[發明專利]用于盤狀液晶取向的二元協同光敏液晶取向劑及制備方法

無效

• 申請號: 201010618234.4
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102127458A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 楊槐;趙東宇;崔曉鵬;柳青;楊洲;李喆
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C09K19/56
• 分類號: C09K19/56;G02F1/1337;C07C69/78;C07C67/08
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明涉及光學薄膜材料技術領域，尤其涉及一中光交聯型雙元光敏液晶取向劑的制法及用途，特別是用作盤狀液晶的垂直取向層。

背景技術

液晶被發現至今約一百年，但也是近三十多年來才獲得了突飛猛進的發展。由于液晶具有強誘電性及光學各向異性，當液晶受到電場、磁場、光、熱等外界刺激時，會改變分子的排列方向，具有特殊電氣光學效果。這一特殊性質不僅被應用于電子表、計算器及汽車儀表盤的顯示器上，還有投影儀的光柵元件、影印機的記憶元件，甚至用作纖維補強材料制作成工程塑料等等，更被用于以TFT-LCD為代表的液晶顯示領域，現今商業上所應用于顯示的包括棒狀與盤狀液晶材料都屬于向列相液晶，各個領域如物理、化學、材料、電子科學相關的學者都投身于相關研究中。隨著技術的突破及市場需求的急劇增長，使得以液晶顯示(LCD)為代表的平板顯示(FPD)技術迅速崛起。在眾多的平板顯示器激烈競爭中，TFT-LCD能夠脫穎而出，成為新一代的主流顯示器絕不是偶然，是人類科技發展和思維模式發展的必然。

無論是對于基于棒狀向列相液晶還是盤狀液晶分子的功能薄膜和器件而言，液晶有穩定和均勻的初始排列顯得尤為重要。具有誘導液晶取向排列作用的薄層稱為液晶取向層。經過取向處理后的基板表面，液晶分子會沿著一個特定方向取向，棒狀向列相及盤狀液晶分子的取向排列方式包括水平取向、垂直取向和傾斜取向及混合，如圖1所示。

液晶的取向材料及取向處理方法有多種，其中最重要的是摩擦取向。摩擦取向技術的發現對于液晶顯示技術的發展起到了重要的作用，至今為止仍然是各類液晶顯示器制造過程中使用最廣泛的取向技術。但它存在著很難解決的缺點：1、摩擦過程中會引起靜電和產生塵埃，并將對TFT造成一定損傷。2、液晶顯示器件及功能薄膜的工藝要求中，液晶分子的多疇排列顯得尤為必要，然而，傳統的摩擦方法處理后只能夠使液晶在表面沿單一方向均勻取向，不能滿足高分辨率多疇液晶顯示器的取向要求。3、現在的摩擦法只對平面表面起作用，對于形狀不規則的基板，通過摩擦取向就很困難。所以，目前迫切需要研究新的液晶取向材料和技術，尋找非摩擦的替代取向方法以適應液晶顯示技術迅猛發展的需要。近年較常見的方法有：光控取向法、LB膜法、單層有機分子自組裝法及SiOx傾斜蒸鍍法等。目前取得較大進展的取向技術研究是光控取向法。

通過偏振紫外光照射，會引發聚合物薄膜的光異構、光交聯和光降解，并產生表面各向異性，使得液晶分子在薄膜上發生取向排列。液晶的光控取向技術是為克服傳統摩擦取向技術的缺點而出現的一種新型液晶取向技術。在已有小分子液晶光控取向研究的基礎上，很多研究也關注于盤狀液晶分子的光控取向。光取向法通過控制光的偏振方向和光照區域，可以在聚合物表面獲得多疇結構，使液晶分子在不同區域沿不同方向取向，這在制作高分辨率多疇液晶取向方面具有很大的優越性。液晶的光取向不但可以用于液晶顯示，而且可以用于集成光學元件、光學信息儲存等領域，因而得到了廣泛重視。

影響液晶光取向的因素主要有光源、襯底材料、液晶材料。光源一般采用高壓汞燈、氙燈、鹵素燈等，然后通過濾光裝置和起偏器獲得單色偏振光，也有人采用偏振紫外激光或非偏振紫外光。光取向法根據處理過程不同可分為兩類：一類是復合體系，不需要表面預處理，直接用光取向摻有感光高分子的液晶層；另一類是非復合體系，用偏振光預處理聚合物襯底，再使液晶分子在襯底上取向排列，這是目前采用較多的方法。另外，根據選用的取向材料不同，又可分為以下幾類：(1)含有可進行光交聯反應基團(如肉桂酸酯、香豆素等)的聚合物材料；(2)含有可進行光致異構化反應基團(如偶氮)的聚合物材料；(3)可光降解聚合物材料(如聚酰亞胺、聚苯乙烯等)。

光交聯型取向材料通常包括肉桂酸酯類、香豆素類、苯乙烯基苯并吡咯酮類、苯乙烯基吡啶類、二苯基乙炔類等。這些具有光活性的取向材料在線偏振光的照射下發生[2+2]環化聚合反應，使取向層分子具有各向異性，從而誘導液晶分子取向。圖2是一種肉桂酸材料在紫外光照射下的反應示意圖。圖中二聚反應是在平行于線性偏振光的方向上進行的，其它方向上沒有發生二聚的分子，因而光聚合反應具有各向異性，從而使液晶分子的指向矢和線性偏振光的偏振方向相垂直。除上述含有雙鍵的光交聯取向材料外，含有炔鍵二苯乙炔基團的聚合物材料也被用于液晶的光取向研究中。紫外光輻照二苯乙炔基團只發生交聯反應，生成1，2，3-三苯基茂并芳庚和1，2，3-三苯基萘等環化產物。