體積光學配向延遲器的製作方法

2023-06-21 06:54:46

專利名稱：體積光學配向延遲器的製作方法
體積光學配向延遲器 本發明涉及雙折射層，其中光軸的方向沿著該層的厚度方向改變，
其包含I):
I)
(i) 具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和
(ii) 具有光可取向基團的單體或低聚物或聚合物，和/或
(Ui)具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物 或聚合物，和
(iv) 和任選地，其它組分；或
II)
(v) 具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物或 聚合物，和
(vi )和任選地，其它組分，
此外，本發明還涉及所述雙折射層的製備方法，它的用途和它的 光學組件。
雙折射層廣泛地用來改變光的偏振態。長久以來，光學延遲器， 例如四分之一波和半波延遲器是雙折射層的主要應用，例如用來使線 偏振光的平面旋轉90。或將線偏振光轉化成圓偏振光，反之亦然。
從幾年前開始，用於計算機監視器、TV機或移動式電話的高質量 液晶顯示器(LCD )採用大量具有各種光學性能的雙折射箔片。取決於 專門應用，LCD中的雙折射膜必須改進對比度、亮度、視角或色飽和度。
目前，用於LCD的大多數雙折射箔片仍然是拉伸塑料膜。然而，膜 的拉伸不能獲得為進一步改進LCD的光學性能所要求的所有複雜光學
性能，因為拉伸僅允許沿著膜幅方向和垂直於膜幅方向改變折射指數。 近年來，具有附加光學性能的經塗覆延遲器已經變成拉伸延遲器的公 認的替換物。經塗覆的延遲器通常基於可交聯的液晶材料。此類材料作為單體 塗覆在基材上，該基材具有經改性顯示配向能力的表面。在塗覆和幹 燥之後，根據配向信息使液晶配向，然後通過暴露到紫外(UV)光中
進行交聯。交聯的液晶在下文中稱為液晶聚合物(LCP)。
在基材上產生配向的最先進技術是刷塗和光配向。刷塗技術是LCD 製造中沿用已久的，但是具有一些缺陷，例如產生灰塵，這要求後續 清潔步驟。另 一個缺陷是在輥對輥製造中可調節配向方向角的有限範 圍，這對於某些應用要求各個片材必須加以切割、配向和層壓到偏振 器上，而不是輥靠輥直接地層壓兩個膜。
美國專利號4， 974, 941 (Gibbons等人)描述了一種方法，其中響 應於用合適波長的線偏振光曝光由染料的順-反異構化引起優選方向。 與如此啄光的表面接觸的液晶根據這種優選方向取向。這種取向方法 是可逆的，即通過讓該層進一步曝光到第二偏振方向的光中，可以再
次4t轉取向方向。
在美國專利號5， 389， 689 ( Chigrinov等人)中描述的可光結構化
取向層的情況下，在暴露於線偏振光期間產生了不可逆各向異性聚合 物網絡，它顯示液晶的配向性能。此種線性光-聚合的聚合物網絡(LPP) 可用於要求穩定、結構化或未結構化液晶取向層的任何地方。
包括與LPP配向層接觸的LCP的各向異性膜的層狀結構在美國專利 號5, 602，661 (Schadt等人)中進行了描述。採用這種技術，甚至可能 製造由若干取向LCP層構成的多層結構，正如歐洲專利號689 084 (Schadt等人)中所述。
眾所周知，除了方位配向之外，傾斜角，即液晶層的光軸相對於 該層平面的傾角通常是必要的。這可以通過在表面上具有傾斜角的LPP 取向層達到，例如歐洲申請號0 756 193 ( Schadt等人)中所公開那樣。
通過光配向層配向的上述LCP層的簡化在歐洲專利EP l' 090' 325 中進行了公開。該專利描述了一種是液晶並且同時顯示光配向功能的 材料。通常，此種材料是光學配向材料與可交聯液晶的混合物。此種 材料可以塗覆到不要求顯示配向能力的基材上。然後將此種材料的層暴露於線式偏振紫外光中，該紫外光引起屬於該材料的可交聯液晶配 向。在完成配向過程之後，通過UV交聯使該液晶取向固定。通過傾斜 暴露到線偏振紫外光中，可以使雙折射層的光軸傾斜。作為相對於通
過配向表面配向的LCP層的差異，如上所述，不但通過該表面而且從材 料大部分內部控制了結合材料中的分子配向。此種材料將在下文中稱 為體積光可配向延遲器(VPR)材料。顯然，此種材料的優點是層和加 工步驟的數目降低，這可以降低成本和提高生產產率。
因為光電子設備，例如用戶光通信，LCD屬於快速發展的市場，所 以仍需要改進的質量和功能性和降低成本。本發明為上述層提供了附 加功能性。
因此，本發明涉及雙折射層，其中光軸的方向沿著該層的厚度方 向改變，其包含
I)
(i)具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和 (ii )具有光可取向基團，優選還具有可聚合基團的單體或低聚 物或聚合物，和/或
(iii) 具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低 聚物或聚合物
(iv) 和任選地，其它組分，或
II)
(v) 具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚 物或聚合物
(vi )和任選地，其它組分。 在本發明上下文中，可聚合基團涵蓋交聯的基團。 在本發明上下文中，表述"光可取向基團"是這樣的基團，它們如
果被配向光輻射則能夠產生優選方向，並因此引起液晶的配向。
在本發明上下文中，配向光是具有可以引發光致配向的波長的光。
優選地，波長在UV-A、 UVB和/或UV/C範圍中，或在可見光範圍中。哪
種波長是合適的取決於光致配向化合物。更優選，配向光是至少部分線偏振、橢圓偏振，例如環偏振，或 非偏振的，最優選環偏振的，或非偏振的傾斜射出光，或至少部分線 偏振的光。
光可取向基團更優選是各向異性吸收性分子。該各向異性吸收性
分子顯示具有不同值的吸收性能，通常在大約150-2000nm的範圍內。 通常使用的各向異性吸收性分子具有碳-碳、碳-氮或氮-氮雙鍵。 各向異性吸收性分子是例如偶氮染料、蒽醌、mericyanine、甲烷、 2-苯基偶氮噻唑、2-苯基偶氮苯並噻唑、二苯乙烯、1,4-雙(2-苯基 乙烯基)苯、4，4'-雙(芳基偶氮)二苯乙烯、茈、4，8-二氨基-1，5-萘醌染料、具有與兩個芳族環共軛的酮結構部分或酮衍生物的二芳基 酮，例如取代的二苯甲酮、二苯曱酮亞胺、苯腙和或肉桂酸酯。上列 的各向異性吸收性材料的製備是熟知的，例如由Hoffman等人在美國專 利號4， 565，424， J—ones等人在美國專利號4， 401， 369， Cole，Jr.等人 在美國專利號4， 122， 027， Etzbach等人在美國專利號4， 667， 020和 Shannon等人在美國專利號中5， 389， 285所述。
優選的各向異性吸收性分子是芳基偶氮、聚(芳基偶氮)、二苯 乙烯和二芳基酮衍生物和肉桂酸酯。
更優選的是芳基偶氮、二苯乙烯、二芳基酮和肉桂酸酯。 各向異性吸收性分子可以在主鏈聚合物內共價鍵接，它們可以作
為側鏈基團與主鏈共價鍵接或它們可以作為非鍵接溶質存在於聚合物中。
聚合物表示例如聚丙烯酸酯、聚曱基丙烯酸酯、聚醯亞胺、聚醯 胺酸、聚順丁烯二醯亞胺、聚-2-氯代丙烯酸酯、聚-2-苯基丙烯酸酯； 未取代的或C,-C6烷基取代的聚丙烯醯胺、聚曱基丙烯醯胺、聚-2-氯丙 烯醯胺、聚-2-苯基丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚乙烯基酯、聚苯乙烯衍生 物、聚矽氧烷、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的直鏈或支鏈烷基酯；聚苯 氧基烷基丙烯酸酯、聚苯氧基烷基曱基丙烯酸酯、聚苯基烷基曱基丙 烯酸酯，其中烷基殘基含l-20個碳原子；聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、 聚苯乙烯、聚-4-甲基苯乙烯或它們的混合物。此外，優選的光可取向單體或低聚物或聚合物在美國專利號
5,539,074、美國專利號6， 201， 087、美國專利號6， 107， 427、美國專 利號6， 335， 409和美國專利號6， 632， 909中進行了描述。
液晶單體或預聚物表示包含一個或多個杆狀、板狀或盤狀介晶基 團(即能夠引起液晶相行為的基團)的材料或化合物。具有杆狀或板 狀基團的液晶化合物本領域中還稱為棒狀液晶。具有盤狀基團的液晶 化合物本領域中還稱為碟狀液晶。包含介晶基團的化合物或材料不一 定必須本身顯示液晶相。它們僅在與其它化合物的混合物中，或當介 晶化合物或材料，或它們的混合物聚合時顯示液晶相行為也是可能的。
可以用於本發明的具有可交聯基團的液晶單體或預聚物例如在以
下文獻中進行了公開WO 2005/1 05932 、 WO2005/054406 、 WO 2004/085547 、 WO 2003/027056 、美國專利號2004/0164272 、美國專 利號6746729、美國專利號6733690、 WO 2000/48985、 WO 2000/07975、 WO 2000/04110、 WO2000/05189、 WO 99/37735、美國專利號6395351、 美國專利號5700393、美國專利號5851424和美國專利號5650534。
優選的可交聯基團表示例如丙烯酸酯或二丙烯酸酯，甲基丙烯酸 酯，二曱基丙烯酸酯，烯丙基、乙烯基或丙烯醯胺。
更優選的是具有丙烯酸酯或二丙烯酸酯可交聯基團的液晶單體或 預聚物。
在本發明上下文中，表述"其它組分"是指例如，手性分子、二色 性分子和光學吸收劑。
如果具有可聚合基團的液晶單體或預聚物(i)按100重量份的量 存在，則具有光可取向基團的單體或低聚物或聚合物(ii)，和/或具 有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物(iii)通常按至少O. 1 重量份，更優選至少l重量份，最優選至少10重量份的量存在。
本發明的一個優選實施方案涉及雙折射層，其包含
I)
(i )具有可聚合基團的液晶單體或預聚物或低聚物或聚合物的混 合物；和
12(n)具有光可取向基團，並優選具有可聚合基團的單體或低聚 物或聚合物，具有光可取向基團，並優選具有可聚合基團的單體或低 聚物或聚合物的混合物，和/或
(iii )具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物或低 聚物或聚合物或具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物 的混合物，和
(iv) 任選地，其它組分；其中所述混合物中的物質的量是相同 或不同的，或
II)
(v) 具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物或低聚 物或聚合物或具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物的 混合物，和
(vi) 任選地，其它組分；其中所述混合物中的物質的量是相同 或不同的。
在本發明的另一個優選的實施方案中，物質(i )和(iii )具有 向列相或膽甾醇相或層列相。選擇哪種相取決於預計的應用。
本發明的另一個優選實施方案涉及包括非線性輪廓的雙折射層。
本發明的另一個優選實施方案涉及雙折射層，其中物質U)和/ 或(iii )是在顯示配向表面的基材上配向的。
本發明的另一個優選實施方案涉及雙折射層，其中使物質U)和 /或(iii)配向，其中通過顯示配向表面的基材和通過體積光配向引 起配向，優選來自該配向表面的和該體積光配向的配向信息，優選方 位和/或傾斜引起的配向，是不同的。
此外，本發明的一個優選的實施方案涉及雙折射層，其中在顯示 配向表面的基材上使物質(i )和/或(iii )配向和其中該雙折射層包 括非線性的傾斜輪廓。
此外，本發明的一個優選實施方案涉及雙折射層，它是線性或非 線性扭轉的。
此外，本發明的一個優選的實施方案涉及雙折射層，它具有彎曲變形或展開變形。
此外，在本發明一個實施方案中，雙折射層還包含手性分子。
在另一個優選的實施方案中，雙折射層還包含二色性分子。
另 一個優選的實施方案涉及雙折射層，它包含以從均勻分布到相
分離的範圍分布的物質(i) 、 (n)和/或un),優選其中物質(i) 和(ii)和/或(iii)是相分離的。
取決於光可取向和液晶物質的相互作用，作為一個極端混合物可 以是均勻的，或作為另一個極端，配向化合物和液晶可以完全地以層 分離。 一個優選的情形是以層的完全相分離，其中光可配向化合物的 層位於雙折射層的一個或兩個表面。後一種情況提供自組織材料，其 中單個層的塗層提供與液晶盒的相似的層狀結構，其中液晶層兩面上 的配向層提供配向信息。
一個更優選的實施方案涉及包含相分離的物質(i )和(ii )和/ 或(iii )的雙折射層，其中物質(i )在物質(ii )上面形成層；或 其中物質(ii)在物質(iii)上面形成層；或其中物質(i)在物質 (ii)下面形成層；或其中物質(ii)在物質(Hi)下面形成層；或 其中物質(ii)形式兩個層， 一個在物質(i)上面， 一個在物質(i) 下面；或其中物質(ii )形式兩個層， 一個在物質(iii )上面，一 個在物質(iii )下面；或其中物質(iii )形成在物質(i )上面和/ 或下面的層。
此外，本發明涉及雙折射層，其中至少雙折射層，尤其是光可取 向和/或光取向物質(ii),和/或液晶物質U) 、 (iii)和/或另一 種其它組分(iv)的單一物質沿著該層的厚度方向具有密度梯度。
本發明還涉及雙折射層的製備方法，其中光軸的方向沿著該層的 厚度方向改變，該方法包括a)將以下物質的層
I)
(i )具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和 Ui)具有光可取向基團，優選還具有可聚合基團的單體或低聚 物或聚合物，和/或(iii )具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物或低 聚物或聚合物，和
(iv) 任選地，其它組分；或 II)
(v) 具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物或低聚 物或聚合物，和
(vi )任選地，其它組分；
塗覆在基材上，和b)將該塗覆的層暴露到配向光中，優選藉助 於大於該液晶物質(i )和/或(iii )的清亮點的溫度。
基材表示支承結構。基材可以是層狀材料的任何固體組合，該層 狀材料為最終層或液晶顯示器提供有用的功能。例如，基材可以是以 下材料的任何組合。結晶或非晶矽，玻璃，塑料，包括聚酯和聚醯亞 胺；石英，氧化銦-錫，金，銀，二氧化矽， 一氧化矽，抗反射塗層， 濾色層，偏振器和相位補償膜。在實踐中，這些材料中的一些被沉積 或塗覆到基礎支承結構例如玻璃或塑料上。
根據本發明，沿著厚度方向控制配向的一種方法是產生雙折射 層，尤其是光可取向和/或光取向物質(ii)，和/或液晶物質(i)、 (iii )和/或另一種組分(iv)中至少一種物質的密度梯度。這可以 按多種方法達到，其中一些在以下進行了描述，但是其它方法也有效。
本發明的一個優選實施方案包括雙折射層的製備方法，其中光軸 的方向沿著該層的厚度方向改變，該方法包括
a)將以下物質的層
I)
(i) 具有可聚合基團的液晶單體或預聚物，或不同物質U)的 混合物，其中該物質的量是相同或不同的；和
(ii) 具有光可取向基團，並且優選具有可聚合基團的單體或低 聚物或聚合物，或不同物質(ii)的混合物，其中該物質的量是相同 或不同的；和/或
(iii )具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或聚合物，或不同物質Uii )的混合物，其中該物質的量是相同或不 同的；和
(iv) 任選地，其它組分，或不同物質Uv)的混合物，其中該 物質的量是相同或不同的；或
II)
(v) 具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或 聚合物，或不同物質(iii)的混合物，其中該物質的量是相同或不同 的；和
(vi) 任選地，其它組分，或不同物質(iv)的混合物，其中該 物質的量是相同或不同的；
塗覆在基材上，和
b)將該塗覆的層暴露到配向光中；藉此雙折射層，尤其是光可取 向和/或光取向物質(ii )和/或液晶物質(i ) 、 ( iii )和/或其它組 分中的至少一種物質沿著該層的厚度方向產生密度梯度。
在建立雙折射層，尤其是光可取向和/或光取向物質和/或液晶物 質和/或吸收劑中至少一種物質沿著該雙折射層的厚度方向的密度梯 度的第一方法中，通過控制透入該層的光來控制反應速度。
這可以通過控制該材料在該光的有效波長範圍中的吸光率來達 到。該有效波長範圍是引起物質配向的範圍。因為包含在該雙折射層 中的光可取向物質本身吸收在該有效波長範圍中的光，所以可以例如
控制吸光率的另一種其它方法是改變物質在雙折射層中的濃度分 布，尤其是光可取向和/或光-取向物質在雙折射層內的濃度分布。
此外，本發明一個更優選的實施方案涉及雙折射層的製備方法， 其中光軸的方向沿著該層的厚度方向改變，該方法包括
a)將以下物質的層
I)
(i)具有可聚合，優選交聯性基團的液晶單體或預聚物；和 (n)具有光可取向基團和優選可聚合，特別是交聯性基團的單體或低聚物或聚合物，和/或(iii) 具有可聚合，優選交聯性，和光可取向基團的液晶單體或 預聚物或低聚物或聚合物，和(iv) 任選地，其它組分，或 II)(V)具有可聚合，優選交聯性，和光可取向基團的液晶單體或預 聚物或低聚物或聚合物，和(vi )任選地，其它組分，塗覆在基材上，和b)將該塗覆的層暴露到配向光中，藉此至少一些光可取向物質(ii) 和/或(iii)保持在該層中。最優選的是一種方法，藉此光-取向和光可取向物質(ii)和/或(iii) 沿著該層的厚度方向產生密度梯度。 由於在光配向過程中雙折射層中吸收光的結果，靠近配向光進入該層的那側反應速率最高。通常，將該層從基材的相對面，通常從空 氣那側曝光。然而，經過該基材曝光也是可能的，這提供複雜構型的 附加可能性。在另一個更優選的實施方案中，該方法包括a)如上所述，包括所 有描述的優先選擇，和b)從基材的相對面，通常空氣那側，或經過基材將塗覆的層暴露到配向光中。如果雙折射層的吸收率隨有效範圍內的波長變化，則該配向光的波長也可以局限於顯示所需吸收的某種範圍。本發明的另一個優選的方法涉及一種方法，它包括如上所述的步 驟a)，包括所有描述的優先選擇，和b)將塗覆的層曝光，其中吸收 率隨有效範圍內的波長變化。更優選的是這種方法，其中在步驟b)中，讓該塗覆的層隨後與不 同或相同波長和/或不同曝光幾何結構(例如入射角和偏振方向)接觸。沿著厚度方向引起雙折射層的密度梯度的第二方法是在雙折射層 內產生至少一種物質的密度梯度。這可以通過控制該雙折射層的混合物行為，例如通過控制該雙摺 射層內的相分離達到。光可取向物質沿著厚度方向的密度梯度可以在光配向之前建立。 光可取向物質沿著厚度方向的密度梯度可以在暴露到配向光中後引 起。另 一種優選的方法包括在步驟a )中通過塗覆該層引起密度梯度或 在步驟a)之後，或在步驟b)中，或在步驟b)之後。 密度梯度可以通過高溫引起。另一個更優選的實施方案涉及雙折射層的製備方法，其中光軸的 方向沿著該層的厚度方向改變，該方法包括a) 將以下物質的層I)(i) 具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和(ii) 具有光可取向基團，並且優選具有可聚合基團的單體或低 聚物或聚合物，和/或(iii )具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物 或聚合物，和(iv) 任選地，其它組分；或II)(v) 具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或 聚合物，和(vi) 任選地，其它組分；塗覆在基材上，其中物質(i )和(ii )和/或(iiii )和/或(iv) 按從均勻分布到相分離的範圍分布，優選其中物質(i )和(ii )和/ 或(iii)和/或(iv)是相分離的，和b) 將該塗覆的層暴露到配向光中。只要將達到光軸的平面配向，則反應的配向化合物的密度梯度可 能是不太重要的。然而，如果雙折射層被傾斜地曝光以使液晶分子傾 斜，則可以獲得顯示非線性變形的輪廓的傾斜輪廓，這在一個或兩個表面採用常規配向不能達到，那樣通常導致傾斜角沿著厚度方向的線 性變化。
本發明另一個優選的實施方案涉及包括a)如上所述，和b)傾斜 地將塗覆的層曝光的方法。
變形輪廓的可調性對TN-LCD (扭轉向列型液晶顯示器)的進一步 改進的視角增強膜的設計是尤其重要的因為變形輪廓影響對比度和在 大視角度下的色移。
在上述定義和優先選擇內的具有非線性變形傾斜輪廓的雙折射材 料用於改進LCD的視角、對比度和在大視角度下的色移的用途。
此外，優選的是這樣一種方法，其中配向表面引起配向和其中通 過配向光在體積中引起配向，優選配向表面的和體積中引起的配向信 息(例如配向排列和傾斜角)不同。
此外，優選的這樣一種方法，其中配向表面和體積引起傾斜角， 該傾斜角可以是相等的或方位不同的或方位和傾斜角都不同。
優選地，顯示配向表面的基材表示例如基材，它們被刷塗。任選 地，可以在打磨之前塗覆被刷塗的基材。此外，可以通過斜向蒸鍍、 離子束加工或通過格狀結構獲得配向表面。此外，配向表面可以是圖 案化或非圖案化光配向層。配向表面還可以是配向聚合的液晶的薄層， 其中該薄層在基材上。積配向的組合。配向沿著雙折射層厚度方向的改變通過為配向表面和 體積配向施加不同的配向或傾斜方向來達到。例如，這樣提供如下獲 得強非線性傾斜輪廓的另 一種方法在配向表面中限定某種傾斜角並 選擇曝光參數，以致在雙折射層內部產生不同的傾斜方向或傾斜輪廓。 取決於配向光的透入深度，雙折射層的頂部可以例如具有單軸傾斜， 而傾斜變形僅存在於下部，這起因於液晶材料的彈力。
根據本發明，沿著厚度方向控制配向的另一種方法是在顯示配向 表面的基材上塗覆雙折射層，隨後如上所述進行該雙折射層的光配向 和交聯過程。另一個優選的實施方案涉及雙折射層的製備方法，其中光軸的方 向沿著該層的厚度方向改變，該方法包括
a) 將以下物質的層
I)
(i) 具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和
(ii) 具有光可取向基團，和優選可聚合基團的單體或低聚物或 聚合物，和/或
(iii )具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物 或聚合物，和
(iv) 任選地，其它組分，或
II)
(v) 具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或 聚合物，和
(vi) 任選地，其它組分， 塗覆在顯示配向表面的基材上，和
b) 將該塗覆的層暴露到配向光中，其中配向在體積中引起。 另一個更優選的方法包括在顯示配向表面層的基材上塗覆，和b)
從基材那側或與該基材相對的那側將該塗覆的層曝光以使該光可配向 層配向。
如果由配向表面引起的傾斜角的方向與由體積光配向引起的相 反，則可以獲得展開的延遲器構型，在該層的下部和上部中具有相對 的傾斜角。取決於傾斜角的大小，引起彎曲變形是可能的。這兩種構 型與可以採用表面配向的LCP層通常獲得的傾斜構型相比提供更高的 角光學性能的對稱性。
本發明還涉及根據本發明的雙折射層用於具有展開或彎曲變形的 延遲器的用途。
通過設置配向表面的方位配向方向和對不同角度的體積配向可以 顯著地改變雙折射層的光學性能。結果，將在雙折射層中引起扭轉變 形，這意味著液晶物質的方位配向方向沿著該雙折射層的厚度方向改變。因為體積光配向在大部分雙折射層中是有效的，所以扭轉變形強 烈地取決於沿著厚度方向的光配向反應動力學。
另一種優選的方法涉及雙折射層的製備方法，其中光軸的方向沿 著該層的厚度方向改變，該方法包括
a) 將以下物質的層
(i)具有可聚合，優選交聯性基團的液晶單體或預聚物；和 Ui)具有光可取向基團並且優選具有可聚合，優選交聯性基團
的單體或低聚物或聚合物，和/或
(iii)具有可聚合，優選交聯性，和光可取向基團的液晶單體或
預聚物或低聚物或聚合物，和任選地，其它組分， 塗覆在顯示配向表面的基材上，和
b) 將該塗覆的層暴露到配向光中，優選其中偏振方向與該配向層 的配向方向不同。
光學組件，其中該層具有扭轉變形。
如上所述，可以通過光可取向物質、液晶物質或附加的吸收劑添 加劑的吸收特性控制光的穿透。例如，光配向反應可以限於朝著入射 配向光的層部分，該部分一般，但不一定是基材的相對側，通常是雙 折射層的空氣那側。這種情況與其中液晶約束在兩個配向層之間的構 型相似，這兩個配向層之一是配向表面，另一個是雙折射層的已經光 配向了的頂部。此種構型液晶盒中熟知的。
通過雙折射層的配製可以獲得類似的構型，其中液晶和光可取向 物質彼此不相容，以致配向化合物相分離為雙折射層的與基材相反那 側，通常空氣那側的層。在此種大致與約束在兩個配向層之間的液晶 層的構型對應的構型中，液晶的配向沿著厚度方向線性地從第一配向 層的配向方向改變成第二配向層的方向。
取決於雙折射層的吸光率和配向光的曝光能量，雙折射層的體積 中的反應速率將改變。如果足夠量的配向光可以穿透到雙折射層的內 部，則它的配向力必須與造成扭轉變形的彈力竟爭。 一般而言，這將 導致線性扭轉輪廓沿著厚度方向的變形，從而導致非線性的扭轉輪廓。對於VPR吸收、層厚度和配向光曝光能量的特定組合，體積配向在雙摺 射層的上部而不是下部可能是有效的，這可能導致可以大致認為是兩 層構型的構型，其中上部按體積配向引起的方向單軸配向，而在下部 中由於彈力引起扭轉變形。其中構型可以被優化而與標準單軸延遲器 層相比顯示改進的消色行為。在VPR材料沿整個深度體積配向的極端情 況下，獨立配向層的配向強度可能不強到足以再引起扭轉構型。
雙折射材料用於製備消色延遲器的用途。
光學組件，其中如上所述的雙折射層具有消色延遲器的功能。
從上面描述可知，存在許多可以改變而定製雙折射層構型的參數。
光配向的優點之一是在平面層中產生配向圖案的可能性。體積光 配向也提供這種性能。因此，上述光引起的光軸沿著雙折射層厚度方 向的改變也可以是逐區不同的。這可以通過使用光-掩模多重曝光達 到。取決於待達到的構型，曝光步驟的數目可以如下減少經過配向 底版(masters)，或經過灰標掩模使VPR材料光配向，該灰標掩模在 不同區域傳輸不同劑量的光。
本發明涉及包括上述雙折射層的光學組件，該雙折射層是在局部 變化的取向下聚合的。
例如，可以獲得在不同區域顯示不同扭轉角的圖案化扭轉延遲器。 甚至可能實現按相反方向扭轉的相鄰區，而顯示左右手扭轉的區可以 具有相同或不同的扭轉角絕對值。
此外，本發明涉及光學組件，其中上述雙折射層具有扭轉延遲器 的功能。
在沒有扭轉意義的另外定義下，扭轉角限於90。。然而，扭轉意 義可以通過添加手性摻雜劑和/或通過在配向表面中並且在體積光配 向期間產生傾斜角來限定。後一種方法例如允許獲得具有左右手區域 的圖案化扭轉延遲器，它們顯示90。和更高的扭轉角。此外，本發明 涉及光學組件，其中上述雙折射層具有圖案化扭轉延遲器的功能，該 扭轉延遲器具有左右手區域。
如果滿足波導的條件，扭轉延遲器充當消色旋轉器。圖案化消色旋轉器例如是3D LCD所要求的，其中光偏振對於一半像素必須旋轉90 。以為觀察者的一隻眼睛編碼偏振態。
本發明的另一個實施方案涉及光學組件，其中上述雙折射層具有 消色旋轉器的功能。
因為光軸方向沿著厚度方向的改變影響有效的光學延遲，所以上 述方法可以用來通過選擇合適的曝光條件調整雙折射層的光學延遲。 因此，還可能獲得具有逐區不同光學延遲的圖案。圖案化光學延遲尤 其可用於盒內延遲器應用，因為它們允許特別對紅色、藍色和綠色調 節延遲性，以改進LCD在大視角下的顏色穩定度。
此外，本發明涉及光學組件，其中如上所述的雙折射層具有盒內 延遲器的功能。
此外，本發明涉及具有局部不同延遲值的光學組件。
此外，以下光學組件被本發明涵蓋
包括根據本發明的雙折射層的光學組件，其中該層在上部中具有 單軸傾斜並且在下部中具有傾斜變形輪廓。
包括根據本發明的層的光學組件，具有彎曲或展開變形。
包括根據本發明的層的光學組件，其中物質(ii)在配向表面的 上部，物質(i )或(iii )在配向表面的下部。
包括根據本發明的層的光學組件，其中物質(ii)和(i)或(iii) 在配向表面的上部，物質(i )或(iii )在配向表面的下部。
包括根據本發明的層的光學組件，它包括相分離的物質(U和(ii) 和/或(iii),其中物質(i)在物質(ii )上面形成層；或其中物質 (ii )在物質(iii )上面形成層；或其中物質(i )在物質(ii )下 面形成層；或其中物質(H )在物質(iii )下面形成層；或其中物質 (U )形式兩個層， 一個在物質(i )上面， 一個在物質(i )下面； 或其中物質(ii)形式兩個層， 一個在物質(iii)上面， 一個在物 質(iii)下面；或其中物質(iii)形成在物質(i)上面和/或下面 的層。
所述方法、用途和光學組件具有與上面對雙折射層給出的相同定義和優先選擇。
本發明沿厚度方向獲得了配向輪廓，這採用已知的材料和方法幾 乎不可行。 實施例 實施例l
在這種情況下，在體積光可配向層下面的獨立配向層由光配向層 和附加的薄聚合液晶層構成，該液晶層用來提高與上面的光可配向延
遲器層的耦合。可商購的光配向材料ROP-103 (R0LIC Technologies, Switzerland)用於製備光配向層。這種光配向聚合物基於作為光-反 應性基團的肉桂酸酯。光配向材料的聚合物骨架具有丙烯酸酯類型。 對於配向層向基材上的旋塗，以2wt。/。的固體濃度將ROP-103溶於環戊 酮。作為基材，使用機器洗滌的lmm厚、矩形D263 ( Schott， Germany) 玻璃板。將該光配向層溶液施塗於玻璃基材上並以2000轉/分的旋轉速 度旋塗60秒。這樣獲得的最終幹膜厚度是大約60nm。隨後，在加熱板 上在13(TC的溫度下熱處理該膜5分鐘。在這一回火步驟之後，將該光 配向層暴露到線偏振UV光中。線偏振UV光的強度是2. 2mW/cm2，在 280nm-340nm的波長範圍中。轉移至光配向層的膝光劑量是150mJ/cm2。 在這種情況下將光配向層暴露於垂直入射光中。偏振軸經選擇與基材 邊緣平行(①-0。)。隨後，施加薄可聚合液晶層以根據預置的下方 光配向層配向。用於該薄液晶配向增強膜的材料是可商購的可聚合液 晶單體材料,-5102( ROLIC Technologies, Swi tzerland )。廳-5102 配方包含二-丙烯酸酯型液晶單體。在2wt。/。的固體濃度下將ROF-5102 溶於甲基丙基酮。將該溶液塗覆到ROP-103光配向層上，然後以2000 轉/分的旋轉速度旋塗2分鐘。這樣獲得大約30nm的幹膜厚度。在旋塗 之後，在加熱板上在54。C的溫度下熱處理該膜5分鐘。最後，在氮氣氣 氛中通過暴露到強度為3mW/cm2 (波長範圍為320-400nm )的UVA光中使 液晶單體膜交聯。2 J /cm2的曝光劑量被轉移至該樣品。
在獨立的配向層的上述製備完成之後，通過施加光可配向延遲器 膜繼續加工。光可配向延遲器材料由上述配向聚合物ROP-103和可聚合液晶單體材料R0F-5102的混合物構成。對於這種特定光可配向延遲器 混合物，選擇3比7的ROP-103/ROF-5102比例。以30wt。/。的固體濃度將該 混合物溶於茴香醚。將該光可配向延遲器材料的溶液塗覆到在D263玻 璃板上的此前製備的配向層上，隨後以2000轉/分的旋轉速度旋塗120 秒。這樣產生l微米的光可配向延遲器層的最終幹膜厚度。然後利用熱 板施加兩步熱處理。在第一步驟中將樣品加熱到5(TC保持2分鐘。在第 二步驟中，將溫度提高到13(TC。在該溫度下保持樣品3分鐘。對於隨 後的光配向過程，將樣品冷卻低至59。C的溫度，該溫度比該光可配向 延遲器材料的清亮點大3。C。用於該光可配向延遲器的曝光強度是 2. 2mW/cm2，在280nm-340nm的波長範圍中。轉移至該光可配向延遲器 的曝光劑量是100mJ/cm2。將樣品暴露到垂直入射的線偏振光中，其中 偏振軸與基材邊緣對角(0=45° )。因此，配向方向引起獨立的、在 下方的光配向層和在上面的光可配向延遲器偏離45。。在光可配向延
遲器的光配向步驟之後，採用rc/分鐘的冷卻速率將樣品的溫度從59
。C降低至4(TC，然後迅速地冷卻至室溫。在最後的步驟中，將樣品放 入氮氣氣氛中並暴露於非偏振UVA光中以引發LCP單體的交聯並因此將 該膜轉移成固態。該UVA光源提供3mW/ctn2的強度(波長範圍為 320-400mn)。在UVA膝光期間，700mJ/cii^的劑量轉移至樣品。
交叉偏振器之間的延遲器樣品在測光臺上的檢驗顯示該延遲器的 配向質量非常好。然而，發現雙折射行為不與標準延遲器的行為一致， 其中光軸沿著厚度方向均勻方位取向(在偏振器光軸與偏振器透射軸 對角的情況下，亮狀態，在延遲器光軸平行/垂直於偏振器透射軸的情 況下，暗狀態)。從結果可以斷定，從下方配向層轉移到光可配向延 遲器膜的配向和直接施加到光可配向延遲器膜上的配向的綜合效應導 致在延遲器層內光軸沿著厚度方向的扭轉輪廓，即定向器的方位取向 沿著厚度方向改變。延遲器膜還利用橢率測量術表徵，該橢率測量術 證實扭轉輪廓存在於樣品中。發現，延遲器膜內的光軸從由下方光配
向層表面限定的方向(0=0° )扭轉到由光可配向延遲器膜限定的方 向(①-450 )。
權利要求
1.雙折射層，其中光軸的方向沿著該層的厚度方向改變，其包含I)(i)具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和(ii)具有光可取向基團的單體或低聚物或聚合物，和/或(iii)具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物或聚合物，(iv)和任選地，其它組分，或II)(v)具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物或聚合物，(vi)和任選地，其它組分。
2. 根據權利要求1的雙折射層，其包含 I)(i )具有可聚合基團的液晶單體或預聚物或低聚物或聚合物的混 合物；和Ui )具有光可取向基團的單體或低聚物或聚合物，或具有光可 取向基團的單體或低聚物或聚合物的混合物，和/或(iii )具有光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或聚合 物，或具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物或聚 合物的混合物，(iv) 和任選地，其它組分；其中所述混合物中的物質的量是相 同或不同的，或II)(v) 具有光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或聚合物， 或具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物或聚合物 的混合物，(vi) 和任選地，其它組分；其中所述混合物中的物質的量是相同或不同的。
3. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其包括非線性的傾斜 和/或扭轉輪廓。
4. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其中物質U)和/或 (iii )是在顯示配向表面的基材上配向的。
5. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其中使物質(i)和/ 或(iii )配向，從而通過顯示配向表面的基材和通過體積光配向引起 配向。
6. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其中使物質(i)和/ 或(iii )配向，從而通過顯示配向表面的基材和通過體積光配向引起 配向，其中來自該配向表面的和該體積光配向中引起的配向信息是不 同的。
7. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其中該液晶物質形成 線性或非線性扭轉構型或形成傾斜構型或形成傾斜和扭轉構型。
8. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其中該層具有彎曲或 展開變形。
9. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其包含從均勻分布到 相分離的範圍中分布的物質(i)和/或(ii)和/或(Hi)。
10. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層，其中該雙折射層的至 少一種具有沿著該層厚度方向的密度梯度。
11. 權利要求l的雙折射層的製備方法，其中光軸的方向沿著該層 厚度方向改變，該方法包括a)將以下物質的層 I)(i) 具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和(ii) 具有光可取向基團，優選還具有可聚合基團的單體或低聚 物或聚合物，和/或(iii) 具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物或低 聚物或聚合物，和(iv)任選地，其它組分；或 II)具有光可取向基團和可聚合基團的液晶單體或預聚物或低聚物或 聚合物，和(iv)任選地，其它組分；塗覆在基材上，和b)將該塗覆的層暴露到配向光中。
12.根據權利要求11的製備雙折射層的方法，其中光軸的方向沿著 該層的厚度方向改變，該方法包括 a)將以下物質的層 I)(i )具有可聚合基團的液晶單體或預聚物，或不同物質(i )的 混合物，其中該物質的量是相同或不同的;和(ii )具有光可取向基團的單體或低聚物或聚合物，或不同物質 (ii)的混合物，其中該物質的量是相同或不同的；和/或(iii )具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物 或聚合物或不同物質(iii )的混合物，其中該物質的量是相同或不同 的；和(iv) 任選地，其它組分，或不同物質(iv)的混合物，其中該 物質的量是相同或不同的；或II)(v) 具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或 聚合物或不同物質(iii )的混合物，其中該物質的量是相同或不同的； 和(vi) 任選地，其它組分，或不同物質(iv)的混合物，其中該 物質的量是相同或不同的；塗覆在基材上，和b)將該塗覆的層暴露到配向光中；藉此該雙折射層的至少一種物質沿著該層的厚度方向產生齊度梯度。
13.根據權利要求11的製備雙折射層的方法，其中光軸的方向沿著 該層的厚度方向改變，該方法包括a) 將以下物質的層(i)具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和 (U)具有光可取向基團的單體或低聚物或聚合物和/或 (iii )具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物 或聚合物，和(iv) 任選地，其它組分，或 II)(v) 具有可聚合和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或 聚合物，和(vi) 任選地，其它組分， 塗覆在基材上，和b) 將該塗覆的層暴露到配向光中，藉此至少一些光可取向物質 (ii)和/或(iii)保持在該層中。
14 根據權利要求ll的方法，其中吸收率隨配向光的在有效範圍內 的波長變化。
15. 根據權利要求11的方法，其中在步驟b)中，讓該塗覆的層隨 後暴露於不同或相同波長和/或不同曝光幾何結構。
16. 根據權利要求11的方法，包括 a)將以下物質的層I)(i)具有可聚合，優選交聯性基團的液晶單體或預聚物；和 Ui)具有光可取向基團，並優選具有可聚合，優選交聯性基團的單體或低聚物或聚合物，和/或(iii)具有可聚合，優選交聯性，和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或聚合物，和(iv) 任選地，其它組分，或 II)(v) 具有可聚合，優選交聯性，和光可取向基團的液晶單體或預聚物或低聚物或聚合物，和(vi )任選地，其它組分， 塗覆在基材上，和其中物質(i )和(ii )和/或(iiii )和/或(iv)按從均勻分布到相分離的範圍分布，和b)將該塗覆的層暴露到配向光中。
17. 根據權利要求11的方法，包括在步驟b)中，傾斜地暴露該塗 覆的層。
18. 根據權利要求11的方法，其中該基材表面引起配向並且其中通 過配向光以體積引起配向。
19. 根據權利要求11的方法，其中配向表面的和由體積光配向引起 的配向信息是不同的。
20.根據權利要求ll的方法，其中配向表面的和由體積光配向引起 的配向信息是方位和/或傾斜引起的。
21. 根據前述權利要求中任一項的雙折射層用於改進LCD視角、對 比度和在大視角下的色移的用途，該雙折射層具有非線性變形傾斜輪 廓。
22. 根據前述權利要求中任一項的雙折射材料用於具有展開或彎 曲變形的延遲器的用途。
23. 根據前述權利要求中任一項的雙折射材料用於製備消色延遲 器的用途。
24. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中該層包括扭 轉變形。
25. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中如權利要求 l所述的雙折射層具有消色延遲器的功能。
26. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，它在局部變化的傾斜和/或取向下聚合。
27. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中如權利要求l所述的雙折射層具有扭轉延遲器的功能。
28. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中如權利要求 1所述的雙折射層具有圖案化扭轉延遲器的功能。
29. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中如上所述的 雙折射層具有消色旋轉器的功能。
30. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中如上所述的 雙折射層具有盒內延遲器的功能。
31. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，具有局部不同的 延遲值。
32. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中該層在上部廓。
33. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，具有彎曲或展開 變形。
34. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中物質(ii) 在配向表面上的上部，物質(i )或(iii )在配向表面上的下部。
35. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，其中物質(ii) 和(i )或(iii )在配向表面上的上部，物質(i )或(iii )在配向 表面上的下部。
36. 包括前述權利要求中任一項的層的光學組件，包含相分離的物 質(i )和(ii )和/或(iii )，其中物質(i )在物質(ii )上面形 成層；或其中物質(ii )在物質(iii )上面形成層；或其中物質(i ) 在物質(ii )下面形成層；或其中物質(ii )在物質(iii )下面形成層；或其中物質(ii )形式兩個層， 一個在物質(i )上面， 一個在 物質(i)下面；或其中物質(ii)形式兩個層， 一個在物質(iii) 上面， 一個在物質(iii )下面；或其中物質(iii )形成在物質(i ) 上面和/或下面的層。
全文摘要
本發明涉及雙折射層，其中光軸的方向沿著該層的厚度方向改變，其包含I)(i)具有可聚合基團的液晶單體或預聚物；和(ii)具有光可取向基團的單體或低聚物或聚合物，和/或(iii)具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物或聚合物，和(iv)和任選地，其它組分，或II)(v)具有光可取向和可聚合基團的液晶單體或預聚物、低聚物或聚合物，和(vi)和任選地，其它組分，此外，本發明還涉及所述雙折射層的製備方法，它的用途和它的光學組件。
文檔編號G02B5/30GK101517440SQ200780034068
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月7日 優先權日2006年9月13日
發明者C·貝內克, H·賽貝勒, T·巴赫爾斯 申請人:羅利克有限公司