CN1256619C - 液晶盒系统以及改进液晶盒系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种液晶盒系统，它包含液晶材料、至少一个封闭所述液晶材料的透明衬底，其中各个衬底具有电极装置，其特征是所述液晶盒系统还包含耦合到所述至少一个液晶盒的电容装置C和/或电阻装置R，致使在所述至少一个液晶盒与所述电容装置C和/或电阻装置R之间形成分压器，其中所述电容装置C和/或电阻装置R被安排来使所述至少一个液晶盒对给定工作频率f表现出基本上无阈值的V形特性曲线“光学透射系数对外加电压V”，本发明还涉及到用来改进液晶盒系统的方法。

Description

液晶盒系统以及改进液晶盒系统的方法
技术领域
本发明一般涉及到液晶器件技术，更具体地说是涉及到包含至少一种铁电液晶盒或反铁电液晶盒的液晶盒系统，其中的液晶盒包含液晶材料和至少二个用于封闭所述液晶材料的透明衬底，其中各个衬底具有电极装置，且各个衬底具有用来使所述液晶材料取向的取向层。
本发明还具体涉及到一种改进液晶盒系统的方法，此改进方法是这样实现的：对至少一个液晶盒的给定工作频率f和给定工作电压范围，使得包含至少一个液晶盒的液晶盒系统能够实现基本上无阈值的“光学透射系数对外加电压V”的V形特性曲线。
背景技术
常规的液晶盒通常包含二个透明衬底，通常是被间隔分开的二个玻璃板。衬底的内表面被透明电极膜覆盖，用来使封闭在所述衬底之间的液晶材料取向的薄的取向层，通常被淀积在透明电极膜上(但原则上也可以提供没有这种取向层的液晶盒)。这种常规液晶盒是诸如显示器、光快门、偏转器、以及空间光调制器之类的大多数液晶器件的基本元件。
在目前技术状态下，已知有不同的液晶盒系统。典型的液晶盒常常具有向列相液晶构造，即平面的、同向扭转的、混合的、扭曲的、超扭曲的等等向列相液晶构造。如Wiley-VCH，Weinheim，1998出版的Handbook of Liquid Crystals(液晶手册)中第9章(Vol.1，p.731)I.C.Sage的“显示器”所述，这些液晶盒被广泛地用于现代显示技术中。
向列相液晶是非极性材料，其响应与外加电场的极性无关。因此，它们能够被任何极性的电场驱动到“开通”状态，但必须在没有外加电场时缓慢地弛豫回到“关断”状态。这一性质限制了向列相液晶的场响应速度。
另一方面，具有手性层状(碟状)结构的铁电液晶，具有本征极性。这种液晶盒能够被具有相反极性的外部电压驱动到“开通”和“关断”(即“0”和“1”)状态，而这种转换比上述向列相液晶的转换快得多。这二种铁电状态具有本征记忆，因此，若有需要，就能够实现双稳态铁电液晶盒。
如论文H.Takezoe et al，“On the Appearance of theAntiferroelectric Phase(论反铁电相的表征)”，Ferroelectrics(铁电学)122，167(1991)所述，反铁电液晶也能够被驱动到二个场诱导的铁电状态，从而对于电光响应出现了特征滞环。
然而，在某些应用中，此滞环导致不希望有的电光响应形式，例如此响应使得不能够实现灰度。一些论文涉及到了铁电液晶(FLC)和反铁电液晶(AFLC)的所谓“V形”或“无阈值”转换模式，见例如Lagerwall，S.T.，“Ferroelectric and Antiferroelectric LiquidCrystals(铁电和反铁电液晶)”，Wiley-VCH，Weiheim，1999，p.390。在此文中，液晶盒被描述为具有建立在交叉偏振片之间的碟状层的书架取向，其优选分子取向沿入射光的电矢量。当锯齿电压波形被施加到液晶盒时，场诱导的光透射不呈现阈值和滞环(“光学透射系数对外加电压”特性曲线中的)，但仅仅对于电场的一个一定的工作频率f如此。由于表明光学透射系数对外加电压关系的特征曲线看起来相似于字母“V”，故如上所述，特定频率下的这一转换模式被称为“V”形转换模式。
“V形”或“无阈值”转换模式仅仅在一个一定的频率下被实现，当改变工作频率f时，滞环的方向从正常滞环改变为非正常滞环(对于后者，与通常情况相反，光轴相对于场不延迟，而是超前于场)。而且，不仅仅如上所述在所谓的滞环反转频率下观察到本征V形转换模式，而且还能够仅仅在下列情况下实现：(i)在典型为0.1Hz和几Hz之间的低频范围的某个区域内，(ii)液晶层厚度为1-2μm，以及(iii)具有相当厚的聚酰亚胺层(典型为100-200nm)来定向铁电和反铁电液晶(FLC或AFLC)。而且，V形或无阈值转换模式的实现强烈地依赖于所采用的液晶材料。
有几种模型试图解释V形或无阈值转换模式为什么出现和何时出现，但尚未找到得到证明的解释。
根据一种解释(Langevin模型)，假设V形转换模式仅仅对于其中出现一定的被破坏的相的特定的反铁电液晶(AFLC)才能够观察到，其中倾斜的角方位逐层“起伏”，且电场将所有局部(各个单层中)极化“集中”成一个方向(见例如论文Takeuchi，M.，等的“V-shapedSwitching Due to Frustoelectricity in AntiferroelectricLiquid Crystals(由于反铁电液晶的平头体电荷造成的V形转换)”，Ferroelectrics，246，1(2000))。在此模型中，积累的离子电荷在滞环反转中起着决定性的作用。
根据所谓“区域(block)模型”的另一个模型，任何具有高自发极化Ps的常规铁电液晶(FLC)都自动形成均匀定向的局部自发极化(Ps)的区域，且靠近二个界面存在着取向转折点。在电场的影响下，整个区域被重新定向，而转折点起润滑剂的作用(见例如论文Rudquist，R.等，“Unraveling the Mystery of ThresholdlessAntiferroelectricity：High Contrast Anolog Electro-Optics inChiral Smectic C(解析无阈值反铁电荷的秘密：在手性近晶型C中的高对比模拟电光学)”，J.Mat.Chem.，9，1257(1999))。
根据此模型，为了达到所希望的结果，铁电液晶材料的自发极化Ps必须非常高。
根据第三模型，V形转换模式是将铁电液晶FLC钉扎到聚合物取向层的特种极性造成的(Rudquit，P.，等，“The Hysteretic of V-shapeSwitching Smectic Materials(V型转换近晶型材料的滞后性)”，Ferroelectrics，246，21(2000))。
上述论文一般表明“V”形转换机制尚未被理解，这种V形或无阈值转换模式多少有点偶然，并仅仅能够以非常低的液晶盒工作频率f出现。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种液晶盒系统，它包含至少一个能够工作于V形或无阈值转换模式，且对于各种液晶材料和各种液晶盒几何安排具有更高的工作频率，从而应该容易得到液晶盒系统。本发明的进一步目的是，对于具有给定几何形状和给定液晶材料的液晶盒系统以及对于给定工作频率和/或给定工作电压范围，提供一种达到基本上无阈值的V形转换模式的方法。
利用根据技术方案1的液晶盒系统和根据技术方案20的方法，达到了此目的。技术方案2-19涉及到液晶盒系统的优选实施方案，技术方案21-25涉及到根据技术方案20的本发明方法的具体有利实现。
根据本发明，液晶盒系统包含电容装置C和/或耦合到各个液晶盒系统的所述至少一个液晶盒的电阻装置R，致使在所述至少一个液晶盒与所述电容装置C和/或所述电阻装置R之间形成分压器。所述电容装置C和/或所述电阻装置R被安排成使所述至少一个液晶盒对至少一个液晶盒的给定工作频率f和给定工作电压表现出基本上无阈值的V形特性曲线“光学透射系数对外加电压V”。
借助于提供具有包含电容器和/或电阻器和/或其不同组合的串联或并联连接到所述液晶盒的简单“电路”的充满铁电或反铁电液晶材料的电光液晶盒，能够实现这一点。电路与液晶盒一起从而形成分压器，其复数分压比依赖于外加场的频率和幅度以及二个实数化的阻抗，亦即所述电路的阻抗和所述液晶盒的阻抗。
由于液晶盒的阻抗与电压有关，故当液晶盒转换时，分压比，液晶盒上的电压及其相对于外加电压的相位将会改变。这提供了动态反馈，它显著地影响液晶盒对施加到系统上的外部电压的电光响应。
当液晶盒中的任意选择的铁电或反铁电液晶材料对所需工作频率f确实表现出不希望有的电光响应滞环(当希望更高的频率f时，就是这样)时，所述电气元件到液晶盒的连接改变了状态，转换就变成无阈值，且光学透射的场依赖性获得所谓V形，否则可能要求发展特别的铁电或反铁电混合物和取向层以及液晶盒的特别几何形状才能获得V形，或对于所需的频率根本不可能。
本发明基于实现“元阈值”元滞环“V形”转换相当明显但不是真实的效果。若光学透射系数被绘制成对“液晶层上的电压”而不对常常包括内部介电层的“液晶层上的总电压”，则液晶层的导向(光轴)实际上具有阈值和正常滞环。由于这些层，分压器被形成在介电层与液晶层之间，且液晶承受相对于从函数发生器施加到液晶盒系统中液晶盒的电极的电压有明显相移的降低了的电压。
当在一定的电压下转换时液晶层改变其动态阻抗，从而改变电压分压比。作为这一“反馈”的结果，液晶层上(而不是整个液晶盒上)的电压波形获得新的不是锯齿形的形状，即使外加电压(Utot)具有这种锯齿形式。由新的波形控制的液晶材料的光轴(导向)仍然以阈值和滞环旋转，但其方式更为复杂。结果，光学透射系数对“液晶盒上的电压”确实看起来像一种对特定频率没有滞环的无阈值的V形曲线。
因此，借助于将上述电容装置C和/或电阻装置R分别连接到至少一个液晶盒或液晶盒系统，从而根据液晶盒的几何形状和液晶盒中所用的液晶材料来安排电容和电阻的数值，使得对所希望的液晶盒工作频率得到V形转换模式(V形曲线“光学透射系数对外加电压”)，就有可能影响对液晶材料光学透射系数有作用的电压波形。
在一个优选实施方案中，电容器装置C与所述至少一个液晶盒被串联连接。更优选的是将电阻装置R与所述至少一个液晶盒并联连接，电容器装置C与电阻器装置R的组合从而是特别优选的。
电容装置C的数值最好被选择为液晶层电容CLC的0.1-10倍。
根据一个优选实施方案，电阻装置R根据下列公式来选择
f＝(R+RLC)/2πR*RLCCLC，
其中f是给定的或所希望的工作频率，而RLC和CLC分别是所述液晶层的电阻和电容。利用电容装置的这一幅度，能够覆盖液晶盒或各个系统中采用的大多数几何安排和液晶材料，且对于非常高的工作频率f也能够得到V形转换模式。
电阻装置R最好选择成电阻值明显低于所述液晶层的电阻RLC，电阻装置R的数值最好小于所述液晶层的电阻RLC的50％。这还会降低液晶盒V形响应参数的温度漂移。
在一个特别优选的实施方案中，液晶盒系统配备有与所述至少一个液晶盒串联连接的电容装置C和与所述至少一个液晶盒并联连接的电阻装置R二者以及并联连接到电容装置C的额外的电阻装置R1。这将特别提供将直流偏压施加到液晶层的可能性或使液晶层从积累的电荷放电的可能性。
电阻器R1的电阻幅度最好超过1/2πfC，其中C是如上所述的电容装置的电容值。
根据本发明的电容装置C和/或电阻装置R能够以不同的方式实现：在液晶盒系统的一个优选实施方案中，各个液晶盒包含所述电容装置和/或电阻装置，而这些装置最好被集成在所述液晶盒内。在这些集成的电容装置和/或电阻装置的情况下，这些装置能够被提供在各个液晶盒的所述透明衬底内部或所述透明衬底外部。用介电层或半导体层来实现电容装置和/或电阻装置，特别是如上所述被提供在所述液晶盒的所述透明衬底处，是特别优选的。
在一个优选实施方案中，电容器能够被制造成最好淀积在所述液晶盒内表面上的聚合物层的形式。在一个优选实施方案中，电阻器能够借助于改变电极和/或液晶材料而被制造。
在另一个优选实施方案中，电容装置和/或电阻装置能够被安排在所述液晶盒外面，或甚至所述液晶盒系统外面。在这些情况下，系统中的二个或更多个液晶盒或所有的液晶盒也有可能被耦合到电容装置和/或电阻装置。
电容和/或电阻装置的外部安排更为容易，且原则上实现起来更便宜，从而能够实现标准的电阻器和/或电容器或包含这些电阻器和/或电容器的集成电路。对于其它的技术应用，例如在矩阵显示器中，集成实现更为优选。
在另一个优选实施方案中，液晶盒系统包含以任意方式，最好是以串联、并联方式连接成为镶嵌结构或矩阵结构或其任何组合的多个液晶盒。从而能够为不同的应用提供大的液晶盒系统。液晶材料最好具有高的自发极化Ps，优选是达到每平方厘米5nC以上的数值，每平方厘米15nC以上更优选，而每平方厘米30nC以上最优选。
用于液晶盒中的液晶还具有尽可能低的旋转粘度，优选是低于15，低于10更优选，而低于5最优选。
液晶材料最好还掺杂有导电杂质，特别是掺杂有离子杂质，以便优化其阻抗。
本发明还涉及到获得特别是基于常规液晶盒或液晶盒系统的改进了的液晶盒或液晶盒系统的方法。
根据本发明的方法，电容装置C和/或电阻装置R被耦合到液晶盒系统中的所述至少一个液晶盒，致使在所述至少一个液晶盒与所述电容装置C和/或电阻装置R之间形成分压器。如上所述，从而有可能以为液晶盒提供对于多种应用，特别是对于更高的工作频率f很重要的无阈值的V形特性曲线“光学透射系数对外加电压V”的方式来影响液晶盒的特性状态。利用本发明的方法(以及利用本发明的液晶盒系统)，从而也能够实现对大量现代应用至为重要的对于高工作频率的无阈值，V形转换模式。对于本发明方法的具体实现，可参照液晶盒系统的上述描述，从而指出原则上所有上述本发明的措施也都可应用于本发明的方法。
附图说明
考虑到下列附图，本发明的其它特点和优点将变得更为明显：
图1a和1b示出了根据本发明液晶盒实施方案的等效电路；
图2示出了根据现有技术的典型液晶盒；
图3a和3b示出了常规液晶盒的等效电路；
图4示出了根据现有技术的液晶盒的不同工作频率的透射系数对外加电压；
图5示出了根据现有技术液晶盒的(曲线1)和根据本发明的修正液晶盒的(曲线2)光学透射系数阈值电压与频率的函数关系；
图6a-6d示出了表示根据现有技术液晶盒的(图6a)和根据本发明的液晶盒的(对于“滞环反转频率”的图6b-6d)V形光学透射系数对外加电压的曲线；
图7示出了根据现有技术的不同液晶盒的(图7a)和根据本发明的各个修正液晶盒的(图7b)对于“滞环反转频率”的V形光学透射系数对外加电压；
图8示出了光学透射系数的阈值电压与用于图7中透射系数测量的液晶盒的频率的函数关系；
图9示出了根据本发明的液晶盒的外加电压Utot、重新极化电流Ip、以及液晶盒上的电压Ucell的振荡图；而
图10示出了不同坐标中的液晶盒光学透射系数，即与总电压的函数关系T(Utot)以及与液晶盒上的电压的函数关系T(Ucell)。
具体实施方案
图2示出了根据现有技术的液晶盒系统50中的一个典型的液晶盒10。液晶盒10包含二个在本实施方案中由二个玻璃板实现的透明衬底1。衬底1的内表面被透明电极膜2覆盖，其上淀积用来取向液晶材料5的取向层3。
液晶材料5被封闭在被透明电极膜2和取向层3覆盖的衬底1之间，二个衬底1被薄的间隔4分开。
为了简化起见，仅仅示出了一个液晶盒10，但应该理解的是，液晶盒系统50包含多个液晶盒10。
对于典型的应用，液晶盒10被置于二个正交偏振片11之间，且光源6发射光束12通过液晶盒10。
在图2所示的实施方案中，用光电倍增管7探测光学透射系数，所示的装置因而也能够用于一下描述的测量。
也可以用任何其它器件代替光电倍增管7，还有可能系统的用户观察通过液晶盒透射的光束。
根据图2所示的一般结构实现的典型的液晶盒，包含二个厚度各约为50nm的聚合物层作为取向层，以及厚度约为2μm的FLC(铁电液晶)层。液晶盒的面积在1平方厘米范围，所用聚合物的介电常数εp＝2.6，而电阻率为ρp≈1014Ωcm。这就使聚合物层的电容为Cp≈50nF，而聚合物层的电阻为Rp≈10MΩ，导致特征RC常数为τp≈500s。此时要注意的是也能够实现仅仅有一个取向层或没有取向层的液晶盒。
图3a示出了图2所示的和上述的液晶盒的等效电路。电容器Cp和电阻器Rp相当于用作取向层2(见图2)的聚合物层的永久电容和电阻，而电容器CLc和电阻器RLC相当于液晶层的动态电容和电阻。Utot是施加到液晶盒的总电压(外加电压)，而ULC是液晶“看到”的电压，此电压因而能够有效用于液晶盒实现的光学透射系数。
若对非常低的频率不感兴趣，特别在频率f＜＜(2πτp)-1≈1mHz时，则取向层的电阻Rp能够忽略，等效电路能够简化为图3b所示。
FLC的低频介电常数典型约为100，并随着外加场因而随着外加电压的提高而急剧减小至5。因此，FLC层的电容CLC随液晶盒上的电压从大约100nF改变到5nF。以ρLC≈1010Ωcm的电阻率，RLC≈2MΩ，而液晶的RC时间常数τLC从200改变到大约10ms。在频率f＜＜(2πτLC)-1≈100Hz下，液晶层上的交流电压ULC被二个阻抗，亦即被用作取向层的聚合物的阻抗A＝(ωCp)-1和液晶层的阻抗B＝[(RLC)+ωCLC]-1控制，而电压ULC遵从方程ULC＝B/(A+B)。聚合物取向层的阻抗A是常数，而液晶层的阻抗B(随着频率升高)急剧改变，自发极化的转换伴随着介质损耗，这也对RLC数值有贡献，因此，CLC和RLC二者都是动态参数。
聚合物取向层不仅使液晶材料定向，而且还形成分压器(ULC和Utot)的肩部，且还能够将积累在液晶材料与聚合物取向层之间界面处的任何表面电荷放电。液晶材料起开关的作用，并还对分压比的改变有贡献。
图1a示出了同样包含上述元件和参数但根据本发明被修正了的液晶盒的等效电路。除了图3b所示的元件之外，根据本发明的液晶盒系统中的液晶盒配备有额外的电容器装置和电阻装置，此处是额外的电容器C、额外的电阻器R和另一个电容器R1。电容器C和电阻器R确实提供了根据本发明的作用，并利用也能够实现所希望的更高工作频率f的V形无阈值转换模式提高了“滞环反转频率”。
电阻器R1是可选项，因而用虚线示出，并提供了对液晶盒施加直流偏压或由积累在电容Cp或电容器C上的电荷对液晶盒进行放电(在任何不对称的情况下)的可能性。
图1b示出了不具有取向层的液晶盒，例如用剪应变技术对液晶材料进行定向的液晶盒的等效电路。因此，在等效电路中可以略去电容Cp。
而且，液晶盒包含电导率非常低的液晶材料，故液晶材料的电阻RLC能够被忽略，并在图1b所示的等效电路中也被略去。当分析根据本发明的液晶盒的这一简化了的等效电路时，可以看到最佳相移φ＝tan-1[ωR(C+CLC)]-1，因而在频率f＝ω/2π＝[2πR(C+CLC)]-1下，能够实现无阈值V形转换模式。频率f是所希望的工作频率，因而能够借助于选择额外电路元件，亦即电容器装置C和电阻器装置R的数值而被控制。
此时应该指出的是，电容器装置C和电阻器R当然不一定要根据上述公式来精确安排，虽然这当然是最好的，但偏离也是可能的，仍然使转换能够至少接近V形无阈值转换模式。幅度为±5％或±10％，或甚至高达±50％或±100％的R和C数值的正常偏离是可能的，仍然可获得所希望的效果。
图4示出了根据现有技术的例如图2所示的液晶盒的透射系数对不同频率的亦即1Hz、7Hz、和50Hz的外加电压V。用于此测量的液晶盒是具有聚合物取向层的已经被优化了的液晶盒(No.1液晶盒)。所用的材料是具有转变温度的混合物Cr-10℃-SmC*-58℃-SmA-80℃-Iso，自发极化Ps＝100nC/cm2，倾斜角为23.5度，粘度为0.7泊。液晶盒液晶材料的厚度为1.7μm。而面积为14mm×18mm，且充满上述的混合物，并被冷却到近晶C*相。此液晶材料已经用二个聚酰亚胺取向层定向，各个取向层的厚度为80nm，一个聚酰亚胺取向层已经被摩擦。
如图4中曲线所示，锯齿电压形式±8.3V诱导的液晶盒光学透射系数表现出典型的仅仅在7Hz的频率下的无阈值转换模式(见图4b)。
在此频率以上，观察到正常的滞环(见50Hz的图4c)，而对于较低的频率，出现反常滞环(见1Hz的图4a)。
滞环的宽度等于阈值电压的二倍2Uc，对应于矫顽场的二倍2Ec，并能够从各个频率的图4a和4c中二个透射系数最小值之间的距离找到滞环的宽度。
图5的曲线1示出了此液晶盒的光学透射系数的阈值电压的频率依赖性，表明了阈值电压Uth对频率f的对数的关系。如从此曲线可见，仅仅能够在f＝1...10Hz范围内的滞环反转频率附近能够实现V形无阈值转换模式。
当测量根据本发明的液晶盒时，此处是根据上述液晶盒No.1的但具有与液晶盒串联电容器C＝22nF和并联电阻器R＝180kΩ的液晶盒，结果是图5曲线2所示的那种。正如可以看到的那样，根据本发明的液晶盒能够在100Hz的频率下以V形无阈值转换模式工作，可能工作的频率从而提高了大约1个数量级。
此处应该指出的是，借助于安排根据本发明的液晶盒，亦即借助于加入上述的电容器C和电阻器R，光学反差保持不变，但对应于最大透射的饱和电压增大。在设定额外元件的数值时，能够容易地找到提高频率与增加电压之间的折中。
其它的例子都支持本发明的巨大优点：能够根据本发明以串联连接的电容器C＝22nF提供反转频率为1.5Hz的常规液晶盒(如上所述的No.1液晶盒)。这一措施可单独将反转频率从1.5Hz移动到8.9Hz，从而提高可能工作的频率大约6倍。当额外并联连接电阻器R＝180kΩ时，反转频率被进一步移动到高达99Hz(大约60倍)，而R＝82kΩ的并联电容器会将反转频率移动到159Hz(大于100倍)。
图6a-6d示出了透射系数对电压的各个测量，而所有这些曲线都代表了在滞环反转频率下，亦即无滞环下的测量(图6中的各个曲线因而表示了图4b所示的等效情况)。如上面参照图4a和4c解释的那样，在测量频率以上和以下，可能出现反常的或正常的滞环。
图6a示出了根据现有技术的反转频率为1.5Hz的液晶盒No.1的测量。借助于加入根据本发明的串联连接的电容器C＝22nF，反转频率移动到8.9Hz(见图6b)。当进一步加入R＝180kΩ的并联电阻器时，反转频率被进一步移动到高达99Hz(见图6c)。代替加入R＝180kΩ的并联电阻器，可以将R＝82kΩ的并联电阻器与根据本发明的液晶盒连接，这会将反转频率移动到高达159Hz(见图6d)。
另一个例子(液晶盒No.2)已经被测量，将参照图7来解释：液晶盒No.2是液晶材料厚度为2μm的标准EHC液晶盒。液晶材料是自发极化值低的亦即Ps≈16nC/cm2的Chisso CS-1025混合物。如上所述，对于这种液晶盒，从文献中讨论的任何模型都不期望有V形转换。确实，当Chisso材料新鲜时，滞环反转频率非常低，亦即在大约0.7Hz范围。但若液晶盒No.2充满老化过的更导电的材料(导致小的RLC数值)，则在更高的频率下，亦即在大约f＝3.5Hz的范围内，观察到V形转换。图6a示出了这种情况，表明这样施加外部电压时测量得到的透射系数。
现在根据本发明来改进液晶盒No.2，亦即借助于串联连接电容器C＝2.7nF，滞环反转频率提高了大约150倍，并如图6b所示，达到了530Hz。因而能够容易地用本发明获得可能工作频率的不可想象的提高。
图8示出了根据现有技术的上述液晶盒No.2的(曲线1)和根据本发明的改进了的液晶盒的(曲线2)阈值电压Uth对频率f对数的测量结果。因此，图8基本上对应于图5，但仅仅对液晶盒No.2而言。
作为另一个例子，测量了额外的液晶盒(液晶盒No.3)。液晶盒No.3的FLC混合物(近晶C*相)液晶层的自发极化Ps为21nC/cm2。此液晶盒具有被淀积在衬底上作为取向层的非常薄的聚酰亚胺层。对于这种构造，滞环反转频率为f＝0.25Hz。
当外部电容器C＝22nF与此液晶盒根据本发明被串联连接时，测得的滞环反转频率几乎高于二个数量级，亦即f＝21Hz，从而也提供了能够得到对现代技术很重要的高得多的工作频率的巨大优点。
作为再一个例子，制备了FLC混合物液晶层的室温自发极化Ps为180nC/cm2的液晶盒。转变温度为Cr-10℃-SmC*-50℃-SmA-58℃-Iso。此混合物的螺距为0.27μm。
在图9中，外加电压Utot被绘制成对时间，示出了锯齿电压波形。图9还进一步示出了液晶盒“看到”的电压，因而也是液晶盒上的“有效电压”Ucell。如上面已经指出的那样，显然Ucell的形状非常不同于Utot，Utot和Ucell的0点彼此不重合，此差别将修正液晶层的滞后行为，图9还示出了电流振荡图Ip的形状。
基于对本发明的了解，有可能示出图10所示的透射对外加电压Utot和是为“有效”电压的液晶盒上的电压Ucell二者的曲线。如在图10中可见。典型的V形形式仅仅当光学透射系数被绘制成施加到电路的总电压的函数T(Utot)时才被观察到，但在曲线T(Ucell)中清楚地看到常规FLC材料的典型滞环。
从上述描述和附图中，对于本技术领域熟练人员来说，对本发明的各种修正是显然的。因此，本发明仅仅受下列权利要求的范围限制。

Claims (23)

1.一种包含至少一个铁电或反铁电液晶盒(10)的液晶盒系统(50)，此液晶盒(10)包含
电阻为RLC和电容为CLC的液晶材料(5)层，
两个衬底(1)，至少一个是透明衬底(1)，其中
各个衬底(1)具有电极装置，
其特征是
所述液晶盒系统(50)还包含
与所述液晶盒(10)串联连接的电容装置以及与所述液晶盒(10)并联连接的电阻装置，
其中所述电容装置和所述电阻装置被安排来使所述液晶盒(10)对给定工作频率f表现出“光学透射系数对外加电压V”的基本上无阈值的V形特性曲线。
2.根据权利要求1的液晶盒系统，其特征是所述电容装置的电容值0.1-10倍于所述至少一个液晶盒(10)中的液晶材料(5)层的电容CLC。
3.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是所述电阻装置的电阻值小于所述液晶材料(5)层的电阻RLC的50％。
4.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是额外的电阻装置与所述电容装置并联连接。
5.根据权利要求4的液晶盒系统，其特征是所述额外的电阻装置的电阻值R1高于1/2πfC，其中f是所述给定工作频率，C是所述电容装置的电容值。
6.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是所述液晶盒系统(50)中的各个液晶盒(10)包含所述电容装置和/或所述电阻装置。
7.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是所述电容装置和/或所述电阻装置与所述至少一个液晶盒(10)被集成安排。
8.根据权利要求7的液晶盒系统，其特征是所述电容装置和/或所述电阻装置被提供在所述至少一个液晶盒(10)的内表面上。
9.根据权利要求7的液晶盒系统，其特征是所述电容装置和/或所述电阻装置被安排在所述至少一个液晶盒(10)的外部。
10.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是利用介电层或半导体层来实现所述电容装置和/或所述电阻装置。
11.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是二个或更多个液晶盒(10)被连接到所述电容装置和/或电阻装置。
12.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是所述液晶盒(10)串联、并联、镶嵌和/或矩阵结构连接。
13.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是所述液晶材料(5)的自发极化Ps为5nC/cm2以上。
14.根据权利要求13的液晶盒系统，其特征是所述液晶材料(5)的自发极化Ps为15nC/cm2以上。
15.根据权利要求14的液晶盒系统，其特征是所述液晶材料(5)的自发极化Ps为30nC/cm2以上。
16.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是所述液晶材料(5)的旋转粘度低于15泊。
17.根据权利要求16的液晶盒系统，其特征是所述液晶材料(5)的旋转粘度低于10泊。
18.根据权利要求17的液晶盒系统，其特征是所述液晶材料(5)的旋转粘度低于5泊。
19.根据权利要求1或2的液晶盒系统，其特征是所述液晶材料(5)被离子杂质掺杂。
20.一种用来获得包含至少一个液晶盒(10)的液晶盒系统(50)在给定工作频率f下“光学透射系数对外加电压V”的基本上无阈值的V形特性曲线的方法，所述液晶盒(10)包括液晶材料(5)层、至少一个是透明衬底的两个衬底(1)，每个衬底(1)都具有电极装置，其中该液晶材料(5)层的电阻为RLC，电容为CLC，
其特征是
将电容装置与所述液晶盒(10)串联连接且将电阻装置与所述液晶盒(10)并联连接。
21.根据权利要求20的方法，其特征是所述电容装置的电容值0.1-10倍于所述至少一个液晶盒(10)中的液晶材料(5)层的电容。
22.根据权利要求20或21的方法，其特征是所述电阻装置的电阻值小于所述液晶材料(5)层的电阻RLC的50％。
23.根据权利要求20或21的方法，其特征是所述电阻装置根据公式f＝(R+RLC)/2πR*RLCCLC来设置，其中f是所述给定工作频率，R是电阻装置的电阻值。
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