CN104520361A - 光学膜及包括该光学膜的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学膜和一种包括该光学膜的显示装置，由于所述光学膜包括：第一光学各向异性层，所述第一光学各向异性层包含液晶化合物；和第二光学各向异性层，所述第二光学各向异性层包含光反应性聚合物，从而改善了光反应性基团的光反应速率并且液晶取向性优异。

Description

光学膜及包括该光学膜的显示装置
技术领域
本发明涉及一种光学膜和一种使用该光学膜的显示装置。更具体而言，本发明涉及一种具有优异的液晶取向和改善的光反应速率的光学膜和一种使用该光学膜的显示装置。
本申请基于并要求享有2012年8月21日提交的韩国专利申请第10-2012-0091436号以及2013年8月5日提交的韩国专利申请第10-2013-0092759号的优先权，其所披露的全部内容在此通过引用并入本文。
背景技术
随着近来的大尺寸液晶显示器的问世以及其使用从便携式装置(如移动电话、膝上型计算机等)到家用电器(如壁挂式平板电视)的逐步扩展，要求液晶显示器具有高清晰度和宽视角。特别是，独立驱动各个像素的薄膜晶体管驱动的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，在液晶的反应速度方面非常优异，实现高清晰度的动态图像，并因此正在日益用于更广泛的应用。
为了用作TFT-LCD的光学开关，在显示单元的包括最内层薄膜晶体管的层上需要液晶以规定方向初始取向。为此，使用液晶取向层。
为了发生液晶取向，将如聚酰亚胺的耐热性聚合物涂布在透明玻璃上以形成聚合物取向层，接着使用缠有尼龙或人造丝织物的摩擦布的旋转滚筒在高速旋转下对该聚合物取向层进行摩擦处理以使液晶取向。
然而，摩擦处理在液晶取向层上残留机械性划痕或者产生强静电，有可能破坏薄膜晶体管。此外，来自摩擦布的细纤维可能会造成不良品，对于达到高产率产生障碍。
为了克服摩擦处理所造成的问题，并实现产率方面的革新，已经衍生出一种使用光(如UV)照射的液晶取向(在下文中，称为“光取向”)方法。
光取向指的是使用线性偏振UV照射以引起规定光反应性聚合物中的光反应性基团参与光反应，结果使聚合物的主链以规定方向取向以形成具有取向的液晶的光聚合液晶取向层的机制。
光取向的代表性例子是如M.Schadt等(Jpn.J.Appl.Phys.,Vol31.,1992,2155)、Dae S.Kang等(美国专利第5,464,669号)和Yuriy Reznikov(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34,1995,L1000)公开的基于光聚合的光取向。在这些专利以及研究论文中所使用的光取向聚合物大多为基于聚肉桂酸酯的聚合物，如聚(肉桂酸乙烯酯)(PVCN)或聚(甲氧基肉桂酸乙烯酯)(PVMC)。对于聚合物的光取向来说，暴露于UV照射的肉桂酸酯的双键参与[2+2]环加成反应以形成环丁烷，其提供各向异性以使得液晶分子在一个方向上取向，诱导液晶取向。
此外，JP11-181127披露了一种聚合物以及一种包含该聚合物的取向层，所述聚合物在主链(如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等)上具有包括光反应性基团的侧链(如肉桂酸酯)。韩国专利公开第2002-0006819号也公开了使用含有基于聚甲基丙烯酸酯的聚合物的取向层。
然而，这些用于取向层的常规光反应性聚合物具有热稳定性低的聚合物主链，由此不合需要地造成取向层的稳定性劣化或有关光反应性、液晶取向或取向速率的特性变差。例如，具有基于丙烯酸酯的主链的聚合物具有低的热稳定性，这造成取向层的稳定性的巨大劣化，而具有属于主链的光敏基团的聚合物无法迅速地与照射在取向层上的偏振光反应，并由此使液晶取向或取向速率劣化。液晶取向或取向速率的这种劣化引起加工效率下降或者造成液晶显示器的液晶取向不充分，导致较低的二色性比和差的对比度。
另一方面，Bull.Korean Chem.Soc.2002,Vol.23,957公开了一种光反应性聚合物，其包含与偶氮基团(作为重复单元的一部分)连接的重复单元。然而，此种光反应性聚合物亦具有差的取向以及低光反应速率，并且仍然导致液晶显示器的低加工效率和差的对比度。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术的问题，本发明的一个目的是提供一种具有优异的液晶取向以及改善的光反应速率的光学膜。
本发明的另一个目的是提供一种包括该液晶膜的显示装置。
技术方案
为了实现本发明的目的，提供了一种光学膜，其包括：第一光学各向异性层，所述第一光学各向异性层包含至少一种由下式1表示的液晶化合物；和第二光学各向异性层，所述第二光学各向异性层包含光反应性聚合物，所述光反应性聚合物含有由下式2a或2b表示的重复单元：
[式1]
A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2
式1中，Ar1、Ar2和Ar3彼此相同或不同，并且独立地为具有6至40个碳原子的亚芳基，其中，所述亚芳基可被具有1至10个碳原子的烷基或卤素取代基取代；
E1和E2彼此相同或不同，并且独立地为单键、-C(＝O)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O-或具有1至10个碳原子的亚烷基(alkylene)；以及
A1和A2彼此相同或不同，并且独立地由下式1a表示：
[式1a]
-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm
式1a中，Gm、Lm和Nm彼此相同或不同，并且独立地为单键、-O-、-S-、-C(＝O)-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)-、-OC(＝O)O-、-C(＝O)NR-、-NRC(＝O)-、-NRC(＝O)NR-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2-、-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-或-CF2CF2-，其中，R为氢或具有l至10个碳原子的亚烷基；
Jm和Mm彼此相同或不同，并且独立地为单键、具有l至10个碳原子的亚烷基或具有3至10个碳原子的亚环烷基；以及
Qm为具有1至10个碳原子的烷基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基或环氧基；
[式2a]
[式2b]
式2a或2b的取代基在下文中详细描述。
本发明还提供了一种包括该光学膜的显示装置。
有益效果
根据本发明，可提供一种具有优异的液晶取向以及改善的光反应速率的光学膜以及一种包括该光学膜的显示装置。
附图说明
图1是显示根据本发明的一个实施方式的光学膜的立体图。
图2呈现显示根据实施例1至14以及比较例1至4的光学膜的漏光的图像。
具体实施方式
将理解的是，虽然在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种不同的组件，但是，它们仅用于区分一个组件与另一个组件。
将理解的是，当一个层或或一个元件被称为在另一层或元件上时，其可以直接位于另一层或元件上，或者可以在二者之间存在中间层或元件。
本文中所使用的术语仅为了描述特定实施方式，并非意欲限制本发明的示例性实施方式。除非文中有清楚的定义外，本文中所使用的“一个”、“一种”和“该”等单数用语亦包括复数的形式。将进一步地理解的是，文中所使用的“包括”、“包含”和/或“具有/含有/有”等用语具体说明所陈述的特征、步骤、组成和/或组群的存在，但并不排除一个或多个其他特征、步骤、组成和/或组群的存在或加入。
本发明的示例性实施方式可包括各种改良或替代的形式，其具体的实施方式将于文中进行详细说明。然而，应理解的是，本发明并不意欲将本发明的示例性实施方式限制到所公开的具体形式，而相反地，本发明的示例性实施方式将包括落入本发明的精神和范围内的所有的改良形式、等同形式以及替代形式。
在下文中，将详细描述根据本发明的光学膜和显示装置。
光学膜
本发明的光学膜包括：第一光学各向异性层，所述第一光学各向异性层包含至少一种由下式1表示的液晶化合物；和第二光学各向异性层，所述第二光学各向异性层包含光反应性聚合物，所述光反应性聚合物含有由下式2a或2b表示的重复单元：
[式1]
A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2
式1中，Ar1、Ar2和Ar3彼此相同或不同，并且独立地为具有6至40个碳原子的亚芳基，其中，所述亚芳基可被具有1至10个碳原子的烷基或卤素取代基取代；
E1和E2彼此相同或不同，并且独立地为单键、-C(＝O)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O-或具有1至10个碳原子的亚烷基；以及
A1和A2彼此相同或不同，并且独立地由下式1a表示：
[式1a]
-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm
式1a中，Gm、Lm和Nm彼此相同或不同，并且独立地为单键、-O-、-S-、-C(＝O)-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)-、-OC(＝O)O-、-C(＝O)NR-、-NRC(＝O)-、-NRC(＝O)NR-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2-、-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-或-CF2CF2-，其中，R为氢或具有l至10个碳原子的亚烷基；
Jm和Mm彼此相同或不同，并且独立地为单键、具有l至10个碳原子的亚烷基或具有3至10个碳原子的亚环烷基；以及
Qm为具有1至10个碳原子的烷基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基或环氧基；
[式2a]
[式2b]
式2a或式2b中，独立地，
q为0至4的整数：
m为50至5000的整数；以及
R1、R2、R3和R4中的至少一个是选自下式3a或式3b的基团中的任意一种。
Rl至R4中，除了式3a或式3b的基团以外的剩余基团彼此相同或不同，并且独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链烷基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链烯基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链炔基；取代或未取代的具有3至12个碳原子的环烷基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；以及含有氧、氮、磷、硫、硅和硼中的至少一种的极性官能团。
当Rl至R4不为氢、卤素或极性官能团时，选自Rl与R2组合以及R3与R4组合中的至少一个组合被键合在一起以形成具有1至10个碳原子的烷叉基(alkylidene group)；或者Rl或R2与R3或R4键合以形成饱和或不饱和的具有4至12个碳原子的脂族环或具有6至24个碳原子的芳族环。
[式3a]
[式3b]
式3a或式3b中，A为单键、氧、硫或-NH-；
B选自单键、取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基、羰基、羧基、酯基、取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基、以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚杂芳基(heteroarylene)；
X为氧或硫；
R9选自单键、取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基、取代或未取代的具有2至20个碳原子的亚烯基、取代或未取代的具有3至12个碳原子的亚环烷基、取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基、取代或未取代的具有7至15个碳原子的亚芳烷基、以及取代或未取代的具有2至20个碳原子的亚炔基；
R10至R14中的至少一个是由–L-R15-R16-(取代或未取代的C6-C40芳基)表示的基团，R10至R14中，除了–L-R15-R16-(取代或未取代的C6-C40芳基)的基团以外的剩余基团彼此相同或不同，并且独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有6至30个碳原子的芳氧基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；以及含有第14族、15族或16族的杂元素的具有6至40个碳原子的杂芳基；
L选自氧、硫、-NH-、取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基、羰基、羧基、-CONH-、以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基；
R15为取代或未取代的具有l至10个碳原子的烷基；以及
R16选自单键、-O-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)-、-NH-、-S-和–C(＝O)-。
所述–L-R15-R16-(取代或未取代的C6-C40芳基)的基团可由下式4表示：
[式4]
式4中，R15和R16的定义如式3a和3b中所述；以及
R17至R21彼此相同或不同，并且独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有l至20个碳原子的烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有6至30个碳原子的芳氧基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；含有第14族、15族或16族的杂元素的具有6至40个碳原子的杂芳基；以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的烷氧基芳基。
根据本发明的一个实施例，所述极性官能团可以选自以下官能团：
-OR6、-OC(O)OR6、-R5OC(O)OR6、-C(O)OR6、-R5C(O)OR6、-C(O)R6、-R5C(O)R6、-OC(O)R6、-R5OC(O)R6、-(R5O)p-OR6、-(OR5)p-OR6、-C(O)-O-C(O)R6、-R5C(O)-O-C(O)R6、-SR6、-R5SR6、-SSR6、-R5SSR6、-S(＝O)R6、-R5S(＝O)R6、-R5C(＝S)R6-、-R5C(＝S)SR6、-R5SO3R6、-SO3R6、-R5N＝C＝S、-N＝C＝S、-NCO、-R5-NCO、-CN、-R5CN、-NNC(＝S)R6、-R5NNC(＝S)R6、-NO2、-R5NO2、
所述极性官能团中，独立地，p为1至10的整数；
R5为取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链亚烷基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链亚烯基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链亚炔基；取代或未取代的具有3至12个碳原子的亚环烷基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚羰氧基(carbonyloxylene)；或取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷氧基；以及
R6、R7和R8独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链烷基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链烯基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链炔基；取代或未取代的具有3至12个碳原子的环烷基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；以及取代或未取代的具有1至20个碳原子的羰氧基。
进一步地，所述取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基或所述含有第14族、15族或16族的杂元素的具有6至40个碳原子的杂芳基可以选自以下官能团：
在这些式中，R′10至R′18彼此相同或不同，并且独立地选自取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有6至30个碳原子的芳氧基；以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基。
在上述式中，各个取代基的具体定义如下所述：
本文中所使用的术语“烷基”指的是具有1至20个碳原子，优选1至10个碳原子，更优选1至6个碳原子的单价直链或支链饱和烃部分。所述烷基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述烷基的实例可以包括甲基、乙基、丙基、2-丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、十二烷基、氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、氯甲基、二氯甲基、三氯甲基、碘甲基、溴甲基等。
本文中所使用的术语“烯基”指的是含有至少一个碳-碳双键的具有2至20个碳原子，优选2至10个碳原子，更优选2至6个碳原子的单价直链或支链烃部分。所述烯基可以通过包括碳-碳双键的碳原子或者通过饱和碳原子形成键合。所述烯基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述烯基的实例可以包括乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、戊烯基、5-己烯基、十二碳烯基等。
本文中所使用的术语“环烷基”指的是具有3至12个环碳原子的单价饱和或不饱和的单环、双环、或三环的非芳族烃部分。所述环烷基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述环烷基的实例可以包括环丙基、环丁基、环戊基、环戊烯基、环己基、环己烯基、环庚基、环辛基、十氢萘基、金刚烷基、降冰片基(norbornyl)(即，二环[2,2,1]庚-5-烯基)等。
本文中所使用的术语“芳基”指的是具有6至20个环碳原子，优选6至12个环碳原子的单价单环、双环、或三环芳烃部分。所述芳基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述芳基的实例可以包括苯基、萘基、芴基等。
本文中所使用的术语“烷氧基芳基”指的是上述定义的芳基中的至少一个氢原子被烷氧基取代的基团。所述烷氧基芳基的实例可以包括甲氧基苯基、乙氧基苯基、丙氧基苯基、丁氧基苯基、戊氧基苯基、己氧基苯基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、甲氧基联苯基、甲氧基萘基、甲氧基芴基、甲氧基蒽基、乙氧基蒽基、丙氧基蒽基等。
本文中所使用的术语“芳烷基”指的是上述定义的烷基中的至少一个氢原子被芳基取代的基团。所述芳烷基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述芳烷基的实例可以包括苯甲基、二苯甲基、三苯甲基等。
本文中所使用的术语“炔基”指的是含有有至少一个碳-碳三键的具有2至20个碳原子，优选2至10个碳原子，更优选2至6个碳原子的单价直链或支链烃部分。所述炔基可以通过包括碳-碳三键的碳原子或者通过饱和碳原子形成键合。所述炔基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述炔基的实例可以包括乙炔基、丙炔基等。
本文中所使用的术语“亚烷基”指的是具有1至20个碳原子，优选1至10个碳原子，更优选1至6个碳原子的二价直链或支链饱和烃部分。所述亚烷基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述亚烷基的实例可以包括亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚己基等。
本文中所使用的术语“亚烯基”指的是含有至少一个碳-碳双键的具有2至20个碳原子，优选2至10个碳原子，更优选2至6个碳原子的二价直链或支链烃部分。所述亚烯基可以通过包括碳-碳双键的碳原子和/或通过饱和碳原子形成键合。所述亚烯基可以被至少一种卤素取代基任意取代。
本文中所使用的术语“亚环烷基”指的是具有3至12个环碳原子的二价饱和或不饱和的单环、双环或三环的非芳族烃部分。所述亚环烷基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述亚环烷基的实例可以包括亚环丙基、亚环丁基等。
本文中所使用的术语“亚芳基”指的是具有6至20个环碳原子，优选6至12个环碳原子的二价单环、双环或三环芳烃部分。所述亚芳基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述亚芳基的芳族部分仅包含碳原子。所述亚芳基的实例可以包括亚苯基等。
本文中所使用的术语“亚芳烷基”指的是上述定义的烷基中的至少一个氢原子被芳基取代的二价基团。所述亚芳烷基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述亚芳烷基实例可以包括亚苄基等。
本文中所使用的术语“亚炔基”指的是含有至少一个碳-碳三键的具有2至20个碳原子，优选2至10个碳原子，更优选2至6个碳原子的二价直链或支链烃部分。所述亚炔基可以通过包括碳-碳三键的碳原子或者通过饱和碳原子形成键合。所述亚炔基可以被至少一种卤素取代基任意取代。所述亚炔基的实例可以包括亚乙炔基(ethynylene)、亚丙炔基(propynylene)等。
由于体积大的芳烷基结构经由连接体L连接到光反应性基团的末端，所述含有由化学式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物可以确保在光反应性基团之间有大的自由空间。为此，在光反应性聚合物中的光反应性基团在这种大的自由体积中的移动(流动)或反应是相对自由的。这使得光反应性聚合物具有优异的光反应性、取向速率以及光取向。此外，光反应性聚合物的光反应性基团对于根据偏振方向的变化改变取向方向是相对自由的。因此，取向方向可以容易地根据偏振方向来改变，并且该光反应性聚合物可以优选被应用于图形化的延迟器、图形化的盒取向层等中。
在光反应性聚合物中包含的式2a或2b的重复单元在结构上是坚固的，并且含有这种重复单元的光反应性聚合物的玻璃化转变温度Tg高达300℃以上，优选约300℃至约350℃，这意味着，相对于现存的光反应性聚合物，该光反应性聚合物的热稳定性较为优异。
此外，所述光反应性聚合物中的式2a或2b的重复单元的聚合度在约50至5,000，优选约100至4,000，更优选约1,000至3,000的范围内。并且，所述光反应性聚合物的重均分子量为10,000至1,000,000，优选20,000至500,000。因此，在用于形成取向层的涂布组合物中适当地包含的所述光反应性聚合物使所述涂布组合物具有良好的可涂布性，并且使由该涂布组成物所形成的取向层具有良好的液晶取向性。
所述光反应性聚合物可在暴露于波长为约150至450nm的偏振照射下时被赋予光反应性。例如，所述光反应性聚合物，在暴露于波长为约200至400nm，更特别是约250至350nm的偏振UV照射下时，能够表现出优异的光反应性以及取向性。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述含有由式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物可以进一步包含光活化剂、基于(甲基)丙烯酸酯的化合物和光引发剂。
向所述光反应性聚合物中加入光活化剂可以促进光反应性基团的反应性。本文中使用的光活化剂的实例可以包括2,4-乙基-9H-噻吨-9-酮、1-异丙基-9H-噻吨-9-酮、1,3-二氟-9H-噻吨-9-酮、2-三氟甲基-9H-噻吨-9-酮等。
本文中使用的基于(甲基)丙烯酸酯的化合物可以包括，例如，选自季戊四醇三丙烯酸酯、三(2-丙烯酰氧基乙基)异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种。
本文中使用的光引发剂可以包括，但不限于，Irgacure 907或819。
根据本发明的一个示例性实施方式，基于组合物的总重量，所述光学膜可以包含50至70wt％的含有由式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物；1至20wt％的光活化剂；20至40wt％的基于(甲基)丙烯酸酯的化合物；和1至15wt％的光引发剂。
本发明的光学膜可以包括第一光学各向异性层，所述第一光学各向异性层包含液晶化合物。
所述第一光学各向异性层的液晶化合物可以包含至少一种由下式1表示的化合物：
[式1]
A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2
式1中，Ar1、Ar2和Ar3彼此相同或不同，并且独立地为具有6至40个碳原子的亚芳基，其中，所述亚芳基可被具有1至10个碳原子的烷基或卤素取代基取代；
E1和E2彼此相同或不同，并且独立地为单键、-C(＝O)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O-或具有1至10个碳原子的亚烷基；以及
A1和A2彼此相同或不同，并且独立地由下式1a表示：
[式1a]
-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm
式1a中，Gm、Lm和Nm彼此相同或不同，并且独立地为单键、-O-、-S-、-C(＝O)-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)-、-OC(＝O)O-、-C(＝O)NR-、-NRC(＝O)-、-NRC(＝O)NR-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2-、-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-或-CF2CF2-，其中，R为氢或具有l至10个碳原子的亚烷基；
Jm和Mm彼此相同或不同，并且独立地为单键、具有l至10个碳原子的亚烷基或具有3至10个碳原子的亚环烷基；以及
Qm为具有1至10个碳原子的烷基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基或环氧基。
根据本发明的一个实施例，除式1的液晶化合物外，所述第一光学各向异性层还可以进一步包含至少一种基于单丙烯酸酯的化合物。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述基于单丙烯酸酯的化合物可以是选自以下化合物中的至少一种，其中，下式中的z表示2至12的整数：
光学膜所需要的物理特性(如取向性、光反应性等)是由在所述第一光学各向异性层中包含的液晶化合物与所述第二光学各向异性层中包含的光反应性聚合物之间的相互作用决定的。因此，这样的相互作用可取决于所述液晶化合物以及所述光反应性聚合物的结构特性。
本发明的光学膜包含由式l表示的液晶化合物以及含有由式2表示的重复单元的光反应性聚合物作为独立的层。因此，在所述液晶化合物和所述光反应性聚合物被包含于单一层中的情况下，所述液晶化合物和所述光反应性聚合物被结合在一起，而不会发生不必要的相互作用，由此，通过适当的结合力确保了优异的取向以及高度的光反应性。这使得提供具有改善的液晶取向和光反应速率的光学膜。
本发明的光学膜可根据本领域技术人员所知晓的典型方法而制造。为了制造所述光学膜，将包含含有由式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物、光活化剂、作为粘合剂的基于(甲基)丙烯酸酯的化合物和光引发剂的组合物溶于适当有机溶剂中以制备溶液。在此所使用的有机溶剂可包括，但不限于，甲苯、苯甲醚、氯苯、二氯乙烷、环己烷、环戊烷、丙二醇甲醚乙酸酯等。
关于这一点，相对于溶液的重量，所述溶液的固体比例可为约1wt％至约15wt％。为了将所述溶液流延成膜，例如，所述固体部分优选为约10wt％至约15wt％；为了将所述溶液流延成薄膜，所述固体部分优选为约1wt％至约5wt％。
将由此制备的溶液逐滴施加到基板或玻璃上，进行旋涂、棒涂、溶剂流延等，而后在烘箱中或热板上干燥。接着，将所述溶液暴露于偏振UV照射下以使得所述光反应性基团的双键在规定的方向上形成二聚体以形成第二光学各向异性层。
可以通过涂布将包含由式l表示的液晶化合物的溶液涂敷到所述第二光学各向异性层上，并干燥以形成第一光学各向异性层。
关于这一点，所述溶液可以通过将所述液晶化合物和光引发剂溶于有机溶剂中而制备。在液晶化合物溶液中的液晶化合物的含量没有具体限制，并且基于100重量份的液晶化合物溶液，可为约5重量份至约70重量份，优选约5重量份至约50重量份。
此外，可以将光引发剂、螯合剂、表面活性剂、聚合用单体、聚合物等加入到所述液晶化合物溶液中，除非所述加入干扰液晶取向。
在所述液晶化合物溶液的制备过程中，所述有机溶剂可以包括，但不限于，卤代烃，如氯仿、四氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烯、氯苯等；芳烃，如苯、甲苯、二甲苯、甲氧基苯、1,2-二甲氧基苯等；酮，如丙酮、甲乙酮、环己酮、环戊酮等；醇，如异丙醇、正丁醇等；或溶纤剂，如甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂等，这些有机溶剂可单独使用或以其混合物的形式使用。
显示装置
本发明还提供一种包括所述光学膜的显示装置。
根据本发明的光学膜可以用作用于液晶显示装置的光学构件。所述光学构件的例子可包括：用于STN(超扭曲向列)型LCD、TFT-TN(薄膜晶体管扭曲向列)型LCD、VA(垂直取向)型LCD、IPS(面内切换)型LCD等的相差膜；1/2波片；1/4波片；反向波长色散型膜；光学补偿膜；彩色滤光片；与偏光板的层压膜；用于偏光板的补偿膜等。
本发明的显示装置可以包括一个或两个所述光学膜。
在包括液晶盒以及各自设置在所述液晶盒的任一侧的第一和第二偏光板的显示装置中，例如，本发明的光学膜可以设置在所述液晶盒与所述第一偏光板和/或所述第二偏光板之间。换句话说，至少一个所述光学膜可被设置在所述第一偏光板与所述液晶盒之间；至少一个所述光学膜可被设置在所述第二偏光板与所述液晶盒之间；或者所述光学膜可被同时设置在所述第一偏光板与所述液晶盒之间以及在所述第二偏光板与所述液晶盒之间。
本发明的显示装置可根据本领域技术人员所知晓的典型方法而制备。
根据本发明的一个实施例，所述显示装置可以通过以下步骤而制备：制备第一基板和第二基板作为基板材料；在所述基板上形成第二光学各向异性层；干燥在基板上形成的第二光学各向异性层；使干燥的第二光学各向异性层暴露于UV照射下以获得光学取向；在所述第二光学各向异性层上形成第一光学各向异性层；以及将两个基板结合在一起以在所述两个基板之间插入液晶层。
更具体而言，将包含含有由式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物、光活化剂、作为粘合剂的基于(甲基)丙烯酸酯的化合物和光引发剂的组合物溶于适当有机溶剂中，并且将所得到的溶液涂敷在基板上并干燥。
在干燥完成之后，对所述基板施加在规定方向上线性偏振的UV照射，以获得在任意方向上的取向。这导致通过构成所述光学各向异性层的光反应性聚合物的UV驱动的二聚而在垂直于UV偏光板(即，线栅偏光板)的透光轴的方向(即，吸收方向)上的第一分子取向。关于这一点，可以通过调节所施加的UV照射的偏振方向来将所述光学各向异性层的取向方向控制至所期望的角度。因此，随后将在第二光学各向异性层上形成的第一光学各向异性层的光学轴可被控制至相对于所述基板纵向方向的所需角度。
将包含液晶化合物的溶液涂敷到所述第一光学各向异性层上，然后干燥以形成第一光学各向异性层。
在干燥步骤之后，在暴露于UV照射下时，对在第二光学各向异性层上取向的第一光学各向异性层进行聚合，而后进行固化。
随后，将包含球型衬垫料(ball spacer)的光反应性粘合剂施加在两个具有本发明的光学膜的基板中的任一个的端部。将所述基板与另一个基板结合，并且只将粘合剂侧暴露于UV照射以通过粘接完成盒。将液晶注射到所述盒中，而后对其进行热处理以完成显示装置。
具有所述光学膜的本发明的显示装置表现出优异的液晶取向和高光反应速率。
图1是根据本发明的一个实施例制备的光学膜的图示。
参照图1，根据本发明的一个实施例的光学膜100可以包括第一光学各向异性层20和第二光学各向异性层10。
在下文中，为了更清楚地理解本发明，阐述本发明的优选的实施例。当应理解的是，所述实施例仅为说明的目的，并不意欲限制本发明的范围。
在下文中，为了更清楚地理解本发明，阐述本发明的优选的实施例。当应理解的是，所述实施例仅为说明的目的，并不意欲限制本发明的范围。
〈实施例〉
实施例1
将5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物(Mw:159k)以2wt％的浓度溶于c-戊酮溶剂中，并且通过辊涂将所得溶液涂敷到8μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(商品名：SH61，由韩国SKC Inc.制造)基板上以得到的干膜厚。然后，将该基板在80℃下在烘箱中加热3分钟以从涂层内部除去溶剂，并完成该涂层。
将由强度为200mW/cm2的高压汞灯产生并使用线栅偏振器(由MoxtekInc.制造)以垂直于膜的纵向方向偏振的UV光照射在所述基板上5秒，以赋予取向，并形成第二光学各向异性层。
将包含95.0wt％的式5的RM257和5.0wt％的Irgacure 907(由瑞士Ciba-Geigy制造)的固体部分溶于甲苯中，以使每100重量份的液晶溶液中含有25重量份的液晶，由此制备可聚合的反应性液晶溶液。
[式5]
通过辊涂将如此制备的液晶溶液涂敷在所述第二光学各向异性层上以得到1μm的干膜厚，而后在80℃下干燥2分钟以获得液晶分子的取向，并且制备第一光学各向异性层。
将由强度为200mW/cm2的高压汞灯产生的非偏振UV光照射在经取向的第一光学各向异性层上以设定液晶的取向状态，从而完成包括第一光学各向异性层和第二光学各向异性层的光学膜。
实施例2
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-氟苄氧基肉桂酸酯)聚合物(Mw:144k)替代5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例3
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-甲基苄氧基肉桂酸酯)聚合物(Mw:130k)替代5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例4
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-甲氧基苄氧基肉桂酸酯)聚合物(Mw:102k)替代5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例5
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-甲基酮苄氧基肉桂酸酯)聚合物(Mw:87k)替代5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例6
除了使用下式6的RM257-4替代RM257以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式6]
实施例7
除了使用RM257-4替代RM257以外，以与实施例2所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例8
除了使用RM257-4替代RM257以外，以与实施例3所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例9
除了使用RM257-4替代RM257以外，以与实施例4所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例10
除了使用RM257-4替代RM257以外，以与实施例5所述的相同方式进行操作制备光学膜。
实施例11
除了使用RM 257、RM23(式7)、RM305(式8)和RM105(式9)(重量比为60:10:20:10)的混合物替代RM257以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式7]
[式8]
[式9]
实施例12
除了使用下式10的RM-T709替代RM257以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式10]
实施例13
除了使用下式11的RM-T813替代RM257以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式11]
实施例14
除了使用下式12的RM-T7861替代RM257以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式12]
比较例1
除了使用下式13的LC1057替代RM257以外，以与实施例5所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式13]
比较例2
除了使用下式14的化合物替代5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式14]
式14中，CelAc表示醋酸纤维素。
比较例3
除了使用下式15的化合物替代5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式15]
式15中，Cel表示纤维素。
比较例4
除了使用下式16的化合物替代5-降冰片烯-2-乙基-(4-苄氧基肉桂酸酯)聚合物以外，以与实施例1所述的相同方式进行操作制备光学膜：
[式16]
式16中，CelAc表示醋酸纤维素。
〈实验例〉
实验例1：液晶取向的评估(漏光度)
在彼此成直角设置的两个偏光板之间放置实施例1至14以及比较例1至4的各个光学膜。然后，使用ECLIPSE LV100POL(NIKON制造)拍照以显示漏光度。
图2呈现显示根据实施例1至14以及比较例1至4的各个光学膜的漏光的图像。
参照图2，根据本发明的光学膜几乎不漏光，而比较例的光学膜表现出相当大的漏光。
实验例2：光反应性的评估
观测实施例1至14以及比较例1至4中制备的各个光学膜的FT-IR光谱。基于在暴露于强度为20mW/cm2的汞灯下时聚合物中的肉桂酸酯基的C＝C键拉伸模式的强度减半所需的时间t1/2和由时间t1/2换算的能量值(E1/2＝20mW/cm2×t1/2)来评估光学膜的光反应性。
在表1中给出评估结果。
[表1]
t1/2(单位：分钟) E1/2(单位：J/cm2)
实施例1 0.9 1.3
实施例2 0.9 1.2
实施例3 1.0 1.2
实施例4 1.0 1.0
实施例5 0.9 1.6
实施例6 1.1 1.0
实施例7 1.0 1.0
实施例8 1.0 1.1
实施例9 1.1 1.2
实施例10 1.0 1.6
实施例11 1.2 1.4
实施例12 0.9 1.5
实施例13 1.2 2.0
实施例14 0.9 1.7
比较例1 2.7 7.7
比较例2 20.1 24.1
比较例3 9.3 11.2
比较例4 4.5 5.4
参照表1，相对于比较例的光学膜，根据本发明的实施例制备的光学膜在光反应性方面优异。
附图标记说明
10：第二光学各向异性层
20：第一光学各向异性层
100：光学膜

Claims (12)

1.一种光学膜，其包括：
第一光学各向异性层，所述第一光学各向异性层包含至少一种由下式1表示的液晶化合物；和
第二光学各向异性层，所述第二光学各向异性层包含含有由下式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物：
[式1]
A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2
式1中，Ar1、Ar2和Ar3彼此相同或不同，并且独立地为具有6至40个碳原子的亚芳基，其中，所述亚芳基可被具有1至10个碳原子的烷基或卤素取代基取代；
E1和E2彼此相同或不同，并且独立地为单键、-C(＝O)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O-或具有1至10个碳原子的亚烷基；以及
A1和A2彼此相同或不同，并且独立地由下式1a表示：
[式1a]
-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm
式1a中，Gm、Lm和Nm彼此相同或不同，并且独立地为单键、-O-、-S-、-C(＝O)-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)-、-OC(＝O)O-、-C(＝O)NR-、-NRC(＝O)-、-NRC(＝O)NR-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2-、-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-或-CF2CF2-，其中，R为氢或具有l至10个碳原子的亚烷基；
Jm和Mm彼此相同或不同，并且独立地为单键、具有l至10个碳原子的亚烷基或具有3至10个碳原子的亚环烷基；以及
Qm为具有1至10个碳原子的烷基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基或环氧基；
式2a或式2b中，独立地，
q为0至4的整数：
m为50至5000的整数；以及
R1、R2、R3和R4中的至少一个是选自下式3a或式3b的基团中的任意一种，
Rl至R4中，除了式3a或式3b的基团以外的剩余基团彼此相同或不同，并且独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链烷基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链烯基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链炔基；取代或未取代的具有3至12个碳原子的环烷基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；以及含有氧、氮、磷、硫、硅和硼中的至少一种的极性官能团，
当Rl至R4不为氢、卤素或极性官能团时，选自Rl与R2组合以及R3与R4组合中的至少一个组合被键合在一起以形成具有1至10个碳原子的烷叉基；或者Rl或R2与R3或R4键合以形成饱和或不饱和的具有4至12个碳原子的脂族环或具有6至24个碳原子的芳族环，
式3a或式3b中，
A为单键、氧、硫或-NH-；
B选自单键、取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基、羰基、羧基、酯基、取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基、以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚杂芳基；
X为氧或硫；
R9选自单键、取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基、取代或未取代的具有2至20个碳原子的亚烯基、取代或未取代的具有3至12个碳原子的亚环烷基、取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基、取代或未取代的具有7至15个碳原子的亚芳烷基、以及取代或未取代的具有2至20个碳原子的亚炔基；
R10至R14中的至少一个是由–L-R15-R16-(取代或未取代的C6-C40芳基)表示的基团，
R10至R14中，除了–L-R15-R16-(取代或未取代的C6-C40芳基)的基团以外的剩余基团彼此相同或不同，并且独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有6至30个碳原子的芳氧基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；以及含有第14族、15族或16族的杂元素的具有6至40个碳原子的杂芳基；
L选自氧、硫、-NH-、取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基、羰基、羧基、-CONH-、以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基；
R15为取代或未取代的具有l至10个碳原子的烷基；以及
R16选自单键、-O-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)-、-NH-、-S-和–C(＝O)-。
2.如权利要求1所述的光学膜，其中，所述–L-R15-R16-(取代或未取代的C6-C40芳基)的基团由下式4表示：
式4中，R15和R16的定义如式3a和3b中所述；以及
R17至R21彼此相同或不同，并且独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有l至20个碳原子的烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有6至30个碳原子的芳氧基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；含有第14族、15族或16族的杂元素的具有6至40个碳原子的杂芳基；以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的烷氧基芳基。
3.如权利要求1所述的光学膜，其中，所述极性官能团选自以下官能团：
-OR6、-OC(O)OR6、-R5OC(O)OR6、-C(O)OR6、-R5C(O)OR6、-C(O)R6、-R5C(O)R6、-OC(O)R6、-R5OC(O)R6、-(R5O)p-OR6、-(OR5)p-OR6、-C(O)-O-C(O)R6、-R5C(O)-O-C(O)R6、-SR6、-R5SR6、-SSR6、-R5SSR6、-S(＝O)R6、-R5S(＝O)R6、-R5C(＝S)R6-、-R5C(＝S)SR6、-R5SO3R6、-SO3R6、-R5N＝C＝S、-N＝C＝S、-NCO、-R5-NCO、-CN、-R5CN、-NNC(＝S)R6、-R5NNC(＝S)R6、-NO2、-R5NO2、
其中，独立地，
p为1至10的整数；
R5为取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链亚烷基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链亚烯基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链亚炔基；取代或未取代的具有3至12个碳原子的亚环烷基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的亚芳基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚羰氧基；或取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷氧基；以及
R6、R7和R8独立地选自氢；卤素；取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链烷基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链烯基；取代或未取代的具有2至20个碳原子的直链或支链炔基；取代或未取代的具有3至12个碳原子的环烷基；取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；以及取代或未取代的具有1至20个碳原子的羰氧基。
4.如权利要求1所述的光学膜，其中，所述取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基或所述含有第14族、15族或16族的杂元素的具有6至40个碳原子的杂芳基选自以下官能团：
其中，R′10至R′18彼此相同或不同，并且独立地选自取代或未取代的具有1至20个碳原子的直链或支链烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有6至30个碳原子的芳氧基；以及取代或未取代的具有6至40个碳原子的芳基。
5.如权利要求1所述的光学膜，其中，所述含有由式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物的重均分子量为10,000至1,000,000。
6.如权利要求1所述的光学膜，其中，所述第二光学各向异性层包含一种组合物，所述组合物包含含有由式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物、光活化剂、基于(甲基)丙烯酸酯的化合物和光引发剂。
7.如权利要求6所述的光学膜，其中，所述光学膜包含，基于所述组合物的总重量，50至70wt％的含有由式2a或2b表示的重复单元的光反应性聚合物；1至20wt％的光活化剂；20至40wt％的基于(甲基)丙烯酸酯的化合物；和1至15wt％的光引发剂。
8.如权利要求6所述的光学膜，其中，所述光活化剂包括选自2,4-乙基-9H-噻吨-9-酮、1-异丙基-9H-噻吨-9-酮、1,3-二氟-9H-噻吨-9-酮和2-三氟甲基-9H-噻吨-9-酮中的至少一种。
9.如权利要求6所述的光学膜，其中，所述基于(甲基)丙烯酸酯的化合物包括选自季戊四醇三丙烯酸酯、三(2-丙烯酰氧基乙基)异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种。
10.如权利要求1所述的光学膜，其中，所述第一光学各向异性层进一步包含至少一种基于单丙烯酸酯的化合物。
11.如权利要求10所述的光学膜，其中，所述基于单丙烯酸酯的化合物选自以下化合物：
12.一种显示装置，其包括如权利要求1所述的光学膜。
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