專利名稱：膽甾醇型液晶干燥工藝和溶劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體地涉及用于光學(xué)體如反射偏振片中的膽甾醇型液晶組合物，具體地說，涉及用于那些組合物中的溶劑和干燥組合物以形成光學(xué)體的方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)裝置如偏振片和反射片可用于包括液晶顯示器(LCD)的各種應(yīng)用中。液晶顯示器大致分為兩類背光式(如透射式)顯示器，其中光線來自顯示面板的后面；和前光式(如反射式)顯示器，其中光線來自顯示器的正面(如環(huán)境光)。這兩種顯示方式可以結(jié)合以形成半透反射式顯示器，這種顯示器在例如暗淡的光線條件下可為背光式，或者可在明亮的環(huán)境光線下可讀。
常規(guī)的背光式LCD一般使用吸收偏振片，并可具有小于10％的透光率。常規(guī)的反射式LCD也是基于吸收偏振片的，一般具有小于25％的反射率。這些顯示器的低的透光率或反射率使顯示器的亮度降低并可能需要高的功耗。
已經(jīng)開發(fā)了用于這些顯示器以及其它應(yīng)用中的反射偏振片。反射偏振片優(yōu)先反射一種偏振光并透射與該偏振光相反或正交的另一種偏振光。被反射的光能被循環(huán)利用，從而有可能使更高百分比的光轉(zhuǎn)化為偏振光，進(jìn)而使更多的光透射。優(yōu)選的反射偏振片透射和反射光線而不吸收相對大量的光。優(yōu)選反射偏振片在所需波長范圍內(nèi)對透射偏振光的吸收最多為10％。大多數(shù)的LCD在寬的波長范圍內(nèi)操作，因此，反射偏振片必須一般也在寬的波長范圍內(nèi)操作。
本發(fā)明提供了用于這些和其它應(yīng)用的組合物和制造光學(xué)體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施方案提供形成膽甾醇型液晶層的方法，其包括形成膽甾醇型液晶組合物、將該膽甾醇型液晶組合物沉積在基板上以及在至多90℃的溫度下初始干燥該膽甾醇型液晶組合物使得該膽甾醇型液晶組合物保留有至少80％的固體。在另一個實施方案中，所述初始干燥在至多60℃的溫度下發(fā)生。在另外的實施方案中，所述初始干燥在至多30℃的溫度下發(fā)生。
本發(fā)明的另一個實施方案提供形成膽甾醇型液晶組合物、將該膽甾醇型液晶組合物沉積在基板上、以及在至多約90℃的溫度下使該膽甾醇型液晶組合物初始干燥的方法，其中所述初始干燥在該膽甾醇型液晶組合物的表面在氣流極少或沒有氣流的條件下完成。
本發(fā)明另外的實施方案提供組合物，其包括至少一種膽甾醇型液晶前體和1，3-二氧雜環(huán)戊烷。本發(fā)明的另一個實施方案包括至少一種膽甾醇型液晶前體、1，3-二氧雜環(huán)戊烷和至少一種其它溶劑。


通過結(jié)合附圖考慮以下本發(fā)明多種實施方案的詳細(xì)說明，可以更完全地理解本發(fā)明，其中圖1為可用于本發(fā)明的方法的一個實施方案中的示例性干燥設(shè)備的透視圖；圖2為圖1所示的干燥設(shè)備的剖視圖；圖3為沿圖1所示的線3-3方向的剖視圖；圖4為可用于本發(fā)明的方法的一個實施方案中的另一個示例性干燥設(shè)備的透視圖；圖5為圖4所示的干燥設(shè)備的剖視圖；圖6為可用于本發(fā)明的方法的一個實施方案中的另一個示例性干燥設(shè)備的示意圖；圖7為本發(fā)明的液晶顯示器的一個實施方案的示意圖；和圖8為本發(fā)明的液晶顯示器的另一個實施方案的示意圖；圖9為本發(fā)明的液晶顯示器的另一個實施方案的示意圖。
雖然本發(fā)明可有多種變體和替代形式，但其細(xì)節(jié)是以附圖中的例子顯示出來的，并將被具體描述。然而，應(yīng)該理解，其目的不在于將本發(fā)明限于本文中所述的具體實施方案。相比之下，其目的是要包括本發(fā)明范圍內(nèi)的所有的變體、等同物和替代物。
具體實施例方式
本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物通常包括膽甾醇型液晶材料和至少一種溶劑。膽甾醇型液晶組合物也可包含起到引發(fā)劑、終止劑、固化劑、交聯(lián)劑、抗臭氧劑、抗氧化劑、增塑劑、抑制劑、穩(wěn)定劑以及吸收紫外線、紅外線或可見光的染料和顏料作用的化合物。
膽甾醇型液晶材料通常包括手性分子或手性部分或手性和非手性分子的混合物，并且可為單體、聚合物或低聚物。膽甾醇型液晶材料可包括一種或多種膽甾醇型液晶化合物(包括膽甾醇型液晶聚合物)、一種或多種膽甾醇型液晶前體(其可用于形成膽甾醇型液晶化合物)或其組合。膽甾醇型液晶化合物通常包括至少一個本質(zhì)上為手性的分子單元(即沒有對稱平面)和至少一個本質(zhì)上為液晶原的分子單元(即表現(xiàn)出為液晶相)。膽甾醇型液晶化合物也稱為手性的向列型液晶化合物。膽甾醇型液晶化合物可形成其中液晶的分子和光學(xué)指向矢(即局部分子平均排列方向的單位向量)以螺旋的方式沿著垂直于指向矢的維度(螺旋軸)旋轉(zhuǎn)的膽甾醇型液晶相。
膽甾醇型液晶層的螺距是指向矢或液晶原(mesogen)旋轉(zhuǎn)360°(在垂直于指向矢的方向)經(jīng)過的距離。該距離通常為250到600nm或以上。一般可通過將至少一種手性化合物(如膽甾醇型液晶化合物)與另一種化合物(一般為向列型液晶化合物)以不同的比例混合或結(jié)合(如通過共聚作用)，使膽甾醇型液晶層的螺距改變。在這種情況下，螺距取決于膽甾醇型液晶組合物中手性化合物的相對摩爾比或重量比。通常選擇螺距值在所關(guān)注的波長的數(shù)量級上。指向矢的螺旋式扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致介電張量在空間上的周期性變化，該周期性變化又引起光的波長選擇性反射。例如，可以選擇螺距使得光在可見波長、紫外波長或紅外波長或其任何組合內(nèi)發(fā)生選擇性反射。
膽甾醇型液晶化合物和前體(包括膽甾醇型液晶聚合物)通常為已知的，并且可在本發(fā)明中使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何膽甾醇型液晶化合物。適當(dāng)?shù)哪戠薮夹鸵壕Щ衔锖颓绑w的例子在美國專利號為4,293,435、5,332,522、5,886,242、5,847,068、5,780,629、5,744,057和6,309,561的專利文獻(xiàn)中有所描述。然而，在上述文獻(xiàn)中沒有公開的其它膽甾醇型液晶化合物和前體也可用于本發(fā)明中。
通常，至少部分地根據(jù)具體應(yīng)用或光學(xué)體(膽甾醇型液晶化合物或前體最終要被使用在該光學(xué)體中)的情況來選擇膽甾醇型液晶化合物或前體。在膽甾醇型液晶化合物或前體的選擇中，可考慮的特征的例子包括但不限于折射率；螺距；可加工性；清晰度；顏色；在所關(guān)注的波長范圍內(nèi)的低吸收性；與其它組分(如向列型液晶化合物)的相容性；容易生產(chǎn)性；用以形成膽甾醇型液晶聚合物的膽甾醇型液晶化合物、前體或單體的可用性；流變能力；固化的方法和要求；溶劑的容易除去性；物理和化學(xué)性質(zhì)(如撓性、抗拉強度、耐溶劑性、抗刮性和相變溫度)；以及容易純化性。
一般使用手性分子或手性分子與包括液晶原基團(tuán)的非手性分子(包括單體)的混合物形成作為膽甾醇型液晶聚合物的膽甾醇型液晶化合物。液晶原基團(tuán)通常是作為液晶組成的剛性桿狀或盤狀分子或分子的一部分。液晶原基團(tuán)的例子包括但不限于對位取代的環(huán)狀基團(tuán)，如對位取代的苯環(huán)。這些液晶原基團(tuán)可任選地通過隔離基團(tuán)鍵合于聚合物骨架。隔離基團(tuán)可包含具有例如苯、吡啶、嘧啶、炔、酯、亞烷基、烯烴、醚、硫醚、硫酯和酰胺官能度的官能團(tuán)。
適當(dāng)?shù)哪戠薮夹鸵壕Ь酆衔锇ǖ幌抻诰哂惺中缘幕蚍鞘中缘木埘?、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷或聚酯酰亞胺骨架的聚合物，所述骨架含有可任選地通過剛性或撓性共聚單體分開的液晶原基團(tuán)。其它適當(dāng)?shù)哪戠薮夹鸵壕Ь酆衔锏睦泳哂袔中院头鞘中砸壕г瓊?cè)鏈基團(tuán)的聚合物骨架(例如，聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚烯烴或聚丙二酸酯骨架)。所述側(cè)鏈基團(tuán)可任選地通過隔離基團(tuán)(如亞烷基或烯化氧隔離基團(tuán))與骨架分開，以提供撓性特征。
本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物還包括至少一種溶劑。包含一種或多種溶劑混合物的膽甾醇型液晶組合物也屬于本發(fā)明。在有些情況下，一種或多種膽甾醇型液晶化合物、膽甾醇型液晶前體或工藝添加劑也可起到溶劑的作用。在本發(fā)明的組合物中，一種或多種溶劑或起到溶劑作用的其它化合物通常在加工過程中被基本上除去。它們可通過例如干燥組合物以使溶劑蒸發(fā)或反應(yīng)一部分溶劑(如，使溶劑化的液晶單體反應(yīng)而形成液晶聚合物)的方法被除去。
在本發(fā)明的一個實施方案中，膽甾醇型液晶組合物包括1，3-二氧雜環(huán)戊烷。在如同這樣的組合物中，1，3-二氧雜環(huán)戊烷起到溶劑的作用。1，3-二氧雜環(huán)戊烷(CAS號646-06-0)在760mm Hg條件下沸點為75.6℃，在20℃下的蒸氣壓為82mm Hg。1，3-二氧雜環(huán)戊烷有多個同義詞，包括1，3-二氧雜環(huán)戊烷(對應(yīng)的英文為“1，3-dioxacyclopentane”或“1，3-dioxolan”)、二氧雜環(huán)戊烷(對應(yīng)的英文為“dioxolane”)、甲醛縮乙二醇(對應(yīng)的英文為“formalglycol”)、乙二醇縮甲醛(對應(yīng)的英文為“glycolformal”)和乙二醇亞甲基醚(對應(yīng)的英文為“glycol methylene ether”)。其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下 1，3-二氧雜環(huán)戊烷1，3-二氧雜環(huán)戊烷為乙二醇與甲醛的環(huán)狀反應(yīng)產(chǎn)物，取決于條件，其可表現(xiàn)出典型的醚或乙縮醛的特性。1，3-二氧雜環(huán)戊烷可在本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物中用作溶劑，部分原因在于其能夠使本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物中使用的膽甾醇型液晶化合物或前體增溶。許多膽甾醇型液晶前體如液晶單體具有擴展的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)在普通的有機溶劑中具有很低的溶解度。
本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物也可包括其它溶劑或起到溶劑作用的化合物。在本發(fā)明的一個實施方案中，在膽甾醇型液晶組合物中使用兩種不同的溶劑。在這一實施方案中，一種溶劑的選擇可基于其使膽甾醇型液晶組合物的一些其它組分增溶的能力，而另一種溶劑可用于影響膽甾醇型液晶組合物的干燥特征和加工過程。在另一個實施方案中，可使用兩種以上的溶劑。
在本發(fā)明的一個實施方案中，本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物包括1，3-二氧雜環(huán)戊烷和第二溶劑。在本發(fā)明的一個實施方案中，第二溶劑具有比1，3-二氧雜環(huán)戊烷低的蒸發(fā)速率。可將具有更低蒸發(fā)速率的第二溶劑與1，3-二氧雜環(huán)戊烷結(jié)合使用，以減緩干燥速率?？捎米鞯诙軇┑娜軇┑睦影ㄋ臍溥秽?、2-甲基四氫呋喃、四氫吡喃、碳酸二甲酯、乙二醇二甲醚、環(huán)丙酮、丁酮、環(huán)己酮及其組合。在本發(fā)明的另一個實施方案中，本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物包括1，3-二氧雜環(huán)戊烷和環(huán)己酮、環(huán)丙酮、丁酮或其組合。
在包括1，3-二氧雜環(huán)戊烷以及第二溶劑如環(huán)己酮的本發(fā)明的實施方案中，第二溶劑通常不比1，3-二氧雜環(huán)戊烷多(按重量計算)。在本發(fā)明的一個實施方案中，環(huán)己酮(或其它第二溶劑)的量小于1，3-二氧雜環(huán)戊烷與第二溶劑的總量(按重量計算)的約50％。在本發(fā)明的另一個實施方案中，環(huán)己酮(或其它第二溶劑)的量小于1，3-二氧雜環(huán)戊烷與第二溶劑的總量(按重量計算)的約25％。在本發(fā)明的另一個實施方案中，環(huán)己酮(或其它第二溶劑)的量小于1，3-二氧雜環(huán)戊烷與第二溶劑的總量(按重量計算)的約15％。
第二溶劑的使用量通常至少部分基于其在所用的工藝條件下從膽甾醇型液晶組合物中蒸發(fā)需要花費的時間來決定。在使用環(huán)己酮的一個具體實施例中，環(huán)己酮的所需量為能給出有利對比度或配向的量，該環(huán)己酮的所需量可以從使用該量時的性能數(shù)據(jù)來決定。所用的第二溶劑的量更通常是基于干燥時間和退火時間兩者的折衷來決定的。
本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物也可包括聚合引發(fā)劑，該聚合引發(fā)劑起到能引發(fā)組合物的單體或其它低分子量化合物的聚合或交聯(lián)的作用。適當(dāng)?shù)木酆弦l(fā)劑包括那些可以產(chǎn)生自由基從而引發(fā)和擴散聚合或交聯(lián)反應(yīng)的化合物?？苫诙喾N因素選擇自由基引發(fā)劑，其包括但不限于穩(wěn)定性或半衰期。優(yōu)選地是，自由基引發(fā)劑不會通過吸收或其它方式在膽甾醇型液晶層中產(chǎn)生任何附加顏色。
自由基引發(fā)劑一般為熱自由基引發(fā)劑或光引發(fā)劑。在熱分解時產(chǎn)生自由基的熱自由基引發(fā)劑包括例如過氧化物、過硫酸鹽或偶氮腈化合物。光引發(fā)劑可通過電磁輻射或粒子輻射活化。適當(dāng)?shù)墓庖l(fā)劑的例子包括但不限于鎓鹽光引發(fā)劑、有機金屬光引發(fā)劑、陽離子型金屬鹽光引發(fā)劑、光分解型有機硅烷、潛在磺酸、氧化膦、環(huán)己基苯基酮、胺取代的苯乙酮和二苯甲酮。雖然可使用其它光源或輻射(電子束)，但通常，使用紫外線(UV)輻射來活化光引發(fā)劑。可基于對特定波長的光的吸收來選擇光引發(fā)劑。
另外本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物也可包含具有以下試劑的作用的化合物分散劑；終止劑；固化劑；交聯(lián)劑；抗臭氧劑；抗氧化劑；增塑劑；穩(wěn)定劑；粘度調(diào)節(jié)劑如增稠劑和填料；聚結(jié)劑(能起到改善沉積到基板上的粒子之間緊密接觸程度的作用)；以及用于吸收紫外線、紅外線或可見光的染料和顏料。
可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的、從本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物形成膽甾醇型液晶層的任何方法。此外，也可利用對現(xiàn)有的形成膽甾醇型液晶層的方法的改進(jìn)和改變，以從本發(fā)明的膽甾醇型液晶組合物來形成膽甾醇型液晶層。以下論述的方法提供了可用于形成本發(fā)明的膽甾醇型液晶層的方法和技術(shù)的例子。
形成膽甾醇型液晶層的一種方法包括對基板表面施用膽甾醇型液晶組合物?？赏ㄟ^多種方法將膽甾醇型液晶組合物施用于表面，其包括(但不限于)涂覆和噴涂?；蛘?，可在涂覆膽甾醇型液晶層之前對基板的表面進(jìn)行配向?？赏ㄟ^使用例如拉伸技術(shù)、用人造絲或其它布擦拭或溶致性配向(美國專利6,395,354)對基板進(jìn)行取向。光配向基板在美國專利4,974,941、5,032,009、5,389,698、5,602,661、5,838,407和5,958,293中有所描述。
在涂覆之后，將膽甾醇型液晶組合物轉(zhuǎn)化為液晶層。通常，該工藝包括使組合物干燥和使干燥的組合物退火，或者，干燥和退火可在一定程度上同時發(fā)生?？赏ㄟ^多種技術(shù)完成膽甾醇型液晶層的形成，其包括蒸發(fā)溶劑；使膽甾醇型液晶組合物交聯(lián)；通過使用例如加熱、輻射(如光化輻射)、光(如紫外光、可見光或紅外光)、電子束或這些或類似技術(shù)的組合，對膽甾醇型液晶組合物進(jìn)行退火或固化(如聚合)。
形成液晶層的方法的一個例子包括將膽甾醇型液晶組合物沉積在已取向的基板上。在沉積之后，在膽甾醇型液晶組合物玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以上加熱該組合物到液晶相。然后將組合物冷卻到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以下并使組合物保留在液晶相狀態(tài)。
形成液晶層的另一種工藝包括將膽甾醇型液晶組合物沉積到提供液晶配向表面的基板上，并通過使組合物干燥和退火，以除去溶劑來使低聚液晶配向。
形成膽甾醇型液晶層的另一種工藝包括在降低的溫度下對膽甾醇型液晶組合物進(jìn)行初始干燥。如本文中使用的，膽甾醇型液晶組合物的“初始干燥”為將干燥進(jìn)行到剩余的固體的百分?jǐn)?shù)(％固體)或剩余的殘余溶劑的百分?jǐn)?shù)(％殘余溶劑)達(dá)到一定水平。固體的百分?jǐn)?shù)和殘余溶劑的百分?jǐn)?shù)可根據(jù)如下計算％固體＝固體重量/(溶劑重量+固體重量)×100％殘余溶劑＝(10000/％固體)-100或％殘余溶劑＝(溶劑重量/固體重量)×100在本發(fā)明的一個實施方案中，初始干燥的膽甾醇型液晶組合物剩余的固體的百分?jǐn)?shù)為至少約80％，或者殘余溶劑的百分?jǐn)?shù)為最多約25％。在本發(fā)明的另一個實施方案中，初始干燥后的膽甾醇型液晶組合物剩余的固體的百分?jǐn)?shù)為至少約90％，或者殘余溶劑的百分?jǐn)?shù)為最多約11％。
在本發(fā)明的一個實施方案中，膽甾醇型液晶組合物在至多約90℃的溫度下初始干燥。在本發(fā)明的另一個實施方案中，膽甾醇型液晶組合物在至多約60℃的溫度下初始干燥。在本發(fā)明的另一個實施方案中，膽甾醇型液晶組合物在至多約30℃的溫度下初始干燥。
在至多90℃的溫度下對膽甾醇型液晶組合物的初始干燥可以(但非必需)產(chǎn)生由此形成的膽甾醇型液晶的所需效果。一般認(rèn)為，在至多90℃的溫度下對膽甾醇型液晶組合物進(jìn)行的初始干燥增加了液晶聚合物或單體配向的速率，也降低了溶劑蒸發(fā)的速率。一般認(rèn)為，在至多90℃的溫度下的初始干燥減少了對涂層的破壞，這種破壞在當(dāng)涂層粘度低時在蒸發(fā)過程中可能發(fā)生。這種破壞是不利的，因為其需要在退火過程中花費另外的時間，以修復(fù)由這些破壞引起的損傷。因此，如果沒有發(fā)生破壞，則有效的退火時間縮短，因為不需要時間來修補這種損傷。當(dāng)涂層達(dá)到較高的粘度時，這種破壞很少會發(fā)生，因此，在至多90℃的溫度下的初始干燥能足以帶來這種所需的效果。
通常，干燥溫度越低，則越有可能在膽甾醇型液晶層中產(chǎn)生所需的效果。同時，干燥溫度越低，則膽甾醇型液晶層的干燥需要花費的時間越長。取決于所用的某種或多種溶劑，當(dāng)干燥溫度降低時，所述層可能根本沒有干燥，或花費過分長的時間干燥。因此，在本發(fā)明的一個實施方案中，所用的初始干燥溫度為所需的低溫初始干燥的積極效果和在低溫下使所述層干燥需要花費的時間兩者折衷的結(jié)果。
干燥膽甾醇型液晶組合物的另一個方法包括使用低氣流干燥技術(shù)。更具體地，該干燥技術(shù)包括在膽甾醇型液晶組合物涂層的表面上在氣流極少或沒有氣流的條件下干燥膽甾醇型液晶組合物。在一個實施方案中，這些條件可加強對干燥過程中膽甾醇型液晶組合物涂層的氣/液界面附近的邊界層效應(yīng)和相變條件的控制。
在氣流極少或沒有氣流的條件下干燥的方法包括在美國專利號為5,581,905、5,694,701和6,134,808的專利文獻(xiàn)中找到的那些。此外，也可預(yù)見氣流極少或沒有氣流的這些和類似的干燥技術(shù)的優(yōu)點能夠利用在本發(fā)明的方法中。
在本發(fā)明的一個實施方案中，使用具有冷凝區(qū)的裝置來干燥膽甾醇型液晶組合物。這種裝置通常在涂層表面上產(chǎn)生小的受控環(huán)境間隙。該裝置可完成從膽甾醇型液晶組合物除去溶劑，而不需采用通常用于大多數(shù)干燥方法中的氣體對流。一般認(rèn)為，不施加氣體對流的干燥減少了可由與對流加熱有關(guān)的氣流引起的缺陷。一般認(rèn)為，如果沒有形成這種缺陷，膽甾醇型液晶組合物可以更快退火，因為不必對各種缺陷進(jìn)行重組。
可用于在膽甾醇型液晶組合物涂層的表面上在氣流極少或沒有氣流的條件下干燥膽甾醇型液晶組合物的裝置的例子如圖1所示。裝置100起到從膽甾醇型液晶涂層106蒸發(fā)溶劑并在冷凝區(qū)102上收集溶劑的作用。膽甾醇型液晶涂層106通常涂覆在基板104上。可將基板104設(shè)置在網(wǎng)狀物上(圖1中未表示)，但這并非必要。
冷凝區(qū)102和膽甾醇型液晶涂層106通常彼此相對移動。這可由允許這種相對運動進(jìn)行的任何結(jié)構(gòu)完成。例如，膽甾醇型液晶涂層106及其基板104可以運動、冷凝區(qū)102可以運動或者它們的一些組合的情況。
冷凝區(qū)102也可比膽甾醇型液晶涂層106和基板104的溫度低。這種相對溫度差異可引起膽甾醇型液晶組合物中的溶劑從組合物蒸發(fā)并冷凝到冷凝區(qū)102上。
如圖2所示，冷凝區(qū)102位于膽甾醇型液晶組合物106的上方，但又與其接近。冷凝區(qū)102和膽甾醇型液晶組合物106的排列方式在膽甾醇型液晶組合物106上方產(chǎn)生小的、基本上為平面的間隙108。在一個實施方案中，間隙108具有最大約為20厘米(cm)的距離。在另一個實施方案中，間隙108最大約為10cm，在另一個實施方案中，間隙110最大約為5cm。
由間隙108創(chuàng)造的受控環(huán)境在膽甾醇型液晶組合物106的表面上產(chǎn)生極少的氣流或根本不產(chǎn)生氣流。一般認(rèn)為，氣流極少或沒有氣流是有助于膽甾醇型液晶組合物的退火的，從而產(chǎn)生被更好配向的膽甾醇型液晶膜、在短時間產(chǎn)生類似配向的膽甾醇型液晶膜或其某些組合。
當(dāng)溶劑從膽甾醇型液晶組合物106蒸發(fā)時，其穿過間隙108，在冷凝區(qū)102上冷凝并被以某種方式從冷凝區(qū)102收集或除去。圖3說明用于從冷凝區(qū)102收集和除去溶劑的一種方法。在這一實施例中，冷凝區(qū)102可具有橫向開口的溝或槽114，其利用毛細(xì)管作用使冷凝溶劑橫向地移到邊板115(參見圖2)。當(dāng)溶劑沿邊板115滴下時可收集溶劑。
圖4和5說明用于本發(fā)明干燥步驟中的裝置的另一個例子。該裝置110包括與上述關(guān)于圖1和2所討論的同樣的部件，而且還具有加熱區(qū)112。加熱區(qū)112位于基板104的無涂層面上。加熱區(qū)112使熱通過基板104(和可能位于基板104以下的任何襯底結(jié)構(gòu))傳遞，以助于從膽甾醇型液晶組合物106中蒸發(fā)溶劑。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，可使用罩作為使氣流極少或沒有的干燥技術(shù)。罩的例子如圖6中所示。圖6說明用于從膽甾醇型液晶組合物形成膽甾醇型液晶膜的工藝系統(tǒng)的一部分600。在圖6中，膽甾醇型液晶組合物最初放在為涂覆機603進(jìn)料的容器602中。涂覆機603在基板604上形成膽甾醇型液晶組合物的涂層606。在基板604上沉積涂層606之后，作為可移動系統(tǒng)的一部分的基板604將涂層606轉(zhuǎn)運到罩605中。在涂層606通過罩605之后，可進(jìn)行其它的工藝步驟。所述其它步驟的例子包括但不限于在烘箱中加熱、輻射或其它處理。
在涂覆機603形成涂層606之后通常將罩605設(shè)置在工藝系統(tǒng)中。在本發(fā)明的一個實施方案中，在對基板604施加涂層606之后直接設(shè)置罩605。罩605通常可被描述為位于用于轉(zhuǎn)運涂層606的基板604的表面的上方、下方和/或側(cè)面的結(jié)構(gòu)。在一個實施方案中，罩605包括圍繞基板604和涂層606的所有表面的結(jié)構(gòu)。罩605通常不包含任何加熱元件，并且不主動控制罩內(nèi)部的溫度。
罩605起到使涂層606周圍氣流為極少或沒有的作用?？梢酝ㄟ^罩605與涂層606、與基板604的底面或與涂層606以及基板604的底面的距離來至少部分地控制涂層606周圍的氣流的量。在一個實施方案中，罩605的內(nèi)表面與涂層606、與基板604的底面或與涂層606以及基板604的底面的距離最大約為20cm。在另一個實施方案中，該距離最大約為10厘米，在另一個實施方案中，該距離最大為約5cm。在另一個實施方案中，在不妨礙工藝系統(tǒng)發(fā)揮作用或不干擾涂層606的情況下，罩605的內(nèi)表面盡可能靠近涂層606、基板604的底面或涂層606以及基板604的底面。
在根據(jù)本發(fā)明干燥膽甾醇型液晶組合物之后，可進(jìn)行本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用的任何其它的工藝步驟。
在閱讀本說明書之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，事實上可以利用以下方法步驟的任意組合單獨使用1，3-二氧雜環(huán)戊烷、使用1，3-二氧雜環(huán)戊烷與另一種溶劑的組合、單獨使用較低的初始干燥溫度或使用氣流極少或沒有氣流的干燥技術(shù)。
膽甾醇型液晶組合物可形成在特定光波長譜帶寬度范圍內(nèi)基本上反射具有一種圓偏振(如左或右圓偏振光)的光而基本上透射具有另一種圓偏振光的膽甾醇型液晶層。這種特征表示的是對垂直于以膽甾醇型液晶材料的指向矢入射的光的反射或透射。以其它角度入射的光一般被膽甾醇型液晶材料橢圓偏振，并且布拉格反射峰值一般從其同軸的波長發(fā)生藍(lán)移。膽甾醇型液晶材料的特征通常表現(xiàn)為與垂直入射的光相關(guān)，如以下那樣，然而需要認(rèn)識到，可使用已知的技術(shù)測定這些材料對非垂直入射光的響應(yīng)。
膽甾醇型液晶層可被單獨使用或與其它層或裝置結(jié)合使用來形成光學(xué)體，例如反射偏振片。膽甾醇型液晶偏振片在一種反射偏振片中使用。膽甾醇型液晶偏振片的螺距類似于多層反射偏振片的光學(xué)層厚度。螺距和光學(xué)層厚度分別決定了膽甾醇型液晶偏振片和多層反射偏振片的中心波長。膽甾醇型液晶偏振片的旋轉(zhuǎn)性指向矢形成了重復(fù)單元，該重復(fù)單元類似于在多層反射偏振片中使用的具有相同光學(xué)層厚度的多個層。
被膽甾醇型液晶層反射的光的中心波長λ0和光譜帶寬Δλ取決于膽甾醇型液晶的螺距p。中心波長λ0通過λ0＝0.5(no+ne)p近似計算，其中no和ne為膽甾醇型液晶對平行于液晶指向矢偏振的光的折射率(ne)和對于垂直于液晶指向矢偏振的光的折射率(no)。譜帶寬度Δλ通過Δλ＝2λ0(ne-no)/(ne+no)＝p(ne-no)近似計算。
可通過層壓或?qū)盈B使兩個已經(jīng)成形的膽甾醇型液晶層形成膽甾醇型液晶偏振片，所述液晶層各自設(shè)置在單獨的基板上、并具有不同的螺距(如，各層具有不同組合物，例如手性和向列型液晶化合物或單體的重量比不同)。加熱這兩個層以使液晶材料在兩層之間擴散。兩層之間材料的擴散一般引起各層的螺距在兩層各自原螺距大小之間的范圍內(nèi)變化。形成膽甾醇型液晶偏振片的其它方法在例如美國專利申請?zhí)枮?9/790,832、09/791,157和09/957,724的專利文獻(xiàn)中描述。
膽甾醇型液晶光學(xué)體可用于多種光學(xué)顯示器和其它應(yīng)用中，包括透射式(如背光式)顯示器、反射式顯示器和半透反射式顯示器。例如，圖7說明一種示例性的背光式顯示器系統(tǒng)400的示意性剖視圖，其包括顯示介質(zhì)402、背光片404、如上所述的膽甾醇型液晶反射偏振片408和可任選的反射片406。該顯示器系統(tǒng)可任選地包括波片，作為膽甾醇型液晶反射偏振片的一部分或作為用于將來自液晶反射偏振片的圓偏振光轉(zhuǎn)化為線式偏振光的獨立部件。觀察者的位置在顯示設(shè)備402與背光片404相反的那一側(cè)。
顯示介質(zhì)402通過透射背光片404發(fā)射出的光為觀察者顯示信息或圖像。顯示介質(zhì)402的一個例子為只透射具有一種偏振態(tài)的光的液晶顯示器(LCD)。
背光片404提供用于觀察顯示器系統(tǒng)400的光，該背光片404包括例如光源416和導(dǎo)光片418，雖然也可使用其它逆光系統(tǒng)。雖然圖7中表示的導(dǎo)光片418的橫截面為矩形，背光片可使用具有任何適當(dāng)形狀的導(dǎo)光片。例如，導(dǎo)光片418可為楔形的、溝槽形的、假楔形導(dǎo)光片等。主要是考慮導(dǎo)光片418應(yīng)該能夠接受來自光源416的光并發(fā)射那種光。因此，導(dǎo)光片418可包括背面反射器(如可任選的反射片406)、提取裝置和其它部件，以便完成所需功能。
如上所述，反射偏振片408為包括至少一個膽甾醇型液晶光學(xué)體的光學(xué)膜。反射偏振片408被設(shè)置成基本上透射由導(dǎo)光片418出射的具有一種偏振態(tài)的光和基本上反射由導(dǎo)光片418出射的具有另一種不同偏振態(tài)的光。
圖8為一種類型的反射式液晶顯示器500的示意圖。這種反射式液晶顯示器500包括顯示介質(zhì)508、膽甾醇型液晶反射偏振鏡504、吸光背層506和吸收偏振片502。液晶顯示器500可任選地包括波片，作為膽甾醇型液晶反射偏振片504的一部分，或作為將來自液晶裝置的混合偏振光轉(zhuǎn)化為適當(dāng)偏振光的獨立部件。
液晶顯示器500首先通過能使光510偏振的吸收偏振片502來起作用。然后偏振光通過顯示介質(zhì)508，其中光的圓偏振成分之一從膽甾醇型液晶反射式偏振反射片504反射并反向通過顯示介質(zhì)508和吸收偏振片502。另一個圓偏振成分通過膽甾醇型液晶反射偏振片504并被背層506吸收。如上所述，這種反射式液晶顯示器500的反射偏振片504包括一個膽甾醇型液晶光學(xué)體。膽甾醇型液晶光學(xué)體的具體選擇取決于多個因素，諸如例如，成本、大小、厚度、材料和所關(guān)注的波長范圍。
圖9為一種類型的半透反射式液晶顯示器600的示意圖。該半透反射式液晶顯示器600包括相延遲顯示介質(zhì)608、部分反射片603、膽甾醇型液晶反射式偏振反射片604、背光層606和吸收偏振片602。顯示器系統(tǒng)可任選地包括波片，該波片作為膽甾醇型液晶反射偏振片604的一部分或作為將來自液晶裝置的混合偏振光轉(zhuǎn)化為適當(dāng)偏振光的單獨部件。在反射式模式中，明亮的環(huán)境光610被吸收偏振片602偏振，穿過顯示介質(zhì)608，從部分反射片603反射，并反向通過顯示介質(zhì)608和吸收偏振片602。在昏暗的環(huán)境光的情況中，背光片606被激活并且光可任選地通過膽甾醇型液晶偏振片604，該膽甾醇型液晶偏振片604經(jīng)過匹配能為顯示器提供適當(dāng)?shù)钠窆狻Ｏ喾词中缘墓獗环瓷浠貋?，?jīng)過循環(huán)，并可任選地通過膽甾醇型偏振片604，以有效增加背光的亮度。如上所述，這種反射式液晶顯示器600的反射偏振片包括一個膽甾醇型液晶光學(xué)體。膽甾醇型液晶光學(xué)體的具體選擇可取決于多種因素，諸如例如，成本、大小、厚度、材料和所關(guān)注的波長范圍。
膽甾醇型液晶光學(xué)體可與能改善液晶顯示器的其它特性或為液晶顯示器提供其它特性的各種其它組件和膜使用。所述組件和膜包括例如光增亮膜、延遲板(包括四分之一波片和膜)，多層或者連續(xù)/分散相反射偏振片、金屬化背反射片、棱鏡型背反射片、漫反射背反射片、多層介電背部反射片和全息背反射片。
除非另外說明，以下實施例中的所有化學(xué)品可得自位于美國威斯康星州密爾沃基市的Aldrich，Inc.
實施例1各種單體在1，3-二氧雜環(huán)戊烷和其它溶劑中的溶解度的比較4-(2-丙烯酰氧基-乙氧基)-苯甲酸4′-氰基-聯(lián)苯-4-基酯是具有以下結(jié)構(gòu)的膽甾醇型液晶單體，并可根據(jù)歐洲專利申請公開號為834754的專利文獻(xiàn)中的所述方法制備。

將4-(2-丙烯酰氧基-乙氧基)-苯甲酸4′-氰基-聯(lián)苯-4-基酯溶于熱的(沸騰的)四氫呋喃和熱1，3-二氧雜環(huán)戊烷中。該單體只有20％溶于四氫呋喃中，而該單體有40％溶于1，3-二氧雜環(huán)戊烷中。這表明由4-(2-丙烯酰氧基-乙氧基)-苯甲酸4′-氰基-聯(lián)苯-4-基酯代表的膽甾醇型液晶單體在1，3-二氧雜環(huán)戊烷中比在四氫呋喃中更易溶解。
實施例2添加另一種溶劑來控制干燥溫度將表1中的各成分合并并溶解來制備溶液A。
表1

溶液A用氮氣清洗并在約60℃下加熱約18小時以引發(fā)丙烯酸酯聚合。然后使用溶液A來制備下表2中的溶液B和C。
表2

將溶液B和C涂覆(濕涂層厚度為約12到15μm)到100μm聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上，干燥后厚度為約2.5微米(μm)。然后將經(jīng)過涂覆的PET膜(如表3所示)在30℃或90℃下干燥一(1)分鐘。然后使用Lambda 900分光光度計(得自位于美國加利福尼亞州圣克拉拉市的Perkin Elmer)測量涂層在約400nm到約500nm之間的平均反射率。然后將涂層在120℃下退火約5分鐘，使用與1/4波長膜成45度角的Glan-Thomas偏振片測量涂層在選擇反射區(qū)域的透射光譜。選擇反射導(dǎo)致了在所述波長區(qū)域降低透射率。然后將偏振片定向以給出最小透射率(消光率)并記錄光譜。將得到的從約690納米(nm)到約580nm的消光率測量值取平均值，如以下表3所示表3

通過比較在不同干燥溫度下的類似溶液，可以看出較低的干燥溫度得到的是在干燥后具有較低反射率的膽甾醇型液晶膜。較低的反射率通常暗示了該膜較少霧化，并具有較少的缺陷，因此液晶將需要較少的退火時間。退火時間變短是在加工膽甾醇型液晶組合物方面的顯著進(jìn)步。較短的退火時間通常也暗示了膜的消光率將被改善(其值減少)，或者換句話說，該膜將是較好的偏振片，這可從消光率測量值看出。
表3的結(jié)果還表明了加入第二溶劑引起的差異。在該實施例中使用環(huán)己酮作為溶液B的一部分。通過分別比較在30℃和90℃下的溶液B和溶液C的測量值，可以看出加入環(huán)己酮(其存在于溶液B中)也可降低初始缺陷(這可從較低的反射率看出)。正如在較低的干燥溫度的情況中那樣，較低的反射率意味著膜較少霧化，并具有較少的缺陷，這將導(dǎo)致較短的退火時間以及在表3中也可看到的較低的消光率。
以上說明書、實施例和數(shù)據(jù)完整說明了本發(fā)明組合物的制造和使用。因為可以在不偏離本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍的情況下作出許多本發(fā)明的實施方案，所以本發(fā)明的范圍以所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.膽甾醇型液晶組合物，包括至少一種膽甾醇型液晶材料；和1，3-二氧雜環(huán)戊烷。
2.權(quán)利要求1的膽甾醇型液晶組合物，進(jìn)一步包括第二溶劑。
3.權(quán)利要求2的膽甾醇型液晶組合物，其中所述第二溶劑的蒸發(fā)速率低于1，3-二氧雜環(huán)戊烷的蒸發(fā)速率。
4.權(quán)利要求2的膽甾醇型液晶組合物，其中所述第二溶劑包括環(huán)己酮、環(huán)丙酮、丁酮或其組合。
5.權(quán)利要求2的膽甾醇型液晶組合物，其中所述第二溶劑的重量不大于1，3-二氧雜環(huán)戊烷的重量。
6.權(quán)利要求4的膽甾醇型液晶組合物，其中所述第二溶劑包括環(huán)己酮，并且該環(huán)己酮的重量不大于該環(huán)己酮和1，3-二氧雜環(huán)戊烷的總重量的25％。
7.一種形成膽甾醇型液晶層的方法，包括(a)形成膽甾醇型液晶組合物；(b)將所述膽甾醇型液晶組合物沉積到基板上；以及(c)在至多約90℃的溫度下初始干燥所述膽甾醇型液晶組合物，使該膽甾醇型液晶組合物保留有至少80％的固體。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述初始干燥導(dǎo)致膽甾醇型液晶組合物保留有大于約90％的固體。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述干燥在至多約60℃的溫度下完成。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述干燥在至多約30℃的溫度下完成。
11.權(quán)利要求7的方法，其中所述干燥在氣流極少或沒有氣流的條件下完成。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述干燥步驟采用了具有冷凝區(qū)的設(shè)備。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述設(shè)備的構(gòu)造在所述冷凝區(qū)和所述膽甾醇型液晶組合物的所述表面之間形成受控環(huán)境間隙。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述受控環(huán)境間隙小于或等于約20cm。
15.權(quán)利要求11的方法，其中所述干燥借助于罩完成。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述罩與所述沉積的膽甾醇型液晶組合物的距離小于約20cm。
17.權(quán)利要求7的方法，其中所述膽甾醇型液晶組合物包括作為溶劑的1，3-二氧雜環(huán)戊烷。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述膽甾醇型液晶組合物進(jìn)一步包括第二溶劑。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述第二溶劑包括環(huán)己酮、環(huán)丙酮、丁酮或其組合。
全文摘要
本發(fā)明提供了形成膽甾醇型液晶層的方法，包括形成膽甾醇型液晶組合物；將該膽甾醇型液晶組合物沉積到基板上；以及在至多約90℃的溫度下初始干燥該膽甾醇型液晶組合物，使該膽甾醇型液晶組合物保留有至少80％的固體。本發(fā)明還提供了形成膽甾醇型液晶層的方法，包括形成膽甾醇型液晶組合物；將該膽甾醇型液晶組合物沉積到基板上；以及在至多約90℃的溫度下初始干燥該膽甾醇型液晶組合物，其中所述干燥使用氣流極少或沒有氣流的技術(shù)完成。本發(fā)明進(jìn)一步提供了膽甾醇型液晶組合物，其包括至少一種膽甾醇型液晶前體和1，3－二氧雜環(huán)戊烷。
文檔編號C09K19/52GK1753970SQ200480004947
公開日2006年3月29日 申請日期2004年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月24日
發(fā)明者史蒂文·D·所羅門松, 馬克·D·拉德克利夫, 理查德·J·波克爾尼 申請人:3M創(chuàng)新有限公司