[发明专利]液晶介质和液晶器件

说明书

发明领域

本发明涉及液晶介质，优选涉及包含一种或多种介电正性化合物、一种或多种介电负性化合物和任选的一种或多种介电中性化合物的介电正性的向列型介质，其尤其可用于双频率寻址；并且涉及包含这些介质的液晶器件，尤其是快速切换的光学器件，例如可作为电光学快门工作的器件。

现有技术和所要解决的问题

液晶显示器(LCD)广泛用于显示信息。LCD用于直视显示器，以及用于投影型显示器。用于大多数显示器的电光学模式仍然是扭转向列(TN)模式与其的各种变型。除了该模式，已经越来越多地使用超扭转向列(STN)模式和近些年来的光学补偿弯曲(OCB)模式和电控双折射(ECB)模式与它们的各种变型，例如垂直配向向列(VAN)、图案化ITO垂直配向向列型(PVA)-、聚合物稳定垂直配向向列(PSVA)-模式和多域垂直配向向列(MVA)-模式，以及其他。所有这些模式使用与基板、或者是与液晶层基本垂直的电场。除了这些模式，还有使用与基板、或者是与液晶层基本平行的电场的电光学模式，例如面内切换(短IPS)模式(如例如在DE4000451和EP0588568中公开的)和边缘场切换(FFS)模式。特别地，后面提及的具有良好视角性能和改进的响应时间的电光学模式越来越多地应用于现代台式监视器的LCD，并且甚至用于TV的显示器和多介质应用，因此与TN-LCD竞争。

除了液晶的各种电光学效应在显示器中的这些确立已久的应用，存在一些其他使用液晶的电光学器件。这些中有打印机，或者是扫描头，波前校正器和至少还有电光学快门。后者可用于技术设备以及照相机中，并且近年来还用于能够显示三维(短3D)图像的显示器的快门。这类3D显示器使用电光学快门以区分将信息传送给观察者眼睛之一或多个观察者的分开的光通道。用于相应显示器的一个相当直观的实施方案使用由观察者或者多个观察者佩戴的眼镜。在玻璃上，这些眼镜的每一个负责对相应的眼睛“开”和“关”切换图像。

另一个实施方案在整个显示器前面使用单个快门。但是也已显示了具有分成多个像素的快门的设计。

对于这类显示器，液晶快门必须表现出特别快的响应时间。这些快速响应时间在许多情形下不能简单地通过常规方式，例如使用具有小盒间隙的液晶盒、在升高的温度下操作液晶盒或者使用“过驱动”来实现。

特别地，使器件从“开”状态切换成“关”状态的响应时间必须显著改进。在大多数典型的电光学效应中，通过当中断施加寻址电压时液晶介质中的内回复力来造成从“开”状态切换成“关”状态。因此，不可能通过寻址方案影响该切换行为。仅仅有有限的可能性通过应用具有相对大弹性常数的液晶材料来增加相应的响应速度。

然而，仅改进器件的这些响应时间的更实际可行的方式是使用所谓的“双频率”(或“双重频率”)寻址。这里使用特征在于以下介电行为的特殊液晶介质。该介质在工作温度下在一定寻址电压频率下的特征在于在平行于液晶指向矢的介电常数(ε_||)与垂直于液晶指向矢的介电常数(ε_⊥)之间具有正介电各向异性(Δε≡ε_||-ε_⊥)。当增加寻址电压的频率时，介电各向异性降低(由于介电松弛)并且介电各向异性将其符号从正变成负。因此，扭矩的方向通过电场变化影响液晶指向矢。

在所谓的“松弛频率”下，介电各向异性改变其符号。在低于所述松弛频率的频率下，液晶介质是介电正性的并且因此指向矢平行于电场的方向配向，只要电场具有足够高的场强度。(一些电光学效应确实展现出具有明显阈值的电光学特性)。在高于所述松弛频率的频率下，液晶介质是介电负性的并且因此指向矢垂直于电场方向配向。

从该行为清楚地看出，采用在液晶盒中给定的电极构造，通过施加低于或高于液晶介质松弛频率的工作电压，液晶介质指向矢的切换方向可以倒转，例如从垂直于表面到平行于表面并且反之亦然。因此，相应器件的“开”和“关”的切换过程由电场驱动。因此，指向矢取向的变化方向有源地(actively)切换，即通过施加的工作电压控制。相应器件特征在于对于“开”和“关”切换的特别短的响应时间。

根据本发明的液晶(LC)优选用于使用双频率寻址的改进的LC器件。它们特别可用于作为快速切换的电光学器件，例如作为快门工作。