[發(fā)明專利]用聚合物穩(wěn)定的液晶分子制造電光裝置的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710084398.1
• 申請(qǐng)日: 2007-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN101256329A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 拉掣扎·克米托弗;錢良七;金尚華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 肯特州立大學(xué);艾克塞博公司
• 主分類號(hào): G02F1/137
• 分類號(hào): G02F1/137
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 秦晨

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2004年1月28日的申請(qǐng)第10/766,273號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。將申請(qǐng)日為2004年1月28日的申請(qǐng)第10/766,273號(hào)全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液晶領(lǐng)域。本發(fā)明具體地說涉及例如光波導(dǎo)管、光束掃描器、計(jì)算機(jī)生成的全息圖、自適應(yīng)光學(xué)、平板液晶顯示器等應(yīng)用的液晶調(diào)制器。但是，本發(fā)明還在使用液晶的其它電光裝置方面得到應(yīng)用。

背景技術(shù)

液晶材料包括可以電學(xué)或者磁學(xué)排列、傾斜、旋轉(zhuǎn)或者操縱的各向異性的分子。例如，在向列液晶相中，各向異性分子的長(zhǎng)軸一般排列成行，但是基本上沒有平移有序性。在近晶液晶相中，各向異性分子的長(zhǎng)軸一般排列成行，并且還存在一些平移有序性。

在手性或膽甾醇型液晶相中，還存在介觀螺旋有序性。分子的長(zhǎng)軸排列在分子的連續(xù)層之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生沿著一般與所述層成橫向的螺旋方向的螺旋旋轉(zhuǎn)。螺距定義為沿著螺旋方向的平均距離，在螺旋方向上連續(xù)層的相對(duì)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)于各向異性分子完全的360°螺旋旋轉(zhuǎn)。對(duì)于大約0.2-0.5微米的短螺距，螺旋特性光學(xué)地顯現(xiàn)為光學(xué)軸沿著螺旋方向的單軸向雙折射。

在一種典型的電光裝置中，液晶材料布置在相距一定距離的限制表面，例如玻璃表面之間，其至少之一是透光的。對(duì)于透光應(yīng)用，兩個(gè)相距一定距離的限制表面都是透光的。為了誘導(dǎo)各向異性液晶分子的側(cè)向有序性，一個(gè)或兩個(gè)限制表面優(yōu)選是各向異性表面。例如，可以在示例性的玻璃襯底上涂敷薄的聚合物涂層，如聚酰胺(polymide)，并且在一個(gè)選擇的方向中摩擦，為誘導(dǎo)液晶分子實(shí)質(zhì)上的側(cè)向有序性提供適當(dāng)?shù)母飨虍愋员砻妗?/p>

在短螺距手性或膽甾醇液晶裝置的情況中，可以垂直于限制表面排列螺旋方向(稱作Gradjean結(jié)構(gòu))或者可以平行于限制表面排列螺旋方向(稱作指紋結(jié)構(gòu))。典型地，指紋結(jié)構(gòu)的螺旋軸隨意分布，在限制表面的平面中沒有長(zhǎng)程有序性。但是，在電光裝置中，摩擦的或者各向異性表面優(yōu)選誘導(dǎo)均勻伸展的(uniformly?lying)螺旋結(jié)構(gòu)，其中螺旋軸沿著所選的螺旋排列方向平行于限制表面。

均勻伸展的螺旋結(jié)構(gòu)是光學(xué)上單軸雙折射的，光學(xué)軸沿著螺旋排列方向。在一些以均勻伸展的螺旋結(jié)構(gòu)排列的液晶材料中，垂直限制表面施加較小的電場(chǎng)誘導(dǎo)光學(xué)軸的撓曲電面內(nèi)偏離。對(duì)于更高的電場(chǎng)，存在介電耦合并且螺旋開始解開。在足夠高的電場(chǎng)下，螺旋基本上完全解開，產(chǎn)生垂直排列(homeotropic)結(jié)構(gòu)。

對(duì)于電光裝置應(yīng)用，引起如下問題：螺旋的解開一般不完全可逆，并且因?yàn)榛蛘咂矫娴幕蛘叽怪迸帕械谋砻鏃l件在均勻伸展的螺旋結(jié)構(gòu)中支持解螺旋結(jié)構(gòu)，所以可能通過限制表面產(chǎn)生排列的劣化，等等。結(jié)果，在除去施加的電場(chǎng)后電光裝置不會(huì)完全返回至均勻伸展的螺旋結(jié)構(gòu)。

為了解決這些問題，已經(jīng)使用均勻伸展的螺旋結(jié)構(gòu)的聚合物穩(wěn)定。在P.Rudquist，L.Komitov和ST.Lagerwall，Liquid?Crystals第24卷，第329頁(1988)中描述的一種結(jié)構(gòu)中，10重量％的溶解在膽甾醇型液晶中的光反應(yīng)單體被光學(xué)聚合以產(chǎn)生給均勻伸展的螺旋結(jié)構(gòu)提供有效穩(wěn)定的穩(wěn)定聚合物網(wǎng)絡(luò)。但是，該聚合物網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生很大的降低解開狀態(tài)中晶胞對(duì)比度的殘余雙折射。這種殘余雙折射巨大降低了對(duì)比度和調(diào)制效率并且使電光開關(guān)裝置的開關(guān)時(shí)間劣化。

本發(fā)明涉及克服上述限制和其它限制的改進(jìn)的設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個(gè)方面，公開了一種制備方法。在液晶晶胞中布置手性或者膽甾醇型液晶、光反應(yīng)單體和光敏引發(fā)劑。用選擇在液晶晶胞中具有不均勻紫外光強(qiáng)度分布的紫外光照射液晶晶胞的主表面。照射與光敏引發(fā)劑配合，聚合主表面附近的至少一部分光反應(yīng)單體，產(chǎn)生密度與不均勻的紫外光強(qiáng)度分布相應(yīng)的聚合物網(wǎng)絡(luò)。聚合物網(wǎng)絡(luò)使液晶偏向所選的螺旋排列方向。

根據(jù)另一個(gè)方面，公開了一種制造電光裝置的方法。在液晶晶胞中布置液晶和光反應(yīng)單體。布置的光反應(yīng)單體低于布置的液晶重量的5％。以均勻伸展的螺旋結(jié)構(gòu)排列液晶。光聚合光反應(yīng)單體形成穩(wěn)定的聚合物網(wǎng)絡(luò)。