CN1253734C

CN1253734C - 胆甾醇型液晶光学体、光学显示器及它们的制造方法

Info

Publication number: CN1253734C
Application number: CNB018228135A
Authority: CN
Inventors: A·J·乌德科克; J·D·芒特; M·R·卡明
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: US6573963B2; CN1493006A; JP2008310339A; JP2010015170A; KR20100091236A; KR100854554B1; JP2004524563A; KR20080030097A; EP1362248A1; US20020113937A1; KR20030085535A; WO2002069001A1; WO2002069001A8; KR100995238B1; KR20090064475A

Abstract

可以用胆甾醇型液晶材料来形成一种光学体。在衬底上涂布至少两种包含胆甾醇型液晶材料的不同的涂层组合物。每种组合物的至少一部份可互相扩散，使沿着该光学体厚度上的螺距发生变化。这种光学体，例如，可用作光学显示器的反射型偏振片。

Description

胆甾醇型液晶光学体、光学显示器及它们的制造方法

技术领域

本发明涉及包含胆甾醇型液晶的光学体。本发明也涉及反射型光学偏振片，它是通过同时涂布两层或多层胆甾醇型液晶或胆甾醇型液晶的前体来形成的。

背景技术

光学器件，如偏振器和镜子有很多用途，包括液晶显示器(LCD)。液晶显示器大致分成两类：设置有背光源(如透射型)的显示器，其采光来自显示屏的后面，以及前光源(如反射型)显示器，其采光来自显示屏的前面(如自然光)。这两种显示模式可以结合起来形成透射反射显示器，例如在暗淡的光线下它可以是背光源的，而在明亮的自然光下可以直接读出。

通常的背光源液晶显示器典型地使用吸收型偏振片，可有低于10％的光透射。通常的反射型液晶显示器也是基于吸收型偏振片，典型地有低于25％的反射率。低的透射或反射系数降低了显示器的对比度和亮度，会需要高的电耗。

反射型偏振片也被开发来用于显示器和其他的用途。反射型偏振片优先地透射一路偏振光而优先反射一路正交的偏振光。反射型偏振片最好透射和反射光线而不会吸收较多量的光线。反射型偏振片优选地对透射偏振光有低于10％的吸收率。大部分的液晶显示器在很广的波长范围下工作，因此，反射型偏振片典型地必须也在那样广的波长范围下工作。

在背光源的显示器中，通过把不被偏振片透射的偏振光反射回到背光源，可以用反射型偏振片来提高光线的利用效率。背光又把返回光线的偏振状态转换成透射通过反射型偏振片。这种光线的循环可提高整个显示器的亮度。在反射型和透射反射型的显示器中，反射型偏振片对通过的偏振光的吸收率和色彩低于大部份的吸收型偏振片，可提高显示器的亮度达50％或更多。对至少某些用途重要的反射型偏振片的性质包括，如偏振片的厚度，在一波长范围内反射的均匀性，在目标波长范围内反射的光的相对数量。

发明综述

本发明涉及包含胆甾醇型液晶的光学体及其制造方法，以及将胆甾醇型液晶用于光学器件，如反射型偏振片。一个实施例是制造光学体的一种方法。第一涂层组合物和第二涂层组合物被涂布在衬底上，第一涂层组合物位于衬底和第二涂层组合物之间。第一涂层组合物和第二涂层组合物的组成不同，包含至少一种胆甾醇型液晶材料，它选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体。至少一部份的第二涂层组合物与一部份的第一涂层组合物互相扩散。在互相扩散后，从此第一和第二涂层组合物形成至少一层胆甾醇型液晶层。第一和第二涂层组合物可以分别涂布也可同时涂布。同时涂布的方法包括如：滑涂、幕涂、挤出棒刮涂，还可以施涂另外的涂层组合物(如第三或第四涂层组合物)，它们也可能至少部分地与前述涂层组合物互相扩散。该光学体可被用作一反射型偏振片，当与一显示介质结合在一起例如形成一光学显示器。

另一实施例是制造光学体的另一种方法。第一涂层组合物被置于衬底上，第二涂层组合物被置于第一涂层组合物上。每个涂层组合物包含一种溶剂和一种选自胆甾醇型液晶聚合物和胆甾醇型液晶单体的材料。至少一部分的第二涂层组合物与至少一部分的第一涂层组合物互相扩散。互相扩散之后，把基本上所有的溶剂从两个涂层组合物中基本上除去。这个除去可包括例如蒸发溶剂或使溶剂发生反应形成聚合组合物。至少一个胆甾液晶层是由第一和第二涂层组合物形成的。该胆甾液晶层的螺距沿着至少一部份的层厚度，在一个范围内基本上连续地变化。

还有另一个实例是包含一层胆甾醇型液晶的光学体。沿着至少一部份的该胆甾醇型液晶层的厚度，该层的螺距从第一螺距值开始，增大到第二螺距值，减小到第三螺距值，增大到第四螺距值。该光学体可在一种光学体显示器中用作反射型偏振片。

另一个实例是一种光学显示器，它包含一种显示介质；一种反射型偏振片，它包括上述的光学体。

再一个实例是一种制造光学显示器的方法，它包括按照上述方法形成一光学体；形成包括该光学体的反射型偏振片；使用该放射型偏振片和一种显示介质形成一种液晶显示器。

本发明的上述总结并不打算描述本发明的每一个披露的实施例或每一个实施情况。以下的附图和详细说明将更具体地例举性阐述这些实施例。

附图简要说明

与附图联系起来，下面的详细说明可的更完整地理解本发明：

图1为一有均匀螺距的单胆甾醇型液晶层计算的阶跃折射率厚度对于阶数的图；

图2为图1胆甾醇型液晶计算的反射系数图谱；

图3为有不同螺距的两层胆甾醇型液晶计算的阶跃折射率厚度对于阶数的图；

图4为图3的胆甾醇型液晶计算的反射系数图谱；

图5为有不同螺距的三层胆甾醇型液晶计算的阶跃折射率厚度对于阶数的图；

图6为图5的胆甾醇型液晶计算的反射系数图谱；

图7为一有变化的螺距的一层胆甾醇型液晶计算的阶跃折射率厚度对于阶数的图；

图8为图7的胆甾醇型液晶计算的反射系数图谱；

图9为一实施例的示意图，说明基本上同时在衬底上涂布两个胆甾醇型液晶组合物的方法和设备；

图10为第二实施例的示意图，说明基本上同时在衬底上涂布两个胆甾醇型液晶组合物的方法和设备；

图11为本发明第一实例光学体(至少有一层胆甾醇型液晶)沿厚度方向上的螺距示意图；

图12为本发明第二实施例的光学体(至少有一层胆甾醇型液晶)沿厚度方向上的螺距示意图；

图13为本发明第三实施例的光学体(至少有一层胆甾醇型液晶)沿厚度方向上的螺距示意图；

图14为本发明第四实施例的光学体(至少有一层胆甾醇型液晶)沿厚度方向上的螺距示意图；

图15为本发明第五实施例的光学体(至少有一层胆甾醇型液晶)沿厚度方向上的螺距示意图；

图16本发明一液晶显示器实施例的示意图；

图17为本发明另一液晶显示器实施例的示意图；

图18为第三实施例的示意图，说明基本上同时在衬底上涂布两个胆甾醇型液晶组合物的方法和设备。

虽然本发明可以作各种变型，上述附图已经显示了其细节，下面还要详述。但是应该理解，本发明不限于所述的具体实施例。相反，它要复盖所有的包括在本发明范围中的变型、相当的或是替代的内容。

优选实施方案的详细说明

相信本发明可应用于光学体(如光学膜)及其制法方法，同时该光学体也可应用于光学器件例如反射型偏振片和光学显示器(如液晶显示器)。本发明也针对包含胆甾醇型液晶的光学体。既然本发明并不局限于此，通过以下一些例子的讨论可以对本发明的各个方面进行评价。

术语“聚合物”理解成包括均聚物、共聚物(如用两种或多种的不同单体形成的聚合物)以及它们的组合，通过混溶的共混如共挤出或反应(包括酯交换反应)所形成的均聚物或共聚物。还包括嵌段共聚物和无规共聚物，除非另外注明。

术语“聚合物材料”理解成包括上述定义的聚合物，以及其他的有机或无机的添加剂，例如抗氧化剂，稳定剂，抗臭氧剂和增塑剂。

这里所用的术语“互相扩散”等，指两层之间的分子或大分子扩散，从任一层或两层中扩散到另一层去。

所有的折射率，除非另外指出，都是对632.8nm光而言。

术语“偏振”可以指平面偏振、圆偏振、椭圆偏振或任何其他的非随机偏振状态，即光线的电矢量不随机地改变方向，而是维持一个恒定的取向或者以系统的方式变化。在平面偏振中，电矢量持在单一平面上，而圆偏振或椭圆偏振中，光线的电矢量以一系统的方式旋转。

反射型偏振片优先透射一路偏振光而反射剩下的光。在反射型平面偏振片中，在一个平面上被起偏的光优先透射，而在正交平面上被起偏的光被优先反射。在圆反射型偏振片中，在一个方向上被圆形起偏的光(可以是顺时针方向或逆时针方向，如右旋的或左旋的)优先透射，而在相反方向上被起偏的光优先被反射。一类圆偏振片包括胆甾醇型液晶偏振片。

术语“胆甾醇型液晶化合物”指的是能形成胆甾醇型液晶相的化合物(包括聚合物)。

胆甾醇型液晶化合物

典型的胆甾醇型液晶化合物是手性分子，可以是聚合物。这样的化合物典型地包含手性分子单元(如不具有镜面)和内消旋性分子单元(如呈现液晶相)。胆甾醇型液晶化合物包括那些有胆甾醇型液晶的化合物，在该液晶相中液晶的指向矢(即平均局域分子排列方向上的单位矢量)以一个螺旋形的方式沿着与指向矢垂直的方向旋转。胆甾醇型液晶化合物也称为手性向列相液晶化合物。胆甾醇型液晶化合物的螺距(在与指向矢垂直的方向上)是指向矢旋转360度需要的距离。该距离典型地为100nm或更大。

胆甾醇型液晶化合物的螺距，典型地可将一种手性化合物(如胆甾醇型液晶化合物)与一向列相液晶化合物混合或结合(如经过共聚反应)来加以改变。螺距的大小取决于手性化合物与向列相液晶化合物的相对重量比率。螺距通常选择在目标光波长的数量级上。指向矢的螺旋式扭转造成了介电张量空间上的周期性变化，接着它引起光的波长选择性反射。例如，可将螺距选择成选择性反射在可见光、紫外或红外光波长的范围达到最大。

胆甾醇型液晶化合物包括胆甾醇型液晶聚合物是普遍知道的，典型地，任一种这些材料可被用来制造光学体。合适的胆甾醇型液晶聚合物的例子描述在美国专利US Patmet.No，4,293,435，和5,332,522中。但其他的胆甾醇型液晶化合物也可使用。典型地，选择一种胆甾醇型液晶化合物，要看其特定的用途或什么样的光学体，依据的一个或多个因素包括。例如折射率、螺距、加工性能、透明度、目标波长下的低吸收、与其他化合物(如向列相液晶化合物)的相容性、便于制造，液晶化合物或单体能取得到来形成液晶聚合物、流变性、固化的方法与所需条件、易除去溶剂、物化性质(如柔性、拉伸强度、耐溶剂性、抗擦伤性和相转变温度)以及容易提纯。

胆甾醇型液晶聚合物一般用手性(或手性与非手性的混合物)的分子(包括单体)来形成，这些手性分子可包含一个内消旋基团(如一刚性基团，它典型地有一棒状结构用来促进胆甾醇型液晶相的形成)。内消旋基团包括例如对位取代的环基(如对位取代的苯环)。这些内消旋基团还可通过一个间隔基与聚合物的主链结合在一起。该间隔基可含有功能团，这些功能团具有例如苯、吡啶、嘧啶、炔烃、酯、亚烷基、醚、硫醚、硫代酸酯和酰胺的功能。

合适的胆甾醇型液晶聚合物包括那些聚合物，它们有一手性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷或聚酯酰亚胺的主链，主链上包含可被刚性或柔性的共聚单体隔开的内消旋基团。其他合适的胆甾醇型液晶聚合物有一聚合物主链(如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚烯烃或聚丙二酸酯主链)，并带有手性内消旋侧链基团。该侧链基团可选择性地被一间隔基例如亚烷基或氧化烯间隔基与主链隔开，提供了柔性。

典型地，为了形成胆甾醇型液晶层，将一胆甾醇型液晶组合物涂布在一个表面上。胆甾醇型液晶组合物包含至少一种手性化合物(如胆甾醇型液晶化合物)或手性单体(胆甾醇型液晶单体)，它们可用来(如经过聚合或交联)形成胆甾醇型液晶聚合物。胆甾醇型液晶组合物还可包含至少一种向列相液晶化合物或向列相液晶单体，它们可用来形成向列相液晶聚合物。向列相液晶化合物或向列相液晶单体可用来改变胆甾醇型液晶组合物的螺距。胆甾醇型液晶组合物还可包含一种或多种加工添加剂，例如固化剂、交联剂、抗臭氧剂、抗氧化剂或吸收紫外、红外或可见光的染料。

胆甾醇型液晶组合物的形成还可以用任何以下两种或多种的材料：胆甾醇型液晶、胆甾醇型液晶单体、向列相液晶、向列相液晶单体或把它们结合在一起。胆甾相组合物中各材料的重量比例一般决定，至少部分地决定着胆甾醇型液晶层的螺距。

胆甾醇型液晶组合物还典型地包含溶剂。这里所用的术语“溶剂”也指分散剂和两种或多种的溶剂和分散剂的组合。在某些情况下，一种或多种液晶化合物、液晶单体或加工添加剂也可起溶剂作用。溶剂能从涂层组合物中基本上去除掉，通过例如将组合物干燥蒸发掉溶剂或使部分溶剂发生反应(例如使溶剂化液晶单体反应生成液晶聚合物)。

涂布以后，将胆甾醇型液晶组合物转变成为液晶层。这种转变可以通过各种各样的技术来实现，包括溶剂蒸发；使胆甾醇型液晶化合物或胆甾醇型液晶单体交联；用例如加热、辐照(如光化辐照)、光照(如紫外光，可见光或红外光)、电子束来使胆甾醇型液晶单体固化(或聚合)，或是这些技术的结合。

可以用常规的处理手段来得到胆甾醇型液晶相。例如一种方法包括将胆甾醇型液晶组合物沉积在一取向的衬底上。例如可用拉伸技术或用人造纤织物或其他的布来磨擦使衬底取向。沉积了胆甾醇型液晶组合物后，将其加热到该组合物转变为液晶相的玻璃化转变温度以上。然后把组合物冷却到玻璃化转变温度以下，将液晶相固定下来。

胆甾醇型液晶光学体

胆甾醇型液晶组合物(加或不加另外的向列相液晶化合物或单体来改变螺距)能成形为一层，它能在一特定的光波长带宽上基本上反射一路圆偏振光(如左或右圆偏振光)并基本上透射另一路圆偏振光(如右或左圆偏振光)。这个特点描述的光的反射或透射，是指光的指向是垂直入射对着胆甾醇型液晶材料的指向矢。以其他角度指向的光一般被胆甾醇型液晶材料变成椭圆偏振光状态。胆甾醇型液晶材料被表征时通常是对于垂直入射光而言，但如下所述，可以认识到，这些材料对非垂直入射光的响应可用已知的技术来测定。

胆甾醇型液晶层可单独使用或与其他的层或器件结合起来形成光学体，比如反射型偏振片。胆甾醇型液晶偏振片可作为反射型偏振片的类型使用。胆甾醇型液晶偏振片的螺距与多层反射型偏振片的光学层厚度相似。螺距和光学层厚度分别决定了胆甾醇型液晶偏振片和多层反射型偏振片的中心波长。胆甾醇型液晶偏振片的旋转着的指向矢，形成了光学重复单元，这与使用具有同样的多层反射型偏振片的光学层厚度的多层相似。

被胆甾醇型液晶层反射的光的中心波长λ。和光谱带宽Δλ取决于胆甾醇型液晶的螺距P。中心波长λ。约等于λ_o＝0.5(n_e+n_o)P，式中n_o和n_e为胆甾醇型液晶对平行于液晶指向矢的偏振光的折射率(n_e)和对垂直于液晶指向矢的偏振光的折射率(n_o)，光谱带宽Δλ约为：

Δλ＝2λ_o(n_e-n_o)/(n_e+n_o)＝P(n_e-n_o)

图1为一层有恒定螺距的胆甾醇型液晶组合物的阶跃折射率厚度(nm)对阶数的计算得到的图。阶跃折射率厚度相当于对应于该材料的折射率的半波片材料厚度。图1表明光的一路偏振经受两个不同的折射率n_e和n_o，高阶跃折射率厚度与低阶跃折射率厚度之和对应于螺距。阶数指明偏振光从一个折射率区向第二个折射率区的一次跃迁。两个阶跃对应于螺距的一次旋转。

图2为图1的胆甾醇型液晶层反射的偏振光随波长的变化计算出的反射图谱。单层胆甾醇型液晶聚合物的光谱带宽(半峰高处的全宽)典型地约为100nm或较小。这就限制了该胆甾醇型液晶组合物用于希望在整个可见光范围内(约400至700nm)或基本上大于100nm的任何其他波长范围内的反射性能。

图3为一反射型偏振片的螺距层厚度(nm)对螺距层数的计算得到的图，该偏振片有两层胆甾醇型液晶，一层置于另一层上面。这两层有不同的螺距，所以两层反射不同的光波长。图4为用该两层结构反射的偏振光的计算得到的反射率图谱。如图4所示，双层结构导致在整个带宽上更多的反射，但反射率不太均匀。具体是此双层结构的这个图包含两个分隔的反射带，从约400至500nm和从约600至700nm，不均匀的反射造成光学膜显现颜色。从透射光来观察，颜色典型地相应于有较低反射率的波长。反射光也显现颜色，典型地相应于有较高反射率的波长。

图5为有三个叠层的反射型偏振片的螺距层厚度(nm)对螺距层数的计算得到的图。这三层有不同的螺距，反射不同波长的光(如红、绿和兰光)，图6为用该三层结构反射的偏振光的计算得到的反射率图谱。如图6所示，三层结构导致在整个带宽上更多的反射，反射率比双层结构的更均匀，仍有值得注意的较低反射率的区域，这可导致膜显现颜色。

图7为一反射型偏振片的螺距层厚度(nm)对螺距层数计算得到的图，该偏振片中胆甾醇型液晶的螺距在沿着偏振片的至少一部分厚度的一段数值范围内单调增加，图8为这种阶式螺距结构的反射偏振光的计算所得的反射率图谱。在这个例子中，图谱会比前边的那些例子光滑得多，往往是更均匀的反射，导致了整个的反射率较高，颜色较少。

图7所代表的结构前已形成，是通过将两个已经成形的螺距不同的胆甾醇型液晶层层叠起来(例如不同组合物的两层、不同重量比的胆甾醇型液晶化合物或液晶单体的两层)。将两层加热使液晶材料在两层间扩散。两层之间的物质扩散典型地导致了两层的螺距在两层各自的螺距范围内变化。

但是该方法需要许多步的加工，包括每层分别成形(如个别地干燥或固化)、层叠(或层压)、然后加热，造成液晶材料在两层之间扩散。这些步骤又需要很长的加工时间，特别是考虑到在两个已预先成形的液晶层之间的扩散所需的时间。

制造胆甾醇型液晶光学体的新方法

形成胆甾醇型液晶光学体的新方法，包括把至少两种不同的胆甾醇型液晶组合物涂布到一个衬底上，在把组合物转化成胆甾醇型液晶层之前，让组合物发生层间扩散。把组合物转化成胆甾醇型液晶层，是通过例如基本上除去所有的溶剂(如果是溶剂型的)，或固化液晶组合物。然后加热这些层，再冷却把这些层以胆甾醇型液晶相的形态固定下来。这种方法可以使液晶组合物之间更迅速混合，除了在衬底上涂布组合物、让组合物中至少一部分的材料互相扩散、互相扩散后干燥或固化组合物这些步骤外无需另外的步骤。干燥可以发生在组合物部分或全部固化之前或者之后。

此方法典型地包括将至少两种含有胆甾醇型液晶化合物或液晶单晶的不同的液晶组合物涂布在一个衬底上(如聚合物衬底或预先已形成的液晶层)。这可以采用多种多样的技术与设备来完成。在一个实施例中，两种或多种的涂层组合物基本上是同时地被涂布到一个衬底上。基本上同时将两种或多种的涂层组合物涂布到一衬底上的方法包括，例如滑涂、幕涂、挤出棒刮涂等。例如美国专利US PateutNos.3,508,9473,996,885，4,001,024和5,741,549披露了同时涂布两层或多层的方法和设备。

图9说明基本上同时把两种或多种的涂层组合物涂布在一衬底上的方法和设备。挤出棒刮涂机100包括一个载体102(例如一个辊子、一个浇注轮、一个卷轴、或连续带状载体)，它把衬底200传送通过涂布头104。两种或多种的涂层组合物202和204通过涂布头104中的窄缝106基本上被同时涂布在衬底200上。涂层组合物202和204通过涂布头104中的供料口108和110由外部提供。要控制衬底200的速度和涂层组合物的流量，为的是提供组合物202和204的理想厚度，而涂层的质量和均匀性一般通过缝隙112施加真空来改进。

涂层组合物202和204可包含有例如紫外光可固化的官能团，如丙烯酸酯或其他光可固化官能团的化合物。当存在这样的化合物时，组合物202和204之间的互相扩散可施加一合适的光固化能量，用辐射源206例如-紫外灯来控制。一个替换方法是在位置206’放一辐射源，有可能提供更长的时间从而更多的互相扩散。互相扩散的程度也有可能通过改变辐射源206的强度或衬底200的速度来控制。如图9所示，涂层组合物202、204可从载体102上的衬底200上剥离下来，再在其一面或两面用一个或两个光源207、207’照射。

滑涂也可用于多层涂布。图10为一合适的滑涂设备与方法的例子。滑涂装置300有一涂布头302，它包括一个带开口304，306的滑动表面302，第一涂层组合物350和第二涂层组合物352被分别通过304和306给料。一般要求滑动表面倾斜约为25度至30度或更大，尽管也可用别的角度。涂层组合物350，352然后被涂布到衬底354上，衬底移动通过滑涂设备。同样通过缝隙308可施加真空来提高涂层质量及均匀性。

涂层组合物350和352可包含有例如紫外光可固化官能团，如丙烯酸酯或其他光可固化官能团的化合物。当存在这样的化合物时，组合物350和352之间的互相扩散可通过施加一合适的光固化能量，用辐射源356和358例如一紫外灯来控制。辐射源356和358，可用一个或两个都用。将辐射源358放在位置358’，有可能提供更长的时间因而更多的互相扩散。通过改变辐射源356或358的强度，互相扩散的程度也可以控制。如图12所示，涂层组合物350，352可从衬底354上剥离下来，再在其一面或两面用一个或两个光源357，357’照射。

另一种施涂多层涂层的涂布法是幕涂。如图18所示，涂布头401包含带开口404、406的表面402，第一涂层组合物450和第二涂层组合物452分别通过404和406给料。然后让结合在一起的涂层组合物象幕457一样落下到一移动的衬底462(如聚合物膜)上。在另一实施例中，涂布头沿着基本上垂直的表面有一些开口，这样使得组合物在离开涂布头后就开始下落。

涂层组合物452和454可包含有例如紫外光可固化官能团。如丙烯酸酯或其他光可固化官能团。当存在这样的化合物时，组合物452和454之间的互相扩散可通过施加一合适的光固化能量，用一个或多个的辐射源(如一个或多个的辐射源453，456，458和460)例如紫外灯来控制。仅用辐射源460有可能提供更长的时间因而更多的互相扩散，而用辐射源453有可能提供较短的互相扩散时间。互相扩散的程度也有可能通过控制辐射源453，456，458和460的强度来加以控制。并非需要提供所有的辐射源453，456，458和460；也可以按需要提供其他的辐射源。图18所示的灯的数量和位置只是用作说明的。在特殊的情况下，在其他位置少放几盏或多放几盏灯也是可以的。

图9、10和18所示的装置和方法可经改型来把两层以上同时涂布到衬底上。典型地，要选择几种涂层化合物，它们有相容的流变性能，以便可在基本上同时涂布。作为一种替代的涂布方法，许多种涂层组合物可分别地，或者分成两组或多组地进行涂布。

典型地，在用两种涂层组合物涂布衬底之前，之时或之后，至少一部分的第一涂层组合物与至少一部分的第二涂层组合物互相扩散。该互相扩散通常沿着两涂层组合物的界面发生并从该界面上扩展开来。

互相扩散的速率取决于多种因素，例如包括各组合物的具体物质，物质的分子量，组合物的温度，组合物的粘度，各组合物的聚合程度，各涂层组合物本身中和各组合物之间的溶剂/溶质的相互作用。理想的扩散速率可通过控制一个或数个这些因素来达到，例如选择材料、温度、粘度，聚合物和溶剂的分子量或这些因素的结合。

互相扩散的速率也受到交联程度或发生在涂布过程中或之后的其他固化的程度的影响。虽然在涂布分散液中提供可聚合或可交联的反应性基团可以控制互相扩散，但这样的反应也会影响涂层的性能和粘合，为了利用聚合反应或交联反应来控制互相扩散而又避免快速或过早反应这些影响，在涂层组合物之间可加入一互相扩散控制层。该互相扩散控制层含有比任一涂层组合物更高级的反应基团(例如可聚合或可交联基团)。此互相扩散控制层在用如紫外光照射时能形成一个阻挡层来限制涂层组合物之间的扩散水平，而又不会在涂层组合物中产生不理想程度的聚合成交联。

在涂层组合物包含聚合形成胆甾醇型液晶层的单体的某些实施例中，这些单体可在涂布之前，之时或之后，但在两涂层组合物之间的扩散完成之前部分聚合。例如沿着加工途径可在一个或多个地点设置固化光源或辐射源，使单体以一定速率部分固化(如聚合成交联)。这样做可改变扩散速率来控制最终胆甾醇型液晶液晶层的螺距分布。

发生了所需量的互相扩散后，将第一和第二涂层组合物转化成一个或多个液晶层。有各种技术可以转化涂层组合物，选什么方法，一般至少部分地取决于涂层组合物中使用的物质。转化技术包括例如基本上从涂层组合物中去除所有溶剂(如通过干燥、聚合或交联溶剂)以及聚合或交联涂层组合物中的物质。液晶层然后如上所述转化成胆甾醇型液晶相。在某些实施例中，使用了干燥和固化(聚合成交联)。可以在固化前或固化后干燥，也可在部分或全部固化的同时干燥。

可以形成各种各样不同的螺距分布。图11至图15为可能的分布的例子，但可产生出许许多多其他的分布。图11的分布可以这样来实现，例如，让两个螺距分别为P₁和P₂的激体胆甾醇型液晶组合物互相扩散。控制互相扩散，使得每个涂层组合物至少一部分保持相对没有另一涂层组合物的掺入。其结果是结构上该胆甾醇型液晶层的螺距从P₁变到P₂。

图12的螺距的分布可以这样来实现，例如，让两个螺距分别为P₁和P₂的胆甾醇型液晶组合物互相扩散，基本上没有剩下未混合的材料。在这种结构中，螺距的范围在P₁和P₂之间。在一可替换的实施例中，两个组合物的厚度或组合物的相互扩散速率，也可选择使得只有一个胆甾醇型液晶组合物的一部分保持未混合。

图13的螺距分布可以这样来实现，例如，让螺距分别为P₁、P₂和P₃的三种胆甾醇型液晶组合物互相扩散。可以让第一和第二组合物之间互相扩散，然后涂布第三组合物，再让第二和第三组合物之间互相扩散。

图14的螺距分布可以这样来实现，例如，把第二胆甾醇型液晶组合物涂布在两层第一液晶组合物之间，让层间进行互相扩散。在一可替换的实施例中，第一层和第三层有不同的螺距，第三层的螺距比第二层的螺距短而比第一层的螺距长或短。在该实施例中，螺距并不单调增加或减小。换言之，螺距变长然后变短。螺距的非单调变化可用于消衍射技术来缩小主反射带宽以外的侧峰的大小。这样的侧峰示于图8的大约730nm和780nm。

图15所示的是一四层结构的螺距分布，其中第一和第三层用同样的第一胆甾醇型液晶组合物来形成，而第二和第四层用同样的第二胆甾醇型液晶组合物来形成。在该实施例中，螺距分布在两个范围内增大，在两个范围内减小。四层中的每一层都可使用不同的胆甾醇型液晶组合物，螺距分布也不必在增加和减小之间交替。还可以用五层或更多层来产生其他的螺距分布。

螺距分布的宽度和形状，特别是螺距随厚度变化的那部分是可以改变或控制的。可以用来确定完成控制螺距分布的因素，包括互相扩散的速率、互相扩散花的时间、液晶涂层组合物的材料、互相扩散过程中或之前组合物的改性(如聚合或交联)、温度，每个涂层组合物内部和涂层组合物之间的溶剂/溶质相互作用。

用这种方法成形的胆甾醇型液晶层，可用于各种各样的光学体，包括例如反射型偏振片和偏振光分束器。这些光学体可以包括其他的元件，包括例如一块四份之一波片把圆偏振光转化为线偏振光。可选择特殊的材料和偏振片层来达到理想的反射带宽。光学体可用于如透射型，反射型或透射反射型液晶显示器，并可用作对比度增强膜。

作为一个例子，按照这里描述的方法和结构可构成一宽带反射型偏振片。该宽带反射型偏振片在100nm，200nm，或300nm或更大的波长范围内基本上均匀地(例如不大于10％或5％的差异)反射一种偏振光，具体是可构成一宽带反射型偏振片，它在可见光波长范围内(约400至750nm)基本上均匀地反射一种偏振光。

显示器例

胆甾醇型液晶光学体可用于各种光学显示器和其他用途，包括透射型(如背光源)，反射型和透射反射型显示器。例如，图16为一用作说明的背光显示系统600的剖面示意图，包括显示介质602，背光604，胆甾醇型液晶反射型偏振片608和一或可用的反射片606，该显示系统可以包括一块四分之一波片作为胆甾醇型液晶反射型偏振片的元件或作为一个分离的元件把来自液晶反射型偏振片的圆偏振光转换成线偏振光。观察者位于显示器件602的一面，与背光604相对。

显示介质602通过透射从背光604发射出的光把信息和图象显示给观察者。显示介质602的一个例子是液晶显示器(LCD)，它只透射一种偏振状态的光。

背光604提供用来对显示系统600照明的光，例如它包括光源616和光导618，虽然也可以用其他的背光系统。图16描绘的光导618有一矩形截面，背光可以使用任何合适形状的光导。如光导618可以是楔形的，沟道形的，假楔形光导等。主要的考虑因素是光导618应该能接收来自光源616的光并发射那个光。结果光导618可包括后向反射片(如可用的反射片606)，提取机构和别的元件来获取理想的功能。

反射型偏振片608是一片光学膜，它包括至少一个如上所述的胆甾醇型液晶光学体。反射型偏振片608基本上能透射从光导618射出的一种偏振状态的光。

图17为一类反射式液晶显示器700的示意图。该反射式液晶显示器700包括一显示介质702，一镜片704和一反射式偏振片706。该显示系统可选地包括一块四分之一波片作为胆甾醇型液晶反射型偏振片的元件或一个分离的元件把来自液晶反射型偏振片的圆偏振光转换成线偏振光。入射光708被反射型偏振片起偏振，穿行通过显示介质，被镜面反射，返回穿过显示介质和反射型偏振片。该反射型液晶显示器700的反射型偏振片包括一个如上所述的胆甾醇型液晶光学体。胆甾醇型液晶光学体的具体选择取决于诸如成本、尺寸、厚度、材料和目标波长范围等因素。

胆甾醇型液晶光学体可与各种各样其他元件和膜一起使用，这些元件和膜增强来给液晶显示器提供或增强其他的性能。这样的元件和膜包括例如增亮度膜、包括四分之一波片和膜的减速片、多层或连续/分散相反射型偏振片、金属化后向反射片、棱镜后向反射片、漫反射式后向反射片和多层介电后向反射片。

本发明不应被视为限于上述这些特定例子，而应理解为覆盖了在所附的权利要求书中宣布的所有方面。对于本发明所针对的行业的业内人士来讲，审读本发明时，各种修改、相当的过程和本发明可能会适用的各种结构都是显而易见。

Claims

1.一种制造光学体的方法，其特征在于该方法包括的步骤有：

在一衬底上涂布第一涂层组合物和第二涂层组合物，第一涂层组合物置于衬底和第二涂层组合物之间，第一和第二涂层组合物的组成不同，每一组合物包含至少一种选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的胆甾醇型液晶材料；

让至少部分的第二涂层组合物与第一涂层组合物互相扩散；

在让至少部分的在衬底上的第二涂层组合物与在衬底上的第一涂层组合物互相扩散后，由第一和第二涂层组合物形成至少一层胆甾醇型液晶。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于涂布第一和第二涂层组合物的步骤包括同时将第一和第二涂层组合物涂布在衬底上。

3.权利要求2所述的方法，其特征在于同时将第一和第二涂层组合物涂布在衬底上的步骤，包括用选自滑涂、幕涂、挤出棒刮涂及其结合的技术来同时将第一和第二涂层组合物涂布在衬底上。

4.权利要求1所述的方法，其特征在于形成至少一层胆甾醇型液晶，使该胆甾醇型液晶层的螺距沿着至少一层胆甾醇型液晶的至少一部分厚度连续变化。

5.权利要求4所述的方法，其特征在于形成至少一层胆甾醇型液晶，使该胆甾醇型液晶层的螺距沿着至少一层胆甾醇型液晶的至少一部分厚度单调变化。

6.权利要求4所述的方法，其特征在于形成至少一层胆甾醇型液晶的步骤还包括在第二涂层组合物上涂布第三涂层组合物，第二和第三涂层组合物的组成不同，第三涂层组合物包含至少一种选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的胆甾醇型液晶材料，在形成液晶层之前让至少一部分的第三涂层组合物与第二涂层组合物互相扩散，其中所述的液晶层由第一、第二和第三涂层组合物形成，该胆甾醇型液晶层的螺距沿着至少一层胆甾醇型液晶的至少一部分厚度增大到第一螺距值，然后减小到第二螺距值。

7.权利要求4所述的方法，其特征在于形成至少一层胆甾醇型液晶的步骤还包括：

在第二涂层组合物上涂布第三涂层组合物，第二和第三涂层组合物的组成不同，第三涂层组合物包含至少一种选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的胆甾醇型液晶材料，在形成液晶层之前让至少一部分的第三涂层组合物与第二涂层组合物互相扩散，

在第三涂层组合物上涂布第四涂层组合物，第三和第四涂层组合物的组成不同，第四涂层组合物包含至少一种选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的胆甾醇型液晶材料，在形成液晶层之前让至少一部分的第四涂层组合物与第三涂层组合物互相扩散，其中所述的液晶层由第一、第二、第三和第四涂层组合物形成，该胆甾醇型液晶层的螺距沿着至少一层胆甾醇型液晶的至少一部分厚度增大到第一螺距值，减小到第二螺距值，然后再增大到第三螺距值。

8.权利要求1所述的方法，其特征在于第一涂层组合物还包含第一溶剂，第二涂层组合物还包含第二溶剂，形成至少一层胆甾醇型液晶的步骤包括去除所有的第一和第二溶剂。

9.权利要求1所述的方法，其特征在于第一涂层组合物的至少一种胆甾醇型液晶材料包含第一液晶单体，第二涂层组合物的至少一种胆甾醇型液晶材料包含第二液晶单体，形成至少一层胆甾醇型液晶的步骤包括使第一液晶单体和第二液晶单体聚合生成第一液晶化合物和第二液晶化合物。

10.权利要求9所述的方法，其特征在于还包括在将至少一部分第一涂层组合物和第二涂层组合物互相扩散的步骤完成之前，使第一和第二液晶单体的至少一种单体的至少一部分发生聚合。

11.权利要求9所述的方法，其特征在于在使第一和第二液晶单体聚合之前将至少一部分的第二涂层组合物扩散到第一涂层组合物中去。

12.权利要求9所述的方法，其特征在于在使第一液晶单体与第二液晶单体聚合的步骤包括使至少一部分的第二液晶单体与至少一部分的第一液晶单体发生共聚反应。

13.权利要求1所述的方法，其特征在于第一涂层组合物还包含第一向列相液晶材料，第二涂层组合物还包含第二向列相液晶材料。

14.权利要求13所述的方法，其特征在于第一涂层组合物中的至少一种胆甾醇型液晶材料和第二涂层组合物中的至少一种胆甾醇型液晶材料是相同的。

15.权利要求14所述的方法，其特征在于第一和第二向列相液晶材料是相同的，第一涂层组合物中第一胆甾醇型液晶材料与第一向列相液晶材料之重量比不同于第二涂层组合物中第二胆甾醇型液晶材料与第二向列相液晶材料之重量比。

16.权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括把第三涂层组合物涂布到第二涂层组合物上，第二和第三涂层组合物的的组成不同，第三涂层组合物包含至少一种选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的胆甾醇型液晶材料；

在形成至少一层液晶层之前让至少一部分的第三涂层组合物与第二涂层组合物互相扩散。

17.权利要求1所述的方法，其特征在于

第一涂层组合物包含第一溶剂和选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的第一胆甾醇型液晶材料；

第二涂层组合物包含第二溶剂和选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的第二胆甾醇型液晶材料，其中第一和第二涂层组合物的组成不同；

互相扩散的步骤包括在去除掉全部第一溶剂和去除掉全部第二溶剂之前，让至少一部分的第二涂层组合物与至少一部分的第一涂层组合物互相扩散；

方法还包括去除掉全部第一和第二溶剂。

18.权利要求17所述的方法，其特征在于第一涂层组合物包含胆甾醇型液晶单体和向列相液晶单体。

19.权利要求18所述的方法，其特征在于第二涂层组合物包含胆甾醇型液晶单体和向列相液晶单体，其重量比不同于第一涂层组合物中的两种单体的重量比。

20.权利要求18所述的方法，其特征在于形成光学体还包括使所述第一和第二涂层组合物的至少一种胆甾醇型液晶单体与向列相液晶单体至少部分聚合。

21.权利要求17所述的方法，其特征在于涂布第一涂层组合物和涂布第二涂层组合物包括同时把第一和第二涂层组合物涂布衬底上。

22.权利要求21所述的方法，其特征在于同时涂布第一和第二涂层组合物的步骤包括利用选自滑涂、涂布、幕涂、挤出棒刮涂以及其结合的技术同时将第一和第二涂层组合物涂布衬底上。

23.权利要求17所述的方法，其特征在于还包括

在第二涂层组合物上涂布第三涂层组合物，第二和第三涂层组合物的组成不同，第三涂层组合物包含第三溶剂和选自胆甾醇型液晶化合物和胆甾醇型液晶单体的第三胆甾醇型液晶材料，

在去除掉全部的第二溶剂和去除全部的第三溶剂之前，让至少一部分的第三涂层组合物与至少一部分的第二涂层组合物相互扩散。

24.权利要求23所述的方法，其特征在于去除掉全部的第一和第二溶剂包括去除掉全部的第一、第二和第三溶剂来形成一光学体，该光学体包含至少一层胆甾醇型液晶，包括第一、第二和第三涂层组合物，其螺距沿着至少一层胆甾醇型液晶的至少一部分厚度连续变化。

25.一种制造光学显示器的方法，其特征在于它包括

按照权利要求1-24任一项所述方法形成一光学体；

形成包括该光学体的反射型偏振片；

使用该反射型偏振片和一种显示介质形成一种液晶显示器。