包含蓝相液晶的光学组件和制造这样的光学组件的方法技术

本发明专利技术涉及光学组件(1)，其包含第一层(10)、第二层(20)和夹在所述第一和第二层之间的主体(50)，其中‑所述主体由包含蓝相(56)液晶材料(55)的组合物形成，‑第一和第二层的至少一个具有朝向所述主体的配向层(15、25)，和‑液晶材料的蓝相在主体体积的至少80％中表现出在三个方向(Ox、Oy、Oz)上的一致组织，所述液晶材料至少在10℃至35℃的温度范围内稳定在所述蓝相中。

Optical components containing blue-phase liquid crystals and methods for manufacturing such optical components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含蓝相液晶的光学组件和制造这样的光学组件的方法本专利技术的
本专利技术涉及包含蓝相液晶分子的光学制品。更确切地说，本专利技术涉及包含第一层、第二层和夹在所述第一和第二层之间的主体(bulk)的光学组件，其中所述主体由包含蓝相液晶材料的组合物形成。本专利技术还涉及制造这样的光学制品的方法。背景信息和现有技术众所周知，液晶可形成蓝相，其在于液晶分子排列成双扭曲柱(doubletwistcylinders)，它们组装成三维立方晶格结构。特别地，液晶分子可相对于彼此组织以形成蓝相I结构或蓝相II结构。蓝相I结构在于立方晶格中的双扭曲柱的组装使得柱体之间的向错线(其是旋转对称受阻(violated)的缺陷线)体心立方对称。蓝相II结构在于立方晶格中的双扭曲柱的组装使得柱体之间的向错线简单立方对称。蓝相液晶材料，即包含以蓝相组织的液晶分子的材料的一个特征是它们对在施加电压时在两个电极之间诱发的电场本身的响应时间。一般而言，这样的响应时间大约小于1毫秒。蓝相液晶材料的另一特征是它们在电磁场的常见环境条件下的光学各向同性。这两个特征允许在充当偏振无关型相位调制器的装置中使用蓝相液晶材料。通常，这样的装置包含夹在两个电极之间的蓝相液晶材料，所述电极适合经液晶材料建立电场。响应电场，所述液晶材料的有效折射率改变并因此可使进入该装置的任何光束的相位位移。但是，该材料的液晶分子的物理状态，即蓝相相当不稳定，因为它们天然仅存在于小温度范围内，通常在仅几摄氏度的范围内。此外，现今，需要在该装置的两个电极之间施加高电压以提高液晶材料可达到的折射率范围，或提高进入此类装置的任何光束的相位调制。这样的高电压可能破坏液晶材料或整个装置。此外，需要施加高电压的装置相当昂贵并且具有大的环境足迹。此外，如果提供如此高的电压的电子元件嵌在该装置本身中，由于安全原因，不允许漏泄电流。专利技术概述因此本专利技术的一个目的是提供使用蓝相液晶材料的充当偏振无关型相位调制器的装置，其具有易达到的使用状态并且表现出改进的电光行为。这样的光学组件包含第一层、第二层和夹在所述第一和第二层之间的主体，并且使得-所述主体由包含蓝相液晶材料的组合物形成，-第一和第二层的至少一个具有朝向所述主体的配向层，和-液晶材料的蓝相是被称为蓝相I的第一类型结构并在主体体积的至少80％中表现出在三个方向上的一致组织，在所述蓝相中的所述液晶材料至少在20℃至35℃的温度范围内稳定化。优选地，蓝相的稳定化能使蓝相在15℃至35℃或甚至10℃至35℃或甚至40℃的温度范围内稳定。因此，有利地，根据本专利技术的光学组件在大尺寸面积上具有均匀主体，即液晶材料内的极其良序的蓝相结构。此外，该光学组件在室温下稳定，因此更容易在标准温度条件下使用。此外，该光学组件能用比其它已知解决方案低的电压诱发至少1,5π相移调制或甚至2π相移调制。在说明书的下文中，“均匀主体”应被理解为是指其中蓝相结构组织在均匀有序的立方晶格中的材料。更确切地说，各立方晶格是具有6个虚拟面的三维结构并且对其可界定三个轴Oz、Ox、Oy，各轴垂直于一对虚拟面。当主体均匀时，立方晶格在所有方向中具有相同取向：立方晶格的各轴Oz、Ox、Oy分别平行于其它立方晶格的轴Oz、Ox、Oy。因此，当主体均匀时，各立方晶格的面两两平行于另一立方晶格的面。在本专利技术的本实施方案中，在主体两侧的第一和第二层的表面互相平行。主体的立方晶格随后相对于所述第一和第二层取向。更确切地说，在本专利技术的第一优选实施方案中，主体的各立方晶格为[1,1,0]或[2,2,0]结晶构型(crystallographicconfiguration)或类似构型并因此表现出平行于所述第一和第二层的第一轴(Oy)和与第一和第二层的所述表面的法线方向形成角度θ的另外两个轴(Ox、Oz)。特别地，所述另外两个轴(Ox、Oz)与所述法线方向形成45°的角度θ。换言之，在这种第一实施方案中，主体的各立方晶格的四条边平行于第一和第二层的所述表面，所述立方晶格的面无一平行于第一和第二层的所述表面。在本专利技术的第二实施方案中，主体的各立方晶格为[1,0,0]或[2,0,0]结晶构型或类似构型并因此表现出垂直于所述第一和第二层的两个表面的第一轴(Oz)，另外两个轴(Ox、Oy)各自平行于第一和第二层的所述表面。换言之，在这种第二实施方案中，各立方晶格的八条边平行于第一和第二层的所述表面，所述立方晶格的两个面平行于第一和第二层的所述表面。本专利技术的光学组件的其它特征如下：-当所述材料为蓝相时，所述液晶材料包含以包含布置在多个立方晶格中的双扭曲柱的蓝相结构排列的液晶分子，所述立方晶格具有正方形的虚拟面，它们布置成使得在主体体积的至少80％中任何两个相邻立方晶格表现出在所述三个方向上总体平行的虚拟面；-所述配向层包含聚酰亚胺；-所述组合物包含不同于液晶材料的基质材料，通过聚合形式的所述基质材料将所述液晶材料稳定在所述蓝相中；-所述液晶材料包含主液晶分子和客体液晶分子的混合物，所述组合物包含以相对于液晶材料的总重量的重量计30％至55％的所述客体液晶分子和至少45％的所述主液晶分子；-所述客体液晶分子是CB5或MLC2140液晶分子混合物且所述主液晶分子由JC1041XX混合物构成；-所述基质材料包含第一单体12CA和第二单体RM257，所述组合物包含以相对于组合物的总重量的重量计至少3.5％，优选5％的所述第二单体RM257和合计7％至15％的所述第一和第二单体12CA、RM257；-所述组合物包含5％至7％的适合诱发所述液晶材料的所述蓝相的手性掺杂剂，如ISO(6OBA)2；-第一和第二层各自形成适合连向电源的电极，以将所述主体的所述液晶材料置于电场中；-其是可调相位调制器或甚至配有可调相位调制器的光学透镜。-其是偏振无关型可调相位调制器。确实，在该制品是可调相位调制器的情况下，本专利技术的目的能使所述可调相位调制器具有偏振无关性。确实，在活化态下，液晶配向并且无偏振效应，在非活化态下，在室温下，液晶为蓝相状态，其对穿透其的光也没有偏振效应。本专利技术的另一目的是提供一种制造这样的光学组件的方法。这样的制造包含稳定为蓝相的液晶材料的光学组件的方法包含步骤：a)提供第一层和第二层，第一和第二层形成面向彼此的两个主表面，至少一个主表面具有朝向另一主表面的配向层，所述配向层包含聚酰亚胺；b)用包含所述液晶材料和不同于液晶材料的基质材料的混合物的组合物填满所述第一和第二层之间的空间，所述液晶材料包含适合相对于彼此组织以形成蓝相的液晶分子且所述基质材料包含适合聚合的单体；c)通过诱发所述液晶分子形成蓝相结构，使液晶材料成为所述蓝相；d)在液晶材料为所述蓝相的同时使基质材料的单体聚合，所述聚合步骤d)在液晶材料表现出至少第一预定最低比例的蓝相I第一类型结构和至少第二预定最低比例的蓝相II型结构的聚合温度下实现。有利地，根据本专利技术的方法的步骤d)为蓝相结构提供聚合物网络。所述蓝相结构的稳定性因此扩大到宽温度范围。有利地，与迄今文献中所称的相反，根据本专利技术的方法的步骤a)提供蓝相结构的立方晶格的一致排列。该方法整体上提供具有均匀主体的光学组件，即在形成主体的组合物的液晶材料内极其良序的蓝相。在主体的大面积上和在包括环境温度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光学组件(1)，其包含第一层(10)、第二层(20)和夹在所述第一和第二层(10、20)之间的主体(50)，其中‑所述主体(50)由包含蓝相(56)液晶材料(55)的组合物形成，‑第一和第二层(10、20)的至少一个具有朝向所述主体(50)的配向层(15、25)，和‑液晶材料(55)的蓝相(56)是被称为蓝相I的第一类型结构并在主体(50)的体积的至少80％中表现出在三个方向(Ox、Oy、Oz)上的一致组织，在所述蓝相(56)中的所述液晶材料(55)至少在20℃至35℃的温度范围内稳定化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.光学组件(1)，其包含第一层(10)、第二层(20)和夹在所述第一和第二层(10、20)之间的主体(50)，其中-所述主体(50)由包含蓝相(56)液晶材料(55)的组合物形成，-第一和第二层(10、20)的至少一个具有朝向所述主体(50)的配向层(15、25)，和-液晶材料(55)的蓝相(56)是被称为蓝相I的第一类型结构并在主体(50)的体积的至少80％中表现出在三个方向(Ox、Oy、Oz)上的一致组织，在所述蓝相(56)中的所述液晶材料(55)至少在20℃至35℃的温度范围内稳定化。2.根据权利要求1的光学组件(1)，其中所述组合物包含不同于液晶材料(55)的基质材料，通过聚合形式的所述基质材料将所述液晶材料稳定在所述蓝相(56)中。3.根据权利要求1和2任一项的光学组件(1)，其中所述液晶材料(55)包含主液晶分子和客体液晶分子的混合物，所述组合物包含以相对于液晶材料的总重量的重量计30％至55％的所述客体液晶分子和至少45％的所述主液晶分子。4.根据权利要求3的光学组件(1)，其中所述客体液晶分子是CB5或MLC2140液晶分子混合物且所述主液晶分子由JC1041XX混合物构成。5.根据权利要求2的光学组件(1)，其中所述基质材料包含第一单体12CA和第二单体RM257，所述组合物包含以相对于组合物的总重量的重量计至少3.5％的所述第二单体RM257和累计7％至15％的所述第一和第二单体12CA、RM257。6.根据权利要求1至5任一项的光学组件(1)，其是可调相位调制器。7.根据权利要求6的光学组件(1)，其是偏振无关型可调相位调制器。8.制造包含稳定为蓝相(56)的液晶材料(55)的光学组件(1)的方法，其包含步骤：a)提供第一层(10)和第二层(20)，第一和第二层(10、20)形成面向彼此的两个主表面(10A、20A)，至少一个主表面(10A、20A)具有朝向另一主表面(10A、20A)的配向层(15、25)，所述配向层(15、25)包含聚酰亚胺；b)用包含所述液晶材料(55)和不同于液晶材料(55)的基质材料的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·奥顿，井上冬彦，中野敏树，E·内特，片山由贵子，
申请(专利权)人：株式会社尼康，依视路国际公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP