專利名稱：用于光學(xué)染料的配向機(jī)構(gòu)的制作方法
用于光學(xué)染料的配向機(jī)構(gòu)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是2004年5月17日提交的美國申請(qǐng)序列號(hào)10/846，603的部分繼續(xù)申請(qǐng)， 其要求2003年7月1日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)60/484，100的權(quán)益，所述文獻(xiàn)的公開內(nèi)容特此引用并入本文。關(guān)于聯(lián)邦資助研究或開發(fā)的聲明不適用。對(duì)序列表的引用不適用。
背景技術(shù)：
本文公開的各種非限制性實(shí)施方案涉及制造接合到光學(xué)基底的至少一部分上的用于光學(xué)染料的配向機(jī)構(gòu)的方法。其它非限制性實(shí)施方案涉及包含用于光學(xué)染料的配向機(jī)構(gòu)的光學(xué)元件，例如但不限于眼用元件。再其它非限制性實(shí)施方案涉及包含至少部分有序化的液晶材料的涂層或片材的用于光學(xué)染料的配向機(jī)構(gòu)。液晶分子由于它們的結(jié)構(gòu)而能夠排序或配向以呈現(xiàn)一個(gè)總體方向。本文關(guān)于材料或結(jié)構(gòu)的排序或配向所用的術(shù)語“總體方向”是指該材料或結(jié)構(gòu)的主要排列或取向。更具體地，由于液晶分子具有桿狀或盤狀結(jié)構(gòu)、剛性長軸和強(qiáng)偶極，因此液晶分子可通過與外力或另一結(jié)構(gòu)相互作用來排序或配向，以使各分子的長軸呈現(xiàn)總體上平行于公共軸的取向。例如，如果對(duì)含液晶分子的無序化流體混合物的液晶盒施加電場或磁場，則基本所有液晶分子的長軸可以相對(duì)于施加的場以一定方向排序。但是，一旦移除該場，分子會(huì)再次自己無規(guī)分布在流體混合物中。也可以用取向表面使液晶分子配向。也就是說，可以將液晶分子施加到已例如通過摩擦、刻槽或光配向法取向的表面上，隨后配向以使各液晶分子的長軸呈現(xiàn)總體上平行于該表面的總體取向方向的取向。如上論述的用取向表面使液晶材料配向通常涉及在液晶材料熔點(diǎn)以上的溫度下使液晶材料在該取向表面上保持一段時(shí)間以使液晶分子自配向。盡管配向所需的時(shí)間取決于若干因素，但一般而言，施加到取向表面上的液晶材料層越厚，將液晶材料完全配向所需的時(shí)間越長。此外，對(duì)一些厚的液晶材料層而言，不可以實(shí)現(xiàn)完全配向。光致變色化合物、二色性化合物和光致變色-二色性化合物可引入涂層、基底或有機(jī)材料，例如聚合物涂層中。當(dāng)光致變色化合物、二色性化合物和光致變色-二色性化合物經(jīng)歷從一種狀態(tài)變成另一種時(shí)，該光致變色化合物、二色性化合物或光致變色-二色性化合物的分子可能經(jīng)歷從第一構(gòu)象態(tài)到第二構(gòu)象態(tài)的構(gòu)象變化。除化合物的顏色和/或偏振能力的改變外，這種構(gòu)象變化還可能造成該化合物占據(jù)的空間量的變化。但是，為使某些光致變色化合物、二色性化合物或光致變色-二色性化合物材料有效配向和/或從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一狀態(tài)，例如從澄清狀態(tài)轉(zhuǎn)變成有色狀態(tài)、從有色狀態(tài)轉(zhuǎn)變成澄清狀態(tài)、從非偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變成偏振狀態(tài)和/或從偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變成非偏振狀態(tài)，該光致變色化合物、二色性化合物或光致變色-二色性化合物必須在足夠靈活的化學(xué)環(huán)境中以使該化合物在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)以足以提供所需響應(yīng)的速率從第一構(gòu)象態(tài)轉(zhuǎn)變成第二構(gòu)象態(tài)。因此，需要新的聚合物材料以進(jìn)一步發(fā)展光致變色、二色性和光致變色-二色性材料和制品。

發(fā)明內(nèi)容
概述本文公開的各種非限制性實(shí)施方案涉及制造用于光學(xué)染料的配向機(jī)構(gòu)的方法和由其制成的配向機(jī)構(gòu)。例如，一個(gè)非限制性實(shí)施方案提供在眼用基底的至少一部分上制造用于光學(xué)染料的配向機(jī)構(gòu)的方法，該方法包括在眼用基底的至少一部分上形成第一至少部分涂層，所述第一至少部分涂層包含具有至少第一總體方向的至少部分有序化的液晶材料；和在所述第一至少部分涂層的至少一部分上形成至少一個(gè)附加的至少部分涂層，所述至少一個(gè)附加的至少部分涂層包含具有與至少所述第一總體方向總體上平行的至少第二總體方向的至少部分有序化的液晶材料。本文公開的其它非限制性實(shí)施方案提供包含至少一種光活性材料，例如，光致變色化合物和光致變色-二色性化合物的聚合物體系。根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，這些聚合物體系可以是相分離性聚合物體系。在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容提供相分離性聚合物體系，其包含含至少第一液晶單體的聚合物殘基的至少部分固化的基體相和含至少一種光活性材料和至少一種液晶材料的客體相。根據(jù)這些非限制性實(shí)施方案，在所述至少第一液晶單體的聚合物殘基的至少部分固化過程中所述客體相的至少一部分與所述基體相的至少一部分分離。所述至少一種光活性材料可選自光致變色化合物和光致變色-二色性化合物。在本文中詳細(xì)描述了所述第一液晶單體和液晶材料的實(shí)例。本公開內(nèi)容的另一非限制性實(shí)施方案提供光學(xué)元件。根據(jù)這些非限制性實(shí)施方案，該光學(xué)元件包含基底和在基底表面的至少一部分上的至少部分層，其中該層包含液晶相分離體系。該液晶相分離體系包含含至少第一液晶單體的聚合物殘基的至少部分固化的基體相和含至少一種光活性材料和至少一種液晶材料的客體相。根據(jù)這些非限制性實(shí)施方案，該光活性材料選自光致變色化合物、二色性化合物和光致變色-二色性化合物。所述基體相的所述第一液晶單體和所述客體相的所述至少一種液晶材料中的至少一種包含具有式I所示結(jié)構(gòu)的含介晶體的化合物
權(quán)利要求
1.相分離性聚合物體系，其包含 至少部分固化的基體相，其包含 至少第一液晶單體的聚合物殘基；和客體相，其包含至少一種選自光致變色化合物和光致變色-二色性的化合物的光活性材料；和至少一種液晶材料，其中至少一部分客體相與至少一部分基體相在所述至少第一液晶單體的聚合物殘基的至少部分固化過程中分離。
2.權(quán)利要求1的相分離性聚合物體系，其中基體相的所述第一液晶單體和客體相的所述至少一種液晶材料中的至少一種包含至少一種具有式I所示結(jié)構(gòu)的含介晶體的化合物
3.權(quán)利要求2的相分離性聚合物體系，其中基團(tuán)介晶體-1和介晶體-2各自獨(dú)立地具有下式所示結(jié)構(gòu)-[S1Ic-[G1-LS2] Jd, -[G2-[S3] Je, -[G3-[S4]f]f, -S5-其中(i)每個(gè)G1、G2和G3在每次出現(xiàn)情況下獨(dú)立地選自二價(jià)基團(tuán)，其選自未取代或取代的芳基、未取代或取代的脂環(huán)族基團(tuán)、未取代或取代的雜環(huán)基團(tuán)及其混合物，其中取代基選自基團(tuán)P、鹵素、C1-C18烷氧基羰基、C1-C18烷基羰基、C1-C18烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、 全氟(C1-C18)烷基氨基、二-(全氟(C1-C18)烷基)氨基、C1-C18乙?；?、C3-Cltl環(huán)烷基、C3-C10 環(huán)烷氧基、被氰基、商素或C1-C18烷氧基單取代或被商素多取代的直鏈或支鏈C1-C18烷基， 和包含下式-M(T)(H)和-M(OT)(H)之一的基團(tuán)，其中M選自鋁、銻、鉭、鈦、鋯和硅，T選自有機(jī)官能基團(tuán)、有機(jī)官能烴基、脂族烴基和芳族烴基，且t是M的化合價(jià)；(ii)c、d、e和f各自獨(dú)立地選自0至20(包括端值)的整數(shù)，d'、e'和f’各自獨(dú)立地為0至4的整數(shù)，條件是d' +e' +f'之和為至少1 ；且每個(gè)S\S2、S3、S4和S5在每次出現(xiàn)情況下獨(dú)立地選自間隔基單元，該間隔基單元選自(A)-(CH2)g-,-(CF2)h-,-Si(CH2)g-或-(Si (CH3)20)h-，其中 g 在每次出現(xiàn)情況下獨(dú)立地選自1至20且h是1至16的整數(shù)，包括端值；(B)-N(Z)-、-C(Z)=C(Z)-、-C(Z) =N-、-C(Z' )2_C(Z' )2_ 或單鍵，其中 Z 在每次出現(xiàn)情況下獨(dú)立地選自氫、C1-Cw烷基、C3-C10環(huán)烷基和芳基且V在每次出現(xiàn)情況下獨(dú)立地選自C1-C18烷基、C3-C10環(huán)烷基和芳基；或(C)-0-、-C (0) -、-C = C-、-N = N-、-S-、-S (0) -、-S (0) (0) -、- (0) S (0) 0_、-0 (0) S (0) 0-或直鏈或支鏈C1-C24亞烷基，所述C1-C24亞烷基是未取代的、被氰基或鹵素單取代或被鹵素多取代；條件是當(dāng)兩個(gè)包含雜原子的間隔基單元連接在一起時(shí)，這些間隔基單元連接以使得雜原子不直接彼此連接，當(dāng)S1和&連接到另一基團(tuán)上時(shí)，它們連接以使得兩個(gè)雜原子不直接彼此連接。
4.權(quán)利要求1的相分離性聚合物體系，其中客體相的所述至少一種液晶材料包含至少一種第二液晶單體的殘基，以使得該客體相是至少部分固化的客體相。
5.權(quán)利要求4的相分離性聚合物體系，其中客體相以比基體相慢的速率至少部分固化。
6.權(quán)利要求4的相分離性聚合物體系，其中客體相通過與基體相不同的聚合引發(fā)方法或不同的聚合機(jī)理至少部分固化。
7.權(quán)利要求4的相分離性聚合物體系，其中所述至少部分固化的客體相的Fischer微硬度低于所述至少部分固化的基體相。
8.權(quán)利要求4的相分離性聚合物體系，其中所述至少部分固化的客體相的Fischer微硬度高于所述至少部分固化的基體相。
9.權(quán)利要求1的相分離性聚合物體系，其中所述至少一種光活性材料在客體相中的動(dòng)力學(xué)比所述至少部分固化的基體相中的光活性材料快。
10.權(quán)利要求1的相分離性聚合物體系，其中使所述至少部分固化的基體相的所述至少第一液晶單體和客體相的所述至少一種液晶材料中的至少一種的至少一部分至少部分有序化。
11.權(quán)利要求10的相分離性聚合物體系，其中使所述至少部分固化的基體相的所述至少第一液晶單體的至少一部分和客體相的所述至少一種液晶材料的至少一部分至少部分有序化以使得所述至少部分固化的基體相的所述至少第一液晶單體的至少部分有序化的部分具有第一總體方向且客體相的所述至少一種液晶材料的至少部分有序化的部分具有與第一總體方向總體上平行的第二總體方向。
12.權(quán)利要求1的相分離性聚合物體系，其中所述至少一種光活性材料適于響應(yīng)至少光化輻射地從第一狀態(tài)切換至第二狀態(tài)和響應(yīng)熱能地返回第一狀態(tài)。
13.權(quán)利要求1的相分離性聚合物體系，其中所述至少部分固化的基體相和客體相中的至少一種進(jìn)一步包含一種或多種選自如下的添加劑液晶、液晶控制添加劑、非線性光學(xué)材料、染料、二色性的染料、配向促進(jìn)劑、動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)劑、光引發(fā)劑、熱引發(fā)劑、表面活性劑、 阻聚劑、溶劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、脫模劑、流變控制劑、流平劑、自由基清除劑、偶聯(lián)劑、傾斜控制添加劑、嵌段或非嵌段聚合物材料或粘附促進(jìn)劑。
14.光學(xué)元件，其包含 基底；和在基底表面的至少一部分上的至少部分層，該層包含液晶相分離的體系，其包含 至少部分固化的基體相，其包含 至少第一液晶單體的聚合物殘基；和客體相，其包含至少一種選自光致變色化合物和光致變色-二色性的化合物的光活性材料；和至少一種液晶材料，其中基體相的所述第一液晶單體和客體相的所述至少一種液晶材料中的至少一種包含具有式I所示結(jié)構(gòu)的含介晶體的化合物
15.權(quán)利要求14的光學(xué)元件，其中使所述至少部分固化的基體相的所述至少第一液晶單體的至少一部分和客體相的所述至少一種液晶材料的至少一部分至少部分有序化以使得所述至少部分固化的基體相的所述至少第一液晶單體的所述至少部分有序化的部分具有第一總體方向，且客體相的所述至少一種液晶材料的至少部分有序化的部分具有與第一總體方向總體上平行的第二總體方向。
16.權(quán)利要求14的光學(xué)元件，其中客體相的所述至少一種液晶材料包含至少一種第二液晶單體的殘基，以使得該客體相是至少部分固化的客體相。
17.權(quán)利要求14的光學(xué)元件，其中該光學(xué)元件選自眼用元件、顯示元件、窗、鏡子和有源和無源液晶盒元件。
18.權(quán)利要求14的光學(xué)元件，其中所述至少部分層適于響應(yīng)至少光化輻射地從第一狀態(tài)切換至第二狀態(tài)和響應(yīng)熱能地返回第一狀態(tài)。
19.權(quán)利要求18的光學(xué)元件，其中所述至少部分層適于在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)中的至少一種中線性偏振至少透過的輻射。
20.權(quán)利要求14的光學(xué)元件，進(jìn)一步包含在基底表面的至少一部分上的一個(gè)或多個(gè)附加的至少部分層，其中所述一個(gè)或多個(gè)附加層選自粘結(jié)層、底漆層、耐磨涂層、硬涂層、保護(hù)涂層、反射涂層、常規(guī)光致變色涂層、抗反射涂層、線性偏振性涂層、圓偏振性涂層、橢圓偏振性涂層、過渡涂層或其組合。
21.制品，其包含至少部分固化的基體相，其包含至少第一液晶單體的聚合物殘基；和客體相，其包含至少一種選自光致變色化合物和光致變色-二色性的化合物的光活性材料；和至少一種第二液晶單體或其殘基，其中基體相的所述第一液晶單體和客體相的所述至少一種第二液晶單體中的至少一種包含至少一種具有式I所示結(jié)構(gòu)的含介晶體的化合物
22.形成液晶相分離性的光致變色、二色性的或光致變色-二色性的聚合物體系的方法，包括提供相分離性聚合物形成組合物，其包含 基體相形成材料，其包含至少第一液晶單體； 客體相形成材料，其包含 至少一種液晶材料；和至少一種選自光致變色化合物和光致變色-二色性的化合物的光活性材料； 使基體相形成材料的所述至少第一液晶單體的至少一部分和客體相形成材料的所述至少一種液晶材料的至少一部分至少部分有序化以使得基體相形成材料的所述至少一種液晶材料的所述至少第一液晶單體的至少部分有序化的部分具有第一總體方向，且客體相形成材料的所述至少一種液晶材料的至少部分有序化的部分具有與第一總體方向總體上平行的第二總體方向；通過聚合誘導(dǎo)的相分離或溶劑誘導(dǎo)的相分離使至少一部分客體相形成材料與至少一部分基體相形成材料分離，其中所述至少一種光活性材料選擇性集中在客體相形成材料中；和至少部分固化至少一部分基體相形成材料以產(chǎn)生至少部分固化的基體相。
23.權(quán)利要求22的方法，其中客體相形成材料的所述至少一種液晶材料選自液晶介晶體和第二液晶單體。
24.權(quán)利要求22的方法，其中基體相的所述第一液晶單體和客體相的所述至少一種液晶材料中的至少一種包含至少一種具有式(I)所示結(jié)構(gòu)的含介晶體的化合物
25.權(quán)利要求22的方法，其中使至少一部分客體相形成材料與至少一部分基體相形成材料分離包括使基體相形成材料的至少所述第一液晶單體的至少一部分至少部分聚合。
26.權(quán)利要求22的方法，其中客體相形成材料的所述至少一種液晶材料是至少一種第二液晶單體，該方法進(jìn)一步包括在使至少一部分客體相形成材料與至少一部分基體相形成材料通過聚合誘導(dǎo)的相分離或溶劑誘導(dǎo)的相分離而分離后使至少一部分客體相至少部分聚合。
27.權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括用液晶相分離性的光致變色、二色性的或光致變色-二色性的聚合物體系涂布基底表面的至少一部分。
28.權(quán)利要求22的方法，其中該相分離性聚合物組合物進(jìn)一步包含至少一種選自以下的添加劑液晶、液晶控制添加劑、非線性光學(xué)材料、染料、二色性的染料、配向促進(jìn)劑、動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)劑、光引發(fā)劑、熱引發(fā)劑、表面活性劑、阻聚劑、溶劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、脫模劑、流變控制劑、流平劑、自由基清除劑、偶聯(lián)劑、傾斜控制添加劑、嵌段或非嵌段聚合物材料或粘附促進(jìn)劑。
29.權(quán)利要求22的方法，其中所述使至少一部分基體相形成材料和至少一部分客體相形成材料至少部分有序化包括使所述部分暴露在磁場、電場、線性偏振的紅外輻射、線性偏振的紫外線輻射、線性偏振的可見光輻射和剪切力中的至少一種下。
全文摘要
本文公開的各種非限制性實(shí)施方案提供相分離性聚合物體系，其包括固化的聚合物液晶基體相和含至少一種光活性材料的客體相，其中客體相在固化過程中與基體相分離。還公開了包括該相分離性聚合物體系的光學(xué)元件，包括眼用元件和其它制品。還公開了形成液晶相分離性光活性聚合物體系的方法。
文檔編號(hào)C09K19/04GK102264865SQ200980153104
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者A·庫瑪, P·C·福勒, 何猛, 徐瑞松, 李晨光, 邵際平 申請(qǐng)人:光學(xué)轉(zhuǎn)變公司