[发明专利]制造液晶聚合物元件的方法

说明书

本发明涉及一种赋予材料层一种特性的方法，该特性为是使可被置于该材料层上的液晶分子会采取一种优选的对齐排列方式。本发明还涉及采用一种优选对齐排列的LCD元件。

液晶装置(如液晶显示器和液晶光阀，以及如光学延迟器、偏振器、胆甾滤色片等液晶聚合物元件)的工作需要受控的排列，并通常需要预倾液晶。目前利用机械摩擦技术制作能够诱发排列和预倾的表面。

为了克服磨擦技术的缺点，开发了几种利用线性偏振光的光学方法，通常称作光排列法。这些方法公开在Gibbons等人的美国专利US4974941、Chigrinov等人的美国专利US5784139和US5389689以及Hoffmann-La Roche等人的欧洲专利EP0525478中。

虽然公开在这些专利中的方法本身是令人满意的，但它们依赖于偏振光。产生偏振光的光源比较复杂，不太适于批量生产并且昂贵。因为偏振器一般至少吸收50％的光，所以免除偏振器将能更好地利用光源(不是更快的效应，就是可以使用更弱的灯光)。因此，已经提出了一些使用非偏振光的方法。

Seo等人在“亚洲显示器(Asia Display)98”论文P-81的第795-798页中以及在“液晶”期刊的1997年第23卷第6期的第923-925页中公开了在向列相液晶盒中预倾角的产生，它利用一种被非偏振UV光以与该表面法线成70°的入射角辐照的聚酰亚胺表面。但是，这些方法并未从我们已经确认的潜在优点中得益，它需要非常高的能量输入，以便足以解聚聚酰亚胺。

我们发现，在某种预料之外的情况下，上述光学的光排列法也可以利用非线性偏振光(如圆偏振光)或各向同性光(非偏振光)进行。

根据本发明，提供一种制造液晶聚合物元件的方法，包括赋予材料一种特性，所述特性为使置于材料层上或与该材料混合上的可交联单体或预聚合液晶分子采取优选的对齐排列。

该方法包括将该材料曝露于来自倾斜方向的非偏振或圆偏振辐射，以让施加于或混合于被曝光材料的单体或预聚合液晶分子采取优选的对齐排列，同时在优选对齐排列下将其交联。

该辐射与材料层法线所夹的入射角最好处于5°＜＜75°，超过45°更好。

该辐射可以是紫外线。

优选的对齐排列最好是使液晶分子的纵轴处于包含该材料层的法线和该辐射方向的平面中。该对齐排列可以是平面的(0°)或倾斜至(高达90°)。所赋予的对材料层平面的优选倾斜最好超过45°，超过75°更好。

另外，对该材料辐射的效应是可以使其交联，由此提高材料的稳定性及其对齐排列特性。

至于该材料所暴露的辐射，可以为区带图案，例如通过把诸如微透镜或微棱镜阵列或适当的全息元件插在辐射源和该材料之间使得在所赋予的特性中，优选的对齐排列为区带图案。利用这种微元件阵列还使得能够由单一辐射源产生具备不同倾斜的辐射，即使辐射源本身的辐射垂直于该材料或微元件阵列。

当在一特定的照明几何形状区中以非偏振光、最好是紫外光辐射并利用适当的排列层材料时，本方法使得辐射前为各向同性的一层转变为各向异性层。层和方法典型地具有下列特征：

(a)转变之后该层对于至于其上的单体或预聚合液晶材料具有对齐排列的效果。

(b)在层中产生各向异性的同时，也发生交联，即基于双分子的光过程产生对齐排列的能量和交联，但是，根据本发明的方法也可以应用到典型地利用偶氮染料的单分子过程。

如果需要，材料层具有优于2J/cm²的光对齐排列敏感度，并且辐射能量可以相应地维持在小于2J/cm²，由于可以可以把曝光时间减少到短于10分钟，所以生产力提高。

该层是可以光构的(photo-structurrable)，即层的不同部分可以有不同的方位排列和倾斜角(如通过透过光掩膜曝光、全息成象、透过微棱镜、微透镜的成象和如微反射镜的象素化光开关)。

另一方面，也可以通过此方法制造在大面积上均匀排列的装置，尤其是LCP延迟器和用于改善显示器观察角的光学补偿器。

该层可以用作例如显示器的液晶装置的排列层；显示器可以包含单体向列型液晶、胆甾型液晶或层列型液晶(包括手征层列相C液晶)。工作模式可以是透射式或反射式。在反射式中，可以利用镜面金属或散射反射器，也可以用由胆甾层或偏振转换光学元件(如BEF箔)制造的反射器。

该器件的基板可以是玻璃、塑料、硅晶片或任何其它合适的材料。