[发明专利]用于光学器件的近晶A组合物

说明书

技术领域

本发明涉及具有近晶A结构的液晶组合物、含有夹在一对电极之间的这样的组合物的电池、含有一个或多个电池的光学器件以及通过向组合物施加电场来转换组合物的光学特性的方法。 

发明背景

近晶液晶(LC)是当从各向同性(液体)相冷却时和固化之前，可以形成具有成层结构的液晶相的材料，在成层结构中液晶分子在各层内显示各种形态。各种形态产生了通过字母A、B、C等等来指定的许多不同的近晶相，最常见的近晶相是近晶A(SmA)。SmA相具有正交于层但在层内随机分布的LC分子，因此，它是最少有序的近晶相之一。X射线研究显示了弱的密度波、明确的层间距的特征，且这些材料通过显微镜和在粘弹性及其他特性方面两者不同于向列相。 

大多数非旋光性的SmA材料是线性的和棒状的(有时被称为“板条”状)，且通常具有正介电各向异性，即分子的长分子轴的平均方向(通过称为“指向失”的矢量表示)将与施加穿过存在于两种基材(例如，由玻璃制成)之间的近晶A液晶的膜的电场中的梯度对齐。如果基材用作夹入膜的电极，那么然后指向失将正交于基材。此定向被称为‘垂直对齐’。 

“8CB”(4’-辛基-4-氰基联苯)和“8OCB”(4′-(辛氧基)-4-氰基联苯)是当从较高温度的向列相冷却时展示SmA相的材料的实例。 

在垂直对齐中，所有SmALC分子排列在基材之间的层中，层以平行于基材的方向延伸，且如上面所说的，单个LC分子的指向失基本上正交于基材的平面。可以破坏垂直的SmA结构并分裂成域，且均匀结构将单 独地保持在每个域中。域的数量越多，SmA材料的状态越无序，且相反地，域的数量越少，材料将是越有序的。即使在极端的无序的情况下，不同域中各层的定向将不是完全随机的。 

SmA液晶是光学各向异性的，且所以存在的域的数量越多，光散射越大。这有时被称为“散射态”。在均匀的垂直状态，SmA组合物将显得透明且这有时被称为“透明态”。然而，当在散射态下时，在适当厚的样品中相同的SmA组合物可以散射光到使得样品是不透明的程度。 

通过取得涂覆有通常由铟锡氧化物制成的透明导电层的平面玻璃片可以形成含有SmA组合物的试验电池。这两个片可以形成例如由统一直径(通常，大于5微米，取决于所需的电池厚度)的间隔物隔开的薄电池。该电池通常用允许孔填充的胶封边。通过填充电池可以形成SmA液晶层(通常在高于材料的各向同性转换的高温下)。应用线来接触导电玻璃，允许场被施加穿过液晶层。与在其中电池的均匀对齐是它们的操作的必要条件的向列显示器型器件形成强烈对比，这里讨论的SmA器件中，不需要使用对齐层。 

为了电寻址SmA液晶电池，通常施加交流(AC)场以便避免由电极处的电化学反应对液晶的损坏，使用直流(且低频交流<50Hz)通常获得电化学反应。对于不含有离子掺杂剂的材料(下面解释)来说，LC的介电异向性将导致它们重新排列，并与所施加的场方向(垂直于基材表面)对齐。在这样的条件下，电池(透光或垂直于它的表面观察)通常将显得透明。现在SmA材料是在有序的单域中，且材料的各层定位为平行于基材，且单个LC分子的指向失定位为正交于各层和基材。对于许多SmA材料来说，这种情况只能通过重新加热电池到向列相且从而破坏SmA对齐来逆转。 

因为只能通过这样的加热和随后的冷却来逆转从透明态到散射态的转换，因此具有正介电各向异性的SmA液晶，不能单独形成实用的电光学现象的基础。然而，可以通过破坏单域态以形成多域的如下面所描述的近晶动态散射(SDS)从单域透明态电诱导光散射态，这允许显示器在垂直对齐的透明态和无序光散射态之间可逆地转换。没有偏振光的条件下， 这两种态是可见的。