專(zhuān)利名稱(chēng)：一種扭轉(zhuǎn)向列薄膜及其制備方法和含該薄膜的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含液晶聚合物的扭轉(zhuǎn)向列薄膜。該薄膜用于顯示裝量中。

圖1為顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1為顯示裝置的剖面圖，其組成為一個(gè)有源的扭轉(zhuǎn)層(4)，它可通過(guò)透明電極(6)進(jìn)行通、斷轉(zhuǎn)接；還有一個(gè)無(wú)源的扭轉(zhuǎn)層(3)；基片(2)設(shè)置在二個(gè)扭轉(zhuǎn)層(3)和(4)的兩邊；在兩個(gè)最外邊的基片的外邊，有起偏器(1)；在有源扭轉(zhuǎn)層的下方的起偏器下面，裝有一個(gè)反光鏡(5)。
具體地說(shuō)本發(fā)明涉及顯示裝置的無(wú)源扭轉(zhuǎn)層(3)。對(duì)于無(wú)源層，利用由低分子量液晶材料組成的扭轉(zhuǎn)向列層，例如Kirk Othmer的Encyclopedia of Technology，3rd ed.(New YorkWiley &Sons)vol.7p.728所述?；蛘呖衫秒p折射薄膜，例如一種拉伸聚合物薄膜。然而，后者不能取得最佳的對(duì)比度。雖然使用低分子量液晶材料的確會(huì)取得好的對(duì)比度，但是還伴有其它的缺點(diǎn)。其中之一就是和低分子量液晶材料是低粘度的情況有關(guān)。對(duì)無(wú)源扭轉(zhuǎn)層的性能來(lái)說(shuō)很重要的是，扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在該層整個(gè)寬度中都要保持完整。因此，為了獲得一種扭轉(zhuǎn)的、形狀固定的結(jié)構(gòu)，在剛性基片之間用隔離物將低分子量材料密封。換句話(huà)說(shuō)，要制造出一個(gè)封閉的、剛性的元件。本技術(shù)領(lǐng)域目前的趨勢(shì)是，尋找一種類(lèi)似于低分子量液晶層的具有扭轉(zhuǎn)向列結(jié)構(gòu)的無(wú)源層，該層不必借助于隔離物在基層之間進(jìn)行密封，但卻可以形成一種獨(dú)立式的柔性薄膜。這種薄膜已經(jīng)制出，例如在EP-A1-0423881中，通過(guò)定向液晶單體形成一種扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，然后例如通過(guò)紫外照射固化單體形成聚合物網(wǎng)，從而固定此結(jié)構(gòu)。這種方法的缺點(diǎn)是，這種固定方式對(duì)薄膜的柔性有不利的影響，而這種固定方式又是保持扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)所必需的。該方法的第二個(gè)缺點(diǎn)是，僅可使用交聯(lián)的液晶單體。再有，該薄膜固化時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生皺縮，難以預(yù)先確定薄膜的厚度。這種皺縮的又一個(gè)缺點(diǎn)是，在薄膜里可能會(huì)形成極細(xì)的裂縫。本發(fā)明的目的是，生產(chǎn)出一種類(lèi)似于低分子量液晶層結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)向列結(jié)構(gòu)薄膜，它有柔性，還具有能保持形狀不變的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
為此，根據(jù)本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)向列薄膜含有一種非交聯(lián)的液晶聚合物，該聚合物的Tg＞75℃，它在Tg和Tni轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)低于5000帕斯卡·秒(Pa·S)。
使用玻璃化溫度Tg大于75℃的聚合物可以獲得在室溫下穩(wěn)定的薄膜，同時(shí)不用隔離物就能保持它的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。較高的Tg不必通過(guò)交聯(lián)來(lái)固定其扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，同時(shí)使薄膜能保持柔性。由于聚合物不被固化，所以也不會(huì)發(fā)生皺縮現(xiàn)象。因此，可以預(yù)先確定薄膜的厚度。在聚合物定向的溫度范圍內(nèi)，所用聚合物的粘度必須是足夠低的(聚合物在Tg和Tni之間定向，Tni是聚合物從向列狀態(tài)至均質(zhì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度)。如果粘度太高，聚合物層完全形成扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)要花費(fèi)太長(zhǎng)的時(shí)間，或者甚至薄膜不可能全部定向。
聚合物的可定向性可以由轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)來(lái)確定。它的大小表示外力場(chǎng)的數(shù)值，該外力場(chǎng)是為了扭轉(zhuǎn)排列好的液晶聚合物的導(dǎo)向子必須施加的(即，液晶聚合物的中介組分基團(tuán)(mesogenic group)所指方向)。W.H.de Jeu Physical Properties of LiguidCrystalline Matarials(New YorkGordon and Breach SciencePublishers Ltd，1980)，第7章108-110頁(yè)，G.Vertogen和W.H.de Jeu Thermotropic Liquid Crystals，F(xiàn)undamentals(Barlin HeidelbergSptinger-Vetlag，1988)P147-153中都對(duì)測(cè)定這種轉(zhuǎn)動(dòng)粘度的技術(shù)進(jìn)行了描述。這些出版物以及R.P.Raynes博士的論文“向列液晶的宏觀特性”(該論文在1989年7月17-21日英國(guó)南安普頓大學(xué)化學(xué)系主辦的“液晶科技的儀器方法大會(huì)”上發(fā)表)也都表明，如果不能測(cè)量到轉(zhuǎn)動(dòng)粘度，那么可以取有效粘度做為一個(gè)準(zhǔn)則。實(shí)際上已發(fā)現(xiàn)，有效粘度與轉(zhuǎn)動(dòng)粘度有相同的數(shù)量級(jí)。有效粘度可以借助于任一個(gè)合適的粘度計(jì)或流變計(jì)來(lái)測(cè)定(例如，一種錐形板粘度計(jì)或couette粘度計(jì))。
不用說(shuō)，聚合物薄膜的可定向性也取決于薄膜的厚度。薄膜的厚度越大，轉(zhuǎn)動(dòng)粘度就需越低。一般使用的薄膜厚度為2～10μm。
2μm厚的、Tg和Tni之間轉(zhuǎn)動(dòng)粘度為10,000Pa·S的聚合物薄膜的定向時(shí)間長(zhǎng)達(dá)13分鐘左右。3μm厚的薄膜的定向時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30分鐘。如此長(zhǎng)的定向期對(duì)于商業(yè)應(yīng)用是不能接受的，因?yàn)樗Ｍ亩ㄏ蚱谧疃酁?0分鐘。
當(dāng)使用在Tg和Tni之間的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度為3700Pa·s、層厚為2μm的聚合物時(shí)，定向期約為5分鐘，這是可以被接受的。
當(dāng)薄膜厚度大于5μm時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)將會(huì)低于600Pa·S。表明轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)與層厚度關(guān)系的一個(gè)完善的準(zhǔn)則是Y·(厚度)2≤3*10-a。
原則上說(shuō)，所有滿(mǎn)足上述Tg和轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)要求的液晶聚合物都可以使用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地檢查出一種特定的液晶聚合物是否適用于扭轉(zhuǎn)向列液晶聚合物薄膜。
滿(mǎn)足上述要求的聚合物可以選自液晶聚氨基甲酸酯、聚酯、聚酰亞胺、聚(甲基)丙烯酸酯、聚硅氧硅、聚酰胺、聚碳酸酯等等。
最好使用液晶側(cè)鏈聚酯和聚氨基甲酸酯，因?yàn)樗鼈兂司哂幸粋€(gè)易于預(yù)先確定的Tg以及一個(gè)最佳的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度外，它們還易于制備，合理的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，以及合理的紫外線(xiàn)射穩(wěn)定性。
我們發(fā)現(xiàn)，特別適合的是具有按下述結(jié)構(gòu)式1的中介組分基團(tuán)的液晶聚氨基甲酸酯和聚酯。
結(jié)構(gòu)式1
其中R1＝-鹵素，-R2，-OR2，
-CN或-CF3R2＝-H或有1～3個(gè)碳原子的烷基；R3可能代表與R1相同的基，但它從R1中任意選出；Q是連接中介組分基團(tuán)和聚合物主鏈的單體部分；n是0或1；m是0或1；y是從0到3的一個(gè)整數(shù)；p是從2到4的一個(gè)整數(shù)；R4＝有1～12個(gè)碳原子的烷基；x是從1到6的一個(gè)整數(shù)；Z＝-C＝N-，-N＝C-，
-C＝C-這些液晶聚合物的制備方法類(lèi)似于公知的液晶聚合物的制備方法。
對(duì)于液晶側(cè)鏈聚氨基甲酸酯的特殊制備方法，可參見(jiàn)荷蘭專(zhuān)利申請(qǐng)9102191(尚未向公眾公開(kāi))，在這里參考引用了該申請(qǐng)。在該申請(qǐng)中，通過(guò)(例如)二異氰酸酯與包含符合結(jié)構(gòu)式1的中介組分基團(tuán)的二醇發(fā)生反應(yīng)，來(lái)獲取液晶側(cè)鏈聚氨基甲酸酯。
對(duì)于液晶側(cè)鏈聚酯的特殊制備方法，參照EP-A-0478052(
公開(kāi)日1992年4月l日)本發(fā)明還涉及扭轉(zhuǎn)向列薄膜的制備方法。在定向過(guò)程中，將Tg
一個(gè)扭轉(zhuǎn)向列薄膜，和一對(duì)分別布置在無(wú)源的扭轉(zhuǎn)向列薄膜和液晶單元外側(cè)的起偏器，其特征在于該扭轉(zhuǎn)向列薄膜為前述權(quán)利要求1-3和7中的任一項(xiàng)所述的薄膜。
基于同一發(fā)明構(gòu)思的另一方法如以下所述。將液晶雙官能單體放置在兩個(gè)定向基片之間，以便進(jìn)行定向，從而形成一扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行聚合。在這種情況下，該單體混合物的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)應(yīng)低于5000帕斯卡·秒(Pa·S)。當(dāng)然，如果為了獲得穩(wěn)定的獨(dú)立式的薄膜，最后的聚合物的Tg必須大于75℃。另外如需要在定向后可以將定向基片去掉。
當(dāng)然可使用具有中介組分基團(tuán)的適用單體，并且該單體例如是二醇、二異氰酸酯、羥基異氰酸酯、二羧酸和羥基羧酸。在這些雙官能單體中，該雙官能部分(如結(jié)構(gòu)式1中的單體部分Q)將成為聚臺(tái)物主鏈的一部分，而且中介組分基團(tuán)通常被當(dāng)作側(cè)基進(jìn)行連接。
現(xiàn)在所述的向列薄膜除在顯示器中使用外，還可以用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可寫(xiě)入的高密度盤(pán)中。
在這種情況下，將向列薄膜放置在交叉的起偏器之間。通過(guò)激光器的照射就可以寫(xiě)入信息，而在照射點(diǎn)處扭轉(zhuǎn)向列結(jié)構(gòu)被破壞。當(dāng)用激光器掃描(讀出)已寫(xiě)入的薄膜時(shí)，在照射點(diǎn)處將不發(fā)生傳輸。該扭轉(zhuǎn)向列薄膜最好包含一種染料，以便在近紅外區(qū)域進(jìn)行吸收，這樣就可以使用固態(tài)激光器進(jìn)行寫(xiě)入。這種固態(tài)激光器比較便宜且尺寸小。
本發(fā)明還涉及含有本發(fā)明的薄膜的一種顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種扭轉(zhuǎn)向列薄膜，它包括一種液晶聚合物，其特征在于該液晶聚合物是一種非交聯(lián)的液晶聚合物，它具有75℃以上的Tg并在Tg和Tni之間具有低于5000帕斯卡·秒(Pa·S)的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)向列薄膜，其特征在于該非交聯(lián)液晶聚合物在Tg和Tni之間具有低于600Pa·S的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)向列薄膜，其特征在于該液晶聚合物為液晶側(cè)鏈聚氨基甲酸酯或聚醋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扭轉(zhuǎn)向列薄膜，其特征在于該液晶聚合物包括一個(gè)中介組分基團(tuán)，該基團(tuán)符合基本結(jié)構(gòu)式1
其中R1為-鹵素，-R2，-OR2，
-CN或-CF3；R2為-H或有1～3個(gè)碳原子的烷基；R3可以表示和R1相同的基，但它獨(dú)立地選自R1；Q為單體部分，它將中介組分基團(tuán)連接到聚合物主鏈上；n為0或1；m為0或1；y為0至3的一個(gè)整數(shù)；p為2到4的一整數(shù)；R4為帶有1-12個(gè)碳原子的烷基；x為1到6中的一整數(shù)；Z為-C＝N-，-N＝C-，
-C＝C-。
5.一種制備扭轉(zhuǎn)向列薄膜的方法，在該方法中將液晶材料放置在兩層不同定向方向的定向基片之間，其特征在于該液晶材料包括Tg為75℃以上、并在Tg和Tni之間具有低于5000帕斯卡·秒的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度的液晶聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于該液晶聚合物為液晶側(cè)鏈聚氨基甲酸酯或聚酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于該液晶側(cè)鏈聚合物包括一個(gè)中介組分基團(tuán)，該基團(tuán)符合基本結(jié)構(gòu)式1
其中R1為-鹵素，-R2，-OR2，
-CN或-CF3；R2為-H或有1-3個(gè)碳原子的烷基；R3可以表示和R1相同的基，但它獨(dú)立地選自R1；Q為單體部分，它將中介組分基團(tuán)連接到聚合物主鏈上；n為0或1；m為0或1；y為0至3的一整數(shù)；p為2到4的一個(gè)整數(shù)；R4為帶有1-12個(gè)碳原子的烷基；x為1到6的一整數(shù)；Z為-C＝N-，-N＝C-
-C＝C-
8.一種扭轉(zhuǎn)向列薄膜，它包括一種液晶聚合物，其特征在于該液晶聚合物為非交聯(lián)的，具有75℃以上的Tg，而且是從液晶單體混臺(tái)物中獲得的，該液晶單體混合物在Tg和Tni之間具有低于5000Pa·S的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度。
9.一種制備扭轉(zhuǎn)向列薄膜的方法，在該方法中，將液晶材料放置在兩層不同取向方向的定向基片之間，其特征在于液晶材料包括液晶雙官能單體混合物，并使該混合物定向以形成扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，然后使其聚臺(tái)，單體混合物的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度(Y)在Tg和Tni之間低于5000Pa·S，最后的聚合物的Tg為75℃以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的扭轉(zhuǎn)向列薄膜用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的用途。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的鈕轉(zhuǎn)向列薄膜用于可寫(xiě)入的高密度盤(pán)的用途。
12.一種顯示裝置，它包括一個(gè)液晶單元，它是由放置在兩基片之間的扭轉(zhuǎn)向列液晶材料形成的，一個(gè)扭轉(zhuǎn)向列薄膜，和一對(duì)分別布置在無(wú)源的扭轉(zhuǎn)向列薄膜和液晶單元外側(cè)的起偏器，其特征在于該扭轉(zhuǎn)向列薄膜為前述權(quán)利要1-3和7中的任一個(gè)所述的薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種扭轉(zhuǎn)向列薄膜，它包括一種非交聯(lián)的液晶聚合物，該聚合物具有75℃以上的Tg，而且在Tg和Tni之間，其轉(zhuǎn)動(dòng)粘度低于5000帕斯卡秒(Pa·s)。這種扭轉(zhuǎn)向列薄膜應(yīng)用在顯示器中。本發(fā)明還涉及制備這些扭轉(zhuǎn)向列薄膜的方法，將所述扭轉(zhuǎn)向列薄膜用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可寫(xiě)入的高密度盤(pán)中，以及包括這種扭轉(zhuǎn)薄膜的顯示器件。
文檔編號(hào)C09K19/02GK1078972SQ93105738
公開(kāi)日1993年12月1日 申請(qǐng)日期1993年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月9日
發(fā)明者S·J·皮肯, G·R·莫爾曼 申請(qǐng)人:阿克佐公司