具有利用共价键结合到基底的支承件的液体填充复合物的制作方法

专利名称：具有利用共价键结合到基底的支承件的液体填充复合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体填充容器，其包括第一薄板、第二薄板、分散在第一和第二薄板之间的液膜和从第一薄板延伸至第二薄板的支承件。
在第一段中提及的液体填充容器类型在现有技术中是已知的。例如WO02/42832公开了以液晶显示器叠层形式的这种容器。该叠层具有设有保护层的单个基底和配置在它们之间的液晶层。液晶和保护层结合形成分层分相复合物。设置从基底延伸至保护层的支承件，该支承件形成分层分相复合物保护层的整体部分。
尽管支承件显著提高了叠层的机械强度，但是仍然需要进一步提高机械强度。具体地，本发明者发现叠层易受损于横向应力和剪应力。这些应力特别是当叠层被弯曲(这种弯曲在可弯曲或更特别的可滚动显示器中是需要的)或受到热应力例如温度超过50℃时产生。
本发明的一个目的是提供一种很薄但机械坚固的液体填充容器，特别是一种当施加了横向应力和剪应力以及弯曲时仍然坚固的液体填充容器，这种特性使得上述容器特别适合于需要容器可弯曲的应用。在受到机械应力时保持机械完整性和保持基本不变的液膜厚度的意义上而言，容器是机械坚固的。
这些和其他目的通过液体填充容器实现，该容器包括第一薄板、第二薄板、分散在第一和第二薄板之间的液膜和从第一薄板延伸至第二薄板的支承件，该第一薄板和支承件形成为分离的部件，其中支承件利用共价键结合到第一和第二薄板。
本发明者观察到在包含液体薄膜的常规液体填充容器中，当施加横向应力或剪应力时支承件与基底分离，导致脱层，这在进行弯曲测试时特别明显。利用共价键将支承件结合到第一和第二薄板提供了强的粘附力，从而提高了液体填充容器的机械强度。此外，由支承件提供的不变间距基本上得以保持，因此当施加局部压力时、甚至在薄板可变形和/或可弯曲的情况下液膜的厚度得以保持。尽管在广义上，支承件可以任意布置，但是根据预定图案的设置是优选的。
液膜优选很薄，其一般具有小于约5mm，或更特别是约1mm的厚度。它甚至可以具有约500μm，或更具体约200μm或更小的厚度。最小厚度为约0.5μm或更具体约1.0μm。
在根据本发明的液体填充容器的具体实施方案中，第一薄板按照预定图案并面向液膜具有反应性区域和非反应性区域，该反应性区域被化学反应性基团官能化，以及各自的支承件具有反应性区域，其被化学反应性基团官能化，第一薄板和支承件的化学反应性基团彼此反应，以在第一薄板接触支承件的位置通过共价键将支承件结合到第一薄板。
在更具体的实施方案中，除第一薄板外，面向液膜的第二薄板的主表面按照预定图案被化学反应性基团官能化，其已经反应与支承件的化学反应性基团在主表面接触支承件的位置形成共价键。
在根据本发明的液体填充容器的具体实施方案中，液膜和支承件结合形成分相复合物。
根据该实施方案的液体填充容器特别容易制造。优选聚合的分相复合物，或更特别是光聚合的分相复合物。分相复合物包括(聚合)固相和液(晶)相。(聚合)固相可以形成为具有特定所需形状。(聚合)分相复合物、制备这种复合物的可分相材料和制造这种复合物的方法在现有技术中是已知的。聚合物分散的液晶是这种复合物的例子。其中固相形成为具有所需形状的复合物也是已知的，例如见US 5,729,318。
第二薄板和支承件可以形成为由共价键结合材料例如聚合物形成的一个整体而不是分离部件。这具有的优点在于第二薄板和支承件之间的共价键特别坚固。这样的整体可以很方便地利用分层分相复合物来得到。
因此，在根据本发明的优选实施方案中，液膜、第二薄板和支承件结合形成分层分相复合物。
分层分相复合物在现有技术中是已知的，例如见WO 02/42832。根据本实施方案的液体填充容器特别薄、机械坚固和可弯曲。支承件可以利用自定位方法制造。
反应性区域和非反应性区域可以以许多不同的方式布置。
在第一实施方案中，第一薄板包括基膜和布置在其上的单独的图案化层，该图案化层提供按照预定图案的反应性区域，并且其中基膜的由单独的图案化层暴露在液膜中的区域提供非反应性区域。
在第二实施方案中，第一薄板包括基膜和布置在其上的单独的图案化层，该图案化层提供按照预定图案的非反应性区域，并且其中基膜的由单独的图案化层暴露在液膜中的区域提供反应性区域。
优选地，单独的图案化层为单层。
单层的使用允许通过微触点印刷(一种简单但高分辨率的印刷方法)来沉积。同样，如果需要，单层可以利用共价键连接到基膜，这利用已知的无溶剂方法相对容易。
在具体实施方案中，单独的图案化层利用共价键结合到基膜。
反应性区域按照预定图案布置，并且支承件在这些位置处形成。从而，支承件按照相同的预定图案形成。在广义上，单个支承件的形状特别是其高度和直径以及由支承件所占的总体积对于本发明并不关键，而是通过液体填充容器的具体应用来确定。适宜的形状是柱和壁。通常，为了最大化容器可以保持的液体量，支承件所占的总体积被最小化。然而，通常体积越小，机械强度越小。
在另一具体实施方案中，支承件形成为壁，其将液膜划分为多个分离的液体填充室。
具有产生分离的液体填充室的壁结构提供了具有优越的机械强度和易弯曲性的液体填充容器。甚至当许多次弯曲到相当大的程度时，液膜厚度仍保持基本不变。在许多应用中，这是一个显著的优点。例如，它允许可弯曲或甚至可卷曲的(液晶)显示器被制造。同样，局部施加的压力很难影响薄液膜的厚度，这在接触屏应用中是有利的。特别是，它允许接触敏感电路设置在远离观察者的一侧。
在广义上，根据本发明的液体填充容器包含任何类型的液体。液体可以是无机液体如水，或者可以是有机性的。液体可以是油、浆糊、乳剂、泡沫、油墨、乳液、胶体悬浮液，或其他形式的包含粒子的液体。在特别有利的实施方案中，液体是液晶。
更特别是，液体填充容器中的液晶在具有不同光学性质的第一和第二状态之间可切换，其中第一和第二状态的至少之一是取向的液晶态。为液晶层提供从上述取向态切换和切换至上述取向态的能力可以通过常规方法例如电场和磁场来实现。或者，定向层可以用于产生上述取向态。因此，在适宜实施方案中，第一薄板在液膜侧设有定向层。
当充满液晶时，液体填充容器可以方便地用于液晶显示器中。因此，适宜的实施方案是包括包含液晶的液体填充容器的液晶显示器。
根据本发明的液晶显示器很薄，但仍机械坚固。事实上，显示器可以制造得如此的薄以便允许显示器可弯曲同时保持强度。这特别是当第二薄板和液晶由分层分相复合物形成时即会如此。
对于可能用到的LC效应，在显示器中需要或可能需要的适当的液晶和其他层，例如偏振器层、电极层、第一和第二薄板材料，可以参考WO 02/42832。
本发明的这些和其他方面将参考附图以及下述实施方案进行说明并且从这些说明中显而易见。
在附图中

图1示意性示出了根据本发明的液体填充容器的实施方案截面图；图2示意性示出了具有被化学反应性基团官能化的区域的支承件；图3A示意性示出了具有反应性区域的第一薄板的第一实施方案，该区域被化学反应性基团官能化；图3B示意性示出了具有反应性区域的第一薄板的第二实施方案，该区域被化学反应性基团官能化；图3C示意性示出了具有反应性区域的第一薄板的第三实施方案，该区域被化学反应性基团官能化；图3D示意性示出了具有反应性区域的第一薄板的第四实施方案，该区域被化学反应性基团官能化；图4示意性示出了制造图1所示液体填充容器的方法步骤的截面图；图5示意性示出了制造根据本发明的液体填充容器的另一实施方案的方法步骤截面图；图6示意性示出了图5的液体填充容器沿线I-I得到的俯视图。
图1示意性示出了根据本发明的液体填充容器的实施方案截面图。液体填充容器1包括第一薄板3和第二薄板5。薄板3和5平行布置并彼此隔开以容纳液膜7。支承件9从第一薄板3延伸至第二薄板5。支承件9和第一薄板3形成为单独的部件。在图1示出的实施方案中，支承件9和第二薄板5也形成为单独的部件，但这对于本发明不是必要的。薄板5和支承件9可以如下文的进一步描述那样形成为一个整体。
第一薄板3(和第二薄板5)具有反应性区域15和非反应性区域17。如用波形线11示意性表示的，支承件9在反应性区域15内利用共价键结合在第一薄板3和第二薄板5上。反应性区域15按照预定图案布置。薄板3和5与支承件9之间的距离被显著地夸大以清楚地示出这种共价键。共价键作为官能化区域15的化学反应性基团和支承件9的化学反应性基团之间反应的结果形成。
参考图2，支承件9具有被化学反应性基团22官能化的反应性区域21。在图1和2示出的实施方案中，支承件9的表面在预定位置被选择性地官能化，以使区域21能够与第一薄板3的相应区域15对齐，该布置是优选的但不是必要的；作为选择，区域21可以跨越支承件9的整个表面。
参考图3A，在基膜3a上，按照预定图案设置了单独的图案化层3b，其具有被化学反应性基团16官能化的表面。化学反应性基团16和22能够彼此反应以形成图1所示的共价键11。
在图3A示出的实施方案中，基膜3a的未被图案化层3b覆盖的表面区域暴露在液晶层7中并提供非反应性区域17。图案化层3b可以物理吸着在基膜3a上。作为选择，层3b可以化学吸附在基膜3a上以提高粘附力。当图案化层3b共价键地结合到基膜3a时，如图3B所示，可以得到特别强的粘附力。
作为选择，如图3C所示，预定图案可以通过具有基膜3a的薄板3布置，所述基膜3a按照预定图案设有单层3b，该单层3b被化学反应性基团16官能化以提供反应性区域15。图案化的单个单层3b可以物理吸着或化学吸附在基膜上，优选地，单层3b利用共价键结合到基膜3a。
如图3D所示，反应性区域15和非反应性区域17也可以按照预定图案整体形成在薄板3的同一层中。
在容器是显示器的一部分的情况下，在图案化层3b中包括黑色染料可以是适合的，以尤其是提高对比度。为此，层3b需要具有约2μm或更大的厚度。
形成薄板3和5的材料可以是相同的或不同的，并且原则上可以是能够包含液体的任何种类的材料。根据应用，它可以对于包含的液体是不渗透的或可渗透的。薄板3和5可以由金属、陶瓷或玻璃或其他无机材料制成。如果液体填充容器是可弯曲的，则合成树脂是薄板材料一个好的选择。这些材料的组合例如以叠层的形式也可以使用。薄板可以需要具有除保持液体外的其他功能，这取决于应用。例如，如果液体填充容器用于光学应用，其中容器需要是透射的，则薄板3和/或5必须是透明的。如果液体填充容器用作液晶显示器的一部分，则薄板3和/或5一般包括多种层，例如用于定向液晶的定向层、电极层和偏振器层。
薄板3和5一般具有小于约5mm，通常小于约2mm的厚度。适宜厚度是约1mm或更小。如果使用大的厚度，则可弯曲性受损，而且重量增加同时在给定容器的容积时会容纳更少的液体。另一方面，如果厚度太小，比如小于约10μm，或小于约20μm，则薄板变得非常易碎，因此在液体填充容器的使用或制造期间的操作时容易损伤。
根据本发明的液体填充容器在广义上可以包含任何类型的液体。液体可以是无机液体如水或可以是有机液体。液体可以是油、浆糊、乳剂、泡沫、油墨、乳液、胶体悬浮液，或其他形式的包含粒子的液体。根据应用，液体可以包含官能粒子或添加剂如染料、药物或离子。
液膜7一般具有小于约5mm，或更具体地约1mm的厚度。它甚至可以具有约500μm，或更具体约200μm或更小的厚度。最小厚度为约0.5μm或更具体约1.0μm。
除可以官能化具有化学反应性基团外，支承件9可以具有常规性质。常规用于LCD的衬垫料可以适当地使用。然后这些官能化的表面被化学反应性基团官能化。支承件可以具有任何适宜的形状，如柱、球或棒，其长轴平行于薄板3布置。支承件可以由玻璃、陶瓷、金属或任何其他种类的材料制成。优选的支承件材料是合成树脂、聚合物，因为这类材料可以被相对容易地官能化。
支承件9从第一薄板3延伸至第二薄板5，从而给液体填充容器提供机械强度。支承件基本上确定薄板之间的距离，从而确定可以容纳的液体容积。如果以足够的密度设置，则厚度甚至当压力与薄板成直角局部施加时也能保持。支承件也提供对横向应力和剪应力的阻力。因为它们利用共价键结合到第一和第二薄板，因此获得机械上非常坚固的容器。
选择支承件的高度以匹配所需的液膜厚度。支承件的宽度和由支承件所占的容积取决于应用。一般，为了有助于图案化处理，支承件的宽度应当大于约0.1μm，或更好0.2μm，或进一步更好0.5μm。优选支承件具有约1.0μm或更大的宽度。取决于应用，宽度为约5μm或更大或甚至约10μm或更大。宽度优选小于100μm。最优化机械强变要求宽高比为至少0.5或更好至少约1.0，宽高比定义为宽度与高度的比例。舒适的宽高比为约5或更大，或更好约10或更大。支承件所占的容积可以是薄板3和5之间的总容积的约1％至20％。
化学反应性基团16和22能够彼此反应以形成共价键。常规的合成化学可以提供化学反应性基团的很多组合，这些反应基可以适当地用于此目的。优选地，使用光化学反应性基团。同样优选以加成反应的形式形成共价键的化学反应性基团，因为该反应不产生任何其他产物。同样优选可以在无溶剂条件下反应的反应基。
化学反应性基团22的适当例子包括但是不限于包含双键的基团，例如(甲基)丙烯酸酯基和包含乙烯基的基团如乙烯基醚。可以与上述化学反应性基团反应以形成共价键的化学反应性基团16包括但是不限于包含双键的基团，例如(甲基)丙烯酸酯基和包含乙烯基的基团如乙烯基醚、胺(在通过Michael加成的丙烯酸酯的情况下)和硫醇。
另一例子是环氧基，其可以与羟基、胺基、(羧)酸基和上述酸基的酐或酰基氯反应。
由于支承件9选择性地结合到反应性区域15，因此支承件9可以也按照预定图案布置。在最广义上，任何图案可以使用。例如，多个单独的支承件规则定位在薄板或肋之间，肋的网格延伸穿过液体层，以至于所有的液膜仍然邻接贯穿。同样，单独的液体室可以通过使支承件布置为连接的栅格来形成。
液体填充容器通常具有密封装置(未在图1中示出)，其沿第一和第二薄板的周边设置，以防止液体横向泄漏。常规密封装置，如胶或带或橡胶或金属密封垫，可以用于该目的。支承件也可以用于形成密封装置。
在图1的液体填充容器中，第二薄板5类似于薄板3构成。但这不是必要的。例如，代替图案方式，薄板5的整个表面可被化学反应性基团官能化。同样，如下文进一步所述，薄板5可以与支承件9形成一个整体。
被化学反应性基团16官能化的图案化层3b可以例如由合成树脂形成，该树脂被上述的化学反应性基团官能化。适当的材料包括聚合物(在本发明中，术语“聚合物”包括“低聚物”，“共聚物”，“三元共聚物”和更高的同系物)，其具有包含基团如(甲基)丙烯酸酯基团的侧双键。包含侧胺或羟基的聚合物也可以使用。作为聚合物的替换物，也可以使用相应的单体。在该情况下，一般包括光引发剂。适当的单体例子包括双酚A二(甲基)丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯。
图案化层3b一般具有范围为单层情况下的约1nm至约100μm的厚度。
制造图1所示液体填充容器的方法包括提供第一薄板3，其包括设有单独的图案化层3b的基膜3a。单独的图案化层3b具有区域15，其被化学反应性基团16官能化。基膜3a的不被图案化层3b覆盖的表面区域提供非反应性区域17(见图3A)。薄板3然后与过量的预先形成的支承件体接触，如图2所示，该体具有区域21，其被能够与化学反应性基团16反应的化学反应性基团22官能化。然后创造在化学反应性基团16和22之间产生反应以形成共价键11所需的条件，其可以包括在反应介质中施加热量和/或辐射和/或浸液。反应介质可以包括有助于期望共价键形成所需的溶剂、共反应物和/或催化剂和/或其他添加剂。在形成共价键之后，还未与反应性区域15反应的预先形成的支承件体从薄板3上去除。具有类似于薄板3结构的薄板5然后放置在支承件9上，该薄板5具有反应性区域，其布置图案相应于薄板3的反应性区域15的图案，以便薄板5的反应性区域与支承件9的反应性区域对齐。正确的配准可能需要使用对准标记，这种标记的使用在现有技术中是已知的。为了在随后的处理期间保持对准，施加(暂时的)固定装置。任选地，密封装置在该阶段施加。如果存在，这种密封装置可以用于保持对准。利用与通过共价键将第一薄板3结合到支承件9的方法相同或不同的方法，将第二薄板5用共价键结合到支承件9。如果密封装置仍然还没有提供，则提供密封装置，其中形成一个小的开口以用于使液体填充这样形成的空容器。用所需液体填充空的容器，从而完成液体填充容器的制造。
作为首先形成容器然后填充液体的可替换实施方案，第一薄板3可以首先用液体涂覆，然后施加第二薄板5。
如图3A所示在基膜3a之上具有图案化层3b的薄板3可以通过在基膜3a之上印刷图案化层3b来制造。任何印刷方法可以用于该目的，这些方法例如喷墨印刷，柔版印刷(flexo printing)，丝网印刷，胶版印刷，刷镀电极印刷等。适宜的印刷方法是刷镀电极印刷或微触点印刷。其中图案化(光致)抗蚀剂沉积的负沉积方法也可以使用，但是如果基膜3a对所涉及的处理步骤敏感的话，这种方法并不优选，。
为了受益于薄板与支承件的共价键结合，图案化层3b必须很好地附着在基膜3a上。在图3A示出的薄板中，图案化层3b物理附着在基膜3a上。如果发现粘附力不够，常规的提高粘附力的方法可以使用。一种提高物理粘附力的有效方法是在图案化层的沉积过程中使用溶蚀基膜的溶剂，结果在界面上，图案化层材料可以扩散到基膜材料中，反之亦然。这在基膜和图案化层是聚合的情况下特别有效，因为随后聚合物链可以缠上，从而提供无缝的界面。例如，聚酰亚胺基膜可以牢固地附着在图案化的聚酰胺酯层上。图案化层与基膜的共价键结合提供了良好的粘附力。
图3C所示的薄板可以通过将化合物单层在基膜上微触点印刷来制造，所述化合物一方面具有化学反应性基团16，另一方面具有能够与基膜3a的化学反应性基团反应同时形成共价键的化学反应性基团。图3C所示的薄板的实施方案是一种其中微触点印刷的(甲基)丙烯酸酯官能化的氯硅烷单层与UV/臭氧处理的聚酰亚胺基膜反应的薄板。这种薄板的另一例子是在表面上可利用的OH基已与图案化的微触点印刷的(甲基)丙烯酸酯氯硅烷单层反应的聚乙烯醇基膜。又一例子是图案化单层的硫(甲基)丙烯酸酯官能化硫醇被微触点印刷到光定向材料的基膜上，在该材料表面上具有可利用的来源于例如肉桂酸酯或香豆素的双键。
之前段中的硅烷也可以耦合到铟锡氧化物或玻璃的基膜上。
支承件9也可以由类似于薄板3和5的基膜的材料形成。适当的材料包括玻璃和合成树脂。在图3A-3D中示出的反应性区域的多个实施方案也可以用于支承件9的情况中。例如，图2示意性示出了具有表面的支承件，该表面被相应于图3D所示实施方案的化学反应性基团官能化。给衬垫料区域提供化学反应性基团的可以类似于给薄板提供这些基团来进行。
图2示出的支承件可以通过例如下述方法制造将一片支承件材料在其两侧暴露在能够用功能基团22官能化的反应介质中，从而使该片的主表面被化学反应性基团官能化，然后将该片切割为预成形的分离支承件体，每个具有彼此相对布置、被化学反应性基团22官能化的两个表面21。
在液体填充容器1的制造中，支承件9可以在液晶层7之前、之后或同时设置为预成形的支承件体。作为选择，支承件可以在原处形成。
图4示意性示出了制造图1所示液体填充容器的方法步骤的截面图。
为了允许支承件9的原位形成，使用可分相材料，其可以使相分离为固相和液相，固相和液相一起形成分相复合物。从而，液体层7和支承件9由分相复合物形成。在图4示出了一部分的该方法中，使用了可光实施的可分相材料。
在这种材料中，相分离通过光子一般是紫外光光子诱发。由光诱发(光实施)的相分离对于本发明不是必要的。作为选择，也可以使用热和溶剂诱发相分离。当采用光实施的相分离时，图案化的固相利用图案化曝光容易得到，如图4所示。
优选地，固相是聚合相，可分相材料包括可聚合材料，特别是可光聚合材料，在该情况下，相分离可以被称为聚合诱发。在聚合诱发的相分离中，在单体(预聚物)和液体之间以及从单体得到的聚合物和液体之间的互溶性的不同是相分离的驱动力。
可分相材料、分相复合物和得到这些复合物的方法在现有技术中是已知的。这些已知的材料、复合物和方法可以适当的用于根据本发明的容器以及制造该容器的方法。例如，包括液晶的聚合可分相材料已经用于得到聚合物分散的液晶。作为另一例子，光聚合诱发的相分离已经用于在液晶单元中产生聚合壁，例如见US 5,729,318。
如果(聚合诱发)的可分相材料被用于制造液体填充容器，则材料(从该材料得到(聚合)固相)被能够与薄板的化学反应性基团反应以形成共价键的化学反应性基团官能化。在聚合诱发的可分相材料的情况下，这些化学基团可以与可分相材料的可聚合基团不同但优选相同。适当的化学反应性基团和(聚合)材料和液体已经在上面描述。
用于聚合诱发的可分相材料的优选可聚合材料包括能够进行加聚反应的单体，如包括双键的单体如包含乙烯基的单体，例如苯乙烯，(甲基)丙烯酸酯，乙烯醚。这些双键可以与被例如双键如丙烯酸酯或硫醇或胺基官能化的薄板反应。也可以使用包含硫醇基和乙烯基的单体的组合以得到硫醇烯。硫醇烯可以与被硫醇基或乙烯基或胺基或丙烯酸酯基官能化的薄板结合使用。包含环氧基的单体也可以使用。这些基团可以与被环氧基或胺(有机)酸、这些酸的酐或酰基氯官能化的薄板反应。
图5示意性示出了制造根据本发明液体填充容器的另一实施方案的方法步骤截面图。
图5所示的液体填充容器51与图1所示的液体填充容器1的不同之处在于在实施方案51中，第二薄板和支承件形成一个整体，其中薄板部分55和支承件部分59是可区分的。
薄板部分55，支承件部分59和液体层7一起形成分层分相复合物58。使用分层分相复合物的优点在于由于薄板部分55在原位形成，因此液体填充容器可以比使用单独的薄板时更薄。这使得液体填充容器特别易弯曲同时保持机械强度。
分层分相复合物的厚度可以在1和200μm之间，或更好在2至150μm之间，或仍然更好在3至100μm之间。优选范围是5至50μm，或更优选10至30μm。分层分相复合物的液晶层可以具有0.5至20μm或优选1至10μm的厚度。
分层分相复合物，得到它的方法和材料(由该材料可以得到上述复合物)在现有技术中是已知的。例如见US 6,486,932，WO 02/42832，WO 02/48281，02/48282和02/48783。这些已知的复合物，方法和材料可以适当地用于本发明的液体填充容器，只要这些复合物和材料包括化学反应性基团，这些化学反应性基团已经或能够与薄板3的反应性区域15的化学反应性基团反应以形成共价键11。在聚合分层分相复合物的情况下，化学反应性基团优选是可聚合基团。
分层分相材料的具体例子是上文关于可分相材料所描述的物质。
根据上述引用的现有技术，为了使分相复合物分层，采用特殊的方法。特殊的方法可以是使用第一和第二薄板，其对于液体和固体材料具有不同的润湿性。也可以包括将染料添加到可光致分相材料中，其具有以与将形成的层成直角确立强度梯度的作用。
在图5示出的步骤中，被制造的液体填充容器接受泛光灯曝光。令人惊讶地的是，这仍然导致支承件按照预定图案形成。进一步的细节在由申请人同时递交的题为“聚合分层分相复合物及其制造方法”的专利申请中说明。
图6示意性示出了图5的液体填充容器沿线I-I得到的俯视图。支承件部分55布置为矩形栅格，其将液体层7划分为多个分离的液体填充室。代替矩形，液体填充室可以是六边形或圆形如环形或其他形式。布置在连接栅格上的支承件给液体填充容器提供优越的强度，允许构成非常薄从而易弯曲的液体填充容器。此外，由于这些室通过支承件彼此分离，因此液体不能从一个室流到另一个室。这具有的优点在于液体填充容器的恒定厚度保持，甚至当局部压力施加到容器的主表面时。对于许多应用，显示器应用是一个主要的例子，这是重要的特性。显然，如果需要，多个分离的支承件(柱)也可以使用。
当使用分层分相复合物时，本发明具有特别的用处。为了使分层工艺如所需的进行，固体层必须形成在液体层之上。为了实现该目的，形成的固体层对薄板3不具有高的亲合力是重要的。另一方面，为了得到坚固的容器，也由固相形成的支承件很好地附着在薄板3上是重要的。这是相矛盾的要求。本发明解决了该矛盾。因为薄板被化学反应性基团官能化，因此复合物附着到薄板上的最佳化问题可以与导致容器具有提高强度的分层最佳化分开进行。
根据本发明的液体填充容器适合用于基于流体的显示器中，如电润湿和电泳显示器，特别是液晶显示器。
优选液体是液晶，更特别是能够达到不同光学特性状态的液晶。具有不同光学特性的状态可以通过取向液晶来得到。这可以通过现有技术中已知方法来实现。优选的这种方法是定向层，其设置在第一薄板3上。如果需要，第二薄板5或薄板部分55也可以设有定向层。
包括可以在不同光学特性状态之间切换的(取向)液晶的液体填充容器可以适合用于液晶显示器中。在该情况下，第一薄板以及任选地第二薄板将具有复合物结构，其包括除定向层以外的电极层，延迟层，滤色片层，有效矩阵电路等。对于用于显示器中的包括分层分相复合物的容器的情况可以参考WO02/42832。
实施例1如图1所示的薄的液体填充容器根据下述方法制造设有有效矩阵面内开关电路的玻璃基底涂覆有聚酰亚胺层(AL 3046，JSR)，其被摩擦以得到定向层从而形成基膜3a。
图案化层3b通过微触点(刷镀电极)印刷形成，更具体地通过旋转涂覆(在100rpm时10s，3000rpm时30s)给玻璃基底提供光敏聚酰胺酯层(Durimide7505，Arch Chemicals)形成。聚酰胺酯的结构式为
聚二甲基硅氧烷印模通过将印模与湿的聚酰胺酯层接触来着色，所述印模配有4×5cm的方形栅格图案，其中栅格线每个50μm宽，100μm高以及在两个方向上间隔500μm(中心至中心距离)，然后将印模与基膜3a在定向层侧接触从而将油墨转移到基膜3a上。在印模去除之后，着色的基膜3a在90℃的热板上加热大约10分钟以蒸发溶剂，从而得到图3A所示类型的薄板3。薄板3包括基膜3a和设置在其上的由聚酰胺酯构成的单独的图案化层3b，单独的图案化层3b提供反应性区域15，其被化学反应性基团16官能化，在该例子中为甲基丙烯酸酯基团。由层3b暴露的区域是非反应性区域17并暴露定向层表面。
图案化层的预定图案类似于图6所示的图案，为方形栅格，每个栅格线50μm宽以及间隔500μm(中心至中心距离)。测量的厚度为约150nm。
利用Erichsen刮刀设备，使第一薄板3具有由下述组分的可分层分相材料构成的薄膜(约30μm)50重量％液晶E7(若干氰基取代联苯和氰基取代联三苯的混合物，由Merck销售)，44.5重量％甲基丙烯酸异冰片酯(Sartomer)，0.5重量％光引发剂Irgacure 651(Ciba Geigy)和如WO 02/42832中所述合成的4.5重量％(E)-4，4’-二-(6-异丁烯酰氧基己氧基)-3-甲基-1，2-二苯乙烯。
可分层分相材料具有可光聚合甲基丙烯酸酯基团。图案化层3b提供被甲基丙烯酸酯基团官能化的区域。甲基丙烯酸酯基团能够与另一个反应。从而，提供能够与图案化层3b的化学反应性基团反应的化学反应性基团。
可分层分相材料的薄层接受利用紫外光的泛光灯(Philips TL08，0.3mW/cm2)曝光，温度50℃并且在氮保护气氛中进行30分钟。UV光子诱发甲基丙烯酸酯单体的聚合。随着聚合的进行，形成聚合材料，聚合材料的分子量随着时间增加，直到聚合材料不再与液晶可以混溶的点为止，该点是相分离发生的点。可分层分相材料吸收UV辐射(基本上通过1，2-二苯乙烯化合物和光引发剂)，并确立强度梯度，最高的强度发现最接近于辐射源。该梯度是分层的驱动力。可分层分相材料膜的吸收使UV光子也到达图案化层3b和可分层分相材料膜的界面，从而引发可分层分相材料的甲基丙烯酸酯基团和图案化层3b的甲基丙烯酸酯基团之间的反应。作为该反应的结果，共价键在图案化层3b和在原位形成的支承件之间建立。
在照射后，形成分层分相复合物58。复合物58包括近似半球状的分离LC室中的薄的定向液晶膜7，每个室具有10μm的最大厚度。复合物58进一步包括固相，其包括薄板部分55和支承件部分59。
将如此得到的显示器在偏光显微镜下检测。具有填充液晶的室和支承件部分59的室是清楚可区分的。在一些区域中，观察到双折射现象，其表明液晶的存在，而在其他区域中，图像和通常对于光学各向同性材料所观察到的图像一致，这表明支承件材料的存在。
如此得到的显示器具有取向液晶，其可以通过有效矩阵面内开关电路来切换以显示图像。利用手指在观察侧在显示器上施加压力不会导致在常规LC器件中观察到的任何图像变形，证明根据本发明的显示器的优越的机械强度。
此外，在90℃时对显示器施加加热应力几个小时，显示器仍然是可操作的。包括分层分相复合物的常规显示器经受不住上述测试，所述常规显示器具有不通过共价键与薄板3结合的支承件59。
实施例2制造和实施例1的液体填充容器一致的液体填充容器，区别在于代替具有有效矩阵电路的玻璃基底，使用为用于塑性LCD设计的聚合物基底(Teijin的工程聚碳酸酯箔，类型DT 120B 60)。
当在偏光显微镜下检测时，就涉及支承件和液晶膜而言，观察到与实施例1基本相同的图像。
液体填充容器然后接受弯曲测试，其通过用手将容器弯曲到约1cm的弯曲半径，然后将其释放到原始形状。该步骤重复至少20次。
此后，再次利用偏光显微镜检测液体填充容器。观察到的图像基本上与弯曲测试前观察到的图像相同，这清楚地显示出根据本发明的液体填充容器的机械强度。
实施例3(不是根据本发明)重复实施例2，但不同之处在于具有反应性区域的图案化层3b被省去。为了得到按照预定图案的支承件，使用图案方式曝光。使用改进的泛光灯曝光以诱发分层。
具体地，在图案方式曝光中，可分层分相材料膜在氮保护气氛中利用高强度光近UV源(Philips UHP，10mW/cm2)通过掩模照射3分钟。UV源和掩模之间的距离为约40cm，掩模和膜之间的距离为1mm。在光路中，放置漫射体(离UV源10cm)以得到更均匀的照明条件。在图案方式曝光期间，形成支承件部分55的方形栅格。
在第二泛光灯曝光中，膜在温度50℃的氮保护气氛中在更低强度的近UV光(Philips TL08，0.3mW/cm2)下曝光。在该曝光中，支承件之间的区域中的材料以分层方式相分离，从而形成聚合层55和液晶层7。
如此得到的液体填充容器在偏光显微镜下检测。分离的液晶填充室阵列被观察到由按照图案方式曝光的图案布置的支承件部分59的方形栅格封闭。
如此得到的液体填充容器接受实施例2的弯曲测试。
在弯曲测试后，液体填充容器再次利用偏光显微镜检测。观察到支承件59的显著部分已经从它们的原始位置移动。液晶室不再很好地分离，液晶可以从一个室流到另一个室中。这很大地影响了容器的(电)光学特性如其对比度和亮态的色点，以及其机械特性如施加压力时保持不变的液膜厚度的能力以及抗横向力的能力。
实施例4具有如图5和6所示的液体填充容器的液晶显示器如下制造聚合物箔(Teijin的工程聚碳酸酯箔，类型DT 120B 60)设有面内开关ITO电极结构。电极可以通过直接寻址被寻址。聚合物箔在涂覆有约100nm厚度的氮化硅(SiNx)钝化层的电极侧上。在氮化硅层上提供聚酰亚胺定向层(AL3046，JSR)，完成基膜3a的制造。
根据实施例1的方法，将基膜3a设有具有甲基丙烯酸酯基团的聚酰胺酯的图案化层3b。如此得到的第一薄板3具有被化学反应性基团官能化的反应性区域。图案化层以50μm宽以及间距500μm(中心至中心距离)的方形栅格布置。
利用实施例1的方法，第一薄板3设有约30μm的可分层分相材料膜，其组成为50重量％液晶材料E7(Merck)，44.5重量％甲基丙烯酸异冰片酯(Sartomer)，0.5重量％光引发剂Darocure 4265(Ciba Geigy)和5.0重量％1，2-二苯乙烯二甲基丙烯酸酯。利用UV光(Philips TL08，0.3mW/cm2)在温度50℃的氮保护气氛中曝光30分钟导致分层分相复合物58形成，该复合物具有薄板部分55，支承件部分59和液晶膜7。
在薄板部分55上，约20μm厚的三丙二醇二丙烯酸酯平面化层利用刮刀施加。平面化层利用UV光(Philips HPA，4mW/cm2，10分钟)进行固化。最后，两个可涂覆的水基偏振器(Optiva Inc.)利用Mayer’s Rod涂覆技术涂覆在叠层的每侧上一个在偏振层之上，另一个在第一薄板3的背面。
如此制造的LC显示器用具有1cm半径的圆柱体卷曲，然后在显示所需图像时打开。该步骤重复上千次。在该弯曲测试的循环期间，显示的图像没有改变。此外，在整个弯曲测试期间，未观察到显示的图像恶化。这证明了根据本发明的显示器的优越的机械强度。
权利要求
1.一种液体填充容器，包括第一薄板、第二薄板、分散在第一和第二薄板之间的液体薄膜和从第一薄板延伸至第二薄板的支承件，所述第一薄板和支承件形成为分离的部件，其中支承件利用共价键结合到第一和第二薄板。
2.根据权利要求1的液体填充容器，其中第一薄板按照预定图案并面向液膜具有反应性区域和非反应性区域，反应性区域被化学反应性基团官能化，且各自的支承件具有被化学反应性基团官能化的反应性区域，第一薄板和支承件的化学反应性基团彼此反应，以在第一薄板接触支承件的位置通过共价键将支承件结合到第一薄板。
3.根据权利要求1或2的液体填充容器，其中液膜和支承件结合形成分相复合物。
4.根据权利要求3的液体填充容器，其中液膜、第二薄板和支承件结合形成分层分相复合物。
5.根据权利要求2的液体填充容器，其中第一薄板包括基膜和布置在其上的单独的图案化层，该图案化层提供按照预定图案的反应性区域，并且其中基膜的由单独的图案化层暴露在液膜中的区域提供非反应性区域。
6.根据权利要求2的液体填充容器，其中第一薄板包括基膜和布置在其上的单独的图案化层，该图案化层提供按照预定图案的非反应性区域，并且其中基膜的由单独的图案化层暴露在液膜中的区域提供反应性区域。
7.根据权利要求5或6的液体填充容器，其中单独的图案化层为单层。
8.根据权利要求5、6或7的液体填充容器，其中单独的图案化层利用共价键结合到基膜。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8的液体填充容器，其中支承件形成为壁，其将液膜划分为多个分离的液体填充室。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的液体填充容器，其中液体是液晶。
11.根据权利要求10的液体填充容器，其中第一薄板在面向液膜的一侧配置有定向层。
12.一种液晶显示器，包括如权利要求10或11的液体填充容器。
全文摘要
一种液体填充容器(1)，包括第一和第二薄板(3，5)，液体薄膜(7)分散在第一和第二薄板之间。从第一薄板延伸至第二薄板的支承件(9)利用共价键结合到第一和第二薄板以使容器机械坚固。在有利的实施方案中，液体薄膜、支承件和第二薄板结合形成分层分相复合物。液体填充容器特别适合于用在液晶显示器中。
文档编号G02F1/1339GK1829934SQ200480022061
公开日2006年9月6日 申请日期2004年7月5日 优先权日2003年8月6日
发明者R·彭得曼, S·I·克林克, J·P·A·沃格尔斯, D·J·布罗尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司