专利名称：铁电液晶装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁电液晶装置和铁电液晶混和物。
通常液晶装置包括一薄层位于两层玻片之间的液晶材料。光学上透明的电极做在两上玻片的内侧。当在两个电极之间施加电压时，产生的电场改变了液晶分子的排列。分子排列的改变容易观察到，这就构成了许多种类液晶装置的基础。
在铁液晶装置中，分子按照施加的电场的极性在不同排列方向之间改变。这些装置常表现出双稳性，此时分子往往保持两种状态之一，直至转换为另一状态。这使相当大而复杂的装置中的多路传输寻址成为可能。
一类普通的多路显示器有显示元件，例如按照x，y矩阵电路格式排列的象素，用以显示字母数字符号。使一个玻片上的电极按列排列，另一玻片上的电极成行排列，就形成了矩阵电路格式。各行各列相交，形成可编址元素或象素。其它矩阵电路分布图是已知的，如七段数码显示器。
有许多不同的多路传输寻址方案。它们的一个共同特征是向序列中的各行各列施加称为选通电压的电压。在向每行施加电压的同时，向各列施加合适电压，称为数据电压。不同方案之间的区别在于选通电压和数据电压的波形不同。
描述了其它寻址方案的文献有GB-2,146,473-A；GB-2,173,336-A；GB-2,173,337-A；GB-2,173,629-A；WO89/05025；Harada等1985 S.I.D.Paper 8.4第131-134页Lagerwall等1985 I.D.R.C.第213-221页和P.Maltese等，Proc 1988 IDRC第90-101页，铁电体液晶显示屏装置的快速编址讨论会。
通过使用相反符号的两个选通脉冲电压，连同一种数据波形一起，该材料可在它的两种状态之间转换。或者可使用一个消隐脉冲将此材料转换到它的某一状态。消隐和选通脉冲的符号可以周期性地改变，以保持一净d.c.值。
通常这些消隐脉冲比选通脉冲振幅大，作用时间长，以使无论施加两种数据波形中的哪一种于任一交点，材料都能转换状态。可以在选通之前逐行地施加消隐脉冲，或者整个显示器可以一次消隐，或者可以若干行同时消隐。
在铁电液晶装置技术领域，众所周知，为使装置获得最佳效果，采用使材料具有最合适铁电近晶性能的化合物的混和物，对于特定类型的装置是很重要的、通过考虑响应时间～脉冲电压曲线，可以评估装置的速度。这种联系可以表现为在某一特定施加电压(Vmin)下有一最短转换时间(tmin)。电压高于或低于Vmin时，转换时间比tmin长。易于理解的是，响应时间～电压曲线具有这样一个最小值的装置可以在高负载比下多路运作，并比其它液晶装置具有更高的对比度。优选地，所述响应时间～电压曲线上的最小值应分别出现在低作用电压和短脉冲长度下，使装置使用低电压源和在快速地址刷新率下能够运作。
装入铁电装置后，不能使装置具有这一最小值的典型已知材料(这些材料是具有合适液晶特性的化合物的混和物)包括商业上可获得的材料如SCE13和ZLI-3654(二者均由Merk UK Ltd，Poole，Dorsot提供)。一种的确表现出这一最小值的装置可以按照PCT GB 88/01004制造，使用的材料如商业上可获得的SCE8(MerckUK Ltd)。其它先有技术中使用的材料在PCT/GB/86/00040、PCT/GB 87/00441和UK 2232416 B中已有范例。
本发明的目的在于提供比以前的装置具有较短的转换时间和/或使用较低的电压的装置。
根据本发明，一种铁电液晶装置(如多路传输寻址的)包括两个分开的盒壁，每面壁上都带有电极结构且至少一个相对面上用一个取向层处理；一层包封在盒壁间的近晶相液晶材料，在其响应时间～电压曲线上有一最小值；其特征是该液晶材料由两种成份组成A和B，这两种成份给出如下成份A占0.1-50％(重量)，是一种或多种能使材料自发极化的光活性化合物。
成份B所占的比例足使A+B＝100％(重量)，且至少有两种化合物选自 式中a、b、c彼此独立地为0、1、2；R1和2是C1-5优选C3-C12的直链或支链烷基或烷氧基，上面的(成份B的)CH＝CH连结基团可用C2H4代替，CH2O连结基团可用OCH2代替。
如果A是 那么成份B不能是 和 的结合。
而且，如果A是 和 的结合，那么B不能是 优选地，成份A占1-15％(重量)，占1-5％(重量)更好。优选地，任一种构成成份B的化合物占5-60％(重量)，占10-30％更好。
优选地，如PCT/GB88/01111所述，材料含有具有如下通式的光活性掺杂物 式中R1选自氢、C1-12烷基、烷氧基、全氟代烷基和全氟代烷氧基且可为直链或支链；R2是烷基，它可为C1-8的直链基团。C1-15支链或环化基团，r是1-10间的整数，n和m彼此独立地为0或1；X是一个具有如下通式的基团 或 式中F表示相关的苯环可带有1或2个氟取代基，p是0或1；p＝0时Z是单键，p＝1时是COO或单键。
CN基可由CH3、CF3、优选氟或氯的卤素等取代。CO2基团可以倒过来。手性单元CH(CN)R2可由一手性环氧基代替。一个或更多的苯基可由环己基代替。
优选的装置其Vmin小于45伏和/或tmin小于100μs。
成份A可进一步具有如下特征它可以结合一种或多种具有(-)左手胆甾型螺旋的手性成份和一种或多种具有(+)右手螺旋的手性成份。任何一种(-)成份都不能是(+)成份的光学对映体。这种手性混和物可本身即为手性近晶态物质，或者可用作非手性或外消旋倾斜近晶型液晶基质材料的添加剂。或者，如果胆甾螺距和Ps具有如下特征该倾斜型手性近晶态液晶材料在其温度升至室温以上时，在手性近晶相和各向同性相之间有一胆甾相，其胆甾螺距p在胆甾相向近晶相转变温度以上至少0.1℃范围内大于层厚d之一半，并在手性近晶相中产生有意义的自发极化，那么一种或多种手性成份可以有相同的胆甾型螺旋方向。美国专利5,061,047描述过一些制造液晶显示装置的相关方法。
Ps值至少为0.1，优选1或1以上nC/cm2。
层厚可达15μm或更多，通常为1-12μm。
为借助实例说明本发明，必须参考如下附图
图1是一时间多路传输寻址的x，y矩阵电路的示意图；图2是图1中显示部分的横断面放大图；图3是表明该装置具有(tmin/Vmin)特征的曲线；图4-6分别是30℃时混和物1、2和3的t/μs对V/V图(混和物见表1)。
图1，2所示的装置包括两个由隔离环4和/或分散隔离物质分开的、相距约1-6μm的玻璃壁。
在两个玻璃壁内面上做有透明的氧化锡电极结构5、6。所示的电极成行成列排列，形成一个x，y矩阵电路，但亦可为其它形式。例如，可以是若干段的形式，形成一个七段数码显示器。
一层液晶材料7被包含在盒壁2，3和隔离环4之间。
起偏器8，9安装在盒1的前后。行10和列11驱动器向盒施加电压信号。产生两套波形以提供给行和列驱动器10、11。选通波形发生器12提供行波波行，数据波形发生器13向列驱动器11提供开关波形。同步和显示格式的总体控制由对比度逻辑单元14控制。
安装之前，对壁2，3进行表面处理，例如通过在聚酰胺或聚酰亚胺薄层上旋转，干燥并在合适时固化；然后按单一方向R1、R2用干净的软布(如人造丝)摩擦。这种已知的处理使液晶分子形成了表面排列。无外加电场时，分子按摩擦方向排列；R1和R2相同或相反方向上平行(+/-30°)。施加合适的无确定方向的电压时，分子取向按两个彼此呈约45°角的取向D1，D2之一排列。
装置中还包括光学上甄别其状态的装置，例如1个或更多的偏振器。它能以透射或反射方式工作。在前一方式下，通过装置的光线例如钨灯泡发出的光线选择性地透过或被阻挡，以形成所需的显示。在反射方式下，于第二个偏振器9后置一反射镜，以将周围的光线反射通过盒1及两个偏振器。通过使反射镜部分地反射，该装置可在透射和反射两种状态下工作。
可向材料7中加入多向色性(pleochroic)染料。在这种情况下，仅需一个偏振器，层厚度可为4-10μm。
在2μm这一典型厚度下，例如在22℃时，材料用+或-50伏直流脉冲作用100μs。在接收一正脉冲后，两种转换状态D1，D2可任意地定义为“开”，把再接收一强度足够的负脉冲以后的状态定义为“关”。偏振器8，9安排为偏振轴彼此垂直，并使其中之一的轴平行于两种转换状态之一的取向器。
运作时，选通波形依次作用于各行，同时合适的开或关的数据波形作用于各个列电极。这就在开状态下提供了一种通过某些x，y方向相交形成所需的显示形式，而在关状态下是另一种形式。这种寻址方式称为多路传输寻址。
下述化合物及混合物是可说明本发明的实例。
A B2 R R′ ％C8H17C5H1133.3C8H17OC5H1133.3C7H15OC7H1533.3B2 R R′ ％C7H15C9H1933.3C9H19C9H1966.6B3 R R′ ％C6H13C5H1122.0C4H9C5H1132.5C8H17C5H1129.5C10H21C5H1116.0B4
表1含化合物B1的混合物
TA-C＝近晶A-近晶C相转变温度θ＝圆锥角Ps＝自发极化E＝电场且对应于三种不同混合物1、2和3的盒厚(d/μm)分别为2.3、1.9和1.65。
分析表1提供的数据，也许最有指导意义的是考虑表头为Emm/Ps的栏和tmin×Ps。表2和表3列出了混合物1和2在不同温度下的Ps和θ数据。
表2混合物I
表3混合物2
下面评估了多种混合物。除非作说明，温度为30℃。Vmin的单位是V，tmin的单位是μs，Ps的单位是nCcm-2ZLI 5014-000是可从Merck购得的混合物。
Vmin＝60tmin＝26 Ps＝2.7 nCcm-2。
LB7是下述物质的1∶1混合物
1份
这一混合物然后与1份下述物质混和 加5％BE80F2N(1％活性)。
Vmin＝46tmin＝29 Ps＝1.9nCcm-2AJS20是下述物质的混和物相对比例 加5％BE80F2N(1.75％活性)。
Vmin＝21.4 tmin＝38 Ps＝2.3nCcm-2AJS62是下述物质的混和物相对比例 加5.1％BE80F2N(1.8％活性)。
Vmin＝70tmin＝19.6AJS64是下述物质的混合物相对比例 加5.2％BE80F2N(2.3％活性)。
Vmin＝55 tmin＝19.6AJS67是下述物质的混和物相对比例 加5％BE80F2N(2.25％活性)。
Vmin＝6.5 tmin＝19 Ps＝6.9nCcm-2(7.5Vac偏压)AJS32是下述物质的混和物比例 加1.75％BE80F2NVmin＝46 tmin＝15 Ps＝4.2nCcm-2VH53是下述物质的混和物相对比例 加5％BE80F2N(1％活性)Vmin＝44 tmin＝61 Ps＝2.5nCcm-2LPM68是下述物质的混和物 加1％IGS97。
Vmin＝50tmin＝36 Ps＝3.0nCcm-213/291-1是下述物质的混和物 Vmin＝40 tmin＝33 Ps＝6.4nCcm-2(36℃)O31291-1是下述物质的混和物 Vmin＝38 tmin＝35 Ps＝6.5nCcm-2(25℃)H1是下述物质的混和物 加1.75％BE80F2N
Vmin＝35 tmin＝90 Ps＝9.0nCcm-2VH50是下述物质的混和物 加10％BE80F2N(1.71％活性)Vmin＝35 tmin＝163 Ps＝7.4nCcm-2VF9是下述物质的混和物 加2％BE80F2NVmin＝61 tmin＝41 Ps＝9.2nCcm-2BDH835是可从Merk购得的混合物。
Vmin＝45 tmin＝33 Ps＝9.5nCcm-2SCE8是可从Merk购得的混合物。
Vmin＝50 tmin＝46 Ps＝5.7nCcm-2(25℃)LT4是下述物质的混和物 加2％BE80F2NVmin＝52 tmin＝26 Ps＝6.6nCcm-2(0℃)VH51是下述物质的混和物 加10％BE80F2N(1.75％活性)Vmin＝30 tmin＝66 Ps＝7.1nCcm-2VH52是下述物质的混和物 加10％BE80F2N(1.7％活性)Vmin＝35 tmin＝121 Ps＝5.7nCcm-2AS452是下述物质的混和物 加1.75％BE80F2NVmin＝41 tmin＝13AS407是下述物质的混和物 加2.5％IGS97Vmin＝50 tmin＝29 Ps＝7.74nCcm-2AS436是下述物质的混和物 加2.5％IGS97Vmin＝50 tmin＝17 Ps＝6.6nCcm-2AS435同AS436，只是其中含1.28％IGS97。
Vmin＝45 tmin＝31 Ps＝2.7nCcm-2上述IGS97是 BE80F2N是
权利要求
1.一种铁电液晶装置，它包括两个分开的各自带有电极结构的盒壁，且至少在一个相对表面上用一个排列层处理；一层包封在盒壁间的近晶态液晶材料，它的响应时间～电压曲线上有一最小值，其特征在于该液晶材料由两种成份组成A和B，这两种成份给出于下成份A占0.1-50％(重量)，是一种或多种能使材料自发极化的光活性化合物；成份B所占的比例足使A+B＝100％(重量)，且是至少两种选自如下的化合物 其中a、b、c彼此独立地为0、1、2；R1和R2是C1-15优选C3-C12的直链或支链烷基或烷氧基；上面的(成份B的)CH＝CH连接基团可用C2H4代替，CH2O连结基团可用OCH2代替；条件为如果A是 那么成份B不能是 的结合；而且，如果A是 和 的结合，那么B不能是
2.权利要求1的装置，其中组成成份B的化合物由一种或多种选自如下的化合物组成
3.权利要求1或2的装置，其中成份A通过如下通式给出 式中R1选自氢、C1-12烷基、烷氧基、全氟代烷基和全氟代烷氧基，可为支链或直链；r是1～10间的一个整数，n和m彼此独立地为0或1；X是具有如下通式的基团 或 A、B和C可彼此独立地为苯基或环己基；(F)表示相关的环可以带有1或2个氟取代基；p是0或1；p＝0时Z是单键，p＝1时Z是COO或单键；Y可为CO2或O2C；L可为一手性环氧化物或由如下通式给出 J可为CN、F、Cl、CH3或CF3；R2是烷基，可为C1-8直链、C1-15支链或环化基团。
4.权利要求1或2的装置，其中成份A由如下通式给出 式中R1选自氢、C1-12烷基、烷氧基、全氟烷基和全氟烷氧基，且可为直链或支链；R2是烷基，可为C1-8直链，C1-15支链或环状的；r是1-10的一个整数；n和m彼此独立地为0或1；Y可为CO2或O2C；J可为CN、F、Cl、CH3或CF3；X是具有如下通式的基团 和 式中A、B和C彼此独立地可为苯基或环己基；(F)表示相关环可带1或2个氟取代基；p是0或1；p＝0时Z是一单键，p＝1时Z是COO或一单键。
5.权利要求4的装置，其中J是CN，Y是CO2。
6.权利要求5的装置，其中A、B和C是苯环。
7.权利要求6的装置，其中成份A由如下通式给出
8.权利要求6的装置，其中成份A由如下通式之一给出
9.权利要求6的装置，其中成份A由如下通式给出 式中n为0或1；r是1-6；R1是C1-12烷基或烷氧基且R2是支链烷基。
10.权利要求9的装置，其中R2是异丙基。
11.权利要求1-10中任一项的装置，其中组成成份B的化合物之一具有如下通式
12.权利要求1-10中任一项的装置，其中组成成份B的化合物之一具有如下通式
13.权利要求1-10中任一项的装置，其中组成成份B的化合物之一具有如下通式
14.权利要求1-10中任一项的装置，其中组成成份B的化合物之一具有如下通式
15.权利要求1-10中任一项的装置，其中组成成份B的化合物之一具有如下通式
16.权利要求1-10中任一项的装置，其中组成成份B的化合物之一具有如下通式
17.权利要求1的装置，其中组成成份A的一种或多种化合物占1-15％(重量)。
18.权利要求2-16的装置，其中组成成份A的一种或多种化合物占1-15％(重量)。
19.权利要求1的装置，其中组成成份B的一种或多种化合物占5-60％(重量)。
20.权利要求2-16的装置，其中组成成份A的一种或多种化合物占10-30％(重量)。
21.权利要求1的装置，其中的铁电液晶装置是多路传输寻址的。
22.权利要求2-20的装置，其中铁电液晶装置是多路传输寻址的。
23.权利要求1的装置，其中成份A加入到成份B中后，产生倾斜型手性近晶型液晶材料，它在高于胆甾相向近晶相转变的转变温度至少0.1℃范围内，具有大于层厚d一半的胆甾螺距，并在手性近晶相中有显著的自发极化Ps。
24.权利要求23的装置，其中成份A包括(+)和(-)手性材料，使得到的混和物在其手性倾斜型近晶相中具有相当大的自发极化。
全文摘要
描述了一种含液晶混和物的液晶装置，液晶混和物包括成分A和B。成分A包括一种或多种能使材料产生自发极化的光活性化合物。成分B选自具有通式(I)的一种或多种化合物，式中a、b、c彼此独立，为0、1、2；R
文档编号G02F1/13GK1142843SQ9419498
公开日1997年2月12日 申请日期1994年12月9日 优先权日1993年12月13日
发明者I·C·塞治, D·G·麦唐奈尔, J·C·琼斯, A·施兰尼∴ 申请人:英国国防部