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TWI418901B - 體積光配向阻滯劑 - Google Patents

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TWI418901B
TWI418901B TW096134240A TW96134240A TWI418901B TW I418901 B TWI418901 B TW I418901B TW 096134240 A TW096134240 A TW 096134240A TW 96134240 A TW96134240 A TW 96134240A TW I418901 B TWI418901 B TW I418901B
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liquid crystal
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light
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TW096134240A
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Hubert Seiberle
Thomas Bachels
Carsten Benecke
Original Assignee
Rolic Ag
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Publication date
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Description

體積光配向阻滯劑
本發明係關於雙折射層之領域。本發明具體而言係關於一種雙折射層，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含I)(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團之單體或寡聚物或聚合物，及/或(iii)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物、寡聚物或聚合物，及(iv)視情況地，其他組分；或II)(v)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物、寡聚物或聚合物，及(vi)視情況地，其他組分，另外，本發明係關於一種製備該雙折射層之方法、其用途及其光學組件。
雙折射層係廣泛用於改變光之偏振態。長期以來，諸如四分之一及半波阻滯劑之光學阻滯劑係雙折射層之主要應用，例如用於將線偏振光平面旋轉90°或用於將線偏振光轉變成圓偏振光或反之亦然。
電腦監視器、電視機或行動電話中所用的高品質液晶顯示器(LCD)在幾年前開始採用大量具有各種光學特性之雙折射箔片。視特定應用而定，LCD中的雙折射薄膜必需改良對比、亮度、視角或色飽和度。
當今，LCD中所用的大多數雙折射箔片仍係伸展塑膠薄膜。然而，因為伸展僅能夠改變沿網方向及垂直於網方向之折射率，所以薄膜之伸展不能達成為進一步改良LCD光學特性所需之所有複雜光學特性。在過去幾年中，具有額外光學特性之經塗佈阻滯劑已變成伸展阻滯劑之眾所周知的替代品。
經塗佈阻滯劑通常係基於可交聯液晶材料。該等材料係以單體形式塗佈於表面經改質以展示配向能力之基材上。塗佈及乾燥之後，根據配向資訊將液晶配向且然後藉由曝露至紫外光進行交聯。在以下正文中將交聯液晶稱作液晶聚合物(LCP)。
於一基材上產生配向之最先進技術係刷塗及光配向。在LCD製造中已充分建立刷塗技術，但其具有一些缺點，諸如，產生粉塵，由此需要隨後的清洗步驟。另一個缺點係於成卷式(roll to roll)製造中可調整配向方向角之範圍有限，由此對某些應用而言需要將個別薄片切割、配向且層壓至偏光器而非直接成卷地層壓兩個薄膜。
美國專利第4,974,941號(Gibbons等人)描述一種藉由染料之順－反異構化作用、回應於適當波長線偏振光之曝露而誘導較佳方向之方法。與如此曝露之表面接觸的液晶根據此較佳方向定向。該定向方法係可逆的－亦即，藉由將該層進一步曝露至一第二偏振化方向，該定向方向可經再次旋轉。
就美國專利第5,389,689號(Chigrinov等人)中所述之光可構造(photostructurable)定向層而言，於曝露至線偏振光期間產生不可逆的各向異性聚合物網路，展示液晶之配向特性。無論什麼情況下需要穩定的、結構化的抑或非結構化的液晶定向層，該等線性光聚合聚合物網路(LPP)皆具有用途。
美國專利第5,602,661號(Schadt等人)中描述了包含與LPP配向層接觸之LCP各向異性薄膜之層狀結構。利用此技術，甚至有可能製造由數個定向LCP層組成的多層結構，如例如歐洲專利第689 084號(Schadt等人)中所示。
眾所周知，除方位配向外，傾角，亦即，液晶層之光軸相對於該層之平面之傾斜角經常係必需的。此可藉由於表面上具有傾角之LPP定向層完成，例如歐洲申請案第0 756 193號(Schadt等人)中所揭示。
歐洲專利EP 1'090'325中揭示對藉由一光配向層配向之上述LCP層之簡化。該專利描述一種材料，其係液晶且同時展示光配向功能。通常，該材料係光配向材料與可交聯液晶之混合物。可將該材料塗佈至不需要展示配向能力之基材上。然後將一層該材料曝露於線偏振紫外光而誘導作為該材料之部分的可交聯液晶之配向。配向過程完成後，藉由紫外交聯將液晶定向固定。藉由斜曝露至線偏振紫外光，可將雙折射層之光軸傾斜。作為與如上所述藉由配向表面配向之LCP層的不同之處，該組合材料中分子之配向不僅受表面控制，而且由該材料本體內部控制。於以下正文中將該材料稱作體積光可配向阻滯劑(VPR)材料。顯而易見，該材料之優勢在於減少了層數及處理步驟，由此可降低成本並提高產品產率。
由於光電子產品，諸如消費性光通信產品，LCD屬於快速發展中之市場，因此不斷需要改善品質及功能性並降低成本。
本發明為上述之層提供額外的功能性。
因此，本發明係關於一種雙折射層，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含I)(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團且較佳另外具有可聚合基團之單體或寡聚物或聚合物；及/或(iii)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物、寡聚物或聚合物；(iv)及視情況地，其他組分；或II)(v)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物、寡聚物或聚合物；(vi)及視情況地，其他組分。
在本發明之上下文中，可聚合基團包括交聯基團。
在本發明之上下文中，「光可定向基團(photo－orientable group)」之表述意謂若經配向光照射則能形成較佳方向且因此誘導液晶配向之基團。
在本發明之上下文中，配向光係具有能引發光配向之波長的光。較佳地，該等波長係處於UV－A、UVB及/或UV/C範圍內或處於可見光範圍內。哪些波長合適係取決於光配向化合物。
更佳地，配向光係至少部分線偏振、橢圓偏振(例如，圓偏振)或非偏振光，最佳為圓偏振光，或斜曝露之非偏振光或至少部分線偏振光。
光可定向基團更佳為各向異性吸收分子。該等各向異性吸收分子展示具有不同值(通常在約150至2000奈米之範圍內)之吸收特性。
通常使用之各向異性吸收分子具有碳碳、碳氮或氮氮雙鍵。
各向異性吸收分子之實例為偶氮染料、蒽醌、美利花青(mericyanine)、甲烷、2－苯基偶氮噻唑、2－苯基偶氮苯并噻唑、二苯乙烯(stilbene)、1,4－雙(2－苯乙烯基)苯、4,4'－雙(芳基偶氮)二苯乙烯、迫聯萘、4,8－二胺基－1,5－萘醌染料、二芳基酮(具有與兩個芳環結合之酮部分或酮衍生物，例如，經取代二苯甲酮)、二苯甲酮亞胺、苯腙及半卡腙或肉桂酸鹽。上文所列各向異性吸收材料之製備係眾所周知的，如Hoffman等人之美國專利第4,565,424號、Jones等人之美國專利第4,401,369號、Cole,Jr.等人之美國專利第4,122,027號、Etzbach等人之美國專利第4,667,020號及Shannon等人之美國專利5,389,285中所示。
較佳的各向異性吸收分子為芳基偶氮、多(芳基偶氮)、二苯乙烯及二芳基酮衍生物及肉桂酸鹽。
更佳者為芳基偶氮、二苯乙烯、二芳基酮及肉桂酸鹽。
各向異性吸收分子可共價鍵接於主鏈聚合物內部，其可以側鏈基團形式共價鍵接至主鏈或其可以非鍵接溶質形式存在於聚合物中。
聚合物例如表示聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚順丁烯二醯亞胺、聚2－氯丙烯酸酯、聚2－苯基丙烯酸酯；未經取代或經C1 －C6 烷基取代之聚丙烯醯胺、聚甲基丙烯醯胺、聚－2－氯丙烯醯胺、聚－2－苯基丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚苯乙烯衍生物、聚矽氧烷、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸之直鏈或支鏈烷基酯；聚丙烯酸苯氧基烷基酯、聚甲基丙烯酸苯氧基烷基酯、聚甲基丙烯酸苯基烷基酯，其中烷基殘基具有1－20個碳原子；聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯、聚－4－甲基苯乙烯或其混合物。
此外，較佳的光可定向單體或寡聚物或聚合物係描述於美國專利第5,539,074號、美國專利第6,201,087號、美國專利第6,107,427號、美國專利第6,335,409號及美國專利第6,632,909號中。
液晶單體或預聚合物表示包含一或多個桿狀、板狀或盤狀液晶元(mesogenic)基團(亦即，能夠誘導液晶相行為之基團)的材料或化合物。具有桿狀或板狀基團之液晶化合物在此項技術中亦稱作棒狀(calamitic)液晶。具有盤狀基團之液晶化合物在此項技術中亦稱作碟狀(discotic)液晶。該等包含液晶元基團之化合物或材料自身並非必需展示液晶相。其亦可能僅在與其他化合物混合時或當將液晶元化合物或材料或其混合物聚合時才展示液晶相行為。
舉例而言，可用於本發明中之具有可交聯基團之液晶單體或預聚合物係揭示於WO 2005/105932、WO 2005/054406、WO 2004/085547、WO 2003/027056、美國專利第2004/0164272號、美國專利第6746729號、美國專利第6733690號、WO 2000/48985、WO 2000/07975、WO 2000/04110、WO 2000/05189、WO 99/37735、美國專利第6395351號、美國專利第5700393號、美國專利第5851424號及美國專利第5650534號中。
較佳的可交聯基團例如表示丙烯酸酯或二丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、烯丙基、乙烯基或丙烯醯胺。
更佳者為具有丙烯酸酯或二丙烯酸酯可交聯基團之液晶單體或預聚合物。
在本發明之上下文中，「其他組分(further components)」之表述例如意謂手性分子、二向色性分子及光吸收劑。
假定具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物(i)係以100重量份之量存在，則具有光可定向基團之單體或寡聚物或聚合物(ii)及/或具有可聚合及光可定向基團之液晶單體或預聚合物(iii)通常係以至少0.1重量份、更佳至少1重量份、最佳至少10重量份之量存在。
本發明之一較佳實施例係關於一種雙折射層，其包含I)(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物之混合物；及(ii)具有光可定向基團且較佳具有可聚合基團之單體或寡聚物或聚合物，或具有光可定向基團且較佳具有可聚合基團之單體或寡聚物或聚合物之混合物；及/或(iii)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物，或具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物之混合物；及(iv)視情況地，其他組分；其中該等物質於混合物中之量可相同或不同；或II)(v)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物，或具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物之混合物；及(vi)視情況地，其他組分；其中該等物質於混合物中之量可相同或不同。
在本發明之另一較佳實施例中，物質(i)及(iii)具有向列相或膽固醇相或近晶相。選擇哪一相係取決於預期應用。
本發明之另一較佳實施例係關於一種包含非線性輪廓之雙折射層。
本發明之另一較佳實施例係關於一種雙折射層，其中物質(i)及/或(iii)在展示配向表面之基材上配向。
本發明之另一實施例係關於一種雙折射層，其中該物質(i)及/或(iii)係經配向，其中藉由展示配向表面之基材及藉由體積光配向誘導配向，較佳地，由配向表面及藉由體積光配向(較佳方位誘導配向及/或斜誘導配向)獲得的兩種配向資訊係不同的。
另外，本發明之另一較佳實施例係關於一種雙折射層，其中物質(i)及/或(iii)係於展示配向表面之基材上配向且其中該雙折射層包含非線性傾斜輪廓。
此外，本發明之一較佳實施例係關於一種雙折射層，其係經線性或非線性扭轉。
另外，本發明之一較佳實施例係關於一種雙折射層，其具有彎曲(bend)變形或斜面(splay)變形。
在本發明之另一實施例中，該雙折射層另外包含手性分子。
在另一較佳實施例中，該雙折射層另外包含二向色性分子。
另一較佳實施例係關於包含在均勻分布至相分離之範圍內分布之物質(i)、(ii)及/或(iii)之雙折射層，較佳地其中物質(i)及(ii)及/或(iii)係呈相分離。
視光可定向物質與液晶物質之相互作用而定，作為一個極端，該混合物可為均質的，或者作為另一個極端，該等配向化合物及該等液晶可完全分離為層狀。較佳情形為完全相分離為層狀，其中光可配向化合物之層係位於雙折射層之一或兩個表面上。後一情形提供自組織材料，其中單一層之塗層提供類似於液晶晶格(liquid crystal cell)之層結構，其中液晶層之兩側上的配向層提供配向資訊。
更佳實施例係關於包含呈相分離之物質(i)及(ii)及/或(iii)之雙折射層，其中物質(i)於物質(ii)之上形成一層；或其中物質(ii)於物質(iii)之上形成一層；或其中物質(i)於物質(ii)之下形成一層；或其中物質(ii)於物質(iii)之下形成一層；或其中物質(ii)形成兩個層，一層位於物質(i)之上且一層位於物質(i)之下；或其中物質(ii)形成兩個層，一層位於物質(iii)之上且一層位於物質(iii)之下；或其中物質(iii)於物質(i)之上及/或之下形成一層。
另外，本發明係關於一種雙折射層，其中該雙折射層之至少一種物質具有沿該層厚度方向之密度梯度，尤其是光可定向及/或光定向物質(ii)及/或液晶物質(i)、(iii)及/或此外其他組分(iv)。
本發明亦係關於一種製備雙折射層之方法，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含a)於基材上塗佈下列物的層：I)(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團且較佳另外具有可聚合基團之單體或寡聚物或聚合物；及/或(iii)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(iv)視情況地，其他組分；或II)(v)具有光可定向基團及可聚合基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(vi)及視情況地，其他組分；及b)將該塗佈層曝露至配向光，較佳係藉由液晶物質(i)及/或(iii)之清亮點以上之溫度完成。
基材表示一支撐結構。基材可為層狀材料之任何固體組合，替最終層或液晶顯示器提供有用之功能。舉例而言，基材可為以下材料之任何組合。結晶或非晶矽、玻璃、塑膠，包括聚酯及聚醯亞胺；石英、氧化銦錫、金、銀、二氧化矽、一氧化矽、抗反射塗層、濾色層、偏光器及相位補償薄膜。實際上，該等材料中之一些係經沈積或塗佈至諸如玻璃或塑膠之基本支撐結構上。
根據本發明，一種控制沿厚度方向之配向之方法在於，產生該雙折射層之至少一種物質之密度梯度，尤其是光可定向及/或光定向物質(ii)及/或液晶物質(i)、(iii)及/或其他組分(iv)。此目的可以數種方式達成，下文描述其中之一些，但其他方法亦可起作用。
本發明之一較佳實施例包含一種製備雙折射層之方法，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含a)於基材上塗佈下列物的層：I)(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物，或不同物質(i)之混合物，其中該等物質之量可相同或不同；及(ii)具有光可定向基團且較佳具有可聚合基團之單體或寡聚物或聚合物，或不同物質(ii)之混合物，其中該等物質之量可相同或不同；及/或(iii)具有可聚合基團及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物，或不同物質(iii)之混合物，其中該等物質之量可相同或不同；及(iv)視情況地，其他組分，或不同物質(iv)之混合物，其中該等物質之量可相同或不同；或II)(v)具有可聚合基團及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物，或不同物質(iii)之混合物，其中該等物質之量可相同或不同；及(vi)視情況地，其他組分，或不同物質(iv)之混合物，其中該等物質之量可相同或不同；及b)將該塗佈層曝露至配向光；藉此該雙折射層之至少一種物質產生沿該層厚度方向之密度梯度，尤其是光可定向物質及/或光定向物質(ii)及/或液晶物質(i)、(iii)及/或其他組分。
在用於建立該雙折射層之至少一種物質，尤其是光可定向及/或光定向物質及/或液晶物質及/或吸收劑中之至少一種物質沿雙折射層厚度方向之密度梯度之第一方法中，藉由控制穿透進該層之光來控制反應速率。
此目的可藉由控制該材料於該光之有效波長範圍內之吸光率達成。該有效波長範圍係誘導該等物質之配向的範圍。因為雙折射層中所含的光可定向物質自身吸收有效波長範圍內之光，所以例如可藉由影響其消光係數之光配向化合物之分子結構來控制吸光率。
用於控制吸光率之另一方式在於，改變物質於雙折射層中之濃度分布，尤其是光可定向物質及/或光定向物質於雙折射層內之濃度分布。
另外，本發明之一更佳實施例係關於一種製備雙折射層之方法，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含a)於基材上塗佈下列物的層：I)(i)具有可聚合基團、較佳交聯基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團且較佳可聚合基團、尤其是交聯基團之單體或寡聚物或聚合物；及/或(iii)具有可聚合基團、較佳交聯基團以及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(iv)視情況地，其他組分；或II)(v)具有可聚合基團、較佳交聯基團以及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(vi)視情況地，其他組分；及b)將該塗佈層曝露至配向光，藉此至少一些光可定向物質(ii)及/或(iii)保留在該層中。
最佳者為一種方法：其中光定向物質及光可定向物質(ii)及/或(iii)沿該層之厚度方向產生密度梯度。
由於在光配向過程期間在雙折射層中吸收光，因此於配向光進入該層之側附近的反應速率最高。通常該層係自基材之對側曝露，通常係從空氣側。然而，亦有可能穿透基材曝露，由此提供形成複雜組態之額外可能性。
在另一較佳實施例中，該方法包含a)如上所述，包括所有所述較佳者；及b)將該塗佈層自基材對側曝露至配向光，通常自空氣側，或穿透基材曝露。
若雙折射層之吸收隨有效範圍內之波長而改變，則配向光之波長可能替代性地侷限於展示所要吸收之某一範圍。
本發明之另一較佳方法係關於一種方法，其包含步驟a)如上所述，包括所有所述較佳者；及b)曝露該塗佈層，其中吸收隨有效範圍內之波長而改變。
更佳者為如下方法：其中在步驟b)中，隨後將該塗佈層以不同或相同的波長及/或不同的曝露幾何形狀(例如，入射角及偏振化方向)曝露。
用於誘導雙折射層沿厚度方向之密度梯度之第二方法在於，於雙折射層內產生至少一種物質之密度梯度。
此目的可藉由控制雙折射層之混合物行為、例如藉由控制雙折射層內雙折射層之相分離達成。
可在光配向之前建立光可定向物質沿厚度方向之密度梯度。可在曝露至配向光時誘導光可定向物質沿厚度方向之密度梯度。
較佳方法包含於步驟a)中藉由塗佈該層或在步驟a)之後或在步驟b)中或在步驟b)之後誘導密度梯度。
可藉由高溫誘導密度梯度。
另一更佳實施例係關於一種製備雙折射層之方法，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含a)於基材上塗佈下列物的層：I)(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團且較佳具有可聚合基團之單體或寡聚物或聚合物；及/或(iii)具有可聚合基團及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(iv)視情況地，其他組分；或II)(v)具有可聚合基團及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(vi)視情況地，其他組分；其中，物質(i)及(ii)及/或(iii)及/或(iv)係在均勻分布至相分離之範圍內分布，較佳地其中物質(i)及(ii)及/或(iii)及/或(iv)係呈相分離；及b)將該塗佈層曝露至配向光。
只要達成光軸之平行配向(planar alignment)，則經反應之配向化合物之密度梯度可能係次要的。然而，若將雙折射層斜曝露以便使液晶分子傾斜，則可能達成展示非線性變形輪廓之傾斜輪廓，而此不能藉由於一或兩個表面上之習知配向達成，通常導致傾角沿厚度方向之線性變化。
本發明之另一較佳實施例係關於一種方法，其包含a)如上所述；及b)將該塗佈層斜曝露。
對於設計用於TN－LCD(扭轉向列－液晶顯示器)的進一步改良之視角增大薄膜而言，變形輪廓之可調整性特別重要，因為變形輪廓影響對比及較大視角時之色偏(color shift)。
具有非線性變形傾斜輪廓的於上述定義及較佳者範圍內之雙折射層用來改良LCD之視角、對比及較大視角時之色偏的用途。
此外，較佳者為一種方法：其中配向表面誘導配向且其中藉由配向光在體積內誘導配向，較佳地配向表面及於體積內所誘導的配向資訊(諸如，配向排列及傾角)係不同的。
另外，較佳者為一種方法：其中配向表面及體積誘導傾角，其可能相同或方位不同或方位及傾角皆不同。
較佳地，展示配向表面之基材例如表示經刷塗之基材。視情況地，刷塗基材可能在擦拭之前進行塗佈。另外，配向表面可藉由斜向蒸鍍、離子束製程或藉由格狀結構達成。另外，配向表面可為圖案化或非圖案化光配向層。配向表面亦可為一己配向之聚合液晶薄層，其中該薄層係處於基材上。
由表面配向與體積配向之組合得到的配向機制係習知表面配向與新穎體積配向之組合。沿雙折射層厚度方向之配向變化係藉由對配向表面及對體積配向應用不同的配向或傾斜方向達成。舉例而言，此舉提供另一種藉由於配向表面中界定某一傾角並選擇曝露參數以使得於雙折射層內部產生不同的傾斜方向或傾斜輪廓來實現強非線性傾斜輪廓的方法。視配向光之穿透深度而定，雙折射層之上部例如可能具有單軸傾斜，而傾斜變形僅存在於下部中，此歸因於液晶材料之彈性力。
根據本發明，用於控制沿厚度方向之配向之另一方法在於，將雙折射層塗佈至展示配向表面之基材上且隨後執行如上所述雙折射層之光配向及交聯過程。
另一較佳實施例係關於一種製備雙折射層之方法，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含a)於展示配向表面之基材上塗佈下列物的層：I)(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團及較佳可聚合基團之單體或寡聚物或聚合物；及/或(iii)具有可聚合基團及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(iv)視情況地，其他組分；或II)(v)具有可聚合基團及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及(vi)及視情況地，其他組分；及b)將該塗佈層曝露至配向光，其中於體積內誘導配向。
另一更佳方法包含塗佈至展示配向表面層之基材上及b)將塗佈層自基材側或相對於基材之側曝露以將光可配向層配向。
若藉由配向表面所誘導之傾角之方向係與藉由體積光配向所誘導之方向相反，則可達成在該層之下部及上部具有相反傾角之斜面阻滯劑組態。視傾角大小而定，可能誘導彎曲變形。兩種組態提供與可利用習知表面配向LCP層實現之傾斜組態相比更高的角度光學特性對稱性。
本發明亦係關於本發明之雙折射層用於具有斜面或彎曲變形之阻滯劑之用途。
可藉由將配向表面及體積配向之方位配向方向設定為不同角度來顯著改變雙折射層之光學特性。結果，將會於雙折射層中誘導扭轉變形，意謂液晶物質之方位配向方向沿雙折射層之厚度方向改變。因為體積光配向於雙折射層之本體中有效，所以扭轉變形強烈依賴於沿厚度方向之光配向反應動力學。
另一較佳方法係關於一種製備雙折射層之方法，其中光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含a)於展示配向表面之基材上塗佈如下層：(i)具有可聚合基團、較佳交聯基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團且較佳具有可聚合基團、較佳交聯基團之單體或寡聚物或聚合物；及/或(iii)具有可聚合基團、較佳交聯基團以及光可定向基團之液晶單體或預聚合物或寡聚物或聚合物；及視情況地，其他組分；及b)將塗佈層曝露至配向光，其中較佳地偏振方向係與配向層之配向方向不同。
光學組件，其中該層具有扭轉變形。
如上所述，可藉由光可定向物質、液晶物質或額外吸收劑添加劑之吸收特徵控制光之穿透。舉例而言，可將光配向反應限制於朝向入射配向光之層部分，其通常但非必需為基材之對側，通常為雙折射層之空氣側。此情形類似於一種組態：其中液晶係限於兩個配向層之間，其中一個配向層係配向表面，另一個係雙折射層之上部，該雙折射層已進行光配向。該組態係由液晶晶格而眾所周知。
類似組態可藉由調配雙折射層而達成，其中液晶與光可定向物質彼此不相容，以使得配向化合物以相分離成一層至相對於基材之側，通常為雙折射層之空氣側。在粗略地相應於液晶層係限於兩個配向層之間的組態之該組態中，液晶之配向沿厚度方向自第一配向層之配向方向至第二配向層之方向線性地改變。
視雙折射層之吸光率及配向光之曝露能量而定，於雙折射層之體積中的反應速率將會改變。若足夠量之配向光可穿透至雙折射層內部，則其配向力必需與造成扭轉變形之彈性力進行競爭。通常此將引起線性扭轉輪廓沿厚度方向之變形，導致非線性扭轉輪廓。對於VPR吸收、層厚度及配向光之曝露能量之特定組合而言，體積配向可能於雙折射層之上部而並非下部中有效，進而可產生組態：其可粗略地視為雙層組態，其中上部係於藉由體積配向所誘導之方向上單軸配向，而由彈性力導致於下部中誘導扭轉變形。可將該等組態最佳化以展示與標準單軸阻滯劑層相比經改良之消色差(achromatic)行為。在VPR材料係於整個深度中經體積配向之極端情形下，分離配向層之配向強度可能不足夠強來再次誘導扭轉組態。
雙折射材料用於製備消色差阻滯劑之用途。
光學組件，其中如上所述之雙折射層具有消色差阻滯劑之功能。
由上述可知，存在許多可經改變以修整雙折射層之組態的參數。
光配向之優勢之一為於層平面中產生配向圖案之可能性。體積光配向亦提供該特性。因此，上述光誘導的光軸沿雙折射層厚度方向之變化亦可為逐區不同。此目的可藉由使用光罩進行多次曝露而達成。視欲達成之組態而定，可藉由將VPR材料經由配向光罩或經由於不同區域傳輸不同劑量光之灰階光罩進行光配向來減少曝露步驟之次數。
本發明係關於一種光學組件，其包含如上所述之雙折射層，該雙折射層係以局部變化定向進行聚合。
舉例而言，可達成於不同區域展示不同扭轉角之圖案化扭轉阻滯劑。甚至有可能實現以相反方向扭轉之相鄰地帶，而展示左手及右手扭轉之地帶可能具有相同或不同的扭轉角絕對值。
另外，本發明係關於一種光學組件，其中如上所述之雙折射層具有扭轉阻滯劑之功能。
無需另外界定扭向(twist sense)，扭轉角係限於90°。然而，可藉由添加手性摻雜劑及/或於配向表面中及於體積光配向期間產生傾角來界定扭向。後一方法例如能夠實現具有左手及右手區域之圖案化扭轉阻滯劑，其展示90°及90°以上之扭轉角。
此外，本發明係關於一種光學組件，其中如上所述之雙折射層具有包含左手及右手區域之圖案化扭轉阻滯劑之功能。
若滿足波導條件，則扭轉阻滯劑充當消色差旋轉器。圖案化消色差旋轉器例如係3D LCD所需要的，其中一半像素的光偏振必需旋轉90°以便為觀察者之一隻眼睛編碼偏振態。
本發明之另一實施例係關於一種光學組件，其中如上所述之雙折射層具有消色差旋轉器之功能。
因為光軸方向沿厚度方向之變化影響有效的光阻滯，所以上述方法可用於藉由選擇適當的曝露條件來調整雙折射層之光阻滯。因此，亦有可能實現具有逐區不同光阻滯之圖案。圖案化光阻滯特別適用於晶格內(in－cell)阻滯劑應用，因為其允許將阻滯性明確調整至紅色、藍及綠色，以便改良較大視角時LCD之色穩定性。
另外，本發明係關於一種光學組件，其中如上所述之雙折射層具有晶格內阻滯劑之功能。
此外，本發明係關於一種具有局部不同阻滯值之光學組件。
另外，本發明包括以下光學組件：包含本發明之雙折射層之光學組件，其中該層於上部具有單軸傾斜且於下部具有傾斜變形輪廓。
包含具有彎曲或斜面變形之本發明之層之光學組件。
包含本發明之層之光學組件，其中物質(ii)係處於上部中且物質(i)或(iii)係處於下部中於配向表面上。
包含本發明之層之光學組件，其中物質(ii)及(i)或(iii)係處於上部中且物質(i)或(iii)係處於下部中於配向表面上。
包含本發明之層之光學組件，該層包含呈相分離之物質(i)及(ii)及/或(iii)，其中物質(i)於物質(ii)之上形成一層；或其中物質(ii)於物質(iii)之上形成一層；或其中物質(i)於物質(ii)之下形成一層；或其中物質(ii)於物質(iii)之下形成一層；或其中物質(ii)形成兩個層，一層位於物質(i)之上且一層位於物質(i)之下；或其中物質(ii)形成兩個層，一層位於物質(iii)之上且一層位於物質(iii)之下；或其中物質(iii)於物質(i)之上及/或之下形成一層。
該等方法、用途及光學組件具有上文對雙折射層所提供之相同的定義及較佳者。
本發明能夠於厚度方向上實現配向輪廓，而利用已知材料及方法幾乎不可行。
 實例 實例1
在此情形下處於體積光可配向層下面的分離配向層係由光配向層及用於增強與在上面之光可配向阻滯劑層之偶合的額外聚合液晶薄層組成。使用可購得之光配向材料ROP－103(ROLIC Technologies,Switzerland)製備光配向層。該光配向聚合物係基於肉桂酸根作為光活性基團。光配向材料之聚合物骨架屬於丙烯酸酯型。為將配向層旋塗至基材上，將ROP－103以2重量百分比之固體濃度溶解於環戊酮中。作為基材，使用經機洗之1毫米厚的矩形D263(Schott,Germany)玻璃板。將光配向層溶液施加於玻璃基材上且以2000轉/分之旋轉速率旋塗60秒。以此方式隨後達成之乾膜厚度大約為60奈米。隨後，於130℃之溫度下、於加熱板上將薄膜熱處理5分鐘。在該回火步驟之後，將光配向層曝露至線偏振紫外光。線偏振紫外光之強度為於280奈米與340奈米之間的波長範圍內2.2毫瓦/平方公分(mW/cm2 )。傳遞至光配向層之曝露劑量為150毫焦耳/平方公分(mJ/cm2 )。在此情形下光配向層係曝露至垂直入射光。選擇偏振軸與基材邊緣平行(φ＝0°)。隨後，施加可聚合液晶薄層以用於根據預設之在下面之光配向層進行配向。用於液晶配向增強薄膜之材料係可購得之可聚合液晶單體材料ROF－5102(ROLIC Technologies,Switzerland)。ROF－5102調配物包含二丙烯酸酯型液晶單體。將ROF－5102以2重量百分比之固體濃度溶解於甲基丙基酮中。將溶液施加於ROP－103光配向層上且接著以2000轉/分之旋轉速率旋塗2分鐘。以此方式達成大約30奈米之乾膜厚度。旋塗之後，於54℃之溫度下、於加熱板上將薄膜熱處理5分鐘。最後，藉由曝露至具有3毫瓦/平方公分之強度(320至400奈米之波長範圍)之UVA光、於氮氣氛中使液晶單體薄膜交聯。將2焦耳/平方公分之曝露劑量傳遞至樣品。
在上述分離配向層之製備完成後，施加光可配向阻滯劑膜以繼續該加工。光可配向阻滯劑材料係由上述配向聚合物ROP－103與可聚合液晶單體材料ROF－5102之混合物組成。選擇3比7之ROP－103/ROF－5102比率以獲得該特定光可配向阻滯劑混合物。將該混合物以30重量百分比之固體濃度溶解於苯甲醚中。將該光可配向阻滯劑材料溶液施加至於D263玻璃板上先前製備之配向層上且隨後以2000轉/分之旋轉速率旋塗120秒。此舉產生1微米之光可配向阻滯劑層最終乾膜厚度。接著藉由加熱板施以兩步式熱處理。第一步中，將樣品加熱至50℃歷時2分鐘。第二步中，將溫度增加至130℃。將樣品於此溫度下保持3分鐘。為進行隨後的光配向製程，將樣品冷卻至59℃之溫度，該溫度係較光可配向阻滯劑材料之清澈點高3℃。用於光可配向阻滯劑之曝露強度為於280奈米與340奈米之間的波長範圍內2.2毫瓦/平方公分。傳遞至光可配向阻滯劑層之曝露劑量為100毫焦耳/平方公分。將樣品曝露至垂直入射線偏振光，其中偏振軸與基材邊緣斜交(φ＝45°)。因此，對分離的在下面之光配向層及在上面之光可配向阻滯劑所誘導之配向方向偏差45°。在光可配向阻滯劑層之光配向步驟之後，以1℃/分之冷卻速率將樣品溫度自59℃降至40℃且之後快速降至室溫。在最後步驟中，將樣品置於氮氣氛中且曝露至非偏振UVA光以用於引發LCP單體之交聯且因此將薄膜轉變成固態。UVA光源提供3毫瓦/平方公分之強度(320至400奈米之波長範圍)。於UVA曝露期間將700毫焦耳/平方公分之劑量傳遞至樣品。
於光桌上、於正交偏光鏡之間檢測阻滯劑樣品表明，阻滯劑之配向品質非常好。然而，發現雙折射行為與具有光軸沿厚度方向之均一方位定向的標準阻滯劑之行為不一致(在阻滯劑光軸與偏光鏡傳輸軸斜交之情形下為明亮狀態且在阻滯劑光軸與偏光鏡傳輸軸平行/垂直之情形下為黑暗狀態)。由此結果可推斷出，自在下面之配向層轉移至光可配向阻滯劑薄膜之配向與直接施加於光可配向阻滯劑薄膜之配向的組合效應致使於阻滯劑層內產生光軸沿厚度方向之扭轉輪廓，亦即，指向器之方位定向沿厚度方向變化。另外藉由橢圓偏振術(ellipsometry)表徵該阻滯劑薄膜，證實樣品中存在扭轉輪廓。據發現，阻滯劑薄膜內之光軸自藉由在下面之光配向層表面所界定之方向(φ＝0°)扭轉至藉由光可配向阻滯劑薄膜之光配向所界定之方向(φ＝45°)。

Claims (18)

  1. 一種製備雙折射層之方法，其中該光軸之方向沿該層之厚度方向變化，其包含a)於展示配向表面之基材上塗佈包含下列物的層：(i)具有可聚合基團之液晶單體或預聚合物；及(ii)具有光可定向基團之聚合物b)將該塗佈層曝露至該配向光，致使該配向表面及該體積配向之該方位配向方向不同。 其中控制沿該層之該厚度方向之該反應動力學，致使扭轉變形藉由該配向光誘導。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中控制該配向光至該層內部之穿透，致使該扭轉變形輪廓為非線性。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該配向光至該層內部之穿透藉由額外吸收劑添加劑控制。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中化合物(ii)具有沿該層該厚度方向之密度梯度。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中化合物(i)及(ii)係呈相分離。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中化合物(i)及(ii)係呈層狀相分離。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該光可定向物質沿該厚度方向之密度梯度藉由曝露至該配向光誘導。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該塗佈層逐區 不同地曝露至該配向光，從而產生該光誘導扭轉角為逐區不同的圖案。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該曝露致使產生具有左手扭轉之地帶及右手扭轉之地帶。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該塗佈層曝露在該液晶物質之該清亮點以上之溫度。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該塗佈於基材上之層另外包含手性分子。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該塗佈於基材上之層外包含二向色性分子。
  13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之方法，其中在接續步驟中於該塗佈層中之該配向藉由紫外交聯固定。
  14. 一種如申請專利範圍第1至13項中任一項之方法所製備之雙折射層。
  15. 一種光學組件，其包含如申請專利範圍第14項之雙折射層。
  16. 如申請專利範圍第15項之光學組件，其中該雙折射層具有消色差阻滯劑之功能。
  17. 如申請專利範圍第15項之光學組件其中該雙折射層具有消色差旋轉器之功能。
  18. 如申請專利範圍第15或16項之光學組件，其中該雙折射層展示局部不同的阻滯值。
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