专利名称：胆甾醇型液晶光学体及其制造和使用方法
技术领域：
本发明涉及光学体例如反射性起偏镜、含有光学体的制品以及使用和制造这种制品的方法。另外，本发明还涉及含有胆甾醇型液晶组合物的光学体。
背景技术：
光学装置，例如起偏镜和反射镜，能用于包括液晶显示器(LCDs)的各种用途中。液晶显示器主要分为两类背光照明式(例如透射性)显示器，其中光线是从显示屏后面发出的；前光照明式(例如反射性)显示器，其中光线是从显示屏的前面发出的(例如环境光)。这两种显示模式可以结合来形成透射反射式显示器，这种显示器可以在例如暗淡的光线条件下背光照明，或者可以在明亮的环境光线下可读。
常规的背光照明式LCDs一般使用吸收性起偏镜，其透射光小于10％。常规的反射性LDCs也是以吸收性起偏镜为基础的，其反射率小于25％。这些显示器较低的透射性或反射性降低了显示对比度及亮度，可能要求较高的能耗。
已经开发了一些反射性起偏镜用于显示以及其它用途中。反射性起偏镜优选透射一种偏振光，而优选反射正交偏振光。反射性起偏镜优选能透射及反射光线而不吸收相对较大量的光线。反射性起偏镜优选对的透射偏振光吸收不超过10％。大多数LCDs能在很宽的波长范围内工作，因此，反射性起偏镜一般也在同样较宽的波长范围内工作。
发明概述一般的说，本发明涉及光学体如反射性起偏镜、含有光学体的制品以及使用和制造这些制品的方法。另外，本发明涉及含有胆甾醇型液晶组合物的光学体。一个实施方式是个光学体，它包括a)含有第一种胆甾醇型液晶材料的第一种颗粒，b)第二种胆甾醇型液晶材料。第一种颗粒以及第二种胆甾醇型液晶材料形成一种结构体，其中第一种胆甾醇型液晶材料的螺距与第二种胆甾醇型液晶材料不同。一个例子中，第二种胆甾醇型液晶材料的形式为第二种颗粒。另一个例子中，第一种颗粒分散在第二种胆甾醇型液晶材料的基质中。其它例子中，光学体含有多层。另外，在光学体中还可以使用一种或多种附加的胆甾醇型液晶材料。这些光学体能用作反射性起偏镜，因此能用在显示器中。
另一个实施方式是一种制造光学体的方法。将含有第一种胆甾醇型液晶组合物的第一种颗粒置于一个基材上。将第二种胆甾醇型液晶组合物也置于基材上形成含有第一种胆甾醇型液晶组合物的结构体。分别将第一种以及第二种胆甾醇型液晶组合物转变成第一种及第二种胆甾醇型液晶材料。第一种胆甾醇型液晶材料与第二种胆甾醇型液晶材料的螺距不同。一个例子中，第二种胆甾醇型液晶材料的形式是第二种颗粒。另一个例子中，第一种颗粒分散在第二种胆甾醇型液晶材料的基质中。其它例子中，光学体含有多层。另外，在光学体中可以使用一种或多种附加的胆甾醇型液晶材料。
上述对本发明的概述不是用来说明本发明中披露的每个实施方式或本发明的每种实施情况。下面的图以及详细说明将更具体地表示这些方式。
附图要说明结合附图，通过对本发明各种实施方式的详细说明，可以更好的理解本发明，其中
图1A是一种光学体的截面示意图，该光学体的结构中含有第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒，这些颗粒分布在第二种胆甾醇型液晶材料的基质中；图1B是一种光学体的截面示意图，该光学体的结构中含有第一种以及第二种胆甾醇型液晶材料的颗粒；图1C是一种光学体的截面示意图，该光学体的结构中含有第一种以及第二种胆甾醇型液晶材料的颗粒，这些颗粒分布在第三种胆甾醇型液晶材料的基质中；图1D是一种光学体的截面示意图，该光学体的结构中含有第一种、第二种以及第三个胆甾醇型液晶材料的颗粒；图2A是一种光学体的截面示意图，该光学体的结构含有两层，每层含有分布在基质中的不同胆甾醇型液晶材料的颗粒；
图2B是一种光学体的截面示意图，该光学体的结构含有两层，每层含有分布在基质中的一种或多种胆甾醇型液晶材料的颗粒；图3是一种非平面基材的截面示意图；图4是本发明一个实施方式的液晶显示器的示意图；图5是本发明另一个实施方式的液晶显示器的示意图；图6是一种结构体的透射光谱，该结构体是通过涂覆含有一种胆甾醇型液晶材料的组合物制备的，该胆甾醇型液晶材料反射可见光谱的绿色光；图7是三个结构体的透射光谱，这些结构体中有一种胆甾醇型液晶高分子作为气溶胶在基材上，三个结构体分别反射可见光谱的红色、绿色以及蓝色光；图8是一种结构体的透射光谱，该结构体含有三种作为气溶胶分别在一基材上的胆甾醇型液晶组合物，每种组合物在施加在基材上后即进行固化；图9是一种结构体的透射光谱，该结构体含有三种作为气溶胶分别在一基材上的胆甾醇型液晶组合物，这三种组合物在所有三种组合物都施加在基材上以后才进行固化；图10是一种结构体的透射光谱，该结构体含有两种胆甾醇型液晶组合物，两种组合物分别作为气溶胶在一基材上；图11是在一基材上放置颗粒形式的胆甾醇型液晶组合物的一种方法的示意图。
本发明可以进行各种修改和变换，其详情已在各图中作为例子表示，并将进行详细说明，然而，应当理解，本发明并不限制于所说明的具体实施方式
。相反的，本发明涵盖了在本发明的精神及范围内所有对本发明作出的修改、相当的内容以及变换。
优选实施方式的详细说明本发明适用于光学体以及使光线偏振的方法。具体的说，本发明涉及光学体以及通过使用胆甾醇型液晶组合物使光线偏振的方法。至少有一种胆甾醇型液晶组合物是颗粒形式。虽然本发明并不是十分局限，通过对下面实施方式的讨论将更有助于理解本发明的各个方面。
胆甾醇型液晶能有选择地反射一种特定的圆偏振光并透射正交偏振光。因此，胆甾醇型液晶能用来制造反射性起偏镜。被反射的光的波长取决于液晶材料的螺距及折射指数。螺距的定义是液晶指向矢转动360°后在轴向移动的距离，而指向矢是指向区域取向方向的单位矢量。指向矢的螺旋转动导致了材料介质张量的空间周期性变化，这一变化又产生了选择性的光反射。对于沿螺旋轴，传播的光，当波长λ在下列范围内时，通常发生Bragg反射nop＜λ＜nep其中p是螺距，ne是对于平行于液晶指向矢的偏振光的胆甾醇型液晶的折射指数，no是对于垂直于液晶指向矢的偏振光的胆甾醇型液晶折射指数。例如，可以选择螺距使得Bragg反射在可见光、紫外光或红外光波的范围达到最强。
被胆甾醇型液晶反射的光的波长范围的，中央波长λo可以近似由下式得到λo＝0.5(no+ne)p光谱宽Δλo由下式近似得到Δλo＝2λo(ne-no)/(ne+no)＝p(ne-no)胆甾醇型液晶组合物的光谱宽(测得的半峰高的整个宽度)一般约为100nm或更小。当要求在整个可见光范围内(约400至750nm)或其它显著大于100nm波长范围内有一定反射率时，这种光谱宽就限制了胆甾醇型液晶聚合物的用途。材料的双折射对应于ne-no。
为了使反射性起偏镜能够反射较宽的波长范围，可以多层的各种胆甾醇型液晶。一种常规的方法一直是将用多层胆甾醇型液晶来制造起偏镜。各层具有不同的螺距，因此能反射不同波长的光线。有了足够多的层，起偏镜的结构可以制成使其反射大部分可见光谱。因为各层反射不同区域的光，这些结构体一般会有不均匀的透射或反射光谱。这种不均匀性可以通过在构造时使胆甾醇型液晶在各层之间，发生扩散而得到一定程度的改善。这种情况会导致各层之间的螺距平均化。
本发明的光学体是通过在一基材上放置至少两种不同的胆甾醇型液晶材料形成的。基材的表面(例如，作为基材的一部分的成行排列(以后简称排列)层的表面)优选具有能促进或提供在表面上的胆甾醇型液晶材料排列的均匀性。一种表面排列包括能使液晶材料指向矢在该表面上产生排列的任何表面特征。基材的表面排列特征能通过各种不同的方法得到，这些方法例如包括对基材进行单向摩擦、延伸基材或通过偏振光使可光聚合物的材料进行光致排列。
将至少一种胆甾醇型液晶材料作为许多单个的颗粒进行放置。胆甾醇型液晶材料的螺距是不同的。螺距通常选择为大约等于用途涉及的光的波长，例如可选择为大约等于可见光、紫外光或红外光的波长。
向列型液晶通常是伸长的分子，这些分子在溶液或其它液体相中时易于相互平行排列。手性向列型液晶(例如胆甾醇型液晶)是含有一个或多个手性基团的分子。虽然手性向列型液晶的向列型特性会产生平行排列的趋势，手性基团又影响这种趋势，致使手性向列型分子容易在层中相互平行排列，但由于各层的指向矢指向增量不同的方向，因而该指向矢通过手性向列型层前进时沿着螺旋状路径。这种构型的各层可以被称为胆甾醇型中间相。向列型液晶以及手性向列型液晶的一个重要特征就是在许多情况中，可以将手性向列型液晶加入向列型液晶中形成胆甾醇型中间相，这种中间相的螺距取决于手性向列型液晶的加入量。因此就有可能设计能反射在特定波长范围的光的胆甾醇型层。
胆甾醇型液晶材料一般包括在本性上是手性的和能形成中间相的分子单元。这里使用的“手性”单元是一种含有一个手性碳原子的不对称单元(例如，不具有镜面的单元)。手性单元能使偏振光的平面以圆形方向向左或向右旋转。这里所述的“能成中间相的”单元是一种具有棒状硬性结构，能有利于形成胆甾醇型液晶相的单元。
胆甾醇型液晶材料可以是聚合物，可以作为手性单体，可能还有非手性单体的反应产物形成。例如，胆甾醇型液晶材料可以由手性液晶化合物(例如手性向列型液晶化合物)的聚合来制备、由手性非液晶化合物(作为手性单体)与向列型液晶化合物(作为非手性单体)的共聚来制备，或者也可以由手性液晶化合物(作为手性单体)与向列型液晶化合物(作为非手性单体)的共聚来制备。这里所述的“向列型”液晶化合物是指本身不是手性的液晶化合物。向列型液晶化合物可以用来修改胆甾醇型液晶材料的螺距。螺距取决于手性化合物以及向列型液晶化合物的相对重量比例。应当理解，非液晶非手性单体可以与胆甾醇型液晶单体一起使用。
胆甾醇型液晶聚合物一般包含一个能成内消旋配合基(mesogenic)。合适的内消旋配合基包括例如对位取代环状基团如对位取代苯环。内消旋配合基还可以通过一间隔基与聚合物主链接合。间隔基可以带有含苯、吡啶、嘧啶、炔、酯、亚烃基、烯烃、醚、硫醚、硫酯以及酰胺这些官能度的官能团。可以改变间隔基的长度或类型从而在溶剂中获得不同的溶解度。
合适的胆甾醇型液晶聚合物，包括具有手性或非手性的聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷或包括内消旋配合基的聚酯酰亚胺主链，所述内消旋配合基或可以由刚性或柔性共聚单体分隔。其它合适的胆甾醇型液晶聚合物，具有聚合物主链(例如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚烯烃或聚丙二酸酯主链)，这些主链带有手性或非手性(或两种)能成中间相的侧链基团。该侧链基团或可以通过间隔基例如亚烃基或亚烃基氧化物间隔基与主链分隔，从而获得柔性。得到的聚合物可以是线型、支链或交联的。可以通过选择手性及非手性单体来定制组合物，制备能反射波长在所需范围内的光的聚合物。
在美国专利No.s 4,293,435；5,332,522；5,886,242；5,847,068；5,780,629以及5,744,057中说明了合适的胆甾醇型液晶聚合物。也可以使用其它胆甾醇型液晶材料。一般而言，胆甾醇型液晶材料是为具体的用途或光学体根据一种或多种因素来选择的，这些因素包括折射指数、螺距、加工性、透明度、颜色、在要求的波长范围内的低吸收性、与其它组分的相容性(例如与向列型液晶化合物的相容性)、容易生产、能获得液晶材料或单体形成液晶聚合物、流变性、固化方法及要求、易于除去溶剂、物理和化学性质(例如柔性、拉伸强度、耐溶剂性、耐刮伤性和相转变温度)以及易于提纯。
这里所使用的术语“胆甾醇型液晶组合物”是指含有胆甾醇型液晶化合物、胆甾醇型液晶聚合物或者是包括单体以及低聚物的能反应形成胆甾醇型液晶聚合物的低分子量化合物的组合物。胆甾醇型液晶组合物也可以包含一种或多种其他添加剂，例如交联剂以及聚合引发剂。
胆甾醇型液晶组合物中可以使用聚合引发剂来引发组合物中单体或其它低分子量化合物的聚合或交联。合适的聚合引发剂包括能产生自由基引发并推动聚合或交联的引发剂。也可以根据稳定性或半衰期来选择引发剂。自由基引发剂优选在胆甾醇型液晶层不会通过吸收或以其它方式产生任何附加颜色。自由基引发剂一般为热自由基引发剂或光引发剂。热自由基引发剂包括过氧化物、过硫酸盐或偶氮腈类化合物。这些自由基引发剂在热分解时能产生自由基。
光引发剂可以通过电磁辐射或粒子照射活化。合适的光引发剂的例子包括鎓盐光引发剂、有机金属光引发剂、阳离子金属盐光引发剂、可光分解有机硅烷、潜磺酸、氧膦、环己基苯基酮、胺取代苯乙酮以及苯甲酮。通常采用紫外光(UV)辐射来活化光引发剂，也可以采用其它光源。光引发剂可以根据具体光波的吸收来选择。
胆甾醇型液晶组合物可以作为涂料组合物的一部分，该涂料组合物一般含有一种或多种溶剂。涂料组合物也可以包含分散剂、抗氧化剂以及抗臭氧剂。另外，如果需要的话，涂料组合物中可以包含各种染料以及颜料来吸收紫外、红外或可见光。有些情况下，也可以添加粘度改进剂例如增稠剂或填料。同样在有些情况下，添加聚结剂能促进沉积到基材上的颗粒之间的密切接触。另外，已经发现一些非液晶化合物例如聚乙二醇、聚(甲基)丙烯酸乙二醇酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙氧基酯以及其它(甲基)丙烯酸酯，例如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及其它具有相对较低的玻璃化转变温度(Tg)的化合物，能通过颗粒层的排列来提高透射性。如下面将说明，这些组分在与液晶单体共聚时可以充当内部增塑剂。通常，这些化合物的用量要少于用来制备胆甾醇型液晶聚合物的单体材料总量的10wt％。
含有胆甾醇型液晶材料的涂料组合物可以通过各种液体涂覆的方法施涂到基材上。至少在一些实施方式中，基材的表面(例如排列层的表面)在施涂之前就已排列好了。施涂后，将胆甾醇型液晶组合物聚合或者以其他方式转变成胆甾醇型液晶材料。这一转变可以通过各种工艺实现，这些工艺包括溶剂挥发；加热使胆甾醇型液晶材料排列；使胆甾醇型液晶组合物或多种组合物交联；采用热、辐射(例如光化辐射)、光(例如紫外光、可见光或红外光)、电子束或这些能量的组合或类似工艺将胆甾醇型液晶组合物固化(例如聚合)。
经过涂覆并转变成胆甾醇型液晶材料后，可以制出较宽波长范围有效的胆甾醇型反射性起偏镜，如果需要的话。一些实施方式中，按照测量反射光谱的半峰高宽度，胆甾醇型反射性起偏镜能基本上反射光的谱宽至少为100，150，200或者300nm或更大。
令人惊奇的是，这种反射性起偏镜的光漫射量较小。这种性质以前一直是与高度均匀的光学体相关的。另一方面，由于这些光学体能反射较宽光谱范围的偏振光，因此可以认为具有不同螺距的各种颗粒保持其各自的特征。虽然不想被任何具体的理论解释所束缚，可以认为，胆甾醇型液晶材料的沉积颗粒聚结时并没有完全混合，因此各个颗粒仍维持至少近似于沉积到基材上之前的螺距。而且，可以认为，没有完全混合的颗粒之间会发生蔓延现象，胆甾醇型液晶材料与基材的接触层的排列会在整个层以及所有颗粒中蔓延，尽管这些颗粒具有不同的螺距。已经发现，改善颗粒的聚结情况能在不明显减小偏振光谱范围的情况下提高反射性起偏镜的偏振效果。
说明每个光学体时，应当理解，基材优选具有表面排列特征，例如基材有个排列层。推荐在将胆甾醇型液晶材料沉积到基材上之前，就提供这些表面排列特征。也可以选择在沉积之后提供这些表面排列特征，之后再使胆甾醇型液晶材料排列(例如通过加热使材料排列)。
图1A是本发明一个实施方式的截面示意图。光学体100包括基材104以及至少内含两种胆甾醇型液晶材料的结构体103。这个实施方式中，结构体103位于基材104上，含有分布于第二种胆甾醇型液晶材料基质102中的第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒101。颗粒在基质中的分布可以均匀或不均匀。可以使用较高浓度的颗粒101使颗粒之间接触，如图1A所示，也可以使用较低浓度的颗粒101，这时很少有颗粒相互接触。第一种与第二种胆甾醇型液晶材料具有不同的螺距。
每种胆甾醇型液晶材料循环反射一定范围波长的圆偏振光，波长范围取决于材料的双折射及螺距。如果结构体含有两个或多个不同的胆甾醇型液晶材料例如图1A的103，那么与只含有一个胆甾醇型液晶材料的光学体相比，光学体100能反射更宽的波长范围。更具体地说，结构体能反射两个波长区域一个区域与第一种胆甾醇型液晶材料相关，另一个区域与第二种胆甾醇型液晶材料相关。可以将结构体103加热从而使一种或两种胆甾醇型液晶组合物的至少一些分子能在形成结构体的过程中扩散到另一种胆甾醇型液晶组合物中。这种扩散能形成一个区域，其螺距介于第一种与第二种胆甾醇型液晶材料之间。扩散能增大结构体反射的光波长范围。
图1B是一个光学体110的截面示意图，其中第一种与第二种胆甾醇型液晶材料分别为111以及112，这两种材料都是颗粒形式。这两种颗粒组合在基材114上形成结构体113。两种胆甾醇型液晶材料具有不同的螺距。颗粒可以具有相同或不同的平均粒度，并可以均匀或非均匀分布。一个实施方式中，第二种材料的颗粒要小于第一种材料的颗粒，由于粒度或比重差异会导致两种颗粒之间的离析。
图1C是一种光学体150的截面示意图，该光学体包括含有至少两种在基材154上的胆甾醇型液晶材料的结构体153。第一种与第二种胆甾醇型液晶材料的形式为颗粒151以及152。这两种材料分布在基质155中。基质可以是第三种胆甾醇型液晶材料或者是不具液晶性质的聚合物。如果基质155材料不是液晶材料，较好至少有一些颗粒相互接触来促进颗粒151与152之间液晶相的均匀排列，从而提高液晶材料排列的均匀性。虽然不同种胆甾醇型液晶材料都具有不同的螺距，已发现在整个结构体153中得到基本均匀的胆甾醇型排列是有可能的。
图1D是一种光学体160的截面示意图，该光学体包括含有三种在基材164上的胆甾醇型液晶材料的结构体163。所有三种胆甾醇型液晶材料，其形式为颗粒161，162以及165。虽然这三种胆甾醇型液晶材料都具有不同的螺距，已发现在整个结构体163中能得到基本均匀的胆甾醇型排列。颗粒可以具有相同或不同的平均粒度，可以均匀或非均匀分布。
本发明的光学体可也以含有三种以上胆甾醇型液晶材料。至少有一种材料是颗粒形状的。所有剩余几种材料或其中任何几种的材料可以是颗粒状的。
在两种胆甾醇型液晶材料之间形成的结构体可以是一层或多层。图2A是一种光学体120的截面示意图，其中各种胆甾醇型液晶材料形成具有两层124与126的结构体123。层124在基材125与层126之间。各层含有一种颗粒形状的胆甾醇型液晶材料。层124含有分布于基质127中第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒121，层126含有分布于基质128中的第二种胆甾醇型液晶材料的颗粒122。基质是聚合物材料，如果有需要的话，可以是胆甾醇型液晶材料。基质127与基质128可以是相同或不同的材料。
基材上面的结构体中，一层或多层可以含有多种胆甾醇型液晶材料。在图2A中的一个实施方式中，与基材125接近的层124含有分布于第三种胆甾醇型液晶材料127的基质中的第一种胆甾醇型液晶材料121的颗粒。层126含有分布于第四种胆甾醇型液晶材料128的基质种的第二种胆甾醇型液晶材料122的颗粒。所有这四种胆甾醇型液晶材料都具有不同的螺距。层124与126中颗粒的平均粒度可以相同或不同。
在图2A的另一个实施方式中，有三种不同的胆甾醇型液晶材料，各种材料都具有不同的螺距。当基质127与128是同样的胆甾醇型液晶材料时，可以得到三种胆甾醇型液晶组合物。结构体的每一层含有两种胆甾醇型液晶材料。
基质127与128中的任一种可以是胆甾醇型液晶材料，另一种可以是不具有液晶性质的聚合物材料。结构体的一层含有两种胆甾醇型液晶材料，而另一层只含有一种胆甾醇型液晶材料。任何一层都可以是含有两种胆甾醇型液晶材料的层。
图2A的又一个实施方式中，有两种胆甾醇型液晶材料，各具有不同的螺距。当基质127与128不是胆甾醇型液晶聚合物时，可以得到这种结构体。结构体中唯一的胆甾醇型液晶是颗粒121与122。
图2B是本发明另一种光学体的截面示意图，该光学体含有多个层。与基材145最接近的层144在基质148中含有两种胆甾醇型液晶材料141与147的颗粒。层146在层144上形成，并含有在基质149中的第三种胆甾醇型液晶材料颗粒142。基质148与149可以相同或不同。基质是聚合物材料，并且可以是胆甾醇型液晶材料。如果基质材料148与149中有任何一种基质材料不是液晶材料，颗粒141，142与147较好例如通过聚结充分地紧密接触，从而在整个结构体144与146中得到基本上均匀的胆甾醇型排列。各胆甾醇型液晶材料都具有不同的螺距。颗粒141，142与147可以具有相同或不同的平均粒度。
本发明的光学体的结构中可以含有两个以上的层，每层含有至少一种胆甾醇型液晶组合物的颗粒。每层也可以含有一种以上胆甾醇型液晶组合物的颗粒。每层可以含有一种基质，基质中分布着不同的颗粒。基质是聚合物材料并且可以是胆甾醇型液晶材料。每层的基质可以相同也可以不同。
应当认识到，上述说明的每个实施方式中，胆甾醇型液晶组合物或材料也可以在施涂上去后加热，以便促进不同组合物的颗粒之间、颗粒与周围基质之间发生扩散。由于这种扩散，一般能在较广波长范围内得到更均匀的反射。扩散减少了颗粒之间以及颗粒与基质之间的界面区别。可以通过加热温度、加热时间、材料的粘度及密度来控制扩散程度。
至少在一些实施方式中，在一个结构体中使用较大量的不同胆甾醇型液晶材料，就能扩大起偏镜的反射波长范围。
基材的作用是为沉积或形成含有各种胆甾醇型液晶材料的结构体提供一个基础。基材可以是在生产、使用或上述两个过程中起到结构支撑元件的作用。一般而言，在光学体的工作波长范围内，基材是透明的。基材的例子，包括三乙酸纤维素(TAC，从Fuji Photo Film Co.，Tokyo，Japan；Konica Corporation，Tokyo，Japan；以及Eastman Kodak Co.，Rochester，NY购买)，SollxTM(从General ElectricPlastics，Pittsfield，MA购买)以及聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。有些实施方式中，基材不是双折射的。
基材可以是多层。一个实施方式中，基材有一个排列层，该层的表面能将位于该排列层上的液晶组合物按相当均匀的方向取向。基本上的排列层可以采用任何已知的机械或化学方法制备。制造排列层的机械方法包括在需要排列的方向对聚合物层摩擦或拉伸。例如聚乙烯醇、聚酰胺以及聚酰亚胺薄膜可以通过在所需要的排列方向摩擦薄膜进行排列。可以通过拉伸进行排列的薄膜包括聚乙烯醇、聚烯烃例如聚对苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯，以及聚苯乙烯。聚合物膜可以是均聚物、共聚物或者是聚合物的混合物，但均聚物比共聚物更易于通过拉伸进行排列。
可以通过光化学的方法形成排列层。例如，可光取向聚合物可以按照美国专利Nos.4,974,941，5,032,009以及5,958,293中的说明，在所需要的排列方向对放置在媒介中或基材上的各向异性的吸收分子照射线偏振的光(例如紫外光)，从而形成排列层。合适的可光取向聚合物包括含有取代1，4-二胺代苯的聚酰亚胺。
可以使用另一类光排列材料来形成排列层。这些聚合物在与偏振紫外光的电场矢量方向平行或垂直的偏振紫外光存在条件下，作出选择性的响应，响应进行后，就会使液晶材料排列。这些材料的例子在美国专利Nos.5,389,698，5,602,661以及5,838,407中有所说明。合适的可光聚合物材料包括聚肉桂酸乙烯酯以及其它聚合物，例如在美国专利Nos.5,389,698，5,602,661以及5,838,407中说明的聚合物。如美国专利No.6,001,277中的说明，可光异构的化合物例如偶氮苯衍生物也能用于光排列。也可以通过施涂某种类型的亲溶分子形成排列层，这种溶致分子会由于施涂过程中的剪切而自我取向。在共同转让的待审美国专利申请Serial No.09/708,752中披露了这种类型的分子。
另一个实施方式中，结构体在基材上形成，接着再在从基材上取下留下结构体表面。
虽然图1A至1D，2A以及2B所示是光滑平整的基材，但基材并不仅限于此。基材可以是光滑的或有织构的，可以是平面的或是曲面的。表面在形状及织构上可以是均匀或非均匀的。一个实施方式中，如图3所示，基材表面形状为棱形。在该棱形表面310沉积有一个或多个胆甾醇型液晶层310。
本发明的光学体可以与其它光学或物理元件组合。一个实施方式中，含有各种胆甾醇型液晶组合物的结构体的上表面连接有聚合物膜。例如，可以采用胶粘剂将三醋酸纤维素(TAC)薄膜连接到结构体的上表面。另一个实施方式中，可以使用基材与另一种聚合物薄膜形成层合结构。一个实施方式中，可以将TAC或者四分之一波长薄膜层压到基材上。也可以将TAC或者四分之一波长薄膜层压到含有胆甾醇型液晶聚合物材料的一个层上。四分之一波长薄膜能将透射的圆偏振光转变为线偏振光。圆偏振光透过四分之一波长薄膜后转变为线偏振光，其偏振轴与四分之一波长薄膜的光轴呈+或者-45度，其方向由具体的圆偏振状态决定。而在另一个实施方式中，基材本身可以是四分之一波长薄膜。
图1A至1D，2A以及2B中所示的每种结构体中都含有许多颗粒，这些颗粒是胆甾醇型液晶材料。仅仅为了说明，颗粒都是圆形且是单粒度。但颗粒可以是任何形状，包括球形、椭圆形、锥形以及不规则形状。颗粒的粒度及形状可以是均匀或非均匀的。粒度并不重要，除非是颗粒大到一定范围而产生可见光颜色效应，尤其是在颗粒太大，以至于它们会在整个层中延伸。一个实施方式中，粒度在0.05μm至5μm之间，优选在0.1μm至1μm之间。粒度可以通过各种方法进行选择，选择方法取决于在基材上的成形方法。例如，使用喷涂时，粒度可以通过喷射孔径、压力以及流体性质改变。对于乳状液聚合，粒度一般可以通过聚合条件、乳状液条件以及溶剂的选择来控制。含有胆甾醇型液晶聚合物组合物的颗粒能采用任何已知形成聚合物颗粒的工艺来制备。
制备颗粒的一种工艺是乳状液聚合。将胆甾醇型液晶聚合物或较低分子量化合物(例如低聚物或者单体)溶解在与水不混溶的一种溶剂中。这种组合物与水结合形成乳状液。如果有必要或需要，可以使用表面活性剂在水相中形成胆甾醇型液晶组合物的液滴。如果有必要或需要，可以将液滴内的组合物聚合或固化，除去水相留下胆甾醇型液晶颗粒材料。可能需要检测或控制表面活性剂的使用，以便不会对胆甾醇型液晶材料的排列产生负面效应。表面活性剂较好在较少使用量时能稳定乳状液。
另外，除了乳状液中的其它组分以外，还可以加入增塑性单体材料，这种材料能与单体共聚形成胆甾醇型液晶聚合物。增塑性单体材料的作用能使胆甾醇型液晶聚合物柔性更大，更易于作为薄膜施涂或者能起到以上两个作用。至少在一些实施方式中，使用增塑性单体能使以后形成的胆甾醇型液晶聚合物成为“自增塑”聚合物。通常，这类单体包括柔性亚烃基或者带有可聚合官能团的醚键链。这类增塑性单体的例子，包括(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙氧基酯、聚(甲基)丙烯酸乙二醇酯(包括聚(甲基)丙烯酸乙二醇烷基醚酯)以及(甲基)丙烯酸酯，例如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，尤其是具有较低玻璃化转变温度的单体。
另一种形成颗粒的方法中，单体可以在与单体及所得聚合物都混溶的溶剂中聚合。接着可以将聚合物溶液加入第二种与聚合物不混溶的溶剂中。第二种溶剂可以含有表面活性剂来促进将聚合物作为稳定的小颗粒转移引第二种溶剂中。另外，也可以将表面活性剂共聚成为聚合物。例如，可以将含量为1％至20％重量的Sartomer CD550(可以从Sartomer Company，Exton，PA购买)、平均分子量为350的单甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、BEM-25、(从Bimax ChemicalsLTD.，Cockeysville，Maryland购买的山萮乙氧基(25))、甲基丙烯酸甲氧基聚乙氧基-12酯(从Bimax Chemicals LTD.，Cockeysville，Maryland购买)或者是甲基丙烯酸月桂酯(从Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI购买)与其它单体共聚制备与极性溶剂如水或乙醇具有更好相容性的聚合物材料。
对上述方法的一种改变就是形成一种单体溶液，再加入与单体不混溶的第二种溶剂。表面活性剂有助于在第二种溶剂中形成胆甾醇型液晶组合物的液滴。液滴也可以含有必要的助剂来促进聚合以及交联，以便形成颗粒状胆甾醇型液晶材料。
另一种制备胆甾醇型液晶组合物的颗粒的方法，包括采用气溶胶喷射器将胆甾醇型液晶组合物的溶液直接喷射到基材上的方法。胆甾醇型液晶组合物除了含有交联剂以及聚合引发剂以外，还能含有先已制备的聚合物或者是较低分子量化合物例如低聚物或单体。可以改变喷射器与基材的距离来改变粒度。一般而言，喷射器距离基材较远时能得到较小的颗粒。如果颗粒太大，凝集的可能性就更大。
喷涂干燥是另一种已知的制备颗粒的工艺。先已制备的聚合物溶液可以喷射成聚合物与溶剂的液滴。溶剂挥发后留下聚合物颗粒。可以收集这些颗粒。采用这种工艺，颗粒不直接在基材上形成，而是后来在一个单独的步骤中置于基材上。
本发明包括本发明光学体的制备方法。第一种方法中，将含有第一种胆甾醇型液晶组合物的许多颗粒施置于基材上。同样将第二种胆甾醇型液晶组合物施置于基材上与第一种胆甾醇型液晶组合物的颗粒形成结构体。加热该结构体使胆甾醇型液晶组合物排列，并且也可以使这两种不同的胆甾醇型液晶组合物之间形成扩散区域。可以采用这种方法来制备图1A以及1B的光学体。
这种方法的一个实施方式是采用气溶胶喷射器或其他方法直接将第一种以及第二种胆甾醇型液晶组合物喷射或者以其他方式形成在基材上。这种处理第一种及第二种胆甾醇型液晶组合物的方法能得到图1B所示的结构体。可以使用一种或多种喷雾器先后或同时喷射。在喷射之前可以将各种胆甾醇型液晶组合物混合。每种胆甾醇型液晶组合物可以含有胆甾醇型液晶聚合物、溶剂以及其它添加剂如表面活性剂。喷雾器通常与基材相隔合适的距离，从而使所得的颗粒粒度在所需要的粒度范围之内。
也可以先将两种胆甾醇型液晶组合物形成分开的乳状液，接着可以将两种乳状液混合。将混合的乳状液辊涂、干燥并进行扩散得到图1B所示的结构体。
通过在基材上喷涂三种胆甾醇型液晶组合物能制备图1D所示的结构体。可以采用一种或多种喷雾器先后或同时喷射这几种组合物。喷雾该可以含有胆甾醇型液晶聚合物、溶剂以及其它添加剂如表面活性剂。也可以利用乳状液形成图1B所说明的结构体。
另一种施涂方法如图11所示。从一系列喷雾器1108中将几种胆甾醇型液晶组合物喷射到涂覆辊1102上，在该涂覆辊上形成层1115。接着涂覆辊1102将层1115施涂到基材1101上，基材1101在辊子1104与1106之间穿过。可以将辊子1104或者1106或者这两个辊子都进行加热，以便促进胆甾层的干燥及排列。同时，虽然辊子1104可以用来使层1115光滑，并且可能有助于层的排列，但有些情况下可以不需要使用辊子1104。
其它实施方式中，将第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒与粘结剂混合形成涂料组合物。这里所使用的术语“粘结剂”是指能反应形成聚合物材料的一种聚合物材料或低分子量化合物。粘结剂还包括由单体或低聚物形成聚合物材料所需要的聚合引发剂或交联剂。粘结剂是形成基质的材料。粘结剂可以是胆甾醇型液晶组合物或不具有液晶特性的组合物。除了含有颗粒及粘结剂以外，涂料组合物还可以含有表面活性剂、一种或多种溶剂、抗氧化剂、染料、颜料以及附加单体来改变粘结剂的性质。可以采用任何已知的方法如喷涂、棒涂、滑涂、帘幕式淋涂、挤压涂覆以及它们的组合将涂料组合物施涂到基材上。
将涂料组合物施涂到基材上后，如果有必要的话，可以通过蒸发除去溶剂并将粘结剂固化。使粘结剂固化能得到包围胆甾醇型液晶材料的聚合物基质。基质中颗粒浓度的一种合适范围为30％至100％(100％对应于没有基质)。如果颗粒浓度足够低，就是施涂后颗粒之间基本没有紧密接触，那么粘结剂材料较好为胆甾醇型液晶材料，这样就可以使排列在整个层中蔓延。一个实施方式中，干燥后，层中含有的胆甾醇型液晶材料的总厚度为5至10毫米。
胆甾醇型液晶组合物可以包含一种交联剂。交联剂可以起到在一种胆甾醇型液晶组合物中对聚合物交联的作用。交联剂也可以在几种胆甾醇型液晶组合物中对聚合物起交联作用。例如，第二种胆甾醇型液晶组合物中的活性单体如二(甲基)丙烯酸酯、双环氧化合物、二乙烯基或二烯丙基醚会扩散到第一种胆甾醇型液晶组合物中。活性单体材料可以与第一种或第二种胆甾醇型液晶组合物交联。交联能“固定”胆甾醇型液晶材料，防止或基本上减少材料更进一步的扩散。交联能减少低分子量材料的存在，这些材料易于扩散。
交联有助于防止由加热引起的各种胆甾醇型液晶材料的后来混合。这一点对于光学体在其正常使用过程中要进行显著加热的应用中十分有利。胆甾醇型液晶材料的连续扩散会导致其光学性质随时间的改变。交联得到的胆甾醇型液晶材料的结构体在使用时间内更为稳定，同时交联能得到具有较长寿命的更为可靠的产品。
为了制备图1A中的光学体，制备含有第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒以及第二种胆甾醇型液晶组合物的粘结剂的涂料组合物。该第二种胆甾醇型液晶组合物含有一种胆甾醇型液晶聚合物或者是能聚合的低分子量化合物。如果第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒在第二种胆甾醇型液晶组合物中微溶，那么就可以形成扩散区域。如果组合物中有低分子量胆甾醇型液晶化合物，在固化或交联之前单体会有一定程度的扩散，从而导致扩散区域内螺距的变化。
图1C所示的结构体可以通过在粘结剂中形成含有第一种以及第二种胆甾醇型液晶材料的颗粒的涂料组合物来制备。粘结剂可以含有第三种胆甾醇型液晶组合物。粘结剂也可以含有不具有液晶性质的聚合物或单体。可以采用任何合适的施涂工艺例如喷涂、棒涂、滑涂、帘幕式淋涂、挤压涂覆以及它们的组合将涂料组合物施涂到基材上。
在另一个实施方式中，可以将第一种胆甾醇型液晶组合物的颗粒喷射到基材上。接着可以使用任何合适的工艺例如喷涂、棒涂、滑涂、帘幕式淋涂、挤压涂覆以及它们的组合将第二种胆甾醇型液晶组合物施涂到第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒上。
本发明的另一种方法包括基材上形成含有多层的结构体。这些层可以同时或先后形成。一个层可以采用上述说明的任何实施方式中的方法形成。将含有第一种胆甾醇型液晶组合物的许多颗粒施涂在与基材接近的第一层上，含有第二种胆甾醇型液晶组合物的颗粒则施涂到第一层上面的第二层上。加热结构体使各种胆甾醇型液晶组合物在基材上排列。排列时所需温度至少部分取决于胆甾醇型液晶材料以及排列所采用的方法。
加热也可能促进聚合物或单体扩散进入邻近的胆甾醇型液晶组合物中，从而导致在扩散区域内胆甾醇型液晶组合物螺距的改变。这些扩散有利于形成含有较宽的反射光谱带的结构体。可以采用该方法来制备图2A以及2B中所示的光学体。
本发明方法进一步可以包括将胆甾醇型液晶组合物固化形成相应的胆甾醇型液晶材料。固化、交联或者这两者都可以减少或防止各种材料随时间延长而导致的进一步扩散。另外，结构体的机械稳定性和环境稳定性通常可以通过较高的聚合度及交联度改善。可以在施涂各层或施涂所有层或任何层的组合后进行固化以及交联步骤。
在一个实施方式中，先分开制备两种涂料组合物。第一种涂料组合物含有第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒，而第二种涂料组合物则含有第二种胆甾醇型液晶材料的颗粒。每种涂料组合物还可以含有一种粘结剂。粘结剂含有聚合物材料或能反应形成聚合物材料的低分子量化合物。粘结剂可以是胆甾醇型液晶组合物，但也可以是不具有液晶性质的聚合物材料。粘结剂可以含有各种其它化合物，例如交联剂及聚合引发剂。另外，涂料组合物可以含有表面活性剂、抗氧化剂、颜料、染料、粘度改进剂、聚结剂以及用来改变所得聚合物基质各种性质的附加单体。第一种涂料组合物施涂在基材上形成第一层。施涂第二种涂料组合物使其在第一层上形成第二层。可以使用任何合适的施涂工艺如喷涂、棒涂、滑涂、帘幕式淋涂、挤压涂覆以及它们的组合同时或连续涂覆两层。
第一种涂料组合物中使用的粘结剂可以与第二种涂料组合物中使用的粘结剂相同或不同。任何一种粘结剂或者两种粘结剂都可以是胆甾醇型液晶组合物。如果两种粘结剂都是胆甾醇型液晶组合物，螺距可以相同也可以不同。
一些实施方式中，粘结剂大体上能将胆甾醇型液晶颗粒相互分离并将其与基材表面分离。如果粘结剂不是胆甾醇型液晶材料，胆甾醇型液晶颗粒的螺旋轴的取向要受到生产过程、颗粒形状等的影响，或者其取向可能是无规的。例如，当粘结剂是已延伸的薄膜时，生产过程与颗粒形状会影响胆甾醇型液晶材料螺旋轴的取向。这种延伸会使胆甾醇型液晶颗粒具有局部的内部延伸聚合物界面，这一界面能提供排列。另外，如果胆甾螺旋轴的取向与薄膜延伸方向有特定关系的话，对于延伸的颗粒形状，其系统弹性能可以降至最低。如果胆甾醇型液晶指向矢没有优选的排列方向，光学体仍然可以用作圆起偏镜。穿过随机颗粒胆甾醇型液晶起偏镜的准直光，出来时会具有出口传播向量及偏振椭圆率分布。这种起偏镜一般具有基本上均匀的角度性能，但它的轴透射会受到影响。
另一个实施方式中，先分开制备两种涂料组合物，但至少有一种涂料组合物除了含有第二种胆甾醇型液晶材料的颗粒外，还含有第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒。另一种涂料组合物含有第三种胆甾醇型液晶材料的颗粒。每种涂料组合物含有颗粒及粘结剂。粘结剂可以含有聚合物或者是能反应形成聚合物的低分子量化合物。如果粘结剂含有低分子量化合物，那么可以使用交联剂以及聚合引发剂。粘结剂可以是胆甾醇型液晶组合物。涂料组合物，也可以含有各种其它化合物，例如表面活性剂、抗氧化剂、颜料、染料、粘度改进剂、聚结剂以及用来改变所得聚合物基质性质的其它单体。第一种涂料组合物施涂在基材上形成第一层，将第二种涂料组合物施涂在第一层上，从而形成如图2C所示的结构体。可以使用任何合适的施涂工艺如喷涂、棒涂、滑涂、帘幕式淋涂、挤压涂覆以及它们的组合同时或先后涂覆这两层。
第一层中颗粒的平均粒度可以相同或不同。可以通过改变颗粒的粒度而使颗粒在层内发生离析。通过选择一种慢速干燥溶剂，比重较大或与其它颗粒比重相当的颗粒会较快沉降。在基材表面附近，较重颗粒的浓度会更大。
胆甾醇型液晶光学体可以用于各种光学显示及其它用途，如透射性(例如背光照明)，反射性以及透射反射性显示器中。例如，图4所示是背光照明式显示系统400的截面示意图，该系统包括显示媒介402、背面光404、如上所述的胆甾醇型液晶反射性起偏镜408，或可还有一个反射器406。显示系统也可以有四分之一波长片作为胆甾醇型液晶反射性起偏镜的一部分或者作为把来自胆甾醇型液晶反射性起偏镜的圆偏振光转变成线偏振光的独立元件。观察器位于与背面光404相背的显示设备402的一面。
显示媒介402通过透射从背面光404发出的光线向观察者显示信息或图像。显示媒介402的一个例子就是液晶显示器(LCD)。
提供用来观察显示系统400的光线的背面光404包括光源416以及光导418，但也可以使用其它背面光系统。虽然图4所示光导418具有普通的矩形截面，但背面光可以使用任何形状的光导。例如，光导418可以是楔形、沟槽状、伪楔形等。主要的考虑是光导418要能从光源416接受并发射光线。因此，光导418可以包括背面反射器(例如一个可用的反射器406)、抽提机构以及其它元件来获得所需要的功能。
反射性起偏镜408是包括至少一种上述的胆甾醇型液晶光学体的光学体(例如光学膜)。反射性起偏镜408基本上能透射从光导418出来的一种偏振状态的光，并基本上反射从光导418出来的不同偏振状态的光。
图5是一种类型的反射性液晶显示器500的示意图。反射性液晶显示器500包括显示媒介502，镜子504以及反射性起偏镜506。该显示系统可以包括四分之一波长片作为胆甾醇型液晶反射性起偏镜的一部分或作为把来自液晶反射性起偏镜的圆偏振光转变成线偏振光的独立元件。光508被反射性起偏镜506起偏，通过显示媒介502，从镜子504上反射回来，再通过显示媒介502以及反射性起偏镜506。反射性液晶显示器500的反射性起偏镜506包括一种上述的胆甾醇型液晶光学体。对于胆甾醇型液晶光学体的具体选择取决于包括成本、尺寸、厚度、材料以及要求的波长范围等因素。
胆甾醇型液晶光学体可以用于用来提高或提供液晶显液晶显示器其它性能的各种其它元件以及薄膜。这类元件及薄膜包括增亮薄膜、延迟片包括四分之一波长片及薄膜、多层或连续/分散相反射性起偏镜、金属背反射器、棱镜形背反射器、漫反射背反射器、多层介质背反射器以及全息背反射器。
实施例下列实施例中制备的起偏镜，其圆偏振光特征是通过测量测试样品，(该测试样品产生具有圆偏振组分的光)、能将圆偏振光转变成线偏振光的四分之一波长片、线起偏镜，(以后称作分析器，取决于其取向，或者使四分之一波长产生的线偏振光通过或阻碍其通过)对光的透射性测得的。这些元件在Perkin ElmerLambda 900分光光度计的光路上串联放置，光线首先进入测试样品，最后离开分析器。要测试的样品放置在分光光度计的光路上，其基材面向光源以便避免会影响偏振光的基材双折射效应。使用分析器在可见光谱范围内测试透射性，分析器的取向先使其透射轴与四分之一波长片的光轴呈45°角的方向，该方向能得到最大的透射，以后称作穿过透射。接着将分析器取向在相反方向的45°角，也就是与原来的取向差90°，从而得到最小透射，以后称作阻挡透射。光的阻挡程度，即阻挡曲线与穿过曲线的差别能指示偏振的程度，因为从原则上讲，从四分之一波长片出来的完全线性的偏振光会完全被分析器阻挡，而没有起偏的光则不会受到分析器取向不同的影响。因此阻挡的量能指示测试样品产生的偏振效果。
每个实施例的基材是厚度约为125微米(0.005英寸)的透明薄膜，薄膜上固定连接着厚度为50μm或更薄的聚乙烯醇(PVA)的取向排列层。基材通过共聚聚酯的连续挤出得到，该共聚聚酯由萘二羧酸酯、对苯二甲酸二亚甲酯以及合适的二元醇采用常规的方式共聚制备，接着利用从Air Products and Chemicals，Allentown，Pennsylvania购买的Airvol 425PVA的水性分散体涂膜。接着将PVA排列层干燥，再使用常规的烘箱和连续拉幅机将PVA涂膜加热并拉伸至原始尺寸的6.8倍，从而在PVA排列层内产生表面取向。这类基材的例子在美国专利Nos.6,096,375；6,113,811以及6,111,697中有所说明。也可以使用其它透明基材。
如下列一些实施例中所说明，涂层采用UV固化。固化过程采用118瓦/厘米(300瓦/英寸)的Fusion牌传送带固化装置(Model No.MC-6RQN，Fusion UVSystems，Inc.，Gaithersburg，MD)，该装置在氮气气氛下进行UV固化。传送速率约为6.1米/分(30ft/min)，每个固化采用两次通过，总照射量约为2J/cm2。
下面的对比例A-D以及实施例1-2均采用液晶手性单体PaliocolorTMLC-756以及手性单体PaliocolorTMLC-242的甲乙酮(MEK)溶液，这两种单体都从BASFCorporation of Ludwigshafen，Germany购买。将不同量的LC-756与LC-242，以及从Ciba Geigy Corp.of Basel，Switzerland获得的品名为DarocurTM1173的光引发剂地α-羟基-α，α-二甲基苯乙酮在MEK中混合形成溶液，该溶液施涂到基材上，干燥加热排列成中间相，再UV固化形成具有不同偏振特性的反射性起偏镜。制备了三种溶液，如表I所示表I
表I中，固含量包括LC-756，LC-242以及DAROCURTM1173。比例LC-756∶LC-242是指重量比。
对比例A使用#14线绕涂膜棒，一般称作Mayer棒，将表I中的1∶24溶液施涂到上述的PVA排列层上，得到一种液体涂层，其厚度为35.6毫米。接着将涂覆的液体层在66℃干燥5分钟，接着按照上述在氮气气氛下进行UV固化。按照上述说明的方法测试光学偏振性质，透射曲线如图6的百分透射率-波长图所示。图6中，曲线61是阻挡透射，曲线62是穿过透射。从曲线61与曲线62的差别可以看出，在550至580纳米(nm)波长范围内发生了较强的偏振效应，也就是说可见光谱的绿光区域中透射的一种偏振光较少。在这一区域以外，曲线61与62的透射差异不十分明显，表明这些波长范围内偏振效应较小。
对比例B-D使用Preval手持气溶胶喷射器将表I中的三种溶液的分别施涂到各自的PVA排列层上(如上所述)，喷射过程中喷射器距离基材约12-18英寸。虽然喷射表面的覆盖率因为喷射距离以及喷射时间而有所不同，但喷射一般能得到完整的表面覆盖率。喷射后，将液体层在66℃干燥5分钟，接着按照上述说明在氮气气氛下进行UV固化。按照上述说明测试光学偏振性质。图7所示是百分透射率-波长图，透射曲线72，73，74是分析器在阻挡取向测得的，而穿过透射曲线则在一组曲线71的整个区域。从曲线72，73，74可以看出，虽然有明显的偏振效应，该效应仅限于分别反射可见光谱部分目视为绿色(表I中的1∶24溶液)、红色(1∶28溶液)或蓝色(1∶20溶液)的光，因此减少了可见光谱区域绿色、红色或蓝光的透射。
实施例1按照对比例B中的说明，使用Preval手持烟雾喷雾器将表I中的1∶28溶液施涂到基材上。喷射后，将施涂的液体层在66℃干燥2分钟。接着用类似方法再施涂表I中的1∶24溶液，并在66℃干燥2分钟。最后，以与前述各层相同的方法再施涂表I中的1∶20溶液，并在66℃干燥2分钟。最终干燥后，组合层按照上述进行UV固化。按照上述测试光学偏振特性，结果如图8所示。曲线82是分析器在阻挡取向时的透射曲线，曲线81是分析器在穿过方向时的透射曲线。
实施例2按照对比例B中的说明，使用Preval手持烟雾喷雾器将表I中的1∶28溶液的施涂到基材上。不干燥这一层，用类似方法施涂表I中的1∶24溶液施涂，接着再喷涂表I中的1∶20溶液。接着将组合层在66℃干燥2分钟并按照上述说明进行UV固化。按照上述说明测试光学偏振性质，结果如图9所示。曲线92是分析器在阻挡取向时的透射曲线，曲线91是分析器在穿过取向时的透射曲线。可以注意的是，图9中的曲线92与图8中的曲线82明显不同，因而表明，各涂层的干燥过程对涂膜的光学偏振性质有很大影响。
实施例3以重量计，在79.8份四氢呋喃(THF)中溶解2.8份LC-756、17.2份LC-242、0.2份从Du Pont Company，Wilmington，Delaware获得的商品名为VAZO 52的热活化引发剂2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)形成第一种溶液，称为溶液1。以重量计，在79.8份四氢呋喃(THF)中溶解4.8份LC-756、15.2份LC-242、0.2份VAZO52形成具有不同LC-756∶LC-242比例的第二种溶液，称为溶液2。这两种溶液在60℃聚合14小时，接着使用THF稀释得到固含量为10％的溶液。溶液1使用Preval手持烟雾喷射器在约18英寸的距离喷射到上述的PVA排列层上，并使其在室温下空气干燥。接着将溶液2喷射到干燥的溶液1的层上，并在室温下空气干燥。接着将组合层加热至115℃并维持10分钟再进行冷却。按照上述说明的方法测试光学偏振性质，结果如图10所示。曲线101是分析器在穿过取向时的透射曲线，曲线102是分析器在阻挡取向时的透射曲线。从曲线的差异可以看出，在相对较大的可见光谱区域发生了偏振效应。
实施例4在10.0克四氢呋喃(THF)中溶解0.09克LC-756以及0.91克LC-242制备了可涂覆乳状液。接着向该溶液中加入0.05克从Bimax Inc.，Cockeysville，Maryland获得的商品名为MPEM-12的甲氧基多乙氧基(12)甲基丙烯酸酯(methoxypolyethoxy(12)methacrylate)。接着再向溶液中加入溶解于50％的无味溶剂油溶液中的从Akzo Nobel Chemicals Inc.，Chicago，Illinois获得的商标名为TrigonoxTM21-C50的叔丁基过氧-2-乙基己酸酯，加入量为0.2克。在70℃聚合8小时。接着蒸发掉部分THF使溶液重量降至约5克。接着边搅拌边向溶液中加入10.1克水。这样就得到了中等稳定的乳状液，然后使用#14线绕Mayer棒将其施涂到上述的PVA排列层上。加热涂层至120℃并维持足够长时间使层排列，按照上述说明测试光学偏振性质。实施例4-10说明了增塑性单体在形成胆甾醇型液晶聚合物中的应用。
实施例5在10.0克四氢呋喃(THF)中溶解0.09克LC-756以及0.91克LC-242，制备了可涂覆乳状液。接着再向该溶液中加入从Polysciences，Inc.，Warrington，Pennsylvania获得的20wt％(例如5wt％，10wt％以及20wt％)的聚(乙二醇)(100)单丙烯酸酯。然后再向溶液中加入0.2克TrigomoxTM21-C50。在70℃聚合8小时。接着蒸发掉部分THF使溶液重量降至约5克。接着边搅拌边向溶液中加入10.1克水。这样就得到了中等稳定的乳状液，然后使用#14线绕Mayer棒将其施涂到上述的PVA排列层上。加热涂层至120℃并维持10分钟使层排列，按照上述说明测试光学偏振性质。
实施例6在10.0克四氢呋喃(THF)中溶解0.05克LC-756以及0.95克LC-242制备了可涂覆乳状液。向该溶液中加入0.05克甲氧基多乙氧基(12)甲基丙烯酸酯。然后再向溶液中加入0.2克TrigomoxTM21-C50。在70℃聚合8小时。接着蒸发掉部分THF使溶液重量降至约5克。接着边搅拌边向溶液中加入10.1克水。这样就得到了中等稳定的乳状液，然后使用#14线绕Mayer棒将其施涂到上述的PVA排列层上。加热涂层至120℃并维持足够长时间使层排列，按照上述说明测试光学偏振性质。
实施例7在10.0克四氢呋喃(THF)中溶解0.05克LC-756以及0.95克LC-242制备了可涂覆乳状液。向该溶液中加入0.05克聚乙二醇单丙烯酸酯。然后再向溶液中加入0.2克TrigomoxTM21-C50。在70℃聚合8小时。接着蒸发掉部分THF使溶液重量降至约5克。接着边搅拌边向溶液中加入10.1克水。这样就得到了中等稳定的乳状液，然后使用#14线绕Mayer棒将其施涂到上述的PVA排列层上。加热涂层至120℃并维持足够长时间使层排列，按照上述说明测试光学偏振性质。
实施例8在10.0克四氢呋喃(THF)中溶解0.09克LC-756以及0.91克LC-242制备了可涂覆乳状液。接着再向该溶液中加入从Polysciences，Inc.，Warrington，Pennsylvania获得的0.2克聚乙二醇(1000)单甲醚单甲基丙烯酸酯。向溶液中加入0.2克引发剂VAZO 52。在60℃聚合8小时。接着蒸发掉部分THF使溶液重量降至约5克。接着边搅拌边向溶液中加入10.1克水。这样就得到了中等稳定的乳状液，然后使用#14线绕Mayer棒将其施涂到上述说明的PVA排列层上。加热涂层至120℃并维持足够长时间使层排列，按照上述说明测试光学偏振性质。
实施例9采用类似于实施例8的方法，首先在10.0克四氢呋喃(THF)中溶解0.09克LC-756以及0.91克LC-242制备可涂覆乳状液。接着向该溶液中加入实施例8中使用的聚乙二醇(1000)单甲醚单甲基丙烯酸酯0.4克，而不是0.2克。向溶液中加入0.2克引发剂VAZO 52。在60℃聚合8小时。接着蒸发掉部分THF使溶液重量降至约5克。接着边搅拌边向溶液中加入10.1克水。这样就得到了中等稳定的乳状液，然后使用#14线绕Mayer棒将其施涂到上述的PVA排列层上。加热涂层至120℃并维持足够长时间使层排列，按照上述说明测试光学偏振性质。
实施例10在90克四氢呋喃(THF)中溶解0.9克LC-756以及9.1克LC-242，制备了可涂覆乳状液。用氮气冲洗该溶液排出氧气。向溶液中加入1克TrigomoxTM21-C50，并将溶液加热至60℃直到固体完全溶解，形成单体储液。
制备了内装15克单体储液的三个小瓶。向每个小瓶中加入从UnitedChemical Technologies，Bristol，PA获得的2wt％的3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的THF溶液。第一种小瓶中加入量为2g，第二种小瓶中的加入量为4g，第三个小瓶中的加入量为6g。接着在65℃聚合8小时。聚合后，边搅拌边向溶液中加入15g水。取固含量约为5wt％的乳状液将其浸涂到一载玻片上，进行干燥。
实施例11将18.2克化合物A及1.8克LC-756溶解在80克四氢呋喃(THF)中，制备了可涂覆乳状液，加热该乳状液至60℃得到透明溶液。化合物A可以按照欧洲专利申请No.834754中的说明制备。使用氮气冲洗该溶液排出氧气。将溶液冷却，再加入2g TrigomoxTM21-C50形成单体储液。
化合物A制备了内装20g单体储液的小瓶。向小瓶中加入甲氧基多乙氧基-12甲基丙烯酸酯(Bimax Chemicals LTD.，Cockeysville，Maryland)的THF溶液。向小瓶中加入四溴化碳(3g 5％的THF溶液)并进行搅拌。接着在60℃至少聚合约18小时。聚合后，加入聚(环氧乙烷)35月桂醚(从Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI获得，商品名为Brijj 35)以及1∶1的醋酸乙酯THF混合物，得到含有17wt％固含量以及2.7wt％聚(环氧乙烷)35月桂醚的乳状液。将该乳状液浸涂到载玻片上，进行干燥。
实施例12在80克四氢呋喃(THF)中溶解实施例11中所述的18.2克化合物A以及1.8克LC-756，制备了可涂覆乳状液，并将该乳状液加热至60℃得到透明溶液。使用氮气冲洗溶液排出氧气。将溶液冷却，再加入2g TrigomoxTM21-C50形成单体储液。
制备了内装20g单体储液的小瓶。向小瓶中加入0.5g 10％的甲基丙烯酸月桂酯的THF溶液(Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI)。接着在60℃至少聚合约18小时。聚合后，加入聚(环氧乙烷)35月桂醚(从Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI获得，商品名为Brijj 35)以及1∶1的醋酸乙酯异丙醇混合物，得到含有13wt％固含量以及10wt％聚(环氧乙烷)35月桂醚的乳状液。将该乳状液浸涂到载玻片上，进行干燥。
本发明不应被理解成限制于上述说明的各具体实施例，应当理解本发明覆盖了所附权利要求书陈述的各个方面。本发明适用的各种修改、等当的过程以及各种结构体对于看过本发明说明书的本领域的技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.光学体包括(a)许多第一种胆甾醇型液晶材料的第一种颗粒；(b)与许多第一种颗粒形成一种结构体的第二种胆甾醇型液晶材料，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料的螺距与第二种胆甾醇型液晶材料的螺距不同。
2.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，第一种颗粒的平均直径在0.05μm至5μm的范围之间。
3.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，第二种胆甾醇型液晶材料的形式是第二种颗粒。
4.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，许多第一种颗粒分散在第二种胆甾醇型液晶材料的基质中。
5.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料包含第一种手性单体与第一种非手性单体的反应产物。
6.如权利要求5所述的光学体，其特征在于，第二种胆甾醇型液晶材料包含第一种手性单体与第一种非手性单体的反应产物，两种单体的比例与第一种胆甾醇型液晶材料的比例不同。
7.如权利要求5所述的光学体，其特征在于，第二种胆甾醇型液晶材料包含第二种手性单体与第二种非手性单体的反应产物，其特征在于，第二种手性单体与第一种手性单体不同。
8.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料包含第一种手性单体与第一种非手性单体以及增塑性单体的反应产物。
9.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，结构体是多层的。
10.如权利要求9所述的光学体，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料是结构体的第一层，第二种胆甾醇型液晶材料是结构体的第二层。
11.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，光学体反射的光线，其谱宽至少为200nm。
12.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料的颗粒与第二种胆甾醇型液晶材料部分地发生了扩散。
13.如权利要求1所述的光学体，其结构体中还包含第三种胆甾醇型液晶材料，其特征在于，第三种胆甾醇型液晶材料的螺距与第一种及第二种液晶材料的螺距不同。
14.如权利要求13所述的光学体，其特征在于，第三种胆甾醇型液晶材料的形式是许多第三种颗粒。
15.如权利要求14所述的光学体，其特征在于，第二种及第三种胆甾醇型液晶材料的形式分别为许多第二种及第三种颗粒。
16.如权利要求15所述的光学体，其特征在于，第一种及第三种颗粒分散在第二种胆甾醇型液晶材料的基质中。
17.如权利要求1所述的光学体，其特征在于，第一种及第二种胆甾醇型液晶材料中的至少一种含有表面活性剂共聚单元的聚合物。
18.反射性起偏镜，包括(a)许多第一种胆甾醇型液晶材料的第一种颗粒；(b)与许多第一种颗粒形成一种结构体的第二种胆甾醇型液晶材料，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料的螺距与第二种胆甾醇型液晶材料的螺距不同。
19.光学显示器，包括反射性起偏镜，该起偏镜包括(a)许多第一种胆甾醇型液晶材料的第一种颗粒；(b)与许多第一种颗粒形成一种结构体的第二种胆甾醇型液晶材料，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料的螺距与第二种胆甾醇型液晶材料的螺距不同。
20.如权利要求19所述的光学显示器，还包括光源。
21.光学体的生产方法包括(a)在基材上施加许多第一种胆甾醇型液晶组合物的第一种颗粒；(b)在基材上施加第二种胆甾醇型液晶组合物，与第一种胆甾醇型液晶组合物形成一种结构体；(c)分别将第一种及第二种胆甾醇型液晶组合物转变成第一种及第二种胆甾醇型液晶材料，其特征在于，第一种胆甾醇型液晶材料的螺距与第二种胆甾醇型液晶材料的螺距不同。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，施加许多第一种颗粒是采用一种涂覆工艺，选自喷涂、棒涂、滑涂、帘幕式淋涂、挤压涂覆以及它们的组合。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在基材上施加第二种胆甾醇型液晶组合物是采用选自喷涂、棒涂、滑涂、帘幕式淋涂、挤压涂覆以及它们的组合的涂覆工艺。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在基材上施加第二种胆甾醇型液晶组合物与在基材上施加第一种胆甾醇型液晶组合物的第一种颗粒同时进行。
25.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在基材上施加许多第一种颗粒以及第二种胆甾醇型液晶组合物包括在基材上施涂第一种胆甾醇型液晶组合物的第一种颗粒，该颗粒在第二种胆甾醇型液晶组合物的基质中。
26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，施加第二种胆甾醇型液晶组合物包括在基材上施加许多第二种胆甾醇型液晶组合物的第二种颗粒。
27.如权利要求21所述的方法，还包括施涂第三种胆甾醇型液晶组合物与第一种及第二种胆甾醇型液晶组合物形成结构体，其特征在于，将第三种胆甾醇型液晶组合物转变成第三种液晶材料，其螺距与第一种及第二种胆甾醇型液晶材料不同。
28.如权利要求21所述的方法，其特征在于，结构体是多层的。
29.如权利要求21所述的方法，还包括加热第一种及第二种胆甾醇型液晶组合物使得第一种及第二种胆甾醇型液晶组合物之间发生扩散。
30.如权利要求21所述的方法，还包括加热第一种及第二种胆甾醇型液晶材料使得第一种及第二种胆甾醇型液晶材料之间发生扩散。
31.如权利要求21所述的方法，其特征在于，第一种及第二种胆甾醇型液晶组合物中至少有一种含有手性单体、非手性单体及表面活性剂共聚单体。
全文摘要
光学体，包括a)第一种胆甾醇型液晶材料的第一种颗粒以及b)第二种胆甾醇型液晶材料。第一种颗粒与第二种胆甾醇型液晶材料形成一种结构体，其中第一种胆甾醇型液晶材料的螺距与第二种胆甾醇型液晶材料的螺距不同。一个例子中，第二种胆甾醇型液晶材料是第二种颗粒。另一个例子中，第一种颗粒分散在第二种胆甾醇型液晶材料的基质中。其它例子中，光学体是多层的。另外，光学体可以使用一种或多种的胆甾醇型液晶材料。这些光学体可以用作反射性起偏镜用于显示器中。
文档编号C09K19/58GK1578928SQ02818483
公开日2005年2月9日 申请日期2002年8月7日 优先权日2001年9月21日
发明者C·C·宝利, 海老原育子, G·E·基利甘, R·J·波科尼, M·D·拉德克里夫, P·S·劳, P·E·沃特森 申请人:3M创新有限公司