CN103105692A - 聚合物网络稳定的弯电极化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶器件和一种液晶器件的方法。该液晶器件包括：第一基板；第二基板；和夹在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，所述液晶层包含向列型液晶材料和聚合物网络。所述聚合物网络锚定至所述第一基板，并且被构造为沿着平行于第一基板的线交替地引起所述向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。由此，液晶器件的弛豫时间τ_下降降低。

Description

聚合物网络稳定的弯电极化

技术领域

本发明涉及包含聚合物网络的液晶器件。本发明还涉及制备这种液晶器件的方法。

背景技术

常规向列型液晶器件和显示器的电光响应的重要特征是转换上升时间τ_上升和下降时间τ_下降，它们通常在几个毫秒的范围内。为人熟知的是，可以通过所施加的电场有效地控制τ_上升，但却不能有效地控制τ_下降。在许多液晶器件的应用，例如在3D LCD中，需要具有都优选在微秒区的τ_上升和τ_下降两者的液晶器件的快速转换。然而，在向列型液晶器件和显示器中达到如此快速的转换是困难并且非常复杂的任务，特别是在涉及τ_下降的情况下。

正如已知的，τ_下降强烈地依赖于液晶材料的性质、弹性常数和粘性。它还依赖于含有液晶的夹层单元的特征、单元间隙d和锚定强度W。在强锚定条件的存在下，τ_下降正比于单元间隙的平方，即d²，反之，如果锚定条件弱，那么τ_下降正比于d和1/W。降低单元间隙显然是一个降低τ_下降的可能方法。然而，由于LCD技术的限制，不容易采用这样的方法。

另一个降低τ_下降的可能方法是增加液晶与固体表面之间的接触面积。

一种已知的实现它的方法是，在液晶体内建立聚合物网络。这样，液晶/固体表面相互作用的回复力作用于在关闭所施加的电场之后在液晶中发生的弛豫过程上的效果被充分地放大，导致τ_下降的降低。

在US2010/0245723中描述了这种方法，它公开了扭曲向列型的液晶器件，其中，在液晶层的液晶分子中配置了聚合物网络。配置该聚合物网络，以使液晶分子偏向非扭曲态。

这将降低弛豫时间(从扭曲态至非扭曲态)，预期其产生根据US2010/0245723的液晶器件总响应时间(τ_上升+τ_下降)的减少。

然而，根据US2010/0245723的液晶器件中的聚合物网络将同时增加旋转时间(将液晶材料从非扭曲态转化为扭曲态的时间)。此外，与没有聚合物网络的情况比较，很可能的是引入聚合物网络将导致用于转换的阈电压上升。此外，通过提供聚合物网络可能引入不合乎需要的效果，如在根据US2010/0245723的液晶器件中，包括光散射和残余双折射，这些可能不利地影响液晶器件的光学性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的以上问题，并提供改良的液晶器件，所述液晶器件被构造为使短上升时间(当施加电场时)和短下降时间(当移除电场时，用于弛豫至初始的电场关闭状态的时间)成为可能。特别是，想要在减少有害的副作用(如上文提到的增加的阈电压、光散射和残余双折射)出现的情况下达到这一目的。

根据本发明的第一方面，因此提供了液晶器件，所述液晶器件包括第一基板；第二基板；和夹在第一基板与第二基板之间的液晶层，所述液晶层包含向列型液晶材料和聚合物网络；其中聚合物网络锚定至第一基板并且被构造为沿着平行于第一基板的线交替地引起向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。

聚合物网络“锚定至第一基板”应当理解为意指在聚合物网络与第一基板面向液晶层的表面之间存在连接。

本发明基于这样的认识：在“电场关闭”状态(在此状态中，在液晶器件中不存在转换电场)中，液晶材料中弯电极化的存在降低了液晶器件的弛豫时间τ_下降。这背后的原理将在下文中的标题“理论说明”下进一步说明。本发明的发明人还认识到，在电场关闭状态中，即在液晶层中不存在电场的情况下，可以通过提供聚合物网络获得这样的弯电极化，所述聚合物网络锚定至液晶器件的基板之一，并且被构造为沿着平行于第一基板的线交替地引起向列型液晶材料展曲变形和弯曲变形。

本发明的发明人已经发现，上文提到的液晶器件的弛豫时间τ_下降的降低可以用聚合物网络实现，所述聚合物网络被构造为在邻接第一基板的薄区中交替地引起向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。特别是，在其中产生展曲和弯曲变形的区域可以比对应于可见光波长的距离更薄。从而，可以获得降低的弛豫时间，而不引入任何光学干扰，如在背景技术部分中提到的光散射和/或残余双折射。

此外，本发明的发明人已经令人惊讶地发现，根据本发明的各种实施方案的液晶器件中的聚合物网络降低了液晶器件的弛豫时间τ_下降，而液晶器件的转换时间τ_上升基本上没有任何增加。基于以前的经验，预期液晶器件转换时间τ_上升会出现这种增加，但是因为交替引发的展曲和弯曲变形也包括邻接第一基板的液晶分子的小预倾，归因于聚合物网络产生的液晶分子的移动性降低的效果基本上由该预倾产生的提高的转换性能消除(或超过)。

获得锚定至第一基板并且被构造为沿着平行于第一基板的线交替地引起向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形的聚合物网络的一种有益方法是，对向列型液晶材料和可光聚合预聚物的混合物施加交替地基本上垂直于第一基板和基本上平行于第一基板的电场，并且之后在施加电场的同时提供用于聚合可光聚合预聚物的光，以使得在电场的影响下形成由向列型液晶材料的构造影响的聚合物网络。这在下面参考根据本发明的第二方面的方法的实施方案进一步详细说明。

可以在制备过程中使用液晶器件外部的电极施加这种空间交替变化的电场。

然而，根据多个实施方案，本发明的液晶器件还可以包括第一和第二单独可控电极，所述第一和第二单独可控电极被配置并构造以使得在第一和第二电极之间电压的施加产生液晶层内部的电场，该电场沿着平行于第一基板的线交替地基本上垂直于第一基板和基本上平行于第一基板。

通过在液晶器件中包括第一和第二单独可控电极，可以更简单地形成强烈定域在第一基板上的合适的电场。此外，可以使用相同的电极用于控制完成的液晶器件的转换。

可以将第一和第二单独可控电极以层状构造配置在具有配置在第一和第二单独可控电极之间的绝缘层的第一基板上，所述绝缘层被配置为防止第一和第二单独可控电极之间的导电连接，并且被配置为在垂直于第一基板的方向上将第一和第二单独可控电极物理分隔。

可以将第二单独可控电极配置在第一单独可控电极与液晶层之间，并且第二单独可控电极可被配置为交替地屏蔽和暴露第一单独可控电极。

这类电极构造通常被称为“边缘场转换”或FFS构造，并且适合于形成高度定域并且空间上交替变化的电场。

备选地，第一和第二单独可控电极可以被配置在相同的平面内，以形成通常所说的“平面内转换”或IPS构造。

对于技术人员，FFS构造和IPS构造两者均是公知的，并且广泛用于转换多种液晶器件。

根据本发明的液晶器件的多种实施方案，可以有利地构造聚合物网络，以交替地引起在距第一基板面向液晶层的表面仅1μm内的向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。在离开表面1μm内，所产生的展曲和弯曲变形的大小可能随着离开表面的距离逐渐下降。

因此，可以将在电场关闭状态中液晶分子的取向变化的光学影响保持至最小。为了进一步降低或者甚至消除取向变化的光学影响，可以构造聚合物网络，以交替地引起在距第一基板面向液晶层的表面仅约0.4μm内的向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形，以使得可见光将不由邻接第一基板的向列型液晶材料的定域变形所影响。

根据多种实施方案，第一基板可以包括面向液晶层的配向层，该配向层促使基本上垂面配向，即其中邻接配向层的液晶分子在不存在电场的情况下基本上垂直于第一基板的构造。

此外，第二基板还可以包括面向所述液晶层的配向层，该配向层促使基本上垂面配向。

而且，液晶材料可以具有正介电各向异性或负介电各向异性。

根据本发明的液晶器件的多个实施方案，向列型液晶材料可以有利地具有这样的弯电系数：使得向列型液晶材料的展曲变形产生垂直于第一基板的第一弯电极化分量，并且向列型液晶材料的弯曲变形产生具有与第一弯电极化分量相同方向的第二弯电极化分量。

通过选择具有以上性质的向列型液晶，总弯电极化(它是归因于展曲变形的弯电极化与归因于弯曲变形的弯电极化的矢量和)将更高，这将导致液晶器件的弛豫时间τ_下降的进一步降低。这将在下文中在标题“理论说明”下对于示例情况进一步说明。

根据本发明的液晶器件的多种实施方式还可以包括锚定至第二基板的聚合物网络，并且该聚合物网络被构造为，沿着平行于第二基板的线，交替地引起向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。

此外，液晶器件还可以包括配置在第二基板上的第三和第四单独可控电极，并且所述第三和第四单独可控电极被构造为使得在第三和第四电极之间电压的施加产生液晶层内部的电场，该电场沿着平行于第二基板的线交替地基本上垂直与第二基板和基本上平行于第二基板。

根据本发明的第二方面，提供了一种制备液晶器件的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有夹在第一基板与第二基板之间的液晶层的液晶器件，所述液晶层包含向列型液晶材料和可光聚合预聚物；以及以形成聚合物网络的方式将所述可光聚合预聚物光聚合，所述聚合物网络锚定至所述第一基板，并且被构造为沿着平行于第一基板的线交替地引起所述向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。

术语“可光聚合预聚物”应被理解为任何当用光照射时从其形成聚合物的物质。可光聚合预聚物的实例包括单体，或聚合物的任何合适部分，如二聚体。

根据一个实施方案，光聚合可光聚合预聚物的步骤可以包括以下步骤：在所述液晶层内形成不均匀电场，所述电场沿着平行于所述第一基板的线交替地基本上垂直于所述第一基板和基本上平行于第一基板；以及在保持电场的同时，用光照射所述液晶器件，以聚合邻接所述第一基板的所述可光聚合预聚物。

有利地，所述不均匀电场可以被定域至第一基板，使得任何在液晶层内的、在垂直于第一基板的方向上距离所述第一基板比1μm更远处的电场是基本上均匀的。

因此，在不存在电场的情况下，仅在邻近第一基板的薄区域内形成产生交替变化的展曲和弯曲变形的聚合物网络。

根据另一个实施方案，光聚合可光聚合预聚物的步骤可以包括以下步骤：用光通过掩模照射所述液晶器件，所述掩模包括具有低于第一阈值的光透射率的第一类多个部分和具有高于比所述第一阈值大的第二阈值的光透射率的第二类多个部分，所述第一类多个部分和所述第二类多个部分被交替地排列。

第一类多个部分和第二类多个部分可以，例如，被配置为条纹构造或棋盘构造。此外，掩模可以有利地为通常所说的灰度色标掩模，使得在相邻配置的第一类多个部分的一个部分和第二类多个部分的一个部分之间的光透射率上存在渐变。

按照根据本发明的方法的多个实施方案，用于照射液晶器件的光可以具有选择为仅聚合垂直于所述第一基板的方向上距离第一基板1μm之内的所述可光聚合预聚物的光学性质。

本发明的该第二方面的实施方案和通过其获得的效果很大程度上类似于在上文中对于本发明的第一方面所述的那些。

附图说明

现在将参考示出了本发明实例实施方案的附图，更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1是根据本发明的多个实施方案的液晶器件的示意性透视图；

图2是图1中的液晶器件中所包含的液晶单元的截面图；

图3是制备图2中的液晶单元的示例方法的流程图；

图4a-d是截面图，各示意性地说明了在图3中的相关方法步骤之后液晶单元的状态；并且

图5a-b分别是在光聚合之前和之后液晶单元的光学响应的图。

具体实施方式

在以下详细描述中，主要参考单单元液晶器件描述本发明的实施方案。然而，应当注意到，本文提供的描述同样可适用于包含多个单独可控单元的液晶器件，如用于例如显示设备如电视器件中的液晶面板。这种包含多个单元的液晶器件自然也在权利要求的范围之内。

此外，下文所述的液晶单元是单面液晶单元，其具有仅包含在第一基板中的控制电极，以及锚定至第一基板并且被构造为在第一基板附近在电场关闭状态下影响向列型液晶材料的聚合物网络。应当注意到，本发明不以任何形式被限制在这样的单面液晶单元中，而同样很好地应用于在两个基板均具有控制电极和/或聚合物网络的双面液晶单元。

图1是根据本发明的多个实施方案的液晶器件1的示意性透视图。液晶器件1包括设置在正交起偏振器片3、4之间的液晶单元2，“起偏振器”3最接近光源5，并且“检偏振器”4最接近观察者6。在图1中，通过虚线指出起偏振器3和检偏振器4各自的偏振方向。

在运转中，通过施加在液晶器件1中所包含的控制电极(未在图1中示出)之间的电压的调制将液晶器件1在亮态与暗态之间来回转换。在亮态，液晶器件1改变已经通过起偏振器3的光，使得光也能够通过检偏振器4，并且在暗态，已经通过起偏振器3的光将不能够通过检偏振器4。

图2是图1中的液晶单元2沿线A-A’所作截面的示意性的截面图，如在图2中所见，液晶单元2包括第一基板10、第二基板11和夹在第一基板10与第二基板11之间的液层12。

液晶层12包含向列型液晶材料13和聚合物网络14。向列型液晶材料13一般地由一些示意性的液晶分子表示，并且聚合物网络14由一些聚合物线表示。液晶材料13的液晶分子和单元间隙(第一基板10与第二基板11之间的距离)未按比例尺画出，并且聚合物网络14的聚合物线可以具有许多不同的构造，它在不同的液晶单元中可以改变。

如在图2中所示，第一基板10从底部至顶部包括透明载体16、第一电极17、绝缘层18、第二电极19和配向层20，所述配向层20促使邻接该配向层的液晶分子的垂直配向，即通常所说的垂面配向。

如图2中所示，第二基板11从底部至顶部包括透明载体21和配向层22，所述配向层22促使邻接该配向层的液晶分子的垂直配向，即通常所说的垂面配向。

第一基板10的第一电极17和第二电极19可以有利地由透明导电材料如ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)或铝掺杂的ZnO制成，或者可以备选地由金属层制成，所述金属层足够薄，以允许光通过该金属层。绝缘层18由合适的透明绝缘体如氧化物、氮化物或聚合物层制成。合适的绝缘体材料的实例包括，例如氧化硅、氮化硅和多种旋涂电介质。

如在图2中可见，配置绝缘层18，以将第一电极17和第二电极19物理并且电学分隔，以获得通常所说的边缘场转换(FFS)配置。在这一端，第一电极17和第二电极19配置在不同的面中，而且，从液晶层的角度看，第二电极19被构造为交替地(空间上)屏蔽第一电极17和暴露第一电极17。

因为第一基板10的配向层20和第二基板11的配向层22两者均促使垂直排列，所以在不存在电场时(当在第一电极17与第二电极19之间未施加电压时)，液晶材料13将基本上是垂面/垂直配向。正如将在下文中进一步说明的，当如图1所示将液晶单元2配置在正交起偏振器之间时，这一电场关闭状态将是暗态。

当在第一电极17与第二电极19之间施加电压时，电场将与液晶分子耦合，并且导致经历足够大电场的那些液晶分子重新定向。这将产生液晶单元2的相位延迟的移动，它将转而产生光通过图1中液晶器件1的透射。

尽管对于技术人员而言，由暗的电场关闭态至亮的电场接通态的这种转换背后的机制是公知的，仍在下文中提供简短的理论说明。

具有均匀配向的向列型液晶单元在光学上的表现与其光轴与单元中液晶分子的优选取向方向一致的单轴(双折射)光学片一样。插入两个正交起偏振器之间，当将单元定向使其光轴与起偏振器透射方向呈45°时，透过单元和起偏振器的光的强度由下式简单地给出：

I＝I₀sin²δ/2

其中δ＝2πdΔn/λ表示单元归因于其双折射Δn＝n_e-n₀(n_e和n₀分别是液晶材料的非常和正常折射率)的相位延迟，并且λ是光的波长。当基本上所有向列液晶分子均垂直配向时，液晶单元2的双折射Δn将基本上为零，这意味着透过的强度也将基本上为零。当液晶分子重新定向时，双折射Δn将变成非零，并且液晶器件1将透光。

如上所述，图2中的液晶单元2包含聚合物网络14。这种聚合物网络14锚定至第一基板10并且被构造为，沿着平行于第一基板10的线，交替地引起向列型液晶材料13的展曲变形和弯曲变形。

通过由聚合物网络14产生的液晶材料13的弯曲变形和展曲变形，在电场关闭状态下产生弯电极化。由于在电场关闭状态下弯电极化的存在，液晶单元2的弛豫时间τ_下降与没有聚合物网络14的情况相比降低。对弯电极化与弛豫时间τ_下降之间这种关系背后的理论，将在下文的标题“理论说明”下作进一步说明。

除了产生弛豫时间τ_下降的降低，聚合物网络14的上述构造与没有聚合物网络14的情况相比，不导致明显的转换时间τ_上升或用于转换的阈值电压的增加。事实上，转换时间τ_上升和用于转换的阈值电压甚至比相应的没有聚合物网络的液晶单元更低。其原因是，聚合物网络也引入邻接第一基板10的小预倾，这允许了更快的转换和降低的阈值电压。

有利地，可以构造聚合物网络14，以仅在接近第一基板的子区域中产生向列型液晶材料13的上述展曲和弯曲变形，正如通过图2中由第一基板10的表面和虚线23限定的子区域示意性地表示的。

在第一基板10的表面与虚线之间的距离可以有利地小于1μm，在这种情况下，由展曲和弯曲变形引起的影响/扰动将在大多数情况中可以忽略。如果将聚合物网络14构造为使得向列型液晶材料13的展曲和弯曲变形基本上被限于一个扩展至小于可见光波长(约0.4μm)的距离子区域，将不存在由展曲和弯曲变形对液晶单元2的光学性质造成的有害影响。

现在将参照图3和图4a-d描述一个示例性的制备图2中的液晶单元2的方法。

在第一步骤101中，液晶单元30(部分地在图4a-d中示出)具有夹在第一基板10与第二基板之间(第二基板未在图4a-d的部分截面中示出)的液晶层，所述液晶层包含可光聚合预聚物31(在图4a中通过圆圈示意性地表示)和向列型液晶材料13的混合物。以与已在上文参考图2所述相同的方式构造基板。液晶层还可以包含光引发剂等，并且可以以单体或聚合物的任何合适部分如二聚体的形式提供可光聚合预聚物31。

在第二步骤102中，如图4b示意性地表示的，通过如上文参考图2所述在第一电极17与第二电极19之间施加电压，在液晶层内部提供不均匀电场。

如在图4b中可见，沿着平行于第一基板的线，电场交替地基本上垂直于第一基板和基本上平行于第一基板。也正如在图4b中示意性地表示的，向列型液晶材料13的液晶分子将倾向于沿着电场线配向，这将引起可光聚合预聚物31基本上相应的有序化。

可以有利地选择施加在第一电极17和第二电极19之间的电压，使得电场强烈地定域在邻接第一基板10处。例如，可以选择电压，使得仅在距第一基板10的表面约1μm之内的液晶分子基本上重定向。

随后，在步骤103中，用透过透明的第一基板10的光照射液晶层，以形成聚合物网络。因为如上所述可光聚合预聚物31的分布受到电场引起的液晶分子的重定向的影响，所以通过照射形成的聚合物网络的构造也将受到电场引起的液晶分子的重定向的影响。

有利地选择光的性质，使得可光聚合预聚物主要在第一基板10的附近聚合。距离第一基板10的聚合的范围可以通过适当地选择光的波长和强度而控制。尤其是，可以有利地选择紫外区中液晶材料13吸光处的波长的光。这意味着紫外光强度将典型地随着光在液晶层内行进的距离指数地下降。理想的照射参数将依赖于所使用的可光聚合预聚物和向列型液晶材料的类型而变化，但在已知材料性质的情况下，确定合适的照射性质对于本领域技术人员将是显而易见的。在通过引用以其全部结合在此的专利申请号10/766,273中，也更多地说明了光聚合。

在最终步骤104中，移除电场，这意味着不再存在任何归因于电场而作用在液晶分子上的力。然而，最接近第一基板的液晶分子的取向将受到在之前的步骤103中形成的网络聚合物32的影响。尤其是，沿着平行于第一基板的线，聚合物网络32将交替地引起向列型液晶材料13的展曲变形和弯曲变形。

应当注意，这些图都是提供用于说明本发明各种方面的简化并且示意性的说明，并且比例不代表真实情况。

此外，本领域技术人员将能够在没有过度的负担的情况下选择更合适的液晶材料、单元尺寸、配向层、更复杂的操纵配置等。

本领域技术人员了解，本发明不以任何形式受限于上文所述的优选实施方案。相反，在所附的权利要求的范围内，许多更改和变化是可能的。

在权利要求中，词语“包含”不排除其它的要素和步骤，而不定冠词“一个”或“一种”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中提到的具体度量的单纯事实不表示这些度量的组合不能够有利地被使用。

理论说明

为了简单，让我们考虑厚度为d并且在电场关闭状态具有垂直配向(VA)的向列型液晶层的一般情况，所述向列型液晶层在施加电场下的弹性展曲/弯曲变形在具有d/2处z＝0的xz平面内的，即z变化±d/2。在一个弹性常数近似中，液晶层的弹性自由能f_弹性由下式给出：

其中

K是弹性常数，Φ是指向矢与z轴形成的夹角。如果向列型液晶拥有弯电性质，由聚合物网络冻结并锚定至基板表面的xz平面内的弹性变形，在E＝0的情况下，产生仅具有如下式所述沿z轴的分量的弯电极化P_弯

$P_z=e_{11}\stackrel{\‾}{n}\mathrm{div}\stackrel{\‾}{n}-e_{33}\stackrel{\‾}{n}\×\mathrm{rot}\stackrel{\‾}{n},$ 此处

e₁₁和e₃₃分别是展曲和弯曲变形的弯电系数。在这种情况下，在P_弯的存在下，样品中的介电位移为

D_z＝ε_zzE_z+P_z，其中

ε_zz是介电常数沿z轴的分量，由下式给出

ε_zz＝ε⊥sin²Φ+ε_||cos²Φ，并且

E_z是归因于不为零的弯电极化P_弯的电场的唯一分量。

假定，液晶是绝缘介质，即，没有自由电荷，那么D_z为零。因此，

$E_z=-\frac{P_z}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{zz}}},$ 其中

归因于弯电极化，即，归因于电场E_z的静电能由下式给出

P_z由下式给出：

$P_z=-\frac{e}{2}\sin \left(2\mathrm{\φ}\right)\left(\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂z}\right),$ 其中e＝e₁₁+e₃₃

带入P_z，我们得到

那么总自由能将为

f＝f_弹性+f_弯，或

这给出

其中

$\stackrel{\‾}{K}=K+\frac{e^2{\sin }^2\left(2\mathrm{\φ}\right)}{{4\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{zz}}\left(\mathrm{\φ}\right)}$

是在P_弯的存在下重新归一化的弹性常数，它大于不存在这样的极化时的弹性常数K，即

在关闭施加电场之后，弛豫响应时间或通常所说的下降时间τ_下降由下式给出

τ_下降∝ηd²/K

当存在P_弯时，则

因为

那么

因此，归因于在关闭施加的电场之后保持液晶的弹性变形的聚合物网络的弯电极化使向列型液晶的弛豫(下降)时间更快。

实验

在一个示例性的实验中(参考图4a-d)，液晶单元30含有Merck的向列型液晶混合物ZLI4792(Δε＞0)，其中分别以80/19/1重量％的比例溶解了Merck的光反应性液晶单体31RM257和光引发剂Irgacure784。液晶单元30的玻璃基板16、21的内表面被来自Nissan Chemical的聚酰亚胺SE-1211的形式的配向层20、22覆盖，用于促使液晶分子13的垂直配向，即具有垂直于基板10、11的优选定向方向。单元间隙是均匀的并且约为3μm。用于光反应性单体的光聚合并从而建立液晶层中的聚合物网络14，用得自OSRAM，Ultra-Vitalux，Germany的提供宽波长光谱的非偏振光源照射液晶单元30。

在用非偏振光照射液晶单元30之前，在液晶单元30的第一电极17与第二电极19之间施加电压，以产生边缘电场，如在图4b中所示意性地表示的。选择非常低的施加电压的大小，使得边缘场基本上定域在第一基板10的表面，即它极小地穿透液晶层的主体。作为结果，所施加的边缘电场仅在电极表面附近产生液晶的垂直配向的周期性畸变。在施加这样的低电压之后，用非偏振光照射液晶单元30持续40分钟，以通过溶解在液晶中的光反应性的液晶单体RM257的光聚合的方式，在液晶主体中建立聚合物网络。在照射期间，将所施加的电压保持恒定。在施加边缘场的情况下，聚合物网络纤维在大范围内跟随液晶层中的液晶分子的配向。

已经发现，在用偏振光照射之后，位于两个正交起偏振器之间的完成的液晶单元30的光学表现与在照射前相同。没有发现由于在液晶体相中存在聚合物网络14而导致的不想要的光散射效应。还应当注意，已经发现，由聚合物网络保持的电极表面附近液晶分子取向的周期性畸变不对器件的光学特性具有任何负面影响，因为它们定域在电极表面非常薄的厚度比入射光的波长短的层中，并因此是光学上不可见的。

图5a和5b中分别提供了示出了在光反应性单体的光聚合过程之前和之后液晶单元30的光学响应的图。发现，在光照之前，液晶单元30的转换时间τ_上升和弛豫时间τ_下降为约几个毫秒，而在用非偏振光照射器件40分钟之后，响应时间τ_上升和τ_下降变短了一个数量级，即约为数百μs。

Claims (17)

1.一种液晶器件，所述液晶器件包括：

第一基板；

第二基板；和

夹在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，所述液晶层包含向列型液晶材料和聚合物网络；

其中，所述聚合物网络锚定至所述第一基板，并且被构造为沿着平行于所述第一基板的线交替地引起所述向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。

2.根据权利要求1所述的液晶器件，所述液晶器件还包括第一和第二单独可控电极，所述第一和第二单独可控电极被配置并构造以使得在所述第一与第二电极之间电压的施加产生所述液晶层内部的电场，

所述电场沿着平行于所述第一基板的线交替地基本上垂直于所述第一基板和基本上平行于所述第一基板。

3.根据权利要求2所述的液晶器件，其中，所述第一和第二单独可控电极在具有配置在所述第一和第二单独可控电极之间的绝缘层的情况下，以层状结构配置在所述第一基板上，

所述绝缘层被配置为防止所述第一和第二单独可控电极之间的导电连接，并且被配置为在垂直于所述第一基板的方向上物理分隔所述第一和第二单独可控电极。

4.根据权利要求3所述的液晶器件，其中，所述第二单独可控电极被配置在所述第一单独可控电极与所述液晶层之间，

所述第二单独可控电极被配置为交替地屏蔽和暴露所述第一单独可控电极。

5.根据权利要求2所述的液晶器件，其中，所述第一和第二单独可控电极被配置在相同的平面内。

6.根据权利要求1所述的液晶器件，其中，所述聚合物网络被构造为仅在距离所述第一基板面向所述液晶层的表面1μm之内交替地引起所述向列型液晶材料的所述展曲变形和所述弯曲变形。

7.根据权利要求1所述的液晶器件，其中，所述第一基板包含面向所述液晶层的配向层，所述配向层促使基本上垂面配向。

8.根据权利要求1所述的液晶器件，其中，所述第二基板包含面向所述液晶层的配向层，所述配向层促使基本上垂面配向。

9.根据权利要求1所述的液晶器件，其中，所述向列型液晶材料具有这样的弯电系数：使得所述向列型液晶材料的所述展曲变形产生垂直于所述第一基板的第一弯电极化分量，并且所述向列型液晶材料的所述弯曲变形产生具有与所述第一弯电极化分量相同方向的第二弯电极化分量。

10.根据权利要求1所述的液晶器件，所述液晶器件包含锚定至所述第二基板的聚合物网络，并且所述聚合物网络被构造为沿着平行于所述第二基板的线交替地引起所述向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。

11.根据权利要求1所述的液晶器件，所述液晶器件还包括：

配置在所述第二基板上的第三和第四单独可控电极，并且所述第三和第四单独可控电极被构造为使得在所述第三和第四电极之间电压的施加产生所述液晶层内部的电场，所述电场沿着平行于所述第二基板的线交替地基本上垂直于所述第二基板和基本上平行于所述第二基板。

12.一种制备液晶器件的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有夹在第一基板与第二基板之间的液晶层的液晶器件，所述液晶层包含向列型液晶材料和可光聚合预聚物；以及

以形成聚合物网络的方式，将所述可光聚合预聚物光聚合，所述聚合物网络锚定至所述第一基板，并且被构造为沿着平行于所述第一基板的线交替地引起所述向列型液晶材料的展曲变形和弯曲变形。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述将所述可光聚合预聚物光聚合的步骤包括以下步骤：

在所述液晶层内部形成不均匀电场，所述电场沿着平行于所述第一基板的线交替地基本上垂直于所述第一基板和基本上平行于所述第一基板；以及

用光照射所述液晶器件，以聚合邻接所述第一基板的所述可光聚合预聚物。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述不均匀电场定域至所述第一基板，使得任何在所述液晶层内的、在垂直于所述第一基板的方向上距离所述第一基板比1μm更远处的电场是基本上均匀的。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光聚合所述可光聚合预聚物的步骤包括以下步骤：

用光通过掩模照射所述液晶器件，所述掩模包括具有低于第一阈值的光透射率的第一类多个部分和具有高于比所述第一阈值大的第二阈值的光透射率的第二类多个部分，所述第一类多个部分和所述第二类多个部分被交替地排列。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一基板是透明的并且照射所述液晶器件以使得所述光在到达所述液晶层之前穿过所述第一基板。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光具有选择为仅聚合在垂直于所述第一基板的方向上距离所述第一基板1μm之内的所述可光聚合预聚物的光学性质。

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