CN1399729A - 通过同时进行对准排列和相分离制造对准排列的液晶单元/膜 - Google Patents

Abstract

公开了一种能同时制造出相分离有机膜和具有所需要的对准排列液晶的微结构的方法。此方法的步骤中包括制备液晶材料、预聚合物和偏振敏感材料的混合物。将该混合物涂敷在一种基底上并用结合在一起的紫外线或可见光或加热对其进行处理，此刻同时诱导了相分离使得形成邻接于基底的适当地对准排列的液晶材料层或微结构。

Description

通过同时进行对准排列和相分离 制造对准排列的液晶单元/膜

发明领域

本发明属于由采用自对准排列层的复合有机材料制成的光调制器件领域。具体地说，本发明将两个过程结合起来，一个过程是使用偏振紫外线辐照就地进行光对准排列，另一个过程是使用一步法或多步法的相分离复合有机膜(PSCOF)技术实现各向异性的相分离，以此制备有或者没有预倾角的邻接于聚合物层的对准排列液晶膜。特别是，这种方法不需要预先制造两个各在其基底上的对准排列层就能制备出对准排列的液晶单元。

背景技术

PSCOF方法是最近在Kent州立大学发明和使用的、用以制备邻接的互相平行的聚合物层和液晶层。这种方法公开于US专利5,949,508，在此引入作为参考。PSCOF方法包括类似于在制造聚合物分散液晶膜中使用的一种过程。以预定比例混合的聚合物和液晶置于两个具有严格规定厚度的基底之间或覆盖于一种基底上。当一束紫外线从一面入射，相分离过程就开始。在接近紫外辐射源处由于光强度较高，聚合(和相分离)速率较快。随着相分离开始，有机或液晶材料被逐出聚合部分并开始背向紫外辐射源迁移。结果，在单元的一面上得到均匀的聚合物膜，而在较远离紫外线源的单元的相对的一面上形成基本上均匀的液晶层。用预先涂敷对准排列的且液晶材料易于润湿的层可以促进液晶在较远离紫外源的那种基底上从聚合物中分离。按照这样的方式可以形成对准排列的液晶膜。

对准排列层通常由长链聚合材料构成，通常这种材料后来将经历例如机械性摩擦或紫外线辐射的过程以改变其表面性质。有几种普遍接受的技术用于在液晶器件的基底上形成对准排列层。一般使用的方法是对有机/聚合物膜进行摩擦或光对准，以及将无机材料蒸发。虽然每个方法能够使液晶材料对准排列，但是每个方法都有具体的缺陷。

最常用的形成对准排列层的方法是摩擦技术。在这种方法中，例如，聚酰胺酸是旋转涂布或者是淀积在基底上的。对聚酰胺酸进行两种热处理，柔和烘焙和剧烈烘焙以形成聚酰亚胺(PI)膜。在适当地冷却一段时间以后，用布例如天鹅绒在始终一致的单一方向上摩擦PI膜。以后当液晶接触到摩擦面时，液晶就沿摩擦方向对准排列。可惜这种方法会导致机械损伤和产生静电电荷，这两者都不利于液晶显示，特别是对采用薄膜晶体管的液晶显示。此种摩擦法也从布和PI上产生了尘埃，它可能污染液晶材料。

另一种形成对准排列层的方法包括如上所述的在基底上生成PI膜。线偏振的紫外线投射到PI膜的表面上以产生需要的分子对准排列。紫外辐射各向异性地光离解PI中的光敏化学键，包括在酰亚胺环上的那些键。这有选择地减少了PI分子的极化度并且改变了其表面性质和形态。可惜，这种方法产生的对准排列层与液晶的锚接很不牢固而且热稳定性与化学稳定性差。此外，这种方法需要昂贵的多步骤工艺。这种方法的又一个缺陷是与摩擦技术相比，它仅能提供有限的电荷持有率和较低的热稳定性。

使用光敏聚合物制备对准排列层的一种类似方法也是已知的。例如，可使用光敏聚合物如聚(乙烯基)4-甲氧基肉桂酸酯(PVMC)、聚(乙烯基)肉桂酸酯(PVC)和聚硅氧烷肉桂酸酯的膜使液晶材料对准排列。当这些材料暴露于线偏振的紫外线(LPUV)下在溶剂蒸发以后就引发了光反应。这一方法导致侧链分子的交联(键合)和生成物取向都在单一的方向上，即由线偏振方向确定的方向。然而，这些方法不能在以化学方式固定分子的取向，当其暴露于通常存在的非偏振紫外线中，这种对准排列会消失。而且，随着时间的消逝，这些材料的化学组成会丧失。因此，这样产生的对准排列层不能促成液晶材料具有固定、稳定的取向。

用于在基底上形成对准排列层的又一个方法是通过无机材料的蒸发在基底的表面上以性质不同的入射角淀积。这形成一种由自身结构来确定液晶取向的对准排列层。已经采用的无机材料包括硅氧化物和镁氧化物。这种淀积方法在制造过程中已经证明是麻烦的和难以使用的。

由Kent州立大学开发的另一种形成对准排列层的方法是就地紫外线辐照法。这种方法公开于US专利5,936,691，在此引入作为参考。这种就地辐照方法类似于将PI膜暴露于偏振紫外线下的常规方法。然而，这种就地辐照方法是在聚酰亚胺(PI)薄膜正被柔和和剧烈烘焙时对其进行紫外线辐照。与常规的紫外线辐照技术相比，这样得到的对准排列层具有较高的锚接能量，并且热稳定性更好。例如，用常规方法制备的单元在100℃维持12小时后会失去对准排列，而由就地辐照方法制备的单元在300℃维持12小时并没有退化的迹象。这种形成对准排列层的就地辐照方法避免了该领域中已知的其它方法的许多缺陷，同时只需要较少和较简单的处理步骤。

虽然这种就地辐照方法已经证明是有效的，它仍然要求这种对准排列膜还必须被适当地涂敷和处理。而且，对于所有上述讨论到的对准排列方法，如果在制造场所之间传送这种基底时不小心就可能损坏对准排列层。理论上也认为目前已知的对准排列层仅能直接影响与其邻接的液晶材料。

根据以上所述，在这一领域中显然需要一种包括相分离复合有机膜的光调制器件和制造这种膜的方法，这种膜在生成期间就均匀地对准排列，无须制备和处理独立的和性质不同的对准排列层。

发明内容

根据以上所述，本发明的第一方面是提供一种包括相分离复合有机膜或微结构的光调制器件和制造这种器件的方法，其中该器件使液晶材料均匀地对准排列，不需要两种独立的对准排列层。

本发明的另一方面是提供一种自对准排列的相分离复合有机膜，这种膜采用同时进行相分离和光对准排列的一步法或多步法制造。

本发明的又一个方面是提供一种由同时进行光对准排列和光致聚合的方法制造的各向异性膜或微结构。

本发明还有一个方面是提供一种由同时进行光对准排列和溶剂诱导相分离的方法制造的各向异性膜或微结构，其中液晶的对准排列是在微结构的所有内部聚合物界面(壁)上得到的。

本发明的还一个方面是提供一种由同时进行光对准排列和热诱导聚合的方法制造的膜或微结构。

本发明的还一个方面是提供一种由多步法制备的包括两个或更多层的各向异性膜或微结构，其中液晶材料层分别地在每个膜表面对准排列并且可以有性质不同的取向。

本发明的其它方面是一种用于制造各向异性膜的方法，包括的步骤有：在基底上旋转涂布可光交联的聚酰亚胺，在聚酰亚胺上旋转涂布反应性的液晶单体，施加偏振光使聚酰胺酸的交联和反应性单体的光对准排列和聚合同时发生。紫外线导致在聚酰亚胺/液晶界面上形成一种适当的形态，这种形态随后确定了液晶材料的取向。

本发明的还一个方面是一种用于制造各向异性膜的方法，包括的步骤有：在基底上旋转涂布液晶聚合物(LCP)，在LCP上旋转涂布反应性的单体，施加偏振光使LCP的光对准排列和反应性单体的光对准排列和聚合同时发生。

本发明的还一个方面是一种用于制造各向异性膜的方法，包括的步骤有：制备液晶材料、聚合物和溶剂的混合物，将混合物涂敷在基底上，使溶剂蒸发，施加偏振光使液晶材料的光对准排列和相分离同时发生。

本发明的还一个方面是用于制造各向异性膜的方法，包括的步骤有：制备液晶材料和可热聚合单体的混合物，将混合物涂敷在基底上，将其进行热处理使单体聚合，施加偏振光使液晶材料光对准排列。

本发明附加的方面是用于制造包括两个或更多个层或微结构的各向异性膜和/或微结构的方法，这种方法包括的步骤有：顺序地进行以上所述的两种或更多种方法，由此制备多层对准排列材料，其中液晶在每个界面/表面分别地和单一地对准排列。

本发明的上述及其他目的将随着本详细说明的展开而变得明显，这就是获得一种能同时形成对准排列和相分离的有机膜的方法，此方法包括：制备液晶、预聚合物和偏振敏感材料的混合物，在基底上涂敷混合物，利用光源施加偏振光诱导以同时进行混合物的相分离和相分离液晶的对准排列，由此形成均匀地对准排列的液晶材料层，该层与在基底上的聚合物和偏振敏感材料的层相邻接。

本发明的其它方面是获得一种制造具有对准排列性质的液晶器件的方法，此方法包括：提供一种基底，提供第一种混合物，其中至少包括第一种偏振敏感剂和预聚合物，提供第二种混合物，其中至少包括第二种偏振敏感剂和预聚合物，向第一种或者第二种混合物中掺入液晶，将第一种混合物涂敷在基底上，将第二种混合物涂敷在第一种混合物上，采用选自至少包括可见光偏振、紫外线偏振、热诱导、化学诱导和溶剂诱导的方法，启动对于第一种混合物的处理过程：采用选自至少包括可见光偏振、紫外线偏振、热诱导、化学诱导和溶剂诱导的方法，启动对于第二种混合物的处理过程，这些方法进行液晶定向对准排列。

本发明还有另一个目的是获得一种具有对准排列性质的单元，该单元至少包括一种基底和涂敷在该基底上的混合物，该混合物至少包括液晶材料、预聚合物材料和偏振敏感材料，其中同时发生的聚合作用和施加偏振光导致混合物的相分离和光对准排列，由此形成聚合物的微结构，此种微结构赋于液晶材料对准排列的性质。

本发明的这些和其他目的及其超过现有形式的技术的优点(在随后的描述中将变得明显)通过以下阐述的和权利要求中提出的改进得以体现。

附图简述

为了完全地了解本发明的目的、技术和结构，应该参考以下的详细说明和附图，其中：

图1是按照本发明的光调制器件原型(在聚合反应和对准排列之前)的部分截面的放大示意图；

图2是按照本发明的光调制器件(在一步同时进行对准排列和聚合反应以后)的部分截面的放大示意图；

图3是按照本发明完成多步法后得到的器件的部分截面的放大示意图；以及

图4是按照本发明完成多步法后得到的微结构器件的部分截面的放大示意图；

实施本发明的最佳方式

现在参考图1，能够看出按照本发明制造的光调制器件原型，概括地用数字10标明。将明显看出的是，该光调制器件原型10不包括(虽然可以提供一种)独立的性质不同的对准排列层。制造本发明的光调制器件可以用这样一种方法，它不需要单独的旋涂步骤用以将对准排列层的前体材料淀积在基底上。该方法也不需要柔和烘焙和/或剧烈烘焙对准排列层。此外，该方法不需要摩擦或者是在结构上接触对准排列层以赋予其随后将作用于液晶材料的性质。

图1显示出光调制器件原型包括一对相对的光透明的基底12，它们可以是玻璃、塑料或本领域通常已知的其它材料。较为有利的是，该器件不需要经受使现有技术的对准排列层亚胺化所必需的温度。正如将会明显地看到的那样：在此以前不宜作为基底的温度敏感材料能够在本发明中使用。换句话说，柔韧的基底材料如塑料或聚合物薄片现在可以应用于液晶器件，因这些器件不需要经受在剧烈烘焙和柔和烘焙以生成对准排列层的方法中通常使用的高温。

偏振片14可以配置在每个基底12的外表面，目的是改进透射光的光学特性以提供一种在透射模式下工作的元件。电极18可以设置在每一基底12的内表面上。在优选的实施方案中，每个电极18是一种铟锡氧化物材料。作为替代方案，为了提供一种在反射模式下工作的器件，可以在基底的外面与光源相对地放置反射镜或光发散片。

电源20通过开关22与电极18相接。开关22可用于连接电源，使两电极短路，或断开电极以在它们上面储存电荷。使用电场或电磁场或其它外力引起放置在基底之间的液晶或有机材料产生光开关作用。可以用适当设计的电子驱动器控制开关22的动作。电子驱动电路的使用开辟了矩阵单元器件的各个具体领域，这随后又进行这些领域之间有很大差别。如图1所示，在电极之间的单元间隙宽度是由尺寸26确定的。

复合有机材料28至少包括以下组分：有机或液晶材料、预聚合物和对准排列剂例如可低温固化的聚酰亚胺，它们被夹持在基底12之间。为了得到材料28，液晶材料与预聚合物和聚酰亚胺在溶液中结合，并通过毛细管作用充填到基底12之间。当然，可以采用其它已知的充填方法。使用已知的方法将基底的边缘密封。作为替代方案，材料28可以旋转涂布在单个基底上。

现在参考图2，能够看出，按照本发明通过一步方法同时进行相分离和对准排列来制造光调制元件，其概括地以数字30表示。

通常，“一步方法”是这样一种方法，其中将至少包括有机或液晶材料、预聚合物和对偏振敏感的对准排列剂例如发色团的材料层通过例如旋转涂布的方法被涂敷在基底上，其中采用选自包括偏振可见光辐射，或偏振紫外线辐射和某些类型的相分离的方法对涂敷好的基底进行处理。一步法的特点在于所有组分将同时进行相同的处理从而使相分离的液晶材料组分均匀地对准排列。

光源32，例如紫外线或可见光，是邻近地放置在线偏振片36的下方。光源32被激发后产生射线34射入线偏振片36，线偏振片引导线偏振的射线38通过基底12进入单元间隙26。用光或其它将要描述的方法诱导先与对准排列剂混合的预聚合物材料的聚合反应。随着聚合反应进行，发生在液晶材料和聚合物/对准排列剂之间的相分离。这被称为聚合诱导相分离。特别是，在邻接于光源32的基底12上的电极18上形成一种光透射固化聚合物层40。在对面的基底12上，与另一个电极18邻接处形成了液晶膜层42。在相分离发生的同时，线偏振射线38打断了预聚合物/聚酰亚胺层中的光敏化学键并且使聚合物链段沿与线偏振射线的偏振方向垂直的方向对准排列。另外，取决于材料的化学性质，射线38可以引导聚合物链段平行或垂直于基底，或在平行于基底的特定方向上使聚合物材料交联。这促进了液晶膜层42在聚合物层40和液晶层42之间的界面44上对准排列。在界面44上，液晶在相分离期间似乎是使起相容作用的锚接具有了对准排列状态的特征。同时也认为只有极少数量的聚酰亚胺材料能粘附于相对的基底上和模仿出界面44上那种对准排列的取向。如果需要，可以在与界面44相对的基底上提供一种独立和性质不同的对准排列层。

如图2所示，聚合物层的厚度是由尺寸52表示的，液晶层的厚度是由尺寸54表示的。可以按照需要的目标通过调整组分和通过采用适当的距离固定单元间隙，来选择液晶膜的物理参数，例如厚度、对准排列状态和液晶材料。用本发明的方法已经制备出采用向列型液晶的均匀地对准排列的元件。另外，在这种结构中发现铁电体性和抗铁电体性的液晶具有灰度等级并且甚至具有双稳定性。这些单元具有低得多的阈电压，几乎没有光散射(不模糊)，并且在机械方面和电性能方面上是稳定的。某些液晶材料在相分离复合有机膜中显示了改进的电光(E0)特性。使用这一方法还可以生成光可控的双折射器件。这一方法使制造均匀的非常薄的液晶膜成为可能。用本发明的这一方法已经制备出几种厚度可与红光的波长相比的均匀的膜。

本领域的技术人员将知道，在实施本发明中，通过使用热诱导、化学诱导或溶剂诱导技术可以完成相分离。这些技术中的任何一种都可以与辐照结合使用以使相分离和光对准排列同时发生。虽然不想被理论所限制，但可以认为在界面44和46上使液晶材料以均匀的方式对准排列的过程中偏振光起决定性的作用。

适于实施本发明的预聚合物是可光聚合的单体，该单体对紫外线的偏振方向敏感，这样当其受紫外线辐照时，单体的定向聚合和聚合物的宏观上对准排列同时发生。如果加入例如一种发色团组分，就可以使用通常对偏振的紫外线不敏感的预聚合物。这样，合适的预聚合物包括，但是不局限于，NOA65(可以从Norland Products公司获得)、乙烯基醚、丙烯酸酯类、环氧树脂类、丁二炔类、聚乙烯类等等。对于发色团，可以使用例如偶氮苯、1，2-二苯乙烯、肉桂酸酯、查耳酮、香豆素、二马来酰亚胺等材料。可使用的聚酰亚胺是具有低吸光性的带有侧链的均-或共-聚酰亚胺，并包括SE1180，610(从Nissan Chemical Ind.能买到)和有发色团引入其中的功能基团。

根据光调制器件所需要的类型，可以对液晶材料进行选择。合适的液晶材料包括，但是不局限于，向列型的、铁电体的、抗铁电体的、胆甾醇的和相关的液晶材料。

如上所述，通过使用本发明的方法有可能在一个单元内或者在一种基底上制备互相平行的聚合物膜和对准排列的液晶膜。现在参考图3，能够看出，用于实施本发明的一步法或者多步法的器件概括地用数字60标明。当采用热诱导聚合时，该器件可以密封在热源62内。如果适合，也可以使用来自光源32的热。

在如上所述的一步法的一个实施方案中，配制出反应性的液晶单体、光敏单体和低温固化聚酰亚胺的混合物用于制备各向异性膜。反应性的液晶单体可以选自向列型二丙烯酸酯单体和具有丙烯酸酯可聚合基团的手性二丙烯酸酯掺杂物。光敏单体例如NOA-65和低温固化的聚酰亚胺例如SE-1180与反应性的液晶单体混合形成光敏材料。这一混合物被旋转涂布于基底上。如图2所示，紫外线源32放射的光线34通过线偏振片36。线偏振的光线38通过基底12和电极18并辐照涂层混合物。在界面44上偏振的紫外线诱导相分离和反应性液晶单体的对准排列的同时发生。本发明的一步法在界面46处没有独立的对准排列层的情况下，产生液晶的对准排列，因此不再需要附加的旋转涂布和摩擦步骤。

同样地，反应性的液晶单体可以选自向列型二环氧单体和具有环氧可聚合基团的手性二环氧掺杂物。光敏单体、光引发剂和低温固化聚酰亚胺与反应性的环氧型单体混合。这一混合物被旋转涂布在基底上并按如上所述进行辐照。偏振的紫外线辐照导致相分离和光对准排列的同时发生。

上述讨论的一步法在用于形成均匀地对准排列的液晶器件而没有独立的和性质不同的对准排列层的方面被认为是最有效的和效率高的。上述的其他方法，例如使用光辐射、热和/或溶剂蒸发的那些方法可以基于以上所述来实施，也能基本上达到相同的结果。

在一步法的另一个实例中，包含官能性侧基例如肉桂酸酯或香豆素的光可交联的聚酰亚胺被制备出并旋涂在基底上。然后反应性的液晶单体，例如液晶二丙烯酸酯、二乙烯醚、二环氧、液晶丁二炔或其它带有双官能度或更多官能度的单体和光引发剂被旋涂在聚酰亚胺薄膜上。随后的偏振的紫外线辐射导致光对准排列和光聚合作用的同时发生。在聚酰亚胺已固化以前，在该聚酰亚胺层上旋涂反应性的液晶单体可能使表面稍微不均匀，但是不会妨碍液晶材料的对准排列。

在需要多种对准排列的液晶材料时，可以使用多重步骤。“多步法”指的是这样一种方法，其中按照一步法涂布基底和进行处理以产生液晶材料的对准排列层和/或层/微结构，然后在以前的涂敷层上再旋涂数层并用如上所述的一步或多步处理方法，例如可见光或紫外线辐射、辐射与热处理结合或辐射与溶剂蒸发结合，进行再处理。多步法包括先后实施至少两种材料的涂敷步骤，其中在每个步骤期间涂敷至少一种类型的材料。更具体地说，通过使用本发明的多步法，可以得到不同层或微结构的单一地对准排列的液晶材料界面。另外，如图4所示带有适当开口的掩模70可以放置在偏振片和基底之间，还可以在各个阶段重新放置用以协助生成对准排列的和电可控的微结构72。

一般地说，图3显示了通过使用本发明的多步法获得的一种结构的实例。能够看出，可以将电极层18配置成与基底12邻接，各层带有液晶材料的对准排列的诱导聚合物，如一步法中所描述，放置在电极层上。

当希望在液晶材料与不同材料层或微结构邻接的界面上提供性质不同的液晶导向时，可以采用多步法，该种不同材料可以是掺杂聚酰亚胺的聚合物层或构型、基底或等效的膜。或者，可以采用多步法形成各向异性膜，其中将形成对准排列层的材料首先涂敷在基底上，而其中包含液晶材料、预聚合物和对准排列剂的另一种材料涂敷在前一种材料上。然后这些材料被相分离和光对准形成各向异性膜。至少，多步法的最终结果提供了至少一种邻接于基底12的对准排列界面层63和邻接于界面层63的液晶层66。另外，邻接于液晶层66的第二对准排列界面层68也可以形成。多步法使第二对准排列界面层赋予液晶层66不同于第一对准排列界面层63的取向。可以预见在构成扭转向列型器件、超扭转向列型器件、光或电可控双折射器件或任何需要改变液晶材料的取向的器件中，多步法将是极其有用的。根据最终的需要，组成层63、66和68的材料可以以各种组合方式涂敷或形成。也将会了解：可以使用多步法形成其他方法不能形成的各向异性膜。这种方法的优点在于无须两次旋涂材料就可形成膜。通常，对器件的原型进行选自以下方式的处理：使用性质不同的偏振紫外线波长，使用性质不同的偏振可见光波长，使用偏振的紫外线和偏振的可见光，同时进行可见光辐射和加热，同时进行紫外线辐射和溶剂蒸发，和紫外线辐射。现在将讨论多步法和由此法得到的器件的各种实例。

在多步法的一个实例中，将偶氮苯液晶聚合物(LCP)旋涂在基底上。反应性单体例如液晶二丙烯酸酯、二乙烯醚、二环氧、液晶丁二炔或其他具有双官能度或更多官能度的单体和适合的光引发剂涂布在偶氮苯LCP膜的上面。随后使用偏振紫外线辐射导致光对准排列和光致聚合作用的同时发生并形成层63和66。第二次旋涂可能使第一层膜的表面稍微不均匀，但是不会进行对准排列出问题。

在多步法的另一个实例中，将光敏单体例如NOA65和含有发色团材料的聚酰亚胺混合并涂布在基底上。对涂层基底用线偏振的紫外线辐照，导致聚合物表面周期性波动形成层63。一种反应性的液晶单体旋涂在聚合物表面上并通过紫外线辐照进行聚合。结果得到各向异性膜。

在多步法的另一个实例中，包含乙烯基醚、光引发剂和带有发色团组分的聚酰亚胺的第一种混合物旋涂在基底上并用波长例如小于或等于约320毫微米的线偏振紫外线辐照。包含丙烯酸酯、光引发剂和带有发色团的聚酰亚胺的第二种混合物旋涂在第一个涂层上并用波长例如大于或等于约350毫微米的线偏振紫外线辐照。将会知道，可在所需要的液晶材料中加入第一种或第二种混合物。此外，在第一种材料进行第一次辐照以后线偏振片36的取向可根据需要而改变以便得到所需要的第二种取向。还有，光波长的选择取决于所选择的发色团/光对准材料。根据哪一种混合物含有液晶材料，光源32的位置可以相应地调整。结果得到多层各向异性膜，其中每层分别地和单一地取向，这对需要在性质不同的基底表面改变取向的光学补偿和显示装置是有用的。本领域的技术人员将知道这些混合物可以逆序地涂敷和处理。换言之，这些层可以被连续地涂敷并使用紫外线辐照。或者，可以涂敷单层，使用紫外线辐照，然后涂敷第二层再使用紫外线辐照。

同样，通过选择适当的成分组合，可以使用本发明的多步法制造数个涂层基底，其中一层包含乙烯基醚、光引发剂和带有发色团的聚酰亚胺并且按照以上讨论的方式用紫外线辐射处理，而第二层包含丙烯酸酯和带有发色团的聚酰亚胺并且用可见光辐射处理。为使一种材料聚合并且对准排列，它应对可见光敏感，因此至少约1％的足够数量的马来酰亚胺加入到混合物中。作为结果，对该混合物使用波长例如大于或等于410毫微米的可见光辐照。如同上述，液晶材料可以或者在第一种混合物中或者在第二种混合物中。当然，根据需要可以改变偏振方向用以改变液晶材料的取向。这种多步法已经用于制造延迟膜以及其它电光元件。

在本发明的多步法的另一实施方案中，包含环氧单体和固化剂的第一层涂布在基底上并进行热处理以诱导聚合。包含可用紫外线固化的单体、光引发剂和用于光对准的聚酰亚胺的第二层涂布在第一层上并用线偏振的紫外线辐照。如果需要，可以按相反次序涂敷这些层。如果是这样，带有发色团的聚酰亚胺将被包括在热处理形成的层里。如同上述，液晶材料可以包括在第一层的混合物中或者包括在第二层的混合物中。这些器件提供性质不同的液晶取向用于光延迟、光补偿和可调整的光延迟。

在又一种实施方案中，包含反应性液晶单体、光引发剂和聚酰亚胺的第一层涂布在基底上并且按照以上所述用线偏振的可见光辐照。包含环氧树脂和固化剂的第二层涂敷在第一层上并且按照以上所述加热促使第二层的溶剂诱导相分离。如果需要，也可以按相反次序对这些层进行操作。

同样，在本发明的多步法中可以使用热诱导相分离。包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和反应性的液晶单体的层可以在紫外线或可见光对层辐照之前或之后进行淀积。如果采用紫外线，预聚合物例如聚甲基丙烯酸甲酯或者聚酰亚胺与反应性单体、紫外线光引发剂和液晶材料一起使用。如果使用可见光，紫外线引发剂由可见光引发剂来替换。

本领域的技术人员将会了解本发明的优点是很多的。首先，本发明的光调制器件可用于光和电可控的器件。此种公开的方法以单一紫外线辐照步骤制造一种没有独立形成的对准排列层的对准排列液晶器件，它更为简单并更为经济合算，并且可以代替已知的方法用于制造任何目前采用对准排列层的液晶器件。取消摩擦工序可使对器件的损害降低并且提高制造产率。取消现有技术中使用的高温焙烘工序使塑料基底得以被采用。

本发明的方法是非常灵活多变的，可以用于向列型、铁电体、抗铁电体和胆甾醇型液晶材料，而这些仅是几个例子。本发明的方法可以用来制造多层的各向异性膜，其中每层有各自的和唯一的取向。通过调整辐照的入射角，可在液晶层中获得分子预倾角。在施加紫外线或者可见光期间使用掩模的图形化的微结构可用于制造有源器件或者任何可以用光、电来开关的器件，或者对机械性外力敏感的器件。此外，由本公开所述的方法适用于任何需要对准排列的液晶器件。

因此，能够看出，以上展示的结构及其使用方法已经达到了本发明的目的。尽管依照专利法规，仅仅展示和详细描述了最佳模式和优选实施方案，但是应该理解本发明并不限于此，也不因此而受限。因此，要了解本发明的真实范围和广度，应该参照以下权利要求。

Claims (29)

1.一种同时完成相分离和对准排列的有机膜的制造方法，包括：

制备液晶、预聚合物和偏振敏感材料的混合物；

将所述的混合物涂敷在基底上；和

由光源施加偏振光导致所述混合物的相分离和相分离液晶的对准排列的同时发生，由此形成均匀地对准排列的液晶材料层，此层与在所述的基底上的聚合物和所述的偏振敏感材料的那层相邻接。

2.按照权利要求1的方法，还包括：

在所述的层上面涂敷第二种基底。

3.按照权利要求1的方法，其中所述的施加辐照步骤使所述的偏振敏感材料的至少主要部分与所述的预聚合物混合，所述的偏振敏感材料赋予所述的液晶材料对准排列的性质。

4.按照权利要求1的方法，还包括：

在所述的光源和所述的基底之间插入偏振片以赋予所述的液晶材料所需要的定向对准排列。

5.按照权利要求4的方法，还包括：

在接近于所述基底并与涂敷了所述的混合物的一侧的相反一侧设置紫外线光源。

6.按照权利要求4的方法，还包括：

在接近于所述基底并与涂敷了所述的混合物的一侧的相反一侧设置可见光光源。

7.按照权利要求1的方法，还包括：

制备初始的预聚合物和初始的偏振敏感材料的初始混合物；和

在所述的涂敷步骤之前将所述的初始混合物涂布在所述的基底上。

8.按照权利要求7的方法，其中所述的初始的偏振敏感材料对与所述的偏振敏感材料性质不同的光波长敏感。

9.按照权利要求8的方法，还包括：

在所述的涂敷步骤之前对所述的初始混合物施加初始的偏振光以赋于其对准排列的取向。

10.按照权利要求8的方法，还包括：

在所述的涂敷步骤之后对所述的初始混合物施加初始的偏振光以赋于其对准排列的取向。

11.按照权利要求10的方法，还包括：

在所述的施加辐照步骤之前在所述的光源和所述的基底之间放置掩模和偏振片以便形成带有微结构的所述的液晶层。

12.按照权利要求11的方法，还包括：

在所述的初始施加辐照步骤后在所述的光源和所述的基底之间放置另一个掩模。

13.按照权利要求7的方法，其中所述的初始偏振敏感材料和所述的偏振材料是通过紫外线或者可见光激活的。

14.按照权利要求1的方法，还包括：

制备至少带有热活化预聚合物的所述的混合物；和

热活化所述的混合物以诱导相分离和赋于所述的液晶对准排列的取向。

15.按照权利要求14的方法，其中所述的偏振光是可见光或者是紫外线。

16.按照权利要求1的方法，还包括：

制备带有环氧和树脂的所述的混合物；和

使所述的混合物进行相分离以诱导所述的混合物相分离并赋于所述的液晶对准排列的取向。

17.按照权利要求16的方法，其中所述的偏振光是可见光或者是紫外线。

18.按照权利要求1的方法，还包括：

在所述的施加辐照步骤之前在所述的光源和所述的基底之间放置掩模和偏振片以便形成带有微结构的所述的液晶层。

19.一种制造具有对准排列性质的液晶器件的方法，包括：

提供一种基底；

提供至少包括第一种偏振敏感剂和预聚合物的第一种混合物；

提供至少包括第二种偏振敏感剂和预聚合物的第二种混合物；

将液晶掺入所述的第一种混合物或者第二种混合物；

将所述的第一种混合物涂敷在所述的基底上；

在所述的第一种混合物上面涂敷所述的第二种混合物；

采用选自至少包括可见光偏振、紫外线偏振、热诱导、化学诱导和溶剂诱导的方法对所述的第一种混合物启动一种过程；

采用选自至少包括可见光偏振、紫外线偏振、热诱导、化学诱导和溶剂诱导的方法对所述的第二种混合物启动一种过程；和

所述的过程赋于所述的液晶定向对准排列。

20.按照权利要求19的方法，其中所述的启动步骤中的一种至少包括同时使用一种所述的偏振方法和一种所述的诱导方法以便从所述的预聚合物中相分离所述的液晶。

21.按照权利要求19的方法，还包括：

将所述的第一种和第二种混合物夹在第二种基底和第一种基底之间，使第二种基底固定于第一种基底。

22.按照权利要求19的方法，其中所述的偏振方法包括：

在接近所述的基底的位置上放置光源；和

在所述的基底和所述的光源之间放置偏振片。

23.按照权利要求19的方法，还包括：

在所述的第一个启动步骤以后重新放置所述的偏振片，其中所述的偏振敏感剂在其各自的与所述的液晶的界面上赋于不同取向的对准排列。

24.按照权利要求17的方法，其中所述的诱导过程从所述的液晶中相分离所述的预聚合物和所述的偏振敏感剂。

25.一种具有对准排列性质的单元，包括：

至少一种基底；和

涂敷在所述的基底上的混合物，所述的混合物至少包含液晶材料、预聚合物材料和偏振敏感材料，其中同时进行聚合反应和施加偏振光使所述的混合物相分离和光对准排列，由此形成赋于所述的液晶材料对准排列性质的聚合物微结构。

26.按照权利要求25的单元，还包括：

在涂敷所述的第一种混合物之前，将第二种混合物涂敷在所述的基底上，所述的第二种混合物至少包含第二种偏振敏感材料，其中施加偏振光使赋予所述的液晶材料对准排列性质的所述的第二种混合物进行光对准排列。

27.按照权利要求26的单元，其中在所述的液晶材料与所述的聚合物微结构和所述的偏振敏感材料之间和在所述的液晶材料与所述的第二种偏振敏感材料之间形成了性质不同的和独立的界面。

28.按照权利要求27的器件，其中所述的界面使所述的液晶材料在性质不同的取向上对准排列。

29.按照权利要求28的器件，其中所述的液晶材料形成了微结构。

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