专利名称：长丝或纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维或长丝，尤其是一种适用于包含在为了在其中产生光学上可检测的效果的织物或服装内的纤维或长丝。
已知各种生产色变、或发光纤维的方法。
一种已知方法是基于使用在电场作用下发光的电致发光(electrolumiphore)材料。这种方法描述于英国专利申请GB2273606和国际专利申请WO97/15939中。这种方法中所使用的电场是通过在纤维中集成至少两个电极而形成的。
其它已知方法也利用了特定的热变色材料，也就是在温度的作用下变色的材料。这种方法描述于欧洲专利申请EP 0 410 415中。
其它已知方法使用液晶材料作为光电活性材料，以形成适用于具有光学上可检测的效果的长丝或纤维。
与液晶基活性层相关的问题是与液晶材料相关的固有地缺乏足够机械稳定性。由于液晶层主要由低分子量组份构成，所以整个材料特性为液体层或类液体层的特性。这使得纤维和丝的构造和加工大大地复杂化。当需要施用第二覆盖电极时，该方法极其麻烦和有问题。
此外，纯液晶层可实现的对比度通常不足，并且需要其它功能层，如偏光镜或亮度增强层。
本发明的目的是提供一种长丝或纤维，其具有至少一种可受控变化的光学性能，且其中该长丝或纤维具有改进的机械稳定性。
依据本发明的第一方面，提供了一种长丝或纤维，其包括第一导电层；光电活性层；第二导电层；其中该长丝或纤维具有断态(off-state)和通态(on-state)，该光电活性层包括光电活性物质和聚合物的组合。
光电活性层可以包括柔性聚合物、侧链液晶聚合物、主链液晶聚合物、各向同性或各向异性网络型结构、共价键或非共价键的、超分子性质、或分散的聚合物颗粒。
光电活性层中聚合物的存在可以稳定长丝或纤维的机械性能，其增加了生产选项并简化了加工过程。
有益地，光电活性物质包括液晶材料。
通常用于光电应用类型的液晶材料具有低分子量。通过将这种材料与高分子量聚合物组合，光电活性层的性能将变得更少地类似于液体而更多地类似于固体。
通过使用适当比例的聚合物和液晶材料，可以订制光电活性层的性能，以制得具有适当性能的长丝或纤维。
换句话说，构成光电活性层一部分的聚合物将使液晶材料的机械材料特性从类似于液体(对于纯低分子量的液晶材料来说)变为更类似于固体。这样实现了更稳定的机械特性，由此使得液晶基效果的利用对于例如用于织物电子设备来说更现实。
使用光电活性物质与聚合物的组合来形成长丝或纤维中的光电活性层的另一优点是，与其中光电活性层只包括液晶材料的长丝或纤维相比可以实现降低的驱动电压、改进的对比度、提高的视角(降低的偏轴(off-axes)起雾性)(例如参见Yang，D.-K.，Chien，L.-C.，Doane，J.W.，Appl.Phys.Lett.，60，第3102页，1992)。
这些改进从通常液晶显示应用的光电特性表显出来。例如，当用2％聚合物来稳定时，可以将扭转向列(TN)器件2-3V级的开关电压降低到约1V。例如参见Bos，P.J.，Rahman，J.，Doane，J.W.，SID Dig.Tech.Pap.，24，第877页，1993。对于超扭转向列(STN)器件可观察到类似的结果。
另外，可以减少或消除缺陷，如在270°超扭转向列液晶中的条纹变形。例如，参见Bos，P.J.，Fredley，D.，Li J.，Rahman，J.“Liquidcrystal in complex geometries.Formed by polymer and porousnetworks”，Crawford，G.P.，Zumer，S.(Eds.)，第13章，Taylor & Francis，London，1996。
液晶材料可以包括任意适宜的液晶或者液晶混合物，如用于TN或STN构型的液晶。
光电活性物质(如液晶物质)与聚合物组合来形成长丝或纤维中的光电活性层，可以由均质或非均质混合物来构成，取决于成分的比例和制备条件，其中聚合条件可能是重要的方面。
有益地，光电活性层所包括的聚合物含量为0.5～40％。
优选地，光电活性层包括聚合物稳定的铁电型或反铁电型液晶材料。该层可以用于形成极快开关的长丝或纤维，通常开关速率范围为200ms～20ms。
在本发明的另一种优选实施方式中，光电活性材料包括聚合物稳定的手性、向列型或胆甾型纤维。结合有这种光电活性层的纤维也可以含有精确调色的颜色。如果成圆形偏振的入射光的波长满足以下反射条件时，手性向列型或胆甾型液晶显示偏振选择性的反射λ＝n·p其中λ为反射光的波长，n为液晶的平均折射率，且p为液晶指向矢(director)螺旋线的节距(pitch length)。如果使用整体校准的液晶(例如具有Grandjean或指纹结构)时，成圆形偏振的入射光的一个手型性(handedness)被吸收和反射，但是其它手型性被透射。可以通过材料的选择(例如液晶的选择)和例如聚合条件的选择来调整准确的颜色，确定手性向列相的有效节距。
通常光电活性层中聚合物与液晶的比例可以是任意适宜的比例，但是优选为30～99.8％、更优选为50～80％。这种聚合物体系称为聚合物分散的液晶(PDLC)体系。
当聚合物体系为PDLC体系时，聚合物优选包括基本连续的各向同性聚合物相，且液晶材料包括分散的液晶相。
有益地，液晶相包括含有液晶材料的微滴或畴，其平均直径范围为0.3～3μm、优选范围为1～2μm。通常，能观察到微滴或畴的直径中/的模态分散。
便利地，液晶相可随机校准并呈向列型性质，但是原则上也可以使用其它液晶相(如手性向列型、近晶型、或圆盘(discotic)型相)。在长丝或纤维的断态中，连续聚合物相与随机校准的分散的液晶相之间的各向同性折射率不匹配。由于这点以及液晶相微米级的畴尺寸，将发生光散射，形成白色层。
在施用电压感应通态时，分散的向列型液晶微滴的指向矢将平行于电场取向，前提是液晶相具有正介电各向异性。如果选择材料使得聚合物相的折射率与液晶分散相的寻常光折射率相匹配时，则不会出现有效的折射率不匹配，并且该层将呈现透明。特别适用的材料组合例如为NOA65/E7体系，其可以分别从Norland(Cranbury，NewJersey，USA)和Merck(Darmstadt，Germany)获得。液晶E7(参见图4)实际上为由50.6％4’-戊基氰基联苯、25.2％4’-庚基氰基联苯、17.8％4’-辛氧基氰基联苯、和6.4％4’-戊基氰基三联苯组成的共晶混合物(参见Wilderbeek等Advanced Materials，15(12)，第985-988页，2003)。
其它材料和适用组合的实例例如广泛地描述于Drzaic，P.S.，”Liquid crystal dispersions”，World Scientific，Singapore，1995。由于通态中的校准的指向矢，将存在折射率的偏轴折射不匹配，导致依赖于角度的模糊外观。
替换地，可以选择聚合物材料和液晶材料，使得当存在电场时，它们的折射率(也就是各向同性聚合物折射率和分散液晶相的寻常光折射率)在通态中相匹配。此时，通态为透明态，且断态为不透明态。其它组合也是可能的，如各向同性聚合物折射率与分散液晶相的非寻常光折射率相匹配，或者使用具有负介电各向异性的液晶材料。
替换地，光电活性层包括各向异性凝胶，该凝胶包括具有介晶(mesogenic)核连接于其上的聚合物主链的聚合物，和液晶物质。
优选地，纤维或长丝具有基本上圆形的横截面，第一导电层包括沿该长丝或纤维轴向延伸的内导电核，且第二导电层包括外电极，光电活性层位于内核与外电极之间。
有益地，外电极至少是部分透明的。
替换地，纤维或长丝具有基本上正方形或长方形的横截面，第一导电层包括底电极，第二导电层包括顶电极，且光电活性层位于底与顶电极层之间。
依据本发明的第二方面，提供了一种用于形成长丝或纤维的方法，其包括形成第一导电层；将光电活性层直接或间接地施加到第一导电层上；将第二导电层直接或间接地施加到光电活性层上，其中如下形成该光电活性层(i)在将光电活性层施加到第一导体上之前，由可交联单体与非反应性介晶(mesogen)的均质体系形成光电活性层；(ii)在均质体系中诱导相变。
均质体系中的相变可以在施加第二导电层之前或之后进行。
优选地，诱导相变的步骤包括照射或加热长丝或纤维。
依据本发明的第三方面，提供了一种用于形成长丝或纤维的方法，其包括形成第一导电层；将光电活性层直接或间接地施加到第一导电层上；将第二导电层直接或间接地施加到光电活性层上，其中如下形成该光电活性层(i)在将光电活性层施加到第一导体上之前，由至少一种聚合物与非反应性介晶的均质体系与常用溶剂组合来形成光电活性层；(ii)除去溶剂。
可以在施用第二导电层之前除去溶剂。这样形成非均质体系。
替换地，可以在施用第二导电层之后除去溶剂。这样形成均质体系。
任选地，该方法包括加热均质或非均质体系的额外步骤。
参照附图，仅通过示例的方式进一步描述本发明，其中
图1a和1b为依据本发明第一种实施方式的纤维的示意图；图2为依据本发明第二种实施方式的纤维的示意图；图3a和3b为适用于形成光电活性层的聚合物分散的液晶光学成分的示意图，该光电活性层形成依据本发明的纤维；图4显示了非反应性液晶混合物E7的化学组成；图5为用于制备依据本发明的纤维或长丝的连续制备工艺的装置示意图；图6a和6b为适用于形成光电活性层的各向同性凝胶的示意图，该光电活性层形成依据本发明的长丝或纤维。
图7显示了适用于本发明的C3M和5CB聚合物的化学组成。
参照图1a和1b，示意地显示了依据本发明的第一种实施方式的纤维。
图1a显示了包括沿纤维轴向延伸的中心导电核4的纤维2。该核由光电活性层6包裹，光电活性层6又由外电极8包裹。该纤维2另外包括保护层10。
应当理解的是，依据本发明的导电核通常由附图标记4来表示。虽然导电核可以直接由导电金属线构成，但是导电核4也可以包括长条形核，优选由电绝缘材料形成，该核具有核轴且由导电材料覆盖。可以以各种方式来制作导电材料，通过使用薄膜沉积技术、平版印刷术、X-射线平版印刷术、粒子束和其它非平版印刷的技术。
电极材料可以是无机或有机的，且包括但不限定于铟锡氧化物、金、银、铜、铂和它们的衍生物，以及导体性或半导体性低聚物或聚合物，例如聚苯胺和噻吩衍生物，如聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)PEDT或PEDOT。
任选地，这些低聚物或聚合物可以含有添加剂，以优化电导性和热导性，并增加寿命。
在优选的实施方式中，该核形状基本上为圆柱形，并且可以由非导电的柔性聚合物纤维来形成。适宜聚合物纤维的实例包括但不限定于聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯、乙烯基聚合物、羊毛、丝绸、亚麻、大麻、亚麻布、黄麻、人造丝基纤维、醋酸纤维素基纤维和棉。
使用聚合纤维的优点在于，它们容易获得且具有可以被调节以适用于特殊纤维需求(例如强度和挠性方面)的机械性能。与此不同的是，导电金属线只具有有限范围的机械性能。
另外应当理解的是，如上所述的导电核也可以任选地包括一个或多个覆盖在导电材料之上的额外涂层。该涂层的主要功能优选为保护该电极，因为这些天生是非常精细和脆弱的。但是，该涂层也可以执行其它功能，其包括但不限定于粘结层、阻隔层、密封或覆盖层、UV防护层、偏振层、亮度增强或知觉改进层、着色层、附加的导体或半导体电极层、通道层、介电层或其任意组合。
图1b中所示纤维具有带状或扁平的纤维外形。纤维12包括由第一和第二电极层16、18包裹的光电活性层14。
这些基本构型可以根据需要具有其它层，如图2中所示，并且纤维2、12并非总是具有保护层10。
图2阐述了包括中心导电核22、光电活性层24、外电极层26和保护层28的纤维20。该纤维20包括位于中心核22与光电活性层24之间的第一校准层30，和位于光电活性层24与外电极26之间的第二校准层32。
同样，应当理解的是，依据本发明的导电核可以直接由导电金属线组成，但是该导电核22也可以包括非导电核，优选电绝缘材料来形成，且用导电材料将其覆盖。
该纤维20另外包括将在下面更详细描述的功能层34。
应当理解的是，校准层和功能层对于本发明的全部实施方式来说并不是必须的。光电活性层的特性将决定纤维的结构。
例如，在其中对于功能化光电活性层来说在优选的方向上取向至关重要的那些体系中需要校准层。例如，可能优选的是，通过校准光电活性层边界上的液晶来诱导TN或STN器件中液晶指向矢的良好限定的扭转。由于这些转换原理是基于入射光偏振的调节，所以通常需要至少一个偏振层来获得可视效果。另外，其它要求可能适用于这些特定体系，如对延迟dΔn的控制，其中d为光电活性层的厚度且Δn为液晶相的双折射(例如参见Gooch，C.H.，Tarry，H.A.，ElectronicsLetters，10，第2页，1974和Gooch，C.H.，Tarry，H.A.，J.Phys.DAppl.Phys.，8，第1575页，1975)。
此外，该纤维中可以存在其它特征，例如，可以将薄金属线缠绕在外电极周围，该线作为电分路。可以包括间隔物来确定光电活性层的厚度。间隔物优选由非导电材料来形成，如玻璃或聚苯乙烯；并且形状可以例如为长条形线或特定尺寸的基本上球形的珠粒，或者薄的连续长丝缠绕在核电极周围。由此将缠绕长丝设置在核电极与外电极之间并且确定它们之间的间隙。
形成本发明纤维或长丝的一部分的光电活性层为聚合物与光电活性物质(如液晶材料)的组合。
图2中所示类型的纤维是通过采用传统方法(如漫渍涂覆、喷雾涂覆、气相沉积、喷墨印刷、微接触印刷或溅射)用液晶校准层(如聚酰亚胺衍生物)或光校准层涂覆导电纤维而形成的。
校准层的实例广泛地描述于文献中，例如参见Cognard，J.，Mol.Cryst，Liq.Cryst.Suppl.Ser.，1，第1-77页，1982。非限定性实例为聚酰亚胺层、可光取向层(如香豆素基或肉桂酸酯基聚合物)、或由表面活性剂组成的层。而且，与纤维核的机械相互作用可以诱导液晶的优选校准。
使用聚酰亚胺校准层可能是有益的，因为用于诱导所期望的校准通常所需的摩擦可以通过制备方法来直接实现。但是，机械摩擦引入了缺陷并且是静电放电和尘土的源头。
优选使用光校准层，因为可以通过作为非接触方法的照射来诱导校准(例如参见Schadt，M.等Nature，381，第212页，1996和Wilderbeek等Advanced Materials，15(12)，第985页，2003)。
通常采用加热固化或UV-辐射来完成该液晶校准层，并且实现3～4°的预倾斜角(pre-tilt angle)。需要该预倾斜来降低开关的阈电压，并且控制液晶的旋转方向，由此降低例如向错(disclination)的形成。
随后通过将光电活性层直接或间接地施加到第一导电层上来涂覆该纤维。
可以采用多种工序来形成光电活性层(i)直接地，通过将非均质的聚合物/LC体系直接施加到纤维上。通常，该体系的流变学是类似膏状物的，容许在纤维上进行可行的沉积。
(ii)间接地，通过将均质的聚合物/LC体系直接施加到纤维上，采用聚合物和介晶的适宜的常用溶剂。在除去溶剂后(例如通过蒸发或固化)，在纤维上形成作为涂层的最终形态。
(iii)间接地，通过原位生成法，使用最初均质的可交联单体和非反应性介晶的混合物。在将混合物施加到纤维上之后，如下来诱导相分离a.热法；或者b.通过(光)化学方法。
任选地，可以将第二校准层施加到光电活性层上。随后将第二电极施加到第二校准层上、或者直接施加到光电活性层上。
可以在已形成光电活性层之前或之后将第二电极施加到光电活性层上。
通常，通过用保护层覆盖该纤维或叠层来保护光电物质6并且在纤维2或12中提供额外的稳定性和支承。优选该保护覆盖层由非导电材料来形成，并且对光线至少是部分透明的。便利地，该保护覆盖层由柔性聚合物来形成。
可以使用各种聚合物/液晶复合材料。一种这样的复合材料为含有相当高聚合物含量(例如50～80％)的聚合物分散型液晶体系(PDLC)。该体系包括连续的各向同性聚合物相和分散的低分子量微米级液晶相。
参照图3a和3b，显示了最初为图3a中的断态和然后为图3b中的通态的该体系。该体系包括各向同性聚合物相36和分散的低分子量微米级液晶相38。
在图3a中所示断态下，连续液晶相的各向同性折射率与随机校准的分散的液晶相的折射率不匹配。由于这点和微米级的畴尺度，将产生光散射，形成白色层。
优选地，液晶相为向列相，但是原则上也可以使用其它液晶相，如手性向列相、近晶相或圆盘相。
在如图3b中所示通态下施加电压时，分散的向列液晶微滴38的指向矢将平行于电场取向，前提是该向列液晶具有正介电各向异性。
如果选择材料使得聚合物36的折射率与分散的液晶相38的寻常光折射率相匹配，将不出现有效的折射率不匹配，并且该层将呈现透明。
图4中所示特别适用的材料组合例如为NOA65/E7体系，其可以分别从Norland(Cranbury，New Jersey，USA)和Merck(Darmstadt，Germany)获得。液晶E7实际上为由50.6％4’-戊基氰基联苯、25.2％4’-庚基氰基联苯、17.8％4’-辛氧基氰基联苯、和6.4％4’-戊基氰基三联苯组成的共晶混合物(参见Wilderbeek等Advanced Materials，15(12)，第985-988页，2003)。另一实例由环氧化物EPON828(ShellChemical Co.，)、固化剂Capcure3800(Miller-Stephenson ChemicalCo.，)、和液晶E7组成。另一实例由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与液晶E7组成，其使用了常用溶剂氯仿。其它材料和适用组合的实例例如广泛地描述于Drzaic，P.S.，”Liquid crystal dispersions”，WorldScientific，Singapore，1995。
如图3b中所示，由于在通态下校准的指向矢，将存在折射率的偏轴折射不匹配，形成依赖于角度的模糊外观。如上所述，这种类型的聚合物/液晶复合材料体系可以通过从可交联单体与非反应性液晶原的最初均质的体系中诱发相分离而原位生成。该相分离可以热诱发、通过蒸发助溶剂来诱发、或者通过化学或光化学方法来诱发。
在这些过程期间，将发生相分离而形成富含聚合物与缺少聚合物的区域，并且可以依据适当的工艺条件而精确地调节最终形态。
这种体系的优点是获得了机械稳定性。光电活性层的整体特性为类似于固体材料的特性。
此外，因为PDLC的转换原理是基于散射而非入射光偏振的调制，所以无需偏光镜和校准层。这样，无需精确校准光电活性层边界上的液晶。实际上，在断态下，液晶原分子采用从一种微滴或畴变为其它微滴或畴的无规指向矢分布。
另外，该原理适用于在连续工艺中生产。相分离动力学可以非常快，并且可以在几分钟到几秒钟内实现相分离，容许卷到卷(reel to reel)制造。
图5显示了用于制备依据本发明的纤维或长丝的连续制备工艺的装置示意图。通过辊66、68，从卷62到卷64通过含流体的容器54拉出纤维52。随后用混合物涂覆该纤维。可以通过本文中所述的方法来形成所期望的形态。任选地，使用设置在流体容器之后的照射光源58来确定该形态。
任选地，在再次卷绕该纤维之前，可以在容器54之前或之后存在另一容器(未显示)，例如用于施加不同的涂层，如第二电极、覆盖层、校准层、粘结促进层、润湿层、偏光镜、亮度增强层。
可以使用屏幕56来保护流体容器54中存在的材料免受来自于存在的一个或多个照射光源58(如UV光源)的光线的影响，以防止存在于容器中的材料发生过早诱导的化学或物理变化，如相分离和/或聚合和/或沉淀和/或降解。屏幕中的小开口60能够将纤维从卷62传送到卷64。虽然图5中所示屏幕为扁平的和长方形外观，但是实际形状可以不同，只要其形状能实现保护容器54的内容物免受来自于光源58的光线的影响的功能。例如，可以在流体容器的边缘直接使用小的隔膜。
照射光源58可以是各种类型，但是优选发出或辐射波长在可见光到UV区域内的光线。特别适宜的是UV光源，并且例如可以使用中压或高压汞灯光源。任选地，由这些类型灯产生的热量可以通过在光源和纤维52之间放置红外线屏幕(未显示)来阻挡，该屏幕对于诱导光电层产生所期望的相变所需的波长来说是透明的。
以速度v(m s-1)将纤维52从其原点、优选从卷62传送到其目的地、或卷64。通过卷的角速度(rpm或rad s-1)来确定纤维的速度，例如通过电机(未显示)来实现。
优选地，可以将整个装置或者该装置的一部分放置在能够控制环境的气体条件的外壳(未显示)中。例如，可以有益地在惰性气氛(如氮气、氦气或氩气或其混合物)中加工和/或照射该纤维和/或光电层，或者在与大气条件不同的受压环境下(例如真空、减压、高压)加工和/或照射该纤维和/或光电层。
可以在横跨光电活性层上获得范围约为1V每微米到0.5V每微米的良好电压传输特性。
如上所述的光电活性层适用于生产反射纤维，因为可以通过本文中所述制备方法来精确调节前散射和后散射的程度，并且例如如Cornelissen，H.J.等Proceedings of the 17thInternational DisplayResearch Conference，Toronto(Canada)，第144页，1997中所述那样。
任选地，可以将染料添加到该聚合物/液晶复合材料中以实现纤维中的变色。
实施例1使用由60％w/w多官能反应性单体(NOA65，Norland，Cranbury，New Jersey，USA)和40％w/w共晶液晶混合物(E7，Merck，由氰基联苯和一种氰基三联苯组成的混合物，如本文中所述)组成的反应性混合物，覆盖用聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)薄导电层涂覆的柔性聚酯箔(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。通过使用精确厚度的间隔物采用旋涂法来精确调节层厚。使用UV光辐射，形成聚合物分散的液晶。可以在辐射之前或之后施用第二电极(例如具有导电涂层的第二聚酯箔)。可以使用适当电压(10-40V)将所获柔性箔或带状纤维在散射态和透明态之间转换。
实施例2通过将纤维水平通过含有60％w/w多官能反应性单体(NOA65，Norland，Cranbury，New Jersey，USA)和40％w/w共晶液晶混合物(E7，Merck，由氰基联苯和一种氰基三联苯组成的混合物，如本文中所述)的混合物的容器，涂覆导电芯型纤维(铜，纤维直径为120μm)。容器直径为4.0mm，长度为10.0mm。通过下列参数来控制涂层的相对既定厚度或者涂层与导电纤维半径(e/b)的比例-速率v，导电纤维以该速率通过容器(其又由提供给电机的功率来调节)；-毛细管数CaCa=η·vγ]]>(其中η为粘度，γ为未固化材料的表面张力)。
对于粘度为0.5Pa.s且表面张力为0.037N/m的厚度为10μm的未固化涂层来说，速率为3.0mm/s。使用直接设置在流体容器之后的中压汞灯来进行固化。
聚合物/液晶复合材料也可以使用各向异性单体而非各向同性单体来形成。
这种体系可以通过在非反应性低分子量液晶溶剂的存在下少量各向异性单体的光聚合反应来制备。通常，使用丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或环氧化物作为各向异性单体，并且明确描述的实例由反应性液晶原丙烯酸酯单体苯甲酸、4-[3-[(氧-2-丙烯基)氧基]丙氧基]-2-甲基-1，4-亚苯基酯(C3M)和非反应性液晶5CB(4’-苯基[1，1-联苯基]-4-腈)组成，如图7中所示。例如参见Hikmet，R.A.M.“Liquid crystals in complexgeometries.Formed by polymer and porous networks”，Crawford，G.P.，Zumer，S.(Eds.)，第13章，Taylor & Francis，London，1996和Wilderbeek等Jpn.J.Appl.Phys.，Part 1，41(4A)，第2128页，2002。
各向异性单体和低分子量液晶溶剂的最初均质的混合物的光聚合反应导致液晶聚合物结构相分离为富含聚合物和缺少聚合物的相。依据所使用单体的分子结构，所形成的聚合物为侧链或化学交联的结构，二者均由液晶原核连接于其上的聚合物主链组成。这种聚合物称为各向异性凝胶或者塑化液晶网络，并且示意性地描述于下文描述的图6a和6b中。
网络中液晶原的校准方向反映了混合物的最初校准。通过这种方式，可以形成水平(水平地，在纤维的水平面上)或者垂直(垂直地，垂直于纤维的水平面)取向的网络。通过LC混合物与校准层之间的界面相互作用来控制最初校准，如摩擦聚酰亚胺或光校准层的前述实例。
图6a和6b示意性地显示了最初为图6a中的断态和随后为图6b中的通态的各向异性凝胶。该各向异性凝胶包括具有液晶原侧链42和非反应性液晶原44的聚合物链40。
在断态下，当未施加电场时，惰性液晶溶剂分子与该网络的液晶原单元校准。随后，由于该网络液晶原单元与惰性液晶溶剂分子之间折射率相匹配，不会散射入射光，并且该体系将呈现透明的。
但是，在电场的存在下，液晶溶剂分子将沿场力线重新取向。由于诱发形成畴和导致的折射率不匹配，将产生光散射，并且该体系将变得不透明。
结合有这种光电活性层的纤维无需偏光镜，因为转换原理是基于在通态下由折射率不匹配而导致的散射而非入射光偏振态的调制，并且可以形成快速转换的纤维，因为聚合物网络中的液晶原单元提供了形成用于在电场关闭(field-off)条件下弛豫到校准态的驱动力的内指向矢场。该纤维具有良好的机械稳定性，并且由于低分子量LC组份与该网络的液晶原部分之间折射率匹配而几乎不存在视角依赖性。
但是当使用这种光电活性物质时需要校准层，因为网络中液晶原的校准方向反映了该混合物的最初校准，其又由LC混合物和校准层之间的界面相互作用来控制。
上文中所使用的术语“聚合物”应当理解为也包括术语“低聚物”。
权利要求
1.一种长丝或纤维(2)，其包括第一导电层(4)；光电活性层(6)；第二导电层(8)；其中该长丝或纤维具有断态和通态，该光电活性层包括光电活性物质和聚合物的组合。
2.依据权利要求1的长丝或纤维，其中光电活性物质包括液晶材料。
3.依据权利要求1或2的长丝或纤维，其中聚合物含量基本上为0.5～40％。
4.依据前述权利要求任一项的长丝或纤维，其中光电活性物质包括铁电相。
5.依据权利要求1或2的长丝或纤维，其中聚合物含量基本上为30％～99.8％。
6.依据权利要求1或2的长丝或纤维，其中聚合物包括基本上各向同性的聚合物相，并且液晶材料包括分散的液晶相。
7.依据权利要求5或6的长丝或纤维，其中液晶相包括平均直径为约0.5～2μm的液晶畴。
8.依据权利要求5～7中任一项的长丝或纤维，其中光电活性层包括含有液晶原核(42)连接于其上的聚合物主链(40)的聚合物，和液晶溶剂。
9.依据权利要求5～8中任一项的长丝或纤维，其中液晶材料包括液晶指向矢，该指向矢是单轴控制的。
10.依据权利要求5～8中任一项的长丝或纤维，其中液晶材料包括液晶指向矢，该指向矢是双轴控制的。
11.依据权利要求9或10的长丝或纤维，其进一步包括用于增强指向矢控制的校准层。
12.依据权利要求5～11中任一项的长丝或纤维，其中在断态或通态之一下，对于预定波长的入射光，聚合物的折射率与液晶材料的折射率不相同。
13.依据权利要求12的长丝或纤维，其中在断态或通态的另一状态下，聚合物的折射率与液晶材料的寻常光折射率相匹配。
14.依据任一前述权利要求的长丝或纤维，其中光电活性层包括各向异性聚合物。
15.依据任一前述权利要求的长丝或纤维，其中光电活性物质包括具有近晶相的材料。
16.依据权利要求1～14中任一项的长丝或纤维，其中光电活性物质包括具有手性向列相或胆甾相、任选地由手性掺杂剂诱导的材料。
17.依据任一前述权利要求的长丝或纤维，其中聚合物至少部分基于非共价键的、超分子相互作用。
18.依据任一前述权利要求的纤维或长丝(2)，其具有基本上圆形的横截面，第一导电层(4)包括沿该长丝或纤维轴向延伸的内导电核，且第二导电层(8)包括外电极，光电活性层(6)位于内核与外电极之间。
19.依据权利要求18的纤维或长丝，其中外电极至少是部分透明的。
20.依据权利要求18或19的纤维或长丝，其进一步包括完全或部分覆盖导电核的第一涂层。
21.依据权利要求18～20中任一项的纤维或长丝，其进一步包括位于光电活性层与外电极之间的第二涂层。
22.依据权利要求18～21中任一项的纤维或长丝，其中每个涂层包括校准层。
23.依据权利要求18～22中任一项的纤维或长丝，其进一步包括缠绕在外电极周围的一个或多个金属线。
24.依据权利要求18～23中任一项的纤维或长丝，其进一步包括位于内电极与外电极之间的间隔物。
25.依据权利要求24的纤维或长丝，其中该间隔物由非导电材料构成。
26.依据权利要求1～15中任一项的长丝或纤维，其具有基本上正方形或长方形的横截面，第一导电层(18)包括底电极，第二导电层(16)包括顶电极，且光电活性层(14)位于底与顶电极层之间。
27.一种用于形成长丝或纤维(2)的方法，其包括形成第一导电层(4)；将光电活性层(6)直接或间接地施加到第一导电层上；将第二导电层(8)直接或间接地施加到光电活性层上，其中如下形成该光电活性层(i)在将光电活性层施加到第一导体上之前，由可交联单体与非反应性液晶原的均质体系形成光电活性层；(ii)在均质体系中诱导相变。
28.依据权利要求27的方法，其中在施加第二导电层之前诱导相变。
29.依据权利要求27或28的方法，其中诱导相变的步骤包括加热该长丝或纤维。
30.一种用于形成长丝或纤维的方法，其包括形成第一导电层；将光电活性层直接或间接地施加到第一导电层上；将第二导电层直接或间接地施加到光电活性层上，其中如下形成该光电活性层(i)在将光电活性层施加到第一导体上之前，由至少一种聚合物与非反应性液晶原的均质体系与常用溶剂组合来形成光电活性层；(ii)除去溶剂。
31.依据权利要求30的方法，其中在施加第二导电层之前除去溶剂。
全文摘要
本发明涉及一种长丝或纤维(2)，其包括第一导电层(4)、光电活性层(6)、第二导电层(8)；其中该长丝或纤维具有断态和通态，该光电活性层包括光电活性物质和聚合物的组合。
文档编号C09K19/10GK1957119SQ200580016268
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月19日 优先权日2004年5月21日
发明者J·T·A·威尔德比克, M·P·B·范布鲁根, J·M·克兰斯, J·M·J·登图恩德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司