專利名稱：：低聚硅氧烷改性的液晶配制劑和使用它的器件的制作方法
技術領域：
：本申請涉及使用低聚硅氧烷改性的液晶以及它們在光電器件中的用途。本發明具體地涉及這種液晶的配制劑，使得它們能夠用于雙穩態的鐵電顯示器，所述顯示器可以被等溫電場排列，且還具有非常低的自發極化(Ps)，這是使用有源基體底板技術的實際器件所要求的。
背景技術：
：熱致液晶是能表現出液晶或介晶相的材料，其中所述相可作為溫度的函數而變化。液晶相(例如向列型或近晶型)往往存在于各向同性相和結晶相之間，且顯示出各向同性相(液相)或結晶相所觀察不到的物理性質。例如，液晶相可在同一溫度下顯示出雙折射和流體行為二者。在光電器件例如透射型顯示器和反射型顯示器中利用了這些性質，其中可通過在液晶分子取向受到控制的器件結構中施加電場來有效地調節雙折射。向列型液晶已廣泛地用于液晶顯示器(LCD)中，例如膝上型計算機、移動電話、PDA、計算機監視器和TV的顯示器。盡管基于向列型液晶的光電器件已得到廣泛利用，但這種器件的最快響應時間限制在毫秒數量級，因為對于部分轉換周期來說，該器件依賴于表面排列控制的松弛過程。鐵電液晶具有在光學狀態之間顯著更快地轉換的潛力。然而，盡管已開發出數字和模擬模式的器件，但已證明這些器件難以使用，因此僅在專用的微型顯示器應用(例如照相機取景器)中得到商業化。Clark和Lagerwall(美國專利No.4，367，924和AppliedPhysicsLetters,36，899-901，(1980)，通過引用將這兩篇文獻并入本文)描述了利用有機鐵電液晶的器件，所述有機鐵電液晶顯示出亞微秒的電-光轉換速度。Clark和Lagerwall的器件是所謂的表面穩定化鐵電液晶器件(SSFLCD)。此類器件利用顯示出手性近晶C(SmCf)相的有機鐵電液晶或其配制劑，數字轉換的SSFLCD模式需要所述手性近晶C(SmCf)相。為了有助于制備SSFIXD，這些材料在冷卻時典型地顯示出下述相序各向同性一向列型一SmA*—SmC*,其中SmA*是手性近晶A相。由于低粘度向列型較高溫度相中的液晶分子的表面定位(registration)，這種相序允許形成表面穩定化的排列相。然后通過SmA*相仔細冷卻經排列的液晶器件并轉變為SmCf相，從而產生SSFLCD。如果SmCf相可牢固地排列成所謂的“書架”幾何形狀，則所述器件顯示出雙穩態的鐵電轉換。然而，已證明這在實踐中是困難的。SSFIXD對若干問題敏感，這些問題導致該技術僅得到有限的商業化。關鍵的局限來自于所使用的相序，因為當在從較高溫度的SmA*冷卻成較低溫度的SmCf相時，在轉變過程中常規的有機FLC經歷顯著的層收縮。層狀結構的收縮導致形成缺陷(鋸齒狀缺陷，這是由于形成翹曲層或折曲(chevron)所致)，這些缺陷顯著降低關于SSFLCD所觀察到的對比度。折曲結構的形成和這些結構的控制使得能制備Cl或C2型器件,這是本領域的技術人員眾所周知的，例如參見,OpticalApplicationsofLiquidCrystals,Ed.L.Vicari,Chapter1，ISBN0750308575。在一些情況下，可通過施加電場，在此類材料中引起理想的所謂“書架幾何形狀”，其中SmCf相的層被設置成垂直于器件基底和排列層。然而，由于制造要求以及器件在被使用時回復為折曲排列的可能性，具有誘導或假書架結構的器件對于商業顯示器件來說是不實用的。因此，盡管許多SSFLCD專利要求存在書架結構，但重要的是理解這些結構是真實書架結構還是假書架結構，以及當用于器件時是否存在折曲結構。Crossland等人在Ferroelectrics，312，3-23(2004)中也討論了這些常規SSFIXD的局限性。具有各向同性一向列型一SmA*—SmCf相序的FLC材料的這種固有的問題導致新材料的研究，所述新材料不易于出現層收縮現象。消除這種現象的一種方法是使用所謂的“deVries"材料，其顯示出各向同性一SmA*—SmC*相序，并且其中在SmA*—SmC*相轉變時實際上不存在層收縮。不存在非常低粘度的向列相要求替代的排列方案，以提供無規疇域和將轉化成接近單疇(mono-domain)的相結構的SmCf相的自然的螺旋電狀態(helielectricstate)，所述單疇相對于電極和基底取向，從而產生實用的光電器件。Coles(美國專利No.5，498，368和ProceedingsofSPIE,Vol.2408,22-29(1995)，通過引用將這兩篇文獻并入本文)強調基于苯基苯甲酸酯芳核的低聚硅氧烷改性的鐵電液晶的出乎預料的性質。在這篇專利中證明了真實的雙穩態，即在除去外加電場之后，LC單疇的電選擇取向的保留，以及在寬至50°C的溫度范圍內FLC傾斜角的敏感性大大地下降。在這種情況下，通過將器件從各向同性相緩慢地冷卻(例如rC/min)，然后在外加電場存在下通過SmCf產生單疇。Crossland等人(W02005019380A1，通過引用將其并入本文)隨后證明了使用基于苯基苯甲酸酯芳核的簡單的單一組分低聚硅氧烷FLC的器件，該器件僅利用電場來進行單疇排列，且基于在該專利申請中包括的定義，將其描述為雙穩態。Goodby等人(美國公布2005/0001200A1，通過引用將其并入本文)公開了含有聯苯核的一類低聚硅氧烷液晶的物質組合物。Goodby注意到可單獨或與其它液晶混合使用此類材料，但他沒有討論在使用所要求保護的材料以外的此類混合物的設計，所要求保護的材料各自具有SmA相以穩定所得液晶混合物的SmA相。基于該專利中的這種材料和對比化合物實施例，明顯的意圖是設計具有各向同性一向列型一SmA*—SmC*相序的常規SSFLC混合物。該專利僅討論了所要求保護的材料的相序，沒有提及構造實際的FLCD所需的其它關鍵物理性質。Li等人(J.Mater.Chem.，17，2313-2318，(2007)，通過引用將其并入本文)制備了一些非手性硅氧烷封端的苯基嘧啶。這些材料中的一些具有各向同性一SmC—晶體的相序(下表中的介晶元(mesogen)la，lb，lc，ld，le，2e，5，6，7，8)，而其它具有各向同性—SmA—SmC—晶體的相序(下表中的介晶元2a，2b，2c，2d，3，4)。他使用lmol%的手性低聚硅氧烷(”BrII-Si3")作為介晶元lb、2b、3、4、5、6、7和8的添加劑，以便嘗試通過POM(偏光顯微鏡)測量光學傾斜角。他注意到其它人已觀察到的針對硅氧烷封端的液晶在X射線數據和POM觀察結果之間的差異，并研究了通過X射線確定的近晶層間距和所選介晶元的光學傾斜角之間的關系。沒有報道所形成的二元混合物的相序。他報道制備了五種混合物(基于lb、5、6、7和8，所有這些具有各向同性一SmC的相序)，但不可能排列成單疇，且他未能測量傾斜角。他提到所使用的排列材料和單元間隙，但沒有討論嘗試在試驗單元內產生排列所使用的方法。他提到他能夠排列基于介晶元2b的一個樣品，并測得傾斜角為36度。這種傾斜角對于實際的FLCD來說不是有用的，其中取決于FLC器件的操作模式，接近于22.5度或45度的傾斜角是先決條件。他提到必須排列樣品以便測量傾斜角，并報道了基于介晶元3和4的兩種另外混合物的傾斜角(分別是24度和26度)。因此，他僅報道了他能夠排列其中將手性添加劑加入到具有如下相序的介晶元內的混合物各向同性—SmA—SmC—晶體。摘要和概述部分強調了介晶元3的bonefidedeVries行為，該介晶元3具有端基氯原子和各向同性一SmA*—SmC*的相序。下面示出了這些結構<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>Walba等人(美國專利No.6，870，163，通過引用將其并入本文)提到，FLC材料和器件領域的技術人員公知，典型的FLC器件不顯示出真實的光學雙穩態，因為形成了折曲缺陷。Crossland等人在Ferroelectrics，312，3-23(2004)(通過引用將其并入本文)討論了這種局限性對器件操作的影響，例如需要DC平衡和逆向成幀(inverseframing)，從而導致在成像過程中的“停止期”(deadperiod)。美國專利No.6，507，330(Handschy等人)也討論了對DC平衡的需要。在W02005/019380A1(通過引用將其并入本文)中，Crossland等人提到低聚硅氧烷FLC和器件的獨特性質，包括電場排列，傾斜角對在SmCf相內溫度的不敏感性，和真實的雙穩態，兼具有使排列的近晶單疇相對于器件內的排列層的擦拭(rubbing)方向旋轉的能力。然而，僅僅對單一組分的苯基苯甲酸酯基低聚硅氧烷介晶元證實了這些特征。據稱可僅通過改變組分的分子結構(即必須將所有的需要性質設計到單分子結構內)來調節傾斜角。LC領域的技術人員知道，通常配制分子以便提供具有寬廣操作范圍的混合物以及調節許多物理性質，所述物理性質必須經優化以滿足實際的FLC器件的要求。大部分這種配制知識是使用如下的有機FLC而發展出的所述有機FLC是為用于常規模式的折曲器件而開發的，這些器件也利用了具有各向同性一向列型一SmA*—SmCf相序的材料。低聚硅氧烷改性的液晶與常規液晶的區別在于，它們傾向于形成納米相分離的層狀結構，如Coles等人(LiquidCrystals,23(2),235-239,(1997);J.PhysIIFrance,6,271-279,(1996))和Li等人(J.Mater.Chem.,17,2313-2318,(2007)和其中所引用的參考文獻所述，通過引用將所有這些文獻并入本文)。這些體系被描述為“虛擬聚合物”，因為它們的結構和性質兼有側鏈液晶聚合物(SCLCP)的一些特征以及常規有機液晶的一些性質。低聚硅氧烷改性的液晶的結構與性質與有機液晶差別如此大，以致于在最近的科學綜述文章中，它們被分類為兩性的或納米相分離的液晶類型(參JAL,CTschierske,‘Non-conventionalliquidcrystals—theimportanceofmicro-segregationforself—organization'，J.Mater.Chem.，1998，8(7)，1485—1508)。這些體系的結構仍是活躍的科學爭議領域，參見Li等人的文章(J.Mater.Chem.，17，2313-2318，(2007)，通過引用將所有這些文獻并入本文。尚未詳細研究用于實際器件的低聚硅氧烷改性的納米分離鐵電液晶的配制劑，所述實際器件例如包括但不限于有源基體鐵電LCD(FLCD)。已深入研究了有機液晶的配制齊U，并已發展出許多預言性法則，用以輔助設計此類配制劑的液晶相行為(Demus等人，Mo1.Cryst.Liq.Cryst，25，215—232，(1974)；Hsuetal.，Mol.Cryst.Liq.Cryst.，27，95—104，(1974)；Rabinovich等人，Ferroelectrics，121，335-342，(1991))。然而，以我們的經驗，這種配制劑設計方法不適合于低聚硅氧烷FLC，因為甚至標準的“經驗法則”也失靈，該法則為未知的液晶相如果與具有已知相的液晶混溶，則其可被確定(Goodby&Gray，inPhysicalPropertiesofLiquidCrystals.ISBN3-527-29747-2，17頁)，即“相似的液晶”與“相似的液晶”混溶。這樣的基本法則不適用于低聚硅氧烷改性的鐵電液晶，或者說甚至非液晶分子也可容易地混入而不會喪失近晶相結構。例如，Coles和Li獨立地證明了在這些體系內的出乎預料的混溶性實例，從而凸現了低聚硅氧烷體系與有機LC體系的差異(參見Coles等人，Ferroelectrics，243，75-85，(2000)和Li等人，AdvancedMaterials17(5)，567-571，(2005)，通過引用將這兩篇文獻并入本文)。在本發明之前，沒有發現關于含有高含量低聚硅氧烷液晶的組合物配制劑的既定預言性法則，也不具有調節物理性質組集以滿足經證實的實際器件材料、排列和穩固性要求的能力。例如，Li等人(J.Mater.Chem.，17，2313-2318，(2007))嘗試研究一簡單系列材料的傾斜角卻失敗，因為甚至所制備的八種混合物中僅有三種可被排列用以測定傾斜角。Canon(美國專利5，720，898，通過引用將其并入本文)公開了含有含硅氧烷連接基的主鏈型液晶和液晶單體的一類器件。在美國專利5，720，898中，最小的主鏈聚合物可以是ABA物類，其中A=介晶元基，且B=二硅氧烷連接鍵。該專利教導將近晶ABA材料作為次要組分加入到單體有機介晶元中，沒有暗示液晶相是納米相分離的。事實上，硅氧烷添加劑不會干擾常規的近晶相結構。發明人提到該相可被穩定，條件是共價鍵合的ABA低聚物能跨越近晶相的相鄰層。通過器件內LC介質的伸展或剪切，來宏觀排列液晶體系。在這種實例中，層結構不是納米相分離的，因為它基于單體有機介晶元，并且以低濃度添加ABA低聚硅氧烷從而跨越即存層，從而將它們釘扎(pinning)在一起并穩定該相。該專利教導了若硅氧烷連接鏈段太大，則該分子可折疊成發夾結構(hairpin)，而不再跨越相鄰層，從而喪失釘扎機制。因此，需要可用于雙穩態的鐵電顯示器的低聚硅氧烷液晶材料配制劑。
發明內容本發明通過提供一種納米相分離的低聚硅氧烷改性的液晶配制劑滿足了該需求，所述液晶配制劑具有適于在實際器件中使用的平衡性質組集。該液晶配制劑包含第一低聚硅氧烷改性的納米相分離的(segregating)液晶材料；和選自第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料、非液晶低聚硅氧烷改性的材料、有機液晶材料或有機非液晶材料中的至少一種附加材料，其中該液晶配制劑在SmCf相內是納米相分離的，具有I—SmCf相轉變，且3!11(*溫度范圍為約151-約351，傾斜角為約22.5°士6°或約45°士6°，且自發極化小于約50nC/cm2，且旋轉粘度小于約600cP。本發明的另一方面是含液晶配制劑的器件。該器件具有穩定的書架幾何形狀，雙穩態的轉換，和等溫電場排列，當在兩個穩態之間轉換時，響應時間小于500微秒，且驅動電場小于約30V/ym。圖1示出了典型的雙穩態液晶單元的截面。圖2是顯示配制劑的傾斜角與具有I—SmA—Cr相序的化合物用量的函數關系的坐標圖。圖3是對于具有不同比例的相序為I—SmC*和I—N—SmA*—SmC*的材料的配制劑而言，顯示其傾斜角的溫度依賴性的坐標圖。圖4a和4b是顯示驅動電壓和光透射率相對于時間的函數關系的坐標圖。圖5a是顯示傾斜角的溫度依賴性的坐標圖，并且圖5b是顯示驅動電壓和光透射率相對于時間的函數關系的坐標圖。圖6是顯示驅動電壓和光透射率相對于時間的函數關系的坐標圖。圖7是顯示傾斜角的時間依賴性的坐標圖。圖8是顯示驅動電壓和光透射率相對于時間的函數關系的坐標圖。圖9是顯示傾斜角的溫度依賴性的坐標圖。具體實施例方式我們已確定，由于納米分離，導致所配制的低聚硅氧烷改性的液晶的行為在根本上不同于大多數常規液晶。此外，我們已顯示了基于在這些層內存在所得的硅氧烷富集區域的獨特特征。例如，已發現，低聚硅氧烷改性因納米分離從而會促進近晶相的形成。另外，由于納米分離的近晶層的影響，因此其它類別的液晶和非液晶分子容易混入而不損失近晶相結構。這些是重要的特征，因為需要在單一分子內實現所需的性質組集。因此，通過混合各種組分的性質優化是實現實際液晶材料的重要方法。在不同種類的液晶內發現的穩定近晶相(本文中由納米分離的低聚硅氧烷改性液晶所表現)是本發明的重要特征，其中使用關注應用的配制劑，以實現具有良好平衡的性質組集的實際組合物，同時保持鐵電液晶性質所需的手性近晶相結構。這種方法有助于實現實際的FLC器件。在本發明之前，沒有發現關于含有高含量低聚硅氧烷液晶的組合物配制劑的既定預言性法則，也不具有調節物理性質組集以滿足實際器件材料的能力。本發明顯示了如下的益處使用低聚硅氧烷改性的液晶作為基礎液晶組合物以便配制具有平衡性質組集的穩定鐵電液晶組合物，可利用該組合物來實現基于Si-TFT技術的實際器件。此外，針對這些低聚硅氧烷改性的液晶配制劑，已開發出特制的器件結構和實際的排列方案，這消除了本領域技術人員所公知的常規的各向同性一向列型一SmA*-SmC*有機鐵電液晶的有效制造和排列穩定性的問題。本發明將證明如何在納米相分離的低聚硅氧烷FLC體系內成功地開發實際器件所要求的基礎材料和器件性質。具有各向同性一SmCf相序的配制劑和它們所能夠制得的新型鐵電器件是本專利申請的主題。盡管可采用這種相序來配制全有機的介晶元，但本申請涉及低聚硅氧烷FLC。這些低分子量液晶是雜化硅氧烷-有機部分，其中不連續的硅氧烷鏈段以AB或ABA方式接枝到一個或多個有機部分上，其中B=低聚硅氧烷和A=有機基團。硅氧烷是低聚硅氧烷，因此在結構和物理性質兩方面，區別于側鏈液晶聚硅氧烷(SCLCP)、主鏈液晶聚硅氧烷(MCLCP)或液晶聚硅氧烷彈性體(LCE)。低聚硅氧烷LC是令人感興趣的，因為它們兼有穩定的近晶相和實際LCD的操作所要求的高遷移率程度。本發明涉及優化的鐵電液晶配制劑的設計，其含有至少一種低聚硅氧烷改性的液晶材料。該低聚硅氧烷改性的液晶材料可與其它低聚硅氧烷改性的液晶、有機液晶、非液晶雜化的低聚硅氧烷有機材料或非液晶有機材料共混，產生具有優化的液晶性質的配制劑。可使用該配制劑制備FLC器件，所述FLC器件被電場排列并且顯示出真實的雙穩態。這些特征使得能夠在不需要使用逆向成幀的情況下實施數字尋址方案以便進行DC平衡，并且兼具有在使用電場的任何時刻對器件進行等溫排列或再排列的能力。后一性質克服了各向同性一向列型一SmA*—SmC*相序材料的缺點，其中緩慢冷卻的要求使得難以使具有受損排列的器件再排列，所述受損排列是由于器件被使用時因機械振動或溫度偏移而引起的。任選地，作為本申請主題的配制劑可顯示出低于SmC*相的相(即在較低溫度下)，其中經電場排列的組織(texture)得以保留，并且在加熱回到SmC*時觀察到真實雙穩態轉換而不會對器件操作產生任何顯著影響，例如降低器件的對比度。使用所要求保護的配制劑制造的器件的性質和所使用的器件制備方法來源于形成配制劑基礎成分的低聚硅氧烷改性液晶的獨特納米相分離結構。低聚硅氧烷改性液晶組分應當始終以足夠的濃度存在，以誘發納米相分離的SmC*相，例如通過X射線衍射研究進行檢測。該配制劑包括至少兩種組分。在該配制劑內可存在一種或多種低聚硅氧烷改性的液晶組分。另外，在配制劑內可存在一種或多種非液晶低聚硅氧烷改性的材料、有機液晶材料或有機非液晶材料。不是低聚硅氧烷改性的液晶組分的組分(若存在的話)的存在量通常小于約50mol%，或小于約45mol%，或小于約40mol%，或小于約35mol%，或小于約30mol%。設計這些配制劑以便用于利用光的振幅或相調制的一系列器件，其中包括但不限于透射顯示器、空間光調制器和反射模式的微型顯示器。這些器件可利用借助薄膜晶體管(TFT)底板的無源基體型尋址或有源像素尋址，例如，諸如無源基體液晶器件(PMLCD)，或者有源基體液晶器件(AMLCD)之類的器件。在本申請中，我們將關注于AMLCD器件的情形，所述器件可以按透射或反射模式操作。然而，并不意圖限制該配制劑與這種器件一起使用；它們可與本領域技術人員已知的其它類型的器件一起使用。不管是基于無定形硅(a-Si)、低溫多晶硅(LTPS)，還是基于晶態硅，使用TFT來控制液晶取向會對可容許的液晶配制劑的自發極化(Ps)數量級產生限制，這是由于TFT的電荷傳輸限制所導致的。低的Ps值顯著簡化TFT基有源基體的設計。本領域的技術人員將意識到高的Ps導致顯示器設計的自由度下降，例如較低的分辨率、較小的顯示器尺寸和潛在減小的開口尺寸，并最終妨礙Si-TFT的使用。簡化的底板電路使得較大的開口比率(即較明亮的顯示器)和較低的成本成為可能。具體設計本發明的配制劑以便具有低的自發極化(Ps值)，使它們能用于有源基體底板光電器件。若Ps值太高，則在電場誘導的介晶元從一個光學狀態再取向為另一光學狀態過程中產生的電流超過像素電路的電流驅動能力的可行的設計空間。正如本領域的技術人員眾所周知的，Ps可以是正的或者負的。當在本申請中給出數值時，該數值意圖表示正值和負值二者。例如，Ps為10nC/cm2是指+10nC/cm2或者-10nC/cm2。可通過下述方程式測定鐵電液晶的光電響應時間Tocn/PsE其中X=光學響應從10%變化到90%所需要的時間E=驅動該光學狀態變化的外加電場Ps=自發極化n=旋轉粘度。在實踐中，響應時間應當盡可能快，且優選<約500微秒，或者<約250微秒，或者<約100微秒，或者<約75微秒，或者<約50微秒。配制劑的PS的數量級受底板限制(例如，小于約50nC/cm2，或小于約40nC/cm2，或小于約30nC/cm2，或小于約20nC/cm2)，且轉換所需的電場應當盡可能低(例如小于約30V/um,或小于約20V/um,或小于約15V/um,或小于約10V/iim，或小于約5V/ym)。除了開發在冷卻時具有各向同性一Smtf相序的FLC配制劑以外，還需要最小化旋轉粘度，以便針對低Ps體系優化光電響應時間(例如小于約600cP,或小于約400cP，或小于約300cP，或小于約200cP，或小于約lOOcP，或小于約50cP)。現有技術的申請(例如，Crossland(W02005/019380)和DowCorning(US2007/009035)的申請)強調單一組分的鐵電液晶。然而，沒有針對AMIXD而優化所述單一組分的材料。在實踐中，非常難以設計顯示出在用于AMLCD時所需的所有屬性的單一分子。本發明借助配制法來提供優化這些屬性的方法，這些方法更加適合用于AMLCD。例如，在實際的透射AMLCD情況下，基于低聚硅氧烷改性的液晶材料的配制劑的仔細設計和合適的設計原型(designprimitive)的定制設計使得該配制劑能顯示出許多所需的特征。“設計原型”是指具有合適的基底、排列層技術、電極結構和偏光板技術的液晶配制劑的集合體，這些是制備基礎FLC光電器件所需要的。這些器件在配制劑組成、液晶相序和排列性質的結合方面不同于現有的鐵電液晶器件。AMLCD和PMLCD二者的有利特征包括1)寬的SmCf相，和因此跨越環境溫度的寬的FLC操作溫度范圍。寬是指至少跨越約15°C-約35°C，且優選約10°C-約40°C，或約0°C-約50°C，或約-20°C到約60°C，或約-30°C到約80°C。2)排列過程允許在設計原型內形成具有書架幾何形狀的液晶單疇或近單疇。使用合適的電場，可在經配制的、納米相分離的各向同性一SmCf體系的SmCf相內等溫進行該排列過程。這不同于FLCD現有技術，其中液晶相(具體為SmA*和向列型)的特定重疊以及通過各向同性一向列型一近晶型A*并最終至SmCf相的仔細控制的冷卻曲線是重要的。等溫排列SmCf相的能力是有利的，從而簡化了器件制造并允許在配制劑內不需要設計復雜的相序情況下實現排列。在SmCf相內使用等溫電場排列的能力使得該器件能在使用過程中隨意再排列，這是非常重要的，因為本領域的技術人員知道當前的鐵電液晶器件可能因機械振動或溫度漂移而導致不可逆地喪失排列，在此情況下液晶變為晶態或各向同性。3)在器件的操作和儲存過程中，所得書架結構應當穩定。在其中觀察到某些劣化的情況下，可使用針對低聚硅氧烷鐵電液晶配制劑所使用的等溫電排列方案，來修復排列。許多常規的、全有機FLC具有所要求的書架或者假書架幾何形狀，但這些結構的穩定性不足以在器件中使用。此處要求保護的書架結構在設計原型內具有提高的整體穩定性。我們已發現，如Coles，Crossland和DowCorning針對單一組分體系所述，可在適當配制的體系內保留納米相分離的低聚硅氧烷改性的液晶分子的使能效果。雙鏈段基質(dualsegmenthost)的納米相分離的書架結構使該結構穩定。在納米相分離的低聚硅氧烷液晶體系內不要求Canon所述的釘扎機制，且我們已證明了在不含ABA(即雙介晶元)物類的體系內實現真實雙穩態的能力。因此，不要求Canon所使用的三鏈段(ABA)分子用以穩定此處所述的配制劑。然而，可視需要，在本發明中可使用三鏈段分子以展寬SmCf相的溫度范圍。還設計該配制劑，通過消除重疊的近晶A相來消除折曲缺陷的形成，從而導致具有直接的I—SmC*相轉變的配制劑。常規的有機FLCD的潛在失效模式是如果允許FLC材料在低溫下結晶時(例如在儲存或運輸過程中)排列的喪失。我們已證明，可開發不結晶的配制劑。這些配制劑具有低于SmCf相的寬的SmX相。SmX相定義為這樣的非晶相其中在此處定義的條件下，光電轉換停止，但其中書架結構的宏觀分子排列在低溫下得以保留。盡管該器件在這種相內不可操作，但當返回到操作溫度范圍時，再次變得可操作。4)排列品質和均勻性應當足以在器件的整個有源區域內實現高的對比度和雙穩態。高對比度是指相當或優于在相同條件下測試的商業的有機各向同性一向列型一近晶A*型一SmC*相序配制劑。5)應將傾斜角調節到有效操作偏光板基光電器件的特定值。例如，在透射器件情況下，最佳傾斜角為22.5度，士6度，或22.5度，士4度，或22.5度，士2度。此外，傾斜角不應當在器件的操作溫度范圍內過于劇烈地變化。設計具有一定范圍傾斜角的配制劑的能力也是有利的；例如，也可使用傾斜角為45度，士6度，或45度，士4度，或45度，士2度的配制劑以用于相調制器件。6)對低Ps的需求如上所述。盡管低Ps是目前在商業IXD中使用的TFT基有源基體底板技術的要求，但這對使用電場排列方案，在環境溫度下或環境溫度附近，于粘稠近晶相內發生排列的器件來說提出重大挑戰。除了排列過程以外，在固定的溫度和驅動場下，較低的Ps可負面影響液晶器件的響應時間。7)對于數字模式的器件來說，真實雙穩態是一項要求。“真實雙穩態”是指在除去轉換場之后，光學信號保留在特定的容限內持續一段時間。容限的實例是光學信號不應劣化大于約20%，或大于10%，或大于5%。至平臺值的短期松弛是可接受的，但光透射率的14連續下降是不可接受的。可接受的時間是由應用和通過驅動機理來決定，且范圍可以是若干分鐘到若干毫秒。8)應當基于設計原型，即AMLCD設計，來優化配制劑的雙折射率。雙折射率典型地大于約0.05，或大于約0.1。雙折射率不應當在操作溫度范圍內寬泛地變化，例如在操作溫度的下限端至低于SmCf—各向同性相轉變約5°C之間，雙折射率的變化小于約100ppm/°C，或小于約50ppm/°C。如果設計在上面定義的范圍內操作的配制劑，則能夠開發實際的FLC器件。如前所述，盡管對于基于有機材料的有機FLC體系存在大量的配制劑經驗，但此類信息不能直接轉用到本發明的低聚硅氧烷基FLC配制劑，這是因為下述因素的聯合影響i)本文所涉及的低聚硅氧烷基體系所顯示的納米相分離結構的結構復雜性增加；ii)對于絕大多數有機FLC，使用特定的相序，即有機體系的各向同性一向列型一SmA*-SmC*；iii)在低聚硅氧烷基配制劑內觀察到Ps和傾斜角的溫度依賴性下降的能力；iv)低聚硅氧烷基配制劑的電場排列和層旋轉特征；v)低聚硅氧烷基配制劑的真實雙穩態；vi)在納米相分離的體系內調節傾斜角的能力；vii)設計亞SmCf相性質的能力，所述性質可避免干擾在低溫下的優選分子排列；和viii)抑制在低聚硅氧烷改性的鐵電液晶配制劑中的向列相形成的能力，例如當4-正戊基-4'-氰基聯苯(化合物9)或Felix15/000(化合物15)被加入到近晶的低聚硅氧烷體系內時。一種方法是設計具有各向同性一SmC*—晶體或優選各向同性一SmC*—SmX相序的配制劑。我們已發現，可使用具有寬范圍相行為的材料來開發具有以上相序的配制劑。可在配制劑中使用具有選自，但不限于下述類型相序的材料i)各向同性一SmC*；ii)各向同性一SmA；iii)各向同性一SmA—SmC；iv)各向同性一SmA*^SmC*；v)各向同性一向列型；vi)單變型液晶相；vii)非液晶材料等。并非所有用于配制劑的材料都需要低聚硅氧烷官能化，只要存在足夠的低聚硅氧烷改性材料用來保持配制劑內的納米相分離結構。在本發明的一個實施方案中，按照下述方式調節I—SmC*相序的低聚硅氧烷液晶的性質。1)選擇芳核，降低分子間的相互作用，從而降低最終配制劑的旋轉粘度。2)選擇分隔芳核與硅氧烷的烴鏈，以提供與低聚硅氧烷的最佳去耦，同時提供低方案(約22.5度)或高方案(約45度)的傾斜角。3)盡可能短地選擇低聚硅氧烷，以獲得最大可能的雙折射率，同時維持所要求的相性質。4)可添加近晶A材料，以降低配制劑的有效傾斜角，而不在配制劑內誘生SmA相。5)可采用數種方法實現低的總Ps值。例如，可制備固有低的Ps的介晶元物類，和可配制非手性和手性物類以設定Ps，或者可配制具有相反光學活性的材料以調節Ps。我們的研究表明，選擇并優化這種配制劑涉及對不同組分的效果進行平衡。例如，有效地降低傾斜角的添加劑可能不會有效地降低旋轉粘度，或者它可妨礙樣品的排列。在制備合適的配制劑中所使用的低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料包括但不限于以下給出的結構。注意低聚硅氧烷改性的納米相聚集液晶材料可定義為AB(兩鏈段的加合物)或ABA(三鏈段加合物，也稱為LC二聚體)，其中B=硅氧烷鏈段，和A=芳族液晶核。還給出了ABA'結構，其中A和A'是不相同的基團，從而導致非對稱結構。I)生產納米相分離近晶相可使用的組分(通式結構)可用于在配制劑內產生納米相分離近晶相的低聚硅氧烷改性的液晶材料是苯基苯甲酸酯、聯苯類、三聯苯類和苯基嘧啶類。以下示出了合適的材料的實例。1)苯基苯甲酸酯和聯苯類一組化合物具有下式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中a=0或1;m=1或2;s=1或2;q=0或1;b=0或1;i=0-4;T=0、COO、0C0、CH=N、N=CH、CF20、0CF2、NHCO、C0NH、CH2、CH2CH2、C=C、_CH=CH_或CF2CF2；丫獨立地選自鹵素、而2、^013、〔3、(^3；Q=0、C00或0C0；和X=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；其中A是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中n=3-15；d=1-5；R'和R〃獨立地選自t;H(2rt)且r=1-4，或苯基；R是具有1-10個碳原子的烷基或基團W，其中W是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中n=3-15；a=0或l;m=l或2;s=1或2;q=0或l;b=0或l;i=0-4；T=0、C00、0C0、CH=N、N=CH、CF20、0CF2、NHCO、C0NH、CH2、CH2CH2、C三C、-CH=CH-或CF2CF2；Y獨立地選自鹵素、而2、^013丄卩3、0〇卩3；Q=0、C00或0C0；禾口X=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；用X表示的烷基和取代烷基典型地具有2-20個碳原子。取代烷基可被一個或更多個下述基團取代另外的烷基、鹵素、環氧基、N02、CN、CF3或0CF3。2)三聯苯類另一組合適的化合物是具有下式的三聯苯類<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中a=0或1;b=0或1;L獨立地選自H、鹵素、N02、CN、CH3、CF3、0CF3；Q=0C00或0C0；和X=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；其中A是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中n=3-15；d=1-5；R'和R〃獨立地選自CrH(2r+1)且r=1-4,或苯基；其中R是具有1-10個碳原子的烷基，或另外定義的W"或W，或W'之一其中W'是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中n=3-15；a=0或1;b=0或1;L=獨立地選自H、鹵素、N02、CN、CH3、CF3、ocf3；Q=0、C00或0C0；和X=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；用X表示的烷基和取代烷基典型地具有2-20個碳原子。取代烷基可被一個或更多個下述基團取代另外的烷基、鹵素、環氧基、N02、CN、CF3或0CF3。3)苯基嘧啶其它組的合適的化合物是具有下式的苯基(或聯苯基)嘧啶類1型<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>2型<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中a=0或l，p=0、l或2，k=0、l或2，f=0或l;h=0或l;c=0或l;i=0-4；條件是若f=0，c=0；條件是若a=0,h=0;丫是鹵素、而2、^013丄&或(^&；其中X=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；其中V是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中n一3—15；d一卜5；R’和R”獨立地選自CrH‘㈩，且r一卜4，或苯基；其中R是具有1010個碳原子的烷基，或另外定義的W或w’，或w”之一其中W”選自下述基團，以產生對稱或不對稱的二聚體添加劑<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中n一3—15；g是0或l；P是0、l或2；k是0、l或2；i一0-4；t為0或l；u一0或l；條件是當七一0時，u一0，則Y獨立地選自鹵素、NO，、CN、CH，、CF，或0CF，；E是烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的。用X和E表示的烷基和取代烷基典型地具有2—20個碳原子。取代烷基可被一個或更多個下述基團取代另外的烷基、鹵素、環氧基、NO，、CN、CF，或0CF，。II)可用于調節納米相分離近晶相性質的組分(通式結構)下述組的材料可用作添加劑，用于含以上給出的低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料的配制劑。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中e為0或l；G是H、鹵素、環氧基、NO，、CN、CH，、CF，或0CF，；M是烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；或下述基團<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中n一3—15；d一卜5；R’和R”獨立地選自CrH‘㈩，且r一卜4，或苯基；R是具有卜10個碳原子的烷基，或Z其中Z是其中n=3-15；e為0或1；G是H、鹵素、環氧基、N02、CN、CH3、CF3或0CF3。用M表示的烷基和取代烷基典型地具有2-20個碳原子。取代烷基可被一個或更多個下述基團取代另外的烷基、鹵素、環氧基、N02、CN、CF3或0CF3。下述組的材料也可用作添加劑其中r=0或1；p=0、1或2;v=0、1或2；x可以是0或l，q=0或1；i=0-4；條件是若r=0，x=0;Y獨立地選自鹵素、N02、CN、CH3、CF3或0CF3；和J'獨立地選自烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋或非外消旋基團；條件是選擇各個手性基團，以確保液晶配制劑是非外消旋的。用J和J'表示的烷基和取代烷基典型地具有2-20個碳原子。取代烷基可被一個或更多個下述基團取代另外的烷基、鹵素、環氧基、N02、CN、CF3或0CF3。若低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶組分是非手性的，則也可使用有機手性分子在液晶配制劑內引起手性。配制劑實施例將液晶分子(介晶元)常規地配制成復雜的混合物。這樣的配制劑能實現由單一分子難以或者甚至不可能實現的性質組集。Crossland(W02005/019380)和DowCorning的專利申請(US2007/009035)鑒定了顯示出電場排列和雙穩態轉換的單一組分體系；然而，若它們將用于寬的溫度和有源基體底板器件，則這些分子要求配制劑。基于低聚硅氧烷改性的液晶的配制體系的開發因這些材料的不同尋常的微相分離性質而復雜化。以下給出的實施例闡述了在這些體系內可如何控制SmCf相的相序、溫度范圍、自發極化(Ps)，和傾斜角。不能由有機FLC的實例外推這些材料的配制劑，因為在有機FLC體系內不存在的納米相分離低聚硅氧烷區域在控制體相配制劑的性質，由其制備的器件的電光性質方面起著重要的作用。表1中示出了在不同配制劑中所使用的各組分的化學結構。在表2-8中示出了配制劑和它們的性質。表2顯示了用于傾斜角調節的氰基聯苯基材料的相行為。表3示出了基于低聚硅氧烷改性的三聯苯介晶元和有機氰基聯苯介晶元的二元配制劑的實施例的數據。表4示出了基于低聚硅氧烷改性的三聯苯介晶元和低聚硅氧烷改性的氰基聯苯介晶元的二元、三元和四元配制劑的實施例。表5示出了含有多種低聚硅氧烷改性的三聯苯介晶元的配制劑的實施例。表6示出了含有低聚硅氧烷改性的苯基嘧啶和手性低聚硅氧烷苯基嘧啶摻雜劑的配制劑的實施例。表7示出了含低聚硅氧烷改性的苯基嘧啶和各種手性低聚硅氧烷改性的摻雜劑的配制劑的實施例。表7示出了含低聚硅氧烷改性的苯基嘧啶和手性19低聚硅氧烷苯基嘧啶摻雜劑的三元配制劑的實施例。表8示出了各種配制劑的實施例。通過稱取各組分到容器內，然后加熱該容器到比具有形成各向同性相的最高轉變溫度的組分的澄清溫度(液晶向各向同性轉變)或熔點(在非液晶組分情況下)高約10°c的溫度，從而制備配制劑。保持樣品并在該溫度下混合約5-10分鐘，然后允許冷卻到環境溫度。除非另有說明，以每一組分的摩爾百分數形式列出了所有組合物。最初使用差示掃描量熱儀(DSC)來表征配制劑。DSC實驗的溫度范圍典型地為-40°C到120°C，除非配制劑的澄清相轉變溫度>100°C，在此情況下，升高上限溫度。將新鮮樣品加熱成各向同性相(加熱輪次#1)，然后冷卻到_40°C(冷卻輪次#1)，然后再次加熱成各向同性相(加熱輪次#2)，然后冷卻回到-40°C(冷卻輪次#2)，然后再次加熱成各向同性相(加熱輪次#3)，然后冷卻回到室溫(冷卻輪次#3)。使用加熱輪次#2和#3，通過選擇每一次轉變的峰值溫度，來限定相轉變溫度。進行使用偏振光學顯微鏡和可編程加熱段系統的光熱分析，以便劃分所存在的液晶相的類型。使用由Miyasato等人，JapanJournalAppliedPhysics，22，L661，(1983)描述的測定Ps的電流逆向(reversal)方法來證明Smtf相的存在，和鑒定Smtf相的轉變溫度邊界。在使用被隔珠隔開且用粘合劑邊緣密封的IT0玻璃基底構造的單一像素器件內，進行光熱和光電測量。在器件中使用經擦拭的聚酰亞胺排列層。參見圖1。圖1示出了測試配制劑所使用的典型的雙穩態液晶單元的結構。液晶配制劑17置于兩個基底10、11之間。基底可由任何合適的材料制成，例如玻璃、硅、有機聚合物或無機聚合物。一個或兩個基底可以是透明的，這取決于器件的類型(class)。基底10、11的內表面具有電極12、13，例如鋁或氧化錫銦(ITO)，它們可施加在選擇區域內。每一個基底上可具有一個基底，或者兩個電極可以在基底之一上(但要求僅僅一對基底)。一個或兩個電極可以是透明的，這取決于器件。或者，可存在提供邊緣場的電極，從而使得能控制光電效果。電極的內表面可視需要用鈍化層涂布。用排列層14、15涂布電極的內表面(與液晶材料鄰近)，或在邊緣場器件的情況下涂布基底，以便加速電場排列、SmCf相的層取向和轉換。排列層可以是有機涂層，或者無機涂層。合適的排列層包括但不限于聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚四氟乙烯、硅的氧化物、硅烷類和聚硅烷類。然而，排列層材料及其制備條件的確切選擇對于實現良好的排列和雙穩態來說是重要的，盡管確切的選擇取決于配制劑的組成。優選的材料包括預傾斜角<約3度的聚酰亞胺；然而，也可使用其它材料。可使用的材料的實例包括以商品牌號SE130、SE1410、SE8292和RN1199銷售的聚酰亞胺，其獲自NissanChemicalIndustries。可通過本領域已知的任何方法形成排列層，其中包括但不限于擦拭、拉伸、沉積和壓印。排列層有助于形成單疇(即“書架”)，和觀察到雙穩定的轉換。為了實現均勻的排列和雙穩態，排列層的厚度應當小于約200納米，或小于約100納米，或小于約50納米，或小于25納米。隔珠16隔開基底10、11并限定單元的厚度。使用密封層18來保留液晶材料在單元內。本發明的液晶光電器件典型地具有設計在0.5微米-10微米范圍內的單元間隙。該疊層器件可置于彼此以90度取向(光軸)的偏光板19、20之間，以便當在明亮或黑暗兩種狀態之間轉換液晶時，產生這兩種狀態。圖1所述的器件是透射模式的器件。本領域技術人員已知的替代性偏光板結構可用于透射和反射模式的器件。表1配制劑中所使用的各組分的化學結構。20<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>表3:基于低聚硅氧烷改性的三聯笨介晶元和有機氰基聯笨介畜<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>tN.B.該共混物所使用的重量％，因為C15是領配制的液晶添加劑[關于各個組分的化學結構參見表1]表4:基于低聚硅氧烷改性的三聯苯介晶元和低聚桂氧烷改性的氰基J配制劑的數據配制劑編EKZZ傾斜角號__(摩爾％)_____(度)<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>__表5:含多個低聚娃氧烷改性的三聯，介晶元的配~配制劑~EKΤΓ7傾斜角編號__(摩爾％)_____(度)<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>I—SmA—SmC—Cr相行為，而C23是非液晶化合物。發現該二元配制劑顯示出I—SmCf—SmX相行為，從而表明由具有不同相行為的組分獲得所需的I—SmCf相行為的出乎預料的能力。<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>在圖1所描繪的13mmX16mm的液晶單元內測量這些配制劑的電光性質。以下述方式制備液晶試驗單元對每一種采用接觸墊對ITO涂層進行光學圖案化形成5mmX5mm的有源區域。ITO涂布的玻璃在玻璃基底和ITO涂層之間具有SiO2涂層，且ITO的薄膜電阻為100歐/口。旋涂所指定的排列試劑到約25nm的厚度，固化，然后擦拭，從而形成排列層。以約2wt%加載量共混所需尺寸的分隔體與UV可固化的密封劑，并在單元的兩個邊緣處，在基底之一上，在排列層之上施加該共混物。在沒有施加密封劑的情況下，將其與另一基底疊合，其中排列層面向內部且具有反平行的擦拭取向。以交錯的方式，采用13mmX13mm基底交疊和5mmX5mm的相對電極(counterfacingelectrode)，并具有兩個具有接觸墊以供與電源相連的相對的3mm突出邊緣，來組裝兩個基底。使用真空壓機，壓制該組件并用UV光源輻照以固化密封劑。通過用前述配制劑填充使用尼龍作為排列層和3微米的分隔體制備的單元，來制備透射液晶器件。然后用UV可固化的密封劑密封端口，并通過焊接將引線連接到相對ITO電極的接觸墊，以便跨液晶配制劑施加電場。在恰好低于SmC*相的上限的溫度下，通過施加800Hz、IOV/μm的方波來處理經填充的器件，從而導致均勻的排列。然后在40°C下表征這種器件，并且發現當ClO量增加時，其傾斜角從30.5度下降到25度，從而表明ClO的傾斜角的調節行為。還發現當ClO量從17mol%增加到25mol%時，響應時間從200微秒下降到50微秒。實施例3:合成C27和C26，其中C27是C26的外消旋化同系物。如下表中所示，測量這些化合物中每一種的Ps。化合物Ps(nC/cm2)C27C26134以21的摩爾比共混部分外消旋化合物(C27)和手性化合物(C26)，制備配制劑37。發現這種配制劑的Ps為29nC/cm2，從而證明了通過控制對映異構體的過量來調節配制劑Ps的能力。實施例4:以各種比值混合Cl與具有I—SmA—Cr相序的ClO。ClO因氰基-聯苯基結構而具有強烈的縱向偶極性，這不同于Cl，在Cl中顯示出橫向偶極性行為從而導致鐵電轉換。制備含不同量Cio的配制劑7-9，并在40°C下測量其傾斜角。盡管ClO僅僅顯示出SmA相，但所有配制劑均顯示出SmCf相。如圖2所示，可通過控制組成來調節傾斜角。在替代性配制劑例如配制劑13和配制劑2中，可使用這些添加劑調節傾斜角，而不會在配制劑內引入離散的SmA*相。實施例5:以各種比值混合Cl與顯示出常規鐵電相序I—N—SmA*—SmC*的商業配制劑C15。如下表所示，當C15量下降時，配制劑的相序從I—SmA*—SmC*變為I—SmCf。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>如圖3所示，在其中C15含量較低的具有I—SmCf相轉變的配制劑內，觀察到傾斜角的較弱的溫度依賴性。當C15含量增加時，引入SmA相，與此同時，傾斜角的溫度依賴性也增加。這些結果表明了與具有I—SmA*-SmC*的那些配制劑相比，具有I—SmCf相序的配制劑的優點，此外，在配制劑內具有較少SmA形成組分的那些配制劑導致傾斜角的溫度依賴性較大的FLC配制劑。實施例6:通過混合下表所示用量的下述化合物，制備低聚硅氧烷液晶組合物“配制劑19”。所得配制劑經表征具有表6所示的相序，其中SmCf范圍跨-29到50°C。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>如實施例2所述，通過用配制劑19填充單元來制備透射型液晶器件。通過施加30HzIOV/μm方波來處理填充器件同時保持在環境溫度下，這導致形成對比度為91的均勻的排列。獲自AZElectronicMaterials(Clariant)的商業有機鐵電液晶配制劑Felix015/000(化合物15)在相同條件下的對比度為261。發現使用配制劑19制備的器件在25°C和40°C下，分別顯示出64微秒和135微秒的電壓接通至90%透射率的響應時間，llnC/cm2禾口16nC/cm2的Ps，以及24度禾口27度的傾斜角。在25°C下施力口IOV/μm200μs脈沖之后，具有>90%信號的良好雙穩態保持20秒(圖4a)。在具有ieOnm厚聚酰亞胺排列層(圖4b)和130微秒寬IOV/微米雙極性脈沖以及脈沖之間17ms延遲的驅動條件的單元內，使用配制劑19制備的器件在40°C下也顯示出良好的雙穩態。實施例7:通過混合下表所示組成的下述化合物，制備低聚硅氧烷液晶組合物“配制劑23”。所得配制劑經表征具有表6所示的相序，其中SmCf范圍跨39到58°C。<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>如實施例2所述，通過用配制劑23填充單元來制備透射型液晶器件。通過施加5kHz15V/μm方波來處理填充器件同時保持在50°C下，這導致形成具有501的高對比度的均勻的排列。然后在25°C下表征這種器件，且發現其具有75微秒的電壓接通至90%透射率的響應時間，24nC/cm2的Ps，以及26.5度的傾斜角。發現傾斜角顯示出優良的溫度無關性(圖5a)。當通過200微秒寬的IOV/微米雙極性脈沖以及脈沖之間20ms延遲來驅動時，觀察到優良的雙穩態(圖5b)。實施例8:通過混合下表所示組成的下述化合物，制備低聚硅氧烷液晶組合物“配制劑33”。所得配制劑經表征具有表8所示的相序，其中SmCf范圍跨-35到55°C。__<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>如實施例2所述，通過用配制劑33填充單元來制備透射型液晶器件。通過施加30Hz18V/ym方波來處理填充器件同時保持在環境溫度下，這導致形成均勻的排列。然后在25°C下表征這種器件，且發現在IOV/μm下，顯示出132微秒的電壓接通至90%透射率的響應時間，43nC/cm2的Ps，以及39度的傾斜角。當以500微秒寬的IOV/微米雙極性脈沖以及脈沖之間50ms延遲驅動時，觀察到優良的雙穩態(圖6)。發現對比度顯示出相對低的數值31，這是因為傾斜角的值高。還冷卻該器件到亞SmCf相，其中沒有發生轉換，然后再加熱到SmCf相，其中對比度經測量為41，從而表明沒有破壞SmCf排列。實施例9:通過混合下表所示組成的下述化合物，制備低聚硅氧烷液晶組合物“配制劑25”。所得配制劑經表征具有表6所示的相序，其中SmCf范圍跨41到61°C。<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>如實施例2所述，通過用配制劑25填充單元來制備透射型液晶器件。通過施加500Hz18V/μm方波來處理填充器件同時保持在50°C下，這導致形成具有501的高對比度的均勻的排列。然后在25°C下表征這種器件，且發現顯示出200微秒的電壓接通至90%透射率的響應時間，17nC/cm2的Ps，以及30度的傾斜角。發現傾斜角顯示出優良的溫度無關性(圖7)。該實施例表明在配制劑內實現高的對比度，盡管其傾斜角超出了最佳范圍(即，寬的傾斜角導致的較差明亮狀態的結果是，對比度受到影響)。可通過使用實施例1和2所述的技術，調節傾斜角到最佳范圍，以實現基于這種配制劑的合適性質組集。實施例10通過混合下表所示組成的下述化合物，制備低聚硅氧烷液晶組合物“配制劑20”。所得配制劑經表征具有表6所示的相序，其中SmCf范圍跨-27到49°C。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>通過將配制劑20填充到具有聚酰亞胺排列層的實施例2所述的單元內，制備透射型液晶器件。通過施加30HzIOV/μm方波處理填充器件同時保持在環境溫度下，這導致形成對比度為341的均勻的排列。在冷卻到低于SmCf的相之后，發現排列保持相當好，并發現在再加熱之后，對比度為291。發現這種器件在25°C下，分別顯示出66微秒的電壓接通至90%透射率的響應時間，30nC/cm2的Ps，以及30.5度的傾斜角。當通過133微秒寬IOV/μm雙極性脈沖以及脈沖之間13毫秒延遲驅動器件時，在25°C下觀察到優良的雙穩態(圖8)。該實施例表明在配制劑內實現快速的響應時間，盡管傾斜角超出了最佳范圍。可通過使用實施例2所述的技術，調節傾斜角到最佳范圍，以實現基于這種配制劑的合適性質組集。實施例11通過混合下表所示組成的下述化合物，制備低聚硅氧烷液晶組合物“配制劑31”。所得配制劑經表征具有表7所示的相序，其中SmCf范圍13到60°C。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>通過用配制劑31填充實施例2所述的具有聚酰亞胺排列層的單元，制備透射型液晶器件。通過施加60Hz20V/ym方波處理填充器件同時保持在55°C下，這導致在30分鐘內形成均勻的排列。然后在40°C下表征這種器件，并發現顯示出300微秒的電壓接通至90%透射率的響應時間，40nC/cm2的Ps，以及44.5度的傾斜角。發現傾斜角顯示出優良的溫度無關性(圖9)。盡管為了闡述本發明的目的示出了本發明的一些代表性實施方案和細節，但對本領域的技術人員來說，顯然可在不脫離所附權利要求書定義的本發明范圍的情況下作出各種變化。權利要求一種液晶配制劑，它包含第一低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料；和選自第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料、非液晶低聚硅氧烷改性的材料、有機液晶材料或有機非液晶材料中的至少一種附加的材料，其中該液晶配制劑在SmC*相內是納米相分離的，具有I→SmC*相轉變，其中SmC*溫度范圍為約15℃-約35℃，傾斜角為約22.5±6°或約45°±6°，且自發極化小于約50nC/cm2，并且旋轉粘度小于約600cP。2.權利要求1的液晶配制劑，其中一種或多種的第一或第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料是苯基苯甲酸酯、聯苯類、三聯苯類、苯基嘧啶類或聯苯基嘧啶類。3.權利要求1-2任何一項的液晶配制劑，其中一種或多種的第一或第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料是具有下式的苯基嘧啶類<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中a=O或1;p=0、1或2，k=0、1或2，f=O或1;h=O或1;i=0-4;c=O或1；條件是若f=0，c=0；條件是若a=0，h=0;Y獨立地選自鹵素、NO2,CN、CH3>CF3或OCF3；其中X=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的，條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；其中V是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中η=3-15；d=1-5；R'和R"獨立地選自CrHi2rt)且r=1-4,或苯基；R是具有1-10個碳原子的烷基，或W、W'或W"之一其中W是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中η'=3-15；a'=0或1;m=1或2;s=1或2;q=0或1;b=0或1;i‘=0-4，T=0、COO、0C0、CH=N、N=CH、CF2O,OCF2,NHCO,CONH、CH2,CH2CH2,C=C,-CH=CH-或CF2CF2；Y'獨立地選自鹵素、N02、CN、CH3>CF3>OCF3；Q=0、COO或OCO；和X'=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；W'是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中n〃=3-15；a"=O或l;b'=0或1;L獨立地選自H、鹵素、N02、CN、CH3、CF3、OCF3；Q'=0、0)0或00);和乂〃=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；且W"為下述之一<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中η"‘=3-15;g是0或1是0、1或2;k'是0、1或2;i〃=0_4;t為0或1;u=0或1；條件是若t=0，u=0;Y〃獨立地選自鹵素、N02、CN、CH3>CF3或OCF3；E是烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的。4.權利要求1-3任何一項的液晶配制劑，其中一種或多種的第一或第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料是具有下式的三聯苯類<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中a=0或1;b=0或1;L獨立地選自H、鹵素、NO2,CN、CH3>CF3>OCF3；Q=0、COO或0C0；和χ=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；其中A是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中η=3-15；d=1-5；R'和R"獨立地選自CrHi2rt)且r=1-4,或苯基；R是具有1-10個碳原子的烷基，或W、W'或W"之一，其中W是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中η'=3-15；a'=O或1;m=1或2;s=1或2;q=O或1;b‘=O或1;i=1-4，T=0、COO、OCO,CH=N、N=CH、CF2O,OCF2,NHCO,CONH、CH2,CH2CH2,C=C,-CH=CH-或CF2CF2；Y獨立地選自鹵素、N02、CN、CH3>CF3>OCF3；Q'=0、COO或OCO；和X'=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；W'是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中η"=3-15；a"=0或1出"=0或1;L'獨立地選自H、鹵素、N02、CN、CH3、CF3、OCF3;其中Q"=0、COO或OCOjPX"=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；和W"為下述之一<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中η〃‘=3-15;g是0或1;ρ是0、1或2;k是0、1或2=0-4;t為0或1;u=0或1；條件是當t=0時，u=0獨立地選自鹵素、N02、CN、CH3>CF3或OCF3；E是烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的。5.權利要求1-4任何一項的液晶配制劑，其中一種或多種的第一或第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料的是具有下式的苯基苯甲酸酯或聯苯類<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中a=0或1;m=1或2;s=1或2;q=0或1;b=0或1;i=0-4;T=0、C00、OCO,CH=N、N=CH、CF2O,OCF2,NHCO,CONH、CH2,CH2CH2,C三C、-CH=CH-或CF2CF2；Y獨立地選自鹵素、N02、CN、CH3>CF3>OCF3；Q=0、COO或OCO；和X=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；A是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中η=3-15；d=1-5；R'和R"獨立地選自CrHi2rt)且r=1-4,或苯基；R是具有1-10個碳原子的烷基，或W基團，其中W是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中η'=3-15；a'=0或l;m'=1或2;s'=1或2;q'=0或1;b‘=0或1;i'=0-4，其中T'=0、C00、0C0、CH=N、N=CH、CF2O、OCF2、NHCO、CONH、CH2、CH2CH2、C=C,-CH=CH-或CF2CF2；Y'獨立地選自鹵素、NO2,CN、CH3>CF3>OCF3；Q'=0、COO或0C0;和X'=烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的。6.權利要求1-5任何一項的液晶配制劑，其中所述附加的材料具有下式其中e=0或1;G是H、鹵素、環氧基、NO2,CN、CH3>CF3或OCF3；M是烷基；具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，使得液晶配制劑是非外消旋的；或者下述基團<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中η=3-15；d=1-5；R'和R"獨立地選自CrHi2rt)且r=1-4,或苯基；R是具有1-10個碳原子的烷基，或Z，其中Z是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中η'=3-15；e'=O或1是H、鹵素、環氧基、NO2、CN、CH3、CF3或OCF3。7.權利要求1-6任何一項的液晶配制劑，其中所述附加的材料具有下式之一<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>和<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中r=O或1;p=0、1或2;v=0、1或2;x=O或1;q=O或1;i=0-4，條件是若r=0，χ=O;Y獨立地選自鹵素、N02、CN、CH3>CF3或OCF3;J和J'獨立地選自烷基；或具有至少一個手性中心的取代烷基，其中各個手性基團可以是外消旋的或非外消旋的；條件是選擇各個手性基團，從而確保液晶配制劑是非外消旋的。8.權利要求1-7任何一項的液晶配制劑，其中自發極化小于約40nC/cm2。9.權利要求1-8任何一項的液晶配制劑，其中液晶配制劑具有I—SmCf—SmX相轉變。10.權利要求1-9任何一項的液晶配制劑，其中第一低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料是非手性的且至少一種附加的材料是手性且非外消旋的。11.權利要求1-10任何一項的液晶配制劑，其中第一低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料顯示出I—SmC*或I—SmC的相轉變。12.權利要求1-11任何一項的液晶配制劑，其中第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料顯示出I—SmC*或I—SmC的相轉變。13.權利要求1-12任何一項的液晶配制劑，其中第一或第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料具有ABA結構。14.權利要求1-13任何一項的液晶配制劑，其中液晶配制劑的雙折射率大于約0.05。15.含有權利要求1-14任何一項的液晶配制劑的器件，該器件具有穩定的書架幾何形狀，雙穩定的轉換，和等溫電場排列，當在兩個穩態之間轉換時該器件的響應時間小于500微秒，和驅動電場小于約30V/μm。16.權利要求15的器件，它包括至少一個液晶單元，包含在其間具有間隙的一對基底；一對電極，該對電極位于基底之一上或者每個基底上具有一個電極；和設置在基底對之間的間隙內的權利要求1-16任何一項的液晶配制劑。17.權利要求16的器件，其中至少一個電極是透明的。18.權利要求16-17任何一項的器件，進一步包括至少一個偏光板。19.權利要求16-18任何一項的器件，其中該器件進一步包括經擦拭的排列層。20.權利要求19的器件，其中排列層是聚酰亞胺基材料。21.權利要求19-20任何一項的器件，其中排列層的厚度小于200納米。22.權利要求15-21任何一項的器件，其中在外加電場下，在SmCf相內等溫發生液晶配制劑的排列。23.權利要求15-22任何一項的器件，當在兩個穩態之間轉換時，該器件的響應時間小于約100微秒。24.權利要求15-23任何一項的器件，其中驅動電場小于約lOV/μπι。25.權利要求15-24任何一項的器件，其中在傾斜角為22.5度士6度的情況下，器件的對比度為至少101。26.權利要求15-25任何一項的器件，其中在除去驅動電場后20ms之后，所述器件在透射強度方面具有小于約10%的松弛。全文摘要公開了一種液晶配制劑。該液晶配制劑包含第一低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料，和選自第二低聚硅氧烷改性的納米相分離液晶材料、非液晶低聚硅氧烷改性的材料、有機液晶材料或有機非液晶材料中的至少一種附加的材料，其中液晶配制劑在SmC*相內是納米相分離的，具有I→SmC*相轉變，其中SmC*溫度范圍為約15℃-約35℃，傾斜角為約22.5°±6°或約45°±6°，且自發極化小于約50nC/cm2，和旋轉粘度小于約600cP。還公開了含有液晶配制劑的器件，該器件具有穩定的書架幾何形狀，雙穩態的轉換，和等溫電場排列，當在兩個穩態之間轉換時，響應時間小于500微秒，和驅動電場小于約30V/μm。文檔編號C09K19/40GK101827914SQ200780101153公開日2010年9月8日申請日期2007年10月19日優先權日2007年10月19日發明者A·B·達維,F·尼什達,G·格拉斯曼,H·J·克雷斯,H·許,J·P·漢寧頓,M·皮弗南克,O·哈德勒,O·法羅克,R·K·金,T·V·科拉普,W·A·克羅斯蘭德申請人:陶氏康寧公司;劍橋企業有限公司