專利名稱：膽甾醇型液晶光學體及其制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含膽甾醇型液晶的光學體。本發(fā)明還涉及由兩層或多層膽甾醇型液晶或者膽甾醇型液晶前體構(gòu)成的反射光學偏振片。具體講，本發(fā)明涉及利用單一涂層組合物在基板上構(gòu)成兩個或多個膽甾醇型液晶層的方法和裝置。
背景技術(shù)：
諸如偏振片和反射鏡之類的光學器件廣泛用于包括液晶顯示器(LCD)在內(nèi)的多種用途中。液晶顯示器大致分為兩類背光(例如透射型)顯示器，其中從顯示板后方提供光，以及前光(例如反射型)顯示器，其中從顯示器的前方提供光(例如環(huán)境光)?？梢詫⑦@兩種顯示模式組合起來，從而形成半透反射式顯示器，例如在微光條件下能夠從背面對其進行照明，或者在明亮的環(huán)境光下可以直接觀察。
常規(guī)的背光LCD通常采用吸收偏振片并且光透射率可以小于10％。常規(guī)的反射型LCD同樣基于吸收偏振片并且通常具有小于25％的反射率。這些顯示器的低透射率或者反射率減小了顯示對比度和亮度，并且需要高能耗。
已經(jīng)發(fā)展了用于顯示器和其它用途的反射偏振片。反射偏振片優(yōu)先透射一種偏振光，而優(yōu)先反射具有正交偏振的光。優(yōu)選的是，反射偏振片在不吸收較大量光的情況下透射和反射光。優(yōu)選的是，該反射型偏振片對于透射偏振僅具有10％的吸收率。許多光學器件對很寬范圍的波長起作用，因此反射偏振片同樣必須對該寬范圍波長起作用。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明涉及包含膽甾醇型液晶的光學體及其制造方法，以及膽甾醇型液晶在諸如反射偏振片的光學器件中的應用。描述了利用單一涂層組合物在基板上形成兩個或多個膽甾醇型液晶層的方法和裝置。
制造光學體的方法包括將混和物涂敷在基板上，該混和物包括多種膽甾醇型液晶組合物和溶劑。每種膽甾醇型液晶組合物都是不同的。在基板上形成多個層。每層包括一種膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
制造光學體的另一種方法包括將混和物涂敷在基板上，該混和物包括第一膽甾醇型液晶組合物、第二膽甾醇型液晶組合物以及溶劑。第一膽甾醇型液晶組合物不同于第二膽甾醇型液晶組合物。在基板上形成第一層和第二層。第一層包括第一膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第二層包括第二膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
制造光學體的又一種方法包括將一種混和物涂敷在基板上，該混和物包括第一膽甾醇型液晶組合物、第二膽甾醇型液晶組合物以及溶劑。第一膽甾醇型液晶組合物包括膽甾醇型液晶聚合物，第二膽甾醇型液晶組合物包括膽甾醇型液晶單體。在基板上由該混和物形成第一層和第二層。第一層包括第一膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第二層包括第二膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
以上對于本發(fā)明的概述的目的不在于描述本發(fā)明的每種實現(xiàn)方案的每個公開實施例。以下的附圖具體實施方式
以及實例部分將更加具體地舉例說明這些實施例。


通過以下結(jié)合相應附圖對于本發(fā)明各個實施例的詳細說明，將更加完整地理解本發(fā)明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的利用單一涂層組合物在基板上形成兩個膽甾醇型液晶層的方法和裝置的一個實施例的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的基板上第一涂層組合物的橫截面的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的基板上第一和第二膽甾醇型液晶材料層的橫截面的示意圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的利用單一涂層組合物在基板上形成兩個膽甾醇型液晶層，隨后在最初的兩個膽甾醇型液晶層上形成另一膽甾醇型液晶層的方法和裝置的一個實施例的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的基板上第一和第二膽甾醇型液晶材料層上的第二涂層組合物的橫截面的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的基板上第一和第二膽甾醇型液晶材料層上的第三膽甾醇型液晶材料層的橫截面的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的利用單一涂層組合物在基板上形成兩個膽甾醇型液晶層，隨后利用第二種單一涂層組合物在最初的兩個膽甾醇型液晶層上形成后來的兩個膽甾醇型液晶層的方法和裝置的一個實施例的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的基板上第一和第二膽甾醇型液晶材料層上的第二涂層組合物的橫截面的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的基板上第一和第二膽甾醇型液晶材料層上的第三和第四膽甾醇型液晶材料層的橫截面的示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器的一個實施例的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器的另一個實施例的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器的又一個實施例的示意圖；圖13是根據(jù)實例1構(gòu)成的光學體的光透射光譜；圖14是根據(jù)實例2構(gòu)成的光學體的光透射光譜。
盡管本發(fā)明可以具有多種變化和可選形式，但是在附圖中以舉例的方式表示了其特定實施例，并且將進行詳細描述。然而應當理解，目的不在于將本發(fā)明限于所述的特定實施例。相反，目的在于覆蓋落入本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物以及變化方式。
具體實施例方式
本發(fā)明被認為可以用于光學體(例如光學鍍膜)及其制造，以及該光學體在光學器件中的應用，該光學器件例如反射偏振片和光學顯示器(例如液晶顯示器)。本發(fā)明還涉及包含膽甾醇型液晶的光學體。盡管本發(fā)明不限于這些，但是通過討論以下給出的實例，將獲得對于本發(fā)明多個方面的理解。
對于以下限定的術(shù)語，適用這些限定，除非在權(quán)利要求書中或者說明書中的其它位置給出了不同的限定。
術(shù)語“聚合物”應理解為包括聚合物、共聚物(例如使用兩種或多種不同單體構(gòu)成的聚合物)、低聚物及其組合，以及能夠通過例如混合擠壓或反應(包括酯交換反應)在互溶混合物中形成的聚合物、低聚物或者共聚物。除非特別指明，均包括嵌段共聚物和無規(guī)共聚物。
術(shù)語“聚合材料”應理解為包括如上限定的聚合物以及其它有機或無機添加劑，例如抗氧化劑、穩(wěn)定劑、抗臭氧化劑、增塑劑、染料及色素。
術(shù)語“膽甾醇型液晶組合物”是指包括但不限于膽甾醇型液晶化合物、膽甾醇型液晶聚合物或者膽甾醇型液晶前體的組合物，該膽甾醇型液晶前體為例如分子量較小的膽甾醇型液晶化合物，該化合物包括能夠反應形成膽甾醇型液晶聚合物的單體和低聚物。
術(shù)語“混和物”是指可以或不可以均勻擴散的物質(zhì)的非均勻結(jié)合，包括例如溶液、擴散體等等。
術(shù)語“手性”單元是指包含手性單元的非對稱單元(例如不具有鏡面的單元)。手性單元能夠在圓形方向上將偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)。
術(shù)語“液晶原”單元是指具有有助于形成液晶中間相的幾何結(jié)構(gòu)的單元。
術(shù)語“向列”液晶化合物是指形成向列型液晶相的液晶化合物。
術(shù)語“溶劑”是指能夠至少部分地溶解另一種物質(zhì)(溶質(zhì))以形成溶液或者擴散體的物質(zhì)?！叭軇笨梢允且环N或多種物質(zhì)的混和物。
術(shù)語“手性材料”是指手性化合物或組合物，包括能夠結(jié)合其它液晶材料形成或者引起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”是指面偏振、圓偏振、橢圓偏振，或者光束的電矢量不隨機改變方向，但保持恒定方向或者按照系統(tǒng)的方式變化的任何其它非隨機偏振態(tài)。在面偏振中，電矢量保持在單一平面中，而在圓偏振或橢圓偏振中，光束的電矢量按照系統(tǒng)的方式旋轉(zhuǎn)。
反射偏振片優(yōu)先反射一種偏振的光，而透射其余的光。在反射型面偏振片的情況下，優(yōu)先透射在一個平面中偏振的光，而優(yōu)先反射在正交平面中偏振的光。在圓反射偏振片的情況下，優(yōu)先透射在一個方向上圓偏振的光，該方向可以是順時針或者逆時針方向(也稱作右或左圓偏振)，并且優(yōu)先反射在相反方向上偏振的光。一種圓偏振片包括膽甾醇型液晶偏振片。
無論是否特別指明，本文中的所有數(shù)值都推定為可改為具有術(shù)語“大約”的。術(shù)語“大約”通常是指本領(lǐng)域技術(shù)人員視為與所述值相當?shù)臄?shù)值范圍(即具有相同的函數(shù)或結(jié)果)。在許多例子中，術(shù)語“大約”可以包括最接近有效數(shù)字附近的數(shù)值。
重量百分比、百分比重量、重量％等等都是表示一種物質(zhì)的濃度的同義詞，即為該物質(zhì)的重量除以該組合物的重量，再乘以100。
以端點敘述的數(shù)值范圍包括包含在該范圍內(nèi)的所有數(shù)值(例如1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
如本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”除非明確指明均包括復數(shù)形式。因此，例如涉及包含“一種化合物”的組合物包括兩種或多種化合物的混和物。如本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的，通常采用的術(shù)語“或者”就其意義而言除非明確指明均包括“和/或”。
膽甾醇型液晶化合物通常包括具有手性特性的分子單元(例如不具有鏡面的分子)以及具有液晶原特性的分子單元(例如具有液晶相的分子)，并且可以是聚合物。膽甾醇型液晶組合物還可以包括與手性單元相混合的或者包含手性單元的非手性液晶化合物(向列)。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(指定平均局部分子排列的方向的單位矢量)沿著垂直于該指向矢的方向按照螺旋的方式旋轉(zhuǎn)。膽甾醇型液晶組合物還稱作手性向列型液晶組合物。膽甾醇型液晶組合物或材料的螺距是指向矢旋轉(zhuǎn)360°所需的距離(沿著垂直于指向矢的方向并且沿著膽甾醇型螺旋線的軸)。該距離通常為100nm或更大。
通過將手性化合物與向列型液晶化合物相混和或組合(例如通過共聚作用)可以產(chǎn)生膽甾醇型液晶材料的螺距。由手性非液晶材料也可以產(chǎn)生膽甾醇型相。該螺距可以取決于手性化合物與向列型液晶化合物或材料的相對重量比。指向矢的螺旋扭轉(zhuǎn)造成材料的介電張量的空間周期性變化，這又引起對光的波長選擇性反射。對于沿著螺旋軸傳播的光而言，布拉格反射通常出現(xiàn)在波長λ處于以下范圍中時nop＜λ＜nep其中p為螺距，no和ne是膽甾醇型液晶材料的主折射率。例如，可以選擇該螺距使得在可見、紫外或紅外波長光的條件下布拉格反射率為最大值。
通常，膽甾醇型液晶化合物、包括膽甾醇型液晶聚合物是已知的，并且一般可以將這些材料中的任意一種用于制造光學體。美國專利No.4293435、5332522、5886242、5847068、5780629和5744057中描述了適當?shù)哪戠薮夹鸵壕Ь酆衔锏膶嵗?。也可以使用其它的膽甾醇型液晶化合物。對于特定的用途或者光學體，可以根據(jù)一個或多個因素來選擇膽甾醇型液晶化合物，這些因素包括例如折射率、表面能、螺距、可處理性、清晰度、顏色、對感興趣波長的低吸收率、與其它組分(例如向列型液晶化合物)的相容性、分子量、制造的簡易性、形成液晶聚合物的液晶化合物或單體的可用性、流變能力、固化的方法和要求、去除溶劑的簡易性、物理和化學特性(例如撓性、抗張強度、抗溶解性、抗劃性以及相變溫度)，以及純化的簡易性。
通常利用可包括液晶原基團(典型具有有利于形成膽甾醇型液晶相的柱狀結(jié)構(gòu)的剛性基)的手性(或手性與非手性的混和物)分子(包括單體)來形成膽甾醇型液晶聚合物。液晶原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))。任選地通過隔離基團將液晶原基結(jié)合到聚合物骨架上。該隔離基團可以包含具有例如苯、吡啶、嘧啶、炔、酯、亞烴基、烯烴、醚、硫醚、硫酯和酰胺官能度的官能團?？梢愿淖兏綦x基團的長度或類型，從而提供不同的特性，例如在(多種)溶劑中的可溶性。
適當?shù)哪戠薮夹鸵壕Ь酆衔锇ň哂惺中曰蛘叻鞘中缘木埘?、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷或者聚酯酰亞胺骨架的聚合物，該聚合物包括任選地由剛性或者撓性共聚用單體分開的液晶原基團。其它適合的膽甾醇型液晶聚合物具有包含手性和非手性液晶原側(cè)鏈基團的聚合物骨架(例如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚烯烴或者聚丙二酸酯骨架)。任選地，側(cè)鏈基團由隔離基團與骨架分開，該隔離基團例如亞烴基或者烯化氧隔離基團，以提供撓性。
為了形成膽甾醇型液晶層，可以將膽甾醇型液晶組合物涂敷或者設(shè)置在表面上。該膽甾醇型液晶組合物包括手性組分，該手性組分包含至少一種(i)手性化合物、(ii)能夠用于形成膽甾醇型液晶聚合物(例如聚合或交聯(lián))的手性單體，或者(iii)其組合。膽甾醇型液晶組合物還能夠包括非手性組分，該組分包含至少一種(i)向列型液晶化合物、(ii)能夠用于形成向列型液晶聚合物的向列型液晶單體，或者(iii)其組合。連同手性組分一起，(多種)向列型液晶化合物或者向列型液晶單體可以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還可以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)定劑和紫外、紅外或可見光吸收染料和色素。
還可以利用以下物質(zhì)中任意之一的兩種或多種不同類型來形成膽甾醇型液晶組合物手性化合物、非手性化合物、膽甾醇型液晶、膽甾醇型液晶單體、向列型液晶、向列型液晶單體、潛在向列或手性向列材料(其中該潛在材料與其它材料組合表現(xiàn)出液晶中間相)，或者其組合。膽甾醇型液晶組合物中材料的特定重量比通常至少部分地確定膽甾醇型液晶層的螺距。
膽甾醇型液晶組合物通常為可以包括(多種)溶劑的部分涂層組合物。在一些情況下，液晶、液晶單體、處理添加劑或者膽甾醇型液晶組合物的任意其它組分中的一種或多種也可以用作溶劑。在某些情況下，通過例如干燥該組合物以蒸發(fā)溶劑或者使部分溶劑反應(例如使溶劑液晶單體反應以形成液晶聚合物)，或者通過冷卻到該組合物的處理溫度以下，就可以從涂層組合物中基本上去除或消除溶劑。
在涂敷之后，將膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕踊虿牧?。這種轉(zhuǎn)變可以利用多種技術(shù)來實現(xiàn)，包括溶劑的蒸發(fā)；加熱；使膽甾醇型液晶組合物交聯(lián)；或者利用例如熱量、輻射(例如光化輻射)、光(例如紫外、可見或紅外光)、電子束或者這些技術(shù)的組合等技術(shù)來固化(例如聚合)膽甾醇型液晶組合物。
由于涂敷和向膽甾醇型液晶材料的轉(zhuǎn)變，如果希望，可以制造對于寬范圍波長都有效的膽甾醇型反射偏振片。在一些實施例中，膽甾醇型反射偏振片基本上反射光譜寬度為至少100、150、200或300nm或更寬的光，該光譜寬度為在反射光譜的半峰值高度處測得的全寬度。
任選地，在膽甾醇型液晶組合物內(nèi)可以包括引發(fā)劑，以引發(fā)該組合物的單體組分的聚合或交聯(lián)。適當?shù)囊l(fā)劑的實例包括能夠生成自由基以引發(fā)并且傳播聚合或交聯(lián)的引發(fā)劑。還可以根據(jù)穩(wěn)定性或半衰期來選擇自由基發(fā)生劑。優(yōu)選的是，該自由基引發(fā)劑不會在膽甾醇型液晶層中通過吸收或其它方式生成任何附加的顏色。適當?shù)淖杂苫l(fā)劑的實例包括熱自由基引發(fā)劑和光引發(fā)劑。熱自由基引發(fā)劑包括例如過氧化物、過硫酸鹽或者偶氮腈化合物。這些自由基引發(fā)劑在熱分解時生成自由基。
由電磁輻射或者粒子照射可以激勵光引發(fā)劑。適當?shù)墓庖l(fā)劑的實例包括鎓鹽光引發(fā)劑、有機金屬光引發(fā)劑、陽離子型金屬鹽光引發(fā)劑、光分解型有機硅烷、潛在磺酸、氧化膦、環(huán)己基苯基酮、胺取代的苯乙酮以及二苯甲酮。一般而言，將紫外(UV)照射用于激勵光引發(fā)劑，盡管也可以使用其它光源?？梢愿鶕?jù)對于特定波長的光的吸收率來選擇光引發(fā)劑。
使用常規(guī)的處理可以獲得取向的膽甾醇型液晶相。例如，產(chǎn)生膽甾醇型液晶相的方法包括將膽甾醇型液晶組合物沉積在定向的基板上?？梢允褂美缋L畫技術(shù)或者與人造纖維或其它布料的摩擦可以定向該基板。美國專利No.4974941、5032009、5389698、5602661、5838407和5958293中描述了光取向定向的基板。沉積之后，將膽甾醇型液晶組合物加熱到該組合物的玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上，從而達到液晶相?？梢詫⒃摻M合物冷卻為玻璃態(tài)，并且該組合物保持在液晶相。
可以將膽甾醇型液晶組合物構(gòu)成為在特定的光波長帶寬上基本反射具有一種圓偏振的光(例如左或右偏振光)并且基本透射具有另一種圓偏振的光(例如右或左圓偏振光)。這種特性描述了當正入射到膽甾醇型液晶材料的指向矢時引導的光的反射率或透射率。以其它角度引導的光通常被膽甾醇型液晶材料橢圓偏振，并且布拉格反射峰值典型地從其軸上波長開始發(fā)生藍色偏移。如下所述，膽甾醇型液晶材料的特征通常就正入射光而言表現(xiàn)出來，然而應當理解使用已知的技術(shù)可以確定這些材料對于非正入射光的響應。
通過在基板上放置至少一種膽甾醇型液晶材料能夠形成光學體?；宓谋砻?例如所提供的作為部分基板的取向?qū)颖砻?具有能夠提高或者提供放置于其上的膽甾醇型液晶材料的取向均勻性的表面取向特征。表面取向包括在該表面處生成液晶材料指向矢的取向的任意表面特征。通過多種不同的方法可以生成表面取向特征，其中這些方法包括例如基板的單向摩擦、拉伸基板，或者利用光對光可聚合材料進行光取向。
基板能夠為包括多種膽甾醇型液晶化合物的光學體或結(jié)構(gòu)的沉積或形成提供基礎(chǔ)。該基板在制造或使用或這兩個過程期間能夠作為結(jié)構(gòu)支撐部件。該基板可以對光學體工作的波長范圍透光。基板的實例包括三乙酸纖維素(TAC，可以從例如Fuji Photo Film Co.，Tokyo，Japan；Eastman Kodak Co.，Rochester，NY購得)，SollxTM(可以從General Electric Plastics，Pittsfield，MA購得)，以及聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在一些實施例中，該基板是非雙折射的(non-bifringent)。
該基板可以具有不只一層。在一個實施例中，該基板包含取向?qū)?，該取向?qū)泳哂心軌蚴狗胖迷谌∠驅(qū)由系囊壕ЫM合物定位在相當均勻的方向上的表面?？梢岳脵C械或者化學方法制造取向?qū)?。制造取向?qū)拥臋C械方法包括例如在希望的取向方向上摩擦或拉伸聚合物層。例如，通過在希望的取向方向上摩擦該膜可以取向聚乙烯醇、聚酰胺和聚酰亞胺膜。能夠通過拉伸取向的膜包括例如聚乙烯醇、聚烯烴、聚酯和聚苯乙烯，所述聚烯烴為例如聚乙烯或者聚丙烯，所述聚酯例為如聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚萘二甲酸乙二醇酯。該聚合物膜可以是均聚物、共聚物或者聚合物的混和物。
可以利用光化學方法形成取向?qū)印＠缛缑绹鴮＠鸑o.4974941、5032009和5958293中描述的，通過利用相對于希望的取向方向線偏振的光(例如紫外光)照射或者各向異性地吸收置于媒質(zhì)中或者基板上的分子，光可定向聚合物就可以形成取向?qū)印＿m當?shù)墓饪啥ㄏ蚓酆衔锇ň埘啺?，其包括例如取代?，4-苯二胺。
另一類光取向材料可以用于形成取向?qū)印＿@些聚合物在存在沿著或者垂直于偏振紫外光電場矢量方向的偏振紫外光的情況下有選擇性地反應，該聚合物一旦發(fā)生反應就表現(xiàn)出取向液晶組合物或材料。例如在美國專利No.5389698、5602661和5838407中描述了這些材料的實例。
如美國專利No.6001277中所述，可光致異構(gòu)化合物也適于光取向，例如偶氮苯衍生物。也可以通過涂敷某些類型的易溶(lyotropic)分子來形成取向?qū)?，該分子由于涂敷過程中施加的剪切而定向。例如在美國專利No.6395354中描述了這種類型分子。
可以將光學體與其它的光或物理元件組合。在一個實施例中，可以使用粘合劑將三乙?；w維素(TAC)膜附著于光學體上。在另一實施例中，利用基板或者其它聚合物膜可以形成層壓制品。在一個實施例中，可以將TAC或者四分之一波膜層壓到基板上。任選地，可以將TAC或者四分之一波膜層壓到包含膽甾醇型液晶材料的層上。四分之一波膜可以將透射的圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光。在通過四分之一波膜之后，圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，其偏振軸與四分之一波膜的光軸成+或-45度角，其方向由特定的圓偏振態(tài)確定。在另一實施例中，該基板自身可以是四分之一波膜。
膽甾醇型液晶層可以單獨使用或者與其它層或器件組合使用，來形成光學體，例如反射偏振片。膽甾醇型液晶偏振片用于一種類型的反射偏振片中。膽甾醇型液晶偏振片的螺距與多層反射偏振片的光學層厚度相似。螺距和光學層厚度分別確定了膽甾醇型液晶偏振片和多層反射偏振片的中心波長。膽甾醇型液晶偏振片的旋轉(zhuǎn)指向矢形成了與具有相同光學層厚度的多層反射偏振片中的多個層相似的光學重復單元。
該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近似為λ0＝0.5(no+ne)p其中no和ne為該膽甾醇型液晶對于平行于液晶指向矢偏振的光的折射率(ne)和對于垂直于液晶指向矢偏振的光的折射率(no)。光譜帶寬Δλ約為Δλ＝2λ0(ne-no)/(ne+no)＝p(ne-no)。
當該材料的雙折射率(ne-no)≤2時，膽甾醇型液晶組合物的光譜帶寬或者寬度(在半峰值高度處測量的全寬度)通常為100nm或更小。當希望得到在整個可見光范圍(400到750nm)或者大體大于100nm的其它波長范圍上的反射性時，這就限制了膽甾醇型液晶聚合物的有效性。
為了使反射偏振片能夠反射寬范圍的波長，可以使用多個螺距長度。通過層壓或者疊置兩個獨立形成的膽甾醇型液晶涂層預先形成了寬帶膽甾醇型液晶偏振片，每個涂層置于單獨的基板上，具有不同的螺距(例如具有不同的組分，例如不同重量比的手性和向列型液晶組分)。每層具有不同的螺距，因此反射具有不同波長的光。
利用足夠多的層，可以構(gòu)建反射大部分可見光光譜的偏振片。因為每層反射不同范圍的光，所以這些結(jié)構(gòu)趨向于具有非均勻的透射或反射光譜。在構(gòu)建過程中通過使液晶在各層之間擴散而在一定程度上提高均勻性?？梢约訜徇@些層以將一些液晶材料在各層之間擴散。這會在各個層之間產(chǎn)生平均的螺距。
然而，這種方法需要大量的處理步驟，包括獨立形成每層(例如單獨干燥或固化每層)，疊置(例如層壓)各層，然后加熱各層以使液晶材料在兩層之間擴散。這還需要大量的處理時間，尤其是考慮到在兩個預先形成的液晶層之間的擴散所需的時間，該液晶層典型地具有聚合特性。
已經(jīng)開發(fā)了制造膽甾醇型液晶光學體的新技術(shù)。這些技術(shù)包括溶劑和材料選擇以促進在基板上由單獨的涂層組合物形成兩個或多個膽甾醇型液晶層。
形成膽甾醇型液晶體的新方法包括由單獨的涂層組合物形成兩個或多個膽甾醇型液晶層，每個膽甾醇型液晶層可以具有不同的光學特性。在利用涂層組合物涂敷了基板之后，可以在涂層組合物內(nèi)形成第一和第二層。將第一和第二層轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠蚰戠薮夹鸵壕Р牧匣驅(qū)樱渲忻繉泳哂胁煌墓鈱W特性。單獨的涂層組合物包括一種或多種溶劑以及至少部分可溶于溶劑中的兩種或多種膽甾醇型液晶組合物。
本發(fā)明的方法可以形成任意數(shù)量的具有不同光學特性的奇數(shù)或偶數(shù)個層?？赡懿煌墓鈱W特性包括例如螺距、有效螺距(定義為p[ne+no]/2)以及硬度。
盡管不希望受到任何特定理論的限制，但認為用于由單獨的組合物形成具有不同光學特性的至少兩個層的驅(qū)動力涉及包括兩種或多種膽甾醇型組合物的不相容性。通過chi交互參數(shù)、界面張力、可溶性參數(shù)或者表面張力測量來研究這種不相容性。這些測量中的任意一種有效地使相位分離的液晶材料特性化。為了形成兩個或多個層，通常單獨具有不相容性是不夠的。除了具有不相容膽甾醇型材料之外，那些材料應當形成多層。層的形成可以取決于許多因素，包括但不限于粘度、相變溫度、溶劑相容性、材料的分子量、表面張力差、膽甾醇型液晶相形態(tài)以及組分的溫度。例如，對于上層來講，有利的是其具有比下層更小的表面張力，從而有助于將上層的材料驅(qū)動到上表面。除此之外或者任選地，以足夠高的溫度形成上層是有幫助的，從而使其處于向列相。對于上層來講，在該溫度時具有較小的粘度也是有利的，以便減少發(fā)生相位分離的時間。對于聚合物層而言(可以是下層)，具有足夠低的粘度以提供更高的組分活動性也是有效的。面間表面區(qū)域的固定和變形可以是形成該層的驅(qū)動力。如果需要，可以通過控制其組合物、分子量、溫度、溶劑平衡、增塑劑含量或者其任意組合來實現(xiàn)聚合物的低粘度。
可以利用其它處理、材料或者處理條件來促進層的形成。例如，如果將兩種具有不同相容性的不同溶劑作為膽甾醇型材料，當一種溶劑蒸發(fā)時，一種材料會形成一層，而另一種材料仍在溶液中。或者，可以使用向列轉(zhuǎn)變溫度完全不同的材料，因此一種材料處于其(較)低粘度向列相，而另一種材料處于更粘的無定形相。任選地，能夠固化可以提高其粘度并且迫使第二種材料到達表面的一種材料。也可以使用分子量差。如果形成分子量不同的兩種不兼容膽甾醇型聚合物，那么它們通常將具有完全不同的粘度，這通常會促進層的形成。在形成層的處理過程中溫度也可以變化。首先，該溫度可以在一種膽甾醇型化合物的向列轉(zhuǎn)變溫度以上，但是小于第二種膽甾醇型化合物的向列轉(zhuǎn)變溫度。這將有助于第一種材料形成膽甾醇型相位層。然后，可以將該溫度提高到第二種膽甾醇型化合物的向列轉(zhuǎn)變溫度以上，使得材料將形成其膽甾醇型相位層。
另一個有幫助的因素可以是當從向列相相對于晶相冷卻時，膽甾醇型組合物形成了玻璃(過冷的液晶相)。使用膽甾醇型聚合物取代單體有助于促進玻璃的形成。形成玻璃的一種可選方案是快速固化單體，同時它們?nèi)蕴幱谄浞謱幽戠薮夹拖?溫度升高時)，這有助于保持兩個層的向列相。
在一個實施例中，第一膽甾醇型液晶組合物包括手性液晶聚合物或者手性與非手性液晶聚合物的混和物；第二膽甾醇型液晶組合物包括手性液晶單體或者手性與非手性液晶單體的混和物。第一膽甾醇型液晶組合物可以部分地或者完全聚合。第一膽甾醇型液晶組合物可以形成熱塑層。第二膽甾醇型液晶組合物可以進行交聯(lián)以形成膽甾醇型液晶材料?？梢赃M一步固化第二膽甾醇型液晶組合物。應當理解，用于第一和第二液晶組合物的材料是可以互換的，并且可以實現(xiàn)一種膽甾醇型材料與另一種膽甾醇型材料的分離的材料或溶劑的任意組合均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
可以使用任意的技術(shù)，例如任意的涂層技術(shù)將涂層組合物置于基板上。從該涂層組合物中去除至少一部分溶劑會使第一膽甾醇型液晶組合物與第二膽甾醇型液晶化合物分離。由單獨的涂層混和物或組合物構(gòu)成的每層可以由一種膽甾醇型液晶組合物的絕大部分構(gòu)成，從而提供具有唯一光學特性的每個獨立層。
可以在第一膽甾醇型液晶層與第二膽甾醇型液晶層之間的界面處形成過渡區(qū)域。第一膽甾醇型液晶化合物濃度梯度可以形成在第二膽甾醇型液晶層中，其中整個過渡區(qū)域的該濃度梯度改變。同樣，第二膽甾醇型液晶化合物濃度梯度可以形成在第一膽甾醇型液晶層中，其中整個過渡區(qū)域的該濃度梯度改變。利用單獨的涂層組合物和處理形成至少兩個不同膽甾醇型液晶層的能力減少了形成光學體所需的處理步驟的復雜性和數(shù)量。
在一個實施例中，加熱能夠去除溶劑以及使膽甾醇型液晶層退火或取向。任選地，能夠獨立地去除溶劑和退火。該膽甾醇型液晶層以不同螺距或者有效螺距取向，從而覆蓋了寬范圍的光譜。
可以將包括單獨的膽甾醇型液晶組合物的第二涂層組合物置于第一和第二膽甾醇型液晶層上。三層中的每一層可以在熱塑材料與交聯(lián)材料之間交替。
任選地，第二涂層組合物具有與上述第一涂層組合物相似或者不同的組合物和特性以及生成至少兩個膽甾醇型液晶層(如上對于第一涂層組合物所述)的能力，可以將第二涂層組合物施加到第一和第二膽甾醇型液晶層。每層的螺距可以是不同的，從而覆蓋可見光光譜。第二涂層組合物可以提供置于第一和第二膽甾醇型液晶層上的第三和第四膽甾醇型液晶層。四層中的每一層可以在熱塑材料與交聯(lián)材料之間交替。
第一或第二膽甾醇型液晶組合物可以包括除了能聚合外還能交聯(lián)的反應單體材料。這種反應單體材料可以是反應手性單體，在一些實施例中是膽甾醇型液晶化合物、膽甾醇型液晶聚合物的前體或者手性化合物。例如，該反應單體材料可以是例如二(甲基)丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、雙環(huán)氧化物、聯(lián)乙烯、二烯丙基醚或者其它反應材料。這就“固定”了(多個)膽甾醇型液晶層，并且防止或者基本上減少了材料在這些層中的任何移動。
這種方法和結(jié)構(gòu)相比先前的技術(shù)具有優(yōu)勢，其中連續(xù)并且獨立地形成了每個層，然后使用熱引發(fā)擴散來混和部分膽甾醇型液晶聚合物層。在這些現(xiàn)有技術(shù)中，所得到的產(chǎn)品將繼續(xù)經(jīng)歷在不同組合物的各層之間隨時間的擴散，特別是將該產(chǎn)品用于會產(chǎn)生大量熱的用途時，例如許多顯示用途。這種連續(xù)的擴散導致了該產(chǎn)品的光學特性隨時間的變化。
相反，本文中所述的用于交聯(lián)(多個)膽甾醇型液晶層的技術(shù)提供了通過提高分子量并且減少可移動單體材料的擴散或移動的有效性來顯著減少或防止交聯(lián)之后的進一步移動的方法。因此，所得到的光學體的光學特性隨時間基本上是穩(wěn)定的，并且可以用于制造壽命更長、更可靠的產(chǎn)品。此外，當?shù)谝荒戠薮夹鸵壕ЫM合物不能與第二膽甾醇型液晶組合物相容時，由于去除了溶劑，它們趨向于試圖相互遠離地移動，因此不相容性影響和交聯(lián)提供了一種隨時間基本上穩(wěn)定的光學體并且可以用于制造與現(xiàn)有技術(shù)的光學體相比壽命更長、更穩(wěn)定的產(chǎn)品。
使用多種技術(shù)和設(shè)備可以實施上述方法。圖1表示了用于實現(xiàn)在基板上利用單獨的涂層組合物形成兩個膽甾醇型液晶層的適當方法和設(shè)備的實例。涂層設(shè)備100包括將基板200傳送通過第一涂層給料器104的載體(例如傳送帶或者滑動平臺)。任選地，該基板200可以是通過使用驅(qū)動輥而拉過該設(shè)備100的連續(xù)網(wǎng)。使用用于移動基板200以及一個或多個涂層的驅(qū)動輥或者類似機構(gòu)就能夠不需要位于基板200下的載體102。第一涂層組合物202通過第一涂敷頭106分配到基板200上。可以使用任意的涂層技術(shù)，包括例如刮涂、棒涂(bar coating)、槽涂(slot coating)、凹版涂敷、輥涂、噴涂或者淋涂。在一個實施例中，第一涂層組合物202包括溶劑和兩種或多種可以至少部分溶于溶劑中的膽甾醇型液晶組合物。
在一個實施例中，第一膽甾醇型液晶組合物包括手性液晶聚合物或者手性和非手性液晶聚合物的混和物；第二膽甾醇型液晶組合物包括手性液晶單體或者手性和非手性液晶單體的混和物。第一膽甾醇型液晶組合物可以部分或者完全聚合。第一膽甾醇型液晶組合物可以形成熱塑層。第二膽甾醇型液晶組合物可以聚合以形成膽甾醇型液晶材料。第二膽甾醇型液晶組合物可以形成交聯(lián)層。
第一涂層組合物202和基板200能夠穿過干燥爐108以去除溶劑。從涂層組合物202中去除至少一部分溶劑使得第一膽甾醇型液晶組合物與第二膽甾醇型液晶組合物相分離，從而形成第一層206和第二層204。
第一涂層組合物202和/或第一層206和第二層204以及基板200能夠穿過固化臺110，該固化臺包含例如熱或光源，從而使第一涂層組合物和/或第一層206和第二層204(部分或者完全)固化，前提是該組合物202和/或第一層206和第二層204包含可固化組分并且希望在這步處理時將這些組分固化。該固化臺110可以相對于基板200的位置放置在一個或多個不同位置上。
圖2到3表示了由圖1所示的方法的不同階段。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖2所示，將第一涂層組合物202施加到基板200上。第一涂層組合物202在適當?shù)娜軇┲邪ǖ谝荒戠薮夹鸵壕ЫM合物(例如聚合液晶組合物)和第二膽甾醇型液晶組合物(例如單體液晶組合物)，上述兩種組合物在形成混和物的溶劑中是相容或者可溶解的，而當從該混和物中去除了溶劑時是不相容或者不可溶解的。
圖3表示了所形成的光學體，其中在干燥108和/或固化110之后，第一膽甾醇型液晶組合物已經(jīng)與第二膽甾醇型液晶組合物分開。第一膽甾醇型液晶組合物可以形成置于基板200上的第一層206。第二膽甾醇型液晶組合物可以形成置于第一層206上面的第二層204。第一層206和第二層204可以具有相同或不同的厚度。通過控制以下變量中的一個可以預先確定每層206、204的相對厚度例如通過選擇材料、材料的相對量；溫度、粘性、聚合物分子量或者這些變量的組合。第一層206和第二層204的厚度可以是任意的厚度。例如，第一層206和第二層204的厚度對于可見光而言可以是從1到10微米或者2到5微米或者3到4微米中獨立選擇的，而對于IR光可以更厚。
第一層206可以包含膽甾醇型液晶組合物，一旦取向，其覆蓋了第二層204不能覆蓋的一部分光譜。例如，第一層206可以反射紅色、藍色、綠色或者黃色可見光，第二層204可以反射不能被第一層206反射的顏色的可見光。具體而言，第一層206可以反射藍色可見光，第二層204可以反射紅色可見光。
圖4表示了利用兩種涂層組合物來形成三個膽甾醇型液晶層的適當方法和設(shè)備的實例?？梢孕纬梢勒請D1所述的最初的兩個膽甾醇型液晶層；第二涂層給料器112然后通過第二涂敷頭114將第二涂層組合物301分配到第二層204上。同樣可以使用任意的涂敷技術(shù)。在一個實施例中，第二涂層組合物301包括溶劑和第三膽甾醇型液晶組合物。
第二涂層組合物301和基板200可以穿過干燥爐116以去除溶劑，從而形成第三層303。第二涂層組合物301和/或第三層303以及基板200能夠穿過包含例如熱或光源的固化臺118，從而(部分或者完全)聚合第二涂層組合物和/或第三層303，前提是該組合物302和/或第三層306包含可固化組分，并且希望在這個處理階段對這些組分進行固化。該固化臺118可以相對于基板200、第二涂層組合物302、和/或第三層306以及第四層304的位置放置在一個或多個不同位置上。
第二涂層組合物301可以包含膽甾醇型液晶組合物，一旦取向，該組合物就會覆蓋最初的兩個層204、206所不能覆蓋的一部分光譜。例如，第三層303可以反射紅色、藍色、綠色或者黃色可見光，第二層204可以反射不能被第三層303反射的顏色的可見光，第一層206可以反射不能被第三層303或者第二層204反射的顏色的可見光。具體而言，第一層206可以反射藍色可見光，第二層204可以反射紅色可見光，第三層303可以反射綠色可見光。
圖5到6表示了圖4所示的方法的不同階段。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖5所示，將第二涂層組合物301施加到基板200上的第一層206和第二層204上。第二涂層組合物301在適當?shù)娜軇┲邪ǖ谌戠薮夹鸵壕ЫM合物，例如可溶于該溶劑中的聚合或單體液晶材料。圖6表示了在取向了第三膽甾醇型液晶組合物之后的第三層303。
圖7表示了利用兩種涂層組合物來形成四個膽甾醇型液晶層的適當方法和設(shè)備的實例?？梢孕纬梢勒請D1所述的最初的兩個膽甾醇型液晶層；第二涂層給料器112然后通過第二涂敷頭114將第二涂層組合物302分配到第二層204上。同樣可以使用任意的涂敷技術(shù)。在一個實施例中，第二涂層組合物302包括溶劑和至少部分溶于該溶劑的兩種或多種膽甾醇型液晶化合物。
在一個實施例中，第三膽甾醇型液晶組合物包括手性液晶聚合物或者手性和非手性液晶聚合物；第四膽甾醇型液晶組合物包括手性液晶單體或者手性和非手性液晶單體的混合物。第三膽甾醇型液晶組合物可以部分或完全聚合。第三膽甾醇型液晶組合物可以形成熱塑層。第四膽甾醇型液晶組合物可以固化或交聯(lián)，從而形成膽甾醇型液晶材料。第四膽甾醇型液晶組合物可以形成交聯(lián)層。
第三涂層組合物302和基板200可以穿過干燥爐116以去除溶劑。從涂層組合物302中去除至少一部分溶劑造成第三膽甾醇型液晶組合物與第四膽甾醇型液晶組合物分離，從而形成第三層306和第四層304。
第二涂層組合物302和/或第三層306以及第四層304和基板200可以穿過包含例如熱或光源的固化臺118，從而(部分或者完全)固化第二涂層組合物和/或第三層306和第四層304，前提是該組合物302和/或第三層306以及第四層304包含可固化組分，并且希望在這個處理階段對這些組分進行固化。該固化臺118可以相對于基板200的位置放置在一個或多個不同位置上。
第二涂層組合物302可以包含膽甾醇型液晶化合物，一旦取向，該化合物就會覆蓋最初的兩個層204、206不能覆蓋的一部分光譜。
在完成了希望得到的程度的傳質(zhì)之后，可以使用包括例如光或熱源的固化臺118完全固化該涂層組合物。在一個實施例中，如上所述，該涂層組合物包括能夠交聯(lián)這些材料的材料，從而將膽甾醇型液晶材料“固定”在該層內(nèi)。
圖8到9表示了圖7所示的方法的不同階段。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖8所示，將第二涂層組合物302施加到基板200上的第一層206和第二層204上。第二涂層組合物302在適當?shù)娜軇┲邪ǖ谌戠薮夹鸵壕ЫM合物，例如聚合液晶組合物，和第四膽甾醇型液晶組合物，例如單體液晶組合物，這兩種組合物在形成溶液的溶劑中是相容并且可溶解的，而當從溶液中去除溶劑時是不相容且不可溶解的。
圖9表示了所形成的光學體，其中在干燥116和固化118之后已經(jīng)將第三膽甾醇型液晶組合物與第四膽甾醇型液晶組合物分開。第三膽甾醇型液晶組合物可以形成置于第二層204上的第三層306。第四膽甾醇型液晶組合物可以形成置于第三層306上的第四層304。
第二涂層組合物302可以包含膽甾醇型液晶組合物，一旦取向，該組合物會覆蓋最初的兩個層204、206所不能覆蓋的一部分光譜。例如，第四層304可以反射紅色、藍色、綠色或者黃色可見光，第三層306可以反射不能被第四層304反射的顏色的可見光。具體而言，第一層206可以反射藍色可見光，第二層204可以反射紅色可見光，第三層306可以反射綠色可見光，第四層304可以反射黃色可見光。
第三層306和第四層304可以具有如上所述的相同或者不同的厚度。
還可以控制基板200的速度，從而改變爐108/116或者固化臺110/118進行處理的持續(xù)時間。爐108/116的處理持續(xù)時間可以是任意長度的時間，例如1到30分鐘、或者1到15分鐘、或者3到10分鐘、或者3到6分鐘。爐溫可以足夠高，從而蒸發(fā)溶劑或者高于向列轉(zhuǎn)變溫度，并且可以足夠低，從而防止光學體內(nèi)材料的降解。爐溫可以是至少75℃或者從80℃到140℃、或者從100℃到120℃。
從單獨的層到兩個分開的層中傳質(zhì)的速率取決于多種因素，包括例如用于每種組合物中的特定材料、這些組合物中材料的百分比、材料的分子量、該組合物的溫度、剩余溶劑、該組合物的粘性、每種組合物的聚合程度。通過控制這些變量中的一個或多個可以獲得希望得到的傳質(zhì)速率，例如通過選擇材料、溫度、粘性、聚合物分子量或者這些變量的任意組合。該涂層組合物可以置于爐108/116中或者其它的加熱單元中，從而提高相互分離的液晶組合物到兩個分開的不同層中的傳質(zhì)速率，以及溶劑離開涂層組合物202、302的傳質(zhì)速率。如果需要，這種爐可以用于從涂層組合物中部分或者完全去除溶劑。
圖1到9所示的設(shè)備和方法可以改變?yōu)檫B續(xù)地在基板上涂敷多于兩種涂層組合物。例如，可以將附加的涂層給料器、爐或者光源添加到該設(shè)備中。此外，可以增加或減少爐或者固化臺的數(shù)量，從而優(yōu)化形成光學體的整個過程。
例如，根據(jù)本文中所述的方法和結(jié)構(gòu)可以形成寬帶反射偏振片。這種寬帶反射偏振片可以基本上均勻地(例如變化不超過10％或5％)反射波長范圍為100nm、200nm或300nm或更大的一種偏振的光。尤其是，可以形成一種寬帶反射偏振片，其基本上均勻地反射可見光波長范圍(例如400到750nm)的一種偏振的光。
該膽甾醇型液晶光學體可以用于多種光學顯示器和其它用途中，包括透射(例如背光)、反射和半透反射式顯示器。例如，圖10表示了一種示例性背光顯示系統(tǒng)400的示意橫截面圖，該系統(tǒng)包括顯示媒質(zhì)402、背光片404、如上所述的膽甾醇型液晶反射偏振片408以及光學反射片406。該顯示系統(tǒng)任選地包括四分之一波片，其作為膽甾醇型液晶反射偏振片的一部分或者獨立的組件，以將來自液晶反射偏振片的圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏陣光。觀察者位于與背光片404相對的該顯示設(shè)備402的一側(cè)。
顯示媒質(zhì)402通過透射從背光片404發(fā)射的光來向觀察者顯示信息或圖像。顯示媒質(zhì)402的一個實例是僅透射一種偏振態(tài)的光的液晶顯示器(LCD)。
提供用于觀察該顯示系統(tǒng)400的光的背光片404包括例如光源416和導光片418，但也可以使用其它的背光系統(tǒng)。盡管圖10所示的導光片418通常具有矩形橫截面，但是背光可以使用具有任意適當形狀的光導。例如，該導光片418可以是楔形的、槽形的、偽楔形(pseudo-wedge)的等等。首先要考慮的是導光片418能夠從光源416接收光并且發(fā)射該光。因此，該導光片418可以包括背反射片(例如任選的反射片406)、提取機構(gòu)和其它組件以實現(xiàn)希望的功能。
反射偏振片408是包括如上所述的至少一個膽甾醇型液晶光學體的光學膜。提供該反射偏振片408以基本上透射從導光片418出射的一種偏振態(tài)的光，并且基本上反射從導光片418出射的不同偏振態(tài)的光。
圖11是一種反射液晶顯示器500的示意圖。這種反射液晶顯示器500包括顯示媒質(zhì)508、膽甾醇型液晶反射偏振反射鏡504、吸光背層506以及吸收偏振片502。該液晶顯示器500任選地任選地包括波片，其作為膽甾醇型液晶反射偏振片504的一部分或者作為獨立的部件，以將來自液晶設(shè)備的混和偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當偏振的光。
液晶顯示器500首先由吸收偏振片502使光510偏振。然后，該偏振光傳播通過顯示媒質(zhì)508，其中該光的圓偏振組分中的一種從膽甾醇型液晶反射偏振反射鏡504反射并且反向穿過顯示媒質(zhì)508和吸收偏振片502。其它的圓偏振組分穿過膽甾醇型液晶反射偏振片504并被背層506吸收。這種反射液晶顯示器500的反射偏振片504包括一種如上所述的膽甾醇型液晶光學體。對于膽甾醇型液晶光學體的具體選擇可以取決于諸如成本、尺寸、厚度、材料和感興趣的波長范圍之類的因素。
圖12是一種半透反射式液晶顯示器600的示意圖。這種半透反射式液晶顯示器600包括相位延遲顯示媒質(zhì)608、部分反射鏡603、膽甾醇型液晶反射偏振反射鏡604、背光片606和吸收偏振片602。該顯示系統(tǒng)任選地包括波片，作為膽甾醇型液晶反射偏振片604的一部分或者作為獨立的部件，以將來自液晶設(shè)備的混和偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當偏振的光。在反射模式中，吸收偏振片602使明亮的環(huán)境光610偏振，其傳播通過顯示媒質(zhì)608，從部分反射鏡603反射并且反向穿過顯示媒質(zhì)608和吸收偏振片602。在暗環(huán)境光情況下，激勵該背光片606，并且光有選擇性地穿過膽甾醇型偏振片604，其適于向顯示器提供適當偏振的光。手性相反的光反向反射、循環(huán)并且有選擇性地穿過膽甾醇型偏振片604，從而有效地提高背光亮度。這種反射液晶顯示器600的反射偏振片包括一種如上所述的膽甾醇型液晶光學體。對于膽甾醇型液晶光學體的具體選擇可以取決于諸如成本、尺寸、厚度、材料和感興趣的波長范圍之類的因素。
可以將膽甾醇型液晶光學體與多種其它的組件和膜結(jié)合使用，從而為液晶顯示器提高和提供其它特性。這種組件和膜包括例如亮度增量膜、包括四分之一波片和膜的延遲片、多層或連續(xù)/分散相位反射偏振片、金屬化背反射片、棱鏡背反射片、漫反射背反射片、多層介電背反射片以及全息背反射片。
實施例實例1為涂敷過程準備涂層溶液。使用0.27g的Vazo52(可以從Dupont，Wilmington，DE購得)作為熱引發(fā)劑，將7.62g的4-(2-丙烯酰氧基-乙氧基)-苯甲酸4′-氰基-聯(lián)苯-4-基酯與0.74g的LC756在25.1g 1，3-二氧雜環(huán)戊烷(可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)中聚合。該反應在60℃下持續(xù)16個小時。然后將該溶液與6g環(huán)己酮(可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)、12.2g LC242、0.53g LC756、2.0g 4，4’-羥基聯(lián)苯腈(可以從AldrichChemical Co.，Milwaukee，WI購得)和45.8g 1，3-二氧雜環(huán)戊烷(可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)組合。
歐洲專利申請公報No.834754中描述了4-(2-丙烯酰氧基-乙氧基)-苯甲酸4′-氰基-聯(lián)苯-4-基酯的制備。4-(2-丙烯酰氧基-乙氧基)-苯甲酸4′-氰基-聯(lián)苯-4-基酯的結(jié)構(gòu)是 化合物LC756(PaliocolorTMLC756可以從BASF購得)和化合物LC242(PaliocolorTMLC242)是可以從BASF Corp.(Ludwigshafen，Germany)購得的液晶單體。VazoTM52(Dupont，Wilmington，Del.)是用作自由基引發(fā)劑的可熱分解的取代的偶氮腈化合物。
使用繞線棒將該溶液涂敷在100微米PET基板(可以從3M，St.Paul，MN購得的ScotchpakTM)上，從而產(chǎn)生4微米厚的干燥涂層。
最后，將LambdaTM900分光光度計(Perkin Elmer，Santa Clara，Calif.)用于測量光學體的光學性能。將四分之一波膜置于涂層前，將標準線偏陣片置于光路中，并且測量400nm到700nm范圍通過該涂層的透射率。旋轉(zhuǎn)該偏振片，從而產(chǎn)生交叉偏振，然后測量透射率。觀察兩個消光峰值。圖13中表示了對于所測波長范圍的透射率結(jié)果。
實例2為涂層過程準備涂層溶液。使用0.29g的Vazo52(可以從Dupont，Wilmington，DE購得)作為熱引發(fā)劑，將8.21g的4-(2-丙烯酰氧基-乙氧基)-苯甲酸4′-氰基-聯(lián)苯-4-基酯與0.80g的LC756在27.1g 1，3-二氧雜環(huán)戊烷(可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)中聚合。該反應在60℃下持續(xù)16個小時。然后將該溶液與15g環(huán)己酮(可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)、15.4g LC242、0.64g LC756、2.24g 4’-羥基-1，1’-聯(lián)苯-4-腈(可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)、27.1g 1，3-二氧雜環(huán)戊烷(可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)、0.11g丁基化羥基甲苯(BHT可以從Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI購得)、0.28g Irgacure819(可以從Ciba Geigy，Hawthorne，NY購得)和0.84g丙烯酸苯乙酯(可以從Polysciences，Warrington，PA購得)組合。
使用繞線棒將該溶液涂敷在100微米PET基板上，從而產(chǎn)生5微米厚的干燥涂層。在110℃下干燥該涂層1分鐘，然后在120℃下干燥12分鐘，從而形成光學體。使用FusionTMD燈UV固化已干燥的涂層。光量約為1J/cm2。
最后，將LambdaTM900分光光度計(Perkin Elmer，Santa Clara，Calif.)用于測量光學體的光學性能。將四分之一波膜置于涂層前，將標準線偏陣片置于光路中，并且測量400nm到700nm范圍通過該涂層的透射率。相對于四分之一波膜旋轉(zhuǎn)線偏陣片+45°和-45°測量透射率，從而得到平行和交叉偏振結(jié)果。圖14中表示了對于所測波長范圍的透射率結(jié)果。
不應視為將本發(fā)明限制為上述的特定實例，而應當理解成覆蓋了所附權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的所有方面。通過回顧以上的說明書，對于本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，各種修改、等同物處理以及可以應用本發(fā)明的多種結(jié)構(gòu)都是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種制造光學體的方法，該方法包括以下步驟將混和物涂敷在基板上，該混和物包括第一膽甾醇型液晶組合物、第二膽甾醇型液晶組合物、和溶劑；其中該第一膽甾醇型液晶組合物不同于第二膽甾醇型液晶組合物；并且由該混和物在基板上形成第一層和第二層；其中第一層包括第一膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第二層包括第二膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括將第一膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谝荒戠薮夹鸵壕Р牧?，并且將第二液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻诙戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將第一和第二膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谝缓偷诙戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括使第一和第二膽甾醇型液晶組合物中至少之一聚合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將第一和第二膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谝缓偷诙戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括使第一和第二膽甾醇型液晶組合物中的至少一種交聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在基板上形成第一層和第二層的步驟包括將第一膽甾醇型液晶組合物與第二膽甾醇型液晶組合物分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在基板上形成第一層和第二層的步驟包括從該混和物中去除至少一部分溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在基板上形成第一和第二層的步驟包括加熱該混和物。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將第一和第二膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谝缓偷诙戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括加熱第一和第二膽甾醇型液晶組合物中至少之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括固化第一或第二膽甾醇型液晶材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括將第二混和物涂敷在第一或第二膽甾醇型液晶材料上，該混和物包括第三膽甾醇型液晶組合物和第二溶劑；其中該第三膽甾醇型液晶組合物不同于第一和第二膽甾醇型液晶組合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括將第二混和物涂敷在第一或第二膽甾醇型液晶材料上，該混和物包括第三膽甾醇型液晶組合物、第四膽甾醇型液晶組合物、和第二溶劑；其中第三膽甾醇型液晶組合物不同于第一、第二和第四膽甾醇型液晶組合物，第四膽甾醇型液晶組合物不同于第一、第二和第三膽甾醇型液晶組合物；以及由第二混和物在第一或第二膽甾醇型液晶材料上形成第三層和第四層；其中第三層包括第三膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第四層包括第四膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕Р牧?，并且將第四液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谒哪戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 14.一種制造光學體的方法，該方法包括以下步驟將混和物和溶劑涂敷在基板上，該混和物包括第一膽甾醇型液晶組合物、第二膽甾醇型液晶組合物；其中該第一膽甾醇型液晶組合物包括膽甾醇型液晶聚合物，第二膽甾醇型液晶組合物包括膽甾醇型液晶單體；由該混和物在基板上形成第一層和第二層；其中第一層包括第一膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第二層包括第二膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括將第一膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谝荒戠薮夹鸵壕Р牧?，將第二液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻诙戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將第一膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谝荒戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括使第一膽甾醇型液晶組合物聚合。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將第二膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻诙戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括使第二膽甾醇型液晶組合物交聯(lián)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中由該混和物在基板上形成第一層和第二層的步驟包括在基板和第二層之間形成第一層。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中由該混和物在基板上形成第一層和第二層的步驟包括在基板和第一層之間形成第二層。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括將第二混和物涂敷在第一或第二膽甾醇型液晶材料上，該混和物包括第三膽甾醇型液晶組合物和第二溶劑；其中第三膽甾醇型液晶組合物包括膽甾醇型液晶聚合物或者膽甾醇型液晶單體并且其不同于第一和第二膽甾醇型液晶組合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進一步包括將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠蚰戠薮夹鸵壕Ы宦?lián)材料上的取向第三膽甾醇型液晶熱塑材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進一步包括將第二混和物涂敷在第一或第二膽甾醇型液晶材料上，該混和物包括第三膽甾醇型液晶組合物、第四膽甾醇型液晶組合物、和第二溶劑；其中第三膽甾醇型液晶組合物包括膽甾醇型液晶聚合物，第四膽甾醇型液晶組合物包括膽甾醇型液晶單體，其中第三膽甾醇型液晶組合物不同于第一、第二和第四膽甾醇型液晶組合物，第四膽甾醇型液晶組合物不同于第一、第二和第三膽甾醇型液晶組合物；并且由第二混和物在第一或第二膽甾醇型液晶材料上形成第三層和第四層；其中第三層包括第三膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第四層包括第四膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進一步包括將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕Р牧?，并且將第四液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谒哪戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括將第三膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻诙戠薮夹鸵壕Ы宦?lián)材料上的取向第三膽甾醇型液晶熱塑材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中將第四膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谒哪戠薮夹鸵壕Р牧系牟襟E包括將第四膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕崴懿牧仙系娜∠虻谒哪戠薮夹鸵壕Ы宦?lián)材料。
27.一種制造光學體的方法，該方法包括以下步驟將混和物涂敷在基板上，該混和物包括多種膽甾醇型液晶組合物和溶劑；其中每種膽甾醇型液晶組合物不同；由該混和物在基板上形成多個層；其中每層包括一種膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進一步包括將多種膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠蚰戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中將包括多種膽甾醇型液晶組合物和溶劑的混和物涂敷在基板上包括將包括第一膽甾醇型液晶組合物、第二膽甾醇型液晶組合物、第三膽甾醇型液晶組合物的混和物和溶劑涂敷在基板上；并且其中由該混和物在基板上形成多個層包括由該混和物在基板上形成第一層、第二層和第三層；其中每層包括一種膽甾醇型液晶組合物的絕大部分；其中第一層包括第一膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第二層包括第二膽甾醇型液晶組合物的絕大部分，第三層包括第三膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，進一步包括將第一膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谝荒戠薮夹鸵壕Р牧?，將第二液晶組合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻诙戠薮夹鸵壕Р牧希⑶覍⒌谌壕ЫM合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠虻谌戠薮夹鸵壕Р牧稀?br> 31.一種由權(quán)利要求1所述的方法制造的產(chǎn)品。
32.一種由權(quán)利要求27所述的方法制造的產(chǎn)品。
全文摘要
制造光學體的方法包括將混和物涂敷在基板上，該混和物包括多種膽甾醇型液晶組合物和溶劑。每種膽甾醇型液晶組合物是不同的。在基板上形成多個層。每層包括一種膽甾醇型液晶組合物的絕大部分。
文檔編號G02F1/1335GK1754109SQ200480004948
公開日2006年3月29日 申請日期2004年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月24日
發(fā)明者理查德·J·波科爾尼, 馬克·D·拉德克利夫, 史蒂夫·D·所羅門松, 特倫斯·D·斯波恩 申請人:3M創(chuàng)新有限公司