TW201300512A - 液晶介質及製備液晶裝置的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種液晶(LC)介質,其包含光敏化合物及具有烯基之化合物;一種製備PS(經聚合物穩定化)或PSA(聚合物保持對準)型之LC顯示器之方法;及藉由此方法所獲得且含有此LC介質之PS或PSA型LC顯示器。

Description

液晶介質及製備液晶裝置的方法
本發明係關於一種液晶(LC)介質,其包含光敏化合物及具有烯基之化合物;一種製備PS(經聚合物穩定化)或PSA(聚合物保持對準)型LC顯示器之方法,及藉由此方法所獲得且含有此LC介質之PS或PSA型LC顯示器。
現時所使用之LC顯示器大部份係TN(扭轉向列)型顯示器。然而,此等顯示器具有對比度具極高視角依賴性之缺點。
此外,已知具有較廣視角之所謂之VA(垂直配向)顯示器。VA顯示器之LC單元包含位在兩透明電極之間之一LC介質層,其中該LC介質一般具有負介電各向異性值。於斷開狀態下,LC層中之分子係垂直電極表面配向(垂直)或具有傾斜垂直配向。於將電壓施加至電極時,LC分子發生平行於電極表面之重配向。
此外,已知基於雙折射效應且具有呈所謂「彎曲」配向及一般係正介電各向異性之一LC層的OCB(光學補償彎曲)顯示器。於施加電壓時,LC分子發生垂直於電極表面之重配向。此外,OCB顯示器常含有一或多個雙折射光學延遲薄膜,以防止彎曲單元在暗狀態下之不期望的光透明度。OCB顯示器相較於TN顯示器具有較廣視角及較短響應時間。
亦知曉IPS(平面內轉換)顯示器,其含有位在兩基板之間之一LC層,但其中兩電極僅位於該等基板中之一者上,通常呈梳形叉指結構。當將電壓施加至該等電極時,藉此產生具有與LC層平行之顯著分量之電場。此導致LC分子於層平面內重配向。
此外,已提出所謂之FFS(邊緣場轉換)顯示器(參見,尤其,S.H. Jung等人,Jpn. J. Appl. Phys.,Volume 43,No. 3,2004,1028),其類似地在同一基板上含有兩電極,但與IPS顯示器不同的是,此等電極中僅有一者係呈結構化(梳形)電極之形式,而另一電極係未經結構化。藉此產生極強之所謂「邊緣場」,即在電極邊緣附近之強電場,及在整個單元上,具有強垂直分量及強水平分量之電場。IPS顯示器及FFS顯示器兩者之對比度均具有低視角依賴性。
於最新類型之VA顯示器中,LC分子之均勻配向係由LC單元內之複數個相對小域限制。在此等域之間可存在向錯(亦稱為斜域)。具有斜域之VA顯示器相較於習知VA顯示器具有更不依賴視角之對比度及灰度。此外,此類型顯示器製造上較簡單,係因不再需要額外處理電極表面(如,例如,藉由摩擦)來使接通狀態下之分子均勻配向。取而代之的是,傾斜或預傾斜角之優先方向係由電極之特殊設計所控制。
於所謂之MVA(多域垂直配向)顯示器中,此常係藉由具有導致局部預傾斜之突起之電極實現。結果是,當施加電壓時,於不同界定區中LC分子沿不同方向平行於電極表面配向。藉此達成「控制」轉換,及防止干擾向錯線形成。雖然此配置改良顯示器之視角,但其會導致其透光度降低。
MVA之另一發展係僅在一電極側面上使用突起,而相對電極具有狹縫,此改良透光度。當施加電壓時,狹縫電極在LC單元中產生不均勻電場,意味著仍達成控制轉換。為進一步改良透光度,可增加狹縫與突起之間之分離,但此亦導致響應時間增長。於所謂之PVA(圖案化VA)中,完全過剩地提供突起,其中兩電極均藉由相對側面上之狹縫結構化,進而增加對比度及改良透光度,但此做法在技術上難以實現且使顯示器對機械影響(敲擊等)更敏感。然而,對於許多應用(如,例如,監視器及尤其是TV螢幕),需縮短響應時間及改良顯示器之對比度及亮度(透射)。
另一發展係所謂之PS(聚合物保持)或PSA(聚合物保持配向)顯示器,亦稱為「經聚合物穩定化」顯示器。於此等顯示器中,將少量(例如,0.3重量%,一般<1重量%)可聚合化合物添加至LC介質,及在引入至LC單元中之後,一般藉由UV光聚合作用進行原位聚合或交聯,且視需要在電極間施加電壓。已證實將可聚合液晶原或液晶化合物(亦稱為「反應性液晶原(RM)」)添加至LC混合物特別適宜。
同時,PS或PSA原理為多種典型LC顯示器所使用。因此,例如,已知PSA-VA、PSA-OCB、PS-IPS及PS-TN顯示器。於PSA-VA及PSA-OCB顯示器中,一般在將電壓施加至電極的同時實施聚合,而於PSA-IPS顯示器中,藉由或不藉由,較佳係不藉由施加電壓來實施聚合。如可於測試單元中所證實,PSA方法導致單元預傾斜。於PSA-OCB顯示器之情況中,因此,可使彎曲結構穩定化以致可消除或降低對偏移電壓之需求。於PSA-VA顯示器之情況中,此預傾斜對響應時間具有正面作用。就PSA-VA顯示器而言,可使用標準MVA或PVA像素及電極佈局。此外,然而,可(例如)嘗試使用僅一個結構化電極側且無突起,此將極大地簡化生產及同時獲得極良好對比度及極良好透光度。
此外,已證實所謂之正-VA顯示器(「正VA」)係特別適宜之模式。正如在典型VA顯示器中,在初始狀態下當不施加電壓時,正VA顯示器中之LC分子之初始取向係垂直,即,實質上垂直於基板。然而,與典型VA顯示器不同的是,在正VA顯示器中,使用具有正介電各向異性之LC介質。如同在常用IPS顯示器中,正VA顯示器中之兩電極係經佈置於兩基板中之僅一者上,及較佳展現嚙合及梳形(叉指形)結構。藉由將電壓施加至叉指形電極,建立實質上平行於LC介質層之電場,將LC分子轉變至實質上平行於基板之取向。同樣在正VA顯示器中,已證實聚合物穩定化(PSA)具有優勢,即,將RM添加至LC介質,使其於單元中聚合,藉此可顯著縮短轉換時間。
PSA-VA顯示器描述於(例如)JP 10-036847 A、EP 1 170 626 A2、US 6,861,107、US 7,169,449、US 2004/0191428 A1、US 2006/0066793 A1及US 2006/0103804 A1中。PSA-OCB顯示器描述於(例如)T.-J- Chen等人,Jpn. J. Appl. Phys. 45,2006,2702-2704及S. H. Kim,L.-C- Chien,Jpn. J. Appl. Phys. 43,2004,7643-7647中。PSA-IPS顯示器描述於(例如)US 6,177,972及Appl. Phys. Lett. 1999,75(21),3264中。PSA-TN顯示器描述於(例如)Optics Express 2004,12(7),1221中。類似於上述習知顯示器之PSA顯示器可以主動矩陣或被動矩陣顯示器之方式操作。於主動矩陣型顯示器中,各個像素一般係藉由積體非線性主動元件(如,例如,薄膜電晶體(TFT))定址,於被動矩陣型顯示器中,係藉由多工處理定址,此兩方法均係先前技藝所熟知。
就監視器及尤其是TV應用特定而言,LC顯示器之響應時間,及對比度及亮度(即,透射)仍有待最優化。PSA方法看來仍對此方面提供關鍵優勢。特定言之,於PSA-VA之情況中,可縮短與測試單元中之可測量預傾斜有關之響應時間,而不明顯負面影響其他參數。
於先前技藝中,採用(例如)如下式之可聚合化合物:
其中P表示可聚合基團,一般係丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基團,如(例如)US 7,169,449中所述。
然而,已發現,自先前技藝知曉之LC混合物及RM仍在用於PSA顯示器時存在某些劣勢。因此,並非所有所需可溶解RM亦同樣適用於PSA顯示器,且通常難以找到比利用預傾斜測量之直接PSA實驗更合適的選擇準則。若需藉由UV光進行聚合而不添加光引發劑(此可能有利於特定應用),則選擇將甚至更少。
此外,所選擇之LC混合物(亦稱為「LC主體混合物」)及可聚合組分之材料系統應具有盡可能佳之電學性質,尤其是高「電壓保持率」(HR或VHR)。於經UV光輻射後之高HR對於在PSA顯示器中之使用尤為重要,係因UV輻射係顯示器製造方法中之必需部分,雖然其亦可在成品顯示器中作為「正常」應力產生。
然而,所引發之問題在於並非LC混合物與可聚合組分之每種組合均適宜用於PSA顯示器,係因,例如,會造成傾斜不足或完全無傾斜,或係因,例如,HR不足以用於TFT顯示器應用。
特定言之,需求可用於PSA顯示器之新穎且經改良之材料,以能夠產生小預傾斜。尤其需要在聚合期間經受用於先前技藝材料之相同UV輻射時間之後產生較小預傾斜,及/或在較短曝露時間之後產生如先前技藝材料相同之預傾斜的材料。此材料容許減少用於顯示器之製造時間(生產時間)及降低製造成本。
當製造PSA顯示器時之另一問題係,在用於傾斜角產生之聚合步驟後,未反應RM之出現及移除。此等未反應RM可,例如,藉由顯示器在操作期間之不受控聚合而負面影響顯示器性質及性能。
因此,先前技藝之PSA顯示器常展現不期望的「影像殘留」或「影像燃燒」效應,於該等效應中,藉由定址所選擇像素而在顯示器中產生之影像將維持可見,甚至在已切斷用於此像素之電壓之後,或當其他像素已被定址之後。
影像殘留可在(例如)使用具有低HR之LC主體混合物時發生,其中環境光或顯示器背光燈所發射之UV組分可引發非所需之LC分子裂解反應。此可導致離子雜質富集於電極或配向層,在此其導致施加至顯示器之有效電壓下降。此效應亦出現在不含聚合組分之習知顯示器中。
於PSA顯示器中,可觀察到另一影像殘留效應,此效應係由於存在殘留未聚合RM所導致。於此等顯示器中,環境光或背光燈所發射之UV組分導致未反應RM之不期望自發聚合。於經定址之像素中,此可於數次定址循環後改變傾斜角,藉此導致透射變化,而於未定址像素中,傾斜角及透射則維持不受影響。
因此,當製造PSA顯示器時,聚合反應宜盡可能完全,及在其製造之後於PSA顯示器中之殘餘未聚合RM之量宜盡可能少。
就此等目的而言,需求可進行完全且有效聚合反應之RM及LC主體混合物。此外,需使仍存在於顯示器中之任何殘留量之未反應RM實現受控聚合。且,期望RM及LC主體混合物實現較現有材料更快速且更有效之聚合。
另一問題係,自先前技藝獲知用於LC顯示器(包括,但不限於,PSA型顯示器)中之LC介質常展現高黏度,及因此導致高轉換時間。
為了降低LC介質之黏度及轉換時間,在先前技藝中已建議添加具有烯基之LC化合物。然而,觀察到含烯基化合物之LC介質常表現可靠性及穩定性之下降,且尤其在曝露於UV輻射之後,VHR降低。
甚至在300 nm或更大之較高波長UV曝露之後,於具有含烯基化合物之LC介質中亦觀察到VHR降低。當將具有含烯基化合物之LC介質用於PSA顯示器時,此現象極為不利,係因PSA顯示器中RM之光聚合一般係藉由曝露於具約300 nm波長之UV輻射來進行,此會導致LC介質出現VHR下降。
含烯基LC介質在高UV波長下出現之VHR下降無法簡單地以烯基比(例如)烷基具有更高之UV吸收來解釋,係因烯基在常用於RM光聚合之約300 nm波長下不展現明顯UV吸收。相對地,包含於習知LC化合物中之烯基通常僅在低於200 nm之極短波長下展現明顯UV吸收。然而,此波長遠低於在標準PSA顯示器製造方法中常用於光聚合之UV燈的波長。
因此,需求具有用於PS或PSA顯示器之經改良之材料及材料組合,尤其是RM及LC主體混合物,以解決上述問題。亦需求經改良之製造PSA顯示器之方法,該方法不會展現自先前技藝所獲知方法的缺點。
本發明之目的係提供新穎PSA顯示器及用於PSA顯示器中之新穎材料,尤其是LC主體混合物及RM,及用於製造PSA顯示器之新穎方法,其等適宜解決上述問題,不具有上述缺點,或僅在較小程度上表現此等缺點,及提供如上下文所述之一或多種改良及優點。
特定言之,用於PSA顯示器中之經改良LC介質應具有高比電阻、大工作溫度範圍、甚至在低溫下之短響應時間、及低臨限電壓以實現大灰度值、高對比度及廣視角,且於UV曝露後具有高HR值。於用於行動應用之PSA顯示器中,LC介質應展現低臨限電壓及高雙折射率。且,LC介質應具有高可靠性及不導致不期望之影像殘留。其等應可快速產生高度預傾斜及容許RM迅速且完全地聚合,而僅有少量或較佳完全無未聚合RM殘留於LC介質中。經改良之製造PSA顯示器之方法應可避免上述配向層材料對LC介質之負面作用,亦應能藉由顯示器單元內之光聚合使包含於LC介質中之RM快速且完全地聚合,且亦應避免顯示器中之LC介質發生可靠性、穩定性VHR降低。
出乎意料地,現已發現此等目的可藉由將下文中所描述之本發明之LC介質及方法用於PSA顯示器中來達成。
特定言之,本發明之發明者已發現,可提供自含有具烯基之LC化合物之可聚合LC介質製備PSA顯示器之方法,該方法可在可聚合組分進行UV光聚合期間避免導致LC介質之可靠性及VHR降低。此係藉由利用較高UV波長(較佳在340至400 nm範圍內)實施可聚合組分之光聚合而達成。
出乎意料地發現,用於PSA之含有烯基化合物之LC介質在曝露於300至400 nm範圍之上端UV波長(例如360至400 nm)之後不展現明顯VHR降低,而在曝露於300至400 nm範圍之下端UV波長(例如300至340 nm)之後,該LC介質展現明顯VHR降低。如上所述,此效應不能僅歸結於300至340 nm之間之UV吸收可能較在360至400 nm之間高,係因烯基僅在低得多之波長(低於200 nm)下才展現明顯UV吸收。
不期望受具體理論限制,據信一可能解釋係用於習知PSA顯示器中之配向層會負面影響含有具烯基之化合物之LC介質的可靠性及VHR。PSA顯示器一般含有提供於接觸LC層之電極表面上之配向層,以建立LC分子之初始垂直配向。該等配向層一般係由將市售前驅物材料塗覆於電極上及(例如)熱固化所製備之聚醯亞胺組成。然而,常用的聚醯亞胺材料在300至340 nm之範圍內常展現明顯UV光吸收。因此,當製造PSA顯示器時,於RM在LC介質中發生光聚合期間,聚醯亞胺可吸收UV光,產生非所需自由基,該等自由基可(尤其)與LC介質中之烯基化合物相互作用並引發分解反應,導致可靠性及VHR降低。
發明者已發現,藉由在顯示器製造期間將較高波長之UV輻射(尤其波長高於340 nm之UV輻射)用於RM聚合,可抑制或甚至完全避免LC介質之可靠性及VHR降低。
然而,在先前技藝中經建議用於PSA顯示器中之RM常在短波長(例如,約300 nm)下展現最大UV吸收。將此RM用於採用較高UV波長之本發明方法中會導致緩慢且不完全之聚合及高殘餘未反應RM量。
於本發明之方法中,此缺點係藉由使用在光聚合步驟所施加之較高UV波長(特定言之,在340 nm至400 nm之範圍內)下展現充分吸收之RM來克服。使用此等RM可實現快速且完全的光聚合並降低未反應RM之量。
且,由於習用於PSA顯示器製造之光聚合步驟之UV燈一般發射較廣UV波帶而非單一波長,故發明者已發現選擇適用於本發明方法之RM之有效方式。此係藉由根據RM在較廣UV波帶內之總吸收進行選擇來達成。因此,就本發明之目的而言,指定RM之UV吸收係由其在所需波長範圍內之莫耳消光係數之積分來定義。
因此,藉由將較高UV波長用於RM之光聚合及藉由使用在高於340 nm下展現明顯總UV吸收之RM,可避免LC介質發生可靠性及VHR降低,及同時可實現快速且完全之聚合及在LC介質中產生高預傾斜。進一步結果是,此做法容許使用含有具烯基之LC化合物之LC介質,藉此達成較快速轉換時間,同時避免先前當將烯基化合物用於PSA顯示器中時所觀察到之缺點。
本發明係關於一種液晶(LC)介質,其特徵在於該LC介質包含一或多種液晶原化合物或含有烯基之液晶化合物,及該LC介質進一步包含一或多種可藉由光聚合進行聚合且在340 nm至400 nm之波長範圍內積分莫耳消光係數E340-400 1000 Lnmcm-1‧mol-1之光敏化合物。
本發明進一步係關於如上下文所述之LC介質於LC顯示器中,極佳於PS(聚合物保持)或PSA(聚合物保持配向)顯示器中之用途。
尤佳的LC介質包含:
- 可聚合組分A),該組分包含一或多種如上下文所述之光敏化合物,及
- LC組分B),該組分較佳具有向列相,包含一或多種含烯基之液晶原或LC化合物。
本發明進一步係關於製備如上下文所述之LC介質之方法,該方法將一或多種光敏化合物與一或多種液晶原或LC化合物及視需要與一或多種其他液晶化合物及/或添加劑混合。
本發明進一步係關於一種LC顯示器,該顯示器包含如上下文所述之LC介質,該顯示器較佳係PS或PSA顯示器。
尤佳的PS及PSA顯示器係PSA-VA、PSA-OCB、PSA-IPS、PS-FFS、PSA-正VA或PSA-TN顯示器,極佳係PSA-VA及PSA-IPS顯示器。
本發明進一步係關於一種LC介質,其於PS及PSA顯示器中之用途,及包含如上下文所述之LC介質之PS及PSA顯示器,其中該等光敏化合物或可聚合組分係經分別聚合。
本發明進一步係關於一種如上下文所述之包含可聚合組分及LC組分之LC介質之用途,其係用於當提供於包含兩基板及兩電極之顯示器中時,藉由在將電壓施加至該等電極之同時原位聚合可聚合組分,而於該LC介質層中產生預傾斜角。
本發明進一步係關於一種製造如上下文所述之PS或PSA顯示器之方法,其包含以下步驟:
a)於兩基板之間提供如上下文所述之LC介質,其中至少一基板包含提供於其上之一或兩個電極,及
b)將該LC介質曝露於波長340 nm,較佳>340 nm之UV輻射,其中較佳在步驟b)中之該曝露於UV輻射期間之至少一部份時間內將電壓施加至該等電極。
本發明進一步係關於藉由如上下文所述之方法獲得之PS或PSA顯示器。
較佳地,該PS或PSA顯示器包含兩基板及兩電極,其中至少一基板包含提供於其上之一或兩個電極;及提供於該兩基板之間包含經聚合組分及未聚合LC組分之LC介質層,其中該未聚合LC組分包含一或多種含有烯基之液晶原或LC化合物,及其中該經聚合組分係藉由光聚合在基板之間之LC介質中之可聚合組分而獲得,及其中該可聚合組分包含一或多種光敏化合物,該等光敏化合物可藉由光聚合來進行聚合且在340 nm至400 nm之波長範圍內具有積分莫耳消光係數E340-400 1000 Lnmcm-1‧mol-1,及其中該可聚合組分之光聚合係藉由曝露於波長340 nm,較佳>340 nm之UV輻射來實施,較佳地,在該曝露於UV輻射期間之至少一部份時間內同時將電壓施加至該等電極。
本發明之PS及PSA顯示器較佳包含(較佳)呈透明層形式之兩電極,該兩電極係經施用於形成顯示器之兩基板中之一或兩者上。於一較佳實施例中,於兩基板之各者上僅提供一電極,如(例如)於PSA-VA、PSA-OCB或PSA-TN顯示器中。於另一較佳實施例中,在兩基板中之一者上提供兩電極及在另一基板上不提供電極,如(例如)於PSA-正VA、PSA-IPS或PSA-FFS顯示器中。
於本發明之PS或PSA顯示器中,較佳至少一基板,極佳兩基板,可透射可見光。
術語定義
除非另外說明,否則在上下文中將術語「PSA」用於PS及PSA顯示器兩者。
術語「傾斜」及「傾斜角」係指LC混合物或LC介質中之LC分子相對於LC顯示器之單元壁表面呈傾斜或斜交取向。本文中之傾斜角意指LC分子之分子長軸(LC指向矢)與形成LC單元之平面平行基板之表面之間之平均角度(<90°)。於本文中,低傾斜角值(即,與90°角之偏差大)對應於大傾斜。用於測量傾斜角之適宜方法描述於實例章節中。除非另外說明,否則如上下文所給出之傾斜角值係由此測量方法所獲得。
術語「光敏化合物」意指含有一或多個當曝露於光輻射(例如,UV輻射)時經歷聚合反應之官能基之化合物。較佳地,該等光敏化合物係選自可光聚合(即,可藉由光聚合,即,藉由曝露於光輻射所引發之聚合來聚合)之反應性液晶原。
術語「反應性液晶原」或RM表示含有液晶原基團及一或多個可聚合官能基之化合物。
用於本發明LC介質或方法中之光敏可聚合化合物之UV吸收係藉由該化合物於指定波長範圍內之莫耳吸收(消光)係數之積分(單位Lnmcm-1‧mol-1)來定義。除非另外說明,否則此UV吸收係參照該化合物之二氯甲烷(DCM)溶液的吸收光譜,此光譜係利用UV/VIS/NIR-分光光度計Varian Cary 500(獲自Varian Inc.)測量。
一般而言,化合物之莫耳消光係數(亦稱為「莫耳吸收係數」或「莫耳吸收度」)係被技術者視為化合物內在性質,且係該化合物在指定波長下之吸收之測度。其係由等式(1)定義
其中ε係莫耳十進位消光係數,E係化合物樣品(如用於吸收光譜之測量)在指定波長下之消光率(或吸收),c係樣品(一般係溶液)中之化合物濃度,及d係光傳播通過該樣品之距離(即,光徑長度,其係由樣品之層厚度決定)。
用於本發明中之積分莫耳消光係數Eλ1-λ2係由等式(2)給出
即,莫耳消光係數ε於波長λ1至波長λ2範圍內之積分(以Lnmcm-1‧mol-1為單位)。
例如,積分莫耳消光係數E320-400意指波長介於320 nm至400 nm之範圍內,及積分莫耳消光係數E340-400意指波長介於340 nm至400 nm之範圍內。
如上下文所述含有帶烯基之液晶原或LC化合物及視需要其他LC或液晶原化合物,但不含可聚合或經聚合光敏化合物之LC混合物或LC組分B)在下文中亦稱為「(LC)主體混合物」或「(LC)低分子量組分」。
術語「低分子量」及「不可聚合」表示不含有適宜在為熟習本項技術者已知之通常條件下,尤其在用於本發明LC介質中之可聚合化合物及RM的聚合期間所施用之條件下聚合之任何官能基之化合物(一般為單體)。
包含於本發明LC介質中之含烯基之LC化合物在光敏化合物之UV光聚合所使用之條件下不進行光聚合,至少不達顯著程度。如本文中所使用之「顯著程度」意指多於5 mol%之化合物發生聚合。
術語「烯基」意指含有C=C雙鍵之視需要經取代之烴基。較佳地,術語「烯基」意指直鏈、支鏈或環狀烷基,其視需要經取代,較佳包含至少2個C原子(於支鏈基團之情況中至少3個C原子,於環狀基團之情況中至少4個C原子)及至多30個C原子,及包含至少一個CH=CH部分,其中於烷基及/或CH=CH部分中之一或多個H原子亦可經F取代。
如下文所使用之術語「向列組分」及「向列LC混合物」意指具有向列LC相,但除此以外亦可具有其他LC相(如,例如,層列相)之LC混合物,但極佳意指僅具有向列LC相及無其他LC相之LC混合物。
術語「液晶原基團」係為熟習本項技術者已知及描述於文獻中,且表示由於其吸引及排斥相互作用之各向異性而基本上有助於在低分子量或聚合物質中導致液晶(LC)相之基團。含有液晶原基團之化合物(「液晶原化合物」)無需自身具有LC相。液晶原化合物亦可僅在與其他化合物混合之後及/或在聚合之後才展現LC相行為。常見液晶原基團係,例如,剛性棒形或盤形單元。對與液晶原或LC化合物連用之術語及定義之回顧係於Pure Appl. Chem. 73(5),888(2001)及C. Tschierske、G. Pelzl、S. Diele,Angew. Chem. 2004,116,6340-8368中給出。
術語「間隔基團」(亦稱為「Sp」)係為熟習本項技術者已知且描述於文獻中,參見,例如,Pure Appl. Chem. 73(5),888(2001)及C. Tschierske、G. Pelzl、S. Diele,Angew. Chem. 2004,116,6340-6368中。除非另外說明,否則術語「間隔基團」或「間隔體」於上下文中表示將可聚合液晶原化合物或RM中之液晶原基團及可聚合基團彼此連接之可撓基團。
術語「共軛」意指主要含有具sp2-混成(或視需要亦具sp-混成)之C原子之化合物或部分,該等C原子亦可經雜原子或具有孤(電子)對之雜原子取代。於最為簡單之情況中,此係(例如)具有交替C-C單與雙(或三)鍵之化合物,但亦包括具有諸如1,4-伸苯基之芳族單元之化合物,或具有孤電子對(如N、O或S)之化合物。
「主要含有具sp2-混成之C原子」意指具有可導致共軛中斷之天然(自發)存在缺陷之化合物仍被視為共軛化合物,及該化合物或部分可除此以外另含有具sp3-混成之C原子,該等C原子不會中斷(例如)在連接至共軛C原子或雜原子之側鏈或取代基中之共軛。
用於本發明PSA顯示器之LC介質含有可藉由曝露於UV輻射進行聚合之一或多種光敏化合物。此外,該LC介質含有LC主體混合物,該LC主體混合物包含選自液晶原或LC化合物,較佳選自向列或向列原化合物之一或多種化合物,其中此等化合物中之一或多者含有在光敏化合物之UV光聚合所使用之條件下不發生聚合或其他反應之至少一烯基。該LC主體混合物較佳僅由低分子量(即,單體或未聚合)化合物組成,該等化合物在光敏化合物之UV光聚合所使用之條件下穩定或無聚合反應性。
除上述組分外,LC介質可含有其他添加劑,如,例如,聚合引發劑、抑制劑、表面活性劑、潤濕劑、消泡劑等。
於本發明之方法中,如上下文所述之UV曝露步驟將導致光敏化合物發生光聚合。含烯基之LC化合物較佳在光敏化合物之UV光聚合所使用之條件下不發生光聚合,至少不達顯著程度。
如上下文所述之方法及LC介質之組合可藉由使用較長UV波長製造PSA顯示器,藉此降低或甚至避免短UV光組分之危險及破壞性作用,且仍使LC介質中之可聚合組分達成快速且完全之聚合。
特定言之,用於製備本發明之PSA顯示器及LC介質之方法提供以下優點中之一或多者:
- 可藉由使用340 nm或更高,較佳350 nm或更高,極佳360 nm或更高,最佳375 nm或更高之較長UV波長來製造PSA顯示器,
- 更佳地防止RM光聚合所使用之UV輻射產生之負面影響,
- 減少或甚至抑制配向層材料(如,聚醯亞胺)對LC介質之可靠性之負面影響,
- 改良LC介質及LC顯示器之總體UV穩定性,
- 可增大LC介質之VHR,以使其甚至可展現與不含有帶烯基之化合物之LC介質類似之VHR水平,
- 容許使用含有帶烯基之化合物之LC介質,以達成較快速轉換時間,同時避免諸如VHR降低之缺點,
- 可減少或甚至避免VHR及可靠性在UV光聚合期間下降,
- 可將諸如LC介質之低黏度及快速反應時間之優點與快速產生高預傾斜及高VHR值組合,
- 可快速且有效地進行RM之聚合,且可提高RM之聚合程度,藉此亦減少在顯示器中之殘餘未聚合RM之量,
- 可較快速產生與採用先前技藝材料之顯示器相同之小傾斜角,及/或可產生較採用先前技藝材料之PSA顯示器小之傾斜角,
- 可減少PSA顯示器中之影像殘留。
此外,本發明之LC介質及LC混合物具有高比電阻值及良好的低溫穩定性(LTS)以避免不期望的自發結晶,及當用於PSA顯示器中時,展現恰當傾斜角,甚至無需使用光引發劑。
本發明亦係關於製造如上下文所述之PS或PSA顯示器之方法,其包含步驟:在包含兩基板及兩電極之一顯示器或顯示器單元中提供LC介質,該LC介質包含一或多種光敏化合物及一或多種如上下文所述之含有烯基之液晶原或LC化合物,其中至少一基板為光透明及至少一基板具有提供於其上之一或兩個電極;及藉由將其等曝露於較佳波長>340 nm之UV輻射,更佳同時將電壓施加至該等電極,使光敏化合物聚合。
藉由在LC單元之基板間之LC介質中之原位UV光聚合使可聚合化合物聚合或交聯(若化合物含有兩或更多個可聚合基團)。藉由將光敏化合物曝露於UV輻射,較佳同時將電壓施加至提供於基板上之電極,來啟動該聚合反應。
於本發明之聚合方法中,條件係經選擇以使存在於LC介質中之所有光敏化合物盡可能完全地聚合。
可(例如)藉由將習知UV燈與一或多個僅透射所需波長之濾光片(例如,為技術者已知且可自市面購置之習知干擾或吸收濾光片)一起連用,來控制光聚合所使用之UV輻射之波長。
例如,可使用衰減(例如,吸收)較短波長並透射(透過)所需光譜(例如,包括UV,及視需要亦包括可見光及紅外光範圍)內之較長波長之長通(LP)濾光片。與此相反,短通(SP)濾光片衰減(例如,吸收)較長波長及透射(透過)所需光譜(例如,包括UV及短UV範圍)內之較短波長。
亦可使用帶通(BP)濾光片,其係(例如)LP與SP濾光片之組合,且吸收在所需波長帶外之所有波長。
LP及SP濾光片(亦稱為緣通或截止濾光片)可由其等之截止波長(亦稱為截止或中心波長)特徵化,該截止波長對應於在其等峰值(即,最大)透射率之50%下之波長。例如,340 nm LP濾光片具有340 nm之截止波長,低於此波長時,則其透射小於最大透射率之50%。
適宜用於本發明方法中之LP、SP及BP濾光片係為技術者已知,如,例如,可自Schott AG購置之Schott WG或Schott GG系列之濾光片。
例如,當需藉由300至400 nm波長之UV光之輻射來進行光聚合時,此輻射可藉由使用在此範圍內發光之UV燈及實質上透射介於300 nm及400 nm間之波長之BP濾光片來獲得。或者,可使用透射300 nm波長以上之UV光及可見光之LP濾光片,係因可見光一般不會負面影響聚合反應。
如上所述,截止波長係高於該波長時LP濾光片(或低於該波長時SP濾光片)透射其最大透射率之50%或更大之波長。因此,若需完全排除波長中之特定部分,則需相應地選擇濾光片。
較佳使用具有陡峭波長/透射率曲線斜率之濾光片,以使低於截止波長(於LP濾光片之情況中)或在所需波帶外(於BP濾光片之情況中)之光的總透射率盡可能地小。
此說明於圖1,該圖顯示適用於本發明方法中之數個Schott WG或Schott GG系列長通濾光片之透射光譜。個別的曲線圖顯示(a) WG320濾光片,(b) WG335濾光片,(c) WG345濾光片及(d) GG375濾光片(數字表示截止波長)。曲線圖(e)顯示WG335與WG345濾光片之計算組合,該組合具有約340 nm之截止波長。
可見(例如)320 nm LP濾光片在高於320 nm之波長下具有至少50%透射率,但在低於300 nm之波長下無實質透射。類似地,340 nm LP濾光片在低於320 nm之波長下無實質透射,及375 nm LP濾光片在低於355 nm及甚至低於360 nm之波長下無實質透射。如本文所使用之「無實質透射」意指小於在透射光譜內之最大透射率之5%,較佳小於1%。
因此,例如,較佳利用340 nm LP濾光片獲得波長λ>320 nm之UV光輻射並排除波長<320 nm之UV光。類似地,較佳利用360 nm LP濾光片獲得波長λ>340 nm之UV光輻射並排除波長<340 nm之UV光,及較佳利用360 nm或375 nm LP濾光片獲得波長λ>360 nm之UV光輻射並排除波長<360 nm之UV光。根據濾光片之截止波長及透射曲線斜率,技術者可選擇更為適宜的濾光片用於獲得所需波長。
於本發明之方法中,光敏可聚合化合物係藉由曝露於波長為340 nm或高於340 nm,較佳350 nm或高於350 nm,極佳360 nm或高於360 nm,最佳375 nm或高於375 nm之UV輻射來進行聚合。
如本文中所使用,「曝露於波長為XXX nm或更高之UV輻射」意指化合物所暴露之UV輻射光譜不含波長低於XXX nm之實質強度輻射。如本文中所使用,於指定波長下之「實質強度」意指在化合物所暴露之整個輻射光譜內所觀察到之最大強度之至少5%。
較佳地,用於本發明方法中之UV輻射不含波長<340 nm,較佳340 nm之實質強度輻射。
光敏化合物之光聚合係在局限於顯示器或顯示器單元之兩基板間之LC介質中原位進行。該顯示器進一步包含兩電極,其中在該兩基板之各者上僅提供一電極,或僅在該兩基板中之一者上提供兩電極。較佳地,在含有光敏化合物之LC介質之UV曝露期間將電壓施加至該等電極,以導致LC分子重取向。可於整個UV曝露步驟期間或可較UV曝露時間短或長之指定時間內施加電壓。
如上所述,光敏化合物在指定波長下之UV吸收一般係由其莫耳消光係數或莫耳吸收率定義,該莫耳消光係數或莫耳吸收率係內在材料性質且可藉由技術者已知及描述於「定義」章節中之測量及計算方法確定。
然而,在PSA顯示器製造方法中習用於可聚合化合物之光聚合且亦較佳用於本發明方法中之UV燈係發射波長帶而非單個波長。且,不同的光敏可聚合化合物一般具有在廣波帶內不同形狀之吸收光譜。
因此,就本發明之目的而言,光敏化合物之有效UV吸收係由其在指定UV波長範圍內之消光係數之積分所定義。頃發現此係評估光敏化合物於PSA顯示器製造方法中經光聚合時之總UV吸收之較佳方式,及因此,係選擇最適用於此方法之光敏化合物之較佳方式。
一般而言,若化合物之積分莫耳消光係數(340至400 nm)<1000 Lnmcm-1‧mol-1,則觀察到聚合進行的緩慢且不完全,及該化合物不適宜用於PSA顯示器製程。若化合物之積分莫耳消光係數係於1000至10000 Lnmcm-1‧mol-1之範圍內,則觀察到可接受之聚合速度及完成度。若化合物之積分莫耳消光係數>10000 Lnmcm-1‧mol-1,則觀察到尤佳之聚合速度及完成度,且此等化合物尤其適宜用於本發明之LC介質及方法中。
且,該等光敏化合物係經選擇,以使其尤其適用於為本發明方法中之光聚合所使用之較長波長。
較佳地,用於本發明LC介質及方法中之光敏化合物於340 nm至400 nm範圍內之積分莫耳消光係數E340-400 1000 Lnmcm-1‧mol-1,其中E340-400係如上所定義。極佳地,該等光敏化合物之E340-4002000 Lnmcm-1‧mol-1,最佳地,E340-4003000 Lnmcm-1‧mol-1
於本發明之另一較佳實施例中,該等光敏化合物係經選擇,以使其等在320 nm至400 nm範圍內之積分莫耳消光係數E300-400 5000 Lnmcm-1‧mol-1,其中E320-400係如上所定義。極佳地,此較佳實施例之光敏化合物之E320-40010000 Lnmcm-1‧mol-1
於本發明之另一較佳實施例中,該等光敏化合物係經選擇,以使其等在300 nm至400 nm範圍內之積分莫耳消光係數E300-400 20000 Lnmcm-1‧mol-1,其中E300-400係如上所定義。極佳地,此較佳實施例之光敏化合物之E300-40030000 Lnmcm-1‧mol-1
於本發明之又一較佳實施例中,光敏化合物係經選擇以使其等E340-400大於等於1000 Lnmcm-1‧mol-1,極佳地,E340-400 3000 Lnmcm-1‧mol-1,及同時E320-400 5000 Lnmcm-1‧mol-1,極佳地E320-400 10000 Lnmcm-1‧mol-1
於本發明之又一較佳實施例中,光敏化合物係經選擇以使其等E340-400 1000 Lnmcm-1‧mol-1,極佳地E340-400 3000 Lnmcm-1‧mol-1,及同時E320-400 5000 Lnmcm-1‧mol-1,極佳地E320-400 10000 Lnmcm-1‧mol-1,同時E300-400 20000 Lnmcm-1‧mol-1,極佳地E300-400 20000 Lnmcm-1‧mol-1
於本發明之一較佳實施例中,光敏化合物係選自含有共軛部分及直接或藉由間隔基團連接至共軛部分之一或多個可光聚合官能基之化合物。
於一極佳實施例中,該共軛部分含有5或多於5,較佳多於6個非定域電子對,該等電子對較佳係選自Π電子對(如,例如,在C-C雙或三鍵中或C原子與雜原子間之雙或三鍵中)及雜原子(如,例如,N、P、O、S或Se)中之孤(電子)對。共軛部分較佳係包含一或多個芳族或部份不飽和環之環系統。若該共軛系統包含兩或更多個環,則此等環可藉由單或雙鍵直接彼此連接,或可藉由線性或支鏈共軛基團彼此連接,或可彼此稠合。關於此類化合物之常見及較佳實例係如式A、B、C、F及G之彼等物,及如式D之彼等物,其中W1及/或W2係CY=CY,如,如下文所示如式D2、D3、D5及D7之彼等物。
於另一極佳實施例中,該共軛部分含有6或多於6,較佳6個非定域電子對(如上所定義),及其中該共軛部分係包含兩或更多個環之環系統,其中各環係藉由至少兩個環原子連接至至少一個鄰近環,以維持共軛及使整個環系統呈平面結構。例如,兩鄰近環係在第一位置處藉由第一碳或飽和或不飽和烴橋連基,及在第二位置處藉由單鍵或藉由第二碳或飽和或不飽和烴橋連基彼此連接。結果是,該等環不再可圍繞將其等連接至鄰近環(例如,於聯苯基之情況中)之鍵自由旋轉,及整個環系統呈平面結構。適宜及較佳之橋連基係(例如)飽和伸烷基或伸烷氧基。關於此類化合物之常見及較佳實例係如式D之彼等物,其中較佳W1及W2中之至少一者係與CY=CY不同,及如式E之彼等物,如,如下文所示如式D1、D4、D6、E1、E2及E3之彼等物。
較佳地,光敏化合物係選自由以下式所組成之群:
其中各個基團具有以下含義P 係可光聚合基團,Sp 於各次出現時係相同或不同地為間隔基團或單鍵,Ra、Rb 彼此獨立地表示P-Sp-、H、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、SF5、具有1至25個C原子之直鏈或支鏈烷基,其中,除此以外,一或多個非鄰接CH2基可經C(R0)=C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不彼此直接連接之方式取代,及其中,除此以外,一或多個H原子可經F、Cl或P-Sp-取代;或具有4至30個環原子之芳基或雜芳基,該等芳基或雜芳基亦可含有一或多個稠環及視需要經一或多個L基取代,其中於式D、E、F、G及H中,Ra及Rb中之至少一者係P-Sp-,R0、R00 彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之直鏈或支鏈烷基,W1、W2 彼此獨立地表示-CY2CY2-、-CY=CY-、-CY2-O-、-O-CY2-、-C(O)-O-、-O-C(O)-、-C(RcRd)-、-O-、-S-、-CO-、或-NRc-,W3 係-CY2CY2-、-CY2-O-、-O-CY2-、-C(O)-O-、-O-C(O)-、-C(RcRd)-、-O-、-S-、-CO-或-NRc-,Y 於各次出現時係相同或不同地為H或F,Rc、Rd 彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之直鏈或支鏈烷基,A1及A2 彼此獨立地表示1,4-伸苯基、萘-1,4-二基或萘-2,6-二基,其中,除此以外,此等基團中之一或多個CH基可經N取代;環己烷-1,4-二基,其中,除此以外,一或多個非鄰接CH2基可經O及/或S取代;1,4-伸環己基、雙環[1.1.1]戊烷-1,3-二基、雙環[2.2.2]辛烷-1,4-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基、哌啶-1,4-二基、十氫萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基、茚烷-2,5-二基、八氫-4,7-甲橋茚烷-2,5-二基、蒽-2,7-二基、茀-2,7-二基或菲-2,7-二基,其中所有此等基團可未經取代或經L單或多取代,L 於各次出現時係相同或不同地為P、P-Sp-、OH、CH2OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(Rx)2、-C(=O)Y1、-C(=O)Rx、-N(Rx)2、視需要經取代之甲矽烷基、視需要經取代之具有4至30個環原子之芳基或雜芳基、具有1至25個C原子之直鏈或支鏈烷基或烷氧基、或具有2至25個C原子之直鏈或支鏈烯基、炔基、烷羰基、烷氧羰基、烷羰氧基或烷氧羰氧基,其中,於所有此等基團中,除此以外,一或多個H原子可經F、Cl或P-Sp-取代,Y1 係鹵素,Rx 係P、P-Sp-、H、鹵素、具有1至25個C原子之直鏈、支鏈或環狀烷基,其中,除此以外,一或多個非鄰接CH2基可經-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代,及其中,除此以外,一或多個H原子可經F、Cl或P-Sp-取代,Z1、Z2 彼此獨立地係-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-CH2-CH2-COO-、-OCO-CH2-CH2-、-C(R0R00)-、-C(RyRz)-或單鍵,Ry、Rz 彼此獨立地表示H、F、CH3或CF3,n 係1、2、3或4,p、q 彼此獨立地係0、1、2或3,r 係0、1、2、3或4,s 係0、1、2或3,t 係0、1或2,c 係0、1或2。
式A至F之化合物較佳係選自由以下子式組成之群:
其中,P、Sp、L、Ra、Rb、Rc、Rd、A1、A2、Z1、Z2、p、q、r、s及t具有式A-G中所給出之含義,Re具有如式A中所給出之Ra含義中之一者但與P-Sp-不同,s+t1,s+r1,於式H3及H4中,至少一s1,r1係0、1或2,r2係0、1或2,且r1+r21,及r3係1或2。
進一步佳者係如以上子式A1至H4之化合物,其中L表示F、Cl、具有1至12個C原子之直鏈或支鏈烷基或烷氧基、或具有2至12個C原子之直鏈或支鏈烯基、炔基、烷羰基、烷氧羰基、烷羰氧基或烷氧羰氧基,其中於所有此等基團中,除此以外,一或多個H原子可經F或Cl取代,極佳地,經F、Cl或視需要經氟化之具有1至4個C原子之烷基、烷氧基或羰基取代。
進一步佳者係式A1、A3、B1、B3、B5、B7、B9、C1、C3、H1及H3之化合物,其中兩Sp基團均係單鍵。
進一步佳者係式A1、A3、B1、B3、B5、B7、B9、C1、C3、H1及H3之化合物,其中兩Sp基團中之一者係單鍵及兩Sp基團中之另一者並非單鍵。
進一步佳者係式D1至D7、式E1至E3、式F1至F4及式G1至G4之化合物,其中Ra表示P-Sp-。
進一步佳者係式D1至D7、式E1至E3、式F1至F4及式G1至G4之化合物,其中Ra係與P-Sp-不同。
進一步佳者係式D1至D7及式E1至E3之化合物,其中p及q係0。進一步佳者係式D1至D7及式E1至E3之化合物,其中p及q係1。進一步佳者係式D1至D7及式E1至E3之化合物,其中p及q中之一者係0且另一者係1。極佳者係式D1至D7及式E1至E3之化合物,其中p及/或q係1,且其中A1-Z1及Z2-A2表示視需要經如上所定義之一或多個L基團取代之1,4-伸苯基。
式A-G及其等子式之進一步佳之光敏化合物係選自以下較佳實施例表列,包括其等任何組合:
- 該等化合物含有兩個P-Sp基團,其中該兩Sp基團中之一者係單鍵而該兩Sp基團中之另一者並非單鍵,
- 該等化合物含有兩個P-Sp基團,其中該兩Sp基團均係單鍵,
- 與P-Sp-不同之基團Ra、Rb、Rc、Rd或Re表示選自具有1至25個C原子之直鏈或支鏈烷基之不可聚合基團,其中一或多個非鄰接CH2基可經-C(R0)=C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代,及其中一或多個H原子可經F或Cl取代,
- 與P-Sp-不同之基團Ra、Rb、Rc、Rd或Re表示具有1至12個C原子之烷基或烷氧基,其中一或多個H原子視需要經F取代,
- P係丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或氧雜環丁烷,較佳係丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,
- 非單鍵之Sp基團表示-(CH2)p1-、-(CH2)p1-O-、-(CH2)p1-O-CO-、-(CH2)p1-O-CO-O-,極佳係-(CH2)p1-或-(CH2)p1-O-,其中p1係1至12,較佳1至5,極佳1、2或3之整數,
- A1及A2表示視需要經一或多個L基團取代之1,4-伸苯基,
- L不表示或不含P-Sp-基團,
- L係選自F、Cl、-CN、具有1至25個C原子,較佳1至12個C原子之直鏈或支鏈烷基,其中,一或多個非鄰接CH2基可經-C(R0)=C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代,及其中一或多個H原子可經F或Cl取代,
- L表示F、Cl、具有1至12個C原子之直鏈或支鏈烷基或烷氧基、或具有2至12個C原子之直鏈或支鏈烯基、炔基、烷羰基、烷氧羰基、烷羰氧基或烷氧羰氧基,其中於所有此等基團中,除此以外,一或多個H原子可經F或Cl取代,
- Z1及Z2彼此獨立地且於各次出現時係相同或不同地選自-O-、-CO-O-、-OCO-、-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-或單鍵,
- Z1及Z2係單鍵,
- p=0及q=0,
- p=1及q=1,
- p=0及q=1,或p=1及q=0,
- Ra-(A1-Z1)p-及-(Z2-A2)q-Rb不含鹵素。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式A及其較佳子式。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式B及其較佳子式。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式C及其較佳子式。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式D及其較佳子式。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式E及其較佳子式。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式F及其較佳子式。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式G及其較佳子式。
本發明之另一較佳實施例係關於一種如上下文所述之方法及LC介質,其中該等光敏化合物係選自式H及其較佳子式。
於上下文中,「碳基」表示含有至少一個碳原子之單或多價有機基團,其不含有其他原子(如,例如,-C≡C-)或視需要含有一或多個諸如(例如)N、O、S、P、Si、Se、As、Te或Ge之其他原子(例如,羰基等)。「烴基」表示另含有一或多個H原子且視需要一或多個雜原子(如,例如,N、O、S、P、Si、Se、As、Te或Ge)之碳基。「鹵素」表示F、Cl、Br或I。
碳基或烴基可係飽和或不飽和基團。不飽和基團係,例如,芳基、烯基或炔基。具有多於3個C原子之碳基或烴基可係直鏈、支鏈及/或環狀且亦可含有螺鏈結或稠環。
於上下文中,術語「烷基」、「芳基」、「雜芳基」等亦涵蓋多價基團,例如,伸烷基、伸芳基、伸雜芳基等。術語「芳基」表示芳族碳基或自其衍生之基團。術語「雜芳基」表示根據以上定義且含有一或多個雜原子之「芳基」。
較佳的碳基及烴基係具有1至40,較佳1至25,特佳1至18個C原子之視需要經取代之烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷羰基、烷氧羰基、烷羰氧基及烷氧羰氧基,具有6至40,較佳6至25個C原子之視需要經取代之芳基或芳氧基,或具有6至40,較佳6至25個C原子之視需要經取代之烷芳基、芳烷基、烷芳氧基、芳烷氧基、芳基羰基、芳氧羰基、芳羰氧基及芳氧羰氧基。
進一步佳之碳基及烴基係C1-C40烷基、C2-C40烯基、C2-C40炔基、C3-C40烯丙基、C4-C40烷二烯基、C4-C40多烯基、C6-C40芳基、C6-C40烷芳基、C6-C40芳烷基、C6-C40烷芳氧基、C6-C40芳烷氧基、C2-C40雜芳基、C4-C40環烷基、C4-C40環烯基等。特佳者係C1-C22烷基、C2-C22烯基、C2-C22炔基、C3-C22烯丙基、C4-C22烷二烯基、C6-C12芳基、C6-C20芳烷基及C2-C20雜芳基。
進一步佳之碳基及烴基係具有1至40,較佳1至25個C原子之直鏈、支鏈或環狀烷基,其等係未經取代或經F、Cl、Br、I或CN單或多取代,且其中一或多個非鄰接CH2基可各自彼此獨立地經-C(Rx)=C(Rx)-、-C≡C-、-N(Rx)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代。
Rx較佳表示H、鹵素、具有1至25個C原子之直鏈、支鏈或環狀烷基鏈,其中,除此以外,一或多個非鄰接C原子可經-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-取代,及其中一或多個H原子可經氟取代;具有6至40個C原子之視需要經取代之芳基或芳氧基或具有2至40個C原子之視需要經取代之雜芳基或雜芳氧基。
較佳烷基係,例如,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、2-甲基丁基、正戊基、第二戊基、環戊基、正己基、環己基、2-乙基己基、正庚基、環庚基、正辛基、環辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、十二烷基、三氟甲基、全氟正丁基、2,2,2-三氟乙基、全氟辛基、全氟己基等。
較佳烯基係,例如,乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、環戊烯基、己烯基、環己烯基、庚烯基、環庚烯基、辛烯基、環辛烯基等。
較佳炔基係,例如,乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、辛炔基等。
較佳烷氧基係,例如,甲氧基、乙氧基、2-甲氧基-乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、2-甲基丁氧基、正戊氧基、正己氧基、正庚氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、正十一烷氧基、正十二烷氧基等。
較佳胺基係,例如,二甲基胺基、甲基胺基、甲基苯基胺基、苯胺基等。
芳基及雜芳基可係單環或多環,即,其等可具有一個環(如,例如,苯基)或兩或更多個環,該等環亦可經稠合(如,例如,萘基)或共價連接(如,例如,聯苯基),或含有稠合與連接環之組合。雜芳基含有一或多個較佳選自O、N、S及Se之雜原子。
特佳者係具有6至25個C原子之單、雙或三環芳基及具有2至25個C原子之單、雙或三環雜芳基,其等可視需要含有稠環且視需要經取代。進一步更佳者係5、6或7員芳基及雜芳基,其中,除此以外,一或多個CH基可經N、S或O以O原子及/或S原子不直接彼此連接之方式取代。
較佳芳基係,例如,苯基、聯苯基、聯三苯基、[1,1':3'1"]聯三苯-2'-基、萘基、蒽、聯萘基、菲、芘、二氫芘、、苝、并四苯、并五苯、苯并芘、茀、茚、茚并茀、螺二茀等。
較佳雜芳基係,例如,5-員環,如吡咯、吡唑、咪唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、四唑、呋喃、噻吩、硒吩、噁唑、異噁唑、1,2-噻唑、1,3-噻唑、1,2,3-噁二唑、1,2,4-噁二唑、1,2,5-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑、1,3,4-噻二唑;6員環,如吡啶、嗒嗪、嘧啶、吡嗪、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪、1,2,3-三嗪、1,2,4,5-四嗪、1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪;或稠合基團,如吲哚、異吲哚、吲嗪、吲唑、苯并咪唑、苯并三唑、嘌呤、萘并咪唑、菲并咪唑、吡啶并咪唑、吡嗪并咪唑、喹噁啉并咪唑、苯并噁唑、萘并噁唑、蒽并噁唑、菲并噁唑、異噁唑、苯并噻唑、苯并呋喃、異苯并呋喃、二苯并呋喃、喹啉、異喹啉、喋啶、苯并-5,6-喹啉、苯并-6,7-喹啉、苯并-7,8-喹啉、苯并異喹啉、吖啶、啡噻嗪、啡噁嗪、苯并嗒嗪、苯并嘧啶、喹噁啉、啡嗪、萘啶、氮雜咔唑、苯并咔啉、啡啶、啡啉、噻吩并[2,3b]噻吩、噻吩并[3,2b]噻吩、二噻吩并噻吩、異苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并噻二唑并噻吩或此等基團之組合。雜芳基亦可經烷基、烷氧基、硫代烷基、氟、氟烷基或其他芳基或雜芳基取代。
(非芳族)脂環族及雜環族基團涵蓋飽和環(即,僅含單鍵之彼等物),及部份不飽和環(即,亦可含有多鍵之彼等物)。雜環含有一或多個較佳選自Si、O、N、S及Se之雜原子。
(非芳族)脂環族及雜環基團可係單環(即,僅含有一個環)(如,例如,環己烷),或多環(即,含有複數個環)(如,例如,十氫萘或雙環辛烷)。特佳者係飽和基團。進一步佳者係具有3至25個C原子之單環、雙環或三環基團,其等視需要含有稠環且視需要經取代。進一步佳者係5-、6-、7-或8-員碳環基團,其中,除此以外,一或多個C原子可經Si取代及/或一或多個CH基可經N取代及/或一或多個非鄰接CH2基可經-O-及/或-S-取代。
較佳脂環族及雜環基團係,例如,5-員基團,如環戊烷、四氫呋喃、四氫硫代呋喃、吡咯啶;6-員基團,如環己烷、環己矽烷(silinane)、環己烯、四氫哌喃、四氫硫代哌喃、1,3-二氧雜環己烷、1,3-二噻烷、哌啶;7-員基團,如環庚烷;及稠合基,如四氫萘、十氫萘、茚烷、雙環[1.1.1]-戊烷-1,3-二基、雙環[2.2.2]辛烷-1,4-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基、八氫-4,7-甲橋茚烷-2,5-二基。
芳基、雜芳基、碳基及烴基視需要具有一或多個取代基,該等取代基較佳選自包括甲矽烷基、磺基、磺醯基、甲醯基、胺、亞胺、腈、巰基、硝基、鹵素、C1-12烷基、C6-12芳基、C1-12烷氧基、羥基或此等基團之組合之群。
較佳取代基係,例如,溶解度增進基團,如烷基或烷氧基;拉電子基團,如氟、硝基或腈;或用於增大聚合物玻璃轉化溫度(Tg)之取代基,特定言之,龐大基團,如,例如,第三丁基或視需要經取代之芳基。
較佳取代基(下文亦稱為「L」)係,例如,F、Cl、Br、I、OH、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(Rx)2、-C(=O)Y1、-C(=O)Rx、-C(=O)ORx、-N(Rx)2,其中Rx具有上述含義,及Y1表示鹵素,視需要經取代之甲矽烷基,具有4至40,較佳4至20個環原子之視需要經取代之芳基或雜芳基;及具有1至25個C原子之直鏈或支鏈烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷羰基、烷氧羰基、烷羰氧基或烷氧羰氧基,其中一或多個H原子可視需要經F或Cl取代。
「經取代之甲矽烷基或芳基」較佳意指經鹵素、-CN、R0、-OR0、-CO-R0、-CO-O-R0、-O-CO-R0或-O-CO-O-R0取代,其中R0具有上述含義。
特佳取代基L係,例如,F、Cl、CN、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5,及苯基。
於上下文所示之式中,經取代之伸苯基環較佳係,其中L在各次出現時相同或不同地具有上下文給出含義中之一者,且較佳係F、Cl、CN、NO2、CH3、C2H5、C(CH3)3、CH(CH3)2、CH2CH(CH3)C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5或P-Sp-,極佳係F、Cl、CN、CH3、C2H5、OCH3、COCH3、OCF3或P-Sp-,最佳係F、Cl、CH3、OCH3、COCH3或OCF3
可光聚合基團P較佳係選自含有C=C雙鍵或C≡C三鍵之基團,及適宜藉由開環進行聚合之基團,如,例如,氧雜環丁烷或環氧化物基。
極佳地,可光聚合基團P係選自由以下組成之群:CH2=CW1-COO-、CH2=CW1-CO-、 、CH2=CW2-(O)k3-、CW1=CH-CO-(O)k3-、CW1=CH-CO-NH-、CH2=CW1-CO-NH-、CH3-CH=CH-O-、(CH2=CH)2CH-OCO-、(CH2=CH-CH2)2CH-OCO-、(CH2=CH)2CH-O-、(CH2=CH-CH2)2N-、(CH2=CH-CH2)2N-CO-、CH2=CW1-CO-NH-、CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-、CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-、Phe-CH=CH-,其中W1表示H、F、Cl、CN、CF3、苯基或具有1至5個C原子之烷基,特定言之,表示H、F、Cl或CH3,W2表示H或具有1至5個C原子之烷基,特定言之,H、甲基、乙基或正丙基,W3及W4各自彼此獨立地表示H、Cl或具有1至5個C原子之烷基,Phe表示1,4-伸苯基,其視需要經一或多個如上所定義但與P-Sp不同之L基團取代,及k1、k2及k3各自彼此獨立地表示0或1,k3較佳表示1,及k4係1至10之整數。
特佳P基團係CH2=CH-COO-、CH2=C(CH3)-COO-、CH2=CF-COO-、CH2=CH-、CH2=CH-O-、(CH2=CH)2CH-OCO-、(CH2=CH)2CH-O-、,特定言之,乙烯氧基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、氟丙烯酸酯、氯丙烯酸酯、氧雜環丁烷及環氧化物,最佳係丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
於本發明之進一步佳實施例中,式I*及II*及其等子式之可聚合化合物含有一或多個含兩或更多個可聚合基團P之支鏈基團(多官能可聚合基團)以替代一或多個自由基P-Sp-。此類之適宜基團及含有該等基團之可聚合化合物描述於,例如,US 7,060,200 B1或US 2006/0172090 A1中。特佳者係選自以下式之多官能可聚合基團:
-X-烷烷基-CHP1-CH2-CH2P2 I*a
-X-烷烷基-C(CH2P1)(CH2P2)-CH2P3 I*b
-X-烷烷基-CHP1CHP2-CH2P3 I*c
-X-烷烷基-C(CH2P1)(CH2P2)-CaaH2aa+1 I*d
-X-烷烷基-CHP1-CH2P2 I*e
-X-烷基-CHP1P2 I*f
-X-烷烷基-CP1P2-CaaH2aa+1 I*g
-X-烷烷基-C(CH2P1)(CH2P2)-CH2OCH2-C(CH2P3)(CH2P4)CH2P5 I*h
-X-烷烷基-CH((CH2)aaP1)((CH2)bbP2) I*i
-X-烷烷基-CHP1CHP2-CaaH2aa+1 I*k
其中烷基 表示具有1至12個C原子之單鍵或直鏈或支鏈伸烷基,其中一或多個非鄰接CH2基可各自彼此獨立地經-C(Rx)=C(Rx)-、-C≡C-、-N(Rx)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代,及其中,除此以外,一或多個H原子可經F、Cl或CN取代,其中Rx具有上述含義及較佳表示如上所定義之R0,aa及bb各自彼此獨立地表示0、1、2、3、4、5或6,X 具有X'所指代含義中之一者,及P1-5 各自彼此獨立地具有如上針對P所指出含義中之一者。
較佳間隔基團Sp係選自式Sp'-X',以使基團「P-Sp-」與式「P-Sp'-X'-」一致,其中Sp' 表示具有1至20,較佳1至12個C原子之伸烷基,其視需要經F、Cl、Br、I或CN單或多取代,及其中,除此以外,一或多個非鄰接CH2基可各自彼此獨立地經-O-、-S-、-NH-、-NR0-、-SiR0R00-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-NR0-CO-O-、-O-CO-NR0-、-NR0-CO-NR0-、-CH=CH-或-C≡C-以O及/或S原子彼此不直接連接之方式取代,X' 表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR0-、-NR0-CO-、-NR0-CO-NR0-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR0-、-CY2=CY3-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵,R0及R00各自彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之烷基,及Y2及Y3各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN。
X'較佳係-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR0-、-NR0-CO-、-NR0-CO-NR0-或單鍵。
常見間隔基團Sp'係,例如,-(CH2)p1-、-(CH2CH2O)q1-CH2CH2-、-CH2CH2-S-CH2CH2-、-CH2CH2-NH-CH2CH2-或-(SiR0R00-O)p1-,其中p1係1至12之整數,q1係1至3之整數,及R0及R00具有上述含義。
特佳基團-X'-Sp'-係-(CH2)p1-、-O-(CH2)p1-、-OCO-(CH2)p1-、-OCOO-(CH2)p1-。
特佳基團Sp'係,例如,於各情況中,直鏈伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸庚基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十八烷基、伸乙基氧基伸乙基、亞甲基氧基伸丁基、伸乙基硫伸乙基、伸乙基-N-甲基亞胺基伸乙基、1-甲基伸烷基、伸乙烯基、伸丙烯基及伸丁烯基。
可聚合化合物係類似為熟習本項技術者已知且描述於有機化學標準文獻中之方法製備,如,例如,描述於Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie[有機化學方法(Methods of Organic Chemistry)],Thieme-Verlag,Stuttgart中之方法。如式I之可聚合丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯之合成可依類似於US 5,723,066中所描述之方法實施。此外,特佳方法提供於實例中。
於最簡單情況中,利用含有P基團之相應酸、酸衍生物或鹵化化合物(如,例如,甲基丙烯醯氯或甲基丙烯酸)於脫水試劑(如,例如,DCC(二環己基碳二亞胺))存在下使如通式HO-A1-(Z1-A2)m1-OH之市售二醇酯化或醚化進行合成,其中A1、A2、Z1及m1具有上述含義,如,例如,2,6-二羥基萘(萘-2,6-二醇)或1-(4-羥基苯基)苯基-4-醇。
如上所示,光敏化合物較佳係選自僅含有一個可光聚合基團之化合物及僅含有兩個可光聚合基團之化合物。然而,亦可使用含有多於兩個,例如,三個、四個、五個或六個可光聚合基團之光敏化合物。
於本發明之另一較佳實施例中,LC介質之可聚合組分包含一或多種僅含有一個可聚合基團(單反應性)之可聚合化合物及一或多種含有兩或更多個,較佳僅兩個可聚合基團(二-或多反應性)之可聚合化合物。
於本發明之另一較佳實施例中,LC介質之可聚合組分係由僅含有兩個可聚合基團(二反應性)之可聚合化合物組成。
光敏可聚合化合物於LC介質中之比例較佳為>0且<5%,尤其>0且<1%,極佳>0且<0.5%,最佳為0.01至0.5%。
LC介質較佳含有1、2或3,最佳僅1種光敏化合物。
LC主體混合物於LC介質中之比例較佳>95%,極佳>99%。
較佳地,根據本發明之LC介質實質上係由一或多種光敏化合物及如上下文所述之LC主體混合物組成。然而,該LC介質或LC主體混合物可另包含一或多種較佳選自如下表列之其他組分或添加劑,包括,但不限於:對掌性摻雜劑、聚合引發劑、抑制劑、穩定劑、表面活性劑、潤濕劑、潤滑劑、分散劑、疏水劑、黏結劑、流動改良劑、消泡劑、脫氣劑、稀釋劑、反應性稀釋劑、助劑、著色劑、染料、顏料及奈米顆粒。
例如,亦可將一或多種光引發劑添加至該LC介質。用於聚合之適宜條件及引發劑之適宜類型及量係為熟習本項技術者已知且描述於文獻中。
用於自由基聚合之適宜光引發劑係,例如,市售光引發劑(Ciba AG)。若採用引發劑,則其於整個混合物中之比例較佳為0.001至5重量%,特佳0.001至1重量%。然而,亦可不添加習知光引發劑而實施聚合。因此,於進一步佳實施例中,該LC介質不包含聚合引發劑。
可聚合組分或LC介質亦可包含一或多種穩定劑以防止RM(例如)於儲存或運輸期間發生非所需自發聚合。穩定劑之適宜類型及量係為熟習本項技術者已知且描述於文獻中。特別適宜者係,例如,市售穩定劑系列(Ciba AG)。若採用穩定劑,則其等基於RM或可聚合組分A)總量之比例較佳為10至5000 ppm,特佳50至500 ppm。
根據本發明之可聚合化合物亦適宜在無引發劑下進行聚合,此將帶來明顯的優勢,如,例如,較低材料成本,及特定言之,減少LC介質因可能殘餘量之引發劑或其降解產物而受污染。
根據本發明之可聚合化合物可個別地添加至LC介質,但亦可使用包含兩或更多種可聚合化合物之混合物。當聚合此類混合物時,將形成共聚物。本發明進一步係關於如上下文所提及之可聚合混合物。
除上述光敏可聚合化合物以外,本發明之LC介質亦包含低分子量組分。低分子量組分較佳係包含一或多種,較佳兩或更多種低分子量(即,單體或未聚合)化合物之LC混合物(「LC主體混合物」),其中此等化合物中之至少一者係含有一或多個烯基之液晶原或液晶化合物(「烯基化合物」),其中此等烯基對於在甲基丙烯酸基之聚合所使用之條件下所進行之聚合反應係穩定的。
LC主體混合物較佳係向列LC混合物。
烯基較佳係(特定言之)具有2至25個C原子,特佳具有2至12個C原子之直鏈、支鏈或環狀烯基,其中,除此以外,一或多個非鄰接CH2基可經-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代,及其中,除此以外,一或多個H原子可經F及/或Cl取代。
較佳烯基係具有2至7個C原子之直鏈烯基及環己烯基,特定言之,乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、1,4-環己烯-1-基及1,4-環己烯-3-基。
含有烯基之化合物於LC主體混合物(即,無任何可聚合化合物)中之濃度較佳為5%至100%,極佳為20%至60%。
尤佳者係含有1至5,較佳1、2或3種具有烯基之化合物之LC混合物。
含有烯基之化合物較佳係選自以下式:
其中個別基團於各次出現時相同或不同地各自彼此獨立地具有以下含義:
R11 係具有2至9個C原子之烯基,或若環X、Y及Z中之至少一者表示環己烯基,則亦係Rd含義中之一者,R12 係具有1至12個C原子之烷基,其中,除此以外,一或兩個非鄰接CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-以O原子不直接彼此連接之方式取代,Zx 係-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CO-O-、-O-CO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CH-CH2O-、或單鍵,較佳係單鍵,L1-4 各自彼此獨立地係H、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F或CHF2H,較佳H、F或Cl,x 係1或2,z 係0或1。
R22較佳係具有1至8個C原子之直鏈烷基或烷氧基或具有2至7個C原子之直鏈烯基。
LC介質較佳不包含含有末端乙烯氧基(-O-CH=CH2)之化合物,特定言之,不包含其中R11或R12表示或含有末端乙烯氧基(-O-CH=CH2)之式A或B之化合物。
較佳地,L1及L2表示F,或L1及L2中之一者表示F及另一者表示Cl,且L3及L4表示F,或L3及L4中之一者表示F且另一者表示Cl。
式AN之化合物較佳係選自以下子式:
式AY之化合物較佳係選自以下子式:
其中烷基表示具有1至6個C原子之直鏈烷基,及烯基及烯基*各自彼此獨立地表示具有2至7個C原子之直鏈烯基。烯基及烯基*較佳表示CH2=CH-、CH2=CHCH2CH2-、CH3-CH=CH-、CH3-CH2-CH=CH-、CH3-(CH2)2-CH=CH-、CH3-(CH2)3-CH=CH-或CH3-CH=CH-(CH2)2-。
式A之極佳化合物係選自以下子式:
式AY之極佳化合物係選自以下子式:
其中m及n各自彼此獨立地表示1、2、3、4、5或6,i表示0、1、2或3,Rb1表示H、CH3或C2H5,及烯基表示CH2=CH-、CH2=CHCH2CH2-、CH3-CH=CH-、CH3-CH2-CH=CH-、CH3-(CH2)2-CH=CH-、CH3-(CH2)3-CH=CH-或CH3-CH=CH-(CH2)2-。
進一步佳之LC介質及LC主體混合物係如下所示:a) 包含選自以下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中個別基團具有以下含義a 表示1或2,b 表示0或1,表示R1及R2各自彼此獨立地表示具有1至12個C原子之烷基,其中,除此以外,一或兩個非鄰接CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-以O原子不彼此直接連接之方式取代,較佳表示具有1至6個C原子之烷基或烷氧基,Zx及Zy各自彼此獨立地表示-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CO-O-、-O-CO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CH-CH2O-或單鍵,較佳係單鍵,L1-4 各自彼此獨立地表示F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2,較佳係F或Cl。
尤佳地,L1及L2均表示F,或L1及L2中之一者表示F且另一者表示C1。進一步佳地,L3及L4均表示F,或L3及L4中之一者表示F且另一者表示Cl。
式CY之化合物較佳係選自以下子式:
其中a表示1或2,烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基及(O)表示O原子或單鍵。
式PY之化合物較佳係選自以下子式:
其中烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基,及(O)表示O原子或單鍵。
b) 包含如下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中個別基團具有以下含義:表示 表示R3及R4各自彼此獨立地表示具有1至12個C原子之烷基,其中,除此以外,一或兩個非鄰接CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-以O原子不彼此直接連接之方式取代,Zy 表示-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CHCH2O-或單鍵,較佳係單鍵。
式ZK之化合物較佳係選自以下子式:
其中烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基。
c) 另包含如下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中個別基團於各次出現時相同或不同地具有以下含義:R5及R6各自彼此獨立地具有如上針對R1所指出含義中之一者,表示 表示及e 表示1或2。
式DK之化合物較佳係選自以下子式:
其中烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基。
d) 另包含如下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中個別基團具有以下含義:表示f 表示0或1,R1及R2各自彼此獨立地表示具有1至12個C原子之烷基,其中,除此以外,一或兩個非鄰接CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-以O原子不直接彼此連接之方式取代,Zx及Zy各自彼此獨立地表示-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CHCH2O-或單鍵,較佳係單鍵,L5及L6各自彼此獨立地表示F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2
較佳地,基團L5及L6均表示F或基團L5及L6中之一者表示F且另一者表示Cl。
式TY之化合物較佳係選自以下子式:
其中R1具有上述含義,(O)表示O原子或單鍵,烷基表示具有1至6個C原子之直鏈烷基,及v表示1至6之整數。R1較佳表示具有1至6個C原子之直鏈烷基。本發明之LC介質較佳包含量>0至10重量%之如上述式之一或多種化合物。
e) 另包含選自下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中烷基表示C1-6-烷基,Lx表示H或F,及X表示F、Cl、OCF3、OCHF2或OCH=CF2。特佳者係其中X表示F之如式G1之化合物。
f) 另包含選自以下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中R5具有以上針對R1所指出含義中之一者,烷基表示C1-6-烷基,d表示0或1,及z與m各自彼此獨立地表示1至6之整數。於此等化合物中之R5特佳係C1-6-烷基或-烷氧基或C2-6-烯基,d較佳係1。本發明之LC介質較佳包含量>0至10重量%之如上述式之一或多種化合物。
g) 另包含如下式之一或多種聯苯化合物之LC主體混合物:
其中烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基,式BP之聯苯化合物於LC混合物中之比例較佳為至少3重量%,特定言之,5重量%。
式BP之化合物較佳係選自以下子式:
其中烷基*表示具有1至6個C原子之烷基。
h) 另包含如下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中R1及R2具有上述含義且較佳各自彼此獨立地表示直鏈烷基或烯基。
較佳混合物包含選自式O1、O3及O4之一或多種化合物。
i) 另包含如下式之一或多種化合物之LC主體混合物
其中表示
R9表示H、CH3、C2H5或n-C3H7,(F)表示視需要之氟取代基,q表示1、2或3,及R7具有針對R1所指出含義中之一者,較佳地,其量>3重量%,特定言之,5重量%及極佳5至30重量%。
式FI之特佳化合物係選自以下子式:
其中R7較佳表示具有1至6個C原子之直鏈烷基,及R9表示CH3、C2H5或n-C3H7。特佳者係式FI1、FI2及FI3之化合物。
k) 另包含如以下式之一或多種化合物之LC主體混合物:
其中R8具有針對R1所指出之含義,及烷基表示具有1至6個C原子之直鏈烷基。
m)另包含含有四氫萘基或萘基單元之一或多種化合物(如,例如,選自以下式之化合物)之LC主體混合物:
其中R10及R11各自彼此獨立地具有針對R1所指出含義中之一者,較佳表示具有1至6個C原子之直鏈烷基或直鏈烷氧基或具有2至6個C原子之直鏈烯基,及Z1及Z2各自彼此獨立地表示-C2H4-、-CH=CH-、-(CH2)4-、-(CH2)3O-、-O(CH2)3-、-CH=CHCH2CH2-、-CH2CH2CH=CH-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CH2-或單鍵。
n) 另包含一或多種二氟二苯并唍及/或如以下式之唍之LC主體混合物:
其中R11及R12各自彼此獨立地具有上述含義,且c表示0或1,其較佳量為3至20重量%,特定言之,其量為3至15重量%。
式BC及CR之特佳化合物係選自以下子式:
其中烷基及烷基*各自彼此獨立地表示具有1至6個C原子之直鏈烷基,及烯基及烯基*各自彼此獨立地表示具有2至6個C原子之直鏈烯基。烯基及烯基*較佳表示CH2=CH-、CH2=CHCH2CH2-、CH3-CH=CH-、CH3-CH2-CH=CH-、CH3-(CH2)2-CH=CH-、CH3-(CH2)3-CH=CH-或CH3-CH=CH-(CH2)2-。
特佳者係包含如式BC-2之一、二或三種化合物之混合物。
o) 另包含一或多種如以下式之氟化菲或二苯并呋喃之LC主體混合物:
其中R11及R12各自彼此獨立地具有上述含義,b表示0或1,L表示F,及r表示1、2或3。
式PH及BF之特佳化合物係選自以下子式:
其中R及R'各自彼此獨立地表示具有1至7個C原子之直鏈烷基或烷氧基。
p) 包含如式CY、PY及/或TY之一或多種,較佳3至20種化合物之LC主體混合物。此等化合物於整個主體混合物中之比例較佳為10至80%,極佳20至70%。此等個別化合物之含量於各情況中較佳為2至25重量%。
q) 其中式CY、PY及TY之化合物係選自由式CY1、CY2、CY9、CY10、PY1、PY2、PY9及PY10組成之群之LC主體混合物或向列組分。
r) 包含如式ZK及DK之一或多種,較佳3至20種化合物之LC主體混合物。此等化合物於整個主體混合物中之比例較佳為5至50%,極佳為10至40%。此等個別化合物之含量於各情況中較佳為2至20重量%。
s) 其中式ZK及DK之化合物係選自由式ZK1、ZK2、ZK5、ZK6、DK1及DK2組成之群之LC主體混合物或向列組分。
t) 除上下文所述之可聚合化合物以外不含含有末端乙烯基或乙烯氧基(-CH=CH2、-O-CH=CH2)之化合物之LC介質。
u) 包含1至5,較佳1、2或3種可聚合化合物之LC介質。
v) 其中可聚合化合物於整個介質中之比例為0.05至5%,較佳0.1至1%之LC介質。
w) 另外包含較佳在表B所給出濃度範圍內之一或多種較佳低分子量及/或不可聚合之對掌性摻雜劑(極佳選自表B)之LC介質。
上述較佳實施例之化合物與上下文所述經聚合化合物之組合達成低臨限電壓及極佳低溫穩定性,同時維持本發明LC介質之高澄清點及高HR值及容許在PSA顯示器中設定預傾斜角。特定言之,在PSA顯示器中LC介質相較於先前技藝之介質展現明顯縮短之響應時間,特定言之,灰度響應時間。
於20℃下,該LC主體混合物較佳具有至少80 K,特佳至少100 K之向列相範圍,及不大於450 mPa‧s,較佳不大於350 mPa‧s之旋轉黏度。
LC主體混合物在20℃及1 kHz下較佳具有較佳約-0.5 至-7.5,特定言之約-2.5至-6.0之負介電各向異性Δε。
LC主體混合物較佳具有雙折射率Δn>0.06,極佳>0.09,最佳>0.12,及較佳具有雙折射率Δn<0.20,極佳<0.18,最佳<0.16。
LC介質亦可包含為熟習本項技術者已知且描述於文獻中之其他添加劑,如,例如,對掌性摻雜劑、聚合引發劑、抑制劑、穩定劑、表面活性劑、潤濕劑、潤滑劑、分散劑、疏水劑、黏結劑、流動改良劑、消泡劑、脫氣劑、稀釋劑、反應性稀釋劑、助劑、著色劑、染料、顏料或奈米顆粒。此等添加劑可係可聚合或不可聚合。因此,可聚合添加劑將屬於可聚合組分,且不可聚合添加劑將屬於LC介質之向列組分。
LC介質可(例如)含有一或多種對掌性摻雜劑,其較佳係選自由以下表B之化合物組成之群。
例如,可添加0至15重量%之多色染料。進一步而言,可添加奈米顆粒、導電鹽,較佳為4-己氧基苯甲酸乙基二甲基十二烷基銨、四苯基硼酸四丁基銨、或冠醚之錯合鹽(參見,例如,Haller等人,Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24,249-258(1973)),以改良導電性。且,可添加用以修改向列相之介電各向異性、黏度及/或配向的物質。此類物質係描述於(例如)DE-A 22 09 127、22 40 864、23 21 632、23 38 281、24 50 088、26 37 430及28 53 728中。
本發明LC介質之較佳實施例中之個別組分係已知或其等製備方式可由熟習相關技藝者自先前技藝輕易知曉,係因其等係基於文獻中所描述之標準方法。如式CY之對應化合物係描述於(例如)EP-A-0 364 538中。如式ZK之對應化合物係描述於(例如)DE-A-26 36 684及DE-A-33 21 373中。
較佳者亦係包含如上下文所述之一、二或三種可聚合化合物之LC介質。
較佳者亦係非對掌性可聚合化合物及包含非對掌性化合物(較佳完全由其組成)之LC介質。
根據本發明可使用之LC介質係以眾所周知之方式,例如,藉由將上述化合物中之一或多者與如上所定義之一或多種可聚合化合物及視需要與其他液晶化合物及/或添加劑混合來製備。一般而言,宜在高溫下,將所需量之以較少量使用之組分溶於構成主要成分之組分中。亦可混合該等組分於有機溶劑(如,丙酮、氯仿或甲醇)中之溶液,及在充分混合後,例如,藉由蒸餾再次移除溶劑。本發明進一步係關於製備本發明LC介質之方法。
無需進一步說明,熟習本項技術者將瞭解,本發明之LC介質亦可包含其中(例如)H、N、O、Cl、F已經相應同位素取代之化合物。
本發明LC顯示器之結構對應於開頭處所引述之先前技藝中所述之PSA顯示器之習知幾何形態。以不含突起之幾何形態為較佳,特定言之,係其中,除此以外,在彩色濾光片側上之電極係未經結構化且僅TFT側上之電極具有狹縫之彼等物。PSA-VA顯示器之特別適宜且較佳電極結構描述於(例如)US 2006/0066793 A1中。
除非前後文另外明確說明,否則如本文中所使用之文中術語之複數形式應視為包括單數形式且反之亦然。
於本說明書正文及申請專利範圍全文中,用詞「包含」及「含有」及該等用詞之變形(例如「包括」)意指「包括但不限於」且非意欲(且不會)排除其他組分。
當瞭解,本發明之前述實施例可進行變化但仍屬於本發明之範圍。除非另外說明,否則於本說明書中所揭示之各特徵可藉由用於相同、等效或類似目的之其他特徵代替。因此,除非另外說明,否則所揭示之各特徵僅係等效或類似特徵之基本系列之一實例。
本說明書中揭示之所有特徵可以任何組合方式組合,除非該等組合方式令至少一些此等特徵及/或步驟相互排斥。特定言之,本發明之較佳特徵可應用於本發明之所有態樣且可以任何組合方式使用。類似地,以非必需組合方式描述之特徵可分開(不以組合方式)使用。
以下實例詮釋本發明但不對其限制。然而,此等實例向熟習本項技術者展示較佳混合物概念,包含較佳採用之化合物及其等各自濃度及其等彼此之組合。此外,該等實例說明可達成何種性質及性質組合。
於下表中,使用以下縮寫:
(n、m、z:各自彼此獨立地表示1、2、3、4、5或6)
於本發明之一較佳實施例中,本發明之LC介質包含選自由表A化合物所組成之群之一或多種化合物。
LC介質較佳包含0至10重量%,特定言之,0.01至5重量%及特佳0.1至3重量%之摻雜劑。LC介質較佳包含選自由表B化合物所組成之群之一或多種摻雜劑。
表C
表C出示可添加至本發明LC介質之可能穩定劑(n於此處表示1至12之整數,未顯示末端甲基)
LC介質較佳包含0至10重量%,特定言之,1 ppm至5重量%及特佳1 ppm至3重量%之穩定劑。LC介質較佳包含選自由表C化合物所組成之群之一或多種穩定劑。
此外,使用以下縮寫及符號:
Vo 表示20℃下之電容性臨限電壓[V],
Vpp 表示所施加之峰間電壓,
ne 表示在20℃及589 nm下之非尋常折射率,
no 表示在20℃及589 nm下之尋常折射率,
Δn 表示在20℃及589 nm下之光學各向異性,
ε 表示在20℃及1 kHz下垂直於指向矢之介電常數,
ε∣∣ 表示在20℃及1 kHz下平行於指向矢之介電常數,
Δε 表示在20℃及1 kHz下之介電各向異性,
cl.p.,T(N,I) 表示澄清點[℃],
γ1 表示在20℃下之旋轉黏度[mPa‧s],
K1 表示在20℃下之彈性常數,「展開」變形[pN],
K2 表示在20℃下之彈性常數,「扭轉」變形[pN],
K3 表示在20℃下之彈性常數,「彎曲」變形[pN],
LTS 表示在測試單元中測定之低溫穩定性,
HR/VHR 表示在100℃下之電壓維持比[%]。
除非另外明確說明,否則在本申請案中之所有濃度均係以重量百分比出示且係關於相應混合物或混合物組分,除非另外明確指出。
除非另外明確說明,否則在本申請案中所指出之所有溫度值,如,例如,熔點T(C,N)、自層列相(S)至向列相(N)之轉變T(S,N)及澄清點T(N,I),均係以攝氏度(℃)出示。
除非另外明確說明,否則上下文描述之所有測量均係於室溫下進行。
於各情況中,除非另外明確說明,否則所有物理性質係且已依照「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」,Status Nov. 1997,Merk KGaA,Germany測定且適用於20℃之溫度,及Δn係於589 nm下測定及Δε係於1 kHz下測定。
就本發明而言,除非另外明確說明,否則術語「臨限電壓」係與電容性臨限值(V0)有關,亦稱為Freedericksz臨限值。於實例中,一般而言,亦可指出關於10%相對對比度之光學臨限值(V10)。
用於進行實例中所描述之測量之顯示器測試單元含有以4 μm分隔之兩平面平行外板及在外板內側上具有摩擦聚醯亞胺上覆配向層之電極層,該電極層導致液晶分子發生垂直邊緣配向。
於測試單元中藉由UV輻射持續預定時間並同時將電壓施加至顯示器(一般為10至40 Vpp(pp=峰間)、1 kHz之交流電),以使可聚合化合物聚合。於實例中,除非另外說明,否則聚合係於40℃下利用100 mW/cm2金屬鹵化物燈實施,強度係利用標準UV計(Ushio UNI型計)測量。於此情況中,測量燈自身強度,而非特定濾光片後之UV。
藉由旋轉晶體實驗(Autronic-Melchers TBA-105)測定傾斜角。於此處,小值(即,與90°角偏差大)對應於大傾斜。
VHR係如下測量:將確定量(例如,0.3%)之RM添加至LC主體混合物,及將所得之混合物填入VA-VHR測試單元(不含摩擦配向層VA聚醯亞胺,單元間隙6 μm)。將測試單元曝露於在40℃下採用100 mW/cm2金屬鹵化物燈之UV輻射,及在1 V、60 Hz、64 μs脈衝、100℃下於特定時間間隔之後測量VHR值(Autronic-Melchers VHRM-105)。
光敏化合物之UV吸收係如下測定:將化合物溶於溶劑中,除非另外說明,否則溶於二氯甲烷(DCM)中。隨後利用具有以下參數之UV/VIS/NIR分光光度計Varian Cary 500測量樣品之UV/VIS光譜:
波長範圍 200至800 nm
光譜狹縫寬度 2
積分時間 0.1 s
間隔 0.5 nm
基線 DCM
層厚度 1 cm
縱座標(y-軸) 消光
溫度 室溫
根據以上等式(1)及(2)計算各化合物在指定波長範圍(光譜之x軸)內之消光(光譜之y軸)之積分,並乘以其質量及除以其在測量樣品中之濃度及除以樣品厚度,以給出在λ1至λ2之波長範圍內之積分莫耳消光係數Eλ1-λ2
由於其定義(參見以上等式1及2),關於指定化合物之Eλ1-λ2值(正如其ε值)理論上係與濃度、樣品厚度及莫耳質量無關,且係內在化合物性質。然而,為了減小測量誤差,較佳製備具有類似及/或不同濃度之多個樣品,及使用自個別測量所獲得之Eλ1-λ2值之平均值。此外,若對比不同樣品,則應使用相同溶劑(例如,DCM),係因莫耳消光係數係取決於實驗所使用之溶劑。
除非另外明確說明,否則上下文中所描述之消光值係針對20℃之溫度給出。
除非另外說明,否則使如上下文所述PSA顯示器中之光敏化合物聚合之方法係於LC介質展現液晶相,較佳向列相之溫度下實施,及最佳係於室溫下實施。
E 340-400 之測定
測量於如上所述DCM中之各種光敏可聚合化合物之UV/VIS吸收光譜,及計算積分消光係數。表1顯示各化合物之化學結構、吸收最大值之波長λmax、在最大波長λmax下之莫耳消光係數ε、及在340至400 nm範圍內之積分莫耳消光係數E340-400
自表1可見,化合物RM1至RM6於所需波長範圍內之E340-4001000,且因此代表本發明之光敏化合物,而化合物RM7之E340-400值<1000且不代表本發明之光敏化合物。
亦可見,當對比不同光敏化合物時,高吸收最大值之波長值λmax及/或在λmax下之高消光係數值ε並非必然意味著化合物亦於340至400 nm之所需波長範圍內具有高E340-400值。例如,RM5及RM6在較RM7低之波長下具有最大吸收,但在較高波長下仍具有較高總消光,如其等較高之E340-400值所示。RM2在λmax下具有較RM1小之消光係數值ε,但在較高波長下仍具有較高總消光,如其E340-400值所示。RM4及RM5具有類似的λmax值及在λmax下之ε值,然而RM5具有較RM4明顯更高之E340-400值。
此顯示E340-400值對於光敏化合物在340至400 nm之所需波長範圍內之總UV吸收係較λmax值或λmax下之ε值佳之指示值。
對照實例1
調配以下向列LC主體混合物C1:
混合物C1不含具有烯基之化合物。
實例1
調配以下向列LC主體混合物M1:
混合物M1含有40%選自式A1之具有烯基之化合物,且展現較LC主體混合物C1顯著降低之黏度。
對照實例A
藉由分別將RM1、RM2及RM3中之一者以0.4%之量添加至對照實例1中之無烯基主體混合物C1來製備可聚合LC介質PC1至PC3。
藉由將RM7(參見表1)以0.3%之量各別添加至實例1中之含烯基主體混合物M1及添加至對照實例1中之無烯基主體混合物C1來製備可聚合LC介質PC4及PC5。
使用實例A
藉由將RM1、RM2及RM3(參見表1)中之一者以0.4%之量各別添加至實例1中之含烯基主體混合物M1來製備可聚合LC介質PM1至PM3。
個別混合物之組成顯示於下表2中。
PM1至PM3代表本發明之可聚合LC介質,而PC1至PC5不代表本發明之可聚合LC介質。
在利用UV燈及320 nm截止濾光片將混合物M1、C1、PC4及PC5曝露於UV光持續不同時間之後,藉由如上所述之一般方法測量其等之VHR。如圖1中所示,此導致曝露於不含低於300 nm之實質強度輻射之UV光。結果顯示於表3中。
自表3可見,無烯基之主體混合物C1在UV曝露後展現VHR降低。在添加RM7之後,所得之可聚合混合物PC4僅展現微小之VHR下降,故藉由添加RM7可抑制VHR降低。含烯基之主體混合物M1展現較無烯基之主體混合物C1更強之VHR下降。在將RM7添加至M1之後,所得之可聚合混合物PC5中之VHR下降甚至更強。
因此,相較於無烯基之主體C1,含烯基之主體M1在UV曝露後之VHR降低強得多,且不受抑制,反而甚至會因添加RM7而被增強。
此顯示,含烯基之主體混合物M1當用於標準PSA顯示器生產製程時存在缺點,係因RM在約300 nm波長下所發生之光聚合會導致VHR下降。甚至當將RM7用於含烯基之主體中時,亦無法避免此下降。
在藉由使用各別具有一340 nm截止濾光片或一375 nm截止濾光片之UV燈將可聚合LC介質PM1至PM3及PC1至PC3曝露於具有較短波長或較長波長之UV輻射並持續不同時間之後,藉由如上所述之一般方法測量其等之VHR。
如圖1中所示,使用340 nm截止濾光片導致曝露於不含低於320 nm之實質強度輻射之UV光,及使用375 nm截止濾光片導致曝露於不含低於340 nm之實質強度輻射之UV光。
關於可聚合LC介質PC1(無烯基之主體與RM1)及PM1(含烯基之主體與RM1)之結果顯示於表4中。
自表4可見,在曝露於較短UV波長之後,具有含烯基之主體及RM1之可聚合混合物PM1展現較具有無烯基之主體及RM1之可聚合混合物PC1大之VHR降低,可聚合混合物PC1幾乎觀察不到VHR降低。然而,在曝露於較高UV波長之後,具有含烯基之主體之可聚合混合物PM1幾乎不展現VHR降低,正如具有無烯基之主體之可聚合混合物PC1。對於具有含烯基之主體及RM2之可聚合混合物PM2,獲得相同結果。
因此,藉由選擇較大UV波長,可避免含烯基混合物之VHR降低。
藉由如上所述之一般方法測量可聚合混合物PM1之VHR,然而,其中,該混合物係分兩步驟曝露於兩不同UV波長,首先利用如上所述之340 nm或375 nm截止濾光片曝露於具有較短波長之UV光並隨後曝露於具有較長波長之UV光,或反之亦然。結果顯示於表5中。
基於對比目的,亦顯示在以單一步驟曝露於較長或較短波長後之VHR值。
自表5可見,以單一步驟或作為二步驟製程中之第一或第二步驟曝露於較短UV波長導致LC介質之VHR值顯著下降至90%。相反地,在僅曝露於較長UV波長之後,甚至在長時間曝露之後仍具有高VHR。
此證實,藉由避免曝露於較短UV波長,可維持LC介質中之高VHR,及當甚至長時間曝露於較長UV波長時,LC介質仍具有高可靠性及高VHR。
依照如上所述之一般方法,將可聚合LC介質PM1及PM2填入測試單元中及在將電壓施加至該單元之同時使RM聚合,其中利用如上所述之340 nm或375 nm截止濾光片將測試單元曝露於較短或較長波長之UV輻射。
於RM聚合之後藉由如上所述之一般方法測定在個別混合物中所產生之預傾斜角。結果顯示於表6中。
自表6可見,於含有烯基化合物及具高E340-400值之RM1或RM2的LC介質中,甚至當使用長UV波長時亦可在5分鐘之短曝露時間後產生高預傾斜。
在UV下曝露不同時間之後,測量在測試單元中混合物PM1至PM3及PC5之未聚合RM之量。為此目的,依照如上所述之一般方法使測試單元中之各混合物聚合,其中藉由使用如上所述之340 nm或375 nm截止濾光片將測試單元曝露於較短或較長波長之UV輻射。
於聚合後,利用MEK將混合物自測試單元洗出及藉由HPLC測量未聚合反應性液晶原之量。結果顯示於表7中。
自表7可見,於含有烯基化合物及具高E340-400值之RM1、RM2或RM3的LC介質PM1、PM2及PM3中,在曝露於較短及較長UV波長後均可達成高聚合程度及低殘餘未聚合RM量。與此相反,於含有烯基化合物及具低E340-400值之RM7的LC介質PC5中,僅在曝露於較短UV波長之後可達成高聚合程度,在曝露於較長UV波長之後則無法實現。
圖1顯示適宜用於本發明方法中之數種Schott WG或Schott GG長通濾光片之光譜。
(無元件符號說明)

Claims (16)

  1. 一種液晶(LC)介質,其特徵在於其包含一或多種含有烯基之液晶原化合物或液晶化合物,及進一步包含可藉由光聚合來聚合且於340 nm至400 nm波長範圍內之積分莫耳消光係數E340-400 1000 Lnmcm-1‧mol-1之一或多種光敏化合物。
  2. 如請求項1之LC介質,其中該等含有烯基之化合物在該等光敏化合物聚合中所使用之條件下不發生光聚合。
  3. 如請求項1或2之LC介質,其中該等光敏化合物係選自由以下式組成之群: 其中個別基團具有以下含義:P 係可光聚合基團,Sp 於各次出現時係相同或不同地為間隔基團或單鍵,Ra、Rb 彼此獨立地表示P-Sp-、H、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、SF5、具有1至25個C原子之直鏈或支鏈烷基,其中,除此以外,一或多種非鄰接CH2基可經-C(R0)=C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代,且其中,除此以外,一或多個H原子可經F、Cl或P-Sp-取代;或具有4至30個環原子之芳基或雜芳基,該等芳基或雜芳基亦可含有一或多個稠環及視需要經一或多個L基取代,其中於式D、E、F及G中,Ra及Rb中之至少一者係P-Sp-,R0、R00 彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之直鏈或支鏈烷基,W1、W2 彼此獨立地表示-CY2CY2-、-CY=CY-、-CY2-O-、-O-CY2-、-C(O)-O-、-O-C(O)-、-C(RcRd)-、-O-、-S-、-CO-或-NRc-,W3 係-CY2CY2-、-CY2-O-、-O-CY2-、-C(O)-O-、-O-C(O)-、-C(RcRd)-、-O-、-S-、-CO-或-NRc-,Y 於各次出現時係相同或不同地為H或F,Rc、Rd 彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之直鏈或支鏈烷基,A1、A2 彼此獨立地表示1,4-伸苯基、萘-1,4-二基或萘-2,6-二基,其中,除此以外,此等基團中之一或多個CH基可經N取代;環己烷-1,4-二基,其中,除此以外,一或多個非鄰接CH2基可經O及/或S取代;1,4-伸環己基、雙環[1.1.1]戊烷-1,3-二基、雙環[2.2.2]辛烷-1,4-二基、螺[3.3]庚烷-2,6-二基、哌啶-1,4-二基、十氫萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基、茚烷-2,5-二基、八氫-4,7-甲橋茚烷-2,5-二基、蒽-2,7-二基、茀-2,7-二基、或菲-2,7-二基,其中所有此等基團可未經取代或經L單或多取代,L 於各次出現時係相同或不同地為P、P-Sp-、OH、CH2OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(Rx)2、-C(=O)Y1、-C(=O)Rx、-N(Rx)2、視需要經取代之甲矽烷基、具有4至30個環原子之視需要經取代之芳基或雜芳基、具有1至25個C原子之直鏈或支鏈烷基或烷氧基或具有2至25個C原子之直鏈或支鏈烯基、炔基、烷羰基、烷氧羰基、烷羰氧基或烷氧羰氧基,其中於所有此等基團中,除此以外,一或多個H原子可經F、Cl或P-Sp-取代,Y1 係鹵素,Rx 係P、P-Sp-、H、鹵素、具有1至25個C原子之直鏈、支鏈或環狀烷基,其中,除此以外,一或多個非鄰接CH2基可經-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子不直接彼此連接之方式取代,及其中,除此以外,一或多個H原子可經F、Cl或P-Sp-取代,Z1、Z2 彼此獨立地為-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-CH2-CH2-COO-、-OCO-CH2-CH2-、-C(R0R00)-、-C(RyRz)-或單鍵,Ry、Rz 彼此獨立地表示H、F、CH3或CF3,n 係1、2、3或4,p、q 彼此獨立地係0、1、2或3,r 係0、1、2、3或4,s 係0、1、2或3,t 係0、1或2,c 係0、1或2。
  4. 如請求項1至3中任一項之LC介質,其中該等光敏化合物係選自由以下子式所組成之群: 其中P、Sp、L、Ra、Rb、Rc、Rd、A1、A2、Z1、Z2、p、q、r、s及t具有請求項3中所給出之含義,Re具有如請求項3中所給出之Ra含義中之一者但與P-Sp-不同,s+t1,s+r1,於式H3及H4中,至少一s1,r1係0、1或2,r2係0、1或2,且r1+r21,及r3係1或2。
  5. 如請求項1至4中任一項之LC介質,其中該等含有烯基之化合物係選自由以下式組成之群: 其中個別基團於各次出現時係相同或不同地、彼此獨立地各自具有以下含義:表示 表示 表示 R11 表示具有2至9個C原子之烯基,或若環X、Y及Z中之至少一者表示環己烯基,則亦表示Rd含義中之一者,R22 表示具有1至12個C原子之烷基,其中,除此以外,一或兩個非鄰接CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-以O原子不直接彼此連接之方式取代,Zx 表示-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CO-O-、-O-CO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CH-CH2O-或單鍵,較佳係單鍵,L1-4 彼此獨立地各自表示H、F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F或CHF2H,較佳係H、F或Cl,x 表示1或2,z 表示0或1。
  6. 如請求項1至5中任一項之LC介質,其中該等含有烯基之化合物係選自由以下子式所組成之群: 其中烷基表示具有1至6個C原子之直鏈烷基,及烯基與烯基*各自彼此獨立地表示具有2至7個C原子之直鏈烯基,及烯基與烯基*較佳表示CH2=CH-、CH2=CHCH2CH2-、CH3-CH=CH-、CH3-CH2-CH=CH-、CH3-(CH2)2-CH=CH-、CH3-(CH2)3-CH=CH-或CH3-CH=CH-(CH2)2-。
  7. 如請求項1至6中任一項之LC介質,其中該等含有烯基之化合物係選自由以下子式所組成之群: 其中m及n各自彼此獨立地表示1、2、3、4、5或6,i表示0、1、2或3,Rb1表示H、CH3或C2H5,及烯基表示CH2=CH-、CH2=CHCH2CH2-、CH3-CH=CH-、CH3-CH2-CH=CH-、CH3-(CH2)2-CH=CH-、CH3-(CH2)3-CH=CH-或CH3-CH=CH-(CH2)2-。
  8. 如請求項1至4中任一項之LC介質,其中其另包含選自由以下式組成之群之一或多種化合物: 其中個別基團具有以下含義:a 表示1或2,b 表示0或1,表示R1及R2各自彼此獨立地表示具有1至12個C原子之烷基,其中,除此以外,一或兩個非鄰接CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-以O原子不直接彼此連接之方式取代,較佳係具有1至6個C原子之烷基或烷氧基,Zx及Zy各自彼此獨立地表示-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CO-O-、-O-CO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CH-CH2O-或單鍵,較佳係單鍵,L1-4 各自彼此獨立地表示F、Cl、OCF3、CF3、CH3、CH2F、CHF2,較佳係F或Cl。
  9. 如請求項1至8中任一項之LC介質,其中其包含選自由以下式組成之群之一或多種化合物: 其中個別基團具有以下含義:表示 表示 表示R3及R4各自彼此獨立地表示具有1至12個C原子之烷基,其中,除此以外,一或兩個非鄰接CH2基可經-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-或-COO-以O原子不直接彼此連接之方式取代,Zy 表示-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-C2F4-、-CF=CF-、-CH=CHCH2O-或單鍵,較佳係單鍵,R5及R6各自彼此獨立地具有以上針對R1所指出含義中之一者,及e 表示1或2。
  10. 一種如請求項1至9中任一項之LC介質於PS(聚合物保持)或PSA(聚合物保持配向)LC顯示器中之用途。
  11. 一種LC顯示器,其包含如請求項1至9中任一項之LC介質。
  12. 如請求項11之LC顯示器,其中其係PSA-VA、PSA-OCB、PSA-IPS、PSA-FFS、PSA-正-VA或PSA-TN顯示器。
  13. 如請求項1至12中任一項之LC介質、用途或顯示器,其中該等光敏化合物係經聚合。
  14. 一種製造PS或PSA顯示器之方法,其包含以下步驟:a) 在兩基板之間提供如請求項1至9中任一項之LC介質,其中該等基板中之至少一者包含提供於其上之一或兩個電極,及b) 將該LC介質曝露於波長>340 nm之UV輻射,及其中較佳在步驟b)中該曝露於UV輻射期間之至少一部份時間內將電壓施加至該等電極。
  15. 一種PS或PSA顯示器,其係藉由如請求項14之方法獲得。
  16. 一種PS或PSA顯示器,其特徵在於其包含兩基板,其中至少一基板包含提供於其上之一或兩個電極,及提供於該兩基板之間包含經聚合組分及未聚合LC組分之LC介質層,其中該未聚合LC組分包含一或多種含烯基之液晶原或LC化合物,及其中該經聚合組分係藉由使在該等基板之間之LC介質中之可聚合組分光聚合而獲得,及其中該可聚合組分包含一或多種光敏化合物,該等光敏化合物可藉由光聚合反應聚合且在340 nm至400 nm之波長範圍內之積分莫耳消光係數E340-400 1000 L.nm.cm-1.mol-1,及其中該可聚合組分之光聚合係藉由將其曝露於波長340 nm之UV輻射,較佳在該曝露於UV輻射期間之至少一部份時間內同時將電壓施加至該等電極來實施。
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