TW201422647A - 光學膜及包含其之顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種光學膜以及一種包含其之顯示裝置,該光學膜係包括一第一光學各向異性層,該第一光學各向異性層包括一液晶化合物;以及一第二光學各向異性層,且該第二光學各向異性層包括一光反應性聚合物,從而確保光反應速率以及優異的液晶配向性。
Description
本發明係關於一種光學膜以及使用其之顯示裝置。更具體而言,本發明係有關於一種具有優異液晶排列以及改善光反應速率之光學薄膜,以及使用其之顯示裝置。
本發明亦主張於2012年8月21日提交韓國智慧財產局之韓國專利公開號第10-2012-0091436號之優先權,以及主張於2013年8月5日提交韓國智慧財產局之韓國專利公開號第10-2013-0092759號之優先權,其所揭露之全部內容在此併入本文中作為參考。
最近大尺寸液晶顯示器的問世,以及其用途係自攜帶型的裝置,如手機、膝上型電腦等,至家用電器,如壁掛式平板電視,其對於液晶顯示裝置皆有高畫質以及寬視角的需求。特別是,獨立驅動各個像素之TFT-驅動薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCDs),其液晶的反應速度更加優異,可實現高畫質的動態圖像、且從而更廣泛地被應用。
作為TFT-LCD之光學開關,首先,液晶須於一特定方向排列於顯示單元內包含內層TFT之一層上。為
此,需使用一液晶配向層。
為了使得液晶發生配向,如聚醯亞胺之耐熱性聚合物係塗佈於透明玻璃上,以形成一聚合物配向層,接著使用具有尼龍或人造絲的摩擦布之旋轉的滾筒,於高速旋轉下進行摩擦處理(rubbing process)以對齊液晶。
然而,於摩擦處理程序中,於液晶配向層上殘留之機械性刮痕或產生強烈的靜電有可能會破壞TFTs。此外,來自摩擦布之細纖維可能會造成不良品,對於達到高產率將產生障礙。
為了克服摩擦處理所造成的問題,並達到產率方面的革新,使用如UV光之光線以製備液晶配向層(在此稱為「光配向」)之方法。
光配向係指使用線性偏極UV光使得光反應性聚合物中之光反應性基團產生光反應,使得該聚合物的主鏈係於一特定方向以形成一具有排列之液晶之光聚合液晶配向層。
光配向的代表性例子係M.Schadt等(Jpn.J.Appl.Phys.,Vol31.,1992,2155)、Dae S.Kang等(美國專利號5,464,669)、以及Yuriy Reznikov(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34,1995,L1000)所揭露之光聚合型光配向法。於該些專利以及研究論文中所使用之光配向聚合物大多為聚肉桂酸酯類聚合物(polcinnamate-based polymer),如聚(乙烯基肉桂酸酯)(poly(vinylcinnamate),PVCN)、或聚(乙烯基甲氧肉桂酸酯(poly(vinyl methoxycinnamate,PVMC)。對於聚合物之光
配向來說,肉桂酸之雙鍵係暴露於UV光中,且參與了[2+2]環加成反應以形成環丁烷,其可提供各向異性(anisotropy),使得液晶分子於一方向上排列,誘導液晶配向。
此外,JP11-181127揭露了一種聚合物以及包含其之配向層,該聚合物係於主鏈上包括如肉桂酸酯之光反應性基團之側鏈,主鏈係如丙烯酸酯、丙烯酸甲酯等。韓國專利公開號第2002-0006819亦揭露了使用包括聚丙烯酸甲酯類聚合物之配向層。
該些常用之光反應性聚合物係用作為配向層,然而,該些具有低熱穩定性之聚合物之主鏈造成於配向層之穩定性惡化,或於光反應性、液晶排列、或排列速率等性質上表現不佳。舉例來說,具有丙烯酸類主鏈之聚合物具有低的熱穩定性,當具有屬於主鏈之光反應性基團之聚合物無法迅速地與照射於配向層的偏極光反應時,配向層的穩定性將會劇烈的惡化,並從而使液晶的配向以及配向速率惡化。液晶配向或配向速率的劣化將造成處理速度的降低或液晶顯示器中液晶配向的不充分,而導致較低的二色性比例(dichroic ratio)以及較差的對比度。
另一方面,Bull於Korean Chem Soc.2002,Vol.23,957中揭示了一種光反應性聚合物,其包括一連接於一偶氮基團之重複單元,以作為該重複單元。然而,此種光反應性聚合物亦具有較差的配向性以及低光反應速率,且該液晶顯示器仍然具有低的處理效率以及較差的對比度。
為了解決上述的問題,本發明之目的係為了提供一種具有優異液晶配向特性以及改善反應速率之光學膜。
本發明之另一目的係在於提供一種包括液晶膜之顯示裝置。
為了達到本發明之目的,所提供之光學膜係包括:一第一光學各向異性(anisotropic)層,其係包括至少一由以下式1所示之液晶化合物;以及一第二光學各向異性層,其係包括之一光反應性聚合物,該光反應性聚合物係包含由以下化學式2a或2b所示之重複單元:[式1]A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2
其中,Ar1、Ar2、以及Ar3係彼此相同或不相同、且各自獨立為一具有6至40個碳原子之亞芳基,其中,該亞芳基可經具有1至10個碳原子之烷基或鹵素所取代;E1以及E2係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-C(=O)-、-OC(=O)-、-C(=O)O-或具有1至10個碳原子之亞烷基;以及A1及A2係彼此相同或不相同,且各自獨立由以下式1a所示:[式1a]-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm
於式1a中,Gm、Lm、以及Nm係彼此相同或
不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-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係氫或具有1至10個碳原子之亞烷基;Jm以及Mm係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、一具有1至10個碳原子之亞烷基、或具有3至10個碳原子之亞環烷基(cycloalkylene);以及Qm係具有1至10個碳原子之烷基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或環氧基;
[式2b]
式2a或2b之取代基係於下文中詳細描述。
本發明更提供了種包括該光學膜之顯示裝置。
根據本發明,可提供一種具有優異液晶配向性以及改善光反應速率之光學膜,以及一種包含其之顯示裝置。
10‧‧‧第二光學各向異性層
20‧‧‧第一光學各向異性層
100‧‧‧光學膜
圖1係根據本發明一實施態樣之光學膜立體圖。
圖2係根據本發明之實施例1至14以及比較例1至4之光學膜漏光圖像。
雖然於本文中所使用之「第一」、「第二」等用語可用來描述各種不同的元件,然而可被理解的是,其係用於區分各個元件。
當一層或一元件係被稱為另一層或元件「上」時,可被理解的是,他可能是直接位於另一層或元件上,或複數個中間層或元件可存在於其間。
本文中所使用之術語僅為了描述特定實施例,並非用於限制本發明之實施例。除非文中有清楚的定義外,本文中所使用之「一」以及「該」等單數用語亦包括複數的形式。應更進一步地被理解的是,文中所使用「包括」、「包含」、及/或「具有/有」等用語用來陳述的特徵、步驟、組成、以及/或組別時,並不排除一個或多個額外加入之其他特徵、步驟、組成、以及/或組別。
本發明之實施態樣可包括各種改良或替代的形式,其具體的實施態樣將於文中進行詳細說明。然而,應理解的是,本發明所揭示之特定形式之實施例並不意圖用來限制本發明之實施態樣,相反地,本發明之實施態樣係包括所有的改良、等同物、以及替代物皆落於本發明之範圍內。
根據本發明之光學膜以及顯示裝置係於下文中進行詳細的描述。
光學膜
本發明之光學膜係包括:一第一光學各向異性層,其係包括至少一由以下式1所示之液晶化合物;以及一第二光學各向異性層,其係包括之一光反應性聚合物,該光反應性聚合物係包含由以下化學式2a或2b所示之重複單元:[式1]A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2
於式1中,Ar1、Ar2、以及Ar3係彼此相同或不
相同、且各自獨立為一具有6至40個碳原子之亞芳基,其中,該亞芳基可經具有1至10個碳原子之烷基或鹵素所取代;E1以及E2係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-C(=O)-、-OC(=O)-、-C(=O)O-或具有1至10個碳原子之亞烷基;以及A1及A2係彼此相同或不相同,且各自獨立由以下式1a所示:[式1a]-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm
其中,Gm、Lm、以及Nm係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-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係氫或具有1至10個碳原子之亞烷基;Jm以及Mm係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、一具有1至10個碳原子之亞烷基、或具有3至10個碳原子之亞環烷基(cycloalkylene);以及Qm係具有1至10個碳原子之烷基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或環氧基;[式2a]
於式2a或2b中,各自獨立地,q為0至4之整數;m係50至5000之整數;以及R1、R2、R3、以及R4中至少一者係選自由以下式3a或式3b所示之自由基所組成之群組中任意一種,R1至R4中,為式3a或式3b所示之自由基以外之其餘基團,係彼此相同或不相同,且各自獨立選自由氫;鹵素;經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之直鏈或支鏈烷基;經取代或未經取代之具有2至20個碳原子之直鏈或支鏈烯基;經取代或未經取代之具有2至20個碳原子之直鏈或支鏈炔基;經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之芳
基;以及包含至少一個氫、氮、磷、硫、矽、以及硼之極性官能基。
當R1至R4不為氫、鹵素、或極性基團時,至少一選自由R1與R2配位以及R3與R4配位結合以形成具有1至10個碳原子之亞烷基;或R1或R2係與R3或R4中任一個結合以形成一飽和或不飽和之具有4至12個碳原子之脂肪環、或一具有6至24個碳原子之芳基環。
於是3a或3b中,A係一簡單鍵結、氧、硫、或-NH-;B係選自由簡單鍵結、經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之亞烷基、羰基、羧基、酯基、經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之亞芳基、以及經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之雜亞芳基所組成之群組;X係氧或硫;R9係選自由簡單鍵結、經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之亞烷基、經取代或未經取代之具有2至20個碳原子之亞烯基、經取代或未經取代之具有3至12個碳原子之亞環烷基、經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之亞芳基、經取代或未經取代之具有7至15個碳原子之亞芳烷基(aralkylene)、以及經取代或未經取代之具有2至20個碳原子之亞炔基;
R10至R14中,至少一者係由-L-R15-R16-(經取代或未經取代之C6-C40芳基)所示之自由基,於R10至R14中,為-L-R15-R16-(經取代或未經取代之C6-C40芳基)以外之其餘基團係彼此相同或不相同,且各自獨立選自由氫;鹵素;經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之烷基;經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之烷氧基;經取代或未經取代之具有6至30個碳原子之芳氧基;經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之芳基、以及具有6至40個碳原子之雜芳基,其具有14族、15族、或16族之雜原子所組成之群組;L係選自由氧、硫、-NH-、經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之亞烷基、羰基、羧基、-CONH-、以及經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之亞芳基所組成之群組;R15係經取代或未經取代之具有1至10個碳原子之烷基;以及R16係選自由簡單鍵結、-O-、-C(=O)O-、-OC(=O)-、-NH-、-S-、以及-C(=O)-所組成之群組。
-L-R15-R16-(經取代或未經取代之C6-C40芳基)之自由基係由以下式4所示:
於式4中,R15以及R16係如式3a以及式3b所示;以及
R17至R21係彼此相同或不相同,且各自獨立選自由氫;鹵素;經取代或未經取代之具有1至20碳原子之烷基;經取代或未經取代之具有1至20碳原子之烷氧基;經取代或未經取代之具有6至30個碳原子之芳氧基;經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之芳基;具有6至40個碳原子之雜芳基,其具有14族、15族、或16族之雜原子;以及經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之烷氧芳基所組成之群組。
根據本發明之一實施態樣,該極性官能基可選自由以下所示之之官能基所組成之群組:-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、 、以及
於該些極性官能基中,各自獨立地,p係1至10之整數;R5係經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之直鏈或支鏈亞烷基;經取代或未經取代之具有2至20碳原子之直鏈或支鏈亞烯基;經取代或未經取代之具有2至20個碳原子之直鏈或支鏈亞炔基;經取代或未經取代之具有3至12個碳原子之亞環烷基;經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之亞芳基;經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之亞羰氧基(carbonyloxylene);或經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之亞烷氧基;以及R6、R7、以及R8係各自獨立選自由氫;鹵素;經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之直鏈或支鏈烷基;經取代或未經取代之具有2至20個碳原子之直鏈或支鏈烯基;氫取代或未經取代之具有2至20個碳原子之直鏈或支鏈炔基;經取代或未經取代之具有3至12個碳原子之環烷基;經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之芳基;經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之烷氧基;以及經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之羰氧基(carbonyloxy)。
此外,該經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之芳基、或具有6至40個碳原子之雜芳基,其具有14族、15族、或16族之雜原子係選自由以下所示之官能基:
於該些化學式中,R’10至R’18係彼此相同或不相同,且各自獨立選自由經取代或未經取代之具有1
至20碳原子之直鏈或支鏈烷基;經取代或未經取代之具有1至20個碳原子之直鏈或支鏈烷氧基;經取代或未經取代之具有6至30個碳原子之芳氧基;以及經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之芳基所組成之群組。
於上述化學式中,各個取代基之具體定義係如下所述:本文中所使用之「烷基」之用語係指一種具有1至20個碳原子之單價直鏈或支鏈飽和烴類,較佳為1至10個碳原子,更佳為1至6個碳原子。該烷基可任意地經至少一鹵素取代。該烷基的例子可包括甲基、乙基、炳基、2-丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、戊基、己基、十二烷基、氟代甲基、二氟甲基、三氟甲基、氯代甲基、二氯甲基、三氯甲基、碘甲基、溴甲基等。
文中所使用之「烯基」之用語係指一種具有2至20個碳原子之單價直鏈或支鏈烴類,較佳為2至10個碳原子、更佳為2至6個碳原子,且具有至少一碳-碳雙鍵。該烯基可藉由包括一碳-雙鍵碳之碳原子或藉由飽和碳原子而形成一個鍵結。該烯基可任意地被至少一鹵素所取代。該烯基之例子可包括乙烯基、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。
文中所使用之「環烷基」之用語係指一種具有3至12個碳原子之單價飽和或不飽和之單環、雙環、或三環之非芳族烴類。該環烷基可任意地被至少一鹵素所取代。該環烷基之例子可包括環丙基、環丁基、環戊基、環戊烯
基、環己基、環己烯基、環庚基、環辛基、十氫萘基(decahydronaphthalenyl)、金剛烷基(adamatyl)、降冰片基(norbornyl)(如二環[2,2,1]庚-5-烯基)等。
文中所使用之「芳基」係指一種具有6至40個環碳原子之單價單環、雙環、或三環芳基烴類,較佳係具有6至12個環碳原子。該芳基可任意地被至少一個鹵素所取代,該芳基之例子可包括苯基、萘基、芴基等。
文中所使用之「烷氧芳基」係指上述之芳基中至少一氫原子經烷氧基取代之一種自由基。該烷氧芳基的例子可包括甲氧基苯基、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(nanoxy)、甲氧基聯苯基、甲氧基萘基、甲氧基芴基、甲氧基蔥基、乙氧基蔥基、丙氧基蔥基等。
文中所使用之「芳烷基」係指上述之烷基中至少一氫原子經芳基取代之一種自由基,該芳烷基可任意地經至少一鹵素所取代。該芳烷基之例子可包括芐基(benzyl)、二苯甲基(benzhydryl)、三苯甲基(trityl)等。
文中所使用之「炔基」係指一種具有2至20個碳原子之單價直鏈或支鏈烴類,較佳具有2至10個碳原子,更佳具有2至6個碳原子,且具有至少一個碳-碳三鍵。該炔基可藉由包括碳-碳三鍵之碳原子或藉由飽和碳原子而鍵結,該炔基可任意地經至少一鹵素所取代。該炔基的例子可包括乙炔基、丙炔基等。
文中所使用之「亞烷基」係指一種具有1至20
個碳原子之二價直鏈或支鏈烴類,較佳係具有1至10個碳原子,更佳係具有1至6個碳原子,該亞烷基可任意地經至少一個鹵素所取代。該亞烷基的例子可包括亞甲基、亞乙基、亞丙基、亞丁基、亞己基等。
文中所使用之「亞烯基」之用語係指一種具有2至20個碳原子之二價直鏈或支鏈烴類,較佳係具有2至10個碳原子,更佳係具有2至6個碳原子,且具有至少一個碳-碳雙鍵。該亞烯基可藉由包括碳-碳雙鍵之碳原子及/或藉由飽和碳原子而形成鍵結。該亞烯基可任意地經至少一鹵素所取代。
文中所使用之「亞環烷基」之用語係指一種具有3至12個環碳原子之二價飽和或不飽和單環、雙環、或三環之非芳基烴類。該亞環烷基可任意地經至少一鹵素所取代。該亞環烷基的例子可包括亞環丙基、亞環丁基等。
文中所使用之「亞芳基」之用語係指一種具有6至20個環碳原子之二價單環、雙環、或三環之芳香烴類,其較佳係具有6至12個環碳原子,該亞芳基可任意地經至少一鹵素所取代,該亞芳基之芳香部係僅包括碳原子。該亞芳基的例子可包括亞苯基等。
文中所使用之「亞芳烷基」係指上述之烷基中至少一氫原子經芳基取代之一種二價自由基,該亞芳烷基可任意地經至少一鹵素所取代。該亞芳烷基的例子可包括亞芐基等。
文中所使用之「亞炔基」之用語係指一種具有
2至20個碳原子之二價直鏈或支鏈烴類,較佳係具有2至10個碳原子,更佳係具有2至6個碳原子,且具有至少一個碳-碳三鍵。該亞炔基可藉由包括碳-碳三鍵之碳原子及/或藉由飽和碳原子而形成鍵結。該亞炔基可任意地經至少一個鹵素所取代。該亞炔基的例子可包括亞乙炔基、亞丙炔基等。
光反應性聚合物包括由化學式2a或2b所示之重複單元,且可藉由體積大的芳烷基結構經一連結L連接至光反應性基團之端子,以確保光反應性基團之間較大的自由空間。因此,光反應性聚合物中之光反應性基團係相對自由的移動(流動),或於該大的自由空間中反應。這使得光反應性聚合物具有優異的光反應性、配向率、以及光配向性。此外,光反應性聚合物之光反應性基團係可依據極化方向的改變,而相對自由的改變配向方向,因此,根據極化的方向,配向方向可輕易的被改變,且該光反應性聚合物較佳可應用於圖案化的緩凝劑(retarders)、圖案化的晶胞配向膜、或其類似物。
包括於光反應性聚合物之如式2a或2b所示之重複單元,在結構上係堅固的,且包括重複單元之光反應聚合物之玻璃轉化溫度(Tg)係高達300℃以上,較佳係約300℃至500℃。這意味著,相較於現存之光反應性聚合物,該光反應性聚合物之熱穩定性較為優異。
此外,於該光反應性聚合物中,由式2a或2b
所示之重複單元,其聚合度係於約50至5000之範圍內,較
佳為100至4000、更佳為1000至3000。以及,該光反應性聚合物之平均分子量為10000至1000000、較佳為20000至500000。因此,適當地包含該光反應性聚合物於用於形成配向層之塗佈組成物中,可提供該塗佈組成物良好的塗佈性,且該塗佈組成物所形成之配向層具有良好的液晶配向性。
該光反應性聚合物可暴露至波長約為150至450奈米之極化光線下,而具有光反應性。舉例而言,該光反應性聚合物可暴露於波長為200至400奈米,較佳為250至350奈米之極化UV光線下,而展現優異的光反應性以及配向性。
根據本發明之一較佳實施態樣,包括由式2a或2b所示之重複單元之該光反應性聚合物可更包括一光活性劑、一(甲基)丙烯酸類化合物、以及一光起始劑。
添加該光活性劑至該光反應性聚合物中可促進光反應性基團的反應性,在此所使用之該光活性劑的例子可包括2,4-乙基-9H-噻噸-9-酮(2,4-ethyl-9H-thioxanthen-9-one)、1-異丙基-9H-噻噸-9-酮(1-isopropyl-9H-thioxanthen-9-one)、1,3-二氟-9H-噻噸-9-酮(1,3-difluoro-9H-thioxanthen-9-one)、以及2-三氟甲基-9H-噻噸-9-酮(2-trifluoromethyl-9H-thioxanthen-9-one)等。
在此所使用之(甲基)丙烯酸類化合物可例如為至少一選自由季戊四醇三丙烯酸酯(pentaerythritol triacrylate)、三(2-丙醯烯氧基乙基)異氰脲酸酯(tris(2-acrylolyloxyethyl)isocynurate)、羥甲基丙烷三丙烯酸
酯(trimethylolpropane triacrylate)、以及二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritol hexaacrylate)所組成之群組。
在此所使用之光起始劑可包括,但不限於Irgacure 907或819。
根據本發明之一實施態樣中,以該組成物之總重為計,該光學膜可包括50至70重量百分比之光反應性聚合物,其包括一由2a或式2b所示之重複單元;1至20重量百分比之光活性劑;20至40重量百分比之(甲基)丙烯酸類化合物;以及1至15重量百分比之光起始劑。
本發明之該光學膜可包括一第一光學各向異性層,其包括一液晶化合物。
該第一光學各向異性(anisotropic)層之液晶化合物係包括至少一由以下式1所示之化合物:[式1]A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2
於式1中,Ar1、Ar2、以及Ar3係彼此相同或不相同、且各自獨立為一具有6至40個碳原子之亞芳基,其中,該亞芳基可經具有1至10個碳原子之烷基或鹵素所取代;E1以及E2係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-C(=O)-、-OC(=O)-、-C(=O)O-或具有1至10個碳原子之亞烷基;以及A1及A2係彼此相同或不相同,且各自獨立由以下式1a所示:[式1a]
-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm於式1a中,Gm、Lm、以及Nm係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-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係氫或具有1至10個碳原子之亞烷基;Jm以及Mm係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、一具有1至10個碳原子之亞烷基、或具有3至10個碳原子之亞環烷基(cycloalkylene);以及Qm係具有1至10個碳原子之烷基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或環氧基。
根據本發明之一實施例,該第一光學各向異性層中,除了於如式1所示之該液晶化合物外,可更包括至少一單丙烯酸類化合物。
根據本發明之一實施態樣,該單丙烯酸酯類化合物可為至少一選自由以下化合物所組成之群組,下式中之z係表示一2至12之整數:
諸如配向性、光反應性等光學膜所要求物理特性,係由包括於該第一光學各向異性層之液晶化合物與該第二光學各向異性之光反應性聚合物之間的相互作用而決
定。因此,此類的相互作用可取決於該液晶化合物以及該光反應性聚合物之結構特性。
本發明之光學膜包括由式1所示之液晶化合物以及包括由式2所示之重複單元之光反應性聚合物,並作為獨立的層。因此,當他們被包括於一單一層的情況下,該液晶化合物以及該光反應性化合物係結合起來,不會發生不必要的相互作用,從而,透過適當結合力,可確保其優異的配向性以及高度的光反應性。這使得光學膜中液晶配向性以及光反應速率的可獲得提升。
本發明之光學膜可根據本領域技術人員所認知之典型方法而製備。為了製備光學膜,一組成物係包括一光反應性聚合物,其包括如式2a或式2b所示之重複單元;一光活性劑;一(甲基)丙烯酸類化合物,其作為黏著劑;以及一光起始劑,並於適當的有機溶劑中溶解以製得一溶液。在此所使用之有機溶液可包括,但不限於甲苯、苯甲醚、氯苯、二氯乙烷、環己烷、環戊烷、丙二醇甲基醚乙酸酯等。
為此,相對於該溶液之重量,該溶液之固體比例可約為1重量百分比至15重量百分比。為了將該溶液澆鑄成膜,舉例而言,該固體比例較佳約為10重量百分比至15重量百分比;為了將該溶液澆鑄成薄膜,該固體比例較佳為約1重量百分比至5重量百分比。
製備好之該溶液係逐滴滴上一基板或一玻璃,並進行旋轉塗佈法、棒塗法、溶劑澆注等方法,且接著於
烘箱或熱板上乾燥之。隨後,該溶液係暴露於極化之UV光中,使該光反應性基團之雙鍵於定義的方向形成二聚體以形成第二光學各向異性層。
一包含由式1所示之液晶化合物之溶液可藉由塗佈以及乾燥以形成於該第二光學各向異性層上以形成一第一光學各向異性層。
為此,該溶液的製備可藉由於有機溶劑中溶解該液晶化合物以及該光起始劑而製備。該液晶化合物於該液晶化合物溶液中之含量並無特別的限制,以該液晶化合物溶液為100重量份計,該液晶化合物之含量可約為5重量份至70重量份,較佳約為5重量份至50重量份。
此外,除非會干擾該液晶的配向性,該液晶化合物溶液可再添加一光起始劑、一螯合劑、一表面活性劑、聚合用之一單體、一聚合物等於其中。
於製備該液晶化合物溶液之方法中,該有機溶劑可包括,但不受限於鹵代烴類,如氯仿、四氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烯、氯苯等;芳香烴類,如苯、甲苯、二甲苯、甲氧苯、1,2-二甲氧基苯等;酮類,如丙酮、甲基乙基酮、環己酮、環戊酮等;醇類,如異丙醇、正丁醇等;或溶纖劑(cellosolves),如甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑等。該些溶劑可單獨使用或使用其混合物。
顯示裝置
本發明更提供了一種顯示裝置,其包括該光學膜。
根據本發明之光學膜,其可使用作為液晶顯示裝置之光學構件。該光學構件的例子可包括作為STN(Super Twist Nematic,超扭曲向列)LCD、TFT-TN(Thin Film Transistor-Twisted Nematic,薄膜電晶體扭曲向列型)LCD、VA(Vertical Alignment,垂直配向)LCD、IPS(In-Plane Switching,面內切換)LCD等之向位對比膜;二分之一波片、四分之一波片、反向波長色散型薄膜(reverse wavelength dispersion type films);光學補償膜;彩色薄膜;與偏光板壓合之薄膜;偏光板之補償膜等。
本發明之顯示裝置可包括一或兩個該光學膜。
包括一液晶單元;以及設置於該液晶單元兩側之一第一及一第二偏光板之顯示裝置中,舉例而言,本發明之光學膜可設置於該液晶單元與該第一偏光板及/或該第二偏光板之間。換句話說,至少一光學膜可被設置於該第一偏光板與該液晶單元之間;於該第二偏光板與該液晶單元之間、或於該第一偏光板與該液晶單元之間以及於該第二偏光板與該液晶單元之間。
本發明之顯示裝置可根據本領域之技術人員所習知之典型方法而製備。
根據本發明之一實施例,該顯示裝置可藉由以下步驟而製備:製備第一及第二基板作為基板材料;形成第二光學各向異性層於該些基板上;乾燥形成於該些基板上之該第二光學各向異性層;將乾燥之該第二光學各向異
性層暴露於UV光線下以獲得光學配向性;形成一第一光學各向異性層於該第二光學各向異性層上;以及將該兩個基板結合,並於該兩個基板之間插入一液晶層。
更具體而言,一組成物係包括一光反應性聚合物,其包括如式2a或式2b所示之重複單元;一光活性劑;一(甲基)丙烯酸類化合物作為黏著劑;以及於適當的有機溶劑中溶解之一光起始劑,且將所得之溶液設置於該些基板上並乾燥之。
乾燥完成後,對該基板照射具有特定方向性之線性偏極UV光,以獲得於一任意方向上之配向性。藉由UV光驅動構成該光學各向異性層之該光反應性聚合物之二聚化,導致該第一分子於與UV偏光板(如線柵型偏光板)穿透軸垂直之方法配向(如吸收方向)。在此,可藉由調控施加的UV光之偏極方向,而控制該光學各向異性層之配向方向至期望的角度。因此,隨後形成於該第二光學各向異性層上之該第一光學各向異性層之光學軸之角度,亦可被控制為相對於該些基板之長度方向。
包括一液晶化合物之溶液係被設置於該第一光學各向異性層上,且接著乾燥之以形成一第一光學各向異性層。
於乾燥程序後,於該第二光學各向異性層上排列之該第一光學各向異性層,係暴露於UV光下以進行聚合,且接著進行固化。
隨後,將包含球型間隔物(ball spacer)之光反應
性黏著劑設置於一或兩個具有本發明之光學膜之基板的端部。該基板係與另一基板結合,且僅有黏著劑的一側係暴露於UV光下並結合以完成一個單元。液晶係注入於該單元中,接著進行熱處理以完成一顯示裝置。
本發明之顯示裝置中,光學膜係展現優異的液晶配向性以及高度的光反應速率。
圖1係根據本發明之一實施例所製備之光學膜示意圖。
參照圖1,根據本發明之一實施例之光學膜100可包括第一光學各向異性層20以及第二光學各向異性層10。
如下文所記載,本發明之較佳實施例係為了更清楚地闡述本發明。但應理解到以下實施例僅為說明之目的,並不用於限制本發明的範圍。
<實施例>
實施例1
將5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物(分子量:159k)溶解於c-戊酮(c-pentanone)溶劑中,其濃度為2重量百分比,接著,將所得之溶液係塗佈至厚度為8微米之聚對苯二甲酸乙二醇酯(商品名:SH61,由SKC公司所製備,韓國)基板上,藉由輥塗法達到1000Å之乾膜厚度。接著,該基板係於80℃之烘箱中加熱3分鐘,以去除塗層中之溶劑,並完成該塗層。
將使用強度為200 mW/cm2高壓汞燈,以及使
用線柵型偏光板(Moxtec公司製作)使其朝與薄膜長度方向垂直之方向極化所產生之UV光係照射至該基板上5秒,以賦予配向性,並形成一第二光學各向異性層。
一固體部分包括95.0重量百分比之如式5所示之RM257以及5重量百分比之Irgacure 907(由Ciba-Geigy製造,瑞士)係溶解於甲苯中,使其於每100重量份之液晶溶液中含有25重量份之液晶,從而製備可聚合反應之液晶溶液。
所製備之液晶溶液係藉由輥塗法於該第二光學各向異性層上形成一微米厚度之乾膜,接著於80℃下乾燥2分鐘以獲得配向之液晶分子,並製備第一光學各向異性層。將高壓汞燈所產生,具有強度為200 mW/cm2之非偏極光照射於該經配向之第一光學各向異性層以設定液晶的配向狀態,從而完成包括第一及第二光學各向異性層之光學膜。
實施例2
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-氟芐氧基肉桂酸酯)聚合物(分子量:144k)代替5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例3
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-甲基芐氧基肉桂酸酯)聚合物(分子量:130k)代替5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例4
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-甲氧基芐氧基肉桂酸酯)聚合物(分子量:102k)代替5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例5
除了使用5-降冰片烯-2-乙基-(4-甲基酮芐氧基肉桂酸酯)聚合物(分子量:87k)代替5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例6
除了使用如式6所式之RM257-4代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例7
除了使用RM257-4代替RM257以外,本實施
例製備光學膜之程序係與實施例2中所述之方法相同。
實施例8
除了使用RM257-4代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例3中所述之方法相同。
實施例9
除了使用RM257-4代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例4中所述之方法相同。
實施例10
除了使用RM257-4代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例5中所述之方法相同。
實施例11
除了使用RM257、RM23(式7)、RM305(式8)、及RM105(式9)(重量比為60:10:20:10)代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例12
除了使用如式10所式之RM-T709代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例13
除了使用如式11所式之RM-T813代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
實施例14
除了使用如式12所式之RM-T7861代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
比較例1
除了使用如式13所式之LC1057代替RM257以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例5中所述之方法相同。
比較例2
除了使用如式14所式之化合物代替5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
於式14中,CelAc係表示醋酸纖維素。
比較例3
除了使用如式15所式之化合物代替5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
於式15中,Cel係表示纖維素。
比較例4
除了使用如式16所式之化合物代替5-降冰片烯-2-乙基-(4-芐氧基肉桂酸酯)聚合物以外,本實施例製備光學膜之程序係與實施例1中所述之方法相同。
於式16中,CelAc係表示醋酸纖維素。
<實驗例>
實驗例1:液晶配向的評估(漏光度)
於兩個配置呈直角之偏光板間放置實施例1至14以及比較例1至4之光學膜,接著,使用ECLIPSE LV100POL(由NIKON製造)拍攝影像以顯示漏光的程度。
圖2係根據實施例1至14以及比較例1至4之光學膜之漏光影像。
參照圖2,根據本發明之光學膜幾乎不具漏光的現象,然而比較例之光學膜則表現相當大的漏光現象。
實驗例2:光反應性的評估
觀測實施例1至14以及比較例1至4之光學膜之FT-IR光譜,該些光學膜之光反應性的評估係基於當暴露於強度為20 mv/cm2之汞燈下,聚合物中肉桂酸酯基中,C=C鍵之伸張振動模式(stretching mode)之強度減半所需的時間t1/2,以及於t1/2減少之能量值(E1/2=20 mW/cm2×t1/2)來評估。
評估結果係如表1所示:
參照表1,根據本發明實施例所製備之光學膜之光反應性係優於比較例所製備之光學膜。
10‧‧‧第二光學各向異性層
20‧‧‧第一光學各向異性層
100‧‧‧光學膜
Claims (12)
- 一種光學膜,包括:一第一光學各向異性(anisotropic)層,其係包括至少一由以下式1所示之液晶化合物;以及一第二光學各向異性層,其係包括之一光反應性聚合物,該光反應性聚合物係包含由以下化學式2a或2b所示之重複單元:[式1]A1-Ar1-E1-Ar2-E2-Ar3-A2其中,Ar1、Ar2、以及Ar3係彼此相同或不相同、且各自獨立為一具有6至40個碳原子之亞芳基,其中,該亞芳基可經具有1至10個碳原子之烷基或鹵素所取代;E1以及E2係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-C(=O)-、-OC(=O)-、-C(=O)O-或具有1至10個碳原子之亞烷基;以及A1及A2係彼此相同或不相同,且各自獨立由以下式1a所示:[式1a]-Gm-Jm-Lm-Mm-Nm-Qm於式1a中,Gm、Lm、以及Nm係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、-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係氫或具有1至10個碳原子之亞烷基; Jm以及Mm係彼此相同或不相同,且各自獨立為一簡單鍵結、一具有1至10個碳原子之亞烷基、或具有3至10個碳原子之亞環烷基(cycloalkylene);以及Qm係具有1至10個碳原子之烷基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或環氧基;
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜,其中,-L-R15-R16-(經取代或未經取代之C6-C40芳基)之自由基係由以下式4所示:
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜,其中,該極性官能基係選自由以下官能基所組成之群組:-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、
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜,其中,該經取代或未經取代之具有6至40個碳原子之芳基、或具有6至40個碳原子之雜芳基,其具有14族、15族、或16族之雜原子係選自由以下所示之官能基:
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜,其中,該光反應性聚合物係包括一由式2a或式2b所示之重複單元,且具有10000至1000000之平均分子量。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜,其中,該第二光學各向異性層包括一組成物,該組成物係包括一光反應性聚合物,其係包括一由式2a或式2b所示之重複單元,一光活性劑、一(甲基)丙烯酸類化合物、以及一光起始劑。
- 如申請專利範圍第6項所述之光學膜,其中,以該組成物為計,該光學膜係包括50至70重量百分比之光反應性聚合物,其包括一由2a或式2b所示之重複單元;1至20重量百分比之光活性劑;20至40重量百分比之(甲基)丙烯酸類化合物;以及1至15重量百分比之光起始劑。
- 如申請專利範圍第6項所述之光學膜,其中,該光活性劑係包括至少一選自由2,4-乙基-9H-噻噸-9-酮(2,4-ethyl-9H-thioxanthen-9-one)、1-異丙基-9H-噻噸-9-酮(1-isopropyl-9H-thioxanthen-9-one)、1,3-二氟-9H-噻噸-9-酮(1,3-difluoro-9H-thioxanthen-9-one)、以及2-三氟甲基-9H-噻噸-9-酮(2-trifluoromethyl-9H-thioxanthen-9-one)所組成之群組。
- 如申請專利範圍第6項所述之光學膜,其中,該(甲基)丙烯酸類化合物包括至少一選自由季戊四醇三丙烯酸酯(pentaerythritol triacrylate)、三(2-丙醯烯氧基乙基)異氰脲酸 酯(tris(2-acrylolyloxyethyl)isocynurate)、羥甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylolpropane triacrylate)、二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritol hexaacrylate)所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜,其中,該第一光學各向異性層更包括至少一單丙烯酸酯類monoacrylate-based)化合物。
- 如申請專利範圍第10項所述之光學膜,其中,該單丙烯酸酯類化合物係選自由以下化合物所組成之群組:
- 一種顯示裝置,包括如申請專利範圍第1項所述之光學膜。
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