透明薄膜、制备膜的方法和空间相位调制器的制造方法

透明薄膜、制备膜的方法和空间相位调制器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种液晶排列透明薄膜(1)，包括在聚合液晶组合物内的液晶(2)，其中膜(1)包含第一主表面(1a)、第二主表面(1b)和包含在所述相对的两个主表面(1a、1b)之间的本体(1c)，对此：·在第一主表面(1a)附近，沿着第一主方向排列有液晶(2a)，·在第二主表面(1b)附近，沿着不同于第一方向的第二主方向排列有液晶(2b)，并且在其间本体(1c)包含保持各向同性取向的液晶(2c)。本发明还涉及一种制备该液晶排列膜(1)的方法和包括该液晶排列膜(1)的偏振无关空间相位调制器。
【专利说明】透明薄膜、制备膜的方法和空间相位调制器
[0001] 本发明概括地涉及偏振无关透射空间相位调制器(SPM)，特别是适合作为中间层 用于诱导配置在中间层的各表面上的SPM的两个液晶池中液晶排列的透明薄膜，以及制备 该类透明薄膜的方法。
[0002] 偏振无关透射空间相位调制器在本领域是已知的。偏振无关意指相位调制不受以 正入射照射到SPM的输入光源的偏振影响。在所有下文中，应假定光以正入射照射SPM。
[0003] 出版文章"使用薄聚合物分隔的双层结构的偏振无关相位调制器" Y.H. Lin， H.Ren，Y.H.Wu，Y.Zhao，J.Fang，Z.Ge和S.T.Wu，0pt.Expressl3,8746-8752(2005年10月31 日）公开了具有在图1中示出的结构的偏振无关相位调制器。
[0004] 如图1中所见，所述结构包含中央中间层1和在中央中间层1的各侧上从该中央中 间层1开始的堆置，其以所不顺序包含液晶池2a、2b，绝缘层3a、3b，电极4a、4b和支撑基底 5a、5b〇
[0005] 堆叠的不同元件构成在本领域是已知的。
[0006] 中央中间层1由双层膜构成，其包含相邻第一（la)和第二(2a)层，各自包含其中分 散有各向异性取向的液晶的聚合物，其中所述膜的第一层的各向异性取向不同于所述膜的 第二层的各向异性取向。一般而言，中间层1的液晶从一个膜层至另一个膜层是交叉取向 的，由此诱导相应的相邻液晶池中液晶的交叉取向。
[0007] 上述结构显示出一些缺点。
[0008] 首先，中间层1由两个不同层la、lb的膜构成这一事实会导致存在一些双折射，如 果两个膜层不具有正好相同厚度的话，这意味着整个堆叠的光学性质为偏振相关的。
[0009] 其次，由于其构造，该双层的中央中间层1是较厚的（通常50WH)，与上下液晶池(各 自15wn)相比。因此，该中间层1充当对施加在两个电极之间的电场的屏蔽物。如将在下文解 释的那样，优选降低中间层的厚度并提高其介电常数以限制屏蔽作用。
[0010] 因此，本发明的目的在于提供适合作为中间层用于诱导在偏振无关透射空间相位 调制器的液晶池中液晶排列的透明薄膜，其弥补上述缺点，特别是不提供任何双折射且可 制成足够薄以在作为中间层用于空间相位调制器中时降低屏蔽作用。
[0011] 本发明人已确定液晶（LC)平行排列的聚合物膜的排列能力归因于仅在膜表面和 与其接触的LC分子之间的相互作用。这意味着在图1的现有技术构造中，LC平行排列的聚合 物膜(图1的层la和lb)的本体(bulk)就排列能力而言是无用的。但这归因于膜本体，可能出 现一些双折射，如果图1中层la和lb的相应厚度不正好相同的话。
[0012] 因此，上述目的根据本发明通过提供透明薄膜而实现，所述透明薄膜包括液晶且 包含第一主表面、第二主表面和包含在两个所述主表面之间且包含液晶的本体，对此：
[0013] -在第一主表面附近，沿着第一主方向排列有液晶，
[0014] -在第二主表面附近，沿着不同于第一方向的第二主方向排列有液晶，并且在其间 本体包含保持各向同性设置的液晶。
[0015] 本发明还涉及一种制备如上所定义的透明薄膜的方法，其包括如下步骤：
[0016] -提供一种用于膜的模具，其包含第一主内表面和第二主内表面所限定的模巢，对 此第一主内表面和第二主内表面分别已经受处理，所述处理适合于使靠近模具的第一和第 二主内表面的液晶排列为分别根据第一预定方向和不同于第一方向的第二预定方向排序 的液晶相，
[0017] -提供一种可聚合液晶组合物，其至少包含液晶介晶(mesogen);所述液晶组合物 具有液晶相-各向同性相转变温度，
[0018] -将呈液态的液晶组合物引入模巢中，
[0019] -使液晶组合物在退火温度下保持在模具中，和
[0020] -在液晶组合物处于退火温度下时，使可聚合液晶组合物聚合，
[0021] 其中选择退火温度大于液晶相-各向同性相转变温度。
[0022]优选地，将可聚合液晶组合物在退火温度下倒入模巢中，一旦在内表面附近的液 晶呈液晶态即向列液晶态就启动液晶组合物的聚合。
[0023] 模具的主内表面通常提高其附近的液晶组合物的液晶相-各向同性相转变温度。 因此，优选地，退火温度低于位于最靠近与模具的每个主内表面的界面处的液晶耐受液晶 相-各向同性相移的温度值。
[0024] 最后，本发明还涉及一种偏振无关透射空间相位调制器，其包含具有彼此不同取 向的两个平行排列的液晶池和在两个液晶池之间的用于诱导所述池中液晶所需取向的中 间层，其中所述中间层为由如上所定义的透明薄膜制成的单层。
[0025] 现将参考附图描述本发明，所述附图分别表示：
[0026] 图1，根据现有技术的SPM的示意性代表，包括中央中间层，其由具有两个层的膜构 成，包括在每个层中具有不同取向（通常交叉取向）的平行排列液晶；
[0027]图2,根据本发明的透明薄膜和包含中央中间层的SPM的示意性代表，所述中央中 间层由根据本发明的透明薄膜制得的单层构成；
[0028] 图3,制备根据本发明的透明薄膜的模具和步骤的示意性代表；
[0029] 图4,根据本发明的各向同性液晶聚合物膜的视图，在正交偏振器下观察，对于不 同光聚合温度；
[0030] 图5,由具有两个交叉平行排列的液晶聚合物层的膜构成的中间层的视图，在自排 列方向的45°处在正交偏振器下观察；
[0031] 图6和7,具有根据本发明的透明薄膜的液晶池的视图，在偏振光显微镜下观察；
[0032] 图8,用于根据本发明的透明薄膜的偏振光计分析及其结果；
[0033]图9和10,与在不同偏振角下施加的张力成函数的相移图，分别对于具有根据本发 明的中间层(在100°c下光聚合）的双液晶池 SPM和具有现有技术的中间层的双液晶池 SPM， 包含具有两个交叉排列的液晶层的膜；
[0034] 图11，根据本发明的透明薄膜的另一实施方案的视图，在偏振光显微镜下观察;和
[0035] 图12,与在不同偏振角下施加的张力成函数的相移图，对于具有图11的透明薄膜 作为中间层的双液晶池 SPM。
[0036] 本发明主要涉及包括液晶的透明薄膜，其尤其可有利地作为中间层用于诱导空间 相位调制器(SPM)的液晶池中液晶的排列。
[0037] 在下文中，应理解液晶相为其中液晶介晶通过与其中液晶呈各向同性状态的各向 同性相相反而排序的相，液晶相通常为向列相和近晶相之一。因此，液晶相-各向同性相转 变温度，当应用于向列液晶时，意指向列-各向同性转变温度，当应用于近晶液晶时，意指近 晶-各向同性转变温度。
[0038] 在一个实施方案中，本发明使用液晶相为向列相的液晶；该实施方案则围绕着该 类液晶的向列_各向同性转变温度。
[0039] 本发明的透明薄膜通常为液晶聚合物膜，优选光聚合膜，其中膜本体中的液晶展 示出各向同性取向构型，且在膜表面附近的液晶呈现从一个表面至另一表面不同的所需排 列。
[0040] 如上所示，本发明人已确定SPM的池的液晶借助中间层的排列能力仅归因于与中 间层的表面和在中间层两侧上的池的液晶分子的相互作用，并且形成图1中所示根据现有 技术的SPM的中间层的膜层的本体关于该中间层的排列能力是无用的。
[0041] 然而，这归因于现有技术的该双层膜本体，可出现一些双折射，如果各层的相应厚 度不相同的话。
[0042 ]本发明的透明薄膜克服了该双折射问题。
[0043]此外，在本发明的膜的SPM中的用途允许实现具有较低厚度的中间层，从而降低屏 蔽作用且由此降低操作SPM所需的施加电压。
[0044] 如图2中所见，本发明的透明薄膜1包含第一主表面la和第二主表面lb和包含在两 个主表面la和lb之间的本体lc。根据本发明，液晶分子，通常向列液晶分子包括在膜本体 中。
[0045] 在第一主表面区域la附近，液晶分子2a沿着第一主方向排列，形成有序液晶层，而 在第二主表面lb附近，液晶分子2b沿着不同于第一主方向的第二主方向排列，形成另一有 序液晶层。一般而言，第一和第二主方向交叉90°。
[0046] 膜本体包含中央区，其中液晶分子2c保持各向同性设置。
[0047] 因此，本体lc的至少一个中央区包含呈各向同性设置的液晶，使得本发明的膜不 构成扭曲的向列液晶膜。
[0048]然而，各向同性设置的液晶的中央区2c通常使得所有液晶为各向同性的，在膜的 主表面2a、2b的中间附近处的少数有序液晶层除外。
[0049] 一般而言，本发明的透明薄膜(尤其是其本体)包含包括液晶的聚合单体的基质。
[0050] 在本发明的透明薄膜的一个实施方案中，一些液晶(尤其是在本体中）为未聚合液 晶，其通过聚合单体的基质而保持就位。
[0051] 在另一实施方案中，基质的至少一些聚合单体为液晶。然而，基质的所有聚合单体 可为聚合液晶。另外的其他单体可在聚合液晶上面存在于基质中。此外，液晶的一部分可为 未聚合液晶，其通过聚合单体的基质而保持就位，而液晶的另一部分为聚合基质的一部分。 [0052]基质的可聚合单体可为可热聚合的、可光聚合的（通常可UV聚合的）或可热聚合的 和可光聚合的单体两者。优选地，可聚合单体为可光聚合单体。
[0053]可用于本发明中的液晶在本领域是熟知的且通常为向列液晶。
[0054]该类液晶为不可聚合的液晶（其将在聚合单体基质中保持就位）和/或可聚合液 晶，其将参与聚合基质的形成。
[0055]在可用于本发明的不可聚合的液晶中，可提及多苯基化合物，尤其是联苯和三联 苯化合物如氰基联苯和氰基三联苯，其具有长链脂族基团，及其混合物，环己烷化合物，苯 基环己烷化合物和环己基环己烷化合物，三氟苯基化合物，三氟甲氧基苯基化合物，二氟甲 氧基苯基化合物以及这些液晶的混合物。
[0056] 在可聚合的，优选可光聚合的液晶单体中，可提及具有可聚合基团如丙烯酸酯或 甲基丙烯酸酯基团或甚至环氧基或乙烯基基团的液晶化合物。此外，在它们根据自由基聚 合而聚合的情况下，可考虑基于硫醇烯(thiolene)基团的液晶化合物。
[0057] 大量向列液晶可市购；例如，向列液晶由Merck以名称BL036、BL037、BL038、BL087、 BL093、BLlll、TL213、TL216、E7、E63、MLC-6621-000、MLC-662卜100、ZU-5049-000和ZU-5049-100商业化。
[0058] 基质可包含其他聚合单体，其由不为液晶的可聚合的，优选可光聚合的单体形成。 该类可聚合单体为制备非液晶聚合物膜的领域所熟知的。作为这些单体的实例，可提及丙 烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体如丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸十二烷基酯、三羟甲基丙烷三丙 烯酸酯，其为不干扰液晶单体的液晶相(这里为向列相）的单体。在其中基质含有一些聚合 液晶和不为液晶的一些聚合单体的一个实施方案中，这些非液晶可聚合单体关于仅包含液 晶可聚合单体的组合物优选具有降低所述组合物的液晶相-各向同性相转变温度的性质。 [0059] 本发明的透明薄膜具有包括在间隔[5wii; 100M1]，优选在间隔[lOwn; 50wii]，更好 地在间隔[15wn; 35wii)内，通常25wii的厚度。
[0060] 实际上，在主表面之一附近发现且沿着第一或第二方向排列的非各向同性液晶 (例如仍在液晶相中的液晶）的层可代表厚度为0 ? 1 _50nm，通常1 -20nm或1 -30nm，例如约 25nm的内层。
[0061] 制备根据本发明的透明薄膜的方法为事先非显而易见的且现将参考图3描述。如 上所述，透明薄膜的本体由呈各向同性设置的液晶制得。取决于在所述方法期间使用的温 度，未在主表面的直接附近但靠近在主表面的直接附近的液晶的一些液晶可具有半取向构 造。
[0062] 用于制备薄膜1的模具包含第一部分2和第二部分3,其各自包含支撑基底（2a、 3a)，例如由玻璃制成，和聚合物涂层(2b、3b)，例如聚酰亚胺涂层，其中聚合物涂层分别限 定模巢的第一主内表面和第二主内表面。
[0063] 然后，通常提及涉及向列液晶介晶的实施方案。然而，应注意的是，如下实施方案 可应用于近晶液晶介晶。
[0064]根据本发明方法，模巢的第一和第二主表面经受处理，所述处理适合于诱导在该 第一和第二主表面的中间附近的向列相中液晶的排列。该处理可包括用辊摩擦聚合物涂 层。然后组装模具的各部分，使得摩擦方向交叉90°。然而，在需要该产物的情况下，摩擦方 向可交叉不同于90°的角度。
[0065]将呈液态的含有向列液晶介晶的可聚合物混合物倒入模巢中。将可聚合混合物在 高于混合物中液晶的向列-各向同性转变温度的退火温度下时倒入模具中，或者一旦在模 具中证实就加热至退火温度。当在退火温度下时，最后聚合混合物。然后，将膜脱模并复原。 [0066]向列-各向同性转变温度易于在使用加热台的偏振光显微镜下观察。
[0067]应注意的是，与现有技术文献的主要区别为具有各向同性/有组织表面的层通常 就给定工艺条件而言在低于组合物的向列-各向同性转变温度的温度下制备，以确保表面 处的液晶单体以排列状态而有序。在本发明中，所用温度等于或大于组合物的向列-各向同 性转变温度，下文称为本体向列各向同性转变温度。特别地，其包括在就给定工艺条件而言 (例如对于薄膜制备)组合物的本体向列-各向同性转变温度与就给定工艺条件而言组合物 的界面向列-各向同性转变温度之间。
[0068] 就给定工艺条件而言组合物的本体向列-各向同性转变温度主要取决于LC组合 物，例如LC的本性、各LC的相应量和其他单体和/或组分的潜在存在。例如就给定组合物而 言，组合物的本体向列-各向同性转变温度可为94°C，其为填充有该液晶组合物的池在正交 偏振器下观察为黑池的温度。
[0069] 就给定工艺条件而言组合物的界面向列-各向同性转变温度取决于上述参数和取 决于产生界面的材料如模具表面材料。
[0070] 本领域熟练技术人员熟知如何评定组合物的液晶相/各向同性相转变温度。例如， 向列-各向同性转变温度可在装备有加热台且以正交偏振方式安装的偏振光显微镜上测 定。在转变温度以下，层至少部分地显示出一些双折射，因为液晶至少部分呈向列相，在超 过相变温度下时双折射消失且通过显微镜看到的图像是黑色的。
[0071] 尽管在就给定工艺条件而言组合物的本体液晶相-各向同性相转变温度与界面的 液晶相/各向同性相转变温度之差取决于液晶材料与模具表面材料之间的结合能，组合物 的界面向列-各向同性转变温度被认为是大于组合物的本体向列-各向同性转变温度约5-50 °C，取决于组合物和界面本性。
[0072]因此，通过提高包括在间隔[1 -50 °C ]，优选间隔[1 -30 °C ]内，例如10 °C的温度，选 择本发明方法的退火温度大于就给定工艺条件而言组合物的本体向列-各向同性转变温 度。
[0073]在另一实施方案中，本发明人已发现对于在模具中构造的一些薄膜(达500WI1)且 对于一些液晶组合物，当退火温度太接近组合物的本体液晶相/各向同性相转变温度时，在 本发明薄膜中可能出现一些浑浊。
[0074] 因此，本发明人已确定存在通过能够实现无浑浊薄膜而改进本发明的实施方案； 该实施方案在于，通过提高至少5°C的温度，使得其包括在间隔[5-50°C]，优选间隔[5-30 °C ]内，例如间隔[10-20°C ]内，选择所述方法的退火温度大于组合物的本体向列-各向同性 转变温度。
[0075] 应注意的是，在主表面(例如排列层）附近的液晶分子绝不会完全与表面平行，而 总是与其呈一定角度。该角度称为"预倾斜角"。预倾斜角为液晶相对于排列层平面所成的 角。
[0076] 实施例1
[0077] 制备透明薄膜
[0078]首先，制备玻璃模具。各基底用聚酰亚胺涂覆。聚酰亚胺以如下条件摩擦(辊速度： 700rpm，台速度（stage speed) :20mm/s，压痕0? 1mm)。将模具组装，使得上下基底的摩擦方 向交叉90°。在两个玻璃基底之间使用25_的膜隔离物。所述隔离物用UV胶(N0A81)粘着。 [0079]模具填充有LC混合物，其包含:标准向列LC材料如E7 (由Merck&Co .公司分销）、反 应性LC介晶如RM257(由Merck&Co.公司分销）和光敏引发剂如1184。在如下实验中，相对比 例为 E7:39 重量 ％，RM257:60 重量 ％，1184:1 重量 ％。
[0080]在60 °C下加热混合物以允许各组分的良好混合。在60 °C下通过毛细管作用将模具 填充LC混合物。然后，将填充有LC混合物的池加热超过向列-各向同性转变温度。该温度转 变易于在使用加热台的偏振光显微镜下观察。对于上述混合物，在LC池中的转变温度为约 94°C。应注意的是，模具或者也可在包括在约80-约90°C之间的温度下填充LC混合物，只要 该温度低于本体向列_各向同性转变温度。
[0081] 最后，将膜在UV光下在18mW/cm2下在10分钟期间光聚合。
[0082] 膜的脱模首先在60°C下操作以打开模具，在室温下操作以使膜层离。
[0083] 假定对于各向同性LC聚合物膜的一面在聚合之后等价摩擦方向与在模具表面上 的聚酰亚胺的摩擦方向相反。本领域熟练技术人员知晓摩擦不仅诱导轴而且诱导预倾斜 角，其将使LC分子轻微倾斜，由此摩擦方向包括摩擦的轴，以及预倾斜角的方向，并且两个 相反的摩擦方向通常沿着相同轴。因此，〇度和180度的摩擦方向不是等价的，而是不同的。 [0084]借助光固化在94-110 °C的温度范围下制备几种各向同性LC膜。
[0085]基底:涂覆有沿着一定方向摩擦的聚酰亚胺的玻璃 [0086] UV胶N0A81:硫醇烯基可光固化胶(NORLAND)
[0087] 隔离物:玻璃珠粒-直径30mi [0088]液晶：
[0089] 1^257(1^代1〇:1，4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基）苯甲酰氧基]-2-甲基苯￡7 (Merck):如下物质的混合物：
[0091] 光敏引发剂I184(Irgacure 184CIBA GEIGY):1-羟基-环己基-苯基酮 [0092] 制备双池结构
[0093]为了制备双层池结构，使用具有聚酰亚胺涂层的图案化IT0电极。由EHC公司获得 基底。基底的聚酰亚胺层以如下条件摩擦：辊速度700rpm，台速度20mm/s，摩擦布压痕 0.1mm。选择摩擦方向，使得在上下基底之间摩擦方向交叉90°。将15mi的珠粒隔离物分散在 乙醇中并通过旋涂而沉积在基底上。然后，将两个基底和中间层组装在一个双层池结构中， 使得上下池呈反平行排列构造。反平行构造意指对于每个池，上下界面即基底的排列层和 在本发明的中间层表面处以排列状态存在的液晶的排列方向应使得其向附近液晶提供相 同的排列轴但具有相反的排列方向。LC材料最后通过毛细管作用插入基底和中间层之间的 空间中，以形成呈反平行构造的上下LC池，也称为均一构造，彼此交叉90° (图2)。
[0094] 基底:玻璃 [0095] IT0:氧化铟锡
[0096]隔离物:直径15mi的玻璃珠粒 [0097] 膜和池表征
[0098]分别在如下温度下光聚合各向同性LC聚合物膜:约转变温度:94°C，根据本发明超 过转变温度:94.6、95、95.5、100、105、110°(：。首先注意到在约转变温度(94°(：)下观察到最 大浑浊。这可能归因于微米级畴LC取向。在超过KKTC下，肉眼未观察到浑浊。在正交偏振器 之间的那些膜的观察显示出暗状态，而不管偏振器之间膜的取向。这意味着膜在其各向同 性相方面为宏观的（图7)。为了比较，图5显示出包含来自图1的层n° la和lb的中间层，在正 交偏振器下观察。观察到的颜色归因于膜的双折射。该双折射归因于在层n° la和层n° lb之 间的厚度的不可控变化。也为了比较，图4的插图显示出模具中LC混合物在正交偏振器下的 视图，当在低于转变温度下聚合时。图片代表扭曲向列构造，其考虑模具构造而合乎逻辑。
[0099] 为了显示出本发明的各向同性LC聚合物膜的排列能力，那些膜作为基底用于根据 上述方法制备LC池。将每个膜的两个部分根据其假定排列方向以反平行排列构造和以扭曲 向列构造而组装。
[0100] 膜通过15mi珠粒隔离物分隔。所得池填充有Sigma-Aldrich公司分销的CB5液晶4-氰基-4'-戊基联苯。所得LC池在偏振光显微镜下观察。0、45和90°度角对应于输入偏振器方 向与第一各向同性LC层取向之间的角度。结果示于图6和图7中。如所预料的那样，以平行排 列构造观察到在正交偏振器之间的0和90°的池取向消光。实际上，平行排列的池起单轴波 片作用。当线性偏振光平行于快或慢轴时，其仅看到一个折射率。对于其他取向，双折射非 零，且可透过正交偏振器看到光。也如预期的那样，对于扭曲向列构造，称为"TN"，观察到对 于在正交偏振器之间0和90°的池取向的清晰状态。这证实本发明的各向同性LC聚合物膜的 排列能力，这里在超过94°C的向列-各向同性转变温度1_15°C之间进行聚合。这显示出使用 高于本体向列-各向同性转变温度的聚合温度能够将包含液晶的各向同性膜输送至本发明 的各向同性LC聚合物膜两个表面附近，其以足够有序设置以将其排列强加于在该各向同性 膜上面制成的池的LC。
[0101] 该结果在本发明人想要尝试之前是非显而易见的，因为其意味着在各向同性LC膜 聚合物制备期间，排列层和LC混合物之间在其界面附近的相互用作足够强以维持根据摩擦 方向的LC分子的一些排列，当在膜本体中时，LC分子取向是完全随机的。
[0102] 使用Thorlabs商业化的偏振光计测量膜各向同性LC聚合物膜的偏振无关性。光学 设置示于图8中。
[0103] 在通过偏振光计分析之前，激光束通过线性偏振器和本发明的各向同性LC膜。各 向同性膜围绕光束轴旋转且偏振的变化被记录且在庞加莱球上作图。结果显示出对于在95 和100°下光聚合的膜的一些小偏振相关性。这可能归因于在膜中的一些浑浊。但在105和 110°C下光聚合的膜被发现是真正偏振无关的。
[0104] 最后，通过安装在如上所述的双层LC池结构(参见图2)中来测试各向同性LC聚合 物膜并研究在相移期间的偏振无关性。图9显示出作为施加电压的函数的双层LC池的相移， 对于用在l〇〇°C温度下光聚合的各向同性膜制备的双层池。用于LC池的LC材料具有0.26的 双折射，并且LC池厚度理论上为15mi。由于相移曲线未合并，可观察到一些轻微偏振相关 性。这可通过在LC池之间的厚度小不均匀性而解释。然而，相移对偏振的相关性在最高电压 (60V)下为低于5%。
[0105] 作为比较，图10显示出用池结构作出的类似测量，用在图1中展示的中间层进行。 看到相移对偏振的相关性对于施加的60V电压为约10%。
[0106] 另一重要结果为，在用各向同性膜制备双层池的情况下，与图1的池结构相比，启 动相移所需最小电压（称为阈电压）降低。实际上，在图9中，相移启动以使电压提高，大于 3.6V，而在图10中，相移启动以使电压提高，大于6.6V。同样地，在曲线的上升部分中，在图9 中分别要求9.6V和23V以分别达到6JI和1031的相移，而在图10中分别要求23V和50V以分别达 到631和1031的相移。应注意的是，对于两种情况的最高效取向而取如下那些值:对于本发明 的各向同性中间薄膜为90°，对于图1的中间薄膜为45°。这为超过50%的电压降低。该降低 可归因于中间层的厚度降低。
[0107]因此，真正偏振无关的中间层和中间层厚度降低而导致的施加电压降低为本发明 的两个主要优点。
[0108] 实施例2
[0109] 进行另一组实验以阐述本发明第二实施方案的可行性，即：通过混合常规单体和 反应性液晶介晶而制备各向同性中间层。
[0110] 制备扭曲向列(TN)模具，使用载玻片和聚酰亚胺薄层，具有小预倾斜角（1-1.5°)。 应注意的是，本发明的实施方案可适用于大于实施例2的1-1.5°的预倾斜角，例如通常包括 在0-90°之间。
[0111] 模具制备方法如上所述，但进行小变动。
[0112] -摩擦条件为:辊速度:700rpm，台速度:20mm/s，深度:0.1mm。将两个基底组装在扭 曲的向列构造中，即两个基底的摩擦方向彼此呈90°。
[0113]-使用胶分配器将基底胶粘在一起。胶为N0A68，NORLAND分销的可光固化胶，向其 中加入30wii珠粒隔离物。隔离物在胶中以0.1重量％的浓度分散。
[0114]表1显示出用于制备各向同性中间层的液晶组合物的配制剂。
[0116]表1:用于中间层的可聚合混合物
[0117] RM257为如上所述的可聚合IX。
[0118] 丙烯酸十二烷基酯为常规可聚合单体，在其没有液晶性质的意义上。
[0119] 制备表1的组合物且作为用于各向同性中间层的材料经测试。在用于制备各向同 性中间层的扭曲向列模具内，从扭曲向列状态至各向同性状态的转变温度被发现对于配制 剂1为约90 °C，对于配制剂2为约104°C。
[0120] 因此，按照本发明的实施方案，选择高于转变温度5°C或更多的聚合温度，即对于 组合物1和2分别为100 °C和110 °C。膜在20mW/cm2下聚合10分钟。
[0121] 在聚合膜脱模之后，通过用充当中间排列层的聚合膜制成双层池和使用偏振光显 微镜观察那些池的行为来评价排列能力。
[0122] CB5液晶用于形成双层池，其用于检验那些聚合膜的排列能力。不使用隔离物。在 反平行排列(APAL)和扭曲向列（TN)液晶构造两者中，膜用作基底。图11的图片显示出这些 膜的排列性质。也示出在乙醇中将膜柔洗之后，排列性质得以保持。
[0123] 因此，对于使用常规单体和可聚合反应性介晶的混合物根据本发明的第二实施方 案制成的膜示出排列能力。
[0124] 这些膜在双层池构造中用作中间层。池通过测量作为电压函数且与在正入射下线 性偏振取向相关的相移来表征。曲线示于图12中。池显示出偏振无关性，直至至少150V。
[0125] 相比于图10,在图12中观察到的较高阈电压可通过中间层膜中材料改变而解释。 丙烯酸十二烷基酯可能降低中间膜的介电常数，并由此诱导较高阈电压。然而，预期使用其 他常规单体可导致较小阈电压。
[0126] 因此，双层池结构可用由常规单体和反应性介晶制成的各向同性中间层制备。
【主权项】
1. 透明薄膜，包括液晶且包含第一主表面、第二主表面和包含在两个所述主表面之间 的本体，对此： -在第一主表面附近，沿着第一主方向排列有液晶， -在第二主表面附近，沿着不同于第一方向的第二主方向排列有液晶，并且在其间本体 包含保持各向同性设置的液晶。2. 根据权利要求1的薄膜，其中液晶为向列液晶。3. 根据权利要求1的薄膜，其中本体包含聚合单体的基质。4. 根据权利要求3的薄膜，其中本体包含未聚合液晶，其通过聚合单体的基质而保持就 位。5. 根据权利要求3或4的薄膜，其中聚合单体的基质的至少一些单体为液晶。6. 根据权利要求3-5中任一项的薄膜，其中聚合单体的基质的至少一些单体为常规单 体。7. 根据权利要求3-6中任一项的薄膜，其中基质的聚合单体为光聚合单体。8. 根据权利要求1-7中任一项的薄膜，其中沿着第一和第二方向中每一个排列的液晶 形成具有包括在间隔[〇 · Inm; 30nm]，优选在间隔[Inm; 30nm]内的厚度的层。9. 根据权利要求1 _8中任一项的薄膜，其中薄膜具有包括在间隔[5μπι; 100μπι]，优选在 间隔[10μπι;50μπι]内的厚度。10. 根据权利要求1-9中任一项的薄膜，其中第一主方向和第二主方向交叉90°。11. 一种制备根据权利要求1的膜的方法，其包括如下步骤： -提供一种用于膜的模具，其包含第一主内表面和第二主内表面所限定的模巢，对此第 一主内表面和第二主内表面分别已经受处理，所述处理适合于使靠近模具的第一和第二主 内表面的液晶排列为分别根据第一预定方向和不同于第一方向的第二预定方向排序的液 晶相， -提供一种可聚合液晶组合物，其至少包含液晶介晶；所述液晶组合物具有液晶相-各 向同性相转变温度， -将呈液态的液晶组合物引入模巢中， -使液晶组合物在退火温度下保持在模具中，和 -在液晶组合物处于退火温度下时，使可聚合液晶组合物聚合， 其中退火温度大于液晶相-各向同性相转变温度。12. 根据权利要求11的方法，其中退火温度低于位于最靠近与模具的每个主内表面的 界面处的液晶耐受液晶相-各向同性相移的温度值。13. 根据权利要求11的方法，其中所述退火温度比液晶相-各向同性相转变温度高1-50 °C，优选地5-50 °C，更好地5-30 °C。14. 根据权利要求11-14中任一项的方法，其中液晶组合物为可光聚合组合物。15. 根据权利要求11-15中任一项的方法，其中可聚合液晶组合物至少包含可聚合单 体，其包含在如下组中：可聚合液晶介晶或可聚合液晶介晶混合物，不同于液晶介晶的可聚 合单体或可聚合单体混合物，或者可聚合液晶介晶与其他可聚合单体的混合物。16. 根据权利要求11 -16中任一项的方法，其中将可聚合液晶组合物在比液晶相-各向 同性相转变温度低的温度下倒入模巢中。17. 根据权利要求11的方法，其中将可聚合液晶组合物在退火温度下倒入模巢中，一旦 在模具内表面附近的液晶呈液晶态就启动液晶组合物的聚合。18. 根据权利要求11 -18中任一项的方法，其中液晶相为向列相介晶。19. 根据权利要求11-18中任一项的方法，其中模具的第一和第二主内表面的处理包括 分别根据第一和第二预定方向摩擦第一和第二主内表面。20. -种空间相位调制器，其包含具有彼此不同取向的两个平行或两个反平行排列的 液晶池和在两个液晶池之间的用于诱导所述池中液晶所需取向的中间层，其中所述中间层 为由根据权利要求1-10中任一项的透明薄膜制成的单层。
【文档编号】G02F1/1347GK105960609SQ201380082024
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2013年12月3日
【发明人】M·弗伊雷德, A·古莱
【申请人】埃西勒国际通用光学公司, 株式会社尼康