專利名稱：制造偏振旋光片的含該偏振旋光片的器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造偏振旋光片，以及包含偏振旋光片的器件的方法。此外，本發(fā)明還涉及制造包括偏振旋光片元件和其它能改變偏振方向的元件，諸如偏振片元件的器件的方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)薄膜的開(kāi)發(fā)用于各種各樣用途，例如視鏡，建筑物玻璃窗與車(chē)窗的處理，以及顯示器等。在許多這些用途中，要求獲得偏振光，并能對(duì)其進(jìn)行控制。例如，偏振光可以用來(lái)減少眩光。
液晶顯示器(LCD)是利用偏振光的又一例子。

圖1A和1B以示意地顯示一種簡(jiǎn)單扭曲向列型(TN)液晶顯示器裝置利用背光照相的E模式透射與正常白光操作的一個(gè)例子。可以明白，還有各種各樣其它類型LCD裝置與其它操作模式，以及利用周?chē)饩€或利用背光與周?chē)饩€組合照明的顯示器。這里討論的本發(fā)明可以直接用于這些顯示器類型與操作模式。
圖1A與1B的液晶顯示器50，包括液晶盒52，偏振片54，檢偏片56以及背光源58。偏振片54和檢偏片56上的箭頭55、57分別表示透過(guò)該元件的光的偏振面。箭頭51、53分別表示射入與射出液晶盒52的線偏振光的偏振面。此外，含有箭頭51、53的液晶盒52的平面一般包含透明電極。來(lái)自背光源58的光經(jīng)偏振片54成為線偏振光。在圖1A所示的實(shí)施方式中，在液晶盒上來(lái)施加電壓的情況下，指向矢基本上位于顯示器平面中，在光沿該液晶盒的長(zhǎng)度上均勻扭轉(zhuǎn)90°。偏振光通過(guò)液晶盒52時(shí)，其偏振方向理想地旋光90°。液晶的指向矢如箭頭51、53所示。然后，這種光通過(guò)檢偏片56。
在液晶盒52的前后兩端附近的電極(圖中未示)上施加電壓，從而在液晶盒內(nèi)建立電場(chǎng)。在液晶材料具有正介質(zhì)各向異性情況下，指向矢基本上按電場(chǎng)電力線方向排列，只要在兩個(gè)電極上施加的電壓足夠大的話。而在這種情況下，液晶盒中央的指向矢的取向垂直于顯示面的方向。射入液晶盒的線偏振光不再發(fā)生通過(guò)檢偏片所需要的90角旋光。圖1B所示的實(shí)施方式中，偏振光在其離開(kāi)液晶盒52時(shí)，其偏振面(如箭頭53’所示)并未改變?cè)腥∠?如箭頭51所示)。由于離開(kāi)液晶盒52的光的偏振面不正確，因而離開(kāi)液晶盒的光不能通過(guò)檢偏片。獲取顯示灰色等級(jí)的方法之一，就是在上述兩種構(gòu)型之間的液晶上施以足夠強(qiáng)的電壓，使液晶的指向矢部分取向。此外，還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，例如采用濾色片可形成帶色彩的顯示器。
一般說(shuō)來(lái)，偏振片54和檢偏片56是利用吸光型偏振片制造的，因?yàn)檫@類偏振片對(duì)不需要的偏振光具有顯著的消光作用。然而，這樣也會(huì)造成的大量的光損失，這是因?yàn)楸彻庠赐ǔ０l(fā)出的是非偏振光。不需要的偏振光被偏振片吸收。作為另一種構(gòu)型(如圖1C所示)，在偏振片54與背光源58之間，放置一塊反射型偏振片60。反射型偏振片將不需要的偏振光再反射給背光源。采用背光源后面的反射鏡62可將反射光匯集，絕大部分反射光可重新利用。
制造反射型偏振片的一個(gè)方法用的是聚合物材料的一些交替層，其中至少有一層具有如US Pat.No.5,882,774和5,965,247所述的雙折射效應(yīng)。這些偏振片可利用拉伸聚合物材料引起雙折射，從而使該聚合物排列而制造。
制造反射型偏振片第二種方法為一層或多層含有連續(xù)分散相聚合物材料，其中至少有一種聚合物材料具有如US Pat.No.5,783,120和5,825,543所述的雙折射效應(yīng)。
這兩種制造反射型偏振片的方法，通常都要對(duì)聚合物帶材上的反射型偏振片進(jìn)行拉伸，使其在縱向(0°)或橫向(90°)上取向，或兩者兼而有之。然而，許多扭轉(zhuǎn)向列型液晶顯示器的偏振片與檢偏片的透射光軸相對(duì)于垂直顯示方向成+45°角。因此反射型偏振片必須相對(duì)于帶材45°角進(jìn)行斜切，才能獲得液晶顯示器所用的偏振軸合適取向的光膜。這樣會(huì)造成由于斜切引起的大量材料損失。
制造反射型偏振片的第三種方法包括如US Pat.No.5,506,704和6,099,758所述的利用膽甾醇型液晶和四分之一波長(zhǎng)延遲器。膽甾反射型偏振片透射圓偏振光的一個(gè)螺旋性，而反射其它螺旋性。四分之一波長(zhǎng)延遲將圓偏振光轉(zhuǎn)變成線偏振光。圓偏振片在同一笛卡兒坐標(biāo)本征空間中不起線偏振片的作用。是四分之一波長(zhǎng)延遲器的光軸決定了線偏振光偏振面的角度取向。四分之一波長(zhǎng)延遲器常是使雙折射膜取向制造的。圓偏振光通過(guò)四分之一波長(zhǎng)延遲器后，轉(zhuǎn)變成線偏振光，其偏振軸與四分之一波長(zhǎng)延遲器的光軸呈+45°或-45°，方向則由具體的圓偏振的狀態(tài)所定。四分之一波長(zhǎng)延遲器常是使膜取向制成，其光軸或平行或垂直于膜卷的方向。因此，這種結(jié)構(gòu)的輸出光與膜卷方向或成45°或成135°。經(jīng)常還包括一層層壓在膽甾醇型偏振片結(jié)構(gòu)上的常規(guī)吸收偏振片，為的是通過(guò)清除任何由膽甾型偏振片組合件淺漏的不需要的偏振光，保證有較高的對(duì)比度。然而，卷材形式的常規(guī)吸收式偏振片的光軸通常沿卷材方向，也可以垂直于卷材方向。另外，或者膽甾型偏振片結(jié)構(gòu)，或者二向色偏振片必須是45°斜切的，使兩元件同向排列。
上述制造反射型線偏振片通常方法的各種都涉及聚合物帶材的拉伸取向，或沿縱向(0°)或沿橫向(90°)。為了獲得45°角偏振方向，聚合物帶材以45°角斜切下來(lái)，這樣會(huì)產(chǎn)生大量碎料。
發(fā)明概述一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明涉及制造偏振旋光片以及含有偏振旋光片器件的方法。此外，本發(fā)明還涉及制造包括偏振旋光片元件和其它能改變偏振方向的元件，諸如偏振片元件的器件的方法。一個(gè)實(shí)施方式是制造器件的方法。在起偏元件表面上形成第一排列層。在第一排列層上設(shè)置一種液晶材料。由液晶材料形成排列的液晶層，制成偏振旋光元件。還可以帶有基底或不帶基底的第二排列層設(shè)置在液晶材料上。在一些情況下，不采用第二排列層。
另一個(gè)實(shí)施方式是制造器件的另一種方法。在起偏元件表面上形成第一排列層。其上設(shè)置液晶材料。在液晶材料上至少還有一層額外層。光透過(guò)這至少一層額外層到達(dá)液晶材料，使液晶材料固化形成排列的液晶層，而制成偏振旋光元件。此至少一層額外層可以是有基底或無(wú)基底的第二排列層。
還有另一實(shí)施方式是制造器件的又一方法。用作起偏元件的第一條膜被解卷出來(lái)。在該起偏元件表面上設(shè)置第一排列層。在該第一排列層上設(shè)置液晶材料。將第二條膜解卷出來(lái)。在此第二膜表面上形成第二排列層。將第一與第二膜貼在一起使得第一排列層與第二排列層之間有液晶材料。由液晶材料形成排列液晶層，從而制成偏振旋光元件。
本發(fā)明上面綜述并不打算描述本發(fā)明每一個(gè)公開(kāi)的實(shí)施方式或每一個(gè)實(shí)施細(xì)節(jié)。下面的附圖和詳細(xì)說(shuō)明將具體例示這些實(shí)施方式。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明各種實(shí)施方式下面的詳細(xì)描述連同下面附圖可以提供對(duì)本發(fā)明更完整的理解。
圖1A為扭曲向列型液晶顯示器一個(gè)實(shí)施方式的透視圖。
圖1B為圖1A液晶顯示器(LCD)的透視圖，其中LCD的液晶盒兩端施加電壓。
圖1C為L(zhǎng)CD第二實(shí)施方式的透視圖。
圖2為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的一個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖3為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的第二個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖4為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的第三個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖5為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的第四個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖6為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的第五個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖7為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的第六個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖8為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的第七個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖9為本發(fā)明含有偏振旋光片薄膜的第八個(gè)實(shí)施方式截面示意圖。
圖10為本發(fā)明液晶顯示器一個(gè)實(shí)施方式的透視圖。
雖然對(duì)本發(fā)明可以進(jìn)行各種修改與變換，其具體情況以附圖表示，并將加以詳細(xì)描述，然而應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于這里所述的具體實(shí)施方式
。相反，本發(fā)明包含所有各種修改與等價(jià)內(nèi)容以及符合本發(fā)明精神與范圍的各種改變。
較佳實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明被認(rèn)為可用于偏振旋光片和含偏振旋光片的器件，以及制造與使用偏振旋光片與器件的方法。本發(fā)明具體是涉及一種器件，諸如薄膜，它包括a)起偏元件或其它能改變偏振面的元件，以及b)偏振旋光元件和這類器件的制造與使用方法。本發(fā)明不受限制于上述的，通過(guò)下述一些例子的討論可更好理解本發(fā)明的一些內(nèi)容。
作為一個(gè)例子，可以提供一偏振旋光元件其光學(xué)旋光的角度，合適使第一光學(xué)裝置的光軸基本上與第二光學(xué)裝置的光軸配合。取而代之式添加的是偏振旋光元件還可以用卷對(duì)卷或其他的方法，制成包括有第一光軸的上述第一光學(xué)裝置、偏振旋光元件和有第二光軸的第二光學(xué)裝置的層壓物結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)例子中，有第一光軸的第一光學(xué)裝置連同偏振旋光元件一起可從卷材上部分切割下來(lái)，同時(shí)切割損耗較低。
本發(fā)明的器件通常包括偏振旋光元件和有一個(gè)光軸的光學(xué)元件。該光學(xué)元件可以為偏振片，補(bǔ)償膜，布拉斯特型偏振片，偏振光導(dǎo)器，或反射鏡。光學(xué)元件也可以是雙凸折射光學(xué)透鏡，如旋光透鏡，亮度增強(qiáng)膜(如USPat.No.5,917,664所述)，或圓柱形透鏡組。為敘述方便，這里許多討論集中在偏振旋光元件與偏振片或折射元件的組合?？梢岳斫猓衿蛘凵湓捎善渌鈱W(xué)元件或器件取代。偏振旋光元件和能改變偏振面的元件組合成單一薄膜或其它器件具有一定優(yōu)點(diǎn)。作為一個(gè)例子，線偏振片用于液晶顯示器(LCD)。許多LCD采用至少一塊吸光性偏振片，它通常附著在液晶盒的玻璃基底上。根據(jù)顯示器的液晶光電扭曲模式以及所需的圖像彩色性和對(duì)稱性，選擇偏振片透射光軸相對(duì)于顯示器平面的垂直與水平方向的取向。對(duì)于扭曲向列型(TN)LCD，該取向一般相對(duì)于LCD的垂直軸呈45°夾角。在偏振片與顯示器玻璃片之間放置45°光學(xué)旋光片就能使部件從帶材上最佳地切割下來(lái)，消除了與角度切割相關(guān)的產(chǎn)率損失。
LCD中采用的線偏振片的另一例子為某種類型的反射型偏振片。當(dāng)各向同性的光束入射在反射型偏振片上，其中一個(gè)偏振面的光基本透射，而其它偏振面的光基本反射。一旦放置在LCD的背光腔內(nèi)，則被阻擋的偏振光被反射匯集到背光中。反射型偏振片，除了用于LCD的吸光型偏振片或代替吸光型偏振片qh，還可用于有些類型的LCD中。使用于反射型偏振片吸光型偏振片以外的情況中，如圖1C所示，且如前所討論的，由反射型偏振片透射的光進(jìn)入兩個(gè)偏振片之間的液晶盒。為了達(dá)到最高效率，由反射型偏振片透射的光應(yīng)該具有與LCD偏振片透射光軸相同的偏振面。還有，對(duì)于扭曲向列型LCD，它通常與LCD的垂直軸成45°夾角。
制造反射型偏振片的一個(gè)方法，是采用不同聚合物材料的交替層，其中至少一層聚合物材料正如US Pat.No.5,882,774和5,965,247所述是雙折射的。這種偏振片的制造可將聚合物材料拉伸，使其取向并產(chǎn)生雙折射效應(yīng)。
制造反射型偏振片的第二個(gè)方法，是形成不同聚合物材料的連續(xù)分散相，其中至少有一相如US Pat.No.5,783,120和5,825,543所述是雙折射的。
制造既是吸光型又是反射型線偏振片，通常包括將聚合物帶材上的偏振片拉伸并使其取向，取向方向?yàn)榭v向或(0°)或橫向(90°)。這會(huì)造成透射光的偏振面取向于縱向或橫向。然而，許多扭曲向列型LCD具有的偏振器與檢偏片的透射光軸與顯示器法線方向成+45°角。因此，反射型偏振片必須相對(duì)帶材斜切45°角，這樣獲得的薄膜具有適合用于LCD的偏振軸的取向。這會(huì)由于斜切造成材料的大量損耗。
作為一種替換方法，將45°偏振旋光片置于反射型偏振片與LCD偏振片之間。如這里所述，制備具有反射偏振得元件，以及偏振旋光元件的薄或其他的器件優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省空間，這是厚度降低，且反射型偏振片元件與偏振旋光元件之間預(yù)先進(jìn)行了排列取向之故。
圖2所示說(shuō)明具有偏振片元件102和偏振旋光元件104的薄膜100的一個(gè)實(shí)施方式。非偏振光可以考慮為它由偏振面相互正交的等量線偏振光組成，且薄膜平面的電矢量朝向透射偏振光(如小方框108所示的方向)的偏振片元件102。偏振旋光元件104使光的偏振面旋光(如小方框110所示)。在所示例中，旋光了45°。然而可以理解，任何旋光角是可選的。應(yīng)該認(rèn)為，形成的器件中，偏振片元件還可以被其它能改變偏振面的元件取代。
偏振旋光元件可用來(lái)降低多功能光學(xué)薄膜產(chǎn)率損失，諸如那些將吸光型與反射型偏振片功能結(jié)合于一身的光學(xué)薄膜。由于復(fù)合材料的本質(zhì)，以及多功能薄膜的較高性能，要求消除角度切割造成的這類薄膜產(chǎn)率損失。
偏振旋光元件的優(yōu)點(diǎn)是使得采用1個(gè)或多個(gè)光學(xué)薄膜以卷材形式制成光學(xué)裝置成為可能。許多具有復(fù)合功能的光學(xué)膜是將具有次要功能的光學(xué)薄膜直接壓層而制成。這類例子包括橢圓偏振膜和圓偏振膜，它們由延遲膜與吸光型偏振片，以及復(fù)合有反射型偏振片與吸光型偏振片的薄膜層壓而制成。
制備反射型偏振片的第三種方法，采用如US Pat.No.5,506,704和6,099,758所述的膽甾醇型液晶和四分之一波長(zhǎng)延遲器。膽甾醇型反射型偏振片透射圓偏振光的一個(gè)螺旋性，而反射其它螺旋性。四分之一波長(zhǎng)延遲器將圓偏振光轉(zhuǎn)變成線偏振光。圓偏振片在同一笛卡兒坐標(biāo)本征空間中不起線偏振片的作用。所以是四分之一波長(zhǎng)延遲器的光軸決定了由該結(jié)構(gòu)透射的線偏振光偏振面的角度取向。四分之一波長(zhǎng)延遲器可將雙折射膜進(jìn)行取向來(lái)制造。圓偏振光通過(guò)四分之一波長(zhǎng)延遲器后轉(zhuǎn)變成線偏振光，其偏振軸與四分之一波長(zhǎng)延遲器的光軸呈+45°或-45°，方向則由具體圓偏振的狀態(tài)所定。四分之一波長(zhǎng)延遲器常是使膜取向制成，其光軸或平行或垂直于膜卷的取向。因此，這種結(jié)構(gòu)的輸出光與膜卷方向或呈45°或呈135°。經(jīng)常還包括一層層壓在膽甾型偏振片結(jié)構(gòu)上的常規(guī)吸光型偏振片，為的是通過(guò)清除任何由膽甾型偏振片組合件淺漏的不需要的偏振光，而保證有較高的對(duì)比度。然而，卷材形式的常規(guī)吸光型偏振片的光軸通常沿卷材方向，也可以選用垂直于卷材方向。還有，或者膽甾醇型偏振片結(jié)構(gòu)或者吸光型偏振片必須是45°斜切的，為的是使兩元件同向排列。因此，為了采用連續(xù)或卷對(duì)卷式工藝或這兩者結(jié)合的工藝制造具有膽甾醇型液晶、四分之一波長(zhǎng)延遲器、以及常規(guī)吸光型偏振片的層壓物結(jié)構(gòu)，需要將偏振旋光片放置在四分之一波長(zhǎng)延遲器與吸光型偏振片之間。此外，還需要在液晶盒附近的吸光型偏振片一側(cè)采用一輔助偏光旋光片來(lái)降低角度切割造成的材料損耗。
多種材料可用來(lái)形成偏振旋光元件，包括例如有機(jī)與無(wú)機(jī)雙折射材料以及多層結(jié)構(gòu)的雙折射材料。形成偏振旋光元件也可以采用液晶材料，諸如向列型和手性向列型液晶材料，通常還伴有一層或多層排列層。圖3說(shuō)明某一器件200的一個(gè)實(shí)施方式，它包括偏振片元件202(或其它能改變偏振的元件)，偏振旋光元件204，可用的排列層206，208，以及基底210(它也可以是諸如偏振片或補(bǔ)償膜之類的光學(xué)元件)。如下所述的另一實(shí)施方式中，排列層可以為偏振片元件或基底的一部分。
偏振旋光片通常將表征偏振光的橢圓偏振面的主軸旋光一個(gè)選定的角度，理想狀態(tài)下偏振光的橢圓率并無(wú)多大改變。偏振旋光片通常將光的偏振面旋光至少5°，10°，25°或以上?？梢灶A(yù)料，偏振旋光片的幾個(gè)有用旋光角度范圍在40°-50°之間(如45°左右)和在85°-95°(如90°左右)。旋光角度通常是下列參數(shù)的函數(shù)，例如偏振旋光元件的折射率、偏振旋光元件的厚度、用作偏振旋光元件的材料、光的波長(zhǎng)、以及偏振旋光片相對(duì)于輸入橢圓偏振面的方位角的偏振旋光片雙折射層的光軸的取向。
偏振旋光元件通常由雙折射材料形成。合適的雙折射材料的例子包括取向聚合物膜，取向聚合物膜的層壓結(jié)構(gòu)，以及有機(jī)或無(wú)機(jī)多層雙折射涂層。其它實(shí)例包括液晶材料，它們的指向矢是可控的。向列型液晶通常由許多棒狀分子組成，其分子長(zhǎng)軸大致互相平行排列。在介質(zhì)中任意一點(diǎn)可以定義一個(gè)矢量，代表該點(diǎn)近鄰分子的較佳取向。該矢量通常稱之為指向矢。合適的液晶材料包括親液性的向列型膽甾醇型液晶材料。其例子中E7，BL036，5CB和RM257，是Merck公司的產(chǎn)品；C6M，76，296，495和716，是荷蘭阿姆斯特丹的KoninklijkePhilips Electronics N.V.公司的產(chǎn)品；Paliocolor LC242和Paliocolor CM649，是巴斯夫公司產(chǎn)品(德國(guó)路德維希堡)；以及LCP-CB483，是Vantico公司的產(chǎn)品(盧森堡)。其它一些合適材料有如US Pat.No.5,793,455，5,978,055和5,206,752所述的材料。液晶材料可以是聚合物或單體材料。合適的單體材料包括那些經(jīng)反應(yīng)能形成聚合物液晶材料的材料。
對(duì)于有些實(shí)施方式，較佳為扭曲向列型LC結(jié)構(gòu)。在這些實(shí)施方式中，指向矢相對(duì)于偏振旋光片表面法線呈現(xiàn)均勻螺旋狀扭曲。扭曲角度與最初取向可以通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)排列層進(jìn)行選擇。
在另一實(shí)施方式中，液晶結(jié)構(gòu)的局部指向矢相對(duì)于其扭曲或旋光的光軸與LC材料所在的基底表面不是垂直的。在這一實(shí)施方式中，向列相液晶的導(dǎo)向分子處于偏振片元件或能改變偏振方向的元件的平面之外。相對(duì)于基底表面，局部指向矢所處或相對(duì)于其扭曲的角度被定義為前傾角α。螺距為常數(shù)，或沿光軸有變化(即增加或縮小)。扭曲角度與取向可通過(guò)使用一層或多層可用的排列層來(lái)進(jìn)行選擇。
至少有些液晶材料，如手性向列型液晶(如膽甾醇型液晶)包括一個(gè)手性成分，它能形成液晶材料的指向矢自然地圍繞垂直于指向矢的光軸進(jìn)行旋光的結(jié)構(gòu)。手性向列型液晶的螺距與獲得指向矢360°角旋光所需的材料厚度對(duì)應(yīng)。至少有些非手性向列型液晶可通過(guò)添加手性化合物制成手性材料。通過(guò)改變手性對(duì)非手性材料的比例可達(dá)到改變材料螺距的目的。
諸如向列型液晶之類的單軸雙折射材料以有兩個(gè)主折射率no與ne為特征。尋常折射率no影響其電場(chǎng)極化矢量垂直于雙折射介質(zhì)光學(xué)對(duì)稱軸的光的成分。非尋常折射率ne則影其電場(chǎng)極化矢量平行于雙折射介質(zhì)光學(xué)對(duì)稱軸(例如，在正介質(zhì)各向異性向列型液晶情況下平行于指向矢)的光的成分。
介質(zhì)的雙折射Δn由no和ne定義為Δn＝ne-no入射在雙折射介質(zhì)上的偏振光作為尋常光線成分與非尋常光線成分傳播。由于各自折射率不同，這兩個(gè)成分的相速度有差異。光的總相差或光的總延遲取決于介質(zhì)的雙折射與介質(zhì)的厚度。
合適偏振旋光元件的一個(gè)實(shí)施方式對(duì)應(yīng)于一個(gè)具有二分之一波長(zhǎng)延遲器厚度的薄層，其光軸偏離入射線偏振光的偏振面某一方位角φ。該偏振旋光元件的光軸位于平行于非尋常光線的一個(gè)平面上，而與尋常光線平面垂直。二分之一波長(zhǎng)延遲器將入射的線偏振光旋光2φ角度。例如，45°偏振旋光元件的光軸偏離入射線偏振光的偏振方向?yàn)?2.5°?！岸种徊ㄩL(zhǎng)延遲器”這個(gè)術(shù)語(yǔ)表示偏振旋光元件厚度為d，Δnd＝(2m+1)λ/2，其中λ為光的波長(zhǎng)，m為整數(shù)，0，1，2，……。對(duì)于其它波長(zhǎng)的光，該偏振旋光片會(huì)提供不同旋光值。此實(shí)施方式只對(duì)滿足前面所述要求的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)起相當(dāng)完美旋光片的作用。
還有另外一個(gè)例子，采用液晶材料可以形成一個(gè)偏振旋光元件，該液晶材料的指向矢沿偏振旋光元件厚度軸旋光一個(gè)扭曲Φ，該扭曲角大大小于偏振旋光元件的相延遲角Γ。
Γ＝2πΔnd/λ對(duì)于一特殊光的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍，當(dāng)Φ＜＜Γ時(shí)，入射在偏振旋光元件一面的線偏振光，它射出時(shí)會(huì)以該波長(zhǎng)的光的扭曲角φ作相同角度的旋光。這種效應(yīng)在當(dāng)偏振旋光元件包含具有扭曲向列型結(jié)構(gòu)的液晶材料時(shí)可以顯現(xiàn)。采用手性向列型液晶材料或者在偏振旋光元件的相背兩面采用可用的排列層(如圖3所示)，其中二層之間的排列方向相差一個(gè)要求的扭曲角，或由這兩個(gè)方法的組合可以獲得扭曲的向列型結(jié)構(gòu)。
偏振旋光元件也可以設(shè)計(jì)成利用扭曲角或延遲手段來(lái)改變?nèi)肷涔獾钠穹较蚝蜋E圓度。作為一個(gè)例子，考慮線偏振光的一束輸入光束，它的電場(chǎng)矢量與扭曲向列型結(jié)構(gòu)的指向矢平行。根據(jù)瓊斯陣列法(參見(jiàn)Pochi Yeh和Claire Gu撰寫(xiě)于1999年由John Wiley父子出版社發(fā)行的《液晶顯示器光學(xué)》(“Opticsof Liquid Crystal Displays”一書(shū))，射出光的橢圓度和排列角由下式給出e=tan(12sin-1[ΓφX2sin2X])]]>tan2ψ=2φXtanX(φ2-Γ24)tan2X-X2]]>其中ψ為橢圓偏振面主軸與射出面局部指向矢軸的夾角。這里φ為扭曲向列型結(jié)構(gòu)的扭曲角。Γ為如上定義的相延遲角，則上式中的x為X=φ2+(Γ2)2.]]>例如，對(duì)于波長(zhǎng)為550nm的光，具有雙折射為0.12，厚度為1.62μm，扭曲角為64°的偏振旋光元件可將線偏振光的偏振方向改變成橢圓度為-1的光。
偏振旋光元件可采用1層或多層不同材料層(如涂層)制成。例如，多層材料層可在一特定基底或偏振片元件上沉積而成，或可加上溶劑去除步驟，然后可以對(duì)沉積層之間的沉積物進(jìn)行部分或全部固化處理。如果基底或偏振片元件對(duì)溫度、濕度或這兩者都敏感的話，則這一步驟特別有用。材料的多次施涂可以降低去除溶劑以及進(jìn)行材料固化處理所需的溫度與時(shí)間。如又一個(gè)例子，偏振旋光元件的材料層可以形成在不同基底或偏振片元件上，然后將這兩層結(jié)合在一起。這種方法可將各個(gè)層結(jié)合(如層壓)成單一器件。還可以用高溫退火步驟，用以促進(jìn)或二層或多層偏振旋光片材料之間擴(kuò)散、偶合或排列。
液晶材料可選擇那些含有能使材料交聯(lián)的反應(yīng)活性官能團(tuán)的材料。在用來(lái)形成偏振旋光元件的組合物中也可以加入交聯(lián)劑或玻璃陶化劑，除液日材料外。液晶材料可按要求排列(例如在向列相、扭曲向列相、或手性向列相中)，然后交聯(lián)或以其他方式玻璃化保持排列。這類交聯(lián)過(guò)程可以通過(guò)各種工藝完成，例如，光引發(fā)，電子束處理或熱固化等。
偏振旋光元件或用來(lái)形成偏振旋光元件的組合物中可以加入其它材料。例如，如果需要的話，可加入漫射或散射材料使偏振旋光元件引起光的漫射或散射。另一例子中，如果需要添加某種顏色或消除某種顏色，則可以加入，能吸收特定波長(zhǎng)的光的吸光材料。合適的吸光材料的例子如染料與顏料。在一些實(shí)施方式中，采用的是二向色性染料(如能優(yōu)先吸收某一偏振光的材料)。特別是那些在偏振旋光元件內(nèi)可以排列的二向色性染料更為理想。合適的二向染料，包括碘，以及蒽醌，偶氮，重氮，三氮，四氮，五氮以及Mericyanine，剛果紅(二苯代-對(duì)-α-萘胺磺酸鈉)，亞甲藍(lán)，芪基染料(色指數(shù)(CI)＝620)，1，1’-二乙基-2，2’-花青氯(CI＝374(橘紅)或CI＝518(藍(lán)))，2-苯偶氮噻唑，2-苯偶氮苯噻唑，4，4’-對(duì)(芳偶氮)芪和苝的化合物，4-8-二羥基蒽醌，后者可有2-苯基或2-甲氧苯基這些取代基，4，8-二氨基-1，5-萘醌染料，和聚酯染料，如PalanilTM藍(lán)BGS和BG(德國(guó)路德維希堡的巴士夫公司)。這些染料的性質(zhì)及其制備方法在E.H.Land所著膠體化學(xué)(Colloid Clemistry)1946年出版的一書(shū)中有述。其它一些二向色性染料及其制備方法在Kirk Othmer的化學(xué)技術(shù)百科全書(shū)Vol.8，pp652-661(1993年第四版)中有述，這里予以參考結(jié)合。
其它添加劑有油類，增塑劑，抗氧化劑，抗臭氧劑，紫外穩(wěn)定劑，固化劑，以及交聯(lián)劑。這些材料可以或不與液晶材料反應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，偏振旋光元件/偏振片元件采用的是液晶材料的扭曲向列型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以包含隨液晶材料取向的吸光分子。在一個(gè)實(shí)施例中，吸光分子按液晶材料的方向排列。偏振面與液晶材料指向矢平行的偏振光被吸收，而垂直于液晶材料指向矢的偏振光則透過(guò)。本例中偏振旋光元件也起偏振片作用。這種特殊偏振旋光元件可以是置于反射型偏光元件之后的“清除作用”偏振片，以強(qiáng)化非偏振狀態(tài)的光的消光作用。
偏振旋光元件中采用的任何材料的光學(xué)特性，包括折射率等均與波長(zhǎng)有關(guān)。例如對(duì)于某一波長(zhǎng)的二分之一波長(zhǎng)延遲器的厚度可以產(chǎn)生對(duì)于另一波長(zhǎng)小于二分之一波長(zhǎng)的延遲效果。至少在一些實(shí)施方式中，特別是顯示應(yīng)用，要求降低或最大程度地減少某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)，如在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)(即波長(zhǎng)在380-800nm之間區(qū)域)的上述差異。降低偏振旋光元件對(duì)波長(zhǎng)依賴性(即降低色度性)的方法之一是形成兩層或多層的不同材料層，并使這兩層或多層排列，使它們的光軸呈某一特定角度。例如，使它們的光軸互呈90°。要選用材料使制得的偏振旋光元件，其中Δnd/λ對(duì)所需求波長(zhǎng)范圍基本上為一常數(shù)(即變化不超過(guò)10％或5％)。例如，聚丙烯層可以橫向置于聚碳酯層上(或反過(guò)來(lái))，這樣得到的元件在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域基本上呈均勻一致的光學(xué)延遲作用。透過(guò)兩層膜的光學(xué)距離與波長(zhǎng)依賴性的差別在所感興趣波長(zhǎng)區(qū)域中應(yīng)基本上均勻一致。各層膜的相對(duì)厚度可進(jìn)行調(diào)整，改變?cè)摱鄬幽?duì)波長(zhǎng)的依賴性。
排列層可以用于偏振旋光元件，用來(lái)規(guī)定偏振旋光元件表面的光軸取向。此光軸可以與平行于排列層的表面成某一角度。此外，至少一些情況下，排列層可以使得該光軸與排列層表面呈一定的傾斜角。排列層對(duì)液晶材料特別有用，它可規(guī)定偏振旋光元件表面液晶的指向矢的取向。液晶材料(如偏振旋光元件)相背的兩個(gè)面上都可提供排列層。一種辦法是采用一個(gè)排列層，而是依賴偏振旋光元件的螺距與厚度決定另一面的排列。
排列層可以是分開(kāi)形成的層，也可以是一層或多層其它膜的其他一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的一部分。例如，偏振片元件也可以起排列層作用。還可以在排列之后對(duì)液晶材料進(jìn)行交聯(lián)以維持該排列。也可以在液晶材料交聯(lián)或玻璃化之后，從裝置中去除一個(gè)或多個(gè)排列層。
許多制備排列層的方法是已知的，因?yàn)榕帕袑右恢庇糜诎ㄒ壕Ш性趦?nèi)的其它器件中。通常制備排列層的一種已知技術(shù)涉及機(jī)械或物理排列方法，另一種涉及化學(xué)與光學(xué)排列技術(shù)。
通常制備排列層采用的機(jī)械方法，就是對(duì)聚合物(如聚乙烯醇或聚酰胺)按所需排列方向進(jìn)行摩擦。另一種物理方法為拉伸或其他方式使聚合物膜(如聚乙烯醇)在排列之后上取向。許多種取向聚合物膜具有液晶材料的排列特征，包括聚烯烴(如聚丙烯)、聚脂(如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與聚萘二甲酸乙烯酯)、以及聚苯乙烯(如無(wú)規(guī)立構(gòu)，順式立構(gòu)，或反式立構(gòu)的聚苯乙烯)等聚合物排列。聚合物可以是均聚物或共聚物，也可以是二種或多種聚合物的混合物。起排列層作用的聚合物膜可以有一層或多層。起排列層作用的取向聚合物膜也可以有連續(xù)相與分散相。另一種物理方法，即按排列方法以斜向?yàn)R射一層諸如SiOx，TiO2，MgF2，ZnO2，Au和Al等材料在基底表面上。另一種機(jī)械方法是使用微槽的表面，如US Pat.No.4,521,080，5,946,064，和6,153,272所述的方法。
排列層也可以采用光化學(xué)方法形成。如US Pat.No.4,974,941，5,032,009，和5,958,293所述，可光取向的聚合物可以形成排列層，對(duì)分散在介質(zhì)中或基底上的各向異性吸光分子用線偏振的光(如紫外光)按排列方向輻照而成。合適的可光取向的聚合物有聚酰胺，如含有取代1，4-苯二胺的聚酰胺。
另一類可光學(xué)取向材料，通常為聚合物，可用來(lái)形成排列層。這些聚合物在偏振紫外光或沿該偏振紫外光的電場(chǎng)矢量方向或垂直于該電場(chǎng)矢量方向下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后該聚合物即可使液晶材料呈排列排列。這些材料的例子，如USPat.No.5,389,698，5,602,661和5,838,407中所述。合適的光聚合材料有聚肉桂酸乙烯酯，以及其它如US Pat.No.5,389,698，5,602,661和5,838,407所公開(kāi)的聚合物。如US Pat.No.6,001,277和6,061,113所述感光異構(gòu)化合物，如偶氮苯衍生物也適合于光感排列。
此外，有些親液液晶材料也可用作排列層。這類材料當(dāng)剪切涂布在基底上時(shí)，對(duì)熱改變液晶材料能起強(qiáng)烈的排列排列作用。這類合適材料的例子如美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/708,752所述。
除使用排列層外，偏振旋光片的液晶材料可在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中進(jìn)行排列。使液晶材料排列的另一種方法是通過(guò)剪切或拉伸的流動(dòng)場(chǎng)，如涂覆或擠壓過(guò)程中的流動(dòng)場(chǎng)。液晶材料然后交聯(lián)或玻璃化保持這種排列。此外，在已排列基底上，諸如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙烯酯一類已排列的聚脂基底上可以產(chǎn)生排列。
可以采用各種不同的偏振片元件。一種偏振片元件類型為反射型偏偏片元件。反射型偏振片元件有各種形式。合適反射型偏振片元件為那些在交替層中或在連續(xù)相內(nèi)作為分散相的具有不同折射率的二種或多種不同材料。多層聚合物反射型偏振片如US Pat.No.5,882,774，5,965,247，以及PCT專利申請(qǐng)?zhí)枮閃O95/17303；WO95/17691；WO95/17692；WO95/17699；WO96/19347；和WO99/36262中所述。市場(chǎng)上有售的多層反射型偏振片有明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司產(chǎn)的雙光度增強(qiáng)膜(DBEF)。多層無(wú)機(jī)反射型偏振片在H.A.Macleod所著由邁克米蘭出版公司于1986年發(fā)行的《薄膜光學(xué)濾片》(第二版)和由A.Thelan所著由麥克格羅-希爾公司于1989年出版的《光學(xué)干涉濾片的設(shè)計(jì)》等書(shū)中有述。漫反射型偏振片包括在US Pat.No.5,825,543中所述的連續(xù)/分散相反射型偏振片，以及在US Pat.No.5,867,316中所述的漫反射型多層偏振片。USPat.No.5,751,388和5,940,211敘述了其它一些反射型偏振片。
另一類反射型偏振片的例子是采用膽甾醇型液晶材料形成的。膽甾醇型液晶偏振片元件在相應(yīng)于膽甾醇型液晶螺距的光學(xué)長(zhǎng)度的波長(zhǎng)處能透射左旋或右旋圓偏振光。不被透射的光被反射，而在反螺旋性內(nèi)圓偏振化。在USPat.No.5,793,456，5,506,704，5,691,789，以及歐洲專利公開(kāi)號(hào)EP940 705中介紹了膽甾醇型液晶反射型偏振片。由于液晶顯示器要求輸入線偏振光，膽甾醇型反射型偏振片通常提供有四分之一波長(zhǎng)延遲器，將透射的圓偏振光轉(zhuǎn)變成線偏振光。合適的膽甾醇型反射型偏振片在市場(chǎng)上有售，商品名為T(mén)RANSMAXTM，由默克(Merck)公司生產(chǎn)和NIPOCSTM由Nitto Denko公司生產(chǎn)。
另一種偏振片元件為吸光型偏振片元件。通常它由取列的且能吸收一定偏振面的光的材料制成。這類偏振片元件的例子有取向聚合物層，它用二向色性染料如碘或金屬螯合物染色。這類結(jié)構(gòu)的例子有拉伸的，然后用碘染色的聚乙烯醇層。US Pat.No.4,166,871、4,133,775、4,591,512和6,096,375中有關(guān)于合適吸光型偏振片的討論。
另一種吸光型偏振片包括一種取向聚合物，它可以不需另外染色，它們?yōu)槟苓x擇性地吸收光的聚合物材料的段，塊或接技的衍生物。一個(gè)關(guān)于不染色的吸光型偏振片的例子為一取向共聚物，它包含聚乙烯醇和聚乙烯的塊，其中聚乙烯塊由聚乙烯醇分子脫水而成。US Pat.No.3,914,017和5,666,223有關(guān)于不染色的偏振片制造的討論。
如果需要的話，上述吸光型偏振片元件的取向聚合物膜可起偏振旋光元件的排列層作用。在一個(gè)實(shí)施方式中，反射型起偏振片元件之上覆蓋一層取向聚乙烯醇吸光型偏振片元件(如參見(jiàn)US Pat.No.6,096,375)。該取向聚乙烯醇吸光型偏振片元件對(duì)吸光偏振片元件上液晶材料而形成的偏振旋光元件來(lái)說(shuō)，起排列層的作用。
如上面指出的，可以使用另一個(gè)能改變偏振面的元件來(lái)代替偏振片元件(圖3所示的元件202)。這樣一種元件包括例如補(bǔ)償膜。它能改變光的偏振面，提供不同的橢圓或圓偏振。這樣的顯示器就具有較寬的水平視角，垂直視角，或這兩種視角。
薄膜可以具有一層以上偏振片元件或能改變偏振面的其它元件。例如，偏振旋光元件可以放置在二個(gè)偏振片元件之間。而且，這層膜可以包含多個(gè)偏振旋光元件。此外，其它光學(xué)元件也可以包含在膜中，如US Pat.No.5,932,626和6,044,196所述的微結(jié)構(gòu)棱鏡膜，漫射層，散射層，以及波長(zhǎng)可選的吸收層和透射層。膜中還可加入其它層，它們基本上不會(huì)改變器件的光學(xué)特性，例如膠粘劑層和基底。
可用的基底只不過(guò)是個(gè)層它提供在其上沉積或形成其它各層的基片。取而代之或添加的是，基底可以是制造、使用或這兩種情況下的結(jié)構(gòu)支撐物。在有些情況下，基底不起其它作用。有時(shí)基底是可去除或棄去的一層保護(hù)性襯底。除非要去除基底，通?；自谄裥馄ぷ鞑ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)為透明的，并且具有或無(wú)雙折射效應(yīng)。這些實(shí)施方式的基底包括三醋酸纖維素(日本東京柯尼卡公司與富士膠卷公司，以及紐約州羅切斯特的伊士曼柯達(dá)公司有售)，SollxTM(麻省匹茲菲爾特的通用電氣塑料制品公司有售)，以及聚丙烯或聚乙烯膜。
在至少一些情況下，基底在光學(xué)上是各向同性的。另外，基底是個(gè)c片(即面內(nèi)處折射率相同，但沿其縱深方向折射率各不相同)，且最好為負(fù)的c片，它起改善同型向性(homeotropical)排列顯示盒中離軸的延遲效應(yīng)。這類實(shí)施方式的合適基底包括日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2000/154,261A和美國(guó)專利5,196,953所介紹的那些。
在另一些實(shí)施方式中，基底還起一個(gè)或多個(gè)光學(xué)功能的作用。例如，基底可以是偏振片元件或補(bǔ)償膜，或含有一種吸光材料，給膜增色或減色。
可以構(gòu)建各種不同器件，可以各種不同方式構(gòu)建這些器件。除了這里所述方法之外，在美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)專利序列號(hào)為_(kāi)_____________，題為“偏振旋光片，含有偏振旋光片的器件以及其制造與使用方法”，備案號(hào)為55871US002，并同一天提交的專利中也有描述。特別是該器件的各個(gè)元件可以分別先后或同時(shí)制造。例如，二層或多層元件(如偏振片元件和排列層)可以共擠壓或可以同時(shí)涂覆在一可去除的基底上。在另一實(shí)施例中，一個(gè)元件(如偏振旋光元件)可以涂覆或以其他方式設(shè)置在先前形成的層(如排列層，偏振片元件或基底)上?；蛘撸鱾€(gè)元件可以先分開(kāi)形成，然后層壓在一起。薄膜可采用這些方法的組合制造。例如，偏振片元件與排列層可以共擠壓形成；偏振旋光元件可涂覆在排列層上。然后將第二個(gè)排列層與基底層壓到偏振旋光元件上形成器件。
器件的各個(gè)元件通過(guò)各種方法整合成一器件，所用方法通常取決于諸如被整合的各元件層的類別，各個(gè)元件層的形成方法，以及各元件層的材料?？梢岳斫猓卸喾N不同方法用來(lái)形成一個(gè)膜(如偏振片元件與排列層可以先共擠壓形成，然后將偏振旋光元件層壓在排列層上)。整合各元件的方法有共擠壓，涂布膠粘劑層壓，熱層壓，高溫?cái)U(kuò)散，二個(gè)元件反應(yīng)基團(tuán)的反應(yīng)耦合，以及交聯(lián)。當(dāng)采用粘接劑時(shí)，最好該粘接劑在感興趣的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)為透明的，除非粘接劑也用作膜內(nèi)光學(xué)層。
下面是膜結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子?？梢岳斫馄渌M合可以通過(guò)對(duì)所述膜的各元件添加、去除或替代等形成。此外，還可以理解圖中所示排列層只是可用的，也可以不用。其它元件(如偏振片元件)可起排列層作用，采用電場(chǎng)或磁場(chǎng)進(jìn)行取向排列，或者在偏振元件交聯(lián)或玻璃化之后，去除一層或多層排列層。作為一種替換，可以使用單一排列層，在其相背的兩個(gè)面上的排列通?；虿糠钟善裥庠牟牧系暮穸扰c螺距決定。
圖3所示的構(gòu)型可以用來(lái)說(shuō)明各種不同實(shí)施方式。一個(gè)實(shí)施方式中，膜200包括偏振片元件202(如吸光型偏振片元件或反射型偏振片元件，或兼具此兩性質(zhì)，還可包含四分之一波長(zhǎng)延遲器)，偏振旋光元件204，基底210和兩層可用的排列層208，206。這兩個(gè)排列層可采用上述技術(shù)形成。這類膜的制造方法之一包括在偏振片元件202上與基底210上分別形成排列層206與排列層208。偏振旋光元件204的液晶材料可涂布在排列層206，208之一或兩者之上。然后將這兩種分離的結(jié)構(gòu)合并在一起，形成偏振旋光元件204，再可以對(duì)偏振旋光元件的液晶材料進(jìn)行固化處理，使偏振旋光元件204的排列定型。偏振旋光元件的構(gòu)型使得射出偏振片元件的光旋光一個(gè)所需的角度。這種膜可以接受非偏振光，透射的偏振光是其偏振面經(jīng)偏振片元件202偏振軸旋光所需角度的光。作為一個(gè)例子，在縱向(0°)或橫向(90°)取向的反射型偏振片元件可以與45°偏振旋光元件組合形成一個(gè)器件。這種器件可用于圖1C的液晶顯示器，它可以避免以45°角斜切反射型偏振片時(shí)產(chǎn)生的廢料。
在另一實(shí)施方式中，基底210為另一個(gè)偏振片元件，它具有的偏振方向不同于偏振片元件202的偏振方向。偏振旋光元件設(shè)計(jì)成將光的偏振方向從偏振片元件202的偏振軸旋光到與該第一偏振片元件210的偏振軸重合，盡管在有些情況下，偏振旋光元件可以不完全與光重合(如偏振旋光元件將偏振面旋光30°，而兩個(gè)偏振片元件的偏振光光軸差45°角)。作為一個(gè)例子，偏振片元件202可以是個(gè)反射型偏振片元件(它的偏振光軸為0°)，而另一個(gè)偏振片元件210是個(gè)吸光型偏振片元件(它的偏振光軸為90°)。偏振旋光元件204被選擇用來(lái)將經(jīng)由偏振片元件202透射的光的偏振面旋光90°角(遇需要，可旋光其它某個(gè)角度)，使光能通過(guò)該另一偏振片元件210(如果旋光角度與90°差別很大，則僅部分通過(guò))。
在另一實(shí)施方式中，基底210是另一種能改變偏振面的元件，如補(bǔ)償膜(例如US Pat.No.6,064,457所述的補(bǔ)償膜)。還有一個(gè)實(shí)施方式，偏振片元件202是反射型偏振片元件，且排列層206是二向色性染料染色的聚乙烯醇排列層，或由聚乙烯醇分子脫水而成的聚乙烯塊而形成的取向?qū)印＿@樣制得的吸光型偏振片元件可以為偏振旋光元件204在聚乙烯醇取向方向上起排列層作用。
圖4顯示一種膜的構(gòu)型，它利用的是反射/吸光偏振片元件組合。膜300包括一層反射型偏振片元件302，一層吸光型偏振片元件303，一層偏振旋光元件304，基底310，以及兩層可用的排列層306、308。這些薄層按前面討論的形成與構(gòu)建。在另一實(shí)施方式中，膜300包括一層偏振片元件302，一層漫射元件303，一層偏振旋光元件304，基底310，以及兩層可用的排列層306、308。
圖5顯示一種配以諸如第二偏振片元件或補(bǔ)償膜等其它光學(xué)元件的膜構(gòu)型。膜400包含一層偏振片元件402(如反射型偏振片元件，吸光型偏振片元件，或它們的組合)，偏振旋光元件404，以及兩層可用的排列層406、408，和另一種光學(xué)元件412(如偏振片元件或補(bǔ)償膜)。合適補(bǔ)償膜包括商購(gòu)補(bǔ)償膜，如斜型O片補(bǔ)償膜(瑞士Allschwil的Rolic技術(shù)有限公司產(chǎn))，以及由富士膠卷公司(日本東京)產(chǎn)的噴涂discotic膜。偏振旋光元件可附加改變離開(kāi)補(bǔ)償膜的偏振光的橢圓度。通過(guò)選擇偏振旋光元件的材料，折射率，厚度，偏振旋光元件可設(shè)計(jì)成使得特殊補(bǔ)償膜的操作最佳，且處于膜400之內(nèi)。
圖6顯示不另需基底的膜的構(gòu)型。膜500包含一層反射型偏振片元件502，一層偏振旋光元件504，排列層506，以及可用的第二排列層508，它也為制造或使用時(shí)提供足夠的支撐。例如，第二排列層508可以是聚乙烯醇或其他聚合物的排列層。另外，第二排列層508也可以是由取向聚乙烯醇和二向色性組分制成的吸光型偏振片元件。
圖7顯示利用膽甾醇型偏振片元件的膜的構(gòu)型。膜600包含膽甾醇型偏振片元件602，四分之一波長(zhǎng)延遲器，偏振旋光元件606，偏振片元件608(反射型或吸光型偏振片或它們的組合)，以及可用的排列層610，612，614。膽甾醇型偏振片元件602透射圓偏振光，四分之一波長(zhǎng)延遲器604將圓偏振光轉(zhuǎn)變成線偏振光。偏振旋光元件606將離開(kāi)四分之一波長(zhǎng)延遲器604的光的偏振面旋光到與偏振片元件608的偏振軸重合(如要求的話)。在另一替換方式中，四分之一波長(zhǎng)元件可以與膜的垂直光軸取向相同，在這種情況下產(chǎn)生的線偏振光與垂直光軸呈45°角射出。
圖8顯示配以兩層偏振軸不同的偏振片元件與兩層偏振旋光元件的膜，能讓那些偏振方向不同于這兩個(gè)偏振片元件的偏振光光軸取向的偏振光透射。膜700包括第一偏振片元件702，第一偏振旋光元件704，第二偏振片元件706，第二偏振旋光元件708，可用的基底710，以及可用的排列層712，714，716和718。第一偏振旋光元件704將第一偏振元件702透射的光的偏振面旋光到與第二偏振片元件706的偏振軸重合(如要求的話)。第二偏振旋光元件708將由第二偏振片元件透射的光偏振面旋光到所需的偏振方向(例如，當(dāng)從裝置主面或平面的法線方向觀察，與膜700的垂直光軸呈45°)。
圖9顯示不需要第二排列層的膜的構(gòu)型。膜800包括一層偏振片元件802，一層偏振旋光元件804，排列層806。由周?chē)鷹l件(如大氣)或由膜層的厚度提供偏振旋光元件其他表面的排列。
在其它實(shí)施方式中，偏振片元件與偏振旋光元件設(shè)置在一光導(dǎo)上(如光導(dǎo)板或光導(dǎo)纖維)。或是偏振片元件或是偏振旋光元件放置在鄰近光導(dǎo)的位置。上述各種膜都可用于這些實(shí)施方式。有些光導(dǎo)器由于其本質(zhì)上原因，可以優(yōu)先將一特定的偏振面相對(duì)于直角偏振面分離出來(lái)。
在本發(fā)明一個(gè)特殊實(shí)施方式中，偏振旋光元件將線偏振光的偏振面旋光某一角度，使它與液晶顯示器底部偏振片的光軸共線。
本發(fā)明薄膜可以用于各種應(yīng)用，包括電子顯示，眼罩，窗處理，特定照明，電子或光學(xué)開(kāi)關(guān)，信號(hào)發(fā)送，通訊，航空電子設(shè)備等。一種特定用途為液晶顯示。圖10說(shuō)明液晶顯示器的一個(gè)實(shí)施方式。應(yīng)該承認(rèn)，其它液晶顯示器的構(gòu)型已為人們所知，且薄膜可用于那些顯示器構(gòu)型之中。圖10的構(gòu)型僅作為例子加以說(shuō)明薄膜的利用。
液晶顯示器900包括液晶盒902，偏振片904，檢偏片906，背光源與光導(dǎo)器908，反射型偏振片910，以及反射片912。本發(fā)明的薄膜可以與液晶顯示器上各種元件聯(lián)合使用，如反射型偏振片910，偏振片904，以及檢偏片906等。本發(fā)明薄膜還可以用作反射型偏振片910。這一類膜還可以包括反射型偏振片元件和偏振旋光元件，后者將由反射型偏振片元件透射的光的偏振面旋光到可以被偏振片904透射的方向。在此實(shí)施方式中，膜的反射型偏振片元件與偏振片904不必具有同一方向的偏振軸。因此，膜的反射型偏振片元件的偏振軸為0°或90°，而偏振片的偏振軸為45°。
在另一實(shí)施方式中，該膜可用作偏振片904。在本實(shí)施方式中的偏振片904包括偏振片元件與偏振旋光元件。在一種構(gòu)型中，偏振旋光元件將離開(kāi)反射型偏振片910的光的偏振面旋光，使其被偏振片904的偏振片元件透射。在另一構(gòu)型中，偏振旋光元件將離開(kāi)偏振片元件的光的偏振面旋光，使其在最靠近液晶盒902表面處平行或正交于液晶的指向矢。
還有一個(gè)實(shí)施方式，該膜可用作檢偏片906。該實(shí)施方式的檢偏片906包括偏振片元件和偏振旋光元件。在一個(gè)構(gòu)型中，偏振旋光元件將由液晶盒902透射的光的偏振面旋光一個(gè)角度。
該膜還可以用于反射型和透射反射型顯示器。例如，檢偏片可以包括偏振片元件與偏振旋光片，后者將透射到LC盒的光的偏振面旋光一個(gè)角度。該膜還可以用來(lái)替代LC盒偏振片或置于LC盒偏振片后面的反射型偏振片，如同背光式顯示器的相同的方式。
除了這些實(shí)施方式外，該膜的其它用途也是可以想象的。例如，薄膜可以包括補(bǔ)償膜元件，可取代LCD內(nèi)的商購(gòu)補(bǔ)償膜。
薄膜可以構(gòu)建成具有多重域或像素域。例如，膜的排列層可構(gòu)建成使其具有不同排列的區(qū)域。頂層與底層排列層的排列，可使某些區(qū)域呈現(xiàn)偏振面的旋光角度，而其它區(qū)域呈現(xiàn)偏振面的另一個(gè)旋光角度。例如，該膜在某些區(qū)域內(nèi)可分成90°偏振旋光的像素，而另一些區(qū)域基本上不呈現(xiàn)任何偏振面的旋光。這可以通過(guò)對(duì)排列層表面選擇性地排列而實(shí)現(xiàn)。例如，只有部分排列層的表面被摩擦或曝光(對(duì)可光排列的層)。作為另一個(gè)例子，排列層表面的不同部位可以通過(guò)不同方向的摩擦或?qū)ε帕袑拥牟煌课灰圆煌窠堑墓馄毓舛什煌较蚺帕?。這類構(gòu)型可用來(lái)提供離軸圖像均勻性的顯示器。
下面一些實(shí)施例將描述本發(fā)明器件的制造。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅為敘述性的，不應(yīng)理解成是對(duì)本發(fā)明范圍的限定。
下面所述是根據(jù)本發(fā)明一些形成光學(xué)器件的實(shí)施例。應(yīng)該認(rèn)為采用已知技術(shù)，其它制造上述光學(xué)器件的方法也是可行的。下面所述是制備光學(xué)器件的一些新技術(shù)。
這里提供的是前面所述的偏振元件，如吸光型偏振片，多層反射式偏振片，分散相/連續(xù)相反射型偏振片，或膽甾醇型反射型偏振片，或任何其它能改變偏振面的元件。在偏振片或能改變偏振面的元件表面上形成排列層。在一個(gè)實(shí)施方式中，偏振片或能改變偏振面的元件包括一個(gè)排列層。例如，偏振片與能改變偏振面的元件包括一層或多層拉伸的聚合物層，形成拉伸排列表面，它起排列層作用。這類偏振元件包含各種多層反射型偏振片，它們被拉伸能誘導(dǎo)多層反射型偏振片至少有些層內(nèi)的雙折射效應(yīng)。其它例子包括例如二向色性染料染色的聚乙烯醇的吸光性偏振片，或聚乙烯醇分子脫水而成的聚乙烯塊的吸光型偏振片。拉伸聚乙烯醇使聚合物取向。聚乙烯醇層可以放置在另一元件上，如多層反射型偏振片上，且起復(fù)合反射型/吸光型偏振元件用的排列層作用。
在其它實(shí)施方式中，在偏振片或能改變偏振面的元件上形成一先已制成的排列層。如果偏振片或能改變偏振面元件不包括排列層，如果偏振片或能改變偏振面元件表面的排列方向發(fā)生錯(cuò)誤，如果偏振片或能改變偏振面的元件與偏振旋光元件之間還有其它層(如擴(kuò)散層或粘結(jié)層)，或者如果偏振片或能改變偏振面的元件與偏振旋光元件的材料互不兼容，則這類構(gòu)型很有用。
許多制備排列層的方法是已知的，因?yàn)榕帕袑釉糜诎ㄒ壕Ш性趦?nèi)的其它器件。通常制備排列層的已知技術(shù)涉及機(jī)械或物理排列方法，以及涉及化學(xué)與光學(xué)排列技術(shù)的另一類方法。
通常制備排列層采用的機(jī)械方法，就是對(duì)聚合物(如聚乙烯醇或聚酰胺)按所需排列方向進(jìn)行摩擦。另一種物理方法為拉伸或其他方式使聚合物膜(如聚乙烯醇)在排列之后上取向。許多種取向聚合物膜具有液晶材料的排列特征，包括聚烯烴(如聚丙烯)、聚脂(如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與聚萘二甲酸乙烯酯)、以及聚苯乙烯(如無(wú)規(guī)立構(gòu)，順式立構(gòu)，或反式立構(gòu)的聚苯乙烯)等聚合物排列。聚合物可以是均聚物或共聚物，也可以是二種或多種聚合物的混合物。起排列層作用的聚合物膜可以有一層或多層。起排列層作用的取向聚合物膜也可以有連續(xù)相與分散相。另一種物理方法，即按排列方法以斜向?yàn)R射一層諸如SiOx，TiO2，MgF2，ZnO2，Au和Al等材料在基底表面上。另一種機(jī)械方法是使用微槽的表面，如US Pat.No.4,521,080，5,946,064，和6,153,272所述的方法。
排列層也可以采用光化學(xué)方法形成。如US Pat.No.4,974,941，5,032,009，和5,958,293所述，可光取向的聚合物可以形成排列層，對(duì)分散在介質(zhì)中或基底上的各向異性吸光分子用線偏振的光(如紫外光)按排列方向輻照而成。合適的可光取向的聚合物有聚酰胺，如含有取代1，4-苯二胺的聚酰胺。
另一類可光學(xué)取向材料，通常為聚合物，可用來(lái)形成排列層。這些聚合物在偏振紫外光或沿該偏振紫外光的電場(chǎng)矢量方向或垂直于該電場(chǎng)矢量方向下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后該聚合物即可使液晶材料呈排列排列。這些材料的例子，如USPat.No.5,389,698，5,602,661和5,838,407中所述。合適的光聚合材料有聚肉桂酸乙烯酯，以及其它如US Pat.No.5,389,698，5,602,661和5,838,407所公開(kāi)的聚合物。如US Pat.No.6,001,277和6,061,113所述感光異構(gòu)化合物，如偶氮苯衍生物也適合于光感排列。
此外，有些親液液晶材料也可用作排列層。這類材料當(dāng)剪切涂布在基底上時(shí)，對(duì)熱改變液晶材料能起強(qiáng)烈的排列排列作用。這類合適材料的例子如美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/708,752所述。
除使用排列層外，偏振旋光片的液晶材料可在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中進(jìn)行排列。使液晶材料排列的另一種方法是通過(guò)剪切或拉伸的流動(dòng)場(chǎng)，如涂覆或擠壓過(guò)程中的流動(dòng)場(chǎng)。液晶材料然后交聯(lián)或玻璃化保持這種排列。此外，在已排列基底上，諸如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙烯酯一類已排列的聚脂基底上可以產(chǎn)生排列。
上面討論的有些排列層經(jīng)偏振紫外光曝光排列可以在排列層上設(shè)置偏振旋光元件的液晶材料之前或之后進(jìn)行。偏振紫外光曝光可以在與偏振片或能改變偏振面的元件相背的一側(cè)進(jìn)行。如果偏振片或能改變偏振面的元件的偏振軸與排列方向一致或?qū)ψ贤夤馔耆该?如該元件僅使見(jiàn)光偏振)，可在另一側(cè)進(jìn)行曝光。另外，也可以同時(shí)或從兩側(cè)先后進(jìn)行曝光。
偏振旋光元件的液晶材料設(shè)置在排列層上面。該液晶材料可以為單體材料，它可以隨后聚合形成液晶材料、部分聚合的材料，聚合物材料，或聚合物與單體材料的組合。液晶材料也可以包含溶劑，它能促進(jìn)液晶材料在排列層的設(shè)置。在其它實(shí)施方式中，至少一部分液晶材料起溶劑作用，或液晶材料在一分散劑內(nèi)分散成懸濁液或乳濁液。在一些實(shí)施方式中，液晶材料包含單體材料或其它組分，使由液晶材料形成的液晶層具有粘結(jié)性能。這類粘結(jié)性能可促使液晶層與其它鄰近層，如排列層的結(jié)合。這類單體材料與其它組分包括丙烯酸酯單體，甲基丙烯酸酯單體，乙烯基單體，或芳族乙烯基單體等。
液晶材料可以包含其它組分，如前所述包含漫射顆粒，染料，顏料之類。在一些實(shí)施方式中，液晶材料還可包含隔離物。隔離物通常為實(shí)心體，在鄰近于液晶材料的層之間提供均勻的間隔。通常，隔離物為圓形，柱狀或橢圓形，其直徑或短徑尺寸對(duì)應(yīng)所需的由液晶材料形成的液晶層的厚度。隔離物通常由那些如玻璃或諸如聚苯乙烯或聚丙烯一類聚合物，不與液晶材料起反應(yīng)的惰性材料制成。
有各種方法將液晶材料設(shè)置在排列層上，例如涂布，擠壓(如與排列層或者與排列層和偏振片或能改變偏振面元件一起共擠壓)，噴涂，升華，或凝聚技術(shù)等。通常液晶材料的厚度是可控的，以達(dá)到所需的光學(xué)特性。在一些實(shí)施方式中，液晶材料設(shè)置在排列層上作為二層或多層連續(xù)層。如果底層(如排列層或偏振片或能改變偏振面的層)是熱敏性的，則當(dāng)加熱去除溶劑或分散劑時(shí)遇熱會(huì)遭破壞(如性能下降)情況下，特別有用。
設(shè)置了液晶材料后，有一些工藝可供選用。在一些實(shí)施方式中，不使用第二排列層。在這些實(shí)施方式中，偏振旋光元件的光學(xué)特性通過(guò)控制用于制造偏振旋光元件材料的厚度實(shí)現(xiàn)。例如，液晶材料可設(shè)置在排列層上形成偏振旋光元件，它的厚度(溶劑被去除，液晶材料聚合后的厚度)正好形成二分之一波長(zhǎng)延遲器，或四分之一波長(zhǎng)延遲器。作為另一個(gè)例子，液晶材料可包含手性向列型液晶材料，它具有固有螺距。也可以借助周?chē)h(huán)境(如空氣)來(lái)控制偏振旋光元件曝光面的排列。
在其它實(shí)施方式中，在液晶材料上設(shè)置第二排列層，此第二排列層的排列可以相同于或更經(jīng)常不同于第一排列層的排列。第二排列層設(shè)置在液晶材料上可以采用各種方法。在一些實(shí)施方式中，第二排列層是設(shè)置并配接(如層壓)在液晶材料上完整結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分。這種完整結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在基底上的第二排列層，它可以是例如偏振片或補(bǔ)償膜之類光學(xué)元件，且在基底與第二排列層之間還有諸如膠粘劑層或擴(kuò)散層之類的中間層。可以采用上述各種技術(shù)將第二排列層設(shè)置在基底上形成在偏振片或能改變偏振面的層上的排列層。
在其它一些實(shí)施方式中，液晶材料設(shè)置在第二排列層上，然后將該結(jié)構(gòu)的液晶材料再與設(shè)置在排列層/偏振片或能改變偏振面的元件結(jié)構(gòu)的液晶材料緊密接觸。這二種液晶材料可以相同，也可以不同，允許其相互擴(kuò)散，使二種結(jié)構(gòu)配接成單一器件。這種相互擴(kuò)散能在將這兩種結(jié)構(gòu)配接在一起時(shí)的溫度下，或這種擴(kuò)散在加熱如在退火工序中產(chǎn)生或得到加強(qiáng)時(shí)的溫度下發(fā)生。在一些實(shí)施方式中，液晶材料隨后再聚合，將兩種液晶材料進(jìn)一步配接成排列液晶層。加熱工序也能促進(jìn)此兩個(gè)排列層進(jìn)行排列。
還有一些實(shí)施方式，第二排列層直接形成在液晶材料上。例如，采用涂覆，共擠壓，濺射，化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積工藝，或其他在偏振片或能改變偏振面的元件上形成排列層的技術(shù)在液晶材料上設(shè)置第二排列層。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二排列層與液晶材料采用共擠法。如果在形成液晶材料與第二排列層中使用了溶劑或分散劑，則該溶劑或分散劑可以不兼容，不溶解，或稍有溶解以維持其各自的完整性，且阻止或禁止兩層之間的相互擴(kuò)散。
液晶材料可以先于或更經(jīng)常的是隨形成第二排列層之后(如果采用的話)形成液晶層。通常，液晶材料是由光化學(xué)，熱，或電子束誘發(fā)可聚合的或交聯(lián)的材料。液晶材料通常含有可聚合的單體或聚合物或交聯(lián)劑或兩者都有。液晶材料的聚合或交聯(lián)通常在液晶材料采用一層或多層排列層進(jìn)行了排列之后進(jìn)行。或者采用電場(chǎng)或磁場(chǎng)進(jìn)行排列。液晶材料的聚合與交聯(lián)會(huì)造成液晶材料固定在該排列構(gòu)型中。如需要的話，也可將任一排列層隨后除去。
如果需要的話，在形成第二排列層之前進(jìn)行部分的聚合或交聯(lián)。如果采用光化學(xué)(如紫外光)或電子束進(jìn)行聚合或交聯(lián)，則光束或電子束a)可直接輻照液晶材料；b)通過(guò)基底或第二排列層輻照；c)如果無(wú)基底，則通過(guò)第二排列層輻照；或d)如果光束或電子束足以能夠穿透到液晶材料的話，通過(guò)偏振片或能改變偏振面的元件輻照。如果元件對(duì)用于液晶材料聚合或交聯(lián)的光完全透明的話或如果可以使用偏振光的話，則光對(duì)偏振片能改變偏振面元件的穿透得以加強(qiáng)。
這些操作可以重復(fù)進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行，以制得光學(xué)器件中的任何其它偏振旋光元件。此外，光學(xué)器件中還可以包括或添加其它層。這些層可以通過(guò)已知方法，如層壓(如膠粘或熱層壓)，涂覆，或擠壓(包括共擠壓)等配接到前面所述的其他層上。
上述工藝可在一個(gè)個(gè)器件上，成批地或在連續(xù)帶上進(jìn)行。特別是這些工藝可以采用卷對(duì)卷的技術(shù)進(jìn)行。作為一個(gè)例子，偏振片或能改變偏振面的元件，如反射型偏振片的薄膜從卷材上解卷下來(lái)。排列層通過(guò)涂覆或其它方式將可光排列的材料通常連同溶劑或分散劑一起涂到膜上制成。
涂覆可分一次或多次進(jìn)行。可光排列的材料經(jīng)干燥，至少部分(最好全部)去除溶劑或分散劑。可光排列的材料經(jīng)所需排列要求的偏振紫外光固化處理后，形成排列層。按如下所述，在先于或在排列層上設(shè)置液晶材料之后再進(jìn)行固化處理?？晒馀帕械牟牧系耐扛才c排列而成排列層的替代方法，包括采用偏振片或能改變偏振面的元件連同排列表面；涂覆或以其他方式設(shè)置排列層，然后再拉伸，摩擦或其他方式采用機(jī)械取向，或在膜上進(jìn)行材料的斜角濺射形成排列層。
然后，在排列層上涂覆液晶材料，通常用溶劑或分散劑。涂覆可以按一次或多次涂覆。液晶材料可再經(jīng)干燥，至少部分(最好全部)去除溶劑或分散劑。在一個(gè)工藝中，排列層或液晶材料可采用共擠壓在起偏振片或能改變偏振面的元件上同時(shí)形成。
此外，將基底膜諸如三醋酸纖維素膜或其它光學(xué)薄膜，諸如偏振片(如反射型偏振片或吸光型偏振片)或補(bǔ)償膜解卷下來(lái)，然后將排列層采用相同方式形成在該膜上。這道操作可以在偏振片或能改變偏振面的元件上形成排列層和液晶材料的同時(shí)，或之前，或之后進(jìn)行。在一種替代的實(shí)施方式中，基底/排列層結(jié)構(gòu)上涂覆以液晶材料。在另一種替代的實(shí)施方式中，液晶材料涂覆或其他方式設(shè)置在基底/排列層結(jié)構(gòu)上，而不是在偏振片或能改變偏振面的元件/排列層結(jié)構(gòu)上。
隨后將涂覆了偏振片或能改變偏振面的元件與基底結(jié)合(如層壓)在一起，使這兩層膜之間為液晶材料。液晶材料經(jīng)光活化，加熱或電子束固化后形成偏振旋光元件。光活化或電子束的固化通常是在穿透基底情況下進(jìn)行。最后將復(fù)合層卷繞成卷。液晶材料的固化較好將膜結(jié)構(gòu)配接在一起。
在另一實(shí)施例中，偏振片或能改變偏振面的膜，如反射式偏振片從一卷上解卷下來(lái)。通過(guò)將常伴有溶劑或分散劑的可光排列材料涂覆在膜上，在膜上形成排列層。涂覆可一次或多次涂覆?？晒馀帕胁牧峡梢越?jīng)干燥，至少部分(最好全部)去除溶劑或分散劑。可光排列材料經(jīng)所需排列方向的偏振紫外光固化處理后，形成排列層。也可以采用前面所述的方法。
排列層上涂布以液晶材料，常用溶劑或分散劑。涂覆可以一次或多次涂覆。液晶材料以經(jīng)干燥，至少部分(最好全部)去除溶劑或分散劑。在一替代工藝中，排列層或液晶材料可采用共擠壓在偏振壓或能改變偏振面的元件上同時(shí)涂布。
也可以在液日材料上設(shè)置第二排列層，此時(shí)常用溶劑或分散劑。如果液晶材料按如上所述能提供所需的扭曲角，這第二排列層可以不需要。如果采用第二排列層，則第二排列層以經(jīng)干燥，至少部分(最好全部)去除溶劑或分散劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二排列層包括一種可光排列的材料，該材料用沿所需排列方向偏振的紫外光進(jìn)行固化。
在其他實(shí)施方式中，第二排列層的形成，例如是將具有排列表面的偏振片或能改變偏振面的元件設(shè)置在液晶材料上；涂覆或以其它方式在液晶材料上設(shè)置第二排列層，然后再拉伸，摩擦或其他方式采用機(jī)械取向；或在膜上進(jìn)行材料的斜角濺射形成排列層。
液晶材料經(jīng)光活化，加熱，或電子束進(jìn)行固化處理。光活化或電子束固化通常透過(guò)第二排列層形成偏振旋光元件。這種固化可以隨同第二排列層(或甚至隨同第一排列層或這兩種排列層)同時(shí)進(jìn)行，或在第二排列層固化之后進(jìn)行。最后將復(fù)合物卷繞成卷。
下面實(shí)施例將說(shuō)明本發(fā)明器件的制造?？梢岳斫?，這些實(shí)施例僅為說(shuō)明性的，不應(yīng)該把其理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
實(shí)施例除非另行指出，實(shí)施例中提到的所有化學(xué)試劑都購(gòu)自威斯康星州米爾沃基的Aldrich化學(xué)公司。
實(shí)施例1將含有9重量％Airvol 107聚乙烯醇(賓夕法尼亞州艾靈頓的Air Products公司)，1重量％WB54(明尼蘇達(dá)州圣保羅3M公司的磺化聚酯)，3重量％N-甲替吡咯烷酮，以及0.1重量％Triton X100(康乃狄克州Danbury的聯(lián)合碳化物公司)的水性分散液，涂覆在電暈處理過(guò)的聚酯澆注帶材上。采用導(dǎo)向板涂覆機(jī)，涂成厚度為64μm的濕涂層。該涂層在105下干燥1分鐘。將此PVA涂覆的澆注帶材在拉幅機(jī)爐內(nèi)150下，單軸方向拉伸至原來(lái)寬度的六倍。最終膜厚為175μm。
一種熱塑性液晶材料化合物A按歐洲專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)834754方法制備。配成化合物A在四氫呋喃(THF)中15重量％的溶液。
用18#Mayer線涂棒(紐約州韋伯斯特的R.D.精細(xì)化工廠有售)將上述該溶液涂覆在有PVA的聚酯基底上。濕狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)厚度為45μm?；滓唤?jīng)涂覆液晶材料后，立即在110下干燥10分鐘，去除THF溶劑。然后用3M公司層壓機(jī)，1147型(明尼蘇達(dá)州圣保羅3M公司產(chǎn))在120℃將經(jīng)涂覆的基底層壓到有同樣液晶涂層的基底上。兩片涂覆的單軸取向的基底的取向互成90°角。然后將該構(gòu)造物在110下退火20分鐘。
實(shí)施例2取79重量份實(shí)施例1中采用的化合物A，添加12重量份內(nèi)消旋二丙烯酸酯單體(LC242，德國(guó)路德維希堡的巴士夫公司產(chǎn))與2重量份光引發(fā)劑(Darocur1173，瑞士巴塞爾的Ciba精細(xì)化學(xué)品公司產(chǎn))，形成含固量達(dá)18重量％的溶液。按照實(shí)施例1所述對(duì)基底進(jìn)行涂覆、干燥和層壓。層壓后，該構(gòu)造物在400W汞弧燈下輻照3分鐘，使液晶材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。
實(shí)施例3取69重量份實(shí)施例1中采用的化合物A，添加31重量份低分子量液晶(E7，紐約州Hawthorne的EM工業(yè)公司產(chǎn))。最后的四呋喃溶液含固量達(dá)20％。按實(shí)施例1所述，對(duì)基底進(jìn)行涂覆、干燥和層壓。
實(shí)施例4取62重量份實(shí)施例1中采用的化合物A，添加14重量份內(nèi)消旋二丙烯酸酯單體(LC242)。5重量份光引發(fā)劑(Darocur1173)，和19重量份低分子量液晶(E7，紐約州Hawthorne的EM工業(yè)公司產(chǎn))。最后的四呋喃溶液的含固量達(dá)20％。按實(shí)施例1所述，對(duì)基底進(jìn)行涂覆、干燥和層壓。
實(shí)施例5配制20重量％反應(yīng)活性液晶材料(LC242)的甲基乙基酮(MEK)溶液。光引發(fā)劑(Darocur1173)的加入量相當(dāng)于3.5重量％的反應(yīng)活性液晶材料與光引發(fā)劑的混合物的總量。采用22#Mayer線涂棒按實(shí)施例1所述方法進(jìn)行溶液涂覆。按實(shí)施例1所述對(duì)涂覆基底進(jìn)行層壓。此后，該構(gòu)造物按實(shí)施例2所述進(jìn)行輻照。
實(shí)施例6本實(shí)施例說(shuō)明制備僅有一個(gè)排列層的偏振旋光膜的方法。
配制30重量％液晶單體的甲基乙基酮(MEK)溶液。該液晶單體混合物含有的LC242和LC756(德國(guó)路德維希堡的巴士夫公司產(chǎn))，以及Irgacure369(瑞士巴塞爾的Ciba精細(xì)化學(xué)品公司產(chǎn))按96.4/0.1/3.5的比率混合。該溶液經(jīng)攪拌，直至固體完全溶于MEK時(shí)止。
采用15cm寬實(shí)驗(yàn)室用微凹版印刷機(jī)，按實(shí)施例1所述，將液晶混合物涂覆在實(shí)施例所述的聚酯基底上。印刷速率比為0.66，即印刷輥的角速度為線速度的0.66倍。線速度為4.57米/分。該涂層在80下干燥，隨后用600W紫外燈(D型燈管，F(xiàn)usion UV系統(tǒng)，由馬里蘭州的Gaithersburg產(chǎn))在惰性氣氛中在100％功率下固化。
液晶聚合物涂層的光學(xué)旋光度用RPA2000偏振分析器檢測(cè)(加拿大安大略省渥太華的儀器系統(tǒng)公司產(chǎn))。每個(gè)樣品用偏振準(zhǔn)直的633nm波長(zhǎng)，已知橢圓度0.0°(即為線偏振光)，橢圓偏振方位取向的燈輻照。透射光的橢圓度與橢圓偏振的方位角取向經(jīng)測(cè)量分別為25.2°與76.6°。
實(shí)施例7-9按實(shí)施例6所述實(shí)施實(shí)施例7-9，不同的是微凹版印刷輪對(duì)線速度之比改變。結(jié)果列于下表。
本發(fā)明不應(yīng)該被認(rèn)為受上述實(shí)施例的限制，而應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明包含權(quán)利要求所限定的所有范圍。對(duì)那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的各種修改，等效工藝以及各種結(jié)構(gòu)都可以適用。
權(quán)利要求
1.制造一種器件的方法，包括在起偏元件的表面上形成第一排列層；在第一排列層上設(shè)置液晶材料；由液晶材料形成排列的液晶層，制成偏振旋光元件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為形成第一排列層包括從起偏元件的一部分形成的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征為形成第一排列層是拉伸起偏元件的至少一部分，形成排列表面。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為形成第一排列層是在起偏元件上形成的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為所述方法還包括在液晶材料上設(shè)置第二排列層。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征為設(shè)置第二排列層包括在液晶材料上形成第二排列層。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征為設(shè)置第二排列層包括在基底上形成第二排列層并將第二排列層和基底設(shè)置在液晶材料上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征還包括在第二排列層上設(shè)置液晶材料，并將第二排列層上的液晶材料與第一排列層上的液晶材料接觸
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為在基底上形成第二排列層是在包含第二起偏元件的基底上形成的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征為形成排列液晶層包括由液晶材料形成排列液晶層，其中排列液晶層的構(gòu)型與排布能使得正面入射在排列液晶層上光的偏振面從起偏元件的偏振軸旋光到至少相差5°的第二起偏元件的偏振軸。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征為形成排列液晶層包括形成具有扭曲角的排列液晶層，該角顯著小于排列液晶層的相位延遲。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為形成排列液晶層包括由液晶材料形成排列液晶層，其中排列液晶層的構(gòu)型與排布能使得正面入射在排列液晶層上的光的偏振面旋光至少5°。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征為形成排列液晶層包括形成具有扭曲角的排列液晶層，該角顯著小于排列液晶層的相位延遲。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征為形成排列液晶層包括采用僅為單一排列層來(lái)形成排列液晶層。
15.制造一種器件的方法，包括在起偏元件的表面上形成第一排列層；在第一排列層上設(shè)置液晶材料；在液晶材料上設(shè)置至少額外一層；將光導(dǎo)向通過(guò)該至少一層的額外層到液晶材料上，使液晶材料固化形成排列液晶層，而制成偏振旋光元件。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征為設(shè)置至少一層額外層是在液晶材料上涂布第二排列層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征為設(shè)置第二排列層是在基底上形成第二排列層并在液晶材料上設(shè)置第二排列層和基底。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中設(shè)置第二排列層和導(dǎo)光包括在液晶材料上設(shè)置可光取向的材料；將某取向方向的偏振光導(dǎo)向通過(guò)該可光取向的材料至液晶材料上，使液晶材料固化且使可光取向的材料取向于該取向方向，形成第二排列層，并使液晶材料固化形成排列液晶層，而制成偏振旋光元件。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中形成第一排列層，設(shè)置第二排列層以及導(dǎo)光包括在起偏元件的表面上設(shè)置第一可光取向的材料；在液晶材料上設(shè)置第二可光取向的材料；將某取向的偏振光導(dǎo)向通過(guò)第二可光取向的材料至液晶材料和第一可光取向的材料上，a)使某取向方向的第一可光取向的材料固化并取向，形成第一排列層，b)使某取向方向的第二可光取向的材料固化并取向，形成第二排列層，c)使液晶材料固化，形成排列液晶層而制成偏振旋光元件。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中導(dǎo)光包括將紫外光導(dǎo)向通過(guò)至少一層額外層到液晶材料，使液晶材料固化，形成排列液晶層而制成偏振旋光元件。
21.制造一種器件的方法，包括將包含起偏元件的第一膜從卷材上解卷開(kāi)來(lái)；在起偏元件的表面上形成第一排列層；在第一排列層上設(shè)置液晶材料；將第二膜從卷材上解卷開(kāi)來(lái)；在第二膜的表面上形成第二排列層；將第一膜與第二膜貼在一起，使得液晶材料設(shè)置在第一與第二排列層之間；由液晶材料形成排列液晶層，制成偏振旋光元件。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括將第一與第二膜貼在一起之前，在第二排列層上形成液晶材料。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中形成排列液晶層包括將光導(dǎo)向通過(guò)第二膜和第二排列層至液晶材料上，使液晶材料固化，形成排列液晶層而制成偏振旋光元件。
全文摘要
偏振旋光片可以制成，它包括(i)偏振片元件或其它旋光偏振面的元件，(ii)單獨(dú)的偏振旋光元件。可以制成包含偏振旋光片的器件。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK1559013SQ02818936
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2002年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者R·C·艾倫, R C 艾倫, C·C·保利, 保利, S·J·潘克蘭茨, 潘克蘭茨, P·E·沃特森, 沃特森 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司