光学器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是在光子学的领域。一个实施方式涉及使用近晶A液晶组合物的光学器 件。在一个非限定性的实施方式中，光学器件是显示器。在另一实施方式中，其是振幅型空 间光调制器。
【背景技术】
[0002] 光学器件包含液晶组合物，其中无序态是由近晶A动态散射的过程所产生，并且 清晰的均匀态是由介电重取向引起。此种光学器件可以用于提供可变的量的光透射，其是 局部地例如在"像素"中，或者跨越整个器件，而不需要偏光器。
[0003] 液晶具有的分子倾向于自行有序而不会凝固，且因此获得晶体特性，即使它们仍 会流动并且可能填满容器。液晶的各相大致是统一的状态序列，其中此种分子流体可以从 各向同性的液体直到它凝固成固体。一般而言，此种分子的典型特点将是强的各向异性。此 各向异性所采取的形式可以被认为是如下：分子的典型特点是高的长宽比（即，长度远大 于宽度，因此像是"棒"或"条"），并且可以具有偶极特征和可各向异性的极化性。在这些 情形下，分子取向的平均方向被称为"指向（director) "。
[0004] 向列相液晶代表了最常见的液晶材料，并且通常被用于液晶平面屏幕器件和平板 显示器。伸长向列相介晶（mesogen)的长度或其它结构变化则经常造成它们在低于向列相 冷却时显示另外的相；并且在固化之前，并且在较低的温度下，其典型特征可以是"层状流 体"。此种层状液晶被称为"近晶"液晶。在此，我们将仅考虑通常被称为"近晶A"的材料，其 缩写为"3!^"液晶。例如，原型"508"(4'-戊基-4-联苯基腈）、"5(^8"（是醚链接的戊基， 4'（戊氧基）_4_联苯基腈）是向列相，"8CB"(4'_辛基-联苯基腈）和"80CB"(4'_(辛氧 基）-4_联苯基腈）各自在较高温度的向列相之下展现SmA相，其中就缩写"mCB"和"mOCB" 而目，m代表整数并且分别是指4_氛基_4' -正烷基联苯基和4_氛基_4' -正烷氧基联苯 基中的烷基链或烷氧基链的碳原子数目；例如：
[0005] 8CB = 4_氛基_4'-辛基联苯基；以及
[0006] 80CB = 4-氛基-4'-辛氧基联苯基。
[0007] 形成SmA相的分子具有类似于形成向列相的那些分子的性质。它们类似棒状并且 经常具有正介电各向异性。为了引起负介电各向异性而引入强的横向偶极，则倾向于使SmA 相不稳定，并且可能导致增强的化学不稳定性。
[0008] 近晶A液晶展现其切换迟滞，使得当移除施加的电场时，介电重取向（或近晶结构 的其它扰动）并未弛豫。不像大多数的向列相液晶结构，介电重取向的SmA液晶保持在被 驱动的状态，直到施加另外的力。
[0009] 面板可以通过采用平面的片材（例如玻璃）形成，并且对这些片材施加透明的导 电层，该透明的导电层典型是由氧化铟锡制成的。导电层则连接于导体，使得可以施加可变 场。这两个片材可以形成为面板，其例如是由具有均匀直径（典型而言，比如说5-15微米， 这取决于期望的晶胞厚度）的珠所分开。所述面板然后用胶被边缘密封，留有一个或多个 孔以填充液晶材料。
[0010] 使用此种晶胞，则SmA液晶层可以通过填充面板（典型是在高于材料各向同性转 换的高温下）来形成。在本文讨论的SmA器件中，不需要对准层，不像需要均匀对准晶胞的 向列相器件。在填充和将此种SmA面板从室温热循环到高于各向同性转换并且再回来时， 液晶将展现诸相典型会有的纹理。然而，向列相液晶在没有表面对准时可能出现熟知的纹 影纹理，其中线缺陷或"丝线"散射光，在SmA液晶中，因为SmA材料的层状结构的缘故，形 成"聚焦圆锥状"纹理。折射率有剧烈的空间变化，这导致光散射。出现这些纹理由折射率 的各向异性造成，这在光行进正交于平均分子方向的较可极化的轴时是最高的。折射率的 变化造成光散射。当在交叉的偏光器之间来看时（在显微镜下），也可以在不同分子定向 的区域之间观察到对比。
[0011] 为了电寻址SmA液晶面板，通常施加交流（AC)场。在未掺杂的材料中，LC(液晶） 的正介电各向异性将造成起初随机排列的多域发生重排，以将介晶与场方向（垂直于玻璃 表面）对准。面板将显得清晰，因为各向异性分子的平均取向垂直于玻璃层。对于大多数 未掺杂的SmA材料而言，此状况仅通过加热晶胞以破坏SmA对准才是可逆的。
[0012] 如果适合的离子掺杂剂被溶解于SmA液晶宿主中，则在DC (直流）或低频（例如 〈200赫兹）电场的影响下，二个正交力尝试将近晶A的指向加以定向：
[0013] i)如上所述的介电重取向尝试将SmA指向（其表示长分子轴的平均方向）对准于 电场方向。
[0014] ii)同时，离子移动经过SmA电解质尝试将近晶A指向对准于离子较容易行进的方 向。
[0015] 在SmA材料中，这发生于诸层中，正交于场方向（也就是说，材料具有正介电各向 异性和负的导电各向异性）。二个竞争力导致液晶流体中的电水力不稳定性，其被称为"动 态散射"。在SmA材料中，动态散射状态强烈地散射光并且（与向列相材料的类似状态相比） 动态散射状态所产生的SmA结构瓦解在引发它的电脉冲已终止之后依然维持着。在清晰的 均匀定向的状态和离子输送所引起的多域散射状态之间的可逆性取决于这些过程运作的 不同频率域。动态散射需要场驱动离子通过液晶流体，因此仅发生于DC或低频率AC驱动。
[0016] 更高的频率造成介电重取向（离子无法在这些频率下"移动"），因而重新建立均 匀取向的分子。
[0017] 因此，在适当掺杂的SmA相（拥有正介电各向异性和负导电各向异性）中，介电重 取向（变成清晰的透明状态）和动态散射（变成强烈的光散射状态）的组合可以形成电寻 址显示器的基础。高频（典型多1000赫兹）将SmA层驱动成光学清晰的状态并且低频（典 型〈200赫兹）将它驱动成光散射的状态。此种显示器的关键特征是这些光学状态都使用 短的电寻址时间来设定，并且这两种光学状态都无限期地持续，或者持续直到它们重新电 寻址为止。在向列相液晶的相关现象中并不是这样。就是这种电光双稳定性（或更准确地 说是多重稳定性）的性质允许SmA动态散射显示器做矩阵寻址而不用像素电路，并且导致 它们在页面导向的显示器或智能窗口中有极低的功率消耗。 【实用新型内容】
[0018] 现在将在具有由多个x电极和多个y电极交叉来界定的晶胞矩阵的液晶器件的上 下文中，描述所谓的"三分之一选择（one third select) "模式。在"三分之一选择"模式 的寻址中，所有y电极维持在第一电压程度（例如接地），除了在它们以第二电压程度被轮 流频闪时。第一和第二电压程度之间的差异是频闪电压，其表示为V s。x电极被用于数据 输入，并且在分别在+Vd的第三电压程度和为-Vd的第四电压程度之间单个地并且选择性地 切换。这种电压程度设置使得当行电极y b被频闪时，跨越由列电极x 3与行电极y b的交叉 区域所界定的液晶xa、yb的元件体积所出现的电压是（V s+Vd) =Ve(其是足以影响该体积之 液晶材料的电压），或是较小的电压（Vs-V d)，这取决于列电极在频闪脉冲期间是否维持在 第三或第四程度。在三分之一选择模式的寻址中，使Vs等于二倍的V d。较小的电压（Vs-Vd) 不足以影响该体积。
[0019] 在这些情况下，可以看出在频闪脉冲期间跨越该元件体积所施加的电压是3Vd = 入或Vd，并且在其它时间等于Vd。因此，当行电极被频闪时，数据的输入是由出现在列电极 上的电位所确定的。当任何非y b的行电极正被频闪时，跨越元件体积x a、yb所出现的电压 大小仅为Vd，且因此它仅可以在与其自己的行相关的频闪间隔期间被切换。
[0020] 在一个方面中，提供的是液晶器件，其具有由行电极和列电极所界定的像素矩阵 布置，所述行电极和列电极夹着液晶组合物，所述器件还包括连接成以交流驱动电压来驱 动行电极和列电极的驱动电路，以及包括被设置成选择像素的寻址电路；寻址电路被设置 成使用所谓的"三分之一选择"或"三分之一寻址"技术来操作，其中它被设置成施加第一 交流电压到待选择的行或个别列（respectively column)、施加第二交流电压到待选择的 列或个别行，以及施加第三交流电压到不被选择的列或个别行，其中第一交流电压的振幅 大体为第二和第三交流电压的两倍，第一和第二交流电压为大体互相反相，并且第一和第 三交流电压为互相同相；所述液晶组合物以重量％计包括：
[0021] (a)总共25-75重量％的至少一种具有通式I的硅氧烷：
[0022]
[0023] 其中：
【主权项】
1. 一种光学器件，其特征是，所述光学器件具有由行电极和列电极所界定的像素矩阵 布置，所述行电极和列电极夹着液晶组合物，所述光学器件还包括驱动电路和寻址电路，所 述驱动电路被连接成W交流驱动电压来驱动所述行电极和列电极，且所述寻址电路被设置 成选择像素。
2. 如权利要求1所述的光学器件，所述光学器件在20°C和589nm下具有范围在0. 15 到0. 3的双折射率，并且在无序态下是不透明的，而在有序态下是清晰的。
3. 如权利要求2所述的光学器件，所述光学器件在20°C和589nm下具有范围在0. 16 到0. 2的双折射率。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的光学器件，所述电极之间的间距范围在2-50微米。
5. 如权利要求4所述的光学器件，所述电极之间的间距范围在5-15微米。
【专利摘要】本申请涉及一种光学器件，其具有由行电极和列电极所界定的像素矩阵布置，所述行电极和列电极夹着液晶组合物，所述光学器件还包括驱动电路和寻址电路，所述驱动电路被连接成以交流驱动电压来驱动所述行电极和列电极，且所述寻址电路被设置成选择像素。
【IPC分类】C09K19-40
【公开号】CN204369798
【申请号】CN201290000814
【发明人】A·B·达维, W·A·克罗斯兰德, 安德烈·德亚羽沙, H·许, 大平·褚, M·皮弗南克, J·P·汉宁顿, 特里·科拉普
【申请人】剑桥企业有限公司, 道康宁公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2012年9月6日
【公告号】WO2013038150A1