CN1106586C - 超宽带偏振反射材料 - Google Patents

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Abstract

公开了超宽带圆偏振膜材料和制造及使用该膜的新方法。该圆偏振材料是由诸如具有胆甾序列的CLC聚合物材料的膜制成的，其中在该CLC聚合物中，液晶材料例如向列液晶材料在该膜厚度方向以非线性形式分布在很多富液晶和贫液晶的部位中。在聚合的CLC材料中，CLC分子螺旋线的螺距以非线性(例如指数)形式沿其深度方向(即与表面呈横向)变化。所得的圆偏振材料具有近2000nm操作频带的反射和透射特性。根据所用材料的最后螺旋结构，该CLC圆偏振材料反射右旋或左旋的圆偏振光。

Description

超宽带偏振反射材料
                        发明背景
                        技术领域
本发明涉及由具有近2000nm“超”宽带反射和透射频带特性的单层胆甾液晶(CLC)膜材料制成的圆偏振反射材料，还涉及在不同应用中各种制造和使用该膜的新方法。
                         背景技术
在现代世界中有很多需要有宽带反射和透射特性的圆偏振材料的应用。这样应用的范围从用于光学体系的偏振滤光器到用于制造CLC基油漆和油墨的高反射颜料。
现有技术文献的详细回顾表明：1994年7月20日公开并转让给PhillipsElectronic，N.V of Eindhoven，Netherland的名称为“胆甾偏振器和其制备方法”的欧洲专利申请94200026.6(“Phillips参考文献”)是最相关的现有技术参考文献，因为它公开了几种如何制造具有宽带反射和透射特性的单层CLC膜材料的方法。为了实现限于约400nm的宽带反射和透射特性，Phillips的公开需要将UV染料加入到CLC混合物中以便使CLC材料的螺距从一个膜表面的最大值变化到另一个膜表面的最小值，其中最大螺距和最小螺距的差值大于100nm。
根据在Phillips参考文献中公开的第1个制造技术，现有技术的CLC偏振材料是由2个可聚合的手性和中介(nematogenic)单体形成的，其每一个具有不同的反应性。在用光化学辐射聚合该混合物时，通过将吸收紫外线(UV)的染料加入到起始混合物中，在横穿膜光学活性层方向实现光化学辐射强度的线性变化(即线性光化学辐射强度梯度)。该线性辐射强度梯度致使在最高辐射强度位置出现反应性最强的单体优先被掺入进反应性最弱的单体中。结果，在聚合期间形成至少一个自由单体的浓度梯度，致使该单体从低单体浓度位置向高浓度位置扩散。高反应性单体扩散到辐射强度最高的位置。该扩散过程导致在聚合时辐射强度最高地方形成的聚合物材料的区域中反应性单体的增加。结果，在横穿该膜表面的方向上该材料的组成是这样变化的，它使得在由聚合物形成的层中产生分子螺旋线螺距的“线性变化”。该液晶材料在膜厚度方向呈线性分布。螺距变化提供了具有带宽与该分子螺旋线的螺距成正比的旋光层。在薄CLC膜结构中，使用该现有技术的制造技术可得到的最大带宽是约400nm。
根据Phillips参考文献中公开的第2个制造方法，自发扩散进可聚合CLC膜的单体接着用UV聚合。通过将反应性单体膜沉积在CLC材料聚合膜的表面上进行该制造方法。扩散进CLC膜层的单体在扩散被中止前在该层中形成一浓度梯度。结果，该起始的CLC层略微膨胀致使分子螺旋线的螺距增加。这形成了浓度梯度，该浓度梯度又导致在膜厚度方向螺距的“线性变化”。用光化学辐射聚合该层中止扩散，在薄CLC膜结构中提供具有反射特性近400nm的宽带偏振器。
值得注意的是，在公开于上述Phillips参考文献的制造技术中，在其起始混合物中所用的2个基本材料的特征在于单体具有不同的反应性。此外，当在Phillips参考文献的制造技术中不使用染料时，不能形成扩散梯度，并且聚合两种主要材料导致窄带偏振器。
尽管上述Phillips参考文献公开了几种制造在薄膜结构中具有近400nm反射特性的CLC基的圆偏振膜的方法，但是在很多需要带宽特性最高达5倍大的应用中，这样的带宽特性是不够的。另外，上述现有技术的制造方法需要两个组份材料均是可聚合的，因此在制造时限制了很多类型可以使用的可购得的材料。
因此，在本领域中非常需要具有反射和透射特性比现有技术圆偏振材料提供的带宽显著更宽的带宽的圆偏振膜材料。
发明的公开
因此，本发明的一个基本目的是提供一种具有比现有技术圆偏振CLC材料的反射和透射带宽要明显更宽的反射和透射特性的圆偏振材料。
本发明的另一个目的是提供上述圆偏振材料，其具有近2000nm的反射和透射带宽特性。
本发明的再一个目的是提供上述圆偏振材料，其具有改进的光谱和带通位置特性。
本发明的又一个目的是提供具有上述带宽特性并在单薄膜CLC材料中实现的圆偏振材料，其中CLC分子螺旋线的螺距以非线性的方式沿该CLC膜结构的深度方向(即与表面呈横向)变化。
本发明的另一个目的是以极宽带偏振油墨和/或油漆的形式提供上述圆偏振材料。
本发明的再一个目的是提供一个CLC基彩色油漆和/或油墨的、用于各种颜色用途(包括涂漆、印刷等)的调色板。
本发明的另一个目的是提供在CLC膜结构上实现的并具有适用于滤色和赋色多级(notch)特性的超宽带园(或线性)偏振器。
本发明的再一个目的是提供超宽带CLC偏振膜，其具有同样总厚度的现有CLC偏振膜带宽2倍多的反射和透射带宽。
本发明的又一个目的是提供极宽带宽的单层偏振器，其中该偏振器的液晶组份在该偏振器厚度方向上呈现非线性分布。
本发明的另一个目的是提供上述圆偏振材料，其中在本发明中该液晶材料可以是不可聚合的或低分子量的材料。
本发明的另一个目的是提供一种制造圆偏振材料的方法，该材料具有极宽带的光谱反射和透射特性、低的光学损失性、高的偏振效率和低的制造成本。
本发明的再一个目的是提供一种制造圆偏振材料的方法，该材料具有极宽带光谱带通特性、低光学损失性、高偏振效率、简化的制造和低的制造成本。
本发明的另一个目的是提供一种使用可聚合CLC、液晶材料和光引发剂的混合物制造极宽带偏振器的方法，其中在聚合可聚合的CLC时，将液晶材料的分离速度限制到比被聚合的可聚合CLC的聚合速度高。
本发明的又一个目的是提供一种以在其制造期间不使用紫外染料的方式制造极宽带偏振器的方法。
本发明的另一个目的是提供一种制造超宽带圆偏振材料的方法，其中在该可聚合的CLC介质内借助于光损耗将被聚合的可聚合的CLC暴露于非线性(例如指数的)强度梯度的光化学(例如UV)辐射下，由此使得其中的CLC分子螺旋线的螺距非线性变化。
本发明的又一个目的是提供一种使用可购得的组份胆甾液晶聚合物和液晶材料制造超宽带圆偏振材料的方法。
本发明的再一个目的是提供一种制造具有扩展到最高达约2000nm超宽带反射和透射特性的独立式的圆偏振膜。
本发明的这些和其它目的在下文和在本发明的权利要求书中是很明显的。
根据本发明的第1个方面，公开了新结构的圆偏振材料。与现有技术的反射圆偏振器不同，本发明的圆偏振材料具有遍布超宽带波长(例如最高达2000nm)的反射和透射带宽特性。本发明的圆偏振材料是由具有胆甾序列的可聚合材料的膜(例如可聚合的CLC膜)制成的，其中不可交联的液晶分子(例如向列相)在该可聚合的CLC膜厚度方向以非线性的方式分布在很多富液晶和贫液晶部位中。根据所用的可聚合CLC材料的最后螺旋线结构，本发明所得的圆偏振膜将反射具有上述范围超宽带电磁波部分波长的右旋或左旋的圆偏振光。
本发明的超宽带圆偏振反射材料可以用于制造多种产品，即：超宽带圆偏振板；超宽带滤色器；在油墨和/或油漆中作为着色剂使用的超宽带圆偏振颜料片；用于SMI基立体3-维显示和观察用途的微偏振板和偏振眼镜等。
根据本发明的第2个方面，公开了一种制造本发明超宽带圆偏振材料的新方法。根据该方法，将胆甾液晶(CLC)聚合物(具有胆甾序列)与不可交联的液晶材料(例如具有向列序列)、光引发剂和可以或不可以化学连接到该聚合物上的手性添加剂在维持该混合物处于具有胆甾序列液体状态的温度下混合。优选地，该液晶材料和用手性添加剂(手性基团)化学连接的可聚合CLC以重量比1∶2存在，但也可以以3∶1-1∶6的重量比存在，这取决于所涉及的所有条件。优选地，光引发剂在该混合物存在的量是0.6％(重量)，但也可以是更高或更低的量，只要该量足以引发可聚合CLC材料的聚合就行。通常，将光引发剂引入混合物中的量应该是这样的，当该混合物暴露于光化学反射时，可聚合CLC的聚合速度低于液晶材料的分离速度。
当将该混合物加热至例如92℃时，为了保持胆甾序列，该混合物经受光化学辐射(例如紫外光)处理一段时间并且其强度足以聚合该可聚合的CLC或该液晶材料或者两者。因为该光化学光具有指数强度分布(由于通过例如光吸收和/或散射造成的光衰减)，所以以非线性的方式发生聚合，由此导致聚合物和液晶材料在横穿膜的方向非线性的分布。在聚合期间，发生相分离。将液晶材料的分离速度设计成比被聚合的可聚合CLC的聚合速度要大。这样，液晶材料从可聚合CLC材料中的紧缩螺距部位分离和扩散到可聚合CLC材料中的增大螺距部位。结果，从一个可聚合CLC膜的表面到另一个表面形成指数分布的螺距。已经说明了的是该圆偏振反射材料的新组成提供了其显著改进的超宽带反射和透射特性。
尽管据信根据本发明的技术，液晶材料螺旋线螺距的任何非线性分布均会生产出超宽带圆偏振材料，但是本文中公开的其优选的每个实施方案都具有从该偏振膜的一个表面延伸到另一个表面的指数分布的螺距。
                         附图的简要说明
为了更全面地理解本发明的目的和特点，应该与附图一起阅读说明性实施方案的详细描述，其中：
图1用虚线表示本发明的超宽带偏振器内液晶材料的螺旋线的指数螺距变化作为其中折合距离(reduced distance)的函数而绘制的曲线图，用实线表示现有技术的宽带偏振器内液晶材料的螺旋线的线性螺距变化作为其中折合距离的函数而绘制的曲线图；
图2用实线表示本发明的超宽带偏振器中射出的光的反射性作为波长的函数而绘制的曲线图，用虚线表示现有技术的宽带偏振器中射出的光的反射性作为波长的函数而绘制的曲线图；
图3是聚合期间CLC材料层的横截面图，包括可聚合的CLC、液晶材料(向列相)和光引发剂，具有强度(I0)的光化学辐射(例如紫外光)入射在表面上，在CLC层内的“x”位置，强度为I(x)；
图4是使用测定聚合的CLC膜中液晶材料螺旋线螺距分布的AtomicForce Microscope(AFM)得到的聚合膜图象的示意图，任一对黑线之间的距离表示CLC螺距的一半；
图5用黑方块表示在横穿聚合的CLC膜层方向上螺距变化的曲线图，用实线表示在横穿CLC膜相同层方向上规一化UV强度衰减的曲线图；
图6是20微米圆偏振膜的反射带宽作为其使用0.047mW/cm2的UV强度在92℃固化的向列E31浓度的函数的图形表示。
实施本发明的最佳方式
令人意想不到的是已经发现：为了生产具有最高达2000nm的超宽带偏振反射和透射特性的CLC膜材料，必需是：在该CLC膜材料内的CLC分子螺旋线的螺距必须沿其深度方向非线性地变化。
本申请人已经令人意想不到地发现：可以通过以下方式生产本发明的超宽带圆偏振材料：(1)在CLC原料起始混合物中不使用紫外染料；和(2)使用可聚合的CLC材料，不可交联的液晶材料(向列相)和合适的光引发剂，在已知量的聚合(即固化)期间所用入射光化学辐射存在下，其量保证可聚合的CLC的聚合速度慢于该液晶材料的分离速度。通过满足这些条件，已经发现：可以在不脱离本发明的条件下以各种方式制造具有超宽带反射特性的圆偏振膜材料。下面描述其新制造方法的详细内容。
制造本文中的CLC偏振膜材料的一般方法
制造本发明的超宽带圆偏振材料的一般方法包括将下面组份混合在一起：(i)具有胆甾序列的可聚合的液晶材料(例如侧链环状液晶聚硅氧烷)；(ii)具有向列相的液晶材料；和一定量的满足上述制造条件的合适的光引发剂。
在本文中所述的实施例1-13中所描述的说明性实施方案中，用于该制造方法中的可聚合的CLC材料是可从德国Wacker GmbH购得的，并且当该可聚合的CLC材料在光引发剂存在下暴露于紫外辐射时，用阳离子聚合方法将其聚合。该可聚合的CLC材料是以蓝(CC4039L)和红(CC4070L)化合物得到的，两者均具有左旋螺旋结构。在70℃UV固化后，该蓝化合物在390nm处反射非偏振光，红化合物在690nm处反射非偏振光。该可聚合的CLC材料也可以以右旋螺旋结构得到，例如CLC聚硅氧烷(CC4039R)蓝化合物。当以适当的比例将该化合物(CC4039R)与左旋可聚合的CLC如CC4039L混合时，当在70℃固化时，所得的CLC膜反射右旋的圆偏振光。在固化前，在室温下该原料CLC材料显示出橡胶状态，在约70℃时其变成液体。
与上面可聚合的CLC材料一起使用的向列液晶材料是从德国EMIndustries以E31LV和E7购得的。
在下面详细描述的说明性实施方案的实施例中，以所需要的比例称取可聚合的CLC、向列液晶材料、光引发剂(和在1个实施例中的手性添加剂)并将其在1个热板上混合在一起。在每个实施例中，将CLC混合物加入到一个具有抛光聚酰亚胺涂层(用来使分子更好取向)的玻璃盒中。最后，在选择的温度下，通过将该混合物暴露于光化学光中一段足以使聚合进行完全的时间将该混合物固化(例如聚合)，例如通过热聚合，优选是通过光子引发进行热聚合。用于聚合CLC膜材料的光化学辐射(UV辐射)在被固化的CLC膜或层内显示出非线性(例如指数)的强度分布，而不是在现有技术制造方法中的线性强度分布。这是由于用于制造该CLC混合物层的材料引起的光衰减造成的。除了上述之外，在最后形成的偏振器中该液晶材料或该CLC材料可以呈液体状态。
在保持该材料是液体状态的温度下混合之后和聚合之前，该向列液晶材料弱键连到可聚合的CLC材料上。响应暴露于光化学辐射，聚合使得该弱键连的液晶从可聚合的CLC中分离出来并开始扩散。该向列液晶材料扩散到可聚合的CLC的膨胀区域形成富液晶部位。从可聚合的CLC的其它区域分离出的液晶留下贫液晶部位(如类似非线性分布的部位)。由于在整个介质中辐射强度是非线性的(更具体地，是指数的)并且可聚合CLC的较高辐射强度区域比较低辐射强度区域更有膨胀性，所以该向列液晶材料优先扩散到较高辐射强度部位并在该聚合物CLC材料中呈现非线性分布。
有利的是，只要液晶的分离速度大于被聚合的材料的聚合速度，使用市售的材料就可以制造本发明的超宽带偏振器。
本发明的CLC园偏振膜的超宽带反射特性
在这个时候简要地考虑在横穿其CLC偏振材料方向上非线性螺距分布是如何对其超宽带特性产生影响以及回顾某些经验收集的数据支持其宽带优异性比现有偏振技术要好是适当的。关于这一讨论，参考附图的图1-5。
在图1中，进行了表示为折合距离y’函数的线性螺距分布P1(y’)和指数螺距分布Pe(y’)的比较。线性分布定义为：
P1(y’)＝1+y’＝1+y/d
而指数分布定义为：
Pe(y’)＝exp[y’]
其中d是膜厚度。从该特性曲线可以清楚地看出：在指数函数中的螺距变化速率比在线性函数中螺距变化速率陡得多。对于同样的厚度，其中螺距按照指数分布的偏振器的带宽要比具有线性分布螺距的偏振器的带宽要宽得多。在图2中，通过将本发明说明性实施方案的偏振器的典型带宽与现有技术的CLC偏振器技术的带宽进行比较说明了这一事实。
在图2中，使用具有适合于该偏振器螺旋线指向的手性的圆偏振光束得到现有技术偏振器的反射光谱(用虚线表示)。可是，通过使用未偏振的光束测定本发明的圆偏振器的光谱(用实线表示)。图2的观测结果清楚地表明：根据本发明技术制造的圆偏振器的带宽是现有技术圆偏振器带宽的2倍多，尽管它们的总厚度是相同的。
在图3-5中，提供了进一步的支持事实，即在横穿本文中CLC偏振材料方向上非线性的螺距分布是造成其超宽带特性的原因。在图3中，示出了可聚合CLC层或膜的横截面图，电磁辐射(如光化学或紫外光)I0入射在其上。可聚合的CLC膜1也包括向列液晶和光引发剂。用2表示的紫外光形式的辐射在CLC层1内某一位置“x”处的强度为I(x)。假定一紫外吸收系数，可以用已知的的方法得到下面等式(2)：
I(x)＝I0exp(-αx)
其中吸收系数α包括所有的光损失源，例如吸收、散射等。等式(2)的解表明从该可聚合的CLC层或膜1的前表面到后表面强度是指数衰减的。
在图4中，表明了测定聚合的CLC层或膜如图3的层1中螺距分布所用的Atomic Force Microscope(AFM)图象的附图。在图4中，CLC膜或层1的前面被放置在该附图的右面。在任意0-10微米范围上表明了螺距变化以便指出涉及该值的标度。使用该可聚合的CLC层1的横截面，探测器在横穿该样品厚度方向扫描，根据螺距的变化(其与在将膜1暴露于光化学或紫外光时分离出和扩散的液晶的量有关)在探测器中产生的电流的变化。因为辐射强度在膜1的右侧最大，所以人们预计该CLC材料在较高辐射强度的区域膨胀较大，因此在这些部位提供了较大聚集的扩散液晶材料。结果，形成较长的螺距。当然，在较低和较低强度的区域，发生较少和较弱的膨胀并发生较少和较弱的扩散液晶的聚集，从而导致较短的螺距。当聚合进行完成时，膜1显示出非线性的螺距变化，而这又使得入射光在非常大的带宽上总反射。当然，较大螺距的区域比较小螺距的区域(其反射更高的频率)反射更低的频率。反射的最高频率和最低频率之差是偏振器的带宽。
如从图5的考虑所看出的，在CLC聚合的膜结构内的螺距变化确实是非线性的(这里，它是指数的)。在该图中，给出了等式(1)的紫外光强度衰减对图4的螺距变化的图形表示，该螺距变化是在横穿图3的膜或层1方向测定的。图5中的实线是使用UV吸收系数(它是在层或膜1的独立测定中测定的)的等式(2)的曲线。该曲线的标度已经被人为归一化了。从图4中测定的螺距变化也绘制在图5中。在任一点，通过图4中任一对黑或白线之间的距离确定CLC膜1中螺距的二分之一。以纳米(nm)表示的螺距是对以微米(μ)表示的位置绘制的，在图5中方点表示在所选择点处的螺距值。从图5可以看出：在横穿聚合的CLC膜1方向的非线性CLC螺距变化跟踪由聚合过程中光损失引起的UV强度的实线指数衰减。这清楚地说明：在通过该膜1厚度方向的任一点，聚合的CLC膜1的螺距正比于该点的辐射强度，并且在横穿层1方向的总的螺距变化是指数形式的。
实施例1
在这一实施例中，将上述CLC聚硅氧烷的红色化合物(CC4070L)与上述E31向列液晶混合。当在70℃固化时，该红色CC4070L具有左旋扭曲指向并在690nm处反射。该混合物含有1/2重量比的E31/CC4070L和0.6％(重量)的IG184光引发剂。光引发剂IG184是从Ciba Geigy，Hawthorne，NewYork购得的。将该混合物加入到20号的玻璃盒中并在由一热板提供的92℃的温度下，在0.047mW/cm2的紫外强度下固化。在这一实施例中，仅聚合该CLC聚硅氧烷材料而向列液晶仍然保持在液体状态。聚合后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得圆偏振膜材料的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。所得的偏振器包括了560-2160nm的光谱带通(band pass)，从而提供了1600nm的超宽带偏振器。
实施例2
在这一实施例中，以2∶1的重量比将CLC聚硅氧烷蓝色化合物(CC4039L)和向列液晶(E31)与0.6％(重量)的光引发剂混合。使用20号玻璃盒来提供该厚度的膜。用0.047mW/cm2的UV灯在92℃将该CLC固化。所得的偏振层包括370-1200nm的光谱带通从而提供了包括全部可见光和近红外光谱带的830nm的超宽带偏振器。正如实施例1的情况一样，固化后液晶材料(E3)仍然保持液体状态。聚合(即固化)后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得圆偏振膜材料的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。
实施例3
上述两个实施例使用了具有左旋扭曲指向的CLC聚硅氧烷。在本实施例中，使用具有右旋螺旋线(扭曲)指向的CLC聚硅氧烷。具有上述扭曲指向的蓝色化合物(CC4070R)是从德国Wacker，GmbH购得的，并且当在70℃固化时，其在390nm处反射右旋园光。以1∶2的重量比将从德国EMIndustries购得的向列液晶材料与CLC聚硅氧烷材料(CC 4039R)和1％(重量)的IG184光引发剂混合。将该混合物夹放在20号玻璃盒之间并在122℃、0.047mW/cm2的UV强度下固化。所得的反射右旋圆偏振光的圆偏振膜材料包括了520-920nm的光谱带通从而提供了400nm的超宽带的偏振器。固化(即聚合)后，在室温下不可聚合的液晶(M-15)为固态。聚合后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得样品的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。
实施例4
在这一实施例中，使用的CLC材料是不可聚合的而向列液晶是可聚合的，从而提供了超宽带偏振材料，其中在聚合后，该CLC处于液晶状态。为了形成合适的不可聚合的CLC材料，将均是从德国EM Industries购得的液晶材料E31与另一个液晶材料ZLI-2309和手性添加剂S1011混合。所得的不可聚合的CLC材料是低分子量的，并且在该混合物中，手性添加剂诱导了左旋螺旋结构。以1/1/0.2的重量比将E31/ZLI-2309/S1011混合在一起。然后以1∶2的重量比将该CLC材料与可聚合的向列液晶聚合物材料CN4000混合。CN4000是从德国Wacker，GmbH购得的。将该混合物与0.6％(重量)的IG184光引发剂一起加入到由2块分开的摩擦涂覆聚酰亚胺的玻璃基片20形成的盒中，并在70℃、0.047mW/cm2的UV强度下固化。这里，该向列液晶材料CN4000聚合而低分子量CLC材料仍然是液体状态。如其它实施例的情况一样，该液晶材料的分离速度大于可聚合的CLC材料的聚合速度。所得的圆偏振膜材料反射左旋圆偏振辐射并且包括430-1050nm的光谱带通从而提供了620nm的超宽带宽的偏振器。聚合后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得圆偏振膜材料的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。
实施例5
在这一实施例中，该混合物是由向列序列的可交联的硅氧烷聚合物和手性添加剂加光引发剂(IG184)组成的。值得注意的是，没有加入不可交联的向列液晶(例如E31)。该硅氧烷向列聚合物(CN4000)是从德国Wacker得到的。手性添加剂是由R1011、CB15和CE1(它们均是从Merck，EMI得到的)组成的。该混合物的CN 4000/R1011/CB15/CE1/IG184的重量比是0.75∶0.03∶0.11∶0.11∶0.017。然后将该混合物填充进具有摩擦聚酰亚胺涂层的20玻璃盒中。在80℃经受约0.2mW/cm2的UV曝光一段足够的时间后，得到具有360-750nm带宽的宽带反射偏振器。由于该手性添加剂具有右旋指向，所以该偏振器反射右旋圆偏振光。该实施例的重要性是：根据本发明的技术，为了形成超宽带圆偏振膜材料，不可交联的低分子量向列液晶并不是必需的。与手性添加剂简单混合的向列液晶聚合物可以形成超宽带的偏振器。在这一实施例中同样的机理即聚合引起的分子再分布(PIMRD)仍然是有效的。由于所有的手性添加剂(即R1011、CB15、CE1)组份均是不可交联的，所以在聚合期间该手性分子经历了相分离并从向列聚合物网络中分离出来。该分离出的手性分子开始沿UV传播方向扩散，导致手性分子分别在CLC螺距变短和变长的部位聚集和减少。最后，形成螺距梯度。值得注意的是，该手性添加剂是呈多种化合物形式的。如独立的试验所证明的，在聚合时，两种手性化合物即CB15和CE1从液晶聚合物网络中相分离出来并沿UV传播方向扩散。然而，第3个手性化合物R1011没有显示出相分离和扩散的明显证据。聚合后，所得的圆偏振膜材料在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。
实施例6
在这一实施例中，描述了在塑料基片(它可能具有1个没有基片的表面)上制造超宽带CLC圆偏振材料的方法。在这一实施例中使用的液晶混合物可以是这一应用中提到的任何一种。使用的典型塑料基片是PET。该PET表面可以或可以不必用摩擦的聚酰亚胺涂层处理。如果不需要聚酰亚胺涂层，则整个制造过程变得简单得多。该PET基片仅仅需要的处理是机械摩擦其裸露的表面。将CLC混合物涂覆到1个塑料基片上，然后覆盖上第2个PET片。之后，在合适的温度下将整个包装送进层压机中。层压之后，在2块塑料片材料之间得到均匀的CLC膜。然后在80℃温度下，用合适的强度使该膜经受UV曝光足够长的时间。在塑料片之间得到超宽带的CLC偏振器。其光学性质(包括消光比)类似于2个具有摩擦聚酰亚胺的玻璃基片之间的光学性质。最后，可以剥离开1个塑料基片致使1个表面上无基片。上述方法具有下面优点：(1)由于非常薄的塑料片，所以整个偏振器的厚度可以显著地降低到0.25mm；(2)该偏振器是机械柔韧的；(3)制造过程简单；(4)可以制造大尺寸偏振器；和(5)显著地降低成本。聚合后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得圆偏振膜材料的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。
实施例7
在这一实施例中，使用新研制的短螺距CLC液晶聚合物制造宽带CLC圆偏振膜材料。该材料(代码名是CLM001CC，得自德国的Wacker)在选择反射波长309nm处反射左旋圆偏振光。该CLC材料一旦与合适量的光引发剂(例如IG184，Cyba Geigy)混合，它可以被UV聚合。为了制造宽带偏振膜材料，该短螺距可聚合的CLC材料与低分子量不可交联的向列材料E7(EMI)混合。用于宽带偏振器的材料组合物是CLM001CC/E7/IG184＝0.157/0.065/0.0047(重量比)。将该混合物填充进具有摩擦聚酰亚胺涂层的20号玻璃盒中。在70℃暴露于合适UV强度足够的时间之后，得到反射几乎50％的370-850nm非偏振光的宽带CLC偏振器。通过混合其它不可交联的向列液晶例如M15(Merck)得到了类似的结果。聚合后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得圆偏振膜材料的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。
实施例8
在这一实施例中，描述制造独立式宽带CLC圆偏振膜材料的方法。该材料混合物含有CLM001CC/M15/IG184＝2/1/0.06(重量比)。将该混合物填充进具有摩擦聚酰亚胺涂层的20号玻璃盒中。在80℃用0.011mW/cm2的UV强度固化该样品。得到的膜反射370-770nm的光。聚合之后并当支撑在玻璃基片上时，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得圆偏振膜材料的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。之后，机械地除去1个玻璃基片。接着，从剩下的玻璃基片上剥离下该宽带膜。得到独立式(free standing)的宽带偏振膜。剥离之前和之后膜的光谱说明该独立式的宽带偏振膜的光学性质没有改变。所生产的该宽带圆偏振膜是非常柔韧的并且能够任意地弯曲到任何角度。另外，也可以将其层压到任何基片上。
实施例9
在本实施例中，描述制造基于独立式CLC圆偏振膜的准宽带线性偏振器的方法。通过将所述的制造好的独立式CLC偏振膜直接层压在1/4波长板或片(例如聚乙烯醇PVA伸展片)上得到该线性偏振器。借助于层压机进行该层压。层压操作后又一次明显观察到没有降低光学性质。层压后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得的准宽带线性偏振器的光谱分析。测定透射和反射光谱。
任选地，当需要或要求时，可以将本发明的独立的CLC圆偏振膜层压在其它类型的相延迟板上从而得到园或线性偏振膜结构。在与此有关的方面作为对偏振状态变换(即线性到园、园到线性、线性到线性、园到园、非偏振到线性和非偏振到园)原理的极好指导和综述，参考本申请人的US5221982，该文献引入本文作为参考。
实施例10
在本实施例中，描述制造基于本发明超宽带圆偏振材料的特宽带偏振油墨的方法。根据该方法，如上所述，制造独立的的宽带圆偏振膜。然后使用在本申请人的USP5364557中标题为“胆甾液晶油墨”(“Cholesteric LiquidCrystal Inks”)(该文献引入本文作为参考)中所述的技术将该独立膜机械破碎成微尺寸的薄片。之后，将该CLC薄片与光学清亮和可热固化的载体液体例如清漆(例如PUL Varnish，Marabu，German)混合。为了试验由此形成的该宽带CLC基油墨的光性质，将该CLC油墨筛网印刷在辐射吸收基片上(即提供黑色本底)。然而，应该懂得，实际上可以将该CLC油墨涂覆在任何具有二维或三维表面特性的辐射吸收表面上。用一对正交的圆偏振器检查该CLC油墨的消光比。由于该CLC薄片还保持着左旋偏振性质(即反射左旋圆偏振光)，所以通过覆盖该油墨的左旋偏振器可以看见从该油墨反射的明亮白光。另外，黑色本底看起来象该油墨用右旋圆偏振器所覆盖。在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得的CLC油墨的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。
使用本申请人的USP5364557中公开的任一技术，可以将本发明的超宽带圆偏振材料用于制造CLC油墨。为了将彩色特性赋予本文中的CLC颜料(例如油墨和/或油漆)，可以使用本文下面“控制本发明圆偏振材料的带宽和光谱位置”一段中所述的任何技术获得好结果。
实施例11
在本实施例中，所用的CLC材料是从德国Wacker，GbmH购得的左旋可聚合的聚硅氧烷CLC(CC4039L)与不可聚合的向列E7和手性添加剂R1011(两者均从德国的EM Industries购得)的混合物。该可聚合的CLC材料(CC4039L)具有左旋扭曲结构而该手性添加剂(R1011)具有右旋扭曲结构。该材料E7/CC4039L/R1011/IG184存在于混合物中的重量比是1/2/0.1/0.012。IG184是光引发剂。将该混合物加入到具有摩擦聚酰亚胺涂层的20厚的玻璃盒中并在0.047mW/cm2的UV强度82℃下固化。在这一实施例中，固化后该胆甾液晶材料(CC4039L)聚合而向列材料(E7)仍然维持液态。与其它实施例一样，不可聚合的液晶材料的分离速度大于聚硅氧烷的聚合速度。聚合后，在Perkin-Elmer，Lambda19分光光度计上进行所得样品的光谱分析。对左旋、右旋和未偏振的光均测定透射和反射光谱。所得的CLC圆偏振膜反射左旋圆偏振辐射并且覆盖800-1428nm的光谱带通，从而在电磁波谱的近红外(IR)区域提供了600nm以上的超宽带宽偏振器。在这一实施例中，使用手性添加剂控制带的位置并且不同的浓度控制可得到的带通。
实施例12
在这一实施例中，基于胆甾序列的丙烯酸酯液晶化合物与不可交联的向列液晶材料混合物制造宽带CLC偏振器。在该实施例中，分别使用2种在蓝色和红色波长反射右旋圆偏振光的可聚合的丙烯酸酯胆甾液晶化合物CM95和CM94(BASF，Aktiengesellschaft，Ludwigshafen，German)。将该蓝色化合物CM95与不可交联的向列M15(EMI)和光引发剂IG184(Cyba Geigy)以CM∶M15∶IG184＝2∶1∶0.06的重量比混合。将该混合物填充进具有摩擦聚酰亚胺涂层的20玻璃盒中并在35℃用合适的UV辐射固化足够长的时间。得到的宽带偏振器反射590-900nm的右旋偏振光，带宽为约310nm。当与丙烯酸酯CLC混合并暴露于UV光时，其它向列材料例如E7等也可以增宽偏振带宽。
              控制本发明圆偏振材料的带宽和光谱位置
对于各种目的(例如，将彩色特性赋予本文中的CLC颜料、设计本文中偏振器的滤光特性等)，可以用很多方法控制本申请的CLC圆偏振膜的带宽和光谱位置(即“调谐”)。下面描述几种技术以便对使用本发明CLC圆偏振材料的任何实施方案实现这样的作用。
第1个方法是通过控制其厚度来控制本文中圆偏振膜材料的光谱带宽。例如，使用E31/CC4039L＝1∶2(重量比)与0.6％的IG184的材料，当膜厚度从2改变到20时，偏振器的带宽可以从580nm增加到800nm。之后，将该偏振膜在92℃、0.047mW/cm2的UV强度下固化。
第2个方法是通过改变手性添加剂的浓度来控制本文中圆偏振膜材料的光谱带宽。例如，使用E31/CC4039L＝1∶2(重量比)与0.6％的IG184的材料，膜厚度为20，该偏振膜在70℃、0.047mW/cm2的UV强度下固化。当S1011手性添加剂浓度从0增加到6.6％时，带宽从980nm减小到460nm。另外，随着手性添加剂浓度的增加，中心波长向更短波长方向“蓝”移。
第3个方法用固化温度的变化来控制圆偏振器光谱。例如，使用E31/CC4039L＝1∶2(重量比)与0.6％的IG184的材料，膜厚度为20，样品在0.047mW/cm2的UV强度下固化。如果固化温度从92℃降低到70℃，那么中心波长向更长波长方向“红”移。
第4个方法通过改变光引发剂浓度来控制圆偏振器光谱。例如，使用E31/CC4039L＝1∶2(重量比)的材料，膜厚度为20，样品在92℃、0.047mW/cm2的UV强度下固化。一般地，增加光引发剂(IG184)浓度，降低偏振器的带宽。
第5个方法通过改变向列液晶浓度来控制圆偏振器光谱。例如，使用由在CC4039L中的E31与0.6％的IG184光引发剂相对于CC4039L化合物组成的液晶混合物材料，将不同的混合物填充进具有摩擦聚酰亚胺涂层的20玻璃盒中。所有样品均在92℃、0.047mW/cm2的UV强度下固化。如在图6中清楚地表明的，通过改变向列液晶材料(E31)在原料起始混合物中的浓度可以增加带宽。
大部分上述例子说明：可以使用市售的可聚合的CLC和液晶材料制造本文中的超宽带偏振膜结构。然而，应该理解，本发明的制造技术也可以与任何其中通过氢化硅烷化将介晶基团(mesogenic group)连接到硅氧烷骨架上的环状液晶硅氧烷以及与任何其它液晶聚合物(例如丙烯酸酯等)一起使用。
类似地，尽管在上述实施例中使用的向列液晶材料是市售的，但是还应该懂得：在本发明实践中也可以使用任何低分子量的不可聚合的向列液晶材料。另外，如在实施例4中所表明的，也可以使用可聚合的向列材料，只要其相对扩散速度大于其聚合速度就行。
所使用的向列材料可以是单一化合物的液晶，如可从德国的EMIndustries购得的K15、K24和M15。在本发明的实践中也可以使用多种液晶材料的混合物，如可从德国的EM Industries购得的E31和E7，以及可从德国的EM Industries购得的ZLI-2309和ZLI-5800-100。所有这些材料在室温下都是向列相，K24除外，它在室温下是近晶相。当与可聚合的CLC材料和光引发剂混合时，这些液晶材料生产出至少700nm的超宽带宽的偏振器。最后，在可聚合的CLC材料中的低浓度液晶材料下，低于1/6重量比，得到的带宽迅速降低，表明向列材料的低浓度是1个限制因素。此外，应该理解：如果该混合物在适当的低温下聚合的话，那么高浓度的向列材料与CLC的比例，如2/3的比例，导致高反射；另外，如果在不适当的高温下固化该混合物，那么导致光散射。
在上述实施例中，规定了具体的UV强度以便提供宽带偏振器。就聚合速度与入射的UV辐射强度有关来说，当向列材料如E7与CLC材料如CC4039L以1/2的比例一起使用时，得到的偏振器的带宽随UV强度增加而降低。例如，在0.047mW/cm2的UV强度下，得到的带宽是980nm。如果在92℃固化，那么在0.97mW/cm2的UV强度下，得到的带宽是980nm，如果在92℃、在7.1mW/cm2的UV强度下固化，得到的带宽是280nm。这清楚地表明：通过控制UV辐射的强度可以控制带宽。
尽管优选的实施方案的特征在于具有CLC螺旋线螺距的指数分布，但是，应该懂得：在不脱离本发明精神下也可以允许偏离精确的指数分布。因此，材料中的杂质、辐射能量的变化和聚合变化可以引起偏离理想的指数函数，该指数函数提供在横穿所得偏振器厚度方向的液晶分布，该偏振器仅被描述为是非线性的。当该分布是指数分布时，偏离理想指数函数似乎并不影响所得的带宽的增加。
可以制造覆盖包括可见光、红外和紫外区域电磁波谱较宽部分的本中请的单层偏振器。从上面的所有描述中，可以看出：使用本申请的技术无需使用染料或在可聚合CLC材料中的扩散梯度可以得到超宽带的偏振器。
上述的改动仅是举例说明性的。应该懂得：对本领域技术人员来说，说明性实施方案的其它改动是很容易想到的。所有这样的改动和变化都在由本发明所附的权利要求书所定义的本发明的范围和精神内。

Claims (96)

1.一种宽带偏振器，包括：
至少一种具有胆甾序列的材料的膜和在横穿所述膜厚度方向上非线性变化螺距的部位，和
至少一种类似地非线性分布在横穿所述膜厚度方向上并放置在所述部位的液晶材料。
2.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的非线性变化的螺距是指数变化的螺距。
3.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的具有胆甾序列的材料是一种聚合物。
4.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的具有胆甾序列的材料是一种单体。
5.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的具有胆甾序列的材料是一种低聚物。
6.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料是向列液晶。
7.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料是近晶液晶。
8.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是可光聚合的。
9.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料是可光聚合的。
10.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料中的至少一种是可聚合的。
11.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料的分离速度大于所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料中的任一个的聚合速度。
12.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料的分离速度大于所述的至少一种具有胆甾序列的材料的聚合速度。
13.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料的分离速度大于所述的具有胆甾序列的材料的聚合速度。
14.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是胆甾液晶。
15.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是环状液晶硅氧烷。
16.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是通过阳离子聚合而聚合的材料。
17.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料是通过阳离子聚合而聚合的材料。
18.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料是低分子量材料。
19.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的膜具有足以全部反射入射的圆偏振电磁辐射的厚度。
20.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的膜反射可见光光谱中入射的圆偏振电磁辐射。
21.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的膜在电磁光谱的红外部分反射入射的圆偏振电磁辐射。
22.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的膜在电磁光谱的紫外部分反射入射的圆偏振电磁辐射。
23.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料中的至少一种是液态。
24.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料中的至少一种呈固态。
25.一种制造宽带偏振器的方法，包括下面步骤：
从至少一种具有胆甾序列及至少给定螺距的材料和至少一种液晶材料形成膜，致使在多个螺距大于所述至少一种具有胆甾序列的材料中至少给定螺距的类似地非线性分布的部位中，所述至少一种液晶材料在横穿所述膜厚度的方向上是非线性分布的。
26.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是一种聚合物。
27.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是一种单体。
28.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是一种低聚物。
29.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是低分子量材料。
30.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料是向列液晶。
31.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料是近晶液晶。
32.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是可光聚合的。
33.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料是可光聚合的。
34.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述至少一种液晶材料中的至少一种是可聚合的。
35.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料的分离速度大于所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述至少一种液晶材料中的任一个的聚合速度。
36.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料的分离速度大于所述的至少一种具有胆甾序列的材料的聚合速度。
37.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料的分离速度大于其聚合速度。
38.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是胆甾液晶。
39.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是环状液晶。
40.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是通过阳离子聚合而聚合的材料。
41.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料是通过阳离子聚合而聚合的材料。
42.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料是低分子量材料。
43.根据权利要求25的方法，其中所述的膜具有足以全部反射入射的圆偏振电磁辐射的厚度。
44.根据权利要求25的方法，其中所述的膜反射可见光光谱中入射的圆偏振电磁辐射。
45.根据权利要求25的方法，其中所述的膜在电磁光谱的红外部分反射入射的圆偏振电磁辐射。
46.根据权利要求25的方法，其中所述的膜在电磁光谱的紫外区域反射入射的圆偏振电磁辐射。
47.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料中的至少一种呈液态。
48.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料中的至少一种呈固态。
49.根据权利要求25的方法，其中形成步骤包括下面步骤：
将所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料以给定的重量比混合从而形成混合物。
50.根据权利要求49的方法，其中所述的给定重量比是2∶1。
51.根据权利要求49的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料和所述的至少一种液晶材料的所述给定重量比是在1∶3-5∶2的范围内。
52.根据权利要求48的方法，其还包括将光引发剂加入到所述混合物中的步骤。
53.根据权利要求48的方法，其还包括将手性添加剂加入到所述混合物中的步骤。
54.根据权利要求51的方法，其还包括在足以将所述混合物维持在液态的温度下加热所述混合物的步骤。
55.根据权利要求53的方法，其还包括用电磁辐射辐射所述混合物以便将所述至少一种具有胆甾序列的材料和所述至少一种液晶材料中的至少一种聚合的步骤。
56.根据权利要求54的方法，其中辐射所述混合物的步骤包括将光化学辐射施用于所述混合物的步骤。
57.一种形成单层偏振器的方法，包括下面步骤：
从第一液晶材料和第二液晶材料形成膜，在横穿所述膜的厚度方向，在放置在所述材料中另一个的类似地非线性分布的部位，所述材料之一在所述的膜中具有非线性的分布。
58.一种形成单层偏振器的方法，包括下面步骤：
从第一液晶材料和第二液晶材料形成膜，在横穿所述膜的厚度方向，在放置在所述材料中另一个的类似地非线性分布的部位，所述材料之一在所述的膜中具有非线性的分布。
59.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的具有胆甾序列的材料是不可交联的低分子量液晶化合物。
60.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的具有胆甾序列的材料与手性基团化学连接。
61.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的具有胆甾序列的材料是与至少一种手性添加剂混合的向列材料。
62.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是可热聚合的。
63.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是通过光子吸收引发可热聚合的。
64.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料是可热聚合的。
65.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种液晶材料是通过光子吸收引发可热聚合的。
66.根据权利要求1的宽带偏振器，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是丙烯酸酯。
67.一种宽带偏振器，包括：
仅有1种胆甾序列的液晶材料膜和在横穿所述膜厚度方向非线性变化的部位和至少一种手性材料。
68.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的仅有的一种液晶材料是一种聚合物。
69.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的仅有的一种液晶材料是一种单体。
70.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的仅有的一种液晶材料是一种低聚物。
71.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的仅有的一种液晶材料是不可交联的液晶。
72.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的仅有的一种液晶材料是向列液晶。
73.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的仅有的一种液晶材料具有至少一种永久连接的手性基团。
74.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的至少一种手性材料是不可交联的。
75.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的至少一种手性材料是可聚合的。
76.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的至少一种手性材料没有内消旋配合基。
77.根据权利要求67的宽带偏振器，其中所述的至少一种手性材料有内消旋配合基。
78.一种制造宽带偏振器的方法，包括下面步骤：
从仅有一种液晶材料和至少一种手性材料形成膜，致使所述的仅有的一种液晶材料在在横穿所述膜厚度的方向非线性分布在多个螺距大于所述的仅一种液晶材料中给定螺距的类似非线性分布的部位中。
79.根据权利要求78的方法，其中所述的仅有的一种液晶材料是一种聚合物。
80.根据权利要求78的方法，其中所述的仅有的一种液晶材料是一种单体。
81.根据权利要求78的方法，其中所述的仅有的一种液晶材料是一种低聚物。
82.根据权利要求78的方法，其中所述的仅有的一种液晶材料是不可交联的液晶。
83.根据权利要求78的方法，其中所述的仅有的一种液晶材料是向列液晶。
84.根据权利要求78的方法，其中所述的仅有的一种液晶材料具有至少一种永久连接的手性基团。
85.根据权利要求78的方法，其中所述的至少一种手性材料是不可交联的。
86.根据权利要求78的方法，其中所述的至少一种手性材料是可聚合的。
87.根据权利要求78的方法，其中所述的至少一种手性材料没有内消旋配合基。
88.根据权利要求78的方法，其中所述的至少一种手性材料有内消旋配合基。
89.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是可热聚合的。
90.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是通过光子吸收可热聚合的。
91.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料是可热聚合的。
92.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种液晶材料是通过光子吸收可热聚合的。
93.根据权利要求25的方法，其中所述的至少一种具有胆甾序列的材料是丙烯酸酯液晶。
94.根据权利要求78的方法，其中该形成步骤包括下面步骤：
将所述的仅有1种液晶材料和所述的至少一种手性材料以给定的重量比混合从而形成混合物。
95.一种单层偏振器，包括：
液晶材料和手性材料的膜，所述材料之一在所述膜中横穿所述膜厚度的方向，在放置在所述材料中另一个的类似非线性分布的部位具有非线性的分布。
96.一种制造单层偏振器的方法，包括下面步骤：
从液晶材料和手性材料形成膜，所述材料之一在所述膜中横穿所述膜厚度的方向，在放置在所述材料中另一个的类似非线性分布的部位具有非线性的分布。
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