液晶器件及其制造方法

专利名称：液晶器件及其制造方法
技术领域：
本发明一般地涉及液晶领域。更具体地，本发明涉及液晶器件，它包括在其本体表面存在表面定向器(director)的液晶本体(bulk)层，和在所述本体表面处与本体层相互作用而排列的表面定向器校准层以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向。
本发明还涉及制造液晶器件的方法和控制液晶本体层的方法。
背景技术：
目前在显示器件中广泛用作光电子介质的液晶是具有各向异性物理性能的有机物。液晶分子通常是长棒状分子，所谓的calamitic分子，在一些优选的方向上其具有沿着其长轴校准的能力(取向)。通过向量确定分子的平均方向并称为定向器。
然而，要注意，还存在盘状液晶分子，所谓的盘状(discotic)分子。
液晶显示器的操作基于在通过外加电场引起的显示(直接耦合)中，液晶光学特征，例如透光率、不同波长下的吸光率、光散射、折射、光学活性、圆二色性等的变化。
液晶显示和器件的基本操作原理之一是通过耦合到液晶的介电各向异性(介电耦合)上的外加电场引起液晶分子取向的切换。这种耦合得到外加电场二次方程式的光电应答，即与电场极性无关。存在其操作基于介电耦合的许多不同类的LCD(液晶显示器)，特别是动态散射显示器，使用同向扭转校准的向列型液晶变形的显示器，Schadt-Helfrich扭转向列型(TN)显示器，超扭转向列型(STN)显示器，面内切换(switching)(IPS)向列型显示器。
对于现代应用来说，LCD应当拥有数种重要的特征，例如高对比度与亮度，低功耗，低工作电压，短的上升(切换)和延迟(驰豫)时间，对比度的低视角相关性，灰度或双稳态等。LCD应当便宜、容易生产和操作。无一现有技术的LCD在关于所有这些重要特征方面得到优化。
向列型液晶材料显示出最简单的液晶结构，即各向异性液体。在向列型材料中，液晶分子在空间内朝向特定方向校准，但物质分子的中心没有排序。
在大多数常规的向列型液晶显示器中，基于介电耦合的操作，垂直于液晶本体层(即，垂直于confining基底)施加电场，和液晶本体分子在与confining基底表面垂直的面内通过电场切换(所谓的面外切换)。这些显示通常缓慢，且几乎全部具有不令人满意的对比度的角度依赖性的缺点。
存在具有面内切换的另一类LCD，其中沿着液晶本体层(即与confining基底平行)施加电场，和液晶本体分子在与confining基底表面平行的平面内切换。这些显示器显示出非常小的图像对比度的角度依赖性，但分辨率和切换时间不令人满意。
在以上所述的液晶显示器中，在不存在外场，例如电场的情况下，通常通过合适地表面处理confining固体基底表面，例如通过在面向所述液晶本体的confining基底表面上施加所谓的(表面定向器)校准层(也称为取向层)，从而实现液晶层的所需起始校准。通过固体表面/液晶相互作用来确定起始的液晶校准。与confining表面相邻的液晶分子的取向借助弹力在本体内转移到液晶分子上，从而施加基本上相同的校准到所有液晶本体分子上。
靠近confining基底表面的液晶分子的定向器(下文也称为表面定向器)局限在一些方向，例如与confining基底表面垂直(也称为同向扭转或垂直方向)或平行(也称为平面方向)方向的点上。根据介电各向异性的符号、外加电场的方向和所需类型的切换模式(面内或面外)，选择以液晶介电各向异性和外加电场之间耦合为基础操作的液晶显示器的校准类型。
在利用具有负的介电各向异性的液晶本体的面外切换液晶单元中，重要的是均匀取向液晶本体分子的定向器(在无场状态下)垂直于基底表面(所谓的同向扭转校准)。
建立同向扭转校准的方法的实例包括用表面活性剂，例如卵磷脂或十六烷基三甲基溴化铵涂布confining基底表面。然后，还优选在预定方向上擦拭涂布基底的表面，以便液晶分子的场诱导的平面校准在预定擦拭方向上取向。在实验室研究中，该方法可得到良好的结果，但从未发现工业接受度，这是因为校准层缓慢溶解在本体液晶内，因此得不到长期稳定性(J.Cognard，Mol.Cryst.Liq.Cryst.，Suppl.Ser.，1982，1，1)。
在利用具有正的介电各向异性的液晶本体的面外切换液晶单元中，重要的是均匀取向液晶本体分子的定向器(在无场状态下)平行于基底表面(所谓的平面校准)。对于扭转向列型液晶单元来说，同样重要的是，以与基底成一定倾斜的取向角度(预倾斜角)取向液晶本体分子。
建立平面校准的已知方法例如是无机膜气相沉积方法和有机膜擦拭方法。
在无机膜气相沉积方法中，通过倾斜地气相沉积无机物，例如氧化硅到confining基底上，在基底表面上形成无机膜，以便取决于无机物和气化条件，在某一方向上通过无机膜取向液晶分子。由于生产成本高，因此该方法不适合于大规模生产，该方法实际上不可使用。根据有机膜擦拭方法，在基底表面上形成例如，聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚酰胺或聚酰亚胺的有机涂层。之后使用例如棉、尼龙或聚酯的布料，以预定方向擦拭该有机涂层，以便与该层接触的液晶分子在擦拭方向上取向。
商业上，聚乙烯醇(PVA)很少用作校准层，这是因为这些聚合物亲水，可吸收湿气的吸湿聚合物会不利地影响聚合物的分子取向，并因此影响液晶器件的性能。另外，PVA可吸引离子，所述离子同样会损害液晶器件的性能。
此外，聚氧乙烯可吸引离子，从而导致损害的液晶器件性能。
聚酰胺在大多数通常可接受的溶剂内具有低的溶解度。因此，商业上聚酰胺很少在液晶器件制造中使用。
在大多数情况下，聚酰亚胺由于其相当有利的特征，例如化学稳定性、热稳定性等，因此用作有机表面涂层。
在利用具有正或负介电各向异性的液晶本体的面内切换液晶单元中，重要的是均匀取向液晶本体分子的定向器平行于基底表面。在此情况下使用的校准方法类似于利用具有正的介电各向异性的液晶本体的面外切换液晶单元所使用的那些。
在利用具有正的介电各向异性的液晶本体的面内切换液晶单元中，液晶本体分子起始的无场平面校准垂直于外加电场的方向。
在利用具有负的介电各向异性的液晶本体的面内切换液晶单元中，液晶本体分子起始的平面校准沿着外加电场的方向。
在校准靠近confining基底的液晶本体分子的定向器的所有以上所述的方法中，通常在面向所述液晶本体的confining基底表面上施加所谓的(表面-定向器)校准层。
要注意，在现有技术(例如在US2002/0006480)中，公开了在其结构内具有内消旋配合基团的材料的校准层。这一类型的层主要用于在无场状态下，增加校准层与(内消旋配合)液晶本体层之间的相互作用，但没有公开校准层显著受到外加电场的影响(即它是不可通过电场直接控制的)。
在现有技术中，通过实现与起始校准不同的新的液晶分子取向，原则上存在三种不同的改变液晶的光学性能的技术。
第一种再取向分子的最广泛使用的技术是，在全部本体液晶层上施加外电场。由于电场与一些液晶材料参数，例如电场各向异性之间直接耦合，因此，若其起始校准没有对应于电场和液晶本体之间最小能量的相互作用，则电场将在新方向上直接再取向液晶本体分子。
再取向液晶层中分子的第二种已知方法是设计一个或两个confining校准面作为光控“指令(command)面”。这种光控指令面当接受例如UV光时，在与表面接触的液晶分子上能改变通过表面施加的校准方向。K.Ichimura在Chemical Reviews，100.p.1847(2000)中综述的许多论文描述了“光指令表面”的概念。更具体地，偶氮苯单层沉积在含向列型液晶层的夹层单元的内部基底表面上。偶氮苯分子在UV光的照射下将其构型从“反式”变为“顺式”。在三乙氧基甲硅烷基辅助下，偶氮苯分子侧面锚定到基底表面上。偶氮苯部分的顺式异构体施加向列型液晶的同向扭转校准，而顺式异构体得到液晶分子的平面取向。因此，通过UV照射引起校准层内分子构型变化将导致向列型液晶分子校准的变化。通过用可见光照射样品或者简单通过加热它到各向同性状态，从而获得驰豫到其起始校准方向。
再取向液晶分子的第三种已知方法牵涉使用所谓的电指令表面(ECS)。在公开出版的国际专利申请No.WO00/03288中公开了这一原理。ECS原理用于主要控制铁电液晶聚合物层。根据ECS原理，在常规夹层单元内，在限制液晶本体材料的基底内表面上沉积独立的铁电液晶聚合物薄层。铁电液晶聚合物层充当动态表面校准层，所述动态表面校准层在相邻的液晶本体材料上给予平面或基本上平面的校准。更具体地说，当在整个单元上并因此在整个表面校准层上施加外电场时，在独立的铁电液晶聚合物层内的分子将切换。在独立的聚合物层内这一分子切换反过来会借助在独立的校准层与本体层之间的界面处的弹力传输到本体内，从而导致因动态表面校准层介导的本体体积分子的相对快速的面内切换。ECS层应当非常薄(100-200nm)，和应当优选以书架几何形状取向，即近晶层与confining基底垂直。此外，为了保持ECS层及其操作完整，ECS层的材料应当在液晶本体材料内不可溶。
为了优化液晶器件的性能，希望降低对外加电场作出应答时切换和驰豫液晶本体分子所需的总的时间段。总的应答时间由上升时间(液晶分子切换成场诱导取向状态)和延迟时间(液晶分子驰豫成无场取向状态)组成。在现有技术的液晶器件中，上升时间通常短于延迟时间，例如上升时间可以是总应答时间的约1/3，和延迟时间可以是总应答时间的约2/3。
现有技术的面外切换向列型液晶器件的延迟时间通常为约20-100ms，尤其对于移动图像来说，这导致低的图像质量。对于具有大的显示面积的液晶器件来说，和尤其对于面外切换液晶器件来说，延迟时间长的问题更加严重。
具有长的上升时间，并因此长的总应答时间的液晶器件，尤其对于移动图像来说，还提供低的图像质量，对于具有大的显示面积的液晶器件来说，和尤其对于面内切换液晶器件来说，上升时间长的问题更加严重。面内切换液晶分子的表面定向器因基底表面导致有时受到局限，并因此变慢。现有技术的面内切换向列型液晶器件的上升时间通常为约10-20ms。
图1图示了现有技术的面外切换液晶器件1的原理，所述液晶器件1包括在confining基底3之间具有负的介电各向异性(Δε＜0)的液晶本体层2。在无场状态(E＝0)下，通过在confining基底表面3上施加的常规表面定向器校准层(未示出)，液晶本体分子借助弹力垂直校准。当在confining基底表面3上，在电极4之间在整个液晶本体层2上施加外电场(E≠0)时，液晶分子2切换成场诱导的平面取向。然而，位于confining基底表面3附近的液晶分子2不仅受到外加电场的影响，而且受到表面定向器校准层的影响，这导致在基底表面3附近液晶层2的弹性变形D1，如图1所示。在除去外场之后，在表面定向器校准层附近的液晶分子2驰豫到其起始无场取向，这是由于固体表面/液晶相互作用导致的。在这一区域内的液晶分子2的驰豫借助弹力影响比较远的液晶本体分子2的取向。因此，在外加电场下，在液晶层2内发生的弹性变形D1消失，且最后恢复整个液晶本体层2起始的均匀无场的同向扭转校准。然而，如上所述，驰豫到无场取向相当缓慢，从而导致相当长的延迟时间。
对于图2所示的现有技术的面外切换液晶器件1｀来说，具有同样类型的问题，其中所述器件1｀包括在用常规表面校准层(未示出)涂布的confining基底3｀之间具有正的介电各向异性(Δε＞0)的液晶本体层2｀。在无场状态(E＝0)下，液晶本体分子2｀显示出平面校准。当在confining基底3｀上，在电极4｀之间在整个本体液晶层2｀上施加外电场(E≠0)时，液晶分子2｀切换成场诱导的垂直取向。图2示出了在基底表面3｀附近液晶层2｀的弹性变形D2。
图3图示了现有技术的面内切换液晶器件1＂的顶视图，所述液晶器件1＂包括在confining基底3＂(示出了仅仅一个基底)之间具有正的介电各向异性(Δε＞0)的液晶本体层2＂。在无场状态(E＝0)下，图3a，液晶本体分子2＂在所得的第一取向方向上，通过施加在confining基底表面3＂上的表面定向器校准层(未示出)，借助弹力，显示平面校准。当在图3所示放置的电极4＂之间沿着本体液晶层2＂(即与confining基底平行)施加外电场(E≠0)时，图3b，液晶分子2＂沿着电场取向面内切换成场诱导的第二取向方向。然而，如图3b所示，液晶分子2＂的取向受到表面定向器校准层限制，从而导致相当长的上升时间。
相同的原因适合于包括液晶本体层具有负的介电各向异性(Δε＜0)的面内切换的液晶器件。

发明内容
鉴于已知液晶器件的以上所述的缺点，本发明的通用目的是提供改进的液晶器件，制造液晶器件的改进方法，和控制液晶器件的改进方法。本发明不仅仅针对显示器，而且可用于许多其它液晶器件。
根据本发明的第一方面，提供一种液晶器件，它包括在其本体表面处存在表面定向器的液晶本体层，和表面定向器校准层，所述表面定向器校准层包括在所述本体表面处为与本体层相互作用而排列的侧链，以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向，其中液晶本体层的分子取向和表面定向器校准层的所述侧链的取向各自直接通过电场借助介电耦合来控制。
在本发明器件的第一个实施方案中，液晶本体层和表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性(Δε)。该器件通过缩短延迟时间例如到低于20ms，例如约4-6ms，使得可缩短总的应答时间，并因此尤其对于移动图像和大的显示器件来说，提供改进的图像质量。这一效果在面外切换液晶器件中特别有利。
在本发明器件的第二个实施方案中，液晶本体层和表面定向器校准层显示出相同符号的介电各向异性(Δε)。该器件通过缩短上升时间，例如到低于10ms，例如约1-5ms，使得可缩短总的应答时间，并因此尤其对于移动图像和大的显示器件来说，提供改进的图像质量。这一效果在面内切换液晶器件中特别有利。
在本发明器件的第三个实施方案中，表面定向器校准层包括显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的结构部分。据信，该器件通过缩短上升时间和延迟时间，使得可缩短总的应答时间。
根据本发明的第二方面，提供制造液晶器件的方法，该方法包括下述步骤在至少一个基底的内表面上提供表面定向器校准层，和在两个基底之间夹有液晶本体层，所述液晶本体层在其本体表面处存在表面定向器，和所述表面定向器校准层包括为在所述本体表面处与本体层相互作用而排列的侧链，以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向，其中液晶本体层的分子取向和表面定向器校准层的所述侧链的取向各自可通过电场借助介电耦合直接控制。
根据本发明的第三方面，提供控制液晶本体层的方法，该方法包括下述步骤通过使用表面定向器校准层，校准在其本体表面处存在表面定向器的液晶本体层，其中所述表面定向器校准层包括为在所述本体表面处与本体层相互作用而排列的侧链，以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向，其中液晶本体层的分子取向和表面定向器校准层的所述侧链的取向各自可通过电场借助介电耦合直接控制。


图1图示了现有技术的面外切换液晶器件，其显示出液晶本体层的起始垂直校准。
图2图示了现有技术的面外切换液晶器件，其显示出液晶本体层的起始平面校准。
图3图示了现有技术的面内切换液晶器件。
图4图示了本发明的面外切换液晶器件的实施方案，其显示出液晶本体层的起始垂直校准，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性(Δε)。
图5和6分别图示了图1和图4所示的器件在弹性变形方面之间的差别。
图7图示了本发明的面外切换液晶器件的实施方案，其显示出液晶本体层的起始平面校准，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性(Δε)。
图8和9分别图示了图2和图7所示的器件在弹性变形方面之间的差别。
图10图示了本发明的面内切换液晶器件的实施方案，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性(Δε)。
图11图示了叉指式电极阵列。
图12和13图示了本发明的面外切换液晶器件的实施方案，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相同符号的介电各向异性(Δε)。
图14和图15示出了本发明的面外切换液晶器件的实施方案，所述液晶器件包括显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的两层表面定向器校准层显。
图16和17图示了具有表面定向器校准层的本发明的面外切换液晶器件的实施方案，所述液晶器件具有显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的结构部分。
图18-20分别显示出对实施例1-3的器件测量的上升和延迟时间，所有器件显示出液晶本体层的起始垂直校准。
图21显示出对实施例5的器件测量的上升和延迟时间，所述器件显示出液晶本体层的起始平面校准。
应当注意，附图没有按照比例画出。
具体实施例方式
拥有结构各向异性的具有有序分子结构，例如结晶或液晶结构的材料的介电各向异性(Δε)是在该材料内，相对于优选分子取向，分别在垂直和平行方向上测量的介电常数之差。
当电场施加到显示出正的介电各向异性(Δε＞0)的液晶材料上时，分子将沿着(或基本上沿着)电场方向，校准其长轴。
当电场施加到显示出负的介电各向异性(Δε＜0)的液晶材料上时，分子将垂直于(或基本上垂直于)电场方向，校准其长轴。
本发明的液晶器件包括在其本体表面处存在表面定向器的液晶本体层，和表面定向器校准层，所述表面定向器校准层包括在所述本体表面处为与本体层相互作用而排列的侧链，以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向，其中液晶本体层的分子取向和表面定向器校准层的所述侧链的取向各自直接通过电场借助介电耦合来控制。
液晶器件优选包括在所述本体表面处的至少一个confining基底，例如两个confining基底。
表面定向器校准层优选施加在限制液晶本体层的所述基底内表面上。
液晶本体层包括显示出(非零)介电各向异性的液晶材料，其中液晶材料分子的分子取向因此可直接通过外加电场借助介电耦合来控制。
表面定向器校准层包括显示出(非零)介电各向异性且包括为与本体层相互作用而排列的侧链的材料，其中所述侧链的分子取向因此可直接通过外加电场借助介电耦合来控制。
此处所使用的在“可直接通过外加电场控制”的材料上施加电场是指，作为外加场的结果是，在该材料内的分子的起始取向受到影响，例如提高或改变(切换)。
本发明器件的液晶本体层优选向列型液晶。
液晶本体层可包括具有均匀或变形结构的向列型液晶材料。均匀结构可以是例如平面、同向扭转或倾斜结构。变形结构可以是例如扭转(即扭转向列型或胆甾醇型)或者具有喇叭形和/或弯曲弹性变形。
本体层的向列型液晶分子可以是非手性或者手性分子。
在以下所述的优选实施方案中，给出了分别具有正和负介电各向异性的合适的液晶本体层材料的实例。
表面定向器校准层的材料可或者具有液晶性能或者它可不具有液晶性能。
优选地，表面定向器校准层的材料是液晶材料，例如向列型或近晶型液晶材料，或者当表面定向器校准层的材料与液晶本体层接触时，在表面定向器校准层和本体层之间的相间诱导液晶性能。
优选地，(本身或与本体层接触时诱导的)表面定向器校准层比液晶本体层具有较高的无向量参数(S)，因此较高的弹性常数(K)。较高的无向量参数导致较快的切换/驰豫，因此较短的应答时间。向列型液晶的无向量参数通常为约0.5，和近晶型液晶的无向量参数通常为约0.8-1.0。因此，若使用向列型本体层，则表面定向器校准层与本体层接触时应当优选提供近晶序列。
表面定向器校准层的材料可例如是聚合物材料，例如化学改性的聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚酰亚胺、聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚氨酯等。
可首先通过在基底表面上施涂具有反应性基团的聚合物涂层，之后通过与聚合物的反应性基团反应，将所需的侧链化学连接到所述所述聚合物涂层上，产生表面定向器校准层，从而提供所需的表面定向器校准层。
也可通过在基底表面上施涂已经改性的聚合物，从而生产表面定向器校准层。
或者，表面定向器校准层可包括化学改性的非聚合物固体材料，例如具有化学连接的侧链的金表面，二氧化硅表面或玻璃表面(含硅烷醇基团)。
在以下所述的实施方案中给出了分别具有正和负的介电各向异性的合适表面定向器校准层材料的实例。在实施例中，一个或多个侧链被连接到聚合物主链(Z)上。
在本申请的化学式中使用下述简写R1和R2各自独立地为脂族烃链，例如烷基，优选含1-20个碳原子，例如2-12个碳原子的烷基，
R3(表示间隔原子)是含至少2，优选2-20，例如4-20，更优选5-20个碳原子或杂原子的脂族烃，如烷基、硅氧烷、乙二醇链，或者其任何结合(应当注意，碳原子或杂原子数可沿着聚合物主链无规变化)，R4是脂族烃链，例如烷基，优选含1-20个碳原子，例如1-5个碳原子的烷基，R5和R6各自独立地为脂族烃、硅氧烷、乙二醇链或其任何结合，其优选含4-22，例如6-20，更优选8-18，例如9-15个碳原子或杂原子，X和Y各自独立地为H、F、Cl、CN或CF3，X1和Y1各自独立地为F或Cl，优选F，和Z是聚合物主链(聚合物主链)的一部分。
在本发明中，应当注意，表面定向器校准层材料的至少一些侧链(Sn)作为其介电耦合到外加电场上的直接结果是，应当自由移动其分子取向(即可直接控制)。因此，在所述侧链和表面定向器校准层材料的其余部分之间的物理的分子内相互作用应当优选是弱的。例如，可通过选择在所述侧链和该材料的其余部分之间物理的分子内相互作用弱的表面定向器校准层材料，或者，例如通过在所述侧链和该材料的其余部分之间使用间隔基，通过位阻防止这种物理的分子内相互作用，从而获得较低程度的相互作用。
在本发明器件内的表面定向器校准层材料优选包括在悬而未决的国际专利申请PCT/SE2004/000300中所定义的聚合物。这类聚合物包括聚合物主链(Z)，优选聚乙烯醇缩醛，和连接到其上的侧链(Sn)，其中聚合物主链没有直接偶联的环结构，和至少一些侧链的每一侧链包括借助选自下述的偶联基偶联的至少两个未取代和/或取代的苯基碳碳单键(-)、含碳碳双键的单元(-CH＝CH-)、含碳碳三键的单元(-C≡C-)、亚甲基醚单元(-CH2O-)、亚乙基醚单元(-CH2CH2O-)、酯单元(-COO-)和偶氮单元(-N＝N-)，这些侧链显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供介电各向异性，且通过至少两个间隔原子，优选至少5个间隔原子连接到聚合物主链上。在PCT/SE2004/000300中公开了这类聚合物的制备。
此处所使用的“侧链”是指从直链分子，例如聚合物主链上支化的原子基团。
此处所使用的“未取代的苯基”是指苯基，例如-C6H4-和-C6H5-。
此处所使用的“取代苯基”是指其中一个或多个氢原子被不同原子或基团替代的苯基。
此处所使用的“间隔原子”是指将侧链连接到聚合物主链上的原子。
此处所使用的“直接偶联的环结构”是指稠合的环结构和用仅仅单键或多键偶联的环结构(即用仅仅一个或多个化学键偶联的环结构)。
优选地，没有直接偶联的环结构的所述聚合物主链包括根据下式的第一类无规分布的单元 其中S1表示第一侧链，所述第一侧链包括借助选自下述的偶联基偶联的至少两个未取代和/或取代的苯基碳碳单键(-)、含碳碳双键的单元(-CH＝CH-)、含碳碳三键的单元(-C≡C-)、亚甲基醚单元(-CH2O-)、亚乙基醚单元(-CH2CH2O-)、酯单元(-COO-)和偶氮单元(-N＝N-)，该侧链显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供介电各向异性；和至少两个间隔原子，其中第一侧链通过所述间隔原子连接到聚合物主链上，和根据下式的第二类无规分布的单元 当聚合物主链包括这些类型的无规分布的单元时，聚合物是聚乙烯醇缩醛。
此外，聚合物主链可优选还包括根据下式的第三类无规分布的单元 其中S2表示第二侧链，所述第二侧链不同于S1，显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供介电各向异性；和至少两个间隔原子，其中第二侧链通过所述间隔原子连接到聚合物主链上。通过S2提供的介电各向异性可以不同于通过S1提供的介电各向异性。
优选地，所述第二侧链S2包括借助选自下述的偶联基偶联的至少两个未取代和/或取代的苯基碳碳单键(-)、含碳碳双键的单元(-CH＝CH-)、含碳碳三键的单元(-C≡C-)、亚甲基醚单元(-CH2O-)、亚乙基醚单元(-CH2CH2O-)、酯单元(-COO-)和偶氮单元(-N＝N-)。
聚合物主链也可包括根据下式的进一步(第三或第四)类无规分布的单元 其中S3表示侧链，所述侧链不同于S1和S2，不显示出任何永久和/或诱导的偶极矩，并因此不提供任何介电各向异性。可使用所需的特定侧链S1，任选地结合所需的特定侧链S2，将这类单元掺入到聚合物主链内，获得聚合物，所述聚合物以有序的相形式显示出一些所需的介电各向异性。因此，可使用不显示出任何永久和/或诱导的偶极矩，并因此不提供任何介电各向异性的侧链S3，从而降低有序的相形式的聚合物的介电各向异性。
本发明的器件优选或者面外切换或者面内切换液晶器件。
1.介电各向异性的相反符号在本发明器件的第一组实施方案中，液晶本体层和表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性(Δε)。所述器件优选面外切换液晶器件。
a)面外切换液晶器件根据本发明的第一组实施方案，在具有起始平面校准的面外切换液晶器件中，(液晶本体层中)所述表面定向器在confining基底上的正投影(被称为投影的表面定向器)，在与所述基底平行的几何面内具有所述优选的取向(称为优选的无场平面取向)，和所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便投影的表面定向器的所述优选平面取向面外切换成场诱导的垂直取向。
根据本发明的第一组实施方案，在具有起始垂直校准的面外切换器件中，(液晶本体层中)所述表面定向器在与所述基底垂直的几何平面上的正投影(被称为投影的表面定向器)，具有所述优选的取向(称为优选的无场垂直取向)，和所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便投影的表面定向器的所述优选垂直取向面外切换成场诱导的平面取向。
在本发明的面外的切换器件中，垂直于confining基底施加电场(即垂直于液晶本体层)。
图4示出了根据本发明的面外切换液晶器件5的实施方案的一部分，其中表面定向器校准层6施加在限制液晶本体层8的基底7的内表面上。液晶本体8显示出负的介电各向异性(Δε＜0)，和表面定向器校准层6显示出正的介电各向异性(Δε＞0)。
在这一实施方案中，表面定向器校准层6的分子(即侧链)相对于confining基底表面7具有起始的垂直取向，从而导致在无场状态(E＝0)下，垂直或基本上垂直校准的液晶本体分子8。还优选单方向擦拭表面定向器校准层6，以获得液晶本体分子8的场诱导的平面校准的优选取向。
应当注意，即使图4所示的器件5包括两层表面定向器校准层6(两面实施方案)，本发明的器件可或者包括例如仅仅一层表面定向器校准层(单面实施方案)。
当在confining基底7上的电极9之间垂直于液晶本体层8施加外电场(E≠0)时，垂直或基本上垂直校准的液晶本体分子8由于其负的介电各向异性导致面外切换成场诱导的平面取向。然而，表面定向器校准层6的分子(即侧链)由于其正的介电各向异性导致保持其起始垂直的取向，这种起始的垂直取向通过外加的电场得以提高和稳定。换句话说，当在层6上施加电场时，表面定向器校准层6的分子(即侧链)将不会切换，从而引起在基底表面7附近液晶层8的强弹性变形D3。当除去外场(E＝0)时，表面定向器校准层6的垂直取向的分子(即侧链)将促进从液晶本体分子8的场诱导的平面取向快速驰豫回到其无场的垂直取向。因此，图4所示的弹性变形D3强于图1所示的弹性变形D1，因此，在此情况下，驰豫到无场取向将快于图1所示的情况。图5和6也分别图示了D1和D3的比较。
液晶本体层8可具有在-6到-1范围内的负的介电各向异性，和表面定向器校准层6可具有在1到30范围内的正的介电各向异性。
式I-X是适合于在上述实施方案(面外切换液晶器件)中提供起始无场的垂直校准的表面定向器校准层材料的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)，所述侧链显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性。
式I式II 式III 式IV 式V
式VI 式VII 式VIII
式IX 式X在以上所述的实施方案中，适合于作为表面定向器校准层材料的这类聚合物的具体实例用式XI-XIII表示。
式XI式XII 式XIII
式XIV-XVI是适合于在上述实施方案(面外切换液晶器件)中提供起始无场的垂直校准的表面定向器校准层材料的进一步的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)和化学键合的侧链(S3)，所述侧链(S1)显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性，所述侧链(S3)没有显示出任何永久和/或诱导的偶极矩，并因此不提供任何介电各向异性。
式XIV 式XV
式XVI在以上所述的实施方案中，适合于作为表面定向器校准层材料的这类聚合物的具体实例用式XVII-XXVIII表示。
式XVII式XVIII 式XIX 式XX
式XXI 式XXII其中R4是CH3和(m+n)/o在25/50-43/14范围内，优选高于40/20，例如42/16，和m/n在9/1-1/9范围内，优选3/1-1/3，例如2/1，和
式XXIII式XXIV
式XXV 式XXVI 式XXVII 式XXVIII
式XXIX代表适合于在上述实施方案(面外切换液晶器件)中提供起始无场的垂直校准的表面定向器校准层材料的进一步的实例。这些聚合物包括两类不同的侧链(S1和S2)和侧链(S3)，所述侧链(S1和S2)显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性，所述侧链(S3)没有显示出任何永久和/或诱导的偶极矩，并因此不提供任何介电各向异性。
式XXIX在以上所述的实施方案中，适合于作为表面定向器校准层材料的这类聚合物的具体实例用式XXX-XXXII表示。
式XXX 式XXXI其中R4是CH3，R5是CH3和(m+n)/o在25/50-43/14范围内，优选高于40/20，例如42/16，和m/n在9/1-1/9范围内，优选3/1-1/3，例如2/1，和
式XXXII熟练本领域的技术人员公知的是，不使用聚合物，式I-XXXII的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
应当注意，在本发明的面外切换器件的实施方案中，所述器件包括施加在限制液晶本体层的基底表面上的两层表面定向器校准层，和其中表面定向器校准层显示出正的介电各向异性，和液晶本体层显示出负的介电各向异性，每一表面定向器校准层的侧链的偶极矩可具有或者相同的方向或者相反的方向。
具有显示出相同偶极矩方向的两层独立的校准层的这种器件可例举具有根据式XIX(或式XVIII)的材料的两层独立的校准层的器件。
具有显示出相反偶极矩方向的两层独立的校准层的这种器件可例举具有根据式XIX(或式XVIII)的材料的一层校准层和根据式XVII的材料的一层校准层的器件。
具有负的介电各向异性且适合于在上述实施方案中使用的液晶本体层材料的实例是，MLC6608(Δε＝-4.2)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，MLC6884(Δε＝-5.0)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，和MDA98-3099(Δε＝-6)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，所有这些是由Merck供应的向列型液晶材料。
图7示出了本发明的面外切换液晶器件10的另一实施方案的一部分，其中表面定向器校准层11施加在限制液晶本体层13的基底12的内表面上。液晶本体13显示出正的介电各向异性(Δε＞0)，和表面定向器校准层11显示出负的介电各向异性(Δε＜0)。
在这一实施方案中，表面定向器校准层11的分子(即侧链)相对于confining基底表面12具有起始的平面取向，从而导致在无场状态(E＝0)下，平面或基本上平面校准的液晶本体分子13。还优选单方向擦拭表面定向器校准层11，以获得液晶本体分子的平面校准的优选取向(在无场状态下)。
应当注意，即使图7所示的器件10包括两层表面定向器校准层11(两面实施方案)，本发明的器件可替代地包括例如仅仅一层表面定向器校准层(单面实施方案)。
当在confining基底12上的电极14之间垂直于液晶本体层13施加外电场(E≠0)时，平面或基本上平面校准的液晶本体分子13由于其正的介电各向异性导致面外切换成场诱导的垂直取向。然而，表面定向器校准层11的分子(即侧链)由于其负的介电各向异性导致保持其起始均匀的平面取向，这种起始的平面取向通过外加电场得以提高和稳定。换句话说，当在层11上施加电场时，表面定向器校准层11的分子(即侧链)将不会切换。当除去外场(E＝0)时，表面定向器校准层11的平面取向的分子(即侧链)将促进从液晶本体分子13的场诱导的垂直取向快速驰豫回到其起始无场的平面取向。因此，图7所示的弹性变形D4强于图2所示的弹性变形D2，图8和图9也分别图示了D2和D4的比较。
液晶本体层13可具有在1到30范围内的正的介电各向异性，和表面校准层11可具有在-6到-1范围内的负的介电各向异性。
式XXXIII-XLIII是适合于在上述实施方案(面外液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准材料的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)，所述侧链显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性。
式XXXIII 式XXXIV 式XXXV 式XXXVI 式XXXVII式XXXVIII
式IXL 式XL 式XLI 式XLII 式XLIII适合于在上述实施方案(面外切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准材料的具体实例是根据式XLIV的聚合物。该聚合物包括侧链(S1)和侧链(S3)，所述侧链(S1)显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性，所述侧链(S3)没有显示出任何永久和/或诱导的偶极矩，并因此不提供任何介电各向异性。
式XLIV其中(m+n)/o在25/50-43/14范围内，优选高于40/20，例如43/18，和m/n在9/1-1/9范围内，优选3/1-1/3，例如1/1。
在以上所述的实施方案中，适合于作为表面定向器校准层材料的这类聚合物的另一具体实例用式XLV表示。
式XLV本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式XXXIII-XLV的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
具有正的介电各向异性且适合于在上述实施方案中使用的液晶本体层材料的实例是，E44(Δε＝+16.8)，E9(Δε＝+16.5)和E70A(Δε＝+10.8)，所有这些是由BDH/Merck供应的向列型液晶材料。
图4和7所示的实施方案包括面外切换液晶器件，其中每一器件包括显示出相反符号的介电各向异性的液晶本体层和表面定向器校准层。应当注意，显示出相反符号的介电各向异性的表面定向器校准层和液晶本体层的结合对于(以下所述的)面内切换液晶器件来说也是可用和有利的，尽管降低的延迟时间的影响对于面外切换液晶器件来说更加突出。因此，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性的本发明器件优选是面外切换液晶器件。
b)面内切换液晶器件根据本发明的第一组实施方案，在具有起始第一平面校准的面内切换器件中，(液晶本体层中)所述表面定向器在所述基底上的正投影(被称为投影的表面定向器)，在与所述基底平行的几何面内具有所述优选的取向(称为优选的无场平面取向)，和所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便投影的表面定向器的所述优选平面取向面内切换成场诱导的第二平面取向。
在本发明的面内切换器件中，以与confining基底平行的方向(即沿着液晶本体层的方向)施加电场。
图10示出了根据本发明的面内切换液晶器件15的实施方案的一部分，其中表面定向器校准层16施加在限制液晶本体层18的基底17(仅仅示出了一个基底)的内表面上。液晶本体18显示出正的介电各向异性(Δε＞0)，和表面定向器校准层16显示出负的介电各向异性(Δε＜0)。
在这一实施方案中，表面定向器校准层16的分子(即侧链)相对于confining基底表面17具有起始的平面取向，从而导致在图10无场状态(E＝0)下，平面或基本上平面校准的液晶本体分子18。优选单方向擦拭表面定向器校准层16，以获得优选的无场第一平面取向方向。
应当注意，图10所示的器件15可或者包括两层表面定向器校准层16(两面实施方案)，或者替代地仅仅一层表面定向器校准层16(单面实施方案)。
当在如图4所示放置的电极19之间沿着液晶本体层18(与confining基底平行)施加外电场(E≠0)时，图10b，液晶本体分子18由于其正的介电各向异性将沿着外加场方向，面内切换成场诱导的第二平面取向方向。然而，表面定向器校准层16的分子(即侧链)由于其负的介电各向异性导致保持其起始的第一平面取向，这种起始的第一平面取向通过外加场得以提高和稳定。换句话说，当沿着层16施加电场时，表面定向器校准层16的分子(即侧链)将不会切换。当除去外场(E＝0)时，具有第一平面取向方向的表面定向器校准层16的分子(即侧链)将促进从液晶本体分子18的场诱导的第二平面取向快速驰豫回到其起始无场的平面第一取向方向。
式XXXIII-XLV是适合于在上述实施方案(面内切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准材料的实例。如上所述，这些聚合物包括显示出永久和/或诱导的偶极矩的侧链，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性。
本领域熟练的技术人员公知的是，不使用聚合物，式XXXIII-XLV的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
具有正的介电各向异性且适合于在上述实施方案中使用的合适的液晶本体层材料的实例是，E44(Δε＝+16.8)，E9(Δε＝+16.5)和E70A(Δε＝+10.8)，所有这些是由BDH/Merck供应的向列型液晶材料。
本发明的面内切换液晶器件的另一类似实施方案是下述器件，该器件包括显示出负的介电各向异性(Δε＜0)的液晶本体和显示出正的介电各向异性(Δε＞0)的至少一层，优选两层表面定向器校准层。
式XLVI-LXII是适合于在上述实施方案(面内切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准材料的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)，所述侧链显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性。
式XLVI 式XLVII 式XLVIII 式IL
式L 式LI 式LII式LIII 式LIV式LV 式LVI式LVII
式LVIII式LIX 式LX 式LXI 式LXII式LXIII-LXVII是适合于在上述实施方案(面内切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准层材料的进一步的实例。这些聚合物包括侧链(S1)和侧链(S3)，所述侧链(S1)显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性，所述侧链(S3)没有显示出任何永久和/或诱导的偶极矩，并因此不提供任何介电各向异性。
式 LXIII 式 LXIV 式LXV
式LXVI 式LXVII在以上所述的实施方案中，适合于作为表面定向器校准层材料的这类聚合物的具体实例用式LXVIII表示。
式LXVIII本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式XLVI-LXVIII的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
具有负的介电各向异性且适合于在上述实施方案中使用的液晶本体层材料的实例是，MLC6608(Δε＝-4.2)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，MLC6884(Δε＝-5.0)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，和MDA98-3099(Δε＝-6)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，所有这些是由Merck供应的向列型液晶材料。
2.介电各向异性的相同符号在本发明器件的第二组实施方案中，液晶本体层和表面定向器校准层显示出相同符号的介电各向异性(Δε)。所述器件优选面内切换液晶器件。
a)面内切换液晶器件根据本发明的所述第二组实施方案，在面内切换液晶器件中，所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便起始第一平面取向面内切换成场诱导的第二平面取向，而(液晶本体层中)所述表面定向器在所述基底上的正投影(被称为投影的表面定向器)，在与所述基底平行的几何面内具有所述优选的取向(称为优选的场诱导的平面取向)。
在本发明的面内切换器件中，与confining基底平行(即沿着液晶本体层)的方向施加电场。
本发明的面内切换液晶器件的实施方案是其中液晶本体和表面定向器校准层均显示出正的介电各向异性(Δε＞0)的器件，所述表面定向器校准层施加在限制液晶本体层的基底的内表面上。
在这一实施方案中，表面定向器校准层的分子(即侧链)相对于confining基底表面，具有在第一方向上的起始平面取向，从而导致在无场状态下(E＝0)平面或基本上平面的校准液晶本体分子。优选单方向擦拭表面定向器校准层，以获得优选的无场第一平面的取向方向。
该器件可包括两层表面定向器校准层(两面实施方案)，或者替代地仅仅一层表面定向器校准层(单面实施方案)。
当在电极之间沿着液晶本体层(与confining基底平行)施加外电场(E≠0)时，液晶本体分子由于其正的介电各向异性将沿着外加场方向，面内切换成场诱导的第二平面取向方向。当沿着该层且平行于confining基底施加电场时，表面定向器校准层的分子(即侧链)由于其正的介电各向异性而也将面内切换成场诱导的第二取向方向。表面定向器校准层的面内切换分子(即侧链)将促进从液晶本体分子的无场的第一平面取向方向快速切换成其场诱导的第二平面取向方向。因此，在较低的外加电压下，液晶本体分子切换成场诱导的取向方向在此情况下快于具有非切换的表面定向器校准层的现有技术的液晶器件(如图3所示)的面内切换。然而，此处在上下文中应当注意，本发明这一器件的表面定向器校准层没有介导液晶本体分子的面内切换，这一取向可直接通过介电耦合来控制。表面定向器校准层没有驱动，而是仅仅促进所述面内本体切换。
根据所述实施方案的器件的液晶本体层可具有在1到30范围内的正的介电各向异性，和表面定向器校准层可具有在1到30范围内的正的介电各向异性。
据信，若与液晶本体层的正的介电各向异性相比，表面定向器校准层的正的介电各向异性具有大的正值(更正)，优选大得多，则是有利的。
式XLVI-LXVIII是适合于在上述实施方案(面内切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准材料的实例。如上所述，这些聚合物包括显示出永久和/或诱导的偶极矩的侧链，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性。
本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式XLVI-LXVIII的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
根据本发明，在面内切换液晶器件(其具有显示出相同符号的介电各向异性的表面定向器校准层和液晶本体层)中，可有利地使用两个电极阵列20、21，每一阵列由2个叉指式电极22组成，其中排列所述叉指式电极，以便在第一电极阵列20内可获得的电场基本上垂直于在第二电极阵列21内可获得的电场(图11)。每一阵列20、21施加在confining基底23上。在这一实施方案中，液晶本体分子的切换和驰豫二者在存在外加电场时发生，和可容易实现短的应答时间。
根据本发明的面内切换液晶器件的另一类似的实施方案是，其中液晶本体层和表面定向器校准层二者均显示出负的介电各向异性(Δε＜0)的器件。
当沿着液晶本体层(即，与confining基底平行)施加外电场(E≠0)时，液晶本体分子由于其负的介电各向异性导致从无场的第一平面取向方向面内切换成与外加电场的方向垂直的场诱导的第二平面取向方向。当沿着该层且平行于confining基底施加电场时，表面定向器校准层的分子(即侧链)由于其负的介电各向异性也将从无场的第一平面取向方向面内切换成场诱导的第二取向方向。表面定向器校准层的面内切换分子(即侧链)因此将促进从液晶本体分子的无场的第一平面取向方向快速切换成其场诱导的第二平面取向方向。因此，液晶本体分子切换成场诱导的取向方向在此情况下快于具有非切换的表面定向器校准层的相应现有技术的液晶器件的面内切换。同样，此处应当注意，本发明这一器件的表面定向器校准层没有介导液晶本体分子的面内切换，它仅仅促进所述切换。
根据这一实施方案的器件的液晶本体层可具有在-6到-1范围内的负的介电各向异性，和表面校准层可具有在-6到-1范围内的负的介电各向异性。
据信，若与液晶本体层的负的介电各向异性相比，表面定向器校准层的负的介电各向异性具有大的负值(更负)，优选大得多，则是有利的。
式XXXIII-XLV是适合于在上述实施方案(面内切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准材料的实例。如上所述，这些聚合物包括显示出永久和/或诱导的偶极矩的侧链，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性。
本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式XXXIII-XLV的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
具有负的介电各向异性且适合于在上述实施方案中使用的液晶本体层材料的实例是，MLC6608(Δε＝-4.2)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，MLC6884(Δε＝-5.0)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，和MDA98-3099(Δε＝-6)和MBBA(Δε＝-0.8)的混合物，所有这些是由Merck供应的向列型液晶材料。
应当注意，显示出相同符号的介电各向异性的表面定向器校准层和液晶本体层的结合对于(以下所述的)面外切换液晶器件来说也是可用和有利的，尽管降低的上升时间的影响对于面内切换液晶器件来说更加突出。因此，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相同符号的介电各向异性的本发明器件优选是面内切换液晶器件。
b)面外切换液晶器件根据本发明的所述第二组实施方案，在面外切换液晶器件中，所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便起始垂直的取向面外切换成场诱导的平面取向，而(液晶本体层中)所述表面定向器在confining基底上的正投影(被称为投影的表面定向器)，在与所述基底平行的几何面内具有所述优选的取向(称为优选的场诱导的平面取向)。
在本发明的面外切换液晶器件中，与confining基底垂直(即与液晶本体层垂直)的方向施加电场。
图12图示了在无场状态(E＝0)下，根据本发明的面外切换液晶器件24的实施方案的一部分，其中表面定向器校准层25(示出了仅仅一层)和液晶本体26均显示出负的介电各向异性(Δε＜0)，所述表面定向器校准层25施加在限制液晶本体层26的基底的内表面上。
在这一实施方案中，表面定向器校准层25的分子(即侧链)相对于confining基底表面具有起始的垂直取向，从而导致在无场状态(E＝0)下，垂直或基本上垂直校准的液晶本体分子26，如图12所示。还优选单方向擦拭表面定向器校准层25，以获得液晶本体分子26的场诱导的平面校准的优选方向。
该器件可或者包括两层表面定向器校准层(两面实施方案)，或者仅仅一层表面定向器校准层(单面实施方案)。
当在confining基底的内表面上的电极27之间垂直于液晶本体层26施加外场(E≠0)时，液晶本体分子25由于其负的介电各向异性导致面外切换成通过擦拭方向确定的场诱导的平面取向。
表面定向器校准层25的分子(即侧链)由于其负的介电各向异性导致还面外切换成通过擦拭方向确定的场诱导的平面取向。表面定向器校准层25的面外切换分子(即侧链)因此促进液晶本体分子26的无场垂直取向快速切换成场诱导的平面取向。因此，在较低的外加电压下，液晶本体分子26从无场垂直取向切换成场诱导的平面取向快于具有非切换的表面定向器校准层的现有技术的液晶器件的面外切换。然而，应当注意，根据本发明，所述器件的表面定向器校准层25没有介导液晶本体分子26的面外切换，这一取向可直接通过外加场借助介电耦合来控制。表面定向器校准层25仅仅促进所述面外切换。
根据所述实施方案的器件的液晶本体层26可具有在-6到-1范围内的负的介电各向异性，和表面定向器校准层25可具有在-6到-1范围内的负的介电各向异性。
据信，若与液晶本体26的负的介电各向异性相比，表面定向器校准层25具有大的负值(更负)，优选大得多，则是有利的。
式LXIX-LXXII是适合于在上述实施方案(面外切换液晶器件)中提供起始无场的垂直校准的表面定向器校准材料的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)，所述侧链显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性。
式LXIX 式LXX 式LXXI 式LXXII
式LXXIII代表适合于在上述实施方案(面外切换液晶器件)中提供起始无场的垂直校准的表面定向器校准层材料的额外实例。这些聚合物包括侧链(S1)和侧链(S3)，所述侧链(S1)显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性，所述侧链(S3)没有显示出任何永久和/或诱导的偶极矩，并因此不提供任何介电各向异性。
式LXXIII 式LXXIV在以上所述的实施方案中，适合于作为表面定向器校准层材料的这类聚合物的具体实例用式LXXIV表示。
本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式LXIX-LXXIV的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
在根据本发明所述的第二组实施方案的面外切换液晶器件的另一类似的实施方案中，所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便起始的平面取向面外切换成场诱导的垂直取向，而(液晶本体层中)所述表面定向器在与所述基底垂直的几何平面上的正投影(被称为投影的表面定向器)具有所述优选的取向(称为优选的场诱导的垂直取向)。
图13示出了在无场状态(E＝0)下，根据本发明的面外切换液晶器件28的实施方案的一部分，其中表面定向器校准层29(仅仅示出了一层)和液晶本体30二者均显示出正的各向异性(Δε＞0)，所述表面定向器校准层29施加在限制液晶本体层30的基底的内表面上。
在这一实施方案中，表面定向器校准层29的分子(即侧链)相对于confining基底表面具有起始的平面取向，从而导致在无场状态(E＝0)下，平面或基本上平面校准的液晶本体分子30。还优选单方向擦拭表面定向器校准层29，以获得液晶本体分子30的无场的平面校准的优选取向。
该器件可包括或者两层表面定向器校准层29(两面实施方案)或者仅仅一层表面定向器校准层29(单面实施方案)。
当在confining基底的内表面上的电极31之间垂直于液晶本体层30施加外电场(E≠0)时，液晶本体分子30由于其正的各向异性导致面外切换成场诱导的垂直取向。
当垂直于confining基底施加电场时，表面定向器校准层29的分子(即侧链)由于其正的介电各向异性也将面外切换成场诱导的垂直取向。表面定向器校准层29的面外切换的分子(即侧链)因此将促进从液晶本体分子30的无场的平面取向快速切换成场诱导的垂直取向。因此，在较低的外加电压下，液晶本体分子30从无场的平面取向切换成场诱导的垂直取向快于具有非切换的表面定向器校准层的现有技术的液晶器件的面外切换。然而，应当注意，本发明器件的表面定向器校准层29没有介导液晶本体分子30的面外切换，这一取向可直接通过外加场借助介电耦合来控制。表面定向器校准层29仅仅促进所述面外切换。
根据所述实施方案的器件的液晶本体层30可具有在1到30范围内的正的介电各向异性，和表面定向器校准层29可具有在1到30范围内的正的介电各向异性。
据信，若与液晶本体30的正的介电各向异性相比，表面定向器校准层29的正的介电各向异性具有大的正值(更正)，优选大得多，则是有利的。
式XLVI-LXVIII是适合于在上述实施方案(面外切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准材料的实例。如上所述，这些聚合物包括显示出永久和/或诱导的偶极矩的侧链，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性。
本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式XLVI-LXVIII的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作本发明器件内的表面定向器校准层的合适材料。
根据本发明器件的迄今为止所述的第一和第二组实施方案的变体是下述器件，所述器件包括显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的两层表面定向器校准层。据信，这类器件提供短的总应答时间，尤其对于面外切换液晶器件来说，延迟时间短。
图14示出了根据本发明的面外切换液晶器件32的实施方案的一部分，其中(就介电各向异性来说)不对称的表面定向器校准层33、34施加在限制液晶本体层35的基底的内表面上。液晶本体35显示出负的介电各向异性(Δε＜0)，和第一表面定向器校准层33显示出负的介电各向异性(Δε＜0)，和第二表面定向器校准层34显示出正的介电各向异性(Δε＞0)。
在这一实施方案中，表面定向器校准层33、34的分子(即侧链)相对于confining基底表面具有起始的垂直取向，从而导致在无场状态(E＝0)下，垂直或基本上垂直校准的液晶本体分子35，正如图14a所示。还优选单方向擦拭表面定向器校准层33、34，以获得液晶本体分子35的场诱导的平面校准的优选取向。
当在confining基底上的电极36之间垂直于液晶本体层35施加外电场(E≠0)时，诱导在液晶本体层35内的弯曲变形，正如图14b所示，从而得到弯曲电(flexoelectric)极化Pf1。外加电场耦合到弯曲电极化上，和取决于外加电场的极性，弯曲变形将增加或下降，从而得到线性光电应答。
图15示出了根据本发明的面外切换液晶器件37的实施方案的一部分，其中(就介电各向异性来说)不对称的表面定向器校准层38、39施加在限制液晶本体层40的基底的内表面上。液晶本体40显示出正的介电各向异性(Δε＞0)，和第一表面定向器校准层38显示出正的介电各向异性(Δε＞0)，和第二表面定向器校准层39显示出负的介电各向异性(Δε＜0)。
在这一实施方案中，表面定向器校准层38、39的分子(即侧链)相对于confining基底表面具有起始的平面取向，从而导致在无场状态(E＝0)下，平面或基本上平面校准的液晶本体分子40，正如图15a所示。还优选单方向擦拭表面定向器校准层38、39，以获得液晶本体分子40的无场的平面校准的优选取向。
当在confining基底上的电极41之间垂直于液晶本体层40施加外电场(E≠0)时，诱导在液晶本体层40内的倾斜变形，正如图15b所示，从而得到弯曲电极化Pf1。外加电场耦合到弯曲电极化上，和取决于外加电场的极性，倾斜变形将增加或下降，从而得到线性光电应答。
3.显示出相反符号的介电各向异性的表面定向器校准层的结构部分在根据本发明器件的第三组实施方案中，表面定向器校准层包括显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的结构部分。据信，对于面内切换液晶器件和面外切换液晶器件二者来说，这类器件提供短的延迟时间和短的上升时间。
据信，显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的所述结构部分优选应当均匀分布在表面定向器校准层内。
根据第三组实施方案的器件可包括或者两层表面定向器校准层(两面实施方案)或者仅仅一层表面定向器校准层(单面实施方案)。
可使用例如含二聚体化学结构的材料，所述二聚体化学结构具有正的介电各向异性(Δε＞0)的第一结构部分和负的介电各向异性(Δε＜0)的第二结构部分，获得表面定向器校准层，所述表面定向器校准层包括显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的结构部分。
式LXXV表示适合于在上述实施方案(面外或面内切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准层材料的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)，所述侧链具有二聚体结构，每一侧链包括显示出永久和/或诱导的偶极矩的第一结构部分，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性，和显示出永久和/或诱导的偶极矩的第二结构部分，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性。
Δε＜0 Δε＞0式LXXV本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式LXXV的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作表面定向器校准层的合适材料。
式LXXVI-LXXX是适合于在上述实施方案的面外切换液晶器件中提供起始无场的垂直校准的表面定向器校准层材料的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)，所述侧链具有二聚体结构，每一侧链包括显示出永久和/或诱导的偶极矩的第一结构部分，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性，和显示出永久和/或诱导的偶极矩的第二结构部分，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性。
Δε＜0Δε＞0式LXXVI Δε＜0Δε＞0式LXXVII Δε＜0Δε＞0式LXXVIII Δε＜0Δε＞0式LXXIX Δε＜0Δε＞0式LXXX本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式LXXVI-LXXX的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作表面定向器校准层的合适材料。
图16示出了根据本发明的面外切换液晶器件42的实施方案的一部分，所述器件具有起始的无场垂直取向且包括表面定向器校准层(示出了仅仅一层)，其被施加在基底表面43上，具有二聚体结构，所述二聚体结构包括具有正的介电各向异性(Δε＞0)的第一结构部分44和负的介电各向异性(Δε＜0)的第二结构部分45。液晶本体层46具有负的介电各向异性(Δε＜0)。
图16a示出了无场状态(E＝0)和图16b示出了场诱导的状态(E≠0)。
含三聚体化学结构的材料也可用于本发明的第三组实施方案中，所述三聚体化学结构具有正的介电各向异性(Δε＞0)的第一结构部分，负的介电各向异性(Δε＜0)的第二结构部分，和或正(Δε＞0)或负(Δε＜0)的介电各向异性的第三结构部分。与第一和第二结构部分相比较，第三结构部分可以类似或者不同。因此，可在本发明的第三组实施方案的器件中使用含两个或多个结构部分的化学结构，其中每一结构部分显示出或正或负的介电各向异性，和所述三个结构部分中的两个显示出相反符号的介电各向异性。
式LXXXI-LXXXIII是适合于在上述实施方案(面外或面内切换液晶器件)中提供起始无场的平面校准的表面定向器校准层材料的实例。这些聚合物包括化学键合到聚合物主链(Z)上的侧链(S1)，所述侧链具有三聚体结构，每一侧链包括显示出永久和/或诱导的偶极矩的第一结构部分，所述偶极矩以有序的相形式提供正的介电各向异性(Δε＞0)，显示出永久和/或诱导的偶极矩的第二结构部分，所述偶极矩以有序的相形式提供负的介电各向异性(Δε＜0)，和显示出永久和/或诱导的偶极矩的第三结构部分，所述偶极矩以有序的相形式提供或正(Δε＞0)或负(Δε＜0)的介电各向异性。
Δε＞0Δε＜0Δε＞0式LXXXI Δε＞0 Δε＜0Δε＞0式LXXXII Δε＞0 Δε＜0Δε＞0式LXXXIII本领域的熟练技术人员公知的是，不使用聚合物，式LXXXI-LXXXIII的侧链可化学连接到固体表面，例如含硅烷醇基团的金表面、二氧化硅表面或玻璃表面上，形成适合于用作表面定向器校准层的合适材料。
图17示出了根据本发明的面外切换液晶器件47的实施方案的一部分，所述器件具有起始的无场平面取向且包括表面定向器校准层(示出了仅仅一层)，其被施加在基底表面48上，具有三聚体结构，所述三聚体结构包括正的介电各向异性(Δε＞0)的第一结构部分49，负的介电各向异性(Δε＜0)的第二结构部分50，和正的介电各向异性(Δε＞0)的第三结构部分。液晶本体层52具有正的介电各向异性(Δε＞0)。
图17a示出了无场状态(E＝0)和图17b示出了场诱导的状态(E≠0)。
实施例使用厚度为1.10mm的液晶显示玻璃基底。基底一侧提供有表面电阻为80Ω/cm2的氧化锡铟(ITO)层(电极材料)。使用本领域熟练技术人员已知的常规照相平版印刷方法，提供寻址电极结构。将玻璃基底切割成尺寸为9.5×12.5mm的片材，并研磨边缘。还使用尺寸为25.4×25.4mm的玻璃基底。
然后，在超声浴中，在蒸馏水中洗涤基底数次，干燥，然后在异丙醇内洗涤2次。之后将基底移入到清洁的室内。
用溶解在四氢呋喃(THF)内浓度为约0.1％(w/w)(测试最多0.5％w/w的浓度)的表面定向器校准层材料旋涂基底的ITO侧。速度为3000-4000rpm，和在30秒内进行涂布。
在涂布之后，在125℃的温度下加热基底约5-10分钟，除去溶剂(THF)，并形成校准层。可在烘箱内或者在热板上和/或真空下进行干燥。然后使基底冷却。
应当注意，两步法测试也得到可接受的结果，所述两步法包括在60℃下加热约5-10分钟，接着在130℃下加热约10-30分钟。然而，要注意，超过室温的温度原则上对于干燥步骤来说不是必需的。
使用120mm的转鼓直径，300rpm的转鼓速度，15mm/sec的线速度，和约0.5mm的堆积接触长度，用尼龙布抛磨在ITO层之上施加的表面定向器校准层。在相同方向上抛磨所有基底。
之后，在两个边缘处，在弦线(string)内，使用UV-胶(NorlandNOA68)和隔离剂(spacer)，将两个基底一起放置在一个单元中，其中一个基底旋转180°使抛磨方向在该单元内逆平行。可供替代的方法是在该单元表面上喷洒来自乙醇分散液的隔离剂。将该单元在压力下放置在UV曝光盒中15分钟。将小的电缆超声焊接到该单元的每一ITO表面上。
然后，借助毛细作用力，将处于各向同性相的向列型液晶引入到该单元内(这可在有或无外加真空的情况下进行)。
应当注意，以上所述的器件是相对简单的类型。器件可具有大得多的尺寸，和可以例如通过使用无源矩阵寻址类或者有源矩阵寻址类以不同方式寻址。在这些情况下，包括牵涉复杂微电子生产步骤在内的步骤。在所有下述实施例中，在使用溶剂之前，通过使反应溶剂流经含有获自ICN Biomedicals GmbH德国的ICN Alumina N super 1的短色谱柱，干燥溶剂。
在所有下述实施例中，本领域的熟练技术人员公知的标准反应用于聚合物的制备。
由于统计原因，在下述实施例中最大官能度为86％。因此，最小14％的起始羟基在反应完成之后仍然保留。
实施例1具有电稳定的垂直校准的表面定向器校准层的面外切换液晶器件表面定向器校准层材料的制备在100ml烧瓶内，将0.70g4｀-(11，11-二乙氧基十一烷氧基)-联苯基-4-碳腈(侧链前体I)(参见D Lacey等，MacromolecularChemistry and Physics 200，1222-1231(1999))、0.081g辛醛、0.198g聚乙烯醇(PVA)(数均分子量为约15000g/mol)和0.10g对甲苯磺酸(TsOH)溶解在20ml干燥N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，并在约55℃下搅拌24小时。
然后将反应混合物倾倒入150ml甲醇中，和聚合物沉淀。收集沉淀，并溶解在5ml氯仿中，并在100ml甲醇中再沉淀，反复再沉淀2次。
产率为0.29g聚合物(即，基于所添加的聚乙烯醇的用量计算为40％)。损失是由于在综合加工工序(即沉淀工序)中低摩尔质量的聚合物被除去导致的。
所得聚合物的1H-NMR光谱与流程I的结构A一致。使用NMR测定的在聚合物内的侧链摩尔比I/辛醛发现为2/1(＝结构A中的o/n)。此外，(o+n)/p发现为约42/16。
由侧链前体I形成的侧链通过-(CH2)10-形式的间隔原子连接到聚合物主链上。
流程I制造本发明的液晶器件如上所述，用如上所述制备的聚合物A(＝式XIX)，涂布基底的ITO侧。然而，应当注意，可在该实施方案中使用根据式I-XXXII中的任何一种结构。
非常轻地单方向擦拭聚合物层(约100nm)，诱导聚合物的内消旋配合侧链的小的预倾斜，和之后组装该单元。
然后用向列型混合物MBBA/MLC6608(Merck，德国)，40/60wt％填充夹层单元(单元间隙为约3微米)，其中MBBA的Δε＝-0.8和MLC6608的Δε＝-4.2。
在该单元中，聚合物层充当表面定向器校准层。
借助偏振显微镜观察在冷却到室温之后的单元的校准，和发现为均匀垂直。
在含偏振显微镜、光检测器、示波器和脉冲发生器的装置内，测量应答上升和延迟时间。
图18描述了在施加低频(约1Hz)单极脉冲下，具有垂直校准的单元的光电应答。在9.2V的电压(U)下，所测量的上升和延迟时间分别为约1.9和3.8ms。因此，所测量的延迟时间比具有起始垂直校准的面外切换液晶单元内通常测量的延迟时间短约5倍。
实施例2具有电稳定的垂直校准的表面定向器校准层的面外切换液晶器件重复实施例1，所不同的是，用向列型混合物MBBA/MLC6884(Merck，德国)，40/60wt％填充夹层单元，其中MLC6884的Δε＝-5.0和MBBA的Δε＝-0.8。
如图19所示，在6.1V的电压(U)下，所测量的上升和延迟时间分别为约2.5和1.8ms。
实施例3具有电稳定的垂直校准的表面定向器校准层的面外切换液晶器件表面定向器校准层材料的制备在100m l烧瓶内，将0.11g4｀-(11，11-二乙氧基十一烷氧基)-联苯基-4-羧酸4-乙氧基羰基苯酯(侧链前体III)、0.07g4｀-(11，11-二乙氧基十一烷氧基)-4｀-十一碳-10-烯基氧基联苯(侧链前体VII)、0.018g辛醛、0.037gPVA(数均分子量为约15000g/mol)和0.03g TsOH溶解在10ml干燥DMF中，并在约55℃下搅拌48小时。
然后将反应混合物倾倒入150ml甲醇中，和聚合物沉淀。收集沉淀，并溶解在5ml氯仿中，并在100ml甲醇中再沉淀，反复再沉淀2次。
产率为0.09g聚合物。损失是由于在综合加工工序中低摩尔质量的聚合物被除去导致的。
所得聚合物的1H-NMR光谱与流程II的结构H一致。
将由侧链前体III形成的侧链通过-(CH2)10-形式的间隔原子连接到聚合物主链上，并将由侧链前体VII形成的侧链通过-(CH2)10-形式的间隔原子连接到聚合物主链上。
流程II制造本发明的液晶器件重复实施例1，所不同的是，用如上所述制备的聚合物H(＝式XXXII)如上所述地涂布基底的ITO侧。然而，不擦拭聚合物层。此外，用Δε＝-5.0的向列型材料MLC6884(Merck，德国)填充夹层单元。
如图20所示，在5.2V的电压(U)下，所测量的上升和延迟时间分别为约2.7和2.7ms。
实施例4具有电稳定的平面校准的表面定向器校准层的面外切换液晶器件表面定向器校准层材料的制备在100ml烧瓶内，将1.0g2-[4-(11，11-二乙氧基-十一烷氧基)-3-(4-乙氧基苯基偶氮基)苯基氧基]丙酸丁酯(侧链前体IX)、0.205g辛醛、0.25gPVA(数均分子量为约15000g/mol)和0.1gTsOH溶解在25ml干燥THF中，并在约60℃下搅拌24小时。
然后将反应混合物倾倒入250ml甲醇中，和聚合物沉淀。收集沉淀，并溶解在5ml氯仿中，并在100ml甲醇中再沉淀，反复再沉淀2次。
产率为0.56g聚合物。损失是由于在综合加工工序中低摩尔质量的聚合物被除去导致的。
所得聚合物的1H-NMR光谱与流程III的结构J一致。使用NMR测定的在聚合物内的侧链摩尔比IX/辛醛发现为1/1(＝结构J中的o/n)。此外，(o+n)/p发现为约43/18。
由侧链前体IX形成的侧链通过-(CH2)10-形式的间隔原子连接到聚合物主链上。
流程XIII制造本发明的液晶器件如上所述，用如上所述制备的聚合物J(＝式XLIV)，涂布基底的ITO侧。然而，应当注意，可在该实施方案中使用根据式XXXIII-XLV中的任何一种结构。
单方向擦拭聚合物层(约100nm)，以确保聚合物的内消旋配合(mesogenic)侧链的均匀平面校准，和之后组装该单元。
然后用Δε＞0的向列型混合物E7(BDH/Merck)填充夹层单元(单元间隙为约3微米)。
在该单元中，聚合物层充当表面定向器校准层。
借助偏振显微镜观察在冷却到室温之后的单元的校准，和发现为均匀平面。
在含偏振显微镜、光检测器、示波器和脉冲发生器的装置内，测量上升时间和延迟时间。
在施加低频(约1Hz)单极脉冲下，具有平面校准的单元的光电应答，发现上升和延迟时间分别为约0.5ms和4ms。
实施例5具有电稳定的平面校准的表面定向器校准层的面外切换液晶器件重复实施例4，所不同的是，用Δε＝+10.8的向列型材料E70A(BDH/Merck)填充夹层单元。
如图21所示，在5.6V的电压(U)下，所测量的上升和延迟时间分别为约1.1和1.6ms。
尽管参考本发明的具体实施方案详细地描述了本发明，但对于本领域的熟练技术人员来说，显而易见的是，可在没有脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种变化和改变。
权利要求
1.一种液晶器件，它包括在其本体表面处存在表面定向器的液晶本体层，和表面定向器校准层，所述表面定向器校准层包括在所述本体表面处为与本体层相互作用而排列的侧链，以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向，其特征在于，液晶本体层的分子取向和表面定向器校准层的所述侧链的取向各自直接通过电场借助介电耦合来控制。
2.权利要求1的液晶器件，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性(Δε)。
3.权利要求1的液晶器件，其中液晶本体层和表面定向器校准层显示出相同符号的介电各向异性(Δε)。
4.权利要求1的液晶器件，它包括第一和第二表面定向器校准层，其中液晶本体层和第一表面定向器校准层显示出相反符号的介电各向异性(Δε)，和液晶本体层和第二表面定向器校准层显示出相同符号的介电各向异性(Δε)。
5.权利要求1的液晶器件，其中表面定向器校准层包括显示出相反符号的介电各向异性(Δε)的结构部分。
6.权利要求2的液晶器件，进一步包括至少一个confining基底，和其中所述表面定向器在所述基底上的正投影，被称为投影的表面定向器，在与所述基底平行的几何面内具有所述优选的取向，称为优选的无场平面取向，和所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便投影的表面定向器的所述优选平面取向面外切换成场诱导的垂直取向。
7.权利要求2的液晶器件，进一步包括至少一个confining基底，其中所述表面定向器在与所述基底垂直的几何平面上的正投影，被称为投影的表面定向器，具有所述优选的取向，称为优选的无场垂直取向，和所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便投影的表面定向器的所述优选垂直取向面外切换成场诱导的平面取向。
8.权利要求6或7的液晶器件，其中垂直于所述至少一个confining基底施加电场。
9.权利要求3的液晶器件，进一步包括至少一个confining基底，和所述本体层的分子取向可直接通过施加电场来控制，以便起始的第一平面取向面内切换成场诱导的第二平面取向，而所述表面定向器的正投影，被称为投影的表面定向器，在与所述基底平行的几何面内具有所述优选的取向，称为优选的场诱导的平面取向。
10.权利要求9的液晶器件，其中平行于所述至少一个confining基底施加电场。
11.权利要求1-10任何一项的液晶器件，其中液晶本体层包括向列型液晶。
12.权利要求1-11任何一项的液晶器件，其中表面定向器校准层包括具有聚合物主链和连接到其上的侧链的聚合物，所述聚合物主链没有直接偶合的环结构和至少一些侧链中的每一侧链(i)包括借助选自下述的偶联基偶联的至少两个未取代和/或取代的苯基碳碳单键(-)、含碳碳双键的单元(-CH＝CH-)、含碳碳三键的单元(-C≡C-)、亚甲基醚单元(-CH2O-)、亚乙基醚单元(-CH2CH2O-)、酯单元(-COO-)和偶氮单元(-N＝N-)；(ii)显示出永久和/或诱导的偶极矩，所述偶极矩以有序的相形式提供介电各向异性；和(iii)借助至少两个间隔原子连接到聚合物主链上。
13.权利要求12的液晶器件，其中聚合物是聚乙烯醇缩醛。
14.一种制造液晶器件的方法，该方法包括下述步骤在至少一个基底的内表面上提供表面定向器校准层，和在两个基底之间夹有液晶本体层，所述液晶本体层在其本体表面处存在表面定向器，和所述表面定向器校准层包括为在所述本体表面处与本体层相互作用而排列的侧链，以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向，其特征在于，液晶本体层的分子取向和表面定向器校准层的所述侧链的取向各自可通过电场借助介电耦合直接控制。
15.一种控制液晶本体层的方法，该方法包括下述步骤通过使用表面定向器校准层，校准在其本体表面处存在表面定向器的液晶本体层，其中所述表面定向器校准层包括为在所述本体表面处与本体层相互作用而排列的侧链，以便有助于获得本体层的表面定向器的优选取向，其特征在于，液晶本体层的分子取向和表面定向器校准层的所述侧链的取向各自可通过电场借助介电耦合直接控制。
全文摘要
本发明涉及液晶器件，它包括液晶本体层和表面定向器校准层，所述表面定向器校准层包括为与本体层相互作用而排列的侧链，其中本体层的分子取向和所述侧链的取向各自可通过电场借助介电耦合直接控制，从而导致对所施加的外场应答时切换和驰豫液晶本体分子所需总时间段(上升和延迟时间)降低。本发明还涉及制造液晶器件的方法和控制液晶本体层的方法。
文档编号C09K19/02GK1813217SQ200480017747
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月7日 优先权日2003年6月23日
发明者L·科米托夫, B·赫尔基, J·菲利克斯 申请人:艾克塞博Ppf2公司