具有強uv-二色性的光定向層的製作方法

2023-05-08 17:32:16 1

具有強uv-二色性的光定向層的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於液晶的平面定向的光定向層。本發明的光定向層顯示出在UV波長範圍內二色性的特徵性波長依賴性。本發明進一步涉及提供這種光定向層的方法以及包括它們的液晶器件。
【專利說明】具有強UV-二色性的光定向層
【技術領域】
[0001]本發明涉及在UV波長範圍內顯示出二色性的特徵性波長依賴性的光定向層。本發明進一步涉及提供這種光定向層的方法以及包括它們的液晶器件。
[0002]發明背景
[0003]當今液晶顯示器(IXDs)在商業上用於其中電子顯示信息的幾乎任何領域。高解析度的LCDs例如用於電視屏，計算機監控器，膝上型電腦，平板電腦，智慧型手機，行動電話和數位相機。儘管尺寸和應用完全不同，但所有這些IXDs是可視頻的，且要求高速轉換和高的對比度比。為了實現高的對比度，最重要的是提供非常低的暗態亮度。在「正常白」的IXD模式，例如標準TN-1XD中，通過施加電壓到IXD上，來實現暗態。因此，可通過施加的電壓來控制暗態下的光透射。在「正常黑」模式的IXD，例如垂直定向(VA)模式，廣視角技術(IPS)或散射場轉換(FFS)中，暗態對應於非活化狀態，和因此暗態亮度不可能通過電壓來調節。因此，暗態主要取決於LCD內液晶定向的質量。對於VA-模式的LCDs來說，若所有液晶分子幾乎垂直於LCD表面定向，則實現了暗態亮度，因為從與屏幕垂直的方向觀察的觀察者沿著液晶分子的光軸方向觀察，在所述方向內液晶沒有顯示出雙折射。
[0004]在平面模式，例如IPS和FFS的情況下，暗態內的液晶導引子平行或垂直於附著的通常交叉偏振膜的偏振方向取向。在所需方向上並不完美地定向的液晶區引入雙折射，這將引起光洩露，所述光洩露是由於光的去偏振導致的。因此，對於平面模式的IXDs來說，在定向層內液晶的非常明確的方位角錨定對於保證暗態亮度來說是關鍵的，尤其當在通常黑模式下操作時。
[0005]當施加電壓到IXD上，使之轉換成灰或亮態時，液晶層變形，和再者定向層必須提供用於液晶的強的錨定力，以便驅動它們回到起始的關閉狀態的結構，一旦施加的電壓低於LCD的閾值電壓時。與起始關閉狀態的結構的任何偏離作為圖像殘留會被觀察到和因此降低圖像質量。由於施加交流電(AC)電壓，使LCD轉換到不同的灰度水平，因此，在AC-電壓變化或除去之後發生的圖像殘留也稱為AC-記憶。
[0006]常規地，通過用布料刷塗在IXD基底上的薄的聚合物層，進行IXD生產中液晶的定向。由於母玻璃尺寸增加導致這一方法變得越來越挑戰，因此強烈需要替代的定向方法。
[0007]替代刷塗方法的最有前景的方法是光定向。與刷塗相反，光定向避免了與定向層表面的機械接觸。結果，光定向沒有產生機械缺陷，和因此它提供非常高的生產率。
[0008]幾年前，光定向被成功地引入到批量生產VA-1XDs中，和現在是用於IXD定向的已被確定的技術。另一方面，儘管LCD製造商強烈需求平面模式LCDs的光定向，但迄今為止，它沒有被引入到生產這種IXDs中。理由是就顯示對比度和圖像殘留來說，光定向材料迄今為止滿足不了平面模式的LCDs的挑戰性的定向質量要求。
[0009]因此，本發明的目的是提供新的光定向材料，和用於平面LCD模式的具有高錨定的光定向層，它使得能得到具有減少的AC-記憶的高對比度的LCDs。
[0010]發明概述
[0011]根據本發明的第一方面，提供一種用於液晶平面定向的光定向層。光定向層是光學各向異性的，且在230nm以上的至少一個波長範圍內具有每微米厚度Λ A〈-0.3的負的二色性，和在190nm至230nm的至少一個波長範圍內具有每微米厚度Λ A >0.07的正的二色性。
[0012]優選地，在230nm以上的至少一個波長範圍內每微米厚度Λ A小於-0.4，和在190nm至230nm的至少一個波長範圍內每微米厚度ΔΑ大於0.15。甚至更優選的是,在230nm以上的至少一個波長範圍內每微米厚度Λ A小於-0.5，和在190nm至230nm的至少一個波長範圍內每微米厚度Λ A大於0.2。最優選的是，在230nm以上的至少一個波長範圍內每微米厚度ΛΑ小於-0.7，和在190nm至230nm的至少一個波長範圍內每微米厚度Δ A大於0.3。
[0013]通過將光定向材料曝光於定向光下，生成在所述至少兩個波長範圍內的二色性。
[0014]在本申請中所使用的術語「光學各向異性」是指一般地光學參數，例如是指吸光或折射指數，其中一個或多個這些光學性能可以是各向異性的。各向異性可以存在於覆蓋UV-、可見光和紅外光的波長範圍內的任何處。在本發明的上下文中，定向光是可引發光定向的波長的光。優選地，該波長在UV-A、UVB和/或υν/C-範圍內或者在可見光範圍內。這取決于波長合適的光定向材料。
[0015]定向光是線性或橢圓形偏振的，其中術語偏振還應當包括部分偏振的光。優選地，定向光以大於10:1的偏振度線性偏振。
[0016]在本發明的上下文中所使用的術語「預傾斜角」是在不存在任何外力例如電場或磁場的情況下，液晶導引子和定向層表面之間的角度。液晶導引子應當是指液晶分子的長軸的平均方向。在本發明的上下文中，「平面定向」應當是指預傾斜角小於30°。
[0017]在液晶材料內通過定向層誘導的預傾斜角不僅取決於定向層的性能，而且取決於液晶材料的性質。因此，可存在當與本發明的定向層接觸時沒有平面定向的液晶材料。然而，這不從具有平面定向的應用中排除這種光定向層，只要存在其中可實現平面定向的合適的液晶即可。因此，關於預傾斜角範圍的優選值不應當是指在任何液晶材料內誘導這種預傾斜角，而應當是指存在其中可誘導相應範圍內的預傾斜角的液晶材料。
[0018]優選地，光定向層可在合適的液晶材料內誘導小於10°的預傾斜角。更優選的是光定向層可在合適的液晶材料內誘導小於5°的預傾斜角，和最優選的是光定向層可在合適的液晶材料內誘導小於1°的預傾斜角。
[0019]定向光方向應當指在曝光過程中定向層表面和定向光的偏振平面的交線。若定向光橢圓偏振，則偏振面應當是指由光的入射方向和由偏振橢圓的主軸確定的平面。
[0020]在本發明的上下文中使用術語「定向光方向「不僅描述曝光過程持續時間的方向，而且在曝光之後是指在定向層上的定向光的方向，當它在曝光過程中被採用時。
[0021]在本發明的上下文中，二色性Λ A (λ)定義為沿著定向光的方向測量的吸光度Ap(A)和與定向光方向垂直的方向測量的吸光度As ( λ )之差,其中λ是光的波長。
[0022]在某一波長下正的二色性應當是指在這一波長下Λ Α>0，而負的二色性應當是指Δ Α〈0。
[0023]術語「光定向層」應當是指通過將可光定向的材料曝光於定向光下而獲得的定向層。光定向材料可以是任何種類的光敏材料，它可通過曝光於定向光下而定向，而與光反應機理無關。因此，合適的光定向材料例如是其中一旦曝光於定向光下通過光-二聚合、光-分解、順式-反式異構化或光-Fries重排誘導定向的材料。因此，本發明的優選的光定向層是其中通過光-二聚合、光-分解、順式-反式異構化或光-Fries重排引起二色性的那些。
[0024]根據本發明的第二方面，提供一種生成光定向層的方法，所述光定向層顯示出本發明的二色性的性能。該方法包括在基底上製備合適的光-定向材料的層，和將該層曝光於定向光下。選擇光-定向材料，使得一旦暴露於定向光下，則得到具有本發明的特徵二色性性能的光定向層。
[0025]根據本發明的第三方面，提供一種具有液晶的平面定向的液晶顯示器件，所述液晶顯示器件摻入了以上所述的至少一層光定向層。由於通過本發明光定向層提供的錨定能強，因此，這些LCDs顯示出高的對比度和低的AC-記憶。根據本發明，在LCD中的液晶材料內的光定向層誘導的預傾斜角小於30°。優選地，在LCD中的液晶材料內的光定向層誘導的預傾斜角小於10°。更優選的在LCDs中通過液晶材料內的光定向層誘導的預傾斜角小於5°，和最優選的在LCDs中通過液晶材料內的光定向層誘導的預傾斜角小於1°。
[0026]本發明的LCDs可使用具有平面定向的任何種類的顯示模式，例如扭曲向列型(TN)，IPS或FFS。優選地，在IXD內的電極使得一旦施加電壓到電極上，則產生電場，所述電場在液晶層內的某些位置處平行於定向層的表面。為了實現這，典型地提供電壓到在兩個基底的僅僅一個之上的電極上。對於這一目的來說，可使用叉指電極，例如梳形的形式。特別優選的是使用IPS或FFS模式的IXDs。
[0027]附圖簡述
[0028]圖1示出了由不同光-聚合物製備的光定向層的二色性的測量。
[0029]圖2示出了現有技術的光聚合物中光定向層的二色性。圖2對應於Schadt等人，Jpn.J.Appl.Phys, Vol.34 (1995), 3240 的圖 4a。
[0030]發明詳述
[0031]本發明的可光定向的材料摻入可光定向的部分，該部分一旦曝光於定向光下能產生優選的方向和因此誘導液晶的定向能力。
[0032]可光定向的部分優選具有各向異性吸收性能和優選顯示出波長範圍為230_500nm的吸收。
[0033]優選地，可光定向的部分具有碳-碳，碳-氮，或氮-氮雙鍵。
[0034]例如，可光定向部分是取代或未取代的偶氮染料，蒽醌，香豆素，mericyanine,甲燒，2-苯基偶氮噻唑，2-苯基偶氮苯並噻唑，芪，氰基芪，查耳酮，肉桂酸酯，stilbazolium,1，4-雙(2-苯基乙烯基)苯，4，4』 -雙(芳基偶氮)芪，二萘嵌苯，4，8- 二氨基-1，5-萘醌染料，具有與兩個芳環共軛的酮基團或酮衍生物的二芳基酮，例如取代的二苯甲酮，二苯甲酮亞胺，苯腙，和半卡巴腙。
[0035]製備以上列舉的各向異性吸收材料的方法是公知的，例如Hoffman等人的美國專利N0.4，565，424，Jones等人的美國專利N0.4, 401, 369, Cole, Jr.等人的美國專利N0.4，122，027，Etzbach等人的美國專利N0.4，667，020和Shannon等人的美國專利N0.5, 389, 285 中所示。
[0036]優選地，可光定向的部分包括芳基偶氮，聚(芳基偶氮)，芪，和二芳基酮衍生物和肉桂酸酯，更優選可光定向的部分包括肉桂酸酯。[0037]光定向材料可具有單體、低聚物或聚合物形式。可光定向的部分可在聚合物或低聚物的主鏈內或者在側鏈內共價鍵合，或者它們可以是單體的一部分。
[0038]聚合物表示例如聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚醯亞胺，聚醯胺酸，聚馬來醯亞胺，聚-2-氯丙烯酸酯，聚-2-苯基丙烯酸酯；未取代或被C1-C6烷基取代的聚丙烯醯胺，聚甲基丙烯醯胺，聚-2-氯丙烯醯胺，聚-2-苯基丙烯醯胺，聚乙烯醚，聚乙烯酯，聚苯乙烯衍生物，聚矽氧烷，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的直鏈或支鏈的烷酯；聚苯氧基烷基丙烯酸酯，聚苯氧基烷基甲基丙稀酸酷，聚苯基烷基甲基丙稀酸酷，其中烷基殘基具有1_20個碳原子；聚丙烯腈，聚甲基丙烯腈，聚苯乙烯，聚-4-甲基苯乙烯，或其混合物。
[0039]進一步地，優選的可光定向單體或低聚物或聚合物公開於美國專利N0.5，539，074，美國專利 N0.6，201，087，美國專利 N0.6，107，427，美國專利 N0.6，335，409和美國專利N0.6，632，909中。
[0040]已發現，具有權利要求1中性能的光定向層提供對液晶強的錨定，這導致高的對比度和低的AC-記憶，當在IXDs中採用時。用於本發明的光定向層的合適的可光-定向的材料例如是光聚合物1，2，10，11和12:
【權利要求】
1.一種用於液晶的平面定向的光定向層，它是光學各向異性的，且在230nm以上的至少一個波長範圍內具有每微米厚度Λ A〈-0.3的負的二色性，和在190nm至230nm的至少一個波長範圍內具有每微米厚度Λ A>0.07的正的二色性。
2.權利要求1的光定向層，其中在230nm以上的至少一個波長範圍內具有每微米厚度Λ A〈-0.5的負的二色性，和在190nm至230nm的至少一個波長範圍內具有每微米厚度Δ A>0.2的正的二色性。
3.權利要求1或2的光定向層，它能定向與定向層表面接觸的合適的液晶材料使得所述液晶的傾斜角小於10°。
4.權利要求3的光定向層，它能定向與定向層表面接觸的合適的液晶材料使得液晶的傾斜角小於1°。
5.前述任何一項權利要求的光定向層，其中通過順式-反式異構化，引起二色性。
6.權利要求1-4任何一項的光定向層，其中通過光-二聚合，引起二色性。
7.權利要求1-4任何一項的光定向層，其中通過光-分解，引起二色性。
8.權利要求1-4任何一項的光定向層，其中通過光-Fries重排，引起二色性。
9.一種液晶顯不器件,它包括前述任何一項權利要求的光定向層。
10.權利要求9的液晶顯示器件，其中通過光定向層誘導的液晶材料內的預傾斜角小於 10°。
11.權利要求9的液晶顯示器件，其中通過光定向層誘導的液晶材料內的預傾斜角小於I。。
12.權利要求9-11任何一項的液晶顯示器件，其中電極使得一旦施加電壓到電極上則產生電場，在液晶層內的某些點處，所述電場平行於定向層的表面。
13.權利要求9-12任何一項的液晶顯示器件，它採用IPS或FFS模式。
【文檔編號】G02F1/1337GK103890648SQ201280048701
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月28日 優先權日:2011年10月3日
【發明者】M·伊貝恩-埃爾哈耶, E·溫斯特拉, M·科西林 申請人:羅利克有限公司