[发明专利]用于液晶取向层的杂合聚合物材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2005年7月18日提交的美国申请公开US 2006-0051524的部分连续申请，该公开是2005年7月19日公布的美国专利6,919,404的部分连续申请，该专利是2005年5月31日公布的美国专利6,900,271的部分连续申请，该美国专利6,900,271是2002年5月31日提交的美国申请10/160,819的部分连续申请。

背景技术

本发明涉及用于液晶取向（aligning liquid crystals）的材料，以及液晶光学元件诸如液晶显示器 (LCD)、液晶装置和液晶光学薄膜。

当前的液晶显示器 (LCD)包括：利用扭曲向列型模式的产品，也即，其结构中向列型液晶分子在一对上下基底之间扭曲90°；利用超扭曲向列型模式、利用双折射效应的产品，也即，其结构中向列型液晶分子的取向方向扭曲180°～300°；利用光学补偿弯曲 (OCB)模式、一种平面内转换模式的产品，在所述OCB模式中向列型液晶分子的取向方向在一对上下基底之间呈平行，在所述平面内转换模式中控制液晶取向的两个电极存在于一个基底上并且当施加电场时基底平面内液晶取向的方向会发生改变；以及利用铁电液晶物质或反铁电液晶物质的产品。此外，有些LCD产品利用竖直取向模式，也即液晶主要取向成与基底正交 (垂直取向)，当施加电场时，液晶重新取向进入取向层（alignment layer）的平面。

许多LCD包含一或多个液晶光学薄膜以扩展显示器的视角。这些光学薄膜被称作广视角薄膜、相位补偿薄膜或光延迟薄膜，其中反应性液晶基元首先在基底上取向，随后聚合形成光学薄膜。

这些液晶光学元件中每一个的共性是，液晶层置于基底上或涂有聚合取向层的一对基底之间。所述聚合取向层在没有电场的情况下控制液晶介质的取向方向。通常，液晶介质的取向方向在机械摩擦过程中建立，所述机械摩擦过程中，用布料或其它纤维材料摩擦聚合物层。接触摩擦面的液晶介质一般取向成与机械摩擦方向平行。对于竖直取向模式，可取的是，液晶取向成与基底稍偏正交以获得较好的电光学性能。对于竖直取向模式，用机械摩擦、基底突出 (substrate protrusion)或电极几何结构来造成该取向稍偏正交。或者，可将取向层暴露于偏振光以取向液晶介质，如以下文献所公开：美国专利5,032,009和4,974,941，取向和再取向液晶介质的方法（Process of Aligning and Realigning Liquid Crystal Media）。这一非接触取向法适用于所有液晶元件诸如前述所有LCD产品或模式以及液晶光学薄膜。

用偏振光取向液晶介质的过程可以是能减少粉尘和取向层上静电荷积聚的非接触取向法。该光学取向过程的其它优点包括对取向方向的高分辨率控制和高品质的取向。

用于液晶显示器的取向层的条件包括：针对光学取向的低能阈，针对机械摩擦性取向的良好机械性能，对可见光的透明性 (无色)，良好的介电性能和电压保持率，长期的热和光学稳定性，以及在许多应用中受控的均一预倾角和均一垂直取向。

用于形成取向层的聚合物还须具备相当宽的处理窗。在商品化液晶显示器中用作取向层的聚合物通常是聚酰亚胺型系统，因为聚酰亚胺型系统具有良好的热和电特性。

用聚酰亚胺形成光学取向层的一个缺点是，它们通常需要高剂量的偏振光 (5～30 J/cm²)来诱导高品质的光学取向，如US专利5,958,292所公开。要求高剂量偏振光的不利之处包括：因提高在暴露系统中对基底的停留时间而导致的流水线低物料通过量，对现代显示系统中所需晶体管和彩色滤光片 (color filter)的潜在损害，以及可能削弱装置长期稳定性和性能的取向层本身光降解。