TW201925429A

TW201925429A - 液晶介質及光調變元件

Info

Publication number: TW201925429A
Application number: TW107141160A
Authority: TW
Inventors: 賽門席密安諾史基; 瑞秋杜賓; 伊安查爾斯沙吉
Original assignee: 德商馬克專利公司
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-07-01
Also published as: DE112018005653T5; US20200299579A1; CN111356751A; WO2019101661A1

Abstract

本發明係關於包含一或多種介電負性化合物及一或多種介電正性化合物之液晶介質，其特徵在於該介質作為整體展現在- 0.25至+ 0.25範圍內之介電各向異性(Δε)。此外，本發明係關於產生此介質之方法及此介質在利用彎電切換之光調變元件中之用途。
此外，本發明係關於包含所述介質之利用彎電切換之光調變元件、產生此光調變元件之方法、此光調變元件在光電裝置中之用途及該等光電裝置本身。

Description

液晶介質及光調變元件

本發明係關於包含一或多種介電負性化合物及一或多種介電正性化合物之液晶介質，其特徵在於該介質作為整體展現在- 0.25至+ 0.25範圍內之介電各向異性(Δε)。此外，本發明係關於產生此介質之方法及此介質在利用彎電切換之光調變元件中之用途。

此外，本發明係關於包含所述介質之利用彎電切換之光調變元件、產生此光調變元件之方法、此光調變元件在光電裝置中之用途及該等光電裝置本身。

液晶顯示器(LCD)廣泛地用於顯示資訊。LCD用於直視顯示器以及投影型顯示器。用於大部分顯示器中之光電模式仍係扭轉向列型(TN)模式以及其各種修改形式。除此模式以外，已逐漸使用超扭轉向列型(STN)模式、最近之光學補償彎曲(OCB)模式、電控雙折射(ECB)模式以及其各種修改形式，如(例如)垂直配向向列型(VAN)、圖案化ITO垂直配向向列型(PVA)、聚合物穩定之垂直配向向列型(PSVA)模式及多域垂直配向向列型(MVA)模式以及其他模式。

一般而言，向列型液晶顯示器(LCD)係基於介電切換(即，液晶之介電各向異性(Δε)與所施加電場之間的耦合)來操作，此給出光電反應。此反應與所施加場係二次性的(即，其並非極性的)，且由該場引起液晶分子之切換。在習用向列型LCD中，液晶分子之切換係在含有所施加電場之方向的平面中發生，此意味著電場係跨越液晶夾層單元施加，將使分子在平面外(即，在垂直於單元基板之平面中)切換。然而，此類切換給出對比度強烈依賴於視角之光電反應。

除以上所提及之模式以外，亦存在採用實質上平行於基板、各別地液晶層之電場之光電模式，例如平面內切換型(短IPS)模式(如(例如) DE 40 00 451及EP 0 588 568中所揭示)及邊緣場切換型(FFS)模式。尤其，後者提及之具有良好視角性質及良好反應時間之光電模式逐漸用於現代桌上型監視器之LCD且甚至用於TV及多媒體應用之顯示器。

進一步對於上文所提及之顯示模式，已建議開發所謂的「彎電」效應之新顯示模式。

彎電效應首次係於R.B. Meyer, Phys. Rev. Lett. 1969, 22, 918 - 921中作為類似於壓電效應之液晶來論述。

彎電性係由於指向矢之變形在液晶中產生自發極化或相反地由於所施加電場使指向矢變形，此亦稱為彎電切換。

通常，彎電效應使分子形狀不對稱。欲考慮之第一情形係楔形及香蕉形分子。具有縱向偶極子之楔形分子當展開時顯示自發極化。同樣，具有橫向偶極子之香蕉形分子在彎曲變形時展現自發極化。

在以上情形中，極化與展開及/或彎曲變形結合。自對稱自變數可看出，扭轉變形不會產生極化。因此，彎電極化(P_f )之現象學公式可寫為
P_f = e₁ n(div n)+ e₃ (curl n) × n
其中e₁ 及e₃ 係展開、彎曲彎電係數，且n (div n)及(curl n) × n分別係展開及彎曲矢量。

舉例而言，Takezoe等人在Liquid Crystals, 36, 2009, 1119-1124中闡述測定彎電係數之實驗方法。出於此目的，作者建議使用下式之彎曲核心化合物，

將此化合物引入至垂直配向單元中，其含有兩個平行的12 µm厚鋁箔條作為間隔件及電極，其中間隙為2 mm。

當橫向通過垂直單元施加DC場時，觀察到所誘導彎電極化(P_f )與外部電場(E)之間的耦合，此導致指向矢之彎曲變形，即所謂的逆彎電效應。

此效應中所涉及物理參數之關係可表示為

其中δn係誘導雙折射率，K₃₃ 係彎曲彈性常數，E係所施加場之強度，d係液晶介質層之厚度，且n_o 、n_e 分別係尋常及非尋常折射率。

此外，WO 2005/071477 A1揭示包含彎電液晶塊體層之液晶裝置，其中在實質上平行於基板之方向上的非均勻電場係藉由指叉型電極圖案產生。較佳在平行於基板之方向上在場關斷狀態之平均極化方向與欲產生電場之方向正交。在此情形中，上升及下降時間二者變為場依賴性且由此降低總反應時間。

此外，WO 2008/104533 A1揭示混合配向向列型LC模式(HAN)。夾於兩個基板之間的液晶分子垂直於一個基板表面、但平行於另一基板表面配向。此表面定向係固定的。兩個基板需要不同的配向層。在HAN配置中，此一變形係由在兩個基板表面處之液晶分子的不同表面定向及個別液晶分子中之彈力(由於跨越液晶分子層之厚度自平行至垂直定向之連續轉變)誘導引起，從而使得產生彎電極化。

若施加平面內場，則液晶分子或其至顯示平面中之投影將旋轉。由於彎電極化，因此分子之旋轉方向取決於電壓之符號。

此外，WO 2008/104533 A1闡述其中電極如IPS顯示器中配置之配置及其中如邊緣場切換型(FFS)顯示器中一樣，額外基極電極安置於同一基板上之配置。

此外，其揭示其中平面內電極或FFS電極視情況安置於具有平行定向之液晶分子之基板上或具有垂直定向之液晶分子之基板上的配置。前者闡述為具有正Δε之液晶介質之實施例，後者闡述為具有負Δε之液晶介質之實施例。然而，不能達成「純」彎電切換，此乃因介電切換之比例因所施加電場與所利用之展現負或正介電各向異性值Δε之介質之介電耦合而不能避免，此與「純」彎電切換相比導致較慢切換時間。

為在光調變元件中利用「純」彎電切換，應滿足對液晶介質之以下要求以保證所得光調變元件之良好性能：
- 介電各向異性(Δε)之適宜低值
- e_½½ 及e_^ 分別之適宜高值，
- 適宜雙折射值以增加對既定指向矢偏差之遲滯，
- 適宜旋轉黏度以最佳化切換速度，及
- 適宜彈性常數。
同時，同樣應關於以下各項對光調變元件之以下要求進行最佳化：
- 在整個液晶介質上之均勻HAN配向，
- 液晶介質對相應配向層之強錨定能，
- 應儘可能均勻之所施加電場，
- 電極間距，及
- 單元厚度。

本發明之一般目標係緩解上述問題並提供先前技術眾所周知之光調變元件之替代物，或較佳地提供經改良之光調變元件。

此外，本發明之另一目標係提供具有產生高對比度及寬視角影像且展現快速平面內切換之能力的光調變元件，更具體而言係降低能夠滿意的顯示移動影像之總切換時間。

本發明之其他目標係降低光調變元件之驅動電壓、增加光學孔徑比及增加透過率。該等參數之改良對於可攜式應用(例如行動電話)尤其重要。

鑒於上文所匯總之眾多要求及參數，令人驚訝地，本發明之發明者已發現，包含一或多種介電負性化合物及一或多種介電正性化合物之介質、特徵在於該介質作為整體在1 kHz之頻率及20℃測定下展現在 - 0.25至+ 0.25範圍內之介電各向異性(Δε)者同時實現一或多個、較佳所有上文所述之目標。

此外，本發明係關於產生展現在- 0.25至+ 0.25範圍內之介電各向異性(Δε)之介質的方法，其特徵在於將一或多種介電負性液晶化合物與一或多種介電正性液晶化合物混合。

此外，本發明係關於如上文及下文所闡述之介質在光調變元件中之用途。較佳地，此光調變元件包含一對基板；能夠容許施加電場之電極結構，該電場實質上平行於基板主平面；至少一個平面配向層；至少一個垂直配向層；及如上文及下文所闡述之介質。

如上文及下文所闡述之光調變元件可藉由眾所周知之大量產生方法有益地獲得。

因此，本發明係關於產生如上文及下文所闡述之光調變元件之方法，其包含以下步驟：
a. 在該等基板中之至少一者上提供電極結構，
b. 在該等基板中之一者上提供至少一個平面配向層，
c. 在另一基板上提供至少一個垂直配向層，
d. 在該等基板中之一者上提供如上文及下文所闡述之介質層，及
組裝單元。

如上文及下文所闡述之光調變元件尤其適於其在光電裝置中之利用，此乃因除其他有益性質以外，其亦尤其展現以下性質：
- 有利的低成本電極結構，
- 有利的光學孔徑，
- 有利的低驅動電壓，
- 有利的低視角依賴性，
- 有利的光學消光且因此有利的對比度，
- 有利的自補償程度，及
- 有利的快速切換時間。

因此，本發明係關於如上文及下文所闡述之光調變元件在光電裝置中之用途，及包含至少一個如上文及下文所闡述之光調變元件之光電裝置(例如LCD)。

術語及定義
術語「光調變元件」係關於能夠改變光之相或極化態之裝置。不包括以折射模式操作之裝置。

術語「液晶(LC)」係指在一些溫度範圍內(熱致性LC)或在溶液之一些濃度範圍內(溶致性LC)具有液晶中間相之材料。其必須含有液晶原化合物。

術語「液晶原化合物」或「液晶化合物」意指包含一或多個單軸桿狀(棒形、磚形或板形/條形)或單軸碟形(圓碟形)液晶原基團之化合物。術語「液晶原基團」意指具有誘導液晶相(或中間相)行為之能力的基團。包含液晶原基團之化合物自身並不一定必須展現液晶中間相。其亦可能僅在與其他化合物之混合物中展示液晶中間相。

桿狀液晶原基團通常包含液晶原核心。液晶原核心係由一或多個芳香族或非芳香族環狀基團組成，該等基團直接或經由鏈接基團彼此連結且視情況包含連接至液晶原核心之末端之末端基團。視情況，液晶原基團包含一或多個橫向連接至液晶原核心長側之基團，其中該等末端及橫向基團通常選自(例如)二價碳基或烴基、如鹵素、硝基、羥基等極性基團。

出於本發明之目的，術語「液晶介質」或「液晶材料」係指在某些條件下展現液晶性質之材料。特定而言，該術語係指在某些條件下形成液晶相之材料。液晶介質可包含一或多種液晶化合物及另外其他物質。

術語「指向矢」在先前技術中已知且意指液晶分子之長分子軸(在桿狀化合物之情形下)或短分子軸(在碟形化合物之情形下)之較佳定向方向。在此等各向異性分子之單軸有序之情形下，指向矢係各向異性之軸。

術語「配向」或「定向」係指材料之各向異性單元(例如小分子或大分子片段)在公共方向(稱為「配向方向」)上之配向(定向有序)。在液晶材料之配向層中，液晶指向矢與配向方向一致，從而配向方向對應於材料之各向異性軸之方向。

術語「平面定向/配向」 (例如在液晶材料層中)意指，液晶分子部分之長分子軸(在桿狀化合物之情形下)或短分子軸(在碟形化合物之情形下)實質上平行(約180°)於層平面進行定向。

術語「垂直定向/配向」 (例如在液晶材料層中)意指，液晶分子部分之長分子軸(在桿狀化合物之情形下)或短分子軸(在碟形化合物之情形下)相對於層平面以介於約80°至90°之間之角度θ (「傾斜角度」)進行定向。

術語液晶材料在(例如)材料層中之「均勻定向」或「均勻配向」意指，液晶分子之長分子軸(在桿狀化合物之情形下)或短分子軸(在碟形化合物之情形下)實質上在相同方向上定向。換言之，液晶指向矢之線平行。

術語「經處理之配向層」涵蓋經機械處理(摩擦)或曝露於光(較佳地，藉由使用偏振UV曝露之光配向)以引入液晶分子之較佳定向方向之配向層。

在處理之後，材料之最初物理化學能(例如表面能)及/或幾何結構(例如因摩擦所致之聚醯亞胺材料之溝槽或定向側鏈)改變。關於配向層之不同處理(例如摩擦技術等)之細節參見T. Uchida及H. Seki，「Surface Alignment of Liquid Crystals,」 Liquid Crystals: Applications and Uses，第3卷，第5章，B. Bahadur編輯，World Scientific, 1995或Jacques Cognard，「Alignment of Nematic Liquid Crystals and their Mixtures」，增刊1，1982年12月，Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York。

術語「未經處理之配向層」涵蓋僅經塗覆且未經進一步處理之配向層，藉此材料之最初物理化學能(例如表面能)及/或幾何結構保持不變。

出於本申請案之目的，術語邊界狀態係指其中光透射達到最大值或最小值(此取決於所施加電場)之狀態。

較佳地，本發明之光調變元件具有兩個邊界狀態，一者係在不施加電場時具有相應透射T_A 之所謂的「關斷」狀態之邊界狀態A，且另一者係在施加電場時具有相應透射T_B 之所謂的「導通」狀態之邊界狀態，其中：
T_A ＜ T_B
出於本申請案之目的，術語光透射係指在可見(VIS)、近紅外(近-IR、NIR)及UV-A區中之電磁輻射穿過光調變元件。

出於本申請案之目的，術語平面內電場係指採用實質上平行於基板、各別地液晶層之AC電場。

液晶介質之光學遲滯(δ(λ))隨入射束波長(λ)之變化係由以下方程式給出：
δ(λ) = (2πΔn∙d)/λ
其中(Δn)係液晶介質之雙折射率，(d)係液晶介質層之厚度且λ係光之波長。除非另有明確指定，否則在本申請案中通常提及之光之波長為550 nm。

在本文中雙折射率Δn定義為
Δn = n_e - n_o
其中n_e 係非尋常折射率且n_o 係尋常折射率，且有效平均折射率n_av. 由以下給出，
n_av. = [(2n_o ² + n_e ² )/3]^1/2
可使用阿貝折射計(Abbe refractometer)量測非尋常折射率n_e 及尋常折射率n_o 。然後可計算雙折射率(Δn)。

誘導遲滯可寫為

其中(n_e )係非尋常折射率，(n_o )係尋常折射率，(d)係液晶介質層之厚度，e₃ 係彎曲彎電係數，K₃₃ 係彎曲彈性常數。

在本申請案中，術語「介電正性」係用於Δε ＞ 3.0之化合物或組分且「介電負性」係用於Δε ＜ -1.5之化合物或組分。在1 kHz之頻率及20℃下測定Δε。自向列型主體混合物中之各別化合物之10%溶液之結果測定各別化合物之介電各向異性。在主體介質中之各別化合物之溶解度小於10%之情形下，將其濃度減小至先前之1/2直至所得介質足夠穩定以至少容許測定其性質為止。然而，較佳地，將濃度至少保持在5%以保持儘可能高之結果顯著性。測試混合物之電容係在具有垂直及均勻配向兩種單元中測定。該兩種類型單元之單元間隙係大約20微米。所施加電壓係頻率為1 kHz波且均方根值通常為0.5 V至1.0 V之矩形；然而，其始終經選擇以低於各別測試混合物之電容臨限值。

Δε係定義為(e_½½ - e_^ )，而ε_av. 為(e_½½ + 2 e_^ ) / 3。自在添加所關注化合物後主體介質之各別值之變化來測定化合物之介電電容率。將該等值外推至100%之所關注化合物之濃度。典型主體介質係ZLI-4792或BL-087，二者均可自Merck, Darmstadt商業購得。

所有溫度(例如液晶之熔點T(C,N)或T(C,S)、自層列(S)相至向列(N)相之轉變溫度T(S,N)及澄清點T(N,I))均係以攝氏度表示。所有溫度差均以度數差表示。

術語「澄清點」意指在具有最高溫度範圍之中間相與各向同性相之間發生轉變之溫度。

在整個本申請案中且除非另有明確說明，否則所有濃度均係以重量百分比給出且係關於各別完整介質。除非另有明確說明，否則所有物理性質均已且係根據「Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals」, Status Nov.1997, Merck KGaA, Germany來測定，且係針對20℃之溫度給出。

在有疑問之情形中，應以C. Tschierske、G. Pelzl及S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368中所給出之定義為准。

除非另有明確說明，否則本申請案中所指示之參數範圍均包括極限值。

除非另有指示，否則在整個本申請案中，飽和1,4-經取代環系統上之取代基均呈反式構形。其他式代表兩種構形且較佳代表反式構形。

所指示用於各性質範圍之不同上限及下限值彼此組合而產生其他較佳範圍。

在本說明書之整個說明及申請專利範圍中，詞語「包含(comprise)」及「含有(contain)」以及該等詞語之變化形式(例如「包含(comprising及comprises)」)意指「包括(但不限於)」，且並非意欲(且不)將其他組分排除在外。另一方面，詞語「包含」亦涵蓋術語「由……組成」但不限於其。

對於本發明，
及
表示1,4-伸環己基，且特定而言
及
表示反式-1,4-伸環己基。
及
表示1,4-伸苯基。

詳細說明
本發明之適宜液晶介質包含2種或更多種、較佳地至少3種、尤佳地至少4種且極尤佳地至少5種不同之液晶化合物。若僅採用2種液晶化合物，則其典型濃度範圍係總混合物重量之約70%至99%。

在下文中給出本發明之較佳實施例之液晶介質之條件。該等較佳條件可個別地或較佳彼此組合地滿足。較佳者係其二元組合，其中尤佳者係其三元或更高組合。

根據本發明，液晶介質較佳展現介電各向異性Δε之中性值。在此情形中，Δε較佳具有在1 kHz之頻率及20℃下測定之以下範圍內之值：大約≥ -0.25至大約≤ +0.25、更佳地大約≥ -0.10至大約≤ +0.10、甚至更佳地大約≥ -0.05至大約≤ +0.05。

根據本發明，液晶介質較佳展現高e_½½ 值，同時液晶介質較佳展現高e_^ 值。

較佳地，e_½½ 及e_^ 各自且彼此獨立地具有在以下範圍內之值：大約≥ 1至大約≤ 20、更佳地大約≥ 2至大約≤ 15、甚至更佳地大約≥ 3至大約≤ 10。

本發明之液晶介質之澄清點較佳為大約65℃或更高、更佳地大約70℃或更高、仍更佳地80℃或更高、尤佳大約85℃或更高且極尤佳大約90℃或更高。

本發明介質之向列相較佳地至少自大約0℃或更低延伸至大約65℃或更高，更佳地至少自大約20℃或更低延伸至大約70℃或更高，極佳地至少自大約30℃或更低延伸至大約70℃或更高且尤其至少自大約40℃或更低延伸至大約90℃或更高。在個別較佳實施例中，本發明介質之向列相可能必須延伸至大約100℃或更高且甚至延伸至大約110℃或更高之溫度。

適宜液晶介質之Δn較佳儘可能高。通常，本發明之液晶介質在589 nm (NaD)及20℃下之Δn較佳在大約0.08或更大至大約0.35或更大範圍內，更佳在大約0.10或更大至大約0.30或更大範圍內，甚至更佳在大約0.12或更大至大約0.25或更大範圍內。

本發明之光調變元件中所用液晶介質之彈性常數K₁₁ 較佳為大約10 pN或更高、更佳大約12 pN或更高且甚至更佳大約15 pN或更高。

本發明之光調變元件中所用液晶介質之彈性常數K₃₃ 較佳為大約35 pN或更低、更佳大約30 pN或更低且甚至更佳大約25 pN或更低。

適宜液晶介質之旋轉黏度較佳儘可能低。通常，本發明之介質展現大約300 mPas或更低、較佳地大約200 mPas或更低之旋轉黏度。

在較佳實施例中，本發明之介質包含一或多種選自式IA、IB及IC之化合物之群之介電負性化合物：

其中
R^2A 、R^2B 及R^2C 各自彼此獨立地表示H；具有最多15個C原子之烷基或烯基，其未經取代、經CN或CF₃ 單取代或至少經鹵素單取代，其中另外該等基團中之一或多個CH₂ 基團可以使得O原子彼此不直接連接之方式經-O-、-S-、、-C≡C-、-CF₂ O-、-OCF₂ -、-OC-O-或-O-CO-替代，
L^1-4 各自彼此獨立地表示F、Cl、CF₃ 或CHF₂ ，
Z² 及Z^2’ 各自彼此獨立地表示單鍵、-CH₂ CH₂ -、-CH=CH-、-CF₂ O-、-OCF₂ -、-CH₂ O-、-OCH₂ -、-COO-、-OCO-、-C₂ F₄ -、-CF=CF-、-CH=CHCH₂ O-，
p 表示0、1或2，
q 表示0或1，且
v 表示1至6。

在式IA及IB之化合物中，Z² 可具有相同或不同含義。在式IB化合物中，Z² 及Z^2' 可具有相同或不同含義。

在式IA、IB及IC之化合物中，R^2A 、R^2B 及R^2C 各自較佳表示具有1至6個C原子之烷基，尤其CH₃ 、C₂ H₅ 、n-C₃ H₇ 、n-C₄ H₉ 、n-C₅ H₁₁ 。

在式IA及IB之化合物中，L¹ 、L² 、L³ 及L⁴ 較佳表示L¹ = L² = F且L³ = L⁴ = F，此外表示L¹ = F且L² = Cl、L¹ = Cl且L² = F、L³ = F且L⁴ = Cl、L³ = Cl且L⁴ = F。式IA及IB中之Z² 及Z^2' 較佳各自彼此獨立地表示單鍵，此外表示-C₂ H₄ -橋。

若在式IB中，Z² = -C₂ H₄ -或-CH₂ O-，則Z^2' 較佳係單鍵，或若Z^2' = -C₂ H₄ -或-CH₂ O-，則Z² 較佳係單鍵。在式IA及IB之化合物中，(O)C_v H_2v+1 較佳表示OC_v H_2v+1 ，此外表示C_v H_2v+1 。在式IC化合物中，(O)C_v H_2v+1 較佳表示C_v H_2v+1 。在式IC化合物中，L³ 及L⁴ 較佳各自表示F。

下文指示較佳之式IA、IB及IC化合物：

其中烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基。

本發明之尤佳混合物包含一或多種以下各式之化合物：IA-2、IA-8、IA-14、IA-26、I-28、IA-33、IA-39、IA-45、IA-46、IA-47、IA-50、IB-2、IB-11、IB-16及IC-1。

若存在，則式IA及/或IB及/或IC或其子式之化合物在整體混合物中之比例較佳為至少10重量%、更佳為至少12重量%、尤其至少15重量%。

若存在，則式IA及/或IB及/或IC或其子式之化合物在整體混合物中之比例較佳為至多50重量%、更佳為至多45重量%、尤其至多40重量%。

其他較佳液晶介質包含一或多種以下各式之介電負性四環化合物：

其中
R^7-10 各自彼此獨立地具有針對如上文所給出之R^2A 所指示含義中之一者，且
w及x 各自彼此獨立地表示1至6。
尤佳者係包含至少一種式V-9化合物之混合物。

另一較佳者係包含一或多種式Y-1至Y-6之介電負性化合物之液晶介質，

其中R¹⁴ 至R¹⁹ 各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之烷基或烷氧基；z及m各自彼此獨立地表示1至6；x表示0、1、2或3。

若存在，則本發明之介質尤佳包含一或多種式Y-1至Y-6之化合物，其量較佳為≥ 2.5重量%。

另一較佳者係包含一或多種式T-1至T-19之介電負性氟化聯三苯之液晶介質，

其中
R表示具有1至7個C原子之直鏈烷基或烷氧基，且m = 0、1、2、3、4、5或6且n表示0、1、2、3或4。

R較佳表示甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基。

若存在，則本發明之介質較佳包含式T-1至T-19之聯三苯，其量為2重量%至30重量%、尤其5重量%至10重量%。

尤佳者係式T-1、T-2及T-4之化合物。在該等化合物中，R較佳表示烷基，此外表示烷氧基，其各自具有1至5個C原子。

若欲使混合物之Δn值³ 0.1，則在本發明之混合物中較佳採用聯三苯。較佳混合物包含1重量%至10重量%之一或多種選自化合物T-1至T-19之群之聯三苯化合物。

另一較佳者係包含一或多種式Z-1至Z-7之介電負性化合物之液晶介質，

其中R及烷基具有上文所指示之含義。

本發明之較佳液晶介質包含一或多種含有四氫萘基或萘基單元之介電負性物質，例如式N-1至N-5之化合物，

其中R^1N 及R^2N 各自彼此獨立地具有針對R^2A 所指示之含義，較佳表示直鏈烷基、直鏈烷氧基或直鏈烯基，且
Z¹ 及Z² 各自彼此獨立地表示
-C₂ H₄ -、-CH=CH-、-(CH₂ )₄ -、-(CH₂ )₃ O-、-O(CH₂ )₃ -、-CH=CHCH₂ CH₂ -、-CH₂ CH₂ CH=CH-、-CH₂ O-、-OCH₂ -、-COO-、-OCO-、-C₂ F₄ -、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF₂ O-、-OCF₂ -、-CH₂ -或單鍵。

較佳混合物包含一或多種選自以下之群之化合物：式BC之介電負性二氟二苯并𠳭唍化合物、式CR之𠳭唍、式PH-1及PH-2之氟化菲、式BF-1及BF-2之氟化二苯并呋喃，

其中
R^B1 、R^B2 、R^CR1 、R^CR2 、R¹ 、R² 各自彼此獨立地具有R^2A 之含義。C為0、1或2。R¹ 及R² 較佳彼此獨立地表示具有1至6個C原子之烷基或烷氧基。

若存在，則本發明之混合物較佳包含式BC、CR、PH-1、PH-2及/或BF之化合物，其量為1重量%至10重量%、尤其為2重量%至8重量%之量。

尤佳之式BC及CR化合物係BC-1至BC-7及CR-1至CR-5之化合物，

其中
烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基，且
烯基及烯基*各自彼此獨立地表示具有2至6個C原子之直鏈烯基，
極尤佳者係包含一種、兩種或三種式BC-2、BF-1及/或BF-2化合物之混合物。

較佳混合物包含一或多種式In之介電負性二氫茚化合物，

其中
R¹¹ 、R¹² 、R¹³ 各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基、烷氧基、烷氧基烷基或烯基，
R¹² 及R¹³ 另外表示鹵素，較佳F，
表示

i 表示0、1或2。

較佳之式In化合物係下文所指示之式In-1至In-16之化合物：

尤佳者係式In-1、In-2、In-3及In-4之化合物。

若存在，則式In及子式In-1至In-16之化合物較佳以≥ 2重量%、尤其3重量%至15重量%且極尤佳5重量%至10重量%之濃度用於本發明之混合物中。

另一較佳者係包含一或多種式L-1至L-11之介電負性化合物之液晶介質，

其中
R、R¹ 及R² 各自彼此獨立地具有技術方案5中針對R^2A 所指示之含義，且烷基表示具有1至6個C原子之烷基。s表示1或2。

尤佳者係式L-1及L-4之化合物、尤其L-4之化合物。

若存在，則式L-1至L-11之化合物較佳以2重量%至25重量%、尤其2重量%至20重量%且極尤佳5重量%至15重量%之濃度採用。

在較佳實施例中，液晶介質包含一或多種介電正性化合物，其係選自式II及III之化合物之群：

其中
R²¹ 表示具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、氟化烷基或氟化烷氧基、具有2至7個C原子之烯基、烯基氧基、烷氧基烷基或氟化烯基，且較佳表示烷基或烯基，
L²¹ 及L²² 表示H或F，較佳地L²¹ 表示F，
X²¹ 表示鹵素、具有1至3個C原子之鹵化烷基或烷氧基或具有2或3個C原子之鹵化烯基或烯基氧基，較佳表示F、Cl、-OCF₃ 、-O-CH₂ CF₃ 、-O-CH=CH₂ 、-O-CH=CF₂ 或-CF₃ ，極佳表示F、Cl、-O-CH=CF₂ 或-OCF₃ ，
m 表示0、1、2或3，較佳表示1或2且尤佳表示1，
R³¹ 表示具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、氟化烷基或氟化烷氧基、具有2至7個C原子之烯基、烯基氧基、烷氧基烷基或氟化烯基，且較佳表示烷基或烯基，
L³¹ 及L³² 彼此獨立地表示H或F，較佳地L³¹ 表示F，
X³¹ 表示鹵素、具有1至3個C原子之鹵化烷基或烷氧基或具有2或3個C原子之鹵化烯基或烯基氧基、F、Cl、-OCF₃ 、-O-CH₂ CF₃ 、-O-CH=CF₂ 、-O-CH=CH₂ 或-CF₃ ，極佳表示F、Cl、-O-CH=CF₂ 或-OCF₃ ，
Z³¹ 表示-CH₂ CH₂ -、-CF₂ CF₂ -、-COO-、反式- CH=CH-、反式- CF=CF-、-CH₂ O-或單鍵，較佳表示-CH₂ CH₂ -、-COO-、反式- CH=CH-或單鍵且極佳表示-COO-、反式- CH=CH-或單鍵，且
n 表示0、1、2或3，較佳表示1或3且尤佳表示1。

較佳之式II化合物係選自子式II-1及II-2之化合物之群：

其中參數具有上文在式II下所指示之各別含義，且L²³ 及L²⁴ 彼此獨立地表示H或F，較佳地L²³ 表示F，且環A²¹ 及環A²² 具有上文所給出含義中之一者
且在式II-1及II-2之情形中，X²¹ 較佳表示F或OCF₃ ，尤佳表示F，且在式II-2之情形中，
較佳之式III化合物較佳選自式III-1及III-2之化合物之群：

其中參數具有式III下所給出之含義。

本發明之介質較佳作為另一選擇或除式III-1及/或III-2之化合物以外亦包含一或多種式III-3之化合物

其中參數具有上文所指示之各別含義，且參數L³³ 及L³⁴ 彼此獨立且獨立於其他參數表示H或F。

液晶介質較佳包含選自式II-1至II-4之化合物之群之化合物，其中L²¹ 及L²² 及/或L²³ 及L²⁴ 二者均表示F。

在較佳實施例中，液晶介質包含選自式II-2及II-3之化合物之群之化合物，其中L²¹ 、L²² 、L²³ 及L²⁴ 全部表示F。

液晶介質較佳包含一或多種式II-1化合物。該等式II-1化合物較佳選自式II-1a至II-1e之化合物之群，較佳為式II-1d化合物：

其中參數具有上文所指示之各別含義，且L²⁵ 及L²⁶ 彼此獨立且獨立於其他參數表示H或F，且較佳地在式II-1a及II-1b中，L²¹ 及L²² 二者均表示F，在式II-1c及II-1d中，L²¹ 及L²² 二者均表示F及/或L²³ 及L²⁴ 二者均表示F，且在式II-1e中，L²¹ 、L²² 及L²⁵ 表示F。

液晶介質較佳包含選自式II-1a至II-1e之化合物之群之化合物，其中L²¹ 及L²² 二者均表示F及/或L²³ 及L²⁴ 二者均表示F。

在較佳實施例中，液晶介質包含選自式II-1a至II-1d之化合物之群之化合物，其中L²¹ 、L²² 、L²³ 及L²⁴ 全部表示F。

液晶介質較佳包含一或多種式II-2化合物，其較佳選自式II-2a至II-2j之化合物之群，較佳為式II-2j化合物：

其中參數具有上文所指示之各別含義，且L²⁵ 至L²⁸ 彼此獨立地表示H或F，較佳地L²⁷ 及L²⁸ 二者均表示H，尤佳地L²⁶ 表示H。

尤佳之式II-2化合物係以下各式之化合物：

其中R²¹ 及X²¹ 具有上文所指示之含義，且X²¹ 較佳表示F。

液晶介質較佳包含一或多種式III-1化合物。適宜之式III-1化合物較佳選自式III-1a至III-1j之化合物之群，較佳選自式III-1c、III-1f、III-1g及III-1j：

其中參數具有上文所給出之含義，且較佳地其中參數具有上文所指示之各別含義，且參數L³⁵ 及L³⁶ 彼此獨立且獨立於其他參數表示H或F。

液晶介質較佳包含一或多種式III-1c化合物，其較佳選自式III-1c-1至III-1c-5之化合物之群，較佳為式III-1c-3及III-1c-4化合物：

其中R³¹ 具有上文所指示之含義。

液晶介質較佳包含一或多種式III-1f化合物，其較佳選自式III-1f-1至III-1f-5之化合物之群，較佳為式III-1f-1、III-1f-2、III-1f-4及III-1f-5之化合物，更佳為式III-1f-1、III-1f-4及III-1f-5之化合物，更佳為：

其中R³¹ 具有上文所指示之含義。

液晶介質較佳包含一或多種式III-1g化合物，其較佳選自式III-1g-1至III-1g-5之化合物之群，較佳為式III-1g-3化合物：

其中R³¹ 具有上文所指示之含義。

液晶介質較佳包含一或多種式III-1h化合物，其較佳選自式III-1h-1至III-1h-3之化合物之群，較佳為式III-1h-3化合物：

其中參數具有上文所給出之含義，且X³¹ 較佳表示F。

液晶介質較佳包含一或多種式III-1i化合物，其較佳選自式III-1i-1及III-1i-2之化合物之群，較佳為式III-1i-2化合物：

其中參數具有上文所給出之含義，且X³¹ 較佳表示F。

液晶介質較佳包含一或多種式III-1j化合物，其較佳選自式III-1j-1及III-1j-2之化合物之群，較佳為式III-1j-1化合物：

其中參數具有上文所給出之含義。

液晶介質較佳包含一或多種式III-2化合物。該等式III-2化合物較佳選自式III-2a及III-2b之化合物之群：

其中參數具有上文所指示之各別含義，且參數L³³ 及L³⁴ 彼此獨立且獨立於其他參數表示H或F。

液晶介質較佳包含一或多種式III-2a化合物，其較佳選自式III-2a-1至III-2a-6之化合物之群：

其中R³¹ 具有上文所指示之含義。

液晶介質較佳包含一或多種式III-2b化合物，其較佳選自式III-2b-1至III-2b-4之化合物之群，較佳為III-2b-4：

其中R³¹ 具有上文所指示之含義。

本發明之介質較佳作為另一選擇或除式III-1及/或III-2之化合物以外亦包含一或多種式III-3化合物

其中參數具有上文在式III下所指示之各別含義。

該等化合物較佳選自式III-3a及III-3b之群：

其中R³¹ 具有上文所指示之含義。

式II及/或III之化合物較佳以1重量%至10重量%、尤其1.5重量%至5重量%且極尤佳1.5重量%至3重量%之濃度採用。

另一較佳者係除上文所述之介電正性或負性化合物以外亦包含一或多種式Z化合物之液晶介質，

其中
R³¹ 及R³² 各自彼此獨立地表示具有最多12個C原子之直鏈烷基、烷氧基、烯基、烷氧基烷基或烷氧基，且
表示或
Z³ 表示單鍵、CH₂ CH₂ 、CH=CH、CF₂ O、OCF₂ 、CH₂ O、OCH₂ 、COO、OCO、C₂ F₄ 、C₄ H₈ 或CF=CF。

下文指示較佳之式Z化合物：

其中
烷基及
烷基* 各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基。

本發明之介質較佳包含至少一種式Za及/或式Zb化合物。

若存在，則式Z化合物在整體混合物中之比例較佳為至少5重量%。

另一較佳者係除上文所述之介電正性或負性化合物以外亦包含一或多種以下各式之化合物之液晶介質：
及/或
及/或
，
且若存在，則較佳以³ 5重量%、尤其³ 10重量%之總量存在。

此外，較佳者係包以下化合物(首字母縮略詞：CC-3-V1)之本發明之混合物
，
且若存在，則較佳以1重量%至20重量%之量存在。
較佳混合物包含1重量%至30重量%、較佳5重量%至25重量%、尤其10重量%至20重量%之下式化合物(首字母縮略詞：CC-3-V)
。
此外，較佳者係包含以下之混合物：下式化合物(首字母縮略詞：CC-3-V)

及/或下式化合物(首字母縮略詞：CC-5-V)

及/或下式化合物(首字母縮略詞：CC-3-V1)
。

另一較佳者係除上文所述之介電正性或負性化合物以外亦包含一或多種式B-1至B-3之聯苯之液晶介質，

其中
烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基，且
烯基及烯基*各自彼此獨立地表示具有2至6個C原子之直鏈烯基。
式B-1至B-3之聯苯在整體混合物中之比例較佳為至少3重量%、尤其³ 5%重量%。
在式B-1至B-3之化合物中，式B-2化合物尤佳。

尤佳聯苯係

其中烷基*表示具有1至6個C原子之烷基。本發明之介質尤佳包含一或多種式B-1a及/或B-2c之化合物。

另一較佳者係除上文所述之介電正性或負性化合物以外亦包含一或多種式O-1至O-19之化合物之液晶介質，

其中R¹ 及R² 具有針對R^2A 所指示之含義。R¹ 及R² 較佳各自彼此獨立地表示直鏈烷基或烯基。

較佳介質包含一或多種式O-1、O-3、O-4、O-6、O-7、O-10、O-11、O-12、O-14、O-15、O-16、O-17及/或O-18之化合物。

本發明之混合物極尤佳地包含式O-10、O-12、O-16、O-17及/或O-18之化合物，且若存在，則以2%至15%之量存在。

下文指示較佳之式O-10及O-18之化合物：

極尤佳之混合物包含化合物O-10a及O-17a：

極尤佳之混合物包含化合物O-10b及O-17a：

較佳混合物包含至少一種選自以下化合物之群之化合物：

其中R¹ 及R² 具有上文所指示之含義。較佳地在化合物O-6、O-7及O-17中，R¹ 表示分別具有1至6個或2至6個C原子之烷基或烯基且R² 表示具有2至6個C原子之烯基。

較佳混合物包含至少一種式O-6a、O-6b、O-7a、O-7b、O-17e、O-17f、O-17g及O-17h之化合物：

其中烷基表示具有1至6個C原子之烷基。

本發明之液晶介質較佳包含一或多種選自式IA、IB及/或IC化合物之群之化合物及一或多種選自式II及/或III化合物之群之化合物。

除式IA、IB及/或IC之化合物以外，本發明之液晶混合物較佳包含式II及/或III之化合物，較佳包含式II化合物。

本發明之其他較佳液晶介質較佳包含一或多種選自式IA化合物之群之化合物、一或多種選自式IB化合物之群之化合物、一或多種選自式IC化合物之群之化合物及一或多種選自式II化合物之群之化合物。

本發明之液晶混合物尤佳另外包含一或多種選自式B-2c、Zb、O-16、T-20及/或T-21之化合物之群之化合物。

本發明之其他較佳液晶介質較佳包含
- 一種、兩種、三種、四種、五種或更多種選自式IA化合物之群、較佳地選自式IA-2及/或IA-8之化合物，
- 一種、兩種、三種、四種、五種或更多種選自式IB化合物之群、較佳地選自式IB-2之化合物，
- 一或多種選自式IC化合物之群、較佳地選自式IC-1之化合物，
- 一種、兩種、三種、四種、五種或更多種選自式II化合物之群、較佳地選自式II-1化合物之群、更佳地選自式II-1d化合物之群之化合物，
- 視情況一種、兩種、三種、四種、五種或更多種選自式B-2化合物之群、較佳地選自式B-2c化合物之群之化合物，
- 視情況一種、兩種、三種、四種、五種或更多種選自式Zb化合物之群之化合物，
- 視情況一種、兩種、三種、四種、五種或更多種選自式G-20及/或G-21化合物之群之化合物，
- 視情況一種、兩種、三種、四種、五種或更多種選自式O-16化合物之群之化合物，及
- 視情況一或多種選自CC-3-V及/或CC-5-V之化合物，
每一者均為如上文所給出之較佳量。

本發明之介質可視情況包含其他液晶化合物以調整物理性質。此等化合物為熟習此項技術者所已知。其在本發明介質中之濃度較佳為0%至大約30%、更佳地大約0.1%至大約20%且極佳地大約1%至大約15%。

本發明之液晶介質視情況包含其他化合物，例如穩定劑及或抗氧化劑。其較佳地以0%至大約30%、尤佳地0%至大約15%且極尤佳地0%至大約5%之濃度採用。

本發明之液晶介質係以本身習用之方式來製備。一般而言，將期望量之用量較少之組分溶解於構成主要成分之組分中，該溶解較佳在升高溫度下實施。亦可在有機溶劑中混合該等組分之溶液，例如在丙酮、氯仿或甲醇中，且在充分混合後再藉由(例如)蒸餾來去除溶劑。此外，可以其他習用方式製備混合物，例如使用預混合物(例如均質混合物)或使用所謂的「多瓶」系統。

產生本發明介質之典型方法包含以下步驟：將一或多種介電負性液晶化合物與一或多種介電正性液晶化合物混合。

在本發明之較佳實施例中，液晶介質之層配置於兩個基板層之間。

根據本發明，基板材料較佳各自且彼此獨立地選自聚合材料、玻璃或石英板。

適宜且較佳之聚合基板材料係(例如)環烯烴聚合物(COP)、環狀烯烴共聚物(COC)、聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN))、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸酯(PC)或三乙醯基纖維素(TAC)之膜，極佳為PET或TAC膜。PET膜係(例如)以商標名Melinex®購自DuPont Teijin Films。

COP膜係(例如)以商標名Zeonor ®或Zeonex ®購自ZEON Chemicals L.P.。COC膜係(例如)以商標名Topas ®購自TOPAS Advanced Polymers Inc.。

較佳地，兩個基板均為玻璃板。

在較佳實施例中，基板以彼此大約1 µm至大約50 µm範圍、較佳地彼此大約2 µm至大約40 µm範圍且更佳地彼此大約3 µm至大約30 µm範圍之間隔來配置。液晶介質層由此位於中間空間中。

基板層可彼此保持所界定之間隔，例如藉由延伸穿過層中之全部單元厚度或突出結構之間隔物或電極達成。業內人士普遍已知典型間隔材料，如例如由塑膠、二氧化矽、環氧樹脂等製得之間隔物。

如上文及下文所闡述之本發明之光調變元件包含一個平面配向層及一個垂直配向層。

業內人士普遍已知典型垂直配向層材料，例如由烷氧基矽烷、烷基三氯矽烷、CTAB、卵磷脂或聚醯亞胺、較佳地聚醯亞胺(例如JALS-2096-R1)所製得之層。

業內人士普遍已知適宜平面聚醯亞胺，例如AL-3046或AL-1254，二者均自JSR商業購得。

通常，配向層材料可藉由習用塗覆技術(如旋塗、輥塗、浸塗或刮塗)藉由業內人士所已知之蒸氣沈積或習用印刷技術(如例如網版印刷、平版印刷、捲至捲印刷、活版印刷、凹版印刷、輪轉凹版印刷、柔版印刷、凹紋印刷、移印、熱封印刷、噴墨印刷或藉助印模或印刷板之印刷)施加至基板或電極結構上。

平面配向層較佳地藉由熟悉此項技術者所已知之摩擦或光配向技術來處理，以達成ULH織構之均勻較佳方向，其較佳地藉由摩擦技術來實施。因此，可在不對單元進行任何物理處理(如將單元剪切(在一個方向上之機械處理))等之情形下達成ULH織構之均勻較佳方向。摩擦方向不關鍵且主要地僅影響所施加偏振器之定向。通常，摩擦方向相對於基板主平面係在+/- 45°範圍內，更佳在+/- 20°範圍內，甚至更佳在+/-10範圍內，且尤其在方向+/- 5°範圍內。

在較佳實施例中，本發明之裝置包含能夠容許施加電場之電極結構，該電場實質上平行於基板主平面或LC介質之層，或在該方向上具有至少一個實質分量。

除非整個顯示器總成意欲具有撓性，否則較佳地電極可形成於低成本剛性基板上，從而將進一步增加裝置之耐久性。在較佳實施例中，基板(例如)以梳形電極配置承載平行電極之圖案。

其他適宜電極結構為業內人士所普遍已知且例如揭示於WO 2004/029697 A1中。

在另一較佳實施例中，基板中之一者包括像素電極及共用電極，其用於產生實質上平行於像素區域中第一基板表面之電場。

熟習此項技術者已知在一個基板上具有至少兩個電極之不同種類之裝置，其中最重要之差異在於像素電極及共用電極二者經結構化，如對於IPS顯示器係典型的，或僅像素電極經結構化而共用電極不經結構化，對於FFS顯示器即此情形。

在另一較佳實施例中，平面內電極結構係選自叉指式電極、IPS電極、FFS電極或梳形電極，較佳地叉指式電極或梳形電極。就此而言，文件WO 2008/104533 A1闡述其中電極係作為IPS電極進行配置之配置及其中另一基電極係作為邊緣場切換型(FFS)電極安置於同一基板上之配置。

適宜電極材料為業內人士眾所普遍已知，如例如由導電聚合物、金屬或金屬氧化物(例如，根據本發明較佳之透明銦錫氧化物(ITO))製得之電極。

在較佳實施例中，電極可具有呈實線或圓柱形式之圓形橫截面，或電極可具有矩形或幾乎矩形之橫截面。尤佳者係電極之矩形或幾乎矩形之橫截面。

電極之間之間隙較佳在大約1 µm至大約50 µm範圍內、更佳在大約5 µm至大約25 µm範圍內且甚至更佳在大約7 µm至大約12 µm範圍內。

電極之寬度較佳在大約1 µm至大約50 µm範圍內、更佳在大約5 µm至大約25 µm範圍內且甚至更佳在大約7 µm至大約12 µm範圍內。

如普遍已知的，電極結構通常可藉由目前之微影技術提供於基板上。

在較佳實施例中，光調變元件之電極與電切換元件(例如，薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體(TFD))相連接。

在較佳實施例中，電極結構與液晶介質直接接觸。

在另一較佳實施例中，基板及/或電極結構覆蓋有薄垂直配向層以控制液晶材料之配向。

較佳地，光調變元件之電極與切換元件(例如，薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體(TFD))相關聯。

在本發明之另一較佳實施例中，光調變元件包含兩個或更多個偏振器，其至少一者配置於液晶介質層之一側上且其至少一者配置於液晶介質層之相對側上。本文之液晶介質層及偏振器較佳地彼此平行配置。

偏振器可為線性偏振器。較佳地，在光調變元件中存在正好兩個偏振器。在此情形中，此外亦較佳地，偏振器均為線性偏振器。若在光調變元件中存在兩個線性偏振器，則根據本發明較佳地，兩個偏振器之偏振方向係交叉的。

此外較佳地，若在光調變元件中存在兩個圓形偏振器，則該等圓形偏振器具有相同偏振方向，即二者均係右旋圓偏振或二者均係左旋圓偏振。

偏振器可為反射式或吸收式偏振器。在本申請案之意義上，反射式偏振器發射具有一個偏振方向之光或一類圓偏振光，同時透過具有另一偏振方向之光或另一類圓偏振光。相應地，吸收式偏振器吸收具有一個偏振方向之光或一類圓偏振光，同時透過具有另一偏振方向之光或另一類圓偏振光。反射或吸收通常並不定量；此意味著通過偏振器之光並不發生完全偏振。

出於本發明目的，可採用吸收式及反射式偏振器二者。較佳使用呈薄光學膜形式之偏振器。可用於本發明之光調變元件中之反射式偏振器之實例係DRPF (漫反射式偏振器膜，3M)、DBEF(雙重亮度增強膜，3M)、DBR (多層聚合物分布式Bragg反射器) (如US 7,038,745及US 6,099,758中所闡述)及APF (高級偏振器膜，3M)。

可用於本發明之光調變元件中之吸收式偏振器之實例係Itos XP38偏振器膜及Nitto Denko GU-1220DUN偏振器膜。可用於本發明之圓形偏振器之實例係APNCP37-035-STD偏振器(American Polarizers)。另一實例係CP42偏振器(ITOS)。

因此，本發明之另一較佳光調變元件包含以下層堆疊，較佳地由其組成：
- 偏振器，
- 基板，
- 經處理之平面配向層，
- 液晶介質，
- 垂直配向層，
- 電極結構，
- 基板，及
- 偏振器。

此外，光調變元件可包含阻斷某些波長之光之濾波器，例如UV濾波器。根據本發明，亦可存在為業內人士普遍已知之其他功能層，例如保護膜及/或補償膜。

因此，本發明係關於產生如上文及下文所闡述之光調變元件之方法，其包含以下步驟：
a. 在該等基板中之至少一者上提供電極結構，
b. 在該等基板中之一者上提供至少一個平面配向層，
c. 在另一基板上提供至少一個垂直配向層，
d. 在該等基板中之一者上提供如上文及下文所闡述之介質層，且
e. 組裝單元。

在本發明之較佳實施例中，在將液晶組合物裝載於第一基板上之後藉由將第二基板組合至第一基板可使液晶組合物插入在該第一與該第二基板之間。

在另一較佳實施例中，液晶在稱為「滴入式注入」 (ODF)製程之製程(如(例如) JPS63-179323及JPH10-239694中所揭示)中或使用噴墨印刷(IJP)方法逐滴分配至第一基板上。

在替代實施例中，將液晶組合物注射於第一與第二基板之間或在將第一與第二基板組合之後藉由毛細管力填充至組裝單元中。

因此，步驟d)及e)可端視於填充方法進行修改。

下文將簡要解釋本發明之光調變元件之功能原理。應注意，對所假設功能方式之說明不會造成申請專利範圍中不存在之對本發明範圍之限制。

本發明裝置之光透射取決於所施加電場。在較佳實施例中，裝置之光透射在施加電場時高且在不施加電場時為低的初始狀態。

在較佳實施例中，本發明之裝置具有邊界狀態A及邊界狀態B。出於本申請案之目的，術語邊界狀態係指其中透射達到最大值或最小值且在進一步降低或增加所施加電場時無進一步或實際上無進一步變化之狀態。

光調變元件在不施加電場時較佳具有帶有透射率T_A 之邊界狀態A (所謂的關斷狀態)，其中液晶介質基本上處於HAN配向狀態。

光調變元件在施加電場時較佳具有另一邊界狀態B (所謂的「導通狀態」)，其中
T_A ＜ T_B 。

光調變元件較佳在「導通」狀態中展現在以下範圍內之誘導遲滯：大約1 nm至大約500 nm、更佳地大約1 nm至大約400 nm、甚至更佳地大約1 nm至大約300 nm。

切換本發明之光調變元件所需之低施加電場具有若干優點。電極間間距實質上大於目前IPS裝置中所發現之電極間間距。因此，更低成本之電極圖案化、經改良之產量、增加之光學孔徑及更低之驅動電壓係本發明之光調變元件之一些益處。

裝置之HAN配向之「關斷狀態」提供優良之光學消光且因此有利之對比度。

由於配向層之定向，液晶介質採取混合配向(HAN)，即在承載平面配向層之基板處，毗鄰液晶分子之配向係平面的，而在承載垂直配向層之另一基板處，毗鄰液晶分子之配向係垂面的。向列主體層之此彈性形變引起彎電極化(P_f )，此乃因e₃ 在垂面表面上佔優且e₁ 在平面表面上佔優：
P_f = e₁ n(div n)+ e₃ (curl n) × n
其中e₁ 係展曲彎電係數，e₃ 係彎曲彎電係數，且n (div n)及(curl n) × n分別係展曲及彎曲向量。

較佳地，彈性形變及彎電極化位於平行於電極圖案且垂直於單元基板之同一平面中。

當施加DC電場時，彎電極化線性地偶合至所施加電場(E)，從而提供液晶之快速切換，藉此彎電反應提供極性依賴性切換，此為主動導通及關斷切換提供機會，從而使得反應速度顯著改良。

本發明之光調變元件可在業內人士普遍已知之習用驅動波形下操作。

然而，在本發明之較佳實施例中，可利用替代驅動波形。因此，可使用較獲得期望切換幅值所需DC脈衝之幅值大若干倍之短持續時間「反彈(kick)」或預脈衝來模擬較高電壓之存在，由此容許獲得較快速之切換速度。

通常，光調變元件之總切換時間(t_導通 + t_關斷 )係在1 ms至20 ms範圍內、較佳地在1 ms至10 ms範圍內、更佳地在1 ms至5 ms範圍內。

所需之施加電場強度主要取決於電極間隙。在較佳實施例中，所施加之電場強度較佳低於大約0.5 V/µm^-1 、較佳地低於大約0.2 V/µm^-1 且更佳地低於大約0.1 V/µm^-1 。

在較佳實施例中，所施加之驅動電壓係在0 V至大約10 V範圍內、更佳地在大約1 V至大約7 V範圍內且甚至更佳地在大約1.5 V至大約4.V範圍內。

本發明之光調變元件可用於各種類型之光學及光電裝置中。

該等光學及光電裝置包括(但不限於)光電顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置、光學資訊儲存裝置、光快門及智慧窗、防窺窗(privacy window)、虛擬現實裝置及增強現實裝置。

應瞭解，上文所述之多個特徵、尤其較佳實施例有其自身之發明性權力，而不僅僅作為本發明實施例之一部分。除目前所主張之任何發明以外或作為目前所主張之任何發明之替代發明，可尋求該等特徵之獨立保護。

應瞭解，可對本發明之前述實施例作出修改，而仍屬本發明之範圍內。除非另有說明，否則用於相同、等效或類似目的之替代特徵可代替本說明書中所揭示之每一特徵。因此，除非另有說明，否則每一所揭示特徵僅係一系列等效或類似特徵中之一個實例。

本說明書中所揭示之所有特徵可以任一組合進行組合，只是至少一些此等特徵及/或步驟相互排斥之組合除外。特定而言，本發明之較佳特徵適用於本發明之全部態樣且可以任一組合使用。同樣地，非必需組合中所闡述之特徵可單獨(並不組合)使用。

無需贅述，據信，熟習此項技術者可使用前文闡述最大程度地應用本發明。因此，以下實例僅應解釋為說明性，且無論如何不應解釋為以任何方式限制其餘揭示內容。

本申請案中所指示之參數範圍均包括含有如業內人士已知之最大允許誤差之限值。所指示用於各性質範圍之不同上限及下限值彼此組合而產生其他較佳範圍。

在本申請案且尤其以下實例中，液晶化合物之結構係由簡寫(亦稱為「首字母縮略詞」)表示。根據以下三個表A至C直接將簡寫轉變為相應結構。表A列示用於環要素之符號，表B列示用於連接基團之彼等符號且表C列示用於分子之左手側及右手側末端基團之彼等符號。
表 A ：環要素

表 B ：連接基團
表 C ： 末端基團

其中n及m各自係介於1與12之間的整數且三個點「...」指示用於此表之其他符號之空間。

實例
測試單元
製備具有以下參數之測試單元：
基板：AF-玻璃
IPS電極結構：4 µm電極寬度及8 µm電極間距
配向層，即提供有電極結構之底部基板：水平配向PI, AL-3046 (可自JSR, Japan商業購得)
配向層，即頂部基板：
垂直配向PI, AL-60702 (可自JSR, Japan商業購得)。

混合物 M1
製備以下混合物M-1

混合物 M-2
製備以下混合物M-2

混合物 M-3
藉由混合0.029 g混合物M-1 (14%-w/w)與0.176 g混合物M-2 (86%-w/w)製備混合物M-3，從而產生具有以下介電特性之混合物M-3：

對比實例 1
組裝如上文所闡述之測試單元，產生2.47 µm之單元間隙。用混合物M-1毛細管填充單元。
根據所施加電壓來測定切換速度t_導通及t_關斷。

如自以上給出之表中可見，測試單元顯示t_導通與增加之施加場之強依賴性，且與t_關斷幾乎不相關，此指示預期之介電類型切換機制。

實例 1
組裝如上文所闡述之測試單元，產生2.85 µm之單元間隙。用混合物M-3毛細管填充單元。
根據所施加電壓來測定切換速度t_導通及t_關斷。

如自以上給出之表中可見，與對比實例1相比，測試單元顯示切換速度與施加場之依賴性顯著較弱，此指示介電切換不係關鍵機制。

藉由使用過驅動定址或「反彈定址」，例如施加高電場較短時期，例如對於21 V 0-峰值，在波形前端施加69.9 V 「反彈脈衝」較短時間可達成1 ms以下之t_導通。此外，藉由施加負性反彈脈衝，可達成1 ms以下之t_關斷改良。

Claims

一種介質，其包含一或多種介電負性化合物及一或多種介電正性化合物，其特徵在於該介質展現在1 kHz之頻率及20℃下測定之在- 0.25至 + 0.25範圍內之介電各向異性(Δε)。
如請求項1之介質，其包含一或多種選自式IA、IB及IC化合物之群之介電負性化合物，其中 R^2A 、R^2B 及R^2C 各自彼此獨立地表示H；具有最多15個C原子之烷基或烯基，其係未經取代、經CN或CF₃ 單取代或至少經鹵素單取代，其中另外該等基團中之一或多個CH₂ 基團可以使得O原子彼此不直接連接之方式經-O-、-S-、、-C≡C-、-CF₂ O-、-OCF₂ -、-OC-O-或-O-CO-替代， L^1-4 各自彼此獨立地表示F、Cl、CF₃ 或CHF₂ ， Z² 及Z^2’ 各自彼此獨立地表示單鍵、-CH₂ CH₂ -、-CH=CH-、-CF₂ O-、-OCF₂ -、-CH₂ O-、-OCH₂ -、-COO-、-OCO-、-C₂ F₄ -、-CF=CF-、-CH=CHCH₂ O-， p 表示0、1或2， q 表示0或1，且 v 表示1至6。
如請求項1或2之介質，其包含一或多種介電正性化合物，該等化合物係選自式II及III化合物之群，其中 R²¹ 表示具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、氟化烷基或氟化烷氧基、具有2至7個C原子之烯基、烯基氧基、烷氧基烷基或氟化烯基，且較佳表示烷基或烯基， L²¹ 及L²² 表示H或F，較佳地L²¹ 表示F， X²¹ 表示鹵素、具有1至3個C原子之鹵化烷基或烷氧基或具有2或3個C原子之鹵化烯基或烯基氧基，較佳表示F、Cl、-OCF₃ 、-O-CH₂ CF₃ 、-O-CH=CH₂ 、-O-CH=CF₂ 或-CF₃ ，極佳表示F、Cl、-O-CH=CF₂ 或-OCF₃ ， m 表示0、1、2或3，較佳表示1或2且尤佳表示1， R³¹ 表示具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、氟化烷基或氟化烷氧基、具有2至7個C原子之烯基、烯基氧基、烷氧基烷基或氟化烯基，且較佳表示烷基或烯基， L³¹ 及L³² 彼此獨立地表示H或F，較佳地L³¹ 表示F， X³¹ 表示鹵素、具有1至3個C原子之鹵化烷基或烷氧基或具有2或3個C原子之鹵化烯基或烯基氧基、F、Cl、-OCF₃ 、-O-CH₂ CF₃ 、-O-CH=CF₂ 、-O-CH=CH₂ 或-CF₃ ，極佳表示F、Cl、-O-CH=CF₂ 或-OCF₃ ， Z³¹ 表示-CH₂ CH₂ -、-CF₂ CF₂ -、-COO-、反式- CH=CH-、反式- CF=CF-、-CH₂ O-或單鍵，較佳表示-CH₂ CH₂ -、-COO-、反式- CH=CH-或單鍵且極佳表示-COO-、反式- CH=CH-或單鍵，且 n 表示0、1、2或3，較佳表示1或3且尤佳表示1。
如請求項1至3中任一項之介質，其中該液晶介質包含一或多種式IV化合物其中 R⁴¹ 及R⁴² 彼此獨立地具有上文在式II下針對R²¹ 所指示之含義，及彼此獨立地且在出現兩次之情形中該等亦彼此獨立地表示 Z⁴¹ 及Z⁴² 彼此獨立地且在Z⁴¹ 出現兩次之情形中該等亦彼此獨立地表示-CH₂ CH₂ -、-COO-、反式- CH=CH-、反式- CF=CF-、-CH₂ O-、-CF₂ O-、-C≡C-或單鍵，且 p 表示0、1或2。
如請求項1至4中任一項之介質，其包含一或多種式V化合物，其中 R⁵¹ 及R⁵² 彼此獨立地具有上文在式II下針對R²¹ 所指示之含義， Z⁵¹ 及Z⁵² 彼此獨立地且在Z⁵¹ 出現兩次之情形中該等亦彼此獨立地表示-CH₂ CH₂ -、-COO-、反式- CH=CH-、反式- CF=CF-、-CH₂ O-、-CF₂ O-或單鍵，且 r 表示0、1或2。
如請求項1至5中任一項之介質，其中該等式IA及/或IB及/或IC之化合物在作為整體之該液晶介質中之量為至少10%。
如請求項1至6中任一項之介質，其中該等式II及/或III化合物在作為整體之該液晶介質中之量係在2%至90%範圍內。
如請求項1至7中任一項之介質，其中該等式IV及/或V化合物在作為整體之該液晶介質中之量係在2%至70%範圍內。
如請求項1至8中任一項之介質，其展現在0.08或更大至0.35或更大範圍內之雙折射率。
一種利用彎電效應之光調變元件，其包含如請求項1至9中任一項之介質。
如請求項10之光調變元件，其中該光調變係由所施加之平面內電場誘導。
如請求項10或11之光調變元件，其中「導通」狀態下之誘導遲滯係在1 nm至500 nm範圍內。
一種如請求項10或11之光調變元件在光電裝置中之用途。
一種光電裝置，其包含如請求項10或11之光調變元件。