TW201631370A - 光調變元件 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種光調變元件，其包括夾於兩個基板(1)之間之膽固醇液晶介質，該等基板個別地提供有共用電極結構(2)及驅動電極結構(3)，其中具有驅動及/或共用電極結構之該基板另外提供有與該相同基板上之該驅動及或共用電極結構藉由介電層(5)隔離之配向電極結構(4)，該光調變元件之特徵在於其包括至少一個直接毗鄰該液晶介質之配向層(6)。本發明另外係關於產生該光調變元件之方法及該光調變元件在諸如光電顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置及光學資訊儲存裝置等各種類型之光學及光電裝置中之用途。
Description
本發明係關於一種光調變元件，其包括夾於兩個基板(1)之間之膽固醇液晶介質，該等基板個別地提供有共用電極結構(2)及驅動電極結構(3)，其中具有驅動及/或共用電極結構之該基板另外提供有與該相同基板上之該驅動及或共用電極結構藉由介電層(5)隔離之配向電極結構(4)，該光調變元件之特徵在於其包括至少一個直接毗鄰該液晶介質之配向層(6)。本發明另外係關於產生該光調變元件之方法及該光調變元件在諸如光電顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置及光學資訊儲存裝置等各種類型之光學及光電裝置中之用途。
液晶顯示器(LCD)廣泛地用於顯示資訊。LCD用於直視顯示器以及投影型顯示器。用於大部分顯示器中之光電模式仍係扭轉向列(TN)模式以及其各種修改形式。除此模式外，已逐漸使用超扭轉向列(STN)模式及最近之光學補償彎曲(OCB)模式及電控雙折射(ECB)模式以及其各種修改形式(例如垂直配向向列(VAN)、圖案化ITO垂直配向向列(PVA)、聚合物穩定化垂直配向向列(PSVA)模式及多域垂直配向向列(MVA)模式以及其他模式)。所有該等模式皆使用與基板、(個別地)液晶層實質上垂直之電場。除該等模式外，亦存在採用與基板、(個別地)液晶層實質上平行之電場之光電模式，例如平面內切換(簡稱為IPS)模式(例如在DE 40 00 451及EP 0 588 568中所揭示)及邊緣場切
換(FFS)模式。尤其而言，後一光電模式(其具有良好視角性質及改良之反應時間)逐漸用於現代桌上型監視器所用之LCD中且甚至用於TV及多媒體應用所用之顯示器中，且由此與TN-LCD進行競爭。
除該等顯示器外，已提出將使用具有相對較短膽固醇螺距之膽固醇液晶之新顯示模式用於採用所謂的「彎電」效應之顯示器中，此尤其由Meyer等人，Liquid Crystals 1987,58,15；Chandrasekhar,「Liquid Crystals」，第2版，Cambridge University Press(1992)；及P.G.deGennes等人，「The Physics of Liquid Crystals」，第2版，Oxford Science Publications(1995)予以闡述。
採用彎電效應之顯示器通常其特徵在於通常介於500μs至3ms之間之快速反應時間且另外其特徵在於優良灰度級能力。
在該等顯示器中，膽固醇液晶(例如)以「均勻臥式螺旋」配置(ULH)進行定向，此顯示模式亦以此命名。出於此目的，與向列材料混合之對掌性物質誘導該材料發生螺旋扭轉，同時轉變成等效於膽固醇材料之對掌性向列材料。
使用具有短螺距(通常介於0.2μm至2μm之間、較佳地1.5μm或更小、尤其1.0μm或更小)之對掌性向列液晶來實現均勻臥式螺旋結構，該對掌性向列液晶與液晶單元中平行於基板之其螺旋軸單向配向。在此構形中，對掌性向列液晶之螺旋軸等效於雙折射片之光軸。
若垂直於螺旋軸向此構形施加電場，則光軸在單元之平面中旋轉，此類似於鐵電液晶之指向矢在表面穩定化鐵電液晶顯示器中旋轉。
電場在適於在光軸中傾斜之指向矢中誘導延展彎曲結構。在第一近似法中，軸之旋轉角度與電場強度成正比且呈線性比例。在將液晶單元置於交叉偏振器之間且呈無動力狀態之光軸與一個偏振器之吸收軸成22.5°角時，看到最佳光學效應。此22.5°角亦係電場旋轉之理
想角度，因此藉由使電場反轉光軸旋轉45°，且藉由適當選擇螺旋軸之較佳方向、偏振器之吸收軸及電場方向之相對定向，光軸可自平行於一個偏振器切換至偏振器之間之中心角度。在光軸之總切換角度為45°時，則達成最佳對比度。在該情形下，該配置可用作可切換四分之一波片，前提係光學延遲(亦即液晶之有效雙折射率與單元間隙之乘積)選擇為波長之四分之一。在此背景下，提及550nm之波長，在該波長下人眼之敏感性最高。
藉由式(1)給出光軸之旋轉角度(Φ)之良好近似值
其中P0 係膽固醇液晶之未受擾螺距，係延展彎電係數(e延展)及彎曲彎電係數(e彎曲)之平均值[=½(e延展+e彎曲)]，E 係電場強度且K 係延展彈性常數(k11)及彎曲彈性常數(K33)之平均值[K=½(k11+k33)]
且其中/K 稱為撓性-彈性比。
此旋轉角度係彎電切換元件中之切換角度之一半。
藉由式(2)給出此光電效應之反應時間(τ)之良好近似值τ=[P0/(2π)]2．γ/K (2)
其中γ 係與螺旋之扭曲有關之有效黏度係數。
存在解開螺旋之臨界場(Ec)，其可自方程式(3)獲得Ec=(π2/P0)．[k22/(ε0．△ε)]1/2 (3)
其中
k22 係扭轉彈性常數，ε0 係真空之電容率且
△ε 係液晶之介電各向異性。
然而，妨礙大量生產ULH顯示器之主要障礙在於，其配向固有地不穩定且並無單一表面處理(平面、垂直或傾斜)提供能量穩定狀態。為此，在使用習用單元時，難以獲得高品質暗態，此乃因存在大量缺陷。
關於改良主要涉及表面上聚合物結構或本體聚合物網絡之ULH配向之嘗試(例如)闡述於以下文獻中：Appl.Phys.Lett.2010,96,113503「Periodic anchoring condition for alignment of a short pitch cholesteric liquid crystal in uniform lying helix texture」；Appl.Phys.Lett.2009,95,011102,「Short pitch cholesteric electro-optical device based on periodic polymer structures」；J.Appl.Phys.2006,99,023511,「Effect of polymer concentration on stabilized large-tilt-angle flexoelectro-optic switching」；J.Appl.Phys.1999,86,7,「Alignment of cholesteric liquid crystals using periodic anchoring」；Jap.J.Appl.Phys.2009,48,101302,「Alignment of the Uniform Lying Helix Structure in Cholesteric Liquid Crystals」或US 2005/0162585 A1。
另一改良ULH配向之嘗試係由Carbone等人在Mol.Cryst.Liq.Cryst.2011,544,37-49中提出。作者利用藉由使用二光子激發雷射微影製程固化UV可固化材料以促進形成穩定ULH結構產生之表面浮雕結構。
然而，所有上述嘗試皆需要不利處理步驟，該等不利處理步驟尤其與大量生產LC裝置之通常已知方法不相容。
另一改良ULH配向之嘗試係由Qasim等人在Applied.Phys.Lett.2012,100,063501中提出。作者利用IPS電極結構以促進形成穩定ULH結構。藉由使用IPS電極作為配向及驅動電極，配向電壓需要遠高於利用FFS樣配向電極以提供相同電場強度，且不能完全切換顯示器，其中由此透射率不利地較低。
因此，本發明之一個目的係提供替代或較佳改良之ULH模式彎電光調變元件，其並不具有先前技術之缺點，且較佳地具有上下文所提及之優點。
該等優點尤其係有益高切換角度、有益快速反應時間、尋址所需之有益低電壓、與常用驅動電子裝置相容及(最後)有益真黑「關斷狀態」，其應藉由ULH結構之長期穩定配向來達成。
熟習此項技術者可自下列實施方式即刻明瞭本發明之其他目的。
令人吃驚的是，發明者已發現，一或多個上述目的可藉由提供如申請專利範圍第1項之光調變元件來達成。
特定而言，本發明光調變元件中膽固醇液晶材料之ULH結構之穩定性得以顯著改良且最後與先前技術之裝置相比得到改良黑「關斷」狀態。
術語「液晶」、「液晶態化合物(mesomorphic compound)」或「液晶原化合物」(亦簡稱為「液晶原」)意指在適宜溫度、壓力及濃度條件下可作為中間相(向列相、層列相等)或具體而言作為LC相存在之化合物。非兩親性液晶原化合物包括(例如)一或多個桿條狀、香蕉形或盤狀液晶原基團。
在此上下文中，術語「液晶原基團」意指能夠誘導液晶(LC)相行為之基團該等包括液晶原基團之化合物本身並不一定必須展現LC
相。其亦可僅在與其他化合物之混合物中展示LC相行為。為簡明起見，術語「液晶」在下文中用於液晶原材料及LC材料二者。
在申請案通篇中，術語「芳基及雜芳基」涵蓋可為單環或多環之基團，亦即其可具有一個環(例如苯基)或兩個或更多個環(其亦可稠合(例如萘基)或共價連接(例如聯苯)，或含有稠合及連接環之組合)。雜芳基含有一或多個較佳選自O、N、S及Se之雜原子。尤佳者係具有6至25個C原子之單環、二環或三環芳基及具有2至25個C原子之單環、二環或三環雜芳基，其視情況含有稠環且視情況經取代。其他較佳者係5-、6-或7員芳基及雜芳基，其中，另外，一或多個CH基團可由N、S或O以使得O原子及/或S原子彼此不直接連接之方式代替。較佳芳基係(例如)苯基、聯苯、聯三苯基、[1,1’：3’,1”]聯三苯-2’-基、萘基、蒽基、聯萘基、菲基、芘基、二氫芘基、基、苝基、并四苯基、并五苯基、苯并芘基、茀基、茚基、茚并茀基、螺二茀基，更佳係1,4-伸苯基、4,4’-伸聯苯、1,4-伸聯三苯基。
較佳雜芳基係(例如)5-員環，例如吡咯、吡唑、咪唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、四唑、呋喃、噻吩、硒吩、噁唑、異噁唑、1,2-噻唑、1,3-噻唑、1,2,3-噁二唑、1,2,4-噁二唑、1,2,5-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑、1,3,4-噻二唑；6-員環，例如吡啶、噠嗪、嘧啶、吡嗪、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪、1,2,3-三嗪、1,2,4,5-四嗪、1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪；或稠合基團，例如吲哚、異吲哚、吲嗪、吲唑、苯并咪唑、苯并三唑、嘌呤、萘并咪唑、菲并咪唑、吡啶并咪唑、吡嗪并咪唑、喹喔啉并咪唑、苯并噁唑、萘并噁唑、蒽并噁唑、菲并噁唑、異噁唑、苯并噻唑、苯并呋喃、異苯并呋喃、二苯并呋喃、喹啉、異喹啉、蝶啶、苯并-5,6-喹啉、苯并-6,7-喹啉、苯并-7,8-喹啉、苯并異喹啉、吖啶、吩噻嗪、吩噁嗪、苯并噠嗪、苯并嘧啶、喹喔啉、吩嗪、萘啶、氮雜咔唑、苯并
哢啉、菲啶、啡啉、噻吩并[2,3b]噻吩、噻吩并[3,2b]噻吩、二噻吩并噻吩、異苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并噻二唑并噻吩或該等基團之組合。雜芳基亦可經烷基、烷氧基、硫代烷基、氟、氟烷基或其他芳基或雜芳基取代。
在本申請案之背景中，術語「(非芳族)脂環及雜環基團」涵蓋飽和環(亦即彼等排他性地含有單鍵者)及部分地不飽和環(亦即彼等亦可含有多重鍵者)。雜環含有一或多個較佳選自Si、O、N、S及Se之雜原子。(非芳族)脂環及雜環基團可為單環(亦即僅含有一個環(例如環己烷))或多環(亦即含有複數個環(例如十氫化萘或二環辛烷))。尤佳者係飽和基團。其他較佳者係具有3至25個C原子之單環、二環或三環基團，其視情況含有稠環且視情況經取代。另外，較佳者係5、6、7或8員碳環基團，其中，另外，一或多個C原子可由Si代替及/或一或多個CH基團可由N代替及/或一或多個不毗鄰CH2基團可由-O-及/或-S-代替。較佳脂環族及雜環基係(例如)5-員基團，例如環戊烷、四氫呋喃、四氫噻吩、吡咯啶；6-員基團，例如環己烷、芹子烷(silinane)、環己烯、四氫吡喃、四氫噻喃、1,3-二噁烷、1,3-二噻烷、六氫吡啶；7-員基團，例如環庚烷；及稠合基團，例如四氫化萘、十氫化萘、二氫茚、二環[1.1.1]戊烷-1,3-二基、二環[2.2.2]辛烷-1,4-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基、八氫-4,7-亞甲基二氫茚-2,5-二基，更佳係1,4-伸環己基、4,4’-伸雙環己基、3,17-十六氫-環戊[a]菲，其視情況經一或多個相同或不同基團L取代。尤佳芳基-、雜芳基-、脂環族-及雜環基團係1,4-伸苯基、4.4’-伸聯苯、1,4-伸聯三苯基、1,4-伸環己基、4.4’-伸雙環己基及3,17-十六氫-環戊[a]-菲，其視情況經一或多個相同或不同基團L取代。
上述芳基-、雜芳基-、脂環族-及雜環基團之較佳取代基(L)係(例如)促溶解性基團(例如烷基或烷氧基)及吸電子基團(例如氟、硝基或
腈)。尤佳取代基係(例如)F、Cl、CN、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2或OC2F5。
在上下文中，「鹵素」表示F、Cl、Br或I。
在上下文中，術語「烷基」、「芳基」、「雜芳基」等亦涵蓋多價基團，例如伸烷基、伸芳基、伸雜芳基等。術語「芳基」表示芳族碳基團或自其衍生之基團。術語「雜芳基」表示含有一或多個雜原子之根據上文定義之「芳基」。
較佳烷基係(例如)甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、2-甲基丁基、正戊基、第二戊基、環戊基、正己基、環己基、2-乙基己基、正庚基、環庚基、正辛基、環辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、十二烷基、三氟甲基、全氟-正丁基、2,2,2-三氟乙基、全氟辛基、全氟己基等。
較佳烷氧基係(例如)甲氧基、乙氧基、2-甲氧基乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、2-甲基丁氧基、正戊氧基、正己氧基、正庚基氧基、正辛基氧基、正壬基氧基、正癸基氧基、正十一烷基氧基、正十二烷基氧基。
較佳烯基係(例如)乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、環戊烯基、己烯基、環己烯基、庚烯基、環庚烯基、辛烯基、環辛烯基。
較佳炔基係(例如)乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、辛炔基。
較佳胺基係(例如)二甲基胺基、甲基胺基、甲基苯基胺基、苯基胺基。
一般而言，術語「對掌性」用於闡述與其鏡像不可疊合之物體。
「非對掌性(無對掌性)」物體係與其鏡像相同之物體。
除非另外明確陳述，否則術語「對掌性向列」及「膽固醇」在本申請案中同義使用。
在第一近似法中，由對掌性物質誘導之螺距(P0)與所用對掌性材料之濃度(c)成反比。此相關性之比例常數稱為對掌性物質之螺旋扭轉力(HTP)且由方程式(4)加以定義：HTP≡1/(c．P0) (4)
其中c 係對掌性化合物之濃度。
術語「雙液晶原化合物」係關於在分子中包括兩個液晶原基團之化合物。與正常液晶原一樣，其端視其結構可形成許多中間相。特定而言，在添加至向列液晶介質中時，雙液晶原化合物可誘導第二向列相。雙液晶原化合物亦稱為「二聚體液晶」。
術語「配向」或「定向」係關於材料之各向同性單元(例如小分子或大分子片段)在公共方向(稱為「配向方向」)上之配向(定向排序)。在液晶材料之配向層中，液晶指向矢與配向方向一致，從而配向方向對應於材料之各向異性軸之方向。
術語「平面定向/配向」(例如在液晶材料層中)意指，液晶分子部分之長分子軸(在桿條狀化合物情形下)或短分子軸(在盤狀化合物情形下)實質上平行(約180°)於層平面進行定向。
術語「定向/配向」(例如在液晶材料層中)意指，液晶分子部分之長分子軸(在桿條狀化合物情形下)或短分子軸(在盤狀化合物情形下)相對於層平面以介於約80°至90°之間之角度θ(「傾斜角度」)進行定向。
除非另外明確指定，否則在本申請案中通常提及之光之波長為550nm。
本文中之雙折射率△n定義於方程式(5)中
△n=ne-no (5)
其中ne係非尋常折射率且no係尋常折射率，且平均折射率nav.由下列方程式(6)給出。
nav.=[(2 no 2+ne 2)/3]1/2 (6)
可使用阿貝折射計(Abbe refractometer)量測非尋常折射率ne及尋常折射率no編號。然後可自方程式(5)計算△n。
在本申請案中，術語「介電正性」係用於△ε>3.0之化合物組份，「介電中性」係-1.5△ε3.0且「介電負性」係△ε<-1.5。在1kHz頻率及20℃下測定△ε。自向列型主體混合物中之各別化合物之10%溶液之結果測定各別化合物的介電各向異性。在主體介質中之各別化合物之溶解度小於10%之情形下，將其濃度減小至先前之1/2直至所得介質足夠穩定以至少容許測定其性質為止。然而，較佳地，將濃度至少保持於5%以保持儘可能高之結果顯著性。測試混合物之電容係在具有垂直及均勻配向兩種單元中測得。該兩種類型單元之單元間隙係大約20微米。所施加電壓係頻率為1kHz之矩形波且均方根值通常為0.5V至1.0V，然而其始終經選擇以低於各別測試混合物之電容臨限值。
△ε定義為(ε∥-ε⊥)，而εav.為(ε∥+2ε⊥)/3。
自在添加所關注化合物後主體介質之各別值之變化來測定化合物之介電電容率。將該等值外推至100%之所關注化合物之濃度。主體混合物揭示於H.J.Coles等人，J.Appl.Phys.2006,99,034104中且具有表1中所給出之組成。
術語「實質上平行」亦涵蓋在彼此平行時具有較小偏差(例如相對於彼此之定向之偏差小於10°、較佳地小於5°、尤其小於2°)之條紋圖案。
術語「條紋」尤其係關於具有直線、曲線或Z字形圖案之條紋，但並不限於此。此外，條帶之外形或橫截面涵蓋但不限於三角形、圓形、半圓形或四邊形形狀。
術語「基板陣列」尤其係關於有序層結構，例如按順序為基板層、第1電極層、介電層、第2電極層及視情況配向層或基板層、電極層、視情況配向層或基板層、電極層。
此外，如C.Tschierske,G.Pelzl及S.Diele,Angew.Chem.2004,116,6340-6368中所給出之定義應適用於本申請案中與液晶材料相關之未定義術語。
1‧‧‧基板
2‧‧‧共用電極結構
3‧‧‧驅動電極結構
4‧‧‧配向電極結構
5‧‧‧介電層
6‧‧‧配向層
圖1展示本發明光調變元件之示意圖。其詳細展示兩個基板(1)，一個基板提供有共用電極結構(2)且另一基板提供有驅動電極結構(3)，其中具有驅動電極結構之基板另外提供有與電極結構由介電層(5)隔離之配向電極結構(4)。
圖2展示本發明光調變元件之示意圖。其詳細展示圖1之組裝單元之設置，但配向電極結構位於共用電極側且由介電層隔離。
圖3展示本發明光調變元件之示意圖。其詳細展示兩個各自包括基板(1)之基板陣列，每一基板提供有共用(2)或驅動電極結構(3)，其各自另外提供有與共用(2)或驅動電極結構(3電極)由介電層(5)隔離之配向電極結構(4)。
圖4展示本發明光電或光學裝置中所利用電路之一較佳實施例之示意圖。
圖5展示本發明光調變元件之示意圖。其詳細展示兩個基板(1)，一個基板提供有共用電極結構(2)且另一基板提供有驅動電極結構(3)，其中具有驅動電極結構之基板另外提供有與電極結構由介電層(5)隔離之配向電極結構(4)且其中配向電極結構另外提供有配向層(6)。
在本發明之一較佳實施例中，所利用基板實質上透明。熟習此項技術者通常已知適用於本發明目的之透明材料。根據本發明，基板可尤其各自且彼此獨立地由聚合材料、金屬氧化物(例如ITO)及玻璃或石英板組成，較佳地各自且彼此獨立地由玻璃及/或ITO組成，尤其由玻璃/玻璃組成。
適宜且較佳之聚合基板係(例如)環烯烴聚合物(COP)、環狀烯烴共聚物(COC)、聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN))、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸酯(PC)或三乙醯基纖維素(TAC)之膜，極佳係PET或TAC膜。PET膜係(例如)以商品名Melinex ®購自DuPont Teijin Films。
COP膜係(例如)以商品名Zeonor ®或Zeonex ®購自ZEON Chemicals L.P.。COC膜係(例如)以商品名Topas ®購自TOPAS Advanced Polymers公司。
基板層可彼此由(例如)間隔體或層中之突出結構保持界定間隔。典型間隔體材料通常為業內人士已知且(例如)選自塑膠、二氧化矽、環氧樹脂等。
在一較佳實施例中，以彼此大約1μm至大約50μm範圍、較佳地彼此大約1μm至大約25μm範圍及更佳地彼此大約1μm至大約15μm
範圍之間隔來配置基板。膽固醇液晶介質層由此位於間隙中。
本發明光調變元件包括各自直接提供於相對基板(1)上之共用電極結構(2)及驅動電極結構(3)，該等結構能夠容許施加實質上垂直於基板或膽固醇液晶介質層之電場。
另外，光調變元件包括配向電極結構(4)及驅動電極結構(3)，其各自提供於相同基板上且彼此由介電層(5)隔離，該等結構能夠容許施加電邊緣場。
較佳地，共用電極結構以電極層形式提供於一個基板之整個基板表面上。
適宜透明電極材料通常為業內人士已知，例如由金屬或金屬氧化物(例如透明氧化銦錫(ITO))製得之電極結構，其較佳用於本發明中。
通常藉由物理蒸氣沈積、電子束蒸發或濺鍍沈積技術將ITO薄膜沈積於基板上。
在一較佳實施例中，光調變元件包括至少一個介電層，其僅提供於驅動電極結構上，或僅提供於共用電極結構上，或提供於驅動電極結構及共用電極結構上。
典型介電層材料通常為業內人士已知，例如SiOx、SiNx、Cytop、鐵氟龍(Teflon)及PMMA。
可藉由習用塗覆技術(例如旋塗、輥塗、刮刀塗覆或真空沈積(例如PVD或CVD))將介電層材料施加於基板或電極層上。其亦可藉由業內人士已知之習用印刷技術(例如網版印刷、平版印刷、捲帶式印刷、印字機印刷、凹版印刷、旋轉凹版印刷、柔版印刷、凹紋印刷、移動印刷、熱封印刷、噴墨印刷或藉助印模或印刷板印刷)施加至基板或電極層。
本發明光調變元件包括至少一個提供於介電層(5)上之配向電極
結構(4)，該介電層使驅動電極結構與配向電極結構隔離。
然而，同樣較佳地，本發明光調變元件包括至少兩個提供於每一介電層(5)上之配向電極結構(4)，該等介電層提供於驅動電極層及共用電極層上。
因此，所得結構化基板(包括基板本身、驅動電極結構、介電層及配向電極結構)形成基板陣列，較佳係通常為業內人士已知之FFS型結構化基板陣列。
較佳地，配向電極結構包括複數個實質上平行之條帶電極，其中條帶電極之間之間隙在大約500nm至大約10μm範圍內、較佳地在大約1μm至大約5μm範圍內，每一條帶電極之寬度在大約500nm至大約10μm範圍內、較佳地在約1μm至大約5μm範圍內大，且其中每一條帶電極之高度較佳地在大約10nm至大約10μm範圍內、較佳地在大約40nm至大約2μm範圍內。
因此，所得結構化基板(包括基板本身、驅動電極結構、介電層及配向電極結構)形成基板陣列，較佳係通常為業內人士已知之FFS型結構化基板陣列。
適宜電極材料通常為業內人士已知，例如由金屬或金屬氧化物(例如透明氧化銦錫(ITO))製得之電極結構，其較佳用於本發明中。
通常藉由物理蒸氣沈積、電子束蒸發或濺鍍沈積技術將ITO薄膜沈積於基板上。
在一較佳實施例中，光調變元件包括至少一個提供於共用電極層上之配向層。
在其他較佳實施例中，配向層提供於配向電極結構上。
在另一較佳實施例中，至少一個配向層提供於配向電極結構上且至少一個配向層提供於共用電極結構上。
在另一較佳實施例中，至少一個配向層提供於配向電極結構上
且至少一個配向層提供於相對配向電極結構上。
較佳地，配向層誘導相對於毗鄰液晶分子之垂直配向、傾斜垂直或平面配向，且如上文所闡述其提供於共用電極結構及/或配向電極結構上。
較佳地，配向層係由通常為業內人士已知之平面配向層材料製得，例如由聚醯亞胺(例如購自(例如)JSR公司之AL-3046)製得之層。
可藉由習用塗覆技術(例如旋塗、輥塗、浸塗或刮刀塗覆)將配向層材料施加於基板陣列或電極結構上。其亦可藉由蒸氣沈積或業內人士已知之習用印刷技術(例如網版印刷、平版印刷、捲帶式印刷、印字機印刷、凹版印刷、旋轉凹版印刷、柔版印刷、凹紋印刷、移動印刷、熱封印刷、噴墨印刷或藉助印模或印刷板印刷)來施加。
在一較佳實施例中，較佳地藉由熟習此項技術者已知之摩擦技術來摩擦配向層。
若存在僅一個配向層，則摩擦方向較佳為相對於配向電極結構之條帶圖案之縱向軸或條帶長度在+/- 45°範圍內、更佳地在+/- 20°範圍內、甚至更佳地在+/- 10°範圍內及尤其在+/- 5°範圍內方向。
若存在至少兩個各自提供於相對公用電極結構及/或配向電極結構上之配向層，則一個配向層之摩擦方向較佳為相對於配向電極結構之條帶圖案之縱向軸或條帶長度在+/- 45°範圍內、更佳地在+/- 20°範圍內、甚至更佳地在+/- 10°範圍內及尤其在+/- 5°範圍內方向，且並不藉由任一摩擦技術來處理另一相對配向層。
若存在兩個各自提供於相對公用電極結構及/或配向電極結構上之配向層，則同樣較佳地，一個配向層之摩擦方向較佳為相對於配向電極結構之條帶圖案之縱向軸或條帶長度在+/- 45°範圍內、更佳地在+/- 20°範圍內、甚至更佳地在+/- 10°範圍內及尤其在+/- 5°範圍內方向，且相對配向層之摩擦方向實質上反向平行。
術語「實質上反向平行」亦涵蓋在彼此之反向平行性中摩擦方向具有較小偏差，例如相對於彼此之定向偏差小於10°、較佳地小於5°、尤其小於2°。
在另一較佳實施例中，配向層代替介電層且並不將額外配向層提供於配向電極之一側。
在本發明之一較佳實施例中，光調變元件包括兩個或更多個偏振器，其中之至少一者配置於液晶介質層之一側且其中之至少一者配置於液晶介質層之相對側。本文之液晶介質層及偏振器較佳地彼此平行配置。
偏振器可為線性偏振器。較佳地，在光調變元件中存在正好兩個偏振器。在此情形中，另外亦較佳地，偏振器皆為線性偏振器。若在光調變元件中存在兩個線性偏振器，則根據本發明較佳地，兩個偏振器之偏振方向係交叉的。
另外較佳地，若在光調變元件中存在兩個圓形偏振器，則該等圓形偏振器具有相同偏振方向，亦即二者皆係右旋圓偏振或二者皆係左旋圓偏振。
偏振器可為反射式或吸收式偏振器。在本申請案之意義上，反射式偏振器發射具有一個偏振方向之光或一類圓偏振光，同時透過具有另一偏振方向之光或另一類圓偏振光。相應地，吸收式偏振器吸收具有一個偏振方向之光或一類圓偏振光，同時透過具有另一偏振方向之光或另一類圓偏振光。反射或吸收通常並不定量；此意味著通過偏振器之光並不發生完全偏振。
出於本發明目的，可採用吸收式及反射式偏振器。較佳使用呈薄光學膜形式之偏振器。可用於本發明光調變元件中之反射式偏振器之實例係DRPF(漫反射式偏振器膜，3M)、DBEF(雙重亮度增強膜，3M)、DBR(多層聚合物分布式Bragg反射器)(如US 7,038,745及US
6,099,758中所闡述)及APF(高級偏振器膜，3M)。
可用於本發明光調變元件中之吸收式偏振器之實例係Itos XP38偏振器膜及Nitto Denko GU-1220DUN偏振器膜。可用於本發明之圓形偏振器之一實例係APNCP37-035-STD偏振器(American Polarizers)。另一實例係CP42偏振器(ITOS)。
光調變元件可另外包括阻斷某些波長之光之濾波器，例如UV濾波器。根據本發明，亦可存在通常為業內人士已知之其他功能層，例如保護膜及/或補償膜。
用於本發明光調變元件之適宜膽固醇液晶介質通常為業內人士已知且通常包括至少一種雙液晶原化合物及至少一種對掌性化合物。
就用於ULH模式之雙液晶原化合物而言，Coles團隊發表關於二聚體液晶之結構-性質關係之文章(Coles等人，2012(Physical Review E 2012,85,012701))。
其他雙液晶原化合物在先前技術中通常已眾所周知(亦參照Hori,K.,Limuro,M.,Nakao,A.,Toriumi,H.,J.Mol.Struc.2004,699,23-29或GB 2 356 629)。
展示液晶行為之對稱二聚體化合物另外揭示於Joo-Hoon Park等人，「Liquid Crystalline Properties of Dimers Having o-,m- and p- Positional Molecular structures」,Bill.Korean Chem.Soc.,2012，第33卷，第5期，第1647-1652頁中。
用於彎電裝置之具有短膽固醇螺距之類似液晶組合物可自EP 0 971 016、GB 2 356 629及Coles,H.J.,Musgrave,B.,Coles,M.J.及Willmott,J.,J.Mater.Chem.,11，第2709-2716頁(2001)獲知。EP 0 971 016報導液晶原雌二醇，其由此具有高彎電係數。
通常，對於利用ULH模式之光調變元件而言，膽固醇液晶介質之光學延遲d*△n(有效)較佳地應使得滿足方程式(7)
sin2(π．d．△n/λ)=1 (7)
其中d 係單元間隙且λ 係光波長。
方程式之右手側之容許偏差為+/- 3%。
適宜膽固醇液晶介質之介電各向異性(△ε)應經選擇以使得防止在施加尋址電壓後螺旋解開。通常，適宜液晶介質之△ε較佳地高於-5，且更佳為0或更高，但較佳為10或更低，更佳為5或更低且最佳為3或更低。
所利用膽固醇液晶介質之澄清點較佳為大約65℃或更高、更佳地大約70℃或更高、更佳地80℃或更高、尤佳地大約85℃或更高及極尤佳地地大約90℃或更高。
所利用本發明膽固醇液晶介質之向列相較佳地至少自大約0℃或更低延伸至大約65℃或更高、更佳地至少自大約-20℃或更低延伸至大約70℃或更高、極佳地至少自大約-30℃或更低延伸至大約70℃或更高及尤其至少自大約-40℃或更低延伸至大約90℃或更高。在個別較佳實施例中，可能需要本發明介質之向列相延伸至大約100℃或更高及甚至延伸至大約110℃或更高之溫度。
通常，本發明光調變元件中所利用之膽固醇液晶介質包括一或多種雙液晶原化合物，其較佳選自式A-I至A-III化合物之群：
且其中R11及R12
R21及R22
以及R31及R32 各自獨立地係H、F、Cl、CN、NCS或具有1至25個C原子之直鏈或具支鏈烷基，該烷基可未經取代、經鹵素或CN單-或多取代，其一或多個非毗鄰CH2基團亦可在每次出現時彼此獨立地由-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或-C≡C-以氧原子並不彼此直接連接之方式代替，MG11及MG12、MG21及MG22
以及MG31及MG32 各自獨立地係液晶原基團，Sp1、Sp2及Sp3 各自獨立地係包括5至40個C原子之間隔基團，然而其中除連接至O-MG11及/或O-MG12之Sp1、連接至MG21及/或MG22之Sp2及連接至X31及X32之Sp3之CH2基團外，一或多個非毗鄰CH2基團亦可由-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-、-CH(鹵素)-、-CH(CN)-、-CH=CH-或-C≡C-以兩個O原子並不彼此毗鄰、兩個-CH=CH-基團並不彼此毗鄰且兩個選自-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-及-CH=CH-之基團並不彼此毗鄰之方式代替，且X31及X32 彼此獨立地係選自-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-、-C≡C-或-S-之連接基團，且另一選擇為，其中之一者亦可為-O-或單鍵，且再一選擇為，其中之一者可為-O-且另一者係單鍵。
較佳使用式A-I至A-III化合物，其中Sp1、Sp2及Sp3 各自獨立地係-(CH2)n-，其中n 係1至15之整數、最佳地奇數整數，其中一或多個-CH2-基團可
由-CO-代替。
尤佳使用式A-III化合物，其中-X31-Sp3-X32- 係-Sp3-O-、-Sp3-CO-O-、-Sp3-O-CO-、-O-Sp3-、-O-Sp3-CO-O-、-O-Sp3-O-CO-、-O-CO-Sp3-O-、-O-CO-Sp3-O-CO-、-CO-O-Sp3-O-或-CO-O-Sp3-CO-O-，然而限制條件為，在-X31-Sp3-X32-中，兩個O原子並不彼此毗鄰，兩個-CH=CH-基團並不彼此毗鄰且兩個選自-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-及-CH=CH-之基團並不彼此毗鄰。
較佳使用式A-I化合物，其中MG11及MG12 彼此獨立地係-A11-(Z1-A12)m-
其中Z1 係-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CF2CF2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，A11及A12在每次出現時各自獨立地係1,4-伸苯基，另外其中一或多個CH基團可由N代替；反式-1,4-伸環己基，另外其中一或兩個非毗鄰CH2基團可由O及/或S代替；1,4-伸環己烯基；1,4-雙環-(2,2,2)-伸辛基；六氫吡啶-1,4-二基；萘-2,6-二基；十氫-萘-2,6-二基；1,2,3,4-四氫-萘-2,6-二基；環丁烷-1,3-二基；螺[3.3]庚烷-2,6-二基；或二螺[3.1.3.1]癸烷-2,8-二基，所有該等基團皆可未經取代、經以下基團單-、二-、三-或四取代：F、Cl、CN或具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基，其中一或多個H原子可經F或Cl取代，且m為0、1、2或3。
較佳使用式A-II化合物，其中MG21及MG22 彼此獨立地係-A21-(Z2-A22)m-
其中Z2 係-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CF2CF2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，A21及A22在每次出現時各自獨立地係1,4-伸苯基，另外其中一或多個CH基團可由N代替；反式-1,4-伸環己基，另外其中一或兩個非毗鄰CH2基團可由O及/或S代替；1,4-伸環己烯基；1,4-雙環-(2,2,2)-伸辛基；六氫吡啶-1,4-二基；萘-2,6-二基；十氫-萘-2,6-二基；1,2,3,4-四氫-萘-2,6-二基；環丁烷-1,3-二基；螺[3.3]庚烷-2,6-二基；或二螺[3.1.3.1]癸烷-2,8-二基，所有該等基團皆可未經取代、經以下基團單-、二-、三-或四取代：F、Cl、CN或具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基，其中一或多個H原子可經F或Cl取代，且m為0、1、2或3。
最佳使用式A-III化合物，其中MG31及MG32 彼此獨立地係-A31-(Z3-A32)m-
其中Z3 係-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CF2CF2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，A31及A32在每次出現時各自獨立地係1,4-伸苯基，另外其中一或多個CH基團可由N代替；反式-1,4-伸環己基，另外其中一或兩個非毗鄰CH2基團可由O及/或S代替；1,4-伸環己烯基；1,4-雙環-(2,2,2)-伸辛基；六氫吡啶-1,4-二基；萘-2,6-二基；十氫-萘-2,6-二基；1,2,3,4-四氫-萘-2,6-二基；環丁烷-1,3-二基；螺[3.3]庚烷-2,6-二基；或二螺[3.1.3.1]癸烷-2,8-二基，所有該等基團皆可未經取代、經以下基團單-
、二-、三-或四取代：F、Cl、CN或具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基，其中一或多個H原子可經F或Cl取代，且m為0、1、2或3。
較佳地，式A-III化合物係較佳地具有不同液晶原基團MG31及MG32之不對稱化合物.
通常較佳者係式A-I至A-III化合物，其中存在於液晶原基團中之酯基團之偶極皆在相同方向上定向，亦即皆係-CO-O-或皆係-O-CO-。
尤佳者係式A-I及/或A-II及/或A-III化合物，其中各別對之液晶原基團(MG11及MG12)及(MG21及MG22)及(MG31及MG32)在每次出現時彼此獨立地包括一個、兩個或三個6原子環、較佳地兩個或三個6原子環。
較佳液晶原基團在較小組列示於下文中。出於簡明之原因，該等基團中之Phe係1,4-伸苯基，PheL係經1至4個基團L取代之1,4-伸苯基，其中L較佳係F、Cl、CN、OH、NO2或具有1至7個C原子之視情況氟化之烷基、烷氧基或醯基，極佳係F、Cl、CN、OH、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5，特定而言係F、Cl、CN、CH3、C2H5、OCH3、COCH3及OCF3，最佳係F、Cl、CH3、OCH3及COCH3，且Cyc係1,4-伸環己基。此列表包括下文所展示子式以及其鏡像-Phe-Z-Phe- II-1
-Phe-Z-Cyc- II-2
-Cyc-Z-Cyc- II-3
-PheL-Z-Phe- II-4
-PheL-Z-Cyc- II-5
-PheL-Z-PheL- II-6
-Phe-Z-Phe-Z-Phe- II-7
-Phe-Z-Phe-Z-Cyc- II-8
-Phe-Z-Cyc-Z-Phe- II-9
-Cyc-Z-Phe-Z-Cyc- II-10
-Phe-Z-Cyc-Z-Cyc- II-11
-Cyc-Z-Cyc-Z-Cyc- II-12
-Phe-Z-Phe-Z-PheL- II-13
-Phe-Z-PheL-Z-Phe- II-14
-PheL-Z-Phe-Z-Phe- II-15
-PheL-Z-Phe-Z-PheL- II-16
-PheL-Z-PheL-Z-Phe- II-17
-PheL-Z-PheL-Z-PheL- II-18
-Phe-Z-PheL-Z-Cyc- II-19
-Phe-Z-Cyc-Z-PheL- II-20
-Cyc-Z-Phe-Z-PheL- II-21
-PheL-Z-Cyc-Z-PheL- II-22
-PheL-Z-PheL-Z-Cyc- II-23
-PheL-Z-Cyc-Z-Cyc- II-24
-Cyc-Z-PheL-Z-Cyc- II-25
尤佳者係子式II-1、II-4、II-6、II-7、II-13、II-14、II-15、II-16、II-17及II-18。
在該等較佳基團中，每一情形中之Z獨立地具有如上文針對MG21及MG22所給出Z1之含義中之一者。較佳地，Z係-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C≡C-或單鍵，尤佳係單鍵。
極佳地，液晶原基團MG11及MG12、MG21及MG22以及MG31及MG32各自且獨立地選自下列各式及其鏡像。
極佳地，液晶原基團MG11及MG12、MG21及MG22以及MG31及MG32之各別對中之至少一者且較佳地二者各自且獨立地選自下列各式IIa至IIn(特意刪除兩個參考編號「II i」及「II l」以避免任何混淆)及其鏡像
其中L在每次出現時彼此獨立地係F或Cl、較佳地F，且r在每次出現時彼此獨立地係0、1、2或3、較佳地0、1或2。
該等較佳
式中之基極佳地
團
表示或，另外係
尤佳者係子式IIa、IId、IIg、IIh、IIi、IIk及IIo，特定而言係子式IIa及IIg。
在具有非極性基團之化合物之情形下，R11、R12、R21、R22、R31及R32較佳係具有至多15個C原子之烷基或具有2至15個C原子之烷氧基。
若R11及R12、R21及R22以及R31及R32係烷基或烷氧基(亦即，其中末端CH2基團由-O-代替)，則其可為直鏈或具支鏈基團。其較佳係直鏈，具有2、3、4、5、6、7或8個碳原子，且因此較佳係乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基或辛氧基，其亦可為(例如)甲基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十三烷氧基或十四烷氧基。
氧雜烷基(亦即，其中一個CH2基團由-O-代替)較佳係(例如)直鏈2-氧雜丙基(=甲氧基甲基)、2-氧雜丁基(=乙氧基甲基)或3-氧雜丁基(=2-甲氧基乙基)、2-、3-或4-氧雜戊基、2-、3-、4-或5-氧雜己基、2-、3-、4-、5-或6-氧雜庚基、2-、3-、4-、5-、6-或7-氧雜辛基、2-、3-、4-、5-、6-、7-或8-氧雜壬基或2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-或9-氧雜癸基。
在具有末端極性基團之化合物之情形下，R11及R12、R21及R22以及R31及R32係選自CN、NO2、鹵素、OCH3、OCN、SCN、CORx、COORx或具有1至4個C原子之單-、寡-或多氟化烷基或烷氧基。Rx係具有1至4個、較佳地1至3個C原子之視情況氟化之烷基。鹵素較佳係F或Cl。
尤佳地，分別在式A-I、A-II、A-III中之R11及R12、R21及R22以及R31及R32係選自H、F、Cl、CN、NO2、OCH3、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、C2F5、OCF3、OCHF2及OC2F5，特定而言係H、F、Cl、CN、OCH3及OCF3，尤其係H、F、CN及OCF3。
另外，分別含有非對掌性具支鏈基團R11及/或R21及/或R31之式A-I、A-II、A-III化合物有時可較為重要，此乃因(例如)結晶趨勢有所減小。此類型之具支鏈基團通常不含一條以上之支鏈。較佳非對掌性具支鏈基團係異丙基、異丁基(=甲基丙基)、異戊基(=3-甲基丁基)、異丙氧基、2-甲基-丙氧基及3-甲基丁氧基。
間隔基團Sp1、Sp2及Sp3較佳係具有5至40個C原子、特定而言5至25個C原子、極佳地5至15個C原子之直鏈或具支鏈伸烷基，此外，其中一或多個非毗鄰之非末端CH2基團可由-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-、-CH(鹵素)-、-CH(CN)-、-CH=CH-或-C≡C-代替。
「末端」CH2基團係彼等直接鍵結至液晶原基團上者。因此，
「非末端」CH2基團並不直接鍵結至液晶原基團R11及R12、R21及R22以及R31及R32。
典型間隔基團係(例如)-(CH2)o-、-(CH2CH2O)p-CH2CH2-，其中o為5至40、特定而言5至25、極佳地5至15之整數，且p為1至8、特定而言1、2、3或4之整數。
較佳間隔基團係(例如)伸戊基、伸己基、伸庚基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十八烷基、二伸乙基氧基伸乙基、二亞甲基氧基伸丁基、伸戊烯基、伸庚烯基、伸壬烯基及伸十一烯基。
尤佳者係Sp1、Sp2、Sp3分別係具有5至15個C原子之伸烷基之式A-I、A-II及A-III化合物。尤佳者係直鏈伸烷基。
較佳者係具有偶數個具有6、8、10、12及14個C原子之直鏈伸烷基之間隔基團。
本發明之另一實施例係較佳地具有奇數個具有5、7、9、11、13及15個C原子之直鏈伸烷基之間隔基團。極佳者係具有5、7或9個C原子之直鏈伸烷基間隔基團。
尤佳者係Sp1、Sp2、Sp3分別係具有5至15個C原子之完全氘化伸烷基之式A-I、A-II及A-III化合物。極佳者係氘化直鏈伸烷基。最佳者係部分氘化之直鏈伸烷基。
較佳者係液晶原基團R11-MG11-及R12-MG1-不同之式A-I化合物。尤佳者係式A-I中之R11-MG11-及R12-MG12-相同之式A-I化合物。
較佳式A-I化合物係選自式A-I-1至A-I-3化合物之群
其中參數n具有上文所給出之含義且較佳為3、5、7或9、更佳地5、7或9。
較佳式A-II化合物係選自式A-II-1至A-II-4之化合物之群
其中參數n具有上文所給出之含義且較佳為3、5、7或9、更佳地5、7或9。
較佳式A-III化合物係選自之化合物式A-III-1至A-III-11之群
其中參數n具有上文所給出之含義且較佳為3、5、7或9、更佳地5、7或9。
尤佳實例性式A-I化合物係下列化合物：對稱化合物：
及不對稱化合物：
尤佳實例性式A-II化合物係下列化合物：對稱化合物：
及不對稱化合物：
尤佳實例性式A-III化合物係下列化合物：對稱化合物：
及不對稱化合物：
式A-I至A-III之雙液晶原化合物尤其用於彎電液晶顯示器中，此乃因其可容易地配向成宏觀均勻定向，且在所施加液晶介質中得到彈性常數k11之較高值及較高彎電係數e。
A-I至A-III化合物可根據原本已知且闡述於有機化學標準著作中之方法或以類似於該等方法之方式合成，例如闡述於Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie,Thieme-Verlag,Stuttgart中之方法。
在一較佳實施例中，膽固醇液晶介質視情況包括一或多種致向列態化合物，其較佳選自式B-I至B-III化合物之群
其中LB11至LB31 獨立地係H或F，較佳地一者係H且另一者係H或F，且最佳地兩者皆為H或兩者皆為F。
RB1、RB21及RB22
及RB31及RB32 各自獨立地係H、F、Cl、CN、NCS或具有1至25個C原子之直鏈或具支鏈烷基，該烷基可未經取代、經鹵素或CN單-或多取代，其一或多個非毗鄰CH2基團亦可在每次出現時彼此獨立地由-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或-C≡C-以氧原子並不彼此直接連接之方式代替，XB1 係F、Cl、CN、NCS、較佳地CN，ZB1、ZB2及ZB3 在每次出現時獨立地係-CH2-CH2-、-CO-O-、-O-CO-、-CF2-O-、-O-CF2-、-CH=CH-或單鍵、較佳地-CH2-CH2-、-CO-O-、-CH=CH-或單鍵、更佳地-CH2-CH2-或單鍵，甚至更佳地，存在於一種化合物中之基團中之一者係-CH2-CH2-且其他者係單鍵，最佳地皆係單鍵，
各自獨立地係
較佳係
最佳係
另一選擇為，中之一或多者係且n 為1、2或3、較佳地1或2。
其他較佳者係包括一或多種選自式B-I-1至B-I-、較佳地式B-I-2及/或B-I-4、最佳地B-I-4之群之式B-I向列液晶之膽固醇液晶介質
其中各參數具有上文給出之含義且較佳地，RB1 係具有至多12個C原子之烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，且LB11及LB12 獨立地係H或F，較佳地一者係H且另一者係H或F，且最佳地兩者皆為H。
其他較佳者係包括一或多種選自式B-II-1及B-II-2、較佳地式B-II-2及/或B-II-4、最佳地B-II-1之群之式B-II向列液晶之膽固醇液晶介質
其中各參數具有上文給出之含義且較佳地，RB21及RB22 獨立地係具有12個C原子之烷基、烷氧基、烯基或
烯氧基，更佳地，RB21係烷基且RB22係烷基、烷氧基或烯基且在式B-II-1中最佳係烯基、尤其乙烯基或1-丙烯基且在式B-II-2中最佳係烷基。
其他較佳者係包括一或多種較佳選自式B-III-1至B-III-3化合物之群之式B-III向列液晶之膽固醇液晶介質
其中各參數具有上文給出之含義且較佳地，RB31及RB32 獨立地係具有最多12個C原子之烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，更佳地，RB31係烷基且RB32係烷基或烷氧基且最佳係烷氧基，且LB22及LB31、LB32獨立地係H或F，較佳地一者為F且另一者為H或F，且最佳地兩者皆為F。
B-I至B-III化合物為業內人士且可根據本身已知且闡述於有機化學標準著作中之方法或以類似於該等方法之方式合成，例如闡述於Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie,Thieme-Verlag,Stuttgart中之方法。
用於ULH模式之適宜膽固醇液晶介質包括一或多種具有適宜螺旋扭轉力(HTP)之對掌性化合物，尤其係彼等揭示於WO 98/00428中者。
較佳地，對掌性化合物係選自式C-I至C-III化合物之群，
後者包含各別(S,S)對映異構體，其中E及F各自獨立地係1,4-伸苯基或反式-1,4-伸環己基，v為0或1，Z0係-COO-、-OCO-、-CH2CH2-或單鍵，且R係具有1至12個C原子之烷基、烷氧基或醯基。
尤佳膽固醇液晶介質至少包括一或多種本身無需必須展示液晶相且本身產生良好均勻配向之對掌性化合物。
式C-II化合物及其合成闡述於WO 98/00428中。尤佳者係如下表D中所展示之化合物CD-1。式C-III化合物及其合成闡述於GB 2 328 207中。
其他常用對掌性化合物係(例如)市售R/S-5011、CD-1、R/S-811及CB-15(來自Merck KGaA,Darmstadt，Germany)。
上述對掌性化合物R/S-5011及CD-1及(其他)式C-I、C-II及C-III化合物展現極高螺旋扭轉力(HTP)，且由此尤其用於本發明目的。
膽固醇液晶介質較佳地包括較佳地1至5種、尤其1至3種、極佳地1或2種較佳選自上式C-II、尤其CD-1及/或式C-III及/或R-5011或S-5011之對掌性化合物，極佳地，對掌性化合物係R-5011、S-5011或CD-1。
基於總混合物之重量，膽固醇液晶介質中對掌性化合物之量較佳為0.5%至20%、更佳地1%至15%、甚至更佳地1%至10%及最佳地1%至5%。
在另一較佳實施例中，將少量(例如在每一化合物類型中0.3重量%、通常<8重量%)可聚合化合物添加至上述膽固醇液晶介質中且在引入引入光調變元件中之後該可聚合化合物通常藉由UV光聚合發生原位聚合或交聯。已證實向LC混合物中添加可聚合液晶原或液晶化合物(亦稱為「反應性液晶原」(RM))尤其適於進一步穩定化ULH結構(例如Lagerwall等人，Liquid Crystals 1998,24,329-334。)。
適宜可聚合液晶化合物較佳選自式D化合物之群，P-Sp-MG-R0 D
其中P 係可聚合基團，Sp 係間隔基團或單鍵，MG 係棒形液晶原基團，其較佳選自式M，M係-(AD21-ZD21)k-AD22-(ZD22-AD23)l-，AD21至AD23 在每次出現時彼此獨立地係視情況經一或多個相同或不同基團L取代之芳基-、雜芳基-、雜環-或脂環族基團，較佳係視情況經一或多個相同或不同基團L取代之1,4-伸環己基或1,4-伸苯基、1,4吡啶、1,4-嘧啶、2,5-噻吩、2,6-二噻吩并[3,2-b：2',3'-d]噻吩、2,7-茀、2,6-萘、2,7-菲，ZD21及ZD22 在每次出現時彼此獨立地係-O-、-S-、-CO-、-COO-
、-OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-O-COO-、-CO-NR01-、-NR01-CO-、-NR01-CO-NR02、-NR01-CO-O-、-O-CO-NR01-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR01-、-CY01=CY02-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，較佳係-COO-、-OCO-、-CO-O-、-O-CO-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，L在每次出現時彼此獨立地係F、Cl或具有1至20個C原子之視情況氟化之烷基、烷氧基、硫代烷基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，R0 係H、具有1至20個C原子、較佳地1至15個C原子且視情況氟化之烷基、烷氧基、硫代烷基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，或係YD0或P-Sp-，YD0 係F、Cl、CN、NO2、OCH3、OCN、SCN、具有1至4個C原子之視情況氟化之烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基或具有1至4個C原子之單-寡-或多氟化烷基或烷氧基，較佳係F、Cl、CN、NO2、OCH3或具有1至4個C原子之單-寡-或多氟化烷基或烷氧基
Y01及Y02各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN，R01及R02各自且獨立地具有如上文R0所定義之含義，且k及l 各自且獨立地係0、1、2、3或4，較佳為0、1或2，最佳為1。
較佳可聚合單-、二-或多反應性液晶化合物揭示於(例如)WO 93/22397、EP 0 261 712、DE 195 04 224、WO 95/22586、WO 97/00600、US 5,518,652、US 5,750,051、US 5,770,107及US
6,514,578中。
較佳可聚合基團係選自由以下組成之群：CH2=CW1-COO-、CH2=CW1-CO-、 、CH2=CW2-(O)k3-、CW1=CH-CO-(O)k3-、CW1=CH-CO-NH-、CH2=CW1-CO-NH-、CH3-CH=CH-O-、(CH2=CH)2CH-OCO-、(CH2=CH-CH2)2CH-OCO-、(CH2=CH)2CH-O-、(CH2=CH-CH2)2N-、(CH2=CH-CH2)2N-CO-、HO-CW2W3-、HS-CW2W3-、HW2N-、HO-CW2W3-NH-、CH2=CW1-CO-NH-、CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-、CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-、Phe-CH=CH-、HOOC-、OCN-及W4W5W6Si-，其中W1表示H、F、Cl、CN、CF3、苯基或具有1個至5個C原子之烷基(尤其係H、F、Cl或CH3)，W2及W3各自彼此獨立地表示H或具有1個至5個C原子之烷基(尤其係H、甲基、乙基或正丙基)，W4、W5及W6各自彼此獨立地表示Cl、具有1個至5個C原子之氧雜烷基或氧雜羰基烷基，W7及W8各自彼此獨立地表示H、Cl或具有1個至5個C原子之烷基，Phe表示1,4-伸苯基(其視情況經一或多個上文所定義之不為P-Sp-之基團L取代)，且k1、k2及k3各自彼此獨立地表示0或1，k3較佳表示1，且k4表示1至10之整數。
尤佳基團P係CH2=CH-COO-、CH2=C(CH3)-COO-、CH2=CF-COO-、CH2=CH-、CH2=CH-O-、(CH2=CH)2CH-OCO-、
(CH2=CH)2CH-O-、及，尤其係乙烯氧基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、氟丙烯酸酯、氯丙烯酸酯、氧雜環丁烷及環氧化物。
在本發明之另一較佳實施例中，式I*及II*及其子式之可聚合化合物含有一或多個含有兩個或更多個可聚合基團P(多官能可聚合基團)之具支鏈基團代替一或多個基團P-Sp-。此類適宜基團及含有其之可聚合化合物闡述於(例如)US 7,060,200 B1或US 2006/0172090 A1中。尤佳者係選自下列各式之多官能可聚合基團：-X-烷基-CHP1-CH2-CH2P2 I*a
-X-烷基-C(CH2P1)(CH2P2)-CH2P3 I*b
-X-烷基-CHP1CHP2-CH2P3 I*c
-X-烷基-C(CH2P1)(CH2P2)-CaaH2aa+1 I*d
-X-烷基-CHP1-CH2P2 I*e
-X-烷基-CHP1P2 I*f
-X-烷基-CP1P2-CaaH2aa+1 I*g
-X-烷基-C(CH2P1)(CH2P2)-CH2OCH2-C(CH2P3)(CH2P4)CH2P2 I*h
-X-烷基-CH((CH2)aaP1)((CH2)bbP2) I*i
-X-烷基-CHP1CHP2-CaaH2aa+1 I*k
其中烷基 表示單鍵或具有1至12個C原子之直鏈或具支鏈伸烷基，其中一或多個非相鄰CH2基團可以使得O及/或S原子並不直接彼此連接之方式各自彼此獨立地由-C(Rx)=C(Rx)-、-C≡C-、-N(Rx)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-代替，且其中另外一或多個H原子可由F、Cl或CN代替，其中Rx具有上述含義且較佳表示如上文所定義之R0，aa及bb 各自彼此獨立地表示0、1、2、3、4、5或6，X具有針對X’所指示含義中之一者，且P1-5 各自彼此獨立地具有上文針對P所指示含義中之一者。
較佳間隔基團Sp係選自式Sp’-X’，從而基團「P-Sp-」符合式
「P-Sp’-X’-」，其中Sp' 表示具有1至20個、較佳地1至12個C原子之伸烷基，其視情況經F、Cl、Br、I或CN單取代或多取代，且其中另外，一或多個非毗鄰CH2基團可各自彼此獨立地由-O-、-S-、-NH-、-NRx-、-SiRxRxx-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-NRx-CO-O-、-O-CO-NRx-、-NRx-CO-NRx-、-CH=CH-或-C≡C-以使得O及/或S原子並不彼此直接連接之方式代替，X' 表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NRx-、-NRx-CO-、-NRx-CO-NRx-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CRx-、-CY2=CY3-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，Rx及Rxx 各自彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之烷基，且Y2及Y3 各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN。
X' 較佳係-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NRx-、-NRx-CO-、-NRx-CO-NRx-或單鍵。
典型間隔基團Sp'係(例如)-(CH2)p1-、-(CH2CH2O)q1-CH2CH2-、-CH2CH2-S-CH2CH2-、-CH2CH2-NH-CH2CH2-或-(SiRxRxx-O)p1-，其中p1係1至12之整數，q1係1至3之整數，且Rx及Rxx具有上述含義。
尤佳基團-X’-Sp’-係-(CH2)p1-、-O-(CH2)p1-、-OCO-(CH2)p1-、-OCOO-(CH2)p1-。
在每一情形下，尤佳基團Sp’係(例如)直鏈伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸庚基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十八烷基、伸乙基氧基伸乙基、亞甲基氧基伸
丁基、伸乙基硫基伸乙基、伸乙基-N-甲基亞胺基伸乙基、1-甲基伸烷基、伸乙烯基、伸丙烯基及伸丁烯基。
其他較佳可聚合單-、二-或多反應性液晶化合物展示於下列列表中：
其中P0 在多次出現之情形下彼此獨立地係可聚合基團，較佳為丙烯醯基、甲基丙烯醯基、環氧丙烷基團、環氧基團、乙烯基、乙烯氧基、丙烯基醚基團或苯乙烯基團，A0 在多次出現之情形下彼此獨立地係視情況經1、2、3或4個基團L取代之1,4-伸苯基或反式-1,4-伸環己基，Z0 在多次出現之情形下彼此獨立地係-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C≡C-、-CH=CH-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，r 係0、1、2、3或4，較佳為0、1或2。
t 在多次出現之情形下彼此獨立地係0、1、2或3，u及v 各自彼此獨立地係0、1或2，w 為0或1，x及y 彼此獨立地係0或係1至12之相同或不同整數，z 為0或1，其中若相鄰x或y為0，則z為0，另外，其中苯及萘環可另外經一或多個相同或不同基團L取代且參數R0、Y0、R01、R02及L具有如上文在式D中所給出之相同含義。
尤佳可聚合單-、二-或多反應性液晶化合物進一步展示於下表F中。
可聚合化合物係藉由在LC顯示器之基板之間使LC介質原位聚合來進行聚合或交聯(若化合物含有兩個或更多個可聚合基團)。適宜且較佳之聚合方法係(例如)熱聚合或光聚合，較佳為光聚合，尤其UV光聚合。若需要，此處亦可添加一或多種起始劑。聚合之適宜條件及起始劑之適宜類型及量為熟習此項技術者已知且闡述於文獻中。適用於自由基聚合者係(例如)市售光起始劑Irgacure651®、Irgacure184®、Irgacure907®、Irgacure369®或Darocure1173®(Ciba AG)。若採用起始劑，則其在混合物中之比例整體較佳係0.001重量%至5重量%、尤佳係0.001重量%至1重量%。然而，在不添加起始劑下亦可發生聚合。在另一較佳實施例中，LC介質不包括聚合起始劑。
為防止RM在(例如)儲存或運輸期間發生不期望之自發聚合，可聚合組份或膽固醇液晶介質亦可包括一或多種穩定劑。穩定劑之適宜類型及量為熟習此項技術者已知且闡述於文獻中。尤其適宜者係(例如)市售Irganox®系列穩定劑(Ciba AG)。若採用穩定劑，則基於RM或可聚合化合物之總量，其比例較佳係10ppm至5000ppm、尤佳50ppm至500ppm。
上述可聚合化合物亦適用於無起始劑之聚合，其與大量優點有
關，例如較低材料成本及(尤其)較少由可能殘餘量之起始劑或其降解產物造成之LC介質污染。
可向膽固醇液晶介質中個別地添加可聚合化合物，但亦可使用包括兩種或更多種可聚合化合物之混合物。在此類混合物發生聚合時，形成共聚物。本發明另外係關於上下文所提及之可聚合混合物。
可用於本發明之膽固醇液晶介質係以本身習知之方式、例如藉由將一或多種上述化合物與一或多種如上文所定義之可聚合化合物且視情況與其他液晶化合物及/或添加劑混合來製備。一般而言，將所需量之以較少量使用的組份溶於構成主要成份之組份中，該溶解在高溫下實施較為有利。亦可在有機溶劑中混合該等組份之溶液，例如在丙酮、氯仿或甲醇中，且在徹底混合後再藉由(例如)蒸餾來去除溶劑。
對於熟習此項技術者不言而喻的是，LC介質亦可包括(例如)H、N、O、Cl、F由相應同位素代替之化合物。
液晶介質可以常用濃度含有其他添加劑，例如其他穩定劑、抑制劑、鏈轉移劑、共反應單體、表面活性化合物、潤滑劑、潤濕劑、分散劑、疏水劑、黏著劑、流動改良劑、消泡劑、除氣劑、稀釋劑、反應性稀釋劑、輔助劑、著色劑、染料、顏料或奈米顆粒。
該等其他成份之總濃度以總混合物計介於0.1%至20%、較佳地0.1%至8%之間。所用個別化合物各自之濃度較佳介於0.1%至20%之間。在本申請案中，該等及類似添加劑之濃度並不計入液晶介質之液晶組份及化合物之濃度值及範圍內。此亦適用於混合物中所使用之二向色性染料之濃度，該等二向色性染料在分別指定主體介質之化合物或組份之濃度時並不計算在內。各別添加劑之濃度總是相對於最終摻雜混合物給出。
一般而言，本申請案之介質中所有化合物之總濃度為100%。
產生本發明光調變元件之典型方法至少包括下列步驟：- 切割且清洗基板，- 在每一基板上提供驅動電極結構及共用電極結構，- 在驅動電極結構上塗覆介電層，- 在介電層上提供配向電極結構，- 在配向電極結構及/或共用電極結構上提供配向層，- 使用黏著劑(UV或熱可固化)利用間隔體組裝單元，- 使用膽固醇液晶介質填充單元，- 藉由向由介電層隔離之驅動電極結構與配向電極結構之間之LC介質施加電場來獲得ULH結構，同時自各向同性相緩慢冷卻至膽固醇相或直接在膽固醇相中驅動，及- 視情況，固化LC介質之可聚合化合物。
本發明裝置之功能原理將詳細闡釋於下文中。應注意，對所假設功能方式之說明不會造成申請專利範圍中不存在之對本發明範圍之限制。
可自格朗讓結構(Grandjean texture)或焦點圓錐結構藉由在配向電極結構與驅動電極結構之間使用適當頻率在恆定溫度下向膽固醇液晶介質施加電場(例如10V/um及10Hz)或自其各向同性相緩慢冷卻其膽固醇相來獲得ULH結構。場頻率可在不同介質之間有所不同。
自ULH結構開始，可藉由在直接提供於基板上之驅動電極結構與共用電極結構之間施加電場來對膽固醇液晶介質實施彎電切換。此使得材料之光軸在單元基板之平面中發生旋轉，從而在將材料置於交叉偏振器之間時引起透射變化。發明性材料之彎電切換進一步詳細闡述於上文引言及實例中。
本發明光調變元件之垂直「關斷狀態」提供優良光學消光及(由此)有益對比度。
裝置之光學部件在一定程度上自補償(類似於習用π-單元)模式且提供優於根據VA模式之習用光調變元件之視角。
所需施加電場強度主要取決於兩個參數。一個係穿過共用電極結構及驅動電極結構之電場強度，另一個係主體混合物之△ε。所施加電場強度通常低於大約10V/μm-1、較佳地低於大約8V/μm-1及更佳地低於大約6V/μm-1。相應地，本發明光調變元件之所施加驅動電壓較佳地低於大約30V、更佳地低於大約24V及甚至更佳地低於大約18V。
本發明光調變元件可在業內人士通常已知之習用驅動波形下操作。
本發明光調變元件可用於各種類型之光學及光電裝置中。
該等光學及光電裝置包含但不限於光電顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置及光學資訊儲存裝置。
較佳地，光學或光電裝置包括至少一個電路，其能夠驅動光調變元件中驅動電極與共用電極之組合以驅動光調變元件。
更佳地，光學或光電裝置包括額外電路，其能夠驅動光調變元件中配向電極與驅動電極之組合以使膽固醇液晶介質以ULH結構進行配向。
具體而言，光學或光電裝置包括至少一個電路，其能夠驅動具有配向電極與共用電極之組合之光調變元件且另外能夠驅動具有驅動電極與共用電極之組合之光調變元件。
光學或光電裝置之功能原理(包含配向程序及驅動程序)將詳細闡釋於下文中且可參照圖4。應注意，對所假設功能方式之說明不會造成申請專利範圍中不存在之對本發明範圍之限制。
根據本發明，包含配向及驅動電極結構(其各自連結至切換元件(例如薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體(TFD)))之光調變元件之共用電極
結構及「FFS型」結構化基板陣列。
較佳地，驅動電極結構電連結至第一TFT(TFT1)之汲極且配向電極結構電連結至第二TFT(TFT2)之汲極，如圖4中所繪示。
較佳地，第一TFT(TFT1)之源極電連結至資料線，且第二TFT(TFT2)之源極電連結至所謂的共用電極，如圖4中所繪示。
為使本發明光調變元件之膽固醇液晶介質以ULH結構進行配向，向電路中之閘極線施加高電壓(Vgh：10V至100V)以開啟TFT1及TFT2。因此，驅動電極之電壓(Vp：0V至70V)等於資料線之電壓(Vd)且配向電極之電壓(Va)等於共用電極之電壓(Vc：0V至40V)。因驅動電極與配向電極之間之電壓差，電場使本發明光調變元件之膽固醇液晶介質以ULH結構進行配向，如之前所闡述。
為驅動本發明光調變元件，在極短時間內向電路中之閘極線施加高電壓(Vgh：10V至100V)以開啟TFT1及TFT2，從而向各別電容CLC、CST及CC充電。變化至低電壓(Vgl：-20V至10V)會關斷TFT1及TFT2。因此，驅動電極之電壓(Vp)與資料線之電壓(Vd)幾乎相同，此乃因電容器完全充電。配向電極之電壓(Va)定義為：Va=(Vp-Vc)*CC/(CLC+CST)
在大CC下，配向電極之電壓(Va)極接近驅動電極之電壓(Vp)。因此，驅動電極及配向電極皆可驅動本發明光調變元件。
根據圖2：為使本發明光調變元件之膽固醇液晶介質以ULH結構進行配向，單獨施加配向電極之電壓(Va：0V至70V)及共用電極之電壓(Vc：0V至40V)。因共用電極與配向電極之間之電壓差，電場使本發明光調變元件之膽固醇液晶介質以ULH結構進行配向，如之前所闡述。
為驅動本發明光調變元件，在極短時間內向電路中之閘極線施加高電壓(Vgh：10V至100V)以開啟TFT，從而向各別電容CLC、CST充
電。變化至低電壓(Vgl：-20V至10V)會關斷TFT1及TFT2。因此，驅動電極之電壓(Vp)與資料線之電壓(Vd)幾乎相同，此乃因電容器完全充電。配向電極之電壓(Va)與共用電極(Vc)電連結Va=Vc
因此，驅動電極可驅動本發明光調變元件。
圖3展示上文所闡釋先前結構之組合。
除非上下文另外明確指示，否則本文術語之本文所用複數形式應解釋為包含單數形式且反之亦然。
本申請案中所指示之參數範圍皆包含含有如業內人士已知之最大允許誤差之限值。所述用於各性質範圍之不同上限及下限值彼此組合而產生其他較佳範圍。
除非另有明確陳述，否則在整篇本申請案中，皆使用下列條件及定義。所有濃度皆表示為重量百分比且係關於相應混合物整體，所有溫度皆以攝氏度表示且所有溫度差皆以度數差表示。所有物理性質皆係根據「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」，Status，1997年11月，Merck KGaA,Germany測得，且除非另外明確陳述，否則係在20℃之溫度下引用。光學各向異性(△n)係在589.3nm之波長下測定。介電各向異性(△ε)係在1kHz之頻率下測定，或若明確陳述，則係在19GHz之頻率下測定。臨限值電壓以及其他光電性質係使用Merck KGaA，Germany生產之測試單元來測定。用於測定△ε之測試單元具有約20μm之單元厚度。電極係具有1.13cm2面積及保護環之圓形ITO電極。定向層係來自Nissan Chemicals,Japan之SE-1211(用於垂直定向(ε∥))及來自Japan Synthetic Rubber,Japan之聚醯亞胺AL-1054(用於均勻定向(ε⊥))。電容係使用頻率響應分析器Solatron 1260且使用具有0.3Vrms電壓之正弦波來測定。電光量測中所用之光係白光。此處使用利用來自Autronic-Melchers,Germany之市售
DMS儀器之設定。
在本說明書之說明及申請專利範圍中，詞語「包括(comprise)」及「含有(contain)」及該等詞語之變化形式(例如「包括(comprising及comprises)」)意指「包含但不限於」，且並非意欲(且不)將其他組份排除在外。另一方面，詞語「包括」亦涵蓋術語「由......組成」，但不限於此。
應瞭解，上述多個特徵、尤其多個較佳實施例有其自身之發明性權力，而不僅僅作為本發明實施例之一部分。除目前所主張之任何發明以外或作為目前所主張之任何發明之替代發明，可尋求此等特徵之獨立保護。
在本申請案通篇中，應理解，在結合至三個毗鄰原子之C原子處之鍵(例如在C=C或C=O雙鍵中或例如在苯環中)之角度為120°，且在結合至兩個毗鄰原子(例如在C≡C中或在C≡N三鍵中或在烯丙基位置C=C=C中)之C原子處之鍵之角度為180°，除非該等角度另外受限，例如作為小環(例如3-、5-或5原子環)之一部分，旦在一些情況下於一些結構式中該等角度並未精確指示。
應瞭解，可對本發明之前述實施例作出修改，而仍屬本發明範圍內。除非另外陳述，否則用於相同、等效或類似目的之替代特徵可代替本說明書中所揭示之每一特徵。因此，除非另外陳述，否則每一所揭示特徵僅係一系列等效或類似特徵中之一個實例。
本說明書中所揭示之全部特徵可以任一組合進行組合，只是至少某些該等特徵及/或步驟彼此排斥之組合除外。特定而言，本發明之較佳特徵適用於本發明之全部態樣且可以任一組合使用。同樣，非必需組合中所闡述之特徵可單獨使用(並不組合使用)。
無需贅述，據信，熟習此項技術者可使用前文闡述最大程度地應用本發明。因此，下列實例僅應理解為闡釋之目的，且無論如何不
應理解為以任何方式限制其餘揭示內容。
使用下列縮寫來闡釋化合物之液晶相行為：K=結晶；N=向列；N2=第二向列；S=層列；Ch=膽固醇；I=各向同性；Tg=玻璃轉變。符號之間之數值指示相變溫度(以℃表示)。
在本申請案且尤其下列實例中，液晶化合物之結構由縮寫(亦稱為「首字母縮寫詞」)表示。根據下列三個表A至C直接將縮寫轉變成相應結構。
所有基團CnH2n+1、CmH2m+1及ClH2l+1較佳係分別具有n、m及l個C原子之直鏈烷基，所有基團CnH2n、CmH2m及ClH2l較佳地分別係(CH2)n、(CH2)m及(CH2)l且-CH=CH-較佳地分別係反式-或E伸乙烯基。
表A列示用於環單元之符號，表B列示彼等用於連接基團之符號且表C列示彼等用於分子之左手端及右手端基團之符號。
表D列示實例性分子結構以及其各別代碼。
表C：端基
其中n及m各自係整數且三個點「...」指示用於此表之其他符號之空間。
較佳地，本發明液晶介質包括一或多種選自下表中之式之化合物群之化合物。
LC介質較佳包括0重量%至10重量%、尤其1ppm至5重量%及尤佳地1ppm至3重量%之穩定劑。LC介質較佳包括一或多種選自由來自表E之化合物組成之群的穩定劑。
LC介質較佳包括一或多種選自由來自表F之化合物組成之群之反應性液晶原。
製備下列液晶混合物(M1)。
製備下列液晶混合物(M2)。
在結構化FFS基板(40nm ITO驅動電極、600nm SiNx介電層、具有3.5μm寬度及6μm間隔之圖案化40nm ITO條帶電極-配向電極)上，旋塗聚醯亞胺溶液(AL-3046，JSR公司)且然後在180℃下於烘箱中乾燥90min。使用人造絲布平行於具條紋頂部ITO電極驅動電極摩擦大約50nm厚定向層(第1基板陣列)。亦使用AL-3046(第2基板陣列)塗覆完全ITO塗覆基板(共用電極)，摩擦PI表面且藉由使用UV可固化黏著劑(載有3μm間隔體)組裝兩個基板陣列以使兩個摩擦方向以抗平行條件進行配向。自經組裝基板陣列對，藉由使用玻璃劃割輪劃割玻璃表面來切割單一單元。然後使用混合物(M1)藉由毛細管作用填充所得測試單元。
在並不施加電場時，因由抗平行摩擦聚醯亞胺配向層施加之平面錨定條件，膽固醇液晶介質展現格朗讓結構。
將該單元加熱至LC介質之各向同性相且將電極場(45V，20KHz方波驅動)施加至配向電極與驅動電極之間之LC介質，同時自各向同性相冷卻至95℃。藉由將頻率降低至6.5KHz，誘導ULH結構。在誘導穩定ULH結構之後，藉由在共用電極結構與驅動電極結構之間施加電場來獲得彎光電切換。
實例1之測試單元展示優良黑狀態及穩定ULH結構。
在結構化FFS基板(40nm ITO驅動電極、600nm SiNx介電層、具有3.5μm寬度及6μm間隔之圖案化40nm ITO條帶電極-配向電極)上，旋塗聚醯亞胺溶液(AL-3046，JSR公司)且然後在180℃下於烘箱中乾燥90min。使用人造絲布垂直於具條紋頂部ITO電極驅動電極摩擦大約50nm厚定向層(第1基板陣列)。亦使用AL-3046(第2基板陣列)塗覆完全ITO塗覆基板(共用電極)，摩擦PI表面且藉由使用UV可固化黏著劑(載有3μm間隔體)組裝兩個基板陣列以使兩個摩擦方向以抗平行條件進行配向。自經組裝基板陣列對，藉由使用玻璃劃割輪劃割玻璃表面來切割單一單元。然後使用混合物(M1)藉由毛細管作用填充所得測試單元。
在並不施加電場時，因由抗平行摩擦聚醯亞胺配向層施加之平面錨定條件，膽固醇液晶介質展現格朗讓結構。
將該單元加熱至LC介質之各向同性相且將電極場(45V，20KHz方波驅動)施加至配向電極與驅動電極之間之LC介質，同時自各向同性相冷卻至95℃。藉由將頻率降低至6.5KHz，誘導ULH結構。在誘導穩定ULH結構之後，藉由在共用電極結構與驅動電極結構之間施加電場來獲得彎光電切換。
實例2之測試單元展示可接受黑狀態及穩定ULH結構。
在結構化FFS基板(40nm ITO驅動電極、600nm SiNx介電層、具有3.5μm寬度及6μm間隔之圖案化40nm ITO條帶電極-配向電極)上，旋塗聚醯亞胺溶液(AL-3046，JSR公司)且然後在180℃下於烘箱中乾燥90min。使用人造絲布平行於具條紋頂部ITO電極驅動電極摩擦大約50nm厚定向層(第1基板陣列)。亦使用AL-3046(第2基板陣列)
塗覆完全ITO塗覆基板(共用電極)，摩擦PI表面且藉由使用UV可固化黏著劑(載有3μm間隔體)組裝兩個基板陣列以使兩個摩擦方向以抗平行條件進行配向。自經組裝基板陣列對，藉由使用玻璃劃割輪劃割玻璃表面來切割單一單元。然後使用混合物(M2)藉由毛細管作用填充所得測試單元。
將該單元加熱至LC介質之各向同性相(105℃)且在該溫度下保持1min。在施加電極場(12V，610Hz方波驅動)時，LC介質自各向同性相冷卻至35℃(冷卻速率：20℃/min)以得到ULH配向。然後將單元暴露於4mW/cm2 UV光(Dymax 41014；Bluewave 200 3.0版(汞UV燈)，使用320nm濾波片)600s。然後將單元暴露於4mW/cm2 UV光(Toshiba，C型，Green UV；(螢光燈))7200s。
在誘導且聚合物穩定化ULH結構之後，藉由在共用電極結構與驅動電極結構之間施加電場來獲得彎光電切換。
實例3之測試單元展示優良黑狀態及穩定ULH結構。
在結構化FFS基板(40nm ITO驅動電極、600nm SiNx介電層、具有3.5μm寬度及6μm間隔之圖案化40nm ITO條帶電極-配向電極)上，旋塗聚醯亞胺溶液(AL-3046，JSR公司)且然後在180℃下於烘箱中乾燥90min。使用人造絲布垂直於具條紋頂部ITO電極驅動電極摩擦大約50nm厚定向層(第1基板陣列)。亦使用AL-3046(第2基板陣列)塗覆完全ITO塗覆基板(共用電極)，摩擦PI表面且藉由使用UV可固化黏著劑(載有3μm間隔體)組裝兩個基板陣列以使兩個摩擦方向以抗平行條件進行配向。自經組裝基板陣列對，藉由使用玻璃劃割輪劃割玻璃表面來切割單一單元。然後使用混合物(M2)藉由毛細管作用填充所得測試單元。
將該單元加熱至LC介質之各向同性相(105℃)且在該溫度下保持1
min。在施加電極場(12V，610Hz方波驅動)時，LC介質自各向同性相冷卻至35℃(冷卻速率：20℃/min)以得到ULH配向。然後將單元暴露於4mW/cm2 UV光(Dymax 41014；Bluewave 200 3.0版(汞UV燈)，使用320nm濾波片)600s。然後將單元暴露於4mW/cm2 UV光(Toshiba，C型，Green UV；(螢光燈))7200s。
在誘導且聚合物穩定化ULH結構之後，藉由在共用電極結構與驅動電極結構之間施加電場來獲得彎光電切換。
實例2之測試單元展示可接受黑狀態及穩定ULH結構。
1‧‧‧基板
2‧‧‧共用電極結構
3‧‧‧驅動電極結構
4‧‧‧配向電極結構
5‧‧‧介電層
Claims (21)
- 一種光調變元件，其包括夾於兩個基板(1)之間之膽固醇液晶介質，該等基板個別地提供有共用電極結構(2)及驅動電極結構(3)，其中具有驅動及/或共用電極結構之該基板另外提供有與該相同基板上之該驅動及或共用電極結構藉由介電層(5)隔離之配向電極結構(4)，該光調變元件之特徵在於其包括至少一個直接毗鄰該液晶介質之配向層(6)。
- 如請求項1之光調變元件，其中該配向電極結構包括週期性實質上平行條帶電極，每一電極之間之間隙在500nm至10μm範圍內，且每一條帶電極之寬度在500nm至10μm範圍內，且其中每一條帶電極之高度在10nm至10μm範圍內。
- 如請求項1或2之光調變元件，其中在該配向電極結構上提供至少一個配向層。
- 如請求項1至3中任一項之光調變元件，其中在該共用電極結構上提供至少一個配向層。
- 如請求項1至4中任一項之光調變元件，其中摩擦至少一個配向層。
- 如請求項1至5中任一項之光調變元件，其中提供於該配向電極結構上之該配向層之摩擦方向為相對於該配向電極結構中條帶圖案之縱向軸或該等條帶的長度在+/- 45°範圍內，且提供於該共用電極結構上之相對配向層之摩擦方向為實質上反向平行。
- 如請求項1至6中任一項之光調變元件，其中該驅動電極結構電連結至第一TFT(TFT1)之汲極且該配向電極結構電連結至第二TFT(TFT2)之汲極。
- 如請求項1至7中任一項之光調變元件，其中該第一TFT(TFT1)之 源極電連結至資料線，且該第二TFT(TFT2)之源極電連結至共用電極。
- 如請求項1至8中任一項之光調變元件，其中該等基板係以大約1μm至大約50μm範圍內之與彼此的間隔進行配置。
- 如請求項1至9中任一項之光調變元件，其包括兩個或更多個偏振器，其中之至少一者配置於該液晶介質層之一側上且其中之至少一者配置於該液晶介質層之相對側上。
- 如請求項1至10中任一項之光調變元件，其中該膽固醇液晶介質包括至少一種雙液晶原化合物及至少一種對掌性化合物。
- 如請求項1至11中任一項之光調變元件，其中該膽固醇液晶介質包括至少一種選自式A-I至A-III化合物之群之雙液晶原化合物：
- 如請求項1至12中任一項之光調變元件，其中該膽固醇液晶介質包括一或多種選自式C-I至C-III化合物之群之對掌性化合物：
- 如請求項1至13中任一項之光調變元件，其中該膽固醇液晶介質包括一或多種選自式D化合物之群之可聚合液晶化合物：P-Sp-MG-R0 D其中P 係可聚合基團，Sp 係間隔基團或單鍵，MG 係棒形液晶原基團，其選自式M，M 係-(AD21-ZD21)k-AD22-(ZD22-AD23)l-，AD21至AD23 在每次出現時彼此獨立地係視情況經一或多個相同或不同基團L取代之芳基-、雜芳基-、雜環-或脂環族基團，ZD21及ZD22 在每次出現時彼此獨立地係-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-O-COO-、-CO-NR01-、-NR01-CO-、-NR01-CO-NR02、-NR01-CO-O-、-O-CO-NR01-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、- CH2CH2-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR01-、-CY01=CY02-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，L 在每次出現時彼此獨立地係F或Cl，R0 係H、具有1至20個C原子之烷基、烷氧基、硫代烷基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，或係YD0或P-Sp-，Y0 係F、Cl、CN、NO2、OCH3、OCN、SCN、具有1至4個C原子之視情況氟化之烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基或具有1至4個C原子之經單、寡或多氟化之烷基或烷氧基，Y01及Y02 各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN，R01及R02 各自且獨立地具有如上文R0所定義之含義，且k及l 各自且獨立地係0、1、2、3或4。
- 一種產生如請求項1至14中任一項之光調變元件之方法，其至少包括下列步驟：切割且清洗基板，在該等基板中之每一者上提供驅動電極結構及共用電極結構，在該驅動電極結構上塗覆介電層，在該介電層上提供配向電極結構，在該配向電極結構及/或共用電極結構上提供配向層，使用黏著劑(UV或熱可固化)利用間隔體組裝單元，使用膽固醇液晶介質填充該單元，藉由向由該介電層隔離之該驅動電極結構與該配向電極結構之間之該LC介質施加電場來獲得ULH結構，同時自各向同性相 緩慢冷卻至膽固醇相或直接在該膽固醇相中驅動，及視情況，固化該LC介質之可聚合化合物。
- 一種如請求項1至14中任一項之光調變元件於光學或光電裝置中之用途。
- 一種光學或光電裝置，其包括如請求項1至14中任一項之光調變元件。
- 如請求項17之光學或光電裝置，其中其係光電顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置或光學資訊儲存裝置。
- 如請求項17或18之光學或光電裝置，其包括至少一個電路，該電路能夠驅動該光調變元件中驅動電極與共用電極之組合以驅動如請求項1至14中任一項之光調變元件。
- 如請求項17至19中任一項之光學或光電裝置，其包括額外電路，該額外電路能夠驅動如請求項1至14中任一項之光調變元件中該配向電極與該驅動電極之組合以使膽固醇液晶介質以ULH結構進行配向。
- 如請求項17至20中任一項之光學或光電裝置，其包括至少一個電路，該電路能夠驅動具有該配向電極與該共用電極之組合之該光調變元件且另外能夠驅動具有該驅動電極與該共用電極之組合之該光調變元件。
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