液晶取向结构及含有它的光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可用于液晶显示器的取向结构。该取向结构包括其上面置有溶致液晶材料已取向膜的衬底。特别有用的溶致液晶材料包括一类称为显色剂的化合物。本发明专利技术结构的制造方法是将溶致液晶材料涂覆在衬底上，提供溶致材料的已取向膜。该取向衬底也可包括一种或一种以上的起偏振染料或其它添加剂，因此除取向外，还可进行偏振、延迟和／或滤色功能。也描述了包括这种取向结构的光学装置及其制造方法。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一方面，本专利技术涉及一些结构，包括可用于液晶显示器的取向膜和取向衬底。另一方面，本专利技术涉及使用液晶取向膜或衬底的显示器和其它光学装置。
技术介绍
常见的液晶显示器(即LCD)包括一个二维像元阵列。虽然每个像元可以且通常含有多个光学元件，但每个像元包括液晶盒。液晶盒一般包含保持在一对透明衬底之间的液晶材料。这些衬底大多用玻璃或聚合物材料如聚酰亚胺制成。放在液晶材料和两个衬底之间的分别是与外部信号装置电连接的两个电极。当电活性时，这些电极改变液晶材料的状态。这种液晶盒不仅可用于显示器，也可以用于其它光学装置，包括光通信装置和其它光处理设备。在液晶盒中，液晶材料分子按沿盒中每个衬底优选的方向进行取向。这种取向一般是使用取向结构层进行。取向层一般是玻璃衬底或聚合物膜(通常是聚酰亚胺)，为了对与玻璃衬底或聚合物膜接触的液晶施加取向效应而对该取向层进行单方向机械摩擦。液晶盒的光学活性部分地与每个衬底表面上液晶的相对取向和衬底之间液晶取向变化有关。这些常规取向层具有许多缺点。例如，对许多有用聚合物衬底处理所需的高温会妨碍将温度敏感的添加剂(如彩色染料)加入到取向结构中。另外，制造层状薄膜和衬底过程中所用的摩擦、清洗和干燥步骤速度较慢，成本较高，且导致大的缺陷和低的生产率。专利技术概述简要地说，一方面，本专利技术提供一种可用于液晶显示器的取向结构。该取向结构包括衬底，在其上面置有溶致液晶材料的已取向膜或已取向层。特别有用的溶致液晶材料包括一类称为显色剂(chromonics)的化合物。本专利技术结构的制造方法是将液晶材料涂覆在衬底上，提供溶致材料的已取向膜。该取向衬底也可包含一种或一种以上的染料或其它添加剂，因此除取向功能外，还可进行偏振、延迟和/或滤色功能。也可用一个或一个以上的其它层(如胆甾型延迟层、非光学聚合物层等)制造这些取向结构。另一方面，本专利技术提供光学装置。这些光学装置包括置于两个衬底之间的至少一种液晶材料，至少一个所述的衬底上置有溶致液晶材料的已取向膜。另外，本专利技术提供这些取向结构和光学装置的制造方法。附图简介附图说明图1是本专利技术取向结构有序表面的扫描电子显微(SEM)图。图2是本专利技术一个方面的液晶盒的示意图。图3是加入了本专利技术溶致液晶材料有序层的取向结构的示意图。图4是本专利技术一个方面的双偏振器液晶显示器的截面图。图5是本专利技术一个方面的彩色液晶显示器的截面图。优选实施方式的详细描述在最主要的方面，本专利技术的液晶取向结构包括衬底，其上面涂有具有有序分子结构的溶致液晶材料层。这些溶致液晶材料易于有序化，例如在用水溶液涂覆这些溶致液晶材料过程中对其施加剪切力时。施加足够的剪切力，液晶材料可获得有序的取向，干燥后，从而提供可用于使液晶盒中整个液晶材料取向或用于使非液晶涂层取向或有序化的取向衬底。由于溶致液晶材料取向过程中产生的剪切应力值比会引起涂覆有溶致液晶材料的衬底的发生机械形变的剪切应力低，所以本专利技术取向结构的形成过程，其要产生的应力会损害衬底光学性能的可能较小。对于某些用途，本专利技术的取向结构能使用柔性更大的衬底，而不会降低光学性能。任何当涂覆在合适的衬底上会形成有序结构的溶致液晶材料都可用于本专利技术中。因此，有用的溶致液晶材料包括那些涂覆时形成各种有序结构的材料，包括结晶结构、溶致薄膜、和其它分子有序物。一般来说，最有用的溶致液晶材料是那些含有至少一个三嗪基的向列型液晶材料，包括美国专利5,948,487中所揭示的那些液晶材料。上述专利中公开的内容参考结合于本专利技术中。溶致液晶材料最好是无色的。一类特别有用的溶致液晶材料是称为“显色剂(chromonics)”的材料，例如参见Attword，T.K.和Lydon，J.E.，1984，Molec.Crystals liq.Crystals，108，349。显色剂是大的多环分子，它的特点是一般有被不同亲水基团包围的疏水芯。疏水芯可含有芳族和/或非芳族环。当存在于溶液中(一般超过溶液的5％重量)时，这些显色(chromonic)分子会聚集成向列型有序物。这种有序物的特点是长程有序。如下是显色化合物的代表性实例 (硫酸(4-二甲氨基-1-吡啶嗡)和 (硫酸4，6-二(4-羧苯氨基)-1，3，5-三嗪-2-基]吡啶嗡)有用的显色物质也可以是两性离子型，这些显色物质中有如下结构式的 或 在结构式C和D中，R1是亲水基团，包括一般选自但不限于羧酸根(COO-)、磺酸根(SO3-)、亚磺酸根(SO2-)和磷酸根(PO3H-)基团。R1较好是羧酸根或磺酸根，最好是羧酸根。R1的最佳位置是该化合物中三嗪环上氨基键的对位(如结构式C所示)。R2是亲水基团，一般选自但不限于羧基(COOH)、磺基(SO3H)、亚磺基(SO2H)、磷酸基(PO3H)或氨磺酰基的基团。R2较好是羧基或磺基，最好是羧基。R2的最佳位置是该化合物中三嗪环上氨基键的对位(如结构式C所示)。R3可以相同，也可以不同，选自任何给电子基团、吸电子基团或电中性基团。R3较好是氢或取代或未取代的烷基，最好是氢。R4一般选自通过R4基团中环内氮原子与三嗪环连接的取代或未取代的带正电荷的杂芳环。R4基团可以是但不限于由吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、咪唑、噁唑、噻唑、噁二唑、噻二唑、吡唑、三唑、三嗪、喹啉或异喹啉衍生的杂芳环。R4较好是吡啶环。如有，可以选择杂芳环R4的取代基，以确定显色物质的性能，如取向溶致液晶材料的所需颜色。R4的这些取代基可以选自但不限于如下的取代或未取代的基团烷基、羧基、氨基、烷氧基、硫代、氰基、酰胺基和酯基。如有，R4的取代基较好是取代的氨基或吡咯烷基，更好是烷基取代的氨基，最好是二甲氨基。该取代基最好位于吡啶环的4位上。在有些情况下，加入一种或一种以上的添加剂化合物可以提高溶致液晶材料的性能。一种有用的添加剂是二甲氨基吡啶(“DMAP”)。当它以1-5％重量(更好为约1-2％重量)的用量加入到溶致液晶材料中时，可改善溶致液晶材料的光学透明度。其它有用的添加剂包括单糖，如蔗糖、葡萄糖和果糖。这些单糖可按相似的浓度加入。宜使用较为温度稳定的添加剂(如DMAP)，视制造具有本专利技术取向结构的装置所用的方法而异。由剪切涂覆的溶液干燥后产生的这些和那些显色分子层显示一种自组织的表面结构。这些层容易并均匀地使液晶或非液晶涂层以平面结构的形式取向。例如，图1表示剪切涂覆了上述化合物A层的聚合物衬底(聚对苯二甲酸乙二醇酯)表面的扫描电子显微镜图象。涂覆液晶材料可以用能在被涂衬底平面上形成液晶有序排列的任何方便方法进行。一般来说，在涂覆过程中对涂料施加剪切应力的涂覆方法是优选的，因为涂覆过程中施加的剪切应力可用于形成大而均匀的有序溶致液晶分子区域。施加这种剪切应力的涂覆技术包括金属丝缠杆涂布法和常规的挤压染料涂布法。涂覆液晶层的干燥可以用适于干燥含水涂层的任何方法进行。有用的干燥方法应不会破坏涂层或者明显干扰涂覆过程中通过剪切应力或其它有序化效应使涂层中产生的任何分子有序取向。可涂覆溶致材料的衬底上有可接受液晶材料涂层并具有目标用途所需光学性能的任何固体材料。例如，对于某一给定的用途可要求透明性、半透明性或反射性。合适的衬底材料例如包括玻璃、刚性聚合物材料、柔性聚合物膜、多层膜或光学叠层。除了有液晶材料层以外，上述衬底上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种取向结构，其特征在于它包括衬底，在其上面置有无色溶致液晶材料的已取向层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H萨霍阿尼，KM沃格尔，MD拉得克里夫，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]