TWI536084B - 用於ｌｃｄ配向層之組合物 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於表面導向子配向層之包括至少一種第一化合物及一種第二化合物之混合物的聚合物組合物，及利用此表面導向子配向層之液晶裝置。
液晶裝置一般包括配置於一基板上或配置於、夾於基板對之間的液晶材料層。
液晶分子通常係顯示形狀鏈接之相對剛性分子，其具有在某個較佳方向沿其長軸配向之能力。該等分子之平均方向係由向量指示且係稱為導向子。
在液晶顯示器中(LCD)，在缺少外場(如電場)下，該液晶層之所需最初配向一般係藉由侷限固體基板表面之適當表面處理實現，如藉由於面向該液晶主體之適當表面處理施加所謂之配向層(定向層)於相對該液晶主體之該侷限基板表面上。該最初液晶配向係由在該液晶層與該配向層之間的介面中之固體表面/液晶相互作用限定。
鄰近該侷限表面之液晶分子之取向 係通過彈力轉移至在該主體中之液晶分子，因此基本上把相同的配向強加至所有液晶主體分子中。
靠近該液晶層與該配向層之間的介面之液晶分子的導向子(本文亦稱為表面導向子)係限制指向一特定方向，如垂直於(亦稱為直列式或垂直配向，VA)，與其平行(亦稱為平面配向，PA)或在某一預先界定的傾斜角(亦稱為預傾斜角)朝向該侷限基板表面。在液晶顯示器中之配向類型取決於該裝置所需之應用。
已知之建立配向層之方法係(例如)有機膜摩擦法及無機膜氣相沉積法。
根據有機膜摩擦法，在基板表面上形成(例如)聚醯亞胺之有機塗層。隨後，使用(例如)棉、尼龍或聚酯之布在預定方向上摩擦該有機塗層，使得與該層接觸之液晶分子定向於該摩擦方向。可使用該有機膜摩擦法以獲得該液晶分子之平面配向。
在無機膜氣相沉積法中，在基板表面上藉由無機物質(如氧化矽)之氣相沉積形成無機膜，斜對該侷限基板使得該等液晶分子係經該無機膜定向至某一取決於該無機材料及蒸發條件之方向。由於生產成本高，該方法不適於大規模生產，及因此，此方法不用於實務中。
特定言之，該氣相沉積法可用於某些特殊用途，如矽上液晶(LOCS)微型顯示器，其中有源顯示區非常小，則可使用氣相沉積法。氣相沉積法通常用於實現該液晶之平面配向(PA)或傾斜配向(TA)。
平面配向(PA)係兩種用於LCD中之液晶配向的主要類型中之一者。目前，最廣泛使用獲得PA之方法係有機膜摩擦法。此方法亦用於藉由使用適當的用於製備配向層之聚合物材料在大區域上獲得具有小預傾斜之TA。
垂直(直列式)配向(VA)係液晶配向的另一種主要類型。此配向類型通常藉由顯示低表面能量之聚合物配向膜實現。液晶之VA亦可藉由用表面活性劑覆蓋該固體基板與該液晶接觸之表面而實現。然而，此方法由於其複雜性及極低的再現性水準而極少使用。因此，其不適於實務之目的。用於LCD之PA事實上總是係具有小(兩三度)或具有中等(約10°)的預傾斜之TA。約45°或甚至更大之較大預傾斜對數種應用(其中有雙穩態向列型LCD及某些光子設備，如液晶光調製器(LCLM)及電控光學阻滯器(ECOR))非常重要。在雙穩態向列型LCD中之較大預傾斜係為使得能在兩種由外加電場誘導之雙穩態間進行轉換的必要條件(G.D. Boyd,J.Cheng,P.Ngo,Appl.Phys.Lett,36,556-558,1980;H.Kwok. F.Yeung,Y.Li,SID 06 Digest,1622至1625,2006)。在光子裝置中之較大預傾斜係快速切換所需(A. Golovin,S. Shiyanovskii,O.Lavrentovich,Appl Phys Lett,83,3864-3866,2003)。
因此，在某些情況下，可能期望該配向層促進該導向子朝向該基板之預先界定傾斜角，亦稱為預傾斜角。此預傾斜角可(例如)縮短在外加電場後液晶材料之回應時間及/或促進更一致的液晶分子再定向。一般而言，該預傾斜角越大，該液晶材料之性能更佳。理想地，該預傾斜角應為45°。然而，已證明較大的預傾斜角難以產生。
目前已知幾種獲得傾斜配向之方法，但是僅少數允許連續控制在0°至90°範圍內之預傾斜角θ。一種允許連續控制在0°至90°範圍內之預傾斜角之方法係由H. Kwok等人(Journal of the SID,16,911-918,2008)提出。根據Kwok等人，該配向層係由兩種類型之聚醯亞胺配向材料之組合物製得且其不混合。此兩種材料各分別係促進PA或VA，且在該配向層之組合物中，其被分為奈米大小的域，通常尺寸為約數百奈米。藉由改變在該配向層組合物中之兩種材料的濃度比，可連續控制該預傾斜角係在0°至90°範圍內。
第二種連續控制在0°至90°範圍內之預傾斜之方法係由P. Bos等人(Liquid Crystals 33,1191-1197,2008)提出。根據此方法(其係Kwok等人之方法之變體)，該配向膜係兩個由聚醯亞胺製成之配向層的夾層。將第一層沉積於玻璃基板上且其具有連續結構。在此層頂上，沉積第二層。因為該第二層之材料並非完全潤濕該第一層，所以該第二層具有不連續結構，例如類域。各此等層分別係促進PA或VA。因此，該雙重配向層與該液晶之接觸表面具有分別含促進PA之區域及促進VA之區域之異質結構。根據此方法，藉由該第二層之非連續性，尤其係藉由該第二層材料之濃度控制該預傾斜角。
然而，兩種不同化合物之相分離及去濕係非常難以控制及再現之製程，且某些外在因素，如濕度可強烈影響此等製程，其接著會影響預傾斜的量。亦應注意，根據此兩種方法製備之配向層之性能似乎與該配向層之厚度敏感相關(在具有薄膜電晶體[TFT]之LCD中，由於表面起伏，該配向層之厚度有變化)。因此，該域分離法，或該雙層配向層法(而且其係一種耗時的方法)均不適於應用至LCD工業中。此外，根據此兩種方法製備配向層需要高溫且因此不適於製造具有塑料基板之LCD。
本發明目標之一係至少部分克服先前技術之問題及提供可易於修改之表面導向子配向材料以獲得所需的液晶材料之表面導向子之預傾斜角。
本發明者已發現利用本發明之組合物可實現此及其他目標。本發明開啟一個新的技術領域，即藉由混合引起不同預傾斜之可混溶成分可控制液晶之預傾斜。
因此，在第一態樣中，本發明係關於一種用於在液晶裝置中配置於侷限基板與液晶主體材料之間之表面-導向子配向層中之組合物，該表面-導向子配向層造成該液晶主體材料中所包含之液晶分子在不存在外加電場下相對於該表面-導向子配向層形成所需預傾斜角，該組合物係均質混合物，其包括：
-第一濃度之第一化合物，當其係單獨使用於表面-導向子配向層中時，產生不同於該所需預傾斜角之第一預傾斜角θ1；及
-第二濃度之第二化合物，當其係單獨使用於表面-導向子配向層中時，產生不同於該所需預傾斜角及該第一預傾斜之第二預傾斜角θ2；
進而可藉由控制該第一及第二濃度中至少一者而控制該所需之預傾斜角度。
本發明組合物提供一種可控預傾斜角之液晶，其對該第一及第二化合物之所有濃度係可連續控制。本發明之組合物基本上通過分別在該第一及第二化合物與該液晶主體分子之間的立體相互作用，促進該主體液晶之配向。該第一及第二化合物各促進分別具有預傾斜θ1及θ2之液晶主體分子之配向，其與由該組合物促進之預傾斜角θe有以下關係：θ1<θe<θ2。在該組合物中之組分之均勻分佈及其經由在該液晶分子與第一及第二組分之間的立體相互作用對該主體液晶之配向影響係兩個在本發明所建議之配向概念與上述先前技術之方法(根據該方法，該配向層之組分係相分離的，形成分離的域，且通過此等組分之表面能量控制該液晶配向)間最重要的差異。該聚合物組合物之均質分佈及該第一及第二組分與該液晶主體之立體相互作用係比先前技術配向層組分之異質分佈易於控制及再現。
通常而言，該第一預傾斜角可小於該所需預傾斜角及該第二預傾斜角可大於該所需預傾斜角。因此，該所需預傾斜角可控制在該第一預傾斜角與該第二預傾斜角之間。
該第一預傾斜角較佳可係在對該配向層平面之0°至45°範圍內，如5°至25°，且該第二預傾斜角可係在對該配向層平面之45°至90°範圍內，如70°至85°。一般而言，該第一或第二預傾斜角分別偏離0°或90°越多，則該所需之液晶主體分子之預傾斜角越可控。然而，該第一及第二預傾斜角分別明顯偏離0°或90°中一者且可能足夠以實現可接受之控制。因此，較佳可係該第一預傾斜角實質上為0°或該第二預傾斜角實質上為90°。或者，在本發明之實施例中，該第一預傾斜角實質上為0°且該第二預傾斜角實質上為90°。
此外，該第一及第二化合物中至少一者中至少一者，較佳係該第二化合物，可造成由立體相互作用所致之預傾斜角。
在本發明實施例中，該第一化合物可包括第一側基且該第二化合物可包括不同於該第一側基之第二側基。該第一及第二側基中至少一者較佳顯示形狀鏈接。例如，該第一側基可附接至聚合物主鏈之第一重複單元，且該第二側基可附接至聚合物主鏈之第二重複單元。該第一及第二重複單元可係一種及相同的聚合物主鏈之重複單元。因此，藉由包括該第一及第二化合物作為在相同聚合物中之重複單元，當該聚合作用係在單體之溶液中進行時，可保證其之混溶性。或者，該第一及第二重複單元可係不同聚合物主鏈之重複單元。
該第一側基可主要係附接至該第一重複單元之側邊上。該第二側基可主要係附接至該第二重複單元之末端上。
在本發明之實施例中，該第一及第二側基中至少一者可係線性。此外，該第一及第二側基中至少一者可係芳族。該第一及第二側基之至少一者亦可係液晶原基。
此外，該第一化合物及該第二化合物中至少一者可包括經懸垂側鏈官能化之重複單元，該懸垂側鏈選自由視情況經取代之烷基、芳基及烷芳基組成之群。特定言之，該第一及第二化合物中至少一者可包括反應性(較佳光-反應性)側基，及/或光回應性側基。
此外，在第二態樣中，本發明係關於一種表面導向子配向層材料，其包括一種如上所述之組合物且視情況選用之額外的聚合物。有利地，作為本發明組合物係均質混合物之結構，該配向層係均質，因此其避免諸多先前技術之缺點。例如，由於避免在奈米-域上之形成，可減少層厚度對該配向層性能之影響。因此，包括根據本發明組合物之配向層的特性係對製程參數(如濕度、溫度及沉積技術)之較低敏感性。此外，根據本發明配向層之配向特性的再現性亦比彼等根據先前技術方法製備之配向層高許多。
在第三態樣中，本發明係關於一種包括至少一個侷限基板、液晶主體材料及配置於該至少一個侷限基板與該液晶主體材料之間且與該液晶主體材料之表面接觸的表面導向子配向層之液晶裝置，其中該表面導向子配向層係如上所述，即其包括如上所述之配向層。特定言之，該液晶裝置可包括：
- 夾在該液晶主體材料之間的第一及第二侷限基板；
- 配置於該第一侷限基板與該液晶主體材料之間，與該液晶主體材料之表面接觸之第一表面導向子配向層；及
- 配置於該第二侷限基板與該液晶主體之間，與該液晶主體之表面接觸之第二表面導向子配向層；
其中該第一及該第一表面導向子配向層中至少一者(較佳兩者)包括如上所述之組合物。
當在液晶裝置中，液晶主體材料如液晶層係與包括本發明聚合物組合物之配向材料接觸時，在該主體表面朝向該配向材料之液晶分子趨於配向至該配向材料表面上所暴露之化合物(例如附接至聚合物主鏈之側基)的取向。例如，與該配向層之組合物之第一化合物接觸之液晶主體分子趨於水平或實質上水平配向(平面配向)，而與該第二化合物接觸之液晶主體分子趨於垂直或實質上垂直配向(垂直配向)。
藉由在液晶裝置之表面導向子配向層中使用上述組合物，可藉由控制該第一化合物對第二化合物之濃度比之方式實現在該液晶分子之平面與垂直配向之間可控的預傾斜取向。藉由在液晶主體之配向中引入預傾斜，將改變該液晶裝置之多個重要特性。該預傾斜越大，則臨限電壓越低且上升及下降時間越短。根據本發明，可調整該第一化合物相對於第二化合物之比例以實現所需的表面導向子預傾斜角。
在第四態樣中，本發明係關於一種製造如上所述之液晶裝置之方法，其包括以下步驟：
- 提供一侷限基板；
- 在該基板之表面上配置一包括如本文所述之組合物之配向層；及
- 配置一液晶主體材料與該配向層接觸。
特定言之，該配置一配向層之步驟可包括用如上所述之預製造的組合物塗覆該表面。
在製造液晶裝置中，應用如上所述之組合物提供該配向層非常有利，因此所得配向層之性能相較於實現可控表面導向子預傾斜之先前技術方法，其對層厚度變化、製程參數(如濕度及溫度)、及沉積技術之敏感性更低。因此本發明方法具有良好的再現性。此外，由於僅使用一種組合物形成該配向層，而不是Bos等人之先前技術方法中之兩種，簡化製造過程。
本發明係關於一種組合物，尤其係適於用作或用於表面導向子配向層，合成此組合物及利用此組合物作為表面導向子配向層之液晶裝置，如液晶顯示器。
本發明者已發現第一化合物(當其係單獨使用於表面導向子配向層中產生第一預傾斜角)及第二化合物(當其係單獨使用於表面導向子配向層中產生第二預傾斜角)之均質混合物可產生組合物，其產生不同於該個別第一及第二化合物之各自預傾斜角之所需預傾斜角。本發明者亦發現可藉由控制該第一及第二化合物中至少一者之濃度控制所需之預傾斜角。
本發明者提出一種傾斜配向(TA)之理論模型。根據此模型(如圖1所示)，當由該混合物之各PA(「第一」)及VA(「第二」)化合物促進之傾斜角分別為θ1=0°及θ2=90°，且由其促進之配向錨定強度u相等，即u=u 2 /u 1 =1，其中u 1 及u 2 係分別與負責由PA及VA取向中心促進之配向的相互作用相關，以PA化合物濃度之函數表示之預傾斜角顯示在該PA化合物之濃度c*等於50%下，自VA至PA之急劇一階轉變(參見圖1)。當θ1=0°及θ2=90°但是u≠1時，則發生自VA至PA配向之突然轉變的濃度c*不係50%值。在更強的PA錨定中，即u=u 2 /u 1 >1，則該濃度c*<50%。反之，在更弱的PA錨定中，即u=u 2 /u 1 <1，則c*>50%。重要的是，只要θ1=0°及θ2=90°，則以c之函數表示之VA至PA的轉變係一階。在圖1中，該實心曲線表示θ2=85°且該虛曲線表示θ2=89.5°。
然而，如果θ2≠90°及/或θ1≠0°，則VA至PA之轉變從一階轉變為二階，即其變得連續。此意味著，為了在配向材料組合物中不同化合物(定向中心)之寬幅範圍濃度中提供預傾斜之連續控制，該混合物之化合物應提供θ2≠90°及/或θ1≠0°。因此，該配向材料組合物應含有分別促進VA及PA之化合物，且其中至少一種應具有某一預傾斜。事實上，各該VA及PA化合物經機械處理(如摩擦)後，係分別促進θ2≠90°及θ1≠0°，而不是最初的θ2=90°及θ1=0°。因此，用於製備該配向層之組合物應含有分別促進VA及PA，經機械處理後(如用(例如)棉、尼龍或聚酯之布單向摩擦)具有VA θ2≠90°之傾斜及/或PA θ1≠0°之傾斜之化合物。
藉由在該液晶主體之配向中引入預傾斜，將改變該液晶裝置之多個重要特性。該預傾斜越大，則臨限電壓越低且上升及下降時間越短。
本發明之第一及第二化合物係可混溶，因此能形成均質混合物。一般而言，為了兩種化合物可混溶，則該等化合物之物理-化學性質必須類似。例如，該等化合物之化學結構、極性、表面能量等僅具有輕微差異。
當用於與液晶主體材料接觸之表面-導向子配向層中時，根據本發明組合物因此在沒有外加電場下產生該液晶主體分子相對於該配向層之所需預傾斜角。有利地，由於該組合物係均質混合物，該配向層係均質，因此避免諸多先前技術之缺點。例如，由於避免在奈米-域上形成，將減少層厚度對該配向層之性能的影響。因此，利用根據本發明組合物之配向層之特性係對製程參數(如濕度、溫度及沉積技術)之敏感性更低。此外，此層之配向特性的再現性比彼等根據先前技術方法製造之配向層高許多。
在本發明實施例中，該第一預傾斜角可係在0°至45°範圍內，或0°至低於45°。在多種情況下，該液晶主體分子之預傾斜角較佳應儘可能大，理想為45°或接近45°。然而，在實踐中僅使用一種表面導向子配向化合物難以達成此等較大角。然而，使用根據本發明之組合物可實現所需預傾斜角，例如45°。因為通常較容易得到稍微偏離該平面(θ 1 ≠0°)或直列式(θ 2 ≠90°)取向的預傾斜角，所以該第一預傾斜角較佳係在5°至25°範圍內。或者，該第一預傾斜角可非常小，實質上為0°。在本文中，「實質上0°」意指自0°達至約10°，例如0°至5°或0°至2°。
因此，該第二預傾斜角可係在45°至90°範圍內(45°<θ 2 <90°)，較佳70°至85°。或者，該第二預傾斜角可係實質上90°。在本文中，「實質上90°」意指約80°至90°，例如85°至90°或88°至90°。
可藉由相關技藝已知之方法測定由配向層引起之預傾斜角，例如廣泛用於液晶研究中之結晶旋轉法(T.J.Scheffer,J.Nehring,J.Appl.Phys.,48,1783,1979)。
通常而言，該第一預傾斜角係小於該所需預傾斜角，且該第二預傾斜角係大於該所需預傾斜角。因此，可藉由控制該組合物中之化合物的濃度而將該所需預傾斜角控制於該第一與第二預傾斜角之間。
根據本發明組合物之化合物可通過多種機理(例如表面能量、立體相互作用及彈力)造成該等液晶分子之配向。
表面能量係在該液晶與支撐固體表面之間的複雜相互作用之產物。在此等相互作用中尤其有凡得瓦力及偶極-偶極相互作用、氫鍵等。大多數用以獲得VA之配向法係基於表面能量機理。表面能量越低，則VA配向越佳。一典型實例係用於VA配向之氟化聚合物材料。反之，高表面能量導致該液晶之平面配向(PA)。現今具有低及高表面能量之配向材料係廣泛用於LCD製造技術中。
最古老的配向方法係利用該液晶彈性能量的摩擦法。根據此方法，支撐基板與該液晶接觸之表面係經單向摩擦，以促進平面或近平面之配向，較佳取向係沿著該摩擦方向。該摩擦製程在此表面上產生奈米/微米槽，且為使彈性能量最小，液晶分子本身沿著該等槽取向，造成藉由摩擦表面在該液晶上強加配向。摩擦法廣泛用於目前的LCD技術中。
選擇該第一及第二化合物之組合以獲得該液晶主體材料之所需預傾斜或取向。對特定應用而言，適宜的組合取決於諸多因素，例如工作溫度、LC-主體材料之類型、及其他因素。
在其他本發明實施例中，該第一化合物包括以S1表示之第一側基，且該第二化合物包括以S2表示之第二側基。通常而言，該第一側基可附接至聚合物主鏈之第一重複單元，且該第二側基可附接至聚合物主鏈之第二重複單元。因此，根據本發明實施例，本發明組合物可包括經該第一及/或第二側基及視情況選用(將描述於下文)之其他官能基官能化之聚合物主鏈。
該第一及第二重複單元可係單一且相同聚合物主鏈之重複單元。因此，藉由包括該第一及第二化合物於同一聚合物中，則當自單體溶液進行聚合作用時，可保證其混溶性。
或者，該第一及第二重複單元係不同聚合物主鏈之重複單元。因此，該第一化合物可包括第一聚合物且該第二化合物可包括第二聚合物。重要的是，隨後該第一及第二聚合物應可混溶，以形成如上所述之均質組合物。
因此，該第一化合物可係包括複數個根據以下通式之第一側基之聚合物
Z-L-S1
其中Z表示該聚合物主鏈之一部分，如重複單元，且L表示視情況選用之鏈接部分。
該第二化合物可係與以上經該第一側基官能化之聚合物相同之聚合物或不同的聚合物，其包括符合以下通式之基團
Z-L-S2
其中Z表示該聚合物主鏈之一部分，如重複單元，且L表示視情況選用之鏈接基。
例如，該第一及第二側基中至少一者可係芳族，例如包括苯基。
該等側基S1及S2藉由間隔基L分別附接至該聚合物主鏈，該間隔基L通常包括0至30個鏈接原子，如0個或5至15個，其中0個鏈接原子表示該側基通過直接鍵直接附接至該聚合物主鏈上的情況。然而，亦可考慮於本發明中使用長於30個鏈接原子之間隔基。
可(例如)利用間隔基L以助於側基S1或S2附接至該聚合物主鏈，且亦可利用其以增加該等附接側基之遷移性。
該間隔基L通常係視情況經取代之飽和或不飽和烴鏈，如烷基、烯基、芳基、烷芳基、烷氧基或聚醚、芳氧基或矽氧烷鏈。典型的實例包括C5-C15烷基或烷氧基鏈。
第一及第二側基S1及S2中至少一者顯示形狀異方性。例如，該第一側基可顯示形狀異方性，或該第二側基可顯示形狀異方性。或者，該第一及第二側基兩者皆可顯示形狀異方性。
本文使用之術語「顯示形狀異方性之側基」係指在其實際環境中顯示形狀異方性之分子。顯示形狀異方性之側基顯示在其短軸(軸心)與其長軸(軸心)之間不同的差異，且其結構係相對剛性。
在本發明實施例中，顯示形狀異方性之側基係液晶原基側基。
如Handbook of Liquid Crystals,第1卷Fundamentals,John Wiley & Sons Inc出版，1998中所定義，術語「液晶原基」係指一般與中間相形成相容之結構。通篇本發明說明書中使用此定義。因此，液晶原性側基係具有液晶原基結構之側基。
在「Handbook of Liquid Crystals,(上述文獻)」中，液晶原相當於「介晶化合物」，即在適宜的溫度、壓力及濃度條件下，可以中間相(即，液晶相)形式存在之化合物。
液晶原係顯示形狀異方性之分子的典型實例。因此，包括液晶原之側基落於此定義內。在另一方面，側基並不需要係為液晶原以成為液晶原基側基，且亦將不係液晶原之液晶原基側基併入本發明。
該第一及第二側基中至少一者可具有線性形狀。例如，該第一側基可係線性，或該第二側基可係線性。或者該第一及第二側基兩者均係線性。線性側基具有適當限定的沿該分子之主要延伸延長之長軸，及與長軸垂直之短軸。顯示形狀異方性之線性側基亦在不同術語下已知，如桿狀、類板條及棒形側基。
此外，該第一及第二側基中至少一者可具有類圓盤形狀且係在與該聚合物主鏈平行或垂直的方向。此外，該第一及第二側基中至少一者可具有經附接至該聚合物主鏈側邊上或末端上之延長彎曲型(「香蕉型」)、v型或碗型。具有異方性形狀之側基之選擇可由熟習此項技術者延伸至除彼等已經述及者以外之其他異方性形狀。
基板之表面性質影響液晶層與該基板表面接觸之液晶原的取向，至少在該基板表面與該液晶層之間的介面上。
通常而言，該介面狀況通過該液晶層傳播，使得整個液晶層取向受介面上之取向影響。
尤其係當液晶層係與存在於該基板表面上之具有形狀異方性之側基接觸時，在該液晶層與該基板表面之間的介面中之液晶分子趨於配向至此等側基之取向。
例如，存在具有線性或圓盤形狀異方性之基團之基板表面，該基團基本上平面配向至該基板表面，在朝該基板表面之介面中之液晶分子亦趨於平面配向至該基板表面。
在另一方面，利用存在具有線性或圓盤形狀異方性之基團之基板表面，該基團係經基本上垂直配向至該基板表面，則在朝該基板表面之介面中之液晶分子亦趨於垂直配向至該基板表面。
在根據本發明實施例之組合物中，藉由利用具有限定的形狀異方性之側基，液晶材料(如液晶裝置之液晶層)趨於配向至附接至該聚合物主鏈之側基的取向。取決於該第一側基之形狀及該側基附接至該聚合物主鏈之點、亦及在該第一側基附近存在第二側基及/或其他官能基，具有形狀異方性之第一側基可引起不同的液晶主體分子配向。例如，側邊上附接至該聚合物主鏈之線性側基可引起平面配向。然而，亦可利用其他形狀之側基及附接點實現平面配向。例如，可使用小的剛性基(如苯基、短烷基或短芳烷基)以實現該液晶之平面配向。此外，末端上附接至聚合物主鏈之線性側基可引起垂直配向。亦可利用(例如)側邊上(在頂點)附接至聚合物主鏈之v-形側基實現垂直配向。因此，特定的側基形狀與特定的附接點(分別係末端上或側邊上)之組合確定引起平面或垂直配向。
熟習此項技術者將能選擇具有適當的異方性形狀並附接至該聚合物主鏈之側基，使得可實現該側基相對於該配向層表面的所需取向。
本文使用之術語「末端上附接」一般係指藉由間隔子附接至該聚合物主鏈之顯示形狀異方性之線性側基，該間隔子係在該側基分子長軸之末端或近末端處附接至該側基，使得該間隔子基本上係與該側基之長軸平行。例如，在類棒形側基(如桿狀液晶原基)中，該附接點係在其中一個該側基末端或近末端處，如圖2a所示。
本文使用之術語「側邊上附接」一般係指附接至該聚合物主鏈之顯示形狀異方性之線性側基，其係藉由附接至該側基之間隔子附接，使得該間隔子基本上係與該側基分子之長軸垂直，如圖2b所示。圖2a及2b中所示之側基可附接至相同聚合物主鏈，如圖2c所示。
對於其他有關液晶之術語及相關術語之定義，可參考「關於低莫耳量及聚合物液晶之基礎術語之定義」(「Definitions of basic terms relating to low-molar-mass and polymer liquid crystals」)(IUPAC Recommendations 2001,Pure Appl Chem,第73卷，第5號，第845至895頁，2001)，其全文以引用的方式併入本文中。
選擇該第一及第二化合物之組合以獲得該液晶主體材料之所需預傾斜或取向。對某一應用之適宜組合將取決於諸多因素，例如工作溫度、液晶主體材料之類型、及其他因素。
藉由提供包含經選擇份量的該第一化合物及經選擇份量的第二化合物之組合物，可獲得與該組合物接觸之液晶材料之所需傾斜角。或者，可使預定比例之第一側基及第二側基附接至相同聚合物主鏈。
在本發明實施例中，除了該第一側基S1及第二側基S2以外，該聚合物或該第一及第二聚合物可獨立地、視情況地且額外地包括一或多個下列群組之重複單元：
- 非官能化重複單元之第三群組；
- 第四群組，其中該第四群組中之各重複單元係經能錨定該聚合物至基板之懸垂側鏈S4官能化；
- 第五群組，其中該第五群組中之各重複單元獨立地經選自脂族及芳族基之懸垂側鏈S5官能化；
- 第六群組，其中該第六群組中之各重複單元經離子移動抑制劑S6官能化。
應注意，在根據本發明實施例之聚合物中，亦可併入除彼等上述者以外之其他類型的重複單元。
如果需要，可藉由如上所述之間隔子片段L將該側鏈S4及S5各附接至該聚合物主鏈。
該聚合物主鏈(其中沒有側鏈附接至該主鏈)所包含之重複單元可造成介於該第一及/或第二側鏈之間的間隔。
在本發明實施例中，錨定側基S4較佳可用於將該聚合物錨定至下伏基板。錨定側鏈基S4通常係在遠離該聚合物主鏈之末端中或末端處具有官能化基之視情況經取代之C2至C20(例如C2至C8)烴鏈，其官能化基能形成到達基板表面上之化學基(例如，但不限於在玻璃基板上之游離羥基或由該基板表面之預先活化所引入之環氧樹脂基、胺基、硫醇或異氰基)的鍵，如共價鍵、離子鍵或氫鍵。
此等適於錨定側鏈之官能化基之非限制性實例包括胺基、羥基、異氰基及縮水甘油基。熟習此項技術者能選擇取決於該基板材料之錨定基上的適宜官能化。
錨定側鏈基S4之非限制性實例係揭示於以下結構式(III)至(VI)中，其中Z如上表示該聚合物主鏈之一部分且L係間隔基，其較佳具有1至10(如1至5)個間隔原子之長度，如烷基間隔子。
根據本發明實施例之組合物之物理化學性質，如玻璃轉變溫度Tg、彈性模量、沉積膜之相干性、膜光滑度、潤濕性質、表面能量等可藉由在該聚合物主鏈中併入包括側鏈S5之重複單元調整至所需值，該側鏈S5選自視情況經取代(如經雜原子取代，經鹵化(經氟化))之分支鏈或直鏈脂族或芳族基，如烷基、芳基或烷芳基、聚醚類、矽氧烷類或醇類。
S5側基之典型實例包括視情況氟化(如全氟化)之C1-C18-烷基，如C4-C12-烷基或-醇類，及彼等如上間隔子L定義之基團。例如，S5基為一般降低該聚合物之Tg烷基鏈，而S5基為一般增加該聚合物之Tg的芳基鏈。
在根據本發明實施例之聚合物中，其中該等重複單元部分係經如上所述之第一及/或第二側基官能化，該聚合物較佳亦包括經側鏈S5官能化之重複單元，更佳係線性側鏈S5。在此聚合物中，S1或S2對S5側基之比例係在1:10至10:1之範圍內。
在此經S1及/或S2側基官能化之聚合物中之S5側基引入在相鄰的S1及/或S2側基之間的間隔，從而增加個別S1及/或S2側基之遷移性。
在該配向層中使用離子移動抑制性S6基以減少在該液晶主體材料中之移動離子之濃度，且因此減低該液晶主體材料之導電性。離子移動抑制基通常係吸引離子之強極性、非離子基。離子移動抑制基之實例係羥基及其他，包括習知上已知之作為離子補集劑之物質，如冠狀化合物。
在本發明實施例中，該(等)聚合物可經交聯基交聯，鏈接兩個分離的重複單元，如藉由內交聯鏈接兩個在相同聚合物主鏈鏈內之重複單元，或外交聯鏈接兩個分離的聚合物主鏈，其中兩者中至少一種代表該第一或第二聚合物。亦可使用交聯基以鏈接包括該第一及/或第二側基之聚合物與另一種聚合物。
在本發明中，交聯較佳係用彼等如下所述之光反應性基完成，但是其亦可用利用任何附接至該聚合物之反應性基的經熱誘導之反應進行。
該第一及/或第二聚合物可包括反應性(較佳光-反應性)側基。該等光-反應性側基可係該第一及/或第二側基或其可係單獨的側基。
可使用反應性側基以固定所獲得之該配向層之配置，以使其對引起改變之溫度有更低的敏感性。
藉由用(例如)線性偏極光(即：相較於偏極光，可用於僅二聚合/聚合彼等具有特定取向之光，因此得到較佳的此等基在聚合物中之取向)照射，可將具有形狀異方性之光-反應性側基配向於所需取向。因此，光-取向宜為一步到位製程，其可經利用以配向及交聯材料使得該配向取向有更高的熱安定性。相較於摩擦法，光-定向亦具有不引入灰塵、劃痕或靜電釋放之效益。其亦易於精確控制，從而造成高產量。
可在兩個附接至一且相同聚合物鏈之反應性側基之間或在兩個附接至分離的聚合物鏈之反應性側基之間實現反應性側基之二聚合/聚合作用。
具有形狀異方性之可能的光-反應性基包括但不限於：查耳酮、香豆素、肉桂素。
該第一及/或第二聚合物可包括光-回應性側基。該等光-反應性側基可係異方性的S1/S2基或可係分離的側基。
可藉由用例如線性偏極光之照明以所需取向配向具有形狀異方性之光-回應性側基。例如，並於光-反應性基組合，可使用光以定向該等側基，且此後，可使用如上所述之二聚合/聚合以不可逆地使所獲得之具有與如上之光-反應性基相同效益之取向固定至該液晶配向。在此情況下，該等光反應性基不係必須具有如可藉由具有形狀異方性之光-回應性基進行之取向之形狀異方性。
或者，該等光-回應性基可藉由在高溫下藉光定向，之後降低溫度，藉以獲得可逆的取向固定。適用於本發明之光-回應性基包括但不限於：含偶氮之基、1,2-二苯乙烯等。
包括根據本發明實施例之該第一及/或第二側基之聚合物之聚合物主鏈原則上可係於主鏈上可附接如上所述之該第一及/或第二側基，或於主鏈上可附接該第一及第二側基中任一者且其係與附接該第一及第二側基中另一者或兩者之有機聚合物主鏈係可混溶的任何有機聚合物主鏈。
適宜的聚合物主鏈之實例包括但不限於：聚醯亞胺類、馬來醯亞胺-N-乙烯吡咯啶酮-共聚物、聚乙烯基縮醛、及其衍生物及包括彼者之共聚物。
在第一種方法中，該第一及/或第二側基係接合至預聚合的聚合物主鏈上。在此第一方法之第一變型中，該等側基首先係附接至間隔子片段且隨後將此間隔子-側基組合體接合至該聚合物主鏈上。在此第一方法之第二變型中，該間隔子片段係接合至該聚合物主鏈上，且隨後將該側基附接至該接合的間隔子片段。
在第二種方法中，藉由不同單體之共聚合合成該聚合物，其中該等單體包括側基。如該第一及/或第二側基。
在該第一與第二種方法之組合中，某些側基係藉由根據上述第二種方法之共聚合化附接至該聚合物，及某些側基係根據上述第一種方法接合至該聚合物主鏈上。
本發明表面導向子配向材料包括如上所述之組合物，因此，例如如上所述之聚合物組合物，單獨或與至少一種額外的聚合物之組合。
在其他實施例中，本發明表面導向子配向材料另外包括至少一種額外的聚合物，獨立地而不受本發明範圍內保護。此至少一種額外的聚合物之目的可(例如)係：為了形成本發明組合物之嵌入矩陣以使該配向材料緊密地附接至一基板；為了有效地降低本發明組合物在本發明配向材料中之濃度；或為了促進有效均質且安定的配向層。
用於本發明之表面導向子配向材料之額外的聚合物可係交聯或非交聯的聚合物。
表面導向子配向層係與液晶材料接觸趨於配向該液晶分子(至少在該液晶材料與該配向層之間的介面處或其附近)之層。包括本發明組合物之表面導向子配向層趨於以預傾斜-取向配向該液晶分子，其有利於諸多應用，正如熟習此項技術者所瞭解。
該表面配向層通常係配置於基板上。藉由提供一基板及配置包括本發明組合物之表面導向子配向材料於該基板與該液晶接觸之表面上製造此表面導向子配向層材料。該組合物可呈至少該第一及第二成分於適宜溶劑中之溶液形式提供。
在一項實施例中，本發明之表面導向子配向材料係以於液體介質(如揮發性溶劑)中之形式提供及溶解、分散或懸浮於該液體介質中。隨後將該溶液/分散液/懸浮液塗覆至一基板表面上，接著移除該液體介質。適宜的塗覆方法包括但不限於：習知的沉積方法，如旋塗、噴塗、刮片塗覆、輥塗、彎曲印刷、噴墨印刷、浸塗等。
在另一項實施例中，將前體(如，單體及/或預聚合物與於液體介質中之表面導向子配向材料之混合物，作為反應混合物)塗覆至一基板表面上，接著直接在該基板表面上原位聚合成本發明表面導向子配向材料。
本發明之液晶裝置包括至少一侷限基板，一液晶主體層及一配置於該液晶主體層與該基板之間的表面導向子配向層，其中該表面導向子配向層包含本發明組合物。
本發明之液晶裝置可係單側(其中該液晶材料係配置於其中一侷限基板上，此基板另一側具有開放介面)，或雙側(其中該液晶材料係夾置於第一與第二基板之間)。
在雙側液晶裝置中，本發明表面導向子配向材料可僅置於一側(即：在液晶材料與一塊基板之間)或可置於兩側(即：在該液晶材料與兩塊基板之間)。該液晶裝置可係雙側，但是本發明配向層僅有沉積於一片侷限基板上。
包括本發明組合物之表面導向子配向層之存在至少在朝向該配向層之介面上或其附近產生該液晶材料之預傾斜-取向。
如圖所示，層及區域之大小為說明之目的係經放大，且因此用於說明本發明實施例之一般結構。
在圖3中，闡述一雙側液晶裝置100，其包括第一侷限基板101及相互間隔分離之第二侷限基板102。在該等基板101、102之間的空間，沉積一液晶材料103，其夾於該等基板101與102之間。
在該第一基板101上配置與該液晶材料103接觸之本發明表面導向子配向層104。該表面導向子配向層104可係經化學鍵結至該基板101，例如藉由在該組合物之聚合物上之錨定側基之存在。
該表面導向子配向層104包括至少一種如上所述之本發明組合物，且因此，此表面導向子配向層104促進該液晶材料103至少在或靠近朝向該表面導向子配向層104之介面之預傾斜取向。
熟習此項技術者將瞭解，本發明液晶裝置100可包括用於在該液晶材料103中獲得電場之構件。改變電場通常影響該液晶材料之轉換。
例如，此等構件可藉由一對電極表示。在圖3中所描述之實施例中，第一電極105係配置於該配向層104與該基板101之間，且第二電極107係配置於該第二基板102上。
該表面導向子配向層104將引起該液晶材料103之表面導向子之預傾斜。
第二配向層106係配置於該第二基板102與該液晶材料103之間。此第二配向層組合物亦可包括本發明組合物，或可替代為另一種配向層材料。
以收貨之狀態使用市售化學化合物，例外為：i)使用之前，先將N-乙烯基-吡咯啶酮(NVP)通過氧化鋁以移除添加的安定劑，ii)當需要乾燥THF時，一般藉由在使用之前使其通過氧化鋁乾燥THF。經氧化鋁活化之中性布羅克曼1號(Aluminium oxide Activated neutral Brockmann 1)，58,(CAS 1344-28-1)用於乾燥THF及純化NVP。
在所有以下實例中，使用熟習此項技術者已熟知之標準反應製備聚合物。
聚合物配向材料可(例如)係由聚(乙烯醇)(PVA)與醛類之官能化製得，以獲得聚(乙烯基縮醛)。製備此等材料及所用之側基係如下所示。
藉由添加1.01 g聚(乙烯醇)(Mn=16 000並水解至98%(市售，由聚(乙酸乙烯酯)製備))及1.0 g氯化鋰至100 ml之無水二甲基甲醯胺(DMF)製備原液。將混合物加熱至90℃同時攪拌。當該聚合物溶解時，使該溶液到達室溫。此溶液每20 ml含有4.6 mmol羥基。添加0.230 g之II等於0.42 mmol乙醛、0.490 g之II等於1.84 mmol十六醛及0.2 g對甲苯磺酸至20 ml聚(乙烯醇)溶液中。
將此反應混合物加熱至60℃，持續12小時。使該溶液到達室溫，且隨後將其倒入攪拌的甲醇中，造成聚(乙烯基縮醛)之沉澱。該聚合物藉由兩次自氯仿至甲醇及一次自氯仿至石油醚/乙酸乙酯9/1之再沉澱純化該混合物。產生0.57 g無水聚合物。NMR(CDCl3)：δ,圖譜；0.88 t；1.0.t,來自烷基之甲基、來自液晶原之甲基；1.1-2.0三個寬峰；3.6-4.8來自聚合物主鏈及側基中靠近氧之亞甲基之寬峰；6.95,d,液晶原中之2 H；7.6,dd,液晶原中之4 H；8.05,d，液晶原中之2 H。
液晶原對烷基之比例係利用自兩種不同甲基之甲基信號計算且發現為1/3.7。
在該反應中添加之聚合物對醛類的數量可能需要註記。在每一個取代事件中，在反應期間兩個相鄰的羥基反應。此導致某一數量的羥基將被困於反應的基團之間且因此不能用於反應。已利用統計學計算受困基團之數量且發現為14%。此意即最多3.96 mmol羥基可在此反應中反應且該乙醛的量為2.26 mmol，有0.28 mmol過量。
將此材料作為配向層沉積於根據所述之程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面上。該電池充填有具有負介電異方性(Δε<0)之向列型液晶MLC 6608，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。在此電池中所觀測之配向為直列式，即：沿該基板法線。接著，藉由穆勒(Muller)矩陣分光計測量自該基板法線之液晶配向之較佳方向的預傾斜角。如果該配向層係經機械摩擦，獲得自直列式配向之小預傾斜(小於1度)。因此，此聚合物可用作根據本發明實施例之組合物之高(接近VA)傾斜組分。
使用與實例1中聚合物III相同的實驗條件製備聚合物V，除了使用0.5 mmol V及2.0 mmol II，意即有比實例1中製備聚合物IV更大的乙醛過量。
反應程序及處理與彼等實例1中之相同。產量：0.60 g。NMR(CDCl3)：δ，圖譜；0.85 t；1.1-2.0四個寬峰；3.5-4.8自該聚合物主鏈及側基中在氧旁的亞甲基之寬峰；6.9,m液晶原中之4 H；7.1,d,液晶原中之2 H；8.1,d,液晶原中之2 H。液晶原對烷基之比例係自甲基與芳族信號計算且等於1/3.8。
將此材料作為配向層沉積於根據所述程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面。該電池充填有具有負介電異方性(Δε<0)之向列型液晶MLC 6608，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。在此電池中所觀測之配向為直列式，即：沿該基板法線。接著，藉由穆勒(Muller)矩陣分光計測量自該基板法線之液晶配向之較佳方向的預傾斜角。如果該配向層係經機械摩擦，獲得自直列式配向之小的預傾斜(小於1度)。因此，此聚合物可用作根據本發明實施例之組合物之高(接近VA)傾斜組分。
將130 mg PVA 16 000、0.2 g氯化鋰添加至20 ml無水DMF中並將其加熱至90℃獲得清澄溶液。使用的130 mg PVA含有2.90 mmol羥基，根據統計其中86%可經取代。此係等於2.49 mmol可接近之反應基。將300 mg(0.51 mmol)VI及163 mg辛醛(市售化學品藉由NMR顯示80%醛，獲得1.02 mmol)與0.3 g甲苯磺酸一起添加至該聚合物溶液。在60℃下一個週末內進行該反應。處理與實例1中為聚合物III描述者相同。產量：110 mg。自以下NMR分析，27%為液晶原及73%為烷基。NMR(CDCl3)：δ,圖譜；0.9 m;1.1-1.7寬峰；1.8,m；3.6-4.8,寬峰；6.5,d;6.9,d;7.1,d;8.0,d。
將此材料作為配向層沉積於根據所述程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面上。該電池充填有具有正介電異方性(Δε>0)之向列型液晶MLC 6873-100，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。在此電池中所觀測之配向為同質，即：基本上與該基板平行。因此，其可用作根據本發明實施例之組合物之低(接近平面配向)傾斜組分。
該聚合物配向材料亦可(例如)係由官能化的馬來醯亞胺與N-乙烯基吡咯啶酮之共聚合製得。製備此等材料及所用之側基係如下所示。
在圓底燒瓶中，將0.4 mmol(234 mg)馬來醯亞胺XIV、1.6 mmol(424 mg)N-十二烷基馬來醯亞胺XV、2.0 mmol(222 mg)藉由通過氧化鋁純化之NVP及0.12 mmol(19 mg)2,2'-偶氮雙(2-甲基丙腈)(AIBN)溶於10 ml苯中，且該燒瓶以橡膠隔膜密封。通過該隔膜，經由注射針真空接著施加氮氣入口。使用10個重複的真空-氮氣入口循環，以去除燒瓶中之氧氣。將該燒瓶於經熱設定至60℃之油浴中加熱。15 h後，將該溶液倒入甲醇中並形成聚合物沉澱。該聚合物自氯仿至甲醇再沉澱兩次且最後自氯仿至丙酮/甲醇1/3混合物再沉澱一次。隨後將溶劑傾析並添加純甲醇。最後，將該聚合物置於小瓶中並在熱盤上加熱以移除殘留溶劑。藉由在真空烤箱中加熱該聚合物至60℃，持續2小時移除最後微量的溶劑。產量：0.7 g，80%。NMR(CDCl3)：δ，圖譜；0.9,t;1-5在寬的主鏈信號之頂部之側基信號；6.9,2d;7.1,d;8.1,d。該聚合物組合物關於液晶原/烷基之比例係利用在1H NMR中之甲基與芳族信號測定且發現為1/4.2。此意即19.2%之側基(忽略吡咯啶酮基)為液晶原。
將此材料作為配向層沉積於根據所述程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面上。該電池充填有具有負介電異方性(Δε<0)之向列型液晶MLC 6608，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。在此電池中所觀測之配向為直列式，即：沿該基板法線。接著，藉由穆勒(Muller)矩陣分光計測量自該基板法線之液晶配向之較佳方向的預傾斜角。如果該配向層係經機械摩擦，獲得自VA之小的預傾斜(小於1度)。因此，其可用作用於控制根據本發明實施例之預傾斜的組合物之高(接近VA)傾斜組分。
VA共聚物：將0.5 mmol(331 mg)液晶原基馬來醯亞胺XIII、0.5 mmol(228 mg)全氟己基丙基馬來醯亞胺XVII、1.5 mmol(400 mg)十二烷基馬來醯亞胺、2.5 mmol(277 mg)藉由通過氧化鋁純化之NVP及0.15 mmol(25 mg)2,2'-偶氮雙(2-甲基丙腈)(AIBN)溶於25 ml苯中。該聚合於60度油浴中進行40小時。藉由三次自幾ml氯仿至甲醇及一次至甲醇/丙酮2/1之再沉澱純化，以獲得最終聚合物XVIII。
以與實例1相同的方法測試該材料，具有類似產量及性質。該材料提供具有由於該氟化基團之低表面能量的緩慢充填速度之VA配向。
將0.4 mmol(265 mg)馬來醯亞胺XIX、1.6 mmol(334 mg)N-辛基馬來醯亞胺、2.0 mmol(222 mg)藉由通過氧化鋁純化之NVP及0.12 mmol(19 mg)2,2'-偶氮雙(2-甲基丙腈)(AIBN)溶於10 ml苯中。根據製備VA共聚物XX進行該聚合及處理。產量：0.66 g，80%。NMR(CDCl3)：δ，圖譜；0.9,t；1-5在寬的主鏈信號之頂部之側基信號；6.5,d；6.9,d；7.1,d；8.0,d。該聚合物組合物關於液晶原/烷基之比例係利用在1H NMR中之甲基與芳族信號測定且發現為1/1.8。此意即36%之側基(忽略吡咯啶酮基)為液晶原。
將此材料作為配向層沉積於根據所述程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面上。該電池充填有具有正介電異方性(Δε>0)之向列型液晶MLC 6873-100，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。在此電池中所觀測之配向為同質，即：基本上與該基板平行。
將0.40 mmol(180 mg)馬來醯亞胺XIII、1.6 mmol(277 mg)N-苯基馬來醯亞胺、2.0 mmol(222 mg)N-乙烯基吡咯啶酮及0.12 mmol(19 mg)2,2'-偶氮雙(2-甲基丙腈)(AIBN)溶於10 ml苯中。根據實例1中之描述聚合及處理該混合物。產量：0.26 g，38%。NMR(CDCl3)：δ圖譜；0.9,bs;1.1-5在寬的主鏈信號之頂部之側基信號；6.9,bs;7.0-7.6,bs。
相較於使用軟烷烴鏈，使用硬性側鏈及液晶原可增加玻璃溫度。此材料顯示約200度之Tg。將此材料作為配向層沉積於根據所述程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面上。該電池充填有具有負介電異方性(Δε<0)之向列型液晶MLC 6608，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。由於該液晶原基XIII之VA本性及組分XXVI之PA本性，如果該配向層係經機械摩擦，獲得取決於各組分之數量的預傾斜。使用上述比例，該預傾斜為15°。
該配向層亦顯示良好的熱安定性。
根據與以上PA共聚物相同的程序利用XXVII作為單體進行「香蕉型」共聚物。
根據先前實例製備該聚合物，於已用適當方法(如重複真空及氮氣沖洗循環)移除氧氣後之燒瓶中，藉由混合及攪拌(例如，在60℃下進行12小時)適當量的側鏈前體XXVII、乙烯基-吡咯啶酮、辛基馬來醯亞胺、AIBN及苯。隨後將反應混合物倒入適當量之有機溶劑(如甲醇)中，以使該聚合物沉澱(其係根據流程8之結構XXVIII)。相較於實例1及3，此為一利用相同原理在樣品中產生預傾斜角之方法，如混合不同的VA及PA材料，但是替換為使用彎曲液晶原。
預計此聚合物可為大多數向列型液晶促進VA。
根據與以上PA共聚物相同的程序利用XXIX作為單體進行「香蕉型」共聚物。
根據先前實例製備該聚合物，於已用適當方法(如重複真空及氮氣沖洗循環)移除氧氣後之燒瓶中，藉由混合及攪拌(例如，在60度下進行12小時)適當量的側鏈前體XXIX、乙烯基-吡咯啶酮、辛基馬來醯亞胺、AIBN及苯。隨後將反應混合物倒入適當量之有機溶劑(如甲醇)中，以使該聚合物沉澱(其係根據流程9之結構XXX)。
相較於實例1及3，此為一利用相同原理在樣品中產生預傾斜角之方法，如混合不同的VA及PA材料，但是替換為使用彎曲液晶原。
根據與以上PA共聚物相同的程序利用I及XXIX作為單體進行香蕉型共聚物。
相較於實例9之聚合物，此聚合物降低由於增加直線垂直配向數量而傾斜的趨勢。
根據先前實例製備該聚合物，於已用適當方法(如重複真空及氮氣沖洗循環)移除氧氣後之燒瓶中，藉由混合及攪拌(例如，在60度下進行12小時)適當量的側鏈單體I、單體XXIX、乙烯基-吡咯啶酮、辛基馬來醯亞胺、AIBN及苯。隨後將反應混合物倒入適當量之有機溶劑(如甲醇)中，以使該聚合物沉澱(其係根據流程10之結構XXXI)。
相較於實例1及3，此為一利用相同原理在樣品中產生預傾斜角之方法，如混合不同的VA及PA材料，但是此處替換為使用與垂直配向材料混合之彎曲液晶原，供用作具有某一預傾斜之配向層。
混合兩種在相同聚合物中之液晶原係另一種得到類似於混合兩種聚合物與彼等兩種液晶原之類似的結果之方法，並因此改變該液晶主體中之傾斜角。
根據先前實例製備聚合物，於燒瓶中藉由混合及攪拌(例如，在60度下進行12小時)適當量的側鏈單體I、單體VII、乙烯基-吡咯啶酮、十二烷基馬來醯亞胺II、AIBN及苯。首先，幾乎全部氧氣已用適當方法(如重複真空及氮氣沖洗循環)移除，隨後將反應混合物倒入適當量之有機溶劑(如甲醇)中，以使該聚合物沉澱(其係根據流程11之結構XXXII)。
PA共聚物：將5 mmol(866 mg)苯基-馬來醯亞胺XXVI、5 mmol(555 mg)藉由通過氧化鋁純化之NVP及0.3 mmol(48 mg)2,2'-偶氮雙(2-甲基丙腈)(AIBN)溶於30 ml苯中。在60度油浴中進行該聚合過夜。藉由三次自幾ml氯仿至甲醇之再沉澱純化以形成聚合物XXXIII。產量0.550 g，NMR(CDCl3)：δ圖譜；質子數；1-5在寬的主鏈信號之頂部之側基信號；6.9-7.35；自芳族質子之寬峰(由於靠近該聚合物主鏈而較寬)
將此材料作為配向層沉積於根據所述程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面上。該電池充填有具有正介電異方性(Δε>0)之向列型液晶MLC 6873-100，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。在此電池中所觀測之配向一致，即：基本上與該基板平行。該配向層亦顯示良好的熱安定性。
其可溶於NMP。因為通常「延伸」的具有高玻璃溫度及平面配向之主鏈，其可在相同聚合物中與高傾斜化合物一起用作PA組分。
將0.5 mmol(180 mg)馬來醯亞胺、1 mmol(125 mg)N-乙基馬來醯亞胺、1.5 mmol(166 mg)藉由通過氧化鋁純化之NVP及0.06 mmol(10 mg)2,2'-偶氮雙(2-甲基丙腈)(AIBN)溶於8 ml苯中。在60度油浴中進行該聚合過夜。藉由三次自幾ml氯仿至甲醇之再沉澱純化。產量：0.35。
將此材料作為配向層沉積於根據所述程序製備之夾層電池之玻璃基板之內表面上。該電池充填有具有正介電異方性(Δε>0)之向列型液晶MLC 6873-100，且首先在偏光顯微鏡下檢查以確定由該配向層促進之液晶配向之類型。在此電池中所觀測之配向為同質，即：基本上與該基板平行。
為獲得傾斜配向，將分別促進垂直配向及平面配向且具有類似主鏈並因此可混溶之材料混合。此等具有持有(例如)線性形狀異方性之側基之材料經圖示說明於圖2中，其中圖2a表示VA材料且圖2b表示PA材料。該VA材料之液晶原基具有至該聚合物主鏈之縱向(末端上)附接，而該PA材料之液晶原基具有至該聚合物主鏈之橫向(側邊上)附接。以不同比例混合此等材料以獲得促進不同預傾斜角之材料組合物。圖2c表示其中該等側基係混合附接(分別該側邊上及末端上附接)之聚合物材料。
圖4顯示在兩種不同類型之含有配向層之電池中的預傾斜角，其係以該PA組分百分比之函數表示，該配向層係如分別描述於實例1及3中之經VA及PA側基官能化之聚合物之摻合物。該等電池分別經向列型液晶材料MLC6873-100(Δε>0)及MLC6882(Δε<0)(兩者皆為Merck之產品)充填。如所見，該預傾斜角係該PA化合物之濃度之下降函數。
根據所述程序，利用自實例4之VA聚合物與自實例6之PA聚合物分別在50、75、及90%之VA聚合物下製造電池。亦僅利用PA聚合物(對應於0% VA)及100% VA聚合物製造電池。結果顯示於圖5中，其係表示傾斜角以該VA含量之函數表示之圖表。如此圖中可看到，該傾斜角隨著該VA材料在該混合物中之含量增加而增加。
因此，可以不同比例混合該VA及PA材料以獲得不同的預傾斜角。
視情況，可藉由在該側鏈聚合物中分別併入(例如)具有側邊上附接及末端上附接之線性側基至該聚合物主鏈(如圖2c中所圖示說明)獲得傾斜的配向。此圖表顯示兼含有具有末端上附接(VA)之側基及具有側邊上附接(PA)之側基之側鏈聚合物。此側鏈聚合物之預傾斜角通常取決於末端上對側邊上附接之基團之比例。
熟習此項技術者將瞭解，本發明無意限制於以上所述之較佳實施例。相反地，可做諸多在附屬專利申請範圍內之改良及變化。
100．．．雙側液晶裝置
101．．．第一侷限基板
102．．．第二侷限基板
103．．．液晶材料
104．．．表面導向子配向層
105．．．第一電極
106．．．第二配向層
107．．．第二電極
現參考附圖，將更詳細地描述本發明，其中：
圖1係說明一傾斜配向之理論模型之圖示；
圖2說明具有末端上及側邊上分別附接之線性懸垂側基在之側鏈聚合物及具有兩種末端上附接之側基及側邊上附接之側基的聚合物；
圖3說明一根據本發明實施例之液晶裝置；
圖4係一說明使用根據本發明實施例之組合物作為液晶單元中之配向層獲得的預傾斜角之圖示；
圖5係另一說明使用根據本發明實施例之組合物作為液晶單元中之配向層獲得的預傾斜角之圖示。
101．．．第一侷限基板
102．．．第二侷限基板
103．．．液晶材料
104．．．表面導向子配向層
105．．．第一電極
106．．．第二配向層
107．．．第二電極
Claims (21)
- 一種用於在液晶裝置中配置於侷限基板與液晶主體材料之間的表面-導向子配向層之組合物，該表面-導向子配向層造成該液晶主體材料中所包含之液晶分子在不存在外加電場下形成相對於該表面-導向子配向層之所需預傾斜角，該組合物係均質且包含具有第一重複單元及第二重複單元之聚合物主鏈，其包括：第一濃度之第一側基，其顯示形狀異方性，其中該第一側基主要係側邊上附接至該聚合物主鏈之該第一重複單元，且當其係單獨使用於該表面-導向子配向層中時，產生不同於該所需預傾斜角之第一預傾斜角θ1，該第一預傾斜角係在對該配向層之平面成0°至45°之範圍內且小於該所需預傾斜角；及第二濃度之第二側基，其顯示形狀異方性，其中該第二側基主要係末端上附接至該聚合物主鏈之該第二重複單元，且其係單獨使用於該表面-導向子配向層中時，產生不同於該所需預傾斜角及該第一預傾斜角之第二預傾斜角θ2，該第二預傾斜角係在對該配向層之平面成45°至90°之範圍內且大於該所需預傾斜角；藉此可藉由控制該第一及第二濃度中至少一者來控制該所需預傾斜角於第一及第二預傾斜角之間，且其中該第二側基藉由立體相互作用造成該第二預傾斜角。
- 如請求項1之組合物，其中該第一預傾斜角係在5°至25°之範圍內，且該第二預傾斜角係在70°至85°之範圍內。
- 如請求項1之組合物，其中該第一預傾斜角實質上為0°及/或該第二預傾斜角實質上為90°。
- 如請求項1之組合物，其中該第一預傾斜角係在0°至10°之範圍內。
- 如請求項1之組合物，其中該第一預傾斜角係在0°至5°之範圍內。
- 如請求項1之組合物，其中該第一預傾斜角係在0°至2°之範圍內。
- 如請求項1之組合物，其中該第二預傾斜角係在80°至90°之範圍內。
- 如請求項1之組合物，其中該第二預傾斜角係在85°至90°之範圍內。
- 如請求項1之組合物，其中該第二預傾斜角係在88°至90°之範圍內。
- 如請求項1之組合物，其中該第一及第二側基中至少一者係選自具有選自線性、板條狀、圓盤狀、v型、彎曲型及碗型之異方性形狀之分子群。
- 如請求項1至10中任一項之組合物，其中該第一及第二側基中至少一者係芳族。
- 如請求項1至10中任一項之組合物，其中該第一及第二側基中至少一者係液晶原基。
- 如請求項1至10中任一項之組合物，其中該第一重複單元及該第二重複單元中至少一者包括經選自由未經取代或經取代之烷基、芳基及烷芳基組成之群之懸垂側鏈官 能化之重複單元。
- 如請求項1至10中任一項之組合物，其中該第一及第二重複單元中至少一者包括反應性側基及/或光回應性側基。
- 如請求項1至10中任一項之組合物，其中該第一及第二重複單元中至少一者包括光反應性側基及/或光回應性側基。
- 一種表面導向子配向層材料，其包括均質之如請求項1至15中任一項之組合物。
- 如請求項16之表面導向子配向層材料，其進一步包含額外的聚合物。
- 一種液晶裝置，其包括至少一侷限基板、一液晶主體材料及一配置於該至少一侷限基板與該液晶主體材料之間與該液晶主體材料之一表面接觸的表面導向子配向層，其中該表面導向子配向層包括均質之如請求項1至15中任一項之組合物。
- 如請求項18之液晶裝置，其包括：夾置於該液晶主體材料之間之第一及第二侷限基板；配置於該第一侷限基板與該液晶主體材料之間，與該液晶主體材料之一表面接觸之第一表面導向子配向層；及一配置於該第一侷限基板與該液晶主體之間，與該液晶主體之一表面接觸之第二表面導向子配向層；其中該第一及該第二表面導向子配向層中至少一者包括均質之如請求項1至15中任一項之組合物。
- 一種製造如請求項19之液晶裝置之方法，其包括以下步驟：提供一侷限基板；在該基板之一表面上配置一包括如請求項1至15中任一項之組合物之表面導向子配向層；及配置一與該配向層接觸之液晶主體材料。
- 如請求項20之方法，其中該配置一表面導向子配向層之步驟包括用預製之如請求項1至15中任一項之組合物塗覆該表面。
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