CN115997163A - 包括叉指电极的液晶设备 - Google Patents

Abstract

公开了包括多个叉指电极和至少一个液晶层的液晶设备。还公开了包括至少三个叉指电极的液晶设备。

Description

包括叉指电极的液晶设备

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119要求于2020年7月1日提交的美国临时申请第63/046,963号的优先权的权益，并且基于35U.S.C.§119要求于2020年7月13日提交的美国临时申请第63/051104号的优先权的权益，其中每个临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及包括电极组件的液晶设备，该电极组件包括多个叉指电极和至少一个液晶层，并且更具体地涉及利用共面转换并包括至少三个叉指电极的液晶设备。

背景技术

液晶设备在各种建筑和交通应用(诸如窗、门、空间隔断以及建筑物和汽车的天窗)中使用。对于许多商业应用，期望液晶设备在亮状态下提供高透射率并且在开和关状态之间提供高对比度，同时还提供良好的能量效率和成本效益。在液晶窗口的情况下，期望在亮状态下尽可能多地减少光学损耗以使通过窗口进入的光量最大化。此外，为了达到高对比度，窗口应在暗状态下尽可能多地衰减入射光。

使用叉指电极(诸如共面切换(IPS)电极模式)的液晶设备可以提供有吸引力的低成本设计，因为它们需要在构成液晶单元的两个基板中的仅一个基板上放置电极。然而，传统的IPS叉指电极设计会产生“死区”或液晶单元在亮和暗状态之间没有切换或没有完全切换的区域，从而降低了整体对比度。在某些情况下，多达5％至20％的液晶分子在典型的IPS设计中可能不会切换，这可导致暗状态下的漏光，并进而导致整个设备的对比度较低。

因此，需要利用具有更少或没有“死区”的叉指电极的液晶设备。提供具有降低的制造复杂性和/或成本的这种液晶设备也将是有利的。对于这种液晶设备，提高亮状态下的透光率以及亮状态和暗状态之间的对比度将是进一步有利的。

发明内容

在各实施例中，本公开涉及液晶设备，该液晶设备包括：第一基板，该第一基板包括外表面和内表面；第二基板，该第二基板包括外表面和内表面；液晶层，该液晶层具有第一表面与第二表面，其中液晶层被设置在第一基板与第二基板之间；以及电极组件，该电极组件包括至少三个叉指电极，其中电极组件被设置在第一基板的内表面上。本文还公开了液晶窗口，该液晶窗口包括这样的液晶设备和通过密封的间隙与液晶设备分离的玻璃基板。

在非限制性实施例中，第一基板和第二基板可以是玻璃基板。在各实施例中，叉指电极可以包括至少一个透明导电层，诸如至少一个透明导电氧化物。根据某些实施例，电极组件可包括多于两个叉指电极，诸如三个叉指电极或四个叉指电极。例如，电极组件可以包括第一电极层、第二电极层和钝化层，第一电极层包括第一叉指电极和第二叉指电极，第二电极层包括第三叉指电极，并且钝化层被设置在第一电极层和第二电极层之间。替代地，电极组件可以包括第一电极层、第二电极层和钝化层，第一电极层包括第一叉指电极和第二叉指电极，第二电极层包括第三叉指电极和第四叉指电极，并且钝化层被设置在第一电极层和第二电极层之间。作为非限制性示例，钝化层可以包括SiN或SiO₂。在附加实施例中，电极组件可以包括具有第一周期的第一叉指电极对和具有第二周期的第二叉指电极对，其中第一周期比第二周期长。

根据某些实施例，液晶设备可以进一步包括与液晶层的第一表面或第二表面直接接触的至少一个对齐层。第一对齐层可以与液晶层的第一表面直接接触并且第二对齐层可以与液晶层的第二表面直接接触。在各实施例中，液晶层可以进一步包括从染料、着色剂、手性掺杂剂、可聚合反应性单体、光引发剂和聚合结构中选择的至少一个附加组分。根据附加实施例，液晶设备包括扭曲超分子结构。在进一步实施例中，第一对齐层可以具有第一摩擦方向并且第二对齐层可以具有第二摩擦方向，其中第一摩擦方向与第二摩擦方向彼此正交。根据更进一步实施例，液晶设备可以包括设置在第二基板的内表面上的第二电极组件。第一电极组件包括第一电极方向，并且第二电极组件包括第二电极方向，并且第一电极方向与第二电极方向可以彼此正交。第一对齐层的第一摩擦方向可以与第一电极方向正交，并且第二对齐层的第二摩擦方向可以与第二电极方向正交。

本文进一步公开了液晶设备，该液晶设备包括：第一基板，该第一基板包括外表面和内表面；第二基板，该第二基板包括外表面和内表面；第三基板，该第三基板包括第一内表面和第二内表面，其中第三基板被设置在第一基板和第二基板之间；第一液晶层，该第一液晶层被设置在第一基板和第三基板之间；第二液晶层，该第二液晶层被设置在第二基板和第三基板之间；第一电极组件，该第一电极组件包括至少三个叉指电极，其中第一电极组件被设置在第一基板的内表面上或第三基板的第一内表面上；以及第二电极组件，该第二电极组件包括至少三个叉指电极，其中第一电极组件被设置在第二基板的内表面上或第三基板的第二内表面上。本文更进一步公开了液晶窗口，该液晶窗口包括这样的液晶设备和通过密封的间隙与液晶设备分离的玻璃基板。

在某些实施例中，第一基板和第二基板可以是玻璃基板并且第三基板可以选自玻璃、塑料和玻璃陶瓷基板。第一电极组件和/或第二电极组件的叉指电极可以例如包括至少一个透明导电氧化物。根据某些实施例，第一电极组件和/或第二电极组件可以包括多于两个叉指电极，诸如三个叉指电极或四个叉指电极。第一液晶层和/或第二液晶层可以包括扭曲超分子结构或向列结构。在某些实施例中，第一电极组件的第一电极方向可以与第二电极组件的第二电极方向正交。

将在以下详细描述中阐述本公开的附加特征和优点，这些特征和优点的一部分对本领域内的技术人员来说从说明书中是显而易见的，或通过实践如本文所述的实施例而得知，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。

应当理解，以上一般描述和以下详细描述两者仅仅是示例性的，并旨在提供用于理解权利要求本质和特性的概览或框架。包括附图以提供对本公开的进一步理解，且附图被结合到本说明书中并构成本说明说的一部分。附图示出了本公开的各实施例，并且与说明书一起用于说明各实施例的原理和操作。

附图说明

下面的详细描述在结合下面的附图阅读时可以得到进一步的理解。在可能时，贯穿附图将使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。应当理解，附图不是按比例绘制的，并且每个描绘的组件的大小或一个组件与另一组件的相对大小不旨在是限制性的。

图1A描绘了现有技术液晶设备的一对叉指电极的俯视图；

图1B描绘了由现有技术叉指电极对创建的等电位线；

图2A描绘了包括叉指电极的现有技术液晶设备在低电压下的液晶指向矢取向；

图2B描绘了包括叉指电极的现有技术液晶设备在高电压下的液晶指向矢取向；

图3A描绘了根据本公开的各实施例的包括四个叉指电极的电极组件的俯视图；

图3B描绘了图3A的第一叉指电极对和由这些电极创建的第一水平液晶指向矢区域的俯视图；

图3C描绘了交叠在第一水平液晶指向矢区域上的、图3A的第二叉指电极对的俯视图；

图3D描绘了图3A的第二叉指电极对和由这些电极创建的第二水平液晶指向矢区域的俯视图；

图3E描绘了由图3A中的两个叉指电极对创建的第一水平液晶指向矢区域和第二水平液晶指向矢区域的俯视图(未描绘出电极)；

图4描绘了根据本公开的某些实施例的包括三个叉指电极的电极组件的俯视图；

图5A描绘了根据本公开的附加实施例的电极组件的俯视图，该电极组件包括四个叉指电极，其中第一电极对具有长周期，并且第二电极对具有窄周期；

图5B描绘了由第一叉指电极对创建的水平液晶指向矢区域；

图6描绘了根据本公开的各实施例的包括叉指电极组件和单个液晶层的液晶设备的横截面图；

图7描绘了根据本公开的附加实施例的包括两个叉指电极组件和两个液晶层的液晶设备的横截面图；

图8A-图8B分别描绘了液晶设备的分解图，该液晶设备包括具有扭曲结构的单个液晶层和在亮状态和暗状态下正交定向的对齐层；以及

图9A-图9B分别描绘了液晶设备的分解图，该液晶设备包括具有扭曲结构的单个液晶层和在亮状态和暗状态下正交定向的电极层。

具体实施方式

本文公开了液晶设备，该液晶设备包括：第一基板，该第一基板包括外表面和内表面；第二基板，该第二基板包括外表面和内表面；液晶层，该液晶层具有第一表面与第二表面，其中液晶层被设置在第一基板与第二基板之间；以及电极组件，该电极组件包括至少三个叉指电极，其中电极组件被设置在第一基板的内表面上。本文还公开了液晶窗口，该液晶窗口包括这样的液晶设备和通过密封的间隙与液晶设备分离的玻璃基板。

本文还公开了液晶设备，该液晶设备包括：第一基板，该第一基板包括外表面和内表面；第二基板，该第二基板包括外表面和内表面；第三基板，该第三基板包括第一内表面和第二内表面，其中第三基板被设置在第一基板和第二基板之间；第一液晶层，该第一液晶层被设置在第一基板和第三基板之间；第二液晶层，该第二液晶层被设置在第二基板和第三基板之间；第一电极组件，该第一电极组件包括至少三个叉指电极，其中第一电极组件被设置在第一基板的内表面上或第三基板的第一内表面上；以及第二电极组件，该第二电极组件包括至少三个叉指电极，其中第一电极组件被设置在第二基板的内表面上或第三基板的第二内表面上。本文进一步公开了液晶窗口，该液晶窗口包括本文公开的任何液晶设备和通过密封的间隙与液晶设备分离的玻璃基板。

叉指电极

双电极设计

传统的叉指电极包括在限定(即，限制)液晶层的基板中的一个基板的单个表面上图案化的两个共面电极。(多个)液晶层可由叉指电极控制，其中电场从较高电压的叉指电极开始，穿过任何周围介质(诸如相邻的液晶层)，并在较低电压的叉指电极处终止。图1A中示出了包括两个共面电极的典型的叉指电极设计。电极A和B分别包括段A1、A2、A3、A4和B1、B2以及B3，这些段分别在方向ED_A、ED_B上朝向彼此延伸，以形成互锁图案。电极A和B及其各自的段彼此靠近但不接触。每个A段可以与相邻的B段以间隙x间隔开，该间隙x可以根据单元设计而变化。通常，为了最小化每个电极段上方的死区大小，每个段的宽度被选择为小于段之间的间隙x的宽度。例如，电极段可具有约1μm至约20μm的宽度，而相邻电极段之间的间隙可具有约3μm至约100μm的宽度。

在操作期间，跨交替电极段之间的间隙x施加电压，从而产生图1B中所示的等电位线，在Choi等人的“Electro-optical characteristics of an in-plane switchingliquid crystal cell with zero rubbing angle:dependence on the electrodestructure(具有零摩擦角的共面切换液晶单元的电光特性：对电极结构的依赖性)”，《光学快报》，第24卷，第14期，第15987-15996页(2016)中对此进行了再现。等电位线越近，电场越强。液晶材料的取向可以用单位向量来描述，在本文中称为“指向矢”，其表示液晶分子的长分子轴的平均局部取向。在电极EL上方，等电位线相距较远且水平定向，这往往会降低液晶指向矢在这些区域中旋转远离垂直方向的程度。

参考图2A-图2B，在Weng等人的“High-efficiency and fast-switching field-induced tunable phase grating using polymer-stabilized in-plane switchingliquid crystals with vertical alignment(使用垂直对准的聚合物稳定共面切换液晶的高效且快速切换的场感应可调谐相位光栅)”，《物理杂志D：应用物理》，第49卷，第12期，第1-7页(2016)中对此进行了再现，说明了具有叉指电极和垂直对准的典型液晶单元的液晶指向矢LC取向。LC指向矢的电压感应变形分布分别由曲线V1(低电压)和V2(高电压)表示。在断电状态下，期望使液晶指向矢取向处于最小衰减状态中。图2A示出了在较低电压V1下几乎垂直对准，从而允许光L在亮状态下以相对低的光学损耗传播通过液晶单元的液晶指向矢LC。在通电状态下，期望的效果是将液晶指向矢取向改变至最大吸收状态中，即，衰减光L以产生暗状态的水平取向。

然而，从图2B中可以看出，液晶单元具有非活性区域或“死区”，其中所施加的电压V2没有充分地对液晶单元进行重新定向，从而允许在其他暗状态下的漏光。每个电极EL正上方的液晶在电周期期间不旋转并且保持垂直，从而导致(多个)死区Z1。(多个)附加的死区Z2可以正好存在于电极EL之间的较小区域中。因为液晶分子没有被重新定向，所以死区Z1、Z2中的光透射率不受所施加的电压V2的影响。

对于在关闭状态下明亮的液晶窗口(如图2A-图2B中所示)，整个液晶设备的对比度被死区Z1、Z2降低。如图2B中所示，液晶指向矢LC在死区Z1、Z2中之外处于高度衰减状态，这导致光衰减的总体降低，并且在一些情况下，可产生最终用户可见的亮区域和暗区域或条纹。对于在关闭状态(未示出)下黑暗的液晶窗口，死区Z1、Z2导致入射光的光学损耗，这导致降级的亮状态。

多电极设计

本发明涉及具有非标准电极设计(即，包括两个以上的叉指电极)的液晶设备。本文所称的多电极组件包括三个或更多个叉指电极，诸如四个或更多个、五个或更多个、或六个或更多个电极。现在将参考图3-图5讨论本公开的实施例，图3-图5示出了根据本公开的各实施例的叉指电极组件。以下一般性描述旨在提供所要求保护的设备的概述，并且将参考非限制性描述的实施例在贯穿本公开更具体地讨论各方面，这些实施例在本公开的上下文中是彼此可互换的。

图3A示出了用于具有叉指电极的液晶设备的多电极设计的非限制性实施例。叉指电极组件100包括四个电极101、102、103、104。第一电极101和第四电极104可形成可连接至第一电源(未示出)的第一叉指对，并且第二电极102和第三电极103形成可连接至第二电源(未示出)的第二叉指对。电极101和104可以在第一电极层中共面，电极102和103可以在第二电极层中共面，并且这些电极层可以如图6-图7中所描绘的通过障碍或钝化层分离，，下面将更详细地讨论。其他电极层取向、电极配对和/或电源连接也是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

再次参考图3A，第三电极103和第四电极104可以在第一电极101和第二电极102之间交错，反之亦然。例如，电极段101A和102A都位于电极段103A和104A之间，依此类推。类似地，电极段103A和104B都位于电极段101A和102B之间，依此类推。如图3A中所描绘的，两对叉指电极可以包括如下的重复电极段图案：[[–101-103-104-102–]]；然而，任何重复的段图案都是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

单个电极中的电极段中的每一者可以以具有相同或不同宽度的间隙分离。例如，第一电极101段(例如，段101A-F)之间的间隙x1(诸如段101A和101B之间的距离)可以在约10μm至约200μm、约20μm至约100μm、或约30μm至约50μm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。类似地，第二电极102段(例如，段102A-F)之间的间隙x2(诸如段102A和102B之间的距离)，可以从以上针对间隙x1给出的范围中独立地选择。类似地，第三电极103段(例如，段103A-F)之间的间隙x3(诸如段103A和103B之间的距离)，可以从以上针对间隙x1给出的范围中独立地选择。最后，第四电极104段(例如，段104A-F)之间的间隙x4(诸如段104A和104B之间的距离)，可以从以上针对间隙x1给出的范围中独立地选择。

不同电极的相邻电极段也可以以具有相同或不同宽度的间隙分离。例如，第一电极101和第二电极102的相邻段(诸如段101C和102C)之间的间隙a可以在约3μm至约100μm、约5μm至约50μm、或约10μm至约25μm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。类似地，第一电极101和第三电极103的相邻段(诸如段101C和103C)之间的间隙b可以从以上针对间隙a给出的范围中独立地选择。第三电极103和第四电极104的相邻段(诸如段103C和104D)之间的间隙c可以从以上针对间隙a给出的范围中独立地选择。最后，第四电极104和第二电极102的相邻段(诸如段104D和102D)之间的间隙d可以从以上针对间隙a给出的范围中独立地选择。

图3B示出了第二电极102和第三电极103以及它们的叉指段102A-F(标记了A、F；未标记B-E)、103A-F(标记了A、F；未标记B-E)，以及当跨电极之间的间隙e施加电压时创建的水平液晶指向矢区域H1。在一些实施例中，间隙e的宽度可以在约5μm至约200μm、约10μm至约100μm、或约20μm至约50μm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。第二电极段中的一个或多个第二电极段(例如，电极段102A)的厚度t2可以在约3μm至约100μm、约10μm至约50μm、或约20μm至约30μm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。类似地，第三电极段中的一个或多个第三电极段(例如，电极段103F)的厚度t3可以从上面针对厚度t2给出的范围中独立地选择。

图3C示出了第一电极101和第四电极104以及它们的叉指段101A-F(标记了A、F；未标记B-E)、104A-F(标记了A、F；未标记B-E)，这些叉指段插入在当跨第二电极102和第三电极103施加电压时创建的水平液晶指向矢区域H1上。图3D示出了第一电极101和第四电极104以及它们的叉指段101A-F(标记了A、F；未标记B-E)、104A-F(标记了A、F；未标记B-E)，以及当跨电极之间的间隙f施加电压时创建的水平液晶指向矢区域H2。在一些实施例中，间隙f的宽度可以在约5μm至约200μm、约10μm至约100μm、或约20μm至约50μm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。第一电极段中的一个或多个第一电极段(例如，电极段101A)的厚度t1可以在约3μm至约100μm、约10μm至约50μm、或约20μm至约30μm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。类似地，第四电极段中的一个或多个第四电极段(例如，电极段104F)的厚度t4可以从上面针对厚度t1给出的范围中独立地选择。

图3E示出了由第二叉指电极102和第三叉指电极103(未示出)创建的第一水平液晶指向矢区域H1以及由第一叉指电极101和第四叉指电极104(未示出)创建的第二水平液晶指向矢区域H2。可以实现液晶单元(未示出)的完全覆盖，因为水平液晶指向矢区域H1、H2邻接或部分重叠，没有留下具有垂直定向的液晶指向矢的区域。因此，整个液晶单元上的衰减应该基本上接近理想的最大衰减状态。如图4中所示，可以用多于四个叉指电极或者甚至用三个叉指电极获得类似的覆盖。

液晶单元的关键特性是，当向单元施加交流电压时，液晶分子极化，并且当所施加的电场的极性反转时，液晶不会翻转取向方向。如果液晶分子不能初始地对准到期望的取向，则施加交流电压对于改变初始取向可能无效。因此，根据本公开的各实施例，可以施加第一电压以将给定液晶层中的液晶分子中的所有或几乎所有液晶分子驱动到期望的旋转状态(例如，水平)达电驱动周期的至少一部分，之后，可以通过在电周期的所有剩余时间内施加交流电压来固定或保持取向。在某些实施例中，可以选择定时和电压电平以在整个电周期中保持已经水平定向的液晶分子的水平取向。在附加实施例中，可以选择定时和电压电平以在整个电周期期间的至少一些时间内将垂直定向的分子重新定向至水平取向。在进一步实施例中，示例性电压序列可以具有将液晶分子定向至水平取向的第一电压序列，随后是保持分子水平对准的第二连续电压序列。

应当注意，虽然图3A-图3E是在液晶设备的背景下讨论的，该液晶设备在断电时(无施加电压，V＝0)产生亮状态并且在通电时(V≠0)产生暗状态，但是以相反配置操作的设备也是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

图4示出了用于IPS液晶设备的多电极设计的附加实施例。叉指电极组件100’包括三个电极101’、102’、103’。一个或多个电源(未示出)可以连接至电极101’、102’和103’，以向期望的电极对(诸如由第一电极101’和第二电极102’形成的电极对、由第一电极101’和第三电极103’形成的电极对和/或由第二电极102’和第三电极103’形成的电极对)提供电压。如下面关于图6-图7更详细地讨论的，电极101’、102’、103’中的一个或多个电极可以通过障碍或钝化层与(多个)其他电极分离。例如，第一叉指电极101’和第二叉指电极102’可以在第一电极层中共面，并且第三叉指电极103’可以在第二电极层中，这些电极层通过钝化层分离。其他电极层取向、电极配对和/或电源连接也是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

再次参考图4，第一电极101’和第二电极102’可以在第三电极103’之间交错，反之亦然。例如，电极段101B’和102B’都位于电极段103A’和103B’之间，依此类推。类似地，电极段103A’位于电极段101A’和102B’之间，依此类推。如图4中所描绘的，三个叉指电极可以包括如下的重复电极段图案：[[–101 103 102–101-103-102–]]；然而，任何重复的段图案都是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

与图3A中所描绘的电极组件100类似，第一电极101’段(例如，段101A-F’)之间的间隙x1’的宽度可以与间隙x1的宽度相似或不同，第二电极102’段(例如，段102A-F’)之间的间隙x2’的宽度可以与间隙x2的宽度相似或不同，并且第三电极103’段(例如，段103A-F’)之间的间隙x3’的宽度可以与间隙x3的宽度相似或不同。来自不同电极的相邻电极段也可以通过具有相同或不同宽度(诸如上文关于图3A中的间隙a-d所讨论的宽度)的间隙分离。

根据各实施例，叉指电极组件100’的操作可以包括：(1)向第二叉指电极102’和第三叉指电极103’施加驱动电压，从而用水平液晶指向矢创建对液晶层的部分覆盖，(2)向第一叉指电极101和第二叉指电极102’施加驱动电压，从而增加对液晶层的部分覆盖，以及(3)向第一叉指电极101’和第三叉指电极103’施加驱动电压，从而用水平液晶指向矢完成对液晶层的完全覆盖。

应当注意，虽然图4是在液晶设备的背景下讨论的，该液晶设备在断电时(无施加电压，V＝0)产生亮状态并且在通电时(V≠0)产生暗状态，但是以相反配置操作的设备也是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

图5A示出了用于具有叉指电极的液晶设备的多电极设计的进一步实施例。叉指电极组件100”包括四个电极101”、102”、103”、104”。第一电极101”和第四电极104”可形成可连接至第一电源(未示出)的第一叉指对，并且第二电极102”和第三电极103”可形成可连接至第二电源(未示出)的第二叉指对。电极101”和104”可以在第一电极层中共面，电极102”和103”可以在第二电极层中共面，并且这些电极层可以如图6-图7中所描绘的通过障碍或钝化层分离，，下面将更详细地讨论。其他电极层取向、电极配对和/或电源连接也是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

再次参考图5A，包括第一电极101”和第四电极104”的第一叉指电极对可以具有更长的周期。例如，第一电极段101A”和第四电极段104A”之间的距离g可以具有约25μm至约500μm、约50μm至约250μm、或约75μm至约150μm的范围内的宽度，包括其间的所有范围和子范围。包括第二电极102”和第三电极103”的第二叉指电极对可具有更短或更窄的周期。例如，第二电极102”和第三电极103”的相邻段(诸如段102A”和103A”)之间的距离h可以在约3μm至约100μm、约10μm至约50μm、或约20μm至约30μm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。如本文所使用的“周期”是指一个电极和两个相邻电极之间的间隙的组合宽度。

参考图5B，可以对第一叉指电极对(第一电极101”和第四电极104”)施加更高的电压，以创建覆盖液晶单元中的大部分液晶单元的大的水平液晶指向矢区域H3。一旦定向，电压就可以施加到第二叉指电极对(第二电极102”和第三电极103”)，以使它们通电并将液晶指向矢保持在水平取向中。如果需要，可以偶尔重新施加跨第一叉指电极对的电压，以帮助维持水平取向。

液晶设备

现在将参考图6-图7讨论本公开的实施例，图6-图7示出了根据本公开的各方面的液晶设备。以下一般性描述旨在提供所要求保护的设备的概述，并且将参考非限制性描述的实施例在贯穿本公开更具体地讨论各方面，这些实施例在本公开的上下文中是彼此可互换的。

图6-图7示出了液晶设备200、200’的非限制性实施例的横截面图。本文公开的液晶设备可以包括如图6中所描绘的单个液晶层、如图7中所描绘的两个液晶层、或多于两个液晶层(未描绘)。

参考图6，液晶设备200包括具有第一(外)表面201A和第二(内)表面201B的第一基板201，以及具有第一(内)表面202A和第二(外)表面202B的第二基板202。第一基板201和第二基板202限定了第一单元间隙，该第一单元间隙可以用液晶材料填充并例如经由密封件s1密封，以形成第一液晶层203。对齐层204A-B可以存在于第一液晶层203的相对侧上，或者取决于设备设计，对齐层中的一个或两个对齐层可以不存在。第一叉指电极组件205形成在限制第一液晶层203的基板的内表面中的一个内表面上和/或与限制第一液晶层203的基板的内表面中的一个内表面直接接触，该一个内表面即，第一基板201的第二表面201B(未示出)或第二基板202的第一表面202A(图6中示出)。在所描绘的实施例中，所施加的电场可以从第一表面202A上的高压叉指电极行进，循环通过第一液晶层203，并结束于表面202A上的低电压叉指电极处。

第一叉指电极组件205可以包括第一电极层205A和第二电极层205B，第一电极层205A可以包括一个或多个叉指电极(诸如第一共面叉指电极对或单个叉指电极)，第二电极层205B也可以包括一个或多个叉指电极(诸如第二共面叉指电极对或单个叉指电极)。第一电极层205A和第二电极层205B可以通过障碍或钝化层205C彼此分离，这可以防止其他重叠电极之间的物理接触并保持期望的(多个)驱动电压周期的完整性。因此，第一叉指电极组件205可以包括多层复合结构，该复合结构包括至少三个叉指电极。

钝化层可以是，例如，防止两个或更多个重叠的叉指电极之间的电气短路的绝缘层。例如，返回参考图5A，电极103和104彼此重叠，因此应该经由钝化层彼此电绝缘。然而，电极102和103彼此不重叠，因此不需要使用钝化层彼此电绝缘。虽然图6示出了通过一个钝化层分离的两个电极层，但根据第一叉指电极组件205中的叉指电极的数量及其配置，也可以具有多于两个电极层和多于一个钝化层。

在一些实施例中，可以使用以下示例性过程生产液晶设备200。如果需要，可以在第一基板201的第二表面201B上涂覆、印刷或以其他方式沉积对齐层204A。可以包括至少一个叉指电极的第二电极层205B可以被涂覆、印刷或以其他方式沉积在第二基板202的第一表面202A上，然后进行图案化。可以使用诸如湿光刻或干光刻之类的工艺和第一阴影掩模从单层电极材料制造经图案化的叉指电极或叉指电极对。可以使用例如化学气相沉积或等离子体溅射技术在第二电极层205B上沉积障碍或钝化层205C。然后可以使用湿或干光刻和第二阴影掩模在钝化层205C上沉积第一电极层205A并对其进行图案化。虽然未示出，但是可以根据上述方法对附加电极层和钝化层进行沉积和图案化。如果需要，可以在第一叉指电极组件205上(例如，在第一电极层205A上)涂覆、印刷或以其他方式沉积对齐层204B。

基板201、202可以以其各自的对齐层和/或电极层彼此面对以形成间隙的方式被布置，该间隙可以被液晶材料填充以形成液晶层203。在一些实施例中，间隔物(未示出)可用于保持期望的单元间隙和所得液晶层厚度。可以使用任何合适的材料(诸如光或热固化树脂)将液晶材料密封在围绕所有边缘的单元间隙中，以形成第一密封件s1。

参考图7，液晶设备200’包括具有第一(外)表面201A和第二(内)表面201B的第一基板201；具有第一(内)表面202A和第二(外)表面202B的第二基板202；以及具有第一(内)表面207A和第二(内)表面207B的第三基板207。第一基板201和第三基板207限定了第一单元间隙，该第一单元间隙可以用液晶材料填充并例如经由密封件s1密封，以形成第一液晶层203。第二基板202和第三基板207限定了第二单元间隙，该第二单元间隙可以用液晶材料填充并例如经由密封件s1密封，以形成第二液晶层209。对齐层204A-B可以存在于第一液晶层203的相对侧上，并且对齐层208A-B可以位于第二液晶层209的相对侧上，或者取决于设备设计，这些对齐层中的一个或多个对齐层可以不存在。

第一叉指电极组件205*形成在限制第一液晶层203的基板的内表面中的一个内表面上和/或与限制第一液晶层203的基板的内表面中的一个内表面直接接触，该一个内表面即，第一基板201的第二表面201B(未示出)或第三基板207的第一表面207A(图7中示出)。类似地，第二叉指电极组件206*形成在限制第二液晶层209的基板的内表面中的一个内表面上和/或与限制第二液晶层209的基板的内表面中的一个内表面直接接触，该一个内表面即，第三基板207的第二表面207B(图7中示出)或第二基板202的第一表面202A(未示出)。因此，叉指电极组件205*、206*的位置可以不仅限于如图7中所描绘的间质(第三)基板207的表面。在一些实施例中，叉指电极组件可以可替代地存在于外(第一和第二)基板201、202的内表面201B、202A上。此外，尽管未示出，但叉指组件205*、206*可以包括多层复合结构，其类似于图6中所描绘和关于图6所讨论的复合电极结构205。

在一些实施例中，可以使用以下示例性过程生产液晶设备200’。如果需要，可以在第一基板201的第二表面201B上涂覆、印刷或以其他方式沉积对齐层204A。类似地，如果需要，可以在第二基板202的第一表面202A上涂覆、印刷或以其他方式沉积对齐层208B。可以在第三基板207的相对表面207A、207B上对可以各自包括至少三个叉指电极的第一叉指电极组件205*和第二叉指电极组件206*进行沉积和图案化(包括任何(多个)钝化层)。如果需要，对齐层204B和/或208A可以分别涂覆、印刷或以其他方式沉积在第一电极组件205*和第二电极组件206*上。

可以布置基板201、202、207，其中第三基板207在第一基板201和第二基板202之间，以形成两个间隙，这两个间隙可以用液晶材料填充以形成液晶层203、209。在一些实施例中，间隔物(未示出)可用于保持期望的单元间隙和所得液晶层厚度。可以使用任何合适的材料(诸如光或热固化树脂)将液晶材料密封在围绕所有边缘的单元间隙中，以形成第一密封件s1。可任选地施加第二密封件s2，以保护基板和/或电极的暴露边缘和/或设备内的任何电连接免受机械冲击和暴露于液体(诸如水)或冷凝。

应当理解，本公开的范围不仅限于图6-图7中所描绘的液晶设备。本文公开的液晶设备可以包括以各种不同配置布置的附加液晶层、基板、对齐层、电极组件、电极层和/或钝化层。本文公开的液晶设备可在各种建筑和交通应用中使用。例如，液晶设备可以用作液晶窗口，该液晶窗口可以被包括在门、空间隔板、天窗中和建筑物、汽车以及其他运输工具(诸如火车、飞机、船等)的窗中。

在一些实施例中，液晶窗口可包括附加的玻璃基板，其通过间隙与液晶设备分离。附加的玻璃基板可以包括具有任何期望厚度(包括本文关于第一基板201和第二基板202所讨论的那些)的任何合适的玻璃材料。间隙可以被密封并填充有空气、惰性气体或其混合物，这可以改善液晶窗口的热性能。合适的惰性玻璃包括但不限于氩、氪、氙及其组合。也可以使用惰性气体的混合物或一种或多种惰性气体与空气的混合物。示例性的非限制性惰性气体混合物包括90/10或95/5氩/空气、95/5氪/空气、或22/66/12氩/氪/空气混合物。取决于所期望的热性能和/或液晶窗口的最终用途，也可以使用惰性气体或惰性气体与空气的其他比例。

在各实施例中，附加的玻璃基板是例如，面向建筑物或运载工具的内部的内部窗格，尽管玻璃面向外部的相反取向也是可能的。用于建筑应用的液晶窗口设备可以具有任何期望的尺寸，包括但不限于2’×4’(宽x高)、3’×5’、5’×8’、6’×8’、7×10’、7’×12’。也设想了更大和更小的液晶窗口，并且这些液晶窗口旨在落入本公开的范围内。虽然未示出，但应当理解，液晶设备可以包括一个或多个附加部件，诸如框架或其他结构部件、电源和/或控制设备或系统。

材料

基板

本文公开的液晶设备和窗口可以包括限定一个或多个液晶层的两个或更多个基板。第一和第二基板在本文中可以可互换地称为“外”基板。类似地，第三基板和任何附加基板(如果存在)在本文中可以可互换地称为“间质”基板。

根据非限制性实施例，外(例如，第一和第二)基板和/或间质(例如，第三)基板中的至少一个基板可以包括光学透明材料。如本文所使用的，术语“光学透明”旨在表示该部件和/或层在光谱的可见光区域(约400-700nm)中具有大于约80％的透射率。例如，示例性部件或层在可见光范围内可以具有大于约85％(诸如大于约90％或者大于约95％，包括其间的所有范围和子范围)的透射率。在某些实施例中，所有基板都包括光学透明材料。

在非限制性实施例中，第一基板和第二基板可包括光学透明玻璃片。根据其他实施例，第一基板和第二基板可以包括玻璃以外的材料，诸如塑料和陶瓷，包括玻璃陶瓷。合适的塑料材料包括但不限于聚碳酸酯、聚丙烯酸酯(诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))和聚乙烯(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))。第一基板和第二基板可以具有任何形状和/或大小，诸如矩形、正方形或任何其他合适的形状，包括规则和不规则形状以及具有一个或多个曲线边缘的形状。根据各实施例，第一基板和第二基板可以具有小于或等于约4mm的厚度，例如，约0.1mm至约4mm、约0.2mm至约3mm、约0.3mm至约2mm、约0.5mm至约1.5mm、或约0.7mm至约1mm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施例中，第一基板和第二基板可以具有小于或等于0.5mm的厚度，诸如0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。在非限制性实施例中，基板可以具有在约1mm至约3mm的范围内的厚度，诸如约1.5mm至约2mm，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施例中，第一基板和第二基板可以包括相同的厚度，或者可以具有不同的厚度。

第一基板和第二基板可以包括本领域已知的任何玻璃，例如，钠钙硅酸盐、铝硅酸盐、碱铝硅酸盐、硼硅酸盐、碱硼硅酸盐、铝硼硅酸盐、碱铝硼硅酸盐和其他合适的显示玻璃。在一些实施例中，第一基板和第二基板可以包括相同的玻璃，或者可以是不同的玻璃。在各实施例中，第一基板和第二基板可以被化学强化和/或热回火。合适的市售玻璃的非限制性示例包括康宁公司的EAGLE

Lotus^TM、

和

玻璃，仅举几个例子。例如，可根据美国专利第7,666,511、4,483,700和5,674,790号提供化学强化玻璃，这些专利通过引用以其整体并入本文。

根据各实施例，第一基板和第二基板可选自通过熔融牵引(fusion draw)工艺生产的玻璃片。在不希望受到理论约束的情况下，据信熔融牵引工艺可以提供具有相对较低波纹度(或较高平坦度)的玻璃片，这对于各种液晶应用可能是有益的。因此，在某些实施例中，示例性玻璃基板可以包括用接触轮廓仪测量的小于约100nm的表面波纹，诸如约80nm或更小、约50nm或更小，约40nm或更小，或约30nm或更小，包括其间的所有范围和子范围。SEMID15-1296“FPD Glass Substrate Surface Waviness Measurement Method(FPD玻璃基板表面波纹测量方法)”中概述了用接触轮廓仪测量波纹(0.8～8mm)的示例性标准技术。

第三基板和液晶设备中可能存在的任何其他间质基板可以包括上文参考第一基板和第二基板所讨论的玻璃材料。在一些实施例中，外(例如，第一和第二)基板和间质(例如，第三基板)可以都包括玻璃材料，其可以是相同或不同的玻璃材料。根据其他实施例，间质基板(诸如第三基板)可以包括玻璃以外的材料，诸如塑料和陶瓷，包括玻璃陶瓷。

第三基板和液晶设备中可能存在的任何其他间质基板可以具有任何形状和/或大小，诸如矩形、正方形或任何其他合适的形状，包括规则和不规则形状以及具有一个或多个曲线边缘的形状。根据各实施例，第三基板可以具有小于或等于约4mm的厚度，例如，在约0.005mm至约4mm、约0.01mm至约3mm、约0.02mm至约2mm、约0.05mm至约1.5mm、约0.1mm至约1mm、约0.2mm至约0.7mm、或0.3mm至约0.5mm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施例中，间质基板可以具有小于或等于0.5mm的厚度，诸如0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、0.05mm、0.02mm、0.01mm或更小，包括其间的所有范围和子范围。如果存在附加的间质基板，则这些基板和第三基板可以包括相同的厚度，或者可以具有不同的厚度。

根据进一步实施例，(多个)间质基板可以包括高导电透明材料，例如，具有至少约10^-5S/m、至少约10^-4S/m、最少约10^-3S/m、最多约10^-2S/m、至少约0.1S/m、至少约1S/m、至少约10S/m或至少约100S/m(例如，在0.0001S/m至约1000S/m的范围内，包括其间的所有范围和子范围)的导电率的材料。

对齐层

在一些实施例中，本文公开的液晶设备和窗口可以包括一个或多个对齐层。在一些实施例中，存在于液晶设备中的各个对齐层可以包括相同或不同的材料、相同或不同的厚度以及相对于彼此的相同或不同取向。对齐层可以包括具有表面能量和各向异性的材料的薄膜，其促进与液晶表面直接接触的液晶的期望取向。示例性材料包括但不限于：主链或侧链聚酰亚胺，其可被机械摩擦以生成层各向异性；光敏聚合物，诸如偶氮苯基化合物，其可以暴露于线性偏振光以生成表面各向异性；以及无机薄膜，诸如二氧化硅，其可以使用热蒸发技术沉积以在表面上形成周期性微结构。

根据各实施例，对齐层的厚度可以小于或等于约100nm，例如，在约1nm至约100nm、约5nm至约90nm、约10nm至约80nm、约20nm至约70nm、约30nm至约60nm、或约40nm至约50nm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。

电极组件

本文公开的电极组件以及包括它们的液晶设备和窗口可以包括三个或更多个叉指电极。存在于液晶设备中的各个电极可以包括相同或不同的材料、相同或不同的厚度以及相同或不同的图案。

液晶设备中的叉指电极可以包括一种或多种透明导电氧化物(TCO)，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铝锌(AZO)和其他类似材料。替代地，电极可以包括其他透明材料，诸如传导网格，例如，包括金属，诸如银纳米线或其他纳米材料，诸如石墨烯或碳纳米管。也可以使用诸如C3Nano公司的ActiveGrid^TM之类的可打印导电油墨层。根据各实施例，电极的薄层电阻(例如，以欧姆每平方为单位测量)可以在约10Ω/□(欧姆/平方)至约1000Ω/□的范围内，诸如约50Ω/□至约900Ω/□，约100Ω/□至约800Ω/□，约200Ω/□至约700Ω/□，约300Ω/□至约600Ω/□，或约400Ω/□至约500Ω/□，包括其间的所有范围和子范围。

在一些实施例中，电极可以沉积在液晶设备中至少一个基板的内表面上，例如，外(例如，第一和第二)基板中的一者或多者的内表面上，或间质(例如，第三)基板的至少一个相对表面上(如果存在)。每个叉指电极的厚度可以例如独立地在约1nm至约1000nm的范围内，诸如约5nm至约500nm、约10nm至约300nm、约20nm至约200nm、约30nm至约150nm、或约50nm至约100nm，包括其间的所有范围和子范围。

如上文关于图6所讨论的，电极组件可包括多层组合物。例如，叉指电极可以被布置成形成电极层，每个电极层可以包括一个或多个电极。每个单独的电极层可以具有与它们所包括的(多个)叉指电极相同的厚度。包括三个或更多个叉指电极的叉指电极组件可以由两个或更多个电极层和至少一个钝化层形成。因此，整个叉指电极组件的厚度可以在约1nm至约1000nm的范围内，诸如约10nm至约500nm、约20nm至约400nm、约30nm至约300nm、约40nm至约200nm、或约50nm至约100nm，包括其间的所有范围和子范围。

三电极组件可包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括两个叉指电极，第二电极层包括一个叉指电极，该第二电极层通过钝化层与第一电极层分离。替代地，三电极组件可以包括通过两个钝化层分离的三个电极层。类似地，四电极组件可包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括两个叉指电极，第二电极层包括两个叉指电极，该第二电极层通过钝化层与第一电极层分离。电极层、这些层中的叉指电极和钝化层的其他组合也是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

可以在叉指电极之间施加钝化层，否则当交叠时，这些电极将重叠或彼此接触。钝化层可以包括任何电绝缘材料，诸如SiN或SiO₂。钝化层的示例性厚度可以在约10nm至约1000nm的范围内，诸如约20nm至约500nm、约25nm至约400nm、约30nm至约300nm、约40nm至约200nm、或约50nm至约100nm，包括其间的所有范围和子范围。

液晶层

在附加实施例中，本文公开的液晶设备和窗口可以包括设置在至少两个基板之间的至少一个液晶层，例如，由两个基板限定的一个液晶层，或由三个基板限定的两个液晶层。设备中的各个液晶层可以包括相同或不同的液晶材料和/或添加剂、相同或不同的厚度、相同或不相同的切换模式以及相对于彼此相同或不同的取向。

液晶层可以包括液晶和一种或多种附加组分，诸如染料或其他着色剂、手性掺杂剂、可聚合反应性单体、光引发剂、聚合结构或其任何组合。液晶可以具有任何液晶相，诸如非手性向列相液晶(NLC)、手性向列相液晶、胆甾相液晶(CLC)或近晶相液晶，这些液晶相可以在宽泛的温度范围内操作，诸如约40℃至约110℃。

根据各实施例，液晶层可以包括填充有液晶材料的单元间隙或空腔。液晶层的厚度或单元间隙距离可以通过分散在液晶层中的颗粒间隔物和/或柱状间隔物来维持。液晶层可以具有小于或等于约0.2mm的厚度，例如，在约0.001mm至约0.1mm、约0.002mm至约0.05mm、约0.003mm至约0.04mm、约0.004mm至约0.03mm、约0.005mm至约0.02mm、或约0.01mm至约0.015mm的范围内，包括其间的所有范围和子范围。设备中的各个液晶层可以全部包括相同的厚度，或者可以具有不同的厚度。

液晶设备中的基板可以具有表面能量，该表面能量促进液晶指向矢在接地或“关闭”状态下的所期望的对准，而无需施加电压。当液晶指向矢相对于基板的平面具有垂直或基本垂直的取向时，实现垂直或同向(homeotropic)对准。当液晶指向矢相对于基板的平面具有平行或基本平行的取向时，实现平面或均匀对准。当液晶方向相对于基板的平面具有大角度时，实现倾斜对准，该角度与平面或同向基本不同，即，在约20°至约70°的范围内，诸如约30°至约60°，或约40°至约50°，包括其间的所有范围和子范围。

在一些实施例中，可以向液晶层中的一个或多个液晶层添加染料或其他着色剂(诸如二向色染料)，以吸收透过(多个)液晶层的光。二向色染料通常沿着平行于染料分子中跃迁偶极矩方向的方向更强地吸收光，该方向通常是染料分子的较长分子轴。使其长轴垂直于光偏振方向定向的染料分子将提供低光衰减，而使其长轴平行于光偏振方向定向的染料分子将提供强光衰减。

通常，液晶设备以无雾或低雾的方式工作，使得观察者可以在很少或没有失真的情况下透过液晶设备进行观看。然而，在某些情况下，可以期望为液晶设备提供“隐私”模式，使得观察者可以透过液晶设备看到的图像变暗或漫射。这种隐私模式可以通过例如提供光散射效应来将光捕获在液晶层内从而增加染料吸收的光量来实现。

液晶层内的光散射效应可以通过促进或增强液晶随机对准的几种不同方式来实现。可将一种或多种手性掺杂剂添加到液晶混合物中以形成高度扭曲的胆甾相液晶(CLC)，其可具有提供光散射效应的随机对准，本文中称为焦锥态。还可以通过在液晶层的矩阵中包括聚合物结构(诸如聚合物纤维)来促进或辅助随机液晶对准，本文中称为聚合物稳定胆甾醇结构(PSCT)。还可以使用随机分散在固体聚合物层或聚合物纤维或聚合物壁的密集网络中的向列相液晶(没有手性掺杂剂)的小液滴来实现随机液晶对准，本文中称为聚合物分散液晶(PDLC)。

根据各实施例，聚合物可以分散在液晶层的矩阵中或玻璃和间质基板的内表面上。这种聚合物可以通过溶解在液晶混合物中的单体的聚合而形成。在某些实施例中，聚合物突起或其他聚合结构可以形成在外基板和/或间质基板的内表面上(诸如在具有(多个)同向对齐层的标称澄清的液晶设备中)，以限定方位角切换方向并提高电光切换速度。

如上所述，可将手性掺杂剂添加到液晶混合物中，以实现液晶分子的扭曲超分子结构，本文中称为胆甾相液晶(CLC)。CLC中的扭曲量由螺旋节距来描述，该螺旋节距表示局部液晶指向矢跨单元间隙厚度360度的旋转角度。CLC扭曲也可以通过单元间隙厚度(d)与CLC螺旋节距(p)的比率(d/p)来量化。对于液晶应用，可以控制溶解在液晶混合物中的手性掺杂剂的量，以跨给定的单元间隙距离实现期望的扭曲量。本领域技术人员能够选择适当的掺杂剂及其量以实现期望的扭曲效果。

在各实施例中，本文所公开的液晶层的扭曲量在约0°至约25×360°的范围内(或d/p在约0至约25.0的范围内)，例如，在约45°至约1080°(d/p为约0.125至约3)的范围内，约90°至约720°(d/p为约0.25至约2)，约180°至约540°(d/p为约0.5至约1.5)，或约270°至约360°(d/p为约0.5至约1)，包括其间的所有范围和子范围。如本文中所使用的，不包括手性掺杂剂的液晶混合物被称为向列相液晶(NLC)。包括手性掺杂剂并具有小间距和大扭曲的液晶是指其中d/p大于1的CLC混合物。包括手性掺杂剂并具有大间距和小扭曲的液晶是指其中d/p小于或等于1的CLC混合物。

具有扭曲超分子结构的液晶层对于减少或消除液晶设备中的死区和/或提供偏振无关性能(例如，衰减非偏振光的能力)可能是有用的。例如，在具有叉指电极和同向对准的液晶设备中的CLC的情况下，可以选择手性掺杂剂的量以实现约90°至约720°(d/p为约0.25至约2)、约180°至约540°(d/p为约0.5至约1.5)或约270°至约360°(d/p为约0.5至约1)范围内的扭曲，包括其间的所有范围和子范围。在断电状态下，扭曲的超分子液晶结构将被对齐层抑制，导致液晶分子的垂直对准，这允许光的最大透射。在通电状态下，液晶层主体中的液晶指向矢将沿着所施加的电场重新对准，从而产生透射光强烈衰减的暗状态。在暗状态下，基板表面附近的液晶分子的一小部分可以保持在原始垂直取向上，但液晶分子中的大多数将使液晶指向矢切换到水平取向。来自CLC的一些自发扭曲可以传播到电极上方的非活性区域或死区，从而使这些区域更小。

减少或消除电极之间的死区或非活性空间的另一种方法是限定液晶分子的方位角取向，该方位角取向相对于电极线不是90°(或者不是平行于电场线)。例如，液晶分子相对于电极线的方位角取向可以在约89°至约45°的范围内，诸如约3°至约15°，或约5°至约10°，包括其间的所有范围。

偏振无关的性能(例如，衰减非偏振光的能力)在单个单元液晶设备(诸如图6中所示的设备200)中可能是具有挑战性的。挑战在于使入射到设备上的光的线性偏振在亮状态下以相等的低损耗透射，并且在亮状态下以相等的高衰减透射。在具有叉指电极的单个单元液晶设备中，这可能是困难的，因为电场平行于基板。如果液晶分子在关机状态下在平面取向上，那么在开机状态下液晶分子将以水平状态取向。平行于该方向偏振的光将被强烈衰减，但垂直于该方向偏振的光则不会。如果两个光偏振中仅有一者被透射或衰减，则对比度将受到负面影响。

通过使用具有扭曲超分子结构的液晶材料(诸如在断电状态下具有垂直或同向取向的CLC)，可以在具有共面电极的单个单元液晶设备中实现偏振无关的性能。图8A示出了在关闭状态下(V＝0)的液晶设备300的分解图。分解图被简化为仅示出第一基板301、液晶分子303*、叉指电极组件305和第二基板302。在断电状态下(V＝0)，如图8A中所示，液晶分子303*垂直对准以创建具有高透射率的亮状态。第一基板301包括内(第二)表面301B上的对齐层(未示出)，其在由箭头RD1表示的第一方向上被摩擦。第二基板302包括内(第一)表面302A上的对齐层(未示出)，其在由箭头RD2表示的第二方向上被摩擦。方向RD1和RD2彼此正交。方向RD2也正交于方向ED1、ED2，其中组件305的叉指电极段在基板302的表面302A上朝向彼此延伸。方向RD2也近似平行于在电压被施加到设备300时创建的电场EF线，如图8B中所示。

在通电状态下(V≠0)，如图8B中所示，水平电场EF将靠近电极组件305的液晶分子303A*重新对准成水平取向。然而，距离电极组件305较远的液晶分子303B*将感受到较弱的介电扭矩，即，不会受到如所施加电场EF的强烈影响。液晶分子303B*的取向会朝向第一基板301上的对齐层(未示出)的第一摩擦方向RD1松弛。在通电状态下，液晶层会经历从第二基板302上的对齐层向第一基板301上的正交摩擦的对齐层的90°的扭转。因此，入射到液晶层上的非偏振光将由于液晶分子(和任何相关联的染料分子)在所有横向方向上的分布而具有同等衰减的两个偏振。在一些实施例中，可以各选择单元间隙宽度、电极段宽度和/或电极段间隙宽度，使得靠近第二基板302的液晶层区域(下半部分)通过施加的电场EF重新定向，而靠近第一基板301的液晶层区域(上半部分)能够朝向第一基板301上的对齐层的摩擦方向RD1的方位角取向松弛。

通过在限定液晶层的基板的两个内表面上以正交取向来将叉指电极图案化，也可以在单个单元扭曲液晶设备中实现偏振无关的性能。图9A示出于关闭状态下(V＝0)的液晶设备300’的分解图。分解图被简化为仅示出第一基板301、液晶分子303*、第一叉指电极组件305、第二叉指电极组件306和第二基板302。在断电状态下(V＝0)，如图9A中所示，液晶分子303*垂直对准以创建具有高透射率的亮状态。第一基板301包括内(第二)表面301B上的对齐层(未示出)，其在由箭头RD1表示的第一方向上被摩擦。第二基板302包括内(第一)表面302A上的对齐层(未示出)，其在由箭头RD2表示的第二方向上被摩擦。

方向RD1和RD2彼此正交。方向ED1、ED2(第一组件305的叉指电极段在第二基板302的表面302A上朝向彼此延伸的方向)正交于方向ED3、ED4(第二组件306的叉指电极段在第一基板301的表面301B上朝向彼此延伸的方向)。方向RD1正交于方向ED3、ED4，并且方向RD2正交于方向ED1、ED2。方向RD1也平行于在电压施加到设备300’时跨第二组件306创建的第二电场EF2线，如图9B中所示。类似地，方向RD2平行于在电压施加到设备300’时跨第一组件305创建的第一电场EF1线，如图9B中所示。

在通电状态下(V≠0)，如图9B中所示，第一水平电场EF1将靠近第一电极组件305的液晶分子303C*重新对准成水平取向。第二水平电场EF2将靠近第二电极组件306的液晶分子303D*重新对准。在通电状态下，正交电场EF1、EF2将使液晶层经历从第二基板302向第一基板301的90°扭曲。因此，入射到液晶层上的非偏振光将由于液晶分子(和任何相关联的染料分子)在所有横向方向上的分布而具有同等衰减的两个偏振。应当注意，由于直接相邻的对齐层的强烈影响，基板301、302的每个内表面上的液晶分子薄层可能不会被电场旋转。因此，这些薄层可能仍沿垂直方向定向，并且光衰减可能会略微降低。然而，即使在这种场景下，两个光偏振仍将经历相同量的衰减，因为邻近第一基板301的液晶分子层将具有相对于邻近第二基板302的液晶分子层的垂直取向。

应当注意，虽然图8-图9是在液晶设备的背景下讨论的，该液晶设备在断电时(无施加电压，V＝0)产生亮状态并且在通电时(V≠0)产生暗状态，但是以相反配置操作的设备也是可能的，并且旨在落入本公开的范围内。

通过使用包括两个液晶层的液晶设备(诸如图7中所示的设备200’)，也可以用向列相(非扭曲的)液晶来实现偏振无关的性能。如上所述，液晶层可包括强烈吸收偏振方向平行于染料分子中的跃迁偶极矩方向(通常沿分子的长轴定向)的光的二向色染料材料。因此，包含这种二向色染料的向列相液晶层将仅对光的一种线性偏振最有效。在图7中所示的设备200’中，两个液晶层203、209可以被布置成使得与每一层相关联的叉指电极图案相对于彼此正交，以提供允许非偏振光衰减的交叉取向。与第一液晶层203相关联的对齐层204A-B和与第二液晶层209相关联的对齐层208A-B也可以在彼此正交的方向上被摩擦以提供允许非偏振光衰减的交叉取向。

当然，扭曲液晶材料也可以用于图7的设备200’中，该设备200’可以放大扭曲超分子结构的光学效应。这种扭曲双层液晶设备中的对齐层(如果存在)可以在各方向上(包括平行、反平行、正交或以90°以外的任何角度)相对于彼此摩擦。

将理解的是，各个公开的实施例可涉及特定特征、元件或步骤(结合所述特定的实施例来描述它们)。还将理解的是，虽然结合一个特定实施例来描述特定特征、元件或步骤，但是可以将它们以各种未示出的组合或排列与替代实施例互换或组合。

当特定实施例的各种特征、元素或步骤可以通过使用过渡短语“包括”而公开，应该理解的是隐含着替代的实施例，包括可以使用过渡短语“包含”或“基本包含”而被描述的那些实施例。因此，例如，包括A+B+C的设备的暗示的替代实施例包括其中设备由A+B+C组成的实施例以及其中设备基本上由A+B+C组成的实施例。

对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本公开的精神和范围的情况下对本公开作出各种修改和变化。由于所属技术领域的技术人员可以想到包括本公开的精神和实质的所公开的各实施例的修改、组合、子组合和变体，因此，本公开应该被理解为包括所附权利要求书以及它们的等效内容的范围的一切。

Claims (36)

1.一种液晶设备，包括：

(a)第一基板，所述第一基板包括外表面和内表面；

(b)第二基板，所述第二基板包括外表面和内表面；

(c)液晶层，所述液晶层包括第一表面和第二表面；其中所述液晶层被设置在所述第一基板和所述第二基板之间；以及

(d)电极组件，所述电极组件包括至少三个叉指电极，其中所述电极组件被设置在所述第一基板的所述内表面上。

2.如权利要求1所述的液晶设备，其中所述第一基板和所述第二基板是玻璃基板。

3.如权利要求1或2中任一项所述的液晶设备，其中所述叉指电极包括至少一个透明导电层。

4.如权利要求1至3中任一项所述的液晶设备，其中所述电极组件包括三个叉指电极。

5.如权利要求4所述的液晶设备，其中所述电极组件包括：

(i)第一电极层，所述第一电极层包括第一叉指电极和第二叉指电极；

(ii)第二电极层，所述第二电极层包括第三叉指电极；以及

(iii)钝化层，所述钝化层被设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间。

6.如权利要求5所述的液晶设备，其中所述钝化层包括SiN或SiO₂。

7.如权利要求1至3中任一项所述的液晶设备，其中所述电极组件包括四个叉指电极。

8.如权利要求7所述的液晶设备，其中所述电极组件包括：

(i)第一电极层，所述第一电极层包括第一叉指电极和第二叉指电极；

(ii)第二电极层，所述第二电极层包括第三叉指电极和第四叉指电极；以及

(iii)钝化层，所述钝化层被设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间。

9.如权利要求8所述的液晶设备，其中所述钝化层包括SiN或SiO₂。

10.如权利要求7至9中任一项所述的液晶设备，其中所述电极组件包括具有第一周期的第一叉指电极对和具有第二周期的第二叉指电极对，并且其中所述第一周期比所述第二周期长。

11.如权利要求1至10中任一项所述的液晶设备，进一步包括与所述液晶层的所述第一表面或所述第二表面直接接触的至少一个对齐层。

12.如权利要求11所述的液晶设备，包括与所述液晶层的所述第一表面直接接触的第一对齐层和与所述液晶层的所述第二表面直接接触的第二对齐层。

13.如权利要求1至12中任一项所述的液晶设备，其中所述液晶层进一步包括选自染料、着色剂、手性掺杂剂、可聚合反应性单体、光引发剂以及聚合结构的至少一个附加组分。

14.如权利要求1至13中任一项所述的液晶设备，其中所述液晶层包括扭曲超分子结构。

15.如权利要求14所述的液晶设备，进一步包括与所述液晶层的所述第一表面直接接触的第一对齐层和与所述液晶层的所述第二表面直接接触的第二对齐层。

16.如权利要求15所述的液晶设备，其中所述第一对齐层具有第一摩擦方向并且所述第二对齐层具有第二摩擦方向，并且其中所述第一摩擦方向与所述第二摩擦方向彼此正交。

17.如权利要求15或16中任一项所述的液晶设备，进一步包括被设置在所述第二基板的所述内表面上的第二电极组件，其中所述第一电极组件包括第一电极方向，并且所述第二电极组件包括第二电极方向，并且其中所述第一电极方向和所述第二电极方向彼此正交。

18.如权利要求17所述的液晶设备，其中所述第一对齐层具有与所述第一电极方向正交的第一摩擦方向，并且其中所述第二对齐层具有与所述第二电极方向正交的第二摩擦方向。

19.一种液晶窗口，包括：

(a)如权利要求1-18中任一项所述的液晶设备；以及

(b)通过密封的间隙与所述液晶设备分离的玻璃基板。

20.一种液晶设备，包括：

(a)第一基板，所述第一基板包括外表面和内表面；

(b)第二基板，所述第二基板包括外表面和内表面；

(c)第三基板，所述第三基板包括第一内表面和第二内表面，其中所述第三基板被设置在所述第一基板和所述第二基板之间；

(d)第一液晶层，所述第一液晶层被设置在所述第一基板和所述第三基板之间；

(e)第二液晶层，所述第二液晶层被设置在所述第二基板和所述第三基板之间；

(f)第一电极组件，所述第一电极组件包括至少三个叉指电极，其中所述第一电极组件被设置在所述第一基板的所述内表面上或所述第三基板的所述第一内表面上；以及

(g)第二电极组件，所述第二电极组件包括至少三个叉指电极，其中所述第一电极组件被设置在所述第二基板的所述内表面上或所述第三基板的所述第二内表面上。

21.如权利要求20所述的液晶设备，其中所述第一基板和所述第二基板是玻璃基板。

22.如权利要求20或21中任一项所述的液晶设备，其中所述第三基板选自玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷基板。

23.如权利要求20至22中任一项所述的液晶设备，其中所述第一电极组件和所述第二电极组件的所述叉指电极包括至少一个透明导电层。

24.如权利要求20至23中任一项所述的液晶设备，其中所述第一电极组件和所述第二电极组件中的至少一者包括三个叉指电极。

25.如权利要求24所述的液晶设备，其中所述第一电极组件和所述第二电极组件中的至少一者包括：

(i)第一电极层，所述第一电极层包括第一叉指电极和第二叉指电极；

(ii)第二电极层，所述第二电极层包括第三叉指电极；以及

(iii)钝化层，所述钝化层被设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间。

26.如权利要求25所述的液晶设备，其中所述钝化层包括SiN或SiO₂。

27.如权利要求20至23中任一项所述的液晶设备，其中所述第一电极组件和所述第二电极组件中的至少一者包括四个叉指电极。

28.如权利要求27所述的液晶设备，其中所述第一电极组件和所述第二电极组件中的至少一者包括：

(i)第一电极层，所述第一电极层包括第一叉指电极和第二叉指电极；

(ii)第二电极层，所述第二电极层包括第三叉指电极和第四叉指电极；以及

(iii)钝化层，所述钝化层被设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间。

29.如权利要求28所述的液晶设备，其中所述钝化层包括SiN或SiO₂。

30.如权利要求27所述的液晶设备，其中所述第一电极组件和所述第二电极组件中的至少一者包括具有第一周期的第一叉指电极对和具有第二周期的第二叉指电极对，并且其中所述第一周期比所述第二周期长。

31.如权利要求20至30中任一项所述的液晶设备，进一步包括与所述第一液晶层的一个或两个表面、所述第二液晶层的一个或两个表面或其组合直接接触的对齐层。

32.如权利要求20至31中任一项所述的液晶设备，其中所述液晶层进一步包括选自染料、着色剂、手性掺杂剂、可聚合反应性单体、光引发剂以及聚合结构的至少一个附加组分。

33.如权利要求20至32中任一项所述的液晶设备，其中所述第一液晶层和所述第二液晶层包括扭曲超分子结构。

34.如权利要求20至33中任一项所述的液晶设备，其中所述第一液晶层和所述第二液晶层包括向列相结构。

35.如权利要求34所述的液晶设备，其中所述第一电极组件包括第一电极方向并且所述第二电极组件包括第二电极方向，并且其中所述第一电极方向与所述第二电极方向彼此正交。

36.一种液晶窗口，包括：

(a)如权利要求20-35中任一项所述的液晶设备；以及

(b)通过密封的间隙与所述液晶设备分离的玻璃基板。

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