TWI422876B - 遲滯板、橢圓偏光板及液晶顯示器 - Google Patents

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Description

遲滯板、橢圓偏光板及液晶顯示器
本發明乃有關具有由低波長分散性質液晶化合物所形成之光學各向異性層的遲滯板、橢圓偏光板及採用本遲滯板之液晶顯示器。
光學各向異性層乃由碟狀液晶化合物排列至固定其排列狀態而得。碟狀液晶化合物通常有大的雙折射率,而且有各種排列模式。若採用碟狀液晶化合物,則能製得具有傳統延伸雙折射率膜所無法獲致之光學性質的遲滯板。
為了使液晶化合物能用於遲滯板,構成光學各向異性層之整個分子必須均勻排列,亦即碟狀液晶化合物較佳為呈單定義域排列。然而普通的碟狀液晶化合物呈雙定義域排列,如此在兩定義域之界面會有排列缺陷。因此,在許多場合,傳統的碟狀液晶化合物並不確保遲滯板應用所需之光學性質。光學性質端賴於碟狀液晶化合物之化學結構。參閱"分子結晶及液晶",卷370,第391頁,2001年,其中提到許多種碟狀液晶化合物的研究及開發以獲得所需之光學性質。
然而,目前仍急需一種具有光學各向異性層之遲滯板,其乃由波長分散性低於目前已知之碟狀液晶化合物的新穎碟狀液晶化合物所形成。
本發明之一項目的乃解決前述問題,所提供的遲滯板可使影像之色調改變較小,且可放大視角。本發明之另一目的是提供橢圓偏光板、及採用本遲滯板之液晶顯示器。
為達此等目的,其方法如下:(1)遲滯板包含至少一光學各向異性層,其中至少有一光學各向異性層乃由含下列式(DI)之液晶化合物之組成物所構成: 式中Y1 1 、Y1 2 及Y1 3 係為各自獨立的次甲基或氮原子;L1 、L2 及L3 係為各自獨立的單鍵或二價連結基;H1 、H2 及H3 係為各自獨立的(DI-A)或(DI-B);R1 、R2 及R3 係為各自獨立的式(DI-R): 式中YA1 及YA2 係為各自獨立的次甲基或氮原子;XA係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基; 指式(DI-A)連接到式(DI)中L1 至L3 任一基之位置; 指式(DI-A)連接到式(DI)中R1 至R3 任一基之位置, 式中YB1 及YB2 係為各自獨立的次甲基或氮原子;XB係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基; 指式(DI-B)連接到式(DI)中L1 至L3 任一基之位置; 指式(DI-B)連接到式(DI)中R1 至R3 任一基之位置,(DI-R) -(-L2 1 -Q2 )n 1 -L2 2 -L2 3 -Q1 式中 指式(DI-R)連接到式(DI)中H1 至H3 任一基之位置;L2 1 係單鍵或二價連結基;Q2 係具至少一環狀結構之二價基;n1係0至4之整數;L2 2 -O-、 -O-CO-、 -CO-O-、 -O-CO-O-、 -S-、 -NH-、 -SO2 -、 -CH2 -、 -CH=CH-或 -C≡C-; 指基連接到Q2 之位置;L2 3 係二價連接基,其係選自-O-、-S-、-C(=O)-、-SO2 -、-NH-、-CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-以及其組合,而當二價連接基含有氫原子,則氫原子可被取代基取代;Q1 係可聚合之基或氫原子,當可聚合基含有氫原子,則該氫原子可被取代基取代;當n1為2或以上,則複數的(-L2 1 -Q2 )可為相同或不同。
(2)至少一種光學各向異性層之遲滯板,其中有至少一個光學各向異性層乃由含液晶化合物(DII)之組成物所構成: 式中Y3 1 、Y3 2 及Y3 3 係為各自獨立的次甲基或氮原子;R3 1 、R3 2 及R3 3 係為各自獨立的下列之基(DII-R): 式中A3 1 及A3 2 係為各自獨立的次甲基或氮原子;X3 係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基;Q3 1 係具6-員環狀結構之二價連接基;n3係1至3之整數;L3 1 -O-、 -O-CO-、 -CO-O-、 -O-CO-O-、 -S-、 -NH-、 -SO2 -、 -CH2 -、 -CH=CH-或 -C≡C-; 指該基連接到Q3 1 之位置;L3 2 係二價連接基選自-O-、-S-、-C(=O)-、-SO2 -、-NH-、-CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-以及其組合,若二價連接基含有氫原子,則該氫原子可被取代基取代;Q3 2 係可聚合之基或氫原子,而若可聚合之基含有氫原子,則該氫原子可被取代基所取代;若n3為2或以上,則複數之Q3 1 可為相同或不同。
(3)含有液晶化合物(1)或(2)及偏光板之橢圓偏光板。
(4)含有遲滯板(1)或(2)之液晶顯示器。
本發明提供之遲滯板可使影像之色調變化較小,且視角放大。依本發明所製之橢圓偏光板及液晶顯示器均可使影像之色調變化較小,且視角放大。
本發明實施之最佳形態:
茲詳述本發明之遲滯板、橢圓偏光板及液晶顯示器。在下列之成分要件有時乃本發明之代表例,而本發明之範圍並不局限於此等實施例。此外,在本發明中數字範圍以"-"表示時,代表"-"之前面數字為下限,而其後面數字為上限。
[液晶化合物]本發明之液晶化合物如下式(DI)所示: 式(DI)中,Y1 1 、Y1 2 及Y1 3 係為各自獨立的次甲基或氮原子。
若Y1 1 、Y1 2 及Y1 3 係次甲基,則次甲基上之氫原子可被取代基取代。次甲基上之較佳取代基為烷基、烷氧基、芳氧基、醯基、烷氧羰基、醯氧基、醯胺基、烷氧羰胺基、烷硫基、芳硫基、鹵原子(較佳為氟原子或氯原子)及氰基。在此等取代基中,尤佳為烷基、烷氧基、烷氧羰基、醯氧基、鹵原子及氰基;而最佳為C1 1 2 烷基、C1 1 2 烷氧基、C2 1 2 烷氧羰基、C2 1 2 醯氧基、鹵原子及氰基。
尤佳為Y1 1 、Y1 2 及Y1 3 均為次甲基,而最佳為此等次甲基均未被取代。
在式(DI)中,L1 、L2 及L3 係為各自獨立的單鍵或二價連接基。若L1 、L2 及L3 係二價連接基,則較佳為選自-O-、-S-、-C(=O)-、-NR7 -、-CH=CH-、-C≡C-、二價環狀基及其組合。R7 係C1 7 烷基、或氫原子,較佳為C1 4 烷基或氫原子,尤佳為甲基、乙基或氫原子,而最佳為氫原子。
L1 、L2 及L3 所代表之二價環狀基乃指具至少一環狀結構之二價環狀基(以下略為環狀基)。環狀基較佳為具有5-員、6-員或7-員,尤佳為5-員或6-員,而最佳為6-員。環狀基中之環可為稠合環。環狀基中之環可為芳族環、脂族環或雜環。較佳之芳族環為苯環及萘環。較佳之脂族環為環己烷。較佳之雜環為吡啶環及嘧啶環。最好的環狀基係芳(族)環或雜環。二價環狀基尤佳為具有單獨環狀結構(然而有時可帶有取代基)之二價連接基,以下之實施例亦然。
L1 、L2 及L3 所代表之二價環狀基中,具有苯環之環狀基較佳為1,4-伸苯基。具萘環之環狀基較佳為萘1,5-二基及萘-2,6-二基。具環己烷之環狀基較佳為1,4-亞環己基。具吡啶環之環狀基較佳為吡啶-2,5-二基。具嘧啶環之環狀基較佳為嘧啶-2,5-二基。
L1 、L2 及L3 所代表的二價環狀基可具有取代基。取代基包含鹵原子(較佳為氟原子、氯原子)、氰基、硝基、C1 1 6 烷基、C2 1 6 烯基、C2 1 6 炔基、鹵取代之C1 1 6 烷基、C1 1 6 烷氧基、C2 1 6 醯基、C1 1 6 烷硫基、C2 1 6 醯氧基、C2 1 6 烷氧羰基、胺基甲醯、C2 1 6 烷基取代之胺基甲醯、及C2 1 6 醯胺基。
較佳為L1 、L2 及L3 係單鍵、 -O-CO-、 -CO-O-、 -CH=CH-、 -C≡C-、 -二價環狀基-、 -O-CO-二價環狀基、 -CO-O-二價環狀基-、 -CH=CH-二價環狀基-、 -C≡C-二價環狀基-、 -二價環狀基-O-CO-、 -二價環狀基-CO-O-、 -二價環狀基-CH=CH-或 -二價環狀基-C≡C-;尤佳為單鍵、 -CH=CH-、 -C≡C-、 -CH=CH-二價環狀基-或 -C≡C-二價環狀基-;而最佳為單鍵。前述之 代表該基連接到式(DI)中Y1 1 、Y1 2 及Y1 3 之6-員環的位置。
H1 、H2 及H3 係為各自獨立的式(DI-A)或(DI-B): 在式(DI-A)中,YA1 及YA2 係為各自獨立的次甲基或氮原子。較佳為有至少一個YA1 及YA2 係氮原子;尤佳為均為氮原子。XA係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基,較佳為氧原子。 代表該基連接到式(DI)中L1 至L3 任一之位置; 代表該基連接到式(DI)中R1 至R3 任一之位置。
在式(DI-B)中,YB1 及YB2 係為各自獨立的次甲基或氮原子。較佳為有至少一個YB1 及YB2 係氮原子;尤佳為均為氮原子。XB係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基,而較佳為氧原子。 代表該基連接到式(DI)中L1 至L3 任一之位置; 代表該基連接到式(DI)中R1 至R3 任一之位置。
R1 、R2 及R3 係為各自獨立的式(DI-R):(DI-R) -(-L2 1 -Q2 )n 1 -L2 2 -L2 3 -Q1 式(DI-R)中, 代表該基連接到式(DI)中H1 至H3 中任一基之位置。
L2 1 係單鍵或二價連接基。若L2 1 係二價連接基,則較佳為選自-O-、-S-、-C(=O)-、-NR7 -、-CH=CH-及-C≡C-、或其組合。R7 係C1 7 烷基、氫原子;較佳為C1 4 烷基、氫原子;尤佳為甲基、乙基或氫原子;而最佳為氫原子。
較佳為L2 1 係單鍵, -O-CO-、 -CO-O-、 -CH=CH-或 -C≡C-(式中 代表該基連接到(DI-R)中 邊之位置),較佳為單鍵。
Q2 係具至少一個環形結構之二價基(環狀基)。環狀基較佳為5-員、6-員或7-員環狀基,尤佳為5-員或6-員環狀基,而最佳為6-員環狀基。環狀基中之環形結構可為稠合環。但較佳為單環而非稠合環。環狀基中之環可為芳族環、脂族環或雜環。芳族環較佳為苯環、萘環、蒽環及菲環。脂族環較佳例子有環己環。雜環之較佳例子有吡啶環及嘧啶環。
Q2 所代表之具苯環之環狀基較佳為1,4-伸苯基。具萘環之環狀基較佳為萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-1,6-二基、萘-2,5-二基、萘-2,6-二基及萘-2,7-二基。具環己基之環狀基較佳為1,4-亞環己基。具吡啶環之環狀基較佳為吡啶-2,5-二基。具嘧啶環之環狀基較佳為嘧啶-2,5-二基。其中特佳為1,4-伸苯基、萘-2,6-二基及1,4-亞環己基。
Q2 可具有取代基。取代基例如是鹵原子(較佳為氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)、氰基、硝基、C1 1 6 烷基、C2 1 6 烯基、C2 1 6 炔基、C1 1 6 鹵取代的烷基、C1 1 6 烷氧基、C2 1 6 醯基、C1 1 6 烷硫基、C2 1 6 醯氧基、C2 1 6 烷氧羰基、胺甲醯基、烷基取代之C2 1 6 胺甲醯基及C2 1 6 醯胺基。其中較佳為鹵原子、氰基、C1 6 烷基、鹵取代之C1 6 烷基;尤佳為鹵原子、C1 4 烷基、鹵取代之C1 4 烷基;最佳為鹵原子、C1 3 烷基及三氟甲基。
n1係整數0至4,較佳為1-3,尤佳為1或2。
L2 2 -O-、 -O-CO-、 -CO-O-、 -O-CO-O-、 -S-、 -NH-、 -SO2 -、 -CH2 -、 -CH=CH-或 -C≡C-;式中 指該基連接到Q2 之位置。
較佳為L2 2 -O-、 -O-CO-、 -CO-O-、 -O-CO-O-、 -CH2 -、 -CH=CH-或 -C≡C-;尤佳為 -O-、 -O-CO-、 -O-CO-O-或 -CH2 -。若L2 2 含有氫原子,則該氫原子可被取代基取代。較佳之取代基有鹵原子、氰基、硝基、C1 6 烷基、鹵取代之C1 6 烷基、C1 6 烷氧基、C2 6 醯基、C1 6 烷硫基、C2 6 醯氧基、C2 6 烷氧羰基、胺基甲醯、C2 6 烷基取代之胺基甲醯、C2 6 醯胺基;尤佳為鹵原子及C1 6 烷基。
L2 3 係二價連接基,其係選自-O-、-S-、-C(=O)-、-SO2 -、-NH-、-CH2 -、-CH=CH-及-C≡C-、和其組合。在-NH-、-CH2 -及-CH=CH-上之氫原子可被取代基取代。較佳之取代基有鹵原子、氰基、硝基、C1 6 烷基、C1 1 6 鹵取代之烷基、C1 6 烷氧基、C2 6 醯基、C1 6 烷硫基、C2 6 醯氧基、C2 6 烷氧羰基、胺基甲醯、C2 6 烷基取代之胺基甲醯、及C2 6 醯胺基;尤佳為鹵原子及C1 6 烷基。被任一此等取代基取代之液晶化合物在用於製備液晶組合物之溶劑中之溶解度較大。
較佳為L2 3 選自-O-、-C(=O)-、-CH2 -、-CH=CH-及-C≡C-、以及其組合。尤佳為L2 3 含C1 2 0 ,最佳為含C2 1 4 。亦佳為L2 3 含1至16個(-CH2 -)s,尤佳為含1至12個(-CH2 -)s。
Q1 係可聚合之基或氫原子。若液晶化合物欲用於光學膜,如遲滯效果不受熱的影響之光學補償膜,則Q1 較佳為可聚合之基。較佳為此基之聚合反應乃加成聚合(包含開環聚合)或縮合聚合。具體而言,可聚合之基乃指可進行加成聚合或縮合聚合之官能基。可聚合之基例如是:
尤佳為可聚合之基乃可進行加成聚合之官能基。此型之可聚合基較佳為可聚合之乙烯系不飽和基或開環可聚合之基。
可聚合之乙烯系不飽和基例如是(M-1)至(M-6): 在式(M-3)及(M-4)中,R係氫原子或烷基,較佳為氫原子或甲基。
在(M-1)至(M-6),較佳為(M-1)或(M-2),而最佳為(M-1)。
開環可聚合之基較佳為環醚基,尤佳為環氧基或環乙氧基,最佳為環氧基。
前述化合物中,較佳為化(DII): 在式(DII)中,Y3 1 、Y3 2 及Y3 3 係為各自獨立的次甲基或氮原子,其定義和(DI)中之Y1 1 、Y1 2 及Y1 3 相同。較佳之範圍亦相同。
在式(DII)中,R3 1 、R3 2 及R3 3 係為各自獨立的式(DII-R):
在式(DII-R)中,A3 1 及A3 2 係為各自獨立的次甲基或氮原子。較佳為其中至少一個是氮原子,而最佳為兩個均為氮原子。X3 係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基,而較佳為氧原子。
Q3 1 係具6-員環狀結構之二價連接基(以下稱之為6-員環狀基)。6-員環可為稠合環。然而,單環比稠合環好。6-員環狀基中之環可為芳族環、脂族環或雜環。較佳之芳(族)環為苯環、萘環、蒽環及菲環。較佳之脂族環為環己環。較佳之雜環為吡啶環和嘧啶環。
Q3 1 所代表之具苯環之6-員環較佳為1,4-伸苯基。具萘環之環狀結構較佳為萘-1,-4-二基、萘-1,5-二基、萘-1,6-二基、萘-2,5-二基、萘-2,6-二基及萘-2,7-二基。該具有環己烷環之環狀構造較佳為1,4-亞環己基。具嘧啶環之環狀結構較佳為嘧啶-2,5-二基。其中特佳為1,4-伸苯基、萘-2,6-二基及1,4-亞環己基。
Q3 1 之環狀結構可有取代基。取代基例如是鹵原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)、氰基、硝基、C1 1 6 烷基、C2 1 6 烯基、C2 1 6 炔基、鹵取代之C1 1 6 烷基、C1 1 6 烷氧基、C2 1 6 醯基、C1 1 6 烷硫基、C2 1 6 醯氧基、C2 1 6 烷氧羰基、胺基甲醯、C2 1 6 烷基取代之胺基甲醯及C2 1 6 醯胺基。6-員環狀基上之取代基較佳為鹵原子、氰基、C1 6 烷基、C1 6 鹵取代之烷基;尤佳為鹵原子、C1 4 烷基、C1 4 鹵取代之烷基;最佳為C1 3 烷基及三氟甲基。
n3係1至3之整數,較佳為1或2。
L3 1 -O-、 -O-CO-、 -CO-O-、 -O-CO-O-、 -S-、 -N(R)-、 -CH2 -、 -CH=CH-或 -C≡C-;式中 指該基連接到Q3 1 之位置。具體而言,其和式(DI-R)中之L2 2 的定義相同,且較佳之範圍亦相同。
L3 2 係二價連接基,其係選自-O-、-S-、-C(=O)-、-NH-、-CH2 -、-CH=CH-及-C≡C-和其組合。具體而言,其和式(DI-R)中之L2 3 定義相同,且較佳之範圍亦相同。
在式(DII-R)中,Q3 2 之定義同式(DI-R)中之Q1
非限制範圍之化合物(DI)的具體例子如下:
本發明之液晶化合物較佳為具良好單定義域性質之液晶相。由於具有良好的單定義域性質,故可有效地避免多定義域在定義域界面產生之散射。此外,因呈良好單定義域性質,故所得遲滯板呈較高的透光率,這也是優點。
用於本發明之液晶化合物之液晶相包含圓柱相及碟狀向列相(ND 相)。在此等液晶相中,最佳為呈良好單定義域,且能混合排列之碟狀向列相(ND 相)。
用於本發明之液晶化合物較佳為在20℃至300℃,尤佳為40℃至280℃,而最好在60℃至250℃呈液晶相。本文"在20℃至300℃呈液晶相"包含超過20℃(如10℃至22℃)或越過300℃(如298℃至310℃)之液晶溫度範圍。40℃至280℃及60℃至250℃之場合亦然。
[光學各向異性層]
用於本發明之光學各向異性層包含本發明呈排列狀態之液晶化合物。因此,光學各向異性層乃利用液晶化合物之排列而展現光學各向異性。
光學各向異性層乃由含本發明之液晶化合物和其他能控制排列之物質及能固定排列狀態之物質之組成物所構成。當用於本發明之液晶化合物加熱至液相形成溫度,然後在保持排列狀態下冷卻,則液晶化合物可固定下來,而不會妨害其在液晶狀態所呈現之排列模式。用於本發明之液晶化合物之固定亦可利用在組成物中加入聚合引發劑,加熱至液晶相形成溫度,並聚合後,冷卻之。在本發明中,"固定排列狀態"一語並不局限於維持"排列之狀態(雖然排列為最典型且較佳之狀態),但亦包含在0至50℃之溫度範圍及更嚴厲的條件(-30℃至70℃)下該層呈非流體之狀態,不會因外場或外力而改變排列模式。
附帶而言,排列終於固定後,液晶組成物就不必再呈液晶態。例如在利用可聚合之化合物為液晶化合物時,可聚合化合物會因熱或光等之作用進行聚合反應或交聯,形成高分子量聚合物而喪失其液晶態。
[光學各向異性層之添加劑]
在形成之光學各向異性層時,本發明之液晶化合物中可加入之添加劑例如是日本專利申請案JP-A-2002-98,828號中所述之碟狀液晶化合物,及下述之空氣界面配向控制劑,定向薄膜界面配向控制劑、抗滲出劑、聚合抑制劑及可聚合單體。
光學各向異性層之添加劑用量較佳為佔光學各向異性層構成之成分總重量的1至20%,最佳為2至50%。
[空氣界面配向控制劑]
在空氣界面,液晶化合物和空氣界面夾成傾斜角。傾斜角之大小端賴於液晶化合物之種類,於是在空氣界面之傾斜角必須先依目的所需隨意調整。
傾斜角可利用例如電場、磁場之外力或添加劑控制之,而較佳為利用添加劑。
為此目的之添加劑較佳為在分子內含有一或多個,尤佳為兩個或以上之被取代或未被取代之C6 4 0 脂族基或被取代或未被取代之C6 4 0 脂族寡聚矽氧烷氧基。例如較佳為使用日本專利A 2002-20,363號所述之具疏水排斥體積效應之化合物為空氣界面配向控制劑。
在空氣界面邊用來控制排列之添加劑用量較佳為0.001至20%,尤佳為0.01至10%,而最佳為0.1至5%(百分率乃對液晶化合物重量而言)。
[定向膜界面配向控制劑]
在定向膜界面,液晶化合物和定向膜界面呈斜角排列。此斜角之角度端賴於液晶化合物之種類,因此在定向膜界面之斜角必須依所欲目的而能任意控制。
斜角可用例如電場或磁場之外力,或用添加劑控制之,但較佳為用添加劑控制。
用於此目的之添加劑較佳為在分子內具極性基之化合物,例如是具有-OH、-NH2 、-COOH、-SO3 H之化合物,或鎓鹽。添加劑之具體例記載於日本專利A-2004-101,920號中。
用來控制定向膜界面邊之排列的添加劑量較佳為0.001至10重量%,尤佳為0.005至5重量%,而最佳為0.01至2重量%(百分率乃對用於本發明中液晶化合物而言)。
[抗滲出劑]
添加在本發明所用液晶化合物中用來防止組成物塗層滲出之材料通常用的是聚合物。聚合物之選用並無嚴格要求,只要不嚴重的改變用於本發明液晶化合物之傾斜角或抑制化合物之排列即可。
聚合物例如日本專利A-8-95,030號所述者,特佳的聚合物例如是纖維素酯。纖維素酯包含醋酸纖維素、丙酸醋酸纖維素及丁酸醋酸纖維素。為了不會抑制用於本發明液晶化合物之排列,防止滲出之聚合物用量較佳為佔碟狀液晶化合物重量之0.1至10%,尤佳為0.1至8%,而最佳為0.1至5%。
[聚合引發劑]
用於本發明之液晶化合物較佳為固定在單定義域排列,亦即實質上均勻的排列。為此目的,若採用可聚合之液晶化合物,較佳為利用聚合反應固定液晶化合物。聚合反應包含利用熱聚合引發劑之熱聚合反應,利用光聚合引發劑之光聚合反應及利用電子甲之聚合反應,但為防止載體等變形,或防止因熱而劣化,較佳為採用光聚合反應或電子束照射之聚合反應。光聚合引發劑包含α-羰基化合物(記載於美國專利2,367,661號及2,367,670號)、偶姻醚(記載於美國專利2,448,828號)、α-烴基取代之芳族偶姻(記載於美國專利2,722,512號)、多核醌化物(美國專利3,046,127號及2,951,758號)、三芳基咪唑二聚物和對胺苯酮(美國專利3,549,367號)、吖啶或吩化物(日本專利A-60-105,667號及美國專利4,239,850號)、噁二唑化合物(參閱美國專利4,212,970號)。光引發劑之用量較佳為佔塗佈溶液中固體含量之0.01至20重量%,尤佳為0.5至5重量%。液晶化合物聚合用之光源較佳為紫外光。照射能量較佳為10毫焦耳/厘米2 至50焦耳/厘米2 ,尤佳為50毫焦耳/厘米2 至800毫焦耳/厘米2 。為加速光聚合反應,光照射可配合加熱。大氣中之氧濃度會影響聚合度,故若在空氣中無法獲致所欲之聚合度,則較佳為利用氮氣沖洗等,以降低氧濃度。氧濃度較佳為10%或以下,尤佳為7%或以下,而最佳為3%或以下。
[可聚合單體]
配用於本發明所需之液晶化合物之可聚合單體並無特殊限制,只要能和本發明所用之液晶化合物相容,且不會嚴重改變本發明所用液晶化合物之傾斜角或抑制本聚合物排列即可。在此等可聚合之單體中,較佳為具有例如乙烯基、乙烯氧基、丙烯醯基及甲基丙烯醯基之可聚合乙烯系不飽和基的化合物。可聚合單體之添加劑較佳為佔液晶化合物重量的0至30%,尤佳為0至20%。此外,若採用具有兩個或以上反應性官能基之單體,則可使定向膜和光學各向異性層之黏著力增強,於是此種單體特別好。
[塗佈方法]
光學各向異性層之製法是先利用下列溶劑製備液晶組成物之塗佈溶液,然後塗佈此溶液,例如塗在定向膜上,使液晶化合物排列。塗佈溶液之塗佈方法可依已知方式,如線棒塗佈、擠壓塗佈、直接凹槽輥塗佈、逆凹槽輥塗佈、口模式塗佈等進行之。
[塗佈溶劑]
用於製備液晶組成物之溶劑較佳為有機溶劑。有機溶劑例如是醯胺(如N,N-二甲基甲醯胺)、亞碸(如二甲基亞碸)、雜環化合物(如吡啶)、烴(如甲苯、己烷)、烷基鹵(如氯仿、二氯甲烷)、酯(如醋酸甲酯、醋酸丁酯)、酮(如丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁酮、環己酮)及醚(如四氫呋喃、1,2-二甲氧乙烷)。其中較佳為烷基鹵、酯及酮。可混用兩種或以上之有機溶劑。
[定向膜]
用於本發明之光學各向異性層含有用於本發明之排列狀態的液晶化合物。此液晶化合物之排列可利用例如電場或磁場之外力,或利用定向膜;然在本發明中較佳為採用定向膜。
定向膜之製法例如是摩擦有機聚合物(較佳為聚合物),無機化合物之斜角蒸氣沈積,形成微凹槽層,或依LB薄膜法(Longmuir-Blodgett Film Method)累積有機化合物(如ω-廿三烷酸、硬脂酸甲酯)。此外,亦已知施用電場、磁場或用光線照射可使定向膜發揮排列功能。
定向膜可為任何的層膜,只要能使液晶化合物光學異構層具有所欲之排列即可,但依本發明,定向膜較佳為利用擦拭,或用光線照射,尤佳為擦拭聚合物得之。擦拭的方法乃用紙或布依恒定的方向擦拭聚合物表層數次,然依本發明,較佳為按照"液晶手冊"(Ekisho Binran-Maruzen)所述之方法進行擦拭。定向膜厚度較佳為0.01至10微米,尤佳為0.05至3微米。
附帶地說,利用定向膜使液晶化合物排列後,就固定液晶化合物之排列狀態,而形成光學各向異性層,而只有光學各向異性層轉移到聚合物膜[載體(透明載體)]上。於是即使無定向膜,液晶化合物亦能維持其排列狀態。於是雖然定向膜主要用於遲滯板,但並非遲滯板之主要成分。
為使液晶化合物排列,須採用能調節定向膜表面能量之聚合物(通常用於排列之聚合物)。聚合物種類具體地記載於有關液晶胞或遲滯板之各種文獻中。無論用何種定向膜,定向膜較佳為具有可聚合之基,以促進液晶化合物和透明載體的黏著性。可聚合基之引入可在側鏈引入具有可聚合基之重覆單元,或引入於環狀基中做為取代基。較佳為能在界面和液晶化合物形成化學鍵之定向膜,此種定向膜記載於日本專利A-9-152,509號中。
[定向膜之擦拭密度]
定向膜之擦拭密度和在定向膜界面之液晶化合物的傾斜角有關,亦即擦拭密度增大,則傾斜角變小;反之,則擦拭密度變小,則傾斜角變大。因此,在許多場合下,定向膜界面之傾斜角可利用定向膜擦拭密度之改變而調整之。定向膜擦拭密度之改變方法記載於Ekisho Binran、Henshu Iinkai氏、Maruzen,之"液晶手冊",2000年。具體而言,擦拭密度(L)可用公式(A)計算之:公式(A):L=N1{1+(2πrn/60v)}式中N為擦拭次數,1為擦拭輥之接觸長度,r為擦拭輥之半徑,n為擦拭輥之轉速(rpm),v為擦拭台移動速度(1/秒)。
提升擦拭次數、擦拭輥接觸長度、擦拭輥半徑、擦拭輥轉速或降低擦拭台移動速度,即可升大擦拭密度。反之,將此等因素顛倒過來,則會降低擦拭密度。
[排列狀態]
在例如TN(扭轉向列)液晶顯示器中採用遲滯板之場合,用於本發明之光學各向異性層較佳為固定成碟狀向列相呈混合排列的狀態。本文中所謂之混合排列係指液晶化合物之傾斜角連續地隨著薄膜厚度方向而改變。
將液晶化合物塗佈在載體(較佳為定向膜上),然後例如加熱而呈液晶相。於是在載體側之液晶化合物和載體表面呈傾斜角排列,或在塗有液晶化合物之薄膜界面(若有定向膜,則在定向膜界面)呈傾斜角排列(換句話說,排列在載體表面方向和液晶化合物向列面方向之間夾角),液晶化合物在空氣界面亦呈傾斜排列。
依本發明光學各向異性層之平均傾斜角(透明載體表面方向和液晶化合物碟狀平面方向所夾成的角)較佳為10°至70°,尤佳為20°至60°。
至於在各別界面的傾斜角有在空氣界面0°至50°之傾斜角和在載體側界面20°至90°之傾斜角的組合,較佳為在載體邊界面0°至50°之傾斜角,及在空氣界面20°至90°之傾斜角的組合。特別是在空氣界面0°至40°傾斜角及在載體邊40°至80°傾斜角之組合,而尤佳為在載體邊0°至40°傾斜角,和在空氣界面40°至80°傾斜角之組合。
[遲滯板]
遲滯板包含例如透明載體及利用本發明之碟狀液晶化合物所形成之光學各向異性層。光學各向異性層之製法例如是在定向膜上塗佈含本發明液晶化合物及必要時之其他添加劑的組成物,在保持液晶相之排列狀態下固定之。必要時,液晶化合物之排列狀態固定在定向膜上後,可將光學各向異性層轉移到其他載體上。如此,即使沒有定向膜,固定排列之液晶化合物亦能維持其排列狀態。於是,遲滯板不一定要包含定向膜。光學各向異性層之厚度較佳為0.1至10微米,而最佳為0.5至3微米。
[載體]
遲滯板可具有載體,而載體較佳為透明載體。載體材料並無特殊限制,只要實質上呈光學各向同性,並確保透光率80%或以上即可,較佳為聚合物薄膜。聚合物之具體例有纖維素酯(如二醋酸纖維素、三醋酸纖維素)、原冰片烯系聚合物及聚(甲基)丙烯酸酯;我們就利用其薄膜。可採用許多種商業化聚合物。其中就光學性能而言,較佳為纖維素酯,而尤佳為纖維素之低級脂肪酸酯。低級脂肪酸乃指碳原子數為6或以下者,較佳為C2 4 。其具體例有醋酸纖維素、丙酸纖維素及丁酸纖維素。其中最佳為三醋酸纖維素。亦可使用混合的脂肪酸酯,如醋酸丙酸纖維素及醋酸丁酸纖維素。此外,即使傳統已知的容易表現雙折射率之聚合物,如聚碳酸酯及聚碸,只要經分子改質,較不易呈現雙折射率時,亦可使用(參閱世界專利WO 00/26,705號)。
纖維素酯較佳醯化度為55.0至62.5%,尤佳為57.0至62.0%之醋酸纖維素。醯化度乃指每單位重量之纖維素所組合之醋酸重量。乙醯化度之測定及計算方法記載於美國標準物料試法ASTM D-817-91(醋酸纖維素等之試法)。纖維素酯之黏度平均聚合度(DP)較佳為250或以上,尤佳為290或以上。用於本發明之纖維素酯較佳為具有狹分子量分佈Mw/Mn(式中Mw指重量平均分子量,而Mn指數量平均分子量,均用膠體滲透層析儀測得)。具體而言,Mw/Mn較佳為1.0至1.7,尤佳為1.3至1.65,而最佳為1.4至1.6。
在纖維素酯中,於纖維素2-、3-及6-位置之羥基並不均勻地分佈於整個取代度之1/3部分,而是在6-位置之羥基取代度較小。事實上,在6-位置之羥基取代度較佳為大於在2-及3-位置之取代度。在6-位置之羥基較佳為有30至40%,尤佳為31%以上,最佳為32%以上被醯基取代(百分率乃對整個取代度而言)。在6-位置之取代度較佳為0.88或以上。在6-位置之羥基可被乙醯以外之C3 或以上之醯基(如丙醯、丁醯、戊醯、苯醯、丙烯醯)取代。在各位置之取代度係用核磁共振譜(NMR)測定。在6-位置之羥基有高取代度之纖維素酯之合成法記載於日本專利A-11-5,851號中之合成例1(0043-0044節)、合成例2(0048-0049節)及合成例3(0051-0052節)。
在用為載體之聚合物膜,尤指醋酸纖維素膜中,可添加具有至少兩個芳環之芳族化合物做為遲滯增大劑以調節遲滯值。每100份重量之醋酸纖維素較佳為0.01至20份,尤佳為0.05至15份,而最佳為0.1至10份此種遲滯增大劑。可混用兩種或以上之芳族化合物為遲滯增大劑。在此所用之芳族化合物之芳環包含芳烴環及芳雜環。
芳烴環較佳為6-員環(亦即苯環)。芳雜環較佳為5-、6-或7-員環,尤佳為5-或6-員環。芳族雜環通常具有最多的雙鍵。雜原子較佳為氮原子、氧原子或硫原子,尤佳為氮原子。芳族雜環包含呋喃環、噻吩環、吡咯環、噁唑環、噻唑環、異噻唑環、咪唑環、吡唑環、呋咱環、噻唑環吡喃環、吡啶環、噠環、嘧啶環、吡環及1,3,5-三環。芳環較佳為苯環、呋喃環、噻吩環、吡咯環、噁唑環、噻唑環、咪唑環、三唑環、吡啶環、嘧啶環、吡環或1,3,5-三環,尤佳為苯環或1,3,5-三環。芳族化合物較佳為含至少一個1,3,5-三環。
在芳族化合物上之芳環數目較佳為2至20個,尤佳為2至12個,更佳為2至8個,而最佳為2至6個。兩芳環之結合方式可分類為(a)兩芳環形成稠合環,(b)兩芳環直接用單鍵連接及(c)兩芳環用連接基連接(因此等環為芳環,故不會形成螺鍵)。於是連接方式可為(a)至(c)任一種方式。此種遲滯增大劑例如記載於世界專利WO 01/88,574號(論文小冊子)、及WO 00/2619(小冊子)、日本專利A-2000-111,914號、A-2000-275,434號及日本專利申請案2002-7009號。
醋酸纖維素薄膜之製法較佳為利用溶劑流延法,由醋酸纖維素溶液(塗佈液)得之。在塗佈液中可添加前述之遲滯增大劑。將塗佈液流延在轉筒或傳動帶上,待溶劑蒸發可得薄膜。流延前之塗佈液中之固體含量較佳為調在18至35%。轉筒或傳動帶之表面較佳為磨光成鏡面狀態。在溶劑流延製程中之流延及乾燥法記載於美國專利2,336,310號、2,367,603號、2,492,078號、2,492,977號、2,492,978號、2,607,704號、2,739,069號及2,739,070號、英國專利640,731號及736,892號、日本專利JP-B-45-4554(JP-B係指已審查通過之日本專利公開案)、JP-B-49-5614號、JP-A-60-176,834號、JP-A-60-203,430號及JP-A-62-115,035號。塗佈液較佳為流延在表面溫度為10℃或以下之轉筒或傳動帶上。流延後,較佳為使塗佈液風乾2秒或以上。自轉筒或傳動帶剝開所得薄膜,並進一步逐漸地由100℃升至160℃之熱風乾燥,以移除殘留的溶劑。此法記載於日本專利JP-B-5-17,844號中。依此法可縮短由流延至剝離所需之時間。施行此法時,塗佈液必須在轉筒或傳動帶之表面溫度下凝膠化。
塗佈液之製備法係使原料粒片溶於例如鹵化烴(如二氯甲烷)、醇(如甲醇、乙醇、丁醇)、酯(如甲酸甲酯、醋酸甲酯)及醚(如二噁烷、二噁茂烷、二乙醚)之溶劑中。能溶解纖維素醯化物之典型溶劑代表例為二氯甲烷,但就全球環保或工作環境而言,溶劑中較佳為實質不含例如二氯甲烷之鹵化烴。本文中"實質上不含鹵化烴"係指在有機溶劑中鹵化烴之百分率少於5重量%(較佳為少於2重量%)。實質上不含例如二氯甲烷之鹵化烴的纖維素醯化物薄膜及其製法記載於2001年3月15日發表之JIII技術發表期刊,No.201-1745(以下略為"技術發表第2001-1745號")。
利用所製備之醋酸纖維素溶液(塗佈液)形成薄膜時,亦可將塗佈液塗兩層或以上。將塗佈液流延在轉筒或傳動帶上,並蒸發溶劑而形成薄膜。在流延劑之塗佈液中固體含量較佳為調在10至40%。轉筒或傳動帶較佳為預先磨光成鏡面狀態。欲製備多層醋酸纖維素之場合,可分別依載體移動方向流延上多段的含醋酸纖維素溶液,然後疊在一起。此等方法例如記載於日本專利JP-A-61-158,414號、JP-A-1-122,419號及JP-A-A-198,285號。此醋酸纖維素溶液可由兩流延孔加以流延,參閱日本專利JP-B-60-27,562號、JP-A-61-94,720號、JP-A-61-947,245號、JP-A-61-104,813號、JP-A-61-158,413號及JP-A-6-134,933號。另外,可採用日本專利JP-A-56-162,617號所述之醋酸纖維素流延法,亦即以低黏度醋酸纖維素溶液包覆住高黏度醋酸纖維素,並同時擠壓出高黏度及低黏度醋酸纖維素。
醋酸纖維素薄膜可進一步延伸,以調整遲滯值。延伸率較佳為0至100%。在延伸本發明所用醋酸纖維素之場合,較佳為採用拉幅機,並且為高精密地控制慢軸,例如在右邊及左邊拉幅夾之速度差或鬆夾之時間差應儘量的縮小。
在纖維素酯薄膜中,可添加助塑劑以改善機械性質或提升乾燥速度。磷酸酯或羧酸酯可用為助塑劑。磷酸酯例如有磷酸三苯酯(TPP)及磷酸三甲苯酯(TCP)。羧酸酯之代表例有酞酸酯及檸檬酸酯。酞酸酯包含酞酸二甲酯(DMP)、酞酸二乙酯(DEP)、酞酸二丁酯(DBP)、酞酸二辛酯(DOP)、酞酸二苯酯(DPP)及酞酸二-2-乙己酯(DEHP)。檸檬酸酯包含o-乙醯檸檬酸三乙酯(OACTE)及o-乙醯檸檬酸三丁酯(OACTB)。其他的羧酸酯例子有油酸丁酯、蓖麻酸甲基乙醯酯、癸二酸二丁酯及各種苯偏三酸酯。其中較佳為酞酸酯系助塑劑(DMP、DEP、DBP、DOP、DPP、DEHP),而最佳為DEP和DPP。助塑劑之用量較佳為佔纖維素酯重量之0.1至25%,尤佳為1至20%,而最佳為3至15%。
在纖維素酯薄膜中可添加劣解抑制劑(如抗氧化劑、過氧化物分解劑、游離基抑制劑、金屬鈍化劑、除氧劑、胺)或紫外線抑制劑。劣解抑制劑記載於日本專利JP-A-3-199,201號、JP-A-5-1,907,073號、JP-A-5-194,789號、JP-A-5-271,471號及JP-A-6-107,854號。劣解抑制劑較佳為佔溶液(塗佈液)重量的0.01至1%,尤佳為0.01至0.2%。若用量少於0.01重量%,則很難獲得劣解抑制效果,而若用量大於1重量%,則有時劣解抑制劑會滲出薄膜表面。特佳的劣解抑制劑例如丁基化羥甲苯(BHT)。紫外線抑制劑記載於日本專利JP-A-7-11,056號中。
醋酸纖維素薄膜較佳為經表面處理。其具體例包含電暈放電處理、輝光放電處理、火焰處理、酸處理、鹼處理及紫外線照射處理。亦較佳為如日本專利JP-A-7-333,433號所述加做底層。在此等處理中,就保持薄膜平坦性之觀點而言,醋酸纖維素薄膜之溫度較佳為保持Tg(玻璃轉移溫度)或以下,具體而言,150℃或以下。
就和定向膜等之黏著性之觀點而言,醋酸纖維素薄膜之表面處理較佳為酸處理或鹼處理,亦即醋酸纖維素之皂化處理。
表面處理之細節以鹼皂化處理為例說明之。
鹼皂化處理較佳為依週期進行,包含將薄膜表面浸入鹼溶液中,以酸溶液中和,以水洗及乾燥。鹼溶液例如是氫氧化鉀溶液及氫氧化鈉溶液。氫氧離子之當量濃度較佳為0.1N至3.0N,尤佳為0.5N至2.0N。鹼溶液之溫度較佳為室溫(如25℃)至90℃,尤佳為40℃至70℃。
醋酸纖維素薄膜之表面能量較佳為55毫牛頓/米或以上,而尤佳為60至75毫牛頓/米。
醋酸纖維素薄膜厚度較佳為5至500微米,更佳為20至250微米,尤佳為30至180微米,而最佳為30至110微米。
本遲滯板可和偏光膜結合成橢圓偏光板。此外,當和偏光膜配用成傳輸型、反射型或折射型液晶顯示器時,遲滯板之作用是放大視角。採用遲滯板之橢圓偏光板及液晶顯示器的說明如下。
[橢圓偏光板]
將遲滯板和偏光膜層合可得橢圓偏光板。貼有遲滯板之橢圓偏光板可放大液晶顯示器的視角。偏光膜包含碘型偏光膜,採用二色染料之染料型偏光膜及多烯型偏光膜。碘型偏光膜及染料型偏光膜通常是用聚乙烯醇系薄膜製造之。偏光膜的軸乃垂直於薄膜延伸之方向。
偏光膜乃貼合於遲滯板之光學各向異性層那一面。在偏光膜非貼合於遲滯板的另一面,較佳為有透明保護膜。透明保護膜較佳為具有80%或以上之透光率。透明保護膜通常採用醋酸纖維素薄膜,較佳為三乙醯纖維素膜。纖維素酯薄膜較佳為由溶劑流延法形成之。透明保護膜之厚度較佳為20至500微米,尤佳為50至200微米。
[液晶顯示裝置]
利用裝有本發明所用碟狀液晶化合物之遲滯板,可放大液晶顯示裝置之視角。液晶顯示裝置通常包含液晶胞、偏光元件及遲滯板(光學補償片)。偏光元件通常包含偏光膜和保護膜。至於偏光膜和保護膜可採用前面橢圓偏光板中所述者。TN型液晶胞所用之遲滯板(光學補償片)記載於日本專利JP-A-6-214,116號、美國專利5,583,679號及5,646,703號、以及德國專利3,911,620A1。再者,IPS模式或FLC模式液晶胞所用之遲滯板記載於日本專利JP-A-10-54,982號;OCB模式或HAN模式液晶胞所用的遲滯板記載於美國專利5,802,253號及世界專利WO 96/37,804號;STN模式液晶胞所用之遲滯板記載於日本專利JP-A-9-26,572號;而VA模式液晶胞所用之遲滯板記載於日本專利2,866,372號。
在本發明中,各種模式液晶胞所用之遲滯板(光學補償片)之製法可參閱此等專利文獻。遲滯板可用於例如TN(扭轉向列)模式、IPS(面內切換)模式、FLC(鐵電液晶)模式、OCB(光學補償彎曲)模式、STN(超扭轉向列)模式、VA(垂直配向)模式及HAN(混成配向向列)模式之各種顯示模式的液晶顯示裝置中。遲滯板提供TN及OCB模式液晶顯示裝置特別有效的光學補償作用。
茲以實施例更詳盡地說明本發明。在下列實施例中所用的材料種類、用量、比例、含量及製程步驟是可做適當改變,仍不脫離本發明之範圍。因此,本發明之範圍並不局限於此等具體的實施例。
碟狀液晶化合物(DI)可依照下列合成例合成之。
實施例1
合成例1(D-38之合成):(D-3之合成):
(D-3A之合成)在300毫升二甲基甲醯胺中溶解15.0克4-氰酚,然後加入20.9克碳酸鉀及18.5毫升1-溴己烷,在氮氣氛圍下於110℃攪拌溶液5小時。在反應溶液中加水,然後以醋酸乙酯萃取反應產物,並以飽和鹽水洗。減壓濃縮有機層,並以圓柱層,可得25.0克D-3A(D-3B之合成)。
在200毫升甲醇中溶解前面所製25.0克D-3A,並在加入26.0毫升50%羥胺溶液後,於90℃攪拌溶液3小時。冷卻溶液,加入甲醇,然後過濾分離沈澱之結晶,乾燥,得29.0克D-3B結晶。
(D-3之合成)在300毫升1,4-二噁烷中溶解29.0克D-3B,並在加入10.2克苯均三酸及10.9毫升吡啶後,在90℃攪拌7小時。冷卻反應溶液,加入甲醇,然後過濾收集沈澱之結晶,並以圓柱層析純製,得25克D-3。所得D-3之NMR(核磁共振譜)如下:1 H-NMR(溶劑:CDCl3 ,標準:四甲矽烷)δ(ppm):0.85(9H,t)1.25-1.35(12H,m)1.35-1.45(6H,m)1.70-1.80(6H,m)3.95(6H,t)6.95(6H,d)8.05(6H,d)9.10(3H,s)
利用偏光顯微鏡觀察所得D-3之相轉移溫度。首先若升溫,則在約139℃附近相會由結晶相變成各向同性液相。然後溫度逐漸由139℃下降,則在123℃附近會變成碟狀向列相。當溫度下降至98℃,則相會變回結晶相。亦即D-3在降溫過程中於123℃至98℃呈碟狀向列相。
(由D-3變成D-38)D-38可依下式合成之。
在100毫升二氯甲烷中溶解11.0克D-3,並在溶液中加入135毫升三溴化硼(1.0M之二氯甲烷溶液)。在40℃攪拌8小時,在反應溶液中加入水,過濾收集沈澱之結晶。乾燥所得結晶,得7.5克三羥基化物。
接著在10毫升四氫呋喃中溶解0.73克丙酸2-羥乙酯,然後在冰冷的條件下,滴入0.84毫升二甲苯胺,並進一步加入三光氣。溫度回復到室溫,攪拌2小時後,在冰冷條件下,加入0.35克三羥基化物,然後滴入0.31毫升吡啶,並在室溫攪拌所得溶液2小時。在反應完成後,加入甲醇,過濾收集沈澱之結晶,經矽膠圓柱層析,可得0.38克D-38。所得D-38之NMR譜如下:1 H-NMR(溶劑:CDCl3 ,標準:四甲矽烷)δ(ppm):4.40-4.60(12H,m)5.90(3H,dd)6.20(3H,dd)6.50(3H,dd)7.45(6H,d)8.30(6H,d)9.30(3H,s)
利用偏光顯微鏡檢視其組織,以測定所得D-38之相轉移溫度。首先升溫,在約114℃結晶相變成各向同性液相。然後溫度逐漸由114℃下降,在約94℃變成碟狀向列相。當溫度降至室溫,又變回結晶相。亦即在降溫過程中,於94℃至室溫之間呈碟狀向列相。
光學各向異性層(液晶化合物D-38)之製法1 :在玻璃基板中塗上PVA-203(Kuraray公司製)水溶液,並在100℃乾燥3分鐘。PVA-203之厚度為0.5微米。將下列塗佈溶液旋轉塗佈在具有PVA-203薄膜之基板上。然後放入120℃恒溫室中,接著冷卻至70℃。5分鐘後,用600毫焦耳紫外線照射,以固定成排列狀態。接著,冷卻薄膜至室溫,以偏光顯微鏡觀察,發現碟狀液晶化合物呈現無缺陷之順勢排列。液晶化合物之厚度為3.0微米。所得光學各向異性層之波長分散性及△n均列於下列表1中。
(塗佈溶液):重量份數100份 液晶化合物D-38 0.2份 下列之空氣界面配向控制劑(D-1)3.0份 汽巴公司出品之光聚合引發劑(Irgacure907)1.0份 二乙基噻噸酮250份 甲基乙基酮
空氣界面配向控制劑V-(1):
實施例2
合成例2(D-89之合成)(D-52之合成)D-52可依下式合成之:
仿合成例1進行合成,可得35克D-52。
1 H-NMR(溶劑:CDCl3 ,標準:四甲矽烷)δ(ppm):0.85(9H,t)1.25-1.35(12H,m)1.35-1.45(6H,m)1.70-1.80(6H,m)4.10(6H,t)6.80(3H,dd)6.90(3H,dd)8.15(3H,t)9.20(3H,s)
利用偏光顯微鏡觀察組織,以測定D-52之相轉移溫度,結果在升溫過程中於約141℃由結晶相變成碟狀向列液晶相,當溫度超過142℃時,變成各向同性液相。亦即,D-52在141℃與142℃之間呈碟狀向列液相。
(D-52變成D-89)D-89可依下式合成之。
利用丙烯酸4-羥丁酯為原料,仿合成例1可合成20克D-89。
1 H-NMR(溶劑:CDCl3 ,標準:四甲矽烷)δ(ppm):1.80-2.00(12H,m)4.25(6H,t)4.35(6H,t)5.85(3H,dd)6.15(3H,dd)6.45(3H,dd)7.25(6H,d)8.30(3H,t)9.25(3H,s)
利用偏光顯微鏡觀察組織,以測定D-89之相轉移溫度,結果在升溫過程中,於約85℃附近結晶相變成碟狀向列液相,當溫度超過104℃,則變成各向同性液相。亦即D-89在85℃至104℃之間呈碟狀向列液相。
光學各向異性層(液晶化合物D-89)之製法2 :在玻璃基板上塗PVA-203(Kuraray公司出品)水溶液,並在100℃乾燥3分鐘。PVA-203之厚度為0.5微米。將下列塗佈溶液旋轉塗佈在具有PVA-203薄膜之基板上。然後將基板放到90℃之恒溫室中。5分鐘後,以600毫焦耳紫外線照射,以固定其排列狀態。接著,冷卻薄膜至室溫,用偏光顯微鏡觀察其排列狀態,結果發現此碟狀液晶化合物呈無缺陷之順勢排列。液晶化合物層之厚度為3.3微米。所得光學各向異性層之波長分散性及△n均列於表1中。
(塗佈溶液):重量份數100份 液晶化合物D-89 0.2份 空氣界面配向控制劑3.0份 汽巴特化公司之光聚合引發劑(Irgacure907)1.0份 二乙基噻噸酮250份 甲基乙基酮
比較例1 :(利用傳統的碟狀液晶化合物均勻排列以製備薄膜)將下列塗佈溶液旋轉塗佈在具有前述PVA-203塗層之基板上,然後將基板放入190℃恒溫室中。5分鐘後,用600毫焦耳紫外線照射,以固定排列狀態。接著冷卻薄膜至室溫,用偏光顯微鏡觀察其排列狀態,結果發現碟狀液晶化合物呈無缺陷地順勢排列定向。液晶化合物厚度為3.0微米。所得光學各向異性層之波長分散性及△n列於下表1。
(塗佈溶液):重量份數100份 液晶化合物JD-1 0.2份 空氣界面配向控制劑V-(1)3.0份 汽巴特化公司之光聚合引發劑(Irgacure907)1.0份 二乙基噻噸酮250份 甲基乙基酮
液晶化合物
(△n及波長分散性之比較)利用KOBRA 21ADH儀(Oji試驗儀器公司製)由40°傾斜角測量在478奈米及748奈米之遲滯值,並計算得合成例1、2及比較例1之波長分散值[Re(478奈米)/Re(748奈米)]。
另外,分別測定薄膜厚度(d),並除Rth,可得△n。Rth之測量乃在589奈米之波長並改變視角(0°、-40°、+40°)得之。結果列於表1中。
由表可知,和傳統液晶化合物比較起來,用於本發明遲滯板之液晶化合物具有高的△n及較低的波長分散性。
在下面的實施例中,利用合成例1及2所得之液晶化合物製備遲滯板。
實施例3 (透明載體之製備)
醋酸纖維素溶液(以下有時稱之為"塗佈溶液")之製法,乃將下列成分加入混合槽中,並加熱攪拌之。
醋酸纖維素溶液組成:重量份數100份 醯化度60.9%之醋酸纖維素6.5份 磷酸三苯酯5.2份 磷酸連苯二苯酯0.1份 下式所示之遲滯增大劑(1)0.2份 下式所示之遲滯增大劑(2)310.25份 二氯甲烷54.75份 甲醇10.95份 1-丁醇
遲滯增大劑(1): 遲滯增大劑(2):
將前面所製之塗佈溶液經流延口流延到冷卻至0℃的滾筒上。在溶劑含量為70重量%時,剝離薄膜,並在薄膜的橫切方向用插針拉幅機固定兩端,乾燥薄膜並到溶劑含量為3重量%至5重量%之範圍內,由橫切方向拉伸3%。其後,在調整到超過120℃的加熱輥之間傳送薄膜,進一步乾燥,並使延伸率實質上變成0%,且橫切方向對機械方向的延伸比為0.75(由於在剝離時,機械方向有4%的延伸)。如此可得厚度100微米之醋酸纖維素薄膜。結果在632.8奈米的波長測定所得薄膜之遲滯值在厚度方向為40奈米,而在平面方向為4奈米。如此所得之醋酸纖維素可用為透明載體。
(第一底層之形成)在前面所得之透明載體上塗上組成如下之塗佈溶液,塗佈量為28毫升/米2 ,並乾燥可得第一底層。
第一底層所用塗佈溶液組成 :重量份數5.44份 明膠1.38份 甲醛1.62份 水楊酸391份 丙酮158份 甲醇406份 二氯甲烷12份 水
(第二底層之形成)在第一底層上塗佈組成如下之塗佈溶液,塗佈量為7毫升/米2 ,並乾燥得第二底層。
第二底層所用塗佈溶液之組成 :重量份數0.77份 陰離子聚合物(見下式)10.1份 檸檬酸單乙酯200份 丙酮877份 甲醇40.5份 水
陰離子聚合物:
(背層之形成)在透明載體的背面,塗上組成如下之塗佈溶液,塗佈量為25毫升/米2 ,然後乾燥成背層。
背層所用塗佈溶液之組成 :重量份數6.56份 醯化度55%之二醋酸纖維素0.65份 二氧化矽系消光劑679份 丙酮104份 甲醇
(定向膜之製備)在甲醇/水混合溶劑(體積比20/80)中溶解下式所示之改質聚乙烯醇及戊二醛(用量為改質聚乙烯醇重量之5%)而得5重量溶液。
使前面所得溶液塗在第二底層上,用100℃熱風乾燥120秒,然後擦拭而得定向膜。所得定向膜厚度為0.5微米。定向膜擦拭方向和透明載體之流延方向平行。
(光學各向異性層之形成)在前面所製之擦拭處理過之定向膜表面用線棒塗佈組成如下之光學各向異性層所用的塗佈溶液。
光學各向異性層所需之塗佈溶液 :重量份數100份 本發明所用之液晶化合物D-38 2.0份 汽巴特化公司之光聚合引發劑(Irgacure907)0.2份 空氣界面配向控制劑(KK-1):見下式0.05份 定向膜界面配向控制劑(HK-1):見下式270份 甲基乙基酮
空氣界面配向控制劑 (KK-1):
定向膜界面配向控制劑 (HK-1):
將塗有光學各向異性層之薄膜放入恒溫室中進行排列,然後用200毫焦耳/厘米2 紫外線固定光學各向異性層之排列狀態,冷卻薄膜至室溫,即得遲滯板。所形成的光學各向異性層厚度為約1.1毫米。
實施例4 :(光學各向異性層之形成)
在前面所製之表面擦拭處理過之定向膜上用線棒塗佈組成如下之光學各向異性層所需之溶液。
光學各向異性層所需之塗佈溶液的組成 :重量份數100份 用於本發明之液晶化合物(D-89)3.3份 汽巴特化公司之光聚合引發劑(Irgacure907)1.1份 敏化劑(日本Kayaku公司之KayacureDETX)0.2份 空氣界面配向控制劑(KK-1)0.05份 定向膜界面配向控制劑(HK-1)270份 甲基乙基酮
將如此所得塗有光學各向異性層之薄膜在恒溫室中進行排列,並以200毫焦耳/厘米2 紫外線照射固定光學各向異性層之排列狀態,冷卻至室溫可得遲滯板。光學各向異性層之厚度為約1.1微米。
比較例2 :在實施例4所得之定向膜上利用線棒塗上組成如下之光學各向異性層用的塗佈溶液。
光學各向異性層所需之塗佈溶液的組成 :重量份數100份 比較用之液晶化合物(JD-1)9.9份 環氧乙烷改質之三丙烯酸三羥甲基丙酯(大阪有機化學工業公司之V#360)3.3份 汽巴特化公司之光聚合引發劑(Irgacure907)1.1份 敏化劑(日本Kayaku公司之KayacureDETX)2.2份 丁酸醋酸纖維素(伊斯曼化學公司之CAB551-0.2)0.55份 丁酸醋酸纖維素(伊斯曼化學公司之CAB531-1)250份 甲基乙基酮
使如此所得塗有光學各向異性層之薄膜進行排列處理,並用200毫焦耳/厘米2 紫外線照射,以固定光學各向異性層之排列狀態,冷卻薄膜至室溫,得遲滯板。所形成之光學各向異性層厚度為約1.40微米。
[遲滯板之評估]
(Rc及Rth之測定)Re(589奈米)及Rth(589奈米)分別代表在波長λ下,平面方向及厚度方向之遲滯值。利用KOBRA-21ADH儀(Oji試驗儀製造)以589奈米波長之入射光測量實施例3、4及比較例1所得遲滯板平面方向之Re(589奈米)。Rth(589奈米)乃由三個方向所測之遲滯值的和,亦即前述的Re(589奈米),及利用平面中緩軸(以KOBRA-21ADH測)為傾斜軸(迴轉軸)依+40°及-40°之傾斜角(對薄膜平面方向言)以λ奈米波長之入射光線測得之兩遲滯值之總和。
利用顯微鏡用切片機切取實施例3、4及比較例1所得遲滯板截面之超薄片,並以偏光顯微鏡觀察,結果可確認實施例3、4及比較例1所得之光學各向異性層均為混成配向。
(液晶顯示器之製造)在塗有銦錫電極之玻璃基板上貼聚醯胺定向膜,並做擦拭處理。將兩片如此所得之玻璃基板以5微米間隔件並列配置,使定向膜表面相對著,而兩定向膜擦拭方向呈直角(互相垂直)。在兩基板之間隙內注入桿形液晶分子(ZL4792,墨克公司製),形成桿形液晶層。桿形液晶分子之△n為0.0969。在如此所製之TN(扭轉向列)液晶胞的兩面加上兩片前面所得之遲滯板,使得光學各向異性層面對著液晶胞基板。此外,將兩片偏光板又貼在各別遲滯板之外面而形成液晶顯示器。遲滯板和偏光板之配置係使遲滯板之定向膜擦拭方向並不和其鄰接液晶胞的定向膜擦拭方向平行,於是使偏光板的吸收軸和液晶胞之擦拭方向平行。
在每台所製之液晶顯示器施以電壓,並定義對照比為白色顯示電壓為2伏特之白色透光率和黑色顯示電壓為5伏特之黑色透光率之比;而視角乃對照比在上/下及右/左之為10,且沒有逐漸顛倒現象的區域。再者,可用肉眼檢視白色顯示及黑色顯示的色調對視角之影響。結果列於表2中。
由表可確知本發明之遲滯板(實施例3及4)比採用傳統之液晶化合物之遲滯板更不會引起色調的改變。

Claims (19)

  1. 一種遲滯板,包含至少一光學各向異性層,其中至少一光學各向異性層乃由含下列式(DI)所示之液晶化合物之組成物所構成: 式中Y11 、Y12 及Y13 係為各自獨立的次甲基或氮原子;L1 、L2 及L3 係為各自獨立的單鍵或二價連結基;H1 、H2 及H3 係為各自獨立的式(DI-A)或(DI-B);R1 、R2 及R3 係為各自獨立的下述式(DI-R)所示之基: 式中YA1 及YA2 係為各自獨立的次甲基或氮原子;XA係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基;*指式(DI-A)連接到式(DI)中L1 至L3 任一基之位置;**指式(DI-A)連接到式(DI)中R1 至R3 任一基之位置, 式中YB1 及YB2 係為各自獨立的次甲基或氮原子;XB係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基;*指式(DI-B)連接到式(DI)中L1 至L3 任一基之位置;**指式(DI-B)連接到式(DI)中R1 至R3 任一基之位置,(DI-R)*-(-L21 -Q2 )ni -L22 -L23 -Q1 式中*指式(DI-R)連接到式(DI)中H1 至H3 任一基之位置;L21 係單鍵或二價連結基;Q2 係具至少一環狀結構之二價基;n1係0至4之整數;L22 係**-O-、**-O-CO-、**-CO-O-、**-O-CO-O-、**-S-、**-NH-、**-SO2 -、**-CH2 -、**-CH=CH-或**-C≡C-;**指基連接到Q2 之位置;L23 係二價連接基,其係選自-O-、-S-、-C(=O)-、-SO2 -、-NH-、-CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-以及其組合,而當二價連接基含有氫原子,則氫原子可被取代基取代;Q1 係可聚合之基或氫原子,當可聚合基含有氫原子,則該氫原子可被取代基取代;當n1為2或以上,則複數的(-L21 -Q2 )可為相同或不同。
  2. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI)中Y11 、Y12 及Y13 均為次甲基。
  3. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI)中L1 、L2 及L3 係為各自獨立的單鍵、*-O-CO-、*-CO-O-、*-CH=CH- 、*-C≡C-、*-二價環狀基-、*-O-CO-二價環狀基、*-CO-O-二價環狀基-、*-CH=CH-二價環狀基-、*-C≡C-二價環狀基-、*-二價環狀基-O-CO-、*-二價環狀基-CO-O-、*-二價環狀基-CH=CH-或*-二價環狀基-C≡C-,其中*指該基連接在式(DI)中含Y11 、Y12 及Y13 之6-員環的位置。
  4. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-A)中至少有一YA1 及YA2 係氮原子。
  5. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-A)中XA係氧原子。
  6. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-B)中至少有一YB1 及YB2 係氮原子。
  7. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-B)中XB係氧原子。
  8. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-R)中,L21 係單鍵,***-O-CO-、***-CO-O-、***-CH=CH-或***-C≡C-,其中***指該基連接到式(DI-R)*側之基的位置。
  9. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-R)中,Q2 係苯環、萘環、蒽環、菲環、環己環、吡啶環或嘧啶環。
  10. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-R)中,L22 係**-O-、**-O-CO-、**-O-CO-O-或**-CH2 -,其中**係指該基連接Q2 之位置。
  11. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI-R)中,L23 係-O-、-C(=O)-、-CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-或其組合。
  12. 如申請專利範圍第1項之遲滯板,其中式(DI)中,Q1 係可聚合之基。
  13. 一種遲滯板,包含至少一光學各向異性層,其中至少一該光學各向異性層乃由含下列式(DII)所示之液晶化合物之組成物所構成: 式中Y31 、Y32 及Y33 係為各自獨立的次甲基或氮原子;R31 、R32 及R33 係為各自獨立的下列式(DII-R): 式中A31 及A32 係為各自獨立的次甲基或氮原子;X3 係氧原子、硫原子、亞甲基或亞胺基;Q31 係具6-員環狀結構之二價連接基;n3係1至3之整數;L31 係*-O-、*-O-CO-、*-CO-O-、*-O-CO-O-、*-S-、*-NH-、*-SO2 -、*-CH2 -、*-CH=CH-或*-C≡C-;而*指該基連接到Q31 之位置;L32 係二價連接基選自-O-、-S-、-C(=O)-、-SO2 -、-NH-、-CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-及其組合,且當二價連接基含有氫原子,則該氫原子可被取代基取代;Q32 係可聚合之基或氫原子,而當可聚合之基含有氫原子,則該氫原子可被取代基取代;當n3為2或以上,複數的 Q31 可相同或不同。
  14. 如申請專利範圍第13項之遲滯板,其中式(DII-R)中A31 及A32 均為氮原子,而X3 係氧原子。
  15. 如申請專利範圍第13項之遲滯板,其中式(DII-R)中Q31 係苯環。
  16. 如申請專利範圍第14項之遲滯板,其中式(DII-R)中Q31 係苯環。
  17. 如申請專利範圍第1至16項中任一項之遲滯板,其中光學各向異性層乃由混成配向之液晶化合物所製成。
  18. 一種橢圓偏光板,其係由如申請專利範圍第1至17項中任一項之遲滯板及偏光膜所構成。
  19. 一種液晶顯示器,其係由如申請專利範圍第1至17項中任一項之遲滯板所構成。
TW094133338A 2004-09-27 2005-09-26 遲滯板、橢圓偏光板及液晶顯示器 TWI422876B (zh)

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