TWI548653B - 具有光反應性基團的環狀烯烴化合物及光反應性聚合物 - Google Patents
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Description
本專利申請案主張於2013年09月30日向韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第2013-0116650號及於2014年09月25日向韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第2014-0128567號的優先權權益,該等申請案之揭露內容以引用方式併入本文中。
本發明係關於具有光反應性基團的新穎環狀烯烴化合物及光反應性聚合物。
更具體言之,本發明係關於具有光反應性基團的新穎環狀烯烴化合物及由該環狀烯烴化合物製備的光反應性聚合物,該環狀烯烴化合物及該光反應性聚合物可被應用於各種光反應,例如液晶配向層或類似物的光反應,而且較佳還可以被用來作為不同有機化合物或聚合物的前驅物。
近來,多種光反應性化合物或聚合物已被用於大範圍的光學應用,例如薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD,
thin film transistor liquid crystal display)、光阻等等。
舉例來說,TFT-LCD在液晶層下方具有配向層,以便使用液晶作為光開關。近來,光反應性聚合物或類似物被用於配向層,以採用基於UV的光配向。
本文中使用的術語「光配向」係指界定的光反應性聚合物之官能基(光反應性基團)藉由線性偏振的UV光照射引發光反應的機制,在該光照射期間聚合物主鏈被配向於界定的方向,從而引發液晶配向。
為了發生更有效的光配向,需要配向層中所含的光反應性聚合物來引發與液晶層中分子的良好交互作用,並另外具有良好的光反應性。
隨著光反應性化合物或聚合物在更廣泛的各種應用中的使用逐漸增加,需要對更多不同類型的光具有優異的光反應性的各種光反應性化合物或聚合物(例如全向偏振UV光、各種波長的UV光等等)。
然而,大多數現有的光反應性聚合物不具有良好的光反應性或未能引發足夠的與液晶分子的交互作用。此外,對各種類型的光具有良好的光反應性的光反應性聚合物的開發尚未被充分地進行。
本發明致力於提供一種具有光反應性基團的新穎環狀烯烴化合物,該環狀烯烴化合物可應用於諸如液晶配
向層的各種光反應,而且較佳還可以被用來作為不同有機化合物或聚合物的前驅物。
另外,本發明致力於提供一種能夠輕易地調整對各種類型的光的光反應性及被用於配向層、或類似者的光反應性聚合物,以表現出改良的、與液晶分子的交互作用及優異的光反應性。
此外,本發明致力於提供一種包含光反應性聚合物的配向層。
本發明的示例性具體實施例提供一種環狀烯烴化合物,該環狀烯烴化合物具有由以下化學式1表示的光反應性基團:
在化學式1中,q為0至4的整數;R1、R2、R3、及R4中之至少一者為由以下化學式1a表示的基團,在R1至R4間,非為化學式1a基團的其餘者係彼此相同或不同,並且各自獨立地選自由氫;鹵素;經取代
或未經取代的具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈烯基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈炔基;經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環烷基;經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的芳基;經取代或未經取代的具有5至12個碳原子的芳烷基;及包括選自氧、氮、磷、硫、矽、及硼中之至少一者的極性官能基所組成之群組,當R1至R4非為氫、鹵素、或極性官能基時,R1和R2或R3和R4中之至少一個組合彼此鍵結,以形成具有1至10個碳原子的亞烷基(alkylidene group),或R1或R2與R3或R4任一者鍵結,以形成具有4至12個碳原子的飽和或不飽和脂族環或具有6至24個碳原子的芳香環,
在化學式1a中,A係選自由單鍵、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸烷基(alkylene)、經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸烯基(alkenylene)、經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環伸烷基、經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的伸芳基(arylene)、經取代或未經取代的具有7至15個碳原子的芳伸烷基、及經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸炔基(alkynylene)所組成之群組,B為單鍵、氧、硫、-NH-、或1,4-伸苯基,
R9係選自由單鍵、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸烷基、經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸烯基、經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環伸烷基、經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的伸芳基、經取代或未經取代的具有7至15個碳原子的芳伸烷基、及經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸炔基所組成之群組,C1為未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C6-C40伸芳基;未經取代的或經至少一選自鹵素、氰基及硝基的官能基取代的C7-C15芳伸烷基;或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜伸芳基,C2為未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C6-C40伸芳基;包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜伸芳基;C5-C10環伸烷基;或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜環伸烷基,C3為未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C5-C10環伸烷基,或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜環伸烷基,D係選自由單鍵、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸烷基、經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸烯基、經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環伸烷基、經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的伸芳基、經取代或未經取代的具有7至15個碳原子的芳伸烷
基、及經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸炔基所組成之群組,以及R10係選自由氫;鹵素;氰基;硝基;-NCS;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的烷氧基;及經取代或未經取代的具有6至30個碳原子的芳氧基所組成之群組。
本發明的另一個示例性具體實施例提供一種光反應性聚合物,該光反應性聚合物包含由以下化學式2a或2b表示的重複單元:
在化學式2a及2b中,各自獨立地,m為50至5000,以及q、R1、R2、R3、及R4係如化學式1中所定義。
本發明的另一個示例性具體實施例提供一種包含該光反應性聚合物的配向層。
本發明的另一個示例性具體實施例提供一種液晶延遲膜,該液晶延遲膜包含該配向層及在該配向層上的液晶層。
本發明的另一個示例性具體實施例提供一種包含該配向層的顯示裝置。
依據本發明的環狀烯烴化合物可以具有光反應性基團,例如肉桂酸酯或查耳酮結構,取決於化學式1a的結構。因此,該環狀烯烴化合物本身表現出優異的光反應性,使得該環狀烯烴化合物可被應用於各種光反應,例如液晶配向層的光反應,而且較佳還可以被用來作為各種有機化合物或聚合物的前驅物。
此外,該環狀烯烴化合物可以具有另外經環狀取代基(C2和C3)取代的光反應性基團,例如肉桂酸酯或查耳酮結構。一般來說,液晶分子具有芳香族或脂族環,並且該環狀烯烴化合物或從該環狀烯烴化合物得到的光反應性聚合物由於該環狀烯烴化合物中另外取代的環狀取代基(C2和C3)而可以具有改良的、與液晶分子的交互作用,使得光配向可以更有效地進行。
此外,可以藉由調整該環狀烯烴化合物的化學式1a之結構來提供對不同類型的光具有優異光反應性的各種光反應性化合物或聚合物、或類似物。
圖1為顯示依據本發明之示例性具體實施例的配向層結構之示意圖。
本說明書中使用的術語被用以描述具體的示例性具體實施例,而不是限制本發明。說明書中使用的單數形式也意圖包括複數形式,除非上下文另有明確指明。本說明書中使用的術語,例如「包含」、「包括」、「具有」及類似者將意味著所陳述的特徵、數量、步驟、結構元件、或上述之組合的存在,但不排除一個或更多個其它的特徵、數量、步驟、結構元件、或上述之組合的存在或添加。
此外,在本說明書中,將每個層或元件陳述為被形成在各別層或元件「上」或「上方」,這意味著每個層或元件可以被直接形成在各別層或元件上,或另一個層或元件可以被另外地形成在各別層之間或在目標材料或基板上。
本發明可以進行各種修改並具有各種類型,而且將詳細描述本發明的特定示例性具體實施例。然而,本發明並不限於本文所述的示例性具體實施例,但是在本發明的精神和範圍內的所有修改、等同物、及取代也都被包括在本發明中。
在詳細描述本發明之前,將具體定義本說明書中使用的各個取代基如下:
首先,本文中使用的術語「烷基」是指具有1至20個碳原子、較佳1至10個碳原子、更佳1至6個碳原子的單價直鏈或支鏈飽和烴部分。烷基包括指稱未經取代的或經稍後將描述的特定取代基額外取代的烷基。烷基的實例可以包括甲基、乙基、丙基、2-丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、戊基、己基、十二烷基、氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、氯甲基、二氯甲基、三氯甲基、碘甲基、溴甲基、或類似物。
首先,本文中使用的術語「烯基」是指具有2至20個碳原子、較佳2至10個碳原子、更佳2至6個碳原子且帶有至少一個碳-碳雙鍵的單價直鏈或支鏈烴部分。烯基可以通過包括碳-碳雙鍵的碳原子或通過飽和碳原子形成鍵結。烯基包括指稱未經取代的或經稍後將描述的特定取代基
額外取代的烯基。烯基的實例可以包括乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、戊烯基、5-己烯基、十二烯基、或類似物。
本文中使用的術語「環烷基」是指具有3至12個環碳原子的單價飽和或不飽和單環、雙環或三環狀非芳香烴部分,並且包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的環烷基。環烷基的實例可以包括環丙基、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、金剛烷基、降冰片基(即二環[2,2,1]庚-5-烯基)、或類似物。
本文中使用的術語「芳基」是指具有6至40個環原子、較佳6至12個環原子的單價單環、雙環或三環狀芳香烴部分,並且包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的芳基。芳基的實例可以包括苯基、萘基、茀基、或類似物。
本文中使用的術語「烷氧基芳基」是指上述定義的芳基中有至少一個氫原子被烷氧基取代。烷氧基芳基的實例可以包括甲氧基苯基、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、甲氧基聯苯基、甲氧基萘基、甲氧基茀基、甲氧基蒽基、或類似物。
本文中使用的術語「芳烷基」是指上述定義的烷基中有至少一個氫原子被芳基取代,而且包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的芳烷基。芳烷基的實例可以包括芐基、二苯甲基、三苯甲基、或類似物。
本文中使用的術語「炔基」是指具有2至20個碳原子、較佳2至10個碳原子、更佳2至6個碳原子且帶有至少一個碳-碳三鍵的單價直鏈或支鏈烴部分。炔基可以通過包括碳-碳三鍵的碳原子或通過飽和碳原子形成鍵結。炔基可以包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的炔基。炔基的實例可以包括乙炔基、丙炔基、或類似物。
本文中使用的術語「伸烷基(alkylene)」是指具有1至20個碳原子、較佳1至10個碳原子、更佳1至6個碳原子的二價直鏈或支鏈飽和烴部分。伸烷基可以包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的伸烷基。伸烷基的實例可以包括亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、或類似物。
本文中使用的術語「伸烯基」是指具有2至20個碳原子、較佳2至10個碳原子、更佳2至6個碳原子且帶有至少一個碳-碳雙鍵的二價直鏈或支鏈烴部分。伸烯基可以通過包括碳-碳雙鍵的碳原子及/或通過飽和碳原子形成鍵結。伸烯基包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的伸烯基。
本文中使用的術語「環伸烷基」是指具有3至12個環碳原子的二價飽和或不飽和單環、雙環或三環狀非芳香烴部分,並且可以包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的環伸烷基。環伸烷基的實例可以包括環伸丙基、環伸丁基、或類似物。
本文中使用的術語「伸芳基」是指具有6至20
個環原子、較佳6至12個環原子的二價單環、雙環或三環狀芳香烴部分,並且可以包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的伸芳基。芳香部分僅包括碳原子。伸芳基的實例可以包括伸苯基、或類似物。
本文中使用的術語「芳伸烷基」是指上述定義的烷基之二價部分中有至少一個氫原子被芳基取代,並且可以包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的芳伸烷基。芳伸烷基的實例可以包括伸芐基(benzylene)、或類似物。
本文中使用的術語「伸炔基」是指具有2至20個碳原子、較佳2至10個碳原子、更佳2至6個碳原子且帶有至少一個碳-碳三鍵的二價直鏈或支鏈烴部分。伸炔基可以通過包括碳-碳三鍵的碳原子或通過飽和碳原子形成鍵結。伸炔基可以包括指稱經稍後將描述的特定取代基額外取代的伸炔基。伸炔基的實例可以包括伸乙炔基、伸丙炔基、或類似物。
在以上的描述中,語句「取代基是經取代的或未經取代的」具有取代基被或不被取代基本身或另一個定義的取代基額外取代的包容性意義。除非本說明書中另有定義,否則用作每個取代基之額外取代基的取代基實例可以包括鹵素、烷基、烯基、炔基、鹵烷基、鹵烯基、鹵炔基、芳基、鹵芳基、芳烷基、鹵芳烷基、烷氧基、鹵烷氧基、羰氧基、鹵羰氧基、芳氧基、鹵芳氧基、矽基、矽氧基、或稍後將描述的「包括氧、氮、磷、硫、矽或硼的極性官能基」。
下文中,將詳細描述依據本發明之示例性具體實
施例的具有光反應性基團的環狀烯烴化合物、光反應性聚合物、及配向層。
依據本發明的示例性具體實施例,提供了一種環狀烯烴化合物,該環狀烯烴化合物具有由以下化學式1表示的光反應性基團:
在化學式1中,q為0至4的整數;R1、R2、R3、及R4中之至少一者為由以下化學式1a表示的基團,在R1至R4間,非為化學式1a基團的其餘者係彼此相同或不同,並且各自獨立地選自由氫;鹵素;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈烯基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈炔基;經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環烷基;經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的芳基;經取代或未經取代的具有5至12個碳原子的芳烷基;以及包括選自氧、氮、磷、硫、矽、及硼中之至少一者的極性官能基所組成之群組,
當R1至R4非為氫、鹵素、或極性官能基時,R1和R2或R3和R4中之至少一個組合彼此鍵結,以形成具有1至10個碳原子的亞烷基,或R1或R2與R3或R4任一者鍵結,以形成具有4至12個碳原子的飽和或不飽和脂族環或具有6至24個碳原子的芳香環,
在化學式1a中,A係選自由單鍵、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸烷基、經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸烯基、經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環伸烷基、經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的伸芳基、經取代或未經取代的具有7至15個碳原子的芳伸烷基、以及經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸炔基所組成之群組,B為單鍵、氧、硫、-NH-、或1,4-伸苯基,R9係選自由單鍵、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸烷基、經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸烯基、經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環伸烷基、經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的伸芳基、經取代或未經取代的具有7至15個碳原子的芳伸烷基、以及經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸炔基所組成之群組,
C1為未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C6-C40伸芳基;未經取代的或經至少一選自鹵素、氰基及硝基的官能基取代的C7-C15芳伸烷基;或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜伸芳基,C2為未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C6-C40伸芳基;包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜伸芳基;C5-C10環伸烷基;或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜環伸烷基,C3為未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C5-C10環伸烷基,或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜環伸烷基,D係選自由單鍵、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸烷基、經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸烯基、經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環伸烷基、經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的伸芳基、經取代或未經取代的具有7至15個碳原子的芳伸烷基、以及經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的伸炔基所組成之群組,以及R10係選自由氫;鹵素;氰基;硝基;-NCS;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的烷氧基;以及經取代或未經取代的具有6至30個碳原子的芳氧基所組成之群組。
如上所述的化合物可以具有其中預定的光反應性基團(化學式1a)例如肉桂酸酯或查耳酮結構被引入環狀烯烴結構而能夠被用作各種化合物或聚合物單體、或類似物的前驅物之化學結構。由於如上所述引入光反應性基團的化學結構,化學式1的環狀烯烴化合物本身可被用作光反應性化合物。
此外,由於環狀烯烴的結構特徵適用於作為前驅物、或類似物,故可以從環狀烯烴化合物製備出各種化合物或聚合物,而且由於光反應性基團,故所製備出的化合物或聚合物也可以具有優異的光反應性。因此,可以使用環狀烯烴化合物來製備能夠被應用於各種光學應用領域的各種光反應性化合物或聚合物、或類似物。
此外,環狀烯烴化合物可以具有其中環狀取代基(C2)通過特定的官能基A被進一步鍵結到諸如肉桂酸酯或查耳酮結構的光反應性基團的化學結構。此外,環狀烯烴化合物可以具有其中環狀取代基(C3)通過特定官能基D被進一步鍵結到光反應性基團的化學結構。一般來說,液晶分子具有芳香族或脂族環,而且由於芳香族或脂族環狀取代基(C2或C3)能夠被另外鍵結到環狀烯烴化合物,故環狀烯烴化合物或從環狀烯烴化合物獲得的光反應性聚合物可以具有改良的、與液晶分子的交互作用,使得光配向可以更有效地進行。因此,環狀烯烴化合物及從環狀烯烴化合物獲得的光反應性聚合物較佳可被用於液晶配向層、或類似物,藉以具有改良的、與液晶分子的交互作用及優良的光反應性。
此外,環狀烯烴化合物本身以及從該環狀烯烴化合物獲得的光反應性聚合物之光反應性可以輕易地藉由使用各種伸芳基、雜伸芳基、環伸芳基、或雜環伸芳基調整環狀烯烴化合物的化學式1a結構來進行調整,特別是經環狀取代基(C2和C3)額外取代的那種、或類似物。因此,對各種類型的光具有優良的光反應性的各種光反應性化合物或聚合物、或類似物可以從如上所述的環狀烯烴化合物獲得。
以下,將更加詳細地描述環狀烯烴化合物、從該環狀烯烴化合物獲得的光反應性聚合物、及類似物。
在環狀烯烴化合物中,用作R1至R4之取代基的極性官能基,即包括選自氧、氮、磷、硫、矽、及硼中之至少一者的極性官能基可以選自由以下的官能基所組成之群組,或是除了以下的官能基之外可以選自各種其它包括氧、氮、磷、硫、矽、或硼之至少一者的極性官能基:-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、
及。
在極性官能基中,每個p係獨立為從1至10的整數,R5為經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈伸烷基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈伸烯基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈伸炔基;經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環伸烷基;經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的伸芳基;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸羰氧基;或經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的伸烷氧基;以及R6、R7及R8係各自獨立地選自由氫;鹵素;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈烯基;經取代或未經取代的具有2至20個碳原子的直鏈或支鏈炔基;經取代或未經取代的具有3至12個碳原子的環烷基;經取代或未經取代的具有6至40個碳原子的芳基;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的烷氧基;及經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的羰氧基所組成之群組。
另外,在環狀烯烴化合物中,C1可以是未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官
能基取代的C6-C40伸芳基(例如,經取代的或未經取代的伸苯基、1,4-或2,6-伸萘基、或類似物);未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C7-C15芳伸烷基;或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜伸芳基(例如,2,5-噻吩二基、2,5-亞呋喃基、或類似物)。
此外,經由特定官能基A鍵結到C1的C2可以是未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C6-C40伸芳基(例如,經取代的或未經取代的伸苯基、1,4-或2,6-伸萘基、或類似物);包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜伸芳基(例如,2,5-噻吩二基、2,5-亞呋喃基、或類似物);C5-C10環伸烷基(例如環己基或類似物);或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜環伸烷基(例如1,3-二氧基)。
此外,經由特定官能基D鍵結到C2的C3可以是未經取代的或經至少一選自由鹵素、氰基及硝基所組成之群組的官能基取代的C5-C10環伸烷基(例如環己基或類似物);或包括第14、15或16族雜元素的C4-C40雜環伸烷基(例如1,3-二氧基)。
此外,R10可以選自由氫;鹵素;氰基;硝基;-NCS;經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基、經取代或未經取代的具有1至20個碳原子的烷氧基;以及經取代或未經取代的具有6至30個碳原子的芳氧基所組成之群組。
上述的環狀烯烴化合物可以藉由一般將預定的
取代基(更具體來說為化學式1a的光反應性基團或類似物)引入環狀烯烴(例如降冰片烯類化合物)的方法來製備。例如,環狀烯烴化合物可以藉由進行降冰片烯烷醇(例如降冰片烯甲醇或類似物)與羧酸化合物或具有對應於化學式1a的光反應性基團的醯氯化合物之縮合反應來製備。除此之外,上述的環狀烯烴化合物可以使用各種方法藉由引入化學式1a的光反應性基團來製備,取決於化學式1a的光反應性基團之結構和類型。
依據本發明的另一個示例性具體實施例,提供一種光反應性聚合物,該光反應性聚合物包含由以下化學式2a或2b表示的重複單元:
在化學式2a和2b中,各自獨立地,m為50至5,000,以及q、R1、R2、R3、及R4係如化學式1中所定義。
上述包括衍生自如上所述環狀烯烴化合物的重複單元的光反應性聚合物可以表現出優異的光反應性,並具有化學式1a的結構,特別是環狀取代基(C2)經由特定官能基A另外與其鍵結,並且環狀取代基(C3)經由特定官能基
D與其鍵結,使得光反應性聚合物可以具有改良的、與液晶分子的交互作用及優異的光反應性。此外,對各種類型的光的優異光反應性可以藉由選擇及調整來自各種伸芳基、雜伸芳基、環伸烷基、及雜環伸烷基的環狀取代基C2和C3環來表現。
另外,光反應性聚合物包括化學式2a或2b的降冰片烯類重複單元作為主重複單元。由於此降冰片烯類重複單元在結構上是剛性的,並且包括降冰片烯類重複單元的光反應性聚合物具有約300℃以上、較佳約300至350℃的相對高玻璃轉移溫度(Tg),故光反應性聚合物與現有的習知光反應性聚合物、或類似物相比可以具有更優異的熱穩定性。此外,由於光反應性基團被鍵結到降冰片烯類重複單元的結構特徵,因此光反應性聚合物具有相對自由地在聚合物主鏈中移動的光反應性基團,從而表現出優異的配向特性。
因此,光反應性聚合物較佳可被用於光配向的液晶配向層,而且較佳被應用於其它的各種光學應用領域。
由於鍵結到光反應性聚合物的每個取代基之定義已在前面關於化學式1詳細指明,故其描述將被省略。
另外,光反應性聚合物可以只包括至少一選自由化學式2a或2b的重複單元所組成之群組的重複單元,但也可以是進一步包括另一種類型的重複單元的聚合物。此重複單元的實例可以包括任何與或不與肉桂酸酯、查耳酮或偶氮類光反應性基團鍵結的烯烴、丙烯酸酯、或環狀烯烴類重複單元。示例性的重複單元被揭示於韓國專利早期公開第
2010-0021751號、或類似者中。
然而,為了防止優異的光反應性及類似者劣化,關於化學式2a或2b的重複單元,光反應性聚合物可以包括至少約50莫耳%、更具體約50至約100莫耳%、較佳至少約70莫耳%的式2a或2b的重複單元。
此外,構成光反應性聚合物的化學式2a或2b重複單元具有的聚合度在約50至約5,000、較佳約100至約4,000、更佳約1,000至約3,000的範圍中。此外,光反應性聚合物可以具有約10,000至1,000,000、較佳約20,000至500,000的重量平均分子量。因此,光反應性聚合物可以被適當地包含在用於形成配向層的塗層組成物中,以表現出優異的塗佈性質,而且從該塗層組成物製備出的配向層可以表現出優異的液晶配向性、或類似者。
上述光反應性聚合物在曝露於波長約150至約450nm的偏振光之後可以具有光反應性。例如,光反應性聚合物在曝露於波長約200至約400nm、更具體約250至約350nm的偏振光之後可以具有光反應性。特別的是,光反應性聚合物對於如上所述具有寬波長範圍的光及全向偏振光可以藉由在各種伸芳基、雜伸芳基、環伸烷基、及雜環伸烷基之間選擇和調整經由特定官能基A額外鍵結的環狀取代基(C2)和經由特定官能基D額外鍵結的環狀取代基(C3)而具有優異的光反應性。
同時,依據本發明的另一個示例性具體實施例,提供上述的光反應性聚合物之製備方法。作為實例,光反應
性聚合物的製備方法包括以下步驟:在含有包括第10族過渡金屬的預催化劑和助催化劑的催化劑組成物存在下進行由化學式1表示的單體之加成聚合反應,以形成化學式2a的重複單元:
在化學式1中,q、R1、R2、R3、及R4係如化學式2a中所定義。
在這種情況下,聚合反應可以在約10℃至約200℃的溫度下進行。低於10℃的聚合反應溫度降低了聚合活性,而在200℃以上的溫度會不理想地導致催化劑裂解。
此外,助催化劑可以包括選自由第一助催化劑及第二助催化劑所組成之群組中的至少一者,該第一助催化劑提供能夠與預催化劑的金屬形成弱配位鍵的路易斯鹼,該第二助催化劑提供包括第15族電子施體配位基的化合物。較佳的是,助催化劑可以是包括第一助催化劑及視需要的第二助催化劑的催化劑混合物,該第一助催化劑提供路易斯鹼,該第二助催化劑提供包括中性的第15族電子施體配位基的化合物。
在這種情況下,基於1莫耳的預催化劑,該催化
劑混合物可以包括約1至約1,000莫耳的第一助催化劑及約1至約1,000莫耳的第二助催化劑。過低含量的第一或第二助催化劑會導致無法提供足夠的催化劑活性,而過量的第一或第二助催化劑反而會劣化催化劑的活性。
此外,包括第10族過渡金屬的預催化劑可以是具有路易斯鹼官能基的化合物,藉由第一助催化劑提供的路易斯鹼,該路易斯鹼官能基可輕易地從中心過渡金屬離開並參與路易斯酸-鹼反應,以幫助中心過渡金屬被變換成催化劑活性物種。預催化劑的實例包括氯化烯丙基鈀二聚物([(Allyl)Pd(Cl)]2)、醋酸鈀(II)((CH3CO2)2Pd)、鈀(II)乙醯丙酮([CH3COCH=C(O-)CH3]2Pd)、NiBr(NP(CH3)3)4、[PdCl(NB)O(CH3)]2、或類似物。
另外,提供能夠與預催化劑的金屬形成弱配位鍵的路易斯鹼的第一助催化劑可以是容易與路易斯鹼反應的化合物,以在過渡金屬中提供空位並與過渡金屬化合物形成弱配位鍵,以穩定所生成的過渡金屬;或提供這種化合物的化合物。第一助催化劑的實例可以包括硼烷(例如B(C6F5)3)、硼酸鹽(例如二甲基苯胺肆(五氟苯基)硼酸鹽)、烷基鋁(例如甲基鋁氧烷(MAO,)或Al(C2H5)3)、過渡金屬鹵化物(例如AgSbF6)、或類似物。
提供包括中性的第15族電子施體配位基的化合物的第二助催化劑之實例可以包括烷基膦、環烷基膦、苯基膦、或類似物。
此外,第一和第二助催化劑可以被分別使用,或
一起使用以形成單一的鹽化合物,從而被用來作為活化催化劑的化合物。例如,可以有化合物被製備為烷基膦和硼烷或硼酸鹽化合物的離子對。
化學式2a的重複單元和依據示例性具體實施例包括該重複單元的光反應性聚合物可以藉由上述方法來製備。另外,在光反應性聚合物進一步包括烯烴、環狀烯烴、或丙烯酸酯類重複單元、或類似物的情況下,可以藉由使用每個相應的重複單元的一般製備方法形成重複單元、然後使用藉由上述方法製備的化學式2a重複單元共聚合該重複單元來獲得光反應性聚合物。
另一方面,在光反應性聚合物包括化學式2b的重複單元的情況下,光反應性聚合物可以藉由依據本發明之另一個示例性具體實施例的製備方法來製備。
依據本發明之另一個示例性具體實施例的光反應性聚合物之製備方法包括以下步驟:在含有包括第4、6、或8族過渡金屬的預催化劑和助催化劑的催化劑組成物存在下進行降冰片烯醇或降冰片烯烷醇類單體的開環聚合,以形成開環的聚合物;以及在該開環的聚合物中引入由以下化學式1a表示的光反應性基團,以形成由以下化學式2b表示的重複單元。
[化學式2b]
化學式1a中的每個符號係如以上所定義,並且化學式2b中的每個符號係如以上所定義。
在這種情況下,光反應性基團可以藉由進行開環聚合物與羧酸化合物或具有對應於化學式1a的光反應性基團的醯氯化合物之縮合反應而被引入。
作為替代的方法,光反應性聚合物可以藉由在含有包括第4、6、或8族過渡金屬的預催化劑和助催化劑的催化劑組成物存在下進行化學式1單體的開環聚合來製備,以形成化學式2b的重複單元。
在進行開環聚合反應中,當氫氣被加到化學式1單體包括的降冰片烯環或類似物之雙鍵時,可以進行開環,並同時進行聚合,使得化學式2b的重複單元、或類似物、及包括該重複單元的光反應性聚合物可以被製備。
開環聚合可以在催化劑混合物存在下進行,該催化劑混合物係由預催化劑;助催化劑;或視情況的第15族或第16族中性活化劑所組成,該預催化劑包括第4族(例如Ti、Zr、或Hf)、第6族(例如Mo或W)或第8族(例如Ru或Os)的過渡金屬,該助催化劑提供能夠與預催化劑的金屬形成弱配位鍵的路易斯鹼,該中性活化劑能夠提高預催
化劑的金屬活性。在如上所述的催化劑混合物存在下,能夠調整分子量的直鏈烯烴,例如1-烯烴、2-烯烴、或類似物,被以相對於單體約1至約100莫耳%的量添加,並且聚合反應是在約10℃至約200℃的溫度下進行。然後,包括第4族過渡金屬(例如Ti或Zr)或第8至10族過渡金屬(例如Ru、Ni、或Pd)的催化劑被以相對於單體約1重量%至約30重量%的量添加,以在約10℃至約250℃下在降冰片烯環的雙鍵上進行氫化反應。
反應溫度過低時會降低聚合活性,而反應溫度過高時會導致催化劑裂解。此外,氫化反應溫度過低時會降低氫化反應的活性,而氫化反應溫度過高時會導致催化劑裂解。
催化劑混合物包括1莫耳的預催化劑,該預催化劑包括第4族(例如Ti、Zr、或Hf)、第6族(例如Mo或W)、或第8族(例如Ru或Os)的過渡金屬;及約1至約100,000莫耳的助催化劑,該助催化劑提供能夠與預催化劑的金屬形成弱配位鍵的路易斯鹼;或並且視需要地包括約1至約100莫耳的活化劑,該活化劑包括在第15族或第16族、能夠提高預催化劑之金屬活性的中性元素。
助催化劑的含量小於約1莫耳將導致無法活化催化劑,而該含量大於約100,000莫耳將會降低催化劑的活性。活化劑可以是不必要的,取決於預催化劑的種類。活化劑的含量小於約1莫耳將導致無法活化催化劑,而該含量大於約100莫耳將導致分子量降低。
包括第4族(例如Ti或Zr)或第8至10族(例
如Ru、Ni、或Pd)的過渡金屬、用於氫化反應的催化劑之含量相對於單體小於約1重量%時將導致無法氫化,而該含量大於約30重量%時將導致聚合物變色。
包括第4族(例如Ti、Zr、或Hf)、第6族(例如Mo或W)、或第8族(例如Ru或Os)過渡金屬的預催化劑可以指過渡金屬化合物,例如TiCl4、WCl6、MoCl5、RuCl3、或ZrCl4,該過渡金屬化合物具有藉由提供路易斯鹼並參與路易斯酸-鹼反應的第一助催化劑而容易從中心過渡金屬離開的官能基,以幫助中心過渡金屬被變換成催化劑活性物種。
此外,提供路易斯鹼且能夠與預催化劑的金屬形成弱配位鍵的助催化劑之實例可以包括硼烷或硼酸鹽,例如B(C6F5)3;或烷基鋁、鹵化烷基鋁或鹵化鋁,例如甲基鋁氧烷(MAO)、Al(C2H5)3、或Al(CH3)Cl2。或者,可以使用諸如鋰、鎂、鍺、鉛、鋅、錫、矽、或類似物的取代基來取代鋁。以這種方式中,助催化劑為容易與路易斯鹼反應以在過渡金屬中提供空位、並與過渡金屬化合物形成弱配位鍵以穩定所產生的過渡金屬的化合物;或提供這種化合物的化合物。
取決於預催化劑的種類,可能需要或不需要聚合活化劑。包括第15族或第16族中性元素並能夠提高預催化劑之金屬活性的活化劑之實例可以包括水、甲醇、乙醇、異丙醇、苯甲醇、苯酚、乙硫醇、2-氯乙醇、三甲胺、三乙胺、吡啶、環氧乙烷、過氧化苯甲醯、過氧化叔丁基、或類似物。
包括第4族(例如Ti或Zr)或第8至10族(例如Ru、Ni、或Pd)過渡金屬且用於氫化反應的催化劑可以被
製備為與溶劑立即互溶的均質形式,或作為被擔載在微粒載體上的金屬催化劑錯合物。較佳的是,微粒載體的實例可以包括二氧化矽、二氧化鈦、二氧化矽/氧化鉻、二氧化矽/氧化鉻/二氧化鈦、二氧化矽/氧化鋁、磷酸鋁凝膠、矽烷化二氧化矽、二氧化矽水凝膠、蒙脫石黏土或沸石。
化學式2b重複單元及依據示例性具體實施例包括該重複單元的光反應性聚合物可以藉由上述方法來製備。另外,即使在光反應性聚合物進一步包括烯烴、環狀烯烴、或丙烯酸酯類重複單元、或類似物的情況下,光反應性聚合物仍可以藉由使用每個相應重複單元的一般製備方法形成重複單元、然後共聚合此重複單元與藉由上述方法製備的化學式2b重複單元來獲得。
同時,依據本發明的另一個示例性具體實施例,提供了一種包含上述光反應性聚合物的配向層。該配向層可以包括薄膜型配向膜以及薄膜型配向層。依據本發明的另一個示例性具體實施例,提供了一種液晶延遲膜,該液晶延遲膜包含配向層及在該配向層上的液晶層。
除了包括上述的光反應性聚合物作為光配向聚合物之外,可以使用本發明所屬技術領域中習知的構成成分和製備方法來製備配向層和液晶延遲膜。
例如,可以藉由將光反應性聚合物與黏結劑樹脂和光起始劑混合、將混合物溶於有機溶劑中以得到塗層組成物、將該塗層組成物塗佈在基板上、然後藉由UV光照射來固化該塗層組成物來形成配向層。
至於黏結劑樹脂,可以使用丙烯酸酯類化合物,更具體來說可以使用新戊四醇三丙烯酸酯、二新戊四醇六丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、參(2-丙烯醯氧基乙基)三聚異氰酸酯、或類似物。
另外,至於光起始劑,可以使用習知適用於配向層的任何典型光起始劑而沒有任何的限制。例如,可以使用習知產品名稱為Irgacure 907或Irgacure 819的光起始劑。
此外,至於有機溶劑,可以使用甲苯、苯甲醚、氯苯、二氯乙烷、環己烷、環戊烷、丙二醇甲醚乙酸酯、或類似物。因為上述的光反應性降冰片烯類共聚物對各種有機溶劑具有優異的溶解性,故也可以使用其它的有機溶劑而沒有任何限制。
在塗層組成物中,包括光反應性聚合物、黏結劑樹脂、及光起始劑的固體成分之濃度可以在1至15重量%、較佳10至15重量%的範圍中用於塑製膜形式的配向層,或在1至5重量%的範圍中用於塑製薄膜形式的配向層。
可以將配向層形成在例如基板上,如圖1所示,或在液晶層下,以用來將液晶配向。此處,至於基板,可以使用包括環狀聚合物的基板、包括丙烯酸聚合物的基板、或包括纖維素聚合物的基板、或類似物。藉由各種方法將塗層組成物塗佈在基板上,例如棒塗、旋塗、刮塗等,然後在UV光照射下固化,藉以形成配向層。
UV光固化可以造成光配向,並且在此步驟中,照射在約150至約450nm波長範圍中的偏振UV光,藉以造
成配向。此處,光的照射強度為約50mJ/cm2至約10J/cm2,較佳為約500mJ/cm2至約5J/cm2。
本文中使用的UV光可以選自藉由通過或反射自以下元件而被偏振的UV光:①使用諸如石英玻璃、鈉鈣玻璃、無鈉鈣玻璃、或類似物的透明基板之偏振元件,該透明基板之表面上被塗佈介電質非等向性材料;②精細地沉積有鋁或其它金屬線的偏光片;或③使用來自石英玻璃、或類似物的反射的布魯斯特(Brewster)偏光片。
在UV光照射期間,基板的溫度較佳為室溫。然而,在一些情況下,可以在100℃以下的溫度範圍中加熱基板的狀態下照射UV光。較佳的是,通過一系列如上所述的處理所形成的最終塗層具有約30至約1000nm的層厚度。
可以藉由上述方法形成配向層並依據一般的方法在該配向層上形成液晶層來製備液晶延遲膜。由於如上所述的配向層包括光反應性聚合物,故可以實現與液晶分子的優異交互作用,並因此可以有效地進行光配向。
可以將配向層或液晶延遲膜應用於用以實現立體影像的光學膜或濾光片。
依據另一個示例性具體實施例,提供了一種包括該配向層的顯示裝置。該顯示裝置可以是包括用於液晶配向的配向層之液晶顯示裝置;或立體影像顯示裝置,在該立體影像顯示裝置中配向層被包括在光學膜或濾光片中用於實現立體影像、或類似物。然而,由於除了包括上述的光反應性聚合物和配向層之外,顯示裝置的構成元件與典型顯示裝置
的構成元件相同,因此將省略顯示裝置之構成元件的詳細描述。
以下,將提供本發明的較佳實施例來更好地理解本發明。但應瞭解的是,以下的實施例僅用於說明的目的,並無意圖限制本發明的範圍。
在以下的實施例中,使用標準的Schlenk技術或乾燥箱技術來進行所有處理易受空氣或水影響的化合物的工作。使用Bruker 300光譜儀需要核磁共振(NMR)光譜,其中分別在300MHz和75MHz進行1H NMR和13C NMR量測。藉由開環氫化得到的聚合物之分子量和分子量分佈係使用凝膠滲透層析術(GPC,gel permeation chromatography)進行量測,其採用聚苯乙烯樣品作為基準。
為了純化,在鉀/二苯甲酮中蒸餾甲苯,並在CaH2中蒸餾二氯甲烷。
實施例1:
(E)-雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基甲基3-(4-(4'-丙基雙(環己烷)-4-基)苯基)丙烯酸酯之製備
在燒瓶中放入(E)-3-(4-(4'-丙基雙(環己烷)-4-基)苯基)丙烯酸(100.0g,0.28莫耳,Fw=354.53)、N-(3-二甲基胺基丙基)-N'-乙基碳二醯亞胺鹽酸鹽(EDCI,87.6g,0.56莫耳)、及N,N-二甲基醯胺基吡啶(DMAP,68.42g,0.56
莫耳),並加入CH2Cl2(1000ml)。將5-降冰片烯-2-甲醇(34.77g,0.28莫耳,Fw=124.18)加入其中,並在室溫下攪拌20小時。反應完成之後,將水加入其中,並從水中萃取有機相。然後,使用食鹽水洗滌有機相。將有機相以硫酸鎂乾燥、過濾、及藉由管柱層析術(EA:Hex=1:7)純化,從而得到72.3g的標題化合物(產率:56%,Fw=460.69,純度(GC):98%)。
NMR(CDCl3(500MHz),ppm):0.90(3,t),1.25~1.86(27,m),2.13(1,quin),2.27(1,m),2.58(1,m),2.72(1,quin),4.25(1,dd),4.50(1,dd),6.05(2,q),6.31(1,d),7.25(2,d),7.48(1,d),7.63(2,d)
實施例2:
(E)-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基甲基)3-(4-(5-(4-丙基環己基)-1,3-二烷-2-基)苯基)丙烯酸酯之製備
在燒瓶中放入(E)-3-(4-(5-(4-丙基環己基)-1,3-二烷-2-基)苯基)丙烯酸(100g,0.28莫耳,Fw=358.47)、N-(3-二甲基胺基丙基)-N'-乙基碳二醯亞胺鹽酸鹽(EDCI,87.6g,0.56莫耳)、及N,N-二甲基醯胺基吡啶(DMAP,10.5g,0.56莫耳),並加入CH2Cl2(1000ml)。將5-降冰片烯-2-甲醇(34.77g,0.28莫耳,Fw=124.18)加入其中,並在室溫下攪拌20小時。反應完成之後,將水加入其中,並從水中萃取有機相。然後,使用食鹽水洗滌有機相。將有機相以硫酸鎂乾燥、過濾、及藉由管柱層析術(EA:Hex=1:7)純化,
從而得到67.7g的標題化合物(產率:52%,Fw=464.64,純度(GC):98%)。
NMR(CDCl3(500MHz),ppm):0.90(3,t),1.25~1.75(19,m),2.13(1,sex),2.27(1,m),2.58(1,m),3.63(2,dd),3.88(2,dd),4.25(1,dd),4.50(1,dd),5.98(1,s),6.05(2,q),6.31(1,d),7.42(2,d),7.48(1,d),7.64(2,d)
實施例3:
(E)-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基甲基)3-(4'-(4-丙基環己基)聯苯-4-基)丙烯酸酯之製備
在燒瓶中放入(E)-3-(4'-(4-丙基環己基)聯苯-4-基)丙烯酸(25g,71.7毫莫耳,Fw=348.48)、5-降冰片烯-2-甲醇(8.90g,71.7毫莫耳,Fw=124.18)、乙酸鋯氫氧化物(0.25g,1重量%)、及二甲苯(60ml),然後在180℃下、在氮氣氛圍中進行約24小時的共沸回流。反應之後,將溫度降到室溫,並加入100vol.%的乙酸乙酯。使用1M的鹽酸萃取有機相,並用水再洗滌一次。將有機相經硫酸鎂乾燥,之後去除溶劑。將生成物藉由管柱層析術(EA:Hex=1:10)純化,從而得到21.19g的標題化合物(產率:65%,Fw=454.64,純度(GC):98%)。
NMR(CDCl3(500MHz),ppm):0.90(3,t),1.50~1.86(17,m),2.13(1,sex),2.27(1,m),2.58(1,m),2.72(1,quin),4.25(1,dd),4.50(1,dd),6.05(2,q),6.31(1,d),7.36(2,s),7.37(2,d),7.44(2,d),7.48(1,s),7.59(2,d)
實施例4:
(E)-3-((雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)丙基)3-(4-(4'-丙基雙(環己)-4-基)苯基)丙烯酸酯之製備
在燒瓶中放入(E)-3-(4-(4'-丙基雙(環己)-4-基)苯基)丙烯酸(25g,70.5毫莫耳,Fw=354.53)、5-降冰片烯-2-丙醇(10.7g,70.5毫莫耳,Fw=152.24)、乙酸鋯氫氧化物(0.25g,1重量%)、及二甲苯(30ml),然後在180℃下、在氮氣氛圍中進行約24小時的共沸回流。反應之後,將溫度降到室溫,並加入100vol.%的乙酸乙酯。使用1M的鹽酸萃取有機相,並用水再洗滌一次。將有機相經硫酸鎂乾燥,並去除溶劑,之後藉由管柱層析術(EA:Hex=1:10)進行純化,從而得到24.46g的標題化合物(產率:71%,Fw=488.74,純度(GC):98%)。
NMR(CDCl3(500MHz),ppm):0.90(3,t),1.25~1.86(22,m),2.27(1,m),2.58(1,m),2.72(1,quin),4.15(2,t),6.05(2,q),6.31(1,d),7.36(2,s),7.37(2,d),7.44(2,d),7.48(1,s),7.59(1,d)
實施例5:
(E)-雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基甲基3-(4-(4'-丙基雙(環己)-4-基)苯基)丙烯酸酯之聚合
在250ml的Schlenk燒瓶中放入實施例1製備的化合物(50毫莫耳)作為單體和400重量%的純化甲苯作為
溶劑,並加入10莫耳%的1-辛烯。將混合物一邊攪拌一邊加熱到90℃,並加入溶於1ml二氯甲烷的Pd(OAc)2(16微莫耳)和三環己基膦(32微莫耳)作為催化劑及二甲基苯胺肆(五氟苯基)硼酸鹽(32微莫耳)作為助催化劑。在90℃下將混合物攪拌16小時,藉以進行反應。
反應之後,在反應物中放入過量的乙醇,以獲得白色的聚合物沉澱物。將沉澱物通過玻璃漏斗過濾,以收集聚合物,並將收集到的聚合物在60℃的真空烘箱中乾燥24小時,從而得到聚合物(Mw=189,000,PDI=2.59,產率=54%)。
實施例6:
(E)-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基甲基)3-(4-(5-(4-丙基環己基)-1,3-二烷-2-基)苯基)丙烯酸酯之聚合
在250ml的Schlenk燒瓶中放入實施例2製備的化合物(50毫莫耳)作為單體和400重量%的純化甲苯作為溶劑,並加入10莫耳%的1-辛烯。將混合物一邊攪拌一邊加熱到90℃,並加入溶於1ml二氯甲烷的Pd(OAc)2(16微莫耳)和三環己基膦(32微莫耳)作為催化劑及二甲基苯胺肆(五氟苯基)硼酸鹽(32微莫耳)作為助催化劑。在90℃下將混合物攪拌16小時,藉以進行反應。
反應之後,在反應物中放入過量的乙醇,以獲得白色的聚合物沉澱物。將沉澱物通過玻璃漏斗過濾,以收集聚合物,並將收集到的聚合物在60℃的真空烘箱中乾燥24小時,從而得到聚合物(Mw=175,000,PDI=2.97,產率=59%)。
實施例7:
(E)-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基甲基)3-(4'-(4-丙基環己基)聯苯-4-基)丙烯酸酯之聚合
在250ml的Schlenk燒瓶中放入實施例3製備的化合物(50毫莫耳)作為單體和400重量%的純化甲苯作為溶劑,並加入10莫耳%的1-辛烯。將混合物一邊攪拌一邊加熱到90℃,並加入溶於1ml二氯甲烷的Pd(OAc)2(16微莫耳)和三環己基膦(32微莫耳)作為催化劑及二甲基苯胺肆(五氟苯基)硼酸鹽(32微莫耳)作為助催化劑。在90℃下將混合物攪拌16小時,藉以進行反應。
反應之後,在反應物中放入過量的乙醇,以獲得白色的聚合物沉澱物。將沉澱物通過玻璃漏斗過濾,以收集聚合物,並將收集到的聚合物在60℃的真空烘箱中乾燥24小時,從而得到聚合物(Mw=181,000,PDI=3.23,產率=52%)。
實施例8:
(E)-3-((雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)丙基)3-(4-(4'-丙基雙(環己)-4-基)苯基)丙烯酸酯之聚合
在250ml的Schlenk燒瓶中放入實施例4製備的化合物(50毫莫耳)作為單體和400重量%的純化甲苯作為溶劑,並加入10莫耳%的1-辛烯。將混合物一邊攪拌一邊加熱到90℃,並加入溶於1ml二氯甲烷的Pd(OAc)2(16微莫耳)和三環己基膦(32微莫耳)作為催化劑及二甲基苯胺肆
(五氟苯基)硼酸鹽(32微莫耳)作為助催化劑。在90℃下將混合物攪拌16小時,藉以進行反應。
反應之後,在反應物中放入過量的乙醇,以獲得白色的聚合物沉澱物。將沉澱物通過玻璃漏斗過濾,以收集聚合物,並將收集到的聚合物在60℃的真空烘箱中乾燥24小時,從而得到聚合物(Mw=163,000,PDI=2.74,產率=62%)。
實施例9:
藉由開環聚合和氫化反應來製備光反應性聚合物
在250ml的Schlenk燒瓶中,在Ar氛圍下放入5-降冰片烯-2-甲醇(6.20g,50毫莫耳),然後加入純化的甲苯(34g)作為溶劑。首先將燒瓶保持在80℃的聚合溫度下,加入三乙基鋁(11.4mg,1.0毫莫耳)作為助催化劑。接著,加入0.01M(莫耳/升)的甲苯溶液(1ml(WCl8:0.01毫莫耳,乙醇:0.03毫莫耳),該甲苯溶液含有混合比為1:3的六氯化鎢(WCl6)和乙醇的混合物。最後,將1-辛烯(0.84g,7.5毫莫耳)作為分子量調節劑加入燒瓶中,然後在80℃下將混合物攪拌18小時,藉以進行反應。反應完成之後,將少量的乙基乙烯基醚作為聚合抑制劑逐滴加到聚合溶液中,並將燒瓶攪拌5分鐘。
將聚合溶液轉移到300ml的高壓反應器之後,加入三乙基鋁(TEA,0.06ml)。接著,將格雷斯雷尼鎳(grace raney nickel)(0.50g,在水中的泥漿相)加入其中,並在保持於80atm的氫氣壓力下、在150℃將聚合溶液攪拌2小時,
藉以進行反應。反應完成之後,將聚合溶液逐滴加到丙酮中,以產生沉澱。之後,將獲得的沉澱物過濾並在70℃的真空烘箱中乾燥15小時。結果,得到5.62g的5-降冰片烯-2-甲醇的開環氫化聚合物(產率=90.6%,Mw=69,900,PDI=4.92)。
在250ml的雙頸燒瓶中放入5-降冰片烯-2-甲醇的開環氫化聚合物(15g,0.121莫耳)、三乙胺(Aldrich,61.2g,0.605莫耳)、及THF(50ml),然後,在0℃的冰水浴中攪拌混合物。
將(E)-3-(4-(4'-丙基雙(環己)-4-基)苯基)丙烯醯氯(49.61g,0.133莫耳,Fw=372.97)溶於THF(60ml)中並使用另外的燒瓶緩慢加入。10分鐘後,將反應物溫熱至室溫並攪拌18小時以上。將溶液使用乙酸乙酯稀釋、轉移至分液漏斗、並使用水和NaHCO3洗滌數次。將反應溶液逐滴加到丙酮中以產生沉澱,將生成的沉澱物過濾,並在70℃的真空烘箱中乾燥15小時。結果,製備出實施例1的單體之開環氫化聚合物(產率:92%)。
比較例1:
(E)-苯基-4-(3-(3-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)丙氧基)-3-氧代丙-1-烯-1-基)苯甲酸酯之合成
在燒瓶中放入(E)-3-(4-(苯氧基羰基)苯基)丙烯酸(9.15g,34.1毫莫耳,Fw=268.27)、5-降冰片烯-2-丙醇(10.7g,70.5毫莫耳,Fw=152.24)、乙酸鋯氫氧化物(0.25g,1重量%)、及二甲苯(30ml),然後在180℃的氮氣氛
圍中進行約24小時的共沸回流。反應之後,將溫度降到室溫並加入100vol.%的乙酸乙酯。使用1M的鹽酸萃取有機相,並用水再洗滌一次。將有機相經硫酸鎂乾燥,並去除溶劑,接著通過管柱層析術(EA:Hex=1:10)純化,從而得到9.47g的標題化合物(產率:69%,Fw=402.49,純度(GC):97.5%)。
NMR(CDCl3(300MHz),ppm):0.59(m,1),1.48~1.16(m,2),1.91~1.83(m,1),2.45(m,1),2.94~2.75(m,2),5.0~4.9(m,2),6.17~5.98(m,2),6.55(d,1),7.23~7.14(m,2),7.35(d,2),7.84~7.71(m,5)
比較例2:
(E)-苯基-4-(3-(3-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)丙氧基)-3-氧代丙-1-烯-1-基)苯甲酸酯之聚合
在250ml的Schlenk燒瓶中放入比較例1製備的化合物(3毫莫耳)作為單體和純化甲苯(3ml)作為溶劑。將混合物一邊攪拌一邊加熱到90℃,並加入溶於1ml二氯甲烷的Pd(OAc)2(16微莫耳)和三環己基膦(32微莫耳)作為催化劑及二甲基苯胺肆(五氟苯基)硼酸鹽(32微莫耳)作為助催化劑。在90℃下將混合物攪拌18小時,藉以進行反應。
反應之後,在反應物中放入過量的乙醇,以獲得黃色的聚合物沉澱物。將沉澱物通過玻璃漏斗過濾,以收集聚合物,並將收集到的聚合物在60℃的真空烘箱中乾燥24小時,從而得到1.01的聚合物(Mw=143,000,PDI=3.4,產
率=84%)。
配向層和延遲膜的製造
將3重量%依據實施例5至9和比較例2的光反應性聚合物、1.0重量%的丙烯酸酯類黏結劑(PETA)、及0.5重量%的光起始劑(由Ciba-Geigy化學公司製造的Irgacure 907)分別溶於甲苯溶劑中,並分別使這些溶劑滴下而棒塗在COP膜上。
在80℃下將COP膜乾燥2分鐘之後,將偏振的UV光(100mW/cm2)照射在其上。使用具有強度100mW/cm2的高壓汞燈作為光源的線柵偏光器(Moxtek公司)進行照射,使得相對於膜前進方向垂直偏振的UV光被照射出。偏振UV光的光強度是由時間調整。
使A板液晶(由Merck製造,25重量%的甲苯溶液)滴下並棒塗在配向層上,及將UV光(15mJ/cm2)照射在其上,隨後將液晶固化,從而獲得延遲膜。
配向性質之評估
使用偏光顯微鏡在兩個垂直排列的偏光片之間觀察使用實施例5和6及比較例2的光反應性聚合物製造的每個延遲膜,藉以評估配向性質。
也就是說,以厚度100μm的COP膜(製造商:Zeon,商品名:Zeonor)為基礎的延遲膜位於兩個垂直排列
的偏光片之間,並使用偏光顯微鏡來測定入射光通過偏光片和延遲膜的透射率,藉以量測漏光度。在這種情況下,漏光度是基於10分制來評估。
此外,延遲膜的定量相位差值是使用Axoscan(Axomatrix)量測。在這種情況下,在膜表面方向上的相位差值是使用波長550nm的光進行量測。
參照表1,在使用實施例的聚合物製造的延遲膜中,液晶的配向方向是均勻的,且與入射光的波長無關,使得延遲膜具有良好的配向性質,而且其整個膜內的相位差值為約130nm,因此可以確認的是,液晶的優良非等向性性質可被實現。
反之,在使用比較例2的聚合物製造的延遲膜中,配向性質變差,而且液晶的配向方向是不均勻的,因此可以確認的是會發生漏光。此外,儘管液晶的厚度相同,但相位差值是低的(約113nm),因此可以確認的是,非等向性性質未被適當地實現。
Claims (12)
- 一種環狀烯烴化合物,該環狀烯烴化合物具有一由以下化學式1表示的光反應性基團:
- 如申請專利範圍第1項之環狀烯烴化合物,其中該包括選自氧、氮、磷、硫、矽、及硼中之至少一者的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2項之環狀烯烴化合物,其中R5至R8的每個官能基係未經取代的或經一選自由鹵素、烷基、烯基、炔基、鹵烷基、鹵烯基、鹵炔基、芳基、鹵芳基、芳烷基、鹵芳烷基、烷氧基、鹵烷氧基、羰氧基、鹵羰氧基、芳氧基、鹵芳氧基、矽基、及矽氧基所組成之群組的官能基取代。
- 一種光反應性聚合物,包含一由以下化學式2a或2b表示的重複單元:
- 如申請專利範圍第4項之光反應性聚合物,其中該光反應性聚合物具有一10,000至1,000,000g/mol的重量平均分子量。
- 如申請專利範圍第4項之光反應性聚合物,其中該包括選自氧、氮、磷、硫、矽、及硼中之至少一者的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、
- 一種如申請專利範圍第4項之光反應性聚合物的製備方法,該製備方法包含以下步驟:在一含有一包括一第10族過渡金屬的預催化劑 和一助催化劑的催化劑組成物存在下進行由以下化學式1表示的單體之一加成聚合反應,以形成如申請專利範圍第4項之化學式2a的重複單元:
- 一種如申請專利範圍第4項之光反應性聚合物的製備方法,該製備方法包含以下步驟:在一催化劑組成物存在下進行一降冰片烯醇或降冰片烯烷醇類單體之一開環聚合反應,該催化劑組成物含有一預催化劑和一助催化劑,該預催化劑包括一第4、6、或8族過渡金屬,以形成一開環的聚合物;以及在該開環的聚合物中引入一由以下化學式1a表示的光反應性基團,以形成一由以下化學式2b表示的重複單元:
- 如申請專利範圍第8項之光反應性聚合物的製備方法,其中在進行該開環聚合反應中,在一降冰片烯環中的一雙鍵上進行一氫化反應,使得該開環和聚合可進行。
- 一種包含如申請專利範圍第4至6項中任一項之光反應性聚合物的配向層。
- 一種液晶延遲膜,包含如申請專利範圍第10項之配向層及一在該配向層上的液晶層。
- 一種顯示裝置,包含如申請專利範圍第10項之配向層。
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