液晶装置的制作方法

专利名称：液晶装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及液晶领域。更具体地说，本发明涉及利用极化态
的液晶与所施加的面内(in-plane)电场之间的诸如铁电耦合和/或挠 曲电耦合之类的线性耦合所驱动的液晶装置。
背景技术：
一般情况下，向列液晶显示器(LCD)是以引起电光学响应的介 电耦合、即液晶的介电各向异性(As)与所施加的电场之间的耦合为 基础而工作的。这种响应关于所施加的电场是二次的而不是极性的， 并且是由场所导致的液晶分子的转换所引起的。在传统的向列LCD 中，液晶分子的转换发生在包含所施加的电场的方向的平面中，这意 味着施加于液晶夹层单元上电场将会把分子转换到面外
(out-of-plane )，即垂直于单元基板的平面中。但是，这种转换的电 光学响应具有强烈依赖于视角的对比度。此外，总响应时间(T)、即
转换时间通常不会充分短到适于观察运动图像；其中所述总响应时间
(T)是上升时间(Tr)与下降(场关断)时间(Tt)之和。
另一方面，LCD具有沉积在一个基板的内表面上的叉指型电极图 案(用于生成面内电场)，表出光轴的面内转换(IPS )，从而提 供了对比度较少依赖视角的图像。在改进的S-IPS (超面内转换)中， 利用了绯鱼骨状的电极结构。然而，工作在IPS模式下的显示器的转 换时间并不足够短到适合于产生高品质的运动图像。
面内电场也可以利用产生边缘电场的梳状电极结构来有效地产 生。然而，同样，在这些所谓的边缘场转换(FFS)装置中，普遍使 用介电耦合，因此上述的场关断时间长的问题并没有解决。
应当提及的是，在上述情况下，场关断时间(Tf )并不取决于
6所施加电场的幅度，而上升时间(Tr )则依赖于所施加电场的幅度。 因此，虽然上升时间可以由电场有效地控制，场关断时间则是与场无
关的。它仅取决于单元特征，诸如单元的间隙；还取决于液晶材料的 参数，诸如粘度和对固体基板的锚固强度。
另一个已知的将向列液晶在不同的光学状态间转换的方法利用了 在初始变形的向列液晶的挠曲电体极化与所施加的电场之间的线性耦 合(参见"Fiexoeleetrieally controlled tvvist texture in a nematic liquid crystal", Dozov et al, J de Phys Lett, 43 (1982)， L-365國L-369;和"A
novel polar electrooptic effect in reversely pretilted nematic liquid crystal layers with weak anchoring", Komitov et al， Proceedings of 3rd International Display Research Conference, October 1983，日本神户)。
WO2005/071477介绍了具有挠曲电液晶体层(flexoelectric liquid crystal bulk layer)的液晶装置，其中由叉指型电极图案在大致平行于 基板的方向上形成了非均匀电场。优选的是，在场关断状态下，在平 行于基板的方向上的平均极化方向与要产生电场的方向正交。在此情 况下，上升时间和下降时间都依赖于场，从而减小了总响应时间。
美国专利US 6 160 600介绍了一种液晶显示装置，其中，具有设 置在两个基板之一上的显示电极和公共电极。液晶材料取向是HAN (混合排列向列)型。在此装置中，由于在设置有电极的基板附近的 液晶材料要利用对电场的介电耦合来进行转换，因此液晶材料的介电 常数要高。此外，这种转换模式不允许转换的方向性控制。
已知还有包括梳状电极的铁电液晶(FLC)显示装置(见日本特 开平10-161128 )。
近来，通过4吏用电控表面(electrically commanded surface; ECS ) 实现了由施加于单元基板上的电场实现的向列液晶的面内转换。已公 布的国际专利申请WO00/03288介绍了所谓的电控表面(ECS )的 原理。
根据ECS的原理， 一个单独的手征近晶液晶薄层，优选的是铁电(手性近晶C相，SmC*)液晶聚合物层沉积在将液晶体材料限制在 常规的夹层单元内的基板中的一方或双方的内表面上。
手征近晶液晶聚合物层起到在相邻的液晶体材料上强制形成平面 的或实质上平面的排列的表面指向矢(surface-director)排列层的作 用。更具体地说，当穿过单元——从而穿过表面指向矢排列层——地 施加外部电场时，在单独的手征近晶液晶层中的分子将发生转换。动 态表面指向矢排列层响应于电场的变化被称为"主表面转换"。这种主 表面切换的结果导致——通过弹性力(空间耦合；steric coupling)—— 限制在基板之间的液晶体材料的体容积(bulkvolume)中的优选分子 取向的转换。这种二次转换被称为"诱导体状换"。这种诱导体转换是 面内转换。这样，动态表面指向矢排列层中的分子转换将通过在单独 的表面指向矢排列层与体层之间的边界处的弹性力被传送到体容积 中，从而导致了由动态表面指向矢排列层所引起的、体容积分子的相 对较快的面内转换。
手性近晶液晶层，即动态表面指向矢排列层，可以是一个向斜的 (synclinic)或背斜的(anticlinic )手性近晶型——例如近晶C相 (SmC^或SmCA*)材料或手性近晶A相(SmA* )材料，包括所谓 的随机SmC*。因此，动态表面指向矢排列层对电场的响应分别可以 是纟失电性的(ferroelectric)、反4失电性的(antiferroelectric)、或顺 电性的(paraelectric )。
国际专利申请^HfWO 2003/081326介绍了一种液晶装置，其包 含液晶体层和因被永久附着到至少 一个表面而导致非均匀地分布在体 层中的手征掺杂剂(chiral dopant)，所述掺杂剂因此在与所述表面 相邻的体层的子容积(sub-volume)中诱导自发极化。所述子容积中 的体层对施加在体层上的电场的响应可以是铁电性的、反铁电性的、 或者顺电性的。
将ECS层/子容积用于液晶装置中提供了快速的面内转换和比较 高的图像对比度。然而，仍然有更进一步改善对比度的需求。另外， 所需的电压相当高。
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发明内容
本发明的总体目标是緩解上述问题并提供改进的液晶装置。具体 地说，本发明的一个目标是提供一种液晶装置，其能产生高对比度和
宽视角的图像并表现出快速的面内转换；更具体地说，是缩短光电学 响应的时间并因此减少总转换时间，使得能够满意地显示运动图像。
本发明的另一个目标是减小用于引起液晶体的转换的阈值电压的 幅度，即，降低液晶装置的驱动电压。这对于诸如手机这样的移动应 用尤其重要。
本发明不仅被用于显示器，还可以被用于很多其它液晶装置。 根据第一方面，本发明提供一种液晶装置，包括第一和第二限 定衬底(confining substrate );液晶体层，其被/没置于所述衬底之间； 第一电极图案，其被涂敷于所述第一衬底的内表面上；第一取向层， 其被配置成在所述体层的体表面处与所述体层相互作用并且被涂敷在 所述第一电极图案上，所述第一电极图案被配置以在与所述第一取向 层相邻的所述体层的第一子容积上产生非均勻的电场，所述电场在其 电力线方向和强度方面是非均匀的，所述电场还被产生于所述第一取 向层上。所述装置还包含极化状态的液晶，所述液晶被包含于所述第 一子容积中和/或所述第一取向层中，所述液晶的极化比(i)所述第 一子容积和/或所述第一取向层外部的、以及(ii)与所述第二衬底相 邻、和/或与设置于所述第二衬底上的第二取向层相邻的第二子容积的 外部的体层的任意可能的类似的液晶极化更强；包含于所述第一子容 积中和/或所述第一取向层中的所述极化状态的液晶至少部分地利用 所述电场和所述极化之间的耦合而被转换，以通过弹性力实现所述体 层的所述液晶的转换。
本发明的其它方面、特点和优点将从本发明的下列说明中变得显 而易见。


图l为在本发明的装置中实施的叉指状电极图案的示意图。
图2为由图1中所示叉指状电极图案产生的面内电场的截面示意图。
图3为截面示意图，表示了具有在本发明所述的装置中产生边缘 电场的梳状电极的电极结构。
图4~14、16和17为截面示意图，表示了在本发明所述的装置中， 如何利用取向层的表面形貌(surface topography)和/或锚固特性， 在村底表面中的一个处诱导挠曲电极化。
图15为截面示意图，表示了在本发明所述的装置中，如何利用取 向层的表面形貌和/或锚固特性，在每个衬底的内表面处诱导挠曲电极 化。
图18和19表示了在本发明所述的装置中，如何利用分隔壁(wall) 在多个单元中划分出装置间隙，在每个衬底的内表面处诱导挠曲电极化。
图20 ~ 25表示了本发明所述的包括具有混合排列向列型(HAN ) 体层和叉指状电极的装置的结构和性能。
图26~31表示了本发明所述的包括具有反转的混合排列向列型 (HAN)体层和叉指状电极的装置的结构和性能。
图32~36表示了本发明所述的包括铁电取向层和叉指状电极的 装置的结构和性能。
图37~44表示了本发明所述的包括具有反转的混合排列向列型 (HAN)体层和产生边缘电场的电极图案的装置的结构和性能。
图45~50和53~55表示了本发明所述的包括铁电取向层和产生 边缘电场的电极图案装置的结构和性能。
图51和52表示了根据本发明所述的包括铁电取向层和在整个体 (entire bulk)上产生电场的电极结构的装置的结构和性能。
图56~58和60表示了在本发明所述的装置中，产生边缘电场的 电极图案中所使用的顶部电极结构的示例。
图59表示了包含产生边缘电场的电极图案的装置的示例，所述装
10置填充有相对于衬底垂直取向的向列相。
具体实施例方式
本发明涉及一种液晶装置，包括
-笫一和第二限定衬底，诸如玻璃或塑料衬底；
-液晶体层，其被设置于所述衬底之间；
-第一电极图案，其被涂敷于所述第一衬底的内表面上；以及
-第一取向层，其被设置成在体层的体表面处与体层相互作用并 被涂敷于所述第一电极图案上；所述第一电极图案被设置以在与所述 第一取向层相邻的体层的第一子容积上产生非均匀的电场，所述电场 在其电力线方向和强度方面是非均匀的，所述电场也被产生于所述第 一取向层上，
其中，所述装置还包括极化状态的液晶，所述液晶被包含于所述
第一子容积中和/或所述第一取向层中，该液晶的极化比(i)所述第 一子容积和/或所述第一取向层外部的、以及(ii)与所述第二衬底相
邻的、和/或与设置于所述第二衬底上的第二取向层相邻的第二子容积 外部的体层的任意可能的类似的液晶极化更强；包含于所述第一子容 积中和/或所述第一取向层中的所述极化状态的液晶至少部分地利用 所述电场和所述极化之间的耦合而被转换，以利用弹性力实现体层的 液晶的转换。
注意到，在上述装置包括涂敷于(第一)电极图案上的(第一) 取向层的情况下，所述第一子容积与所述(第一)取向层相邻。
优点在于，所述子容积和/或取向层的极化存于没有电场的情况
(即，无电场情况)下。
当将子容积和/或取向层中极化的强度与所述第一和第二子容积
和取向层外的体层中极化的强度进行比较时，此处所用的术语"类似的 极化"是指提供同样类型的电耦合、即铁电性的或挠曲电性的耦合的极 化。
此处所用的术语"相邻"，诸如在与村底相邻的液晶体材料的子容积的语境中，是指包含体材料的最靠近衬底的部分的子容积。这不排 除本发明的装置的额外部件一一诸如电极图案和取向层一一被设置于 此类子容积和衬底之间的可能。
取向层为无源取向层或动态取向层。
在当所述极化状态的液晶被包含在所述取向层中时的情况下，取 向层可以被称为动态取向层，因为它于是会与所述所施加的电场耦合 以进行所述液晶的转换。本发明的装置可以另外地或替代地包含涂敷 于衬底表面中的一个或全部两个上的无源取向层。
因为电场是由包括涂敷在相同的衬底表面上的电极的电极图案产 生的，所以电场基本局部化承载着电极图案的衬底表面的附近。因而， 电场在液晶体层中呈指数地消失。另外，电场具有其方向大致平行于 衬底表面的电力线，即，产生了面内电场。
所述电场优选地由具有叉指状电极或产生边缘电场的电极的电极 图案一一诸如具有梳状电极结构的电极图案一一来产生。
当包含于所述第一子容积中和/或所述(动态)取向层中的所述极
化状态的液晶分子具有强介质常数(As)时，除了电场和极化之间的 耦合以外，转换可以但不必具有与电场耦合的电介质成分。
图l表示了涂敷于衬底3其中之一的内表面上的包含叉指状电极 l和2的电极图案。如图2所示，由叉指状电极1和2所产生的电场 (E)大致局部化于承载着电极1和2的衬底表面3处。电场(E)主 要具有其方向大致平行于涂敷有电极i和2的衬底表面3的电力线。 然而，电场(E)还具有一些其方向与涂敷有电极l和2的村底表面3 不平行一一包括大致于衬底表面3的电力线。电力线的方向在从一个 电极间隙转到下一个时更迭。因而，电场在其电力线的方向(和其强 度)方面是非均匀的。
本领域技术人员所理解的是，除了图l所示的结构以外，包含叉 指状电极的电极图案还可以具有很多其它的结构。所有包含叉指状电 极的电极图案的共有特点是电极被设置于相同的几何平面中。
图3表示了包含梳状电极结构的电极图案。电极图案包括第一
12导电层4 (也称为公共电极或底部电极)，例如氧化铟锡(ITO)层， 其被设置于衬底表面5上；绝缘层6，通常为SiOx，其被配置于所述 第一导电层上；以及第二导电层(也称为顶部电极)7，例如氧化锢锡 层，其被设置于所述绝缘层的顶部，所述第二导电层7具有梳状形状。 取向层8也示于图3中。该电极结构所产生的电场(边缘电场)大致 局部化于承载着电极4和7的衬底表面5附近。电场(E)既具有(其 方向)与涂敷有电极4和7的村底表面5大致平行的电力线(Ex)也 具有大致垂直的电力线(Ez)(即边缘电场包含沿着衬底表面5的电 场分量和与之垂直的电场分量)。电力线的分布和它们的强度依赖于 电极4和7的几何形状及其相互位置。
另一种产生边缘电场的电极图案包括第一导电层(底部电极)， 其被设置于衬底表面上；绝缘层，其被设置于所述第一导电层上；以 及具有开口的第二导电层(顶部电极)，其被设置于所述绝缘层的顶
部。所述第二导电层可以具有如图56所示结构或类似结构。图56a 表示了具有六边形开口的顶部电极结构。图56b表示了具有圆形开口 的顶部电极结构，而图56c表示了具有正方形开口的顶部电极结构。 本领域技术人员所理解的是，所述顶部电极可以采用除了图56所示那 些以外的很多其它形状。这种电极图案对于显示宽视角图像是优选的。 由图56所示的任意实施方式的电极图案所得到的电场会具有沿着衬 底表面的法线延伸并穿过开口中心的多个对称轴。由于电场的局部对 称，以及因此在液晶排列上的局部对称，所以，具有此类电极图案的 装置将具有超宽视角和与方向无关的视角。
图57和图58分别表示了开启态和关闭态下液晶体分子62在液晶 装置的一个衬底表面63处的取向，所述液晶装置包括促进垂直取向的 取向层(未图示)、表现出正的介电各向异性(positive dielectric anisotropy)的向列液晶体层62、和产生边缘电场的电极图案，所述 电极图案包括设置于所述衬底63上的底部电极64、设置于所述底部 电极上的绝缘层65、和具有圆形开口的顶部电极66。
图57和58的装置结构对表现出负的节电各向异性的向列液晶体层也有效。
图59a以侧面视图说明了使用图38的梳状电极结构的装置，表示 了液晶体分子的垂直取向。
图59b表示了图38和58中的电极结构的侧面视图，还表示了开 启态下电力线的非均匀的电场分布。
图59a表示了包含形成在衬底(63)的内表面上的电极结构的装 置。液晶体层的分子通过沉积在衬底(63)和(69)上的取向层(70) 和(68 )而相对于衬底表面被垂直定向。电极结构产生非均匀电场(边 缘电场)(图59b)。当电场被施加到单元时，如果液晶材料具有正 的介电各向异性AsX)，则液晶体层的分子就倾向沿着电力线定向。然 而，这会导致电极图案附近的子容积中的周期性的展曲-弯曲弹性形 变，其转而会在液晶体材料具有挠曲电极化能力时引起挠曲电极化。 如果所施加电场为适当的形式和极性，那么电场和挠曲电极化之间的 耦合可以降低单元的转换时间。
图59a所示的装置对具有负的介电各向异性As<0的向列液晶体层 也有效。
图60表示了在双面装置中，开启态下的液晶体分子的取向。
应注意，本发明的装置可以是单面的或双面的。
在本发明所述的装置的单面的实施方式中，只有衬底中的一个包 括涂敷于其内表面上的电极图案。
在本发明所述的装置的双面的实施方式中，两个衬底都包括涂敷 于其每个内表面上的电极图案。因而，在此类装置中，第二电极图案 被涂敷于另一个衬底的内表面上，用以在与所述第二电极图案相邻的 体层的第二子容积上、或者在涂敷于其上的第二取向层上产生非均匀 电场，所述电场在电力线方向和强度方面是非均匀的。
在本发明的具有涂敷于两个衬底上的相同类型的叉指状电极(双 面实施方式)的装置中，特别优选的是，涂敷在第一衬底表面上的电 极的沿着所述第一衬底表面的定向关于涂敷在第二衬底表面上的电极 的沿着所述第二衬底表面的定向成角度。这种配置实质上扩大了装置的视角。
在本发明的具有涂敷于两个衬底上的如图l所示类型的叉指状电 极的装置中，特别优选的是，第一衬底表面上的电极在与沿着第二衬 底表面设置的电极的方向大致垂直的方向上沿着所述衬底表面设置。
另外，在本发明的装置的双面实施方式中，优选地，与所述电极 图案和/或每个涂敷于所述电极图案上的取向层相邻的每个子容积(分 别是第 一和第二子容积)可以包括表现出与所施加电场的铁电性的或 挠曲电性的耦合的呈极化状态的液晶。在此情况下，每个所述子容积 和/或取向层中的极化比所述子容积和/或取向层外部的体层的任意可 能的类似的液晶极化更强。然而，应注意的是，每个所述子容积和/ 或取向层中的极化强度可以彼此不同。
更具体地说，包含于所述子容积中和/或所述取向层中的所述极化 状态的液晶表现出自发极化或诱导极化，包括诱导自发极化。
特别地，所述子容积中和/或所述取向层中的所述极化与所述电场 之间的耦合为铁电性的、反铁电性的、顺电性的或挠曲电性的。
在本发明的第一组实施方式中，所述取向层包括手征近晶(Sm*) 液晶材料，诸如SmC、 SmCA*、或SmA+液晶材料。
近晶液晶结构包含排列于相邻的近晶层中的液晶分子。近晶A相 和近晶C相为这些"分层"液晶的两种最重要的代表。另外，近晶液晶 分子可以是非手征的(例如，SmA、 SmC或SmCA)或手征的(例如， SmA*、 SmC^或SmCA"，其中，术语手征是指缺乏镜像对称。
倾斜的手征近晶液晶具有从一个近晶层到下一个近晶层时成圆锥 式旋转的指向矢。圆锥的顶角0 = 2卩可以通常为约45。。因此，穿过 所述层形成螺旋结构，使螺旋轴垂直于近晶层并平行于所述圆锥的轴。 然而，被耦合于指向矢的局部自发极化(Ps)于是也将以螺旋方式以 相同的周期或螺距(pitch)回转。局部极化的这种螺旋结构意味着局 部极化是自抵消的，即，体液晶不会存在宏观极化。
在近晶A相结构中，分子的平均方向垂直(P = 0°)于近晶层法 线，即，分子沿着近晶层法线定向。如果电场被施加到手征近晶A(SmA*)液晶结构，那么对所施加电场的响应将是所谓的顺电响应。
在近晶C相结构中，分子相对于近晶层法线以角度p(通常为约
22.5°)倾斜，即，分子沿着近晶层法线定向。
在同倾近晶——例如近晶C——液晶结构中，相邻的两个近晶层 的分子以相对于近晶层法线的相同的方向倾斜。如果电场被施加到同 倾近晶——例如近晶C* (SmC*)——液晶结构，那么对所施加的电 场的响应将是所谓的铁电响应。
在反倾近晶——例如——近晶CA——液晶结构中，相邻的两个近 晶层的分子以相对于近晶层法线的相反的方向倾斜。如果电场被施加 到反倾近晶一一例如近晶CA (SmCA)——液晶结构，那么将产生所 谓的反铁电响应。然而，如果所施加的电场超过某个阈值，那么反倾 结构将被转换成同倾结构，即，将产生对所施加的电场的铁电响应。
这样，在本发明的第一组实施方式中，取向层中的所述极化和所 施加电场之间的耦合可以是铁电性的、反铁电性的或顺电性的，更优 选的是铁电性的。如介绍中所述，该手征近晶取向层中的分子的主转 换通过弹性力(空间耦合)导致体层中的液晶分子取向的诱导转换。
优选地，在本发明的装置的这组实施方式中，手征近晶取向层包 含同倾的手征近晶——例如近晶C(SmC*)——液晶材料，尤其是同 倾手征近晶C( SmC* )液晶聚合物，亦被称为铁电液晶聚合物(FLCP )。
取向层之手征近晶相液晶材料，诸如FLCP，优选地不溶于体层 的液晶材料。特别是，取向层的液晶材料不应影响体层的液晶材料的 物理特性，反之亦然。
在这第一组实施方式中，优选地，体层包含手征或非手征的向列 或近晶液晶材料，更优选地，具有O或者非常小的正或负的介电各向 异性、即As-0的向列或近晶液晶材料。因而，液晶材料就表现出基 本不与所施加电场介电耦合。
在体层包含非手征液晶材料的情况下，合适的是，体层的近晶层 大致平行于取向层的近晶层。
另外，优选地，取向层的近晶层以大致平行于所施加电场的方式
16来取向。
以上公开的本发明第一组实施方式的取向层可以被称为动态取向 层，因为它受所施加电场的影响并且与所施加电场耦合。
本发明第一组实施方式的装置可以另外包括位于所述动态取向层 下方的无源取向层，由此对所述动态取向层提供优选的取向方向。
如实施例3和4所述，在本发明的具有包含手征近晶液晶材料诸 如FLCP的取向层的装置中，诱导了挠曲电体极化。
另外，已经发现，这组实施方式的优点在于与承载着涂敷有所述 取向层的电极图案的衬底表面相邻的液晶分子表现出比与对置的衬底 表面相邻的液晶体分子更大的分子预倾角。
为得到有关如何产生以上公开的表现出自发极化的取向层的更多 信息，请参考WO 00/03288。
在本发明的第二组实施方式中，手征掺杂剂因被永久附着到所述 第 一子容积中的至少 一个表面而被非均勻地分布在体层中，并因此在 所述第一子容积中诱导与手征性相关的一个或更多物理特性的局部增 加(此处也称作手征效应)，导致出现具有在所述表面处最大并在远 离所述表面的方向上衰减的非均匀分布的自发极化，所述手征掺杂剂 可溶于液晶体层中。
此处所用的术语"可溶"是指掺杂剂能溶解在液晶体层中。
手征效应的所述诱导增加不会发生于体层的整个体积中，而只是 在其靠近表面的受限区域(子区域)中。
在这第二組实施方式中，体层可以包含手征或非手征的向列或近 晶液晶材料，优选为非手征近晶一一诸如SmC— —液晶材料，并且更 优选为具有O或者非常小的正或负的介电各向异性、即As-0的非手 征近晶——诸如SmC——液晶材料。
作为这组实施方式的示例，体层可以包括非手征近晶C液晶材料。 在子区域中，非手征近晶C由溶于非手征近晶C中并且永久附着于所 迷子容积中的表面的手征掺杂剂所掺杂。掺杂剂在子容积内的液晶体 材料中诱导手征性，并因而增加手征效应。诱导手征性于是在子容积内引发具有铁电特性的自发极化。被掺杂的子区域的实际体积和具有 手征性和自发极化的子容积的实际体积可以稍许不同，因为掺杂剂分
子也会在离掺杂剂某个距离处诱导手征性。通过在表现出所述诱导自 发极化的子容积上施加所述电场，分子会由于与所施加的电场直接铁 电耦合被非常快速地转换。由于表面子区域中的分子与体容积的相邻 分子之间的弹性耦合，这种快速铁电转换会于是导致子容积外部的体 分子的快速转换。
手征掺杂剂被永久附着于表面，这应被解释为掺杂剂以使它们不 会自由地向外移动到体容积中的方式被束缚于表面。尽管掺杂剂被永 久附着于表面，但是它们仍然可以具有有限的可移动性，尤其是允许 掺杂剂分子例如在被所施加的外部电场转换时在表面处重定向的可移 动性。
掺杂剂所附着的表面应该不仅包括位于体层边界处的或限定体层 边界的表面，而且还包括位于子容积内部的表面或平面。因而，在该 语境中，术语"表面"可以包括具有通过掺杂剂材料与所述子容积内部 的体层材料的直接或间接的接触的任何物理或几何表面。
掺杂剂优选地附着在所述电极图案或与之相互作用的所述取向层 的内表面，从而提供体层液晶分子的优选分子定向。
在本发明的装置的这第二组实施方式中，如上述所知，所述第一 子容积中的所述极化和所施加电场之间的耦合可以是铁电性的、反铁 电性的或顺电性的，更优选为铁电性的。
有关如何产生以上公开的表现出诱导自发极化的子容积的更多信
息，请参考WO 2003/081326。
在发明的装置的第三组实施方式中，所述第一子容积的液晶的极 化被子容积中的液晶的展曲和/或弯曲形变所诱导，由此在所述第 一子 容积中的极化状态的液晶与电场之间提供挠曲电耦合。
液晶中的挠曲电效应类似于固体材料中的压电效应，但本质上十 分不同。挠曲电性是指由弹性形变诸如弯曲和/或展曲形变导致的液晶 材料的极化。在由分子组成的液晶材料中，明显的是，除了永久的净偶极距外，还具有"形状极性(shape polarity )"。总挠曲电极化Pnex。 由Pfiex。 = esS + ebB得到，其中es为展曲挠曲电系数而eb为弯曲挠曲 电系数。这些是定义挠曲电极化强度的非常重要的参数。S"(^)和 ""(V")分别为展曲和弯曲弹性形变。通常，弹性形变越强，Pflex。 越大。虽然挠曲电性为液晶的普遍物理特性，但是有的液晶表现出具
有不同符号的Pflex。以至于具有零P
如本领域技术人员所知，具有展曲和/或弯曲形变的液晶材料可以 诱导对所施加电场的提供挠曲电耦合(挠曲电效应)的极化。
优选地，在本发明的装置的这第三组实施方式中，使用具有高挠 曲电极性的液晶材料，即，在弹性形变下表现出高挠曲电极性的液晶 材料。通常，此类液晶材料在挠曲电系数es和eb中的至少一个上具有 高值。注意，存在在弹性形变下不表现出任何挠曲电极化的有液晶材 料，因此，在装置的这第三组实施方式中所用的液晶材料不能任意选择。
通常，存在展曲形变、弯曲形变和非对称混合(展曲+弯曲)形变。
为了得到本发明所述的所需效应，重要的是所述第一子容积中的 挠曲电效应比所述子容积(分别是第一和第二子容积)外部的体层的 任意可能的挠曲电效应更强。
例如，这可以通过在一个或两个衬底表面上都涂覆具有不同锚固 特性例如影响取向方向的锚固特性的取向层、和/或延伸到子容积中的 突起来在所述第一子容积中提供局部展曲和/或弯曲形变来实现。由所 述突起导致的表面形貌可以一一单独地或结合多种锚固特性一一引起 相邻的液晶的挠曲电极化。
在此类单面实施方式中，可以优选地，在另一个衬底的内表面上
涂覆表现出某个取向方向、诸如平面或垂面方向的额外的(第二)取 向层。
在没有电场的情况下，液晶层的所需初始取向通常通过对限定性 的固态的衬底的表面的合适的表面处理、诸如将所谓的(表面指向矢)取向层(也称为定向层)涂覆在面对所述液晶体的限定衬底表面上来 实现。初始液晶取向由固态表面/液晶的相互作用来定义。与限定表面 相邻的液晶分子的定向通过弹性力被传递到体层中的液晶分子，从而 把大致相同的取向强加于所有液晶体分子。限定衬底表面附近的液晶 分子的指向矢被限制到指向某个方向，诸如垂直于(也被称为垂面或 垂直)或平行于(也被称为平面)限定衬底表面。在某些情况中，可 以优选地进一步将液晶体分子相对于衬底定向在某个倾斜定向角度 (预倾角)。
在本发明的这第三组实施方式中，促进挠曲电极化的掺杂剂因在 所述第一子容积中永久附着于至少一个表面而非均匀地分布在体层 中，并因此在所述第一子容积中促进一个或更多物理特性的局部增加， 导致出现具有在所述表面处最大并在远离所述表面的方向上衰减的非 均匀分布的挠曲电极化，所述掺杂剂可溶于液晶体层中。
能被用于促进子容积中的挠曲电极化的掺杂剂包括例如从由下列
所组成的组选择的掺杂剂香蕉形、液滴形、液滴-香蕉混合形掺杂剂 和其中任意两种或更多种的混合物，它们由于其各向异性形状而具有 所需效应。本领域已知此类掺杂剂产生更高的挠曲电系数。掺杂剂可 以为但不限于介晶化合物。
用于建立垂直取向的方法示例包括用表面活性剂、诸如卵磷脂或 十六烷基三甲基溴化铵来涂敷限定衬底表面。涂敷了的衬底表面于是 还优选地在预定方向上被摩擦，使得液晶分子的电场诱导平面取向会 被定向在预定的摩擦方向上。
用于建立平面取向的方法示例是所谓的有机薄膜摩擦法，其中例 如聚酰亚胺的有机涂层被涂敷于衬底表面上。有机涂层然后被用布在 预定方向上摩擦，使得与所述层相接触的液晶分子会被定向在摩擦方 向上。
图4~19举例说明了如何能够利用取向层的表面形貌和/或锚固特 性(包括取向方向)，在与承载着上述电极图案(电极图案在图中未 图示)的衬底表面相邻的子容积中诱导挠曲电极化。挠曲电极化的方
20向由图中的箭头表示而虚线表示液晶分子的取向方向。
图4~17表示了由表现出金字塔形或矩形表面形貌和不同取向方 向诸如垂面取向或平面取向的取向层所诱导的挠曲电极化。用于产生 这种周期性表面形貌的方法^>开于D Flanders, D Shaver, and H Smith, Appl Phys Lett, 55， 2506 (1978); J Cheng, and G Boyd， Appl Phys Lett, 35， 444 (1979); G P Bryan-Brown, C V Brown, I C Sage， and V C Hul， Nature, V 392， 365 (1998);和C Brown, M Towler， V Hui and G Bryan國Biwn， Liquid Crystals, 27， 233 (2000)。
图4、 7和8的每个都表示了具有金字塔形形貌和垂直取向(施加 于金字塔形突起上)的取向层。在图4中，所述金字塔形突起之间的 衬底表面还表现出垂面取向。对置的衬底表面包括表现出平面取向的 另外的取向层。
图5表示了具有金字塔形形貌的取向层，其具有垂面取向(施加 于金字塔形突起上)和所述金字塔形突起之间的平面取向。对值的衬 底表面包含表现出平面取向的另外的取向层。
图6、 13和14的每个都表示了具有金字塔形形貌和平面取向(施 加于金字塔形突起上)的取向层。在图6中，所述金字塔形突起之间 的衬底表面还表现出平面取向。对置的衬底表面包含表现出平面取向 的另外的取向层。
图9表示了具有金字塔形形貌和平面取向(施加于金字塔形突起 上)的取向层。对置的衬底表面包含表现出垂面取向的另外的取向层。
图10表示了具有金字塔形形貌和平面取向(施加于非对称的金字 塔形突起上)的取向层。对置的衬底表面包含表现出垂面取向的另外 的取向层。
图ll表示了具有金字塔形形貌的取向层，其具有平面取向(施加 于金字塔形突起上)和金字塔形突起之间的垂面取向。对置的衬底表 面包含表现出垂面取向的另外的取向层其。
图12表示了具有交替的平面取向和垂面取向(施加于金字塔形突 起上)的、具有金字塔形形貌的取向层。对置的村底表面包含表现出平面取向的另外的取向层。
图15为图4所示的单面实施方式的双面实施方式，其中挠曲电极 化被局部化在每个衬底的内表面处。
图16表示了具有交替的平面取向和垂面取向(施加于矩形突起 上)的、具有矩形形貌的取向层。
图17表示了具有平面取向(施加于矩形突起上)的、具有矩形形 貌的取向层。
图18和19为本发明的装置的截面示意图，其中挠曲电极化由聚 合物分隔壁在多个单元中划分出装置间隙来产生。生产此类聚合物分 隔壁的方法见R Caputo， L De Sio， A V Sukhov， A Veltri and C Umeton， Opt Lett 29， 1261 (2004);和G Strangi， V Barna， R Caputo, A de Luca， C Versace, N Scaramuzza， C Umeton， and R Bartolino， Phys Rev Lett, 94， 063903 (2005)。
替代地，在本发明的装置中，可以在整个体中提供展曲和/或弯曲 形变。
因而，本发明所述的装置可以包含具有非对称的展曲-弯曲混合 形变的体层，其中
-第一子容积的液晶实质上表现出弯曲形变，并且弯曲挠曲电形 变系数eb是挠曲电极化的主要挠曲电系数(即，|eb|>|es|)，(优选地， 在此类情况中，所述第一子容积的液晶表现出负的介电各向异性(As S 0)并且所述第一子容积包括实质上表现出弯曲形变的液晶)，或者
-第一子容积的液晶实质上表现出展曲形变，并且展曲挠曲电形 变系数es是挠曲电极化的主要挠曲电系数(即，|es|>|eb|)，(优选地， 在此类情况中，体层的液晶表现出正的介电各向异性(As ^ 0)并且 所述第一子容积包含实质上表现出展曲形变的液晶)。
在这些情况中，所述第一子容积中的挠曲电效应比所述第一子容 积外部的体层的挠曲电效应更强。
在本发明的装置的这第三组实施方式中，还可以使用具有展曲形 变的体层，其中展曲挠曲电形变系数es为挠曲电极化的主要挠曲电系数(典型的，其中体层的液晶表现出正的介电各向异性(A￡^0))。 在该情况中，根据本发明的电极图案被适当地涂覆于全部两个衬底表 面上，由此在与所述电极图案相邻的体层的强极化的子容积上提供非 均匀的电场。
类似地，这第三组实施方式所述的装置的体层能够替代地表现出 弯曲形变，其中弯曲挠曲电形变系数eb为挠曲电极化的主要挠曲电系 数(典型的，其中体层的液晶表现出负的介电各向异性(As S 0)。 另夕卜，在该情况中，电极图案被适当地涂覆于全部两个衬底表面上)。
如果上述根据本发明所述的装置包括具有对称的展曲或弯曲形变 的体层和只涂覆于一个衬底表面上的电极图案(单面实施方式)，所
述第一子容积中的挠曲电极化强度等于与没有电极图案(但其上涂覆 有取向层)的衬底的内表面相邻的第二子容积中的挠曲电极化强度。
在这第三组实施方式中，优选地，体层包含向列(手征或非手征) 液晶材料。另外，合适的是体层的液晶材料在由于弹性形变引起形变 时表现出明显的挠曲电极化。这样，体层的液晶材料优选地表现出挠 曲电极化。
应注意的是，挠曲电极化的强度取决于挠曲电系数的大小和符号 以及弹性形变度，例如，挠曲电极化在液晶装置中的单元间隙减小时 增大。
另外，在这第三组实施方式中，当在所述第一子容积中，在关闭 态下，挠曲电极化的平均方向相对与涂覆有电极图案的所述衬底平行 或以< 90。的角度倾斜，并且优选地大致正交于所要产生的面内电场的 方向时，实现了体层的液晶的面内转换。
另外，本发明涉及用于生产上述根据本发明所述的液晶装置的方 法。所述方法包括以下步骤
-在于衬底的内表面上涂覆电极图案，所述电极图案能够在与所 述电极图案相邻的液晶体层的第一子容积上产生非均匀的电场，在电 力线的方向及其强度方面是非均匀的，
-在所述电极图案上涂覆取向层，所述电场也被产生于所述取向
23层上，
-在具有所述电极图案和涂覆有取向层的所述衬底与第二衬底之 间形成单元间隙，
-用形成液晶体层的液晶材料填充单元间隙，
-在所述第一子容积中和/或所述取向层中提供极化状态的液晶， 所述极化比在所述第一子容积、所述取向层外部的、和/或与第二衬底 的内表面相邻的体层的第二子容积外部的、或者第二取向层或涂覆于 第二取向层上的非必须的第二电极图案外部的体层的任意可能的类似 的液晶极化更强，并且能够与所述电场耦合来进行所述液晶的转换， 以通过弹性力实现体层的液晶的转换。
总之，本发明涉及至少部分地利用在由电极图案在与所述电极图 案相邻的体层的第一子容积上产生的非均匀面内电场与被包含于所述 第一子容积中和/或涂覆于所述电极图案上的取向层中的极化状态的 液晶之间的线性耦合、诸如铁电的和/或挠曲电的耦合驱动的液晶装
置，所述极化比(i)所述第一子容积、所述取向层外部的、和(ii) 与另一个衬底的内表面相邻的体层的第二子容积外部的、或者第二取 向层或涂覆于该第二取向层上的非必须的第二电极图案外部的体层的 任意可能的类似的液晶极化更强。
上述方法的其它优选特点从对本发明的所述液晶装置的上述说明 来理解。
下面通过下列非限制性的实例说明本发明。 实例1:
逸括J^T;遂合承^ ^H^VJ的沐^和义措炎逸^W卓^ 使用了包括形成约2 nm单元间隙的两个平行的玻璃衬底9和10 的夹层单元(图20)。叉指状电极图案11 (图1中所示)被配置于其 中的一个衬底9的内表面上(单面装置)。相邻电极之间的距离为约 20拜。
由Nissan SE-2170构成的第一取向层12净皮沉积于电极图案11上 并且被平行于电极图案ll地摩擦，以促进配置在单元间隙中的、包含液晶分子13的液晶体层的均匀平面取向。
促进垂直取向的由Nissan SE1211构成的第二取向层14被沉积于 另一个衬底10的内表面上。
单元间隙被用具有正的介电各向异性(As > 0)的向列液晶材料 MLC 16000-000 (由Merck供应)所填充。
由于取向层12和14的定向，向列体13采用混合排列(HAN)， 即，在承载着电极图案11的衬底9处，取向为面内的；而在另一个衬 底10处，取向为垂面的(图20和图21)。向列体层13的这种弹性 形变引起挠曲电极化(Pflex。)。图21~23中的双向箭头表示示例的光 轴的方向。
因为展曲形变被局部化在承栽着电极图案11的衬底9处并且因为 MLC 16000-000表现出正的介电各向异性，所以最强的挠曲电极化局 部化于展曲形变最明显的地方，即，局部化于承载着电极图案11的衬 底9处(图20 )。
弹性形变和挠曲电极化处于平行于电极图案11并且垂直于单元 衬底9和10的同一平面中。挠曲电极化与所施加电场(E)线性地耦 合来实现液晶13的快速转换。在所施加电压为25V时所测量的总转 换时间(Trise + irfall)为约8到12 ms。传统的IPS液晶装置在相同条 件下的总转换时间为大28到34 ms。
图22和23，分别地，示意性地表示了在单个电极间隙中向列液 晶13的转换。如这两个图中所见，转换方向取决于电场(E)的极性。 两个相邻的电极间隙中的向列LC分子13分别顺时针和逆时针地转 换，如图24和25所示。这些图表示单元的两个状态其，对应着所施 加电场(E )的不同电场极性。所述单元是在其间插有X-红光学板(X-red optical plate )的交叉的偏振器(polarizer)之间观察的。不同色彩对 应着指向矢n (如图24和25的箭头所示)相对于X-红光学板的光轴 的不同位置。
实例2:
逸括具才濕合承^广^4iVj ^糸^和义措炎逸农时卓^本实例使用与实例l相同类型的夹层单元，但是HAN结构被反转(图26)。因而，在承载着电极图案17的衬底15处由第一取向层18所诱导的取向为垂面的，而在对置的衬底16处由第二取向层20所诱导的取向为平面的，如图26和27所示。
另外，单元由具有负的介电各向异性(As < 0)的另一个向列液晶材料19， MDA-05-187 (由Merck供应)所填充。
因为弯曲形变被局部化于承载着电极图案17的衬底15处并且因为MDA-05-187表现出负的介电各向异性，所以最强的挠曲电极化局部化于弯曲形变最明显的地方，即，位于承载着电极图案17的衬底15处(图26)。图27到29中的双向箭头表示示例的光轴的方向。
向列相体的转换，包括转换时间，被发现与实施例1所述的转换类似，如图28和图29中示意性地显示。然而，在实施例l所述的转换中，挠曲电耦合(Pnex。)和介电耦合具有相同的方向；相反，在本实例中，这些耦合具有相反的方向。在弱电场或中等电场下，挠曲电耦合(PnexQ)会压倒电场(E)与介质各向异性之间的介电耦合而占主导地位。然而，在强电场(E)和高频情况下，介电耦合会占主导地位。因此，通过首先对电极施加</c电压，向列分子19由于挠曲电耦合而分别顺时针或逆时针地转换，其取决于相应的电极间隙中所施加电场(E)的极性。由于介电耦合，强高频脉冲将向列19转换回来。因此，通过施加&电压，向列分子19^皮开启(图30a、 30b和30c)，而高频脉冲将向列19转换回到初始的场关断的优选的取向方向(由图30和图31中的双向箭头所示)，其如实例l中那样，与电极17平行(图31a和31b)。
实例3:
逸括^^T手在近4承^^希义措炎'逸农^卓^
本实例所用的单元(图32)具有与实例1所用的单元相同的结构。然而，在本实例中，衬底21和22的两个内表面都被涂敷了具有NissanSE-2170的取向层(未图示)，所述取向层被沿着电极23单向地摩擦了以促进具有预倾角0a的准平面取向。在覆盖着电极图案23的取向层的顶上，沉积了铁电性液晶聚合物(FLCP)的薄膜，更具体地，是铁电性侧链聚硅氧烷(未图示)。FLCP层具有分子倾斜角eb并且呈书架状排列，即，使近晶层垂直于衬底表面21。
单元间隙由具有负的介电各向异性(As < 0)并且不混溶于(不溶于)FLCP的自制(in-house prepared )的向列液晶材料24填充。
由于向列分子24的负的介电各向异性，本实施例中所施加的电场(E)不直接地转换向列分子24。然而，电场(E)由于FLCP材料的自发极化而转换FLCP分子，从而通过弹性力来转换体层的向列液晶分子24 (参见WO 00/03288 )。这样，通过改变电场(E)，向列相体24的优选取向方向在衬底21和22的平面内^皮转换(即面内转换)。
如图32所示，在一个电场极性(E)下，分子预倾角具有跨向列体24的均匀分布，而在另一地电场才及性(E)下，向列体24采用引起挠曲电极化(Pflex。)的展曲形变，如图33所示。然而，与FLCP层的自发极化(Ps)类似，挠曲电极化(Pflex。)与电场(E)线性耦合而导致面内转换。
类似于实例l和实例2,已发现总转换时间(Trise + Tfall)在所施加的电压为25V时为约8到12 ms。
如果在没有电极23的村底22处的预倾角ea小于在承载着电极图
案23的衬底21处的预倾角0p，那么最强的挠曲电极化(Pflex。)实质
上会被局部化于承栽着电极图案23的衬底21处，由此实现对所施加电场(E)的更强的耦合并且使得能够更有效地转换向列24 (即转换时间更短)。实例4:
逸^^才手在近-f承/^^希义措炎鬯^^卓^
本实例所用的单元(图34)具有与实例3所用的单元相同的结构。然而，在本实例中，衬底25和26的两个内表面都被涂敷了取向层(未图示)，所述取向层被沿着电极图案27单向摩擦了以促进具有小于卯。的预倾角(e)的准平面取向(图34)。另外，FLCP层(未图示)与平行于衬底25的近晶层对准。
如图34所示，在一个电场极性(E)下，分子预倾角具有跨向列相体28的均匀分布，而在另一个电场极性(E)下，向列相体28采用引起挠曲电极化(Pnex。)的弯曲形变，如图35所示，所述挠曲电极化(Pnex。)线性耦合到电场(E)而引起面内转换。
图36a和b示意性地表示了 FLCP层的转换。
向列体28的转换，包括转换时间，被发现与实施例3中所述转换类似。
实例5:
逸括^^";遂合承ny^iV J W#^和Z^遂錄逸场时孩炎迨#
~#尤
在本施例中使用了夹层单元，其包括形成约2 的单元间隙的两个平行的玻璃衬底29和30(图37)。在其中的一个衬底29的内表面上(单面装置)配置有电极图案，所述电极图案包括第一导电层31、厚度为约300nm的绝缘层32、以及梳状的第二导电层33 (图37 )。该电极图案所产生的边缘电场的分量的分布示意性地表示在图3中。
如实例2那样，在承载着梳状电极33的衬底29上沉积有第一取向层34，其由Nissan SE1211构成，用于促进配置在单元间隙中的液晶体层35的垂面取向。
如实例2那样，沉积在另 一个衬底30的内表面上沉积有第二取向层14，其由Nissan SE-2170组成，并且被平行于电极31和33地摩擦，以促进配置于单元间隙中的液晶体层3 5的均勻的平面取向。
如实例2那样，单元间隙由具有负的介电各向异性(As < 0)的向列液晶材料MDA-05-187填充。
因而，填充单元间隙的向列液晶35采用HAN结构(图37和图38 )并且最强的挠曲电极化(Pflex。)局部化于承载着梳状电极33的衬底29处。图38~40中的双向箭头表示示例的光轴的方向。
如图39和40所示，边缘电场(E)的平行分量分别按顺时针和
28逆时针来面内地转换与梳状电极33的两个平行边相邻的挠曲电极化
(Pflex。)，由此引起实质上的电光学响应。
然而，如图41和42所示，边缘电场(E)的垂直分量以面外方式来转换位于梳状电极33的两平行边之间的挠曲电极化(Pflex。)，这并不引起电光学响应。
可见，本装置的显示图像具有高的对比度，图43表示了开启态而图44表示关闭态。
另外，由于面内转换，装置同样具有宽的视角。
另夕卜，用于驱动本装置中的向列体35的转换所需的电压为约6 V，这远低于传统IPS显示器所需的电压(15~20V)。
本装置的总转换时间(Trise + Tfa )为约3 ms。上升时间(Trise)为约2ms而下降时间(Tfall)为约0.9 ms。因而，转换时间远小于传统IPS显示器的转换时间。
实例6:
逸括^|;遂合承(^K47V J的# 遂棼逸场^孩炎'冶W
~#力
本实例使用中与实例5相同类型的夹层单元，但是HAN结构被反转。因而，在承载着电极图案的衬底处的取向为平面的，而在对置的衬底处的取向为垂面的(即与实例l类似)。另外，单元间隙由具有正的介电各向异性(As > 0)的另一个向列液晶材料MLC 16000-000 (由Merck供应)填充，其同样被用于实例1中。
如实例1那样，向列液晶采用HAN结构并且最强的挠曲电极化(Pflex。)局部化于承载着梳状电极的衬底处。
向列体的转换，包括转换时间，被发现与实例5中所述的转换类似。
实例7:
逸括真^手在近4承边錄冶场^孩炎'虑^卓无本实例所用的单元(图45)具有与实例5所用的单元相同的结构。然而，在本实例中，衬底37和38的两个内表面都被涂敷了由 Nissan SE-2170制成的取向层39和40,这些取向层被平行于梳状电极41摩 擦了以促进单向的平面取向。
在覆盖着电极41和42的取向层39的顶上，沉积了铁电性液晶聚 合物(FLCP) 43— —更具体地，是铁电性侧链聚硅氧烷一一的薄膜。 FLCP层43呈书架形状排列，即，让近晶层垂直于衬底表面37。单 元间隙由具有负的介电各向异性(As < 0)并且不混溶于(不溶于) FLCP 43的自制的向列液晶材料44填充。
如实例3那样，所施加的电场(E)由于向列相分子44的负的介 电各向异性而并不直接转换向列相分子44。然而，电场(E)由于FLCP 材料43的自发极化而转换FLCP 43的分子，转而通过弹性力(面内 地)转换体层的向列液晶分子44 (参见WO 00/03288)(图47和图 48)。
已经发现，通过施加边缘电场(E )来转换FLCP分子43比通过 在体层上施加电场(即，在涂敷于分离的衬底表面上的电极之间产生 的电场)更有效，如图51所示。图51所示的装置包括分别涂敷于衬 底表面47和48的每个上的ITO电极45和46、以及涂敷于所述ITO 电极45和46上的FLCP层49和50。由间隔物(spacer) 51分离开 的装置间隙被非手征的向列液晶材料52填充。
具有边缘电场的装置的显示图像的对比度(图49和50)被表明 远高于具有产生于整个体层上的电场的装置的图像的对比度(图52)。
另外，具有边缘电场的装置的驱动电压为约6.7 V，远低于具有产 生于整个体层上的电场的装置的约50V的驱动电压。(由于测量装置 的特性，示波器上所显示的电压必须要乘以因子10。)
实例8:
逸括#才手在近4承^^々,^逸錄冶场^孩炎在^^卓^5 重复实施例7，但向列液晶材料表现出正的介电各向异性(As >0)。
实例9:逸括舆l手在近-,承/^^和,i遂棼逸场^孩炎鬯孩时卓^
重复实例7，但FLCP层与平行于衬底表面的近晶层对准。FLCP 的期望转换如图53和图54所示。 实例10:
逸括舆才手在近4承/^^;^,^逸錄鬯场W^炎鬯^^卓^ f双
重复实例7，但衬底53和54的每个内表面分别承载着以上所述 的电极图案55和56 (双面装置)，以在两个衬底53和54附近都产 生边缘电场(图55)。另外，每个衬底表面53和54分别包括分别沉 积在每个电极图案55和56上并面向非手4正向列相液晶体层61的 FLCP层59和60以及无源取向层57和58。
实例11:
逸括J^T手在近4承/^^和,^这棼冶场的孩^冶^^卓无f欢 面袭U
重复实例8，但衬底的两个内表面都承载着以上所述的电极图案 (双面装置)，以在两个衬底表面附近都产生边缘电场。 实例12:
逸^舆^"手在近-f f逸场^减炎逸^卓^ f双 面袭U
重复实例7，但衬底的每个内表面分别承载着以上所述的电极图 案(双面装置)，并且每个衬底表面包括无源取向层。然而，不是用 FLCP层涂敷每层取向层，而是将手征分子(手征掺杂剂)附着到取 向层。另外，单元间隙由非手征的近晶液晶材料填充。手征分子在非 手征近晶体层的子容积中并由此在位于承载着梳状电极的衬底附近的 可转换铁电性子容积中诱导手征性。
虽然本发明已经被详细地并且结合其特定实施方式说明了，但是
对本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离其精神和范围的前提 下作出各种改变和修改。
3权利要求
1.一种液晶装置，包括第一和第二限定衬底；液晶体层，其被设置于所述衬底之间；第一电极图案，其被涂敷于所述第一衬底的内表面上；以及第一取向层，其被设置成在所述体层的体表面处与所述体层相互作用并被涂敷于所述第一电极图案上；所述第一电极图案被设置以在与所述第一取向层相邻的所述体层的第一子容积上产生非均匀的电场，所述电场在其电力线方向和强度方面是非均匀的，所述电场也被产生于所述第一取向层上，其特征在于，所述装置还包括极化状态的液晶，所述液晶被包含于所述第一子容积中和/或所述第一取向层中，该液晶的极化比(i)所述第一子容积和/或所述第一取向层外部的、以及(ii)与所述第二衬底相邻的、和/或与设置于所述第二衬底上的第二取向层相邻的第二子容积外部的所述体层的中的任意可能的类似的液晶极化更强；包含于所述第一子容积中和/或所述第一取向层中的所述极化状态的液晶至少部分地利用所述电场和所述极化之间的耦合而被转换，以利用弹性力来实现所述体层的液晶的转换。
2. 根据权利要求l所述的液晶装置，其中，在所述第二衬底的内 表面上涂敷有第二电极图案，以在与所述第二电极图案相邻的所述体 层的第二子容积上产生非均匀的电场，所述电场在其电力线方向和强度方面是非均匀的，以及在第二电极图案上涂敷有第二取向层。
3. 根据权利要求1或2所述的液晶装置，其中，在所述第一子容 积和/或所述取向层中的所述极化比在所迷第一子容积和/或所述取向 层外部的所述体层的任意可能的类似的液晶极化更强。
4. 根据权利要求1到3中的任一项所述的液晶装置，其中，极化 状态的所述液晶和所述电场之间的耦合选自由下列所组成的组铁电性耦合、反铁电性耦合、顺电性耦合、挠曲电性耦合、及其任意组合。
5. 根据权利要求4所述的液晶装置，其中，极化状态的所述液晶 和所述电场之间的耦合为铁电性的。
6. 根据权利要求5所述的液晶装置，其中，所述取向层包括表现 出自发极化的液晶材料。
7. 根据权利要求6所述的液晶装置，其中，所述取向层包括手征 近晶C、即SmCh液晶材料。
8. 根据权利要求4所述的液晶装置，其中，所迷表现出自发极化 的液晶材料是能够铁电性耦合、反铁电性耦合和/或顺电性耦合于所述 电场的液晶聚合物。
9. 根据权利要求5所述的液晶装置，其中，所述子容积包括表现 出诱导自发极化的液晶材料。
10. 根据权利要求9所述的液晶装置，其中，在所述第一子容积 中的至少一个表面永久地附着了手征掺杂剂而使得所述手征掺杂剂非 均匀地分布在所述体层中，并因此在所述第一子容积中诱导与手征性 相关的一个或更多个物理特性的局部增加，从而导致出现具有在所述 表面处最大并在远离所述表面的方向上衰减的非均匀分布的自发极化 的，所述手征掺杂剂在所述液晶体层中是可溶的。
11. 根据权利要求4所述的液晶装置，其中，极化状态的所述液 晶和所述电场之间的耦合为挠曲电性的。
12. 根据权利要求ll所述的液晶装置，其中，在所述第一子容积 中的至少一个表面永久地附着了掺杂剂而使得所述掺杂剂非均匀地分 布在所述体层中，并因此在所述第一子容积中促进一个或更多个物理 特性的局部增加，从而促进出现具有在所述表面处最大并在远离所述 表面的方向上衰减的非均匀分布的挠曲电极化，所述掺杂剂在所述液 晶体层中是可溶的。
13. 根据权利要求12所述的液晶装置，其中，所述掺杂剂选自由 下列所组成的组香蕉形、液滴形、液滴-香蕉混合形掺杂剂和其中任 意两种或更多种的混合物。
14. 根据权利要求11所述的液晶装置，其中，极化状态的所述液 晶和所述电场之间的耦合为挠曲电耦合和介电耦合的组合。
15. 根据权利要求ll所述的液晶装置，其中，所述液晶体层包括 在弹性形变下表现出挠曲电极化的向列液晶材料。
16. 根据权利要求15所述的液晶装置，其中，所述第一子容积的 液晶的极化是由液晶体层中的展曲和/或弯曲形变诱导的，所述展曲和二子容积中的突起引i^的。 、、、。_-,
17. 根据权利要求15所述的液晶装置，其中，所述液晶体层表现 出展曲-弯曲混合形变，eb为挠曲电极化的主要挠曲电系数，并且所 述第一子容积的液晶表现出弯曲形变。
18. 根据权利要求15所述的液晶装置，其中，所述液晶体层表现 出展曲-弯曲混合形变，es为挠曲电极化的主要挠曲电系数，并且所 述第一子容积的液晶表现出展曲形变。
19. 根据权利要求15所述的液晶装置，其中，所述液晶体层表现 出正的介电各向异性和展曲形变，并且在所述村底的每个的内表面上 涂敷有电极图案，以在与所述电极图案相邻的体层的每个子容积上产 生非均匀的电场。
20. 根据权利要求15所述的液晶装置，其中，所述液晶体层表现 出负的介电各向异性和弯曲形变，并且在所述衬底的每个的内表面上 涂敷有电极图案，以在与所述电极图案相邻的所述体层的每个子容积 之上产生非均匀的电场。
21. 根据权利要求l到20的任一项所述的液晶装置，其中，所述 电极图案包括叉指状电极。
22. 根据权利要求1到20的任一项所述的液晶装置，其中，所述 电极图案包括产生边缘电场的电极。
23. 根据权利要求22所述的液晶装置，其中，所述电极图案包括 设置于所述衬底上的第一导电层、设置于所述第一导电层上的绝缘层、 以及设置于所迷绝缘层顶上的第二导电层，所述第二导电层具有梳状形状。
24.根据权利要求22所述的液晶装置，其中，所述电极图案包括 设置于所述衬底上的第一导电层、设置于所述第一导电层上的绝缘层、 以及设置于所述绝缘层顶上的第二导电层，所述第二导电层具有开口。
全文摘要
本发明涉及由在由电极图案(41；42)所产生的位于与所述电极图案(41；42)相邻的体层(44)的第一子容积上的非均匀面内电场与被包含于所述第一子容积中和/或涂敷于所述电极图案(41；42)上的取向层(43)中的极化状态的液晶之间的线性耦合，诸如铁电性和/或挠曲电性耦合所驱动的液晶装置，所述极化比(i)所述第一子容积、所述取向层外部的、和(ii)与另一个衬底的内表面或第二取向层或涂敷于其上的非必须的第二电极图案相邻的第二子容积外部的、体层(44)的任意可能的类似的液晶极化更强。
文档编号G02F1/1337GK101652708SQ200880010693
公开日2010年2月17日 申请日期2008年2月26日 优先权日2007年2月26日
发明者拉谢扎·科米托弗 申请人:拉谢扎·科米托弗