CN101013262A - 感光性单体、液晶材料、液晶面板及其制作方法、光电装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感光性单体、液晶材料、液晶面板及其制作方法、光电装置及其制作方法，该感光性单体，以化学式表示如右式，“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”选自氢原子、氟原子、氯原子、氰基、烷基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基及具有1～7个碳原子的烷基羰氧基中的至少一氢原子被氟原子或氯原子所取代。“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”选自于氢原子、氟原子、氯原子、氰基、氰硫基、五氟化硫基、亚硝酸根、直链或支链烷基和Z－Sp－P基，且四者中至少一者为Z－Sp－P基。“Z”选自氧原子、硫原子、甲氧基、羰基、羧基、胺甲酰基、甲硫基、乙烯基羰基、羰基乙烯基和单键。“Sp”选自直链或支链烷基和单键。“P”为可聚合基团。

Description

感光性单体、液晶材料、液晶面板及其制作方法、光电装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种光电装置及其制作方法，尤其涉及一种应用高分子辅助定向技术的光电装置及其制作方法。

背景技术

近年来液晶面板发展出一种称为高分子辅助定向(Polymer-StabilizingAlignment，PSA)的定向的技术，此技术是将感光性单体混入液晶层中，待其排列好之后照射紫外光，让感光性单体聚合成定向聚合物，引导液晶分子排列。然而，现有感光性单体聚合的定向聚合物的定向能力不佳，定向聚合物无法有效的归置液晶分子。当施以电压时，杂乱的液晶分子便需要很长的反应时间才能将全部的液晶分子旋转到预设倾斜角度，由此极大地影响了液晶面板的显示质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种感光性单体，其中心硬核为共平面结构，当其应用于液晶面板的制作方法时，可以增加聚合后的定向聚合物对液晶分子的归置力，增强定向能力。

根据本发明的第一方面，提出一种感光性单体，以化学式表示如下：

“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”选自氢原子、氟原子、氯原子、氰基、烷基、烷基羰基、烷氧基羰基及烷基羰氧基，其中烷基羰氧基包含碳原子数目介于1～7，且至少一氢原子被氟原子或氯原子所取代。”R₁”，”R₂”，”R₃”及”R₄”选自于氢原子、氟原子、氯原子、氰基、氰硫基、五氟化硫基、亚硝酸根、直链或支链烷基和Z-Sp-P基，其中直链或支链烷基包含的碳原子数目介于1～12之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子、硫原子、伸乙烯基、羰基、羧基、羰基硫化物或炔基所取代。“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”四者其中至少一者为Z-Sp-P基。“Z”选自氧原子、硫原子、甲氧基、羰基、羧基、胺甲酰基、甲硫基、乙烯基羰基、羰基乙烯基和单键。“Sp”选自直链或支链烷基和单键，其中直链或支链烷基所含碳原子数目介于1～8之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子或硫原子取代。“P”为一可聚合基团。

根据本发明的第二方面，提出一种液晶材料包含液晶分子及上述的感光性单体。

根据本发明的第三方面，提出一种液晶面板包含上述的液晶材料，且其所包含的该感光性单体被聚合成一聚合物膜，以用作一定向膜。

根据本发明的第四方面，提出一种光电装置包含上述的液晶面板。

根据本发明的第五方面，提出一种液晶面板的制造方法，包括步骤：(a)提供一对基板；(b)注入液晶材料，于该对基板之间，且该液晶材料包含液晶分子及上述的感光性单体；以及(c)施加能量源于该对基板，以聚合该感光性单体便于形成聚合物膜于该对基板的至少一者上，以作为一定向膜。

根据本发明的第六方面，提出一种光电装置的制造方法，包含上述液晶面板的制造方法。

采用本发明，由于本实施例的感光性单体的中心硬核为共平面结构，当其聚合为定向聚合物时对于液晶分子的定向能力很强，使得液晶面板具有很好的定向效果。而且，本实施例的感光性单体的中心硬核结构于300-400nm具有强烈的吸收峰，由于具有荧光性较弱或是放光波长在400nm以下，因此在接上反应基团后荧光可以有效的被抑制。也就是说，液晶层中的聚合物膜并不会产生颜色或是发光的疑虑。因此，本实施例的使用聚合物膜作为定向膜的液晶面板或光电装置于显示影像时，其显示色彩与效率可以维持原有水平，而不会受到影响。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1A～图1D绘示依照本发明一较佳实施例的一种液晶面板的制作流程图；

图2绘示本发明的较佳实施例的光电装置的示意图。

其中，附图标记：

100：液晶面板    110：上基板

112：定向膜      120：下基板

122：定向膜      130：液晶分子

140：感光性单体  145：聚合物膜

150：电子元件    200：光电装置

具体实施方式

本发明主要是提出一种感光性单体，其应用于液晶面板的制作方法时，可以增加感光性单体对液晶分子的归置力，缩短工艺时间，并同时增强定向能力。以下先说明感光性单体的化学通式、较佳实施例以及合成方法，再说明将这些感光性单体应用于制作液晶面板的方法。

感光性单体：

本发明主要是提出一种感光性单体，其中心硬核(hard core)结构的二面角(dihedral angle)很小，甚至为共平面的结构。因此，不仅对液晶分子的归置力很强，可缩短工艺时间，感光性单体聚合之后，对于液晶分子的定向能力也越好。本发明提出的感光性单体以化学式表示如下：

其中，n介于1～2间；

“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”选自氢原子、氟原子、氯原子、氰基(cyano)、烷基(alkyl)、烷基羰基(alkylcarbonyl)、烷氧基羰基(alkoxycarbonyl)及烷基羰氧基(alkylcarbonyloxy)。较佳的是，烷基羰氧基包含碳原子数目介于1～7，且至少一氢原子被氟原子或氯原子所取代。

“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”选自于氢原子、氟原子、氯原子、氰基(cyano，-CN)、氰硫基(thiocyanato，-SCN)、五氟化硫基(pentafluoro-lambda～6～-sulfanyl，-SF₅H)、亚硝酸根(nitrite，-NO₂)、直链或支链烷基(alkyl)和Z-Sp-P基。直链或支链烷基包含的碳原子数目介于1～12之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子、硫原子、伸乙烯基(vinylene，-CH＝CH-)、羰基(carbonyl，C＝O)、羧基(caroboxyl，-COO-)、羰基硫化物(carbothio，S-CO-，-CO-S-)或炔基(a1kyne)所取代。

较佳的是，”R₁”，”R₂”，”R₃”及”R₄”四者其中至少一者为Z-Sp-P基。更佳的是，当“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”其中的二为Z₁-Sp₁-P₁基以及Z₂-Sp₂-P₂时，对称地形成于感光性单体中。

“Z”选自氧原子、硫原子、甲氧基(methyoxy，-OCH₂-)、羰基(carbonyl，C＝O)、羧基(caroboxyl，-COO-)、胺甲酰基(carbamoyl，-CO-N⁰R-，-N⁰R-CO-)、甲硫基(methylthio，-CH₂S-，-SCH₂-)、乙烯基羰基(ethenylcarbonyl，-CH＝CH-COO-)、羰基乙烯基(carbonylethenyl，-COO-CH＝CH-)和单键。

“Sp”选自直链或支链烷基和单键，其中直链或支链烷基所含碳原子数目介于1～8之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子或硫原子取代。

“P”为一可聚合基团。较佳的是，“P”选自丙烯酸酯基(acrylate)、甲基丙烯酸酯(methacrylate)、乙烯基(vinyl)、乙烯氧基(vinyloxy)、丙烯醚基(propenyl ether)、环氧基(expoxy)、基团I、II、III、IV和V；

基团I以化学式表示如下：

“U”选自氢原子、甲基(methyl)、氟原子、三氟甲基(trifluoromethyl，-CF₃)和苯基(Phenyl)；

基团II以化学式表示如下：

“X”选自氢原子、甲基(methyl)、氟原子、三氟甲基(trifluoromethyl，-CF₃)和苯基(Phenyl)；

基团III为pyrrole-2，5-dione，以化学式表示如下：

基团IV以化学式表示如下：

“Y”选自氢原子、甲基(methyl)、氟原子、三氟甲基(trifluoromethyl，-CF₃)和苯基(Phenyl)；

基团V以化学式表示如下：

“Q”选自氢原子、甲基(methyl)、氟原子、三氟甲基(trifluoromethyl，-CF₃)和苯基(Phenyl)。

在下文中，我们举出几组实施范例来说明感光性单体的实施样态，并以化学式表示如下，但不限于此：

其中，n＝1，“R₁”，“R₄”，“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”都为氢原子，“R₂”和“R₃”为Z-Sp-P基，其中“Z”为氧原子，“Sp”为乙基，“P”为甲基丙烯酸酯(methacrylate)；

其中，n＝1，“R₁”，“R₄”，“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”都为氢原子，“R₂”和“R₃”为Z-Sp-P基，其中“Z”为氧原子，“Sp”为乙基，“P”为基团IV且其中的“Y”为氟原子；

其中，n＝1，“R₁”，“R₄”，“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”都为氢原子，“R₂”和“R₃”为Z-Sp-P基，其中“Z”为氧原子，“Sp”为乙基，“P”为基团IV且其中的”Y”为三氟甲基；

其中，n＝1，“R₁”，“R₄”，“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”都为氢原子，“R₂”和”R₃”为Z-Sp-P基，其中“Z”为氧原子，“Sp”为乙基，“P”为基团IV且其中的“Y”为苯基；

其中，n＝1，“R₁”，“R₄”，“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₆”，“L₆”都为氢原子，“R₂”和”R₃”为Z-Sp-P基，其中“Z”为氧原子，“Sp”为乙基，“P”为基团III(pyrrole-2，5-dione)。

以下再举出化合物2为另一实施例，以说明其合成方法。感光性单体例如是化合物2，其中n＝1，“R₁”，“R₄”，“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”都为氢原子，“R₂”，“R₃”都为Z-Sp-P基，其“Z”及“Sp”都为单键，“P”为甲基丙烯酸酯(methacrylate)。化合物2的化学结构以化学式2表示，其合成方式以化学反应式表示如下：

为了合成上述化学反应式中所示的化合物2，首先将2.4克10毫摩尔的2，6-Dihydroxyanthraquinone溶解于150毫升2.0N的碳酸钠(Na₂CO₃)溶液中，缓慢地将NaBH₄(4.8g，127mmol)加入反应中。于室温下搅拌反应3小时，直至气体不再产生后，将反应加热回流10分钟。待冷却过后，缓慢滴入浓盐酸，进行酸化反应。过滤收集沉淀物并用丙酮溶解沉淀物，溶液用硫酸镁(MgSO₄)除水并抽气过滤，然后浓缩抽真空，得红棕色固体，最后通过管柱层析(如：硅胶管柱、或其它)以EA/Hexane＝1/1进行纯化，用乙醇(ethanol)再结晶，得到淡红棕色结晶，为2，6-Dihydroxyanthraquinone经过反应i的产物2，6-Dihydroxyanthracene(以化学式1表示)。

之后，将反应i得到的产物2，6-Dihydroxyanthracene继续进行反应ii。首先，将0.87克4.14毫摩尔的2，6-Dihydroxyanthracene置入250mL反应装置(如：双颈瓶、或其它)中以真空除氧除水装置抽气。灌氮气三次后，于流体加入装置(如：滴入管、或其它)上接上氮气，使反应***为无氧无水状态。然后于室温下加入1.16毫升8.28毫摩尔的三乙基胺(Et₃N)及50毫升除水后的四氢呋喃(Tetrahydrofuran，THF)搅拌至溶解。之后，在冰浴下注入0.88毫升9.11毫摩尔的甲基丙烯酰氯(methacryloyl chloride)，于室温下反应至隔天。用四氢呋喃(THF)抽气过滤之后，收集滤减压浓缩，以乙酸乙酯(EthylAcetate，EA)及水萃取之，用硫酸镁(MgSO₄)除水并抽气过滤，然后浓缩抽真空，得黄色固体。最后通过管柱层析(如：硅胶管柱，或其它)进行纯化，使用乙酸乙酯和己烷比例为1∶6的溶液流洗，得到淡黄色固体。之后，可以用四氢呋喃/甲醇(THF/methanol)做再结晶，产生的结晶即为本实施例的感光性单体2，6-二甲基丙烯酸酯氧蒽(2，6-Dimethacryloxyanthracene)(以化学式2表示)。

感光性单体的应用方法：

本发明提出的感光性单体可应用在聚合高分子辅助定向(Polymer-Stabilizing Alignment，PSA)技术中，用以制造液晶面板。图1A～图1D绘示依照本发明一较佳实施例的液晶面板的制作流程图。本实施例的液晶面板的制作方法详述如下。首先，提供一对基板110及120，如图1A所示。然后，注入液晶材料于这对基板110以及120之间，且液晶材料包含液晶分子130及上述的感光性单体140，如图1B所示。其中，注入液晶材料的方法包含滴下式液晶注入程序(One Drop Fill；ODF)及液晶吸入程序的其中一者。而且，液晶材料所包含的上述的感光性单体140包含一种结构或多种结构混合的单体。另外，注入液晶分子及感光性单体之后，较佳地，可以施加热源及电压的至少一者于这对基板110及120，以帮助液晶分子130及感光性单体140的至少一者扰动，如图1C所示。上述的热源及电压的至少一者可以多次施加或一次施加。在多次施加时，上述的热源及电压的至少一者于每一次的温度或电压值实质上相同或不同。另外，电压的型态包含直流电、交流电、或上述的组合。举例而言，当液晶分子130受到电压驱动而旋转时，液晶分子会带着感光性单体旋转而排列如图1C所示，但并不限于此，也可不施加热源及电压的至少一者于这对基板110及120，而进行下一个程序。

然后，施加能量源于这对基板110及120的至少一者，以聚合感光性单体140便于形成聚合物膜145于这对基板的至少一者上，以当作一定向膜，较佳地，如图1D所示来说明聚合物膜145于这对基板上，但不限于此。能量源例如是可见光源、紫外光源或其它可引发本实施例的感光性单体聚合反应的光源。

另外，若要增加定向效果，可以先形成另一定向膜于上基板及下基板的至少一者上，例如是基板110包含定向膜112且基板120包含定向膜122，如图1A所示，再于此一定向膜(如：第一定向膜)上形成上述的聚合物膜145(如：第二定向膜)，可以进一步地增进定向效果。其中，另一定向膜的定向方法包含以传统刷磨的方式及以光照射定向的方式的至少一者。

值得注意的是，本实施例的感光性单体140的中心硬核(hard core)结构为共平面，当其聚合为定向聚合物之后对于液晶分子的定向能力很强，使得液晶面板具有很好的定向效果。

请参照图2，其绘示本发明的较佳实施例的光电装置的示意图。由上述实施例所述的液晶显示面板100可以跟电子元件150组合成一光电装置200。电子元件150包括如：控制元件、操作元件、处理元件、输入元件、存储元件、驱动元件、发光元件、保护元件、感测元件、检测元件、或其它功能元件、或上述的组合。而光电装置的类型包括可携式产品(如手机、摄影机、照相机、笔记本计算机、游戏机、手表、音乐播放器、电子信件收发器、地图导航器、数字相片、或类似的产品)、影音产品(如影音放映器或类似的产品)、屏幕、电视、广告牌、投影机内的面板等。另外，本发明上述实施例的显示面板的类型，以其像素电极的型态及液晶分子的型态的至少一者来分类，包含穿透型、半穿透型、反射型、垂直定向型(VA)、水平切换型(IPS)、多域垂直定向型(MVA)、扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、图案垂直定向型(PVA)、超级图案垂直定向型(S-PVA)、先进大视角型(ASV)、边缘电场切换型(FFS)、连续焰火状排列型(CPA)、轴对称排列微胞型(ASM)、光学补偿弯曲排列型(OCB)、超级水平切换型(S-IPS)、先进超级水平切换型(AS-IPS)、极端边缘电场切换型(UFFS)、高分子稳定定向型、双视角型(dual-view)、三视角型(triple-view)、或其它型面板、或上述的组合。

本发明上述实施例所揭露的感光性单体、液晶材料、液晶面板及其制造方法和光电装置及其制作方法，具有多项优点包括：

1.定向效果佳。由于本实施例的感光性单体的中心硬核为共平面结构，当其聚合为定向聚合物时对于液晶分子的定向能力很强，使得液晶面板具有很好的定向效果。

2.不影响显示光色。本实施例的感光性单体的中心硬核结构于300-400nm具有强烈的吸收峰，由于具有荧光性较弱或是放光波长在400nm以下，因此在接上反应基团后荧光可以有效的被抑制。也就是说，液晶层中的聚合物膜并不会产生颜色或是发光的疑虑。如此一来，本实施例的使用聚合物膜作为定向膜的液晶面板或光电装置于显示影像时，其显示色彩与效率可以维持原有水平，而不会受到影响。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种感光性单体，以化学式表示如下：

其中n介于1～2间；

“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”选自氢原子、氟原子、氯原子、氰基、烷基、烷基羰基、烷氧基羰基及烷基羰氧基，其中烷基羰氧基包含碳原子数目介于1～7，且至少一氢原子被氟原子或氯原子所取代；

“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”选自于氢原子、氟原子、氯原子、氰基、氰硫基、五氟化硫基、亚硝酸根、直链或支链烷基和Z-Sp-P基，其中直链或支链烷基包含的碳原子数目介于1～12之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子、硫原子、伸乙烯基、羰基、羧基、羰基硫化物或炔基所取代；

“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”四者中至少一者为Z-Sp-P基；

“Z”选自氧原子、硫原子、甲氧基、羰基、羧基、胺甲酰基、甲硫基、乙烯基羰基、羰基乙烯基和单键；以及

“Sp”选自直链或支链烷基和单键，其中直链或支链烷基所含碳原子数目是介于1～8之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子或硫原子取代；

“P”为一可聚合基团。

2.根据权利要求1所述的感光性单体，其特征在于，“P”选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯、乙烯基、乙烯氧基、丙烯醚基、环氧基、基团I、II、III、IV和V；

基团I以化学式表示如下：

“U”选自氢原子、甲基、氟原子、三氟甲基和苯基；

基团II以化学式表示如下：

“X”选自氢原子、甲基、氟原子、三氟甲基和苯基；

基团III以化学式表示如下：

基团IV以化学式表示如下：

“Y”选自氢原子、甲基、三氟甲基和苯基；

基团V以化学式表示如下：

“Q”选自氢原子、甲基、氟原子、三氟甲基和苯基。

3.根据权利要求1所述的感光性单体，其特征在于，当“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”其中的二个为Z₁-Sp₁-P₁基以及Z₂-Sp₂-P₂时，对称地形成于感光性单体中。

4.一种液晶材料，包含一液晶分子及权利要求1所述的感光性单体。

5.一种液晶面板，包含权利要求4所述的液晶材料，且其所包含的该感光性单体被聚合成一聚合物膜，以当作一定向膜。

6.一种光电装置，包含权利要求5所述的液晶面板。

7.一种液晶面板的制造方法，包括：

提供一对基板；

注入一液晶材料，于该对基板之间，且该液晶材料包含一液晶分子及一感光性单体，该感光性单体包含一种或多种化合物，以化学式表示如下：

其中，n介于1～2之间；

“L₁”，“L₂”，“L₃”，“L₄”，“L₅”，“L₆”选自氢原子、氟原子、氯原子、氰基、烷基、烷基羰基、烷氧基羰基及烷基羰氧基，其中烷基羰氧基包含碳原子数目介于1～7之间，且至少一氢原子被氟原子或氯原子所取代；

“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”选自于氢原子、氟原子、氯原子、氰基、氰硫基、五氟化硫基、亚硝酸根、直链或支链烷基和Z-Sp-P基，其中直链或支链烷基包含的碳原子数目介于1～12之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子、硫原子、伸乙烯基、羰基、羧基、羰基硫化物或炔基所取代；

“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”四者中至少一者为Z-Sp-P基；

“Z₁”选自氧原子、硫原子、甲氧基、羰基、羧基、胺甲酰基、甲硫基、乙烯基羰基、羰基乙烯基和单键；以及

“Sp”选自直链或支链烷基和单键，其中直链或支链烷基所含碳原子数目介于1～8之间，且不相邻的一或二-CH₂-基由氧原子或硫原子取代；

“P”为一可聚合基团；以及

施加一能量源于该对基板，以聚合该感光性单体形成一聚合物膜于该对基板的至少一者上，以用作一定向膜。

8.根据权利要求7所述的方法，其中“P”选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯、乙烯基、乙烯氧基、丙烯醚基、环氧基、基团I、II、III、IV和V；

基团I以化学式表示如下：

“U”选自氢原子、甲基、氟原子、三氟甲基和苯基；

基团II以化学式表示如下：

“X”选自氢原子、甲基、氟原子、三氟甲基和苯基；

基团III以化学式表示如下：

基团IV以化学式表示如下：

“Y”选自氢原子、甲基、氟原子、三氟甲基和苯基；

基团V以化学式表示如下：

“Q”选自氢原子、甲基、氟原子、三氟甲基和苯基。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包含施加一电压及一热源的至少一者于该对基板上。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当“R₁”，“R₂”，“R₃”及“R₄”其中的二个为Z₁-Sp₁-P₁基以及Z₂-Sp₂-P₂时，对称地形成于感光性单体中。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包含形成另一定向膜于该对基板的至少一者上，以增加由该感光性单体所形成该定向膜的定向效果。

12.一种光电装置的制造方法，包含权利要求7所述的液晶面板的制造方法。

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