專利名稱:多層膽甾醇型液晶光學(xué)體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含膽甾醇型液晶的光學(xué)體。本發(fā)明還涉及反射式光學(xué)偏振器，其由三個或更多個膽甾醇型液晶層或膽甾醇型液晶前體形成。特別地，本發(fā)明涉及在基底上用單一涂覆組合物形成三個或更多個膽甾醇型液晶層的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
光學(xué)器件，例如偏振器或鏡，用于包括液晶顯示器(LCD’s)的多種領(lǐng)域中。液晶顯示器廣義上分為兩類背光式(例如“透射”)顯示器，其中光從顯示器面板的背后提供；前光式(例如“反射”)顯示器，其中光從顯示器面板的前面提供(例如，環(huán)境光)。這兩種顯示模式可以組合形成透射反射式(transflective)顯示器，其例如在弱光下可以背光，或者在亮的環(huán)境光下可以辨認。
常規(guī)的背光式LCDs通常使用吸收型偏振器，其光透射率可低于10％。常規(guī)的反射式LCDs也是基于吸收型偏振器，其反射率通常低于25％。這些顯示器的低透射率或反射率降低了顯示器對比度和亮度，并且可能需要高的能量消耗。
反射式偏振器已被開發(fā)用于顯示器和其他領(lǐng)域。反射式偏振器優(yōu)先透射一種偏振光并優(yōu)先反射正交偏振光。優(yōu)選反射式偏振器透射和反射光而且不會吸收相對大量的光。優(yōu)選地，反射式偏振器對于透射偏振的吸收不超過10％。許多光學(xué)器件在寬的波長范圍內(nèi)工作，因此，反射式偏振器通常也必須在寬的波長范圍內(nèi)工作。當用作選擇性反射鏡時，該光學(xué)器件也必須在寬的波長范圍內(nèi)工作。
發(fā)明概述一般地，本發(fā)明涉及含膽甾醇型液晶的光學(xué)體及其制造，以及膽甾醇型液晶在光學(xué)器件中的用途，所述光學(xué)器件例如反射式偏振器、選擇性反射鏡等。本發(fā)明還描述了在基底上用單一涂覆組合物形成三個或更多個膽甾醇型液晶層的方法和設(shè)備。
本發(fā)明公開了制造光學(xué)體的方法。該方法包括以下步驟在基底上涂覆包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、由部分第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物和溶劑的混合物。第一膽甾醇型液晶聚合物不同于第二膽甾醇型液晶聚合物。然后，由所述混合物形成光學(xué)體，該光學(xué)體包括第一層、第二層、和位于第一層和第二層之間的第三層。第一層包括大部分的第一膽甾醇型液晶聚合物。第二層包括大部分的第二膽甾醇型液晶單體。第三層包括第二膽甾醇型液晶聚合物。
在另一個說明性實施方式中，公開了一種制造光學(xué)體的方法，該方法包括以下步驟在基底上涂覆包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、由第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物和溶劑的混合物，以形成涂覆的基底。第一液晶聚合物不同于第二膽甾醇型液晶聚合物。加熱涂覆的基底以除去至少部分溶劑。固化涂覆的基底以形成部分固化的涂覆的基底。然后，加熱部分固化的涂覆的基底以形成取向光學(xué)體。
在又一個說明性實施方式中，公開了一種制造光學(xué)體的方法，該方法包括以下步驟在基底上涂覆包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、由第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物和溶劑的混合物，以形成涂覆的基底。第一液晶聚合物不同于第二膽甾醇型液晶聚合物，以形成涂覆的基底。然后由該混合物形成光學(xué)體。當光透射通過該光學(xué)體時，該光學(xué)體反射圓偏振光。
本發(fā)明的上述概述不意欲描述本發(fā)明所公開的每一個技術(shù)方案或每一個實施方式。后面的附圖、詳述和實施例更具體地對這些實施方式作了示例性說明。
附圖簡述通過下述本發(fā)明的各種實施方式的詳述與附圖相結(jié)合，可以更好地理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明，在基底上用單一涂覆組合物形成三個膽甾醇型液晶層的方法和設(shè)備的一種實施方式的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的第一涂覆混合物的截面的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的兩個膽甾醇型液晶層的截面的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的三個膽甾醇型液晶層的截面的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明，在基底上用單一涂覆組合物形成三個膽甾醇型液晶層，并在第一個三個膽甾醇型液晶層上順序形成另一個膽甾醇型液晶層的方法和設(shè)備的實施方式的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的第一涂覆混合物的截面的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的兩個膽甾醇型液晶層的截面的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的三個膽甾醇型液晶層的截面的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的三個膽甾醇型液晶層上的第二涂覆混合物的截面的示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的三個膽甾醇型液晶層上的第四膽甾醇型液晶材料層的截面的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的三個膽甾醇型液晶材料層上的第四和第五膽甾醇型液晶材料層的截面的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明，在基底上的三個膽甾醇型液晶材料層上的第四、第五和第六膽甾醇型液晶材料層的截面的示意 圖13是根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示器的一個實施方式的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示器的另一個實施方式的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示器的另一個實施方式的示意圖；圖16是根據(jù)實施例1形成的光學(xué)體的透射光譜；圖17是根據(jù)實施例2形成的光學(xué)體的透射光譜；圖18是根據(jù)實施例3形成的光學(xué)體的透射光譜；附圖不是嚴格按尺寸繪制，其描述了本發(fā)明的說明性實施方式。特別地，附圖中的層不是按尺寸繪制。雖然本發(fā)明適于各種改變和替換的形式，附圖中以示例的方式給出了細節(jié)，下面將予以詳述。但是應(yīng)當理解，這樣做的目的不是為了將本發(fā)明限制到所述的具體實施方式
。恰恰相反，本發(fā)明覆蓋了在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改變、等同物和替換。
詳述本發(fā)明適用于光學(xué)體(例如光學(xué)薄膜)及其制造，以及光學(xué)體在光學(xué)器件中的用途，所述光學(xué)器件例如反射式偏振器、選擇性反射鏡、太陽能控制膜和光學(xué)顯示器(例如，液晶顯示器)。本發(fā)明還涉及含膽甾醇型液晶的光學(xué)體。雖然本發(fā)明不限于此，但是通過下面提供的實例的討論將可理解本發(fā)明的各個方面。
對于下列定義過的術(shù)語，應(yīng)當適用這些定義，除非在權(quán)利要求
書或本說明書的其他部分給出了不同的定義。
術(shù)語“層”應(yīng)理解為包括單一物理厚度或單一光學(xué)厚度。單一物理厚度可包括明顯邊界層或可包括非明顯邊界層，例如層間的組成梯度。單一光學(xué)厚度可通過光學(xué)性質(zhì)例如一個波長范圍的光的反射來觀察。應(yīng)當理解層間的區(qū)域可以包括一個或多個材料梯度或光學(xué)性質(zhì)梯度。
術(shù)語“聚合物”應(yīng)理解為包括聚合物、共聚物(例如，用兩種或更多種不同單體形成的聚合物)、寡聚物及其組合，以及可通過例如共擠出或包括酯交換反應(yīng)在內(nèi)的反應(yīng)在可混溶混合物中形成的聚合物、寡聚物或共聚物。除非另有所指，嵌段和無規(guī)共聚物都包括在內(nèi)。
術(shù)語“聚合材料”應(yīng)理解為包括上述定義的聚合物，以及其他有機的或無機的添加劑，例如抗氧化劑、穩(wěn)定劑、抗臭氧劑、增塑劑、染料和顏料。
術(shù)語“膽甾醇型液晶組合物”指包括但不限于下列的組合物膽甾醇型液晶化合物、膽甾醇型液晶聚合物、或膽甾醇型液晶前體，例如包括可反應(yīng)形成膽甾醇型液晶聚合物的單體和寡聚物的較低分子量的膽甾醇型液晶化合物。
術(shù)語“混合物”指可能是也可能不是均勻分散的非均相物質(zhì)的組合，包括例如溶液、分散體等。
術(shù)語“手性”單元指不具有鏡面的不對稱單元。手性單元能夠以圓形方向?qū)⒐獾钠衩嫦蜃蠡蛳蛴倚D(zhuǎn)。
術(shù)語“介晶”單元指具有促進液晶中間相形成的幾何結(jié)構(gòu)的單元。
術(shù)語“向列型”液晶化合物指形成向列型液晶相的液晶化合物。
術(shù)語“溶劑”指能夠至少部分溶解另一物質(zhì)(溶質(zhì))以形成溶液或分散體的物質(zhì)?！叭軇笨梢允且环N或多種物質(zhì)的混合物。
術(shù)語“手性物質(zhì)”指手性化合物或組合物，包括與其他液晶材料相結(jié)合可形成或引發(fā)膽甾醇型液晶中間相的手性液晶化合物和手性非液晶化合物。
術(shù)語“偏振”指平面偏振、圓偏振、橢圓偏振，或任何其他非無規(guī)偏振態(tài)，其中光束的電矢量不無規(guī)地改變方向，而是保持恒定的方向或以系統(tǒng)的方式改變。在平面偏振中，電矢量保持在單一平面內(nèi)，而在圓偏振或橢圓偏振中，光束的電矢量以系統(tǒng)的方式旋轉(zhuǎn)。
反射式偏振器優(yōu)先反射單一偏振的光并優(yōu)先透射剩下的光。在反射式平面偏振器的情況下，在一個平面內(nèi)的偏振光被優(yōu)先透射，而在正交平面內(nèi)的偏振光被優(yōu)先反射。在圓反射式偏振器的情況下，以可能是順時針方向或反時針方向(也稱作右圓偏振或左圓偏振)的一種方向的圓偏振光被優(yōu)先透射，而以相反方式的偏振光被優(yōu)先反射。一種類型的圓偏振器包括膽甾醇型液晶偏振器。
無論是否明顯指出，本文中所有的數(shù)值均默認為由術(shù)語“約”所修飾。術(shù)語“約”通常指本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員認為等同于所引用數(shù)值的數(shù)值范圍(即，具有相同的功能或結(jié)果)。在許多情況下，術(shù)語“約”包括四舍五入成最接近的有效數(shù)字的數(shù)值。
重量百分比、重量％等為同義詞，它們指某物質(zhì)的重量除以組合物的重量然后乘以100得到的物質(zhì)的濃度。
通過端點限定的數(shù)值范圍包括在該范圍內(nèi)的所有數(shù)字(例如，1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)用于說明書和所附權(quán)利要求
中時，單數(shù)形式的“a”、“an”以及“the”包括復(fù)數(shù)對象，除非其含義另有所指。因此，涉及的含“化合物”的組合物包括兩種或更多種化合物的混合物。如在說明書和所附權(quán)利要求
中所用的，術(shù)語“或”通常以包括“和/或”的含義使用，除非其含義另有所指。
膽甾醇型液晶化合物通常包括本質(zhì)上為手性的分子單元(例如，沒有鏡面的分子)和本質(zhì)上為介晶的分子單元(例如，顯示液晶相的分子)，并且可以是聚合物。膽甾醇型液晶組合物也可包括與手性單元混合或含手性單元的非手性液晶化合物(向列的)。膽甾醇型液晶組合物或材料包括具有膽甾醇型液晶相的化合物，其中液晶的指向矢量(指明局部分子排列方向的單位矢量)沿垂直于指向矢量的維度以螺旋方式旋轉(zhuǎn)。膽甾醇型液晶組合物也稱作手性向列液晶組合物。膽甾醇型液晶組合物或材料的螺距為指向矢量旋轉(zhuǎn)360°所經(jīng)的距離。該距離一般為100nm或更長。
可通過使手性化合物與向列液晶化合物混合或結(jié)合(例如通過共聚)來引導(dǎo)膽甾醇型液晶材料的螺距。也可通過手性非液晶材料來引發(fā)該膽甾相。該螺距可取決于手性化合物與向列液晶化合物或材料的相對重量比。指向矢量的螺線扭轉(zhuǎn)在材料的介電張量中導(dǎo)致空間上的周期改變，這又導(dǎo)致波長選擇性地反射光。對于沿螺旋軸的光傳播，當波長λ在下列范圍時通常發(fā)生Bragg反射nop＜λ＜nep其中p是螺距，no和ne是膽甾醇型液晶材料的主折射率。例如，可以選擇螺距，使得Bragg反射峰位于可見光、紫外光或紅外光的波長區(qū)域內(nèi)。
膽甾醇型液晶化合物，包括膽甾醇型液晶聚合物，通常是已知的，并且典型地任何這些材料可用于制造光學(xué)體。適合的膽甾醇型液晶聚合物的實例描述于美國專利號4,293,435和5,332,522、5,886,242、5,847,068、5,780,629、5,744,057中，所有這些在此引入作為參考。也可使用其他膽甾醇型液晶化合物?？梢曰谝环N或多種下列因素來選擇膽甾醇型液晶化合物以用于特定應(yīng)用或光學(xué)體，所述因素包括例如折射率、表面能、螺距、可加工性、透明度、顏色、在所涉及的波長中的低吸收率、與其他組分(例如，向列液晶化合物)的相容性、分子量、易制造性、形成液晶聚合物的液晶化合物或單體的可能性、流變、固化方法及要求、去除溶劑的容易性、物理和化學(xué)性質(zhì)(例如，柔性、抗張強度、耐溶劑性、耐刮擦性、和相轉(zhuǎn)變溫度)以及易純化性。
通常使用可包括介晶基團(例如，一種剛性基團，其典型地具有棒狀結(jié)構(gòu)以促進液晶相的形成)的手性(或手性和非手性的混合)分子(包括單體)來形成膽甾醇型液晶聚合物。介晶基團包括例如對位取代的環(huán)狀基團(例如，對位取代的苯環(huán))。介晶基團任選地通過間隔基連接于聚合物主鏈。該間隔基可含有官能團，該官能團具有例如苯、吡啶、嘧啶、炔、酯、亞烷基、烯、醚、硫醚、硫酯和酰胺官能。可以改變間隔基的長度或類型以提供不同性質(zhì)，例如在溶劑中的溶能性。
適當?shù)哪戠薮夹鸵壕Ь酆衔锇ň哂惺中曰蚍鞘中跃埘?、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷或聚酯酰亞胺主鏈的聚合物，該主鏈包括被剛性或柔性共聚單體任選分離的介晶基團。其他適當?shù)哪戠薮夹鸵壕Ь酆衔锞哂袔中院头鞘中越榫?cè)鏈基團的聚合物主鏈(例如，聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚烯烴或聚丙二酸酯主鏈)。側(cè)鏈基團通常通過間隔基與主鏈分離以提供柔性，所述間隔基例如亞烷基或亞烷基氧的間隔基。
為形成膽甾醇型液晶層，可將膽甾醇型液晶組合物涂覆或以其他方式置于表面上。膽甾醇型液晶組合物包括手性組分，其含有至少一種(i)手性化合物，(ii)可用于(例如，聚合或交聯(lián))形成膽甾醇型液晶聚合物的手性單體，或(iii)它們的組合。膽甾醇型液晶組合物還可包括非手性組分，其含有至少一種(i)向列液晶化合物，(ii)可用于形成向列液晶聚合物的向列液晶單體，或(iii)它們的組合。向列液晶化合物或向列液晶單體可以和手性組分一起用于改變膽甾醇型液晶組合物的螺距。膽甾醇型液晶組合物也可包括一種或多種添加劑，例如固化劑、交聯(lián)劑、抗臭氧劑、抗氧化劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、以及紫外、紅外或可見光吸收性染料或顏料。
膽甾醇型液晶組合物也可使用兩種、三種或更多種不同類型的任意下列材料來形成手性化合物、非手性化合物、膽甾醇型液晶、膽甾醇型液晶單體、向列液晶、向列液晶單體、潛在的向列或手性向列材料(其中該潛在的材料與其他材料相結(jié)合呈現(xiàn)液晶中間相)、或其組合。膽甾醇型液晶組合物中特定的物質(zhì)重量比通常將至少部分決定膽甾醇型液晶層的螺距。
膽甾醇型液晶組合物通常是可包括溶劑的涂覆組合物的一部分。在有些情況下，液晶、液晶單體、處理添加劑、或膽甾醇型液晶組合物中的任意其他組分中的一種或多種也可作為溶劑。在有些情況下，可通過例如干燥組合物以蒸發(fā)溶劑，或使部分溶劑反應(yīng)(例如，使溶劑化液晶單體反應(yīng)以形成液晶聚合物)，或通過在低于組合物的加工溫度下冷卻，從涂覆組合物中基本上除去或消除溶劑。
涂覆后，將膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)化為液晶層或材料。該轉(zhuǎn)化可通過多種技術(shù)來實現(xiàn)，包括溶劑蒸發(fā)、加熱、交聯(lián)膽甾醇型液晶組合物，或使用例如熱、輻射(例如，光化學(xué)輻射)、光(例如，紫外光、可見光或紅外光)、電子束來固化，或者這些或相似技術(shù)的組合。
由于涂覆和轉(zhuǎn)化為膽甾醇型液晶材料，如果需要，可生產(chǎn)出在寬的波長范圍內(nèi)都有效的膽甾醇型反射式偏振器。在一些實施方式中，膽甾醇型反射式偏振器基本上能反射在反射光譜的半峰高度下以全寬測量的至少100、150、200、300、400、500或600nm或更大的光譜寬度內(nèi)的光。
任選地，膽甾醇型液晶組合物中可包括引發(fā)劑，以引發(fā)該組合物中單體組分的聚合或交聯(lián)。適合的引發(fā)劑的實例包括可產(chǎn)生自由基以引發(fā)并增長聚合或交聯(lián)。也可根據(jù)穩(wěn)定性或半衰期來選擇自由基引發(fā)劑。優(yōu)選地，自由基引發(fā)劑不會通過吸收或其他方式在膽甾醇型液晶層中產(chǎn)生任何另外的顏色。適合的自由基引發(fā)劑的實例包括自由基熱引發(fā)劑和光引發(fā)劑。自由基熱引發(fā)劑包括例如過氧化物、過硫酸鹽或偶氮腈化合物。這些自由基引發(fā)劑熱分解時產(chǎn)生自由基。
光引發(fā)劑可通過電磁輻射或粒子射線來活化。適合的光引發(fā)劑的實例包括鎓鹽光引發(fā)劑、有機金屬光引發(fā)劑、金屬鹽陽離子光引發(fā)劑、光可降解有機硅烷、潛磺酸、氧化膦、環(huán)己基苯基酮、胺取代乙酰苯、和二苯酮。通常，使用紫外(UV)照射來活化光引發(fā)劑，但是也可使用其他光源?？苫谔囟úㄩL的光的吸收來選擇光引發(fā)劑。
可使用常規(guī)處理得到取向膽甾醇型液晶相。例如，一種開發(fā)膽甾醇型液晶相的方法包括在取向基底上沉積膽甾醇型液晶組合物。可使用例如牽引技術(shù)或用人造纖維或其他布摩擦來使基底取向。美國專利號4,974,941、5,032,009、5,389,698、5,602,661、5,838,407和5,958,293中描述了光排列取向的基底。沉積后，將膽甾醇型液晶組合物加熱到高于組合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度成為液晶相?？梢詫⒔M合物冷卻成玻璃態(tài)且該組合物保持在液晶相?？商鎿Q地或另外地，當組合物在液晶相時可以光固化。
膽甾醇型液晶組合物可以形成層，該層在光波長的特定帶寬內(nèi)基本反射一種圓偏振光(例如，左或右圓偏振光)，并基本透射另一種圓偏振光(例如，右或左圓偏振光)。該特征描述了以相對于膽甾醇型液晶材料的指向矢量法線入射的方向的光的反射或透射。其他角度方向的光通常被膽甾醇型液晶材料橢圓偏振，并且Bragg反射峰由其同軸波長藍移。通常如下所述用法線入射光表征膽甾醇型液晶材料，但是，應(yīng)指出這些材料的響應(yīng)可使用已知技術(shù)用非法線入射光來確定。
可通過將至少一種膽甾醇型液晶材料置于基底上來形成光學(xué)體?；椎谋砻?例如，提供作為部分基底的取向?qū)拥谋砻?具有表面取向特征，其可以改進或提供置于其上的膽甾醇型液晶材料取向的均勻性。表面取向包括在該表面產(chǎn)生液晶材料指向矢量取向的任意表面特征?？赏ㄟ^多種不同方法產(chǎn)生表面取向特征，所述方法包括例如基底的同向摩擦、拉伸基底、或通過光進行光可聚合材料的光控取向，以及其他。
基底可以為包括各種膽甾醇型液晶化合物的光學(xué)體或結(jié)構(gòu)的沉積或成形提供基礎(chǔ)。基底在制造、使用或兩者期間可以是結(jié)構(gòu)支撐膜?；自诠鈱W(xué)體的工作波長范圍內(nèi)可以是透明的?；椎膶嵗ㄈ宜崂w維素(TAC，可從例如Fuji Photo Film Co.，Tokyo，Japan；KonicaCorporation，Toyko，Japan；和Eastman Kodak Co.，Rochester，NY得到)，SollxTM(可從General Electric Plastics，Pittsfield，MA得到)，和聚酯例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。在一些實施方式中，基底是非雙折射的。
基底可具有多于一個的層。在一個實施方式中，基底包含取向?qū)?，該取向?qū)泳哂心軌蚴怪糜谌∠驅(qū)由系囊壕ЫM合物以較均勻方向取向的表面。可利用機械或化學(xué)方法制備取向?qū)?。制備取向?qū)拥臋C械方法包括例如以所需的取向方向摩擦或拉伸聚合物層。例如，可通過以所需的取向方向摩擦膜來使聚乙烯醇、聚酰胺和聚酰亞胺膜取向?？赏ㄟ^拉伸取向的膜包括例如聚乙烯醇，聚烯烴例如聚乙烯或聚丙烯，聚酯例如聚對苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯，和聚苯乙烯。聚合物膜可以是均聚物、共聚物、或聚合物的混合物。
可光化學(xué)形成取向?qū)印＠?，如美國專利?,974,941、5,032,009和5,958293中所描述的，在此全文引入作為參考，可以通過照射，或使用相對于所需取向方向線偏振的光與置于介質(zhì)中或基底上的各向異性吸收分子，來形成光可取向的聚合物。合適的光可取向聚合物包括聚酰亞胺，包括例如取代的1，4-苯二胺。
另一類光控取向材料可用于形成取向?qū)印＿@些聚合物在沿著或垂直于偏振紫外光的電場矢量方向的偏振紫外光的存在下選擇反應(yīng)，已顯示其一旦反應(yīng)便使液晶組合物或材料取向。這些材料的實例描述于例如美國專利號5,389,698、5,602,661和5,838,407中，在此全文引入作為參考。
光可異構(gòu)化合物例如偶氮苯衍生物也適于光控取向，如美國專利號6,001,277中所述，在此引入作為參考。取向?qū)右部赏ㄟ^涂覆某些類型的溶致分子而形成，所述溶致分子由于涂覆期間所施加的剪切而取向。這種類型的分子公開于例如美國專利號6,395,354中，在此引入作為參考。
光學(xué)體可與其他光學(xué)或物理元件相結(jié)合。在一個實施方式中，可使用粘合劑將三乙?；w維素(TAC)膜連接到光學(xué)體。在另一實施方式中，可使用基底和另一聚合物膜形成疊層。在一個實施方式中，可將TAC或1/4波膜層壓至基底。或者，可將TAC或1/4波膜層壓至含膽甾醇型液晶材料的層。1/4波膜可將透射圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光。通過1/4波膜后，圓偏振光被轉(zhuǎn)化為線偏振光，其偏振軸偏離1/4波膜的光軸+45度或-45度，該方向由具體的圓偏振態(tài)所決定。在另一實施方式中，基底本身可以是1/4波膜。
膽甾醇型液晶層可以單獨使用或與其他層或裝置聯(lián)用，以形成光學(xué)體例如反射式偏振器。膽甾醇型液晶偏振器用于一種類型的反射式偏振器。膽甾醇型液晶偏振器的螺距類似于多層反射式偏振器的光學(xué)層厚度。螺距和光學(xué)層厚度分別決定膽甾醇型液晶反射器和多層反射式偏振器的中心波長。膽甾醇型液晶偏振器的旋轉(zhuǎn)指向矢量形成光學(xué)重復(fù)單元，其類似于具有相同光學(xué)厚度的多層反射式偏振器中的多層。
被膽甾醇型液晶層反射的光的中心波長λ0和光譜帶寬Δλ，取決于膽甾醇型液晶的螺距p。中心波長λ0由下式近似得到λ0＝0.5(no+ne)p其中no和ne是膽甾醇型液晶對于平行于液晶指向矢量(ne)和垂直于液晶指向矢量(no)偏振的光的折射率。光譜帶寬Δλ由下式近似得到Δλ＝2λ0(ne-no)/(ne+no)＝p(ne-no).
當材料的雙折射(ne-no)≤0.2時，膽甾醇型液晶組合物的光譜帶寬或?qū)挾?以半峰高度的全寬測量)通常為100nm或更低。當需要在整個可見光區(qū)(400到750nm)或其他顯著大于100nm的波長區(qū)中的反射性時，膽甾醇型液晶聚合物的使用受到限制。
為使反射式偏振器能夠反射寬范圍的波長，可使用多種螺距長度。先前已通過層壓或以其他方式層疊兩個分別形成的膽甾醇型液晶涂層形成了寬帶膽甾醇型液晶偏振器，每個涂層置于單獨基底上，具有不同螺距(例如，具有不同組成，例如，手性和向列液晶組分的重量比不同)。每層具有不同的螺距，因此，反射具有不同波長的光。
當有足夠數(shù)量的層時，可以構(gòu)造偏振器使之反射可見光譜的大部分或整個可見光譜。因為每層反射不同區(qū)域的光，所以這些結(jié)構(gòu)傾向于具有不均勻的透射或反射光譜。通過在構(gòu)造過程中允許各層之間的液晶有一些擴散，可以多少改進均勻性?？梢约訜徇@些層以在層間擴散一些液晶材料。這可導(dǎo)致各層間的螺距的平均化。
但是該方法需要大量的加工步驟，包括單獨形成每層(例如，單獨干燥或固化每層)，層疊(例如，層壓)所述層，然后加熱所述層以使兩層間的液晶材料擴散。這也需要大量的加工時間，尤其是考慮到通常本質(zhì)上為聚合的兩個先前形成的液晶層之間的擴散所需的時間。
已開發(fā)了制造膽甾醇型液晶光學(xué)體的新技術(shù)。這些技術(shù)包括選擇溶劑和材料以促進由單一涂覆混合物，在基底上形成三個或更多個膽甾醇型液晶層。
在一個說明性實施方式中，一種形成膽甾醇型液晶體的新方法包括由單一涂覆混合物形成三個或更多個膽甾醇型液晶層，每個膽甾醇型液晶層可具有不同的光學(xué)性質(zhì)。該涂覆混合物可包括第一膽甾醇型液晶組合物、第二膽甾醇型液晶、和溶劑。用涂覆混合物涂覆基底后，在基底上可形成第一、第二和第三層。該單一涂覆混合物包括一種或多種溶劑，以及至少部分溶于該溶劑的兩種、三種或更多種膽甾醇型液晶組合物。
本發(fā)明的方法可形成具有不同光學(xué)性質(zhì)的三個或更多個膽甾醇型液晶層。可以不同的光學(xué)性質(zhì)包括例如可包括有效螺距([ne+no]/2xp)的螺距，以及硬度。
在一個實施方式中，所述混合物包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、和任選地由部分第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物。第一膽甾醇型液晶聚合物與第二膽甾醇型液晶聚合物不同，并且具有至少一定程度的不相容性。
在將涂覆混合物涂覆到基底上之前，第二膽甾醇型液晶聚合物可存在于該混合物中?？商鎿Q地或另外地，在將涂覆混合物涂覆到基底上之后，可由第二膽甾醇型液晶單體形成第二膽甾醇型液晶聚合物。
隨著溶劑從涂覆混合物中除去，第一膽甾醇型液晶聚合物和第二膽甾醇型液晶單體至少部分分離形成層。在一個實施方式中，第一膽甾醇型液晶聚合物形成鄰近基底的層，第二膽甾醇型液晶單體在第一膽甾醇型液晶聚合物上形成層，在基底上產(chǎn)生了基本上雙層的結(jié)構(gòu)。第二膽甾醇型液晶聚合物可分布于第一膽甾醇型液晶聚合物層和第二膽甾醇型液晶單體層中任一或兩者內(nèi)。
可通過部分固化由基本雙層的結(jié)構(gòu)形成三層結(jié)構(gòu)，從而改變一種或多種第二液晶單體、第一液晶聚合物和第二液晶聚合物的物理性質(zhì)，導(dǎo)致至少部分第二液晶聚合物遷移到第二液晶單體層和第一液晶聚合物層之間的位置。例如，通過加熱該雙層結(jié)構(gòu)或用U.V.輻射至少部分固化該雙層結(jié)構(gòu)，第二液晶單體在第二液晶聚合物中的溶解度會降低，導(dǎo)致第二液晶單體從第二液晶聚合物中至少部分分離以形成三層結(jié)構(gòu)。在該實施例中，光學(xué)體包括第一層、第二層、和位于第一層和第二層之間的第三層?？舌徑椎牡谝粚影ù蟛糠值牡谝荒戠薮夹鸵壕Ь酆衔?。第二層包括大部分的第二膽甾醇型液晶單體。第三層包括第二膽甾醇型液晶聚合物。然后可以加熱該結(jié)構(gòu)中的該膽甾醇型液晶材料以形成取向光學(xué)體。然后可完全固化該取向光學(xué)體以形成完全固化的光學(xué)體。
應(yīng)當理解，形成第一和第二液晶聚合物的材料和第二液晶單體材料是可互換的，并且實現(xiàn)一種膽甾醇型材料與另一種膽甾醇型材料的分離以由單一涂覆混合物形成至少三個膽甾醇層的材料和/或溶劑的任意組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
包括一種或多種膽甾醇型液晶組合物的第二涂覆混合物可如上所述地置于三層結(jié)構(gòu)上。該第二涂覆組合物可使用上述方法形成一、二、三或更多層。
第一或第二涂覆混合物可另外包括除了聚合之外還可交聯(lián)的反應(yīng)性單體材料。該反應(yīng)性單體材料可以是反應(yīng)性單體，在一些實施方式中，可以是膽甾醇型液晶化合物、膽甾醇型液晶聚合物的前體、或手性化合物。例如，反應(yīng)性單體可以是例如二(甲基)丙烯酸酯、環(huán)氧-丙烯酸酯、二環(huán)氧化物、二乙烯基、二烯丙基醚、或其他反應(yīng)性材料。該反應(yīng)性單體“固化”或“固定”膽甾醇型液晶層，從而防止或顯著減少隨著時間流逝層內(nèi)材料的任何移動。在一個實施方式中，反應(yīng)性單體包括第二膽甾醇型液晶單體。
本文所述的方法和構(gòu)造優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，其中每層均獨立形成并隨后加熱以誘發(fā)擴散以混合部分膽甾醇型液晶聚合物層。在這些現(xiàn)有技術(shù)中，所得產(chǎn)品隨著時間流逝繼續(xù)進行不同組成的層間的擴散，特別是當產(chǎn)品用于伴有產(chǎn)生熱的應(yīng)用中例如許多顯示器應(yīng)用時。這種繼續(xù)擴散可導(dǎo)致產(chǎn)品的光學(xué)性質(zhì)隨著時間流逝而改變。
相反，本文所公開的用于交聯(lián)或固化膽甾醇型液晶層的技術(shù)，通過提高分子量并減少擴散或移動的遷移性單體材料，提供了在固化或交聯(lián)后顯著減少或防止進一步移動的方法。因此，所得光學(xué)體的光學(xué)性質(zhì)隨著時間流逝可以是基本穩(wěn)定的，從而可用于生產(chǎn)具有較長壽命的可靠產(chǎn)品。另外，當每層的組分相對不相容時，隨著溶劑被去除它們易于互相移離。因此，不相容性和交聯(lián)均提供了隨著時間流逝基本穩(wěn)定的光學(xué)體，并可用于生產(chǎn)比現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)體具有更長壽命的更可靠產(chǎn)品。
雖然不想限于任何特定的理論，但是據(jù)信由單一混合物形成具有不同光學(xué)性質(zhì)的至少三層的驅(qū)動力包括三種或更多種膽甾醇型組合物的相對不相容性。這種相對不相容性可由χ相互作用參數(shù)、界面張力、溶解度參數(shù)、或表面張力量度來表示或理解。所有這些對將要相分離的膽甾醇型液晶材料的表征都是有用的。層的形成可取決于許多因素，包括但不限于粘度、相轉(zhuǎn)變溫度、溶劑相容性、聚合物的分子量、表面張力的差異、膽甾醇型液晶相形態(tài)、和組分的溫度。例如，使一種材料的表面張力低于另一種材料以驅(qū)使其到頂層或表面，這是有用的。另外，在足夠高的溫度下形成層以使其處于通常具有較低粘度的手性向列相，這可以是有用的。使一種材料在加工溫度下具有相對低的粘度以減少發(fā)生相分離的時間，這也是有用的。使第一膽甾醇型液晶聚合物層(其可以是較低層)具有足夠低的粘度以提供組分的增強的遷移率，這也是有用的。界面表面積的合并和減少是形成層的驅(qū)動力?？赏ㄟ^選擇聚合物的組成、分子量、溫度、溶劑平衡和增塑劑含量來實現(xiàn)聚合物的低粘度。
其他方法可用于增強層的形成。例如，使用兩種對膽甾醇型材料具有不同相容性的兩種不同溶劑，隨著一種溶劑蒸發(fā)，一種材料可由溶液中釋出以形成層，同時另一種材料留在溶液中?？商鎿Q地或另外地，可使用具有非常不同的向列轉(zhuǎn)變溫度的材料，以使一種材料處于其(相對)低的粘性向列相，同時使另一種為更粘性的無定形相，從而促進分離?？商鎿Q地或另外地，一種材料可以被至少部分固化以提高其粘度或改變其溶解度并且增強分離。
也可利用分子量的差異。如果形成具有不同分子量的兩種相對不相容的膽甾醇型聚合物，它們常具有非常不同的粘度，這將增強分離和層的形成。
在形成層的過程中也可改變溫度。首先，溫度可高于一種膽甾醇型化合物的向列轉(zhuǎn)變溫度，但是低于第二膽甾醇型化合物的向列轉(zhuǎn)變溫度。這將幫助第一材料形成膽甾醇型相層并增強分離。然后可將溫度升至高于第二膽甾醇型化合物的向列轉(zhuǎn)變溫度，從而該材料將形成其膽甾醇型相層。該膽甾醇型層然后可如上所述地固定或固化。
上述方法可用多種技術(shù)和設(shè)備來進行。附圖僅為示例性目的地顯示了層間的明顯的物理邊界。如本文中所述，“層”應(yīng)理解為包括單一物理厚度或單一光學(xué)厚度。單一物理厚度可包括如圖中所述的明顯邊界層或可包括非明顯邊界層，例如層間的組成梯度。單一光學(xué)厚度可通過光學(xué)性質(zhì)例如一個波長范圍的光的反射來觀察。應(yīng)當理解層間的區(qū)域可以包括一個或多個材料梯度或光學(xué)性質(zhì)梯度。
圖1說明了在基底上用單一涂覆組合物實現(xiàn)形成三個膽甾醇型液晶層的適當?shù)姆椒ê驮O(shè)備的實施例。涂覆裝置10包括傳送器5(例如，傳送帶或滑動平臺)，其傳送基底1經(jīng)過第一涂料分配器4?？商鎿Q地，基底1可以是連續(xù)卷材，其通過使用驅(qū)動輥經(jīng)由裝置10被牽引。使用驅(qū)動輥或類似機構(gòu)用于移動基底1和一種或多種涂層可省去位于基底1下方的傳送器5。第一涂料混合物7通過第一涂料頭6分配到基底1上。可使用任意涂覆技術(shù)，包括例如刀涂、條涂、槽涂、凹板式涂覆、輥涂、噴涂、或幕涂。圖2顯示在基底上的第一涂覆混合物7，以形成涂覆的基底11。在一個實施方式中，第一涂覆混合物7包括溶劑、至少部分可溶于該溶劑的第一膽甾醇型液晶聚合物和第二膽甾醇型液晶組合物。第一膽甾醇型液晶聚合物和第二膽甾醇型液晶組合物相對不相容。
在一個說明性實施方式中，第二膽甾醇型液晶組合物包括向列型或膽甾醇型液晶單體和由部分該向列型或膽甾醇型液晶單體形成的液晶聚合物。在另一說明性實施方式中，第二膽甾醇型液晶組合物包括向列型或膽甾醇型液晶單體。在該實施方式中，在將混合物7涂覆到基底1上后，由部分該向列或膽甾醇型液晶單體隨后形成液晶聚合物。
第二膽甾醇型液晶組合物還可進一步包括手性添加劑，特別是如果使用向列型液晶單體的話。第一膽甾醇型液晶聚合物可形成熱塑性層。
第一涂覆混合物7和基底1經(jīng)過第一干燥箱8以除去至少部分溶劑。從涂覆混合物7中至少除去部分溶劑使得第一膽甾醇型液晶聚合物從第二膽甾醇型液晶組合物中至少部分分離，形成具有第一層21和第二層22的雙層結(jié)構(gòu)20(見圖3)。另外，在第一干燥箱8中加熱可使至少部分第二液晶組合物聚合，如所需要的，這對于在第一層21和第二層22之間隨后形成第三層是有用的。
如果該雙層結(jié)構(gòu)20含有可固化組分并且如果需要在工藝的這個階段固化這些組分的話，雙層結(jié)構(gòu)20和基底1可經(jīng)過第一固化站2，其包含例如熱源或光源以固化(部分地或完全地)該雙層結(jié)構(gòu)20。第一固化站2可位于相對基底1位置的一個或多個不同位置。
在一個說明性實施方式中，低劑量UV光部分固化(交聯(lián)或聚合)部分第二膽甾醇型液晶組合物(例如，第二膽甾醇型液晶單體和/或第二膽甾醇型液晶聚合物)。然后，部分固化的雙層結(jié)構(gòu)20可經(jīng)過第二干燥箱9以進一步加熱該雙層結(jié)構(gòu)20。第二干燥箱9可除去溶劑、提高遷移率、并增強層的分離或取向。
圖4顯示了一種結(jié)構(gòu)，其中進一步加熱部分固化的雙層結(jié)構(gòu)20(見圖3)使得第二膽甾醇型液晶聚合物與第一膽甾醇型液晶聚合物和/或第二液晶單體至少部分分離，以在第一膽甾醇型液晶聚合物層和第二液晶單體層之間形成層。該三層結(jié)構(gòu)30具有第一層31、第二層32、和位于第一層31和第二層32之間的第三層33。如果該三層結(jié)構(gòu)30含有可固化組分并且如果需要在工藝的這個階段固化這些組分的話，三層結(jié)構(gòu)30和基底1可經(jīng)過第二固化站3，其包含例如熱源或光源以固化(部分地或完全地)該三層結(jié)構(gòu)30。第二固化站3可位于相對基底1位置的一個或多個不同位置。在一個說明性實施方式中，電子束輻射并完全固化包括第二膽甾醇型液晶單體層的三層結(jié)構(gòu)30，以基本使第二膽甾醇型液晶單體層交聯(lián)或聚合。
圖2、3和4說明了圖1所示方法的各個階段。在本發(fā)明的一個實施方式中，如圖2所示，第一涂覆混合物7(如上所述)被應(yīng)用于基底1。圖3顯示了雙層結(jié)構(gòu)20。第一膽甾醇型液晶合物可形成位于基底1上的第一層21。第二膽甾醇型液晶單體可形成位于第一層21頂部的第二層22。
圖4顯示了三層結(jié)構(gòu)30。第三層33位于第一層31和第二層32之間。第一層31、第二層32和第三層33可具有相同或不同的厚度?？赏ㄟ^選擇材料、材料的相對量、溫度、粘度、聚合物分子量、或這些變量的組合來控制每層31、32、33的相對厚度。第一層31、第二層32和第三層33的厚度可為所需的任何有用厚度。第一層31、第二層32和第三層33的厚度對于可見光可獨立選自1～10微米或2～5微米或3～4微米，對于例如IR光則更厚。
在一個說明性實施方式中，第一層31包含膽甾醇型液晶組合物，其一旦取向則反射未被第二層32或第三層33反射的部分光譜。例如，第一層31可反射紅、藍、綠、或黃色可見光，第二層32可反射未被第一層31反射的可見光顏色，第三層33可反射未被第一層31和/或第二層32反射的可見光顏色。具體地，例如，第一層31可反射藍色可見光，第二層32可反射紅色可見光，第三層可反射黃色或綠色可見光。應(yīng)理解每層的反射帶寬可與另一層的反射帶寬至少部分重疊。在一些實施方式中，需要至少部分重疊的光反射帶寬。
圖5說明了用兩種涂覆組合物形成四個或更多個膽甾醇型液晶層的適當?shù)姆椒ê驮O(shè)備的實施例?？梢园磮D1和如上所述地形成第一個三層膽甾醇型液晶。具體地，涂覆裝置100包括傳送器105(例如，傳送帶或滑動平臺)，其傳送基底101經(jīng)過第一涂料分配器104。第一涂覆混合物107通過第一涂料頭106分配到基底101上。
第一涂覆混合物107和基底101經(jīng)過第一干燥箱108以除去至少部分溶劑。從涂覆混合物107中至少除去部分溶劑使得第一膽甾醇型液晶聚合物從第二膽甾醇型液晶組合物中至少部分分離，形成具有第一層121和第二層122的雙層結(jié)構(gòu)120(見圖7)。另外，在第一干燥箱108中加熱可使形成部分第二液晶組合物的至少部分液晶單體聚合，如所需要的，這對于在第一層121和第二層122之間隨后形成第三層是有用的。
如果該雙層結(jié)構(gòu)120含有可固化組分并且如果需要在工藝的這個階段固化這些組分的話，雙層結(jié)構(gòu)120和基底101可經(jīng)過第一固化站102，其包含例如熱源或光源以固化(部分地或完全地)該雙層結(jié)構(gòu)120。第一固化站102可位于相對基底101位置的一個或多個不同位置。在一個說明性實施方式中，低劑量UV光部分固化(交聯(lián)或聚合)部分第二膽甾醇型液晶組合物，其如所需要的，對于在第一層121和第二層122之間隨后形成第三層是有用的。然后，固化的雙層結(jié)構(gòu)120可經(jīng)過第二干燥箱109以進一步如上所述地加熱該雙層結(jié)構(gòu)120。
進一步加熱已固化的雙層結(jié)構(gòu)120使得第二膽甾醇型液晶聚合物在第一膽甾醇型液晶聚合物層和第二膽甾醇型液晶單體層之間積聚形成三層結(jié)構(gòu)130，該三層結(jié)構(gòu)130具有第一層131、第二層132、和第三層133(見圖8)。如果該三層結(jié)構(gòu)130含有可固化組分并且如果需要在工藝的這個階段固化這些組分的話，三層結(jié)構(gòu)130和基底101可經(jīng)過第二固化站103，其包含例如熱源或光源以固化(部分地或完全地)該三層結(jié)構(gòu)130。在一個說明性實施方式中，電子束輻射并完全固化該三層結(jié)構(gòu)130。
第二涂料分配器114然后通過第二涂料頭116將第二涂料147(見圖9)分配到第二層132上，形成已涂覆的三層結(jié)構(gòu)140。依然可使用任意的涂覆技術(shù)。在一個實施方式中，第二涂層147包括溶劑和第三膽甾醇型液晶組合物。
已涂覆的三層結(jié)構(gòu)140可經(jīng)過第三干燥箱118以除去溶劑形成第四層148(見圖10)。如果組合物147和/或第四層148含有可固化組分并且如果需要在工藝的這個階段固化這些組分的話，第二涂料147和/或第四層148和基底101可經(jīng)過第三固化站112，其包含例如熱源或光源以聚合(部分地或完全地)該第二涂料147和/或第四層148。
第二涂覆組合物147可包含膽甾醇型液晶組合物，其一旦取向則覆蓋未被第一個三層131、132、133覆蓋的部分光譜。在一些實施方式中，需要至少部分彼此重疊的取向膽甾醇型液晶反射帶寬。
圖6、7、8、9、10、11、12說明了圖6所示方法的各個階段。在本發(fā)明的一個實施方式中，如圖6所示，第一涂覆混合物107(如上所述)被應(yīng)用于基底101。圖7顯示了雙層結(jié)構(gòu)120。第一膽甾醇型液晶組合物可形成位于基底101上的第一層121。第二膽甾醇型液晶組合物可形成位于第一層121頂部的第二層122。圖8顯示了三層結(jié)構(gòu)130。第三層123位于第一層121和第二層122之間。圖9顯示了位于三層結(jié)構(gòu)130上的第二涂料147(如上所述)。圖10顯示了四層結(jié)構(gòu)150，其中第四層148已被取向并任選地固化。圖11顯示了五層結(jié)構(gòu)150，其中第四層141和第五層142已被取向并任選地固化。圖12顯示了六層結(jié)構(gòu)150，其中第四層141、第五層142和第六層143已被取向并任選地固化?？捎扇缟纤龅倪m于由單一涂覆混合物在三層結(jié)構(gòu)上形成額外層的膽甾醇型組合物的任意組合來形成第四層148、141，第五層142和第六層143。
還可控制基底1、101的速度來改變通過干燥箱8、9、108、109、118或固化站2、3、102、103、112的處理時間。通過每個干燥箱的處理時間可以是任意長度的時間，例如，最高達30分鐘，或最高達15分鐘，或1-10分鐘，或1-6分鐘，或少于1分鐘。干燥箱溫度可足夠地高以汽化溶劑或高于向列轉(zhuǎn)變溫度，并且足夠地低以防止光學(xué)體內(nèi)材料的降解。干燥箱溫度可為至少55℃、75℃、或80℃-140℃、或100℃-120℃。
由一個單層進入兩個、三個或更多個單獨層的傳質(zhì)速率取決于多種因素，包括例如每種組合物中所用的具體材料、這些組合物中的材料的百分比、材料的分子量、組合物的溫度、剩余的溶劑、組合物的粘度、和每種組合物的聚合度?？赏ㄟ^控制這些變量中的一種或多種來得到所需的傳質(zhì)速率，例如，通過選擇材料、溫度、粘度、聚合物分子量、或這些變量的任意組合?？蓪⑼扛步M合物置于干燥箱或其他加熱裝置中，以提高液晶組合物遠離彼此進入兩個分離的單獨層的傳質(zhì)速率以及溶劑離開涂覆組合物的傳質(zhì)速率。如果需要，該干燥箱也可用于從涂覆組合物中部分或完全除去溶劑。
也可改變圖1-12中所示的裝置和方法，以向基底上依次涂覆超過三種涂覆組合物。例如，可向裝置中添加另外的涂料分配器、干燥箱或光源。另外，可以增加或減少干燥箱或固化站的數(shù)目以優(yōu)化形成光學(xué)體的總體工藝。
作為一個實施例，可根據(jù)本文所述的方法和結(jié)構(gòu)來形成寬帶反射式偏振器。該寬帶反射式偏振器可基本均勻地(例如，以不超過10％或5％的偏差)反射在100nm、200nm、300nm、400nm、500nm或更大波長范圍內(nèi)的一種偏振光。特別地，可以形成寬帶反射式偏振器，其基本均勻地反射可見光波長范圍(例如，400-750nm)內(nèi)的一種偏振光。
膽甾醇型液晶光學(xué)體可用于多種光學(xué)顯示器以及其他領(lǐng)域中，包括透射式(例如“背光式”)顯示器、反射式顯示器、透射反射式顯示器。例如，圖13顯示了一個說明性背光式顯式器系統(tǒng)400的截面示意圖，其包括如上所述的顯示器媒介402、背光器404、膽甾醇型液晶反射式偏振器408，以及任選的反射器406。該顯示器系統(tǒng)任選地包括1/4波板作為部分的膽甾醇型液晶反射式偏振器，或作為單獨的組件以將來自液晶反射式偏振器的圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光。觀察者位于跟背光404相對的顯示器裝置402的側(cè)面。
顯示器媒介402通過由背光器404發(fā)射出的透射光向觀察者顯示信息或圖像。顯示器媒介402的一個例子是僅透射一種偏振態(tài)的光的液晶顯示器(LCD)。
提供用于觀察顯示器系統(tǒng)400的光的背光器404包括例如光源416和光導(dǎo)418，但是也可使用其他背光系統(tǒng)。雖然圖13中所示的光導(dǎo)418大致為矩形截面，但是背光器可使用任意形狀的光導(dǎo)。例如，光導(dǎo)418可為楔形、溝形、擬楔形等的光導(dǎo)。光導(dǎo)418的主要功能是能夠接收來自光源416的光并發(fā)射該光。因此，光導(dǎo)418可包括背反射器(例如，任選的反射器406)、提取機構(gòu)以及其他的組件，以實現(xiàn)所需的功能。
如上所述，反射式偏振器408是包括至少一種膽甾醇型液晶光學(xué)體的光學(xué)膜。提供反射式偏振器408以基本透射離開光導(dǎo)418的一種偏振態(tài)的光，并基本反射離開光導(dǎo)418的不同偏振態(tài)的光。
圖14是一種類型的反射式液晶顯示器500的示意圖。該反射式液晶顯示器500包括顯示器媒介508、膽甾醇型液晶反射式偏振鏡504、吸收式襯背506、和吸收式偏振器502。該液晶顯示器500任選地包括波板作為部分的膽甾醇型液晶反射式偏振器504，或作為單獨的組件以將來自液晶裝置的混合偏振光轉(zhuǎn)化為適當?shù)钠窆狻?br> 液晶顯示器500首先通過使光510偏振的吸收式偏振器502起作用。偏振光然后傳播經(jīng)過顯示器媒介508，一種光的圓偏振組件由膽甾醇型液晶反射式偏振鏡504反射并通過顯示器媒介508和吸收式偏振器502傳回。另一圓偏振組件傳播經(jīng)過膽甾醇型液晶反射式偏振器504并被襯背506吸收。如上所述，該反射式液晶顯示器500的反射式偏振器504包括一種膽甾醇型液晶光學(xué)體。膽甾醇型液晶光學(xué)體的具體選擇取決于下列因素例如成本、大小、厚度、材料、所涉及的波長范圍。
圖15是一種類型的透射反射式液晶顯示器600的示意圖。該透射反射式液晶顯示器600包括相延遲顯示器媒介608、部分鏡603、膽甾醇型液晶反射式偏振鏡604、背光器606、和吸收式偏振器602。該顯示器系統(tǒng)任選地包括波板作為膽甾醇型液晶反射式偏振器604的一部分，或作為單獨的組件以將來自液晶裝置的混合偏振光轉(zhuǎn)化為適當?shù)钠窆狻Ｔ诜瓷淠Ｊ街?，環(huán)境亮光610被吸收式偏振器602偏振，傳播經(jīng)過顯示器媒介608，反射離開部分鏡603，并通過顯示器媒介608和吸收式偏振器602傳回。在低環(huán)境光條件下，背光器606被激活，光選擇性通過膽甾醇型偏振器604，相匹配以向顯示器提供適當?shù)钠窆?。相對手性的光被背反射，循環(huán)，并選擇性通過膽甾醇型偏振器604，以有效提高背光亮度。如上所述，該反射式液晶顯示器600的反射式偏振器包括一種膽甾醇型液晶光學(xué)體。膽甾醇型液晶光學(xué)體的具體選擇取決于下列因素例如成本、大小、厚度、材料、所涉及的波長范圍。
膽甾醇型液晶光學(xué)體可與增強或向液晶顯示器提供其他性能的多種其他組件和膜一起使用。這種組件和膜包括例如增亮膜、包括1/4波板和膜的延遲板、多層或連續(xù)/分散相反射式偏振器、金屬化背反射器、棱鏡背反射器、擴散反射背反射器、多層介電背反射器、和全息背反射器。
實施例實施例1制備涂覆溶液的第一部分(溶液A)用于下面的涂覆步驟。使用0.75克Vazo 52(可從Dupont，Wilmington，DE商購)作為熱引發(fā)劑，0.25克四溴化碳(可從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI商購)作為鏈轉(zhuǎn)移添加劑，在77克二氧戊環(huán)(可從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI商購)中使21克氰基聯(lián)苯基苯甲酸酯乙基丙烯酸酯(見下面)與1.5克LC756(手性液晶單體，可從BASF商購)聚合。該反應(yīng)在60℃下進行16小時。
制備涂覆溶液的第二部分(溶液B)用于下面的涂覆步驟。使用1.2克Vazo 52和0.05克BHT(2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，可從AldrichChemical Co.，Milwaukee，WI商購)，在95克二氧戊環(huán)中使3.8克LC252(向列液晶單體，可從BASF商購)聚合。該反應(yīng)在80℃下進行1小時。
通過混合34.5克溶液A、27.6克溶液B、0.6克LC756、10.4克LC242、1.7克苯基乙基丙烯酸酯(可從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI商購)、0.2克BHT、3克4-甲氧基苯甲酸氰基聯(lián)苯酯(見下面)、和11克環(huán)己酮(可從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI商購)，形成涂覆溶液。
歐洲專利公開號No.834754中描述了氰基聯(lián)苯基苯甲酸酯乙基丙烯酸酯的制備，在此引入作為參考。氰基聯(lián)苯基苯甲酸酯乙基丙烯酸酯的結(jié)構(gòu)如下所示 4-甲氧基苯甲酸氰基聯(lián)苯酯如下制備在氮氣氛圍下，在裝配有機械攪拌器和溫度計的圓底燒瓶中，首先混合40g(0.26摩爾)4-甲氧基苯甲酸、53.2g(0.525摩爾)三乙胺、和400ml 1，2-二甲氧基乙烷。將溶液冷卻至-30℃，這時加入30.1g(0.263摩爾)甲烷磺酰氯。繼續(xù)攪拌，將溫度保持在-30℃約1小時。然后，加入51.32g(0.263摩爾)4’-羥基-1，1’-聯(lián)苯基-4-腈和3.2克(0.026摩爾)4-二甲基氨基吡啶，將混合物加熱至50℃并保持在該溫度下攪拌約3小時。然后將混合物冷卻至室溫，加入1升H2O。沉淀出來的固體產(chǎn)物通過過濾收集，用水洗滌，并風(fēng)干。然后，該粗材料從最少量的四氫呋喃中重結(jié)晶，得到所需材料。
化合物L(fēng)C756(PaliocolorTMLC756可從BASF商購)和化合物L(fēng)C242(PaliocolorTMLC242)是可從BASF Corp.(Ludwigshafen，Germany)得到的液晶單體。VazoTM52(Dupont，Wilmington，Del.)是用作自由基引發(fā)劑的可熱分解的取代偶氮腈化合物。
用繞線棒(wire round rod)將該溶液涂覆到100微米PET基底(可從3M，St.Paul，MN作為Scotchpar商購)，以產(chǎn)生6微米厚的干燥涂層。將該涂層在室溫下風(fēng)干30秒，然后在125℃下烘烤12分鐘。然后在惰性氛圍下利用30ft/min的速度用Fusion300瓦D燈固化該涂層。然后在120℃下將該涂層再加熱10分鐘。
最后，用LambdaTM900光譜儀(Perkin Elmer，Santa Clara，Calif.)測量光學(xué)體的光學(xué)性能。將1/4波膜置于涂層前面，首先在光路中放置標準線性偏振器，將偏振器從波板的主軸旋轉(zhuǎn)45度以得到左手圓偏振，在400nm到700nm的范圍內(nèi)測量通過涂層的透射率。觀察到三個消光峰。第一消光峰集中在460nm。第二消光峰集中在580nm。第三消光峰集中在680nm。圖16顯示了在所測量的波長范圍內(nèi)的該透射率結(jié)果。
實施例2制備涂覆溶液的一部分(溶液A)用于下面的涂覆步驟。使用0.8克Vazo 52作為熱引發(fā)劑，在74.4克二氧戊環(huán)中使22.5克氰基聯(lián)苯基苯甲酸酯乙基丙烯酸酯與2.3克LC756聚合。該反應(yīng)在60℃下進行16小時。
通過混合27.4克溶液A、0.6克LC756、13.7克LC242、0.25克苯基乙基丙烯酸酯、0.097克BHT、3.4克4-甲氧基苯甲酸氰基聯(lián)苯酯、以及10克環(huán)己酮和44.7克二氧戊環(huán)，形成涂覆溶液。將該溶液在90℃下加熱2分鐘。在該加熱期間少部分LC242和LC756反應(yīng)形成共聚物。
用線圓棒將該溶液涂覆到100微米PET基底(可從3M，St.Paul，MN作為Scotchpar商購)，以產(chǎn)生6微米厚的干燥涂層。將該涂層在室溫下風(fēng)干30秒，然后在125℃下烘烤12分鐘。然后在氮氣惰性氛圍下利用30ft/min的速度用Fusion300瓦D燈固化該涂層。如實施例1中所述測量該涂層的光譜，然后在120℃下將該涂層再加熱10分鐘，再次測量光譜?？梢杂^察到該涂層起初形成2個峰(圖17之前)，說明是雙層結(jié)構(gòu)，在第二次加熱之后，形成了第三個峰(圖17之后)，說明形成了第三層。
實施例3制備涂覆溶液的第一部分(溶液A)用于下面的涂覆步驟。使用1.0克Vazo 52作為熱引發(fā)劑，在71.5克二氧戊環(huán)中使26.4克氰基聯(lián)苯基苯甲酸酯乙基丙烯酸酯與0.88克LC756聚合。該反應(yīng)在60℃下進行16小時。
制備涂覆溶液的第二部分(溶液B)用于下面的涂覆步驟。使用1.29克Vazo 52和0.004克BHT(2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚)，在94.7克二氧戊環(huán)中使4.0克LC252聚合。該反應(yīng)在80℃下進行1小時。
通過混合22.3克溶液A、21.6克溶液B、0.28克LC756、8.0克LC242、0.45克芐基醇(可從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI商購)、0.15克BHT、3.76克4-甲氧基苯甲酸氰基聯(lián)苯酯、以及4.8克環(huán)己酮和37克二氧戊環(huán)，形成涂覆溶液。
用線圓棒將該溶液涂覆到100微米PET基底(可從3M，St.Paul，MN作為Scotchpar商購)，以產(chǎn)生6微米厚的干燥涂層。將該涂層在室溫下風(fēng)干30秒，然后在125℃下烘烤12分鐘。然后在氮氣惰性氛圍下利用30ft/min的速度用Fusion300瓦D燈固化該涂層。然后在120℃下將該涂層再加熱10分鐘.
最后，如上所述，用LambdaTM900光譜儀(Perkin Elmer，SantaClara，Calif.)測量光學(xué)體的光學(xué)性能。從700nm到2000nm在反射模式中測量光譜。該光譜(圖18)具有三個反射峰，一個在約1000nm，一個在約1200nm，一個在1550nm。
本發(fā)明不應(yīng)理解為限于上述特定實施例，而應(yīng)理解為覆蓋所附權(quán)利要求
中公平設(shè)定的本發(fā)明的所有方面。對本發(fā)明所針對的本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員而言，在本說明書的指導(dǎo)下，本發(fā)明可適用的各種變換、等同方法、以及多種結(jié)構(gòu)都是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種制造光學(xué)體的方法，該方法包括以下步驟在基底上涂覆包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、由部分第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物和溶劑的混合物，其中第一膽甾醇型液晶聚合物不同于第二膽甾醇型液晶聚合物；和在基底上由所述混合物形成光學(xué)體，該光學(xué)體包括第一層、第二層、和位于第一層和第二層之間的第三層，其中第一層包括大部分的第一膽甾醇型液晶聚合物，第二層包括大部分的第二膽甾醇型液晶單體，第三層包括第二膽甾醇型液晶聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，還包括以下步驟在將混合物涂覆到基底上的步驟之前，使部分第二膽甾醇型液晶單體聚合以形成第二膽甾醇型液晶聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，還包括以下步驟在將混合物涂覆到基底上的步驟之后，使部分第二膽甾醇型液晶單體聚合以形成第二膽甾醇型液晶聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中在基底上形成第一層和第二層的步驟包括從混合物中除去至少部分溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，還包括以下步驟在基底上形成第一層和第二層之后固化第二膽甾醇型液晶單體。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，還包括以下步驟在形成光學(xué)體的步驟之前，使至少部分第二膽甾醇型液晶單體聚合以形成第二液晶聚合物。
7.一種制造光學(xué)體的方法，該方法包括以下步驟在基底上涂覆包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、由第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物和溶劑的混合物，以形成涂覆的基底，其中第一液晶聚合物不同于第二膽甾醇型液晶聚合物；加熱涂覆的基底以除去至少部分溶劑；固化涂覆的基底以形成部分固化的涂覆的基底；和加熱部分固化的涂覆的基底以形成取向光學(xué)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，還包括固化取向光學(xué)體以形成已固化光學(xué)體的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中，當可見光透射通過取向光學(xué)體時，取向光學(xué)體反射至少200nm的圓偏振光的帶寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，還包括以下步驟在將混合物涂覆到基底上的步驟之前，使部分第二膽甾醇型液晶單體聚合以形成第二膽甾醇型液晶聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，還包括以下步驟在將混合物涂覆到基底上的步驟之后，使部分第二膽甾醇型液晶單體聚合以形成第二膽甾醇型液晶聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中加熱涂覆的基底的步驟使得第一膽甾醇型液晶聚合物與第二膽甾醇型液晶單體至少部分分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中固化涂覆的基底以形成部分固化的涂覆的基底的步驟使第二液晶單體部分交聯(lián)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中加熱部分固化的涂覆的基底以形成取向光學(xué)體的步驟進一步使得第一膽甾醇型液晶聚合物與第二膽甾醇型液晶單體分離。
15.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其中加熱部分固化的涂覆的基底以形成取向光學(xué)體的步驟使得第二膽甾醇型液晶聚合物，在包括大部分第一膽甾醇型液晶聚合物的層和包括大部分第二膽甾醇型液晶單體的層之間形成層。
16.一種制造光學(xué)體的方法，該方法包括以下步驟在基底上涂覆包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、由第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物和溶劑的混合物以形成涂覆的基底，其中第一液晶聚合物不同于第二膽甾醇型液晶聚合物；和由該混合物形成光學(xué)體，其中當光透射通過該光學(xué)體時，該光學(xué)體反射圓偏振光。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其中形成光學(xué)體的步驟包括形成光學(xué)體，當光透射通過該光學(xué)體時，該光學(xué)體反射至少200nm的光的帶寬。
18.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其中形成光學(xué)體的步驟包括形成光學(xué)體，當光透射通過該光學(xué)體時，該光學(xué)體反射至少300nm的光的帶寬。
19.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其中形成光學(xué)體的步驟包括形成光學(xué)體，當光透射通過該光學(xué)體時，該光學(xué)體反射至少400nm的光的帶寬。
20.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其中形成光學(xué)體的步驟包括形成光學(xué)體，當光透射通過該光學(xué)體時，該光學(xué)體的反射光譜具有至少三個畸峰。
21.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其中形成光學(xué)體的步驟包括形成光學(xué)體，該光學(xué)體反射至少75％的右旋或左旋圓偏振光。
專利摘要
本發(fā)明公開了制造光學(xué)體的方法，該方法包括以下步驟在基底上涂覆包括第一膽甾醇型液晶聚合物、第二膽甾醇型液晶單體、由部分第二膽甾醇型液晶單體形成的第二膽甾醇型液晶聚合物和溶劑的混合物。第一膽甾醇型液晶聚合物不同于第二膽甾醇型液晶聚合物。然后由該混合物形成光學(xué)體，該光學(xué)體包括第一層、第二層、和位于第一層和第二層之間的第三層。第一層包括大部分的第一膽甾醇型液晶聚合物。第二層包括大部分的第二膽甾醇型液晶單體。第三層包括第二膽甾醇型液晶聚合物。
文檔編號G02F1/1335GK1997920SQ200580017938
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月10日
發(fā)明者理查德·J·波科爾尼, 馬克·D·拉德克利夫, 史蒂文·D·索洛蒙森, 特倫斯·D·斯帕 申請人:3M創(chuàng)新有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan