tài)并且低頻（典 型〈200赫茲）將它驅(qū)動(dòng)成光散射的狀態(tài)。此種顯示器的關(guān)鍵特征是這些光學(xué)狀態(tài)都使用 短的電尋址時(shí)間來設(shè)定，并且這兩種光學(xué)狀態(tài)都無限期地持續(xù)，或者持續(xù)直到它們重新電 尋址為止。在向列相液晶的相關(guān)現(xiàn)象中并不是這樣。就是這種電光雙穩(wěn)定性（或更準(zhǔn)確地 說是多重穩(wěn)定性）的性質(zhì)允許SmA動(dòng)態(tài)散射顯示器做矩陣尋址而不用像素電路，并且導(dǎo)致 它們?cè)陧?yè)面導(dǎo)向的顯示器或智能窗口中有極低的功率消耗。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0018] 現(xiàn)在將在具有由多個(gè)x電極和多個(gè)y電極交叉來界定的晶胞矩陣的液晶器件的上 下文中，描述所謂的"三分之一選擇（one third select) "模式。在"三分之一選擇"模式 的尋址中，所有y電極維持在第一電壓程度（例如接地），除了在它們以第二電壓程度被輪 流頻閃時(shí)。第一和第二電壓程度之間的差異是頻閃電壓，其表示為V s。x電極被用于數(shù)據(jù) 輸入，并且在分別在+Vd的第三電壓程度和為-Vd的第四電壓程度之間單個(gè)地并且選擇性地 切換。這種電壓程度設(shè)置使得當(dāng)行電極y b被頻閃時(shí)，跨越由列電極x 3與行電極y b的交叉 區(qū)域所界定的液晶xa、yb的元件體積所出現(xiàn)的電壓是（V s+Vd) =Ve(其是足以影響該體積之 液晶材料的電壓），或是較小的電壓（Vs-V d)，這取決于列電極在頻閃脈沖期間是否維持在 第三或第四程度。在三分之一選擇模式的尋址中，使Vs等于二倍的V d。較小的電壓（Vs-Vd) 不足以影響該體積。
[0019] 在這些情況下，可以看出在頻閃脈沖期間跨越該元件體積所施加的電壓是3Vd = 入或Vd，并且在其它時(shí)間等于Vd。因此，當(dāng)行電極被頻閃時(shí)，數(shù)據(jù)的輸入是由出現(xiàn)在列電極 上的電位所確定的。當(dāng)任何非y b的行電極正被頻閃時(shí)，跨越元件體積x a、yb所出現(xiàn)的電壓 大小僅為Vd，且因此它僅可以在與其自己的行相關(guān)的頻閃間隔期間被切換。
[0020] 在一個(gè)方面中，提供的是液晶器件，其具有由行電極和列電極所界定的像素矩陣 布置，所述行電極和列電極夾著液晶組合物，所述器件還包括連接成以交流驅(qū)動(dòng)電壓來驅(qū) 動(dòng)行電極和列電極的驅(qū)動(dòng)電路，以及包括被設(shè)置成選擇像素的尋址電路；尋址電路被設(shè)置 成使用所謂的"三分之一選擇"或"三分之一尋址"技術(shù)來操作，其中它被設(shè)置成施加第一 交流電壓到待選擇的行或個(gè)別列（respectively column)、施加第二交流電壓到待選擇的 列或個(gè)別行，以及施加第三交流電壓到不被選擇的列或個(gè)別行，其中第一交流電壓的振幅 大體為第二和第三交流電壓的兩倍，第一和第二交流電壓為大體互相反相，并且第一和第 三交流電壓為互相同相；所述液晶組合物以重量％計(jì)包括：
[0021] (a)總共25-75重量％的至少一種具有通式I的硅氧烷：
[0022]
[0023] 其中：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光學(xué)器件，其特征是，所述光學(xué)器件具有由行電極和列電極所界定的像素矩陣 布置，所述行電極和列電極夾著液晶組合物，所述光學(xué)器件還包括驅(qū)動(dòng)電路和尋址電路，所 述驅(qū)動(dòng)電路被連接成W交流驅(qū)動(dòng)電壓來驅(qū)動(dòng)所述行電極和列電極，且所述尋址電路被設(shè)置 成選擇像素。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，所述光學(xué)器件在20°C和589nm下具有范圍在0. 15 到0. 3的雙折射率，并且在無序態(tài)下是不透明的，而在有序態(tài)下是清晰的。
3. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)器件，所述光學(xué)器件在20°C和589nm下具有范圍在0. 16 到0. 2的雙折射率。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，所述電極之間的間距范圍在2-50微米。
5. 如權(quán)利要求4所述的光學(xué)器件，所述電極之間的間距范圍在5-15微米。
【專利摘要】本申請(qǐng)涉及一種光學(xué)器件，其具有由行電極和列電極所界定的像素矩陣布置，所述行電極和列電極夾著液晶組合物，所述光學(xué)器件還包括驅(qū)動(dòng)電路和尋址電路，所述驅(qū)動(dòng)電路被連接成以交流驅(qū)動(dòng)電壓來驅(qū)動(dòng)所述行電極和列電極，且所述尋址電路被設(shè)置成選擇像素。
【IPC分類】C09K19-40
【公開號(hào)】CN204369798
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201290000814
【發(fā)明人】A·B·達(dá)維, W·A·克羅斯蘭德, 安德烈·德亞羽沙, H·許, 大平·褚, M·皮弗南克, J·P·漢寧頓, 特里·科拉普
【申請(qǐng)人】劍橋企業(yè)有限公司, 道康寧公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2012年9月6日
【公告號(hào)】WO2013038150A1