包含光聚合染料的分层分相复合材料的制作方法

专利名称：包含光聚合染料的分层分相复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分层分相复合材料、一种制备这类复合材料的方法以及用于这种方法的光化学反应活性组合物。
Kumar等人在科学(Science)，第283卷(1999)，1903页中(还参见US 5,949,508)公开了一种分相复合材料及其制备方法。通过在一对相对的基板之间提供一层溶解在有机液体特别是液晶中的光聚合单体(预聚物)来制备所述已知的复合材料。有机液体和单体的选择使得所述液体与光聚合单体混溶性差。如果这样选择，液体和光聚合物的分相在光聚合过程中发生，这在本领域中称为聚合诱导分相法(PIPS)。在Kumar等的复合材料中，有机液体还适合于吸收用于使所述单体光聚合的紫外光。因此，根据在Kumar等人的方法，在使所述层受到紫外光照射时，在垂直于该层的方向上在该层内产生光强梯度，最高强度在面对紫外光源的一侧。由于光聚合发生的速率与紫外光强度成正比，所以光聚合以及由此产生的的分相优选地发生在所述层面对光源的一侧。结果，分相以分层的方式发生，产生包含在紫外光源一侧主要形成聚合物层并且在远离紫外光源的一侧主要形成液体层的复合材料。
适合于形成分层分相复合材料的液晶种类限于那些吸收用来产生分相的辐射的液晶。但是，对于许多应用来说，其它液晶的使用将是希望的。特别地，Kumar所用的液晶E7、氰基联苯LC不适合用于AMLCD。已知复合材料的另一个缺点可能是分相不完全。特别地，少量的LC材料仍然存在于聚合物层中。对于许多应用，这样的LC材料的夹杂可能是不希望的。例如，液晶夹杂物可能产生虚假的转换效应并且如果LC夹杂物在使用寿命期间迁移到液晶层并且与液晶层合并，则诸如延迟或定向的性质可能受到影响。
本发明的一个目的是提供一种没有这些缺点的分层分相复合材料。特别地，本发明的一个目的是通过扩展适用于这种复合材料的流体的范围，扩大分层分相复合材料的范围。本发明的另一目的可能是提供一种可以改进分相的复合材料。
根据本发明，通过包含光聚合层和液体层的分层分相复合材料来实现这些目的，所述复合材料可以通过使可光聚合的可分层分相组合物层光聚合来获得，该组合物包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料，其在光聚合过程中选择性地聚集在形成的光聚物层中；和一种液体。
和一致的复合材料一样，根据本发明的分层分相复合材料可以通过光聚合诱导的分相获得。它不同于已知复合材料，因为根据本发明的分层分相复合材料包含一种光聚合染料，其选择性地聚集在聚合物层中，在本发明的上下文中，术语“光聚合染料”是指一种化合物，其适合于至少部分吸收用于使单体材料光聚合的光化学辐射。
由于所需的光强梯度由光活性光聚合染料提供，因此，液体(晶体)可以需要，但不必是吸光性的。因此，可以适用于根据本发明的复合材料的液体范围显著增加。使光聚合染料作为分离成分还在选择理想的光强梯度方面给出更大的灵活性。在吸收主要由液晶决定的情况下，与现有技术复合材料的情况一样，在复合材料中选择理想的液体层厚度已经决定了光强梯度并且因此决定了分层过程。
加入选择性地聚集在聚合物层的染料可以改善分相。特别地，改善的分相可以采取减少包裹在聚合物层中液体量的形式和/或改进液体和聚合物层之间的界面均匀性的形式。虽然不希望受到任何理论的约束，但是应当注意，与其中液体作为吸光材料的已知复合材料相比，添加光聚合染料(作为与液体分相的成分)改变了可分层分相层的吸光性并且由此在开始时和在光聚合过程中在所述层中建立了光强梯度。特别地，添加这种染料使所述层获得明显更大的吸光性和/或从高强度到低强度的过渡明显更陡。而且，由于所述染料在所形成的聚合物层中选择性地聚集，因此获得了不同于使用在可分相层中均匀分布的染料或选择性地在液体层中聚集的染料(例如Kumar所用的光吸收液晶)所获得的光强梯度。
另外，如果所述复合材料用于一个其中液体层是活性层的器件中，例如LC器件，其可能具有光聚合染料存在于这样的活性层中的缺点。一般来说，所述染料在所述复合材料的制备过程中用于一个目的，然而此后，在使用或进一步的制造过程中，它已经用于该目的并且对于该目的来说，不再需要它的存在。相反，在使用或进一步的制备过程中，所述染料事实上可能具有不利的影响。例如，如果使用紫外光聚合染料，所述液体可能随时间更容易光降解。染料还可能影响液体的电光性质，例如，特别是其介电常数和双折射。通过选择性地在液体层中聚集染料，可以避免这些不利影响。另外，染料的量可以自由地选择，而不必考虑它对液体层的影响。
广义上，本发明涉及任何包含光聚合染料作为与液体分相的成分的分层分相复合材料，只要所述染料至少部分地吸收用于使单体光聚合的辐射。然而，所述染料一般具有选择性地聚集在液体层而不是聚合物层中的趋势。
通常，选择性地聚集在聚合物层中的染料可以通过选择更好地溶解在(部分聚合的)单体中而不是液体中的染料来寻找。溶解度差异可以通过使液体与具有和液体明显不同极性的单体或其(部分)聚合的形式结合来获得。例如，如果液体是非极性的液体，那么聚合物可以是极性的或者通过用极性取代基甚至离子基团进行官能化而使聚合物具有极性。如果染料选为极性的或类似地使染料具有极性，则可以获得在聚合物层中的选择性聚集。
促进在聚合物层中选择性聚集的另一种方法包括提供与(部分聚合的)单体化学结合的方法。因此，在根据本发明的分层分相复合材料优选的实施方案中，光聚合染料是光化学活性染料，其能够在光聚合过程中与可光聚合的或光聚合后的单体光化学结合。
在将染料与单体或聚合的单体光化学结合过程中，所述(聚合的)单体迫使染料进入所形成的聚合物层中，由此获得在聚合物层中的选择性聚集。通过使用这种光化学活性染料，可以使任何光聚合染料，特别是任何常用的染料，能够选择性地聚集在聚合物层中。需要做的是提供带有光活性基团的染料，所述基团在聚合过程中能够与可光聚合的或光聚合后的单体化学结合。因为所述染料与单体化学结合，光聚合染料在复合材料的进一步使用过程中释放到液体层的危险也得到降低。所述染料被有效地包封在聚合物层中。
光活性染料的方便选择是其中光聚合染料用可光聚合基团官能化的类型。
因此，在一个优选的实施方案中，所述光化学活性染料是一种可与可光聚合单体共聚的可光聚合染料。
通过选择可与单体共聚的可光聚合染料，避免了在聚合物层中的不同聚合物成分的分相。而且，如果所述染料和单体用相同的可光聚合基团官能化，那么所述染料与单体的光反应、反应速率以及其它相关的光反应参数是非常相似的，产生均匀可控的光反应。
为了减少不同成分的数量，在根据本发明的复合材料的一个特定实施方案中，可光聚合染料和可光聚合单体是一种并且是相同的单体。
为了缩短光聚合的时间，减少可分层分相层在光聚合过程中的吸光率是有优点的。为了实现这个目的，根据本发明的复合材料的一个优选的实施方案特征在于所述光聚合染料是一种可光漂白的染料。
可光漂白的染料同样是已知的。在特别优选的实施方案中，光聚合染料用可光聚合基团和可光漂白基团官能化。可光漂白的光聚合染料是一种其吸光率随着接收的光聚合诱导辐射剂量而降低的染料。第一类可光漂白染料具有发色团，它是光致分解性的，其光致分解产物不吸收或至少在较小程度上吸收产生光聚合作用的辐射。第二类由光致变色类染料形成，其一方面具有一种吸收产生光聚合的辐射的状态并且另一方面具有不吸收辐射的状态。光致变色染料是众所周知的。另一类可光漂白染料是可光异构化染料类的，其具有吸收产生光聚合的辐射的第一种异构体，并且第二种异构体不吸收辐射，在使第一种异构体受到产生光聚合的辐射时，第一种异构体可转换成第二种异构体。这种染料的实例是一种用包含可异构化双键的基团官能化的染料，所述基团如芪基。另一类染料由可光氧化的光聚合染料组成。
另一方面，本发明涉及其中可分层分相组合物是可光交联的可分层分相组合物的根据本发明的分层分相复合材料。
可光交联的组合物的使用可以改善分相，特别地，在减少存在于(以溶解和/或分散形式存在于)聚合物层中的液体分子数方面和/或改善液体层-聚合物层界面的均匀性方面改善分相。而且，在液体层是液晶层的情况下，为了获得定向的液晶层，可光交联单体的使用可以使得复合材料可以与多种排列层组合。
在辐射时，可光交联组合物产生交联聚合物。交联聚合物也称为网状聚合物，具有使聚合物链相互之间连接形成三维网络的交联。可光交联组合物的实例在本领域中是公知的。可光交联单体组合物的典型实例包含一种单体和一种光交联剂，如果光聚合纯的单体，则形成线性聚合物链。为了提供产生分层所需的光强梯度，可光交联的可分层分相组合物包含光聚合染料。因为可以与提供选择性聚集的染料结合或单独采取使组合物可光交联的措施，所以光聚合染料也可以是液体或液体的一个组分。然而，优选地使用选择性地聚集在聚合物层中的光聚合染料。交联聚合物的其它优点是改进的耐温性和耐机械性和抵抗化学物质(例如溶剂)侵蚀的性能，如果聚合物层用作湿法沉积其它层的基板，这将是便利的。
另一方面，本发明寻求增加光聚合分相复合材料的种类。
通过包含一种光聚合层和一种液体层的分层分相复合材料可以满足这一目的，所述复合材料通过使可光聚合可分层分相组合物层光聚合来获得，所述组合物包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料；和一种液体，其中，可光聚合单体是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体。
可光聚合(甲基)丙烯酸酯是获得光聚合的分相复合材料合适的单体。通过使用(甲基)丙烯酸酯，可以获得具有优良分相的分相复合材料，即存在于聚合物层中的液体分子数(以溶解的和/或分散的形式存在)非常低和/或液体层与聚合物层的界面非常均匀。特别地，所述均匀性可以使得不存在从聚合物层延伸穿过整个液体层厚度的凸起。(甲基)丙烯酸酯单体的使用是本发明的一个独立特征，因为(甲基)丙烯酸酯单体可以与一种可光交联单体和/或一种光活性的光聚合染料结合使用或单独使用。然而，优选的是使用一种光活性(甲基)丙烯酸酯染料和/或一种可光交联的(甲基)丙烯酸酯。另外，(甲基)丙烯酸酯的使用可以扩展可与本发明的复合材料结合的排列层的选择。
合适的其它可光聚合单体和/或可光聚合染料包括硫醇-烯体系、环氧化物、1，2亚乙烯基，乙烯基醚、环氧杂丁烷或肉桂酸酯的单体。
特别合适的是具有一个可光聚合基团的可光聚合单体和/或染料，其形成主链和/或侧链聚合物，例如，单(甲基)丙烯酸酯、单环氧化物、单1，2亚乙烯基、单乙烯基醚和二硫醇硫醇-烯体系。通过一步加成反应聚合的肉桂酸酯单体需要两个肉硅酸酯基团以形成线性聚合物链。为了获得交联的聚合物，可以使用包含两个或多个可光聚合基团的单体，例如二(甲基)丙烯酸酯、二乙烯基醚、二环氧杂丁烷、二1，2亚乙烯基、二环氧化物，或硫醇-烯体系，包括三硫醇、三烯、或提供巯基或烯官能化的二硫醇或这些单体的高级同类物，所有这些单体在本领域中是公知的。交联的肉桂酸酯需要带有至少三个肉桂酸酯基团的单体。特别优选的是具有一个可光聚合基团的单体与具有两个或多个可光聚合基团的单体的组合，因为它们允许自由选择交联度。
可分层分相材料可以只包含一种类型的单体，以生产均聚物，但是一般来说，其含有一种以上类型的单体，以获得共聚物、三元共聚物或更高级的共聚物。单体本身可以是聚合物，也称为预聚合物，其可以进一步聚合。也可以使用不同的非可共聚单体以获得聚合物混合物，其可以分相也可以不分相。
液晶与适用于本发明的可分层分相组合物的合适候选物的单体的组合是那些用来制造分散液晶的聚合物的组合。
为了获得分层分相复合材料所进行光聚合同样是常规的。在可分层分相材料中包含一种引发光聚合的光引发剂不是必需的，但是是方便的。常规的光引发剂适合于该目的。使用光化学辐射(如电子束或离子束辐射)或电磁辐射(如x射线或γ射线辐射)进行光聚合。一般来说，优选的是使用较低的高能辐射，该辐射仍然足以断裂或形成共价键，例如紫外光和可见光。因为许多光学器件，如显示器在光谱辐射的可见光范围内是有效的，所以紫外辐射是优选的，特别是超过300nm的紫外光，因为玻璃吸收低于300nm的紫外光。可以按照泛光灯曝光或根据希望的模式，例如使用掩模或它们的组合进行光聚合。
对于可以用于根据本发明的复合材料的液体类型没有限制，但是它应该能通过分层分相形成液体层。实例包括无机液体例如水或水基液体，和有机液体如溶剂。所述液体特别是一种电光液体，例如用于电泳显示或液晶显示的液体。
在一种特别合适的实施方案中，所述液体是液晶。
合适的液晶包括那些能够形成平面、垂直于基板的、扭转或倾斜取向的液晶。这种取向也可以是单轴或双轴的。可以适当地使用任何LC相，例如向列、扭转向列、胆甾型、discotic、碟状结构A和C、铁电、flexoelectric等。液晶层可以分成许多不同的畴，每个畴具有不同的各向异性的取向，例如亚像素畴。特别地，定向的差异可以限于控制器定向的差异，而各向异性的类型是相同的。
液体也可以是可聚合的或聚合后的液体。后者是一种固体，在液体的流动性与要获得的功能没有关联的应用中具有特别的优点。
液体层的厚度将取决于所需的特别应用，但是一般来说在约0.1微米-1毫米之间变化。假如液体层是液晶层，则其厚度一般为0.5-10微米，更特别地为1-5微米。聚合物层的厚度取决于其在复合材料中的作用。如果聚合物层不必提供必需的保护和/或耐用性、耐划伤和其它机械力的性能，而是必须能够提供一种基板表面，用来提供后续层(例如提供必要的耐用性和/或机械完整性的层)，那么聚合物层可以较薄，一般为0.1-5微米。另一方面，如果聚合物层用于为复合材料的机械整体性提供明显的贡献，那么更厚的层是优选的，一般大于5微米。由于分相所需的时间随着液体层与聚合物层的总厚度增大而增加，一般来说理想的是保持尽可能低的总厚度。通常，该总厚度小于100微米，更特别地小于50微米。
根据本发明的可分层分相组合物中的液体和可光聚合单体的具体相对量取决于液体与聚合物层厚度的希望比例，一般为1-99重量％。如果液体或单体的相对量为5-90重量％，或更好为10-80重量％，分相更容易进行。如果作为单独的成分加入，光聚合染料的相对量由希望的光强梯度决定。一般地，所述量小于可分层分相材料总重量的20重量％，甚至小于10重量％。
为了在复合材料的使用过程中限制液体层和/或为了提供在其上可以提供一层可分相材料的表面，可以使用一个基板。合适的基板包括玻璃和塑料，还包括任选地包含用CMOS技术制造的集成电路的金属镜面涂敷的或硅基板。如果所述复合材料用于能传送光的用途，那么该单一基板应该是透明的。根据本发明的复合材料特别地可以与柔性基板(例如可折叠的)结合。为了促进复合材料卷装进出的制造，可以使用可缠绕的基板。柔性、可折叠和/或可缠绕的单一基板的合适材料包括聚合物薄膜和薄板、金属箔和铜版纸或它们的叠层制品。
如果所述液体层是各向异性取向的液晶层，提供具有排列层的基板是方便的，这在本领域中是公知的。特别地，根据本发明的复合材料不仅可与聚乙烯醇排列层结合，也可以与聚酰亚胺层结合。
在使用和/或制备过程中，根据本发明的复合材料与基板的结合至少在垂直于液体层方向上限制液体。为了防止液体泄漏，可以封装所述复合材料。供选择地，通过提供基板以凹槽或隆起，可以形成适合含有可分相材料的围壁。分相后，聚合物层覆盖该围壁并且其周边连在围壁的侧壁上，因此获得液体密封容器。可以用任何方便的方式形成围壁，例如，在塑料基板的情况下，通过注射成型形成围壁。在一个特定实施方案中，可以通过图案方式的光聚合由可光聚合可分相材料获得形成围壁的隆起，例如借助具有所形成隆起的图案轮廓的模板。
为了改善分层分相复合材料的机械完整性和稳定性和/或保持良好限定的液晶层厚度，所述液晶层可以包含连接部件和/或可以通过连接(支撑)部件使所述液晶层分隔，所述部件使基板和聚合物层连接。因此，连接部件的厚度大于液晶层的厚度。连接部件可以是常规的隔板，其部分地嵌入覆盖层中，或在分层分相复合材料形成之前，使用例如光刻胶在基板上光刻提供的浮雕结构图案。在一个非常有利的实施方案中，连接部件通过图案方式使可光聚合的可分层分相涂料光聚合而形成，例如通过掩模方式。掩模方式的光聚合通常在形成分相聚合层和液体层所需的泛光灯曝光之前或同时进行。
根据本发明的复合材料可以用于多种用途。广义上，它可以应用于包含液体的任何应用。如果与基板结合，一般应用是包含大表面积(1cm2-1m2)的液体薄膜(约0.1微米-1毫米)的不透液体的封装液体。根据本发明的复合材料可以快速容易地形成这样的充液封装。以传统的方式用液体填充大面积的薄容器是麻烦的。如果所选的液体是可聚合的，那么根据本发明的复合材料也可以用于固态应用。
涉及到的一类重要应用是光学和电光的应用，特别是当液体是液晶时。特别地，如果进行光聚合，可以制造图案形式的微透镜排列、光栅和结构在一个优选的实施方案中，本发明涉及包含根据本发明的复合材料的光学、电光或显示器件。根据本发明的复合材料可以包含可在第一和第二状态之间变换的液晶，第一和第二状态具有不同的光学性质，例如偏振选择性的差异。因此，根据本发明的复合材料可以用于LC显示器件中。原则上，对于LC效应和器件没有限制。然而，在一个优选的实施方案中，使用面内转换布置。当所述复合材料可以用连续法而不是间歇法制备时，它们在卷装进出制造的显示器中具有特别的优点。
本发明还涉及一种制备根据本发明的分层分相复合材料的方法。在第一个实施方案中，该方法包括提供一种支撑基板；在基板上涂敷一层可光聚合的可分层分相组合物，其包括一种可光聚合的单体；一种光聚合染料；和一种液体；使可光聚合的可分层分相组合物层光聚合产生引起分相，形成包含液体层和光聚合层的分层分相复合材料。
广义上，本实施方案的方法，也可以称为单一基板法，提供了一种形成封装液体层的可供选择的方法。如果要封装的液体层薄，即厚约0.1微米-1毫米，具有大的表面积，通常约0.1cm2-约1m2或更大，和/或在封装的液体层的使用过程中必须保持均匀的良好限定的厚度，本方法具有特别的用途。通过用液体填充薄且面积大的容器，来封装薄且面积大的液体层是麻烦的。根据本实施方案的方法与其中在其它层的上面层积各层的自底向上的方法相同。本方法特别可以与通过湿沉积法提供其它层结合，所述湿沉积法例如涂层和印刷法。本方法可以用间歇法进行，也可以用连续法进行，特别地，本方法可以用于卷装进出制备过程，因此可以进行节约成本的大规模生产。
在单一基板方法的优选实施方案中，光聚合染料选择性地聚集在所形成的聚合物层中和/或可光聚合的单体是可光交联的和/或所述单体是(甲基)丙烯酸酯。
从所述单一法获得的多个单一基板复合材料可以层积以形成单一基板分层分相复合材料的叠层。这种复合材料的叠层可以用来获得多种颜色，甚至全色的显示器，其中活性LC层层积在另一层上面以在有效显示面积内增益三倍。通过使用单一基板代替双层基板形成叠层的显示器，活性层之间的距离可以减小到聚合物层厚度的两倍，该厚度低到5-10微米。这样，传统叠层显示器中显著的视差效果可以明显减小。
在一个实施方案中，单一基板法接连重复多次，其中前一次的单一基板叠层用作下一个单一基板步骤的单一基板。供选择地，两个单一基板复合材料可以分别制备，然后通过它们的聚合物层相互结合。在该实施方案中，可以在这两个单一基板上提供电极以形成单一的层状电极布置，或者每个基板可以提供面内转换电极，使得两个液体层可以(独立地)转换。
根据本法发明的方法的另一种实施方案包括提供一个适用于含有可光聚合的可分层分相组合物的元件；在该元件中填充可光聚合的可分层分相组合物，以形成光活性的可分层分相材料层，所述可分层分相组合物包含一种可光聚合的单体；一种光聚合染料；和一种液体；使可光聚合的可分层分相组合物层光聚合产生分相，形成含有液体层和光聚合层的分层分相复合材料。
这种方法也称为双基板法，例如当要制造非常薄的聚合物层时是有用的。如果复合材料形成其中复合材料的液体层是活性LC层的LC元件的部分，这样薄的聚合物层可能是理想的。如果通过将复合材料夹在两个相对的基板之间而使LC层成为可转换的，则所述聚合物层优选的是薄的以减少电容，其中每一个基板提供了电极。
在双基板法的一个优选的实施方案中，光聚合染料选择性地聚集在所形成的聚合物层中，和/或可光聚合单体是可光交联的，和/或所述单体是(甲基)丙烯酸酯。
本发明还涉及一种可分层分相组合物。根据本发明，所述组合物包含一种可光聚合的单体；一种光聚合染料，其在光聚合过程中，所述染料选择性地聚集在所形成的光聚合层中；和一种液体。
在本发明有关的方面，所述组合物包含
一种可光聚合的单体；一种光聚合染料；和一种液体，其中，可光聚合的单体是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体。
与根据本发明优选的实施方案的组合物有关的效果和优点以及这样的复合材料的性质已经在上文描述。
参考下文所述实施例，本发明的这些和其它特征将是显而易见的。
在附图中

图1A-1C用横截面图示意地表示根据本发明的分层分相复合材料的实施方案的制备步骤；图2表示不同液晶吸收光谱图，将吸收率A(以无量纲单位表示)作为波长λ(nm)的函数作图；图3表示不同可光聚合单体的吸收光谱图，将消光度E(cm-1M-1)作为波长λ(nm)的函数作图；图4用横截面图示意地表示包含一种根据本发明的分层分相复合材料的元件；图5用横截面图示意地表示包含一种不是根据本发明的分层分相复合材料的元件；和图6表示图5所示的复合材料的偏光显微照片。
实施例1采用根据本发明的方法制备分层分相复合材料，描述如下提供一种具有下列组成的可分层分相组合物50重量％液晶E7，44.5重量％可光聚合的甲基丙烯酸异冰片酯(式A1)，0.5重量％光引发剂(式A2)，和5.0重量％可光聚合的芪染料(式A3)。 液晶E7由Merck出售，其包含氰基联苯和氰基三联苯的混合物。光引发剂A2由Ciba Geigy以商品名Irgacure 651销售。光吸收性芪单体A3使用由本申请人提出的申请号为01204081.2的欧洲专利申请描述的方法合成(申请人参考号PHNL010757)。
参考图2中标记为E7的曲线和图3中标记为A3的曲线，液晶E7和染料A3在300-350纳米范围内具有显著的吸收。用于引发光聚合作用的光引发剂也在该波长范围内产生吸收，所以液晶E7和染料A3是光聚合染料。由于采用甲基丙烯酸酯基团官能化，染料A3是光化学活性的染料。因为可光聚合的单体A1也用甲基丙烯酸酯基团官能化，所以染料A3也是可光聚合的并且还能够与单体A1共聚。特别地，染料A3含有两个甲基丙烯酸酯基团，使得染料A3成为可光交联的单体。更特别地，染料A3是一种可光异构化的染料，因为芪的一部分可以光化学地从反式转化成顺式异构体，并且能反向转化。顺式和反式异构体的吸收光谱是不同的。在所选定的波长处，反式异构体比顺式异构体的吸收更强。在那些选定的波长处，反式异构体形式的染料A3(如果存在)是可光漂白的。
参考图1A，提供了厚度约为1.1毫米的支撑玻璃基板2。基板具有该厚度没有特别的理由。也可以使用厚度降到0.4毫米的较薄的传统玻璃或塑料基板。然后为基板2提供摩擦的聚亚酰胺(AL1051 JSR)排列层以便使液晶E7定向。排列层的厚度估计约为100-200纳米。参考图1B，使用刮板涂布设备在室温下将10微米的所述可分层分相组合物的薄膜3涂敷在玻璃基板2上。然后将所形成的薄膜3在60℃下暴露于紫外光(灯的类型Philips TL-08，0.5mW/cm2，装有320-350纳米的带通滤波器)15分钟。
在暴露于紫外光时，由于单体A3和液晶E7的吸收，在垂直于基板2的方向上建立了光强梯度。光强梯度在接近薄膜3的顶部最高，聚合选择性地发生在薄膜/空气界面附近。由紫外光曝光形成的聚合物不与液晶材料E7混溶，因此与液晶材料分相。在表面层曝光所建立的光强梯度影响下，分相以分层过程的形式进行，其中，分离的聚合物层在E7液晶层的上面形成，其中液晶层在聚合物层的基板侧形成。单体材料A1选择性地在薄膜3顶部消耗，特别是更多地消耗在液晶层和所形成的聚合物层的界面处，其结果是建立了单体A1(和A3)浓度的扩散梯度，结果是单体材料A1(和A3)连续地供给到液晶层/聚合物层界面，这使得分层过程进一步发生，最终产生分层分相复合材料7，其包含厚度约为5微米的聚合的A1和A3单体的聚合物层6和约为5微米厚的E7液晶层4，如图1C所示。
在如此制造的根据本发明的分层分相复合材料中，从分层分相复合材料7中回收液晶材料并测量其转变温度。所测量的转变温度与新鲜液晶材料E7的转变温度相同，这表明分层分相复合材料E7的液晶层4基本上由液晶材料E7组成。特别地，它说明光聚合染料A3选择性地聚集在聚合物层6中。
所述液晶层是一种电光层，因为其反射/透射特征可以通过使所述复合材料经过外部电场作用可逆地转换，通过把分层分相复合材料层放置在十字交叉的第一个和第二个偏光镜之间，可以看到电光效应。
如果分层分相复合材料的排列使得聚酰胺层的摩擦方向与两个偏振元件的每一个的偏振轴成45°角，该叠层材料具有最大的透射，表明液晶层LC分子具有或多或少的单轴排列。将该叠层材料夹在电极之间并施加合适的电压，该显示叠层材料转变成黑色，表明LC分子采取垂直于基板的排列，在这种情况下，在LC层上入射的由第一个偏光片起偏的光不产生双折射，其结果为不改变入射光的偏振方向，因此被第二个偏光片吸收。去掉电压后，所述元件又变成明亮的。这个过程一遍一遍地重复。这个实例本质上表明，使用一种用单一基板的方法可以获得分层分相复合材料。它还表明所述分层分相复合材料可以使用(甲基)丙烯酸酯形成。
实施例2重复实施例1，不同的是用液晶TL202替代可分层分相组合物中的液晶E7。液晶TL202购自Merck并且是包含卤代联苯和联三苯的混合物。
参考图2中标记为TL202的曲线，液晶TL202在用于进行光聚合的波长范围内不产生吸收，该波长范围为320-350纳米(参见实施例1)。
使用实施例1中给出的方法获得的分层分相复合材料含有TL202液晶层。TL202液晶层单轴排列并且是电光活性的。
根据本发明，本实施例说明可以合适地用于形成分层分相复合材料、用于获得这种复合材料的方法和用于可分层分相组合物的液体种类可以扩大。特别地，本实施例表明，分层分相复合材料可以与非吸光性液晶组合。而且，它还表明，分层分相复合材料可以由含有光聚合染料作为与液晶分离的组分的组合物制备，由此可以制备更多种类的复合材料。
实施例3图4用横截面图示意地表示包含一种根据本发明的分层分相复合材料的元件。
借助于垫片把两个玻璃基板42以8微米的距离相对放置，然后沿着其周边将基板粘合在一起并留下用于填充的小开口，制备了透明元件41，也称为双基板元件，每一个玻璃基板带有一个摩擦的聚酰亚胺排列层48(JSR的AL1051)。由此制备的元件在50℃通过毛细作用填充一定量的实施例2的可分层分相组合物。填充后的元件在50℃暴露于紫外光(Phlips TL-08，0.1mW/cm2，装有300-350纳米的带通过滤器)30分钟，然后冷却到室温。在曝光过程中，由于所述组合物在该波长范围的吸收，对于300-350纳米的波长，建立了光强梯度。
曝光之后，在两个玻璃基板42之间形成了分层分相复合材料47。与所形成的光强梯度一致，最靠近紫外光源50处形成聚合物层46，离紫外光源50最远处形成液晶层44。
然后把该元件放置在十字交叉的偏光片之间，用偏光显微镜测试含有分层分相复合材料47的元件41。当偏光片与排列层的摩擦方向成直线时，元件呈现黑色，排列层的摩擦方向与液体层相同。当调节所述元件与偏光镜成45°角时，整个元件是明亮的，因此表明液晶层在整个液晶层中具有相同的单轴取向。
本实施例表明，在根据本发明的双基板元件中，也扩大了可以合适地用于形成分层分相复合材料、用于获得这种复合材料的方法和用于可分层分相组合物的液体种类，特别是对于用于光聚合的辐射是非吸收性的液体。
对比实施例1根据实施例3制备含有分相复合材料的元件51，不同之处在于用可光聚合单体A4代替可光聚合染料A3。 在下述路线中称为4的染料A4，即4，4’-二-(6-甲基丙烯酰氧基己氧基)3-甲基联苄基合成如下
A4，4’-二(6-羟基己氧基)-3-甲基联苄基(5)将2.1克(5.0毫摩尔)根据本申请人(申请人参考号PHNL010757)提出的申请号为01204081.2的欧洲专利申请描述的方法合成的(E)-4，4’-二-(6-羟基己氧基)-3-甲基芪(3)、0.25克在碳上的Pa(OH)2、35毫升环己烯和50毫升乙醇的混合物回流一夜。热的溶液通过硅藻土(Celite)并且滴加到400毫升水中。用水洗涤沉淀产物。干燥后获得1.8克产物(86％)。
B4，4’-二(6-甲基丙烯酰氧基己氧基)-3-甲基联苄基(4)(也称为A4)向在0℃搅拌的1.0克(2.3毫摩尔)4，4’-二-(6-羟基己氧基)-3-甲基联苄基(5)、1.5毫升(10.3毫摩尔)三乙胺和2 0毫升二氯甲烷的混合物中加入0.5毫升(5.1毫摩尔)的甲基丙烯酰基氯。在室温下连续搅拌一夜。将所得的二氯甲烷溶液用40毫升2.4N HCl萃取两次并用饱和盐水萃取一次。用硫酸镁干燥后，蒸发所得溶液。用柱色谱法(二氧化硅/二氯甲烷)分馏后得到油状的0.5克产物A4(38％)。
如图3标记为A4的曲线所表明的，可光聚合单体A4在300-350纳米的波长范围内不吸光，同样这种单体A4不是光聚合染料。实际上，因为没有一种其它成分吸收300-350纳米范围的光，本实施例的可分层分相组合物不含光聚合染料，因此本实施例的组合物不是根据本发明的组合物。
参考图6，如此制备的分相复合材料具有连续的聚合物层56。直接与两个基板42相邻并且在聚合物层56的两侧上随机形成液晶畴54。液晶畴大小一般为50微米，并且不形成连续层。因此该复合材料不是根据本发明的分层分相复合材料。通过去除基板42之一、洗掉所暴露的LC材料并在偏光显微镜下考察如此拆除的元件，可以看到存在的LC畴54。当排列层48的摩擦方向设置在与显微镜的偏光片的偏光轴成45°角时，呈现出明亮区域的随机图案。
图6表示这种情况的偏光显微照片。明亮的区域对应于在摩擦方向上具有单轴性的LC畴。在暗区中没有液晶，证明了图5的截面图中示意表示的情况。
与实施例3相关联，对比实施例1表明，为了获得分层形成聚合层和液体层的分相复合材料，光聚合染料，特别是选择性地聚集在聚合物层中的光聚合染料是必要的。
权利要求
1.一种分层分相复合材料，其包含光聚合物层和液体层，所述复合材料通过使可光聚合的可分层分相组合物层光聚合而获得，所述组合物包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料，其在光聚合过程中选择性地聚集在所形成的光聚合层中；和一种液体。
2.根据权利要求1的分层分相复合材料，其中，所述光聚合染料是光化学活性染料，其在光聚合过程中能光化学结合到可光聚合的或光聚合后的单体上。
3.根据权利要求2的复合材料，其中，所述光化学活性染料是可与可光聚合单体共聚的可光聚合染料。
4.根据权利要求3的复合材料，其中，所述可光聚合染料和可光聚合单体是一种并且是相同的单体。
5.根据权利要求1-4的任一项的复合材料，其中，所述光聚合染料是可光漂白染料。
6.根据权利要1-5的任一项的分层分相复合材料，其中，所述可分层分相组合物是可光交联的可分层分相组合物。
7.一种分层分相复合材料，其包含光聚合物层和液体层，所述复合材料通过使可光聚合的可分层分相组合物光聚合而获得，所述组合物包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料；和一种液体，其中，所述可光聚合单体是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体。
8.根据权利要求1-7的任一项的复合材料，其中，所述液体是液晶。
9.一种包含根据权利要求1-8的任一项的复合材料的显示器件。
10.一种制备包含光聚合层和液体层的分层分相复合材料的方法，所述方法包括提供一种支撑基板；在基板上涂敷一层可光聚合的可分层分相组合物，所述组合物包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料；和一种液体；使可光聚合的可分层分相组合物光聚合产生分相，形成包含液体层和光聚合层的分层分相复合材料。
11.一种制备包含光聚合层和液体层的分层分相复合材料的方法，其包括提供适合于容纳可光聚合的可分层分相组合物的元件；用光可聚合的可分层分相组合物填充该元件以形成一层光活性可分层分相材料，所述可分层分相组合物包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料；和一种液体；使可光聚合的可分层分相组合物光聚合产生分相，形成包含液体和光聚合层的分层分相复合材料。
12.一种可分层分相组合物，其包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料，其在光聚合过程中选择性地聚集在所形成的光聚合层中；和一种液体。
13.一种可分层分相组合物，其包含一种可光聚合单体；一种光聚合染料，和一种液体，其中，所述可光聚合单体是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体。
全文摘要
通过使包含一种液体和一种可光聚合单体的组合物光聚合，获得一种包含聚合层和液体层的分层分相复合材料。为了获得含有不吸收用于光聚合的辐射的液体的良好分层的复合材料，所述组合物和复合材料包含一种适合于吸收用于进行光聚合的辐射并且选择性聚集在聚合层中的染料。
文档编号G02B5/08GK1422322SQ01807946
公开日2003年6月4日 申请日期2001年12月12日 优先权日2000年12月14日
发明者R·彭特尔曼, D·J·布雷尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司