CN1312846A - 三稳态液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种三稳态液晶显示装置,它包含:(a)第一和第二相对的基材,至少一个基材携带对齐涂层且每个基材携带至少一个电极,从而确定一个或多个像素;(b)置于基材间的倾斜近晶状或诱导倾斜近晶状液晶组合物;(c)一对呈正交放置的起偏器,每个起偏器有偏振轴,一个偏振轴与液晶组合物的倾斜近晶状或诱导倾斜近晶状中间相的零场光轴对齐；所述基材的放置使液晶组合物对齐,组合物包含至少一种下式(Ⅰ)表示的手性液晶化合物：R－M－N－(P)b－OCH2C*HF－CH2O(CH2)aRf,其中M,N和P独立选自芳环、杂芳环、脂环、杂脂环、取代的芳环、取代的杂芳环、取代的脂环和取代的杂脂环,每个环是稠环或非稠环,环通过共价键或有机连接基团相互连接;R是烷基、链烯基、烷氧基或烷氧基链烯基;*指手性中心;a是0或1的整数;b是0或1的整数;Rf是全氟醚基团。

Description

三稳态液晶显示装置
发明领域
本发明涉及液晶显示装置以及驱动该装置的方法。
发明背景
采用液晶的装置现已用于各种电光场合，尤其是需要小型、能量效率高、电压控制的光阀的那些场合，如手表和计算器显示器以及手提电脑和小型电视中的平面显示器。液晶显示有许多独特的特点，包括操作电压低和运行功率低，这些特点使得液晶显示成为目前最具前景的非发射型电光显示可用的方法。
液晶领域的最新进展是在提供微秒切换和双稳态运行的装置中采用倾斜手性近晶型液晶，其中一类称为铁电性液晶。铁电性液晶由R.B.Meyer等人(J.Physique 36,1-69(1975)发现。对于铁电性液晶，N.A.Clark等人(Appl.Phys.Lett.36,899和美国专利4,367,924)发现在用“表面稳定化铁电性液晶”(SSFLC)时有高速光学切换的现象。
现已开发出许多新的铁电性液晶并充分测试了它们的切换特性。尽管采用这些材料的装置表现出响应迅速和视角宽的优点，但是要开发SSFLC装置仍存在许多问题。这些问题包括阈值特性不够，对比不令人满意(由于人字形缺陷)，以及因难于控制对齐而导致二稳态不充分。
更近一段时间，另一类倾斜的手性近晶型液晶-反铁电性液晶(AFLC)已被开发出来。除了用于铁电型液晶装置的倾斜手性近晶C相(SC*相)外，反铁电性液晶可在手性近晶CA相(SCA*相)中切换。
Chandani等人(Japan J.of Applied Physics 27(5),L729-732(1988))已经描述了采用反铁电性液晶的装置。用于这些装置的反铁电性液晶表现出三稳态：受电场作用时的两个稳态，电场不存在时的第三个反铁电性态。反铁电液晶的特征是具有独特的阈值以及允许在任一驱动状态下有记忆效应的双重滞后。反铁电性液晶容易切换，并能提供缺陷很少并能恢复对齐的装置。
在不施加电场的情况下，在AFLC装置中，AFLC组合物具有一成层结构，该结构包含许多近晶层，每层分子在与毗邻层分子相反的方向上倾斜，从而使液晶组合物没有净偏振(net polarization)。交替的分子无源定向偶级子还产生了平行于近晶层的层法线的均一的光轴。当置于一对交叉的起偏器之间使得起偏器的一个偏振轴与组合物的均一光轴对齐时，装置表现出黑暗状态。施加电场后，液晶取向，使自发偏振与电场对齐，产生两个明亮状态中的一个(取决于电场的极性)。扭曲的铁电体和变形的螺旋装置也观察到三稳态切换行为。
尽管现有技术的AFLC装置已经提供了三稳态切换，但本领域中仍需要能提供三稳态切换、分级显示(灰度)、阈值控制、滞后控制和快速的应答时间并能用于小型和大型显示器的液晶显示装置。另外，本领域中还需要克服现有技术在偏振、阈值电压控制和对比度方面限制的液晶显示装置。
发明概述
已经发现，下式Ⅰ的手性液晶化合物令人惊奇地表现出三稳态切换行为。因此，简言之，本发明一方面提供一种三稳态液晶显示装置，该装置包含(a)第一和第二相对的基材，至少一个基材带有对齐涂层(alignment coating)，每个基材携带有至少一个电极以确定一个或多个像素；(b)放置在基材之间的倾斜近晶状或诱导的倾斜近晶状液晶组合物；和(c)一对正交放置的起偏器，每个起偏器有偏振(或透光)轴，一个偏振轴与所述液晶组合物的倾斜近晶状或诱导倾斜近晶状中间相的零场光轴对齐；基材的放置使液晶组合物对齐，该液晶组合物包含至少一种手性液晶化合物，该化合物可用下列通式表示：
R-M-N-(P)b-OCH2C*HF-CH2O(CH2)aRf    (Ⅰ)其中M,N和P独立选自芳环、杂芳环、脂环、杂脂环、取代的芳环、取代的杂芳环、取代的脂环和取代的杂脂环，单个的环是稠环或非稠环，这些环通过共价键或有机连接基团(可任选地含有一个或多个杂原子)相互连接；R是烷基、链烯基、烷氧基或烷氧基链烯基；*指手性中心；a是0或1的整数；b是0或1的整数；Rf是全氟醚基团。
较佳的，M、N和P各自独立选自
Figure A9980949400101
其中一个或多个环氢原子可被氟原子代替；R有4-12个碳原子；Rf可以用式(CxF2xO)zCyF2y+1表示，其中每个(CxF2xO)的x独立为1-10的整数，y是1-10的整数，z是1-4的整数(更佳的，是整数2或3)。Rf宜有5-16个碳原子。
本发明的液晶显示装置能提供三稳态切换、分级显示(灰度)、阈值控制、滞后控制和快速响应时间。该装置可以是无源矩阵(passive matrix)装置或有效(有源)矩阵(active matrix)装置，并可用于小型和大型显示器。另外，与现有技术的装置相比，本发明装置表现出偏振特性、阈值电压控制和对比度有所改善。
另一方面，本发明还提供了一种驱动三稳态液晶显示装置的方法，该方法包括下列步骤：将电压施加给本发明的具有上述液晶组合物的液晶显示装置，该电压足以使液晶组合物的零场光轴从零场态(例如反铁电态)变为铁电态，从而在零场光轴中产生净倾斜(net tilt)。
附图简述
通过下面的说明书、所附权利要求和附图，可以更好地了解本发明的这些和其它特征、方面以及优点：
图1显示了本发明液晶显示装置实施方案的横截面图。
图2显示了本发明具有存储余量正值的液晶装置实施方案的电-光响应(双重滞后)。
图3显示了本发明具有存储余量负值的液晶装置实施方案的电-光响应(双重滞后)。
这些理想化的附图没有按照比例绘制，它们只是起描述作用，没有限制作用。
发明详述
参看图1，本发明三稳态液晶显示装置的实施方案1包含两个相对的基材2和2′，其中至少一个基材是光学上透明的。相对的两个表面(相互面对的那两个内表面)携带有导电电极3和3′，其中至少一个电极是透明的，电极固定成一定的构型以便产生所需的像素图案。
基材2和2′可以用本领域已知的用作液晶显示装置基材的材料，例如玻璃或塑料。电极3和3′可以是任何导电材料，例如铟锡氧化物(ITO)，它可用本领域已知的任何方法施加到基材表面上。因此，基材上可涂布SnO2、InO3或ITO形成电极3和3′。
基材2和2′以及电极上携带有对齐涂层4和4′，这些涂层可包含本领域中已知的任何适用的对齐组合物。两个涂层可相同或不同。适用于制备对齐涂层的材料包括，聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚酰胺-聚酰亚胺、聚酯、聚酰胺、聚酯-聚酰亚胺、聚对苯二亚甲基、聚碳酸酯、聚乙烯醇缩醛、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、纤维素树脂、蜜胺树脂、尿素树脂、丙烯酸树脂等及其混合物。对齐涂层4和4′的表面可根据需要进行预定的(单轴)对齐处理，例如用诸如天鹅绒、布或纸等纤维材料摩擦该表面。
基材2和2′可作不同的对齐处理，以便合适地控制对齐状态，尤其是初始对齐状态。例如，可给一个基材提供经摩擦处理的对齐涂层，给另一个提供未经摩擦和/或与经摩擦处理对齐涂层组成不同的对齐涂层。
本发明的液晶装置宜有至少一个厚度足够的对齐涂层，以优化装置的三稳态切换性能。该涂层的厚度宜为大约50-5000埃，更佳的约为50-2500埃，以便在宽的温度范围内提供优良的驱动性能，高可靠性和驱动稳定性。
较佳的，本发明装置的一个对齐涂层包含聚酰亚胺或聚酰胺(例如尼龙)膜。该膜通常这样制得：将聚酰氨酸(聚酰亚胺前体)或聚酰胺溶液施加到基材表面上，加热所施加的涂层，然后使所得对齐涂层经受摩擦处理。如果需要，本发明的装置可利用诸如EP 755993(Canon)和美国专利No.5,377,033(Radcliffe)中描述的对齐处理方法。本发明装置还可任选地包括一个绝缘层(图1未显示)。
携带有所述对齐涂层4和4′的基材2和2′被两个间隔物5隔开固定距离(单元空隙)，这两个间隔物连同对齐涂层能使两个基材间的空间中的液晶组合物6对齐。单元空隙通常最高约为10微米，较佳的约为0.5-5微米，以便使装置表现出三稳态切换。
在基材2和2′的外表面上装有呈正交放置的起偏器7和7′，每个起偏器具有偏振(或透光)轴。起偏器可具有本领域已知用于液晶显示装置的任何设计和材料。一个起偏器的偏振轴与液晶组合物6的倾斜或诱导倾斜近晶中间相的零场光轴对齐。
上文中适用于本发明装置的液晶组合物的式Ⅰ液晶化合物及其制备方法和在SSFLC装置中的用途已描述于例如美国专利5,474,705(Janulis等人)和5,702,637(Johnson等人)以及1997年11月6日提交的美国专利申请08/965,348(Johnson等人)中。这些手性倾斜近晶状化合物(或手性的潜在的倾斜近晶状化合物)可单独使用或相互混合和/或与其它液晶化合物混合使用。(潜在的近晶液晶化合物是这样的化合物，它们本身可能不显示出某些近晶中间相(例如倾斜近晶中间相)，但是在与具有近晶中间相的化合物或具有潜在近晶中间相的其它化合物混合时，它们会在合适的条件下产生或表现出近晶中间相)。
较佳的一类手性倾斜近晶状化合物可用式Ⅱ表示：其中一个或多个环氢原子可被氟原子代替；且其中R,a和Rf如式Ⅰ所定义。
较佳的手性倾斜近晶状液晶化合物包括下式代表的那些化合物： 尽管上面对每个化合物只显示了一个光学异构体，但本发明装置的液晶组合物中可以采用R-或S-异构体。
适用于与式Ⅰ和Ⅱ的手性倾斜近晶状化合物混合的化合物包括手性和非手性(较佳的是非手性)氟化近晶状(或潜在的近晶状)液晶化合物，这些化合物包含：含氟化合物端部，它可以含有至少一个悬垂醚氧原子；烃或烃醚端部；以及连接这两个端部的中央核心。通常，这些化合物具有的中央核心由至少一个或两个环组成，这些环独立选自芳环、杂芳环、脂环、杂脂环、取代的芳环、取代的杂芳环、取代的脂环和取代的杂脂环，这些环通过共价键或有机连接基团相互连接。这些化合物及其制备方法在例如美国专利5,262,082(Janulis)、5,437,812(Janulis)、5,474,491(Kistner)中有所描述。较佳的，这些化合物的含氟化合物端部有大约6-16个碳原子。
用于和上述式Ⅰ和Ⅱ的手性倾斜近晶状液晶化合物混合的较佳类化合物是具有下式的非手性液晶化合物：
Figure A9980949400142
其中d是4-12的整数；w是0或1的整数；每个(CxF2xO)中的x独立为1-10的整数；y是1-6的整数；z是1-4的整数。
用于和上述式Ⅰ和Ⅱ的手性倾斜近晶状液晶化合物混合的较佳的非手性化合物包括下列诸式的化合物：
含有上述液晶组合物的本发明装置可通过无源或有效矩阵显示器来驱动。典型的液晶显示器例如由两个起偏器、两个透明基材、确定像素的切换元件或电极、以及寻址像素行列的集成电路驱动程序(ICs)组成。行和列可构建在导电材料条的外部。
在无源矩阵显示器中，像素-矩阵元件可由两个相对的基材内表面上的透明导电材料(如铟锡氧化物(ITO))的行列相交区域确定。为了切换或寻址置于这些像素-矩阵元件之间的液晶组合物，向合适的行和列施加电荷，以改变液晶材料的取向(即从暗像素变为亮像素)。无源矩阵显示器例如在Peter J.Collings的Liquid Crystals:Nature′sDelicate Phase of Matter(100-103页，Princeon University Press,Priceton,N.J(1990))和Peter J.Collings和Michael Hird的Introduction to Liquid Crystals Chemistry andPhysics(271-285页，Taylor and Francis Ltd.,London(1997))中有所描述。
为了改善无源矩阵显示器的限制(如驱动波形引起的串扰)，开发出了有效(源)矩阵显示器。有效矩阵显示器通常具有在玻璃基材上的薄膜晶体管(TFT)或二极管的阵列，它们间接地寻址每个像素元件。TFT可包含非晶形硅(a-Si)或多晶硅(p-Si)或可是一个单晶半导体装置如CMOS(互补金属氧化物半导体)硅基装置。TFT使显示装置中的一个像素元件与其它像素元件电分离，并消除了部分有效像素的问题。TFT可简单地认为是一个开关；在选中时(开)，它允许电荷流过，当关闭时，它起了防止或至少是限制电荷流动的屏障作用。当寻址一行TFT时，选通(gate line)被激活，“开关”被打开，允许电荷从列流入像素并为框架循环(frame cycle)设定图象。一旦寻找到行，选通反而偏向(开关关闭)，以确保电荷不能通过列进入像素元件。这样，在寻址其余显示时，像素被分离。有效矩阵阵列在例如Collings的上述文献和美国专利5,631,752(Tonaka)中有所描述。
用于本发明装置的上述液晶组合物表现出优秀的阈值电压特性。阈值电压是电压逐渐增加或减少时必须施加给装置以获得某一透射百分数，使装置的透射发生显著变化的电压，该显著变化例如是从暗(接近零传输)状态变为亮(高透射百分数)状态，或相反。液晶组合物可用阈值电压V10(+)和V90(+)来评价，这两个阈值电压分别是在增加电压以提供从暗到亮的透射变化时获得10％和90％透射百分数所需的电压。阈值电压V′10(+)和V′90(+)是在减少电压以提供从亮到暗的透射变化时获得10％和90％透射百分数所需的电压。
如图2和3所示，通常更方便的是评价液晶组合物随电场E(而不是电压)变化的函数关系，为的是对组合物切换性能的评价可不依赖于装置。这样，可获得E10(+)、E′10(+)和E′90(+)，它们以下列方式与V10(+)等值相关连：
V10(+)(电压)/单元厚度(微米)=E10(+)(电压/微米)较佳的，用于本发明装置的液晶组合物的E10阈值宜低于10V/μ，更佳的低于5V/μ，最佳的低于1V/μ。
滞后是液晶组合物能显示出这样一种特性，即组合物所观测到的透射或透射比取决于施加的电压或电场是增加还是减少而呈不同的数值。如果电压或电场在异丁范围内循环变化，则透射比曲线形成一个闭合环。电场滞后值E滞后90(+)是E90(+)和E′90(+)值之间的电场差。
许多用于本发明装置的液晶组合物都显示出滞后现象。这些组合物显示的滞后特别适合三稳态切换的显示。对于具有较高滞后(如图2)的组合物，含有该组合物的装置的透射比可以因较小的电压变化(尤其是温度差异)而有很大变化，从而使组合物不太适合获得灰度。
液晶组合物的存储余量(M)决定于其滞后和阈值特征。通常，滞后越大，阈值特性越陡，存储余量就越高。存储余量对应于具有高滞后的液晶装置所表现出的双稳定性。存储余量可如下计算：
M=(E10-E′90)/(E90-E10)
其中E10是当电场从0伏/μ开始增加至液晶组合物显示的透射比为10％时的电场，E90是当电场从0伏/μ开始增加至液晶组合物显示的透射比为90％时的电场，E′90是电场从100％透射比时的数值开始减少至液晶组合物表现出透射比为90％时的电场。当电场为0伏/μ时，透射比为0％，当电场处于最大值时，透射比为100％。
当液晶组合物表现出小的滞后、较平的电压/透射比坡度和低的阈值电压时，它的存储余量接近-1，如图3所示。当组合物表现出没有滞后时，其存储余量为-1。具有负值存储余量的液晶组合物特别适用于有效矩阵/灰度装置。当组合物表现出电场/透射比曲线坡度较陡和/或当其滞后大时，则存储余量有正值，如图2所示。具有正值存储余量的液晶组合物特别适用于无源矩阵三稳态装置。
特别感兴趣的是液晶装置中的“V形”三稳态切换。这是指无阈值、无滞后的切换，如S.Inui等人在J.Mater.Chem.6(4),671-673(1996)中所述，建议用于有效矩阵或薄膜晶体管装置。许多用于本发明装置的组合物表现出阈值非常低、滞后低的切换，它们接近Inui描述的理想的“V形”切换。
在装置的操作温度范围内，用于本发明装置的液晶组合物的倾斜近晶或诱导倾斜近晶中间相的自发极化值Ps通常小于大约250nC/cm2。液晶组合物的偏振可通过以下方式来控制，选出具有合适Ps值的手性液晶化合物，或将手性液晶化合物与一种或多种手性或非手性液晶化合物混合，以便合适地调节组合物的偏振。为了用于三稳态液晶装置，在装置运行温度范围内(较佳的约为30℃)，组合物的偏振宜小于大约100nC/cm2，更佳的小于大约75nC/cm2，最佳的小于50nC/cm2。
液晶显示装置的一个最重要的特性是其响应时间，即装置从关(暗)状态到开(亮)状态以及变回关(暗)状态所需的时间。在铁电性或反铁电性装置中，响应时间(τ=ηsin2θ/PsE)除了与装置内所含液晶组合物的旋转粘度(η)成正比，还与组合物的倾斜或诱导倾斜近晶中间相的锥形倾斜角(θ)正弦值(sin)的平方成正比，与组合物的偏振(Ps)以及施加的电场(E)成反比。因此，对于具有所需低偏振的组合物，用低粘度组合物可获得迅速的响应时间。
当装置的液晶组合物取向使得零场光轴(层的法向)与装置中交叉起偏器之一的偏振轴平行时，装置的透射符合下面一般的透射方程式，在施加电场时得到三稳态切换的结果：
I=Io(sin2(2θ))(sin2(πΔnd/λ))
其中Io是通过平行起偏器的透射，θ是液晶组合物的锥形倾斜角，Δn是液晶组合物的双折射，d是装置间距(单元间隙)，λ是所用光的波长。当sin2(2θ)项和sin2(πΔnd/λ)项均为最大(均等于1)时，获得最大的透射。由于当装置中的液晶组合物具有45度的锥形倾斜角时第一项为最大，因此本领域中非常需要锥形倾斜角接近45度的液晶化合物(或能与其它液晶化合物混合形成锥形倾斜角接近45度的组合物)。
当用于本发明装置中的液晶组合物的手性倾斜近晶化合物和其它液晶化合物用于掺混物中时，就具有许多所需的性质，所述其它化合物宜具有含氟端部，例如是美国专利4,886,619(Janulis)、5,082,587(Janulis)和5,262,082(Janulis等人)中描述的那些化合物。例如，本发明装置中的化合物在与这些较佳的液晶化合物掺混时表现出优秀的相容性，对所得混合物的倾斜近晶或诱导倾斜近晶温度范围具有有益的作用或只有很小的不利影响(即使存在于高浓度下)，能够控制层间距，并能提供用于本发明装置中时电响应迅速，偏振少且粘度低的三稳态切换的混合物。
液晶组合物的倾斜近晶或诱导倾斜近晶中间相包含没有电场时呈倾斜的液晶分子层。近晶A中间相通常不倾斜，但是对于用于本发明装置的液晶化合物，可通过施加电场来诱导其倾斜，可以观察到三稳态切换。在近晶A中间相中表现出三稳态切换的装置具有电场/透射曲线，该曲线的特征为很少或没有滞后且没有急速跃迁。
下列实施例进一步描述了本发明的目的和优点，但是这些实施例中述说的具体材料及其用量以及其它条件和细节均不应理解为不适当地限制本发明。
在下列实施例中，温度均以摄氏度为单位，份数和百分数以重量计，除非另有特指。市售的材料可通过本领域技术人员熟知的反应途径化学转化获得。这些化学转化包括酰基化、酯化、醚化、烷基化及其组合方式，用含氟以及不含氟的反应物来提供前体化合物，这些前体化合物一起反应，产生用于本发明装置的液晶化合物。
鉴定制备用于本发明装置的化合物的熔点或沸点，并用至少一种下列分析方法确认其结构：色谱法；13C-,1H-和19F-NMR；以及红外和质谱法。
实施例
实施例1-22以及对比例A和B
以下列方式制备并评价液晶显示装置：
在具有有预定图案的ITO膜的玻璃板上，旋转施涂含0.5％(重量)尼龙-6,6的甲酸溶液，然后干燥，通过摩擦对所得尼龙膜进行取向处理，形成400埃厚的对齐对照层。在具有有预定图案的ITO膜的另一玻璃板上，旋转施涂聚硅氧烷溶液如TechniglasTM GR651L，然后热固化形成200埃厚的对齐对照层。将两个间隔物(平均大小为2μ)置于一个玻璃板上，使这两个玻璃板合在一起形成单元间隙为2.3μ的空白单元。
以上述方式制得多个空白单元，在高于组合物清亮点(clearing point)(从各向同性到近晶相的温度)约5℃的温度下，在氮气氛中用表1所示的液晶组合物填入这些空白单元。具体是将液晶组合物置于单元的开口内，而单元置于室温下的烘箱中。用真空泵将烘箱抽空，回充氮气数次。将烘箱温度上升至高于氮气氛下清亮点5℃。令单元在该温度下静置大约15-30分钟，该时间足以使单元通过毛细管作用被液晶组合物填入，然后让单元在烘箱内保持超过大约3-4小时(这取决于清亮点温度)自然冷却至室温。用棉拭子擦去每个单元的过量液晶组合物，用市售的5分钟环氧树脂密封单元的开口。用铟锡焊料将镀银的引线与单元的ITO接触板相连。
将每个单元置于具有一些可以透光的开口的热台内。热台连同单元置于透射偏振显微镜的交叉起偏器之间。显微镜装有Hamamatsu型HC124-01光电倍增管(PMT)和放大器，用以检测透射光强度。PMT放大器输出与Tektronix型TDS 420示波器相连。三角波形测试信号由wavetek型395任意函数发生器产生。发生器的信号通过Krone-Hite型7602宽带放大器来放大。示波器设定为描绘透射信号对于三角波形测试信号的曲线。将该单元加热至比液晶组合物各向同性转变高大约10℃的温度，然后以0.5℃/分钟的速度冷却至近晶A相，此时不给单元施加任何信号。
将显微镜台转至液晶组合物的零场光轴(近晶层的法向)与一个交叉起偏器对齐。将该单元冷却至高于液晶组合物倾斜近晶相几度的温度。为了使倾斜相能被检测到，给单元施加三角信号。通过透射信号变为非线型响应，检测到从近晶A中间相到倾斜近晶中间相的相变(在Tc时)。在近晶A中间相中，PMT的任何透射信号是由亲电(electroclinic)效应引起的，该效应提供了无畴的(domainless)线性透射信号。在倾斜近晶相或诱导倾斜近晶中间相中，透射响应变成非线性。在下表2所选的频率和温度下产生透光对电压的曲线。
也可以用DC扫描法测定一些透光/电压曲线。用上述装置，将示波器设定为描绘电压对时间以及透光对时间的曲线，而不是透光对电压的曲线。用以下方法取数据：将DC电压调节至所需的电压值，在10秒至1分钟延迟(使液晶组合物开关作用稳定下来)后，测定透光值。再调节电压至下一个电压值，在使开关作用稳定后再次记录透光值。从零电压起至足以获得最大透射的正电压，然后返回通过零电压至足以获得最大透射的负电压，重复该过程，然后将DC电压扫描回到零电压。利用这个交替过程的测定在表2中“频率”栏下标为“DC扫描”。
采用Linkham THM600热台和Zeiss偏振显微镜通过对物相变化进行光学观察，测出液晶组合物的跃迁(转变)温度。冷却时通过各向同性状态(I)至近晶A中间相(SA)和近晶C中间相(SC)，获得跃迁温度(℃)并列于表3。
液晶组合物的偏振基本上按照Miyasato等人，Jap.Appl.Phys.22,661(1983)中描述的那样的测定。从液晶装置在施加矩形电压脉冲下的位移电流导出电子响应τ电子。然后在100MHz带宽示波器上观察电流。与电介质填充的电容器关联的通常指数衰减后是自发偏振(Ps)开关脉冲。取从电压脉冲上升边沿到Ps脉冲峰值的时间为τ电 子。旋转粘度(近晶粘度，η)用下式计算：
η(10-3kg/m.s)=0.01·Ps·E·τ电子
其中Ps,E和τ电子的单位分别为nC/cm2,V/μ和μs。混合物的倾斜角φ取驱动状态消光点间隔开的角度的一半。这些测定的结果列于表3中。
Figure A9980949400211
Figure A9980949400212
Figure A9980949400222
Figure A9980949400231
Figure A9980949400232
Figure A9980949400242
Figure A9980949400251
Figure A9980949400252
Figure A9980949400262
实施例编号    温度(℃) E90(V/μ) E10(V/μ) 滞后E90-E′90(V/μ)     频率 存储余量
    1a     48     0.55     0.40     0.33       DC扫描     1.2
    1b     40     0.86     0.73     0.65       0.001 Hz     4.0
    2     48     1.22     0.9     0.46       DC扫描     0.44
    3     33     1.2     0.98     0.19       DC扫描    -0.14
    4     52     0.44     0.02     0       DC扫描    -1.0
    5a     38     1.7     0.9     1.5       DC扫描     0.88
    6a     74     1     0.65     0.39       DC扫描     0.11
    6b     54     3.9     2.5     2.9       DC扫描     1.07
    7     54     0.57     0.37     0.37       DC扫描     0.85
    8a     63     2.28     1.76     1.81       DC扫描     2.5
    8b     60     1.93     1.75     1.23       0.001 Hz     5.8
    8c     40     3.73     3.07     2.19       0.001 Hz     2.3
    9     76     0.26     0.06     0.17       DC扫描    -0.15
    10     54     1.33     1.09     0.98       DC扫描     3.1
    11a     48     2.44     1.74     2.0      DC扫描     1.9
    11b     40     2.99     2.22     1.92      0.001 Hz     1.9
    12a     63     1.81     1.65     0.4      DC扫描     1.5
    12b     54     3.13     2.86     1.16      DC扫描     3.3
    13     28     3.52     2.86     2.31      DC扫描     2.5
    14a     60     3.20     3.00     1.60     0.01 Hz     7.0
    14b     50     4.3     3.6     1.80     0.001 Hz     1.5
    15     55     0.8     0.7     0.5     0.001 Hz     4.0
    16a     50     5.8     5.5     2.9     0.001 Hz     8.6
    16b     30     6.4     5.1     2.6     0.001 Hz     1.0
    17     100.5     0.56     0.13     0.00     0.5 Hz    -1.00
    18a     62.4     0.17     0.04     0.04     0.5 Hz    -0.67
    18b     38.2     0.52     0.38     0.06     0.5 Hz    -0.55
    19     50.0     0.26     0.13     0.02     0.1Hz    -0.83
    20     60.2     0.36     0.14     0.13     1.0 Hz    -0.40
    21     41.2     1.94     1.60     1.86     1.0 Hz     4.50
    22     25.0     3.98     1.40     0.17     1.0 Hz    -0.93
对比例A                             双稳态
对比例B                             双稳态
在表2中，对比例显示出双稳态，即在铁电状态之间切换，而不经过一个均匀的暗状态。
表3
实施例编号 SA到SC*的跃迁温度(℃) 温度(℃) 偏振PS(nC/cm2) 电子响应τ电子(μs)   倾斜角(°)
    1     54     4720     40.270.5     5.315.5     25.228.5
    2     67     5020     61.690.6     824.6     32.130.1
    3     38     2824     75.787.6     11.816.9     26.126.8
    4     58     5328     75.6123.4     4.27.6     22.125.0
    5     84     7434     49.282.8     6.019     32.736.5
    6     78     6453     30.437.0     9.312.7     34.235.4
    7     64     2151     130.285.8     15.06.2     31.028.6
    8     69     6049     27.335.8     9.212.6     31.633.7
    9     83     6749     34.050.0     8.515.2     32.133.7
    10     56     4317     25.337.8     7.219.5     24.326.1
    11     75     5424     32.045.7     10.833.3     31.933.2
    12     65     5222     29.941.0     10.732.9     34.533.9
    13     74     4727     33.140.2     18.940.9     36.636.5
    14     65     5545     26.131.7     9.513.3     30.333.0
    15     59     4919     26.640.8     8.024.4     26.230.9
    16     69     4929     35.041.8     10.112.8     30.334.7
    17     98.0     94.164.0     80.9139.5     5.37.7     29.935.6
    18     64.4     52.622.8     90.3139.3     5.110.0     24.927.6
    19     62.0     57.047.4     125.5160.5     7.08.8     26.729.1
    20     65.5     62.9     217.7     12.9     40.6
实施例编号 SA到SC*的跃迁温度(℃) 温度(℃) 偏振PS(nC/cm2) 电子响应τ电子(μs)   倾斜角(°)
    58.2     251.1     14.8     41.9
    21     51.2     41.011.0     36.659.1     11.158.7     26.130.9
    22     60.3     48.118.5     59.680.0     5.38.3     23.225.7
对比例A     52.8     43.722.9     29.342.9     4.58.7     19.321.4
对比例B     59.5     50.219.5     25.342.2     5.89.9     22.624.6
表2和3的数据表明，填充了表1所述液晶组合物的本发明装置通常表现出E10阈值低于大约10V/m，偏振(Ps)低于大约250nC/cm2。因此，这些液晶组合物表现出对三稳态切换装置有利的特点。实施例1、2、5-8、10-16和21显示出存储余量为正值，这特别适用于无源矩阵装置。实施例3、4、9、17-20和22显示出存储余量的值在0至-1之间，这特别适用于有效矩阵装置。
本领域技术人员显然能不脱离本发明的范围和精神而对本发明作各种变化和改动。

Claims (12)

1．一种三稳态液晶显示装置，它包含：(a)第一和第二相对的基材，至少一个所述基材携带有对齐涂层，每个所述基材携带有至少一个电极以确定一个或多个像素；(b)置于所述基材之间的倾斜近晶状或诱导倾斜近晶状液晶组合物；和(c)一对呈正交放置的起偏器，每个起偏器有偏振轴，所述一个偏振轴与所述液晶组合物的倾斜近晶状或诱导倾斜近晶状中间相的零场光轴对齐；所述基材的放置应使液晶组合物对齐，所述组合物包含至少一种用下式表示的手性液晶化合物：
R-M-N-(P)b-OCH2C*HF-CH2O(CH2)aRf    (Ⅰ)其中M,N和P独立选自芳环、杂芳环、脂环、杂脂环、取代的芳环、取代的杂芳环、取代的脂环和取代的杂脂环，每个所述的环是稠环或非稠环，所述环通过共价键或有机连接基团相互连接；R是烷基、链烯基、烷氧基或烷氧基链烯基；*指手性中心；a是0或1的整数；b是0或1的整数；Rf是全氟醚基团。
2．根据权利要求1所述的装置，其中所述液晶组合物表现出获得10％透射的电场阈值E10低于10V/μ，其中所述液晶组合物在所述装置操作温度范围内的偏振Ps低于250nC/cm2。
3．根据权利要求1所述的装置，其中所述液晶组合物的存储余量M在0至-1之间。
4．根据权利要求1所述的装置，其中所述液晶组合物表现出V形切换。
5．根据权利要求1所述的装置，其中所述手性液晶化合物用下式表示其中一个或多个环氢原子可被氟原子代替。
6．根据权利要求1所述的装置，其中所述手性液晶化合物用下式之一表示：
Figure A9980949400031
Figure A9980949400041
7．根据权利要求1所述的装置，其中所述液晶组合物还包含至少一种非手性液晶化合物，该化合物包含(a)任选地包含至少一个悬垂醚氧原子的含氟化合物端部；(b)烃或烃醚端部；以及(c)连接所述端部的中央核心。
8．根据权利要求7所述的装置，其中所述非手性液晶化合物用下式表示：其中d是4-12的整数；w是0或1的整数；每个(CxF2xO)的x独立为1-10的整数；y是1-6的整数；z是1-4的整数。
9．根据权利要求7所述的装置，其中所述非手性液晶化合物用下式之一表示：
Figure A9980949400043
10．根据权利要求7所述的装置，其中所述液晶组合物在所述装置的操作温度范围内的自发偏振值Ps小于100nC/cm2。
11．一种三稳态液晶显示装置，它包括：(a)第一和第二相对的基材，至少一个所述基材携带有对齐涂层，每个所述基材携带有至少一个电极以确定一个或多个像素；(b)置于所述基材间的倾斜近晶状或诱导倾斜近晶状液晶组合物；(c)一对呈正交放置的起偏器，每个起偏器有偏振轴，所述一个偏振轴与所述液晶组合物的倾斜近晶状或诱导倾斜近晶状中间相的零场光轴对齐；其中所述基材的放置应使液晶组合物对齐，所述组合物包含至少一种用下式表示的手性液晶化合物
R-M-N-(P)b-OCH2C*HF-CH2O(CH2)aRf    (Ⅰ)其中所述M,N和P独立选自
Figure A9980949400061
Figure A9980949400071
其中一个或多个环氢原子可被氟原子代替；R是有4-12个碳原子的烷基、链烯基、烷氧基或烷氧基链烯基；*指手性中心；a是0或1的整数；b是0或1的整数；Rf有5-16个碳原子，用式(CxF2xO)zCyF2y+1表示，其中每个(CxF2xO)的x独立为1-10的整数，y是1-10的整数，z是1-4的整数
12．一种驱动三稳态液晶显示装置的方法，该方法包括下列步骤：将电压施加给权利要求1所述的包含所述液晶组合物的液晶显示装置，所述电压足以使所述液晶组合物的所述零场光轴从零场态变为铁电态，在零场光轴中产生净倾斜。
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