[发明专利]光调制元件

说明书

本发明涉及一种光调制元件，其包含夹在两个基板(1)间的胆甾醇型液晶介质，各基板提供有电极结构(2)，其中该基板中的至少一个额外提供有配向层(3)，该配向层提供有由周期性基本上平行的条带组成的光刻胶图案(4)。本发明另外涉及一种制造所述光调制元件的方法，和所述光调制元件在各类光学和电光器件(诸如电光显示器、液晶显示器(LCD)、非线性光学(NLO)器件和光学信息储存器件)中的用途。

液晶显示器(LCD)被广泛地用于显示信息。LCD用于直视显示器以及投影型显示器。用于大多数显示器的光电模式仍然是扭曲向列(TN)模式及其各种变体。除此模式外，已越来越多地使用超扭曲向列(STN)模式和最近的光补偿弯曲(OCB)模式和电控双折射(ECB)模式和它们的各种变体(例如垂直配向向列(VAN)、图案化ITO垂直配向向列(PVA)、聚合物稳定化垂直配向向列(PSVA)模式和多域垂直配向向列(MVA)模式以及其它)。所有这些模式均使用基本上垂直于基板，或液晶层的电场。除这些模式外，还存在采用基本上平行于基板，或液晶层的电场的光电模式，例如平面内切换(简称IPS)模式(如例如DE4000451和EP0588568中所公开)和边缘场切换(FFS)模式。特别是之后提及的具有良好视角性质和改进的响应时间的光电模式正越来越多地用于现代桌上型监视器的LCD，和甚至用于TV和多媒体应用的显示器，且因此与TN-LCD进行竞争。

进一步就这些显示器而言，已提出将使用具有相对较短胆甾醇型节距的胆甾醇型液晶的新显示模式用于利用所谓的“弯电”效应的显示器中，其尤其描述在Meyer等人，Liquid Crystals 1987，58,15；Chandrasekhar,“Liquid Crystals”，第2版，Cambridge University Press(1992)；和P.G.deGennes等人，“The Physics of Liquid Crystals”，第2版，Oxford Science Publications(1995)中。

采用弯电效应的显示器通常特征在于快速的响应时间(通常在500μm至3ms的范围内)，且另外特征在于优异的灰阶能力。

在这些显示器中，胆甾醇型液晶为例如以“均匀卧式螺旋”配置(ULH)进行定向，此显示器模式也以此命名。出于此目的，与向列材料混合的手性物质诱导了螺旋扭转，同时将该材料转变成等效于胆甾醇材料的手性向列材料。

均匀卧式螺旋织构是使用具有短节距(通常是在0.2μm至2μm的范围内，优选为1.5μm或更小，特别为1.0μm或更小)的手性向列型液晶实现，该手性向列型液晶与液晶盒中其平行于基板的螺旋轴单向配向。在该配置中，手性向列型液晶的螺旋轴等效于双折射板的光轴。

若以垂直于螺旋轴的方式对此配置施加电场，则光轴在盒的平面中旋转，这类似于铁电液晶的指向矢在表面稳定化的铁电液晶显示器中的旋转。

在利用弯电模式的液晶显示器中，倾斜角(Θ)描述光轴在盒x-y平面中的旋转。存在两种利用该效应产生白色和黑暗状态的基本方法。这两种方法间的最大差别在于所需的倾斜角和在零场状态下偏振器的透射轴相对ULH的光轴的定向。下文参照图1和2简要描述该两种不同的方法。

“Θ模式”(说明于图2中)与“2Θ模式”(显示于图1中)间的主要差别在于在零电场状态下液晶的光轴平行于偏振器轴之一(在2Θ模式的情况下)或与一偏振器的轴成22.5°角(在Θ模式的情况下)。2Θ模式相对于Θ模式的优点在于液晶显示器在不对盒施加电场时显示黑色。然而，该Θ模式的优点在于e/K可更低，因为该模式相较2Θ模式仅需要一半切换角。

通过式(1)以良好近似值给定光轴的旋转角(Φ)，

tanΦ＝ēP₀E/(2πK) (1)

其中

P₀为胆甾醇型液晶的未受干扰的节距，

ē为展曲弯电系数(e_展曲)与弯曲弯电系数(e_弯曲)的平均值[ē＝1/2(e_展曲+e_弯曲)]，

E为电场强度且

K为展曲弹性常数(k₁₁)与弯曲弹性常数(K₃₃)的平均值[K＝1/2(k₁₁+k₃₃)]

且其中

ē/K称为挠曲(flexo)-弹性比率。