TW424161B - Patterned layer of a polymer material having a cholesteric order - Google Patents

Description

五、發明說明（l) 本發明係關於一種製造膽固醇狀排列聚合枒料之圖案層 之方法，其中膽固醇狀排列材料之分子螺旋軸橫 ’而且將層圖案化使其包含至少一個區域，其t分子螺 ---+» f.L. VS a 伸 旋之間距異於其他區域 本發明亦關於一種膽固醇狀排列聚合材料層。 本發明進一步關於一種具有具膽固醇階之聚合 案層之資訊載體。 固 之Π::::關於一種具有膽固醇狀排列材料之圖案層 之= 2關於一種具有膀固醇狀排列材料之… 敘述於首段之型式之方法本質為已知的 利說明書G"，3u，m敘述一種膽固醇狀排歹: 層。依照此專利說明書，此層可藉由首先在二 2膽【醇材料層而製造。•由在不同之溫i聚合此層： 區域，得到圖案化膽固醇層。其 層 之分子螺旋之間距為溫度相關性之事實；利用之排！1: 度聚合層之區域，如同以往 此溫度之間距。 LΥ凍心結合 難=方層::上已發現此已知方法 量之遮蔽步驟而且調整遮罩之精密；:以要需m 措此已知方法實現之不同區域間之間距最大差異顯然相當

I麵

424161」碥 j :、發明說明（2) '' 一 * --- 小。在不同之溫度圖案化實際上顯然亦為困難的。 ,本發明之目的為排除這些已知缺點^更特別地，本發明 /之目的為提供-種方法’其中層可在相同溫度圖案化及立 中可實現不同區域間之相當大間距差^明之進一 目的為提供一種具有膽固醇狀排列材料之圖案層之偏光轉

化系統，及一種藉此方法製造之具有膽固醇狀排列材料之 圖案層之膽固醇濾色器D 本發明之這些及其他目的藉由敘述於首段型式 而完成，其中此方法包含步驟： t式之方法 1提供一種膽固醇狀排列材料層，其包含定量之可轉化化 合物，其以非轉化及轉化狀態決定膽固醇狀排列材料之間 距之不同程度，其中該化合物之轉化可由輻射誘發， b. 按照所需之圖案照射層，使得層之被照射部份中之可轉 化化合物之至少一部份被轉化， c. 將膽固醇狀排列材料聚合及/或交聯以形成三維聚合物 〇 已發現使用依照本發明之方法，可在相同之溫度以簡單 之方式製造膽固醇狀排列液晶材料之圖案層，而在區域間 之最大間距差異相當大。藉由將層中被照射區域之可轉化 化合物（部份地）轉化，在這些區域中改變層中分子螺旋之 間距。可轉化化合物之轉化藉由以，例如，電磁輻射’核 能輻射或電子束形式之能量照射而進行。較佳為，該轉化 藉UV輻射進行。層之被照射部份中分子螺旋之間距異於未 被照射部份中分子螺旋之間距。藉由聚合/交聨如此得到

第7頁 424161 ^ 五、發明說明（3) " ' " " 之圖案層，如同以往凍結不同層部份之間距， 在圖案層之進一步處理步驟，儲存及使用時保1該間矩 此方式，可以簡單之方式製造膽固醇狀排列材固定。以 0 ^之遨案層 可轉化化合物在特定區域之轉化程度由該區 劑量決定。因& ’分子螺旋之間距由局部照之照射 該分子螺旋之間距決定局部光學性質。 劑量決定。 亦應注意，較佳為，膽固醇層對用於步驟 低吸收度，而且在各區域中沿螺旋抽（即，橫越Ϊ射具有 ，度相當固定。因此，橫越層之照射劑量相、層2之輕射 在各區域中沿螺旋轴觀察之間距值相當田，疋’因此 可在措圖案化得到之不同區域相# :而，此值 之區域彼此相鄰而非相疊。 ’、β之平面，不同 在膽固醇層對用於步之輕射 Beer-Lambert定律，鉉斛 问吸收度時，依照 層之頂部接收比：之=度；示橫越層之梯度。因此， (即，橫越層）之^距棋 f S射。其造成沿螺旋轴觀察 質之存在亦產生間距^形成。非吸收膽固醇層中吸收物 橫越膽固醇層 ^ 聚合物材料層之1距，化可藉由一種製造膽固醇狀排列 材料之分子螺热±，而得到，其中此材料以膽固醇狀排列 包含步驟：知袖橫越層地延伸之方式定向，其中此方法 a.提供一種包冬陆 之可轉化化合i醇狀排列材料之層，此材料包含定量 ’其以非轉化及轉化狀態決定膽固醇狀排

化合物之至少 五、發明說明（4) 材料之間距之不同程度’其中該化合物之轉化可 發’及此層實質上吸收該輻射 b.照射此層使得層之被照射部份中之可鍊於 一部份被轉化， c.將膽固醇狀排列材料聚合及/或交聯以形成三維聚人物 依照先行技藝，橫越層之間距梯度可藉由敘述於美 利5’793,456(PHN 1 4,629 )之方法得到，其揭示—種藉由 提供層形式之具有不同反應性之對掌與線形單體之現合物 而製造膽固醇偏光器之方法。分子螺旋軸被聚合物材料中 對掌與消旋單體之比例以重要之程度支配。由於兩種至^體 叼之反應魅一羞異，最反應性單體之捕獲機率大於最不反應 性單體。如果在以光似輻射引發之混合物聚合時，橫越户= 形成光學活性層實現輻射強度之變化，則最反應性單體較 佳為在最高輻射強度之位置加入聚合物。結果，在該聚入 過程時形成一更多個自由單體之濃度梯度。造成單體自i 低單體濃度之位置擴散至具高單體濃度之位置。如此在^ 合過程時在輕射強度最高之形成聚合物材料之區域造成 應性單體之增加。結果，聚合物材料之組合物以橫鵡聚八 物層之方向變化造成層中分子螺旋之間距之變化，此分^ 螺旋由聚合物形成。此間距變化提供具高帶寬之光學活 層，其值與間距變化值成比例。 '性 Μ 5’ 793, 456專利之已知方法具有缺點。例如，方法 速度受單體分子之擴散支配，其固有地為緩慢之過程。 _ 太

五、發明說明（5) 發明提供一種快速方法，其中可橫越層改變分子螺旋之間 距°依照本發明方法之額外優點為膽固醇狀排列材料之間 距由量而非ϋ锋尨決定。可使用产照射強度在短 時限内施加特定之照射劑量。 ^ 根據申請專利範圍第15項之方法及依照旧5, 793, 456專 利所述方法之組合亦為可能的。在該組合中，組合光異構 化及擴散之效應以在得到甚至更為增加之分子螺旋之間距 之梯度。如果在光可異構化對掌化合物及反應性線形單體 之混合物之聚合（此聚合藉光似輻射引發）時，橫越被形成 光學活性層實現輻射強度之變化，則兩種效應造成分子螺 旋之間距之梯度。首先，由於輻射強度之變化，被轉化之 光可異構化材料之量橫越層厚度顯示相同之變化。因為轉 化狀態決定贍固醇狀排列材料之間距之不同程度，該轉化 材，之變化產生分子螺旋之間距之梯度。其次，反應性線 形單體較佳為在具有最高輻射強度之位置加入聚合物，如 前面第三段所述β結果，聚合物村料之組合物以橫越聚合 物層之方向變化，造成分子螺旋之間距之梯度，而且在反 應結束時，膽固醇層交聯。在使用適當之物質時，兩種效 應之梯度在交聯層在短時限累加成分子螺旋之間距之高梯 較佳為，光可異構化對掌化合物比線形單體較不反應性 。在此情形，光可異構化對掌化合物可為對掌两烯酸嗓， 或甚至非反應性化合物，及反應性線形單體可為線形二两 烯酸酯。

第10頁 五、發明說明（6) 已發現， 早之方式製 將層中被照 區蜮中改變 佳為藉UV輻 決定。因此 子螺旋之間 此得到之層 ，可以簡單 相對地， 時，沿螺旋 固定。因此 沿螺旋軸觀 nm) ° 根據申請 之照射劑量 層之底部， 倍。 使用根 造膽固 射區域 層中分 射進行 ’分子 靼決定 ，如同 之方式 在膽固 軸（即， ，橫越 察之間 專利範 由膽固 該照射 據申請專 醇狀排列 之可轉化 干螺旋之 。可轉化 螺旋之間 局部光學 以往凍結 製造膽固 醇層對用 橫越層） 層之照射 距值相當 利範圍第1 5項之方法，可以簡 液晶材料之寬帶偏光器。藉由 化合物（部份地）轉化，在這些 間距。可轉化化合物之轉化較 化合物之轉化程度由照射劑量 距由局部照射劑量決定。該分 性質。藉由聚合及/或交聯如 不同層部份之間距。以此方式 醇狀排列材料層。 於步驟b之輻射具有低吸收度 之輻射強度在層之橫切面相當 劑量相當固定，因此在各區域 固定’而主生士帶寬（約姐_7〇 圍第3項之具體實施例（其中依照步驟5 醇層之上向下降低）特徵為，在膽固 劑量小於在該層頂部之照射劑量之〇 在造成膽固醇層吸收依照步驟b使用之_射時 Beer-Lambert定律’輻射強度顯示橫越層之梯’依照 層之頂部接收比層之底部多之輻射。該層之橫^ 因此， 射劑量變化造成沿螺旋軸觀察（即，撗越層）之=面上之照 間距梯度之形成。此間距梯度提供具高帶寬之分子螺旋之 ，其值與間距變化值成比例。在膽固醇材料光學活性層 ’ f用於方法步

第11頁 424161 五、發明說明（7) 驟b之輻射之吸收度太小而無法在 '^ 之螺旋分子之間距梯度時，可將吸疋之時間内製造所需 得到所需之吸收度。 物買加入膽固醇層以 根據申請專利範圍第3項之較佳旦 膽固醇層之底部’依照步驟b之照射 7特徵為，在 照射劑量小0. 75倍《橫越膽固醇 ^篁比在該層頂部之 佳變化產生反射帶，其可擴及大部份:之該較 由以上之說明顯然得知，可摘杏 見光光5曰。 材料層之分子螺旋之間距，而產^ ^整在膽固醇狀排列 質。 而產生具有特殊光學性質之物 依'本發明之感興趣具體實施例特徵 由使用此方法，可製造且有在：區域為不同的。藉 ^ ^ , ^ m 取造，、有在層之平面觀察為並列區域之 圖案化膽固醇狀排列層，其具有不同之分子螺旋之間距值 二3 2 :、射劑量可藉由在實質上固定強度使用不同之照 。或者’ +同之照射劑量可藉由在實質上固 疋照射期間使用較高之照射強度而實現。 二 較佳為，使用具有許多穿孔之遮罩，其對所使用 之輻=具有不同之穿透率。在此情形，可在一個照射步驟 中2 個遮罩得到三或更多個其中分子螺旋之間距不同 之區域。 # f = 士，在本發明之範圍内可使用大量型式之影響膽固 I於as料材料之分子螺旋之間距之可轉化化合物°首先， ;… '而y解成為非對掌化合物之可轉化化合物為適合

第12頁 五、發明說明（8) 的。對掌化合物之存在促進液晶溶液中膽固醇狀排列之形 成。照射具可分解對掌化合物之膽固醇狀排列層之所選擇 區域亦造成這些區域中分子螺旋之間距之增加。 依照本發明方法之另一個有利具體實施例之特徵為，可 轉化化合物包含—種可異構化對掌化合物。此種可異構化 對掌化合物之不同異構形式通常對膽固醇狀排列材料之分 子螺旋之間距具有不同之影響。藉由以照射局部地改雙這 些異構形式之比例，可改變間距。如此提供製造具有膽固 醇狀排列與不同間距之聚合物材料之圖案層之高度可能性 。為了防止可異構化對掌化合物在圖案層之擴散，此化合 物較佳為經化學鍵結合具膽固醇階之液晶聚合物材料層。 在後者之情形’顯然亦改良圖案層之uv安定力。 用於依照本發明方法之膽固醇狀排列材料包含具有反應 性基之液晶單體，液晶寡聚物及/或液晶線形聚合物。由 於這些反應性基之存在，此材料可藉聚合轉化成為聚合物 材料及/或藉交聯成為三維分子網路。對於反應性基，顯 然環氧基，乙烯醚基及/或伸硫氫基為適合的。特別適合 之反應性基為（甲基）丙稀酸酯型。已發現以這些型式之反 應性基可得到具有高光學品質之膽固醇狀排列聚合物層。 應注意，在使用線形聚合物時，為了得到三維網路僅需交 聯。然而，在使用單體及/或募聚物時，為了得到預見之 三維分子網路應發生聚合及交聯。在方法步驟b中選擇性 調整膽固醇狀排列層之間距之後’在方法步驟c中安定膽 固醇層為依照本發明方法之重要步驟》

第13頁 42410^ 五、發明說明（9) ----- 依照本發明方法之具體實施例因此特徵為藉由得自液或 氣相之引發劑或觸媒之加成引發及/或催化聚合及/或交聯 。該加成較佳為在步騍a及1>之後實行，以防止在依照本發 明之步驟a及b中發生聚合及/或交聯反應。可應用各種引 發劑及觸媒。 依照本發明方法之進-步具體實施例因此特徵為藉由敎 可分解引發劑誘發聚合及/或交聯。在此情形，膽固醇狀、 排列材料層較佳為包含少量之熱可分解聚合引發劑。詨 發劑在依照本發明之步驟b時為非反應性。繼而，可藉 在高溫將引發劑活化而進行方法步驟£;之聚合及/或交 依照本發明方法之具體實施例特徵為藉由電子束照射： 行聚合及/或交聯。藉此方法可製造非常硬之層。在、·進 依照本發明方法之變化中，不需要使用聚合引發劑。種 依照本發明方法之具體實施例特徵為藉由暴露於 射而進行聚合及/或交聯。膽固醇狀排列材料層之聚轎 或交聯（步驟c)可在光引發劑之存在下使用如UV輻射: 似輻射發生。使用光聚合之優點為此方法可在非 光 域中局部聚合及/或交聯。 之區 由於丌轉化化合物之轉化（步驟b)較佳為亦藉㈣ 行，所申請之方法之步驟1^及步驟c可能彼此干擾。0射％ 決這些方法步驟，可使用以下所述之接連三個本ς 了解 佳具體實施例： '之較 依照本發明之第一較佳具體實施例特徵為在實質 聚合及/或交聯反應之溫度實行依照步驟b之照、妨礙 _ i合及

第14頁 4 24 1 61」礴 4 五 、發明說明（10) /或交聯反應速率為溫度相關性a 合及/或交聯反應比膽固醇螺旌:f低溫（在高黏度），聚 或實質上無聚合及/或交聯而調整：：向慢，如此以有限 距。在高溫（在低黏度），聚合 &，醇狀排列材料之間 旋之再定向快，如此以膽固醇s交聯反應比膽固醇螺 實質上無變化進行聚合及/或交歹1材料之間距之有限或 人又ο 她夕，々务 、 度進行兩個照射步驟而解決方法〜' 各在不同之溫 依照本發明之第二較佳具體竑，b及C。 /或交聯反應之引發為實質上惰性s特徵為藉關於聚合及 照射。此方法使用兩個照射步驟，之転射實行依照步驟b之 照射。依照本發明方法之此具體 步驟使用不同波長之 關於聚合及/或交聯反應之引發為？例，在步驟b中使用 需圖案照射層，如此以有限或實質上、叙上，惰性之輻射以所 調整膽固醇狀排列材料之間距。繼無f合及/或交聯而 及/或交聯之適合波長之光似輻射進杵^具有可引發聚合 佳但非必要地，該光似輪射具有對膽仃聚口及，或交聯。較 距為有限或無影響之波長。如果該 -狀排列材料之間 排列材料之間距之額外變化，則^ 似輻射誘發膽固醇狀 醇狀排列材料之間距時必須考慮之。法步驟匕中設定膽固 依照本發明之第三較佳具體實施 照射在實質上妨礙聚合及/或交聯反應寺徵皮為^依照步驟b之 方法使用兩個照射步驟，各步驟在不之氣氛中實行。此 照本發明方法之此具體實施例，在步氣氛中實行。依 之光引發劑急冷之分子（例如，氧或〜b中在包含將活化 一〜氣化氮）之氣氛中以

第15頁 4^416 五、發明說明（II) 所需圖案照射層。該急冷本質上將活化之光引發劑去活化 ，因而妨礙聚合及/或交聯反應β因此，以有限或實質上 無聚合及/或交聯而調整膽固醇狀排列材料之間距。繼而 ’藉由在非急冷氣氛中照射，例如，氮，而引發依照步驟 C之聚合及/或交聯。較佳但非必要地，用於依照步驟c之 照射之第二波長對膽固醇狀排列材料之間距具有有限或實 質上無影響。如果該光似輻射誘發膽固醇狀排列材料之間 距之額外變化’則在方法步驟b中設定膽固醇狀排列材料 之間距時必須考慮之。 由於選擇性地調整膽固醇狀排列，依照本發明之方法可 產生具有非常感興趣光學性質之聚合物材料之圖案層。該 方法=適合用於製造資訊载體，其可包含（高解析度）資料 ，文字，影像’標記，符號，全息照片或光柵。 本發明係關於一種膽固醇狀排列聚合物材料層，其中此 材料以膽固醇狀排列材料夕人2 0 p k y b a i 4 之分子螺旋轴按越層地延伸之方 式定向S此層包含定晉. .. u 里之可轉化化合物’其以非轉化及轉 化狀態決定膽固醇狀排列, β

If, 狀辨列材料之間距之不同程度，及此層 包含至少一個區域，其Φ八7 a L a r & a 具中刀子螺旋之間距異於其他區域。 此層可藉以上所述方法之—製造。 本發明亦關於一種罝古^ ^ ^ ^ ^ /、有具膽固醇階之聚合材料之圖荦層 之資訊栽體，其藉以上mι ,,, ^ i圃茱層 工所述方法之一製造。 本發明進一步關於—^ 案層之偏光轉化系'统，；；有具m合材料之圓 本發明進-步關於—以上所$ /《一製造。 種具有具膽固醇階之聚合材料之圖

第16頁 五、發明說明（12) 案層之遽色器，其藉以上所述方法之一製造。 本發明進一步關於一種膽固醇狀排列聚合物材料層，其 中此材料以膽固醇狀排列材料之分子螺旋軸橫越層地延伸 之方式定向，及分子螺旋之間距橫越層地變化，該層藉以 上所述方法之一製造。 本發明進一步關於一種偏光器，其包含一個具有前段所 述膽固醇階之層，此層藉以上所述方法之一製造。 本發明之這些及其他狀態由參考以下所述具體實施例說 明而為明確的。 在圖式中： 圖1略示地顯示依照本發明方法之一些方法步驟， 圖2顯示用於依照本發明方法之一些化合物之化學結構 式， 圖2Α顯示單體RM82(由Merck公司供應）， 圖2B顯示可異構化對掌化合物（E)-(lR,4R)_2-(4_(4-己 氧基苯甲醯氧基）苯基-亞甲基）盖-3 -酮之E異構物，其為 反應性蓋酮（R Μ )， 圖2C顯示單體RM 2 5 7 (由Merck公司供應）， 圖2D顯示稱為TetraCN之材料之分子。 圖2E顯示稱為EtherLC之材料之分子。 圖2 F顯示一種具有特定量之成份A作為側鏈之共聚物。 此共聚物稱為Μ 1 5，而數字表示蓋酮單位之莫耳％。 圖3為一種偏光轉化系統之圖示橫切面圖，其具有依照 本發明方法製造之具膽固醇階之聚合物材料之圖案層，

O:\61\61972.ptd 第π頁 4 24 1 6 1 J«i Λ ^_____________ 五、發明說明（13) 圖4為一種濾色器之圖示平面圖’其具有依照本發明方 去製造之具膽固醇階之聚合物材料之圖案層， 圖5描述反射帶之寬化如照射時間之函數，及 圖6顯示寬帶偏光器之反射光譜。 應注思’為了明確之原因，圖式未標示尺度。 參考圖1說明依照本發明方法之重點。此圖顯示基材1， 例如，玻璃，其主要表面具有一個定向層（未示），例如， 聚醢亞胺。藉厚膜技術（刀塗或旋塗）在此層上提供具有約 2 厚度之液晶材料層2。此層藉定向層而產生膽固醇階 。此材料以膽固醇狀排列材料之分子螺旋橫越層地延伸之 方式定向。 在相關之情形，液晶材料包括化合物A (RM82，Merck公 司）之混合物，其中已加入〇. 5重量％之可異構化對掌化合 物B (RM)。這些化合物之化學結構式示於圖2。化合物b誘 發液晶材料中之分子螺旋形成，使得得到所需之膽固醇階 。在所述之情形，螺旋具有7. 5 # m之間距。 繼而’將具穿孔4之遮罩3置於膽固醇狀排列液晶材料之 層2上。在周溫使用UV輻射（365 nm，8毫瓦/平方公分）將 層2選擇性地照射4 0 0秒。由於此照射，被照射部份5中大 部份之可異構化對掌化合物Β 形式轉化形式。此兩 種形式之對掌化合物對膽固醇狀排列材料之螺旋具有不同 之影響。已發現被照射部份5之間距由7. 5增至40 " m。 在照射後，去除遮罩且以電子束照射層。結果’發生液 晶材料之聚合及交聯=在此處理時’亦聚合對掌化合物使

第18頁 4州Si J螬 4 五、發明說明（14) 得其加入膽固醇狀排列聚合材料之三維結構。繼而自基材 1去除如此形成之圖案層2。 聚合及/或交聯步驟或可藉光似輻射完成，如以下實例 描述。 實例1. 製造一種混合物’其由42. 5%之玻化液晶化合物 (Te1;raCN’Tg = 80。C)’l3%之化合物B(RM)，42·5%之具有 兩個丙烯基部份之玻化液晶化合物E (EtherLC，Tg = -20 )，及2%之光引發劑（Irgacure 651 ，Ciba Specialty Chemicals公司）組成。化合物D與E之組合產生在室溫玻化 之反應性混合物。成份B為一種光可異構化成份，其用以 設定膽固醇狀排列層之間距。光引發劑引發聚合及/或交 聯反應。 混合在1 2 0 °C實行，產生反射綠光之混合物。該混合物 在兩個具有相鄰混合物之定向層之基材（例如，玻璃板）之 間沈積成薄膜（5微米厚）。繼而，此膽固醇狀排列薄膜冷 卻至室溫’及依照適合之圖案以UV光（ 3 6 5 nm)照射短時間 。令人驚奇地，似乎在室溫之照射對膽固醇膜無作用.照 射後’膜之溫度提高至丨20艽。然而，在此加熱時，被照 射區域之顏色仍進行改變。未照射區域之顏色完全不變。 在120 t： ’膽固醇膜為實質上液體。聚合及/或交聯繼而藉 由依照適合之圖案以UV光（365 nm)照射短時間而引發。由 於聚合及/或交聯，在此高溫照射後被照射區域立即固化 。未照射區域保持實質上液體形式。

第19頁 424 1 6 1」翊 五、發明說明（15) 此實例亦證明光似輻射，如uv光，可用於方法步驟七與^ ’及各在不同之溫度應用兩個照射步驟而解決方法步驟b 與C。 實例2. 在另一個實例中，由15%之化合物B (RM)，84%之化合物 C (RM257) ’ 及 1% 之 Dar〇cure 4265 製造混合物。Darocure 42 65為一種可使用405 mn UV輻射活化之光引發劑。該混 合物沈積成薄膜’繼而在室溫及在周圍氣氛（空氣，含2004 之氧）下依照適合之圖案以UV光（36 5 nm)照射短時間。在 此照射時 '膽固醇狀排列材料層中分子螺旋之間距改變， 而且活化光引發劑。然而，因為活化引發劑被周圍氣氛中 之氧急冷而妨礙該層之聚合及交聯。在設定所需之間距後 ’在氮氣氣氛下以40 5 nm UV光照射層。在此照射時，層 以層中分子螺旋之間距實質上無變化而聚合及交聯。 圖3為偏光轉化系統之橫切面圖。此系統包含光學透明 體11，例如，玻璃，其主要包括兩個部份1 2與1 3。這些部 份以偏光選擇層1 4分離。在兩個部份之一之表面上提供實 質上平行偏光選擇層14延伸之反射鏡15。 系統之離開平面16亦具有具膽固醇階之聚合材料之圖案 層。此層包含兩個次層18與19。選擇次層18之厚度及膽 固醇階使得具有所需波長之行進偏光之光之偏光方向確實 地轉動90 ° 。以間距具有實質上無限大值之方式改變次層 19之厚度。在此情形，在偏光光束通過次層19時，此束之 偏光方向並未轉動。

第20頁 4 2 4 1 6 1 -岣 » < 五、發明說明（16) 在偏光系統之進入平面20入射之未偏光光束p，s在偏光 選擇層14上分離成為行進偏光光束p及反射偏光光束s。行 進偏光光束p經離開平面1 6與次層1 9離開系統。在通過次 層19時，此光束ρ之偏光方向並未改變。反射偏光光束在 鏡1 5以平行光束p之此光束經離開平面1 6與次層1 8離開系 統之方式反射。光束s在次層18之偏光方向轉動90° ，使 得得到光束P。兩個離開光束因此具有相同之偏光方向。 圖案層本質上以參考圖1所述之相同方式製造。然而， 在此情形，使用合成材料基材，其表面尺寸相當於偏光轉 化系統之離開平面之尺寸。基材具有2!. 5 /z m厚之向列液_ > 晶化合物C層，其中已加入0 . 6重量％之可異構化對掌化合 物B ( E -異構物），及0 3重量％之非光可異構化化合物R 8 1 1 (M e r c k公司，結構式未示）。需要具有相對化合物B之相反 扭性之非光可異構化對掌摻染劑R8 1 1以補償化合物B之Z-異構物之殘餘扭力。 在材料已膽固醇狀排列之後，分子螺旋之間界定為 10 /zm。其組合約2. 5 //in之層厚而對可見光造成約90° 偏光之轉動。繼而，層之一半經遮照以U V光（3 6 5 n m，2 0 毫瓦/平方公分）照射長時間，使得化合物B之所有E異構物 轉化成Z異構物。結果，在層之被照射部份中，膽固醇狀 排列材料之間距變成大約無限大，事實上使得得到向列排 列材料。偏光可見光在此光通過此層時偏光方向並未轉動 。在聚合及交聯後，層自基材去除且提供在系統之離開平 面上。

O:\61\61972.ptd 第21頁 五、發明說明（17) 顯然圖案化偏光轉動器可藉以上所述之方法製造 膽固醇狀排列層之局部扭角因而及穿透光束之偏光之届 轉動由特定位置之UV光劑量決定。易於得到比1〇微米 橫向解析度。局部控制偏光轉動可在光學組件之製備中提 供新可能性。可能之應用為，例如，圖案化偏光轉動器 (如上所述）> 光學資料儲存介質，偏光敏感性光柵，偏光 敏感性磁帶，或複製保護用全息照片。 此外，在兩個偏光器之間，偏光轉動之變化如光穿透率 之變化而出現。藉由在9 0度範圍調整扭角而得到全灰階能 力。較佳為’在約0度之區域調整扭角，因為在此區域中 ，偏光轉動具有低波長相關性。 圖4為濾色器之平面圖，其主要包括5 厚之具有膽固 醇階之聚合材料之圖案層。此層包含三個次層R (紅），G (綠）及B(藍）之陣列，其規律地散佈在層上。次層具有1〇〇 βΈΐ X 100 之尺寸。不同次層中膽固醇狀排列材料之 分子螺旋之間距各為0.28 //m(藍色反射），0.34 (綠 色反射）及0.41 /zm(紅色反射）° 如下製造濾色器。提供具有化合物C(其中加入1 5重量％ 之化合物B)之約5 # m薄層之基材。在排列後’全部之層 具有0.28从m之分子螺旋之間距’其產生所需之藍色反射 B。繼而，層之三分之二依照適合之圖案照射（3 6 5 nm ’ 5, 6毫瓦/平方公分）9 0秒’使得被照射區域具有〇. 3 4 // m 之分子螺旋之間距’其產生所需之綠色反射G。繼而’已 被照射之層區域之一半進一步照射9 0秒’使得這些二次照

第22頁 五、發明說明（18) 射區域具有0.41 //m之分子螺旋之間距，其產生所需之紅 色反射R。最後，藉電子束照射將全部之層偏光及交聯。 得到用於液晶顯示器（LCD)之濾色器陣列。 在依照本發明製造上述濾色器陣列之替代性較佳具體實 施例中，使用灰色色調遮罩。在此遮罩中，意圖用於紅像 素之遮罩穿孔之穿透率為1〇〇% ’意圖用於綠像素之遮罩穿 孔之穿透率為5 0%，及在意圖用於藍像素之位置完全阻止 U V照射。以此遮罩在1 § 〇秒之單照射步驟中可得此三個具 有不同間距之預見區域。亦在此情形，分別之像素具有 WO emxlOO /zm 之尺寸。 已證明依照本發明之方法可製造具有膽固醇階之聚合物 材料之圖案層，其中層具有並列區域，其中各區域之分子 :::間距不㈤。己證明此方法可製造用於偏光轉化系統 及濾色器之圖案化膽固醇層。 然而，依照本發明之方法亦可Α 合物材料層…材料以擔2二二=固醇狀排列聚 橫越層地延伸之方式定肖，及材料之分子螺旋軸 …。此圖式顯示基材 有疋向層（未示），例如，聚醯亞胺、 义面具 旋塗）在此層上提供具有約10 w精厚膜技術（刀塗或 層藉定向層而產生膽固醇階。此材 液aa材料層2。此 之分子螺旋軸橫越層地延伸之方式定向膽固醇狀排列材料 在相關之情形，液晶材料包括98重量％之^5，其為具有

4 24 1 6 1 五、發明說明（19) 15莫耳％之1酮單位（化合物2F)之共聚物，及2重量％之叮 吸收劑（tinuvin 1130 ，Ciba Specialty Chemicals 公司） 之混合物。一些此種化合物之化學結構式示於圖2 ^共聚 物誘發液晶材料中分子螺旋之形成，使得得到所需之膽固 醇階。在所述之情形，螺旋具有約0 . 3 // m之間距。 繼而層2在周溫在空氣（含正常量之氧）中使用UV輻射 (365 nm，2_ 8毫瓦/平方公分）照射10分鐘。由於此照射， 被照射層中之一部份之可異構化對掌化合物B由E形式轉化 成為Z形式。繼而，層之顏色朝向較長波長偏移（紅移）。 由於UV吸收劑之存在，膽固醇層中之輻射強度顯示橫越」^ 層之梯度。樣品頂部接收比樣品底部多之UV光，生成被轉 化可異構化化合物之量之梯度。此梯度在膽固醇層之螺旋 之間距產生對應之梯度。因此，層之底部之紅移比層之頂 部之紅移低，造成反射帶變寬，如圖5所證明。 在建立所需之反射帶後，在氮氣氣氛中以電子束照射層 。結果’發生液晶材料之交聯。 在將少量之光引發劑加入液晶材料之混合物時，聚合及 /或交聯步驟或可藉光似輻射完成。如果以具有如用於方 法步驟b之相同波長之光活化光引發劑，則可同時實行步 驟b及步驟c。 例如，一種液晶材料包括1 5重量％之盖酮丙烯酸酯（化合 物2A)，82重量％之RM25 7 (化合物2C)，2重量％之1]¥吸收劑 (tinuvin 1130 ，Ciba Specialty Chemicals 公司），1 重 量％之光引發劑（Darocure 4265 ，Ciba Specialty

O:\61\6l972.ptd 第24頁 4 24 1 6卜:罐

I 五、發明說明（20)

Chemicals公司），及30 0 PPm之抑制劑（曱氧基苯酚 — 些此種化合物之化學結構式示於圖2 ^將一層此箱、β 提供於基材上，其包含定向層，例如，聚醯亞胺。此物 定向層而產生膽固醇階。此材料以膽固醇狀排列材料1 = 子螺旋橫越層地延伸之方式定向。 繼而，此層使用UV輻射（ 3 65 nm，6毫瓦/平方公分）照射 3分鐘。由於此照射，被照射層中之一部份之可異構化’’對 掌化合物A由E形式轉化成為Z形式。因此，層之顏色朝向 較長波長偏移（紅移）。由於UV吸收劑之存在，膽固醇層\ 之輻射強度顯示橫越層之梯度，生成在膽固醇層之螺旋之 間距之梯度’造成反射帶變寬。由於光引發劑而引發聚合 及交聯反應。此反應被抑制劑妨礙而在形成三維網路之前 發展膽固醇層之螺旋之間距及間距之梯度。 在藉光似輻射完成聚合及/或交聯步驟，及應解決方法 步驟b與c時，如果在周圍空氣中藉氧將所選擇之活化引發 劑急冷，則可在阻礙聚合及交聯之氧氣氣氛中實行方法步 驟b °為了引發該交聯，在氮氣氣氛中實行依照步驟c之照 射方法。 在另一個實例中，由15重量％之^酮丙稀酸酯（化合物 2A) ’82重量％2RM2 57(化合物20，2重量％之叮吸收劑 (tinuvin 1130，Ciba Specialty Chemicals 公司），1 重 量％之光引發劑（Darocure 4265 ’Ciba Specialty Chemi ca 1 s公司）製造混合物》該混合物在基材上沈積成薄 膜’繼而以UV光（36 5 nm，1毫瓦/平方公分）照射5分鐘。

第25頁 4 24 1 6 1 五、發明說明（21) 照射在周圍氣氛（空氣’含一般量之氧）下實行。由於此照 射，被照射層中之一部份之可異構化對掌化合物A由E形式 轉化成為Z形式。因此，層之顏色朝向較長波長偏移（紅移 )。由於UV吸收劑之存在，膽固醇層中之輻射強度顯示橫 越層之梯度’生成在膽固醇層之螺旋之間距之梯度，造成 反射帶變寬。由於光引發劑而引發聚合及交聯反應，此反 應被周圍氣氛中之氧妨礙。 在建立所需之膽固醇層之螺旋之間距之梯度時，層在氮 氣氣氛中使用405 nm UV光（4毫瓦/平方公分）聚合及交聯 。在此波長*可活化光引發劑Darocure 4265而無可異構 化化合物A之大量轉化。在此照射時，層以層中分子螺旋 之間距實質上無變化而聚合及交聯。 顯然可藉以上所述之方法製造寬帶偏光器。該寬帶偏光 器包含具有膽固醇階之聚合材料層，此材料以分子螺旋軸 橫越層地延伸及層中分子螺旋之間距不同之方式定向。 本發明大致關於一種製造具膽固醇階之聚合材料之圖案 層之方法，其中此材料以膽固醇狀排列材料之分子螺旋軸 橫越層地延伸之方式定向，及其中層包含至少一個區域， 其中分子螺旋之間距異於其他區域。本發明方法包含以下 之步驟： a. 提供一種膽固醇狀排列材料層，其包含定量之可轉化化 合物，其以非轉化及轉化狀態決定膽固醇狀排列材料之間 距之不同程度，其中該化合物之轉化可由輻射誘發， b. 按照所需之圖案照射層’使得層之被照射部份中之可轉

第26頁 4 24 ί :J_

Claims (1)

1. 424161

   六、申請專利範圍 I —種製造具膽固醇階之聚合材料之圖案層之方法，其 中此材料以膽固醇狀排列材料之分子螺旋軸橫越層地延^申 之方式定向，及將層圖案化而使其包含至少一個區域，其 中分子螺旋之間距異於其他區域。其中此方法包含步驟v:、 a•提供一種膽固醇狀排列材料層，其包含定量之可轉化化 合物，其以非轉化及轉化狀態決定膽固醇狀排列材料之間 距之不同程度，其中該化合物之轉化可由輕射誘發， b，按照所需之圖案照射層，使得層之被照射部份中之可轉 化化合物之至少一部份被轉化， c·將膽固醇狀排列材料聚合及/或交聯以形成三維聚合物 其」ft徵為實行依照 不同區域為不同的 2.根據申請專利範圍第1項之方法， 步驟b之照射使得照射劑量在層之兩個 3. —種製造膽固醇狀排列聚合物材料層之士 I α ·<_万法，里中此 材料以膽固醇狀排列材料之分子螺旋軸橫趙思 增地延伸之方 式定向，其中此方法包含以下之步驟： a. 提供一種包含膽固醇狀排列材料之層，此好^ w科包含定量 之可轉化化合物，其以非轉化及轉化狀態決定 π又膽固醇狀排 列材料之間距之不同程度，其中該化合物之鮭^ 、得化可由輕射 誘發，及此層實質上吸收該輻射。 b, 照射此層使得層之被照射部份中之可轉化化乂 ， 1t合物之至少 c·將膽固醇狀排列材料聚合及/或交聯以形出__ &二維聚合物

   第28頁 ------------- 六、申靖專利範圍 4 ·根據申請專利範圍第3項之方法，其中依照步驟1)之照 底劑量由膽固醇層之上向下降低，其特槔為在膽固醇層之 -4，該照射劑量小於在該層頂部之照射劑量之〇 · 9倍。 •根據申請專利範圍第3項之方法，其特徵為在膽固醇 量5 〇底二伴依照步驟b之照射劑量比在該層頂部之照射劑 6.根據申請專利範圍第1或3 對所使用輻射具有不同穿透率 b之照射。 項之方法，其特徵為經赞多一 之穿孔之遮罩實行依照步驟 •根據申請專利範圍第丨或3項之方法 化合物包含-種可異構化對掌化合物。 得化 8.根據申請專利範圍第丨或3項之笪 自液或氣相之引發高I々紹财A 八特徵為藉由什 或交聯。觸媒之加成引發及/或催化聚合及/ 9*根據申請專利範圍第1或3項之方法 可分解引發劑誘發聚合及/或交聯。丨 恭10·根據申請專利範圍第1或3項之方法 電子束照射進行聚合及/或交聯。 1 ·根據申請專利範圍第1或3項之方法 其特徵為藉由熱 其特徵為藉由

   吳特徵為藉由 暴露於光似輻射進行聚合及/或交聯- 乂YU申請專利範圍第U項之方&，其特徵為在實質 且 〇及/或交聯反應之溫度實行依照步驟b之照射\ 13.根據申請專利範圍第11項之方法，其特徵為藉關於

   第29頁 Λ2^^61 _ 六、申請專利範圍 . 聚合及/或交聯反應之引發為實質上 <惰性之輻射實行依照 步驟b之照射。 1 4.根據申請專利範圍第1 1項之方法，其特徵為在實質 上妨礙聚合及/或交聯反應之氣氛中實行依照步驟b之照射 〇 1 5. —種膽固醇狀排列聚合物材料層，其中此材料以膽 固醇狀排列材料之分子螺旋軸橫越層地延伸之方式定向， 此層包含定量之可轉化化合物，其以非轉化及轉化狀態決 定膽固醇狀排列材料之間距之不同程度，及此層包含至少 一個區域，其中分子螺旋之間距異於其他區域。 1 6. —種資訊載體，其包含根據申請專利範圍第1 5項之 具膽固醇階之聚合物材料之圖案層。 1 7. —種偏光轉化系統，其包含根據申請專利範圍第1 5 項之具膽固醇階之聚合物材料之圖案層。 1 8. —種濾光器，其包含根據申請專利範圍第1 5項之具 膽固醇階之聚合物材料之圖案層。 1 9.根據申請專利範圍第1 5項之膽固醇狀排列聚合物材 料，此材料以膽固醇狀排列材料之分子螺旋軸橫越層地延 伸之方式定向，及分子螺旋之間距橫越層而不同。 2 0. —種偏光器，其包含根據申請專利範圍第1 9項之具 膽固醇階之聚合物材料層。

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