CN103074074A - 光可调制组合物及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光可调制组合物，包含液晶材料、包含至少一手性中心与至少一乙烯性双键的光可调制材料，以及光起始剂。此光可调制组合物实质上不含交联剂。

Description

光可调制组合物及其形成方法

技术领域

本发明涉及一种新颖的光可调制组合物、涉及使用光可调制组合物形成光可调制聚合物的方法、以及包含此光可调制聚合物的多彩液晶显示器。本发明特别是涉及一种不使用交联剂的光可调制组合物，在不同曝光能量下，形成反射不同波长的光可调制聚合物。本发明的单一光可调制组合物可以形成多彩的光可调制聚合物，与单层的多彩液晶显示器，于是可减少基板切割次数，提高良率。

背景技术

胆甾相液晶属于反射式显示器，利用外界环境光源显示影像，因此不需背光源，所以胆甾相液晶在使用时非常省电，是一种环保的材料。胆甾相液晶的特性是，胆甾相液晶的螺距(pitch)的长度可以随着温度的不同而改变，因此会产生不同波长的选择性反射，而得到不同的颜色。因此，变化胆甾相液晶的颜色，可藉由添加不同旋转螺距(pitch)的旋光剂，调整其反射波长，而显示红、绿、蓝等等不同颜色，达到全彩化显示的需求。

传统的彩色胆甾相显示技术，是使用三片单色胆甾相基板加以重迭所组成，例如堆叠红色、绿色、蓝色的不同胆甾相基板。藉由不同胆甾相基板的切换与反射来达到全彩的结果，不过由于三片重迭的工艺，必须考虑到像素重叠的问题，在工艺上有对位不易，成本过高的缺点。若是使用另一种单层分道注入方法(例如台湾公开号200941073之内容)，则是有基板切割的工艺困难点有待克服。

美国专利5,668,614在实施例10中例示了一种光可调制组合物，其包含液晶材料与作为光可调制材料的交联单体联苯双丙烯酸酯(bisacrylatebiphenyl，BAB)。由于交联剂联苯双丙烯酸酯不易合成且取得困难，所以仍然需要光可调制组合物的新配方。

发明内容

本发明因此提出一种新颖的光可调制组合物、使用此光可调制组合物形成光可调制聚合物的方法、与包含此光可调制聚合物的多彩液晶显示器。本发明的光可调制组合物特别不含交联剂，而在不同曝光能量下，就可以形成反射不同波长的光可调制聚合物。换言之，本发明的单一光可调制组合物可以转换成多彩的光可调制聚合物，于是在单一层的光可调制组合物中还得到多彩液晶显示器，于是可减少基板切割次数，提高良率。

本发明首先提出一种光可调制组合物，包含75-99重量百分比的液晶材料、1-20重量百分比的光可调制材料，其包含至少一手性中心与至少一乙烯性双键，以及0.05-5重量百分比的光起始剂。本发明的光可调制组合物，实质上不含无手性中心的乙烯性双键交联剂。

在本发明一实施态样中，液晶材料可以包含一种或是多种液晶单体。例如，液晶单体可以为向列相液晶及/或胆甾相液晶。在本发明另一实施态样中，光可调制材料可以为一双萘酚基团及/或低聚物，而手性中心可以为光可调制手性中心，例如可以经由照光来改变此手性中心的手性。在本发明另一实施态样中，光起始剂可以为过氧化物起始剂，例如过氧苯甲酰(benzoyl peroxide)与超氧苯甲酰(benzoyl superoxide)、偶氮化合物起始剂，例如偶氮二异丁腈(AIBN)、氧化还原起始剂、阴离子型起始剂与阳离子型起始剂。

本发明其次提出一种使用光可调制组合物，在适当曝光条件下，形成光可调制聚合物的方法。首先，提供一光可调制组合物，其包含75-99重量百分比的液晶材料、1-20重量百分比的光可调制材料，其包含至少一手性中心与至少一乙烯性双键，以及0.05-5重量百分比的光起始剂。其次，提供第一光能量，在第一区域中引发第一光可调制反应，以改变光可调制材料而得到第一螺距(pitch)。然后，又提供第二光能量，在第二区域中引发第二光可调制反应，以改变光可调制材料而得到与第一螺距不同之第二螺距。第一螺距与第二螺距可以分别选择性反射第一波长与第二波长。第一波长与第二波长可以为红光、绿光、蓝光其中一者。

特别是，第一螺距、第二螺距彼此皆不同。因此，所得的光可调制聚合物链中，不但实质上不含无手性中心的乙烯性双键交联剂，还可以进一步组合不同的反射光，而形成多彩或是全彩的液晶显示器。

本发明又提出一种多彩液晶显示器，其包含第一电极、第二电极，以及一光可调制聚合物。此光可调制聚合物位于第一电极与第二电极之间，并具有至少一第一聚合态与一第二聚合态。光可调制聚合物包含75-90重量百分比的液晶材料、1-20重量百分比的光可调制材料，包含至少一手性中心与至少一乙烯性双键以及0.05-5重量百分比的光起始剂。第一聚合态会选择性反射第一波长，而第二聚合态则选择性反射与第一波长不同的第二波长，例如可以使用旋光剂或是曝光条件，来调整第一波长与第二波长。本发明的多彩液晶显示器，还包含用来容纳光可调制聚合物的流道。

在本发明一实施态样中，第一聚合态与第二聚合态的差异在于聚合分子量。在本发明又一实施态样中，第一电极系透明，并包含导电高分子材料、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)其中至少一者。在本发明再一实施态样中，多彩液晶显示器还包含用以支撑第一电极的第一基板，与用以覆盖第二电极的第二透明基板。第一基板与第二透明基板分别可以包含玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)其中至少一者。

附图说明

图1例示出本发明形成光可调制聚合物的步骤。

图2绘示出本发明多彩液晶显示器的组件示意图。

其中，附图标记说明如下：

101 步骤

102 步骤

103 步骤

110 第一基板

111 黏着层

120 第一电极

130 光可调制聚合物

131 流道

140 第二电极

150 第二基板

具体实施方式

本发明可以提供一种新颖的光可调制组合物。本发明的光可调制组合物特别不含交联剂。另外，在不同的曝光能量下，本发明的光可调制组合物还可以形成能够反射不同波长的光可调制聚合物。使用此光可调制组合物所形成、能够反射不同波长的光可调制聚合物，又可以形成多彩的液晶显示器。本发明的其中一技术特征在于，仅使用单一种的光可调制组合物，就可以转换成反射不同波长的光可调制聚合物。因此，单一层的光可调制组合物即可组合得到多彩的液晶显示器，于是可减少基板切割次数，提高良率。

本发明首先提供一种光可调制组合物。本发明的光可调制组合物包含液晶材料、光可调制材料与光起始剂。本发明的光可调制组合物，实质上不含无手性中心的乙烯性双键交联剂。

在本发明的光可调制组合物中，液晶材料通常具有整体光可调制组合物75-90重量百分比的重量百分比。本发明的液晶材料可以为单一的液晶单体，或是由多种不同的液晶单体所复合成的液晶组合物。此等液晶材料可以为向列相液晶加入旋光剂(如E7、E48 Merck+CB15旋光剂)，或是例如Merck的胆甾相液晶，型号MLC-2150、MDA-1788。

本发明光可调制材料通常占整体光可调制组合物1-20的重量百分比，较佳为10％。本发明的光可调制材料，可以包含双萘酚基团、至少一个光可调制手性中心、至少一乙烯性双键…。具有乙烯性双键的基团、含羧基会进行光脱羧反应的基团与可以作为光可调制材料的分子可以参考文献Sur，S.K.，and Colpa，J.P.，1989，Spectrosc.L ett.，22，965.。

光可调制材料的特性为，在适当的曝光条件下会改变其旋光性，换句话说，可以经由照光来改变手性中心的手性。例如，变成非手性(achiral)化合物或是消旋(ravemic)混合物。所以，此等光可调制材料会具有至少一个光可调制手性中心(tunable chiral center)，并通常会在适当的曝光条件下进行光化学反应(photochemical reaction)。此等光可调制材料可为一聚合单体，例如(S)-(-)-2-hydroxy-2’-[4’-(v-acrylylundecyloxy)biphenyl-4-carboxy]-1，1’-binaphthalene)。举例而言，已知有些含羧基的有机分子，会在适当的曝光条件下进行光脱羧反应(photodecarboxylation)，脱去羧基后变成非旋(achiral)化合物。

由于本发明的光可调制材料会在适当的起始条件下进行聚合反应，因此本发明的光可调制材料还会包含至少一乙烯性双键(ethylenic bond)。所谓的乙烯性双键，是指会在适当的起始条件下进行聚合反应的活性化学键。具有乙烯性双键的基团可以是，单官能团、双官能团或多官能团的丙烯基、甲基丙烯基。

在本发明的光可调制组合物中，还会包含少量的光起始剂，例如占整体光可调制组合物0.05-5重量百分比的光起始剂，较佳为5000ppm。在适当的曝光条件下，光起始剂便会引发光可调制材料的聚合反应，而形成适当分子量的聚合链，作为诱发液晶材料产生适当螺距(pitch)的模板(template)。

本发明的光起始剂可以多种适当的光起始剂。举例而言，可以是过氧化物起始剂，例如过氧苯甲酰(benzoyl peroxide)与超氧苯甲酰(benzoylsuperoxide)、偶氮化合物起始剂，例如偶氮二异丁腈(AIBN)、氧化还原起始剂、阴离子型起始剂与阳离子型起始剂。不同的光起始剂对于不同曝光条件的反应不同。

本发明建议使用不同的曝光条件，例如不同的曝光能量、曝光波长及/或曝光时间，使得光起始剂引发相同的光可调制材料进行不同程度的聚合反应，进而得到分子量不同的聚合链。分子量不同的聚合链还会诱发液晶材料产生不同的螺距。不同的螺距即可以选择性反射不同波长的光，而使得相同的光可调制材料在组合后产生不同的颜色。

如上所述，由于使用不同的曝光条件，可以使得相同的光可调制材料得到分子量不同的聚合链，所以本发明其次提出一种使用光可调制组合物，在适当曝光条件下，形成光可调制聚合物的方法。图1例示出本发明形成光可调制聚合物的步骤。

首先，请参考图1，提供一光可调制组合物110。适当的光可调制组合物可以参考前述。其次，提供光可调制组合物第一光能量，以引发第一光可调制反应120。第一光可调制反应会改变某些区域中光可调制材料的聚合结果，而使得液晶材料在光可调制材料的影响下，产生选择性反射第一波长的第一螺距。例如，可以使用紫外线在适当剂量下来引发第一光可调制反应。

在进行第一光可调制反应时，可以视情况需要使用一掩膜保护部分的光可调制组合物不受光照，而界定所需要的区域反射预定颜色的光，例如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛色、紫色…等可见光。如此一来，其它的区域便不会进行第一光可调制反应。第一光可调制反应所使用的第一光能量通常较第二光能量为小，藉此产生较第二螺距更小的第一螺距。例如，想要得到反射绿色光的第一螺距，就可以调整第一光能量的曝光能量、曝光波长及/或曝光时间，以较低的剂量来得到所需要的第一螺距。

然后，又提供光可调制组合物第二光能量，以引发第二光可调制反应130。第二光可调制反应也会改变某些区域中光可调制材料的聚合结果，而使得液晶材料在光可调制材料的影响下，产生选择性反射第二波长的第二螺距，得到另一种颜色，例如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛色、紫色。例如，可以使用紫外线在适当剂量下来引发第二光可调制反应。

可以使用掩膜来保护不须照光的区域，避免进行第二光可调制反应。第二光可调制反应会使得第一螺距与第二螺距不相同。较佳者，第二螺距大于第一螺距。

例如，想要得到反射红色光的第二螺距，就可以调整第二光能量的曝光能量、曝光波长及/或曝光时间，来得到所需要的第二螺距。由于以上的方式，在相同的光可调制材料的不同区域中，可以使用不同的光能量，分别产生不同的螺距，所以本发明的方法就可以在同样一片光可调制材料中，产生反射不同颜色的区域，而得到多彩的液晶聚合物。

由于本发明的光可调制组合物，实质上不含无手性中心的乙烯性双键交联剂，因此在所得的光可调制聚合物链中，实质上仅由光可调制材料所组成，或是视情况需要，还有其改变手性中心的衍生物。但是，本发明光可调制聚合物不含无关的无手性中心的乙烯性双键交联剂。

本发明又提出一种多彩液晶显示器，其具有单一层、又表现出至少两种不同螺距的光可调制聚合物。图2绘示出本发明多彩液晶显示器的组件示意图。请参考图2，本发明的多彩液晶显示器100包含第一基板110、第一电极120、光可调制聚合物130、第二电极140以及第二基板150。第一基板110用来支持支撑第一电极120、光可调制聚合物130、第二电极140以及第二基板150。第一基板110的材料可以为玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)其中的至少一者。较佳者，第一基板110的材料不反光。第一电极120可以包含任何适当的导电材料，例如铟锡氧化物ITO、铟锌氧化物IZO、铝锌氧化物AZO、氧化锌ZnO、氧化锡SnO…等等。较佳者，第一电极120的材料亦不反光。另外，第一电极120与第二电极140还可以形成矩阵，或是彼此沿垂直方向排列。

第二电极140以及第二基板150一起覆盖第一基板110、第一电极120与光可调制聚合物130，所以第二电极140以及第二基板150均为透明。例如，第二电极140可以包含导电高分子材料、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)…等导电材料。另一方面，第二基板150则可以包含玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)…等透明材料。

在本发明一实施例中，基板还可以包含容纳光可调制聚合物130的流道。例如，第二基板150包含容纳光可调制聚合物130的流道131，而方便本发明的光可调制组合物130均匀流入。另外，视情况需要第一基板110还可以包含一黏着层111，用来固定流道131、第一基板110与第二基板150。或者，也可以用黏着层111来形成流道131。

光可调制聚合物130即位于第一电极120与第二电极140之间，而形成单层的结构。本发明位于不同区域中的光可调制聚合物130，会具有至少两种不同的聚合态，以及与不同聚合态对应的不同螺距。例如，本发明的光可调制聚合物130，会具有第一聚合态与第二聚合态，或是还包含与第一聚合态与第二聚合态皆不同的第三聚合态。

光可调制聚合物130包含75-99重量百分比的液晶材料、1-20重量百分比的光可调制材料、以及0.05-5重量百分比的光起始剂。液晶材料、光可调制材料与光起始剂的范例请参考前述。

第一聚合态会选择性反射第一波长，而第二聚合态则选择性反射与第一波长不同之第二波长，第三聚合态又选择性反射与第一波长、第二波长不同之第三波长。因此，在同一台多彩液晶显示器100中，即可同时表现红光、绿光与蓝光。例如，可以使用旋光剂，或是改变曝光条件来来调整第一螺距、第二螺距与第三螺距，而得到不同的第一波长。第二波长与第三波长。适用的旋光剂可以是CB15、CE1或R1011。

表一

备注：紫外光能量测量仪器型号为UV-RADCOL

1.液晶材料A为：Merck的MLC-2150(1.3266克)+MLC-2142(0.6136克)

2.光可调制材料B为：TCM1(0.27克)((S)-(-)-2-hydroxy-2’-[4’-(w-pentylloxy)biphenyl-4-carboxy]-1，1’-binaphthalene)

3.光起始剂C：2，2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯(2，2-dimethoxy-2-phenylacetophenone)0.02克

4.液晶材料D为：Merck的MLC-2150(1.3866克)+MLC-2142(0.6106克)

5.光可调制材料E为：TCM1(0.11克)((S)-(-)-2-hydroxy-2-[4’-(w-pentylloxy)biphenyl-4-carboxy]-1，1’-binaphthalene)

6.交联剂F：联苯双丙烯酸酯(bisacrylate biphenyl)0.02克

表一例示出本发明使用光起始剂取代交联剂而得到不同颜色的光可调制聚合物。由于交联剂F(联苯双丙烯酸酯)，依化学知识其合成步骤不易亦具危险性，所以本发明使用廉价的一般光起始剂取代交联剂，具有制造成本上的优势。另外，本发明光可调制聚合物也因此不含任何的交联剂。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种光可调制组合物，其特征在于，包含：

75-99重量百分比的一种液晶材料；

1-20重量百分比的光可调制材料，包含一手性中心与一乙烯性双键；以及

0.05-5重量百分比的一种光起始剂。

2.如权利要求1所述的光可调制组合物，其特征在于，所述液晶材料包含一向列相液晶与一胆甾相液晶。

3.如权利要求1所述的光可调制组合物，其特征在于，所述手性中心为一光可调制手性中心。

4.如权利要求1所述的光可调制组合物，其特征在于，所述光可调制材料包含一低聚物。

5.如权利要求1所述的光可调制组合物，其特征在于，所述光可调制材料包含一双萘酚基团。

6.如权利要求1所述的光可调制组合物，其特征在于，所述光起始剂选自由一过氧化物起始剂、一偶氮化合物起始剂、一氧化还原起始剂、一阴离子型起始剂与一阳离子型起始剂所组成的群组。

7.如权利要求6所述的光可调制组合物，其特征在于，所述过氧化物起始剂包含过氧苯甲酰与超氧苯甲酰的其中至少一者。

8.如权利要求6所述的光可调制组合物，其特征在于，所述偶氮化合物起始剂包含偶氮二异丁腈。

9.如权利要求1所述的光可调制组合物，其特征在于，所述光可调制组合物实质上不含一交联剂。

10.一种形成光可调制聚合物的方法，其特征在于，包含：

提供一光可调制组合物，包含：

75-99重量百分比的一种液晶材料；

1-20重量百分比的一种光可调制材料，包含一手性中心与一乙烯性双键；以及

0.05-5重量百分比的一种光起始剂；

提供一第一光能量以引发一第一光可调制反应，以改变所述光可调制材料而得到一第一螺距；以及

提供一第二光能量以引发一第二光可调制反应，以改变所述光可调制材料而得到一第二螺距，其中所述第一螺距与所述第二螺距不同。

11.一种多彩液晶显示器，其特征在于，包含：

一第一电极；

一第二电极；以及

一光可调制聚合物，位于所述第一电极与第二电极之间，并包含一第一聚合态与一第二聚合态，所述光可调制聚合物包含：

75-99重量百分比的一种液晶材料；

1-20重量百分比的一种光可调制材料，包含一手性中心与一乙烯性双键；以及

0.05-5重量百分比的一种光起始剂，其中所述第一聚合态选择性反射一第一波长，所述第二聚合态选择性反射一第二波长，且所述第一波长与该第二波长不同。

12.如权利要求11所述的多彩液晶显示器，其特征在于，所述光可调制聚合物还包含一第三聚合态，选择性反射一第三波长，所述第三波长为红光、绿光、蓝光其中之一者，且所述第一波长、所述第二波长与所述第三波长皆不同。

13.如权利要求11所述的多彩液晶显示器，其特征在于，所述光可调制聚合物不含交联剂。

14.如权利要求11所述的多彩液晶显示器，其特征在于，还包含一流道，以容纳所述光可调制聚合物。

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