[发明专利]在光学设备中应用的杂化层

说明书

本发明涉及含有两个基本平行的基片的光学设备，在两个基片相对的一侧具有用于转接所述基片之间存在的旋光层的电极层。此外，本发明还涉及在这种光学设备中使用的的杂化层。

在公开的文章中涉及的光学设备例如像光闸或液晶显示器为公众所熟知的。

所知的光学设备的严重的缺点为它们相对高的开关电压。

近来介绍的基于胆甾基液晶(CLCs)的显示设备仍然认为受到性能的限制。实现手性液晶光学设备和显示器的优势的主要阻碍在于难于在优选的取向上产生螺旋结构的足够的长程有序排列。迄今为止尝试的排列为在含有液晶的元件的每一面上使用表面排列层以在所述表面产生强的排列。遗憾的是，难于在所述元件的大小范围内控制排列，其中所述液晶倾向于形成被非排列断层区域分离的区域结构。为得到良好的对比度应增加元件的厚度，然而这样将降低有序排列和光学性质。

本发明尤其旨在提供具有相对低的开关电压的光学设备。

另外，本发明旨在提供具有所述螺旋结构的足够的长程有序排列和在三维结构上控制的光学设备。

这个目标在含有两个基本平行的基片(在两个基片相对的一侧具有用于转接所述基片之间存在的旋光层的电极层)的光学设备中实现，根据本发明的这些光学设备的特征在于：所述旋光层是作为含有光学各向异性材料和多孔柱状结构的杂化层形成。在本申请中提及的词语“柱状结构”均表示不同类型的结构，这些结构可通过将要描述的方法得到。这些形状为螺旋结构、柱状、斜柱状、锯齿状、手性或正弦结构(sinusoidal structures)等。特别是当使用液晶材料作为各向异性材料时，所述结构的存在导致所述光学设备的开关电压降低。

在这里我们说明一种技术，其中把液晶材料嵌入到无机多孔骨架结构中以产生强的有序排列和在三维结构上的控制。元件厚度仅受到厚膜生产的难度的限制，而50μm的厚度是容易得到的。另外液晶有序排列结构可设计为工程师所需的光学响应。例如CLC元件典型的透射／反射的窄带宽可通过产生分级螺矩(pitch)结构来扩大。根据本发明的方法，螺矩的梯度或其它结构可对沉积控制系统采用简单的软件修改来完成。甚至可在层内将所述螺矩反转以得到基本上100％的反射。最后，由于本发明方法的多用性，元件生产所需的所有偏振成分可采用很少几步沉积步骤进行(所有均基于本发明的方法)以生产完整的设备。虽然仍存在大量待研究的细节，本发明的方法看来是制造液晶设备的一项有前途的技术，这些液晶设备应用于显示器中，而且还应用于其它部件(有源或无源)中。

本发明还涉及在光学设备中使用的杂化层，所述层包括光学各向异性材料和多孔柱状结构。所述结构导致所述光学设备的开关电压降低。优选所述柱状结构包括螺旋结构，如果需要在所述螺旋中可具有方形层面。

手性光学设备主要用于，例如在液晶(LC)显示器中过滤圆偏振光。基于手性液晶(CLCs)的不同的光学开关技术并由于其光学性质优于基于线性偏振光的设备(如在大多数商品液晶显示器中应用的扭转向列相(twisted nematic)元件)已被关注。事实上，扭转向列相元件为手性光学设备的一种类型，其中所述手性“扭矩”长度远长于可见光的波长。这里讨论的手性光学设备具有与可见光的波长相近的扭矩或螺矩并在“共振”方式下操作，相应于CLC文献中的“选择反射区域”。手性光学设备的开关是基于圆形布拉格(Bragg)反射现象，其中一种左-或右-圆偏振光成分为所述手性材料的螺旋结构所选择性反射。圆形布拉格反射产生于从螺旋结构的圆偏振光的相长散射并基本上非常近似于产生于高／低指数的多层膜的平面偏振光相长干涉反射，圆形布拉格反射使得光偏振作为开关(在显示器和其它光学应用上)而没有使用吸收偏光器(如那些在线性偏振光设备中使用的)，这些吸收偏光器通过吸收传播通过所述设备的可透射光的一半来减少功率系数。