CN105542795B - 手性可聚合液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手性可聚合性液晶组合物，它包括：占所述可聚合性液晶组合物总重量50‑95％的向列相可聚合液晶；占所述可聚合性液晶组合物总重量1‑25％的胆甾相可聚合液晶；以及占所述可聚合性液晶组合物总重量1‑25％的双酚芴丙烯酸酯，本发明通过大量实验优选得到的手性可聚合性液晶组合物具有耐磨性好和热稳定性佳等优点，可以用于增亮膜领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种可聚合性液晶组合物，尤其是涉及一种手性可聚合液晶组合物及其在光学膜中的应用。
背景技术
背光源技术是TFT-LCD核心技术之一，占TFT-LCD总成本的25％～35％。而光增强膜占背光源系统成本的30％～40％。目前人们对液晶显示器的低功耗、长时间待机提出了更高的要求。众所周知，液晶自身不会发光，需要有背光源支持发光，LCD亮度的高低在一定程度上影响着图像的质量。但背光系统占整个主机的电耗比重很高(笔记本计算机的液晶显示屏耗电约为6.5W，其中背光源系统的耗电量为5W左右，显示屏的驱动耗电量为1.5W左右)，增加背光源本身的亮度非明智之举，使用光增强膜成为必不可少的措施之一。光增强膜可以使各类液晶显示器更明亮、更鲜艳，更薄和更节能。
光增强膜的基础是非吸收型偏振片。它允许一种偏振光透过，而另一种与之相对的偏振光被反射回来，而不是被吸收掉。被反射的偏振光通过处理，可以再次导向该偏振片，于是又有一部分光线通过。如此循环，就能够充分利用所有入射光线。目前市场上光增强膜主要有3M公司的周期双层膜光增强膜(VIKUITI膜)、默克公司的手性向列相(也即为胆甾相)液晶高分子光增强膜(Transmax膜)，中国台湾精迈科技发明的利用胆固醇液晶的CBEF增亮膜等产品。
作为3M公司重大发明技术之一的周期双层膜增强膜，制作过程比较复杂。首先是两种高分子薄膜交替挤压成多达百层，而厚度仅有大约400～500um的薄膜。通过3M的单轴拉伸技术沿膜面内某一方向进行拉伸，使其中一种膜在该方向的折射率发生变化，从而形成该方向折射率交替变化而其垂直方向折射率基本不变的薄膜材料；为使其作用范围覆盖整个可见光波段，高分子薄膜各层的厚度还要随着其厚度方向而逐渐改变。通过光线在偏振片上循环往复的入射，最终这种偏振片的光线利用率可以达到70％左右。
胆甾相液晶材料对圆偏振光有选择反射的特点，可以把与其螺距旋转方向相同的偏振方向的圆偏振光反射回去而允许相反偏振方向的圆偏振光透过。例如，当N*相液晶材料的螺距结构是左旋时，它把左旋圆偏振光反射回去而允许右旋圆偏振光透过。左旋圆偏振光经过一个1/4波片后则会转变为线性偏振光。如果将反射回来的左旋圆偏振光通过一个镜面再反射回去，它将变成右旋圆偏振光。如此循环往复，最终这种偏振片的光线利用率可以达到75％～80％，甚至更高。
利用胆甾相液晶，通过控制工艺参数获得渐变式螺距，可以得到宽波段的单层增亮膜。
荷兰专家D.J.Broer利用胆甾相液晶材料成功开发出胆甾相液晶高分子光增强膜，形成默克公司的Transmax薄膜。以两种不同反应速率的反应型液晶，一种为反应型胆固醇液晶，一种为反应型向列型液晶，关键是加入可吸取九成以上曝光量的染料，使曝光为超低能量，可使膜厚方向曝光能量相对于反应型为线性分布：反应速率快的胆固醇液晶快速的向曝光能量高的方向扩散，反应速率较慢的向列型液晶则落后，因而形成一段胆固醇液晶较多，另一端是向列相液晶较多的薄膜，最后得到呈线性分布变化的螺距。
另一种方法，是S.Faris博士采用的做法，采用实现方式与Broer博士相近，不同之处在于，采用的反应型与不具反应型液晶的混合物，虽然在膜厚方向曝光能量同为线性分布，但由于液晶聚合后将小分子液晶形成相分离的排挤效应，使两端的差异更加突出，加大了螺距的变化，从实验结果推算螺距呈指数型分布变化。
然而，利用胆甾相液晶进行增亮膜开发中，缺少对工业实用性的研究，大部分的研究工作侧重在提高反射光谱的宽度和反射效率的这些主要功能性能的提升，而缺少对材料的使用便利性和稳定性的研究，比如耐磨性和热稳定性的辅助性能。
除了在制造背光单元的过程中由于处理增亮膜导致增亮膜被损坏外，当笔记本电脑，便携式显示器在移动过程中，将显示器放入包中的情况急剧增多。如果在移动过程中引起对显示器的撞击时，即使在增亮膜上还设有保护膜，光学膜也会被损坏，从而影响影像。
此外，在背部照明方式中，由于光源与显示单元邻近，导致显示单元被加热，因此，要求增亮膜也具有耐热性。
因此，需要一种耐磨性好和热稳定性佳的组合物。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种手性可聚合性液晶组合物，具有成本低廉、耐磨性好、热稳定性佳的优点，可以用于增亮膜领域。
为了达到上述发明目的，本发明提供一种手性可聚合性液晶组合物，所述手性可聚合性液晶组合物包括：
占所述可聚合性液晶组合物总重量50-95％的向列相可聚合液晶；
占所述可聚合性液晶组合物总重量1-25％的胆甾相可聚合液晶；以及
占所述可聚合性液晶组合物总重量1-25％的双酚芴丙烯酸酯。
在本发明的一些实施方式中，所述向列相可聚合液晶选自通式Ⅰ和/或通式Ⅱ中的一种或多种：
其中，
所述A、B和AS相同或不同，各自独立地表示氢或者甲基；
所述Sp1、Sp2和L相同或不同，各自独立地表示1-11个碳的烷基；
所述Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6相同或不同，各自独立地表示单键、双键、三键、-O-、-CO-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述环表示亚苯基或者环己基；
所述X表示单键、-O-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述Rd表示1-11个碳的烷基或氰基；
所述R表示甲基或卤素；
所述m和n相同或不同，各自独立地表示0或1。
在本发明的一些实施方式中，所述Z1、Z2、Z3和Z4相同或不同，各自独立地表示-O-、-OCO-、-COO-或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述通式Ⅰ选自如下结构中的一种或多种：
以及
其中，
所述A和B相同或不同，各自独立地表示氢或者甲基；
所述Sp1和Sp2相同或不同，各自独立地表示1-11个碳的烷基；
所述R表示甲基或卤素；
所述m独立地表示0或1。
在本发明的一些实施方式中，通式Ⅰ-1的化合物优选如下化合物的一种或多种组成的组：
以及
在本发明的一些实施方式中，通式Ⅰ-2的化合物优选如下化合物的一种或多种组成的组：
以及
在本发明的一些实施方式中，所述通式Ⅱ选自如下结构中的一种或多种：
以及
其中，
所述Z6独立地表示单键、双键、三键、-O-、-CO-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述X表示单键、-O-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述Rd表示1-11个碳的烷基或氰基；
所述n1表示1-8的正整数。
在本发明的一些实施方式中，所述Z6独立地表示单键、-CO-、-OCO-、-COO-或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述Z6独立地表示单键、-OCO-、-COO-或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述Z6独立地表示单键、-OCO-或-COO-。
在本发明的一些实施方式中，所述X表示单键、-O-、-OCO-或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述X表示单键、-O-或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述X表示单键或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述X表示单键。
在本发明的一些实施方式中，所述Rd表示1-8个碳的烷基；
在本发明的一些实施方式中，所述胆甾相可聚合液晶选自以下通式Ⅲ所示结构：
其中，
所述Sp3和Sp4相同或不同，各自独立地表示1-11个碳的烷基；
所述Z7、Z8、Z9、Z10、Z11和Z12相同或不同，各自独立地表示-O-、-CO-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述环环环、和环相同或不同，各自独立地表示亚苯基或者萘基；
环n表示0或1。
在本发明的一些实施方式中，所述Z9和Z10相同或不同，各自独立地表示-OCO-或-COO-。
在本发明的一些实施方式中，所述Z8和Z11相同或不同，各自独立地表示-O-、-OCO-、-COO-或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述Z7和Z12相同或不同，各自独立地表示-O-或-OCOO-。
在本发明的一些实施方式中，所述环环环、和环 相同或不同，各自独立地表示亚苯基。
在本发明的一些实施方式中，所述双酚芴丙烯酸酯选自以下通式Ⅳ所示的结构：
其中，
所述RE表示甲基或氢原子；
所述LK表示亚乙基，1,2-亚丙基，1,3-亚丙基，2-羟基-1,3-亚丙基；
所述Re表示甲基或乙基；
所述a、b、c或d相同或不同，各自独立地表示0、1、2或3。
在本发明的一些实施方式中，所述a、b、c或d相同或不同，各自独立地表示0。
在本发明的一些实施方式中，所述向列相可聚合性液晶化合物占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的60-90％；所述胆甾相可聚合液晶化合物占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的5-20％；以及所述双酚芴丙烯酸酯占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的5-20％。
在本发明的一些实施方式中，所述向列相可聚合性液晶化合物占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的80-90％；所述胆甾相可聚合液晶化合物占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的5-10％；以及所述双酚芴丙烯酸酯占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的5-15％。
本发明还提供包含上述聚合性液晶组合物在增亮膜中的应用。
有益效果：与现有技术相比，本发明所述的手性可聚合液晶组合物，具有成本低廉、耐磨性好、热稳定性佳的优点。本发明所述手性可聚合液晶组合物包含具有可聚合双酚芴丙烯酸酯，所述可聚合双酚芴丙烯酸酯具有刚性的芴骨架基团，具有芴骨架的高分子化合物具有高耐热性、高透明性、高折射率、低线性膨胀系数、弹性模量高等特性。因此，通过引入优选比例的双酚芴丙烯酸酯，可提升光学膜的耐磨性和可靠性。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。
耐磨性测试。
将本发明的液晶组合物，溶解得到30％的乙酸乙酯溶液，将涂布液通过常规的刮刀涂布器，均匀涂布到PET或玻璃基材上，在60℃温度下的烘箱流平2小时，经UV固化得到测试用的薄膜。
针对固化后的薄膜，采用RCA纸带耐磨试验机，负重500g，摩擦1000次，再测定透过率；认为相对透过率不低于85％为耐磨性能良好。
热稳定性测试，将固化后的薄膜在100℃的烘箱退火8小时，降温到室温25℃后再升温到100℃的烘箱退火8小时，降温到室温后，再次测试产品的耐磨性能，通过耐磨性测试的，认为符合热稳定性要求。
实施例1
制备包含如下结构化合物的液晶组合物：
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率90％，折射率1.52，线性膨胀系数5％。
实施例2
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率90％，折射率1.53，线性膨胀系数5％。
实施例3
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率90％，折射率1.51，线性膨胀系数5％。
实施例4
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率92％，折射率1.51，线性膨胀系数4％。
实施例5
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率93％，折射率1.53，线性膨胀系数3％。
实施例6
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率93％，折射率1.53，线性膨胀系数4％。
实施例7
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率93％，折射率1.54，线性膨胀系数4％。
实施例8
上述组合物经耐磨性测试检测和热稳定性测试，耐磨性好，热稳定性达标。
上述组合物其它光学性能检测结果为：透过率92％，折射率1.51，线性膨胀系数4％。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种手性可聚合性液晶组合物，所述手性可聚合性液晶组合物包括：
占所述可聚合性液晶组合物总重量50-95％的向列相可聚合液晶；
占所述可聚合性液晶组合物总重量1-25％的胆甾相可聚合液晶；以及
占所述可聚合性液晶组合物总重量1-25％的双酚芴丙烯酸酯,
所述向列相可聚合液晶选自通式Ⅰ和/或通式Ⅱ中的一种或多种：
其中，
所述A、B和AS相同或不同，各自独立地表示氢或者甲基；
所述Sp1、Sp2和L相同或不同，各自独立地表示1-11个碳的烷基；
所述Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6相同或不同，各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述环表示亚苯基或者环己基；
所述X表示单键、-O-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述Rd表示1-11个碳的烷基或氰基；
所述R表示甲基或卤素；
所述m和n相同或不同，各自独立地表示0或1,
所述胆甾相可聚合液晶选自以下通式Ⅲ所示结构：
其中，
所述Sp3和Sp4相同或不同，各自独立地表示1-11个碳的烷基；
所述Z7、Z8、Z9、Z10、Z11和Z12相同或不同，各自独立地表示-O-、-CO-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述环环环、和环相同或不同，各自独立地表示亚苯基或者萘基；
所述n表示0或1,
所述双酚芴丙烯酸酯选自以下通式Ⅳ所示的结构：
其中，
所述RE表示甲基或氢原子；
所述LK表示亚乙基，1,2-亚丙基，1,3-亚丙基，2-羟基-1,3-亚丙基；
所述Re表示甲基或乙基；
所述a、b、c或d相同或不同，各自独立地表示0、1、2或3。
2.根据权利要求1所述手性可聚合性液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ选自如下结构中的一种或多种：
其中，
所述A和B相同或不同，各自独立地表示氢或者甲基；
所述Sp1和Sp2相同或不同，各自独立地表示1-11个碳的烷基；
所述R表示甲基或卤素；
所述m独立地表示0或1。
3.根据权利要求1所述手性可聚合性液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ选自如下结构中的一种或多种：
其中，
所述Z6独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述X表示单键、-O-、-OCO-、-COO-或-OCOO-；
所述Rd表示1-11个碳的烷基或氰基；
所述n1表示1-8的正整数。
4.根据权利要求1-3任一项所述的手性可聚合性液晶组合物，其特征在于，所述向列相可聚合性液晶化合物占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的60-90％；所述胆甾相可聚合液晶化合物占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的5-20％；以及所述双酚芴丙烯酸酯占所述手性可聚合性液晶组合物总重量的5-20％。
5.权利要求1-3任一项所述的手性可聚合性液晶组合物在增亮膜中的应用。
6.权利要求4所述的手性可聚合性液晶组合物在增亮膜中的应用。
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