TW202116984A

TW202116984A - 液晶介質及pnlc光調變元件

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Publication number: TW202116984A
Application number: TW109130734A
Authority: TW
Inventors: 史蒂芬馬爾卡希; 愛德華多貝爾崔葛蕾夏
Original assignee: 德商馬克專利公司
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2021-05-01
Also published as: CN114341314A; US20220348827A1; GB202205114D0; KR20220062042A; GB2602924B; WO2021048092A1; GB2602924A; JP2022546855A

Abstract

本發明係關於用於聚合物網路液晶(Polymer-Network Liquid Crystalline, PNLC)光調變元件之膽固醇液晶(LC)介質、其製造方法及該等膽固醇LC介質在PNLC光調變元件中之用途。此外，本發明係關於PNLC光調變元件本身、其製造方法、該等光調變元件在光學或電光裝置、特定而言在LC顯示器中之用途以及包含本發明之該等光調變元件之光學或電光裝置。

Description

液晶介質及PNLC光調變元件

本發明係關於用於聚合物網路液晶(Polymer-Network L iquid Crystalline, PNLC)光調變元件之膽固醇液晶(LC)介質、其製造方法及該等膽固醇LC介質在PNLC光調變元件中之用途。此外，本發明係關於PNLC光調變元件本身、其製造方法、該等光調變元件在光學或電光裝置、特定而言在LC顯示器中之用途以及包含本發明之該等光調變元件之光學或電光裝置。

可切換波導係使透明顯示器成為可能之液晶裝置。當LC單元為邊緣光型時，光可在LC單元之邊界內經歷全內反射。

在正常、配向狀態下，只要LC主體之折射率高於玻璃基板之折射率，即不妨礙光路徑。當手性液晶單元切換時，形成焦錐域且表觀折射率之此大變化導致混濁且隨後光自LC單元耦合輸出。

在此情況中，要求螺旋節距為微米量級，以使得反射帶在紅外光譜內。此消除LC單元中之任何色彩效應，且已在WO 2017/041872A1中報道液晶窗應用。然而，該等系統展現之切斷時間(t_off )不適用於需要快速切換之顯示器應用。

另外，具有44%之中等濁度值之用於動態散射的聚合物網路系統已在WO 2018/215393 A1中提出。就此而言，業內仍極需要開發具有高%濁度值同時保持該等裝置之快速切換之用於顯示器應用之系統。

鑒於上述問題，本發明係基於提供新穎適宜材料、特定而言用於PNLC光調變元件之膽固醇LC介質之目的，其中螺旋節距為微米量級，因此反射帶在紅外光譜中，其不具有上文所示之缺點或具有減小程度之缺點。熟習此項技術者可自以下描述即刻明瞭本發明之其他目標。

令人驚訝地，本發明者已發現，一或多個上文及下文所定義之目的可根據技術方案1由本發明達成。

因此，本發明係關於用於PNLC光調變元件之膽固醇LC介質，其包含 A) 一或多種可聚合化合物，其量以重量計為≥ 2%至≤ 10%，其中其至少一者係式I化合物， P¹¹ -Sp¹¹ -Ar-Sp¹² -P¹² I 其中 Ar係選自下式之基團

其視情況經一或多個基團L取代， L 在每次出現時相同或不同地係F、Cl、CN、P-Sp-、或具有1至25個C原子之直鏈、具支鏈或環狀烷基，其中一或多個非毗鄰CH₂ -基團視情況以O-及/或S-原子彼此不直接連接之方式經-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-替代，且其中一或多個H原子各自視情況經F或Cl替代， P¹¹ 及P¹² 各自且彼此獨立地表示可聚合基團， Sp¹¹ 及Sp¹² 各自且彼此獨立地表示視情況經一或多個基團P¹¹ 或P¹² 取代之間隔基團或單鍵，及 B) 一或多種不可聚合液晶原或液晶化合物，及 C) 一或多種手性化合物。

本發明膽固醇LC介質之液晶組分B)在下文中亦稱為「LC主體混合物」，且較佳包含一或多種、較佳至少兩種選自不可聚合之低分子量化合物之液晶原或LC化合物。

本發明進一步係關於如上下文所述之膽固醇LC介質或PNLC光調變元件，其中式I化合物或組分A)之可聚合化合物經聚合。

本發明進一步係關於製備如上下文所述之膽固醇LC介質之方法，其包含混合以下各項之步驟：一或多種液晶原或LC化合物、或LC主體混合物或LC組分B)，如上下文所述 ≥ 2%至≤ 10%之量之可聚合組分A)，其包含一或多種可聚合化合物、較佳由其組成，其至少一者係式I化合物，手性組分C)，其包含一或多種手性化合物以及視情況其他LC化合物及/或添加劑。

本發明進一步係關於如上下文所述之膽固醇LC介質在基於PNLC模式之光調變元件中之用途。

本發明進一步係關於PNLC光調變元件，其包含一對相對基板、平面內電極結構及位於該等基板之中間空間中之膽固醇LC介質，其特徵在於該光調變元件包含聚合物網路，該聚合物網路可自本發明膽固醇LC介質藉由將該膽固醇LC介質暴露於誘導膽固醇LC介質中可聚合化合物之光聚合的光化輻射獲得。

本發明進一步係關於包含聚合物網路之PNLC光調變元件，該聚合物網路可藉由聚合一或多種如上下文所述之式I化合物或可聚合組分A)獲得。

本發明進一步係關於如上下文所述之PNLC光調變元件在光學或電光裝置中之用途。因此，本發明亦係關於包含如上下文所述之PNLC光調變元件之光學或電光裝置本身。

本發明進一步係關於製備如上下文所述之PNLC光調變元件之方法，其中將如上下文所述之膽固醇LC介質引入至如上下文所述具有兩個基板及電極結構之LC單元中，且其中膽固醇LC介質之可聚合化合物經聚合。

特別地，藉由在PNLC光調變元件中利用本發明之膽固醇LC介質，較佳尤其可同時滿足上下文提及之要求。

具體而言，本發明之PNLC光調變元件較佳同時展現 - 高濁度值， - 有利的快速反應時間、特定而言有利的快速切斷時間(t_off )，及 - 定址所需之有利低電壓。另外，PNLC光調變元件可藉由相容、通常已知之用於大量生產之方法來生產。

術語及定義 除非另有明確說明，否則上下文應用以下含義：術語「液晶」、「介晶化合物(mesomorphic compound)」或「液晶原化合物」(亦簡稱為「液晶原」)意指在適宜溫度、壓力及濃度條件下可作為中間相(向列相、層列相等)或特定而言作為LC相存在之化合物。非兩親性液晶原化合物包含(例如)一或多個棒狀、香蕉形或盤狀液晶原基團。

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。亦可能該等液晶原化合物僅在與其他化合物之混合物中或當該等液晶原化合物或材料或其混合物聚合時才顯示液晶中間相。此包括低分子量非反應性液晶化合物、反應性或可聚合液晶化合物及液晶聚合物。為簡明起見，術語「液晶」在下文中用於液晶原及LC材料二者。

棒狀液晶原基團通常包含由一或多個彼此直接或經由鏈接基團連接之芳香族或非芳香族環狀基團組成之液晶原核心、視情況包含附接至液晶原核心之末端之末端基團且視情況包含一或多個附接至液晶原核心之長側之側基，其中該等末端基團及側基通常選自(例如)碳基或烴基、極性基團(如鹵素、硝基、羥基等)或可聚合基團。

術語「反應性液晶原」或「可聚合LC化合物」意指可聚合液晶原或液晶化合物、較佳單體化合物。該等化合物可作為純淨化合物或作為反應性液晶原與其他起光起始劑、抑制劑、表面活性劑、穩定劑、鏈轉移劑、不可聚合化合物等作用之化合物之混合物使用。

具有一個可聚合基團之可聚合化合物亦稱為「單反應性」化合物，具有兩個可聚合基團之化合物稱為「二反應性」化合物，且具有多於兩個可聚合基團(即，三個、四個、五個或更多個)之化合物稱為「多反應性」化合物。無可聚合基團之化合物亦稱為「非反應性或不可聚合」化合物。

術語「非液晶原化合物或材料」意指不含有如上文或下文所定義之液晶原基團之化合物或材料。

如本文所用，術語「不可聚合化合物或不可聚合液晶原或液晶化合物」將理解為意指不含有適於在通常施加用於RM聚合之條件下聚合之官能基之液晶化合物。

「可聚合基團」(P)較佳選自含有C=C雙鍵或C≡C三鍵之基團及適於開環聚合之基團，例如氧雜環丁烷或環氧化物基團。

較佳地，可聚合基團(P)選自由以下組成之群：CH₂ =CW¹ -COO-、CH₂ =CW¹ -CO-、

、

、

、

、CH₂ =CW² -(O)_k3 -、CW¹ =CH-CO-(O)_k3 -、CW¹ =CH-CO-NH-、CH₂ =CW¹ -CO-NH-、CH₃ -CH=CH-O-、(CH₂ =CH)₂ CH-OCO-、(CH₂ =CH-CH₂ )₂ CH-OCO-、(CH₂ =CH)₂ CH-O-、(CH₂ =CH-CH₂ )₂ N-、(CH₂ =CH-CH₂ )₂ N-CO-、CH₂ =CW¹ -CO-NH-、CH₂ =CH-(COO)_k1 -Phe-(O)_k2 -、CH₂ =CH-(CO)_k1 -Phe-(O)_k2 -、Phe-CH=CH-，其中 W¹ 表示H、F、Cl、CN、CF₃ 、苯基或具有1至5個C原子之烷基，特定而言H、F、Cl或CH₃ ， W² 表示H或具有1至5個C原子之烷基，特定而言H、甲基、乙基或正丙基， W³ 及W⁴ 各自彼此獨立地表示H、Cl或具有1至5個C原子之烷基，Phe表示1,4-伸苯基，其視情況經一或多個如上文所定義但不同於P-Sp之基團L取代，較佳地，較佳取代基L係F、Cl、CN、NO₂ 、CH₃ 、C₂ H₅ 、OCH₃ 、OC₂ H₅ 、COCH₃ 、COC₂ H₅ 、COOCH₃ 、COOC₂ H₅ 、CF₃ 、OCF₃ 、OCHF₂ 、OC₂ F₅ 、此外苯基，及 k₁ 、k₂ 及k₃ 各自彼此獨立地表示0或1，k₃ 較佳表示1，且k₄ 係1至10之整數。

尤佳可聚合基團(P)係CH₂ =CH-COO-、CH₂ =C(CH₃ )-COO-、CH₂ =CF-COO-、CH₂ =CH-、CH₂ =CH-O-、(CH₂ =CH)₂ CH-OCO-、(CH₂ =CH)₂ CH-O-、

及

，其中W² 表示H或具有1至5個C原子之烷基、特定而言H、甲基、乙基或正丙基，且k₁ 表示0或1。

其他較佳可聚合基團(P)係乙烯基、乙烯基氧基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、氟丙烯酸酯、氯丙烯酸酯、氧雜環丁烷及環氧化物，最佳丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，特定而言丙烯酸酯。

較佳地，所有多反應性可聚合化合物及其子式含有一或多個含有兩個或更多個可聚合基團P (多反應性可聚合基團)之具支鏈基團而非一或多個基團P-Sp-。

此類型之適宜基團及含有其之可聚合化合物闡述於例如US 7,060,200 B1或US 2006/0172090 A1中。

尤佳者係選自下列各式之多反應性可聚合基團： -X-alkyl-CHP^x -CH₂ -CH₂ P^y I*a -X-alkyl-C(CH₂ P^x )(CH₂ P^y )-CH₂ P^z I*b -X-alkyl-CHP^x CHP^y -CH₂ P^z I*c -X-alkyl-C(CH₂ P^x )(CH₂ P^y )-C_aa H_2aa+1 I*d -X-alkyl-CHP^x -CH₂ P^y I*e -X-alkyl-CHP^x P^y I*f -X-alkyl-CP^x P^y -C_aa H_2aa+1 I*g -X-alkyl-C(CH₂ P^v )(CH₂ P^w )-CH₂ OCH₂ -C(CH₂ P^x )(CH₂ Py)CH₂ P^z I*h -X-alkyl-CH((CH₂ )_aa P^x )((CH₂ )_bb P^y ) I*i -X-alkyl-CHP^x CHP^y -C_aa H_2aa+1 I*k 其中 alkyl 表示單鍵或具有1至12個C原子之直鏈或具支鏈伸烷基，其中一或多個非毗鄰CH₂ 基團各自可彼此獨立地以O及/或S原子彼此不直接連接之方式經-C(R^x )=C(R^x )-、-C≡C-、-N(R^x )-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-替代，且此外其中一或多個H原子可經F、Cl或CN替代，其中R^x 具有上文所提及含義中之一者，_aa 及_bb 各自彼此獨立地表示0、1、2、3、4、5或6， X 具有針對X’所指示含義中之一者，且 P^v 至P^z 各自彼此獨立地具有上文針對P所指示含義中之一者。

如本文所用，術語「間隔基團」(在下文中亦稱為「Sp」)已為熟習此項技術者所已知且闡述於文獻中，參見(例如)Pure Appl. Chem. 2001, 73(5), 888及C. Tschierske、G. Pelzl、S. Diele,Angew. Chem. 2004 , 116, 6340-6368。如本文所用，術語「間隔基團」或「間隔基」意指連接可聚合液晶原化合物中之液晶原基團及可聚合基團之撓性基團，例如伸烷基。

若間隔基團Sp不為單鍵，則其較佳具有式Sp’-X’，以使得各別基團P-Sp-符合式P-Sp’-X’，其中 Sp' 表示具有1至20個、較佳1至12個C原子之伸烷基，其視情況經F、Cl、Br、I或CN單取代或多取代且此外其中一或多個非毗鄰CH₂ 基團各自可彼此獨立地以O及/或S原子彼此不直接連接之方式經-O-、-S-、-NH-、-NR^xx -、-SiR^xx R^yy -、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-NR^xx -CO-O-、-O-CO-NR^xx -、-NR^xx -CO-NR^yy -、-CH=CH-或-C≡C-替代， X' 表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR^xx -、-NR^xx -CO-、-NR^xx -CO-NR^yy -、-OCH₂ -、-CH₂ O-、-SCH₂ -、-CH₂ S-、-CF₂ O-、-OCF₂ -、-CF₂ S-、-SCF₂ -、-CF₂ CH₂ -、-CH₂ CF₂ -、-CF₂ CF₂ -、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR^xx -、-CY^xx =CY^xx -、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，較佳表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR^xx -、-NR^xx -CO-、-NR^xx -CO-NR^yy -或單鍵， R^xx 及R^yy 各自彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之烷基，且 Y^xx 及Y^yy 各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN。

典型間隔基團Sp'係例如-(CH₂ )_p1 -、-(CH₂ CH₂ O)_q1 -CH₂ CH₂ -、-CH₂ CH₂ -S-CH₂ CH₂ -、-CH₂ CH₂ -NH-CH₂ CH₂ -或-(SiR^xx R^yy -O)_p1 -，其中p1係1至12之整數，q1係1至3之整數，且R^xx 及R^yy 彼此獨立地具有以上提及之含義。

尤佳基團-X'-Sp'-係-(CH₂ )_p1 -、-O-(CH₂ )_p1 -、-OCO-(CH₂ )_p1 -、-OCOO-(CH₂ )_p1 -，其中p1係1至12之整數。

尤佳基團Sp'係例如亞甲基、伸乙基或直鏈烷基鏈，例如伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸庚基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十八烷基或伸乙基氧基伸乙基、亞甲基氧基伸丁基、伸乙基硫代伸乙基、伸乙基-N-甲基亞胺基伸乙基、1-甲基伸烷基、伸乙烯基、伸丙烯基及伸丁烯基。

如本文所用，術語「聚合物」應理解為意指包含一或多種不同類型之重複單元(分子之最小組成單元)之骨架之分子且包括通常已知術語「寡聚物」、「共聚物」、「均聚物」及諸如此類。此外，應理解，術語聚合物除聚合物本身外亦包括起始劑、觸媒及與此一聚合物之合成有關之其他成分之殘基，其中該等殘基應理解為未以共價方式併入其中。另外，該等殘餘物及其他成分儘管通常在聚合後純化製程期間去除，但其通常與聚合物混合或共混，從而當聚合物在容器之間或在溶劑或分散介質之間轉移時其通常與聚合物保持在一起。

如本發明中所用，術語「(甲基)丙烯酸聚合物」包括自(甲基)丙烯酸單體獲得之聚合物、可自(甲基)丙烯酸單體獲得之聚合物及可自甲基丙烯酸單體與丙烯酸單體之混合物獲得之相應共聚物。

「聚合物網路」係其中所有聚合物鏈藉由許多交聯互連以形成單一宏觀實體之網路，若在PNLC裝置中使用，則其較佳延伸穿過整個單元。

聚合物網路可存在於以下類型中： 1. 接枝聚合物分子係其中一或多個側鏈在結構或構形上與主鏈不同之具支鏈聚合物分子。 2. 星形聚合物分子係其中單一分支點產生多個線性鏈或臂之具支鏈聚合物分子。若各臂相同，則認為星形聚合物分子係規則的。若毗鄰臂由不同的重複子單元組成，則認為星形聚合物分子係多樣化的。 3. 梳形聚合物分子係由具有兩個或更多個三分支點之主鏈及線性側鏈組成。若各臂相同，則認為梳形聚合物分子係規則的。 4. 刷狀聚合物分子係由具有線性、無支鏈側鏈之主鏈組成，且其中一或多個分支點具有四官能度或更大官能度。

術語「聚合」意指藉由將多個可聚合基團或含有該等可聚合基團之聚合物前體(可聚合化合物)鍵結在一起以形成聚合物之化學過程。

如C. Tschierske、G. Pelzl及S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368中給出之定義應另外適用於先前給出之定義且特定而言與本申請案中之液晶材料有關之未定義術語。

雙折射Δn在本文中由以下方程式定義 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. 係由以下方程式給出： n_av. = [(2 n_o ² + n_e ² )/3]^1/2 。

非常折射率n_e 及尋常折射率n_o 可例如使用經改質阿貝折射計(Abbe refractometer)根據「Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals」, Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany量測。

可見(VIS)光係波長在約400 nm至約800 nm範圍內之電磁輻射。除非另有說明，否則紫外(UV)光係波長在約200 nm至約400 nm範圍內之電磁輻射。除非另有說明，否則紅外(IR)光係波長在約800 nm至約1 mm範圍內之電磁輻射。

術語「透明」在此申請案之上下文中意指藉助PNLC光調變元件透射之VIS光為入射光之至少65%、更佳至少80%、甚至更佳至少90%。

輻射劑量(E_e )定義為入射於表面上之每單位面積(dA)之電磁輻射功率(dθ)： E_e = dθ/dA。

輻射強度(H_e )定義為每時間(t)之輻射劑量(E_e )： H_e = E_e ∙ t。

術語「澄清點」意指發生具有最高溫度範圍之中間相與各向同性相之間轉變之溫度。

術語「手性」通常用於闡述不可重疊於其鏡像上之物體。

「非手性(Achiral, non-chiral)」物體係與其鏡像相同之物體。

除非另有明確說明，否則術語「手性向列型」及「膽固醇型」在本申請案中係同義使用。

手性向列織構或膽固醇液晶(CLC)展現圓偏振光之選擇性反射，其中光矢量之旋轉方向與膽固醇螺旋之旋轉方向相對應。

反射波長λ係由膽固醇螺旋之間距p及膽固醇液晶之平均雙折射率n根據以下方程式給出： λ = n ^. p

CLC介質可例如藉由用具有高扭轉力之手性摻雜劑摻雜向列型LC介質來製備。然後，根據以下方程式由濃度c及手性摻雜劑之螺旋扭轉力HTP給出所誘導膽固醇螺旋之螺距p： p = (HTP c)^-1

亦可使用兩種或以上摻雜劑以例如補償個別摻雜劑之HTP的溫度依賴性，並因此達成CLC介質之螺旋節距及反射波長的低溫依賴性。對於總HTP (HTP_total )，則保持近似等於以下方程式： HTP_total = ∑_i c_i HTP_i 其中c_i 係每一個別摻雜劑之濃度且HTP_i 係每一個別摻雜劑之螺旋扭轉力。

在整個申請案中且除非另有明確說明，否則所有濃度均以重量百分比列舉且係關於各別混合物整體，所有溫度均以攝氏度列舉且所有溫度差均以度數差列舉。

在本申請案中，術語「介電正性」用於Δε ＞ 3.0之化合物或組分，「介電中性」用於-1.5 ≤ Δε ≤ 3.0之化合物或組分且「介電負性」用於Δε ＜ -1.5之化合物或組分。

Δε係以1 kHz之頻率且於20℃下測定。各別化合物之介電各向異性係自各別個別化合物於向列型主體混合物中之10%溶液之結果測定。在各別化合物於主體介質中之溶解度小於10%之情形下，使其濃度降低2倍直至所得介質足夠穩定以至少允許測定其性質。然而，在較佳實施例，濃度保持至少為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之兩種單元中測得。該兩種類型單元之單元間隙係約20 µm。所施加電壓係頻率為1 kHz且均方根值通常為0.5 V至1.0 V之矩形波；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定義為(ε_‖ – ε_⊥ )，其中ε_av. 為(ε_‖ + 2ε_⊥ )/3。化合物之介電常數係自添加所關注化合物時主體介質各自值的變化確定。將該等值外推至100%之所關注化合物濃度。典型主體介質係ZLI-4792或BL-087，二者均購自Merck, Darmstadt。

除非上下文另外明確指出，否則如本文所用，術語之複數形式應解釋為包括單數形式，反之亦然。

對於本發明，

及

表示1,4-伸環己基，較佳地

及

表示反式-1,4-環伸己基。

對於本發明，

及

表示1,4-伸苯基。

對於本發明，基團-COO-、-C(=O)O-或-CO₂ -表示式

之酯基團，且基團-OCO-、-OC(=O)-、-O₂ C-或-OOC-表示式

之酯基團。

在基團

中，兩個環原子之間所顯示之單鍵可連接至苯環之任何自由位置。

在上下文中，「碳基團」表示含有至少一個碳原子之單價或多價有機基團，其不含其他原子(例如，C≡C)或視情況含有一或多個其他原子，例如N、O、S、P、Si、Se、As、Te或Ge (例如羰基等)。「烴基團」表示另外含有一或多個H原子及視情況一或多個雜原子(例如N、O、S、P、Si、Se、As、Te或Ge)之碳基團。

碳基或烴基可為飽和或不飽和基團。不飽和基團係(例如)芳基、烯基或炔基。具有多於3個C原子之碳基或烴基可為直鏈、具支鏈及/或環狀且可含有螺鏈接或稠合環。

在整個申請案中，除非另有明確說明，否則術語「芳基及雜芳基」涵蓋可為單環或多環之基團，即其可具有一個環(例如，苯基)或兩個或更多個環，該等環亦可稠合(例如，萘基)或共價鏈接(例如，聯苯)，或含有稠環及鏈接環之組合。

雜芳基含有一或多個較佳選自O、N、S及Se之雜原子。尤佳者係具有6至25個C原子之單環、二環或三環芳基及具有2至25個C原子之單環、二環或三環雜芳基，其視情況含有稠環且視情況經取代。其他較佳者係5員、6員或7員芳基及雜芳基，其中另外一或多個CH基團可以O原子及/或S原子彼此不直接鏈接之方式經N、S或O替代。較佳芳基係(例如)苯基、聯苯、聯三苯、[1,1':3',1'']聯三苯-2'-基、萘基、蒽基、聯萘、菲、芘、二氫芘、苯并菲、苝、稠四苯、稠五苯、苯并芘、茀、茚、茚并茀、螺二茀，更佳1,4-伸苯基、4,4’-伸聯苯、1,4-伸聯三苯。

較佳雜芳基係(例如) 5員環，例如吡咯、吡唑、咪唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、四唑、呋喃、噻吩、硒吩、噁唑、異噁唑、1,2-噻唑、1,3-噻唑、1,2,3-噁二唑、1,2,4-噁二唑、1,2,5-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑、1,3,4-噻二唑；6員環，例如吡啶、嗒嗪、嘧啶、吡嗪、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪、1,2,3-三嗪、1,2,4,5-四嗪、1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪；或稠合基團，例如吲哚、異吲哚、吲嗪、吲唑、苯并咪唑、苯并三唑、嘌呤、萘并咪唑、菲并咪唑、吡啶并咪唑、吡嗪并咪唑、喹喔啉并咪唑、苯并噁唑、萘并噁唑、蒽并噁唑、菲并噁唑、異噁唑、苯并噻唑、苯并呋喃、異苯并呋喃、二苯并呋喃、喹啉、異喹啉、蝶啶、苯并-5,6-喹啉、苯并-6,7-喹啉、苯并-7,8-喹啉、苯并異喹啉、吖啶、吩噻嗪、吩噁嗪、苯并嗒嗪、苯并嘧啶、喹喔啉、吩嗪、萘啶、氮雜咔唑、苯并哢啉、菲啶、啡啉、噻吩并[2,3b]噻吩、噻吩并[3,2b]-噻吩、二噻吩并噻吩、異苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并噻二唑并噻吩或該等基團之組合。雜芳基亦可經烷基、烷氧基、硫代烷基、氟、氟烷基或其他芳基或雜芳基取代。

在本申請案之上下文中，術語「(非芳香族)脂環基及雜環基」涵蓋飽和環(即，僅含有單鍵之彼等)及部分不飽和環(即，亦可含有多重鍵之彼等)。雜環含有一或多個較佳選自Si、O、N、S及Se之雜原子。(非芳香族)脂環基及雜環基可為單環(即，僅含一個環(例如環己烷))或多環(即，含有複數個環(例如十氫萘或二環辛烷))。尤佳者係飽和基團。其他較佳者係具有3至25個C原子之單環、二環或三環基團，其視情況含有稠合環且視情況經取代。其他較佳者係5員、6員、7員或8員碳環基團，其中另外一或多個C原子可經Si替代及/或一或多個CH基團可經N替代及/或一或多個非毗鄰CH₂ 基團可經-O-及/或-S-替代。較佳脂環基及雜環基係(例如) 5員基團，例如環戊烷、四氫呋喃、四氫噻吩、吡咯啶；6員基團，例如環己烷、矽雜環己烷、環己烯、四氫吡喃、四氫噻喃、1,3-二噁烷、1,3-二噻烷、六氫吡啶；7員基團，例如環庚烷；及稠合基團，例如四氫化萘、十氫化萘、二氫茚、二環[1.1.1]戊烷-1,3-二基、二環[2.2.2]辛烷-1,4-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基、八氫-4,7-亞甲基二氫茚-2,5-二基，更佳地1,4-伸環己基、4,4’-二伸環己基、3,17-十六氫-環戊[a]菲，其視情況經一或多個相同或不同基團L取代。尤佳芳基、雜芳基、脂環基及雜環基係1,4-伸苯基、4,4’-伸聯苯基、1,4-伸聯三苯基、1,4-伸環己基、4,4’-二伸環己基及3,17-十六氫-環戊[a]-菲，其視情況經一或多個相同或不同基團L取代。

上述芳基、雜芳基、脂環族基及雜環基之較佳取代基(L)係(例如)促溶解性基團(例如烷基或烷氧基)及吸電子基團(例如氟、硝基或腈)。

較佳取代基(在下文亦稱為「L」)係例如F、Cl、Br、I、-OH、-CN、-NO₂ 、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(R^x )₂ 、-C(=O)Y^x 、-C(=O)R^x 、-C(=O)OR^x 、-N(R^x )₂ ，其中R^x 具有上文提及之含義，且上述Y^x 表示鹵素、視情況經取代之矽基、具有4至40個、較佳4至20個環原子之視情況經取代之芳基或雜芳基及具有1至25個C原子之直鏈或具支鏈烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，其中一或多個H原子可視情況經F或Cl取代。

「經取代之矽基或芳基」較佳意指經鹵素、-CN、R^y 、-OR^y 、-CO-R^y 、-CO-O-R^y 、-O-CO-R^y 或-O-CO-O-R^y 取代之矽基或芳基，其中R^y 表示H、具有1至12個C原子之直鏈、具支鏈或環狀烷基鏈。

在上下文所示之式中，經取代伸苯基環

較佳為

或

其中L每次出現時相同或不同的具有上下文所給出含義中之一者，且較佳係F、Cl、CN、NO₂ 、CH₃ 、C₂ H₅ 、C(CH₃ )₃ 、CH(CH₃ )₂ 、CH₂ CH(CH₃ )C₂ H₅ 、OCH₃ 、OC₂ H₅ 、COCH₃ 、COC₂ H₅ 、COOCH₃ 、COOC₂ H₅ 、CF₃ 、OCF₃ 、OCHF₂ 、OC₂ F₅ 或P-Sp-，極佳F、Cl、CN、CH₃ 、C₂ H₅ 、OCH₃ 、COCH₃ 、OCF₃ 或P-Sp-，最佳F、Cl、CH₃ 、OCH₃ 、COCH₃ 或OCF₃ 。

「鹵素」表示F、Cl、Br或I，較佳F或Cl，更佳F。

在上下文中，術語「烷基」、「芳基」、「雜芳基」等亦涵蓋多價基團，例如伸烷基、伸芳基、伸雜芳基等。

術語「芳基」表示芳香族碳基團或由其衍生之基團。

術語「雜芳基」表示根據以上定義含有一或多個雜原子之「芳基」。

較佳烷基係(例如)甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、2-甲基丁基、正戊基、第二戊基、環戊基、正己基、環己基、2-乙基己基、正庚基、環庚基、正辛基、環辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、十二烷基、三氟甲基、全氟-正丁基、2,2,2-三氟乙基、全氟辛基、全氟己基等。

較佳烷氧基係(例如)甲氧基、乙氧基、2-甲氧基乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、2-甲基丁氧基、正戊氧基、正己氧基、正庚氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、正十一烷氧基、正十二烷氧基。

較佳烯基係(例如)乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、環戊烯基、己烯基、環己烯基、庚烯基、環庚烯基、辛烯基、環辛烯基。

較佳炔基係(例如)乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、辛炔基。

較佳胺基係(例如)二甲基胺基、甲基胺基、甲基苯基胺基、苯基胺基。

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」以該等詞語之變體(例如「包含(comprising, comprises)」)意指「包括但不限於」，並且不意欲(並且不)排除其他組分。另一方面，詞語「包含」亦涵蓋術語「由……組成」但不限於此。

在本說明書之整個說明及申請專利範圍中，詞語「可獲得」及「所獲得」及該等詞語之變體意指「包括但不限於」，並且不意欲(並且不)排除其他組分。另一方面，詞語「可獲得」亦涵蓋術語「所獲得」，但不限於此。

術語「配向」或「定向」涉及材料之各向異性單元(例如小分子或大分子之片段)在稱為「配向方向」之共同方向上之配向(定向排列)。在液晶材料之配向層中，液晶指向矢與配向方向一致，以使得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)意指一定比例之液晶分子之長分子軸(在棒狀化合物之情形中)或短分子軸(在盤狀化合物之情形中)實質上平行於(約180°)層之平面定向。

術語「垂直定向/配向」(例如在液晶材料層中)意指一定比例之液晶分子之長分子軸(在棒狀化合物之情形中)或短分子軸(在盤狀化合物之情形中)相對於層之平面以約80°至90°之間之角度θ (「傾斜角」)定向。

較佳地，在如上下文所述之式I及其子式之化合物中，化合物中所存在之所有可聚合基團P具有相同含義，且更佳表示丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、最佳甲基丙烯酸酯。

其他較佳者係其中基團Ar選自式Ar5、Ar6及Ar7且化合物中存在之基團P相同或不同之式I及其子式之化合物。

在如上下文所述之式I及其子式之化合物中，Ar較佳選自式Ar1、Ar2及Ar5。

式I之較佳化合物係選自以下子式

其中P、Sp及L具有在式I中所給出含義中之一者， r1、r3、r7 彼此獨立地係0、1、2或3， r2 係0、1、2、3或4， r4、r5、r6 彼此獨立地係0、1或2。

極佳者係式I1、I2及I5之化合物。

式I之其他較佳化合物係選自以下子式

其中P、Sp、L、r1-r7具有式I中所給出之含義或如上下文所給出較佳含義中之一者。

式I之其他較佳化合物係選自以下子式：

其中P、Sp具有上文或下文給出之含義，且L^a 及L^b 各自且彼此獨立地具有上下文針對L所給出含義中之一者。

子式I1-1-1至I2-1-18之極佳化合物係其中所有基團P相同且表示丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基團之彼等、此外其中Sp係-(CH₂ )_p1 -、-(CH₂ )_p1 -O-、-(CH₂ )_p1 -O-CO-或-(CH₂ )_p1 -CO-O- (其中p1係1至12、較佳1至6之整數，且O-或CO-基團連接至苯環)之彼等、此外其中L^a 及L^b 表示F、CH₃ 、CH₂ CH₃ 、OCH₃ 、OC₂ H₅ 、O(CH₂ )₂ CH₃ 、OC(CH₃ )₃ 或OCF₃ 之彼等。

式I及其子式之其他較佳化合物選自以下較佳實施例，包括其任何組合： - 化合物中之所有基團P具有相同含義， - Ar選自式Ar1、Ar2、Ar3及Ar4，且化合物中存在之所有基團P具有相同含義， - Ar選自式Ar1、Ar2、Ar3、Ar4及Ar5，且化合物中存在之所有基團P具有相同含義， - Ar選自式Ar1、Ar2、Ar3、Ar4及Ar6，且化合物中存在之所有基團P具有相同含義， - Ar選自式Ar1、Ar2、Ar3、Ar4及Ar7，且化合物中存在之所有基團P具有相同含義， - Ar選自式Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5及Ar7，且化合物中存在之所有基團P具有相同含義， - Ar選自式Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar6及Ar7，且化合物中存在之所有基團P具有相同含義， - Ar係選自式Ar5，且化合物中存在之基團P可具有相同或不同含義， - Ar係選自式Ar6，且化合物中存在之基團P可具有相同或不同含義， - Ar係選自式Ar7，且化合物中存在之基團P可具有相同或不同含義， - 化合物恰好含有兩個可聚合基團(由基團P表示)， - P選自由以下組成之群：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及氧雜環丁烷， - Sp當不為單鍵時，為-(CH₂ )_p2 -、-(CH₂ )_p2 -O-、-(CH₂ )_p2 -CO-O-、-(CH₂ )_p2 -O-CO-，其中p2為2、3、4、5或6，且O-原子或CO-基團分別連接至苯環， - L^b 當不同於L^a 時，表示F、Cl或CN， - L^a 為F、CH₃ 、CH₂ CH₃ 、OCH₃ 、OC₂ H₅ 、O(CH₂ )₂ CH₃ 、OC(CH₃ )₃ 或OCF₃ ， - r1、r2及r3表示0或1， - r1、r2、r3、r4、r5及r6表示0或1， - r1及r7中之一者為0且另一者為1， - r1為1，且r2及r3為0， - r3為1且r1及r2為0, - r4及r5中之一者為0且另一者為1， - r4及r6為0且r5為1， - r1及r4為0且r3為1， - r1及r3為0且r4為1， - r3及r4為0且r1為1。

式I及其子式之其他較佳化合物選自式I1-1-1、I1-1-3、I1-2-2及I2-1-1至I2-1-6之化合物，其中P選自由以下組成之群：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及氧雜環丁烷，L^a 及L^b 各自且彼此獨立地為F、CH₃ 、CH₂ CH₃ 、OCH₃ 、OC₂ H₅ 、O(CH₂ )₂ CH₃ 、OC(CH₃ )₃ 或OCF₃ 。

式I及其子式之化合物及中間體可以類似於熟習此項技術者已知且闡述於有機化學之標準著作(例如Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Thieme-Verlag, Stuttgart)中之製程製備。

舉例而言，丙烯酸或甲基丙烯酸酯可藉由使相應醇利用酸衍生物(例如(甲基)丙烯醯氯或(甲基)丙烯酸酐)在鹼(例如吡啶或三乙胺、及4-(N,N -二甲基胺基)吡啶(DMAP))之存在下酯化來製備。或者，酯可藉由使醇利用(甲基)丙烯酸在去水劑(例如，根據Steglich利用二環己基碳二亞胺(DCC)、N -(3-二甲基胺基丙基)-N’ -乙基碳二亞胺(EDC)或N -(3-二甲基胺基丙基)-N’ -乙基碳二亞胺鹽酸鹽及DMAP)之存在下酯化來製備。

尤佳者係其中可聚合組分A)包含一種、兩種或三種式I可聚合化合物之膽固醇LC介質。

此外較佳者係其中可聚合組分A)排他地包含式I之可聚合化合物之膽固醇LC介質。

視情況，一或多種聚合起始劑可添加至膽固醇LC介質中。聚合之適宜條件及起始劑之適宜類型及量為熟習此項技術者已知且闡述於文獻中。

適用於自由基聚合者係(例如)市售光起始劑Irgacure651^® 、Irgacure184^® 、Irgacure907®、Irgacure369^® 或Darocure1173^® (Ciba AG)。若採用聚合起始劑，則其比例較佳為0.001重量%至5重量%，尤佳為0.001重量%至1重量%。

本發明之可聚合化合物亦適於無起始劑之聚合，此伴隨相當大的優點，例如較低材料成本及特定而言由可能殘留量之起始劑或其降解產物造成之膽固醇LC介質的較少污染。因此，亦可在不添加起始劑情況下實施聚合。在較佳實施例中，膽固醇LC介質不含聚合起始劑。

膽固醇LC介質亦可包含一或多種穩定劑以防止RM在(例如)儲存或運輸期間發生不期望之自發聚合。穩定劑之適宜類型及量為熟習此項技術者已知且闡述於文獻中。

特定適宜者係(例如)來自Irganox®系列(Ciba AG)之市售穩定劑，例如Irganox® 1076。若採用穩定劑，則其比例基於RM或可聚合組分(組分A)之總量較佳為10 ppm至500,000 ppm，尤佳為50 ppm至50,000 ppm。

較佳地，本發明之膽固醇LC介質基本上由以下組成：可聚合組分A)或一或多種式I之可聚合化合物、LC組分B)或LC主體混合物、及包含一或多種如上下文所述之手性化合物之手性組分C)。

然而，膽固醇LC介質可另外包含一或多種其他組分或添加劑，較佳選自包括(但不限於)以下之清單：抑制劑、其他穩定劑、潤濕劑、潤滑劑、分散劑、疏水劑、黏合劑、流動改良劑、消泡劑、除氣劑、稀釋劑、反應性稀釋劑、輔助劑、著色劑、染料、顏料及奈米粒子。

在另一較佳實施例中，可聚合組分A)除式I化合物以外亦包含一或多種較佳選自RM之其他可聚合化合物(「共單體」)。

適宜且較佳液晶原共單體選自下式：

其中個別基團具有下列含義： P¹ 、P² 及P³ 各自彼此獨立地表示丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基團， Sp¹ 、Sp² 及Sp³ 各自彼此獨立地表示單鍵或具有上下文針對Sp所指示含義中之一者之間隔基團，且尤佳表示-(CH₂ )_p1 -、-(CH₂ )_p1 -O-、-(CH₂ )_p1 -CO-O-、-(CH₂ )_p1 -O-CO-或-(CH₂ )_p1 -O-CO-O-，其中p1係1至12之整數，其中另外基團P¹ -Sp¹ -、P¹ -Sp² -及P³ -Sp³ -中之一或多者可表示R^aa ，前提條件係存在之基團P¹ -Sp¹ -、P² -Sp² 及P³ -Sp³ -中之至少一者不同於R^aa ， R^aa 表示H、F、Cl、CN或具有1個至25個C原子之直鏈或具支鏈烷基，其中另外一或多個非毗鄰CH₂ 基團可各自彼此獨立地以O及/或S原子彼此不直接連接之方式經C(R⁰ )=C(R⁰⁰ )-、-C≡C-、-N(R⁰ )-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-替代，且其中另外一或多個H原子可經F、Cl、CN或P¹ -Sp¹ -替代，尤佳具有1至12個C原子之直鏈或具支鏈、視情況經單氟化或多氟化之烷基、烷氧基、烯基、炔基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基(其中該等烯基及炔基具有至少兩個C原子且具支鏈基團具有至少三個C原子)， R⁰ 、R⁰⁰ 各自彼此獨立地且在每次出現時相同或不同地表示H或具有1至12個C原子之烷基， R^y 及R^z 各自彼此獨立地表示H、F、CH₃ 或CF₃ ， X¹ 、X² 及X³ 各自彼此獨立地表示-CO-O-、-O-CO-或單鍵， Z¹ 表示-O-、-CO-、-C(R^y R^z )-或-CF₂ CF₂ -， Z² 及Z³ 各自彼此獨立地表示-CO-O-、-O-CO-、-CH₂ O-、-OCH₂ -、-CF₂ O-、-OCF₂ -或-(CH₂ )_n -，其中n為2、3或4， L 在每次出現時相同或不同地表示F、Cl、CN、或具有1至12個C原子之直鏈或具支鏈、視情況單氟化或多氟化之烷基、烷氧基、烯基、炔基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，較佳表示F， L'及L'' 各自彼此獨立地表示H、F或Cl， r 表示0、1、2、3或4， s 表示0、1、2或3， t 表示0、1或2， x 表示0或1。

尤佳者係式M2、M13、M17、M22、M23、M24及M30之化合物。

其他較佳者係三反應性化合物M15至M30、特定而言M17、M18、M19、M22、M23、M24、M25、M26、M30及M31。

在式M1至M31之化合物中，基團

較佳為

或

其中L在每次出現時相同或不同的具有上文或下文所給出含義中之一者，且較佳係F、Cl、CN、NO₂ 、CH₃ 、C₂ H₅ 、C(CH₃ )₃ 、CH(CH₃ )₂ 、CH₂ CH(CH₃ )C₂ H₅ 、OCH₃ 、OC₂ H₅ 、COCH₃ 、COC₂ H₅ 、COOCH₃ 、COOC₂ H₅ 、CF₃ 、OCF₃ 、OCHF₂ 、OC₂ F₅ 或P-Sp-，極佳係F、Cl、CN、CH₃ 、C₂ H₅ 、OCH₃ 、COCH₃ 、OCF₃ 或P-Sp-，更佳係F、Cl、CH₃ 、OCH₃ 、COCH₃ 或OCF₃ ，尤其係F或CH₃ 。

除上述可聚合化合物以外，根據本發明用於LC顯示器之LC介質亦包含展現介電正性各向異性之液晶組分B)或LC主體混合物，其較佳包含一或多種、更佳兩種或以上選自不可聚合之低分子量化合物之LC化合物。

該等LC化合物經選擇，以使得其在施加以聚合可聚合化合物之條件下對於聚合反應係穩定的及/或不具反應性。

可用於本發明之液晶組分B)之較佳LC化合物係下文所指示：

其中個別基團彼此獨立地且在每次出現時相同或不同地具有以下含義：

各自彼此獨立地且在每次出現時相同或不同地

R²¹ 、R³¹ 各自彼此獨立地為具有1至9個C原子之烷基、烷氧基、氧雜烷基或烷氧基烷基或具有2至9個C原子之烯基或烯基氧基，所有該等均視情況經氟化， X⁰ 為F、Cl、CN、具有1至6個C原子之鹵化烷基或烷氧基或具有2至6個C原子之鹵化烯基或烯氧基， Z³¹ 為-CH₂ CH₂ -、-CF₂ CF₂ -、-COO-、反式-CH=CH-、反式-CF=CF-、-CH₂ O-或單鍵，較佳為-CH₂ CH₂ -、-COO-、反式-CH=CH-或單鍵，尤佳為-COO-、反式-CH=CH-或單鍵， L²¹ 、L²² 、L³¹ 、L³² 各自彼此獨立地為H或F， g 為0、1、2或3。

在式A及B之化合物中，X⁰ 較佳為F、Cl、CF₃ 、CHF₂ 、OCF₃ 、OCHF₂ 、OCFHCF₃ 、OCFHCHF₂ 、OCFHCHF₂ 、OCF₂ CH₃ 、OCF₂ CHF₂ 、OCF₂ CHF₂ 、OCF₂ CF₂ CHF₂ 、OCF₂ CF₂ CHF₂ 、OCFHCF₂ CF₃ 、OCFHCF₂ CHF₂ 、OCF₂ CF₂ CF₃ 、OCF₂ CF₂ CClF₂ 、OCClFCF₂ CF₃ 或CH=CF₂ ，極佳地F或OCF₃ ，最佳地F。

在式A及B之化合物中，R²¹ 及R³¹ 較佳選自具有1、2、3、4、5或6個C原子之直鏈烷基或烷氧基及具有2、3、4、5、6或7個C原子之直鏈烯基。

在式A及B之化合物中，g較佳為1或2。

在式B之化合物中，Z³¹ 較佳為COO、反式-CH=CH或單鍵，極佳地COO或單鍵。

較佳地，膽固醇LC介質之組分B)包含一或多種選自由以下式組成之群之式A之化合物：

其中A²¹ 、R²¹ 、X⁰ 、L²¹ 及L²² 具有在式A中所給出之含義，L²³ 及L²⁴ 各自彼此獨立地為H或F，且X⁰ 較佳為F。尤佳者係式A1及A2之化合物。

式A1之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 、X⁰ 、L²¹ 及L²² 具有在式A1中所給出之含義，L²³ 、L²⁴ 、L²⁵ 及L²⁶ 各自彼此獨立地為H或F，且X⁰ 較佳為F。

式A1之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 係如式A1中所定義。

式A2之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 、X⁰ 、L²¹ 及L²² 具有在式A2中所給出之含義，L²³ 、L²⁴ 、L²⁵ 及L²⁶ 各自彼此獨立地為H或F，且X⁰ 較佳為F。

式A2之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 及X⁰ 係如式A2中所定義。

式A3之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 、X⁰ 、L²¹ 及L²² 具有在式A3中所給出之含義，且X⁰ 較佳為F。

式A4之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 係如式A4中所定義。

較佳地，膽固醇LC介質之組分B)包含一或多種選自由以下式組成之群之式B之化合物：

其中g、A³¹ 、A³² 、R³¹ 、X⁰ 、L³¹ 及L³² 具有在式B中所給出之含義，且X⁰ 較佳為F或CN。尤佳者係式B1及B2之化合物。

式B1之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 、X⁰ 、L³¹ 及L³² 具有在式B1中所給出之含義，且X⁰ 較佳為F。

式B1a之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B1中所定義。

式B1b之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B1中所定義。

式B2之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 、X⁰ 、L³¹ 及L³² 具有在式B2中所給出之含義，L³³ 、L³⁴ 、L³⁵ 及L³⁶ 各自彼此獨立地為H或F，且X⁰ 較佳為F或CN。

式B2之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2b之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2c之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2d及B2e之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2f之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2g之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2h之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2i之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2k之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

式B2l之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B2中所定義。

作為式B1及/或B2之化合物之替代或除其以外，膽固醇LC介質之組分B)亦可包含一或多種如上文所定義之式B3化合物。

式B3之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R³¹ 係如式B3中所定義。

較佳地，除式A及/或B之化合物以外，膽固醇LC介質之組分B)亦包含一或多種式C化合物

其中個別基團具有下列含義：

各自彼此獨立地且在每次出現時相同或不同地

R⁴¹ 、R⁴² 各自彼此獨立地為具有1至9個C原子之烷基、烷氧基、氧雜烷基或烷氧基烷基或具有2至9個C原子之烯基或烯基氧基，所有該等均視情況經氟化， Z⁴¹ 、Z⁴² 各自彼此獨立地-CH₂ CH₂ -、-COO-、反式-CH=CH-、反式-CF=CF-、-CH₂ O-、-CF₂ O-、-C≡C-或單鍵，較佳單鍵， h為0、1、2或3。

在式C之化合物中，R⁴¹ 及R⁴² 較佳選自具有1、2、3、4、5或6個C原子之直鏈烷基或烷氧基及具有2、3、4、5、6或7個C原子之直鏈烯基。

在式C之化合物中，h較佳為0、1或2。

在式C之化合物中，Z⁴¹ 及Z⁴² 較佳選自COO、反式-CH=CH及單鍵、極佳COO及單鍵。

式C之較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R⁴¹ 及R⁴² 具有式C中所給出之含義，且較佳各自彼此獨立地表示具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、經氟化烷基或經氟化烷氧基或具有2至7個C原子之烯基、烯氧基、烷氧基烷基或經氟化烯基。

較佳地，除式A及/或B之化合物以外，膽固醇LC介質之組分B)包含一或多種式D化合物

其中A⁴¹ 、A⁴² 、Z⁴¹ 、Z⁴² 、R⁴¹ 、R⁴² 及h具有在式C中所給出之含義或上文所給出較佳含義中之一者。

式D之較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R⁴¹ 及R⁴² 具有在式D中所給出之含義且R⁴¹ 較佳表示烷基，且在式D1中，R⁴² 較佳表示烯基、尤佳表示-(CH₂ )₂ -CH=CH-CH₃ ，且在式D2中，R⁴² 較佳表示烷基、-(CH₂ )₂ -CH=CH₂ 或-(CH₂ )₂ -CH=CH-CH₃ 。

較佳地，除式A及/或B之化合物以外，膽固醇LC介質之組分B)包含一或多種含有烯基之式E化合物

其中個別基團在每次出現時相同或不同地、各自彼此獨立地具有以下含義：

或

或

R^A1 具有2至9個C原子之烯基，或若環X、Y及Z中之至少一者表示環己烯基，則亦表示R^A2 之含義中之一者， R^A2 具有1至12個C原子之烷基，其中此外一或兩個非毗鄰CH₂ 基團可以O原子彼此不直接連接之方式經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-替代， x為1或2。

R^A2 較佳為具有1至8個C原子之直鏈烷基或烷氧基或具有2至7個C原子之直鏈烯基。

式E之較佳化合物選自以下子式：

其中alkyl及alkyl*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基，且alkenyl及alkenyl*各自彼此獨立地表示具有2至7個C原子之直鏈烯基。alkenyl及alkenyl*較佳表示CH₂ =CH-、CH₂ =CHCH₂ CH₂ -、CH₃ -CH=CH-、CH₃ -CH₂ -CH=CH-、CH₃ -(CH₂ )₂ -CH=CH-、CH₃ -(CH₂ )₃ -CH=CH-或CH₃ -CH=CH-(CH₂ )₂ -。

式E之極佳化合物選自以下子式：

其中m表示1、2、3、4、5或6，i表示0、1、2或3，且R^b1 表示H、CH₃ 或C₂ H₅ 。

式E之極特別較佳化合物選自以下子式：

最佳者係式E1a2、E1a5、E3a1及E6a1之化合物。

較佳地，除式A及/或B之化合物以外，膽固醇LC介質之組分B)包含一或多種式F化合物

表示

R²¹ 、R³¹ 各自彼此獨立地為具有1至9個C原子之烷基、烷氧基、氧雜烷基或烷氧基烷基或具有2至9個C原子之烯基或烯基氧基，所有該等均視情況經氟化， X⁰ 為F、Cl、具有1至6個C原子之鹵化烷基或烷氧基或具有2至6個C原子之鹵化烯基或烯氧基， Z²¹ 為-CH₂ CH₂ -、-CF₂ CF₂ -、-COO-、反式-CH=CH-、反式-CF=CF-、-CH₂ O-或單鍵，較佳為-CH₂ CH₂ -、-COO-、反式-CH=CH-或單鍵，尤佳為-COO-、反式- CH=CH-或單鍵， L²¹ 、L²² 、L²³ 、L²⁴ 各自彼此獨立地為H或F， g 為0、1、2或3。

式F之特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 、X⁰ 、L²¹ 及L²² 具有在式F中所給出之含義，L²⁵ 及L²⁶ 各自彼此獨立地為H或F，且X⁰ 較佳為F。

式F1-F3之極特別較佳化合物選自由以下子式組成之群：

其中R²¹ 係如式F1中所定義。

介質較佳包含一或多種通式N之中性化合物，

其中 R^N1 及R^N2 各自彼此獨立地表示具有1至15個C原子之烷基或烷氧基，其中另外該等基團中之一或多個CH₂ 基團可各自彼此獨立地以O原子不會彼此直接連接之方式經-C≡C-、-CF₂ O-、

-O-、-CO-O-、-O-CO-替代，且其中另外一或多個H原子可經鹵素替代，環A^N1 、A^N2 及A^N3 各自彼此獨立地表示1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、2,6-二氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、反式-1,4-伸環己基(其中另外一或兩個CH₂ 基團可經-O-替代)或1,4-伸環己烯基， Z^N1 及Z^N2 各自彼此獨立地表示單鍵或-C≡C-，由此Z^N1 及Z^N2 中之至少一者表示-C≡C-， n 表示0、1或2。

式N之較佳化合物顯示於下文：

其中 alkyl及alkyl*各自彼此獨立地表示具有1至9個C原子、較佳2至6個C原子之直鏈烷基，且alkenyl及alkenyl*各自彼此獨立地表示具有2至6個C原子之直鏈烯基。

式A及B之化合物在LC主體混合物中之濃度較佳為2至60%、極佳3至55%、最佳4至50%。

式C及D之化合物在LC主體混合物中之濃度較佳為5至75%、極佳10至70%、最佳15至60%。

式E之化合物在LC主體混合物中之濃度較佳為5至30%、極佳10至25%。

式F之化合物在LC主體混合物中之濃度較佳為2至30%、極佳5至20%。

本發明之其他較佳實施例列示於下文，包括其任何組合。

2a) LC主體混合物包含一或多種具有高正介電各向異性、較佳具有Δε ＞ 15之式A及/或B之化合物。

2b) LC主體混合物包含一或多種選自由式A1a2、A1b1、A1d1、A1f1、A2a1、A2h1、A2l2、A2k1、B2g3及/或B2F組成之群之化合物。該等化合物在LC主體混合物中之比例較佳為5至50。

2c) LC主體混合物包含一或多種選自由式C3、C4、C5、C9及D2組成之群之化合物。該等化合物在LC主體混合物中之比例較佳為8至75%、極佳10至70%。

2d) LC主體混合物包含一或多種選自由式E1、E3及E6、較佳E1a、E3a及E6a、極佳E1a2、E1a5、E3a1及E6a1組成之群之化合物。該等化合物在LC主體混合物中之比例較佳為5至40%、極佳10至25%。

上述各式化合物在液晶組分B)中之最佳混合比率實質上取決於期望特性、對上述各式之組分之選擇及對可存在之任何其他組分之選擇。較佳物理性質在下文中給出。

在較佳實施例中，本發明之液晶組分B)以光學各向異性值儘可能高為特徵。較佳地，液晶組分B)展現在0.05或以上至0.500或以下之範圍內，更佳在0.100或以上至0.300或以下之範圍內，尤其在0.150或以上至0.250或以下之範圍內之光學各向異性(Δn)。

較佳地，本發明之液晶組分B)係以介電各向異性(Δε)之相對較高正值、較佳儘可能高為特徵。在較佳實施例中，液晶組分B)展現在3至50、較佳4或以上至25或以下、尤佳5或以上至20或以下之範圍內之介電正性各向異性。

本發明液晶組分B)之向列相較佳至少自0℃或更低延伸至70℃或更高、更佳至少自-20℃或更低至75℃或更高、極佳至少自-30℃或更低至75℃或更高且特定而言至少自-40℃或更低至80℃或更高。

本發明液晶組分B)之澄清點較佳在10℃至120℃之範圍內，尤佳在40℃至110℃之範圍內且極特別較佳在60℃至100℃之範圍內。

液晶組分B)之旋轉黏度較佳儘可能的低。較佳地，液晶組分B)展現大約500 mPas或以下、較佳1 mPas或以上至500 mPas或以下之範圍內、更佳在10 mPas或以上至300 mPas或以下之範圍內、尤其在50 mPas至200 mPas之範圍內之旋轉黏度。

本發明之膽固醇液晶包含一或多種手性摻雜劑或手性組分C)。

較佳地，本發明之膽固醇LC介質包含一或多種手性化合物，該等化合物各自單獨或彼此組合具有5 µm^-1 或以上、較佳10 µm^-1 或以上、更佳15 µm^-1 或以上之螺旋扭轉力絕對值(|HTP_total |)。

較佳者係具有高螺旋扭轉力(HTP)之手性摻雜劑，尤其揭示於WO 98/00428中之彼等。

通常，所用手性摻雜劑係(例如)市售R/S-5011、CD-1、R/S-811及CB-15 (來自Merck KGaA, Darmstadt, Germany)。

在另一較佳實施例中，手性摻雜劑較佳選自式Ch I，

及/或式Ch II，

包括各別(S,S)鏡像異構物，其中E及F各自獨立地為1,4-伸苯基或反式-1,4-伸環己基，v為0或1，Z⁰ 係-COO-、-OCO-、-CH₂ CH₂ -或單鍵，且R為具有1至12個C原子之烷基、烷氧基或烷醯基。

式Ch I化合物及其合成闡述於WO 98/00428中。式Ch II化合物及其合成闡述於GB 2,328,207中。

上文所提及之手性摻雜劑R/S-5011及式Ch I及Ch II之化合物展現極高螺旋扭轉力(HTP)，且因此尤其可用於本發明之目的。

液晶介質較佳包含較佳1至5種、特定而言1至3種、極佳1或2種較佳選自上述式Ch I及/或式Ch II及/或R-5011或S-5011之手性摻雜劑，極佳地，手性化合物係R-5011、S-5011。

通常，膽固醇液晶介質中作為整體具有5 µm^-1 或以上之螺旋扭轉力絕對值(|HTP_total |)之手性化合物之量較佳為總混合物重量之≥ 0.1 %至≥ 0.9%。

膽固醇LC介質另外應具有使得可藉由簡單且有針對性變化來達成特定而言在紅外區域中之不同反射波長之性質。較佳地，膽固醇LC介質之膽固醇螺距經選擇以使得其反射波長在電磁波譜之紅外範圍中，即，在800 nm至5000 nm、更佳1000 nm至4000 nm之範圍內。具體而言，液晶介質之反射波長係在2000 nm至3500 nm之範圍內。

本發明之膽固醇LC介質係以本身習用之方式製備，例如基於將上述可聚合化合物中之一或多種與一或多種不可聚合化合物及一或多種手性化合物(二者均如上文所定義)及視情況其他液晶化合物及/或添加劑混合。

一般而言，將以較少量使用之所需量的組分有利地在升高溫度下溶解於構成主要成分之組分中。亦可混合該等組分於有機溶劑中(例如，丙酮、氯仿或甲醇中)之溶液，並在充分混合後再藉由(例如)蒸餾來去除溶劑。因此，本發明亦係關於製備本發明膽固醇LC介質之方法。

本發明之膽固醇LC介質極適於用於不同類型之PNLC光調變元件中。因此，本發明亦係關於如上下文所述之膽固醇LC介質在PNLC光調變元件中之用途。

因此，本發明亦係關於PNLC光調變元件，其包含一對相對基板；電極結構、較佳平面內電極結構；位於該等基板之中間空間中之膽固醇LC介質，其特徵在於PNLC光調變元件可包含聚合物網路，該聚合物網路可自如上文所述之膽固醇LC介質藉由將該膽固醇LC介質暴露於誘導膽固醇LC介質中可聚合化合物之光聚合的光化輻射獲得。

本發明進一步係關於製備PNLC光調變元件之方法，其包含至少以下步驟 - 切割並清洗基板， - 在一或兩個基板上提供電極結構， - 視情況在電極結構上提供配向層， - 組裝單元， - 用本發明之膽固醇LC介質填充該單元，及 - 將該膽固醇LC介質暴露於光化輻射以誘導LC介質中之可聚合化合物光聚合。

在本發明之一個實施例中，膽固醇LC介質注射於第一及第二基板之間或在組合第一及第二基板之後藉由毛細管力或真空填充來填充於經組裝單元中。

然而，同樣較佳地，在將液晶組合物裝載於第一基板上之後，可藉由將第二基板與第一基板組合在第一基板與第二基板之間插入液晶組合物。在較佳實施例中，液晶係以稱為「滴入式注入」(ODF)方法之方法或使用噴墨打印(IJP)方法逐滴分配於第一基板上(如例如JPS63-179323及JPH10-239694中所述)。

在輻照步驟中，將單元暴露於使得膽固醇液晶介質中所含之可聚合化合物之可聚合官能基發生光聚合之光輻射。

聚合係例如藉由將可聚合材料暴露於熱或較佳光化輻射來達成。光化輻射意指利用光(例如UV光、IR光或可見光)輻照、利用X-射線或γ射線輻照或利用高能量粒子(例如離子或電子)輻照。

較佳地，聚合係藉由UV輻照實施。作為光化輻射之源，例如可使用單一UV燈或一組UV燈。光化輻射之另一可能源係雷射，例如UV、IR或可見雷射。

由於輻照，可聚合化合物實質上在液晶介質內在形成PNLC光調變元件之基板之間原位交聯，由此形成較佳延伸穿過整個切換層之聚合物網路。

因此，所形成之聚合物網路將有效單元間隙減小至較LC單元通常考慮之典型單元間隙小得多的程度。此允許更快切換及焦錐織構鬆弛返回至對齊之螺旋扭曲。切換時間可減小至約(亞-)毫秒，而非約10秒或更長之切換時間。

光化輻射之可利用波長不應太低以避免損害介質之LC分子，且應較佳地不同於、極佳地高於LC主體混合物之UV吸收最大值。

另一方面，光輻射之波長不應太高以允許可聚合化合物之快速及完全的UV光聚合，且應不高於、較佳等於或低於可聚合組分之UV吸收最大值。

適宜波長較佳選自在250至450 nm範圍內之波長，例如400 nm或以下、較佳350 nm或以下、更佳300 nm或以下。

輻照或暴露時間應經選擇以便聚合儘可能完全，但仍不能過高以容許生產製程順利進行。此外，輻射強度應足夠高以容許儘可能迅速及完全之聚合，但不應過高以避免損害膽固醇液晶介質。

固化時間尤其取決於可聚合材料之反應性、塗覆層之厚度、聚合起始劑之類型及UV燈之功率。固化時間較佳為≤ 10分鐘、極佳≤ 5分鐘且最佳≤ 1分鐘。一般而言，對於大量生產而言，較短固化時間係較佳的，例如大約60秒至1秒。

適宜UV輻射功率較佳在5至150 mWcm^-2 之範圍內，更佳之範圍內10至75 mWcm^-2 之範圍內，尤其在25至60 mWcm^-2 之範圍內且特定而言45至55 mWcm^-2 。

聚合較佳在惰性氣體氣氛下、較佳在氮氣氣氛下實施，但在空氣中聚合亦係可能的。

聚合較佳在-10℃至+70℃、更佳0℃至+50℃、甚至更佳+15℃至+40℃之範圍內的溫度下實施。

在較佳實施例中，PNLC光調變元件可另外在聚合之後較佳在高於20℃且低於140℃、更佳高於40℃且低於130℃、最佳高於70℃且低於120℃之溫度下退火，以達到單體之完全轉化並達成最佳穩定性。

通常，本發明PNLC光調變元件之結構對應於熟習此項技術者所熟知的用於顯示器之習用結構。

作為基板，例如可使用玻璃或石英薄片或塑膠膜。當使用兩個基板時，在藉由光化輻射固化之情形中，至少一個基板必須對聚合所用之光化輻射具有透射性。

適宜且較佳之塑膠基板係(例如)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，極佳係PET或TAC膜。作為雙折射基板，例如可使用單軸拉伸塑膠膜。PET膜係(例如)以商品名Melinex®購自DuPont Teijin Films。

在較佳實施例中，基板經配置彼此具有在大約1 µm至大約20 µm之範圍內、較佳彼此在大約3 µm至大約10 µm之範圍內且更佳地彼此在大約3 µm至大約6 µm範圍內之間隔。膽固醇LC介質層由此位於間隙中。

基板層可彼此藉由(例如)間隔體或層中之突出結構保持界定間隔。典型間隔件材料已為業內人士所周知，例如由塑膠、二氧化矽、環氧樹脂或諸如此類製成之間隔件。

在本發明之其他較佳實施例中，膽固醇LC介質之層位於兩個撓性層、例如撓性聚合物膜之間。根據本發明之相應PNLC光調變元件因此係撓性且可彎曲的且可例如捲起。撓性層可代表基板層、配向層及/或偏振器。亦可存在較佳為撓性之其他層。對於其中液晶介質之層位於撓性層之間之較佳實施例之更詳細揭示內容，參照申請案US 2010/0045924 A1。

此外，在根據本發明之PNLC光調變元件中存在電極配置及視情況其他電子組件及連接，以與LC顯示器之切換相比促進PNLC光調變元件之電切換。

較佳地，PNLC光調變元件包含電極配置，其能夠允許施加與基板主平面或膽固醇膽液晶介質層實質上平行之電場。滿足此要求之適宜電極配置或平面內電極結構係業內人員通常已知的。

舉例而言，第一基板包括像素電極及用於在像素區域中產生與第一基板之表面實質上平行之電場的公共電極。在一個基板上具有至少兩個電極之各種顯示器係熟習此項技術者已知的，其中最顯著差異係像素電極和公共電極均經結構化，此對於IPS顯示器而言係典型的，或僅像素電極經結構化而公共電極未經結構化，此係FFS顯示器之情形。

應理解，本發明涉及適於在像素區域中產生實質上平行第一基板之表面的電場的任何種類之電極構形；上文所體積，即，IPS以及FFS顯示器。

適宜電極材料通常為業內人士已知，例如由金屬或金屬氧化物(例如氧化銦錫(ITO)，其根據本發明係較佳的)製成之電極結構。

舉例而言，ITO薄膜較佳藉由物理蒸氣沈積、電子束蒸發或濺鍍沈積技術沈積於基板上。

較佳地，PNLC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。

在較佳實施例中，PNLC光調變元件可包含至少一個介電層。典型介電層材料通常為業內人士已知，例如SiOx、SiNx、Cytop、鐵氟龍(Teflon)及PMMA。

介電層材料可藉由習用塗覆技術(例如旋塗、輥塗、刮刀塗覆或真空沈積(例如PVD或CVD))施加於基板或電極層上。其亦可藉由業內人士已知之習用印刷技術(例如網版印刷、平版印刷、捲到捲印刷、凸版印刷、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印刷)施加至基板或電極層。

在其他較佳實施例中，PNLC光調變元件包含至少一個配向層，其較佳毗鄰膽固醇LC介質提供。PNLC光調變元件可具有與液晶介質直接接觸之其他配向層。

配向層亦可用作基板層，以使得PNLC光調變元件中不需要基板層。若另外存在基板層，則在每一情形中配向層配置於基板層與液晶介質層之間。

較佳地，配向層較佳貫穿整個液晶介質誘導平面配向。

適宜平面配向層材料通常為業內人士所知，例如AL-3046或AL-1254，二者均自JSR購得。

可藉由習用塗覆技術(例如旋塗、輥塗、浸塗或刮刀塗覆)將配向層材料施加於基板陣列或電極結構上。其亦可藉由蒸氣沈積或業內人士已知之習用印刷技術(例如網版印刷、平版印刷、捲到捲印刷、凸版印刷、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印刷)來施加。

在較佳實施例中，平面配向層係藉由摩擦或熟習此項技術者已知之光配向技術、較佳藉由摩擦技術處理。因此，可在不需要單元之任何物理處理、如單元之剪切(在一個方向上之機械處理)等之情形下達成指向矢之均均較佳方向。摩擦方向不嚴格，且主要僅影響必須施加之偏振器之定向。然而，較佳者係反向平行摩擦之平面配向層。通常，摩擦方向相對於基板最大延伸在+/- 45°之範圍內、更佳在 +/- 20°之範圍內、甚至更佳在+/-10°之範圍內且特定而言在方向+/- 5°之範圍內。

在本發明之其他較佳實施例中，PNLC光調變元件視情況包含兩個或更多個偏振器，其中之至少一者配置於液晶介質層之一側且其中之至少一者配置於液晶介質層之相對側。本文之液晶介質層及偏振器較佳彼此平行配置。

偏振器可為線性偏振器。較佳地，PNLC光調變元件中存在恰好兩個偏振器。在此情形中，此外較佳兩個偏振器皆為線性偏振器。若PNLC光調變元件中存在兩個線性偏振器，則根據本發明較佳兩個偏振器之偏振方向相交。

此外較佳地，若PNLC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，亦即二者皆為右旋圓偏振或二者皆為左旋圓偏振。

偏振器可為反射式或吸收式偏振器。在本申請案之意義上，反射式偏振器反射具有一個偏振方向之光或一種類型之圓偏振光，同時透過具有另一偏振方向之光或另一類型之圓偏振光。相應地，吸收式偏振器吸收具有一個偏振方向之光或一種類型之圓偏振光，同時透過具有另一偏振方向之光或另一類型之圓偏振光。反射或吸收通常並非定量的；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PNLC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 (多層聚合物分布式布拉格(Bragg)反射器，如US 7,038,745及US 6,099,758中所述)及APF (高級偏振器膜，3M)。

可用於本發明PNLC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。根據本發明可使用之圓形偏振器之實例係APNCP37-035-STD偏振器(American Polarizers)。其他實例係CP42偏振器(ITOS)。PNLC光調變元件可另外包含阻斷某些波長之光的濾光器，例如UV濾光器。根據本發明，亦可存在其他功能層，例如保護膜、絕熱膜或金屬氧化物層。

下文將詳細解釋本發明PNLC光調變元件之功能原理。應注意，自對所假定運行方式之說明不會得出申請專利範圍中不存在之對本發明範圍之限制。

在第一較佳實施例中，本發明PNLC光調變元件之延遲或相變取決於所施加電場。較佳地，在施加電壓逐漸增加之電場的同時，延遲逐漸增加。

在此較佳實施例中，組分A及B以可聚合組分A之雙折射率匹配組分B之雙折射率之方式彼此獨立地選。較佳地，雙折射值之間之差異低於10%、更佳低於5%且更佳低於3%。

所需要之所施加電場強度主要取決於電極間距及LC混合物之Δε之模數。所施加電場強度通常低於大約50 V/µm^-1 、較佳低於大約30 V/µm^-1 且更佳低於大約25 V/µm^-1 。具體而言，所施加電場強度在1 V/µm^-1 至20V/µm^-1 之範圍內。

較佳地，為切換PNLC光調變元件所施加之驅動電壓應儘可能的低。通常，所施加驅動電壓在2 V至大約20 V之範圍內、更佳在大約5 V至大約10 V之範圍內。

在此第一較佳實施例中，延遲變化或相變(

)係根據以下方程式給出

其中d係所施加液晶介質之層厚度，λ係入射光之波長且n_eff 係由LC在所施加場中之重定向引起之有效雙折射。

在第二較佳實施例中，本發明之PNLC光調變元件具有邊界狀態A及邊界狀態B。

當不施加電場時，PNLC光調變元件較佳具有透射T_A 之邊界狀態A，所謂的「關斷狀態」或透明狀態。

當施加電場時，PNLC光調變元件較佳具有另一邊界狀態B，所謂的「導通狀態」或不透明狀態，由此 T_A ＞ T_B 。

在此第二較佳實施例中，組分A及B以可聚合組分A之雙折射率不同於組分B之雙折射率之方式彼此獨立地選。較佳地，雙折射值之間之差異大於3%、更佳大於5%且更佳大於10%。

較佳地，為切換PNLC光調變元件所施加之驅動電壓應儘可能的低。通常，所施加驅動電壓在2 V至大約200 V之範圍內、更佳在大約3 V至大約100 V之範圍內且甚至更佳在大約5 V至大約50 V之範圍內。

透射變化係由所施加場之強度控制。隨著向系統施加更多場，散射程度增加，此導致前向傳播光之強度降低，且在其他方向上發射之光增加。因此，對於側照明裝置，與照明方向正交之可見光之量隨所施加場強度增加而增加。

如上所述，本發明之PNLC光調變元件可用於各種類型之光學及電光裝置。因此，本發明亦係關於如上所述PNLC光調變元件在光學或電光裝置中之用途及包含本發明PNLC光調變元件之光學或電光裝置。

該等光學及電光裝置包括(但不限於)電光顯示器、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、智慧窗、防窺窗、透鏡、虛擬現實裝置及增強現實裝置。

應瞭解，上述許多特徵、尤其較佳實施例就其本身而言係發明性的，而非僅作為本發明實施例之一部分。除當前所主張之任何發明以外或作為當前所主張之任何發明之替代，可尋求針對該等特徵之獨立保護。

應理解，可對本發明之前述實施例進行改變，同時仍在本發明之範圍內。除非另外陳述，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何組合來組合，但該等特徵及/或步驟中之至少一些互相排斥之組合除外。特定地，本發明之較佳特徵適用於本發明之所有態樣且可以任何組合使用。同樣，以非必要組合闡述之特徵可單獨使用(沒有組合)。

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，以下實例僅應理解為說明性的，且無論如何不應理解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皆包括包含如業內人士已知之最大允許誤差之限值。針對各性質範圍所指示之不同上限及下限值彼此組合而產生額外較佳範圍。

在本申請案且尤其在以下實例中，液晶化合物之結構係由縮寫(其亦稱「縮寫字」)表示。縮寫至相應結構之轉變係簡單地根據以下三個表A至C進行。表A列示用於環元素之符號，表B列示用於鏈接基團之符號且表C列示用於分子之左右側及右手側端基之符號。

所有基團C_n H_2n+1 、C_m H_2m+1 及C_l H_2l+1 較佳係分別具有n、m及l個C原子之直鏈烷基，所有基團C_n H_2n 、C_m H_2m 及C_l H_2l 較佳分別係(CH₂ )_n 、(CH₂ )_m 及(CH₂ )_l ，且-CH=CH-較佳係反式-、分別E伸乙烯基。表 A ： 環元素

表 B ：鏈接基團

E	-CH₂ -CH₂ -
V	-CH=CH-
T	-C≡C-
W	-CF₂ -CF₂ -
B	-CF=CF-
Z	-CO-O-	ZI	-O-CO-
X	-CF=CH-	XI	-CH=CF-
O	-CH₂ -O-	OI	-O-CH₂ -
Q	-CF₂ -O-	QI	-O-CF₂ -

表 C ：端基

左手側，單獨使用或與其他基團組合使用	右手側，單獨使用或與其他基團組合使用
-n-	C_n H_2n+1 -	-n	-C_n H_2n+1
-nO-	C_n H_2n+1 -O-	-nO	-O-C_n H_2n+1
-V-	CH₂ =CH-	-V	-CH=CH₂
-nV-	C_n H_2n+1 -CH=CH-	-nV	-C_n H_2n -CH=CH₂
-Vn-	CH₂ =CH- C_n H_2n -	-Vn	-CH=CH-C_n H_2n+1
-nVm-	C_n H_2n+1 -CH=CH-C_m H_2m -	-nVm	-C_n H_2n -CH=CH-C_m H_2m+1
-N-	N≡C-	-N	-C≡N
-S-	S=C=N-	-S	-N=C=S
-F-	F-	-F	-F
-CL-	Cl-	-CL	-Cl
-M-	CFH₂ -	-M	-CFH₂
-D-	CF₂ H-	-D	-CF₂ H
-T-	CF₃ -	-T	-CF₃
-MO-	CFH₂ O-	-OM	-OCFH₂
-DO-	CF₂ HO-	-OD	-OCF₂ H
-TO-	CF₃ O-	-OT	-OCF₃
-A-	H-C≡C-	-A	-C≡C-H
-nA-	C_n H_2n+1 -C≡C-	-An	-C≡C-C_n H_2n+1
-NA-	N≡C-C≡C-	-AN	-C≡C-C≡N

左手側，僅與其他基團組合使用	右手側，僅與其他基團組合使用
-…n…-	-C_n H_2n -	-…n…	-C_n H_2n -
-…M…-	-CFH-	-…M…	-CFH-
-…D…-	-CF₂ -	-…D…	-CF₂ -
-…V…-	-CH=CH-	-…V…	-CH=CH-
-…Z…-	-CO-O-	-…Z…	-CO-O-
-…ZI…-	-O-CO-	-…ZI…	-O-CO-
-…K…-	-CO-	-…K…	-CO-
-…W…-	-CF=CF-	-…W…	-CF=CF-

其中n及m各自係整數且三個點「...」指定此表之其他符號之空格。

實例 化合物 所利用之可聚合液晶化合物 – 組分 A)

所利用之主體混合物 - 組分 B)

混合物N-1：
組成[%-w/w]	物理性質
PGP-3-2V	5.0	cl.p. [℃]:	71
PGUQU-3-F	6.0	n_e [589 nm, 20℃]:	1.7142
PGUQU-4-F	6.0	n_o [589 nm, 20℃]:	1.5145
PGUQU-5-F	6.0	Δn [589 nm, 20℃]:	0.1997
CP-3-O1	6.0	ε_‖ [1 kHz, 20℃]:	23.7
PGP-1-2V	6.0	ε_⊥ [1 kHz, 20℃]:	4.4
PGP-2-2V	7.0	Δε [1 kHz, 20℃]:	19.4
CC-3-V	8.0	K₁ [pN, 20℃]：	16.6
CPU-3-F	10.0	K₃ [pN, 20℃]：	21.2
PGU-2-F	10.0
PGU-3-F	10.0	γ₁ [mPa s, 20℃]:	161
PP-1-2V1	10.0
PP-2-N	10.0
∑	100.0

所利用之手性化合物 – 組分 C)

測試單元 測試單元 1: VHR AL16301型 • 單元間隙 = 6µm，無間隔體 • 單元類型 = 反向平行平面配向型PI • 電極結構 = ITO=200A, 1 cm ×1cm正方形圖案。測試單元 2: VHR AL16301型 • 單元間隙 = 6µm，無間隔體 • 單元類型 = 反向平行平面配向型PI • 電極結構 = ITO=200A, 1 cm×1 cm正方形圖案。

方法 切換速度量測： 切換時間係使用顯微鏡或利用在632.8 nm下操作之HeNe雷射記錄，其中在兩種情況下樣品均放置於交叉偏振器之間。透射光由電光二極體接收，該電光二極體在顯微鏡情形中連接至示波器，或在雷射情形中連接至資料收集板。切換時間係自示波器或分析自資料收集板收集之資料獲得。

濁度濁度值係根據ASTM D1003濁度標準定義來確定。進行四個熟習此項技術者通常已知之不同透射量測(T1至T4)： T1：無樣品及白色反射標準物之透射 T2：具有樣品及白色反射標準物之透射 T3：無樣品且具有光阱之透射 T4：具有樣品且具有光阱之透射

如熟習此項技術者通常已知，總透射率(T2)由此定義為平行透射率及擴散透射率(T4)之和。

因此，濁度定義如下：濁度 = [(T4/T2) – (T3/T1)] × 100%

濁度資料僅自單元之活動區域獲得。將膠自量測系統屏蔽，以避免不一致情形。

工作實例 實驗 1 製備如下表中所給出之膽固醇LC混合物。在室溫下使用毛細管作用將相應混合物毛細管填充於測試單元1中，在100℃退火1小時，且然後在相同溫度下用線性偏振UV光(35 mW/cm² )照射既定時間。然後將單元冷卻至室溫。

V_op 、t_on 及t_off 係使用Speedy電光顯微鏡設置量測。

濁度%係在Shimadzu 3600 UV-Vis之透射模式下利用550 nm之單一波長量測。V_op 係在達成最大濁度%時測定。T_on 及T_off 係在10%與90%之間切換時之時間。結果匯總於下表中：

Exp.	LC 主體	R-5011 [%-W/w]	RM-1 [%-w/w]	V_op [V]	t_on [ms]	t_off [ms]	濁度 [%]
1.1*	N-1	0	6	16	0.62	1.16	29.77
1.2*	0.5	0	9	6.74	51100	42.00
1.3	0.5	6	16	1.02	0.83	54.76
1.4	0.6	6	16	1.18	0.8	63.28
1.5	0.7	6	16	1.23	0.72	55.09
1.6	0.8	6	16	1.44	0.71	58.8
1.7	0.9	6	16	1.68	0.69	57.79
1.8	1	6	23	0.81	0.58	32.05

如上所示，與不使用手性系統(參見Exp. 1.1)相比，使用手性系統可達成良好之濁度值。至關重要地，在聚合物網路手性系統中，t_off 時間顯著小於沒有聚合物網路之系統(參見Exp. 1.2)，此顯示良好鬆弛至有序狀態。

實驗 2 製備如下表中所給出之膽固醇LC混合物。在室溫下使用毛細管作用將相應混合物毛細管填充於測試單元2中，在100℃退火1小時，且然後在相同溫度下用線性偏振UV光(35 mW/cm² )照射既定時間。然後將單元冷卻至室溫。

V_op 、t_on 及t_off 係使用Speedy電光顯微鏡設置量測。

Exp.	LC 主體	R-5011 [%-W/w]	RM-1 [%-w/w]	V_op [V]	t_on [ms]	t_off [ms]	濁度 [%]
2.1*	N-1	0	0	8	2.9	5.6	19.39
2.2	0.5	6	12	2.4	1.2	51.75
2.3	0.6	6	12	1.95	0.75	52.05
2.4	0.7	6	12	1.99	0.95	51.48
2.5	0.8	6	12	2.05	1.15	59.31
2.6	0.9	6	12	2.38	1.07	54.01
2.7	1	6	12	2.7	0.72	49.03

如上所示，與實驗1中給出之較厚單元相比，減小之單元厚度具有減小V_op 之效應。此亦稍微減小所達成之最大濁度%。

Claims

一種用於PNLC光調變元件之膽固醇LC介質，其包含 A) 一或多種可聚合化合物，其量以重量計為≥ 2%至≤ 10%，其中其至少一者係式I化合物， P¹¹ -Sp¹¹ -Ar-Sp¹² -P¹² I 其中 Ar係選自下式之基團：

其視情況經一或多個基團L取代， L 在每次出現時相同或不同地係F、Cl、CN、P-Sp-、或具有1至25個C原子之直鏈、具支鏈或環狀烷基，其中一或多個非毗鄰CH₂ -基團視情況以O-及/或S-原子彼此不直接連接之方式經-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-替代，且其中一或多個H原子各自視情況經F或Cl替代， P¹¹ 及P¹² 各自且彼此獨立地表示可聚合基團， Sp¹¹ 及Sp¹² 各自且彼此獨立地表示視情況經一或多個基團P¹¹ 或P¹² 取代之間隔基團或單鍵，及 B) 一或多種不可聚合液晶原或液晶化合物，及 C) 一或多種手性化合物。
如請求項1之膽固醇LC介質，其中一或多種手性化合物各自單獨或彼此組合具有5 µm^-1 或以上之螺旋扭轉力絕對值(|HTP_total |)。
如請求項1或2之膽固醇LC介質，其包含以重量計≥ 0.1%至≥ 0.9%之量之一或多種手性化合物。
如請求項1至3中任一項之膽固醇LC介質，其中一或多種不可聚合液晶原或液晶化合物係選自式A及/或B之化合物，

其中個別基團彼此獨立地且在每次出現時相同或不同地具有以下含義：
各自彼此獨立地且在每次出現時相同或不同地
R²¹ 、R³¹ 各自彼此獨立地為具有1至9個C原子之烷基、烷氧基、氧雜烷基或烷氧基烷基或具有2至9個C原子之烯基或烯基氧基，所有該等均視情況經氟化， X⁰ 為F、Cl、具有1至6個C原子之鹵化烷基或烷氧基或具有2至6個C原子之鹵化烯基或烯氧基， Z³¹ 為-CH₂ CH₂ -、-CF₂ CF₂ -、-COO-、反式-CH=CH-、反式-CF=CF-、-CH₂ O-或單鍵， L²¹ 、L²² 、 L³¹ 及L³² 各自彼此獨立地為H或F， g 為0、1、2或3。
一種製備如請求項1至4中任一項之膽固醇LC介質之方法，其包含至少將該等不可聚合化合物及該等手性化合物與≥ 2%至≤10%之該等可聚合LC化合物混合之步驟。
一種如請求項1至4中任一項之膽固醇LC介質在PNLC光調變元件中之用途。
一種PNLC光調變元件，其包含一對相對基板、平面內電極結構及位於該等基板之中間空間中之膽固醇LC介質，其特徵在於該光調變元件包含聚合物網路，該聚合物網路可自如請求項1至4中任一項之膽固醇LC介質藉由將該膽固醇LC介質暴露於誘導該膽固醇LC介質中可聚合化合物之光聚合的光化輻射獲得。
如請求項7之PNLC光調變元件，其包含對應於IPS或FFS電極結構之電極結構。
如請求項7或8之PNLC光調變元件，其中該兩個相對基板之間之該中間空間係在1 µm至20 µm之範圍內。
一種製備如請求項7至9中任一項之PNLC光調變元件之方法，其包含至少以下步驟：切割並清洗基板，在該等基板之一者上提供平面內電極結構，視情況在該電極結構上提供配向層，組裝單元，用如請求項1至4中任一項之膽固醇LC介質填充該單元，及將該膽固醇LC介質暴露於誘導該膽固醇LC介質中可聚合化合物之光聚合的光化輻射。
如請求項10之方法，其中光聚合步驟係利用波長在250 nm至450 nm範圍內之光實施。
如請求項10或11之方法，其中光聚合步驟係利用在5 mW/cm² 至150 mW/cm² 範圍內之輻照強度實施。
一種如請求項7至9中任一項之PNLC光調變元件於光學或電光裝置中之用途。
一種光學或電光裝置，其包含如請求項7至9中任一項之PNLC光調變元件。