CN102460290A - 包括成螺旋布置的手性向列型液晶材料的液晶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明通常涉及液晶装置，以及更具体涉及液晶单元形式的诸如显示装置的这种装置，并进一步涉及具有液晶装置的显示装置，包括液晶装置的光波导器件，包括液晶装置的可变光衰减器，包括液晶装置的光学开关，用于控制偏振光传输的方法，以及另一种的液晶装置。一种用于控制偏振光传输的液晶装置，包括：手性向列型液晶，具有在电场不存在的情况下的成螺旋布置的液晶分子；以及用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量，其中手性向列型液晶具有负介电各向异性。

Description

包括成螺旋布置的手性向列型液晶材料的液晶装置
技术领域
本发明除其它外通常涉及用于控制偏振光传输的液晶装置、具有若干液晶装置的显示设备、包括液晶装置的光波导器件、包括液晶装置的可变光衰减器(VOA)、包括液晶装置的光开关或光关断器件、包括液晶装置的激光器、用于控制光从液晶装置输出的方法、用于控制偏振光传输的方法，以及另外一种液晶装置。
背景技术
如今液晶商业应用于大型高清晰度平板电视屏幕中。现有技术的当前状态的液晶显示器(LCD)涉及具有特定刷新率的高清晰度图像。液晶显示器的发展是众所周知的且在许多文献报告中进行了详细论述。在工程技术方面，诸如在主动背光的发展方面取得了明显的进步，导致当今时代关注的相对较高性能。
然而，目前液晶装置仍然是基于用于研发显示器的相同通用型液晶显示器件。因此，仍然存在对诸如除其它外的速度、对比度、可控性和液晶装置的大范围均匀排列的特性方面的限制。
因此，需求一种对于上述特性至少之一进行改进的液晶装置。这适用于各个领域，包括显示装置和电信方面。
为了用于理解本发明，下述公开内容被参照：
-美国专利US 5,477,358，Rosenblatt等人，提交日为1993年6月21日；
-美国专利US 5,602,662，Rosenblatt等人，提交日为1995年2月16日；
-Physics Letter，Blinov等人，1978年2月，卷.65A，编号1；
-B.J.Broughton，M.J.Clarke，A.E.Blatch，H.J.Coles，J.Appl.Phys.98，034109(2005)；
-“Fast In-Plane Switching Mode in Cholesteric LiquidCrystals”，Barnik and Blinov，EuroDisplay 2007，S5-4；
-“Electro-optical characteristics of a chiral hybridin-plane switching liquid crystal mode for high brightness”，JinSeong Gwag等人，Optics Express vol.16，no.16，12226，公开日为2008年7月31日；
-欧洲专利EP 1 766 461 B1，Flexoelectro-optic liquid crystaldevice，Coles H.，Coles M.，Broughton B.，Morris S.，申请人Cambridge Enterprise Ltd.，与2006年1月12日公开的WO2006003441相关；
-P.G.de Gennes，The Physics of Liquid Crystals(牛津大学出版社，伦敦，1974年，第288页，第2版)；
-S.A.Jewell and J.R.Sambles，Phys.Rev.E，78，012701(2008)；
-US2003/128305 A1，Isumi Tomoo等人，Minolta，2003年07月10日公开；
-JP09281484 A，Hisatake Yuzo等人，Toshiba Corp，1997-10-31公开；
-Morris，Castles，Broughton，Coles，Proc.SPIE 6587，65871I(2007)；及
-Davidson等人，Journal of Applied Physics，Vol.99，093109，2006。
本申请还涉及在本申请的优先日之后公开的下述文献：
-H.H.Lee，J.-S.Yu，J.-H.Kim，S.Yamamoto，and H.Kikuchi，Appl.Phys.Lett.106，014503(2009)；及
-F.Castles，S.M.Morris，and H.J.Coles，Phys.Rev.E.80，031709(2009)；
-Choi，Castles，Morris，Coles，Appl.Phys.Lett.95，193502(2009)；
-Castles，Morris，Gardiner，Malik，Coles，J.Soc.Inf.Display 18，128(2010)；及
-Coles，Morris，Choi，Castles，Proc.SPIE 7618，761814(2010)。
发明内容
下述方面通常涉及采用具有负介电各向异性LC的实施例。
根据本发明的第一方面，提供用于控制偏振光传输的液晶装置，包括：手性向列型液晶(LC)，具有在电场不存在的情况下成螺旋布置的液晶分子；和至少两个电极，其用于施加具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量的电场，其中手性向列型液晶具有负介电各向异性。
更具体而言，液晶螺旋旋转布置可能是由于电场和液晶介电耦合。因此，耦合可能是通过介电各向异性，而不是通过挠曲电系数。但是，在一些实施例中，可能会发现介质耦合与挠曲电耦合相结合。更具体的，在一些实施例中，挠曲电系数可被优化，例如，最小化或最大化，以便允许挠曲电耦合与介电耦合组合使用。(该段适用于本文所述的各个方面，包括使用负介电各向异性的那些方面和使用正介电各向异性的那些方面)。
该方面的实施例(以及在此利用具有负介电各向异性的LC进行描述的任何其它方面)有至少下述的组合：至少一个或所有的短螺距，具有负介电各向异性的均匀直立螺旋(USH)以及平面电极。这种实施例可用作交叉偏振器之间的强度调制器。在此对短螺距的所有参考值可采用平均值，其中螺距比可控光的波长更短或优选地明显更短，或者更具体的，比可见光波长更短，即比380nm短。该装置可具有发出可控光的光源。
这种液晶装置的实施例可配置成控制非偏振光或偏振光的传输。
实施例可具有下述特性的任意一个或多个，采用下述特性的一个或多个：LC分子布置建立聚合物；用于增加设备/方法的开关效应的介电耦合效应；至少一个偏振器，LC优选设置于交叉偏振器之间；LC是短螺距LC；光轴由所施加电场诱导，优选在交叉偏振器之间的，以便赋予开关效应；以及光轴统一倾斜到一个平面(例如，平行于电极的平面)内，优选在交叉偏振器之间，以便赋予开关(切换)效应；在施加电场时的非随机光轴。
可控量可以是一个传输的程度/传输量，例如，经过装置的光比例，或由装置衰减/吸收的光比例。此外或备选的，所述控制可以是控制光从设备输出的方向。例如，可控光可以是圆形或椭圆偏振光。这可由螺旋结构确定。液晶例如可以是液体或半固体材料。螺旋布置可以是分子取向，例如，液晶分子的长轴。
垂直于LC螺旋轴的方向是垂直于上述螺旋布置的轴的方向，该轴存在于没有施加任何电场的情况下，即零场螺旋轴。
(电场分量可以是LC至少一部分(例如，分区域)的本地电场，例如在图1中示出的弧形电场分布区域内的电场，其中电场处于一个平面内；在其它方案中，分量可以是弯曲或均匀电场的确定矢量分量，电场至少是分量的本地电场，本地电场不平行于零场螺旋轴)。
LC可包括低浓度的反应性甲壳成分(例如，Merck RM-257)或聚合物。这可通过将反应性甲壳成分(其交联以形成聚合物)或聚合物加入到液晶中(优选以相对于LC的约20％w/w或更少的浓度)而获得。聚合LC的优点是LC分子布置稳定，导致LC物理硬化和/或减少装置传输/电压特性的滞后。后者的优势可减少开关的响应时间。电场的应用程序可能涉及施加电压，这样在两个电极之间存在电位差，例如利用为平面开关设备形式的装置平面电极。在此描述的任一方面中可用于LC稳定的聚合物(包括利用负介电各向异性的那些和利用正介电各向异性的那些)可以是二丙烯酸酯的结构，其利用添加低浓度光引发剂的紫外线光源进行光聚合(photophoymerised)。这就形成了一种聚合物网络。
通过负介电常数、和/或特别是使用在用于将电场施加到电极的驱动信号中使用/发现的频率来获得负介电各向异性。更通常而言，这样的负介电常数不同于负介电各向异性，这通常只是意味着平行于导向器的介电常数小于垂直于导向器的介电常数。此外通常而言，具有负介电各向异性的性质可随频率变化。优选的，LC在用于驱动信号中的频率下具有负介电各向异性。
可进一步提供上述的液晶装置，其配置成所述手行向列型液晶分子在电场存在的情况下螺旋布置，螺旋轴(在所述电场存在的情况下螺旋布置的螺旋轴)与对于所述分子存在的本地电场对准。因此，当电场在所述电极之间施加时，螺旋布置旋转，其中旋转是可逆旋转。甚至在电场存在情况下存在的LC分子的螺旋布置与对于该分子布置存在的本地电场方向对准。因此，考虑到对于分子应用本地电场之前和之后的分子螺旋布置的过渡，可实现可控程度的LC螺旋有效旋转，例如取决于跨过电极应用的电位差。
当在电极之间施加电场时重新取向的螺旋轴优选位于所述电极的平面内。在完全对准的状态下，液晶(LC)导向器可沿电极方向定位，例如，大体定位于平面开关设备的平面内。这种状态是激活的传输状态。更具体的，螺旋轴与平面电极完全对准的状态(也就是平行于所述电极的平面或在该平面内)优选是激活传输状态，和/或可能是下述之一：其中螺旋轴平行于所述电极平面或本地电场。电场导致螺旋轴重新定向位于(例如，平行于)电极平面内可被视为导致在平面内诱导有效光轴。因此，在此对旋转光轴的任何参考可更具体描述为诱导光轴，其可与所施加电场至少部分对准。
例如，电极可位于LC一侧上的同一基板上，接着便可产生一个或多个边缘场。例如，接着在显示装置中可发生边缘场转换，其中显示装置包括由若干邻近的LC装置和/或LC元件构成的电极。
还可在LC相对侧上进一步提供电极。在这种情况下，可直接从LC的两侧产生平面电场。
电极可包括叉指电极，例如在位于一个基板上的一层内。这种叉指电极可形成于基板上的绝缘层内，且由基板上的绝缘层间隔开。类似的，电极可包括位于一个层上的叉指电极以及由一个基板上的绝缘层间隔开的另一层上的平面电极。
还可提供上述液晶装置，其配置成当施加电场时，手性向列型液晶的光轴在垂直于本地电场分量的平面中旋转。这可在不施加电场的情况下大致相对于LC光轴布置的电极而实现(见图1)。然后，当施加电场时，手性向列LC的光轴优选在电极平面中取向。优选的，旋转将光轴对准或朝向电场分量。更通常而言，垂直于本地电场分量的平面可垂直于电场局部取向，和/或可垂直于电极平面。
还可进一步提供上述液晶装置，其被配置成在施加电场时大体垂直于电场的方向上大体与液晶分子导向器完全对准。这可大体跨过所有的LC而施加，或者将其施加到对于其而言是本地电场分量的LC区域。此外，上述也可以通过在不施加电场情况下大致相对于LC光轴来布置电极而实现(见图1)。该导向器可以是在分子螺旋布置中的一个点处的局部导向器。优选的，局部液晶分子导向器的完全对准是在大体垂直于电极平面的方向上。
还可进一步提供上述液晶装置，其中所述至少两个电极配置成大体完全垂直于手性向列型液晶螺旋轴来施加所述电场，即，完全垂直于零场螺旋轴。(在这种情况下，电场可被认为是电场分量)。因此，大体不存在不垂直于螺旋轴的电场分量。因此，对于诸如显示单元的液晶装置而言，电场则可能在“一个面内”。“大体完全垂直于手性向列型液晶螺旋轴，即，完全垂直于零场螺旋轴”的上述描述可能涉及到对于螺旋布置而言的本地电场或在整个LC上均匀施加的电场。上述“大体完全垂直于……”的所述电场的施加通常涉及施加电场的时机，即螺旋布置由于旋转而做出响应之前的时刻。
还可进一步提供上述液晶设备，其中螺旋布置具有螺距，这样通过手性向列型液晶(LC)的所述偏振光的传输在不存在所述电场分量的情况下实质上完全阻断，例如在电场彻底不存在的情况下。因此，螺距是短的，也就是说，比可见光的波长更短，即小于380nm，这样液晶大体各向同性。此外，LC会可具有超扭曲结构。(螺距可定义为平行于螺旋轴的在螺旋上的两点之间的距离，其中螺旋分子的取向已经转过360度)。例如在垂直入射下，液晶可如上所述为各向同性。在任何实施例中，螺旋布置的螺距优选是短螺距。
(在本说明书中，涉及的任何光线可是可见光，即在约380nm至约750nm包括380nnm和750nm的波长范围内。这例如可在装置为如在此所述的显示装置、光阀或激光器的情况下施加。备选的，对于电信而言，例如，波分复用(WDM)应用，光可在1550nm的量级，例如，光通信C波段(1530nm到1565nm)，和/或可覆盖光通信L波段(1565nm到1625nm)。在此所述的光波导器件，光可变衰减器，光开关和激光器可用于电信应用)。
还可进一步提供上述液晶装置，其中所述大体完全阻断是阻断至少约95％，或优选超过约98％或超过约99％的偏振光。阻断的传输至少是平行于零场螺旋轴的传输。例如对于显示应用而言，该装置可能会阻断非偏振光，例如该装置包括一个或多个偏振器，以便阻断具有特定偏振的光部分。(偏振器可至少存在于装置的输出侧上，或如在此进一步所述的，可设置交叉偏振器)。阻断传输(例如，所有传输或至少平行于零场螺旋轴的传输)可能同样是约95％，优选超过约98％或超过约99％。因而在阻断非偏振光和/或偏振光的实施例中，阻断的程度可在非直角之处较低。
还可进一步提供上述液晶装置，其中零场螺旋布置的螺距小于380nm(即，比可见光的最短波长要短)，优选小于约260nm，以及更优选小于约150nm(“小于约260nm”包括260nm)。然而，对于给定实施例而言螺距优选的特定值可大于或小于380nm和/或可依赖于LC双折射。然而，在任何实施例中，液晶优选是短螺距液晶。
还可进一步提供上述液晶装置，其中手性向列型液晶沿平行于零场螺旋轴的方向具有一定厚度，这样通过平行于零场螺旋轴的LC传播(传输)的所述偏振光在存在电场的情况下大体完全通过所述手性向列型液晶传输。
还可进一步提供上述液晶装置，其中液晶装置是液晶单元，其具有的厚度优选小于约20um(例如约5um)，以及更优选小于约4.5um(例如4.3um)。
还可进一步提供上述液晶装置，其配置成通过所述电场的施加来操作成具有一定的比率，例如，在电场存在的情况下所述偏振光的传输与在电场不存在的情况下所述偏振光的传输(至少平行于零场螺旋轴)的比率大于约1000∶1，优选大于约6000∶1，优选在垂直入射角处。例如，电极可配置成具有适当的间隔，以便允许该装置通过足以将螺旋完全对准成垂直于零场螺旋轴的电压来驱动。此外，该装置优选没有击穿电压以防止具有上述比率。
还可进一步提供上述液晶装置，其配置成通过所述电场的施加(例如，至少电极被间隔开和/或没有以上的击穿电压)来操作成从电极之间不存在电位差的情况即零场条件下开始将所述螺旋布置与垂直于零场螺旋轴施加的电场大体完全对准(即允许大体完全传输输入光)的时间少于约50ms，优选少于约1.5ms，更优选少于约1ms，甚至更优选在100微秒的量级的时间内。上述时间就是期间施加和维护电场的时间。这种维护优选有效切换到传输状态。
还可进一步提供上述液晶装置，其配置成通过所述电场的移除(例如，至少电极被间隔开和/或没有以上的击穿电压)来操作成从其中螺旋布置与通常垂直于零场螺旋轴施加的电场大体完全对准的传输状态开始将所述螺旋布置大体完全恢复对准的时间少于约50ms，优选少于约100us。
还可进一步提供上述液晶装置，还包括：至少两个偏振器，每个偏振器具有偏振轴，其中所述两个偏振器是交叉偏振器；并且所述手性向列型液晶设置于所述交叉偏振器之间。对于交叉偏振器而言，偏振器的偏振轴之间的夹角不为零，也就是说，轴不对准，优选约90度的角度。(备选的，偏振器可在约45度的角度)。偏振器的平面本身优选大致平行。这种装置可进一步包括一个基板，例如硅基板，其上设置所述交叉偏振器。例如，如果液晶单元具有堆叠结构且仅存在两个偏振器的情况下，一个偏振器可位于基板上。
还可进一步提供上述液晶装置，其中在所述手性向列型液晶的邻近所述偏振器的每个表面处的光轴与每一所述交叉偏振器的偏振轴成约45度的角度。
还可进一步提供上述液晶装置，其中液晶包括诸如BDH1281的手性掺杂剂。
还可进一步提供上述液晶装置，还包括内部基板，具有单向增强的聚酰亚胺对准层。这在不存在场的情况下获得直立螺旋和/或在场处于“启用”状态(或在处于“启用”状态)获得平面对准向列会是尤其有利的。优选的，装置包括USH(均匀直立螺旋)液晶。
还可提供上述液晶装置，还包括一种补偿板，例如，光学补偿膜。这种板会对光进行扩散和/或相延迟以便扩大光输出角度，例如显示所用装置的视角。该板(另外或备选可为补偿板)可以是扩散板。扩散板和/或补偿板可对光进行扩散和/或相延迟。优选的，视角的范围通过使用这种板而增加，在该范围内图像质量优良，甚至在光从大体所有角度传出的实施例中，例如，在从装置的平面输出表面的完整的180度范围内。
还可进一步提供液晶装置，其中手性向列型液晶包括染料，诸如二向色性的染料，多色性荧光染料和/或多个不同颜色的染料。(例如，不同颜色染料的颜色可能是红色，黄色和蓝色的)。染料可为吸收性或荧光染料。然后可观察染料宿主的效果，其中染料分子随着上述螺旋旋转重新定位，这样染料效果随着电场施加而有效地开/关切换。在这种实施例中，在提供输入和/或输出偏振器方面存在较少优势。
如上所述，还可进一步提供液晶装置，其包括所述手性向列型液晶和聚合物的组分。
还可进一步提供液晶装置，其包括至少一个反射器，其中所述至少一个反射器优选是金属的，电介质(例如介电镜)的，有色的，吸收性的和/或荧光的。(彩色和吸收性的反射器选择性地反射颜色/波长)。在LC一侧上接收可控光且从相同侧反射成为输出的情况下上述可能是有利的，例如光是诸如阳光的环境光的情况。
根据本发明的第二方面，提供一种显示装置，例如包括若干上述液晶装置。这种显示装置例如可以是适于监测器、手机、电脑、电视等的LCD显示器(优选平板)。
根据本发明的第三方面，提供包括上述液晶装置的光波导器件。这种光波导器件例如可用于光计算、电信或激光的应用，例如，光纤到光纤的互连。
根据本发明的第四方面，提供了一种包括上述液晶装置的可变光衰减器(VOA)。这种可变光衰减器(VOA)可以是一个光学衰减器，其通过电场的施加来控制偏振光的衰减程度，例如光通信信号的幅度调节或均衡来进行操作。
根据本发明的另一方面，提供包括液晶装置的激光器，其中手性向列型液晶包括(例如掺杂有)诸如激光染料(例如作为包括激光染料分子的一个解决方案，其可加到溶液中)、荧光染料和/或量子点的采光器。染料可附着到液晶分子，例如采光器也可包括通过化学或合成附着到采光器部分的介晶基团，以提高主型液晶内的溶解度和主型液晶内采光基团的排序。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述液晶装置的例如适用于WDM系统中的光学开关或光阀，以便阻断WDM信道或单波长信号。
根据本发明的另一方面，提供光从液晶装置输出的方法，包括：将电场施加到所述装置的手性向列型液晶的液晶分子的螺旋布置；以及所述螺旋布置旋转以便将螺旋布置的螺旋轴与所述电场对准，其中所述手性向列型液晶具有负介电各向异性，而所述螺旋布置具有小于380nm的螺旋螺距。该方法可进一步包括移除电场以便将螺旋轴取向恢复到在施加所述电场之前所存在的取向。该装置可进一步包括至少一个偏振器，例如，可在交叉偏振器之间提供液晶分子的螺旋布置。
根据本发明的另一方面，提供用于控制偏振光传输的方法，包括：施加跨过交叉偏振器之间设置的手性向列型液晶的电场，其中液晶具有负介电各向异性以及在不存在电场的情况下的液晶分子的螺旋布置，其中所述电场具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴即垂直于零场螺旋轴的分量。(然而，这种方法可在不存在偏振器、或仅存在单个偏振器的情况下执行)。在一个实施例中，这种方法可以控制非偏振光的传输。
还可进一步提供上述方法，其中所述螺旋布置的螺距小于380nm，优选小于约260nm，更优选小于约150nm。因此，螺旋布置的螺距再次短于可见光的最短波长。然而，如上所述，对于给定实施例而言螺距优选的特定值可大于或小于380nm和/或可取决于LC双折射。然而，在任何实施例中，液晶优选是短螺距液晶。
还可进一步提供上述方法，其中施加电场，使得液晶分子具有螺旋布置，当施加电场且优选维持电场时，螺旋布置的螺旋轴与所述电场对准。因此，保持螺旋布置，以及螺旋轴朝向与所施加电场对准的方向旋转以便将装置设置为传输状态，对于分子旋转螺旋布置而言，电场是本地的。优选的，施加电场，使得手性向列LC的光轴对准到电极平面内且平行于电场。更具体而言，施加电场，使得手性向列LC的光轴对准到大体平行于电极平面和/或大体平行于电场。
还可进一步提供上述方法，其中施加电场，使得手性向列型液晶的光轴大体垂直于电场分量进行旋转。在这种情况下，所施加的电场为电场分量，即完全垂直于零场螺旋轴的本地电场。优选的，旋转将光轴对准或朝向电场分量。更通常而言，垂直于本地电场分量的平面可垂直于电场本地取向，和/或可垂直于电极平面。
还可进一步提供上述方法，其中大体完全垂直于螺旋布置的螺旋轴来施加电场。
还可进一步提供上述方法，包括优选从零磁场条件下，开始在少于约50ms，优选等于或少于约1.5ms，更优选等于或少于约1ms的时间段内连续施加所述电场分量，以便大体将所述螺旋布置与电场大体完全对准。
还可进一步提供上述方法，包括优选从传输状态(其中螺旋布置与垂直于零场螺旋轴施加的电场大体完全对准)开始在少于大约50ms、优选等于或小于约100us、更优选等于或少于约35us的时间段内连续移除所述电场分量，以便大体完全恢复所述螺旋布置的对准。所恢复的对准是零场螺旋轴的方向。当完全恢复时，LC可能会返回到螺旋结构，这样永久性不存在电场。
还可进一步提供上述方法，包括根据预定的传输灰度来施加所述电场。因此，电场强度可不断变化，以获得在完全黑暗和充分透射状态之间的模拟变化的传输程度。
根据一种布置，提供适于控制偏振光的传输的液晶装置，其包括：手性向列型液晶(LC)，其具有在电场不存在的情况下成螺旋布置的液晶分子；和至少两个电极，其用于施加具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量的电场，其中手性向列型液晶具有负介电各向异性，这样当施加电场时，手性向列型液晶的光轴在垂直于电场分量的平面内旋转。优选的，当施加电场时，手性向列型液晶的光轴旋转以便与电场分量对准。(由于LC具有负介电各向异性，此外或备选的具有负介电常数，因此其它类似的布置可能会有所不同)。
根据本发明的另一方面，提供用控制光传输的液晶装置，包括：发射所述光的光源；手性向列型液晶，其在不存在电场的情况下具有成螺旋布置的液晶分子；和用于施加电场的至少两个电极，所述电场具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量，其中手性向列型液晶具有负介电各向异性，且为具有短于所述光最短波长的螺距的液晶。优选的，LC是USH(通常而言，USH是在不存在电场的情况下的一种布置)，装置的电极是平面电极，和/或装置可用作交叉偏振器之间的强度调制器。可控光可以是偏振光或非偏振光。
下述方面通常涉及利用具有正介电各向异性的LC的实施例。(至于利用负介电各向异性的方面，在此对短螺距的所有参考值可采用平均值，其中螺距短于、优选大体短于可控光的波长，或者更具体的，比可见光波长更短，即比380nm短。该装置可具有发出可控光的光源。该装置可用于控制偏振光和/或非偏振光)。
根据本发明的第一方面，提供用于控制光从所述装置输出的液晶装置，该装置包括：手性向列型液晶，其具有成螺旋布置的液晶分子且具有正介电各向异性；用于施加电场的至少两个电极，所述电场具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量，其中手性向列型液晶优选具有短于所述光最短波长的螺距；液晶因此导致分子的螺旋布置朝向与电场对准的方向旋转，优选与本地电场对准，其中液晶以进一步包括聚合物的组分提供。提供聚合物有利地稳定液晶的螺旋布置，其中一个优势是减少装置的开关时间。该聚合物可为单丙烯酸酯或二丙烯酸酯的形式。优选的，在电场不存在情况下的螺旋布置包括一个直立螺旋布置，即不是ULH(均匀卧倒螺旋)，例如，可以是USH(均匀直立螺旋)。光可以是或不是偏振光。
下述涉及该方面的可选功能(以及其它方面通常涉及利用具有正介电各向异性的LC的实施例，如下面进一步所述的那样)。密切对应于上述方面优选特征的这些优选特征通常涉及利用具有负介电各向异性的LC的实施例。因此，上述提供的更详细描述还通常用于涉及利用具有正介电各向异性的LC的实施例。首先，在所述电场存在的情况下，手性向列型液晶分子可螺旋布置，在所述电场存在情况下的所述螺旋布置的螺旋轴与施加到所述分子的所述电场对准。液晶螺旋布置可介电耦合到电场以便在取决于电场方向的方向上旋转所述螺旋布置的螺旋轴。该装置可配置成当施加电场时手性向列型液晶的光轴在垂直于电场分量的平面上旋转，旋转优选将光轴对准电场。至少两个电极可配置成大体完全垂直于手性向列型液晶螺旋轴来施加所述电场。螺旋布置可具有螺距以至于在所述电场分量不存在的情况下大体完全阻断所述光传输通过所述手性向列型液晶，优选阻断至少约95％的光。LC可小于380nm，优选小于约260nm，更优选小于约150nm。手性向列型液晶可具有厚度以至于在所述电场存在的情况下所述光大体完全传输通过所述手性向列型液晶。该装置可配置成通过所述电场的施加来操作成具有一定的比率，在电场存在的情况下所述光的传输与在电场不存在的情况下所述光的传输的比值大于约1000∶1，优选大于约6000∶1。该装置可通过所述电场的施加来操作成在少于约50ms，优选少于约1ms内将所述螺旋布置大体完全对准所述电场分量。该装置可配置成通过所述电场的移除来操作成在少于约50ms，优选少于约100us内大体完全恢复所述螺旋布置的对准。该装置可进一步包括：至少有两个偏振器，每个偏振器具有一个偏振轴，其中所述两个偏振器是交叉偏振器；并且所述手性向列型液晶设置于所述交叉偏振器之间。液晶可包括具有聚合物的组分，以便稳定液晶分子布置，优选减少装置的开关响应时间。该聚合物可为单丙烯酸酯或二丙烯酸酯的形式。手性向列型液晶可包括染料，诸如二向色性的染料，多色性荧光染料和/或多个不同颜色的染料。该装置可具有进一步包括聚合物组分的手性向列型液晶。该装置可包括至少一个反射器，其中所述至少一个反射器优选的是金属的，电介质的，有色的，吸收性和/或荧光性的。至少两个电极可大体位于同一平面内。
还可任选提供具有若干液晶装置的显示设备、包括液晶装置的光波导器件、包括液晶装置的可变光衰减器、包括液晶装置的光开关、包括液晶装置的光关断器件、或包括液晶装置的激光器，其中手性向列型液晶包括诸如激光染料，荧光染料和/或量子点的采光器。在每一种情况下，该装置可为利用正介电各向异性的装置方面的任何一个，如在此所述的那样。
根据本发明的第二方面，即利用正介电各向异性，提供用于控制光从液晶装置输出的方法，该装置包括手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子以及具有正介电各向异性；且进一步包括至少两个电极，用于施加垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的电场，以进一步包括聚合物的组分提供液晶，所述方法包括：施加电场；以及朝向与电场对准的方向旋转螺旋布置，优选与电场对准。优选的，在电场不存在的情况下，螺旋布置不是ULH，例如，可能是USH。通常涉及利用具有正介电各向异性的LC的实施例的各方面的上述任选特征可相应于该方面来执行。
仍然根据本发明的另一方面，其可以根据上述“第二这种方面”的方法和其任选特征来执行，提供用于控制光从液晶装置输出的方法，该装置包括手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子以及具有正介电各向异性；且进一步包括至少两个电极，用于施加垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的电场，其中：在电场不存在的情况下，手性向列型液晶的螺旋布置和光轴取向成使得入射到装置上的任何线性偏振光的偏振状态垂直于光轴和螺旋布置，以及液晶包括具有聚合物的组分，在宿主型手性液晶中聚合物的浓度优选在约0.1％和约30％w/w之间，该方法包括：施加电场以便旋转手性向列型液晶的螺旋布置和光轴，以便与由电极限定的平面对准或部分对准；以及在移除电场后，将光轴和螺旋布置恢复到施加电场之前的状态。如上所述，在电场不存在的情况下，手性液晶的螺旋布置和光轴取向成使得入射到装置上的任何线性偏振光的偏振状态垂直于光轴和螺旋布置，即，该方法优选不使用ULH LC装置，例如，可以使用USH LC装置。对准或部分对准由电极限定的平面可为大体平行于电极平面的平面。
仍然根据本发明的另一方面，其可以根据上述“第一这种方面”和其任选特征来提供，提供用于控制光从装置输出的液晶装置，该装置包括手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子以及具有正介电各向异性；且进一步包括至少两个电极，用于施加垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的电场，所述装置包括：液晶，使得在电场不存在的情况下，手性向列型液晶的螺旋布置和光轴取向成使得入射到装置上的任何线性偏振光的偏振状态垂直于光轴和螺旋布置，以及液晶包括具有聚合物的组分，在宿主型(host)手性液晶中聚合物的浓度优选在约0.1％和约30％w/w之间，液晶是这样的，以至于施加电场以便旋转手性向列型液晶的螺旋布置和光轴，以便与由电极限定的平面对准或部分对准；液晶是这样的，以至于以及在移除电场后，将光轴和螺旋布置恢复到施加电场之前的状态。对准或部分对准由电极限定的平面可为大体平行于电极平面的平面。
仍然根据本发明的另一方面，其可以根据上述“第二这种方面”的方法和其任选特征来执行，提供用于控制光从液晶装置输出的方法，该装置包括手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子以及具有正介电各向异性；且进一步包括至少两个电极，用于施加垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的电场，所述方法包括：施加电场以便将手性向列型液晶的螺旋布置和光轴旋转成与由电极限定的平面对准或部分对准；在移除电场后，光轴和螺旋布置仍保持与由电极限定的平面对准或部分对准；以及施加另外电场的至少一个另外电极，所述至少一个另外电极取向成大体垂直于螺旋布置的旋转轴和旋转光轴来施加所述另外的电场。旋转光轴可称为诱导光轴。如上所述，液晶是这样的，以至于在电场不存在的情况下，手性向列型液晶的螺旋布置和光轴取向成使得入射到装置上的任何线性偏振光的偏振状态垂直于光轴和螺旋布置，即，该方法优选不使用ULH LC装置，例如，可以使用USH LC装置。对准或部分对准由电极限定的平面可为大体平行于电极平面的平面。
在从属权利要求中限定优选实施例。
附图说明
为了更好地理解本发明以及示出如何有效执行本发明，现在通过实例的方式来参照附图进行说明，其中：
图1示出了根据一个实施例的装置示意图，包括示出操作原理；
图2a示出装置的透光率作为所施加电场函数的实验结果；
图2b示出表明装置上升时间和衰减时间的光响应；
图3示出安装于适于不同电场强度的灯箱上的装置单元的照片；
图4a示出适于具有补偿板的装置的异对比曲线；
图4b示出适于没有补偿板的装置的异对比曲线；
图5a-c示出装置的CIE图；
图5d示出适于装置的彩色等高线图；
图6示出具有如图1中结构的另一实施例的N*LC的显微照片；
图7示出其它实施例的电光特性；
图8示出适于所有电诱导ULH装置相对于传统(手动)诱导的数据；
图9示出ULH装置的示意图；
图10示出聚合物稳定的短螺距LC装置的传输电压特性；以及
图11示出一种布置，其中短螺距螺旋液晶如在此进一步描述的那样进行开卷。
具体实施方式
液晶显示器的发展是众所周知的，在许多文献报告中进行了详细论述。目前强烈趋向于更快响应、高对比度、显示模式、能够结合场顺序产生颜色。这种装置将具有许多益处，诸如更高的分辨率和更低的功耗，其原因在于不需要滤色器。该装置不仅保留现有显示器的良好性能，而且还具有快速响应时间，因此是相当有吸引力的。诸如铁电和均匀卧倒螺旋的铁电LC的其它快速切换LC技术，难于在大范围上均匀对准。
手性向列型显示器可使用传统的电极或在平面电极。这种设备通常会基于在操作波长范围内的选择性反射的效果。这种装置可利用短螺距的手性向列而产生，这样选择性反射的范围低于操作波长的范围。手性向列会与垂直于设备平面的螺旋轴对准：各种称为“直立螺旋”，“平面对准”，或“格朗让”(”Grandjean”)配置。对于足够短的螺距而言，结构在垂直入射时实际上是光学各向同性的，导致交叉偏振器之间的黑暗状态。对于正手性向列型LC边缘场的应用，可能会由于接近电极的非均匀电场分布而出现电极区域上的焦锥缺陷。
我们描述了利用负介电常数的手性向列型LC和平面电极的装置实施例的操作。在这种情况下，了解到切换机制是新的，电极附近的结构扰动被最小化。发现螺旋结构在直立-螺旋和卧倒-螺旋构造(配置)之间切换，如图1中示意示出的那样。根据LC介电响应可以理解该效果。
为了示出装置实施例和特性，图1示意性示出了装置的操作原理：(a)在没有施加电场的情况下，手性向列型液晶在交叉偏振器之间是光学各向同性的，装置处于“关闭”(“OFF”)状态；以及(b)在平面内施加电场时，电场导致螺旋轴处于装置的平面内，导致传输，装置处于“启用”(“ON”)状态。图6示出具有负介电各向异性和370nm螺距的N*LC的显微照片：(a)不施加场，以及在施加400VPP和频率的平面电场下；以及(b)30Hz，(c)1kHz，(d)1kHz，且单元旋转15度，(e)1kHz，且单元旋转25度；以及(f)1kHz，且单元旋转45度。图3示出适于六个不同电场强度的在灯箱上交叉偏振器之间的4.3微米单元的照片。电光单元在尺寸上约1cm x 1cm，以及偏振器覆盖整个视域。交叉偏振器以45度与电极平面对准。图7示出在交叉偏振器之间在1kHz下的装置电光特性。(a)传输-电压形态。(b)10-90％打开以及90-10％的关闭响应时间。图6的N*LC可称为胆甾醇/手性向列型液晶(注意：胆甾醇和手性向列以互换使用)。
在电场不存在的情况下，螺旋垂直于基板的平面对准，其中在表面处的分子对准取向与偏振器和分析仪(图1a)的传输轴成45度。在这种情况下，装置在交叉偏振器之间显示黑色。在施加电场的情况下，当螺旋轴沿电场对准时，具有负介电各向异性的手性向列的自由能最小化。因此，对于平面场而言，手性向列会趋于切换到卧倒-螺旋配置。这种效应由长螺距系统(
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5微米)中的荧光共聚焦图像来证实。在平面位置中，LC的双折射会导致光传输。这在半波片条件2d|Δneff|＝λ下将被优化，其中d是液晶层LC的厚度，Δneff是手性向列的有效(负)双折射，以及λ是光的波长。
通过下述来制备样本：使用精密天平(Mettler Toledo)将低重量浓度的高扭曲功率的手性掺杂剂(BDH1305，Merck KGaA，螺旋扭曲功率60μm-1)加入到成具有负介电各向异性(Δε～-4)和双折射Δn～0.07(内部混合物)的向列型液晶内进行混合。样本被放置于温度为100℃的烘箱内持续24小时的时间段，以确保通过热扩散将组分充分混合。由此产生的混合物通过毛细管填充到d＝4.3μm的间隔开的单元内，该单元在内部基板上具有单向增强的聚酰亚胺对准层，以在电场不存在的情况下获得直立螺旋。为了将电场施加到垂直于螺旋轴的样本上，采用光刻将铟锡氧化物(ITO)涂覆到表面上以便提供叉指电极(图1)。电极间距和宽度分别为15微米和5微米。
(一般情况下，选择如BDH1305或BDH1281的掺杂剂是一个实际问题，例如针对在特定宿主型LC内的溶解度等。因此，选定的掺杂剂可提供扭曲或超扭曲的LC。对于取决于光学中性以便成为光学活性的开关实验而言(诸如在此描述的负介电各向异性的实施例，以及在后面说明书中描述的正介电各向异性的具有聚合物系统的实施例)，它们可被描述为(称为)高度扭曲的，因为这对于为光学中性的层在零场下到可见光波长是有利的。例如在实验中，螺旋轴被诱导到平面内，然后通过第三电极处理，这不是规定该系统是高度扭曲的)。
所有测量均在25℃的恒温下进行。手性向列型液晶的均匀对准通过利用光学偏光显微镜(BH-2，奥林巴斯)来证实。利用信号发生器(TG1304，Thurlby Thandar)和高压放大器(内部构建)来施加电场。利用安装于显微镜光电管内和连接到数字示波器的光电二极管来获得传输-电压曲线和光响应。利用Cannon Ixus-700相机和白色光源(OSL1-EC照明灯，Thorlab Inc)来获得单元照片。利用USB2000光谱仪(OceanOptics)来测量光谱。
图6的显微照片表明在系统中确实获得了卧倒螺旋配置。此外，观察到单元没有破坏性的缺陷结构。为了清晰起见，最初采用370nm的螺距，它在场关闭(无场)状态下具有相当大的透光率(图6a)。当相对于交叉偏振器旋转过LC的角度时，这允许在上述区域和两者之间的电极之间进行比较。在施加电场的情况下，观察到在电极之间的结构均匀(图6b-f)。观察到直立螺旋结构在电极上方大致维持不变。随着偏振器在平行和垂直于平面场的方向上对准，观察到电极之间的区域是非透光的(图6b-c)。随着偏振器旋转过相应角度，识别到卧倒螺旋纹结构的特征(图6d-e)。在45度的相应角度下，从电极之间的该区域的传输是最大化的(图6f)。在“启用”和“关闭”切换处理过程中，发生装置的光响应，但不会破坏焦锥域或油性条纹结构。此外，透射光谱表明在施加电场之后，手性向列光子带隙蓝移。这提供了进一步证据证明螺旋轴旋转到平面配置，而不是松卷。
在图3中示出适于260nm螺距的装置的操作。安装在灯箱上的交叉偏振器之间的测试单元的照片代表不同电场强度。在电场不存在的情况下，单元是光学上黑暗的，在单元和仅仅交叉偏振器的背景区域之间不存在明显差别。随着场强度的增加，透光率(光传输)以可控的平稳方式增加。
图7a示出装置所测量的透光率为所施加电场函数(随着所施加电场而变化)。通过装置的透光率的变化随着场强度增加而增加，其中在大约5Vμm-1下存在一个阈值。在≈18Vμm-1下透光率达到饱和。图7b中示出在施加和移除电场时切换机制的响应时间。分别从10-90％和90-10％的传输水平来测量打开时间(τon)和关闭时间(τoff)。在充分强度调制(18.3Vμm-1)下，发现τon＝0.035ms，以及τoff＝1.5ms。中档的灰度级到灰度级的响应在～0.1毫秒的量级。
通过测量场启用透光状态(卧倒螺旋)的亮度与关闭场“黑暗”状态(直立螺旋)的亮度的比率来确定装置的对比度。通过下述从透射光谱确定亮度：通过从380nm至780nm波长的函数对强度进行积分，通过光绿色分量的标准颜色匹配函数加权[E.Lueder，Liquid CrystalDisplays：Addressing Schemes and Electro-Optical Effects(Wiley，2001)，p.137；J.Schanda，Colorimetry：Understanding the CIESystem，(Wiley，Hoboken，2007)]。发现在没有任何光学补偿膜或背光强度控制的情况下，通过实验得到的对比度为CR＝952∶1。相比较而言，如果“关闭”状态被仅仅认为是交叉偏振器自身(不存在LC)，则对比度CRmax＝1043∶1。这表明在我们的实验系统中可以实现装置的黑暗状态接近最黑暗的状态。如果使用更高质量的偏振器，和/或优化半波片条件，则可预期CR是相当高的。利用理论Berreman方法[D.W.Berreman，J.Opt.Soc.Am.62，502，(1972).]，利用典型装置参数：螺距P＝263nm，厚度为4.3μm，以及优化的双折射≈0.064，预计CR为3200∶1。在“关闭”状态下的透光强度很大程度上取决于螺距(约P6)，因此更短的螺距会导致仍然相当高的对比度。
因此，实施例提供响应时间≤1.5ms以及对比度≈1000∶1的液晶显示模式。材料的进一步发展和装置结构的改善从而使Δε值为绝对值更大的负值以及确保样本的最大场强度，将有助于减少开关(切换)所需的施加(外加)电压。结果表明，这种切换模式对于快速光阀和平板显示模式而言具有相当大的潜力。
通常而言，在“具体实施例”标题下开始的上述段落涉及到采用负电介质材料的优选高对比度手性向列型液晶装置。所述液晶装置的实施例利用具有负介电各向异性的短螺距(260nm)手性向列来证明。由于介电耦合，平面电场将液晶在直立螺旋(场关闭，“黑暗”状态)和卧倒螺旋(场启用，透光状态)配置(构造)之间进行切换。的说，因此同样通常而言，与实验相关的上述各段导致透光率为所施加场的函数(随着所施加场而变化)，使其响应时间(小于1.5ms)，对比度(1000∶1)。
下面介绍为液晶单元形式的液晶装置实施例。该装置可有利地被用于提供例如具有100微秒响应时间的高对比度液晶显示模式。其可特别适用于例如大至100英寸的高清晰度平板电视屏幕。
实施例的开关(切换)模式基于手性向列型液晶，其具有负介电各向异性的平面电极和超扭曲结构。(“平面内”一般是指平行于由基板和/或装置的偏振器定义的一个平面)。在电场不存在的情况下，作为螺旋结构的非常短螺距(～150nm)的结果，LC会在交叉偏振器之间在光学上出现黑色。短螺距还有由于LC松弛到场关闭状态的时间非常快(或小于ms的量级)而造成的进一步后果。理论和实验结果显示与可控灰度相结合的非常高的对比度。
实施例适用于液晶显示器(LCD)，其涉及具有100Hz以上刷新率的高清晰度图像。具体的，实施例的LC组件的响应时间大体不会受到向列LC的固有粘弹性驱动松弛的限制。
可利用诸如铁电和挠曲电的备选LC技术。不过，这些LC可能难以实现大规模的均匀对准。当以均匀的卧倒螺旋配置对准时手性向列中的铁电-光切换(例如与介电耦合相结合可导致光轴的快速平面旋转)也会遇到均匀对准的类似问题。
通过螺旋轴的几何形状旋转成垂直对准到基板，以及结合施加平面内电场，只要螺旋结构的螺距比入射辐射的波长小得多，则可构造成快速调节偏振控制器。平面内电场和直立螺旋几何形状的结合会导致由于介电和/或挠曲电耦合的螺旋变形而导致的光轴快速旋转离面。在场“关闭”状态下，手性向列型装置在交叉偏振器之间为光学各向同性且没有光传输(不透光)。然而，当由于介电和/或挠曲电耦合光轴倾斜离面时，诱导双折射以及装置在交叉偏振器之间成为光学激活的。在第一实例下，这种控制器可适用于电信应用，由此入射辐射的波长为1550纳米的量级，且这种液晶模式可进一步适用于显示应用。对于基于介电和/或挠曲电切换的这种显示模式发展而言，具有大的介电和/或挠曲电系数的化合物会是有利的。二量体(Bimesogenic)材料可满足这些标准。(在本段中参考介电和/或挠曲电耦合的所有上述通常是指与施加场的耦合，优选介电耦合，其可任选与挠曲电耦合相结合，但是更优选挠曲电系数最小化)。
不过，即使没有挠曲电切换，交叉偏振器之间的超扭曲手性向列的高衰变是极为另人感兴趣的，尤其适于平面开关设备。在该方面，上述实施例会允许基于负介电各向异性手性向列以及涂覆到基板之一的内表面上的平面电极的快速切换模式。实验结果体现在透光率和装置的响应上，以及理论结果体现在异对比曲线和/或对比度上。
通过将低重量浓度的高扭曲功率的手性掺杂剂(BDH1281，MerckKGaA)分散到成具有负介电各向异性(Merck KGaA)的向列型液晶内来制备样本。这些化合物被用作标准的且不进行进一步纯化。在精密天平(Mettler Toledo)上混合后，然后样本被放置于烘箱内持续24小时的时间段，以确保通过热扩散将组分充分混合。之后，由此产生的混合物注入到4.3微米的单元内，该单元在内部基板上具有单向增强的聚酰亚胺对准层，以在电场不存在的情况下获得直立螺旋，以及电场“启用”状态下获得平面对准向列。为了将电场施加到垂直于螺旋轴的样本上，将铟锡氧化物(ITO)涂覆到表面上以便提供叉指电极。电极间距为9微米。
所有测量均在25℃的恒温下进行。手性向列型液晶的均匀对准通过利用光学偏光显微镜(BH-2，奥林巴斯)来证实。利用信号发生器(TG1304，Thurlby Thandar)和高压放大器(内部构建)来施加电场。利用安装于显微镜光电管内和连接到数字示波器的光电二极管来获得传输-电压曲线和光响应。利用Cannon Ixus-700相机和白色光源(OSL1-EC照明灯，Thorlab Inc)来获得单元照片。
图1中示出包括示出操作原理的装置的示意图。图2中示出作为所施加电场函数的透过率、以及证实上升时间和衰减时间的光学响应的实验结果。通过装置的透光率的变化随着场强度增加而增加，其中在大约6V/um下存在一个阈值。然后透光率随着高达20V/um的场强度而增加，其中20V/um点下透光率饱和。在该实验性实例中的相当高的阈值和饱和电压可能是由于非常短的螺距和适当较低负介电各向异性的结果。短螺距表明，较大的电场能量有利于通过旋转进行有效切换和/或克服螺旋扭曲能(例如如图11中所示在该处发生松卷，备选的或者另外导致螺旋轴旋转)，而较低的负介电各向异性意味着场和LC之间的耦合是相当小的。另一方面，响应是非常短的，以及这可由上升时间和衰减时间显而易见。图2b示出在辅助轴上绘制的LC相对于在主轴线上绘制的从0V/um到18V/um电场方波的光学响应。由此看来，上升时间和衰减时间分别为1毫秒和100毫秒。发现上升时间取决于场强度，而衰减时间独立于场强度。凭借介电耦合在场内是二次(方形)的事实，上升时间会是短的。另一方面，由于螺旋的非常短的螺距，衰减时间是短的。利用流体力学方面的考虑，可以表明响应是螺距的二次。
在图3中示出适于不同电场强度的具有交叉偏振器之间且安装在灯箱上的平面电极的4.3微米厚的单元的照片。可以看出，单元是光学上黑暗的，在单元和仅仅交叉偏振器的背景区域之间不存在明显差别。随着场强度的增加，随着螺旋结构旋转，样本的透光率越来越大。在接近阈值的3.3V/um下透光率较小，且显著增加，直到达到饱和。显示在16.7V/um的场强度下具有最大亮度。因此，该装置可有利地将灰度与短响应时间相结合。
图4使用Berremann 4×4矩阵来计算存在与不存在补偿板情况下的异对比曲线。这些结果是在单元厚度为4.3微米、入射光波长为550纳米以及Δn＝λ/(2d)(＝0.064)双折射的情况下获得的。在场“关闭”状态下，波长的影响是微不足道的，然而，对于场“启用”状态，由于色散而依赖波长。在垂直入射角的情况下，对比度至少为
Figure BDA0000133483860000231
1000∶1，甚至高达65000∶1，这是非常高的且是在电场不存在情况下由于超扭曲结构而造成的高衰变的结果。在没有C-板的情况下，显而易见的是在斜视角的情况下对比度低于10∶1，但是当加入C-板时，对比度可增加。(这种C-板的一个实例是在加入液晶层和偏振器之后为增加的额外层形式的补偿板以便增加显示的视角。
最后，为了检查随视角变化的色度变化，图5中示出CIE图。三幅图示出对应的不同极性和方位角度以及一幅图示出颜色轮廓。每一个利用Berreman 4×4矩阵和标准光源C来获得。在此我们假设场以线性且均匀施加，且不存在任何程度的手性。还假定在光源和观察员侧两者处的基板表面处不存在分子的预倾角。第一幅图(图5a)适于固定的50度的偏振角，然后方位角从0度变化到360度。在这种情况下，预测随着方位角从0度旋转到360度，色度几乎没有变化。图5b和5c分别适于为0度和45度的固定方位角度，而偏振角从0度变化到80度。在场“启用”状态下，0度的方位角对应偏振方向，而45度的方位角对应光轴。它表明，在方位角固定在45度(图5c)时，色度随着偏振角变化而略微变化。然而，正如在图5d中的颜色等高线图所示，色度变化非常小，除了处于极端的一些轻微“泛黄”之外。
总之，实施例可有利证实具有100毫秒响应时间以及至少
Figure BDA0000133483860000232
1000∶1以及甚至高达65000∶1对比度的快速切换液晶显示模式。由于液晶分子的不断重新定向，传输电压曲线显示该响应可有利于控制灰度。
虽然涉及实施例的上述段落已综合考虑具有负介电各向异性的LC，我们进一步披露仅仅通过具有零介电各向异性而与上述LC装置(且具有上述一个或多个任选特征的组合)不同的一种装置。
下面描述一种装置和其它布置以及相关的方法，其利用具有正介电各向异性的液晶。(尽管仅仅通过用正各向异性LC代替零介电各向异性LC而导致不同的其它布置)。LC以进一步包括聚合物(例如通过加入反应性的甲壳)的组分来提供，如在此所述的任意正介电装置/布置/方法的情况那样，聚合物可为单丙烯酸酯或二丙烯酸酯的形式，这与交联的端基有关。
液晶装置用于控制光从所述装置输出，且包括：手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子且具有正介电各向异性；用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的分量，手性向列具有短螺距(＜380nm)或长螺距(＞＝380nm)。在这种装置中，分子的螺旋布置旋转成与本地电场对准，即电场直接影响分子的取向。优选的，至少两个电极大体共面，例如，至少两个电极为平面电极。
用于控制光从液晶装置输出地相关方法，该装置包括手性向列型液晶，其具有成螺旋布置的液晶分子并有正介电各向异性，且进一步包括用于垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴来施加电场的至少两个电极，所述方法包括：施加电场；以及使得螺旋布置旋转成与电场对准。因此，对于在本说明书中所述的所有实施例，螺旋布置可旋转成对准本地电场，即电场对于螺旋布置分子本地存在，或电场在整个LC上是均匀的。在不存在任何电场情况下存在的螺旋布置称为零场布置。优选的，对于螺旋布置为本地的电场垂直于零场布置的螺旋轴方向。
由装置输出的光可由装置从外部源(例如，阳光，外部荧光源，LED等)接收或可能内部产生，例如，将光发射器添加到LC以形成例如激光器。无论光源是内部还是外部光源，上述控制可以是形成输出光而产生的光比例，和/或输出光的传播方向。
有利的是，手性向列型(即，胆甾醇)LC的螺旋布置可旋转成与电场对准。因此，当施加电场时，手性向列型LC的光轴可重新取向以便对准在电极平面内。例如，当装置用作二进制装置的情况下可使用完全对准。但是，如果该装置以模拟方式使用，例如适于灰度，例如取决于电场强度，可控制LC旋转成与电场部分对准，即不完全对准。
旋转可在LC螺旋布置不松卷情况下发生。此外，该装置可通过施加电场来操作，以便在少于约50ms，优选少于约10ms，更优选少于约1ms的时间段内大体将所述螺旋布置与电场大体完全对准。(其它布置可能会与在此所述的各方面和各实施例或每一方面和每一实施例有所不同，上述方面和实施例通过如图11中所示的零场螺旋布置松卷进行描述，备选或另外的旋转成对准电场)。
如上所述，对于在此所述的任何正介电各向异性的装置/方法而言，螺旋布置的螺距可长可短。短螺距可以是比可见光波长更短的螺距。优选的，螺距小于380nm，更优选小于约260nm，如约150nm。然而，对于给定的正介电各向异性的实施例而言，优选的螺距特定值可大于或小于380nm，和/或可取决于LC双折射。然而，在正介电各向异性的任何实施例中，液晶优选是短螺距液晶。
有利的是，螺距可以是这样的以至于在不存在电场的情况下通过LC传输的光至少部分、或优选大体完全被阻断。这种实施例可包括至少位于装置输出侧上的偏振器。备选的，该装置可包括为LC相对两侧上的偏振器，这些偏振器具有大体垂直的传输轴。阻断可以是阻断入射到LC输入侧上的偏振光的至少约95％，优选约100％。当电场存在时，液晶优选大体完全进行光传输，例如，传输光的至少约95％。
更通常与上述偏振器相关的，液晶装置可包括至少两个偏振器，每一偏振器具有一偏振轴(即传输轴)，偏振器包括一对，这样该对偏振器对准以至于它们的轴大致相互垂直(即偏振器交叉)，手性向列型LC设置于这两个偏振器之间。(备选的，该对偏振器可具有大体相互平行的轴。然而，交叉偏振器是优选的，在这种情况下，在电场不存在的情况下，LC的光轴可相对于每一所述偏振器的偏振轴大致成45度角)。偏振器可设置于装置的相应基板上。
因此，该装置通过施加电场来操作成具有一定的比率，在电场存在的情况下所述光的传输(优选偏振的；内部或外部产生的)与在电场不存在的情况下所述光的传输的比率至少大于约1000∶1，优选地更大，例如在约6000∶1。
由装置控制的光可为偏振光，例如光从LC一侧上的偏振器输入到该装置内。
还可进一步提供上述装置，其中LC螺旋布置(其可能是短螺距或长螺距的)由聚合物进行稳定。液晶可包括聚合物组分，聚合物有利地给LC提供弹性。这种弹性可令LC更坚固耐用，例如，当LC受压缩(例如通过装置的用户手指按压)时不容易永久性损坏。弹性可能会降低LC装置的开关(切换)特性的滞后，因此改变开关时间(即，用于对准/取消对准的时间)。有利的，由于聚合物的弹性作用而减少LC取消对准的时间(即LC螺旋旋转返回到其原来取向，即施加电场之前的取向)。
进一步的在该方面，LC有利地包括双频手性向列型LC。在这种情况下，介电各向异性的变化由所施加场的频率进行标志。这可能是有利的，以确保当移除电场时，LC螺旋布置旋转返回到原来的位置，即反向旋转。双频LC例如可具有在例如100Hz-1kHz的频率范围内的负介电各向异性，以及在例如高于1kHz的另一频率范围内具有正介电各向异性。优选的，介电各向异性变化标志的频率小于约100kHz。因此，可通过在不同频率范围内施加另一电场而恢复LC螺旋轴的对准。双频手性向列型LC对于例如LC不由聚合物进行稳定的情况是有利的。(在利用具有正介电各向异性液晶的实施例中，LC可包括具有低浓度反应性甲壳(例如，Merck RM-257)或聚合物的组分，例如在此关于利用具有负介电各向异性的LC的实施例所述的那样。
在LC不包括这种双频LC的情况下，LC装置仍可为有利的，例如，使ULH(均匀卧倒螺旋)对准，因为LC螺旋布置的这种对准可在电场中稳定，即使在发生旋转以便将螺旋对准所施加的电场之后。因此，在一种布置中提供了构成液晶装置的ULH。
通过将低浓度的聚合物或反应性甲壳(例如，Merck RM257)(其交联以便形成聚合物)加入到LC可获得上述聚合物组分。所加入的甲壳或聚合物相对于LC的浓度优选＜20％w/w(按重量计算)。
优选的，电极配置成大体完全垂直于LC的零场螺旋轴来施加电场。
电极可包括位于同一平面上的至少两个电极，例如，位于LC的顶表面或底表面上，或位于随后与LC直接或间接接触的基板表面上。可发现这组电极位于两个或两个以上的相应表面上，例如，第一和第二组分别位于LC的下表面和上表面上。此外，任意组电极可有利地配置成生成边缘场。
用于施加电场的电极可包括位于LC相对侧上的，例如，位于LC的顶部和底部上，或位于邻近LC相应的相对两侧的基板上。例如，位于相应表面上的第一和第二组电极可设置成提供相应的电场，每一电场具有垂直于螺旋轴的分量。
LC装置的电极可包括位于LC一侧上的叉指电极，例如位于直接或间接附连到LC上表面或下表面的基板上。叉指电极可通过绝缘层与基板间隔开。电极可包括在基板中位于一层上的手指图案电极以及位于通过绝缘层(例如，阻挡层)隔开的另一层上的平面电极。
装置的LC可包括一种或多种染料，其可以是吸收性或反射性染料。更具体地，一种或多种染料可以是分色染料，多色性荧光染料，和/或多个种不同颜色如红色、黄色和蓝色的染料。此外，上述手性向列LC旋转成与电场对准会进一步导致染料分子旋转。有利的，染料在该装置内的这种效果可通过宿主客型染料效果被有效地启用/关闭。因此，提供如上所述的单个或至少两个偏振器届时可能不太有利。
LC装置可以是反射装置。在这种情况下，外部光线(如阳光)可通过LC的一个表面接收，以及通过(直接或间接)附连到LC相对面的反射器进行反射。LC装置可包括反射元件，例如，金属的，电介质的(例如，介电镜)，彩色的，吸收性和/或荧光性的。彩色或吸收性的反射性元件可选择性地反射不同的颜色/波长。反射性LC装置可设有单个的偏振器或不设置偏振器。
在另一配置中，提供包括具有正介电各向异性的若干LC的显示装置，其优选包括上述任选特征的任意组合。这种显示装置可包括光学补偿膜，其可通过分散或扩散从LC装置输出的光来扩大显示装置的视角。该板块可另外或备选为补偿板或扩散板。扩散板和/或补偿板可对光扩散和/或相延迟。优选的，通过使用这种板可增加视角范围，在该范围图像质量好，即使在光大体从装置的平面输出表面以所有角度(例如，整个180度)发出的实施例中。
在另一配置中，提供例如用于光计算、电信或数据通信的光波导器件，其包括具有正介电各向异性的至少一个LC装置，LC装置优选包括上述任选特征的任何一种或多种组合。
在另一配置中，提供可变光衰减器，或光开关(例如，适于波分复用(WDM)系统和/或用于阻断或通过WDM或单波长信号)或光阀，其包括具有正介电各向异性的至少一个LC装置，LC装置优选包括上述任选特征的任何一种或多种组合。
在另一配置中，提供包括第一配置的至少一个LC装置，LC装置优选包括上述任选特征的任何一种或多种组合。优选的，手性向列型液晶掺杂有光发射器或采光器。光发射器或采光器可为激光染料(这可以液体形式提供，例如溶液中的激光染料分子，和/或化学附接到液晶分子)，稀土元素，荧光染料和/或量子点。有利的，激光装置用于将从激光装置输出的光束的传输方向重新定向和/或将从激光装置输出的传输程度重新调整。关于详细的正介电布置，可以是这样的装置，其包括长螺距手性向列型液晶，其中在电场平面内没有例如用于形成均匀卧倒螺旋(ULH)的聚合物。更具体的，该装置可以是可切换的液晶元件，显示器或相位调制装置，基于手性向列型液晶的均匀卧倒螺旋(ULH)的几何形状。ULH是手性向列型液晶螺旋轴的平面对准。
通常情况下，ULH通过机械剪切、温度渐变和电场的复杂和非系统性的组合而预先对准。因此ULH的诱导需要一些个人专长，导致其不适合大规模生产。观察到通过平面内电场来诱导均匀卧倒螺旋(ULH)是一个非常令人吃惊的结果。这项技术也呈现出提供诱导结构的增加稳定性，例如在不施加外部场的情况下ULH可保持更为较长时间。在这些实验中通常可以看出，结构迅速衰变(几秒到几分钟的量级)到Grandjean/焦锥状态。
虽然ULH的电感应是令人惊讶的，但是该发现并不总是足以产生一个可切换装置(如相位调制器或显示器)。另一优选特征是在平面基板上方结合第三平面平行电极。该装置可如下构成：由平面电场诱导ULH，然后移除电场，然后将平面电极短路(等电位)。然后通过在上部电极和基板电极(目前常见的)之间施加电压来处理该装置。
图8示出适于所有电诱导ULH装置相对于传统(手动)诱导的数据。尽管倾斜角度减小，在调查中使用的材料具有仅仅中度的挠曲电和/或介电耦合，上述可控制响应。对于厚度为3-5微米的典型电池而言，可以使用新材料来设计改进挠曲电和/或介电耦合，使切换电压增加几V/μm的量级。图9示出装置的示意图。
该装置的潜在优势可包括ULH结构的优良重现性以及电气自动化感应。此外，一旦形成ULH装置，可允许(10微秒以下)的快速切换、低电压(可使用传统的电路)、模拟(灰度)操作和/或相位调制应用。
关于进一步详细的正介电配置，可为在平面电场内具有聚合物的短螺距手性向列型液晶，例如，适于快速切换调制装置。这种装置可为利用聚合物来稳定具有大的正介电各向异性的短螺距手性向列型液晶的显示装置。显示装置可通过外部电场的作用可在光学熄灭的“关闭”状态和明亮的“启用”装置之间进行切换，以及在移除所施加的电场后恢复到光学熄灭状态。这种装置可具有出色的对比度和响应时间，对于启用而言为几毫秒的量级，而对于关闭而言为亚毫秒的量级。
图10示出聚合物稳定短螺距材料的效果图。该材料通过平面场处理，且位于交叉偏振器之间。在该装置中，电压从0V渐变到200V，然后回落到0V，以便调查滞后性质。从图中，对于非聚合物稳定的材料而言，装置不会恢复到原来的状态(未切换)，因此不能用作显示装置。然而，当材料包括反应性的液晶组合物且合适的是紫外线聚合的，形成的装置允许以最小的滞后对原来未切换的状态进行优良恢复。这是一个令人吃惊的结果，使装置具有很好的对比度和快速响应时间，例如5ms的启用时间和0.2ms的关闭时间，或0.5ms的启用时间和0.2ms的关闭时间。还在更有利的实施例中，获得100微秒量级的适于启用和关闭的响应时间。
该装置的潜在优势可包括：短螺距材料允许光学熄灭的关闭状态，其允许具有优良的对比度；正介电耦合(允许使用现有的材料来显著较低的工作电压)；平面开关(切换)技术；和/或快速响应。
关于上述的所有实施例和布置，对于本领域的技术人员而言毫无疑问会进行许多其它的有效替代。本发明并不限于所述的实施例，而是涵盖对于本领域的技术人员而言显而易见的落入所附权利要求的精神和范围内的变型。

Claims (67)

1.用于控制偏振光传输的液晶装置，包括：
手性向列型液晶，具有在电场不存在的情况下成螺旋布置的液晶分子；以及
用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量；其中手性向列型液晶具有负介电各向异性。
2.用于控制光传输的液晶装置，包括：
发出所述光的光源；
手性向列型液晶，具有在电场不存在的情况下成螺旋布置的液晶分子；以及
用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量；其中手性向列型液晶具有负介电各向异性，且为具有短于所述光的最短波长的螺距的液晶。
3.用于控制光从所述装置输出的液晶装置，所述装置包括：
手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子和正介电各向异性；
用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的分量，手征向列优选具有短于所述光的最短波长的螺距；
液晶为分子的螺旋布置朝向与电场对准的方向旋转，优选与本地电场对准；
其中液晶以进一步包括聚合物的组分提供。
4.用于控制光从装置输出的液晶装置，所述装置包括手性向列型液晶，其具有成螺旋布置的液晶分子和正介电各向异性；以及进一步包括用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的分量；所述装置包括：
液晶，从而在电场不存在的情况下，液晶的螺旋布置和光轴的取向使得入射到装置上的任意线性偏振光垂直于光轴和螺旋布置；以及
液晶包括具有聚合物的组分，聚合物在宿主型手性液晶中的浓度在约0.1％至约30％w/w之间；
液晶，使得电场的施加将手性向列型液晶的螺旋布置和光轴与由电极限定的平面对准或部分对准；
液晶是这样的，以至于在移除电场之后，光轴和螺旋布置松弛返回到施加电场之前的状态。
5.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中所述手性向列型液晶分子在电场存在的情况下成螺旋布置，在所述电场存在的情况下所述布置的螺旋轴与施加到所述分子的所述电场对准。
6.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中所述液晶螺旋布置介电耦合到电场以便在取决于电场方向的方向上将所述螺旋布置的螺旋轴进行旋转。
7.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，配置为使得在施加电场时，手性向列型液晶的光轴在垂直于电场分量的平面内旋转，旋转优选将光轴至少部分对准电场。
8.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中所述至少两个电极配置成大体完全垂直于手性向列型液晶螺旋轴来施加所述电场。
9.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，还包括发出可控所述光的光源，其中液晶具有短于所发出光的最短波长的螺距，优选短于约380nm。
10.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中螺旋布置具有这样的螺距，以至于在不存在所述电场分量的情况下大体完全阻断所述偏振光传输通过所述手性向列型液晶。
11.根据权利要求10所述的液晶装置，其中所述大体完全阻断是阻断至少约95％的偏振光。
12.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中螺距小于380nm，优选小于约260nm，更优选小于约150nm。
13.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中手性向列型液晶具有这样的厚度以至于在电场存在的情况下所述偏振光大体传输通过所述手性向列型液晶。
14.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，配置成通过所述电场的施加来操作成具有一定的比率，在电场存在的情况下所述偏振光的传输与在电场不存在的情况下所述偏振光的传输的比率大于约1000∶1，优选大于约6000∶1。
15.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，配置成通过所述电场的施加来操作成在少于约50ms，优选少于约1ms的时间内将所述螺旋布置与所述电场分量大体完全对准。
16.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，配置成通过移除所述电场来操作成在少于约50ms、优选小于约100us的时间内大体完全恢复所述螺旋布置的对准。
17.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，还包括：
至少两个偏振器，每一偏振器具有一个偏振轴，其中所述两个偏振器为交叉偏振器；以及
所述手性向列型液晶设置于所述交叉偏振器之间。
18.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中液晶包括具有聚合物的组分，所述聚合物用于稳定液晶的分子布置，优选地减少装置的开关响应时间。
19.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中手性向列型液晶包括染料，诸如分色染料，多色性荧光染料和/或多种不同颜色的染料。
20.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，具有包括所述手性向列型液晶和聚合物的组分。
21.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，包括至少一个反射器，其中所述至少一个反射器优选是金属的，电介质的，有色的，吸收性和/或荧光性的。
22.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中至少两个电极处于大体同一平面内。
23.根据任一前述权利要求所述的液晶装置，其中液晶介电耦合电场，以便将分子的螺旋布置朝向与电场对准的方向旋转。
24.包括若干根据权利要求1至23中任一项所述的液晶装置的显示装置。
25.包括根据权利要求1至23中任一项所述的液晶装置的光波导装置。
26.包括根据权利要求1至23中任一项所述的液晶装置的可变光衰减器。
27.包括根据权利要求1至23中任一项所述的液晶装置的光学开关或光阀。
28.包括根据权利要求1至23中任一项所述的液晶装置的激光器，其中手性向列型液晶包括诸如激光染料、荧光染料和/或量子点的采光器。
29.用于光从液晶装置输出的方法，包括：
将电场施加到所述装置的手性向列型液晶的液晶分子的螺旋布置；
所述螺旋布置旋转以便将所述布置的螺旋轴对准所述电场；
其中所述手性向列型液晶具有负介电各向异性，以及所述螺旋布置具有小于380nm的螺距。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述液晶螺旋布置介电耦合电场，以便将所述螺旋布置的螺旋轴在取决于电场方向的方向上旋转，优选所述旋转是均匀的。
31.根据权利要求29或30所述的方法，还包括移除所述电场以便将螺旋轴返回到施加所述电场之前存在的取向。
32.根据权利要求29至31任一项所述的方法，其中通过将电位差施加到处于邻近液晶的大体同一面内的至少两个电极来施加电场。
33.控制偏振光传输的方法，包括：
跨过设置于交叉偏振器之间的手性向列型液晶来施加电场，其中液晶在电场不存在的情况下具有负介电各向异性和成螺旋布置的液晶分子；
其中所述电场具有垂直于手性向列型液晶螺旋轴的分量。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述螺旋布置的螺距小于380nm，优选小于约260nm，更优选小于约150nm。
35.根据权利要求33或34所述的方法，其中所述液晶螺旋布置介电耦合电场，以便将所述螺旋布置的螺旋轴在取决于电场方向的方向上旋转，优选所述旋转是均匀的。
36.根据权利要求33至35任一项所述的方法，其中施加电场，以至于液晶分子具有一种螺旋布置，当施加电场时，所述螺旋布置具有对准所述电场的螺旋轴。
37.根据权利要求33至36任一项所述的方法，其中施加电场以至于手性向列型液晶的光轴旋转成对准电场分量。
38.根据权利要求33至37任一项所述的方法，其中电场在大体完全垂直于螺旋布置的螺旋轴上施加。
39.根据权利要求33至38任一项所述的方法，其中通过将电位差施加到处于邻近液晶的大体同一面内的至少两个电极来施加电场。
40.根据权利要求33至39任一项所述的方法，包括施加所述电场分量，持续等于或小于约1ms、优选等于或小于约1ms的时间段，以便将所述螺旋布置与所述电场大体完全对准。
41.根据权利要求33至40任一项所述的方法，包括移除所述电场分量，持续等于或小于约50ms、优选等于或小于约100us的时间段，以便大体完全恢复所述螺旋布置的对准。
42.用于控制光从液晶装置输出的方法，所述装置包括手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子且具有正介电各向异性；以及进一步包括用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的分量；液晶以进一步包括聚合物的组分提供，所述方法包括：
施加电场；以及
在朝向对准电场的方向旋转螺旋布置，优选对准电场。
43.用于控制光从液晶装置输出的方法，所述装置包括手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子且具有正介电各向异性；以及进一步包括用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的分量；其中：
在电场不存在的情况下，手性液晶的螺旋布置和光轴的取向是这样的，以至于入射到装置上的任意线性偏振光的偏振状态垂直于光轴和螺旋布置；以及
液晶包括具有聚合物的组分，聚合物在宿主型手性液晶中的浓度在约0.1％至约30％w/w之间；
施加电场将手性向列型液晶的螺旋布置和光轴与由电极限定的平面对准或部分对准；
在移除电场之后，光轴和螺旋布置松弛返回到施加电场之前的状态。
44.用于控制光从液晶装置输出的方法，该装置包括手性向列型液晶，具有成螺旋布置的液晶分子且具有正介电各向异性；以及进一步包括用于施加电场的至少两个电极，电场具有垂直于手性向列型液晶分子螺旋轴的分量；所述方法包括：
施加电场将手性向列型液晶的螺旋布置和光轴与由电极限定的平面对准或部分对准；
在移除电场之后，螺旋布置和光轴保持与由电极限定的平面对准或部分对准；以及
用于施加另一电场的至少一个另外电极，所述至少一个另外电极取向成大体完全垂直于螺旋布置的旋转轴和旋转光轴来施加所述的另一电场。
45.根据权利要求29至44任一项所述的方法，其中所述手性向列型液晶分子在所述电场存在的情况下成螺旋布置，在所述电场存在的情况下所述布置的螺旋轴与施加到所述分子的所述电场对准。
46.根据权利要求29至45任一项所述的方法，其中所述液晶螺旋布置介电耦合电场，以便将所述螺旋布置的螺旋轴在取决于电场方向的方向上旋转。
47.根据权利要求29至46任一项所述的方法，其中手性向列型液晶的光轴旋转成使得光轴至少部分对准电场。
48.根据权利要求29至47任一项所述的方法，其中至少两个电极配置成大体完全垂直于手性向列型液晶的螺旋轴来施加所述电场。
49.根据权利要求29至48任一项所述的方法，其中液晶具有短于可控光最短波长的螺距。
50.根据权利要求29至49任一项所述的方法，其中螺旋布置具有这样的螺距，以至于在不存在所述电场的情况下大体完全阻断所述光传输通过所述手性向列型液晶。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述大体完全阻断是阻断至少约95％的可控光。
52.根据权利要求29至51任一项所述的方法，其中液晶具有小于380nm，优选小于约260nm，更优选小于约150nm的螺距。
53.根据权利要求29至52任一项所述的方法，其中手性向列型液晶具有厚度使得在所述电场存在的情况下所述光大体传输通过所述手性向列型液晶。
54.根据权利要求29至53任一项所述的方法，其中在电场存在的情况下所述光的传输与在电场不存在的情况下所述光的传输的比率大于约1000∶1，优选大于约6000∶1。
55.根据权利要求29至54任一项所述的方法，其中施加所述电场使得在少于约50ms，优选少于约1ms的时间内将所述螺旋布置与所述电场大体完全对准。
56.根据权利要求29至55任一项所述的方法，包括移除所施加的电场以便在少于约50ms、优选小于约100us的时间内大体完全恢复所述螺旋布置的对准，所述恢复是将所述螺旋布置返回到大体稳定的零电场布置，表示零电场布置优选是均匀直立螺旋布置。
57.根据权利要求29至56任一项所述的方法，其中所述手性向列型液晶设置于交叉偏振器之间。
58.根据权利要求29至57任一项所述的方法，其中液晶包括具有聚合物的组分，所述聚合物优选用于稳定液晶的分子布置，优选减少装置的开关响应时间。
59.根据权利要求29至58任一项所述的方法，其中手性向列型液晶包括染料，诸如分色染料，多色性荧光染料和/或多种不同颜色的染料。
60.根据权利要求29至59任一项所述的方法，包括至少一个反射器，其中优选使用金属的、电介质的、有色的、吸收性和/或荧光性的反射器。
61.根据权利要求29至60任一项所述的方法，其中利用处于大体同一平面内的至少两个电极来施加电场。
62.根据权利要求29至61任一项所述的方法，其中液晶介电耦合电场，以便将分子的螺旋布置朝向与电场对准的方向旋转，优选对准电场。
63.操作显示装置的方法，包括权利要求29至62任一项所述的方法。
64.操作光波导装置的方法，包括权利要求29至63任一项所述的方法。
65.操作可变光衰减器的方法，包括权利要求29至64任一项所述的方法。
66.操作光学开关或光阀的方法，包括权利要求29至65任一项所述的方法。
67.操作激光器的方法，包括权利要求29至66任一项所述的方法，其中手性向列型液晶包括诸如激光染料、荧光染料和/或量子点的采光器。
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