ОПТИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫЕ УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
OPTICALLY CONTROLLED DEVICES AND METHODS OF MAKING SAID DEVICES

Уровень техники
Так называемые самозатемняющиеся фильтры часто используются в таких приложениях, как сварка, где требуется защита от падающего света высокой интенсивности. Типичный самозатемняющийся фильтр может менять свое состояние от светлого (относительно прозрачного), когда на него не падает свет высокой интенсивности, до темного (относительно непрозрачного), когда на него падает такой свет. Такие самозатемняющиеся фильтры обычно изготавливаются из одного или более слоев поляризационных фильтров в сочетании с одним или более жидкокристаллическими элементами, расположенных в пределах одного и того же пучка света.
В жидкокристаллическом элементе молекулы жидкокристаллического материала, как правило, ориентированы в одном (предпочтительном) направлении. Такая ориентация часто обеспечивается путем помещения ориентирующих слоев, расположенных по обе стороны жидкокристаллического материала. В качестве ориентирующих слоев часто используются полимерные пленки (например, полиимиды), которые механически натираются в одном направлении, в результате чего обеспечивается ориентированная структура, обеспечивающая ориентирующее воздействие на жидкокристаллический материал.
Ориентация жидкокристаллического материала может быть после этого изменена путем приложения электрического поля, величиной которого можно управлять светопроницаемостью элемента.
В качестве ориентирующих слоев жидкокристаллических элементов в настоящее время используются также хромонные материалы, которые после их нанесения на элемент и сушки образуют структуры с высокой степенью ориентации. Кроме того, в хромонные материалы включают плеохроические красители, благодаря которым высушенный и ориентированный хромонный материал может функционировать как поляризационный слой.
Сущность изобретения
В настоящей заявке представлены способы, с помощью которых может быть сформирован слой ориентированного хромонного материала (например, нанесением в виде покрытия с последующей сушкой) на гибкой основе, после чего он может быть перенесен с нее на принимающую основу, в результате чего формируется ориентирующий слой, который может быть использован в жидкокристаллическом элементе. Если в хромонном материале присутствует плеохроический краситель, то такой ориентированный хромонный материал может использоваться как поляризационный слой в составе жидкокристаллического элемента. Кроме того, представлены жидкокристаллические элементы, имеющие криволинейную поверхность.
Поэтому в первом воплощении изобретения предлагается оптически управляемое устройство, содержащее оптически прозрачную первую основу, содержащую по меньшей мере криволинейную первую основную поверхность;
проводящий слой, расположенный рядом с криволинейной первой основной поверхностью первой основы, ориентирующий-поляризующий слой, расположенный рядом с проводящим слоем, причем ориентирующий-поляризационный слой содержит ориентированный хромонный материал, дополнительно содержащий по меньшей мере один плеохроический краситель; оптически прозрачную вторую основу, содержащую по меньшей мере криволинейную первую основную поверхность, причем криволинейная первая основная поверхность первой основы и криволинейная первая основная поверхность второй основы сопрягаются друг с другом таким образом, что между ними образуется полость; и слой жидкокристаллического материала, расположенный между ориентирующим-поляризационным слоем и криволинейной первой основной поверхностью второй основы, причем слой жидкокристаллического материала находится в контакте с ориентирующим-поляризационным слоем.
Во втором воплощении предлагается способ изготовления оптически управляемого устройства, содержащий этапы: обеспечения гибкой основы; нанесения хромонного материала на гибкую основу и сушки хромонного материала, в результате чего формируется слой ориентированного хромонного материала; обеспечения первой основы, имеющей по меньшей мере первую основную поверхность; обеспечения отвердждаемого клейкого слоя и проводящего слоя между слоем ориентированного хромонного материала и первой основной поверхностью первой основы; подведения гибкой основы с нанесенным на нее слоем ориентированного хромонного материала, к первой основной поверхности первой основы, слою отверждаемого адгезива и проводящему слою и проводящим слоем, в результате чего образуется структура в виде ламината; отверждения адгезива; и отделения гибкой основы от слоя ориентированного хрономонного материала.
Эти и прочие черты настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания его возможных воплощений. Подразумевается, что воплощения, упомянутые выше, и воплощения, подробно описанные ниже, являются лишь примерными и не ограничивающими настоящее изобретение.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Сечение, отображающее одно из воплощений способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2. Сечение, отображающее еще одно воплощение способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3. Сечение, отображающее еще одно воплощение способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4. Сечение, отображающее еще одно воплощение способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5. Сечение, отображающее одно из воплощений заготовки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.6. Сечение, отображающее еще одно воплощение заготовки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.7. Сечение, отображающее одно из воплощений жидкокристаллического элемента.
Фиг.8. Сечение, отображающее еще одно воплощение жидкокристаллического элемента.
Фиг.9. Аксонометрический вид примера устройства индивидуальной защиты, содержащего автоматически затемняющийся фильтр, содержащий по меньшей мере один жидкокристаллический элемент.
Чертежи и изображенные на них элементы не обязательно приведены в масштабе, если иное не оговорено особо. Аналогичные номера позиций на всех чертежах использованы для обозначения аналогичных элементов. И хотя в настоящем описании могут использоваться такие термины, как «верх», «низ», «верхний», «нижний», «над», «под», «передний», «задний», «первый» и «второй», следует понимать, что данные термины используются только в их относительном смысле, если иное не оговорено особо. В частности, следует отметить, что термин «расположенный рядом», используемый в отношении слоев, обозначает слои, физически находящиеся рядом друг с другом, однако он не исключает возможности нахождения одного или более дополнительных слоев между слоями, описываемыми как «расположенные рядом». Термин «нанесенный» в контексте настоящего описания, употребляемый по отношению к слоям, обозначает слои, физически находящиеся рядом друг с другом и соприкасающиеся друг с другом.
Подробное описание изобретения
Ниже описаны способы, с помощью которых на гибкой основе может быть сформирован слой ориентированного хромонного материала, который потом может быть перенесен оттуда на принимающую основу, так что гибкая основа при этом удаляется, в результате чего формируется заготовка, которая может быть затем использована для сборки жидкокристаллического элемента. В контексте настоящего описания термин «хромонный» означает неполимерную молекулу, содержащую гидрофобную сердцевинную часть, содержащую множество ароматических или гетероароматических колец, с многочисленными гидрофильными заместителями, расположенными по периферии гидрофобной сердцевины и связанных с ней ковалентными связями, и находясь в водном растворе, такие молекулы собираются в колонки, а не в мицеллы, и не характеризуются критической концентрацией образования мицелл или температурой Краффта. Хромонные материалы описаны, например, в публикации Attwood, Т.K. and Lydon, Т.Е.; Molec. Crystals. Liq.Crystals. 108, 349 (1984). Находясь в водном растворе, хромонные материалы имеют тенденцию собираться в нематический порядок, а именно, характеризующиеся дальним порядком. Такие молекулы, собираясь вместе, могут образовывать структуры различных форм, но наиболее часто - колонны из молекул, уложенных друг на друга слоями в стопки (что объясняется описанной выше структурой хромонных молекул). Образуются упорядоченные стопки молекул, которые могут расти с увеличением концентрации молекул в растворе, но они отличаются от мицеллярных фаз тем, что как правило, не обладают поверхностно-активными свойствами и не имеют критической концентрации образования мицелл. Это является результатом того, что, в отличие от обычных амфифильных молекул, как правило, содержащих одну или более гидрофильных «головок» и один или более гирофобных «хвостов», и в водном растворе гидрофобные «хвосты» собираются друг с другом, и из таких молекул образуются мицеллы, в хромонных молекулах гидрофильные остатки расположены (например, на некотором расстоянии друг от друга) по периферии гидрофобного ядра. Такая структура молекул способствует скоплению их в колонны, а не в мицеллы. В некоторых воплощениях хромонные молекулы содержат гидрофобную сердцевину, содержащую 3, 4 или 5 ароматических колец и/или азот-замещенных ароматических колец, и с различными кольцами гидрофобной сердцевины ковалентно связаны по меньшей мере две (гидрофильные) карбоксильные группы.
-
В некоторых воплощениях хромонная молекула может содержать по меньшей мере один условно положительный заряд. Так, например, хромонная молекула может быть цвиттер-ионной, то есть с одним условно положительным и одним условно отрицательным зарядом. В некоторых хромонных молекулах отрицательный заряд может нести кислотная группа, имеющая диссоциированный атом водорода, например, карбоксильная группа в своей основной форме (т.е. -СОС). Отрицательный заряд могут нести присутствующие в молекуле многочисленные функциональные карбоксильные группы, так что в точном представлении хромонная молекула имеет две или более резонансных структуры (структурных изомеров).
В некоторых воплощениях хромонные молекулы могут включать триазиновые производные, структура которых соответствует формуле (I) ниже.
Соединения, имеющие формулу I, имеют такую ориентацию, что карбоксильная группа (-СООН) может находиться в пара-положении по отношению к амино-группам, связывющим боковые кольца с триазиновым центром молекулы. И хотя изображенная формулой I молекула нейтральна, возможны и другие ее формы, например, цвиттер-ион или протонный таутомер. Так, например, атом водорода может быть диссоциирован от одной или более карбоксильных групп и ассоциирован с одним из атомов азота триазинового кольца или с одной из амино-связок. Кроме того, хромонные молекулы могут также быть солями. Карбоксильная группа может также находиться в мета-положении по отношению к амино-связкам, как показано формулой II, или же возможно сочетание карбоксильных групп, находящихся в пара- и мета- положениях.
2
2
2
Каждая из групп R в формулах I и II может быть, независимо от другой, группой-донором электрона, группой-акцептором электрона, группой, нейтральной по отношению к электрону или их сочетаниями. В некоторых воплощениях группа R может быть водородом, замещенной или незамещенной алкокси-группой (то есть алкокси-группой, имеющей формулу -OR, где R является алкилом), замещенной или незамещенной карбоксиалкильной группой (то есть карбоксиалкильной группой, имеющей формулу -(CO)OR, где (СО) обозначает карбонил, а R является алкилом), или их сочетаниями. Подходящие заместители включают гидроксильные, алкокси-, карбоксиалкильные, сульфонатные, галидные функциональные группы или их сочетания. В одном из воплощений R может быть водородом.
3
3
3
3
3
3
Группа R в формулах I и II может быть замещеным гетероароматическим кольцом, незамещеным гетероароматическим кольцом, замещенным гетероциклическим кольцом или незамещенным гетероциклическим кольцом, связанным с триазиновой группой через атом азота в составе кольца R. В контексте настоящего описания термин «гетероциклический» относится к гидрофильному органическому соединению, имеющему кольцевую структуру, включающую гетероатом, например, кислород, азот, серу, причем упомянутая кольцевая структура может быть насыщенной или частично насыщенной. В контексте настоящего описания термин «гетероароматический» относится к органическому соединению, имеющему кольцевую структуру, включающую гетероатом, например кислород, азот, серу, причем упомянутая кольцевая структура является ненасыщенной. R может быть (не ограничиваясь ими): гетероароматическим кольцом-производным пиридина, пиримидина, пиразина, имидазола, оксазола, изоксазола, тиазола, оксадиазола, тиадиазола, пиразола, триазола, триазина, хонолина или изохинолина. Во многих воплощениях R включает гетероароматическое кольцо - производное пиридина или имидазола. Заместителем в составе гетероароматического кольца R может быть (но не только) любая из следующих замещенных или незамещенных групп: алкильная, карбоксильная, амино-, алкокси-, тио-, циано-, карбониламиноалкильная (то есть группа, имеющая формулу -(CO)NHR, где (СО) обозначает карбонил, a R является алкилом), сульфонат-, гидрокси-, галидная, перфтороалкильная, арильная, алкокси- или карбоксиалкильная. В некоторых воплощениях заместителем в составе R может быть алкильной группой, сульфонатной, карбоксильной, галидной, перфтороалкильной, арильной, алкоксигруппой или алкилом, замещенным гидроксильной, сульфонатной, карбоксильной, галидной, перфтороалкильной, арильной или алкокси-группой.
3
3
3
3
В некоторых воплощениях R может быть производным замещеного пиридина, в котором заместитель предпочтительно находится в положении 4. В других воплощениях R может быть производным замещенного имидазола с заместителем, предпочтительно расположенным в положении 3. Подходящие примеры R могут включать, не ограничиваясь ими: 4-(диметиламино)пиридий-1-ил, 3-метилимидазолий-1-ил, 4-(пирролидин-1-у1)пиридий-1-ил, 4-изопропилпиридиний-1-ил, 4-[(2-гидроксиэтил)метиламино]пиридиний-1-ил, 4-(3-гидроксипропил)пиридиний-1-ил, 4-метилпиридиний-1-ил, хинолиний-1-ил, 4-терт-бутилпиридиний-1-ил и 4-(2-сульфоэтил)пиридиний-1-ил, изображенные на формулах IV-XIII ниже. Примеры гетероциклических колец, из которых может быть выбрана группа R, включают, например, морфолин, пирролидин, пиперидин или пиперазин.
3
Группа R может также иметь формулу XIV:
4
4
4
4
3
где группа R может быть водородом, замещенной алкильной группой или незамещенной алкильной группой. В некоторых воплощениях R может быть водородом, незамещенной алкильной группой или алкильной группой, замещенной гидрокси-, алкокси-, карбоксиалкильной, сульфонатной или галидной функциональной группой. В других воплощениях R может быть метилом, пропилсульфоновой кислотой или олеилом (то есть жирным спиртом). Формула V является частным случаем формулы XIV, когда R является метилом. Как было описано выше, хромонные молекулы с формулой I или II являются нейтральными, но в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться и молекулы, существующие в ионной форме, несущие один условно положительный заряд. Примером такой хромонной молекулы является 4-диметиламино-1-[4,6-ди(4-карбоксифениламино)-1,3,5-триазин-2-ил]пиридий хлорид (формула III), описанный в патенте США 6488866. В данном соединении (см. формулу III) R является диметиламинозамещенным пиридиновым кольцом, связанным с триазиновой группой через атом азота пиридинового кольца. Как показано, атом азота пиридина несет положительный заряд, а хлорид-ион несет отрицательный заряд.
Хромонная молекула, имеющая формулу III, может также существовать в других таутомерных формах, например, в которых одна или обе функциональные карбоксильные группы несут отрицательный заряд, и в которых положительные заряды несут атомы азота триазиновой группы и атом азота пиридиновой группы. В другом воплощении хромонная молекула может быть цвиттер-ионной, примером которой является 4-({4-[(4-карбоксифенил)амин]-6-[4-(диметиламино)пиридиний-1-ил]-1,3,5-триазин-2-ил}амино)бензоат, как описано в патенте США 5948487 (Sahouani с соавторами).
Так, в патенте США 5948487 (Sahouani с соавторами) описаны триазиновые производные, имеющие формулу I, приготовленные в виде водных растворов или солей, которые могут быть позднее повторно растворены в воде с образованием водных растворов. Типичный путь синтеза триазиновых молекул, имеющих формулу I, изображенную выше, представляет собой двухэтапный процесс. Сначала путем обработки цианур-хлорида 4-аминобензойной кислотой может быть получена 4-{[4-(4-карбоксиапилино)-6-хлоро-1,3,5-триазип-2-ил]амино}бензойная кислота. Данный промежуточный продукт может быть обработан замещенным или незамещенным азотсодержащим гетероциклическим соединением. Атом азота гетероцикла может заместить атом хлора триазинового производного с образованием соответствуещего хлорида в виде соли. Цвиттер-ионные производные с формулой III могут быть приготовлены путем растворения хлоридной соли в гидроксиде аммония, пропускания полученного раствора через анионно-обменную колонку для замещения хлорида гидроксидом и последующего удаления растворителя. Альтернативные варианты подобных структур, имеющих формулу II, могут быть получены при использовании 3-аминобензойной кислоты вместо 4-аминобензойной кислоты.
В своих различных воплощениях хромонные материалы в соответствии с настоящим изобретением могут иметь молекулярный вес не более, чем примерно 2400, не более, чем примерно 1600, или не более, чем примерно 800.
В некоторых воплощениях хромонные материалы в соответствии с настоящим изобретением являются в сущности оптически прозрачными; это означает, что они не поглощают значительного количества видимого света. В таких воплощениях хромонные материалы отличаются от таких материалов, как красители (красители, как правило, представляют собой соединения, поглощающие свет преимущественно одной длины волны).
Для придания дополнительных функциональных свойств слоям из нанесенных в виде покрытий и высушенных хромонных материалов, в хромонные материалы могут быть введены различные добавки. Так, в некоторых воплощениях хромонный материал содержит по меньшей мере один краситель. В некоторых воплощениях хромонный материал содержит по меньшей мере один плеохроический краситель (термин «плеохроический» означает, что светопоглощение молекулы красителя меняется в зависимости от ориентации молекулы по отношению к поляризации падающего света). Использование таких плеохроических красителей позволяет использовать хромонный материал (ориентированный и высушенный, как будет описано ниже) в качестве поляризационного фильтра (например, вместо его использования в качестве ориентирующего слоя для жидкокристаллического материала или для использования его одновременно как ориентирующий и поляризационный слой), что в принципе может избавлять от необходимости использования отдельного поляризационного слоя в жидкокристаллическом элементе. Плеохроические красители, которые могут быть использованы в воплощениях настоящего изобретения, включают параллельно-бесцветные красители и перпендикулярно-бесцветные красители. Подходящие красители могут включать, например, материалы производства Sensient Technologies (Милуоки, штат Висконсин, США), например, красители, предлагаемые под торговыми названиями Direct Red 79 и Direct Blue 199. В некоторых воплощениях хромонный материал содержит по меньшей мере один неориентированный (то есть неплеохроический) краситель. Такие красители могут использоваться для придания материалу способности фильтровать свет определенного цвета, инфракрасный свет или иные виды излучений. Один или более неориентированных красителей могут использоваться в сочетании с одним или более плеохроическими красителями, в результате чего могут быть, например, получены цвето-поляризационные фильтры, имеющие широкий диапазон спектральных характеристик. Подходящие неориентированные красители включают краситель с торговым названием Direct Blue 9, предлагаемый Sensient Technologies.
Описанные выше хромонные соединения могут быть нанесены, например, в виде покрытия, на поверхность основы. Для изготовления состава для наненесения покрытия хромонный материал может быть растворен в воде, предпочтительно в присутствии соединений, регулирующих рН-раствора (добавление в раствор таких соединений, регулирующих рН-раствора, может способствовать повышению растворимости хромонного материала в воде). Подходящие вещества, регулирующие рН-раствора, могут включать любые традиционно применяемые для этого основания, например, хлорид аммония или различные амины. Наиболее часто водные растворы хромонных материалов готовят при температуре, меньшей, чем примерно 40°С (например, при комнатной температуре), и рН раствора доводится до 7-10 за счет добавления основания.
В состав для нанесения покрытия могут быть дополнительно введены одно или более поверхностно-активных веществ для повышения смачивающих характеристик состава покрытия по отношению к поверхности основы. Подходящие поверхностно активные вещества включают ионные поверхностно-активные вещества, неионные поверхностно-активные вещества и их сочетания. Могут быть также введены водорастворимые полимерные добавки-модификаторы вязкости (например, полиэтилен-гликоль) или связующие (например, низкомолекулярные гидролизированные крахмалы). В различных воплощениях такие дополнительные добавки или поверхностно-активные вещества могут присутствовать в составе для нанесения покрытия в количестве, соответствующем по меньшей мере 0,01, по меньшей мере 0,05, или по меньшей мере 0,1 весового процента (по отношению к сухому весу хромонного материала в составе для нанесения покрытия). В других воплощениях дополнительные добавки или поверхностно-активные вещества могут присутствовать в составе для нанесения покрытия в количестве, соответствующем не более 1,0, не более 0,5 или не более 0,3 весового процента (по отношению к сухому весу хромонного материала в составе для нанесения покрытия). В некоторых воплощениях в состав для нанесения покрытия могут быть добавлены один или более органических растворителей. Например, органические растворители могут быть добавлены в состав для нанесения покрытия до их концентрации, составляющей до 10, до 9, до 8 или до 7 весовых процентов состава для нанесения покрытия.
Состав для нанесения покрытия может также содержать описанные выше плеохроические красители и/или неориентированные красители для обеспечения требуемых оптических свойств слоя высушенного ориентированного хромонного материала.
Состав для нанесения покрытия может быть нанесен на основу любым подходящим способом, обеспечивающим упорядоченное расположение хромонного материала, например, с помощью стержня из витой проволоки или высокоточного экструдера. В некоторых воплощениях ориентация (например, под воздействием приложенной по касательной силы или под воздействием магнитного поля) может быть придана составу, наносимому в виде покрытия, во время и/или после его нанесения. Такое приложение направленной по касательной к поверхности силы может способствовать правильной ориентации молекул хромонного материала, так что после его высыхания образуется ориентированная структура.
Толщина нанесения влажного состава покрытия на основу может быть любой. В различных воплощениях влажный состав может равномерной наноситься на основу до толщины, составляющей по меньшей мере 1, по меньшей мере 3, по меньшей мере 5, или по меньшей мере 10 мкм. В других воплощениях состав может наноситься на основу в виде влажного покрытия толщиной до 25, до 20, до 15 или до 12 мкм.
После удаления существенного количества воды (и летучего органического растворителя, если он присутствует) из нанесенного состава покрытия молекулы хромонного материала могут образовывать структуру с высокой степенью ориентации, которая может функционировать как ориентирующий слой жидкокристаллического материала, находящегося в контакте со слоем высушенного хромонного материала. Сушка покрытия может производиться любым подходящим способом, позволяющим хромонному материалу образовывать и/или сохранять ориентированную структуру. Особенно целесообразно использование способов сушки, не разрушающих покрытия и сушественно не нарушающих ориентацию хромонного материала, которая была придана ему при нанесении покрытия. В различных воплощениях материал покрытия высушивается так, чтобы в нем оставалось не более 1,0, не более 0,5 или не более 0,1 весового процента воды.
В различных воплощениях толщина слоя высушенного, ориентированного хромонного материала может составлять по меньшей мере 0,5, 1,0 или 2 мкм. В других воплощениях толщина слоя высушенного, ориентированного хромонного материала может составлять не более чем примерно 15 мкм, 10 мкм или 5,0 мкм. В образующем покрытие высушенном и ориентированном хромонном материале могут быть сформированы перекрестные ковалентные связи, например, посредством обработки многофункциональными аминами, которые могут вступать в реакцию с карбоксильно-кислотными частями молекул некоторых хромонных материалов, образуя амидные связи. В одном из воплощений высушенный и ориентированный хромонный материал переносится с основы, на которую он первоначально наносился (например, с гибкой основы, которая будет описана ниже), на принимающую основу, до формирования перекрестных связей.
В некоторых воплощениях в полученном ориентированном хромонном материале могут быть сформированы перекрестные связи нековалентного характера, например, путем обработки хромонного материала многовалентными катионами. Опять же, такая обработка может быть проведена после переноса ориентированного хромонного материала с основы, на которую он первоначально наносился, на принимающую основу.
2
Описанные выше хромонные материалы, содержащие один или более описанных выше красителей, могут быть наложены на гибкую основу и высушены, в результате чего образуется слой ориентированного хромонного материала. Подходящие гибкие основы включают основы, содержащие по меньшей мере одну основную поверхность, на которую может быть наложен хромонный материал (например, с помощью устройства в виде ножа, движущегося вдоль поверхности), и после этого высушен, образуя слой ориентированного хромонного материала. Наиболее подходящие гибкие основы содержат по меньшей мере одну основную поверхность, которая не претерпевает неприемлемых изменений или не препятствует тенденции хромонного материала к образованию ориентированной структуры при нанесении покрытия из содержащего его состава на упомянутую основную поверхность сдвиговым способом и при последующей сушке. Соответственно, гибкая основа может содержать по меньшей мере первую основную поверхность, которая является относительно гладкой и не имеет макроструктур, микроструктур, шероховатостей, участков с различной смачиваемостью и, в общем, каких-либо черт или свойств, которые бы ухудшали способность хромонного материала образовывать и сохранять ориентированную структуру. Первая основная поверхность гибкой основы может также иметь свойства, позволяющие гибкой основе быть отделенной от слоя высушенного, ориентированного хромонного материала на относительно большой площади (например, по меньшей мере 20 см), что не вызывало бы неприемлемого повреждения ориентированного хромонного материала. При необходимости первая основная поверхность гибкой основы может быть подвергнута поверхностной обработке, может содержать покрытие и прочее, что усиливало бы данные ее свойства.
Гибкость гибкой основы облегчает перенос слоя ориентированного хромонного материала на принимающую основу, особенно если перенос производится на криволинейную поверхность принимающей основы. Подходящие гибкие основы могут, например, включать пленки, содержащие полиэфиры, такие как поли(этилен-терефталат), поли(этилен-нафталат) и поли(бутилен-терефталат), их сополимеры и смеси (включая ориентированные виды таких пленок); полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен, их сополимеры и смеси (включая ориентированные виды таких пленок, например, двухосно ориентированную полипропиленовую пленку); полиэфир-сульфоны; поликарбонат; нейлон; полиэфир-эфир-кетоны; полисульфоны; полиэфиримиды и им подобные. Вторая (находящаяся напротив первой) основная поверхность гибкой основы может быть выбрана такой, чтобы она не вызывала неприемлемого повреждения ориентированного хромонного материала или не прилипала к ориентированному хромонному материалу при контакте с ним (например, в случае если производится сматывание гибкой основы с нанесенным на нее ориентированным хромонным материалом). В качестве альтернативы в таких случаях на обращенную наружу поверхность слоя ориентированного хромонного материала может быть наложен отдельный слой защитного материала.
Изобретатели обнаружили, что высушенный ориентированный хромонный материал может быть физически перенесен с гибкой основы на принимающую основу при использовании способов и материалов в соответствии с настоящим изобретением. В контексте настоящего описания термин «физический перенос» охватывает процедуры, в которых ориентированный хромонный материал на гибкой основе и принимающую основу физически подводят друг к другу (путем перемещения одной или обеих основ), так что ориентированный хромонный материал или находящийся на нем слой приводится в контакт с принимающей основой или находящимся на ней слоем; в результате чего образуется структура в виде ламината, после чего гибкую основу отделяют от ориентированного хромонного материала и удаляют. В данном контексте процесс физического переноса отличается от прочих видов процессов переноса (например, теплового).
Процесс физического переноса в контексте настоящего изобретения отличается от других процессов переноса также тем, что он включает так называемый этап активации (например, под воздействием тепла и/или электромагнитного поля), в результате чего ослабляется связь между гибкой основой и переносимым слоем. Такой этап активации может требовать наличия дополнительного слоя, например, активирующего материала, и может усложнять процесс переноса.
2
Изобретатели обнаружили, что такой физический перенос больших участков материала может быть успешно совершен несмотря на то, что слой ориентированного хромонного материала может быть хрупким и обладающим очень малой когезионной прочностью (из-за того, что данный слой состоит из материала, не имеющего перекрестных связей и имеющего низкий молекулярный вес, в отличие от полимерных материалов, более крепких за счет наличия перекрестных связей и/или спутывания макромолекул). Предлагаемые способы и материалы позволяют осуществить перенос относительно большой площади (например, более чем 20 см) ориентированного хромонного материала на криволинейную (то есть не плоскую, а например, дугообразного профиля) поверхность принимающей основы без неприемлемого растрескивания или прочего повреждения ориентированного хромонного материала.
Во время совершения такого переноса может использоваться формующий инструмент для приложения давления (например, со стороны гибкой основы, находящейся напротив стороны, соприкасающейся со слоем ориентированного хромонного материала) для физического сближения слоев и формирования структуры в виде ламината без повреждения ориентированного хромонного материала. Если принимающая поверхность принимающей основы является криволинейной, поверхность формующего инструмента также может иметь криволинейную, сопряженную форму.
Изобретатели обнаружили, что слой ориентированного хромонного материала, перенесенного таким образом с гибкой основы на принимающую основу, может быть использован в качестве ориентирующего слоя в жидкокристаллическом элементе. Для этого поверхность слоя хромонного материала, изначально находившаяся в контакте с гибкой основой (в противоположность поверхности, находившейся на воздухе в процессе сушки), должна быть использована в качестве ориентирующей поверхности. То есть было определено, что гибкая поверхность основы, при ее правильном выборе, не будет неприемлемо препятствовать молекулам ориентированного хромонного материала, в достаточной мере сохранять свою ориентацию во время процесса сушки. Кроме того, гибкая основа будет отделяться от слоя высушенного ориентированного хромонного материала таким образом, чтобы не нарушить ориентации ориентированных молекул хромонного материала на относительно большой площади. Сочетание данных свойств позволяет использовать данный способ переноса для получения слоя ориентированного хромонного материала, который может функционировать как ориентирующий слой жидкокристаллического элемента относительно большой площади.
Изобретатели обнаружили, что для облегчения переноса слоя ориентированного хромонного материала на принимающую основу (прямым или непрямым образом, как будет более подробно обсуждено ниже) может быть использован отверждаемый адгезив. При правильном его подборе отверждаемый адгезив может скрепляться с ориентированным хромонным материалом, не нарушая и/или не разрывая ориентации молекул хромонного материала. Такой отверждаемый адгезив может содержать активные группы, которые могут образовывать ковалентные перекрестные связи, в результате чего адгезив будет отвердевать. В одном из воплощений адгезив является довольно текучим в неотвержденном состоянии, в результате чего он может быть приведен в контакт с поверхностью слоя ориентированного хромонного материала и с находящейся напротив него поверхностью другого слоя, и может достаточно смочить обе упомянутые поверхности, так что после отвердевания адгезива данные поверхности будут скреплены друг с другом. Так, например, в одном из воплощений не отвержденный (но отверждаемый) адгезив накладывается слоем так, что одна основная поверхность слоя адгезива будет находиться в контакте с основной поверхностью ориентированного хромонного материала, а вторая основная поверхность слоя адгезива будет находиться в контакте с основной поверхностью принимающей основы (или с поверхностью дополнительного слоя, например, проводящего слоя, который может присутствовать на основной поверхности принимающей основы). И, как будет обсуждено ниже, возможно также нанесение дополнительного слоя (например, проводящего слоя) поверх ориентированного хромонного материала, так что адгезив будет приводиться в контакт и скрепляться именно с данным слоем, а не непосредственно со слоем ориентированного хромонного материала. Как только отверждаемый адгезив будет приведен в контакт с двумя слоями, которые требуется скрепить друг с другом, адгезив может быть подвергнут отвердеванию. Отвердевание может происходить в результате проведения соответствующей активирующей обработки (например, тепловой или излучением, как в случае фотоотверждаемых адгезивов), или же процесс отвердевания адгезива может быть запущен за счет наличия в одном или в обоих скрепляемых слоях соответствующих добавок (например, при использовании цианоакрилатных адгезивов). Или же, например, адгезив может быть двухкомпонентным адгезивом, то есть состоящим из двух частей, которые смешиваются друг с другом перед нанесением адгезива, и спустя некоторое время адгезив сам застывает (отвердеванию могут способствовать условия повышенной температуры). В целом подходящие адгезивы, которые могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, могут включать фотоотвердеваемые адгезивы, двухкомпонентные адгезивы, цианоакрилатные адгезивы и им подобные. В результате отвердевания адгезив необратимо скрепляет ориентированный хромонный материал с принимающей основой или с промежуточным слоем, присутствующим на принимающей основе. В процессе отвердевания адгезив может образовывать по меньшей мере некоторое количество ковалентных связей с поверхностями обоих из скрепляемых между собой слоев, например с молекулами орентированного хромонного материала.
В некоторых воплощениях отверждаемый адгезив может быть нанесен на принимающую основу, а затем слой ориентированного хромонного материала может быть приведен в контакт со слоем адгезива, после чего адгезив подвергается отвердеванию. В других воплощениях отверждаемый адгезив может быть нанесен на слой (высушенного) ориентированного хромонного материала, а затем принимающая основа может быть приведена в контакт с адгезивным слоем, после чего адгезив подвергается отвердеванию. В некоторых воплощениях отверждаемый адгезив выбирается таким образом, чтобы он после отвердевания образовывал прочную и жесткую решетку. Такое свойство адгезива может уменьшать вероятность растрескивания, деформации и прочих видов повреждений ориентированного хромонного материала при последующей обработке (например, при сборке жидкокристаллического элемента и/или при тепловой обработке). В различных воплощениях отверждаемый адгезив после отвердевания имеет твердость по шкале Шора «D» (измеренную, например, в соответствии с методом, изложенном в ASTM D2240-05), составляющую по меньшей мере 20, по меньшей мере 40 или по меньшей мере 60.
В некоторых воплощениях отверждаемый адгезив не содержит ни до отвердевания, ни после отвердевания, типично применяемого адгезива, чувствительного к давлению (как описано, например, в патенте США 7026168, колонка 16, строки 11-40, упоминаемом в настоящем описании для ссылки). В некоторых воплощениях отверждаемый адгезив является оптически прозрачным (что делает его особенно подходящим для использования в оптических устройствах, таких как жидкокристаллические элементы).
Итак, отверждаемые адгезивы, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, включают любые адгезивы, которые являются достаточно текучими в неотвержденном состоянии, могут быть отверждены до достаточно жесткого состояния, и будучи отвержденными, являются достаточно оптически прозрачными. Конкретные типы адгезивов, которые могут быть использованы, включают, например, адгезивы: производства 3М Company (Сент-Пол, штат Миннесота, США), предлагаемый под торговым названием СА8 Instant Adhesive, производства Norland Products (Крэнбери, Нью-Джерси, США), предлагаемый под торговым названием Optical Adhesive 68, и производства Delo Industrial Adhesive Company (Виндах, Германия), предлагаемый под торговым названием Delo Katiobond 698. Ориентированные хромонные материалы в соответствии с настоящим изобретением могут быть перенесены с гибкой основы на принимающую основу, после чего гибкая основа может быть удалена для получения заготовки, которая может быть использована, например, для сборки жидкокристаллического элемента. Подходящие принимающие основы могут включать любой оптически прозрачный материал. В контексте настоящего описания материал считается оптически прозрачным, если он пропускает по меньшей мере ощутимую часть падающего на него количества света. Предпочтительно, чтобы оптически прозрачный материал обеспечивал прохождение через него существенного количества (видимого) света, и наиболее предпочтительно, чтобы данный материал был практически полностью прозрачным. Примеры оптически прозрачных материалов включают пленки (например, толщиной 1,0 мм или менее), содержащие полиэфиры, такие как поли(этилен-терефталат), поли(этилен-нафталат) и поли(бутилен-терефталат), их сополимеры и смеси (включая ориентированные виды таких пленок); полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен, их сополимеры и смеси (включая ориентированные виды таких пленок, например, двухосно ориентированную полипропиленовую пленку); полициклические олефины; полиарилаты; полиэфир-сульфоны; поликарбонаты; нейлон; полиэфир-эфир-кетоны; полисульфоны; полиэфиримиды и им подобные. В некоторых воплощениях, которые могут быть особенно полезными для таких приложений, как самозатемняющиеся фильтры (например, для защиты глаз при сварке), могут использоваться принимающие основы, обладающие повышенным термическим сопротивлением. Такие принимающие основы могут содержать органические полимерные материалы (например, термопластические или термоотвержденные), обладающие повышенным термическим сопротивлением (например, некоторые виды поликарбонатов, полисульфоны, полиэфир-эфир-кетоны, полиарилаты, полициклические олефины и прочее). В некоторых воплощениях принимающая основа содержит стекло на основе кремнезема.
В некоторых воплощениях принимающая основа может быть гибкой (например, содержать гибкий органический полимерный материал (термопластический или термоотвержденный, в соответствии с примерами, приведенными выше)). Такие гибкие принимающие основы могут быть особенно полезны в некоторых воплощениях, которые будут подробно обсуждаться ниже.
Принимающая основа содержит по меньшей мере первую основную (принимающую) поверхность, которая может принимать ориентированный хромонный материал (или промежуточный слой, если таковой имеется, например, проводящий слой, слой адгезива или прочий слой). В некоторых воплощениях криволинейная первая основная поверхность является вогнутой основной поверхностью или выпуклой основной поверхностью. Принимающая основа может также содержать вторую основную поверхность, находящуюся напротив первой основной поверхности. Вторая основная поверхность может быть криволинейной, и в таком случае она может быть в целом дополнительной по отношению к кривизне первой основной поверхности (например, первая основная поверхность может иметь вогнутую криволинейную форму, а вторая основная поверхность в этом случае может иметь выпуклую криволинейную форму с профилем, в целом параллельным профилю первой основной поверхности). Такое взаимное расположение основных поверхностей может быть достигнуто путем соответствующего способа изготовления основы (например, ее формования, обработки ее поверхностей до требуемой формы или путем изгиба гибкой основы до требуемой кривизны).
В некоторых воплощениях принимающая основа может быть относительно толстым листом (например, иметь толщину 1 мм или более) или пластиной, а не пленкой (при этом принимающая основа может содержать любой из перечисленный выше материалов). В некоторых воплощениях такого типа толстый лист или пластина может содержать одну основную поверхность (например, принимающую поверхность), которая является криволинейной, и вторую, обращенную в противоположную сторону, поверхность, которая является в целом плоской и/или не скривленной по такой же форме или таким же образом, как первая (принимающая) поверхность.
Жидкокристаллические элементы, как правило, включают по меньшей мере один оптически прозрачный проводящий слой (например, из оксида индия-олова). Часто такие проводящие материалы получают осаждением паров (например, нанесением покрытия разбрызгиванием или химическим осаждением паров). В некоторых воплощениях такой проводящий слой наносится на принимающую основу (например, на вогнутую основную поверхность оптически прозрачной основы). После этого поверх проводящего слоя наносится отверждаемый адгезив, затем в контакт со слоем адгезива приводится слой ориентированного хромонного материала (на гибкой основе), и адгезив отверждается. В других воплощениях проводящий слой наносится на принимающую основу, а отверждаемый адгезив наносится на слой ориентированного хромонного материала (на гибкой основе), и после этого принимающая основа с нанесенным на нее проводящим слоем приводится в контакт с адгезивом, и адгезив отверждается. В обоих случаях отвержденный адгезив служит для скрепления слоя ориентированного хромонного материала с проводящим слоем.
Еще в некоторых воплощениях проводящий слой может наноситься (например, осаждением паров) непосредственно на поверхность слоя высушенного ориентированного хромонного материала. Изобретатели обнаружили, что целостность слоя ориентированного хромонного материала и находящегося поверх него проводящего слоя, а также их взаимное скрепление могут быть сохранены в процессе сборки жидкокристаллического элемента. Это позволяет обеспечит способ изготовления, в котором слой ориентированного хромонного материала наносится поверх гибкой основы, после чего поверх ориентированного хромонного материала наносится слой проводящий слой, и после этого проводящий слой скрепляется с принимающей основой с помощью отверждаемого адгезива. В некоторых воплощениях отверждаемый адгезив наносится на принимающую основу, и пакет из проводящего слоя, слоя ориентированного хромонного материала и гибкой основы приводится в контакт с пакетом из отверждаемого адгезива и принимающей основы, так что проводящий слой приводится в контакт с адгезивом, и после отвердевания адгезив скрепляет проводящий слой с принимающей основой. В альтернативных воплощениях отверждаемый адгезив наносится на проводящий слой в составе пакета проводящий слой/слой ориентированного хромонного материала/гибкая основа, и данный пакет подводится к принимающей основе, так что адгезив будет находиться в контакте с принимающей основой, и после отвердевания адгезива он скрепит между собой проводящий слой и принимающую основу. Ниже, со ссылками на фиг.1-4, подробно обсуждаются упомянутые выше способы.
В первом воплощении, схематично изображенном на фиг.1, обеспечивается слой 400 ориентированного хромонного материала (например, путем нанесения покрытия и последующей сушки) на гибкой основе 600, на основную поверхность 110 принимающей основы 100 (которая может быть вогнутой основной поверхностью, как это показано на фиг.1) наносится проводящий слой 200, и поверх проводящего слоя 200 наносится слой отверждаемого адгезива 300. Пакет из слоя 400 ориентированного хромонного материала и гибкой основы 600 прикладывается к пакету из принимающей основы 100, проводящего слоя 200 и слоя 300 адгезива, так что слой 300 отверждаемого адгезива приводится в контакт со слоем 400 ориентированного хромонного материала. После этого слой 300 отверждается, в результате чего из него образуется слой 310 отвержденного адгезива (на фиг.1 не показан), после чего гибкую основу 600 отделяют от слоя 400 ориентированного хромонного материала и удаляют, и таким образом обеспечивают заготовку, которая впоследствии может быть, например, использована для сборки жидкокристаллического элемента.
Во втором воплощении, схематично изображенном на фиг.2, обеспечивается слой 400 ориентированного хромонного материала на гибкой основе 600, поверх слоя 400 ориентированного хромонного материала наносится слой 300 отверждаемого адгезива, а на основную поверхность 110 принимающей основы 100 (которая может быть вогнутой основной поверхностью, как это показано на фиг.2) наносится проводящий слой 200. Пакет из слоя 300 адгезива, слоя 400 ориентированного хромонного материала и гибкой основы 600 и пакет из принимающей основы 100 и проводящего слоя 200 подводятся друг к другу таким образом, что слой 300 отверждаемого адгезива приводится в контакт с проводящим слоем 200. После этого слой 300 отверждается, в результате чего из него образуется слой 310 отвержденного адгезива, и затем гибкую основу 600 отделяют от слоя 400 ориентированного хромонного материала и удаляют.
В третьем воплощении, схематически изображенном на фиг.3, обеспечивается слой 400 ориентированного хромонного материала на гибкой основе 600, на слой 400 ориентированного хромонного материала наносится проводящий слой 200, а на основную поверхность 110 принимающей основы 100 (которая может быть вогнутой основной поверхностью, как это показано на фиг.3) наносится слой 300 отверждаемого адгезива 300. Пакет из проводящего слоя 200, слоя 400 ориентированного хромонного материала и гибкой основы 600 и пакет из принимающей основы 100 и слоя 300 адгезива подводятся друг к другу таким образом, что слой 300 отверждаемого адгезива приводится в контакт с проводящим слоем 200. После этого слой 300 адгезива отверждается, в результате чего из него образуется слой 310 отвержденного адгезива, и затем гибкую основу 600 отделяют от слоя 400 ориентированного хромонного материала и удаляют.
В четвертом воплощении, схематически изображенном на фиг.4, обеспечивается слой 400 ориентированного хромонного материала на гибкой основе 600, на слой 400 ориентированного хромонного материала наносится проводящий слой 200, а на проводящий слой 200 наносится слой 300 отверждаемого адгезива. После этого обеспечивается принимающая основа 100, содержащая основную поверхность 110, (которая может быть вогнутой основной поверхностью, как это показано на фиг.4). Пакет из слоя 300 адгезива, проводящего слоя 200, слоя 400 ориентированного хромонного материала и гибкая основа 600, а также принимающая основа 100 подводятся друг к другу таким образом, что слой 300 отверждаемого адгезива приводится в контакт с основной поверхностью 110 принимающей основы 100. После этого слой 300 отверждается, в результате чего из него образуется слой 310 отвержденного адгезива, и затем гибкую основу 600 отделяют от слоя 400 ориентированного хромонного материала и удаляют.
Процесс, описанный выше со ссылками на фиг.1-4, может быть использован для изготовления заготовки 10/10', различные воплощения которой изображены на фиг.5 и 6. Заготовка 10/10' может быть затем использована для сборки жидкокристаллического элемента. В воплощении, изображенном на фиг.5 (изготовленном в соответствии с процедурами, изображенными на фиг.1 и 2), заготовка 10 содержит (по порядку): принимающую основу 100, проводящий слой 200, слой 310 отвержденного адгезива и слой 400 ориентированного хромонного материала. В воплощении, изображенном на фиг.6 (изготавливаемом в соответствии с процедурами, изображенными на фиг.3 или 4), заготовка 10' содержит (по порядку):
2
2
2
принимающую основу 100, слой 310 отвержденного адгезива, проводящий слой 200, и слой 400 ориентированного хромоного материала. В различных воплощениях способа, изображенных на фиг.1-4, может использоваться слой 400 ориентированного хромоного материала относительно большой площади, так что может быть изготовлена заготовка 10/10' также относительно большой площади. В различных воплощениях площадь слоя ориентированного хромонного материала 400, переносимого с гибкой основы 600, составляет по меньшей мере 20 см, по меньшей мере 30 см или по меньшей мере 50 см. Еще в некоторых воплощениях способ, описанный выше со ссылками на фиг.1-4, может быть осуществлен таким образом, что участок слоя ориентированного хромонного материала 400, переносимого на основную поверхность 110 принимающей основы 100, имеет размеры практически такие же, как участок основной поверхности 110. В различных воплощениях площадь слоя 400 ориентированного хромонного материала, переносимого на основную поверхность 110 принимающей основы 100, составляет по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80% или по меньшей мере 90% площади основной поверхности 110.
Способ, описанный выше со ссылками на фиг.1-4, может быть осуществлен и в том случае, когда основная поверхность 110 принимающей основы 100 является криволинейной (вогнутой или выпуклой). В таком случае при переносе слоя 400 ориентированного хромонного материала на криволинейную основную поверхность 110 принимающей основы 100 к ориентированному хромонному материалу практически не прикладывается касательного напряжения, в результате чего слой 400 ориентированного хромонного материала сохраняет свою структурную целостность (то есть не растрескивается, не ломается и не претерпевает иных повреждений). В некоторых воплощениях криволинейная основная поверхность 110 принимающей основы 100 является вогнутой основной поверхностью.
Еще в некоторых воплощениях способа, описанного выше со ссылками на фиг.1-4, принимающая основа 100 содержит вогнутую основную поверхность 110, имеющую радиус кривизны между 40 мм и 200 мм. Заготовки 10/10' с такими радиусами кривизны могут быть особенно полезны для изготовления относительно больших по размеру и имеющих криволинейную форму жидкокристаллических элементов, которые, будучи частью устройства индивидуальной защиты, могут обеспечивать лучший угол обзора для пользователя. Элементы с различным радиусом кривизны могут использоваться для изготовления устройств индивидуальной защиты различных типов и различных размеров. Заготовка 10/10' в соответствии с настоящим изобретением, изготовленная в соответствии со способом, описанным выше со ссылкой на фиг.1-4, может использоваться для формирования жидкокристаллического элемента. Для сборки такого элемента может быть обеспечена вторая заготовка. Вторая заготовка может содержать по меньшей мере вторую основу (например, стеклянную основу), проводящий слой и ориентирующий слой. Ориентирующий слой может содержать слой ориентированного хромонного материала, подобный описанному выше; или же может использоваться обычный ориентирующий слой (например, из натертой полиимидной пленки). Вторая заготовка может также содержать поляризатор (например, поляризатор, плоскость поляризации которого расположена под некоторым углом к плоскости поляризации поляризационого слоя первой заготовки, например, под прямым углом, как обычно применяется в данной области техники). При необходимости в любую из заготовок могут быть также включены прочие дополнительные слои. В воплощениях, в которых слой 400 ориентированного хромонного материала и описанные выше связанные с ним слои нанесены на вогнутую основную поверхность 110 принимающей основы 100, в результате чего формируется заготовка 10/10' (например, как показано на фиг.1-6), вторая основа (второй заготовки) может иметь выпуклую основную поверхность, которая по размерам и кривизне достаточно тесно сопрягается с вогнутой основной поверхностью 110 принимающей основы 100 (при такой конструкции две заготовки сопрягаются друг с другом и образуют криволинейный жидкокристаллический элемент, как будет обсуждено ниже).
Для формирования жидкокристаллического элемента вторая заготовка сопрягается с первой заготовкой 10/10' (то есть две заготовки подносятся достаточно близко друг к другу так, чтобы между ними образовалась сравнительно узкая полость (толщиной, например, менее чем примерно 100 мкм, часто примерно от 2 до 10 мкм), то есть так, чтобы ориентирующий слой первой заготовки 10/10' и ориентирующий слой второй заготовки расположились достаточно близко друг к другу, были обращены друг к другу, и между ними осталась узкая полость. Две заготовки имеют такую конструкцию, чтобы при их сопряжении толщина узкой полости между ними (а именно, между их ориентирующими слоями), была относительно постоянной в пределах примерно 80% площади первой заготовки 10/10' (такая практически равномерная, то есть в пределах ±50%, толщина полости может быть достигнута за счет использования элементов-разделителей, таких как стеклянные микросферы практически постоянного диаметра, как известно сведущим в данной области техники). После этого в полость вводится жидкокристаллический материал, который заполняет полость и находится в контакте с обоими находящимися друг напротив друга ориентирующими слоями. Сборка запечатывается по периметру способами, известными сведущим в данной области техники, к проводящим слоям сборки подсоединяются электрические провода и так далее до получения полностью функционального жидкокристаллического элемента. Пример воплощения жидкокристаллического элемента, изготовленного способом в соответствии с настоящим изобретением, изображен на фиг.7. Такой элемент изготавливается следующим образом: сначала изготавливается первая заготовка 10 (аналогичная изображенной на фиг.5, способом, описанным выше со ссылкой на фиг.1 или 2), содержащая принимающую основу 100 с вогнутой основной поверхностью 110, на которой находятся (по порядку): проводящий слой 200, слой 310 отвержденного адгезива и слой 400 ориентированного хромонного материала. Обеспечивается вторая заготовка 1010, изготавливаемая способом, аналогичным одному из способов, описанных выше, содержащая вторую основу 1100 с выпуклой основной поверхностью 1110, на которой находятся (по порядку): проводящий слой 1200, слой 1310 отвержденного адгезива и слой 1400 ориентированного хромонного материала. Две заготовки сопрягаются друг с другом так, чтобы обеспечить узкую полость между слоем 400 ориентированного хромонного материала и слоем 1400 ориентированного хромонного материала. После этого в полость вводится жидкокристаллический материал, в результате чего образуется жидкокристаллический слой 500, находящийся в непосредственном контакте со слоями 400 и 1400 ориентированных хромонных материалов.
2
2
2
Еще одно воплощение жидкокристаллического элемента, изготовленного способами в соответствии с настоящим изобретением, изображено на фиг.8. Такой элемент может быть изготовлен следующим образом: изготавливается заготовка 10', аналогичная изображенной на фиг.6, способом, описанным выше со ссылкой на фиг.3 или 4), содержащая принимающую основу 100 с вогнутой основной поверхностью 110, на которой находятся (по порядку): слой 310 отвержденного адгезива, проводящий слой 200 и слой 400 ориентированного хромонного материала. Обеспечивается вторая заготовка 1010, изготавливаемая способом, аналогичным одному из способов, описанных выше, содержащая вторую основу 1100 с выпуклой основной поверхностью 1110, на которой находятся (по порядку): слой 1310 отвержденного адгезива, проводящий слой 1200 и слой 1400 ориентированного хромонного материала. Две заготовки сопрягаются друг с другом так, чтобы обеспечить узкую полость между слоем 400 ориентированного хромонного материала и слоем 1400 ориентированного хромонного материала. После этого в полость вводится жидкокристаллический материал, в результате чего образуется жидкокристаллический слой 500, находящийся в непосредственном контакте со слоями 400 и 1400 ориентированных хромонных материалов. В обоих описанных выше воплощениях на поверхности принимающих основ нанесены в виде покрытий различные слои, упомянутые выше, и при сборке заготовок друг с другом данные слои (хромонных материалов, проводящие слои, слои адгезивов) оказываются коэкстенсивными (то есть все покрывающие друг друга), по меньшей мере в требуемой области прохождения оптического пучка. Такая область прохождения оптического пучка может соответствовать требуемому углу обзорности готового жидкокристаллического элемента и/или самозатемняющегося фильтра, который будет изготовлен из такого жидкокристаллического элемента, и может иметь площадь, например, по меньшей мере 20 см, по меньшей мере 30 см или по меньшей мере 50 см.
В других воплощениях (на чертежах не показаны) первая заготовка, аналогичная заготовке 10, может сопрягаться со второй заготовкой типа 1010'; или же первая заготовка типа 10' может сопрягаться со второй заготовкой типа 1010.
Как было указано выше, вместо использования второй заготовки типа 1010 или 1010' во второй заготовке вместо слоя 1400 ориентированного хромонного материала может использоваться обычный ориентирующий слой, и/или может использоваться обычный поляризатор вместо слоя 1400 ориентированного хромонного материала, в который включен плеохроический краситель (в данном случае может использоваться слой 1400 ориентированного хромонного материала, но не содержащего плеохроического красителя, или же слой 1400 ориентированного хромонного материала может вообще отсутствовать). Используемый обычный поляризатор может быть расположен на передней или обратной стороне второй основы 1100.
В описанных выше жидкокристаллических элементах поляризующие слои и ориентирующие слои могут быть расположены относительно друг друга таким образом, что полученный жидкокристаллический элемент будет иметь требуемый угол закручивания, как известно сведущим в данной области техники. Жидкокристаллический элемент может быть также выполнен становящимся более прозрачным для света при приложении к нему электрического поля, или, наоборот, менее прозрачным для света при приложении к нему электрического поля, опять же, как известно сведущим в данной области техники.
Изобретателями предвидятся и прочие варианты конструкции. Так, например, по меньшей мере одна из принимающих основ: 100 или 1100 - может быть гибкой, как упоминалось выше.
В воплощениях такого типа заготовка 10/10' может быть плоской при сборке (а не криволинейной, как в воплощениях, изображенных на фиг.5 и 6), и после ее изготовления ей может быть придана криволинейная форма, чтобы можно было сопрячь ее со второй криволинейной заготовкой 1010/1010'. Подобным образом вторая заготовка 1010/1010' может собираться плоской, и после ее сборки ей может быть придана требуемая криволинейная форма для ее сопряжения с криволинейной заготовкой 10/10'. В некоторых воплощениях обе заготовки: 10/10' и 1010/1010' - могут быть гибкими, так что формируемый из них жидкокристаллический элемент 1 сразу после сборки является плоским.
После сборки жидкокристаллическому элементу 1 может быть придана криволинейная форма (подобная форме элементов, изображенных на фиг.7 и 8).
В некоторых воплощениях соответствующие слои (хромонные, проводящие и прочие) могут не переноситься с гибкой основы, а наноситься в виде покрытий непосредственно на принимающую основу, например, на плоскую, гибкую принимающую основу, которой затем, то есть в процессе формирования жидкокристаллического элемента, может быть придана криволинейная форма (например, как части заготовки или как части всего жидкокристаллического элемента).
2
2
2
Жидкокристаллические элементы в соответствии с настоящим изобретением могут обладать рядом преимуществ. Как упоминалось выше, включение плеохроического красителя в слой 400 ориентированного хромонного материала позволяет использовать данный слой не только в качестве ориентирующего, но и в качестве поляризационного, в результате чего может отпадать необходимость в использовании отдельного, обычного поляризатора. Если в элементе имеется второй слой 1400 ориентированного хромонного материала, включающий плеохроический краситель, соответственно может отпадать необходимость в использовании дополнительного обычного поляризатора. Кроме того, в некоторых воплощениях, в которых проводящий слой 200 наносится непосредственно на слой 400 ориентированного хромонного материала (например, как показано на фиг.3, в результате чего получается заготовка 10', имеющая конфигурацию, изображенную на фиг.6), расстояние между проводящим слоем 200 и проводящим слоем 1200 может быть уменьшено до минимума (так как в данном воплощении слой 310 отвержденного адгезива не расположен между проводящими слоями 200 и 1200). Подобным образом, если проводящий слой 1200 наносится непосредственно на слой 1400 ориентированного хромонного материала, расстояние между проводящими слоями 200 и 1200 может быть еще более уменьшено (так как в данном воплощении слой 310 отвержденного адгезива также не расположен между проводящими слоями 200 и 1200). Уменьшение до минимума расстояния между проводящими слоями 200 и 1200, например, как показано на фиг.8, позволяет снизить напряжение, требующееся для управления работой жидкокристаллического элемента. Описанные выше конструкции могут быть особенно полезны, если жидкокристаллический элемент используется в качестве самозатемняющегося фильтра. В примерах, изображенных на фиг.7 и 8, нет компонентов (проводящего слоя, поляризационного слоя, ориентирующего слоя и прочих), расположенных на «внешней» стороне первой основы 100 (то есть на стороне первой основы 100, самой близкой к источнику 8 света и/или тепла). А именно, жидкокристаллический элемент 1, расположенный на фиг.7 и 8, содержит «внутренний» поляризатор (например, в виде слоя 40, одновременно являющегося ориентирующим и поляризационным), что означает, что поляризационный слой 400 расположен между основами 100 и 1100, в отличие от «наружного» поляризатора, который был бы расположен на внешней стороне основы 100 (то есть который был бы обращен к внешнему источнику 8 света). Поэтому дополнительным преимуществом способов, предлагаемых в соответствии с настоящим изобретением, является то, что они позволяют расположить определенные слои на «внутренней» стороне основы 100 по отношению к внешнему источнику 8 света и/или тепла (а «наружная» сторона, как упоминалось выше, может быть выполнена таким образом, что она будет обладать повышенным термическим сопротивлением). Воплощения, в которых основа 100 жидкокристаллического элемента 1 содержит вогнутую основную поверхность 110 (за счет использования основы 100, сразу изготавливаемую как имеющую криволинейную основную поверхность 110, или же за счет использования гибкой основы 100 и последующего изгиба заготовки 10/10', и/или всего жидкокристаллического элемента 1 при их сборке, в процессе чего обеспечивается требуемая вогнутость поверхности 110), могут быть особенны полезны для изготовления самозатемняющихся фильтров в устройствах для защиты глаз. Как упоминалось выше, такая конструкция позволяет изготовить самозатемняющийся фильтр криволинейной (дугообразной) формы. Пример применения такого дугообразного самозатемняющего фильтра изображен на фиг.9, на которой показан шлем 7 сварщика, содержащий криволинейный самозатемняющийся фильтр 6, содержащий в свою очередь жидкокристаллический элемент 1. Так, жидкокристаллический элемент 1 может быть частью самозатемняющегося фильтра 6, имеющего такую форму, что когда устройство защиты глаз (то есть шлем 7) надето пользователем, вогнутая основная поверхность 110 первой основы 100 обращена к глазам пользователя, а вторая основная поверхность 105 первой основы 100 (расположенная напротив первой основной поверхности), обращена наружу, то есть к источнику 8 света и/или тепла. Как упоминалось выше, использование такого самозатемняющегося фильтра может обеспечивать более широкий угол обзора, менее искаженное поле зрения и/или более сплошное поле зрения, чем самозатемняющийся фильтр, в котором используется один плоский жидкокристаллический элемент или набор из нескольких плоских жидкокристаллических элементов. В различных воплощениях область обзора самозатемняющегося фильтра 6/жидкокристаллического элемента 1 может иметь площадь по меньшей мере 20 см, по меньшей мере 30 см, или даже по меньшей мере 50 см.
Возможны различные вариации при изготовлении жидкокристаллических элементов, самозатемняющихся фильтров и/или устройств индивидуальной защиты в соответствии с настоящим изобретением. Так, например, самозатемняющийся фильтр 6, включающий жидкокристаллический элемент 1 в соответствии с настоящим изобретением, может также включать дополнительные жидкокристаллические элементы, обеспечивающие тот же пучок оптических путей и которые могут быть обычными жидкокристаллическими элементами, или жидкокристаллическими элементам, изготовленными по меньшей мере частично с использованием способов или компонентов в соответствии с настоящим изобретением. Могут быть использованы также дополнительные слои, например, инфракрасные фильтры или ульрафиолетовый фильтр. Кроме того, несмотря на то, что на чертежах основная поверхность 105 первой основы (находящаяся напротив основной поверхности 110) для примера изображена выпуклой и в точности дополнительной по форме (параллельной) по отношению к криволинейной вогнутой поверхности 110, это не является обязательным. Так, например, основная поверхность 105, находящаяся напротив основной поверхности 110, может содержать одну плоскую поверхность, несколько плоских поверхностей или иметь прочие формы. Подобным образом, несмотря на то, что обратная сторона 1105 второй основы 1100 (например, на фиг.7) показана как вогнутая и по форме в точности дополнительная по отношению к выпуклой основной поверхности 1110 основы 1100, это также не является обязательным.
В некоторых воплощениях при использовании жидкокристаллического элемента 1 для изготовления самозатемняющегося фильтра 6 жидкокристаллический элемент 1 может быть расположен за одним или более слоями, обеспечивающими одно, несколько или все из следующих ствойств: повышенное термическое сопротивление, повышенную непроницаемость по отношению к воде, влаге, органическим парам и прочее. В некоторых воплощениях весь жидкокристаллический элемент 1 может быть в сущности и полностью запечатан внутри ячейки, изготовленной из материалов, обеспечивающих повышенное сопротивление теплу, воде, влаге, органическим парам и прочим факторам. Такие конструкции могут быть особенно удобны в случаях, если не все компоненты жидкокристаллической ячейки 1 обладают достаточным термическим сопротивлением (например, если основы 100 и/или 1100 содержат термопластические материалы, такие как полипропилен, полиэтилен-терефталат и им подобные).
В некоторых воплощениях основа 100 может иметь сложную кривизну. То есть вместо постоянного радиуса кривизны, придающего ей дугообразный профиль, основа 100 может иметь форму, при которой радиус кривизны различен в различных частях основной поверхности 110 основы 100. (При этом основа 1100 может иметь аналогичную форму, дополнительную по отношению к форме основы 100). Такая конструкция позволяет изготовить самозатемняющийся фильтр с еще большим полем обозрения, например, фильтр, огибающий глаза пользователя (в горизонтальной плоскости) и обеспечивающий лучшее периферическое зрение.
Пример
4-диметиламино-1-[4,6-ди(4-карбоксифениламино)-1,3,5-триазин-2-ил]пиридиий хлорид (хромонный материал, соответствующий формуле III, изображенной выше), готовили способом, аналогичным описанному в Примере 1 патента США 6488866.
После этого готовили смесь, содержащую следующие компоненты: примерно 5,0 г деионизованной воды, примерно 1,0 г указанного выше хромонного материала, примерно 3,5 г 9%-ного водного раствора (по весу) Direct Blue 199 (производства Sensient Technologies, Милуоки, штат Висконсин, США), примерно 0,2 г этилен-диамина (производства Sigma-Aldrich, Сент-Льюис, штат Миссури, США), примерно 0,25 г Direct Red 79 (чистота >95%) производства Sensient Corporation, примерно 0,25 г Reactive Yellow 27 (производства Sensient Corporation) и примерно 0,045 г 10%-ного водного раствора Triton Х-100 (производства Sigma Aldrich).
Вышеперечисленные материалы перемешивали до их полного растворения, после чего раствор фильтровали с помощью поршневого фильтра с размером пор 5 мкм. После этого раствор наносили в виде покрытия с помощью лабораторного устройства для нанесения покрытий ножевого типа на пленку из полиэтилен-терефталата (ПЭТ) торговой марки Mylar производства DuPont Teijin Films (Хоупвелл, Вирджиния, США) толщиной примерно 0,125 мм. Толщина влажного покрытия была подобрана так, чтобы толщина хромонного материала после высыхания составила 1-2 мкм. Покрытие сушили на воздухе в течение примерно 15 мин, после чего поверх высушенного хромонного покрытия наносилось тонкое покрытие из оксида индия-олова методом разбрызгивания. Толщина покрытия из оксида индия-олова, составляющая несколько сот ангстрем, должна обеспечивать проводящий слой с номинальным сопротивлением в диапазоне нескольких сот Ом. Таким образом получали гибкий пакет, содержащий основу из полиэфира, высушенный хромонный материал и оксид индия-олова.
После этого брали стеклянную основу, имевшую толщину примерно 3 мм, ширину примерно 50 мм, длину 140 мм и радиус кривизны примерно 114 мм. На вогнутую поверхность стеклянной основы наносили слой отверждаемого ультрафиолетом адгезива (оптический адгезив номер 68 производства Norland Products, Крэнберри, штат Нью-Джерси, США) толщиной примерно 5 мкм.
После этого упомянутый пакет (изогнутый таким образом, что слой оксида индия-олова составлял самую наружную сторону пакета на выпуклой его стороне) нежно переносили на вогнутую стеклянную основу и ламинировали с ней с помощью резинового валика, так что слой оксида индия-олова приводился в контакт с УФ-отверждаемым адгезивом. Пакет удерживали в данном положении, и адгезив отверждали с помощью ультрафиолетового света длиной волны 365 нм с помощью ультрафиолетовой лампы производства Sigma-Aldrich в течение примерно 3 мин. Основу из полиэфира после этого удаляли, и оставалась стеклянная основа с расположенными на ней слоями отвержденного адгезива, оксида индия-олова и высушенного хромонного материала.
Подразумевается, что описанные выше испытания и их результаты являются чисто иллюстративными, а не предсказательными для всех случаев, и можно ожидать, что при внесении изменений в процедуру испытания можно получить иные результаты. Приведенные выше подробное описание и пример приведены исключительно для ясности понимания. Из них не следует делать выводов ни о каких ограничениях.
Настоящее изобретение описано выше на примере нескольких его воплощений. Сведущим в данной области техники будет очевидно, в описанные воплощения могут быть внесены изменения без отхода от масштабов настоящего изобретения. В этой связи масштаб настоящего изобретения не следует рассматривать как ограниченный точными подробностями и структурами, описанными выше, а следует его рассматривать как ограниченный структурами, изложенными в формуле изобретения и эквивалентными им структурами.