光调制元件制造技术

本发明专利技术涉及一种光调制元件，其包含夹于两个基板(1)之间的胆甾醇型液晶介质，该基板各自提供有公共电极结构(2)和驱动电极结构(3)，其中具有驱动和/或公共电极结构的基板另外提供有通过介电层(5)与相同基板上的驱动和或公共电极结构分开的配向电极结构(4)。本发明专利技术另外涉及产生所述光调制元件的方法和该光调制元件在各种类型的光学和电光器件(诸如电光显示器、液晶显示器(LCD)、非线性光学(NLO)器件和光学信息储存器件)中的用途。

Light modulator

The present invention relates to an optical modulation element, which comprises two clamping substrate (1) cholesteric liquid crystal medium between the substrate, each providing a common electrode structure (2) and a driving electrode structure (3), which has a base drive and / or public electrode structure also provided through the dielectric layer (5) with the same substrate and a separate driver or a public electrode structure alignment electrode structure (4). The invention also relates to methods for producing said light modulation element and the light modulation element in various types of optical and electro-optical devices (such as electro-optic display, liquid crystal display (LCD) and nonlinear optical (NLO) device and optical information storage device) in use.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光调制元件本专利技术涉及一种光调制元件，其包含夹于两个基板(1)之间的胆甾醇型液晶介质，该基板各自提供有公共电极结构(2)和驱动电极结构(3)，其中具有驱动和/或公共电极结构的基板另外提供有通过介电层(5)与相同基板上的驱动和/或公共电极结构分开的配向电极结构(4)。本专利技术另外涉及一种制造所述光调制元件的方法，和所述光调制元件在各类光学和电光器件(诸如电光显示器、液晶显示器(LCD)、非线性光学(NLO)器件和光学信息储存器件)中的用途。液晶显示器(LCD)被广泛地用于显示信息。LCD用于直视显示器以及投影型显示器。用于大多数显示器的电光模式仍然是扭曲向列(TN)模式及其各种变体。除此模式外，已越来越多地使用超扭曲向列(STN)模式和最近的光补偿弯曲(OCB)模式和电控双折射(ECB)模式和它们的各种变体(例如垂直配向向列(VAN)、图案化ITO垂直配向向列(PVA)、聚合物稳定化垂直配向向列(PSVA)模式和多域垂直配向向列(MVA)模式以及其它)。所有这些模式均使用基本上垂直于基板，或液晶层的电场。除这些模式外，还存在采用基本上平行于基板，或液晶层的电场的电光模式，例如平面内切换(简称IPS)模式(如例如DE4000451和EP0588568中所公开)和边缘场切换(FFS)模式。特别是之后提及的具有良好视角性质和改良的响应时间的电光模式正越来越多地用于现代桌上型监视器的LCD，和甚至用于TV和多媒体应用的显示器，且因此与TN-LCD进行竞争。进一步就这些显示器而言，已提出将使用具有相对较短胆甾醇型节距的胆甾醇型液晶的新显示模式用于利用所谓的“弯电”效应的显示器中，其尤其描述在Meyer等人，LiquidCrystals1987，58,15；Chandrasekhar,“LiquidCrystals”，第2版，CambridgeUniversityPress(1992)；和P.G.deGennes等人，“ThePhysicsofLiquidCrystals”，第2版，OxfordSciencePublications(1995)中。采用弯电效应的显示器通常特征在于快速的响应时间(通常在500μs至3ms的范围内)，且另外特征在于优异的灰阶能力。在这些显示器中，胆甾醇型液晶为例如以“均匀卧式螺旋”配置(ULH)进行定向，此显示器模式也以此命名。出于此目的，与向列材料混合的手性物质诱导了螺旋扭转，同时将该材料转变成等效于胆甾醇材料的手性向列材料。均匀卧式螺旋织构是使用具有短节距(通常是在0.2μm至2μm的范围内，优选为1.5μm或更小，特别为1.0μm或更小)的手性向列型液晶实现，该手性向列型液晶与液晶盒中其平行于基板的螺旋轴单向配向。在该配置中，手性向列型液晶的螺旋轴等效于双折射板的光轴。若以垂直于螺旋轴的方式对此配置施加电场，则光轴在盒的平面中旋转，这类似于铁电液晶的指向矢在表面稳定化的铁电液晶显示器中的旋转。该场在指向矢中诱导展曲弯曲结构，其通过光轴中的倾斜调节。轴的旋转角度与电场强度以第一近似成正比且成线性比例。当液晶盒放置在交叉偏振器之间，且光轴处于无动力状态(unpoweredstate)、与偏振器中的一个的吸收轴成22.5°的角度时，所见的光学效应最佳。此22.5°的角度也是电场的理想旋转角度，因而，通过电场的反转，光轴旋转45°，并通过适当选择螺旋的轴、偏振器的吸收轴的优选方向与电场方向的相对定向，光轴可从平行于一个偏振器切换为在两个偏振器之间的中心角。当光轴切换的总角度为45°时，则实现最佳对比度。在该情况下，该配置可用作可切换的四分之一波片，其条件为光延迟(即液晶的有效双折射与盒厚的乘积)选定为波长的四分之一。在此上下文中，所提及的波长为550nm，人眼对该波长的灵敏度最高。通过式(1)以良好近似值给定光轴的旋转角(Φ)，其中P0为胆甾醇型液晶的未受干扰的节距，为展曲弯电系数(e展曲)与弯曲弯电系数(e弯曲)的平均值E为电场强度且K为展曲弹性常数(k11)与弯曲弹性常数(K33)的平均值[K＝1/2(k11+k33)]且其中称为挠曲(flexo)-弹性比率。此旋转角度为在弯电切换元件中的切换角度的一半。通过式(2)以良好的近似值给出此电光效应的响应时间(τ)τ＝[P0/(2π)]2·γ/K(2)其中γ为与螺旋的畸变(distortion)相关的有效粘度系数。存在临界场(Ec)以解开螺旋，其可获自等式(3)Ec＝(π2/P0)·[k22/(ε0·△ε)]1/2(3)其中k22为扭转弹性常数，ε0为真空的电容率，且△ε为液晶的介电各向异性。然而，阻碍大规模生产ULH显示器的主要障碍在于其配向是固有地不稳定的并且没有单一表面处理(平面、垂面或倾斜)提供能量稳定状态。由于此，获得高品质暗状态是困难的，这是由于在使用常规盒时存在大量缺陷。用以改良ULH配向的尝试主要涉及表面或本体聚合物网络上的聚合物结构，例如以下中所描述：Appl.Phys.Lett.2010、96、113503“Periodicanchoringconditionforalignmentofashortpitchcholestericliquidcrystalinuniformlyinghelixtexture”；Appl.Phys.Lett.2009，95，011102，“Shortpitchcholestericelectro-opticaldevicebasedonperiodicpolymerstructures”；J.Appl.Phys.2006，99，023511，“Effectofpolymerconcentrationonstabilizedlarge-tilt-angleflexoelectro-opticswitching”；J.Appl.Phys.1999，86，7，“Alignmentofcholestericliquidcrystalsusingperiodicanchoring”；Jap.J.Appl.Phys.2009，48，101302，”AlignmentoftheUniformLyingHelixStructureinCholestericLiquidCrystals”或US2005/0162585A1。Carbone等人在Mol.Cryst.Liq.Cryst.2011，544,37-49中提出另一种改良ULH配向的尝试。作者利用通过双光子激发激光-光刻法工艺使UV可固化材料固化所产生的表面浮雕(relief)结构来促进形成稳定ULH织构。然而，所有上述尝试均需要不利的加工步骤，其特别不与通常已知用于大规模生产LC器件的方法相容。另一改良ULH配向的尝试是由Qasim等人在Applied.Phys.Lett.2012,100,063501中提出。作者利用IPS电极结构以促进形成稳定的ULH织构。通过使用IPS电极作为配向和驱动电极，配向电压需要远高于利用类似FFS的配向电极以提供相同电场强度，且不能完全切换显示器，其中因此透射率不利地较低。因此，本专利技术的一个目的是提供一种替代性或优选改良的ULH模式的弯电光调制元件，其没有现有技术的缺点，且优选具有上下文所提及的优点。这些优本文档来自技高网...

【技术保护点】
光调制元件，其包含夹于两个基板(1)之间的胆甾醇型液晶介质，该基板各自提供有公共电极结构(2)和驱动电极结构(3)，其中具有驱动和/或公共电极结构的基板另外提供有通过介电层(5)与相同基板上的驱动和或公共电极结构分开的配向电极结构(4)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.23 EP 15000198.01.光调制元件，其包含夹于两个基板(1)之间的胆甾醇型液晶介质，该基板各自提供有公共电极结构(2)和驱动电极结构(3)，其中具有驱动和/或公共电极结构的基板另外提供有通过介电层(5)与相同基板上的驱动和或公共电极结构分开的配向电极结构(4)。2.根据权利要求1的光调制元件，其中该配向电极结构包含周期性基本上平行条带电极，各个电极之间的间隙在500nm至10μm的范围，和各个条带电极的宽度在500nm至10μm的范围，和其中各个条带电极的高度在40nm至10μm的范围。3.根据权利要求1或2的光调制元件，其中该驱动电极结构电连接至第一TFT(TFT1)的漏极和该配向电极结构电连接至第二TFT(TFT2)的漏极。4.根据权利要求1至3中一项或多项的光调制元件，其中该第一TFT(TFT1)的源极电连接至数据线，和该第二TFT(TFT2)的源极电连接至公共电极。5.根据权利要求1至4中一项或多项的光调制元件，其中该基板以彼此大约1μm至大约50μm范围的间隔进行配置。6.根据权利要求1至5中一项或多项的光调制，其包含两个或更多个偏振器，其中至少一个配置于液晶介质层的一侧上和其中至少一个配置于液晶介质层的相对侧上。7.根据权利要求1至6中一项或多项的光调制，其中该胆甾醇型液晶介质包含至少一种双介晶化合物和至少一种手性化合物。8.根据权利要求1至7中一项或多项的光调制，其中该胆甾醇型液晶介质包至少一种选自式A-I至A-III的化合物的双介晶化合物：其中R11和R12，R21和R22，以及R31和R32各自独立地为H、F、Cl、CN、NCS或具有1至25个C原子的直链或支链烷基，该烷基可未被取代、被卤素或CN单或多取代，一个或多个不相邻的CH2基团也可在每次出现时彼此独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-或-C≡C-以氧原子彼此不直接相连的方式替代，MG11和MG12,MG21和MG22,以及MG31和MG32各自独立地为介晶基团，Sp1、Sp2和Sp3各自独立地为包含5至40个C原子的间隔基团，其中除连接至O-MG11和/或O-MG12的Sp1、连接至MG21和/或MG22的Sp2和连接至X31和X32的Sp3的CH2基团之外，一个或多个不相邻的CH2基团也可被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-、-CH(卤素)-、-CH(CN)-、-CH＝CH-或-C≡C-替代，然而，替代方式为没有两个O原子彼此相邻，没有两个-CH＝CH-基团彼此相邻，且没有两个选自-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-和-CH＝CH-的基团彼此相邻，和X31和X32彼此独立地为选自-CO-O-、-O-CO-、-CH＝CH-、-C≡C-或-S-的连接基团，并且备选地，它们中的一者也可为-O-或单键，并且再次备选地，它们中的一者可为-O-且另一者为单键。9.根据权利要求1至8中一项或多项的光调制，其中该胆甾醇型液晶介质包含一种或多种手性化合物，其选自式C-I至C-III的化合物，包括各自的(S，S)对映异构体，和其中E和F各自独立地为1,4-亚苯基或反式-1,4-亚环己基，v为0或1，Z0为-COO-、-OCO-、-CH2CH2-或单键，和R为具有1至12个C原子的烷基、烷氧基或烷酰基。10.根据权利要求1至9中一项或多项的光调制元件，其中该胆甾醇型液晶介质包含一种或多种可聚合液晶化合物，其选自式D的化合物，P-Sp-MG-R0D...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明洲，陈冠妤，
申请(专利权)人：默克专利股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE