[发明专利]低聚硅氧烷改性的液晶配制剂和使用它的器件

说明书

技术领域

本申请涉及使用低聚硅氧烷改性的液晶以及它们在光电器件中的用途。本发明具体地涉及这种液晶的配制剂，使得它们能够用于双稳态的铁电显示器，所述显示器可以被等温电场排列，且还具有非常低的自发极化(Ps)，这是使用有源基体底板技术的实际器件所要求的。

背景技术

热致液晶是能表现出液晶或介晶相的材料，其中所述相可作为温度的函数而变化。液晶相(例如向列型或近晶型)往往存在于各向同性相和结晶相之间，且显示出各向同性相(液相)或结晶相所观察不到的物理性质。例如，液晶相可在同一温度下显示出双折射和流体行为二者。在光电器件例如透射型显示器和反射型显示器中利用了这些性质，其中可通过在液晶分子取向受到控制的器件结构中施加电场来有效地调节双折射。向列型液晶已广泛地用于液晶显示器(LCD)中，例如膝上型计算机、移动电话、PDA、计算机监视器和TV的显示器。尽管基于向列型液晶的光电器件已得到广泛利用，但这种器件的最快响应时间限制在毫秒数量级，因为对于部分转换周期来说，该器件依赖于表面排列控制的松弛过程。铁电液晶具有在光学状态之间显著更快地转换的潜力。然而，尽管已开发出数字和模拟模式的器件，但已证明这些器件难以使用，因此仅在专用的微型显示器应用(例如照相机取景器)中得到商业化。

Clark和Lagerwall(美国专利No.4,367,924和Applied PhysicsLetters，36，899-901，(1980)，通过引用将这两篇文献并入本文)描述了利用有机铁电液晶的器件，所述有机铁电液晶显示出亚微秒的电-光转换速度。Clark和Lagerwall的器件是所谓的表面稳定化铁电液晶器件(SSFLCD)。此类器件利用显示出手性近晶C(SmC^*)相的有机铁电液晶或其配制剂，数字转换的SSFLCD模式需要所述手性近晶C(SmC^*)相。为了有助于制备SSFLCD，这些材料在冷却时典型地显示出下述相序：各向同性→向列型→SmA^*→SmC^*，其中SmA^*是手性近晶A相。由于低粘度向列型较高温度相中的液晶分子的表面定位(registration)，这种相序允许形成表面稳定化的排列相。然后通过SmA^*相仔细冷却经排列的液晶器件并转变为SmC^*相，从而产生SSFLCD。如果SmC^*相可牢固地排列成所谓的“书架”几何形状，则所述器件显示出双稳态的铁电转换。

然而，已证明这在实践中是困难的。SSFLCD对若干问题敏感，这些问题导致该技术仅得到有限的商业化。关键的局限来自于所使用的相序，因为当在从较高温度的SmA^*冷却成较低温度的SmC^*相时，在转变过程中常规的有机FLC经历显著的层收缩。层状结构的收缩导致形成缺陷(锯齿状缺陷，这是由于形成翘曲层或折曲(chevron)所致)，这些缺陷显著降低关于SSFLCD所观察到的对比度。折曲结构的形成和这些结构的控制使得能制备C1或C2型器件，这是本领域的技术人员众所周知的，例如参见，Optical Applications of Liquid Crystals，Ed.L.Vicari，Chapter 1，ISBN 0750308575。在一些情况下，可通过施加电场，在此类材料中引起理想的所谓“书架几何形状”，其中SmC^*相的层被设置成垂直于器件基底和排列层。然而，由于制造要求以及器件在被使用时回复为折曲排列的可能性，具有诱导或假书架结构的器件对于商业显示器件来说是不实用的。因此，尽管许多SSFLCD专利要求存在书架结构，但重要的是理解这些结构是真实书架结构还是假书架结构，以及当用于器件时是否存在折曲结构。Crossland等人在Ferroelectrics，312，3-23(2004)中也讨论了这些常规SSFLCD的局限性。