專利名稱:雙軸膜Ⅱ的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)雙軸膜，用于制備它的方法和材料，它在光學(xué)器件如補償器和液晶顯示器中的用途，和涉及包含這樣的雙軸膜的補償器和液晶顯示器。
背景技術(shù)：
光學(xué)補償器在現(xiàn)有技術(shù)中用以改進液晶顯示器(LCD)的光學(xué)性能，如對比率和在大視角下的灰度色標表現(xiàn)。例如在TN或STN類型的未補償顯示器中，在大視角下經(jīng)常觀察到灰度水平的變化和甚至灰度色標反轉(zhuǎn)，以及對比度的損失和不希望的色域變化。
LCD技術(shù)和LCD光學(xué)補償?shù)脑砗头椒ǖ木C述在US 5,619,352中給出，該文獻的整個公開內(nèi)容通過參考引入本申請。如US 5,619,352中所述，為改進在寬視角下顯示器的對比度，可以使用負性雙折射C-板補償器，然而，這樣的補償器并不改進顯示器的灰度色標表現(xiàn)。另一方面，為抑制或甚至消除灰度色標反轉(zhuǎn)和改進灰度色標穩(wěn)定性，US5,619,352建議使用雙折射O-板補償器。如US 5,619,352中所述O-板補償器包括O-板，和可另外包括一個或多個A-板和/或負性C-板。
如用于US 5,619,352和整個本發(fā)明中的術(shù)語′O-板′，′A-板′和′C-板′具有如下含義?！銸-板′是采用正性雙折射(如液晶)材料層的光學(xué)延遲器，其中該材料的主光學(xué)軸在關(guān)于該層平面成斜角下取向?！銩-板′是采用單軸雙折射材料層的光學(xué)延遲器，其中該材料的非常(extraordinary)軸平行于該層平面取向且它的尋常(ordinary)軸(也稱為′a-軸′)垂直于該層平面，即平行于法向入射光的方向取向?！銫-板′是采用單軸雙折射材料層的光學(xué)延遲器，其中該材料的非常軸(也稱為′c-軸′)垂直于該層平面，即平行于法向入射光的方向。
現(xiàn)有技術(shù)中的負性雙折射C-板延遲器例如從各向同性聚合物的單軸壓縮膜，通過無機薄膜的汽相沉積，例如描述于US 5,196,953，或從負性雙折射液晶材料制備。然而，拉伸或壓縮的聚合物膜經(jīng)常僅顯示中度的雙折射和要求高膜厚度，汽相沉積要求復(fù)雜的制造操作步驟，和負性雙折射液晶材料經(jīng)常比正性雙折射材料較不容易獲得和更昂貴。
為克服這些缺點，最近例如在WO 01/20393和WO 01/20394中已建議使用具有短節(jié)距，典型地其中它的布拉格(Bragg)反射帶在電磁光譜的UV區(qū)域中的膽甾型液晶膜。對于大于它的反射最大值的波長，這樣的膜顯示負性雙折射C-類型延遲。此類型膜的折射率橢圓體近似于具有負性雙折射的垂直對準排列的液晶的折射率橢圓體。這樣的延遲膜例如可用于抵消TN-LCD的垂面(homeotropically)驅(qū)動暗狀態(tài)下的軸外延遲，和因此顯著改進LC顯示器的視角。
WO 01/20393公開了一種補償器，其是平面A-板、O-板和負性C-板的組合，其中負性C-板包含短節(jié)距膽甾型LC膜。當例如用于TN-LCD中時，此組合在水平視角下提供優(yōu)異的對比度和降低不希望的色域變化。然而，它在垂直視角下的工作性能受限制。此外，多個延遲膜的使用是昂貴的和引起制造和耐久性問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供光學(xué)補償器，該光學(xué)補償器具有用于LCD補償?shù)母倪M的工作性能，容易制造，特別地用于大量生產(chǎn)，且不具有上述現(xiàn)有技術(shù)補償器的缺點。本發(fā)明的另一個目的是提供用于制備它的改進的方法。本發(fā)明的其它目的對于本領(lǐng)域技術(shù)人員從如下詳細描述中是立即顯而易見的。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在單一層中結(jié)合多個膜和通過使用雙軸C-板延遲器，上述問題可以解決，并可以獲得具有優(yōu)異工作性能的光學(xué)補償器。發(fā)現(xiàn)，雙軸負性C-板延遲器在光學(xué)性能方面近似于平面A-板和負性C-板的組合，但顯示比這樣的組合更好的光學(xué)工作性能。雙軸負性C-板延遲器的平面內(nèi)各向異性(Δnxy)近似于A-板和平面外各向異性(Δnxz和Δnyz)近似于負性C-板。模擬顯示雙軸負性C-板延遲器的光學(xué)工作性能令人驚奇地優(yōu)于按順序?qū)盈B的A-板和負性C-板的光學(xué)工作性能，和顯示液晶顯示器的格外良好的視角性能。此外，單一雙軸膜代替兩個層疊膜的使用降低了成本和制造問題。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)一種通過使用包含光敏化合物的可聚合手性液晶材料，和采用偏振UV光輻照該材料，導(dǎo)致在膜的一些部分中光敏化合物的形狀或結(jié)構(gòu)的變化和因此導(dǎo)致雙折射變化，該變化然后通過聚合而被凍結(jié)，從而制備這樣的膜的新型和改進的方法。
WO 03/01544公開了具有變形的螺旋結(jié)構(gòu)與橢圓形折射率的膽甾型雙軸膜和從包含二向色性光敏引發(fā)劑的可聚合膽甾型材料制備這樣的膜的方法。然而，它并未公開由本發(fā)明中要求保護的方法和從包含光敏化合物的材料獲得的具有均一螺旋結(jié)構(gòu)和變化雙折射的雙軸膜。
US 6,685,998公開了包含透明襯底和從棒狀液晶分子形成的膜的補償器，其中該膜具有三個不同的主折射率和液晶分子采用膽甾型對準排列而取向。然而，它并未公開由本發(fā)明中要求保護的方法和從所述材料獲得的在UV范圍內(nèi)為反射性的和具有周期性變化雙折射的雙軸膽甾型膜。
術(shù)語的定義術(shù)語′光反應(yīng)性′，′光敏性′和′光反應(yīng)′涉及在光輻照時由反應(yīng)改變它們的結(jié)構(gòu)或形狀的化合物，該反應(yīng)包括，但不限于，光致異構(gòu)化、光誘導(dǎo)2+2環(huán)加成、光致弗利斯(fries)排列或可比的光致降解過程。光致聚合反應(yīng)不被包括在這些含義中。然而，如描述于本發(fā)明中的光反應(yīng)性或光敏化合物也可以另外是可聚合或可光致聚合的。
術(shù)語′膜′包括具有機械穩(wěn)定性的剛性或柔性的、自支撐或自立膜，以及在支撐襯底上或在兩個襯底之間的涂層或?qū)印?br> 術(shù)語′液晶或介晶(mesogenic)材料′或′液晶或介晶化合物′表示包含一個或多個棒狀、板狀或盤狀介晶基團，即具有誘導(dǎo)液晶(LC)相行為的能力的基團的材料或化合物。具有棒狀或板狀基團的LC化合物在本領(lǐng)域也稱為′calamitic′液晶。具有盤狀基團的LC化合物在本領(lǐng)域也稱為′discotic′液晶。包含介晶基團的化合物或材料不必須自身顯示LC相。它們也可以僅在與其它化合物的混合物中，或當聚合該介晶化合物或材料或其混合物時，顯示LC相行為。
為簡潔起見，術(shù)語′液晶材料′在下文中用于介晶和LC材料兩者。
含有一個可聚合基團的可聚合化合物也稱為′單反應(yīng)性′化合物，含有兩個可聚合基團的化合物稱為′二反應(yīng)性′化合物，和含有多于兩個的可聚合基團的化合物稱為′多反應(yīng)性′化合物。沒有可聚合基團的化合物也稱為′非反應(yīng)性′化合物。
術(shù)語′反應(yīng)性介晶′(RM)表示可聚合介晶或液晶化合物。
術(shù)語′指向矢(director)′是現(xiàn)有技術(shù)已知的和表示在LC材料中介晶基團的長分子軸(在calamitic化合物的情況下)或短分子軸(在discotic化合物的情況下)的優(yōu)先取向方向。
在包含單軸正性雙折射LC材料的膜中，光學(xué)軸由指向矢給出。
術(shù)語′膽甾結(jié)構(gòu)′或′螺旋扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)′是指包含LC分子的膜，其中指向矢平行于膜平面和圍繞垂直于膜平面的軸螺旋扭轉(zhuǎn)。
術(shù)語′垂面結(jié)構(gòu)′或′垂面取向′是指膜，其中光學(xué)軸基本上垂直于膜平面。
術(shù)語′平面結(jié)構(gòu)′或′平面取向′是指膜，其中光學(xué)軸基本上平行于膜平面。
術(shù)語′傾斜結(jié)構(gòu)′或′傾斜取向′是指膜，其中光學(xué)軸在相對于膜平面成0-90°的角度θ下傾斜。
術(shù)語′斜面(splayed)結(jié)構(gòu)′或′斜面取向′表示以上定義的傾斜取向，其中傾斜角在垂直于膜平面的方向上，優(yōu)選從最小值到最大值變化。
平均傾斜角θave如下定義θave=Σd′=0dθ′(d′)d]]>
其中θ′(d′)是在膜中厚度d′下的局部傾斜角，和d是膜的總厚度。
除非另外說明，斜面膜的傾斜角在下文中作為平均傾斜角θave形式給出。
為簡潔起見，具有扭轉(zhuǎn)、平面、垂面、傾斜或斜面取向或結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜在下文中分別也稱為′扭轉(zhuǎn)膜′，′平面膜′，′垂面膜′，′傾斜膜′或′斜面膜′。
傾斜和斜面膜也稱為′O板′。平面膜也稱為′A板′或′平面A板′。
″E-模式″是指扭轉(zhuǎn)向列型液晶顯示器(TN-LCD)，其中當進入顯示器盒(cell)時輸入偏振方向基本上平行于LC分子的指向矢，即沿非常(E)折射率?！錙-模式″涉及TN-LCD，其中當進入顯示器盒時輸入偏振基本上垂直于指向矢，即沿尋常(O)折射率。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及光學(xué)雙軸膜，該雙軸膜包含具有螺旋扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和均一螺旋的各向異性材料和反射波長小于400nm的光。
本發(fā)明進一步涉及上下文中描述的具有的局部雙折射在螺旋軸方向上周期性變化的光學(xué)雙軸膜。
本發(fā)明進一步涉及上下文中描述的雙軸膜的制備方法。
本發(fā)明進一步涉及上下文中描述的雙軸膜作為光學(xué)器件例如液晶顯示器中的延遲或補償膜的用途。
本發(fā)明進一步涉及包含上下文中描述的雙軸膜的補償器。
本發(fā)明進一步涉及包含上下文中描述的補償器或雙軸膜的液晶顯示器。
圖1例示說明光敏介晶化合物在UV輻射時的形狀變化。
圖2說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙軸膜(A)的制備方法，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單軸膜(B)的制備方法和根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜(C)的制備方法。
圖3圖解描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的補償TN-LCD(A，B)和根據(jù)本發(fā)明的補償TN-LCD(C)。
圖4圖解描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的補償MVA-LCD(A)和根據(jù)本發(fā)明的補償MVA-LCD(B)。
圖5圖解描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的補償OCB-LCD(A)和根據(jù)本發(fā)明的補償OCB-LCD(B)。
圖6A和6B圖解描繪根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜在液晶顯示器中的盒內(nèi)(in-cell)用途。
發(fā)明詳述當在LCD中使用包含根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜的補償器時，相當程度上改進了顯示器在大視角下的對比度和灰度水平表現(xiàn)，和抑制了灰度色標反轉(zhuǎn)。在彩色顯示器的情況下，相當程度上改進了顏色穩(wěn)定性和抑制了色域的變化。此外，根據(jù)本發(fā)明的補償器特別適于大量生產(chǎn)。
特別優(yōu)選是雙軸延遲膜，該延遲膜具有光學(xué)雙軸負性C對稱性，其中nx≠ny≠nz和nx、ny＞nz，其中nx和ny是膜平面中正交方向上的主折射率和nz是垂直于膜平面的主折射率。
根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜反射波長小于400nm的圓偏振光。特別優(yōu)選反射在UV范圍中或小于UV范圍的光，優(yōu)選波長小于380nm的光的雙軸膜。進一步優(yōu)選對于波長為400nm或更高，優(yōu)選380nm或更高的光是基本上透明的雙軸膜。非常優(yōu)選雙軸膜對于波長從380到至少780nm的可見光是基本上透明的。
雙軸膜的厚度優(yōu)選為0.5-5μm，非常優(yōu)選1-3μm。
根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜的軸上延遲(即在0°視角下)優(yōu)選為60nm-400nm，尤其優(yōu)選100nm-350nm。在另一個優(yōu)選實施方案中，雙軸膜的延遲優(yōu)選為10-200nm，非常優(yōu)選20-150nm。
對于一些LCD用途，優(yōu)選雙軸膜顯示入射光波長的大約0.25倍的延遲，也在現(xiàn)有技術(shù)中已知稱為四分之一波長延遲膜(QWF)或λ/4-板。對于這樣的用途特別優(yōu)選90-200nm，優(yōu)選100-175nm的延遲數(shù)值。
對于其它LCD用途，優(yōu)選雙軸膜顯示入射光波長的大約0.5倍的延遲，也在現(xiàn)有技術(shù)中已知稱為半波長延遲膜(HWF)或λ/2-板。對于這樣的用途特別優(yōu)選180-400nm，優(yōu)選200-350nm的延遲數(shù)值。
優(yōu)選雙軸膜顯示膽甾型結(jié)構(gòu)。這樣的雙軸膜中膽甾型螺旋的螺旋節(jié)距優(yōu)選選擇為小于225nm，和反射波長優(yōu)選小于380nm，它低于可見光波長。
所述膜優(yōu)選從手性可聚合介晶或液晶材料，尤其優(yōu)選具有膽甾相的可聚合液晶材料制備。材料優(yōu)選是選自單、二或多官能可聚合化合物和非可聚合化合物的單體化合物的混合物。這些化合物中的一種或多種化合物是誘導(dǎo)螺旋扭轉(zhuǎn)膽甾結(jié)構(gòu)的手性化合物。同樣，這些化合物中的一種或多種化合物，優(yōu)選數(shù)量為5-100wt％，是光敏或光反應(yīng)性化合物，例如介晶或液晶肉桂酸酯。這些光敏化合物，當例如采用UV光輻照時，顯示形狀和/或折射率的變化，如圖1中所例示描繪。這在膽甾型螺旋的所選擇部分內(nèi)局部地導(dǎo)致雙折射變化。此外，該材料優(yōu)選包含一種或多種光敏引發(fā)劑，優(yōu)選UV光敏引發(fā)劑。
可聚合材料優(yōu)選作為薄膜形式涂覆到襯底上，其中它采用平面取向，其中膽甾型螺旋基本上垂直于膜的平面。任選地，可聚合材料對準排列成平面取向的過程由另外的措施或技術(shù)輔助，例如通過加入對準劑如表面活性劑，或通過用對準層處理襯底和/或摩擦襯底或?qū)蕦?。合適的措施和技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。優(yōu)選選擇手性化合物的數(shù)量和螺旋扭轉(zhuǎn)力(HTP)，使得膽甾類材料具有短節(jié)距和反射波長為＜380nm。
在光輻射對準排列的膽甾類材料時，所述一種或多種光敏化合物轉(zhuǎn)化成如上所述具有不同雙折射的形式。由于材料采用偏振光照射，所以僅其中LC指向矢沿偏振光方向向下傾斜的螺旋的那些域?qū)⒔?jīng)歷光反應(yīng)，由此僅降低在那些區(qū)域中的雙折射。
同時，所述一種或多種(UV)光敏引發(fā)劑引發(fā)聚合過程，該過程′固定′螺旋結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)它們在螺旋內(nèi)的位置在它們的高或低雙折射狀態(tài)下′捕獲′光敏材料。采用此方式，螺旋結(jié)構(gòu)保持均一，但雙折射貫穿螺旋而局部變化，導(dǎo)致雙軸光學(xué)膜。
通過改變光輻射的劑量，如輻射強度和/或曝光時間，可以改變異構(gòu)化度和因此改變雙軸膜的最終延遲。例如，更高的強度和更長的曝光時間導(dǎo)致更高的異構(gòu)化度和因此導(dǎo)致延遲的降低。
也可以通過改變線性偏振光輻射的偏振方向，控制雙軸膜的慢軸方向?！迓S″對應(yīng)于最高折射率的方向，如在其中nx＞ny＞nz的膜中，慢軸的方向是nx的方向(膜平面中)。例如，可以通過將UV光通過線性偏振片(如市售的染料摻雜的吸收偏振片)實現(xiàn)采用線性偏振UV光的輻照。然后在獲得的雙軸膜中的慢軸方向?qū)?yīng)于偏振片的透射軸方向。通過旋轉(zhuǎn)偏振片，可因此控制慢軸的方向。
圖2圖解描繪與如描述于WO 03/054111中的現(xiàn)有技術(shù)雙軸膽甾膜(A)中螺旋結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有技術(shù)單軸膽甾膜(B)中的螺旋結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的雙軸膽甾膜(C)中的螺旋結(jié)構(gòu)。
圖2A的雙軸膜從包含二向色性光敏引發(fā)劑的可聚合膽甾類材料通過采用線性偏振光的輻照獲得，如描述于WO 03/054111。由于此過程，雙軸膜具有變形的螺旋結(jié)構(gòu)，但不顯示雙折射的局部變化。
可聚合膽甾類材料采用未偏振光的輻照導(dǎo)致膜中雙折射的總體降低和因此導(dǎo)致圖2B所示的光學(xué)單軸膜。
相反地，由根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的圖2C的膜具有均一螺旋(即不如同WO 03/054111中那樣變形)，但具有含有高雙折射的區(qū)域(1)和低雙折射的區(qū)域(2)的周期性變化的雙折射。
根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜具有均一螺旋和圓形的盤形(discotic)折射率橢圓體。
在根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜中，螺旋節(jié)距降低到遠低于可見光波長的數(shù)值，使得僅經(jīng)歷平均方向性折射率。因此，布拉格反射帶在UV中出現(xiàn)，故膜對可見波長的光是透明的和單純地表現(xiàn)為對于這些可見波長的延遲器。
采用此方式可以產(chǎn)生具有光學(xué)雙軸負性C-型對稱性的膽甾膜，它可用作可見光譜中波長的線性偏振光的延遲器。
或者，根據(jù)本發(fā)明的方法可以這樣進行，使得在第一步驟中由采用非偏振光，優(yōu)選非偏振UV光的輻照達到聚合，以固定聚合物螺旋，和在第二步驟中由采用偏振光，優(yōu)選偏振UV光的輻照改變螺旋結(jié)構(gòu)的所選擇部分中的雙折射。
也可以同時進行光反應(yīng)和光致聚合。
作為上下文中描述的光致聚合的替代方式，可聚合手性介晶材料也可以由其它技術(shù)例如熱聚合，根據(jù)或類似于已知方法聚合。
本發(fā)明的另一個目的是上下文中描述的雙軸延遲膜的制備方法，優(yōu)選包括如下步驟的方法A)在襯底上提供包含至少一種光敏化合物，至少一種手性化合物和至少一種可聚合化合物的手性可聚合介晶材料的層，其中這些化合物可以相同或不同，在所述襯底上該材料對準排列成平面取向或任選地被對準排列成平面取向，B)采用線性偏振光，優(yōu)選線性偏振UV光輻照該材料以誘導(dǎo)在該材料的所選擇區(qū)域中的所述一種或多種光敏化合物的光反應(yīng)，C)聚合所述手性介晶材料，D)任選地，從襯底上脫除聚合的材料。
本發(fā)明進一步涉及上述方法，其中步驟C)在步驟B)之前或與步驟B)同時進行。
本發(fā)明進一步涉及可由上下文中描述的方法獲得或由上下文中描述的方法獲得的具有膽甾型結(jié)構(gòu)的雙軸膜。
圖案化的雙軸膜本發(fā)明進一步涉及具有均一螺旋結(jié)構(gòu)和包含至少兩個具有不同雙折射的區(qū)域，或包含由兩個或更多個具有不同雙折射的區(qū)域構(gòu)成的圖案的光學(xué)雙軸膜。雙折射的變化導(dǎo)致膜的不同區(qū)域中延遲的變化。
這樣的膜可以由上文所述方法制備，其中僅將所選擇部分的可聚合混合物暴露于光輻射，如通過使用光掩模，或其中將不同部分的可聚合混合物暴露于不同強度的光輻射，如通過使用含有不同區(qū)域的遮蔽光掩模，該區(qū)域具有不同的光輻射透射率，或通過使用具有可變強度的輻射源。
特別優(yōu)選是根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜，該雙軸膜包含由一個或多個，優(yōu)選一個、兩個或三個具有不同延遲數(shù)值的區(qū)域構(gòu)成的圖案，調(diào)節(jié)該數(shù)值中的每個數(shù)值，使得對于原色紅色、綠色和藍色(R，G，B)中的一種原色的光優(yōu)化它將線性偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光的效率。特別地，該延遲數(shù)值對應(yīng)于各自顏色的波長的四分之一和優(yōu)選如下對于波長為600nm的紅色光，延遲是140-190nm，優(yōu)選145-180nm，非常優(yōu)選145-160nm，最優(yōu)選150nm。
對于波長為550nm的綠色光，延遲是122-152nm，優(yōu)選127-147nm，非常優(yōu)選132-142nm，最優(yōu)選137nm。
對于波長為450nm的藍色光，延遲是85-120nm，優(yōu)選90-115nm，非常優(yōu)選100-115nm，最優(yōu)選112nm。
例如通過改變引起異構(gòu)化的光輻射的強度和/或持續(xù)時間可以改變膜的延遲。優(yōu)選圖案化的雙軸延遲膜由包括如下步驟的方法制備A)在襯底上提供包含至少一種光敏化合物，至少一種手性化合物和至少一種可聚合化合物的手性可聚合介晶材料的層，其中這些化合物可以相同或不同，在所述襯底上該材料對準排列成平面取向或任選地被對準排列成平面取向，B)采用線性偏振光，優(yōu)選線性偏振UV光輻照該材料，使得該材料的所選擇區(qū)域接收不同數(shù)量的UV功率，如通過光掩模，以誘導(dǎo)所述一種或多種光敏化合物的光反應(yīng)，使得所選擇區(qū)域中的光敏化合物以與非選擇區(qū)域中不同的程度顯示光反應(yīng)，C)聚合該手性介晶材料，D)任選地，從襯底上脫除聚合的材料。
根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜可以單獨或與其它延遲膜結(jié)合用作補償器或延遲器，特別用于LCD中的視角補償。
優(yōu)選雙軸膜與選自如下的另外的延遲器結(jié)合使用A-板、C-板和O-板延遲器，或具有平面、垂面、傾斜或斜面結(jié)構(gòu)的各向異性或液晶膜。尤其優(yōu)選雙軸膜與具有傾斜或斜面結(jié)構(gòu)，非常特別優(yōu)選具有斜面結(jié)構(gòu)的至少一個O-板延遲器結(jié)合使用。
因此，本發(fā)明進一步涉及包含上下文中描述的至少一個雙軸延遲膜，和任選地進一步包含具有斜面或傾斜結(jié)構(gòu)的至少一個O-板延遲器的補償器。
可用于根據(jù)本發(fā)明的補償器中的O-板延遲器的合適例子和它們的制造描述于WO 01/20393，該文獻的整個公開內(nèi)容引入本申請作為參考。
單個光學(xué)膜，如偏振片和延遲器，可以層壓在一起，或通過粘合層，例如TAC或DAC(三-或二乙?；w維素)膜連接。
本發(fā)明的另一個目的是包含上下文中描述的至少一個雙軸膜或補償器的液晶顯示器。
尤其優(yōu)選液晶顯示器件包含如下元件-由如下部分形成的液晶盒含有彼此相對的表面的兩個透明襯底，在該兩個透明襯底中的至少一個襯底的內(nèi)側(cè)上提供并任選地在上面疊置有對準層的電極層，和在這兩個透明襯底之間存在的液晶介質(zhì)，-布置在該透明襯底外側(cè)的偏振片，或?qū)⒃撘r底夾入中間的一對偏振片，和-位于液晶盒和該偏振片中的至少一個偏振片之間的根據(jù)本發(fā)明的至少一個雙軸膜或補償器，以上元件可以分隔開，層疊，安裝在彼此的頂部上或通過粘合層以這些組裝措施的任何組合連接。
根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜和補償器可用于補償常規(guī)顯示器，特別地TN(扭轉(zhuǎn)向列型)，HTN(高度扭轉(zhuǎn)向列型)或STN(超扭轉(zhuǎn)向列型)模式的那些，用于AMD-TN(有源矩陣驅(qū)動的TN)顯示器中，用于IPS(平面內(nèi)切換)模式的顯示器中，它也稱為′超TFT′顯示器，用于DAP(對準相的變形)或VA(垂直對準排列)模式的顯示器，如ECB(電控雙折射)，CSH(顏色超垂面)，VAN或VAC(垂直對準排列的向列或膽甾型)顯示器，MVA(多域垂直對準排列)顯示器中，用于彎曲模式顯示器或混雜類型顯示器，如OCB(光學(xué)補償彎曲盒或光學(xué)補償雙折射)，R-OCB(反射OCB)，HAN(混雜對準排列向列型)或π-盒顯示器中，此外用于半透半反射式(transflective)顯示器。
在下文中描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的補償顯示器。
使用用于分層各向異性介質(zhì)的Berreman 4×4矩陣方法進行以下所述的計算機模擬。
扭轉(zhuǎn)向列型(TN)模式圖3A和3B顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的補償TN顯示器，該顯示器包含具有在關(guān)閉狀態(tài)下采用扭轉(zhuǎn)向列型取向的向列型液晶混合物的LC盒，在盒的每個側(cè)面上的包含平面A-板，(單軸)負性C-板和斜面O-板的補償器，和將盒和補償器夾入中間的兩個偏振片，它們的偏振軸以直角交叉。
圖3C例示顯示根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案的補償TN顯示器，其中與圖3A和3B比較，補償器包含根據(jù)本發(fā)明的單一雙軸負性C膜代替單獨的A-板和負性C-板延遲器。
計算機模擬顯示，在某些配置中，圖3C所示的補償器顯著改進TN顯示器的光學(xué)工作性能。補償器配置依賴于波導(dǎo)模式(O-模式或E-模式)和斜面雙軸膜的相對位置。建模也顯示，采用包含單一雙軸膜加上斜面膜的根據(jù)圖3C的補償器達到的光學(xué)工作性能可以顯著好于采用包含與斜面膜按順序?qū)盈B的單獨的A-和負性C-板的根據(jù)圖3A或3B的補償器達到的光學(xué)工作性能。
在例如圖3C中顯示的補償層疊體中，本發(fā)明的雙軸膜的方向性折射率的比例比它們的大小更重要。例如，在nx＝1.65，ny＝1.60和nz＝1.50的雙軸膜的情況下，采用膜厚度1200nm達到優(yōu)異的對比度。
然而，例如也可以按因數(shù)降低平面內(nèi)和平面外各向異性(Δnyz和Δnxy)，和將膜厚度乘以相同的因數(shù)，以獲得具有基本上相同的光學(xué)工作性能的膜。此方法可適用于根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜。
多域垂直對準排列(MVA)模式計算機模擬顯示，MVA模式的顯示器可以使用負性C-板和A-板補償以在所有的觀察方向上達到10∶1對比率直到80°的角度。此類型的補償也改進顏色工作性能，降低軸外色偏(colour washout)。
圖4A顯示補償MVA顯示器，該顯示器包含具有在關(guān)閉狀態(tài)下采取垂面取向的向列型液晶混合物的LC盒，在LC盒一側(cè)上的包含平面A-板加上(單軸)負性C-板的補償器，和將盒和補償器夾入中間的兩個偏振片，它們的偏振軸以直角交叉。
圖4B例示顯示根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施方案的補償MVA顯示器，該顯示器包含垂面LC盒和在LC盒一側(cè)上的夾入兩個交叉偏振片之間的根據(jù)本發(fā)明的雙軸負性C膜。
如先前所述，負性C-板和A-板(平面膜)的組合可以近似為雙軸負性C膜。單一雙軸負性C膜向圖4B所示的MVA模式的顯示器中的應(yīng)用令人驚奇地導(dǎo)致與圖4A中所示的單獨施加的膜相比改進的對比度。
OCB或π-盒模式圖5A顯示補償OCB模式顯示器，該顯示器包含含有在關(guān)閉狀態(tài)下采用標準OCB構(gòu)型(沿面(homogeneous)邊緣對準排列和彎曲結(jié)構(gòu))的向列型液晶混合物的LC盒，在LC盒每一側(cè)上的包含平面A-板加上(單軸)負性C-板的補償器，和將盒和補償器夾入中間的兩個偏振片，它們的偏振軸以直角交叉。
圖5B例示顯示根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施方案的補償OCB顯示器，該顯示器包含具有彎曲結(jié)構(gòu)的LC盒，在LC盒每一側(cè)上的夾入兩個交叉偏振片中間的根據(jù)本發(fā)明的雙軸負性C膜。
計算機模擬顯示，圖5B所示的單一雙軸負性C膜可用于替代圖5A所示的單獨A-板和負性C-板，以得到可比的光學(xué)工作性能，同時降低層疊體中不同膜的數(shù)目。
盒內(nèi)用途在進一步優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜用作不在顯示器的可切換LC盒外側(cè)，但在襯底，通常玻璃襯底之間的LCD中的光學(xué)延遲膜，所述襯底形成可切換LC盒和包含可切換LC介質(zhì)(盒內(nèi)應(yīng)用)。
與其中光學(xué)延遲器通常布置在LC盒和偏振片之間的常規(guī)顯示器相比，光學(xué)延遲膜的盒內(nèi)應(yīng)用具有幾個優(yōu)點。例如，其中光學(xué)膜在形成LC盒的玻璃襯底外側(cè)連接的顯示器通常遭遇經(jīng)歷視差問題，它可嚴重損害視角性能。如果延遲膜在LC顯示器盒內(nèi)部制備，則這些視差問題可以降低或甚至避免。
此外，光學(xué)延遲膜的盒內(nèi)應(yīng)用允許降低LCD器件的總厚度，它對于平板顯示器是重要優(yōu)點。同樣，顯示器變得更堅固。對于盒內(nèi)應(yīng)用特別有利的是包含根據(jù)本發(fā)明的聚合LC材料的膜，因為由于例如與拉伸塑料膜相比該LC材料的更高雙折射，它可以被制得更薄。因此，可以使用厚度為2微米或更小的膜，它特別適于盒內(nèi)應(yīng)用。
因此，本發(fā)明進一步涉及LCD，該LCD包含-由如下部分形成的液晶盒兩個平面平行的襯底，它們中的至少一個襯底對入射光是透明的，在該兩個透明襯底中的至少一個襯底的內(nèi)側(cè)上提供并任選地在上方疊置有對準層的電極層，和在這兩個襯底之間存在并可以通過施加電場而在至少兩個不同狀態(tài)之間切換的液晶介質(zhì)，-在液晶盒的第一側(cè)面上的第一線性偏振片，-任選地，在液晶盒的第二側(cè)面上的第二線性偏振片，其特征在于它包含布置在該液晶盒的兩個平面平行的襯底之間的如上下文中描述的至少一個雙軸膜。
根據(jù)此實施方案的優(yōu)選LCD包含-包含如下元件的液晶(LC)盒-彼此平面平行的第一和第二襯底，其中的至少一個襯底對入射光是透明的，-在該襯底之一上非線性電氣元件的陣列，它可用于單個切換該LC盒的單個象素，該元件優(yōu)選是有源元件如晶體管，非常優(yōu)選TFT，-在該襯底之一上，優(yōu)選在與帶有非線性元件陣列的襯底相對的且具有由不同的象素構(gòu)成的圖案的襯底上提供的彩色濾光片陣列，該象素透射原色紅色、綠色和藍色(R，G，B)中的一種原色，該彩色濾光片任選地由平面化層覆蓋，-在該第一襯底內(nèi)側(cè)上提供的第一電極層，-任選地，在該第二襯底內(nèi)側(cè)上提供的第二電極層，-任選地，在該第一和第二電極上提供的第一和第二對準層，
-可以通過施加電場而在至少兩個不同取向之間切換的LC介質(zhì)，-在LC盒的第一側(cè)面上的第一(或′前′)線性偏振片，-任選地，在LC盒的第二側(cè)面上的第二(或′后′)線性偏振片，和-如上下文中描述的至少一個雙軸膜，其特征在于該雙軸膜位于LC盒的第一和第二襯底之間，優(yōu)選在彩色濾光片和液晶介質(zhì)之間，非常優(yōu)選在彩色濾光片和該電極層之一之間，或如果存在平面化層，則在平面化層和該電極層之一之間。根據(jù)此優(yōu)選實施方案的LCD例示描繪于圖6A，它包含兩個襯底(11a，11b)，TFT陣列(12)，彩色濾光片陣列(13a)，任選地平面化層(13b)，電極層((14)和任選的(15))，任選地兩個對準層(16a，16b)，LC介質(zhì)(17)，和布置在平面化層和LC介質(zhì)之間和任選地在另一個對準層(16c)上提供的根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜(4)。依賴于顯示器模式而定，平面化層(13a)，對準層(16a)和/或(16b)，和電極層(14)和(15)之一也可以省略。優(yōu)選，對準層(16c)在光學(xué)延遲膜(4)和平面化層(13b)之間存在。
雙軸膜(4)也可以直接(即不存在中間層)而布置在彩色濾光片陣列(13a)上而不存在平面化層(13b)，使得光學(xué)延遲膜用作平面化層。光學(xué)延遲膜(4)也可以布置在彩色濾光片陣列(13a)和平面化層(13b)之間。優(yōu)選，對準層(16c)在光學(xué)延遲膜(4)和彩色濾光片(13a)之間存在。
尤其優(yōu)選，雙軸膜(4)直接在彩色濾光片(13a)或平面化層(13b)的頂部上在顯示器盒內(nèi)部制備，即任選地由對準層覆蓋的彩色濾光片或平面化層用作LC膜制備用的襯底。
第一和第二偏振片可以在LC盒外側(cè)施加，使得它們中間夾入LC盒?；蛘?，一個或兩個偏振片都可以在LC盒內(nèi)側(cè)施加，使得它們中間夾入LC介質(zhì)。例如，在圖6B所示的顯示器中，將兩個偏振片(18)和(19)在形成LC盒的襯底(11a，11b)的內(nèi)表面上施加。理想地，在施加彩色濾光片或TFT之前將偏振片直接施加到襯底的內(nèi)表面上。
對于盒內(nèi)使用尤其合適和優(yōu)選的是，包含聚合或交聯(lián)的液晶材料的線性偏振片，該液晶材料包含二向色性染料，例如在EP 0 397 263A或EP 1 132 450 A中所述。
作為彩色濾光片(13a)，可以使用現(xiàn)有技術(shù)中已知用于平板顯示器中的任何標準彩色濾光片。這樣的彩色濾光片典型地具有由透射原色紅色、綠色和藍色(R，G，B)中的一種原色的不同象素構(gòu)成的圖案。
尤其優(yōu)選是多路傳輸?shù)幕蚓仃囷@示器，非常優(yōu)選有源矩陣顯示器。
另一個優(yōu)選的實施方案涉及含有具有三種不同延遲的區(qū)域或象素構(gòu)成的圖案的雙軸膜，這些區(qū)域中的延遲數(shù)值被調(diào)節(jié)使得對于顏色R、G和B中的一種顏色優(yōu)化每個區(qū)域或象素中將線性偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光的效率，和優(yōu)選布置在彩色濾光片上，使得彩色濾光片中的每個R-，G-或B-象素由具有對于此顏色優(yōu)化的延遲的雙軸膜的對應(yīng)象素覆蓋。
例如，可以構(gòu)造具有延遲大約為112nm，137nm和150nm的三種類型象素的象素化雙軸QWF，所述象素分別對應(yīng)于彩色濾光片的在450nm的藍色(B)象素，在550nm的綠色(G)象素和在600nm的紅色(R)象素的波長的大約四分之一。象素化HWF可以類似地制備。相反地，未象素化膜僅提供對于顯示器所有區(qū)域的平均均一性能。
代替或除RGB-圖案以外，雙軸膜也可具有由如下區(qū)域構(gòu)成的圖案具有QWF(或HWF)延遲的區(qū)域和具有另一種延遲，如零延遲的區(qū)域。這樣的圖案化膜特別適于用作圖案化半透半反射式顯示器，如鏡中孔(hole-in-mirror)類型半透半反射式顯示器的補償器，如描述于WO 03/019276 A2或描述于van der Zande等人，SID Digest 14.2，2003，第194-197頁，S.Roosendaal等人，SID Digest 8.1，2003，第78-81頁和M.Kubo等人，Proceedings of IDW 1999，第183-186頁。
也可以使用根據(jù)本發(fā)明的未圖案化雙軸膜用于例如為VA或MVA類型的LCD中作為盒內(nèi)膜，典型地具有延遲為25-60nm。
在本發(fā)明和上述的優(yōu)選實施方案中，A-板優(yōu)選是具有平面結(jié)構(gòu)的聚合的液晶材料的膜。負性C-板優(yōu)選是具有短節(jié)距膽甾結(jié)構(gòu)和UV范圍內(nèi)的反射的聚合的液晶材料的膜。O-板優(yōu)選是具有斜面結(jié)構(gòu)的聚合的液晶材料的膜。然而，也可以使用從現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它A-板，C-板和O-板延遲器。合適的膜例如公開于US 5,619,352或WO 01/20393。
根據(jù)本發(fā)明的雙軸膜可以從可聚合手性液晶材料制備，該液晶材料被開發(fā)以允許混合物的反射波長低于通常用于聚合的光的波長(典型地約365nm)和能夠?qū)崿F(xiàn)雙折射的局部變化。這例如由如下方式達到加入具有高扭轉(zhuǎn)和/或采用高數(shù)量的一種或多種手性組分以推動布拉格反射帶進入UV，和加入一種或多種光敏化合物。
此外，根據(jù)本發(fā)明的混合物和材料允許使膜生產(chǎn)工藝適于在塑料襯底上制造，其中固化時間短于5分鐘，這特別適于大量生產(chǎn)?？删酆喜牧蟽?yōu)選是具有手性近晶型或手性向列型(膽甾型)LC相或具有藍色相的液晶(LC)材料。合適的近晶型材料包括例如具有手性近晶型C相的LC材料。
尤其優(yōu)選，可聚合材料是膽甾型LC(CLC)材料。優(yōu)選它包含一種或多種非手性可聚合介晶化合物和至少一種手性化合物。手性化合物可以選自非可聚合的手性化合物，如用于液晶混合物或器件中的手性摻雜劑，可聚合手性非介晶或可聚合手性介晶化合物。尤其優(yōu)選具有高螺旋扭轉(zhuǎn)力的手性摻雜劑，這是由于它們導(dǎo)致短節(jié)距CLC混合物，即使以低數(shù)量使用也如此。
尤其優(yōu)選手性可聚合介晶材料，該介晶材料包含a)含有至少一個可聚合基團的至少一種可聚合介晶化合物，b)至少一種手性化合物，該化合物也可以是可聚合和/或介晶型的，且可以是組分a)和/或c)的化合物中的一種化合物或另外的化合物，c)至少一種光敏化合物，它也可以是可聚合和/或介晶型的，且可以是組分a)和/或b)的化合物中的一種化合物或另外的化合物，和任選地包含如下組分中的一種或多種組分d)含有一個、兩個或更多個可聚合基團的一種或多種非介晶化合物，
e)一種或多種光敏引發(fā)劑，f)在該材料被光致聚合的情況下，在用于引發(fā)光致聚合的波長下顯示吸收最大值的一種或多種染料，g)一種或多種鏈轉(zhuǎn)移劑，h)一種或多種表面活性化合物。
上下文中描述的手性可聚合介晶和LC材料是本發(fā)明的另一個目的。
優(yōu)選非手性和手性化合物含有不同數(shù)目的可聚合基團。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，可聚合材料包含至少一種二或多官能手性可聚合介晶化合物和至少一種單、二或多官能非手性可聚合介晶化合物。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，可聚合材料包含至少一種單官能手性可聚合介晶化合物和至少一種單、二或多官能非手性可聚合介晶化合物。
在另一個優(yōu)選的實施方案中，可聚合材料包含至少一種非可聚合的手性化合物和至少一種單、二或多官能可聚合介晶化合物。
如果二或多官能可聚合化合物在可聚合材料中存在，則形成聚合物網(wǎng)絡(luò)。由這樣的網(wǎng)絡(luò)組成的光學(xué)延遲膜是自支撐的和顯示高機械和熱穩(wěn)定性和它的物理和光學(xué)性能的低的溫度依賴性。
通過改變二或多官能化合物的濃度，聚合物膜的交聯(lián)點密度和因此改變它的物理和化學(xué)性能如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對于光學(xué)延遲膜的光學(xué)性能的溫度依賴性也是重要的，可以容易地調(diào)節(jié)熱和機械穩(wěn)定性或耐溶劑性。
優(yōu)選的可聚合LC混合物包含-0-80％，優(yōu)選5-50％含有兩個或更多個可聚合基團的一種或多種非手性介晶化合物，-0-80％，優(yōu)選5-50％含有一個可聚合基團的一種或多種非手性介晶化合物，-1-80％，優(yōu)選5-50％一種或多種可聚合手性介晶化合物和/或0.1-20％一種或多種非可聚合的手性化合物，其也可以是介晶型的，-5-100％優(yōu)選含有一個或兩個可聚合基團的一種或多種光敏介晶化合物，-0-15％，優(yōu)選0.01-10％，非常優(yōu)選0.05-5％一種或多種光敏引發(fā)劑，-0-10％一種或多種鏈轉(zhuǎn)移劑，-0-5％一種或多種非可聚合的或單官能、二或多官能的可聚合表面活性劑。
尤其優(yōu)選是棒狀或板狀介晶或液晶化合物。
用于本發(fā)明的可聚合介晶單、二或多官能可聚合化合物可以由如下方法制備該方法是自身已知的和描述于，例如有機化學(xué)標準著作，例如Houben-Weyl，Methoden der organischen Chemie(有機化學(xué)方法)，Thieme出版社，Stuttgart。
可用作根據(jù)本發(fā)明的可聚合LC混合物中的單體或共聚單體的合適的可聚合介晶化合物的例子例如公開于WO 93/22397，EP 0 261 712，DE 195 04 224，WO 95/22586，WO 97/00600和GB 2 351 734。然而，這些文獻中公開的化合物僅應(yīng)視為是不應(yīng)限制本發(fā)明范圍的例子。
尤其有用的手性和非手性可聚合介晶化合物的例子見下面的列表，然而，該列表僅應(yīng)視為是舉例說明性的和決不希望限制本發(fā)明，反而是解釋本發(fā)明
在以上通式中，P是可聚合基團，優(yōu)選丙烯?；?、甲基丙烯?；?、乙烯基、乙烯氧基、丙烯基醚、環(huán)氧基、氧雜環(huán)丁烷或苯乙烯基，x和y是1-12的相同或不同的整數(shù)，A是任選地被L1單、二或三取代的1，4-亞苯基，或1，4-亞環(huán)己基，u和v彼此獨立地是0或1，Z0和X0彼此獨立地是-O-，-S-，-COO-，-OCO-，-O-COO-，NR′-CO-NR′-，-O-CO-NR′-，NR′-COO-，-CH2CH2-，-CH＝CH-，-C≡C-或單鍵，R′是H或1-6個C原子的烷基，R0是極性基團或非極性基團，Ter是萜類化合物殘基如_基，Chol是膽甾烯基，L，L1和L2彼此獨立地是H，F(xiàn)，Cl，CN或1-7個C原子的任選鹵化的烷基、烷氧基、烷基羰基、烷基羰氧基、烷氧基羰基或烷氧基羰氧基，和r是0，1，2，3或4。以上通式中的苯基環(huán)任選地被1，2，3或4個基團L取代。
在此上下文中的術(shù)語′極性基團′表示選自如下的基團F，Cl，CN，NO2，OH，OCH3，OCN，SCN，最多至4個C原子的任選氟化的烷基羰基，烷氧基羰基，烷基羰氧基或烷氧基羰氧基，或1-4個C原子的單、低或多氟化的烷基或烷氧基。術(shù)語′非極性基團′表示1或多個，優(yōu)選1-12個C原子的任選鹵化的烷基，烷氧基，烷基羰基，烷氧基羰基，烷基羰氧基或烷氧基羰氧基，它未被′極性基團′的以上定義覆蓋。
合適的手性摻雜劑可以選自例如市售R-或S-811，R-或S-1011，R-或S-2011，R-或S-3011，R-或S-4011，R-或S-5011，或CB 15(購自Merck KGaA，Darmstadt，德國)。非常優(yōu)選是具有高螺旋扭轉(zhuǎn)力(HTP)的手性化合物，特別地如描述于WO 98/00428中的包含山梨醇基團的化合物，如描述于GB 2,328,207中的包含氫化苯偶姻基團的化合物，如描述于WO 02/94805中的手性聯(lián)萘衍生物，如描述于WO 02/34739中的手性聯(lián)萘酚縮醛衍生物，如描述于WO 02/06265中的手性TADDOL衍生物，和如描述于WO 02/06196和WO 02/06195中的含有至少一個氟化連接基團和末端或中心手性基團的手性化合物。
合適的光反應(yīng)性或光敏化合物是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。這些例如是在光輻照時顯示光致異構(gòu)化，光致弗利斯重排或2+2-環(huán)加成或另一種光致降解過程的化合物。尤其優(yōu)選可光致異構(gòu)化的化合物。這些化合物的例子包括偶氮苯、苯甲醛肟、偶氮甲堿、茋、螺吡喃、spirooxadine，俘精酸酐，二芳基乙烯，肉桂酸酯。進一步的例子是例如在EP 1 247796中描述的2-亞甲基茚滿-1-酮，和例如在EP 1 247 797中描述的(雙)芐叉-環(huán)烷酮。
尤其優(yōu)選LC材料包含一種或多種肉桂酸酯，特別地例如公開于GB 2 314 839，EP 03007236.7，US 5,770,107或EP 02008230.1和它們的對應(yīng)專利中的可聚合介晶或液晶肉桂酸酯。非常優(yōu)選LC材料包含選自如下通式的一種或多種肉桂酸酯
其中P，A，L和v具有以上給出的含義，Sp是間隔基團，例如1-12個C原子的亞烷基，亞烷基氧基，亞烷基-羰基，亞烷基氧基-羰基，亞烷基-羰氧基或亞烷基氧基-羰氧基，或單鍵，和R具有以上定義的R0的含義或表示P-Sp。
尤其優(yōu)選包含以上定義的極性端基R0的肉桂酸酯RM。非常優(yōu)選通式I和II的肉桂酸酯RM，其中R是極性基團R0。
進一步優(yōu)選是手性可聚合肉桂酸酯，例如描述于GB 2 314 839或EP 03007236.7中的手性山梨醇肉桂酸酯或例如描述于US5,770,107中的包含手性基團的肉桂酸酯。
用于引起在LC材料中的光反應(yīng)的光輻射依賴于光敏化合物的類型，和可以容易地由本領(lǐng)域技術(shù)人員選擇。通常，優(yōu)選顯示由UV輻射誘導(dǎo)的光反應(yīng)的化合物。例如，對于肉桂酸酯化合物，如通式III，IV和V的那些，典型地使用波長在UV-A范圍(320-400nm)內(nèi)或波長為365nm的UV輻射。
為制備膽甾型膜，將可聚合LC材料優(yōu)選涂覆到襯底上，對準排列成均一取向并聚合以永久固定膽甾結(jié)構(gòu)。作為襯底，例如可以使用玻璃或石英片材或塑料膜或片材。也可以在聚合之前和/或期間和/或之后在涂覆的混合物頂部上放置第二襯底。襯底可以在聚合之后脫除或不脫除。當在通過光化輻射固化的情況下使用兩個襯底時，至少一個襯底必須對于用于聚合的光化輻射是透射性的。可以使用各向同性或雙折射襯底。在聚合之后不將襯底從聚合的膜脫除的情況下，優(yōu)選使用各向同性襯底。
優(yōu)選至少一個襯底是塑料襯底，例如如下物質(zhì)的膜聚酯，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚乙烯醇(PVA)，聚碳酸酯(PC)或三乙?；w維素(TAC)，尤其優(yōu)選PET膜或TAC膜。作為雙折射襯底，例如可以使用單軸拉伸塑料膜。例如PET膜可從DuPont Teijin Films以商品名Melinex_購得。
可以通過常規(guī)涂覆技術(shù)，如旋涂或刮板涂覆，將可聚合LC材料施加到襯底上。也可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)印刷技術(shù)，例如絲網(wǎng)印刷、膠版印刷、卷到卷印刷、凸版印刷、照相凹版印刷、輪轉(zhuǎn)凹版印刷、柔性版印刷、雕刻凹版印刷、凹版移印、熱封印刷、噴墨打印或借助印?；蛴“娴挠∷⑺┘拥揭r底上。
也可以在合適的溶劑中溶解可聚合介晶材料。然后將此溶液涂覆或印刷到襯底上，例如由旋涂或印刷或其它已知技術(shù)，和在聚合之前蒸發(fā)掉溶劑。在大多數(shù)情況下合適的是加熱混合物以促進溶劑的蒸發(fā)。作為溶劑，可以使用例如標準有機溶劑。溶劑例如可以選自酮，如丙酮、甲乙酮、甲基丙基酮或環(huán)己酮，乙酸酯，如乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丁酯或乙酰乙酸甲酯，醇，如甲醇、乙醇或異丙醇，芳族溶劑，如甲苯或二甲苯，鹵代烴，如二或三氯甲烷，二醇或它們的酯，如PGMEA(丙基乙二醇單甲基醚乙酸酯)，γ-丁內(nèi)酯等。也可以使用以上溶劑的二元、三元或更多元混合物。
LC材料的聚合優(yōu)選通過將它暴露于熱量或光化輻射下而實現(xiàn)。光化輻射表示采用光，如UV光、IR光或可見光的輻照，采用X射線或γ射線的輻照，或采用高能粒子，如離子或電子的輻照。優(yōu)選聚合由光輻照，特別地采用UV光，非常優(yōu)選采用線性偏振UV光進行。作為光化輻射源，例如可以使用單一UV燈或一套UV燈。當使用高燈功率時，可以降低固化時間。另一種可能的光輻射源是激光器，如UV激光器，IR激光器或可見光激光器。
聚合優(yōu)選在光化輻射的波長下吸收性引發(fā)劑存在下進行。例如，當通過UV光致聚合時，可以使用在UV輻照下分解以產(chǎn)生引發(fā)聚合反應(yīng)的自由基或離子的光敏引發(fā)劑。優(yōu)選是UV光敏引發(fā)劑，特別是自由基型UV光敏引發(fā)劑。
優(yōu)選可聚合混合物包含一種或多種常規(guī)或液晶光敏引發(fā)劑。作為用于自由基聚合的標準光敏引發(fā)劑，例如可以使用市售Irgacure_651，Irgacure_184，Darocure_1173或Darocure_4205(都購自Ciba Geigy AG)，而在陽離子光致聚合的情況下可以使用市售UVI6974(Union Carbide)。
固化時間尤其依賴于可聚合材料的反應(yīng)性，涂覆層的厚度，聚合引發(fā)劑的類型和UV燈的功率。根據(jù)本發(fā)明的固化時間優(yōu)選不長于10分鐘，特別優(yōu)選不長于5分鐘和非常特別地優(yōu)選短于2分鐘。對于大量生產(chǎn)優(yōu)選3分鐘或更短，非常優(yōu)選1分鐘或更短，特別地30秒或更短的短固化時間。
可聚合LC材料可另外包含一種或多種其它合適的組分，例如催化劑，敏化劑，穩(wěn)定劑，鏈轉(zhuǎn)移劑，抑制劑，促進劑，共反應(yīng)單體，表面活性化合物，潤滑劑，濕潤劑，分散劑，疏水劑，粘合劑，流動改進劑，消泡劑，脫氣劑，稀釋劑，反應(yīng)性稀釋劑，助劑，著色劑，染料或顏料。
混合物也可包含具有的吸收最大值調(diào)節(jié)到用于聚合的輻射的波長的一種或多種染料，特別地UV染料如4，4′-氧化偶氮基苯甲醚或市售Tinuvin(購自Ciba AG，Basel，瑞士)。
在另一個優(yōu)選的實施方案中，可聚合材料的混合物包含最多至70％，優(yōu)選1-50％的含有一個可聚合官能團的一種或多種非介晶化合物。典型的例子是丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯。
為增加聚合物的交聯(lián)，也可替代或除二或多官能可聚合介晶化合物以外，還將最多至20％含有兩個或更多個可聚合官能團的一種或多種非介晶化合物加入到可聚合LC材料中以增加聚合物的交聯(lián)。二官能非介晶單體的典型例子是含有具有1-20個C原子的烷基的二丙烯酸烷基酯或二甲基丙烯酸烷基酯。多官能非介晶單體的典型例子是三甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或季戊四醇四丙烯酸酯。
也可以將一種或多種鏈轉(zhuǎn)移劑加入到可聚合材料中以改進本發(fā)明聚合物膜的物理性能。尤其優(yōu)選是硫醇化合物，如單官能硫醇化合物，如十二烷硫醇或多官能硫醇化合物，如三甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯)，非常優(yōu)選例如公開于WO 96/12209，WO 96/25470或US 6,420,001中的介晶或液晶硫醇化合物。當加入鏈轉(zhuǎn)移劑時，可以控制在本發(fā)明聚合物膜中游離聚合物鏈的長度和/或兩個交聯(lián)點之間的聚合物鏈長度。當增加鏈轉(zhuǎn)移劑的數(shù)量時，獲得的聚合物膜中聚合物鏈長度降低。
為制備膽甾型膜，必須實現(xiàn)手性可聚合材料的平面對準排列，即其中螺旋軸基本上垂直于膜的平面取向。平面對準排列例如可以通過剪切該材料，如通過刮刀剪切該材料而實現(xiàn)。也可以在所述襯底中的至少一個襯底的頂部上施加對準層，例如摩擦的聚酰亞胺或濺射的SiOx的層。平面對準排列也可以通過摩擦襯底而不施加另外的對準層，如通過摩擦布或摩擦輥實現(xiàn)。采用低傾斜角的平面對準排列也可以通過將一種或多種表面活性劑加入到可聚合介晶材料中實現(xiàn)。合適的表面活性劑例如描述于J.Cognard，Mol.Cryst.Liq.Cryst.78，Supplement 1，1-77(1981)。特別優(yōu)選是非離子表面活性劑，如非離子氟碳表面活性劑，如市售Fluorad_(購自3M)，或Zonyl FSN_(購自DuPont)，或公開于EP 1 256 617 A1中的可聚合表面活性劑。進一步優(yōu)選是公開于GB 2 383 040 A中的多嵌段表面活性劑。
在一些情況下有利的是施加第二襯底以輔助對準排列和排除可能抑制聚合的氧?；蛘?，固化可以在惰性氣體氣氛下進行。然而，使用合適的光敏引發(fā)劑和高UV燈功率時，在空氣中的固化也是可能的。當使用陽離子光敏引發(fā)劑時，最經(jīng)常不需要排除氧，而應(yīng)當排除水。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，可聚合材料的聚合在惰性氣體氣氛下，優(yōu)選在氮氣氣氛下進行。
權(quán)利要求
1.光學(xué)雙軸膜，其特征在于它包含具有螺旋扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和均一螺旋的各向異性材料并反射波長小于400nm的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的膜，其特征在于它具有在螺旋軸的方向上周期性變化的局部雙折射。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2中至少一項的膜，其具有膜平面中的正交方向上的主折射率nx和ny和垂直于膜平面的nz，其特征在于nx≠ny≠nz，且nx、ny＞nz。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1-3中至少一項的膜，其特征在于它對于波長為380-780nm的光是基本上透明的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1-4中至少一項的膜，其特征在于它包含交聯(lián)的膽甾類材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1-5中至少一項的膜，其特征在于它具有由不同區(qū)域構(gòu)成的圖案，該不同區(qū)域具有不同的光學(xué)延遲數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1-6中至少一項的膜，其特征在于它可以由包括如下步驟的方法獲得A)在襯底上提供包含至少一種光敏化合物，至少一種手性化合物和至少一種可聚合化合物的手性可聚合介晶材料的層，其中這些化合物可以相同或不同，在所述襯底上該材料對準排列成平面取向或非必要地被對準排列成平面取向，B)采用線性偏振光輻照該材料以誘導(dǎo)在該材料的選擇區(qū)域中的所述一種或多種光敏化合物的光反應(yīng)，C)聚合該手性介晶材料，D)非必要地，從襯底上脫除聚合的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1-7中至少一項的膜，其特征在于它可以從手性可聚合介晶材料獲得，該材料包含a)含有至少一個可聚合基團的至少一種可聚合介晶化合物，b)至少一種手性化合物，該化合物也可以是可聚合和/或介晶型的，和可以是組分a)和/或c)的化合物中的一種化合物或另外的化合物，c)至少一種光敏化合物，它也可以是可聚合和/或介晶型的，和可以是組分a)和/或b)的化合物中的一種化合物或另外的化合物，和非必要地包含如下組分中的一種或多種組分d)含有一個、兩個或更多個可聚合基團的一種或多種非介晶化合物，e)一種或多種光敏引發(fā)劑，f)在該材料被光致聚合的情況下，在用于引發(fā)光致聚合的波長下顯示吸收最大值的一種或多種染料，g)一種或多種鏈轉(zhuǎn)移劑，h)一種或多種表面活性化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7或8的膜，其中可聚合材料包含至少一種單官能手性可聚合介晶化合物和至少一種單、二或多官能非手性可聚合介晶化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7或8的膜，其中可聚合材料包含至少一種二或多官能手性可聚合介晶化合物和至少一種單、二或多官能非手性可聚合介晶化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7或8的膜，其中可聚合材料包含至少一種非可聚合的手性化合物和至少一種單、二或多官能非手性可聚合介晶化合物。
12.制備根據(jù)權(quán)利要求
7-11中至少一項的膜的方法。
13.手性可聚合介晶材料，其如權(quán)利要求
7-11中至少一項中所定義。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1-11中至少一項的膜用作光學(xué)器件如液晶顯示器中的延遲或補償膜的用途。
15.補償器，其包含至少一個根據(jù)權(quán)利要求
1-11中至少一項的膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的補償器，其進一步包含具有斜面或傾斜結(jié)構(gòu)的至少一個延遲膜。
17.液晶顯示器，其包含至少一個根據(jù)權(quán)利要求
1-11中至少一項的膜或根據(jù)權(quán)利要求
15或16的補償器。
18.液晶顯示器，其包含如下元件-由如下部分形成的液晶盒具有彼此相對的表面的兩個透明襯底，在該兩個透明襯底中的至少一個襯底的內(nèi)側(cè)上提供和非必要地在上方疊置有對準層的電極層，和在這兩個透明襯底之間存在的液晶介質(zhì)，-布置在該透明襯底外側(cè)的偏振片，或?qū)⒃撘r底夾入中間的一對偏振片，和-位于液晶盒和該偏振片中的至少一個偏振片之間的根據(jù)權(quán)利要求
1-16中至少一項的至少一個雙軸膜或補償器，以上元件可以分隔開，層疊，安裝在彼此的頂部上，或通過粘合層以這些組裝方式的任何組合連接。
19.液晶顯示器，其包含-包含如下元件的液晶(LC)盒-彼此平面平行的第一和第二襯底，其中的至少一個襯底對入射光是透明的，-在該襯底之一上非線性電氣元件的陣列，它可用于單個切換該LC盒的單個象素，該元件優(yōu)選是有源元件，如晶體管，非常優(yōu)選TFT，-在該襯底之一上，優(yōu)選在與帶有非線性元件陣列的襯底相對的且具有由不同象素構(gòu)成的圖案的襯底上提供的彩色濾光片陣列，該象素透射原色紅色、綠色和藍色(R，G，B)中的一種原色，該彩色濾光片非必要地被平面化層覆蓋，-在該第一襯底內(nèi)側(cè)上提供的第一電極層，-非必要地，在該第二襯底內(nèi)側(cè)上提供的第二電極層，-非必要地，在該第一和第二電極上提供的第一和第二對準層，-可以通過施加電場而在至少兩個不同取向之間切換的LC介質(zhì)，-在LC盒的第一側(cè)面上的第一(或′前′)線性偏振片，-非必要地，在LC盒的第二側(cè)面上的第二(或′后′)線性偏振片，和-根據(jù)權(quán)利要求
1-16中至少一項的至少一個雙軸膜或補償器，其特征在于該雙軸膜或補償器位于LC盒的第一和第二襯底之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求
17-19中至少一項的液晶顯示器，其特征在于它是TN(扭轉(zhuǎn)向列型)，OCB(光學(xué)補償彎曲)，π-盒，VA(垂直對準排列)或MVA(多域垂直對準排列)模式的顯示器或半透半反射式顯示器。
專利摘要
本發(fā)明涉及包含各向異性材料的光學(xué)雙軸膜，該各向異性材料具有均一的螺旋扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和反射波長小于400nm，涉及用于制備它的方法和材料，涉及它用作光學(xué)器件如液晶顯示器中的延遲或補償膜的用途，和涉及包含這樣的雙軸膜的補償器和液晶顯示器。
文檔編號G02F1/13GK1993448SQ200580026099
公開日2007年7月4日 申請日期2005年6月15日
發(fā)明者M·維羅爾, K·斯萊尼, O·L·帕里尼, R·哈丁, S·A·馬登 申請人:默克專利股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan