双折射rm透镜的制作方法
【专利说明】双折射RM透镜 发明领域
[0001] 本发明设及可由可聚合液晶介质获得的双折射M透镜，该可聚合液晶介质由W 下组成：
[0002] -可聚合液晶组分A，其由一种或多种可聚合介晶化合物组成，和
[0003] -不可聚合组分B，其由一种或多种不可聚合化合物组成。
[0004] 此外，本发明设及该种双折射M透镜在电光器件例如液晶显示器（LCD)或其它光 学或电光学器件中用于装饰或安全应用的用途。
[0005] 背景和现有技术
[0006] 广泛已知称为反应性介晶（RM)的可聚合液晶，其在液晶显示器（LCD)应用中应用 于视角补偿膜和薄膜延迟剂。
[0007] 最近，已经提出该种M在市售的3DLCD显示器中用于图案化的延迟剂。在该些 应用中，使用M的双折射性质来交替由LCD的前部发出的光的极化。
[0008] 例如在US2009073559(A1)或W02011078989A1中，也已经报道可通过组合作为极 性开关的活性LC面板和在LCD前面上制得的极化敏感性透镜实现不含玻璃的自动立体显 示器。
[0009] 该种器件包含例如有源矩阵类型的LCD面板，其用作空间光调制器W产生显示图 像。该显示器面板具有设置成行和列的正交显示像素阵列。在实践中，该显示器面板包含 约一千行和数千列的显示像素。
[0010] LCD面板的结构是完全常规的。具体地，所述面板包括一对间隔的透明玻璃基板， 在该玻璃基板之间例如提供了配向扭转向列型液晶介质或另一液晶介质。所述基板在它们 相对表面上带有透明氧化铜锡（IT0)电极的图案。在基板的外表面上还提供了极化层。
[0011] 每一显示像素在基板上包含相对电极，其间具有介入的液晶介质。显示像素的形 状和布局通过电极的形状和布局决定。显示像素通过间隙彼此规律间隔。每一显示像素与 切换元件，例如薄膜晶体管（TFT)或薄膜二极管（T抑）相关。通过向切换元件提供寻址信 号操作显示像素来产生显示图像，并且本领域技术人员将知晓合适的寻址方案。
[0012] 显示器面板由光源照射发光，在此情况下，光源包含在显示像素阵列的区域上延 伸的平面背光。来自光源的光经引导通过显示器面板，其中个别显示像素经驱动W调制光 并且产生显示图像。
[0013] 现有技术的显示器器件包括设置于显示器面板前侧上的透镜薄片，透镜薄片实施 视图形成功能。所述透镜薄片包括一排彼此平行延伸的透镜元件。所述透镜元件W平凸透 镜的形式并且它们用作光输出引导构件W提供与显示器面板不同的图像或视图至位于显 示器器件前方的用户的眼睛中。
[0014] 就此而言，US2007/109400A1公开了一种双折射透镜结构，包括能够将给定的极 化光引导至取向分布的双折射透镜阵列，所述双折射透镜包括具有含有折射结构的界面的 固体双折射材料和各向同性材料。将能够旋转从中穿过的光的极化的可切换的液晶层邻近 第一双折射材料布置。双折射材料和液晶层之间的界面具有配向微结构，其提供了双折射 材料和液晶层的配向。在一对用于施加电场w切换液晶的电极间布置透镜阵列和可切换的 液晶层两者，并且将导电材料并入透镜阵列中W减小透镜阵列的电压降。为了降低反射，在 双折射材料和各向同性材料之间的界面具有含有配向微结构的界面，所述微结构提供了双 折射材料的配向，和各向同性材料的折射率基本等于双折射材料的非寻常的折射率。
[0015] JP2012-137616A1公开了用于立体图像显示器的双折射透镜材料，其含有具有一 个或多个可聚合官能团的反应性介晶化合物，和具有至少一个或多个可聚合官能团的非液 晶化合物，和使用用于立体图像显示器的双折射透镜材料制造用于立体图像显示器的双折 射透镜的方法。
[0016] 然而，在透镜材料中使用非介晶化合物或非液晶材料除了在光学特性中不利的变 化W外还导致了双折射率的下降。
[0017] 如果合适的M混合物的双折射率增加，则更高的双折射率允许对于给定的焦距 使用更大的曲率半径（更薄的透镜）。该现象对技术人员是众所周知的，并且例如描述在 Hecht,E. (2002)Optics,第4版，"Geometricaloptics"第5章，第158页etseqq中。
[0018] 实际上，现代应用需要合适高的双折射率值W降低透镜厚度并且因此降低制造该 透镜所需材料的量和相关成本。此外，混合物和/或所得透镜除了合适的双折射率值之外 必须满足众多其它要求，该要求尤其是：
[0019] -在聚合前抵抗结晶的良好的室温稳定性，
[0020] -遍及整个透镜均一的平面配向，
[0021] -高清亮点，
[0022] -合适低的黄化指数，
[0023] -抵抗热应力（例如热或冷）的良好稳定性，
[0024] -抵抗UV-光的良好的稳定性，
[00巧]-在外部暴露环境中良好的耐久度，
[0026] -VIS-光良好的透射率，和
[0027] -其制备方法必须成本有效并且适于大规模生产方法。
[0028] 鉴于现有技术和W上提及的对于该种材料的要求，对新型或替代的材料具有相当 大的需求，其优选不显示现有技术M材料或混合物的缺点，或即使显示，仅W较小的程度 显示。
[0029] 令人惊奇地，本发明人已经发现W下描述和要求保护的双折射M透镜代表了已 知双折射M透镜的优异的代替，其优选改进了W上提及要求的一个或多个或甚至优选同 时满足了所有W上提及的要求。
[0030] 发明概述
[0031] 本发明设及由可聚合液晶介质获得的M透镜，所述可聚合液晶介质由W下组成：
[0032] -可聚合液晶组分A，由一种或多种可聚合介晶化合物组成，
[0033] -和不可聚合组分B，由一种或多种不可聚合化合物组成。
[0034] 本发明进一步设及制造如上下文所述的双折射M透镜的方法。
[00巧]本发明进一步设及如上下文所述的双折射M透镜在液晶显示器（LCD)或其它光 学或电光学器件中的用途。
[0036] 本发明进一步设及电光器件例如LCD,其包括至少一种如上下文所述的双折射RM 透镜。
[0037] 术语和定义
[0038] 如本文所使用的术语"聚合物"将被理解为是指包含一种或多种不同类型的重复 单元（分子的最小结构单元）的骨架的分子并且包括通常已知的术语"低聚物"、"共聚物"、 "均聚物"等。此外，应当理解术语聚合物除聚合物本身W外还包括引发剂、催化剂和其它伴 随该聚合物合成的元素的残余物，其中该些残余物应当被理解为不W共价方式纳入其中。 此外，该些残余物和其它元素，虽然通常在聚合后纯化过程期间去除，但通常与聚合物混合 或共混W致当将其在容器之间或在溶剂或分散介质之间转移时，它们通常与聚合物保留在 一起。
[0039] 术语"聚合"是指通过将多个可聚合基团或含有该种可聚合基团的聚合物前体 (可聚合化合物）链接在一起形成聚合物的化学过程。
[0040] 术语"膜"和"层"包括刚性或柔性，具有机械稳定性的自支撑或独立性的膜，W 及在支撑基板上或两个基板之间的涂层或层。
[0041] 术语"液晶（LC)"设及在某些温度范围（热致LC)或在某些溶液浓度范围中（溶 致LC)具有液晶中间相的材料。它们必须含有介晶化合物。
[0042] 术语"介晶化合物"和"液晶化合物"是指包含一个或多个椿状（椿状或板/板 条状形）或盘状（圆盘状）介晶基团的化合物。术语"介晶基团"是指具有诱导液晶相（或 中间相）行为的能力的基团。
[0043] 包含介晶基团的化合物不必须它们本身展示出液晶中间相。它们也可W仅在与其 它化合物的混合物中或当介晶化合物或材料或其混合物聚合时显示出液晶中间相。该包括 低分子量非反应性液晶化合物，反应性或可聚合液晶化合物，和液晶聚合物。
[0044] 椿状介晶基团通常包含由一个或多个直接或通过连接基团彼此相连的芳族或非 芳族环状基团组成的介晶核，任选地包含连接至介晶核的末端的端基，和任选地包含一个 或多个连接介晶核的长侧的侧基，其中该些端基和侧基通常选自例如碳基或姪基、极性基 团如面素、硝基、哲基等，或可聚合基团。
[0045] 术语"反应性介晶"是指可聚合介晶或液晶化合物，优选单体化合物。该些化合 物可W作为纯的化合物或作为反应介晶与充当光引发剂、抑制剂、表面活性剂、稳定剂、链 转移剂、不可聚合化合物等的其它化合物的混合物使用。
[0046] 具有一个可聚合基团的可聚合化合物也可称为"单反应性"化合物，具有两个可聚 合基团的化合物称为"双反应性"化合物，和具有超过两个可聚合基团的化合物称为"多反 应性"化合物。不含可聚合基团的化合物也可称为"非反应性或不可聚合"化合物。
[0047]当曝光于正确的波长时"光引发剂"分裂，并且形成的基团将引发单体的聚合。
[0048] 可见光是具有约400nm至约800nm范围波长的电磁福射。紫外（UV)光为具有约 200皿至400皿范围的波长的电磁福射。
[0049] 福照度巧e)或福射功率被定义为在表面上每单位面积（dA)入射光的电磁福射功 率（d目）；
[0050] Ee= d目/dA.
[0051] 福射曝量或福射剂量（H。）为每时间（t)的福照度或福射功率巧。）：
[0052] He= E e ? t.
[0053]所有温度，例如烙点T佑脚或T佑S)，由近晶相做至向列相（脚的转变T(S，脚， 和液晶的清亮点T(N，I)，W摄氏度表示。所有的温度差W度数差表示。术语"清亮点"是指 具有最高温度范围的中间相和各向同性相之间的转变发生的温度。
[0054] 术语"配向"或"取向"设及材料的各向异性单元（例如小分子或大分子的片段） 在称为"配向方向"的共同方向上的配向（取向排序）。在液晶或M材料的一个配向层中， 液晶指向矢与配向方向一致使得配向方向对应于材料的各向异性轴的方向。
[0055] 术语"均一取向"或"均一配向"液晶或M材料在例如材料的层中是指液晶或 M分子的长分子轴（在椿状化合物的情况下）或短分子轴（在盘状化合物的情况下）基本 上W相同的方向取向。换句话说，液晶指向矢线是平行的。
[0056] 在该整个申请中，除非另有说明，液晶或M层的配向是均一配向。
[0057] 术语"平面取向/配向"在例如液晶或M材料的层中是指液晶或RM分子的长分 子轴（在椿状化合物的情况下）或短分子轴（在盘状化合物的情况下）基本平行于层的平 面取向。
[005引术语"倾斜取向/配向"在例如液晶或M材料的层中是指液晶或RM分子的长分 子轴（在椿状化合物的情况下）或短分子轴（在盘状化合物的情况下）相对于层的平面W 0-90度之间的角0广倾斜角"）取向。
[0059]在疑惑的情况下，应WC.Tschierske,G.化IzlandS.Diele,Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368 给出的定义为准。
[0060] 详述
[0061] 如W上所提及的，可聚合液晶组分A仅由至少一种可聚合介晶化合物组成并且因 此在可聚合液晶介质中仅存在可聚合化合物。因此排除了存在其他，例如非介晶化合物，除 了其它有利的效果，其还导致例如双折射率的显著增加。
[0062] 所述可聚合液晶组分A由至少一种可聚合介晶化合物，优选两种或更多种可聚合 介晶化合物例如2-30种可聚合介晶化合物的混合物组成。
[0063] 可聚合液晶组分A的可聚合介晶化合物优选选自展示出热致液晶或溶致液晶性 的椿状或盘状化合物，非常优选椿状化合物，或一种或多种类型的在某一温度范围中具有 液晶中间相的该些化合物的混合物。该些材料通常具有良好的光学性能如降低的色度，并 且可W容易和快速地配向至所需的取向。液晶可W是小分子（即单体化合物）或液晶低聚 物。
[0064] 在一个实施方案中，可聚合液晶组分A的可聚合介晶化合物优选选自一种或多种 式I的可聚合单-、二-或多反应性介晶化合物，
[0065] P-Sp-MG-R°I [006引其中
[0067]P为可聚合基团，优选丙締酷基、甲基丙締酷基、己締基、己締基氧基、丙締基離 基、环氧基、氧杂环了基或苯己締基
[0068] Sp为间隔基团或单键，
[0069]MG为椿状介晶基团，其优选选自式M，
[0070] -(A21-Z21)k-A22-狂22-A23)i-M
[ocm]A2哇A23在每次出现时彼此独立地为芳基、杂芳基、杂环或脂环基，其任选地被一 个或多个相同或不同的基团L取代，优选1，4-亚环己基或1，4-亚苯基、1，4-化晚、1，4-喀 晚、2, 5-唾吩、2,6-二唾吩并巧，2-b: 2'，3' -d]唾吩、2, 7-巧、2,6-蒙、2, 7-菲，其任选地被 一个或多个相同或不同的基团L取代，
[0072]Z2i和Z22 在每次出现时彼此独立地为-0-、-S