CN103282799B - 一种光学延迟膜及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明总的涉及有机化学领域，特别涉及用于液晶显示器的光学延迟膜。本发明提供了一种光学膜，所述光学膜包括具有前表面和后表面的基底，和位于所述基底的前表面上的至少一个固体光学延迟层。所述固体延迟层包括刚性棒状大分子，所述刚性棒状大分子包括n个具有结构通式Ⅰ的第一类型有机单元和k个具有结构通式Ⅱ的第二类型有机单元。

Description

一种光学延迟膜及其生产方法
技术领域
本发明总的涉及有机化学领域，特别涉及用于液晶显示器的光学延迟膜。
背景技术
在过去几年中，液晶显示器(LCD)技术已经取得了显著的进步。市场上出现了基于LCD面板的移动电话、手提电脑、监视器、电视机和甚至公共场合显示器。在不久的将来，LCD的市场有望保持增长并为研发者和生产者设定了新的任务。支持增长的关键因素之一是伴随着成本降低的产品质量的改进。
LCD尺寸以对角线计已经超过100英寸，并且这样的LCD对光学元件的质量提出了更严格的规定。为了应用于具有高质量视感的大型显示器，延迟膜应当传递(deliver)非常小的颜色漂移并且能够在宽视角下提供更高的对比度。
LCD技术仍然存在一些影响液晶显示器质量的缺点。所述缺点之一是在斜视角下的对比度下降。常规LCD的视角性能强烈依赖于偏振器的性能。通常LCD包括两个呈90°正交的二向色偏振器。然而，在斜视角下的所述二向色偏振器的轴线投影之间的角度会偏离90°，然后偏振器变成非正交的。随着离轴斜视角的增大，漏光增加。这导致了在沿着正交偏振器的平分线的宽视角下对比度很低。此外，置于正交偏振器之间的液晶单元使漏光更高。
因此，现代技术要求发展基于具有可控性质的新材料的新的光学元件。特别地，现代视觉显示系统要求应用一种光学各向异性的双折射膜，所述双折射膜为用于单独的LCD模块的光学特性而进行优化。
旨在用于光学各向异性的双折射膜的多种聚合物材料是本领域公知的。基于这些聚合物的光学膜通过单轴延伸获得光学各向异性。
一种三乙酰纤维素在现代LCD偏振器中被广泛用作负C板。然而，它们的缺点是双折射率值低。因而，需要具有高延迟值的更薄的膜，以使显示器更便宜和明亮。
除了无定形聚合物膜的延伸之外，其他的聚合物的取向(alignment)技术也是本领域公知的。热致液晶聚合物(LCP)可以提供以不同类型的双折射率表征的高度各向异性的膜。这种膜的制造包括在基底上涂布聚合物熔体或溶液；对于后一种情况，在执行所述涂布步骤之后进行溶剂的蒸发。还可以包括其他取向操作，比如施加电场，使用取向层或涂布到延伸的基底上。所述涂布的后处理设定在聚合物显示出液晶态的温度下并维持足以使聚合物分子定向的时间。单轴和双轴光学膜的生产的例子可以在多篇专利文献和科学出版物中找到。
在Li等发表在Polymer，vol.38，no.13，第3223-3227页(1997)中的文章中，作者发现一些聚合物提供了完全独立于膜厚度的光学各向异性。他们描述了位于基底上的刚性链聚合物的特定的分子顺序。分子的指向矢(the director of molecules)优先地在基底平面上，且在平面上没有优先的方向。然而，所述方法存在技术缺陷。将溶液应用到热的基底上后，将温度控制在60℃以使溶剂稍微蒸发并将膜干燥60分钟。然后，将样品在真空干燥箱内于升高的温度150℃下干燥24小时，以除去任何残留溶剂。所述最后的步骤严格限制了产品的商业化，且不允许在LCD生产中使用塑料基底。
T.Funaki等在Langmuir，vol.20，6518-6520(2004)中描述了水性溶液中的合成聚合电解质的剪切诱导的中间相组织。根据本领域公知的方法，通过界面缩聚反应制备聚(2，2′-二磺酰联苯胺对苯二酰胺)Poly(2，2′-disulfonylbenzidine terephtalamide(PBDT)。应用偏光显微镜方法，作者在浓度范围为2.8-5.0wt％的水性溶液中观察到向列相。广角X-射线衍射研究表明，在向列态中PBDT分子显示出的链间间隔d为0.30-0.34nm，该间隔不随浓度(2.8-5.0wt％)而改变。所述d值小于普通向列相聚合物的d值(0.41-0.45nm)，表明向列态中的PBDT棒尽管受到磺酸根阴离子的静电排斥作用，但在向列态中仍具有强的链间相互作用，从而形成束状结构。在2-2.8wt％的浓度范围内，观察到了剪切诱导的双折射(SIB)中间相。
N.Sarkar和D.Kershner在Journal ofApplied Polymer Science，Vol.62，第393-408页(1996)描述了刚性棒状水溶性聚合物。作者提出将这些聚合物用于不同的应用场合，比如用于提高采收率(enhanced oil recovery)。对于这些应用，必须采用能够在非常低的浓度下具有高粘度的水溶性剪切稳定的聚合物。众所周知，与常规用的柔性链聚合物比如水解聚丙烯酰胺类相比，刚性棒状聚合物可以在低分子量时具有高粘度。将磺化芳香二胺与芳香二酸酐、二酰氯或碳酰氯通过界面或溶液聚合反应制备新的磺化水溶性聚芳酰胺、聚脲和聚酰亚胺。这些聚合物中有些具有足够高的分子量(根据GPC数据为＜200 000)，极高的特性粘度(～65dL/g)，且在盐溶液中开始转化成螺旋线圈状。这些聚合物已经在诸如水性溶液的浓缩、颗粒材料的絮凝和悬浮稳定以及利用流延膜进行膜分离的应用中进行评估。
本发明提供了用于克服液晶显示器或其他应用的光学膜的上述缺陷的解决方案。
发明内容
一方面，本发明提供了一种光学膜，所述光学膜包括具有前表面和后表面的基底，和位于所述基底前表面上的至少一个固体延迟层；所述固体延迟层包括刚性棒状的大分子，所述大分子包括n个具有结构通式|的第一类型有机单元
和k个具有结构通式||的第二类型有机单元
其中n在5-10,000范围内；k在5-10,000范围内；R1和R2为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，其中m为从1到18的数，且在H为其中一个侧基的情况下，其在所述大分子的侧基总数中的分数不超过50％；M为选自包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Al3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+、Zr4+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q选自包括直链和支链的(C1-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基(alkinyl)和(C6-C20)芳基烷基的组，且p为0，1，2，3或4。所述第一类型有机单元和所述第二类型有机单元以任何随机或有序的方式包含在所述刚性棒状大分子内。所述固体光学延迟层为负C型，其中所述刚性棒状大分子各向同性地定向在所述基底的平面上，且所述固体光学延迟层对可见光谱范围内的电磁辐射是基本透明的。
在进一步方面，本发明提供一种生产光学膜的方法，包括如下步骤：a)制备刚性棒状大分子的各向同性溶液，所述刚性棒状大分子包括n个具有结构通式|的第一类型有机单元
和k个具有结构通式||的第二类型有机单元
其中n在5-10,000范围内；k在5-10,000范围内；R1和R2为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，其中m为从1到18的数，且在H为其中一个侧基的情况下，其在所述大分子的侧基总数中的分数不超过50％；M为独立地选自下列包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q独立地选自包括直链和支链的(C1-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基和(C6-C20)芳基烷基的组，且p为0，1，2，3或4，其中所述第一类型有机单元和所述第二类型有机单元以任何随机或有序的方式包含在所述刚性棒状大分子内；b)将所述溶液的液体层涂布到基底上，其中所述刚性棒状大分子各向同性地定向在所述基底的平面上，且所述液体层对于可见光谱范围内的电磁辐射是基本透明的；和c)干燥以形成固体光学延迟层，其中在该干燥步骤期间在没有中间相形成的情况下溶液的粘度增加。
在更进一步的方面，本发明提供一种刚性棒状的大分子，包括n个具有结构通式|的第一类型有机单元
和k个具有结构通式||的第二类型有机单元
其中n在5-10,000范围内；k在5-10,000范围内；R1和R2为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，其中m为从1到18的数，且在H为其中一个侧基的情况下，H的总数不应超过该大分子中全部侧基(R1和R2)总数的50％；M为选自包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Al3+、Ce3+、Y3+、Yb3 +、Gd3+、Zr4+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q选自包括直链和支链的(C1-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基和(C6-C20)芳基烷基的组，且p为0，1，2，3或4。所述第一类型有机单元和所述第二类型有机单元以任意随机的顺序包含在所述刚性棒状大分子内。
在另一方面，本发明提供一种刚性棒状大分子的合成方法，所述刚性棒状大分子包括n个具有结构通式|的第一类型有机单元
和k个具有结构通式||的第二类型有机单元
其中n在5-10,000范围内；k在5-10,000范围内；R1和R2为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，其中m为从1到18的数，且在H为其中一个侧基的情况下，H的总数不应超过该大分子中全部侧基(R1和R2)总数的50％；M为选自包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+、La3+、Al3+、Ce3+、Y3+、Yb3 +、Gd3+、Zr4+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q选自包括直链和支链的(C1-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基和(C6-C20)芳基烷基的组，且p为0，1，2，3或4；其中所述第一类型有机单元和所述第二类型有机单元以任意随机的顺序包含在所述刚性棒状大分子内，所述方法包括至少一种芳香二胺单体与至少一种双官能亲电体单体、酸受体和至少两种溶剂进行聚合反应，
所述芳香二胺单体为：
其中R为侧基，对于不同的单体独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基和-(CH2)mOH的组，其中m为从1到18的数，
所述双官能亲电体单体为：
其中一种溶剂为水，另一种溶剂为与水不互溶的有机溶剂，和其中所述聚合反应步骤的优选pH为大约7到10。
附图说明
图1示出了根据本发明的负C型固体光学延迟层的面外光谱色散双折射率Δnyz＝Δnxz＝Δn。
图2示出了25℃时涂布材料的粘度。
图3示出了涂布材料(剪切应力＝l Pa)依赖于固体浓度的粘度变化图(25℃)。
图4示出了温度对粘度的影响。
图5示出了不同浓度下温度对粘度的影响(剪切应力＝1Pa)。
图6示出了涂布器间隙(刮刀到基底)对于干的层的厚度的影响。
图7示出了涂布器速度对厚度分布的影响(沿涂布的方向)。
图8示出了表面活性剂(Surfynol 104)对粘度的影响。
图9示出了表面活性剂对厚度分布的影响(沿涂布的方向)。
具体实施方式
以上已经对本发明进行了基本描述，通过参考优选的具体实施方式可以获得对本发明的进一步的理解，这些优选的具体实施方式仅仅用于说明的目的，而不是要限制所附权利要求的范围。
下文列出了本发明的说明书和权利要求书中使用的各个术语的定义。
术语“可见光谱范围”是指下边界大约等于400nm，上边界大约等于700nm的光谱范围。
术语“延迟层”是指一种光学各向异性层，以三个主要折射率(nx，ny和nz)表征，其中用于折射率nx和ny的两个主要方向属于与该延迟层的平面相同的xy-平面，用于折射率nz的一个主要方向与该延迟层的法线相同。
术语“负C型的光学各向异性延迟层”是指在可见光谱范围内折射率nx，ny和nz符合如下条件的光学层：nz＜nx＝ny，其中面内双折射率Δnxy＝nx-ny为零，面外双折射率Δnxz＝Δnyz＞0。
本文使用的“基底前表面”是指面向观察者的面。“基底后表面”是指与基底前表面相对的表面。
本发明提供了一种上文公开的光学膜。在所公开的光学膜中，侧基R1和R2阻碍其有机化合物或其盐在合适溶剂中溶致液晶的形成。在本发明公开的光学膜的一种实施方式中，所述固体延迟层为单轴延迟层，具有两个对应基底平面上两个互相垂直方向的折射率(nx和ny)和一个沿基底平面法线方向的折射率(nz)，其中所述折射率符合如下条件：nz＜nx＝ny，其中面内双折射率Δnxy＝nx-ny为零，面外双折射率Δnxz＝Δnyz＞0。在本发明公开的光学膜的另一实施方式中，基底材料选自包括聚合物和玻璃的组。
本发明还提供一种生产本发明公开的光学膜的方法。在本发明公开的方法中，侧基R1和R2阻碍其有机化合物或其盐在合适溶剂中溶致液晶的形成。在本发明所公开方法的一种实施方式中，有机化合物的盐选自包括碱金属盐、三乙基铵盐和铵盐的组。在本发明所公开方法的另一实施方式中，基底材料选自包括聚合物和玻璃的组。
在本发明的一种实施方式中，方法进一步包括在涂布到基底上之前的预处理步骤。在本发明公开的方法的另一种实施方式中，所述预处理步骤包括使基底表面呈亲水性的步骤。在本发明公开的方法的再一种实施方式中，所述预处理步骤进一步包括平坦化层的涂布。
在本发明的一种实施方式中，方法进一步包括后处理步骤，包括用任何可溶于水的无机盐的溶液进行处理，所述无机盐可溶于水或任何可与水混合的溶剂并具有选自包括H+、Ba2+、Pb2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、La3+、Zn2+、Zr4+、Al3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+及其任意组合的组的阳离子。
在所公开方法的另一种实施方式中，所述溶剂选自包括水、碱性水溶液、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二噁烷及其组合的组。
在所公开的方法的另一种实施方式中，所述涂布步骤是通过使用选自包括旋涂、喷涂、印刷(printing)，铸模(casting)和模塑(molding)的组的涂布技术实施的。在本发明公开的方法的另一种实施方式中，各向同性溶液被用于涂布步骤中。在本发明公开的一种实施方式中，所述各向同性溶液包括表面活性剂。
本发明提供了一种上文所述的刚性棒状大分子。
本发明提供了一种在此公开的刚性棒状大分子的合成方法。
酸受体为加入到反应混合物中的碱性化合物，用以吸收释放出的酸并维持基本的pH。所述酸受体可以选自包括(但不限于)碱、碳酸盐、三烷基胺和其他碱化合物的组。
将两种溶剂加入单体的初始混合物中，其中一种溶剂为水，作为第一单体的溶剂；另一种溶剂为与水不互溶的有机溶剂，作为第二单体的溶剂。第二种溶剂选自任何种类的与水不互溶的有机溶剂，包括但不限于烃类、卤代烃类、醚类和其他溶剂。一些实例包括甲苯、氯仿和二氯甲烷。
用于聚合反应的pH值优选为大约7到10，根据需要可通过对反应物的充分的化学计量，也可在混合物中提供酸受体，或两者同时采用来维持所述pH值。
为了使本发明更容易被理解，可参考如下实施例，所述实施例是用来说明本发明，而不是要限制本发明的范围。
实施例
实施例1
本实施例描述了具有结构通式(|)的刚性棒状大分子的合成，其中R1为CH3，M为Cs，以及k等于n。
将30g 4，4′-二氨基联苯基-2，2′-二磺酸与300ml吡啶混合。搅拌下将60ml氯化乙酰加入到所述混合物中，并将所得的反应物在35-45℃下搅拌2小时。然后将其过滤，滤饼用50ml吡啶、然后用1200ml乙醇洗涤。将所得的乙醇湿固体在60℃干燥。4，4′-二(乙酰氨基)联苯基-2，2′-二磺酸吡啶盐的收率为95％。
将12.6g 4，4′-二(乙酰氨基)联苯基-2，2′-二磺酸吡啶盐与200ml DMF混合。然后加入3.4g氢化钠(在油中形成的60％悬浮液)。将反应物在室温下搅拌16小时。然后加入7.6ml碘代甲烷，将反应物在室温下搅拌16小时。然后将反应混合物中的挥发性组分蒸馏出去，残渣用800ml丙酮洗涤并干燥。将所得的4，4′-二[乙酰基(甲基)氨基]联苯基-2，2′-二磺酸溶于36ml的4M氢氧化钠中。将2g活性炭加入该溶液中并在80℃下搅拌2小时。通过过滤使液体变澄清，并用35％的HC1将其中和至pH～l，然后通过蒸发使其体积减少～30％。然后将其冷却(5℃)过夜，并将沉淀的材料分离和干燥。4，4′-二[甲氨基]联苯基-2，2′-二磺酸的收率为80％。
将2.0g 4，4′-二[甲氨基]联苯基-2，2′-二磺酸和4.2g碳酸氢铯与6ml水相混合。将该溶液用IKA UltraTurrax T25以5000rpm搅拌1分钟。加入2ml三乙二醇二甲醚，然后加入4.0ml甲苯，以20000rpm搅拌1分钟。然后在20000rpm的搅拌作用下将1.2g对苯二甲酰氯(terephtaloyl chloride)溶于2.0ml甲苯形成的溶液加入所述混合物中。在20000rpm的搅拌作用下，将聚合物的乳状液搅拌60分钟并将其倒入150ml乙醇中。经过20分钟的搅拌后，将聚合物的悬浮液在布氏漏斗(Buchner funnel)上用纤维滤膜过滤，将所得的聚合物溶于8ml水中，通过倒入50ml乙醇使其沉淀，然后于70℃下干燥12小时。得到产物2.3g。
通过离子对HPLC对终产物(4，4′-二[甲氨基]联苯-2，2′-二磺酸)的合成和纯度进行分析控制。用Hewlett Packard 1050(安捷伦公司，USA)系统对中间产物和终产物进行HPLC分析，所述系统包括自动进样器、四元泵、柱温箱、二极管阵列检测器和ChemStation B10.03软件。采用由以乙腈(组分A)，0.01M四丁基溴化铵的水溶液(组分B)，和0.005M pH＝6.9-7.0的磷酸盐缓冲液(组分C)制得的线性梯度，使化合物在15em×4.6mm i.d.的装有5-μm颗粒的Dr.Maisch GmbH ReproSil-Pur Basic C 18柱上分离。所述梯度为：20分钟内由A-B-C 20∶75∶5(v/v)到A-B-C 35∶60∶5(v/v)。流速为1.5mL min-1，柱温为30℃，通过二极管阵列检测器在230nm和300nm处监测溢出液。
实施例2
本实施例描述了刚性棒状大分子的合成，所述刚性棒状大分子包括n个具有结构通式|的第一类型有机单元
和k个具有结构通式||的第二类型有机单元
其中n在5到10,000范围内，k在5到10,000范围内，R1为H，R2为CH3，M为Cs。4，4′-二[甲氨基]联苯基-2，2′-二磺酸根据实施例1的描述获得。将0.8g的4，4′-二[甲氨基]联苯基-2，2′-二磺酸、0.72g的4，4′-二[甲氨基]联苯基-2，2′-二磺酸和3.29g碳酸氢铯与6ml水相混合。该溶液用IKA UltraTurrax T25以5000rpm搅拌2分钟。将4.0ml甲苯加入所述溶液中，以20000rpm搅拌5秒钟。然后将0.92g对苯二甲酰氯溶于2.0ml甲苯所形成的溶液加入到所述混合物中，以20000rpm搅拌5秒钟。将聚合物的乳状液搅拌5分钟。
将所得泡沫状塑性体溶于150ml热水中，然后将该溶液倒入400ml乙醇中并搅拌过夜。然后将聚合物的悬浮液在布氏漏斗上用纤维滤膜过滤。
将滤饼溶于40ml热水中，然后将所述溶液倒入160ml乙醇中并搅拌40分钟。该聚合物的悬浮液用布氏漏斗通过纤维滤膜(D＝90mm)过滤2小时。滤饼(聚合物团块)于80℃真空干燥44小时。得到聚合物1.97g。
聚合物样品的分子量分布通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定。聚合物样品的GPC分析采用具有二极管阵列检测器的Hewlett Packard 1050HPLC系统(λ＝230nm)进行。采用来自TOSOH Bioscience的TSKgel G5000PWXL进行色谱分离。采用磷酸盐缓冲液0.2M(pH＝6.9-7.0)作为流动相。
采用ChemStation B 10.03(Agilent Technologies)和GPC software Cirrus3.2(Varian)收集并处理色谱数据。以聚(对苯乙烯磺酸)钠盐作为GPC标准品。
聚合物的数均分子量为Mn＝24900，多分散性PD＝3.3。
实施例3
本实施例描述了由本发明的刚性棒状大分子的溶液制备负C型固体光学延迟层。
将2g由根据实施例2的描述制得的有机化合物溶于100g去离子水中(导电率～5μSm/cm)；将悬浮液用磁力搅拌器搅拌。溶解后，将所得溶液用具有45μm孔径的亲水性滤膜进行过滤，并蒸发成固体浓度为大约6％的黏稠的各向同性溶液。
通过在10％NaOH溶液中浸渍30分钟，用去离子水冲洗和用压缩机在空气流中干燥来准备用于涂布Fisher牌显微镜载玻片。在温度为22℃，相对湿度为55％条件下采用有线(wired)不锈钢棒#14将所得LLC溶液涂覆到玻璃片表面上，所述溶液以大约10mm/s的线速度移动。该固体光学层用压缩空气流进行干燥。所述干燥不伴随任何温度处理，且花费不超过几分钟的时间。
为了确定所述固体延迟层的光学特性，用Axometrics Axoscan Mueller Matrix分光偏振计在400到700nm的波长范围内测定了不同入射角下的光学延迟光谱，然后使用这些数据和使用Dektak3ST机电接触面形测定器测量物理膜厚的结果计算双折射率Δn。所得固体光学延迟层通过大约等于750nm的厚度和在测定的波长范围内的面内双折射率Δnxy＝0进行表征，但是在波长为550nm时面外双折射率为Δnyz＝Δnxz＝0.11。图1示出了面外双折射率Δnyz＝Δnxz＝Δn的光谱色散现象。
实施例4
本实施例描述了由本发明实施例1描述的刚性棒状大分子的溶液制备负C型固体光学膜。研究了刚性棒状大分子的各向同性溶液(水性LLC涂布材料)的流变性质。采用Rheometer AR 550进行测定。图2示出了25℃时不同浓度的溶液的有效粘度曲线。这些溶液显示出轻微的假塑性流动性质，并且在用于常规涂布条件下的标准剪切区域中(15-100s-1)，这些溶液实际上是牛顿液体。图3示出了负C面板延迟器材料的有效粘度对浓度的依赖关系。这样的依赖关系可通过指数函数进行模拟(如同一图所示)。负C面板延迟器材料的浓度以使浓度为7.3％时的有效粘度为～0.16-0.17Pa*s的水平的方式进行调整。有效粘度对温度的依赖关系如图4和5所示。将涂布材料(浓度为7.3％)的温度固定在45摄氏度，该温度使有效粘度为～0.17Pa*s。该粘度值是旨在用于膜制造的溶液的标准值。采用带有加热基底台和可变间隙的机械化分级Erichsen涂布器--Zehntner ZUA 2000/220通用涂布器进行涂布。在230×380mm的玻璃板上进行涂布。采用45℃下的浓度为7.35％的标准材料配制物优化针对材料和基底的涂布条件。所得膜的厚度采用表面轮廓仪Dektak 3 ST进行测定。厚度的均一性是最重要的参数，因为它决定着膜延迟作用。只要所述开发的LLC材料具有非常高的双折射率(delta-n～0.125)，应当得到非常小的厚度偏差。在本实施例中，可允许的最大的允许延迟变化限定在目标值的5％范围内。本实施例中将两个不同的延迟值-250nm和500nm定为目标值。因而在干燥的延迟器膜中允许的厚度变化小于100nm。涂布器用于将通过移液管滴加的材料在基底上的起始线处沿涂布器摊开。涂布层的厚度依赖于涂布器间隙和涂布器移动速率，所述涂布器间隙是指涂布器与基底表面之间的距离。
图6示出了在2.5和5.0mm/sec的速率下依赖于涂布器间隙的干膜的厚度。涂布器移动的速率影响所得湿层的厚度、缺陷和厚度均一性。在低速率下涂布的过程中观察到在在膜中出现的缺陷中的一部分缺陷的“愈合”，而这种现象在高速率下的涂布过程中未发生。然而，在低速率时(在本实施例中为2.5mm/sec)观察到较长的“起始区域”，在此处的厚度值逐渐达到其稳定的最大值。发现对于所提供的材料而言最佳的涂布器速率在5-10mm/sec范围内，因为在这样的速率下从起始线开始大约50-70mm后厚度达到其稳定的最大值。起始区域的长度主要由涂布材料对所述基底和所述涂布器的可润湿性的动力学决定。使用表面活性剂来改善可润湿性，且表面活性剂还可以减少涂布过程中的缺陷。将涂布的膜在开放的环境空气中于大约45℃下进行干燥。涂布的膜显示出100％的粘附力。然后进行温度稳定性测试，经过该测试表明当加热到大约250℃时膜没有降解。

Claims (16)

1.一种光学膜，包括：
具有前表面和后表面的基底，和
位于所述基底前表面上的至少一个固体光学延迟层，
其中所述固体光学延迟层包括刚性棒状大分子，所述刚性棒状大分子包括n个具有结构通式I的第一类型有机单元
和k个具有结构通式II的第二类型有机单元
其中n在5到10,000范围内，k在5到10,000范围内，
R1为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
R2为独立地选自包括烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
其中m为从1到18的数，且
其中H的分数不超过所述大分子中侧基总数的50％，和
其中M为选自包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q选自包括直链和支链的C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基和C6-C20芳基烷基的组，p为0、1、2、3或4；
其中所述第一类型有机单元和第二类型有机单元以随机或有序的方式包含在所述刚性棒状大分子中，
其中所述刚性棒状大分子各向同性地定向在所述基底的平面上，
所述固体光学延迟层为负C型，且所述固体光学延迟层对可见光谱范围内的电磁辐射是基本透明的。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述固体光学延迟层为具有两个对应基底平面上两个互相垂直方向的折射率nx和ny和一个沿所述基底平面的法线方向的折射率nz的单轴延迟层，其中所述折射率符合如下条件：nz＜nx＝ny。
3.根据权利要求1-2任一项所述的光学膜，其中所述基底材料选自包括聚合物和玻璃的组。
4.一种生产光学膜的方法，包括以下步骤：
a)制备刚性棒状大分子的各向同性溶液，所述刚性棒状大分子包括n个具有结构通式I的第一类型有机单元
和k个具有结构通式II的第二类型有机单元
其中n在5到10,000范围内，k在5到10,000范围内，
R1为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
R2为独立地选自包括烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
其中m为从1到18的数，和
其中H的分数不超过所述大分子中侧基总数的50％，
且M为选自包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q选自包括直链和支链的C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基和C6-C20芳基烷基的组，p为0、1、2、3或4；
其中所述第一类型有机单元和第二类型有机单元以随机或有序的方式包含在所述刚性棒状大分子中；
b)将所述溶液的液体层涂布到基底上，
其中所述刚性棒状大分子各向同性地定向于所述基底平面上，且
所述液体层对可见光谱范围内的电磁辐射是基本透明的；和
c)干燥以形成固体光学延迟层，
其中所述干燥步骤中在不形成中间相的情况下，溶液粘度增加。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机单元的平衡离子M选自包括Na+、K+、Li+、Cs+、三乙铵和铵的组。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述基底材料选自包括聚合物和玻璃的组。
7.根据权利要求4或5所述的方法，进一步包括在所述基底上涂布之前的预处理步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预处理包括使所述基底表面呈亲水性的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预处理进一步包括平坦化层的涂布。
10.根据权利要求4或5所述的方法，进一步包括后处理步骤，所述后处理步骤包括以任何无机盐溶液进行处理，所述无机盐可溶于水或任何能与水混合的溶剂中且具有选自包括H+、Ba2+、Pb2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、La3+、Zn2+、Zr4+、Al3+、Ce3+、Y3+、Yb3+、Gd3+及其任意组合的组的阳离子。
11.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述各向同性溶液的溶剂选自包括水、碱性水溶液、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二噁烷及其组合的组。
12.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述涂布步骤是采用选自包括旋涂、喷涂和印刷的组的涂布技术实施的。
13.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述涂布步骤使用各向同性溶液。
14.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤(a)中制备的所述各向同性溶液包括表面活性剂。
15.一种刚性棒状的大分子，包括n个具有结构通式I的第一类型有机单元
和k个具有结构通式II的第二类型有机单元
其中n在5到10,000范围内，k在5到10,000范围内，
R1为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
R2为独立地选自包括烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
其中m为从1到18的数，且
其中H的分数不超过所述大分子中侧基总数的50％，和
其中M为选自包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q选自包括直链和支链的C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基和C6-C20芳基烷基的组，p为0、1、2、3或4；
其中所述第一类型有机单元和第二类型有机单元以任何随机或有序的方式包含在所述刚性棒状大分子中。
16.一种合成刚性棒状大分子的方法，所述刚性棒状大分子包括n个具有结构通式I的第一类型有机单元
和k个具有结构通式II的第二类型有机单元
其中n在5到10,000范围内，k在5到10,000范围内，
R1为独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
R2为独立地选自包括烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组的侧基，
其中m为从1到18的数，且
其中H的分数不超过所述大分子中侧基总数的50％，和
M为选自包括H+、Na+、K+、Li+、Cs+和NH4-PQP +的组的平衡离子，其中Q选自包括直链和支链的C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基和C6-C20芳基烷基的组，p为0、1、2、3或4；
其中所述第一类型有机单元和第二类型有机单元以随机或有序的方式包含在所述刚性棒状大分子中，
所述方法包括至少一种芳香二胺单体和至少一种双官能亲电单体、酸受体和至少两种溶剂进行聚合反应，
所述芳香二胺单体为：
其中R为侧基，对于不同的单体独立地选自包括-H、烷基、-(CH2)mSO3M、-(CH2)mSi(O-烷基)3、-CH2-芳基、-(CH2)mOH的组，其中m为从1到18的数，
所述双官能亲电单体为：
其中一种溶剂为水，另一种溶剂为与水不互溶的有机溶剂，且
其中所述聚合步骤的pH为7到10。
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