体积光学配向延迟器的制作方法

专利名称：体积光学配向延迟器的制作方法
体积光学配向延迟器 本发明涉及双折射层，其中光轴的方向沿着该层的厚度方向改变，
其包含I):
I)
(i) 具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和
(ii) 具有光可取向基团的单体或低聚物或聚合物，和/或
(Ui)具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物 或聚合物，和
(iv) 和任选地，其它组分；或
II)
(v) 具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物或 聚合物，和
(vi )和任选地，其它组分，
此外，本发明还涉及所述双折射层的制备方法，它的用途和它的 光学組件。
双折射层广泛地用来改变光的偏振态。长久以来，光学延迟器， 例如四分之一波和半波延迟器是双折射层的主要应用，例如用来使线 偏振光的平面旋转90。或将线偏振光转化成圓偏振光，反之亦然。
从几年前开始，用于计算机监视器、TV机或移动式电话的高质量 液晶显示器(LCD )采用大量具有各种光学性能的双折射箔片。取决于 专门应用，LCD中的双折射膜必须改进对比度、亮度、视角或色饱和度。
目前，用于LCD的大多数双折射箔片仍然是拉伸塑料膜。然而，膜 的拉伸不能获得为进一步改进LCD的光学性能所要求的所有复杂光学
性能，因为拉伸仅允许沿着膜幅方向和垂直于膜幅方向改变折射指数。 近年来，具有附加光学性能的经涂覆延迟器已经变成拉伸延迟器的公 认的替换物。经涂覆的延迟器通常基于可交联的液晶材料。此类材料作为单体 涂覆在基材上，该基材具有经改性显示配向能力的表面。在涂覆和干 燥之后，根据配向信息使液晶配向，然后通过暴露到紫外(UV)光中
进行交联。交联的液晶在下文中称为液晶聚合物(LCP)。
在基材上产生配向的最先进技术是刷涂和光配向。刷涂技术是LCD 制造中沿用已久的，但是具有一些缺陷，例如产生灰尘，这要求后续 清洁步骤。另 一个缺陷是在辊对辊制造中可调节配向方向角的有限范 围，这对于某些应用要求各个片材必须加以切割、配向和层压到偏振 器上，而不是辊靠辊直接地层压两个膜。
美国专利号4， 974, 941 (Gibbons等人)描述了一种方法，其中响 应于用合适波长的线偏振光曝光由染料的顺-反异构化引起优选方向。 与如此啄光的表面接触的液晶根据这种优选方向取向。这种取向方法 是可逆的，即通过让该层进一步曝光到第二偏振方向的光中，可以再
次4t转取向方向。
在美国专利号5， 389， 689 ( Chigrinov等人)中描述的可光结构化
取向层的情况下，在暴露于线偏振光期间产生了不可逆各向异性聚合 物网络，它显示液晶的配向性能。此种线性光-聚合的聚合物网络(LPP) 可用于要求稳定、结构化或未结构化液晶取向层的任何地方。
包括与LPP配向层接触的LCP的各向异性膜的层状结构在美国专利 号5, 602，661 (Schadt等人)中进行了描述。采用这种技术，甚至可能 制造由若干取向LCP层构成的多层结构，正如欧洲专利号689 084 (Schadt等人)中所述。
众所周知，除了方位配向之外，倾斜角，即液晶层的光轴相对于 该层平面的倾角通常是必要的。这可以通过在表面上具有倾斜角的LPP 取向层达到，例如欧洲申请号0 756 193 ( Schadt等人)中所公开那样。
通过光配向层配向的上述LCP层的简化在欧洲专利EP l' 090' 325 中进行了公开。该专利描述了一种是液晶并且同时显示光配向功能的 材料。通常，此种材料是光学配向材料与可交联液晶的混合物。此种 材料可以涂覆到不要求显示配向能力的基材上。然后将此种材料的层暴露于线式偏振紫外光中，该紫外光引起属于该材料的可交联液晶配 向。在完成配向过程之后，通过UV交联使该液晶取向固定。通过倾斜 暴露到线偏振紫外光中，可以使双折射层的光轴倾斜。作为相对于通
过配向表面配向的LCP层的差异，如上所述，不但通过该表面而且从材 料大部分内部控制了结合材料中的分子配向。此种材料将在下文中称 为体积光可配向延迟器(VPR)材料。显然，此种材料的优点是层和加 工步骤的数目降低，这可以降低成本和提高生产产率。
因为光电子设备，例如用户光通信，LCD属于快速发展的市场，所 以仍需要改进的质量和功能性和降低成本。本发明为上述层提供了附 加功能性。
因此，本发明涉及双折射层，其中光轴的方向沿着该层的厚度方 向改变，其包含
I)
(i)具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和 (ii )具有光可取向基团，优选还具有可聚合基团的单体或低聚 物或聚合物，和/或
(iii) 具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低 聚物或聚合物
(iv) 和任选地，其它组分，或
II)
(v) 具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚 物或聚合物
(vi )和任选地，其它组分。 在本发明上下文中，可聚合基团涵盖交联的基团。 在本发明上下文中，表述"光可取向基团"是这样的基团，它们如
果被配向光辐射则能够产生优选方向，并因此引起液晶的配向。
在本发明上下文中，配向光是具有可以引发光致配向的波长的光。
优选地，波长在UV-A、 UVB和/或UV/C范围中，或在可见光范围中。哪
种波长是合适的取决于光致配向化合物。更优选，配向光是至少部分线偏振、椭圆偏振，例如环偏振，或 非偏振的，最优选环偏振的，或非偏振的倾斜射出光，或至少部分线 偏振的光。
光可取向基团更优选是各向异性吸收性分子。该各向异性吸收性
分子显示具有不同值的吸收性能，通常在大约150-2000nm的范围内。 通常使用的各向异性吸收性分子具有碳-碳、碳-氮或氮-氮双键。 各向异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-苯基偶氮苯并噻唑、二苯乙烯、1,4-双(2-苯基 乙烯基)苯、4，4'-双(芳基偶氮)二苯乙烯、茈、4，8-二氨基-1，5-萘醌染料、具有与两个芳族环共轭的酮结构部分或酮衍生物的二芳基 酮，例如取代的二苯甲酮、二苯曱酮亚胺、苯腙和或肉桂酸酯。上列 的各向异性吸收性材料的制备是熟知的，例如由Hoffman等人在美国专 利号4， 565，424， J—ones等人在美国专利号4， 401， 369， Cole，Jr.等人 在美国专利号4， 122， 027， Etzbach等人在美国专利号4， 667， 020和 Shannon等人在美国专利号中5， 389， 285所述。
优选的各向异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。
更优选的是芳基偶氮、二苯乙烯、二芳基酮和肉桂酸酯。 各向异性吸收性分子可以在主链聚合物内共价键接，它们可以作
为側链基团与主链共价键接或它们可以作为非键接溶质存在于聚合物中。
聚合物表示例如聚丙烯酸酯、聚曱基丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰 胺酸、聚顺丁烯二酰亚胺、聚-2-氯代丙烯酸酯、聚-2-苯基丙烯酸酯； 未取代的或C,-C6烷基取代的聚丙烯酰胺、聚曱基丙烯酰胺、聚-2-氯丙 烯酰胺、聚-2-苯基丙烯酰胺、聚乙烯醚、聚乙烯基酯、聚苯乙烯衍生 物、聚硅氧烷、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的直链或支链烷基酯；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，其中烷基残基含l-20个碳原子；聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、 聚苯乙烯、聚-4-甲基苯乙烯或它们的混合物。此外，优选的光可取向单体或低聚物或聚合物在美国专利号
5,539,074、美国专利号6， 201， 087、美国专利号6， 107， 427、美国专 利号6， 335， 409和美国专利号6， 632， 909中进行了描述。
液晶单体或预聚物表示包含一个或多个杆状、板状或盘状介晶基 团(即能够引起液晶相行为的基团)的材料或化合物。具有杆状或板 状基团的液晶化合物本领域中还称为棒状液晶。具有盘状基团的液晶 化合物本领域中还称为碟状液晶。包含介晶基团的化合物或材料不一 定必须本身显示液晶相。它们仅在与其它化合物的混合物中，或当介 晶化合物或材料，或它们的混合物聚合时显示液晶相行为也是可能的。
可以用于本发明的具有可交联基团的液晶单体或预聚物例如在以
下文献中进行了公开WO 2005/1 05932 、 WO2005/054406 、 WO 2004/085547 、 WO 2003/027056 、美国专利号2004/0164272 、美国专 利号6746729、美国专利号6733690、 WO 2000/48985、 WO 2000/07975、 WO 2000/04110、 WO2000/05189、 WO 99/37735、美国专利号6395351、 美国专利号5700393、美国专利号5851424和美国专利号5650534。
优选的可交联基团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、乙烯基或丙烯酰胺。
更优选的是具有丙烯酸酯或二丙烯酸酯可交联基团的液晶单体或 预聚物。
在本发明上下文中，表述"其它组分"是指例如，手性分子、二色 性分子和光学吸收剂。
如果具有可聚合基团的液晶单体或预聚物(i)按100重量份的量 存在，则具有光可取向基团的单体或低聚物或聚合物(ii)，和/或具 有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物(iii)通常按至少O. 1 重量份，更优选至少l重量份，最优选至少10重量份的量存在。
本发明的一个优选实施方案涉及双折射层，其包含
I)
(i )具有可聚合基团的液晶单体或预聚物或低聚物或聚合物的混 合物；和
12(n)具有光可取向基团，并优选具有可聚合基团的单体或低聚 物或聚合物，具有光可取向基团，并优选具有可聚合基团的单体或低 聚物或聚合物的混合物，和/或
(iii )具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物或低 聚物或聚合物或具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物 的混合物，和
(iv) 任选地，其它组分；其中所述混合物中的物质的量是相同 或不同的，或
II)
(v) 具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物或低聚 物或聚合物或具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物的 混合物，和
(vi) 任选地，其它组分；其中所述混合物中的物质的量是相同 或不同的。
在本发明的另一个优选的实施方案中，物质(i )和(iii )具有 向列相或胆甾醇相或层列相。选择哪种相取决于预计的应用。
本发明的另一个优选实施方案涉及包括非线性轮廓的双折射层。
本发明的另一个优选实施方案涉及双折射层，其中物质U)和/ 或(iii )是在显示配向表面的基材上配向的。
本发明的另一个优选实施方案涉及双折射层，其中使物质U)和 /或(iii)配向，其中通过显示配向表面的基材和通过体积光配向引 起配向，优选来自该配向表面的和该体积光配向的配向信息，优选方 位和/或倾斜引起的配向，是不同的。
此外，本发明的一个优选的实施方案涉及双折射层，其中在显示 配向表面的基材上使物质(i )和/或(iii )配向和其中该双折射层包 括非线性的倾斜轮廓。
此外，本发明的一个优选实施方案涉及双折射层，它是线性或非 线性扭转的。
此外，本发明的一个优选的实施方案涉及双折射层，它具有弯曲变形或展开变形。
此外，在本发明一个实施方案中，双折射层还包含手性分子。
在另一个优选的实施方案中，双折射层还包含二色性分子。
另 一个优选的实施方案涉及双折射层，它包含以从均匀分布到相
分离的范围分布的物质(i) 、 (n)和/或un),优选其中物质(i) 和(ii)和/或(iii)是相分离的。
取决于光可取向和液晶物质的相互作用，作为一个极端混合物可 以是均匀的，或作为另一个极端，配向化合物和液晶可以完全地以层 分离。 一个优选的情形是以层的完全相分离，其中光可配向化合物的 层位于双折射层的一个或两个表面。后一种情况提供自组织材料，其 中单个层的涂层提供与液晶盒的相似的层状结构，其中液晶层两面上 的配向层提供配向信息。
一个更优选的实施方案涉及包含相分离的物质(i )和(ii )和/ 或(iii )的双折射层，其中物质(i )在物质(ii )上面形成层；或 其中物质(ii)在物质(iii)上面形成层；或其中物质(i)在物质 (ii)下面形成层；或其中物质(ii)在物质(Hi)下面形成层；或 其中物质(ii)形式两个层， 一个在物质(i)上面， 一个在物质(i) 下面；或其中物质(ii )形式两个层， 一个在物质(iii )上面，一 个在物质(iii )下面；或其中物质(iii )形成在物质(i )上面和/ 或下面的层。
此外，本发明涉及双折射层，其中至少双折射层，尤其是光可取 向和/或光取向物质(ii),和/或液晶物质U) 、 (iii)和/或另一 种其它组分(iv)的单一物质沿着该层的厚度方向具有密度梯度。
本发明还涉及双折射层的制备方法，其中光轴的方向沿着该层的 厚度方向改变，该方法包括a)将以下物质的层
I)
(i )具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和 Ui)具有光可取向基团，优选还具有可聚合基团的单体或低聚 物或聚合物，和/或(iii )具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物或低 聚物或聚合物，和
(iv) 任选地，其它组分；或 II)
(v) 具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物或低聚 物或聚合物，和
(vi )任选地，其它组分；
涂覆在基材上，和b)将该涂覆的层暴露到配向光中，优选借助 于大于该液晶物质(i )和/或(iii )的清亮点的温度。
基材表示支承结构。基材可以是层状材料的任何固体组合，该层 状材料为最终层或液晶显示器提供有用的功能。例如，基材可以是以 下材料的任何组合。结晶或非晶硅，玻璃，塑料，包括聚酯和聚酰亚 胺；石英，氧化铟-锡，金，银，二氧化硅， 一氧化硅，抗反射涂层， 滤色层，偏振器和相位补偿膜。在实践中，这些材料中的一些被沉积 或涂覆到基础支承结构例如玻璃或塑料上。
根据本发明，沿着厚度方向控制配向的一种方法是产生双折射 层，尤其是光可取向和/或光取向物质(ii)，和/或液晶物质(i)、 (iii )和/或另一种组分(iv)中至少一种物质的密度梯度。这可以 按多种方法达到，其中一些在以下进行了描述，但是其它方法也有效。
本发明的一个优选实施方案包括双折射层的制备方法，其中光轴 的方向沿着该层的厚度方向改变，该方法包括
a)将以下物质的层
I)
(i) 具有可聚合基团的液晶单体或预聚物，或不同物质U)的 混合物，其中该物质的量是相同或不同的；和
(ii) 具有光可取向基团，并且优选具有可聚合基团的单体或低 聚物或聚合物，或不同物质(ii)的混合物，其中该物质的量是相同 或不同的；和/或
(iii )具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或聚合物，或不同物质Uii )的混合物，其中该物质的量是相同或不 同的；和
(iv) 任选地，其它组分，或不同物质Uv)的混合物，其中该 物质的量是相同或不同的；或
II)
(v) 具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或 聚合物，或不同物质(iii)的混合物，其中该物质的量是相同或不同 的；和
(vi) 任选地，其它组分，或不同物质(iv)的混合物，其中该 物质的量是相同或不同的；
涂覆在基材上，和
b)将该涂覆的层暴露到配向光中；藉此双折射层，尤其是光可取 向和/或光取向物质(ii )和/或液晶物质(i ) 、 ( iii )和/或其它组 分中的至少一种物质沿着该层的厚度方向产生密度梯度。
在建立双折射层，尤其是光可取向和/或光取向物质和/或液晶物 质和/或吸收剂中至少一种物质沿着该双折射层的厚度方向的密度梯 度的第一方法中，通过控制透入该层的光来控制反应速度。
这可以通过控制该材料在该光的有效波长范围中的吸光率来达 到。该有效波长范围是引起物质配向的范围。因为包含在该双折射层 中的光可取向物质本身吸收在该有效波长范围中的光，所以可以例如
控制吸光率的另一种其它方法是改变物质在双折射层中的浓度分 布，尤其是光可取向和/或光-取向物质在双折射层内的浓度分布。
此外，本发明一个更优选的实施方案涉及双折射层的制备方法， 其中光轴的方向沿着该层的厚度方向改变，该方法包括
a)将以下物质的层
I)
(i)具有可聚合，优选交联性基团的液晶单体或预聚物；和 (n)具有光可取向基团和优选可聚合，特别是交联性基团的单体或低聚物或聚合物，和/或(iii) 具有可聚合，优选交联性，和光可取向基团的液晶单体或 预聚物或低聚物或聚合物，和(iv) 任选地，其它组分，或 II)(V)具有可聚合，优选交联性，和光可取向基团的液晶单体或预 聚物或低聚物或聚合物，和(vi )任选地，其它组分，涂覆在基材上，和b)将该涂覆的层暴露到配向光中，藉此至少一些光可取向物质(ii) 和/或(iii)保持在该层中。最优选的是一种方法，藉此光-取向和光可取向物质(ii)和/或(iii) 沿着该层的厚度方向产生密度梯度。 由于在光配向过程中双折射层中吸收光的结果，靠近配向光进入该层的那侧反应速率最高。通常，将该层从基材的相对面，通常从空 气那侧曝光。然而，经过该基材曝光也是可能的，这提供复杂构型的 附加可能性。在另一个更优选的实施方案中，该方法包括a)如上所述，包括所 有描述的优先选择，和b)从基材的相对面，通常空气那側，或经过基材将涂覆的层暴露到配向光中。如果双折射层的吸收率随有效范围内的波长变化，则该配向光的波长也可以局限于显示所需吸收的某种范围。本发明的另一个优选的方法涉及一种方法，它包括如上所述的步 骤a)，包括所有描述的优先选择，和b)将涂覆的层曝光，其中吸收 率随有效范围内的波长变化。更优选的是这种方法，其中在步骤b)中，让该涂覆的层随后与不 同或相同波长和/或不同曝光几何结构(例如入射角和偏振方向)接触。沿着厚度方向引起双折射层的密度梯度的第二方法是在双折射层 内产生至少一种物质的密度梯度。这可以通过控制该双折射层的混合物行为，例如通过控制该双折 射层内的相分离达到。光可取向物质沿着厚度方向的密度梯度可以在光配向之前建立。 光可取向物质沿着厚度方向的密度梯度可以在暴露到配向光中后引 起。另 一种优选的方法包括在步骤a )中通过涂覆该层引起密度梯度或 在步骤a)之后，或在步骤b)中，或在步骤b)之后。 密度梯度可以通过高温引起。另一个更优选的实施方案涉及双折射层的制备方法，其中光轴的 方向沿着该层的厚度方向改变，该方法包括a) 将以下物质的层I)(i) 具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和(ii) 具有光可取向基团，并且优选具有可聚合基团的单体或低 聚物或聚合物，和/或(iii )具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物 或聚合物，和(iv) 任选地，其它组分；或II)(v) 具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或 聚合物，和(vi) 任选地，其它组分；涂覆在基材上，其中物质(i )和(ii )和/或(iiii )和/或(iv) 按从均匀分布到相分离的范围分布，优选其中物质(i )和(ii )和/ 或(iii)和/或(iv)是相分离的，和b) 将该涂覆的层暴露到配向光中。只要将达到光轴的平面配向，则反应的配向化合物的密度梯度可 能是不太重要的。然而，如果双折射层被倾斜地曝光以使液晶分子倾 斜，则可以获得显示非线性变形的轮廓的倾斜轮廓，这在一个或两个表面采用常规配向不能达到，那样通常导致倾斜角沿着厚度方向的线 性变化。
本发明另一个优选的实施方案涉及包括a)如上所述，和b)倾斜 地将涂覆的层曝光的方法。
变形轮廓的可调性对TN-LCD (扭转向列型液晶显示器)的进一步 改进的视角增强膜的设计是尤其重要的因为变形轮廓影响对比度和在 大视角度下的色移。
在上述定义和优先选择内的具有非线性变形倾斜轮廓的双折射材 料用于改进LCD的视角、对比度和在大视角度下的色移的用途。
此外，优选的是这样一种方法，其中配向表面引起配向和其中通 过配向光在体积中引起配向，优选配向表面的和体积中引起的配向信 息(例如配向排列和倾斜角)不同。
此外，优选的这样一种方法，其中配向表面和体积引起倾斜角， 该倾斜角可以是相等的或方位不同的或方位和倾斜角都不同。
优选地，显示配向表面的基材表示例如基材，它们被刷涂。任选 地，可以在打磨之前涂覆被刷涂的基材。此外，可以通过斜向蒸镀、 离子束加工或通过格状结构获得配向表面。此外，配向表面可以是图 案化或非图案化光配向层。配向表面还可以是配向聚合的液晶的薄层， 其中该薄层在基材上。积配向的组合。配向沿着双折射层厚度方向的改变通过为配向表面和 体积配向施加不同的配向或倾斜方向来达到。例如，这样提供如下获 得强非线性倾斜轮廓的另 一种方法在配向表面中限定某种倾斜角并 选择曝光参数，以致在双折射层内部产生不同的倾斜方向或倾斜轮廓。 取决于配向光的透入深度，双折射层的顶部可以例如具有单轴倾斜， 而倾斜变形仅存在于下部，这起因于液晶材料的弹力。
根据本发明，沿着厚度方向控制配向的另一种方法是在显示配向 表面的基材上涂覆双折射层，随后如上所述进行该双折射层的光配向 和交联过程。另一个优选的实施方案涉及双折射层的制备方法，其中光轴的方 向沿着该层的厚度方向改变，该方法包括
a) 将以下物质的层
I)
(i) 具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和
(ii) 具有光可取向基团，和优选可聚合基团的单体或低聚物或 聚合物，和/或
(iii )具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物 或聚合物，和
(iv) 任选地，其它组分，或
II)
(v) 具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或 聚合物，和
(vi) 任选地，其它组分， 涂覆在显示配向表面的基材上，和
b) 将该涂覆的层暴露到配向光中，其中配向在体积中引起。 另一个更优选的方法包括在显示配向表面层的基材上涂覆，和b)
从基材那侧或与该基材相对的那侧将该涂覆的层曝光以使该光可配向 层配向。
如果由配向表面引起的倾斜角的方向与由体积光配向引起的相 反，则可以获得展开的延迟器构型，在该层的下部和上部中具有相对 的倾斜角。取决于倾斜角的大小，引起弯曲变形是可能的。这两种构 型与可以采用表面配向的LCP层通常获得的倾斜构型相比提供更高的 角光学性能的对称性。
本发明还涉及根据本发明的双折射层用于具有展开或弯曲变形的 延迟器的用途。
通过设置配向表面的方位配向方向和对不同角度的体积配向可以 显著地改变双折射层的光学性能。结果，将在双折射层中引起扭转变 形，这意味着液晶物质的方位配向方向沿着该双折射层的厚度方向改变。因为体积光配向在大部分双折射层中是有效的，所以扭转变形强 烈地取决于沿着厚度方向的光配向反应动力学。
另一种优选的方法涉及双折射层的制备方法，其中光轴的方向沿 着该层的厚度方向改变，该方法包括
a) 将以下物质的层
(i)具有可聚合，优选交联性基团的液晶单体或预聚物；和 Ui)具有光可取向基团并且优选具有可聚合，优选交联性基团
的单体或低聚物或聚合物，和/或
(iii)具有可聚合，优选交联性，和光可取向基团的液晶单体或
预聚物或低聚物或聚合物，和任选地，其它組分， 涂覆在显示配向表面的基材上，和
b) 将该涂覆的层暴露到配向光中，优选其中偏振方向与该配向层 的配向方向不同。
光学组件，其中该层具有扭转变形。
如上所述，可以通过光可取向物质、液晶物质或附加的吸收剂添 加剂的吸收特性控制光的穿透。例如，光配向反应可以限于朝着入射 配向光的层部分，该部分一般，但不一定是基材的相对侧，通常是双 折射层的空气那侧。这种情况与其中液晶约束在两个配向层之间的构 型相似，这两个配向层之一是配向表面，另一个是双折射层的已经光 配向了的顶部。此种构型液晶盒中熟知的。
通过双折射层的配制可以获得类似的构型，其中液晶和光可取向 物质彼此不相容，以致配向化合物相分离为双折射层的与基材相反那 侧，通常空气那側的层。在此种大致与约束在两个配向层之间的液晶 层的构型对应的构型中，液晶的配向沿着厚度方向线性地从第一配向 层的配向方向改变成第二配向层的方向。
取决于双折射层的吸光率和配向光的曝光能量，双折射层的体积 中的反应速率将改变。如果足够量的配向光可以穿透到双折射层的内 部，则它的配向力必须与造成扭转变形的弹力竟争。 一般而言，这将 导致线性扭转轮廓沿着厚度方向的变形，从而导致非线性的扭转轮廓。对于VPR吸收、层厚度和配向光曝光能量的特定组合，体积配向在双折 射层的上部而不是下部可能是有效的，这可能导致可以大致认为是两 层构型的构型，其中上部按体积配向引起的方向单轴配向，而在下部 中由于弹力引起扭转变形。其中构型可以被优化而与标准单轴延迟器 层相比显示改进的消色行为。在VPR材料沿整个深度体积配向的极端情 况下，独立配向层的配向强度可能不强到足以再引起扭转构型。
双折射材料用于制备消色延迟器的用途。
光学组件，其中如上所述的双折射层具有消色延迟器的功能。
从上面描述可知，存在许多可以改变而定制双折射层构型的参数。
光配向的优点之一是在平面层中产生配向图案的可能性。体积光 配向也提供这种性能。因此，上述光引起的光轴沿着双折射层厚度方 向的改变也可以是逐区不同的。这可以通过使用光-掩模多重曝光达 到。取决于待达到的构型，曝光步骤的数目可以如下减少经过配向 底版(masters)，或经过灰标掩模使VPR材料光配向，该灰标掩模在 不同区域传输不同剂量的光。
本发明涉及包括上述双折射层的光学组件，该双折射层是在局部 变化的取向下聚合的。
例如，可以获得在不同区域显示不同扭转角的图案化扭转延迟器。 甚至可能实现按相反方向扭转的相邻区，而显示左右手扭转的区可以 具有相同或不同的扭转角绝对值。
此外，本发明涉及光学组件，其中上述双折射层具有扭转延迟器 的功能。
在没有扭转意义的另外定义下，扭转角限于90。。然而，扭转意 义可以通过添加手性掺杂剂和/或通过在配向表面中并且在体积光配 向期间产生倾斜角来限定。后一种方法例如允许获得具有左右手区域 的图案化扭转延迟器，它们显示90。和更高的扭转角。此外，本发明 涉及光学组件，其中上述双折射层具有图案化扭转延迟器的功能，该 扭转延迟器具有左右手区域。
如果满足波导的条件，扭转延迟器充当消色旋转器。图案化消色旋转器例如是3D LCD所要求的，其中光偏振对于一半像素必须旋转90 。以为观察者的一只眼睛编码偏振态。
本发明的另一个实施方案涉及光学组件，其中上述双折射层具有 消色旋转器的功能。
因为光轴方向沿着厚度方向的改变影响有效的光学延迟，所以上 述方法可以用来通过选择合适的曝光条件调整双折射层的光学延迟。 因此，还可能获得具有逐区不同光学延迟的图案。图案化光学延迟尤 其可用于盒内延迟器应用，因为它们允许特别对红色、蓝色和绿色调 节延迟性，以改进LCD在大视角下的颜色稳定度。
此外，本发明涉及光学组件，其中如上所述的双折射层具有盒内 延迟器的功能。
此外，本发明涉及具有局部不同延迟值的光学组件。
此外，以下光学组件被本发明涵盖
包括根据本发明的双折射层的光学组件，其中该层在上部中具有 单轴倾斜并且在下部中具有倾斜变形轮廓。
包括根据本发明的层的光学组件，具有弯曲或展开变形。
包括根据本发明的层的光学组件，其中物质(ii)在配向表面的 上部，物质(i )或(iii )在配向表面的下部。
包括根据本发明的层的光学组件，其中物质(ii)和(i)或(iii) 在配向表面的上部，物质(i )或(iii )在配向表面的下部。
包括根据本发明的层的光学组件，它包括相分离的物质(U和(ii) 和/或(iii),其中物质(i)在物质(ii )上面形成层；或其中物质 (ii )在物质(iii )上面形成层；或其中物质(i )在物质(ii )下 面形成层；或其中物质(H )在物质(iii )下面形成层；或其中物质 (U )形式两个层， 一个在物质(i )上面， 一个在物质(i )下面； 或其中物质(ii)形式两个层， 一个在物质(iii)上面， 一个在物 质(iii)下面；或其中物质(iii)形成在物质(i)上面和/或下面 的层。
所述方法、用途和光学组件具有与上面对双折射层给出的相同定义和优先选择。
本发明沿厚度方向获得了配向轮廓，这采用已知的材料和方法几 乎不可行。 实施例 实施例l
在这种情况下，在体积光可配向层下面的独立配向层由光配向层 和附加的薄聚合液晶层构成，该液晶层用来提高与上面的光可配向延
迟器层的耦合。可商购的光配向材料ROP-103 (R0LIC Technologies, Switzerland)用于制备光配向层。这种光配向聚合物基于作为光-反 应性基团的肉桂酸酯。光配向材料的聚合物骨架具有丙烯酸酯类型。 对于配向层向基材上的旋涂，以2wt。/。的固体浓度将ROP-103溶于环戊 酮。作为基材，使用机器洗涤的lmm厚、矩形D263 ( Schott， Germany) 玻璃板。将该光配向层溶液施涂于玻璃基材上并以2000转/分的旋转速 度旋涂60秒。这样获得的最终干膜厚度是大约60nm。随后，在加热板 上在13(TC的温度下热处理该膜5分钟。在这一回火步骤之后，将该光 配向层暴露到线偏振UV光中。线偏振UV光的强度是2. 2mW/cm2，在 280nm-340nm的波长范围中。转移至光配向层的膝光剂量是150mJ/cm2。 在这种情况下将光配向层暴露于垂直入射光中。偏振轴经选择与基材 边缘平行(①-0。)。随后，施加薄可聚合液晶层以根据预置的下方 光配向层配向。用于该薄液晶配向增强膜的材料是可商购的可聚合液 晶单体材料,-5102( ROLIC Technologies, Swi tzerland )。廳-5102 配方包含二-丙烯酸酯型液晶单体。在2wt。/。的固体浓度下将ROF-5102 溶于甲基丙基酮。将该溶液涂覆到ROP-103光配向层上，然后以2000 转/分的旋转速度旋涂2分钟。这样获得大约30nm的干膜厚度。在旋涂 之后，在加热板上在54。C的温度下热处理该膜5分钟。最后，在氮气气 氛中通过暴露到强度为3mW/cm2 (波长范围为320-400nm )的UVA光中使 液晶单体膜交联。2 J /cm2的曝光剂量被转移至该样品。
在独立的配向层的上述制备完成之后，通过施加光可配向延迟器 膜继续加工。光可配向延迟器材料由上述配向聚合物ROP-103和可聚合液晶单体材料R0F-5102的混合物构成。对于这种特定光可配向延迟器 混合物，选择3比7的ROP-103/ROF-5102比例。以30wt。/。的固体浓度将该 混合物溶于茴香醚。将该光可配向延迟器材料的溶液涂覆到在D263玻 璃板上的此前制备的配向层上，随后以2000转/分的旋转速度旋涂120 秒。这样产生l微米的光可配向延迟器层的最终干膜厚度。然后利用热 板施加两步热处理。在第一步骤中将样品加热到5(TC保持2分钟。在第 二步骤中，将温度提高到13(TC。在该温度下保持样品3分钟。对于随 后的光配向过程，将样品冷却低至59。C的温度，该温度比该光可配向 延迟器材料的清亮点大3。C。用于该光可配向延迟器的曝光强度是 2. 2mW/cm2，在280nm-340nm的波长范围中。转移至该光可配向延迟器 的曝光剂量是100mJ/cm2。将样品暴露到垂直入射的线偏振光中，其中 偏振轴与基材边缘对角(0=45° )。因此，配向方向引起独立的、在 下方的光配向层和在上面的光可配向延迟器偏离45。。在光可配向延
迟器的光配向步骤之后，采用rc/分钟的冷却速率将样品的温度从59
。C降低至4(TC，然后迅速地冷却至室温。在最后的步骤中，将样品放 入氮气气氛中并暴露于非偏振UVA光中以引发LCP单体的交联并因此将 该膜转移成固态。该UVA光源提供3mW/ctn2的强度(波长范围为 320-400mn)。在UVA膝光期间，700mJ/cii^的剂量转移至样品。
交叉偏振器之间的延迟器样品在测光台上的检验显示该延迟器的 配向质量非常好。然而，发现双折射行为不与标准延迟器的行为一致， 其中光轴沿着厚度方向均匀方位取向(在偏振器光轴与偏振器透射轴 对角的情况下，亮状态，在延迟器光轴平行/垂直于偏振器透射轴的情 况下，暗状态)。从结果可以断定，从下方配向层转移到光可配向延 迟器膜的配向和直接施加到光可配向延迟器膜上的配向的综合效应导 致在延迟器层内光轴沿着厚度方向的扭转轮廓，即定向器的方位取向 沿着厚度方向改变。延迟器膜还利用椭率测量术表征，该椭率测量术 证实扭转轮廓存在于样品中。发现，延迟器膜内的光轴从由下方光配
向层表面限定的方向(0=0° )扭转到由光可配向延迟器膜限定的方 向(①-450 )。
权利要求
1.双折射层，其中光轴的方向沿着该层的厚度方向改变，其包含I)(i)具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和(ii)具有光可取向基团的单体或低聚物或聚合物，和/或(iii)具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物或聚合物，(iv)和任选地，其它组分，或II)(v)具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物或聚合物，(vi)和任选地，其它组分。
2. 根据权利要求1的双折射层，其包含 I)(i )具有可聚合基团的液晶单体或预聚物或低聚物或聚合物的混 合物；和Ui )具有光可取向基团的单体或低聚物或聚合物，或具有光可 取向基团的单体或低聚物或聚合物的混合物，和/或(iii )具有光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或聚合 物，或具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物或聚 合物的混合物，(iv) 和任选地，其它组分；其中所述混合物中的物质的量是相 同或不同的，或II)(v) 具有光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或聚合物， 或具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物或聚合物 的混合物，(vi) 和任选地，其它组分；其中所述混合物中的物质的量是相同或不同的。
3. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其包括非线性的倾斜 和/或扭转轮廓。
4. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其中物质U)和/或 (iii )是在显示配向表面的基材上配向的。
5. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其中使物质(i)和/ 或(iii )配向，从而通过显示配向表面的基材和通过体积光配向引起 配向。
6. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其中使物质(i)和/ 或(iii )配向，从而通过显示配向表面的基材和通过体积光配向引起 配向，其中来自该配向表面的和该体积光配向中引起的配向信息是不 同的。
7. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其中该液晶物质形成 线性或非线性扭转构型或形成倾斜构型或形成倾斜和扭转构型。
8. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其中该层具有弯曲或 展开变形。
9. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其包含从均勻分布到 相分离的范围中分布的物质(i)和/或(ii)和/或(Hi)。
10. 根据前述权利要求中任一项的双折射层，其中该双折射层的至 少一种具有沿着该层厚度方向的密度梯度。
11. 权利要求l的双折射层的制备方法，其中光轴的方向沿着该层 厚度方向改变，该方法包括a)将以下物质的层 I)(i) 具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和(ii) 具有光可取向基团，优选还具有可聚合基团的单体或低聚 物或聚合物，和/或(iii) 具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物或低 聚物或聚合物，和(iv)任选地，其它组分；或 II)具有光可取向基团和可聚合基团的液晶单体或预聚物或低聚物或 聚合物，和(iv)任选地，其它组分；涂覆在基材上，和b)将该涂覆的层暴露到配向光中。
12.根据权利要求11的制备双折射层的方法，其中光轴的方向沿着 该层的厚度方向改变，该方法包括 a)将以下物质的层 I)(i )具有可聚合基团的液晶单体或预聚物，或不同物质(i )的 混合物，其中该物质的量是相同或不同的;和(ii )具有光可取向基团的单体或低聚物或聚合物，或不同物质 (ii)的混合物，其中该物质的量是相同或不同的；和/或(iii )具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物 或聚合物或不同物质(iii )的混合物，其中该物质的量是相同或不同 的；和(iv) 任选地，其它组分，或不同物质(iv)的混合物，其中该 物质的量是相同或不同的；或II)(v) 具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或 聚合物或不同物质(iii )的混合物，其中该物质的量是相同或不同的； 和(vi) 任选地，其它组分，或不同物质(iv)的混合物，其中该 物质的量是相同或不同的；涂覆在基材上，和b)将该涂覆的层暴露到配向光中；藉此该双折射层的至少一种物质沿着该层的厚度方向产生齊度梯度。
13.根据权利要求11的制备双折射层的方法，其中光轴的方向沿着 该层的厚度方向改变，该方法包括a) 将以下物质的层(i)具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和 (U)具有光可取向基团的单体或低聚物或聚合物和/或 (iii )具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物 或聚合物，和(iv) 任选地，其它组分，或 II)(v) 具有可聚合和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或 聚合物，和(vi) 任选地，其它组分， 涂覆在基材上，和b) 将该涂覆的层暴露到配向光中，藉此至少一些光可取向物质 (ii)和/或(iii)保持在该层中。
14 根据权利要求ll的方法，其中吸收率随配向光的在有效范围内 的波长变化。
15. 根据权利要求11的方法，其中在步骤b)中，让该涂覆的层随 后暴露于不同或相同波长和/或不同曝光几何结构。
16. 根据权利要求11的方法，包括 a)将以下物质的层I)(i)具有可聚合，优选交联性基团的液晶单体或预聚物；和 Ui)具有光可取向基团，并优选具有可聚合，优选交联性基团的单体或低聚物或聚合物，和/或(iii)具有可聚合，优选交联性，和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或聚合物，和(iv) 任选地，其它组分，或 II)(v) 具有可聚合，优选交联性，和光可取向基团的液晶单体或预聚物或低聚物或聚合物，和(vi )任选地，其它组分， 涂覆在基材上，和其中物质(i )和(ii )和/或(iiii )和/或(iv)按从均匀分布到相分离的范围分布，和b)将该涂覆的层暴露到配向光中。
17. 根据权利要求11的方法，包括在步骤b)中，倾斜地暴露该涂 覆的层。
18. 根据权利要求11的方法，其中该基材表面引起配向并且其中通 过配向光以体积引起配向。
19. 根据权利要求11的方法，其中配向表面的和由体积光配向引起 的配向信息是不同的。
20.根据权利要求ll的方法，其中配向表面的和由体积光配向引起 的配向信息是方位和/或倾斜引起的。
21. 根据前述权利要求中任一项的双折射层用于改进LCD视角、对 比度和在大视角下的色移的用途，该双折射层具有非线性变形倾斜轮 廓。
22. 根据前述权利要求中任一项的双折射材料用于具有展开或弯 曲变形的延迟器的用途。
23. 根据前述权利要求中任一项的双折射材料用于制备消色延迟 器的用途。
24. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中该层包括扭 转变形。
25. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中如权利要求 l所述的双折射层具有消色延迟器的功能。
26. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，它在局部变化的倾斜和/或取向下聚合。
27. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中如权利要求l所述的双折射层具有扭转延迟器的功能。
28. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中如权利要求 1所述的双折射层具有图案化扭转延迟器的功能。
29. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中如上所述的 双折射层具有消色旋转器的功能。
30. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中如上所述的 双折射层具有盒内延迟器的功能。
31. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，具有局部不同的 延迟值。
32. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中该层在上部廓。
33. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，具有弯曲或展开 变形。
34. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中物质(ii) 在配向表面上的上部，物质(i )或(iii )在配向表面上的下部。
35. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，其中物质(ii) 和(i )或(iii )在配向表面上的上部，物质(i )或(iii )在配向 表面上的下部。
36. 包括前述权利要求中任一项的层的光学组件，包含相分离的物 质(i )和(ii )和/或(iii )，其中物质(i )在物质(ii )上面形 成层；或其中物质(ii )在物质(iii )上面形成层；或其中物质(i ) 在物质(ii )下面形成层；或其中物质(ii )在物质(iii )下面形成层；或其中物质(ii )形式两个层， 一个在物质(i )上面， 一个在 物质(i)下面；或其中物质(ii)形式两个层， 一个在物质(iii) 上面， 一个在物质(iii )下面；或其中物质(iii )形成在物质(i ) 上面和/或下面的层。
全文摘要
本发明涉及双折射层，其中光轴的方向沿着该层的厚度方向改变，其包含I)(i)具有可聚合基团的液晶单体或预聚物；和(ii)具有光可取向基团的单体或低聚物或聚合物，和/或(iii)具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物或聚合物，和(iv)和任选地，其它组分，或II)(v)具有光可取向和可聚合基团的液晶单体或预聚物、低聚物或聚合物，和(vi)和任选地，其它组分，此外，本发明还涉及所述双折射层的制备方法，它的用途和它的光学组件。
文档编号G02B5/30GK101517440SQ200780034068
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月7日 优先权日2006年9月13日
发明者C·贝内克, H·赛贝勒, T·巴赫尔斯 申请人:罗利克有限公司