[发明专利]交联液晶单体各向异性层的制备方法、光学部件及用途

说明书

本发明涉及交联液晶单体(LCP)各向异性层的制造，该交联液晶单体同单一基材上的定向层相接触，本发明还涉及具有层状结构的光学元件及其它们的优选用途，该层结构包括一个定向层，一个LCP层和至少一个在LCP之上的另外的定向层。

具有光轴上三维定向特性的各向异性的透明或彩色交联聚合物层，它们在显示技术，集成光学等许多领域都具有很重要的价值。

几年来，已经大体上知道了具有这种特性的物质，即某些可交联的液晶二丙烯酸酯和二环氧化物。这些物质作为单体，也就是说在交联之前，能定向在夹心元件的液晶相中，该夹心元件由诸如具有插入单体层的玻璃板组成，这个插入单体层是在位于两个玻璃板表面之上的常规定向层帮助下或在外加场，如强磁场或电场的影响下形成的，而且这些物质能在元件的第二相中进行光学交联，以便作用于单体层两侧的或所用场的壁力保持交联过程中的预定定向。这些外加的机械力，电力或磁力阻止液晶固有的热力学上的定向松驰作用，并且抵消了常规交联过程中的去定向力。当设有这些外力时，常常发生液晶的去定向或再定向。Hikmet和de Witz在J.Appl.Phy.70，1265-1269(1991)中指出了在单一基材的情况下，相对基材表面的空气界面上有从水平到垂直方向的再定向。

例如，从EP-A-331233中知道了液晶聚合物的层状结构。它们是通过在元件板上加一定电压使元件中的单体层定向，然后通过一遮盖物照射局部区域的方法来制造。用这种操作，使交联仅发生在被照射的区域。随后，改变外场的方向，未交联的单体区域根据新的场方向被再定向。因此，这后一区域亦被照射而交联。很明显地，由于遮盖的阴影，自由基的交联反应并没有轮廓清楚的界线，所以，这种方法不能产生具有高度区域化的定向结构。此外，这种方法必定仅局限于地电场中定向层结构的夹心元件的应用。

最近，已经有许多已知的方法能生产具有在区域上不同定向特性的定向层。例如，在USA-4,974,941中描述了在照相平板印刷方法的辅助下，混在聚合物中的双色染料分子的定向。

最近，也已知道夹心元件中液晶单体层的定向性和光结构性，通过USA4,974,941中描述的激光定向片使该液晶单体层的两个表面光定向。这种方法也局限于元件中单体层的定向。元件表面产生的定向被元件中液晶单体层随后进行的常规光聚合作用固定。为了得到一个被涂覆的单一基材，该元件必须在聚合之后拆卸。(P.J.Shannon，W.M，Gibbons.S.T.Sun，Nature 368，532(1994))。

从Research Disclosure No.337，1992年5月，Emsworth，GB，410-411页也得知，由元件中定向化的液晶聚合物组成的具有光学上强烈各向异性层的生产。其中描述了此层的制造，即是将液晶单体放在元件中，经磨擦的聚酰亚胺元件表面用两个元件壁定向随后在元件中进行常规光聚合作用。此外也提到，为了得到涂有LC聚合物的单一玻璃基材，在聚合后，可移去两个玻璃板中的一个。并且，此定向化的基材可装有新的定向方向的聚酰亚胺层。将这样制备的聚合物基材(通过摩擦)组装在第二个定向的夹心元件中以后，用另外的单体层填充此元件，随后进行常规光聚合作用，元件中两个被不同定向的LC聚合物层的光程差则增加或减少。由于在元件表面上聚酰亚胺层的摩擦是一个粗视的工艺，所以，用这种工艺不能生产出定向模式，即元件被均匀地定向在整个表面之上。此外，对于为了得到均匀的光程差(在10纳米范围内)，对于生产具有精确板间距的元件来说，这是件费时费钱的事情。并且，依据Shannon的报道，要求在单一基材上有光学延迟层，这点局限于Shannon情况下元件的拆卸。在如此操作时，一定不要损坏延迟层。这种复杂的制造工艺被认为非常不切实际，特别是在高信息计算机和TV-LCDS(液晶电视)的大基材面积的情况下。

在未公开发表的瑞士专利申请书No.488/93中，描述了含有和一可光定向的聚合物网的定向层相接触的交联液晶单体薄膜的层结构物。这些层结构物的生产受液晶单体水平定向影响，其单体是通过和P PN层相互作用和在随后的交联中固定定向而完成上述水平定向作用。在下文中，交联液晶单体也称为LCP(液晶聚合物)。