光调制元件制造技术

公开了光调制元件，其包含夹在两个相对基板之间的胆甾醇型液晶介质、和用于施加基本上垂直于基板的电场的电极配置。胆甾醇型(手性‑向列型)液晶展现出弯电效应并在均匀卧式螺旋(ULH)结构中配向。基板之一设置有相邻于该胆甾醇型液晶介质的平面(即，沿面)配向层且另一基板设置有垂面配向层。该配置提供了固有稳定的配向，其容许实现高品质暗态。该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。该光调制元件可用于多种类型的光学器件中：显示器、非线性光学器件和光学信息储存器件。

【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光调制元件，其包含夹在两个相对基板之间的胆甾醇型液晶介质、能够容许施加基本上垂直于基板主平面或该胆甾醇型液晶介质的层的电场的电极配置，优选由其组成，该光调制元件的特征在于该基板之一设置有相邻于该胆甾醇型液晶介质的经处理的平面配向层且另一基板设置有相邻于该胆甾醇型液晶介质的垂面配向层。本专利技术进一步涉及生产所述光调制元件的方法和所述光调制元件在诸如电光显示器、液晶显示器(LCD)、非线性光学(NLO)器件和光学信息储存器件的各种类型的光学和电光器件中的用途。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。用于绝大多数显示器的光电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光电模式，例如面内切换(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进的响应时间的光电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。在利用弯电模式的液晶显示器中，倾斜角(Θ)描述光轴在盒x-y平面中的旋转。存在两种利用该效应产生白色和黑暗状态的基本方法。这两种方法间的最大差别在于所需的倾斜角和在零场状态下偏振器的透射轴相对ULH的光轴的定向。“Θ模式”与“2Θ模式”间的主要差别在于在零电场状态下液晶的光轴平行于偏振器轴之一(在2Θ模式的情况下)或与一偏振器的轴成22.5°角(在Θ模式的情况下)。2Θ模式相对于Θ模式的优点在于液晶显示器在不对盒施加电场时显示黑色。然而，该Θ模式的优点在于e/K可更低，因为该模式相比于2Θ模式仅需要一半切换角。通过以下等式以良好近似值给定光轴的旋转角(Φ)，tanΦ＝ēP0E/(2πK)其中P0为胆甾醇型液晶的未受干扰的节距，ē为展曲弯电系数(e展曲)与弯曲弯电系数(e弯曲)的平均值[ē＝1/2(e展曲+e弯曲)]，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ē/K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。通过以下等式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，其可获自以下等式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到目前为止，没有单一表面处理(平面、垂面或倾斜)提供能量稳定状态(具有ULH织构的额外的定向性)。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，所有上述尝试尤其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。因此，本专利技术的一个目的是提供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。这些优点尤其是有利的高切换角、有利的快速响应时间、寻址所需的有利的低电压、与常用驱动电子件相容、有利的真正黑暗的“关闭状态”，其应当通过ULH织构的长期稳定配向实现，该ULH织构以限定的优选的方向均匀地定向。本领域技术人员可由以下详细描述立即明了本专利技术的其他目的。出人意料地，本专利技术人已发现，可通过提供光调制元件来实现上文所限定目的中的一个或多个，该光调制元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光调制元件，其包含夹在两个相对基板之间的胆甾醇型液晶介质、能够容许施加基本上垂直于基板主平面或胆甾醇型液晶介质的层的电场的电极配置，该光调制元件的特征在于该基板之一设置有相邻于该胆甾醇型液晶介质的经处理的平面配向层且另一基板设置有相邻于该胆甾醇型液晶介质的垂面配向层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.17 EP 16169930.11.光调制元件，其包含夹在两个相对基板之间的胆甾醇型液晶介质、能够容许施加基本上垂直于基板主平面或胆甾醇型液晶介质的层的电场的电极配置，该光调制元件的特征在于该基板之一设置有相邻于该胆甾醇型液晶介质的经处理的平面配向层且另一基板设置有相邻于该胆甾醇型液晶介质的垂面配向层。2.根据权利要求1的光调制元件，其中该电极结构是作为整个基板和/或像素区域上的电极层来提供的。3.根据权利要求1或2的光调制元件，其中该经处理的配向层是通过摩擦来处理。4.根据权利要求1至3中一项或多项的光调制元件，其包含两个或更多个偏振器，该偏振器中至少之一配置于该液晶介质层的一侧上且该偏振器中至少之一配置于该液晶介质层的相对侧上。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。6.根据权利要求1至5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至少一种双介晶化合物、至少一种手性化合物和一种或多种向列态化合物。7.根据权利要求1至6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至少一种选自式A-I至A-III化合物的组的双介晶化合物：其中R11和R12R21和R22以及R31和R32各自独立地是H、F、Cl、CN、NCS或具有1个至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单取代或多取代，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以氧原子彼此不直接连接的方式被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-或-C≡C-代替，MG11和MG12MG21和MG22以及MG31和MG32各自独立地是介晶基团，Sp1、Sp2和Sp3各自独立地是包含5至40个C原子的间隔基团，其中一个或多个不相邻的CH2基团，除连接至O-MG11和/或O-MG12的Sp1的CH2基团、连接至MG21和/或MG22的Sp2的CH2基团和连接至X31和X32的Sp3的CH2基团外，也可以使得没有两个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-及-CH＝CH-的基团彼此相邻的方式被-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-代替，和X31和X32彼此独立地是选自-CO-O-、-O-CO-、-CH＝CH-、-C≡C-或-S-的连接基团，且或者其中的一个也可是-O-或单键，且再或者其中的一个可是-O-且另一者是单键。8.根据权利要求1至7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选自式C-I至C-III化合物的组的手性化合物：包括各别(S,S)镜像异构体，且其中E和F各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·菲布兰兹，P·拜斯特，M·克路威德，S·希米安诺斯基，
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