一種扭轉向列薄膜及其製備方法和含該薄膜的顯示裝置的製作方法
2023-07-27 13:56:56 1
專利名稱：一種扭轉向列薄膜及其製備方法和含該薄膜的顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種含液晶聚合物的扭轉向列薄膜。該薄膜用於顯示裝量中。
圖1為顯示裝置的結構示意圖。
圖1為顯示裝置的剖面圖，其組成為一個有源的扭轉層(4)，它可通過透明電極(6)進行通、斷轉接；還有一個無源的扭轉層(3)；基片(2)設置在二個扭轉層(3)和(4)的兩邊；在兩個最外邊的基片的外邊，有起偏器(1)；在有源扭轉層的下方的起偏器下面，裝有一個反光鏡(5)。
具體地說本發明涉及顯示裝置的無源扭轉層(3)。對於無源層，利用由低分子量液晶材料組成的扭轉向列層，例如Kirk Othmer的Encyclopedia of Technology，3rd ed.(New YorkWiley Sons)vol.7p.728所述。或者可利用雙折射薄膜，例如一種拉伸聚合物薄膜。然而，後者不能取得最佳的對比度。雖然使用低分子量液晶材料的確會取得好的對比度，但是還伴有其它的缺點。其中之一就是和低分子量液晶材料是低粘度的情況有關。對無源扭轉層的性能來說很重要的是，扭轉結構在該層整個寬度中都要保持完整。因此，為了獲得一種扭轉的、形狀固定的結構，在剛性基片之間用隔離物將低分子量材料密封。換句話說，要製造出一個封閉的、剛性的元件。本技術領域目前的趨勢是，尋找一種類似於低分子量液晶層的具有扭轉向列結構的無源層，該層不必藉助於隔離物在基層之間進行密封，但卻可以形成一種獨立式的柔性薄膜。這種薄膜已經制出，例如在EP-A1-0423881中，通過定向液晶單體形成一種扭轉結構，然後例如通過紫外照射固化單體形成聚合物網，從而固定此結構。這種方法的缺點是，這種固定方式對薄膜的柔性有不利的影響，而這種固定方式又是保持扭轉結構所必需的。該方法的第二個缺點是，僅可使用交聯的液晶單體。再有，該薄膜固化時可能會產生皺縮，難以預先確定薄膜的厚度。這種皺縮的又一個缺點是，在薄膜裡可能會形成極細的裂縫。本發明的目的是，生產出一種類似於低分子量液晶層結構的扭轉向列結構薄膜，它有柔性，還具有能保持形狀不變的扭轉結構。
為此，根據本發明的扭轉向列薄膜含有一種非交聯的液晶聚合物，該聚合物的Tg＞75℃，它在Tg和Tni轉動粘度(Y)低於5000帕斯卡·秒(Pa·S)。
使用玻璃化溫度Tg大於75℃的聚合物可以獲得在室溫下穩定的薄膜，同時不用隔離物就能保持它的扭轉結構。較高的Tg不必通過交聯來固定其扭轉結構，同時使薄膜能保持柔性。由於聚合物不被固化，所以也不會發生皺縮現象。因此，可以預先確定薄膜的厚度。在聚合物定向的溫度範圍內，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至均質狀態的轉變溫度)。如果粘度太高，聚合物層完全形成扭轉結構要花費太長的時間，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動粘度(Y)來確定。它的大小表示外力場的數值，該外力場是為了扭轉排列好的液晶聚合物的導向子必須施加的(即，液晶聚合物的中介組分基團(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，G.Vertogen和W.H.de Jeu Thermotropic Liquid Crystals，Fundamentals(Barlin HeidelbergSptinger-Vetlag，1988)P147-153中都對測定這種轉動粘度的技術進行了描述。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日英國南安普頓大學化學系主辦的「液晶科技的儀器方法大會」上發表)也都表明，如果不能測量到轉動粘度，那麼可以取有效粘度做為一個準則。實際上已發現，有效粘度與轉動粘度有相同的數量級。有效粘度可以藉助於任一個合適的粘度計或流變計來測定(例如，一種錐形板粘度計或couette粘度計)。
不用說，聚合物薄膜的可定向性也取決於薄膜的厚度。薄膜的厚度越大，轉動粘度就需越低。一般使用的薄膜厚度為2～10μm。
2μm厚的、Tg和Tni之間轉動粘度為10,000Pa·S的聚合物薄膜的定向時間長達13分鐘左右。3μm厚的薄膜的定向時間長達30分鐘。如此長的定向期對於商業應用是不能接受的，因為所希望的定向期最多為10分鐘。
當使用在Tg和Tni之間的轉動粘度為3700Pa·s、層厚為2μm的聚合物時，定向期約為5分鐘，這是可以被接受的。
當薄膜厚度大於5μm時，轉動粘度(Y)將會低於600Pa·S。表明轉動粘度(Y)與層厚度關係的一個完善的準則是Y·(厚度)2≤3*10-a。
原則上說，所有滿足上述Tg和轉動粘度(Y)要求的液晶聚合物都可以使用。本領域的技術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於扭轉向列液晶聚合物薄膜。
滿足上述要求的聚合物可以選自液晶聚氨基甲酸酯、聚酯、聚醯亞胺、聚(甲基)丙烯酸酯、聚矽氧矽、聚醯胺、聚碳酸酯等等。
最好使用液晶側鏈聚酯和聚氨基甲酸酯，因為它們除了具有一個易於預先確定的Tg以及一個最佳的轉動粘度外，它們還易於製備，合理的熱和化學穩定性，以及合理的紫外線射穩定性。
我們發現，特別適合的是具有按下述結構式1的中介組分基團的液晶聚氨基甲酸酯和聚酯。
結構式1
其中R1＝-滷素，-R2，-OR2，
-CN或-CF3R2＝-H或有1～3個碳原子的烷基；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的一個整數；p是從2到4的一個整數；R4＝有1～12個碳原子的烷基；x是從1到6的一個整數；Z＝-C＝N-，-N＝C-，
-C＝C-這些液晶聚合物的製備方法類似於公知的液晶聚合物的製備方法。
對於液晶側鏈聚氨基甲酸酯的特殊製備方法，可參見荷蘭專利申請9102191(尚未向公眾公開)，在這裡參考引用了該申請。在該申請中，通過(例如)二異氰酸酯與包含符合結構式1的中介組分基團的二醇發生反應，來獲取液晶側鏈聚氨基甲酸酯。
對於液晶側鏈聚酯的特殊製備方法，參照EP-A-0478052(
公開日1992年4月l日)本發明還涉及扭轉向列薄膜的製備方法。在定向過程中，將Tg
一個扭轉向列薄膜，和一對分別布置在無源的扭轉向列薄膜和液晶單元外側的起偏器，其特徵在於該扭轉向列薄膜為前述權利要求1-3和7中的任一項所述的薄膜。
基於同一發明構思的另一方法如以下所述。將液晶雙官能單體放置在兩個定向基片之間，以便進行定向，從而形成一扭轉結構，然後進行聚合。在這種情況下，該單體混合物的轉動粘度(Y)應低於5000帕斯卡·秒(Pa·S)。當然，如果為了獲得穩定的獨立式的薄膜，最後的聚合物的Tg必須大於75℃。另外如需要在定向後可以將定向基片去掉。
當然可使用具有中介組分基團的適用單體，並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(如結構式1中的單體部分Q)將成為聚臺物主鏈的一部分，而且中介組分基團通常被當作側基進行連接。
現在所述的向列薄膜除在顯示器中使用外，還可以用於光學數據存儲和可寫入的高密度盤中。
在這種情況下，將向列薄膜放置在交叉的起偏器之間。通過雷射器的照射就可以寫入信息，而在照射點處扭轉向列結構被破壞。當用雷射器掃描(讀出)已寫入的薄膜時，在照射點處將不發生傳輸。該扭轉向列薄膜最好包含一種染料，以便在近紅外區域進行吸收，這樣就可以使用固態雷射器進行寫入。這種固態雷射器比較便宜且尺寸小。
本發明還涉及含有本發明的薄膜的一種顯示裝置。
權利要求
1.一種扭轉向列薄膜，它包括一種液晶聚合物，其特徵在於該液晶聚合物是一種非交聯的液晶聚合物，它具有75℃以上的Tg並在Tg和Tni之間具有低於5000帕斯卡·秒(Pa·S)的轉動粘度(Y)。
2.根據權利要求1所述的扭轉向列薄膜，其特徵在於該非交聯液晶聚合物在Tg和Tni之間具有低於600Pa·S的轉動粘度(Y)。
3.根據權利要求1所述的扭轉向列薄膜，其特徵在於該液晶聚合物為液晶側鏈聚氨基甲酸酯或聚醋。
4.根據權利要求1或2所述的扭轉向列薄膜，其特徵在於該液晶聚合物包括一個中介組分基團，該基團符合基本結構式1
其中R1為-滷素，-R2，-OR2，
-CN或-CF3；R2為-H或有1～3個碳原子的烷基；R3可以表示和R1相同的基，但它獨立地選自R1；Q為單體部分，它將中介組分基團連接到聚合物主鏈上；n為0或1；m為0或1；y為0至3的一個整數；p為2到4的一整數；R4為帶有1-12個碳原子的烷基；x為1到6中的一整數；Z為-C＝N-，-N＝C-，
-C＝C-。
5.一種製備扭轉向列薄膜的方法，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，其特徵在於該液晶材料包括Tg為75℃以上、並在Tg和Tni之間具有低於5000帕斯卡·秒的轉動粘度的液晶聚合物。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於該液晶聚合物為液晶側鏈聚氨基甲酸酯或聚酯。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其特徵在於該液晶側鏈聚合物包括一個中介組分基團，該基團符合基本結構式1
其中R1為-滷素，-R2，-OR2，
-CN或-CF3；R2為-H或有1-3個碳原子的烷基；R3可以表示和R1相同的基，但它獨立地選自R1；Q為單體部分，它將中介組分基團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；p為2到4的一個整數；R4為帶有1-12個碳原子的烷基；x為1到6的一整數；Z為-C＝N-，-N＝C-
-C＝C-
8.一種扭轉向列薄膜，它包括一種液晶聚合物，其特徵在於該液晶聚合物為非交聯的，具有75℃以上的Tg，而且是從液晶單體混臺物中獲得的，該液晶單體混合物在Tg和Tni之間具有低於5000Pa·S的轉動粘度。
9.一種製備扭轉向列薄膜的方法，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，其特徵在於液晶材料包括液晶雙官能單體混合物，並使該混合物定向以形成扭轉結構，然後使其聚臺，單體混合物的轉動粘度(Y)在Tg和Tni之間低於5000Pa·S，最後的聚合物的Tg為75℃以上。
10.根據權利要求1-4中任一項的扭轉向列薄膜用於光學數據存儲的用途。
11.根據權利要求1-4中任一項的鈕轉向列薄膜用於可寫入的高密度盤的用途。
12.一種顯示裝置，它包括一個液晶單元，它是由放置在兩基片之間的扭轉向列液晶材料形成的，一個扭轉向列薄膜，和一對分別布置在無源的扭轉向列薄膜和液晶單元外側的起偏器，其特徵在於該扭轉向列薄膜為前述權利要1-3和7中的任一個所述的薄膜。
全文摘要
本發明涉及一種扭轉向列薄膜，它包括一種非交聯的液晶聚合物，該聚合物具有75℃以上的Tg，而且在Tg和Tni之間，其轉動粘度低於5000帕斯卡秒(Pa·s)。這種扭轉向列薄膜應用在顯示器中。本發明還涉及製備這些扭轉向列薄膜的方法，將所述扭轉向列薄膜用於光學數據存儲和可寫入的高密度盤中，以及包括這種扭轉薄膜的顯示器件。
文檔編號C09K19/02GK1078972SQ93105738
公開日1993年12月1日 申請日期1993年4月8日 優先權日1992年4月9日
發明者S·J·皮肯, G·R·莫爾曼 申請人:阿克佐公司