TWI691770B

TWI691770B - 光調變元件

Info

Publication number: TWI691770B
Application number: TW104142846A
Authority: TW
Inventors: 強納森葛瑞斯基; 班傑明史諾; 瑞秋杜賓; 歐文萊爾巴力
Original assignee: 德商馬克專利公司
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2020-04-21
Also published as: TW201632973A; JP2018501514A; KR20170097154A; CN107003578A; EP3234689B1; WO2016096076A1; CN107003578B; EP3234689A1; US20170351130A1

Abstract

本發明係關於一種較佳利用彎電效應之光調變元件，其包含包夾於兩個基板(1)之間的膽固醇型液晶介質，該兩個基板各自具備電極結構(2)，其中該等基板中之至少一者具備由週期性實質上平行條帶組成之光阻圖案(3)，該等基板中之至少一者另外具備配向層(4)。本發明進一步係關於一種生產該光調變元件之方法，且係關於該光調變元件用於各種類型之光學及電光學裝置中之用途，該等光學及電光學裝置諸如電光學顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置及光學資訊儲存裝置。

Description

光調變元件

本發明係關於一種較佳利用彎電效應之光調變元件，其包含包夾於兩個基板(1)之間的膽固醇型液晶介質，該兩個基板各自具備電極結構(2)，其中該等基板中之至少一者具備由週期性實質上平行條帶組成之光阻圖案(3)，該等基板中之至少一者另外具備配向層(4)。本發明進一步係關於一種生產該光調變元件之方法，且係關於該光調變元件各種類型之光學及電光學裝置中之用途，該等光學及電光學裝置諸如電光學顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置及光學資訊儲存裝置。

液晶顯示器(LCD)廣泛用以顯示資訊。LCD用於直接視圖顯示器以及用於投影型顯示器。大部分顯示器採用之電光學模式仍為扭轉向列(TN)模式與其各種修改。除此模式之外，已日益使用超扭轉向列(STN)模式以及最近的光學補償彎曲型(OCB)模式及電控雙折射(ECB)模式與其各種修改，例如垂直配向向列(VAN)模式、圖案化ITO垂直配向向列(PVA)模式、經聚合物穩定之垂直配向向列(PSVA)模式及多域垂直配向向列(MVA)模式以及其他。所有此等模式使用電場，該電場實質上垂直於基板，分別垂直於液晶層。除此等模式以外，亦存在使用實質上平行於基板、分別平行於液晶層之電場的電光學模式，例如共平面切換型(短IPS)模式(如在例如DE 40 00 451及EP 0 588 568中揭示)及邊緣場切換型(FFS)模式。尤其所提及之後一類電光學模式，其具有良好視角特性及改良之回應時間，正日益用於供現代桌上型監視器用之LCD及甚至用於供TV及多媒體應用用之顯示器，且因此，正與TN-LCD競爭。

關於此等顯示器，已提議將使用具有相對短膽固醇節距之膽固醇型液晶之新顯示模式用於利用所謂「彎電」效應的顯示器，該「彎電」效應尤其由Meyer等人，Liquid Crystals 1987,58,15；Chandrasekhar,「Liquid Crystals」，第2版，Cambridge University Press(1992)；及P.G.deGennes等人，「The Physics of Liquid Crystals」，第2版，Oxford Science Publications(1995)描述。

利用彎電效應之顯示器通常特徵在於快速回應時間典型地在500μs至3ms範圍內，且進一步提供極佳灰度階能力。

在此等顯示器中，膽固醇型液晶例如以「均勻分佈螺旋」排列(ULH)定向，此亦給予此顯示模式其名稱。為此目的，與向列材料混合之對掌性物質誘發螺旋扭轉，同時將材料轉化成對掌性向列型材料，該材料等效於膽固醇型材料。

使用具有短節距(典型地在0.2μm至2μm範圍內，較佳為1.5μm或1.5μm以下，尤其為1.0μm或1.0μm以下)之對掌性向列型液晶實現均勻分佈螺旋紋理，該對掌性向列液晶與其平行於液晶單元之基板的螺旋軸單向配向。在此組態中，對掌性向列型液晶之螺旋軸等效於雙折射板之光軸。

若將電場垂直於螺旋軸施加至此組態，則光軸在單元之平面上旋轉，類似於強誘電性液晶之引向器在表面穩定之強誘電性液晶顯示器中旋轉。

在利用彎電模式之液晶顯示器中，傾斜角(Θ)描述光軸在單元之x-y平面上之旋轉。存在使用此效應生成白態及暗態之兩種基本方法。此等兩種方法之間的最大差異在於所需的傾斜角，及偏光器之透射軸相對於零場狀態下的ULH之光軸之定向。以下參考圖1及圖2簡單描述兩種不同方法。

「Θ模式」(圖2中所說明)與「2Θ模式」(圖1中所示)之間的主要差異在於，在零場狀態下的液晶之光軸平行於偏光器軸中之一者(在2Θ模式之情況下)或在與偏光器中之一者的軸成22.5°角處(在Θ模式之情況下)。2Θ模式優於Θ模式之優勢為液晶顯示器在無電場施加至單元時呈現黑色。然而，Θ模式之優勢為e/K可較低，因為此模式與2Θ模式相比僅需要一半的切換角。

由式(1)以良好的近似給出光軸之旋轉角(Φ)

其中P₀ 為膽固醇型液晶之不受干擾節距，

為展曲彎電係數(e_展曲)及彎曲彎電係數(e_彎曲)之平均值[

(e_展曲+e_彎曲)]，E 為電場強度，且K 為展曲彈性常數(k₁₁)與彎曲彈性常數(K₃₃)之平均值[K=½(k₁₁+k₃₃)]且其中

/K 稱為撓曲-彈性比率。

此旋轉角為彎電切換元件中之切換角的一半。

由式(2)以良好的近似給出此電光學效應之回應時間(τ)τ=[P₀/(2 π)]²．γ/K (2)

其中γ 為與螺旋之畸變相關之有效黏度係數。

存在臨界場(E_c)以展開螺旋，其可自方程式(3)獲得E_c=(π²/P₀)．[k₂₂/(ε_0．△ε)]^1/2 (3)

其中k₂₂ 為扭轉彈性常數，ε₀ 為真空之電容率，且△ε 為液晶之介電各向異性。

然而，阻止大批量生產ULH顯示器之主要障礙為其配向本質上不穩定，且單表面處理(平面、垂直或傾斜)無法向能量穩定的狀態提供ULH紋理之額外方向性。歸因於此，由於在使用習知單元時存在大量缺陷，因此難以獲得高品質暗態。

改良主要涉及表面上之聚合物結構或本體聚合物網狀結構之ULH配向的嘗試例如描述於以下各者中：Appl.Phys.Lett.2010,96,113503「Periodic anchoring condition for alignment of a short pitch cholesteric liquid crystal in uniform lying helix texture」；Appl.Phys.Lett.2009,95,011102,「Short pitch cholesteric electro-optical device based on periodic polymer structures」；J.Appl.Phys.2006,99,023511,「Effect of polymer concentration on stabilized large-tilt-angle flexoelectro-optic switching」；J.Appl.Phys.1999,86,7,「Alignment of cholesteric liquid crystals using periodic anchoring」；Jap.J.Appl.Phys.2009,48,101302,「Alignment of the Uniform Lying Helix Structure in Cholesteric Liquid Crystals」或US 2005/0162585 A1。

改良ULH配向之另一嘗試由Carbone等人於Mol.Cryst.Liq.Cryst.2011,544,37-49中提出。作者利用藉由使用兩光子激發雷射-微影製程使UV可固化材料固化所生成之表面起伏結構，以促進形成穩定的ULH紋理。

然而，所有以上所描述之嘗試需要不利加工步驟，其尤其與用於大批量生產LC裝置之通常已知方法不相容。

因此，本發明之一個目標為提供一種替代性或較佳改良之ULH模式之彎電光調變元件，其不具有先前技術之缺點且較佳具有上文及下文所提及之優勢。

此等優勢尤其為有利之高切換角、有利之快速回應時間、有利的為定址所需之低電壓、與常見驅動電子相容及最後有利之實際上暗「斷開狀態」，其應藉由ULH紋理之長期穩定配向來實現。

自以下實施方式，本發明之其他目標對熟習此項技術者而言立即為顯而易見的。

出人意料地，本發明者已發現，一或多個以上所定義之目標可藉由提供如技術方案1中所定義之光調變元件來實現。

特定言之，與先前技術之裝置相比，本發明之光調變元件中，膽固醇型液晶材料之ULH紋理的穩定性顯著改良，且最後產生改良之暗「斷開」狀態。

術語及定義

術語「液晶」、「介晶化合物」或「液晶原化合物」(亦簡稱為「液晶原」)意謂在適合的溫度、壓力及濃度條件下可以中間相(向列型、近晶型等)或特定言之以LC相形式存在之化合物。非兩親媒性液晶原化合物包含例如一或多個桿狀、香蕉狀或盤狀液晶原基團。

術語「液晶原基團」在此情形下意謂具有誘發液晶(LC)相行為之能力的基團。包含液晶原基團之化合物不必本身展現LC相。亦有可能其僅在與其他化合物之混合物中展示LC相行為。為簡單起見，術語「液晶」在下文中係用於液晶原與LC材料兩者。

在整個申請案中，術語「芳基及雜芳基」涵蓋以下基團：可為單環或多環，亦即其可具有一個環(諸如苯基)或兩個或兩個以上環，亦可為稠合的(諸如萘基)或共價鍵聯的(諸如聯苯)或含有稠合及鍵聯環之組合。雜芳基含有一或多個較佳選自O、N、S及Se之雜原子。尤佳為具有6至25個C原子之單環、雙環或三環芳基，及具有2至25個C原子之單環、雙環或三環雜芳基，其視情況含有稠合環且視情況經取代。此外，較佳為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原子不直接與彼此鍵聯之方式經N、S或O置換。較佳之芳基為例如苯基、聯苯、聯三苯、[1,1'：3',1"]聯三苯-2'-基、萘基、蒽、聯萘、菲、芘、二氫芘、

、苝、并四苯、并五苯、苯并芘、茀、茚、茚并茀、螺二茀，更佳為1,4-伸苯基、4,4'-伸聯苯基、1,4-伸聯三苯。

較佳之雜芳基為例如5員環，諸如吡咯、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，諸如吡啶、噠嗪、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；或縮合基團，諸如吲哚、異吲哚、吲哚嗪、吲唑、苯并咪唑、苯并三唑、嘌呤、萘咪唑、菲咪唑、吡啶咪唑、吡嗪咪唑、喹喏啉咪唑、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、喋啶、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、啡噻嗪、啡噁嗪、苯并噠嗪、苯并嘧啶、喹喏啉、吩嗪、

啶、氮雜咔唑、苯并咔啉、啡啶、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；或此等基團之組合。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「(非芳族)脂環基及雜環基」涵蓋飽和環，亦即僅僅含有單鍵之環；及部分不飽和環，亦即亦可含有複鍵之環。雜環含有一或多個較佳選自Si、O、N、S及Se之雜原子。(非芳族)脂環基及雜環基可為單環基團，亦即僅含有一個環(諸如環己烷)，或可為多環基團，亦即含有複數個環(諸如十氫萘或二環辛烷)。尤佳為飽和基團。此外，較佳為具有3至25個C原子之單環、雙環或三環基團，其視情況含有稠合環且視情況經取代。此外，較佳為5員、6員、7員或8員碳環基，其中，另外，一或多個C原子可經Si置換，及/或一或多個CH基團可經N置換，及/或一或多個非相鄰CH₂基團可經-O-及/或-S-置換。較佳之脂環基及雜環基為例如5員基團，諸如環戊烷、四氫呋喃、四氫硫代呋喃、吡咯啶；6員基團，諸如環己烷、矽雜環己烷、環己烯、四氫哌喃、四氫硫代哌喃、1,3-二噁烷、1,3-二噻

、哌啶；7員基團，諸如環庚烷；及稠合基團，諸如四氫萘、十氫萘、茚滿、雙環[1.1.1]戊烷-1,3-二基、雙環[2.2.2]辛烷-1,4-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基、八氫-4,7-甲橋茚滿-2,5-二基，更佳為1,4-伸環己基、4,4'-二伸環己基、3,17-十六氫-環戊并[a]菲，視情況經一或多個相同或不同基團L取代。尤佳之芳基、雜芳基、脂環基及雜環基為1,4-伸苯基、4,4'-伸聯苯基、1,4-伸聯三苯、1,4-伸環己基、4,4'-二伸環己基及3,17-十六氫-環戊并[a]-菲，視情況經一或多個相同或不同基團L取代。

以上所提及之芳基、雜芳基、脂環基及雜環基之較佳取代基(L)為例如促進溶解之基團，諸如烷基或烷氧基；及拉電子基團，諸如氟、硝基或腈。尤佳之取代基為例如F、Cl、CN、NO₂、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、COCH₃、COC₂H₅、COOCH₃、COOC₂H₅、CF₃、OCF₃、OCHF₂或OC₂F₅。

上文及下文中「鹵素」表示F、Cl、Br或I。

上文及下文中，術語「烷基」、「芳基」、「雜芳基」等亦涵蓋例如伸烷基、伸芳基、伸雜芳基等多價基團。術語「芳基」表示芳族碳基或自其衍生之基團。術語「雜芳基」表示含有一或多個雜原子之根據以上定義之「芳基」。

較佳之烷基為例如甲基、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。

較佳之烷氧基為例如甲氧基、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、正十一烷氧基及正十二烷氧基。

較佳之烯基為例如乙烯基、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。

較佳之炔基為例如乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、辛炔基。

較佳之胺基為例如二甲胺基、甲胺基、甲基苯基胺基、苯基胺基。

術語「對掌性」一般而言用於描述在其鏡像上不可重疊之物件。

「非對掌性(Achiral/non-chiral)」物件為與其鏡像一致之物件。

除非另外明確陳述，否則在本申請案中術語「對掌性向列型」及「膽固醇型」同義使用。

由對掌性物質誘導之節距(P₀)與所使用之對掌性材料之濃度(c)一級近似成反比。此關係之比例常數稱為對掌性物質之螺旋扭轉力(HTP)，且由方程式(5)定義 HTP≡1/(c．P₀) (5)

其中c 為對掌性化合物之濃度。

術語「雙液晶原化合物」係指分子中包含兩個液晶原基團之化合物。正如常見液晶原，視其結構而定，其可形成多個中間相。特定言之，在添加至向列液晶介質時，雙液晶原化合物可誘導第二向列相。雙液晶原化合物亦稱為「二聚液晶」。

「光阻劑」為在諸如光微影及光雕刻之若干工業製程中用以在表面上形成圖案化塗層之感光材料。最重要之光類型包括UV，及汞-蒸氣燈之波長分別為436nm及365nm的g及i線。

「紫外(UV)光」為波長在大致400nm與200nm之間範圍內之電磁輻射。

「正型光阻劑」或「正性光阻劑」為曝露於光之光阻劑部分變得可溶於光阻顯影劑之光阻劑類型。未曝光之光阻劑部分保持不溶於光阻顯影劑，且在此情況下對應於光阻劑遮罩。

「負型光阻劑」或「負性光阻劑」為曝露於光之光阻劑部分變得不溶於光阻顯影劑之光阻劑類型，且在此情況下對應於光阻劑遮罩。光阻顯影劑使光阻劑之未曝光部分溶解。

「光阻顯影劑」在光微影製程中用以在晶圓表面上產生投影至光阻劑上之圖案化影像。顯影劑典型地為用諸如TMAH之有機胺或諸如氫氧化鉀之無機鹽調配之鹼性水溶液。

術語「條帶」尤其係指具有筆直、彎曲或Z形圖案但不限於此之條帶。此外，條帶之外部形狀或橫截面涵蓋但不限於三角形、圓形、半圓形或四邊形形狀。

術語「實質上平行」亦涵蓋在其與彼此之平行度方面具有較小偏差之條帶圖案，諸如關於其與彼此之定向，偏差小於10°、較佳小於5°、尤其小於2°。

術語「配向」或「定向」係指材料之各向異性單元(諸如小分子或大分子片段)在稱為「配向方向」之共同方向上的配向(定向排序)。在液晶材料之配向層中，液晶引向器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」，例如在液晶材料之層中，意謂液晶分子中之一部分之長分子軸(在桿狀化合物情況下)或短分子軸(在盤狀化合物情況下)實質上平行(約180°)於層之平面定向。

術語「垂直定向/配向」，例如在液晶材料之層中，意謂液晶分子中之一部分之長分子軸(在桿狀化合物情況下)或短分子軸(在盤狀化合物情況下)以相對於層之平面約80°與90°之間的角度θ(「傾斜角」)定向。

除非另外明確指定，否則在本申請案中通常提及之光的波長為550nm。

本文中於方程式(6)中定義雙折射率△n △n=n_e-n_o (6)

其中n_e為非尋常折射率且n_o為尋常折射率，且平均折射率n_av.由以下方程式(7)給出：n_av.=[(2 n_o ²+n_e ²)/3]^1/2 (7)

可使用阿貝(Abbe)折射計量測非尋常折射率n_e及尋常折射率n_o。可隨後自方程式(6)計算△n。

在本申請案中，術語「介電正性」用於△ε>3.0之化合物或組分，「介電中性」用於-1.5

△ε

3.0且「介電負性」用於△ε<-1.5。在20℃下於1kHz之頻率下測定△ε。各別化合物之介電各向異性由各別單一化合物於向列主體混合物中之10%溶液之結果確定。若各別化合物在主體介質中之溶解度小於10%，則將其濃度減少2倍，直至所得介質足夠穩定，至少允許確定其特性。然而，較佳地，使濃度保持在至少5%，以便儘可能高地保持結果之顯著性。測試混合物之電容在具有垂直及平行配向之單元中測定。兩種類型之單元之單元間隙大致為20μm。施加之電壓為具有1kHz頻率及典型地0.5V至1.0V之均方根值的矩形波，然而，始終將其選擇為低於各別測試混合物之電容臨限值。

△ε定義為(ε_∥-ε_⊥)，而ε_av.為(ε_∥+2 ε_⊥)/3。

自添加所關注之化合物時主體介質之各別值的變化來確定化合物之介電電容率。將該等值外推為所關注的化合物之100%濃度。主體混合物揭示於H.J.Coles等人，J.Appl.Phys.2006,99,034104中且具有表1中所給出之組成。

此外，如C.Tschierske,G.Pelzl及S.Diele,Angew.Chem.2004,116,6340-6368中所給出之定義應適用於關於本申請案中之液晶材料之未定義術語。

1‧‧‧基板

2‧‧‧電極結構

3‧‧‧由週期性實質上平行條帶組成之光阻圖案

4‧‧‧配向層

圖1展示「2Θ模式」之圖解說明。

圖2展示「Θ模式」之圖解說明。

圖3展示根據本發明之光調變元件之結構化元件的示意圖，其包含基板(1)、電極結構(2)、由週期性平行條帶組成之光阻圖案(3)及配向層(4)。

在一較佳實施例中，光調變元件包含包夾於兩個基板(1)之間的膽固醇型液晶介質，該兩個基板各自具備電極結構(2)，其具備由週期性實質上平行條帶組成之光阻圖案(3)，其中基板中之至少一者另外具備配向層(4)。

在另一較佳實施例中，光調變元件包含包夾於兩個基板(1)之間的膽固醇型液晶介質，該兩個基板各自具備電極結構(2)，其中兩個基板具備由週期性實質上平行條帶組成之光阻圖案(3)，該兩個基板另外具備配向層(4)。

根據本發明，基板可尤其各自且彼此獨立地由聚合材料、金屬氧化物(例如ITO)及玻璃或石英板組成，較佳各自且獨立地由玻璃及/或ITO、尤其玻璃/玻璃組成。

適合且較佳之聚合基板為例如以下各者之膜：環烯烴聚合物(COP)；環烯烴共聚物(COC)；聚酯，諸如聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)或聚萘二甲酸伸乙酯(PEN)、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸酯(PC)或三乙醯纖維素(TAC)，極佳為PET或TAC膜。PET膜可例如以商標名Melinex ®自DuPont Teijin Films購得。COP膜可例如以商標名Zeonor ®或Zeonex ®自ZEON Chemicals L.P.購得。COC膜可例如以商標名Topas ®自TOPAS Advanced Polymers Inc.購得。

基板層可藉由例如隔片或層中之突出結構保持距彼此確定間隔。典型的隔片材料通常為專家已知且選自例如塑膠、二氧化矽、環氧樹脂等。

在一較佳實施例中，基板以距彼此大致1μm至大致20μm範圍內、較佳距彼此大致1.5μm至大致10μm範圍內且更佳距彼此大致2μm至大致5μm範圍內之間隔排列。膽固醇型液晶介質之層從而位於間隙中。

在一較佳實施例中，光調變元件包含電極結構，該電極結構能夠允許施加電場，該電場實質上垂直於基板或膽固醇型液晶介質層。

較佳地，光調變元件包含電極結構，該電極結構作為電極層提供於整個基板及/或像素區上。

適合之電極材料通常為專家已知，如例如由金屬或金屬氧化物、諸如根據本發明較佳之透明氧化銦錫(ITO)製成之電極結構。

ITO薄膜通常藉由物理氣相沈積、電子束蒸發或濺鍍沈積技術沈積於基板上。

較佳地，光調變元件之電極與切換元件、諸如薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體(TFD)相聯。

在一較佳實施例中，根據本發明之光調變元件包含至少一個基板，該至少一個基板具備電極結構，且另外具備由實質上平行條帶組成之光阻圖案。

在另一較佳實施例中，根據本發明之光調變元件包含至少一個基板，該至少一個基板具備電極結構，且另外具備由非連續實質上平行條帶組成之光阻圖案。

該光阻圖案可經由通常已知的光微影製程自適合光阻劑之層獲得。

適合之光阻劑、可結構化頂部塗層及光隔片材料通常為專家已知且可選自負性或正性光阻劑。

適合之正性光阻劑之實例可商購自AZ Electronic Materials(例如RFP系列、TFP系列、SZP系列、HKT系列及SFP系列)、MicroChem(例如PMMA系列)、Dow(例如S1800系列或SPR-220)及Microresist Technology(例如ma-P1200系列)。

適合之負性光阻劑之實例可商購自AZ Electronic Materials(例如CTP系列、ANR系列)、MicroChem(例如SU-8系列或KMPR系列)、 Dow(例如UVN-30)及Microresist Technology(例如ma-N 1400系列或ma-N 2400系列)。

適合之光隔片及可結構化頂部塗層材料之實例可商購自JSR Corp.(例如Optmer NN系列、Optmer PC系列)。

光阻劑可藉由習知塗佈技術如旋塗、滾塗或刮塗塗覆於具有電極結構之基板上。其亦可藉由專家已知的習知印刷技術塗覆至基板，該等習知印刷技術如例如網版印刷、平版印刷、卷盤式印刷、印字機印刷、凹版印刷、輪轉式凹版印刷、彈性凸版印刷、凹紋印刷、移印、熱封印刷、噴墨印刷或藉助於印模或印刷板之印刷。

亦有可能將光阻劑溶解於適合之溶劑中。隨後例如藉由旋塗、印刷或其他已知技術將此溶液塗佈或印刷至基板上，且在聚合作用之前使溶劑蒸發。在大多數情況下，加熱混合物為適合的以便促進溶劑之蒸發。

至於溶劑，例如可使用標準有機溶劑。溶劑可選自例如醚，諸如THF；酮，諸如丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮或環己酮；乙酸酯，諸如乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丁酯或乙醯乙酸甲酯；醇，諸如甲醇、乙醇或異丙醇；芳族溶劑，諸如甲苯或二甲苯；鹵化烴，諸如二氯甲烷或三氯甲烷；二醇或其酯，諸如PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)、γ-丁內酯及其類似物。亦有可能使用以上溶劑之二元、三元或三元以上混合物。

經塗覆光阻劑之層厚度可在5至1000nm範圍內、更佳在50至500nm範圍內且最佳在200至400nm範圍內變化。

相對應地，根據本發明之光調變元件中，光阻圖案之週期性平行條帶的高度可在5至1000nm範圍內、更佳在50至500nm範圍內且最佳在200至400nm範圍內變化。

換言之，適合之物理條帶深度較佳在5至1000nm範圍內、更佳在50至500nm範圍內且最佳在200至400nm範圍內。

在大多數情況下，適合的為典型地在加熱板上在90至120℃下持續30至90秒加熱光阻劑塗佈之基板(所謂的預烘烤)，以便促進溶劑之蒸發。

預烘烤後，通過適合之光遮罩使光阻劑曝露於光化輻射。曝光造成化學變化，該化學變化允許光阻劑中之一些藉由適合之光阻顯影劑移除。詳言之，照射後，經照射正型光阻劑之區域變得可溶於顯影劑，且未曝光之正型光阻劑聚合且變得不溶於顯影劑。在塗覆負型光阻劑之情況下，未曝光區域可溶於顯影劑，且經曝光負型光阻劑聚合且變得不溶於顯影劑。

適合之光阻顯影劑可選自有機或無機顯影劑，例如可商購自AZ Electronic Materials(AZ 300 MIF、AZ 326 MIF、AZ 330 MIF、AZ 405 MIF、AZ 726 MIF、AZ 833 MIF、AZ顯影劑、AZ 400K顯影劑、AZ 421K顯影劑)或Microresist Technology(例如mr-Dev600)。

光化輻射意謂使用光、較佳UV光之照射。

輻射波長可藉由UV帶通濾光片調整。照射波長較佳在250nm至450nm範圍內，更佳在320nm至390nm範圍內。尤佳為約365nm之照射波長。

至於UV輻射之來源，例如可使用單一UV燈。在使用高燈功率時，可減少固化時間。UV輻射之另一可能來源為雷射。

固化時間尤其視光阻劑之反應性、經塗佈層之厚度及UV燈功率而定。固化時間較佳

5分鐘，極佳

3分鐘，最佳

1分鐘。對於大批量生產，

30秒之短固化時間為較佳的。

適合之UV輻射功率較佳在5至200mWcm^-2範圍內，更佳在10至175mWcm^-2範圍內，且最佳在15至150mWcm^-2範圍內。

與施加之UV輻射有關且作為時間函數，適合之UV劑量較佳在25 mJcm^-2至7200mJcm^-2範圍內，更佳在500mJcm^-2至7200mJcm^-2範圍內，且最佳在3000mJcm^-2至7200mJcm^-2範圍內。

根據本發明，照射藉由僅將光阻劑之層之相異部分曝露於光化輻射來進行。此可例如藉由遮蔽技術實現，該等遮蔽技術通常為專家已知的，例如藉由使用光遮罩、較佳條帶遮罩。

如以上所描述，光阻圖案之結構直接得自所利用之光遮罩。較佳地，光遮罩或光阻圖案經選擇，以使得條帶之間的間隙與條帶寬度同時相同且較佳對應於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的一半。舉例而言，關於節距為1μm之膽固醇型液晶材料，由週期性平行條帶組成之光阻圖案為較佳的，該光阻圖案之條帶之間的間隙為500nm且條帶寬度為500nm。

在另一較佳實施例中，光遮罩或相對應之光阻圖案經選擇，以使得條帶之間的間隙與條帶寬度同時相同且較佳對應於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的偶數倍。

在另一較佳實施例中，光遮罩或相對應之光阻圖案經選擇，以使得條帶之間的間隙與條帶寬度同時不相同。

在此情況下，條帶寬度與條帶之間的間隙較佳獨立於另一者且較佳獨立於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距而選擇。

在另一較佳實施例中，條帶之間的間隙較佳對應於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的一半，或對應於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的偶數倍，而同時條帶寬度獨立於間隙而選擇。

在另一較佳實施例中，條帶寬度較佳對應於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的一半，或對應於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的偶數倍，而同時條帶之間的間隙獨立於寬度而選擇。

顯影後，隨後將所得條帶圖案化之光阻圖案典型地在120至250℃下「硬烘烤」20至30分鐘。

視情況，光阻圖案可藉由技術人員已知之技術在平行於條帶之方向上摩擦。此導致誘發相鄰液晶分子之平面配向。因此，可進一步使ULH紋理穩定化。

在一較佳實施例中，光調變元件包含至少一個配向層。較佳地，配向層向相鄰液晶分子誘發垂直配向、傾斜垂直或平面配向，且配向層提供於如以上所描述之光阻圖案上。然而，同樣根據本發明，光調變元件不包含配向層。

較佳地，光調變元件包含至少一個配向層，其向相鄰液晶分子誘發垂直配向，且其提供於如以上所描述之光阻圖案上。

典型的垂直配向層材料通常為專家已知，例如由烷氧基矽烷、烷基三氯矽烷、CTAB、卵磷脂或聚醯亞胺製成之層，諸如可商購自例如Nissan之SE-5561。

配向層材料可藉由習知塗佈技術如旋塗、滾塗、浸塗或刮塗塗覆於基板或電極層上。其亦可藉由氣相沈積或專家已知之習知印刷技術塗覆於如以上所描述之光阻圖案上，該等習知印刷技術如例如網板印刷、平版印刷、卷盤式印刷、印字機印刷、凹版印刷、輪轉式凹版印刷、彈性凸版印刷、凹紋印刷、移印、熱封印刷、噴墨印刷或藉助於印模或印刷板之印刷。

實現垂直配向之其他適合方法描述於例如J.Cognard,Mol.Cryst.Liq.Cryst.78，增刊1,1-77(1981)中。

在本發明之一較佳實施例中，光調變元件包含兩個或兩個以上偏光器，其中之至少一者排列於液晶介質之層的一側上，且其中之至少一者排列於液晶介質之層的相對側上。液晶介質之層及此處之偏光器較佳彼此平行地排列。

偏光器可為線性偏光器。較佳地，正好兩個偏光器存在於光調變元件中。在此情況下，此外較佳地，偏光器任一者或兩者為線性偏光器。若兩個線性偏光器存在於光調變元件中，則根據本發明兩個偏光器之偏振方向較佳交叉。

此外較佳地，在兩個圓偏光器存在於光調變元件中之情況下，此等偏光器具有相同偏振方向，亦即兩者均為右旋圓偏振的或兩者均為左旋圓偏振的。

偏光器可為反射或吸收偏光器。在本申請案意義上，反射偏光器反射具有一個偏振方向之光或一種類型之圓偏振光，同時對具有其他偏振方向之光或其他類型之圓偏振光為可透射的。相對應地，吸收偏光器吸收具有一個偏振方向之光或一種類型之圓偏振光，同時對具有其他偏振方向之光或其他類型之圓偏振光為可透射的。反射或吸收通常不可定量；意謂通過偏光器之光不發生完全偏振。

出於本發明之目的，可採用吸收及反射偏光器兩者。較佳使用呈薄光學膜形式之偏光器。可用於根據本發明之光調變元件之反射偏光器的實例為DRPF(漫反射偏光器膜，3M)、DBEF(雙重亮度增強膜，3M)、DBR(聚合物分層分佈之布拉格反射器(Bragg reflector)，如描述於US 7,038,745及US 6,099,758中)及APF(高級偏光器膜，3M)。

可用於根據本發明之光調變元件之吸收偏光器的實例為Itos XP38偏光器膜及Nitto Denko GU-1220DUN偏光器膜。可根據本發明使用之圓偏光器的實例為APNCP37-035-STD偏光器(American Polarizers)。另一實例為CP42偏光器(ITOS)。

此外光調變元件可包含阻斷具有某些波長之光之濾光片，例如UV濾光片。根據本發明，亦可存在通常為專家已知之其他功能層，諸如保護膜及/或補償膜。

用於根據本發明之光調變元件之適合膽固醇型液晶介質通常為專家已知，且典型地包含至少一種雙液晶原化合物及至少一種對掌性化合物。

鑒於用於ULH-模式之雙液晶原化合物，Coles集團出版關於二聚液晶之結構特性關係之論文(Coles等人，2012(Physical Review E 2012,85,012701))。

其他雙液晶原化合物一般而言自先前技術已知(亦參見Hori,K.,Limuro,M.,Nakao,A.,Toriumi,H.,J.Mol.Struc.2004,699,23-29或GB 2 356 629)。

展示液晶行為之對稱二聚化合物進一步揭示於Joo-Hoon Park等人，「Liquid Crystalline Properties of Dimers Having o-,m- and p- Positional Molecular structures」,Bill.Korean Chem.Soc.,2012，第33卷，第5期，第1647-1652頁中。

具有短膽固醇節距之用於彎電裝置之類似液晶組合物自EP 0 971 016、GB 2 356 629及Coles,H.J.,Musgrave,B.,Coles,M.J.及Willmott,J.,J.Mater.Chem.,11，第2709-2716頁(2001)已知。EP 0 971 016報導液晶原雌二醇，其本身具有高彎電係數。

典型地，對於利用ULH模式之光調變元件，膽固醇型液晶介質之光延遲d*△n(有效)較佳應使得方程式(8)sin2(π．d．△n/λ)=1 (8)

其中d 為單元間隙，且λ 為光之波長

得以滿足。就方程式右手側而言之偏差之裕度為+/- 3%。

適合之膽固醇型液晶介質之介電各向異性(△ε)應經選擇以使得防止在施加定址電壓時螺旋解繞。典型地，適合之液晶介質之△ε較佳大於-2，且更佳為0或0以上，但較佳為10或10以下、更佳為5或5以下且最佳為3或3以下。

所利用之膽固醇型液晶介質的清澈點較佳為大致65℃或65℃以上，更佳為大致70℃或70℃以上，再更佳為80℃或80℃以上，尤佳為大致85℃或85℃以上，且極佳為大致90℃或90℃以上。

所利用之根據本發明之膽固醇型液晶介質的向列相較佳至少自大致0℃或0℃以下延伸至大致65℃或65℃以上，更佳至少自大致-20℃或-20℃以下延伸至大致70℃或70℃以上，極佳至少自大致-30℃或-30℃以下延伸至大致70℃或70℃以上，且尤其至少自大致-40℃或-40℃以下延伸至大致90℃或90℃以上。在個別較佳實施例中，根據本發明之介質之向列相可能需要延伸至大致100℃或100℃以上且甚至大致110℃或110℃以上之溫度。

典型地，根據本發明之光調變元件中所利用之膽固醇型液晶介質包含一或多種雙液晶原化合物，其較佳選自式A-I至A-III之化合物之群，

且其中R¹¹與R¹²、R²¹與R²²，及R³¹與R³² 各自獨立地為H、F、Cl、CN、NCS或具有1至25個C原子之直鏈或分支鏈烷基，該烷基可未經取代、經鹵素或CN單取代或多取代，亦有可能一或多個非相鄰CH₂基團在每次出現時彼此獨立地以氧原子不直接與彼此鍵聯之方式經-O-、-S-、-NH-、-N(CH₃)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或-C≡C-置換，MG¹¹與MG¹²、MG²¹與MG²²，及MG³¹與MG³² 各自獨立地為液晶原基團， Sp¹、Sp²及Sp³ 各自獨立地為包含5至40個C原子之間隔基團，其中一或多個非相鄰CH₂基團，除鍵聯至O-MG¹¹及/或O-MG¹²之Sp¹、鍵聯至MG²¹及/或MG²²之Sp²及鍵聯至X³¹及X³²之Sp³的CH₂基團之外，亦可經-O-、-S-、-NH-、-N(CH₃)-、-CO-、-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-、-CH(鹵素)-、-CH(CN)-、-CH=CH-或-C≡C-置換，然而其方式為使得無兩個O原子彼此相鄰、無兩個-CH=CH-基團彼此相鄰且無選自-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-及-CH=CH-之兩個基團彼此相鄰，且X³¹及X³² 彼此獨立地為選自-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-、-C≡C-或-S-之鍵聯基團，且替代地，其中之一者亦可為-O-或單鍵，且同樣替代地，其中之一者可為-O-且另一者為單鍵。

較佳使用式A-I至A-III之化合物，其中Sp¹、Sp²及Sp³ 各自獨立地為-(CH₂)_n-，其中n 為1至15之整數，最佳為奇數整數，其中一或多個-CH₂-基團可經-CO-置換。

尤佳使用式A-III化合物，其中-X³¹-Sp³-X³²- 為-Sp³-O-、-Sp³-CO-O-、-Sp³-O-CO-、-O-Sp³-、-O-Sp³-CO-O-、-O-Sp³-O-CO-、-O-CO-Sp³-O-、-O-CO-Sp³-O-CO-、-CO-O-Sp³-O-或-CO-O-Sp³-CO-O-，然而在如下條件下，在-X³¹-Sp³-X³²-中，無兩個O原子彼此相鄰，無兩個-CH=CH-基團彼此相鄰，且無選自-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-及-CH=CH-之兩個基團彼此相鄰。

較佳使用式A-I化合物，其中MG¹¹及MG¹² 彼此獨立地為-A¹¹-(Z¹-A¹²)_m-

其中Z¹ 為-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH₂-、-CH₂O-、 -CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CF₂-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，A¹¹及A¹² 在每次出現時各自獨立地為1,4-伸苯基，其中另外，一或多個CH基團可經N置換；反-1,4-伸環己基，其中另外，一或兩個非相鄰CH₂基團可經O及/或S置換；1,4-伸環己烯基、1,4-雙環-(2,2,2)-伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫-萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫-萘-2,6-二基、環丁烷-1,3-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基或雙螺[3.1.3.1]癸烷-2,8-二基，有可能所有此等基團未經取代，經F、Cl、CN或具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基單取代、二取代、三取代或四取代，其中一或多個H原子可經F或Cl取代，且m 為0、1、2或3。

較佳使用式A-II化合物，其中MG²¹及MG²² 彼此獨立地為-A²¹-(Z²-A²²)_m-

其中Z² 為-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH₂-、-CH₂O-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CF₂-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，A²¹及A²² 在每次出現時各自獨立地為1,4-伸苯基，其中另外，一或多個CH基團可經N置換；反-1,4-伸環己基，其中另外，一或兩個非相鄰CH₂基團可經O及/或S置換；1,4-伸環己烯基、1,4-雙環-(2,2,2)-伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫-萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫-萘-2,6-二基、環丁烷-1,3-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基或雙螺[3.1.3.1]癸烷-2,8-二基，有可能所有此等基團未經取代，經F、Cl、CN或具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基單取代、二取代、三取代或四取代，其中一或多個H原子可經F或Cl 取代，且m 為0、1、2或3。

最佳使用式A-III化合物，其中MG³¹及MG³² 彼此獨立地為-A³¹-(Z³-A³²)_m-

其中Z³ 為-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH₂-、-CH₂O-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CF₂-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，A³¹及A³² 在每次出現時各自獨立地為1,4-伸苯基，其中另外，一或多個CH基團可經N置換；反-1,4-伸環己基，其中另外，一或兩個非相鄰CH₂基團可經O及/或S置換；1,4-伸環己烯基、1,4-雙環-(2,2,2)-伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫-萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫-萘-2,6-二基、環丁烷-1,3-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基或雙螺[3.1.3.1]癸烷-2,8-二基，有可能所有此等基團未經取代，經F、Cl、CN或具有1至7個C原子之烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基單取代、二取代、三取代或四取代，其中一或多個H原子可經F或Cl取代，且m 為0、1、2或3。

較佳地，式A-III化合物為不對稱化合物，較佳具有不同液晶原基團MG³¹及MG³²。

通常較佳為式A-I至A-III化合物，其中存在於液晶原基團中之酯基之偶極、亦即所有-CO-O-或所有-O-CO-均定向在相同方向上。

尤佳為式A-I及/或A-II及/或A-III之化合物，其中各別對之液晶原基團(MG¹¹及MG¹²)及(MG²¹及MG²²)及(MG³¹及MG³²)在每次出現時彼此獨立地包含一、兩或三個六原子環、較佳兩或三個六原子環。

一小組較佳液晶原基團列於以下。為簡單起見，此等基團中之 Phe為1,4-伸苯基，PheL為經1至4個基團L取代之1,4-伸苯基，其中L較佳為F、Cl、CN、OH、NO₂或具有1至7個C原子之視情況氟化之烷基、烷氧基或烷醯基，極佳為F、Cl、CN、OH、NO₂、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、COCH₃、COC₂H₅、COOCH₃、COOC₂H₅、CF₃、OCF₃、OCHF₂、OC₂F₅，尤其為F、Cl、CN、CH₃、C₂H₅、OCH₃、COCH₃及OCF₃，最佳為F、Cl、CH₃、OCH₃及COCH₃，且Cyc為1,4-伸環己基。此清單包含以下所展示之子式以及其鏡像-Phe-Z-Phe- II-1

-Phe-Z-Cyc- II-2

-Cyc-Z-Cyc- II-3

-PheL-Z-Phe- II-4

-PheL-Z-Cyc- II-5

-PheL-Z-PheL- II-6

-Phe-Z-Phe-Z-Phe- II-7

-Phe-Z-Phe-Z-Cyc- II-8

-Phe-Z-Cyc-Z-Phe- II-9

-Cyc-Z-Phe-Z-Cyc- II-10

-Phe-Z-Cyc-Z-Cyc- II-11

-Cyc-Z-Cyc-Z-Cyc- II-12

-Phe-Z-Phe-Z-PheL- II-13

-Phe-Z-PheL-Z-Phe- II-14

-PheL-Z-Phe-Z-Phe- II-15

-PheL-Z-Phe-Z-PheL- II-16

-PheL-Z-PheL-Z-Phe- II-17

-PheL-Z-PheL-Z-PheL- II-18

-Phe-Z-PheL-Z-Cyc- II-19

-Phe-Z-Cyc-Z-PheL- II-20

-Cyc-Z-Phe-Z-PheL- II-21

-PheL-Z-Cyc-Z-PheL- II-22

-PheL-Z-PheL-Z-Cyc- II-23

-PheL-Z-Cyc-Z-Cyc- II-24

-Cyc-Z-PheL-Z-Cyc- II-25

尤佳為子式II-1、II-4、II-6、II-7、II-13、II-14、II-15、II-16、II-17及II-18。

在此等較佳基團中，Z在各情況下獨立地具有如以上針對MG²¹及MG²²所給出的Z¹之含義中之一者。較佳地，Z為-COO-、-OCO-、-CH₂CH₂-、-C≡C-或單鍵，尤佳為單鍵。

極佳地，液晶原基團MG¹¹與MG¹²、MG²¹與MG²²及MG³¹與MG³²各自且獨立地選自以下式及其鏡像。

極佳地，各別對之液晶原基團MG¹¹與MG¹²、MG²¹與MG²²及MG³¹與MG³²中之至少一者且較佳其中之兩者各自且獨立地選自以下式IIa至IIn(故意省略兩個參考號「II i」及「II l」以避免任何混淆)及其鏡像

其中L在每次出現時彼此獨立地為F或Cl，較佳為F，且r在每次出現時彼此獨立地為0、1、2或3，較佳為0、1或2。

此等較佳式中之基團

極佳表示

、

或

，此外為

，尤佳為子式IIa、IId、IIg、IIh、IIi、IIk及IIo，尤其為子式IIa及IIg。

在具有非極性基團之化合物之情況下，R¹¹、R¹²、R²¹、R²²、R³¹及R³²較佳為具有至多15個C原子之烷基或具有2至15個C原子之烷氧基。

若R¹¹與R¹²、R²¹與R²²及R³¹與R³²為烷基或烷氧基，亦即其中末端CH₂基團經-O-置換，則此可為直鏈或分支鏈。其較佳為直鏈，具有2、3、4、5、6、7或8個碳原子且因此較佳為例如乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基或辛氧基，此外為甲基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十三烷氧基或十四烷氧基。

氧雜烷基，亦即其中一個CH₂基團經-O-置換，較佳為例如直鏈2-氧雜丙基(=甲氧基甲基)、2-(=乙氧基甲基)或3-氧雜丁基(=2-甲氧基乙基)、2-氧雜戊基、3-氧雜戊基或4-氧雜戊基、2-氧雜己基、3-氧雜己基、4-氧雜己基或5-氧雜己基、2-氧雜庚基、3-氧雜庚基、4-氧雜庚基、5-氧雜庚基或6-氧雜庚基、2-氧雜辛基、3-氧雜辛基、4-氧雜辛基、5-氧雜辛基、6-氧雜辛基或7-氧雜辛基、2-氧雜壬基、3-氧雜壬基、4-氧雜壬基、5-氧雜壬基、6-氧雜壬基、7-氧雜壬基或8-氧雜壬基或2-氧雜癸基、3-氧雜癸基、4-氧雜癸基、5-氧雜癸基、6-氧雜癸基、7-氧雜癸基、8-氧雜癸基或9-氧雜癸基。

在化合物具有末端極性基之情況下，R¹¹與R¹²、R²¹與R²²及R³¹與R³²選自CN、NO₂、鹵素、OCH₃、OCN、SCN、COR^x、COOR^x或具有1至4個C原子之單氟化、寡氟化或多氟化烷基或烷氧基。R^x為具有1至4個、較佳1至3個C原子之視情況氟化之烷基。鹵素較佳為F或Cl。

尤佳地，式A-I、A-II、A-III個別之R¹¹與R¹²、R²¹與R²²及R³¹與 R³²選自H、F、Cl、CN、NO₂、OCH₃、COCH₃、COC₂H₅、COOCH₃、COOC₂H₅、CF₃、C₂F₅、OCF₃、OCHF₂及OC₂F₅，特定言之選自H、F、Cl、CN、OCH₃及OCF₃，尤其選自H、F、CN及OCF₃。

另外，個別含有非對掌性分支鏈基團R¹¹及/或R²¹及/或R³¹之式A-I、A-II、A-III之化合物可偶爾具有重要性，例如歸因於朝向結晶之傾向減小。此類型之分支鏈基團一般含有不多於一個鏈分支。較佳之非對掌性分支鏈基團為異丙基、異丁基(=甲基丙基)、異戊基(=3-甲基丁基)、異丙氧基、2-甲基-丙氧基及3-甲基丁氧基。

間隔基團Sp¹、Sp²及Sp³較佳為具有5至40個C原子、尤其5至25個C原子、極佳5至15個C原子之直鏈或分支鏈伸烷基，其中另外，一或多個非相鄰及非末端CH₂基團可經-O-、-S-、-NH-、-N(CH₃)-、-CO-、-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-、-CH(鹵素)-、-CH(CN)-、-CH=CH-或-C≡C-置換。

「末端」CH₂基團為直接鍵結至液晶原基團之彼等基團。因此，「非末端」CH₂基團並不直接鍵結至液晶原基團R¹¹與R¹²、R²¹與R²²及R³¹與R³²。

典型的間隔基團為例如-(CH₂)_o-、-(CH₂CH₂O)_p-CH₂CH₂-，其中o為5至40、尤其5至25、極佳5至15之整數，且p為1至8之整數，尤其為1、2、3或4。

較佳之間隔基團為例如伸戊基、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、二伸乙基氧基伸乙基、二亞甲基氧基伸丁基、伸戊烯基、伸庚烯基、伸壬烯基及伸十一烷烯基。

尤佳為式A-I、A-II及A-III之化合物，其中Sp¹、Sp²、Sp³個別具有5至15個C原子之伸烷基。直鏈伸烷基為尤佳的。

較佳為含具有6、8、10、12及14個C原子之偶數數目的直鏈伸烷基之間隔基團。

在本發明之另一實施例中為較佳具有含5、7、9、11、13及15個C原子之奇數數目的直鏈伸烷基之間隔基團。極佳為具有5、7或9個C原子之直鏈伸烷基間隔基。

尤佳為式A-I、A-II及A-III之化合物，其中Sp¹、Sp²、Sp³個別具有5至15個C原子之完全氘化伸烷基。極佳為氘化直鏈伸烷基。最佳為部分氘化之直鏈伸烷基基團。

較佳為式A-I化合物，其中液晶原基團R¹¹-MG¹¹-與R¹²-MG¹-不同。尤佳為式A-I化合物，其中式A-I中之R¹¹-MG¹¹-與R¹²-MG¹²-相同。

較佳之式A-I化合物選自式A-I-1至A-I-3之化合物之群

其中參數n具有以上所給出之含義且較佳為3、5、7或9，更佳為5、7或9。

較佳之式A-II化合物選自式A-II-1至A-II-4之化合物之群

較佳之式A-III化合物選自式A-III-1至A-III-12之化合物之群

尤佳之例示性式A-I化合物為以下化合物：對稱化合物：

及非對稱化合物：

尤佳之例示性式A-II化合物為以下化合物：對稱化合物：

及非對稱化合物：

尤佳之例示性式A-III化合物為以下化合物：對稱化合物：

及非對稱化合物：

特定言之，較佳之化合物可較佳地選自表D中所列之化合物之群。

式A-I至A-III之雙液晶原化合物尤其適用於彎電液晶顯示器，因為其可容易配向成宏觀上均勻的定向，且在應用之液晶介質中產生高彈性常數k₁₁值及高彎電係數e值。

式A-I至A-III之化合物可根據或類似於本身已知及描述於有機化學之標準著作(諸如Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie,Thieme-Verlag,Stuttgart)中之方法來合成。

在一較佳實施例中，膽固醇型液晶介質視情況包含一或多種向列原基化合物，其較佳選自式B-I至B-III之化合物之群

其中L^B11至L^B31 獨立地為H或F，較佳一者為F且另一者為H或F且最佳兩者均為H或兩者均為F。

R^B1、R^B21與R^B22及R^B31與R^B32 各自獨立地為H、F、Cl、CN、NCS或具有1至25個C原子之直鏈或分支鏈烷基，該烷基可未經取代、經鹵素或CN單取代或多取代，亦有可能一或多個非相鄰CH₂基團在每次出現時彼此獨立地以氧原子不直接與彼此鍵聯之方式經-O-、-S-、-NH-、-N(CH₃)-、 _-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或-C≡C-置換，X^B1 為F、Cl、CN、NCS，較佳為CN，Z^B1、Z^B2及Z^B3 在每次出現時獨立地為-CH₂-CH₂-、-CO-O-、-O-CO-、-CF₂-O-、-O-CF₂-、-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，較佳為-CH₂-CH₂-、-CO-O-、-CH=CH-、-C≡C-或單鍵，

及

在每次出現時獨立地為

或

，較佳為

、

或

替代地，一或多個

為

，且 n 為1、2或3，較佳為1或2。

更佳為包含一或多種式B-I之向列原基之膽固醇型液晶介質，該式B-I選自式B-I-1至B-I-5之群，較佳選自式B-I-1、B-I-2、B-I-3、B-I-5及/或B-I-6之群，

其中參數具有以上所給出之含義且較佳地R^B1 為具有至多12個C原子之烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，X^B1 為F、Cl、CN、NCS、OCF₃，較佳為CN、OCF₃或 F，且L^B11及L^B12 獨立地為H或F，較佳一者為H且另一者為H或F且最佳兩者均為H。

更佳為包含一或多種式B-II之向列原基之膽固醇型液晶介質，該式B-II選自式B-II-1至B-II-5、較佳式B-II-1及/或B-II-5之群，

其中參數具有以上所給出之含義且較佳地R^B21及R^B22 獨立地為具有至多12個C原子之烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，更佳地，R^B21為烷基且R^B22為烷基、烷氧基或烯基，且在式B-II-1中最佳為烯基、尤其乙烯基或1-丙烯基，且在式B-II-2中最佳為烷基。

更佳為包含一或多種式B-III之向列原基之膽固醇型液晶介質，該一或多種向列原基較佳選自式B-III-1至B-III-10、最佳式B-III-10之化合物之群，

其中參數具有以上所給出之含義且較佳地R^B31及R^B32 獨立地為具有至多12個C原子之烷基、烷氧基、烯基或烯氧基，更佳地RB³¹為烷基且RB³²為烷基或烷氧基且最佳為烷氧基，且L^B22，L^B31及L^B32 獨立地為H或F，較佳一者為F且另一者為 H或F且最佳兩者均為F。

式B-I至B-III之化合物為專家已知且可根據或類似於本身已知及描述於有機化學之標準著作(例如Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie,Thieme-Verlag,Stuttgart)中之方法來合成。

用於ULH模式之適合膽固醇型液晶介質包含一或多種具有適合螺旋扭轉力(HTP)之對掌性化合物，尤其揭示於WO 98/00428中之化合物。

較佳地，對掌性化合物選自式C-I至C-III之化合物之群，

後兩者包括各別(S,S)對映異構體，其中E及F各自獨立地為1,4-伸苯基或反-1,4-伸環己基，v為0或1，Z⁰為-COO-、-OCO-、-CH₂CH₂-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。

尤佳之膽固醇型液晶介質包含至少一或多種對掌性化合物，其本身並不必須展示液晶相且本身給出良好均勻的配向。

式C-II化合物及其合成描述於WO 98/00428中。尤佳為化合物 CD-1，如下表D中所示。式C-III化合物及其合成描述於GB 2 328 207中。

此外，典型地使用之對掌性化合物為例如市售可得之R/S-5011、CD-1、R/S-811及CB-15(來自Merck KGaA,Darmstadt,Germany)。

以上所提及之對掌性化合物R/S-5011及CD-1以及式C-I、C-II及C-III之(其他)化合物顯示極高螺旋扭轉力(HTP)，且因此尤其適用於本發明之目的。

膽固醇型液晶介質較佳包含較佳1至5種、尤其1至3種、極佳1或2種對掌性化合物，該等對掌性化合物較佳選自上式C-II、尤其CD-1及/或式C-III及/或R-5011或S-5011，極佳地，對掌性化合物為R-5011、S-5011或CD-1。

膽固醇型液晶介質中之對掌性化合物之量以總混合物重量計較佳為1至20%，更佳為1至15%，甚至更佳為1至10%，且最佳為1至5%。

在另一較佳實施例中，少量(例如0.3重量%，典型地<1重量%)之可聚合化合物添加至以上所描述之膽固醇型液晶介質，且引入光調變元件中後通常藉由UV光聚合原位聚合或交聯。將可聚合液晶原或液晶化合物、亦稱為「反應性液晶原」(RM)添加至LC混合物已證實尤其適合，以便進一步使ULH紋理穩定化(例如Lagerwall等人，Liquid Crystals 1998,24,329-334.)。

適合之可聚合液晶化合物較佳選自式D化合物之群，P-Sp-MG-R⁰ D

其中P 為可聚合基團，Sp 為間隔基團或單鍵，MG 為桿狀液晶原基團，其較佳選自式M， M 為-(A^D21-Z^D21)_k-A^D22-(Z^D22-A^D23)_l-，A^D21至A^D23 在每次出現時彼此獨立地為視情況經一或多個相同或不同基團L取代之芳基、雜芳基、雜環基或脂環基，較佳為視情況經一或多個相同或不同基團L取代之1,4-伸環己基或1,4-伸苯基、1,4-吡啶、1,4-嘧啶、2,5-噻吩、2,6-二噻吩并[3,2-b：2',3'-d]噻吩、2,7-氟、2,6-萘、2,7-菲，Z^D21及Z^D22 在每次出現時彼此獨立地為-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-O-COO-、-CO-NR⁰¹-、-NR⁰¹-CO-、-NR⁰¹-CO-NR⁰²、-NR⁰¹-CO-O-、-O-CO-NR⁰¹-、-OCH₂-、-CH₂O-、-SCH₂-、-CH₂S-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CF₂S-、-SCF₂-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR⁰¹-、-CY⁰¹=CY⁰²-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，較佳為-COO-、-OCO-、-CO-O-、-O-CO-、-OCH₂-、-CH₂O-、-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，L 在每次出現時彼此獨立地為F或Cl，R⁰ 為H、具有1至20個C原子以上、較佳1至15個C原子之視情況氟化之烷基、烷氧基、硫代烷基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基，或為Y⁰或P-Sp-，Y⁰ 為F、Cl、CN、NO₂、OCH₃、OCN、SCN、具有1至4個C原子之視情況氟化之烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基、或具有1至4個C原子之單氟化、寡氟化或多氟化烷基或烷氧基，較佳為F、Cl、CN、NO₂、OCH₃、或具有1至4個C原子之單氟化、寡氟化或多氟化烷基或烷氧基，Y⁰¹及Y⁰² 各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN，R⁰¹及R⁰² 各自且獨立地具有如以上R⁰所定義之含義，且 k及l 各自且獨立地為0、1、2、3或4，較佳為0、1或2，最佳為1。

較佳之可聚合單反應性、雙反應性或多反應性液晶化合物揭示於例如WO 93/22397、EP 0 261 712、DE 195 04 224、WO 95/22586、WO 97/00600、US 5,518,652、US 5,750,051、US 5,770,107及US 6,514,578中。

較佳之可聚合基團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)₂CH-OCO-、(CH₂=CH-CH₂)₂CH-OCO-、(CH₂=CH)₂CH-O-、(CH₂=CH-CH₂)₂N-、(CH₂=CH-CH₂)₂N-CO-、HO-CW²W³-、HS-CW²W³-、HW²N-、HO-CW²W³-NH-、CH₂=CW¹-CO-NH-、CH₂=CH-(COO)_k1-Phe-(O)_k2-、CH₂=CH-(CO)_k1-Phe-(O)_k2-、Phe-CH=CH-、HOOC-、OCN-及W⁴W⁵W⁶Si-，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，尤其為H、F、Cl或CH₃，W²及W³各自彼此獨立地表示H或具有1至5個C原子之烷基，尤其為H、甲基、乙基或正丙基，W⁴、W⁵及W⁶各自彼此獨立地表示Cl、具有1至5個C原子之氧雜烷基或氧雜羰基烷基，W⁷及W⁸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以上所定義但不同於P-Sp之基團L取代，且k₁、k₂及k₃各自彼此獨立地表示0或1，k₃較佳表示1，且k₄為1至10之整數。

尤佳之基團P為CH₂=CH-COO-、CH₂=C(CH₃)-COO-、CH₂=CF- COO-、CH₂=CH-、CH₂=CH-O-、(CH₂=CH)₂CH-OCO-、(CH₂=CH)₂CH-O-、

及

，尤其為乙烯氧基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、氟丙烯酸酯基、氯丙烯酸酯基、氧雜環丁烷及環氧基。

在本發明之另一較佳實施例中，式I*及II*及其子式之可聚合化合物含有一或多個分支鏈基團，而非一或多個基團P-Sp-，該一或多個分支鏈基團含有兩個或兩個以上可聚合基團P(多官能可聚合基團)。適合的此類型基團及含有該等基團之可聚合化合物描述於例如US 7,060,200 B1或US 2006/0172090 A1中。尤佳為選自下式之多官能可聚合基團：-X-烷基-CHP¹-CH₂-CH₂P² I*a

-X-烷基-C(CH₂P¹)(CH₂P²)-CH₂P³ I*b

-X-烷基-CHP¹CHP²-CH₂P³ I*c

-X-烷基-C(CH₂P¹)(CH₂P²)-C_aaH_2aa+1 I*d

-X-烷基-CHP¹-CH₂P² I*e

-X-烷基-CHP¹P² I*f

-X-烷基-CP¹P²-C_aaH_2aa+1 I*g

-X-烷基-C(CH₂P¹)(CH₂P²)-CH₂OCH₂-C(CH₂P³)(CH₂P⁴)CH₂P⁵ I*h

-X-烷基-CH((CH₂)_aaP¹)((CH₂)_bbP²) I*i

-X-烷基-CHP¹CHP²-C_aaH_2aa+1 I*k

其中烷基表示單鍵或具有1至12個C原子之直鏈或分支鏈伸烷基，其中一或多個非相鄰CH₂基團可各自彼此獨立地以O及/或S原子不直接與彼此鍵聯之方式經-C(R^x)=C(R^x)-、-C≡C-、-N(R^x)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-置換，且其中另外，一或多個H原子可經F、Cl或CN置換，其中R^x具有以上所提及之含義且較佳表示如以上所定義之R⁰，aa及bb 各自彼此獨立地表示0、1、2、3、4、5或6，X 具有關於X'所指示之含義中之一者，且P^1-5 各自彼此獨立地具有以上關於P所指示之含義中之一者。

較佳之間隔基團Sp選自式Sp'-X'，以使得基團「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，且其中另外，一或多個非相鄰CH₂基團可各自彼此獨立地以O及/或S原子不直接與彼此鍵聯之方式經-O-、-S-、-NH-、-NR^x-、-SiR^xR^xx-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-NR^x-CO-O-、-O-CO-NR^x-、-NR^x-CO-NR^x-、-CH=CH-或-C≡C-置換，X' 表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR^x-、-NR^x-CO-、-NR^x-CO-NR^x-、-OCH₂-、-CH₂O-、-SCH₂-、-CH₂S-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CF₂S-、-SCF₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR^x-、-CY²=CY³-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，R^x及R^xx 各自彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之烷基，且Y²及Y³ 各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN。

X' 較佳為-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR^x-、-NR^x-CO-、-NR^x-CO-NR^x-或單鍵。

典型的間隔基團Sp'為例如-(CH₂)_p1-、-(CH₂CH₂O)_q1-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-S-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-NH-CH₂CH₂-或-(SiR^xR^xx-O)_p1-，其中p1為1至12之整數，q1為1至3之整數，且R^x及R^xx具有以上所提及之含義。

尤佳之基團-X'-Sp'-為-(CH₂)_p1-、-O-(CH₂)_p1-、-OCO-(CH₂)_p1-、-OCOO-(CH₂)_p1-。

在各情況下，尤佳之基團Sp'為例如直鏈伸乙基、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、伸乙基氧基伸乙基、亞甲基氧基伸丁基、伸乙基硫基伸乙基、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。

其他較佳之可聚合單反應性、雙反應性或多反應性液晶化合物展示於以下清單中：

其中P⁰ 在多次出現情況下彼此獨立地為可聚合基團，較佳為丙烯基、甲基丙烯基、氧雜環丁烷、環氧基、乙烯基、乙烯氧基、丙烯基醚或苯乙烯基， A⁰ 在多次出現情況下彼此獨立地為視情況經1、2、3或4個基團L取代之1,4-伸苯基，或反-1,4-伸環己基，Z⁰ 在多次出現情況下彼此獨立地為-COO-、-OCO-、-CH₂CH₂-、-C≡C-、-CH=CH-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，r 為0、1、2、3或4，較佳為0、1或2，t 在多次出現情況下彼此獨立地為0、1、2或3，u及v 彼此獨立地為0、1或2，w 為0或1，x及y 彼此獨立地為0或1至12之相同或不同整數，z 為0或1，若相鄰x或y為0，則z為0，另外，其中苯及萘環可額外經一或多個相同或不同基團L取代，且參數R⁰、Y⁰、R⁰¹、R⁰²及L具有如以上式D中所給出之相同含義。

其他較佳之可聚合單反應性、雙反應性或多反應性液晶化合物選自表F。

在LC顯示器之基板之間的LC介質中，可聚合化合物藉由原位聚合而聚合或交聯(若化合物含有兩個或兩個以上可聚合基團)。適合且較佳之聚合方法為例如熱或光聚合，較佳為光聚合，尤其為UV光聚合。此處必要時亦可添加一或多種引發劑。適合之聚合條件及引發劑之適合類型及量為熟習此項技術者已知且描述於文獻中。適用於自由基聚合的為例如市售可得之光引發劑Irgacure651^®、Irgacure184^®、Irgacure907®、Irgacure369^®或Darocure1173^®(Ciba AG)。若採用引發劑，則其在作為整體之混合物中之比例較佳為0.001至5重量%，尤佳為0.001至1重量%。然而，聚合亦可在不添加引發劑之情況下進行。在另一較佳實施例中，LC介質不包含聚合引發劑。

可聚合組分或膽固醇型液晶介質亦可包含一或多種穩定劑，以便防止RM在例如儲存或運輸期間不當地自發聚合。穩定劑之適合類型及量為熟習此項技術者已知且描述於文獻中。尤其適合的為例如市售可得之Irganox^®系列穩定劑(Ciba AG)。若採用穩定劑，則其以RM或可聚合化合物之總量計之比例較佳為10-5000ppm，尤佳為50-500ppm。

以上所提及之可聚合化合物亦適用於無引發劑情況下之聚合，其與可觀優勢相關，諸如材料成本更低及尤其LC介質因可能殘餘量之引發劑或其降解產物所致之污染更小。

可聚合化合物可單獨地添加至膽固醇型液晶介質，但亦有可能使用包含兩種或兩種以上可聚合化合物之混合物。在此類型之混合物聚合時，形成共聚物。本發明此外係關於以上及以下所提及之可聚合混合物。

根據本發明可使用之膽固醇型液晶介質以本身習知之方式，例如藉由混合以上所提及之化合物中之一或多者與一或多種如以上所定義之可聚合化合物，及視情況與其他液晶化合物及/或添加劑來製備。一般而言，宜在高溫下將以較少量使用之所要量之組分溶解於構成主要成分之組分中。亦可能將組分於有機溶劑中(例如丙酮、氯仿或甲醇中)之溶液混合，且例如藉由在澈底混合之後蒸餾來再次移除溶劑。

對熟習此項技術者而言不言而喻，LC介質亦可包含例如H、N、O、Cl、F已由相對應的同位素置換之化合物。

液晶介質可進一步以常用濃度含有添加劑，如例如其他穩定劑、抑制劑、鏈轉移劑、共反應單體、表面活性化合物、潤滑劑、濕潤劑、分散劑、疏水劑、黏著劑、流動改進劑、消泡劑、除氣劑、稀釋劑、反應性稀釋劑、助劑、著色劑、染料、顏料或奈米粒子。

以總混合物計，此等其他組分之總濃度在0.1%至10%、較佳0.1% 至6%範圍內。所用之個別化合物之濃度各自較佳在0.1%至3%之範圍內。對於本申請案中之液晶介質之液晶組分及化合物的濃度之值及範圍而言，未考慮此等及相似添加劑之濃度。亦未考慮在混合物中使用之二向色染料之濃度，當分別指定主體介質之化合物及組分之濃度時，不計二向色染料。始終相對於最終摻雜混合物給出各別添加劑之濃度。

一般而言，根據本申請案之介質中之所有化合物的總濃度為100%。

一種用於生產根據本發明之光調變元件之典型方法包含至少以下步驟：- 切割且清潔基板，- 將電極結構提供於基板上，- 將光阻劑塗佈於電極結構上，- 對光阻劑進行光微影- 使光阻劑顯影，- 塗佈至少一個配向層，- 使用UV可固化黏著劑裝配單元，- 用膽固醇型液晶介質填充單元，- 視情況，藉由向LC介質施加電場同時自各向同性相緩慢地冷卻成膽固醇型相來獲得ULH紋理，及- 視情況，使LC介質之可聚合化合物固化。

將在下文詳細解釋根據本發明之裝置之功能原理。應注意，不應自關於假定功能方式之評論來推導對所主張之本發明之不存在於申請專利範圍中的範疇之限制。

較佳地且在完美的配向系統之情況下，ULH紋理自發地形成，且因而在此情況下將不需要電場。

較佳地，在自發ULH配向之情況下，亦不需要控制溫度，但仍然在混合物之可使用向列範圍內。且亦在可填充裝置之範圍內。

在另一較佳實施例中，有可能自焦點二次曲線或Grandjean紋理開始，藉由在例如200Hz高頻率下將10V電場施加至膽固醇型液晶介質，同時將其自各向同性相緩慢地冷卻成其膽固醇型相，獲得ULH紋理。對於不同介質，場頻可不同。

自ULH紋理開始，膽固醇型液晶介質可藉由施加電場而經歷彎電切換。此導致材料之光軸在單元基板之平面上旋轉，其導致當將材料置放於交叉偏光器之間時透射率改變。在以上介紹中及在實例中進一步詳細描述本發明材料之彎電切換。

根據本發明之光調變元件之處於「斷開狀態」的均勻分佈螺旋紋理提供顯著改良之光學消光及因此有利之對比。另外，移除電壓後，ULH紋理為穩定的且保持若干天/週。

裝置之光學器件在一定程度上為自我補償的(類似於習知π單元)且提供比根據VA模式之習知光調變元件更好的視角。

所需要之施加電場強度主要視電極間隙及主體混合物之e/K而定。施加電場強度典型地小於大致10V/μm^-1，較佳小於大致8V/μm^-1，且更佳小於大致5V/μm^-1。相對應地，根據本發明之光調變元件之施加驅動電壓較佳小於大致30V，更佳小於大致20V，且甚至更佳小於大致10V。

可使用如專家所通常已知之習知驅動波形來操作根據本發明之光調變元件。

本發明之光調變元件可用於各種類型之光學及電光學裝置。

該等光學及電光學裝置包括(但不限於)電光學顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置及光學資訊儲存裝置。

除非上下文另外明確指示，否則如本文中所使用，本文中之術語的複數形式應視為包括單數形式，且反之亦然。

本申請案中所指示之參數範圍均包括極限值，包括如專家所已知之最大容許誤差。所指示用於各種特性範圍之不同上限及下限值結合彼此產生額外較佳之範圍。

除非另外明確說明，否則在整個本申請案中以下條件及定義適用。所有濃度均以重量百分比為單位引述且將各別混合物視為整體，所有溫度均以攝氏度為單位引述且所有溫度差異均以差異度數引述。除非另外明確說明，否則所有物理特性均根據「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」,Status 1997年11月，Merck KGaA,Germany測定，且適用20℃之溫度。光學各向異性(△n)在589.3nm波長下測定。介電各向異性(△ε)在1kHz頻率下或若明確說明在19GHz頻率下測定。臨限電壓以及所有其他電光學特性均使用Merck KGaA,Germany所生產之測試單元測定。用於測定△ε之測試單元的單元厚度為大致20μm。電極為具有1.13cm²面積及保護環之圓形ITO電極。定向層為用於垂直定向(ε_∥)之來自Nissan Chemicals,Japan之SE-1211，及用於平行定向(ε_⊥)之來自Japan Synthetic Rubber,Japan之聚醯亞胺AL-1054。使用Solatron 1260頻率回應分析器，使用正弦波以0.3V_rms之電壓測定電容。用於電光學量測之光為白光。在此使用利用來自Autronic-Melchers,Germany之市售可得DMS儀器之裝備。

在本說明書之說明書及申請專利範圍通篇，詞語「包含(comprise)」及「含有(contain)」及該等詞語之變化形式(例如，「包含(comprising)」及「包含(comprises)」)意謂「包括(但不限於)」且並不意欲(且不)排除其他組分。另一方面，詞語「包含」亦涵蓋術語「由……組成」，但不限於其。

應瞭解，尤其較佳實施例之以上所描述的許多特徵自身為發明性的，且並不僅僅作為本發明之實施例之一部分。除了目前主張之任何發明以外或替代目前主張之任何發明，可為此等特徵尋求獨立保護。

在本申請案通篇，應理解，在結合至三個相鄰原子之C原子處(例如在C=C或C=O雙鍵中或例如在苯環中)之鍵角為120°，且在結合至兩個相鄰原子之C原子處(例如在C≡C中或在C≡N參鍵中或在烯丙基位置C=C=C中)之鍵角為180°，除非此等角度另外受到限制，例如其為較小環(如3原子、5原子或5原子環)之一部分，儘管在一些情況下在一些結構式中未精確表示此等角度。

應瞭解，可對本發明之前述實施例作出變化，然而該等變化仍屬於本發明之範疇內。除非另外說明，否則伺服相同、等效或類似目的之替代性特徵可替代本說明書中所揭示之各特徵。因此，除非另外說明，否則所揭示之各特徵僅為一系列通用之等效或類似特徵之一個實例。

本說明書中所揭示之全部特徵可以任何組合形式組合，但至少一些該等特徵及/或步驟會互斥之組合除外。特定言之，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形式使用。同樣，以非必需組合形式描述之特徵可分別(不以組合形式)使用。

無需進一步詳細描述，咸信熟習此項技術者可使用前述描述最大程度地利用本發明。因此，以下實例應理解為僅為說明性且無論如何不以任何方式限制本發明之其餘部分。

以下縮寫用以說明化合物之液晶相行為：K=結晶；N=向列；N2=扭轉彎曲向列；S=近晶；Ch=膽固醇型；I=各向同性；Tg=玻璃轉變。符號之間的數字指示以℃為單位之相轉變溫度。

在本申請案中且尤其在以下實例中，液晶化合物之結構由縮寫(其亦稱為「字首語」)表示。根據下列三個表-表A至表C，可直接將縮寫轉換成相應結構。

所有基團C_nH_2n+1、C_mH_2m+1及C_IH2_I+1較佳為分別具有n、m及I個C原子之直鏈烷基，所有基團C_nH_2n、C_mH_2m及C_IH_2I較佳分別為(CH₂)_n、(CH₂)_m及(CH₂)_I，且-CH=CH-較佳為反分別E伸乙烯基。

表A列出用於環元素之符號，表B列出用於鍵聯基團之符號，且表C列出用於分子之左手及右手端基之符號。

其中n及m各自為整數且三個點「...」指示用於此表之其他符號之空間。

LC介質較佳包含0至10重量%、尤其1至5重量%且尤佳1至3重量%之穩定劑。LC介質較佳包含一或多種選自由來自表E之化合物組成之群的穩定劑。

LC介質較佳包含一或多種選自由來自表F之化合物組成之群的反應性液晶原。

實例

混合物實例：

製備以下LC混合物(M-1)：

製備以下LC混合物(M-2)：

實例1：

將100nm光阻層(SU-8 2002，MicroChem，於環戊酮中稀釋至4重量%)旋塗至ITO塗佈之玻璃基板中。在90℃下將基板預烘烤3分鐘。隨後通過條帶間隙為5μm且條帶寬度為5μm之條帶圖案光遮罩將基板曝露於UV光。隨後在90℃下將經曝光基板烘烤1分鐘。隨後用光阻顯影劑(PGMEA)處理光阻層。隨後將樣品在IPA中洗滌10秒，隨後在去離子水中洗滌10秒，且隨後在90℃下烘烤1小時。用以上基板中之一者及單元間隙為5μm之一個ITO塗佈之玻璃基板裝配測試單元。用兩種LC介質M-1或M-2中之一者填充測試單元。

將測試單元加熱至高於LC介質之清澈點且冷卻下來，同時向測試單元施加電場(10V，200Hz)，以便誘導ULH紋理。

在不對單元進行任何機械處理(在摩擦平面定向層之情況下典型地為所需要)之情況下生成ULH紋理，且其出人意料地在切斷電場後持續若干天穩定。另外，缺陷顯著減少。與標準反平行摩擦單元相比，此等單元之暗態及對比率兩者顯著改良。

實例2：

將100nm光阻層(SU-8 2002，MicroChem，於環戊酮中稀釋至7重量%)旋塗至ITO塗佈之玻璃基板中。在90℃下將基板預烘烤3分鐘。隨後通過條帶間隙為1μm且條帶寬度為1μm之條帶圖案光遮罩將基板曝露於UV光。隨後在90℃下將經曝光基板烘烤1分鐘。隨後用光阻顯影劑(PGMEA)處理光阻層。隨後將樣品在IPA中洗滌10秒，隨後在去離子水中洗滌10秒，且隨後在90℃下烘烤1小時。用以上基板中之一者及單元間隙為5μm之一個ITO塗佈之玻璃基板裝配測試單元。用如實例1中所描述之相同兩種混合物中之一者填充測試單元。

ULH紋理展示優於獲自實例1中所描述之單元之紋理的改良。對比率更高，且在相同條件下在切換期間透射率改良。

實例3：

將100nm光阻層(SU-8 2002，MicroChem，於環戊酮中稀釋至7重量%)旋塗至ITO塗佈之玻璃基板中。在90℃下將基板預烘烤3分鐘。隨後通過條帶間隙為1μm且條帶寬度為1μm之條帶圖案光遮罩將基板曝露於UV光。隨後在90℃下將經曝光基板烘烤1分鐘。隨後用光阻顯影劑(PGMEA)處理光阻層。隨後將樣品在IPA中洗滌10秒，隨後在去離子水中洗滌10秒，且隨後在90℃下烘烤1小時。用單元間隙為5μm之以上基板中之兩者裝配測試單元。用如實例1中所描述之相同兩種混合物中之一者填充測試單元。

ULH紋理展示優於獲自實例1及2中所描述之單元之紋理的改良。對比率更高，且在相同條件下在切換期間透射率改良。

實例4：

將100nm光阻層(SU-8 2002，MicroChem，於環戊酮中稀釋至7重量%)旋塗至ITO塗佈之玻璃基板中。在90℃下將基板預烘烤3分鐘。隨後通過條帶間隙為1μm且條帶寬度為1μm之條帶圖案光遮罩將基板曝露於UV光。隨後在90℃下將經曝光基板烘烤1分鐘。隨後用光阻顯影劑(PGMEA)處理光阻層。隨後將樣品在IPA中洗滌10秒，隨後在去離子水中洗滌10秒，且隨後在90℃下烘烤1小時。將1%卵磷脂於IPA中之溶液旋塗於基板上。用單元間隙為10μm(理想地5μm)之以上基板中之兩者裝配測試單元。用如實例1中所描述之相同兩種混合物中之一者填充測試單元。

ULH紋理展示優於獲自實例1、2及3中所描述之單元之紋理的改良。對比率更高，且在相同條件下在切換期間透射率改良。

1‧‧‧基板

2‧‧‧電極結構

3‧‧‧由週期性實質上平行條帶組成之光阻圖案

4‧‧‧配向層

Claims

一種光調變元件，其包含包夾於兩個基板(1)之間具有0.2μm至2μm範圍內螺旋節距的膽固醇型液晶介質，該兩個基板各自具備電極結構(2)，且其中該等基板中之至少一者具備由週期性實質上平行條帶組成之光阻圖案(3)，其可經由光微影製程自適合光阻劑之層獲得，其中光阻圖案之該等週期性平行條帶的高度在5至1000nm範圍內，且其中該光阻圖案經選擇以使得該等條帶之間的間隙與該等條帶之寬度同時對應於所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的一半，或該光阻圖案經選擇以使得該等條帶之間的間隙與該等條帶之寬度同時對應於該所應用膽固醇型液晶材料之螺旋節距的偶數倍，及其中該膽固醇型液晶材料係與其平行於該等基板的螺旋軸單向配向，其特徵在於該光調變元件包含至少一個配向層(4)，該配向層向鄰近液晶分子誘發垂直配向或傾斜垂直配向，且該配向層提供於該光阻圖案上。
如請求項1之光調變元件，其利用彎電效應。
如請求項1或2之光調變元件，其中該等基板以距彼此大致1μm至大致20μm範圍內之間隔排列。
如請求項1或2之光調變元件，其中該電極結構作為電極層提供於該整個基板及/或像素區上。
如請求項1或2之光調變元件，其包含兩個或兩個以上偏光器，該等偏光器中之至少一者排列於該液晶介質之層的一側上，且該等偏光器中之至少一者排列於該液晶介質之該層的相對側上。
如請求項1或2之光調變元件，其中該膽固醇型液晶介質包含至少一種雙液晶原化合物及至少一種對掌性化合物。
如請求項1或2之光調變元件，其中該膽固醇型液晶介質包含至少一種雙液晶原化合物，其選自式A-I至A-III之化合物之群，

其中R¹¹與R¹²、R²¹與R²²，及R³¹與R³² 各自獨立地為H、F、Cl、CN、NCS或具有1至25個C原子之直鏈或分支鏈烷基，該烷基可未經取代、經鹵素或CN單取代或多取代，亦有可能一或多個非相鄰CH₂基團在每次出現時彼此獨立地以氧原子不直接與彼此鍵聯之方式經-O-、-S-、-NH-、-N(CH₃)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或-C≡C-置換，MG¹¹與MG¹²、MG²¹與MG²²，及MG³¹與MG³²各自獨立地為液晶原基團，Sp¹、Sp²及Sp³ 各自獨立地為包含5至40個C原子之間隔基團，其中一或多個非相鄰CH₂基團，除鍵聯至O-MG¹¹及/或O-MG¹²之Sp¹、鍵聯至MG²¹及/或MG²²之Sp²及鍵聯至X³¹及X³²之Sp³的CH₂基團之外，亦可經-O-、-S-、-NH-、-N(CH₃)-、-CO-、-O-CO-、-S-CO-、-O-COO-、-CO-S-、-CO-O-、-CH(鹵素)-、-CH(CN)-、-CH=CH-或-C≡C-置換，然而其方式為使得無兩個O原子彼此相鄰、無兩個-CH=CH-基團彼此相鄰且無選自-O-CO-、-S-CO-、- O-COO-、-CO-S-、-CO-O-及-CH=CH-之兩個基團彼此相鄰，且X³¹及X³² 彼此獨立地為選自-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-、-C≡C-或-S-之鍵聯基團，且替代地，其中之一者亦可為-O-或單鍵，且同樣替代地，其中之一者可為-O-且另一者為單鍵。
如請求項1或2之光調變元件，其中該膽固醇型液晶介質包含一或多種對掌性化合物，其選自式C-I至C-III之化合物之群，

包括各別(S,S)對映異構體，且其中E及F 各自獨立地為1,4-伸苯基或反-1,4-伸環己基，v 為0或1，Z⁰ 為-COO-、-OCO-、-CH₂CH₂-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。
如請求項1或2之光調變元件，其中該膽固醇型液晶介質包含一或多種可聚合液晶化合物，其選自式D化合物之群，P-Sp-MG-R⁰ D 其中P 為可聚合基團，Sp 為間隔基團或單鍵，MG 為桿狀液晶原基團，其較佳選自式M，M 為-(A^D21-Z^D21)_k-A^D22-(Z^D22-A^D23)_l-，A^D21至A^D23在每次出現時彼此獨立地為視情況經一或多個相同或不同基團L取代之芳基、雜芳基、雜環基或脂環基，較佳為視情況經一或多個相同或不同基團L取代之1,4-伸環己基或1,4-伸苯基、1,4-吡啶、1,4-嘧啶、2,5-噻吩、2,6-二噻吩并[3,2-b：2',3'-d]噻吩、2,7-氟、2,6-萘、2,7-菲，Z^D21及Z^D22 在每次出現時彼此獨立地為-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-O-COO-、-CO-NR⁰¹-、-NR⁰¹-CO-、-NR⁰¹-CO-NR⁰²、-NR⁰¹-CO-O-、-O-CO-NR⁰¹-、-OCH₂-、-CH₂O-、-SCH₂-、-CH₂S-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CF₂S-、-SCF₂-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR⁰¹-、-CY⁰¹=CY⁰²-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，較佳為-COO-、-OCO-、-CO-O-、-O-CO-、-OCH₂-、-CH₂O-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，L 在每次出現時彼此獨立地為F或Cl，R⁰ 為H、具有1至20個C原子或以上之烷基、烷氧基、硫代烷基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基，或為Y⁰或P-Sp-，Y⁰ 為F、Cl、CN、NO₂、OCH₃、OCN、SCN、具有1至4個C原子之視情況氟化之烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基、或具有1至4個C原子之單氟化、寡氟化或多氟化烷基或烷氧基，Y⁰¹及Y⁰² 各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN，R⁰¹及R⁰² 各自且獨立地具有如以上R⁰所定義之含義，且k及l 各自且獨立地為0、1、2、3或4。
一種用於生產如請求項1至9中任一項之光調變元件之方法，其包含至少以下步驟：切割且清潔基板，將電極結構提供於該等基板上，將光阻劑塗佈於該電極結構上，對該光阻劑進行光微影，使該光阻劑顯影，塗佈至少一個配向層，使用UV可固化黏著劑裝配單元，用膽固醇型液晶介質填充該單元，藉由向該LC介質施加電場同時自各向同性相緩慢地冷卻成膽固醇型相來獲得ULH紋理，及視情況，使該LC介質之該等可聚合化合物固化。
一種如請求項1至9中任一項之光調變元件之用途，其用於光學或電光學裝置中。
一種光學或電光學裝置，其包含如請求項1至9中任一項之光調變元件。
如請求項12之光學或電光學裝置，其中其為電光學顯示器、液晶顯示器(LCD)、非線性光學(NLO)裝置或光學資訊儲存裝置。