TW201311872A - 光可調變組合物、包含光可調變聚合物之多彩液晶顯示器與形成光可調變聚合物之方法 - Google Patents

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Abstract

一種光可調變組合物，包含液晶材料、包含至少一掌性中心與至少一乙烯性雙鍵之光可調變材料，以及光起始劑。此光可調變組合物實質上不含交聯劑。

Description

光可調變組合物、包含光可調變聚合物之多彩液晶顯示器與形成光可調變聚合物之方法
本發明係關於一種新穎的光可調變組合物、關於使用光可調變組合物形成光可調變聚合物之方法、以及包含此光可調變聚合物之多彩液晶顯示器。本發明特別是關於一種不使用交聯劑之光可調變組合物，在不同曝光能量下，形成反射不同波長之光可調變聚合物。本發明之單一光可調變組合物可以形成多彩之光可調變聚合物，與單層之多彩液晶顯示器，於是可減少基板切割次數，提高良率。
膽固醇液晶屬於反射式顯示器，利用外界環境光源顯示影像，因此不需背光源，所以膽固醇液晶在使用時非常省電，是一種環保的材料。膽固醇型液晶的特性是，膽固醇型液晶的螺距(pitch)的長度可以隨著溫度的不同而改變，因此會產生不同波長的選擇性反射，而得到不同的顏色。因此，變化膽固醇液晶的顏色，可藉由添加不同旋轉螺距(pitch)的旋光劑，調整其反射波長，而顯示紅、綠、藍等等不同顏色，達到全彩化顯示的需求。
傳統的彩色膽固醇顯示技術，是使用三片單色膽固醇基板加以重疊所組成，例如堆疊紅色、綠色、藍色的不同膽固醇基板。藉由不同膽固醇基板的切換與反射來達到全彩的結果，不過由於三片重疊的製程，必須考慮到像素重疊的問題，在製程上有對位不易，成本過高之缺點。若是使用另一種單層分道注入方法(例如台灣公開號200941073之內容)，則是有基板切割的製程困難點有待克服。
美國專利5,668,614在實施例10中例示一種光可調變組合物，其包含液晶材料與作為光可調變材料之交聯單體聯苯雙丙烯酸酯(bisacrylate biphenyl,BAB)。由於交聯劑聯苯雙丙烯酸酯不易合成且取得困難，所以仍然需要光可調變組合物的新配方。
本發明因此提出一種新穎的光可調變組合物、使用此光可調變組合物形成光可調變聚合物之方法、與包含此光可調變聚合物之多彩液晶顯示器。本發明之光可調變組合物特別不含交聯劑，而在不同曝光能量下，就可以形成反射不同波長的光可調變聚合物。換言之，本發明之單一光可調變組合物可以轉換成多彩之光可調變聚合物，於是在單一層之光可調變組合物中還得到多彩液晶顯示器，於是可減少基板切割次數，提高良率。
本發明首先提出一種光可調變組合物，包含75-99重量百分比之液晶材料、1-20重量百分比之光可調變材料，其包含至少一掌性中心與至少一乙烯性雙鍵，以及0.05-5重量百分比之光起始劑。本發明之光可調變組合物，實質上不含無掌性中心之乙烯性雙鍵交聯劑。
在本發明一實施態樣中，液晶材料可以包含一種或是多種液晶單體。例如，液晶單體可以為向列相液晶及/或膽固醇液晶。在本發明另一實施態樣中，光可調變材料可以為一雙萘酚基團及/或寡聚物，而掌性中心可以為光可調變掌性中心，例如可以經由照光來改變此掌性中心之掌性。在本發明另一實施態樣中，光起始劑可以為過氧化物起始劑，例如過氧苯甲醯(benzoyl peroxide)與超氧苯甲醯(benzoyl superoxide)、偶氮化合物起始劑，例如偶氮二異丁腈(AIBN)、氧化還原起始劑、陰離子型起始劑與陽離子型起始劑。
本發明其次提出一種使用光可調變組合物，在適當曝光條件下，形成光可調變聚合物之方法。首先，提供一光可調變組合物，其包含75-99重量百分比之液晶材料、1-20重量百分比之光可調變材料，其包含至少一掌性中心與至少一乙烯性雙鍵，以及0.05-5重量百分比之光起始劑。其次，提供第一光能量，在第一區域中引發第一光可調變反應，以改變光可調變材料而得到第一螺距(pitch)。然後，又提供第二光能量，在第二區域中引發第二光可調變反應，以改變光可調變材料而得到與第一螺距不同之第二螺距。第一螺距與第二螺距可以分別選擇性反射第一波長與第二波長。第一波長與第二波長可以為紅光、綠光、藍光其中之一者。
特別是，第一螺距、第二螺距彼此皆不同。因此，所得之光可調變聚合物鏈中，不但實質上不含無掌性中心之乙烯性雙鍵交聯劑，還可以進一步組合不同之反射光，而形成多彩或是全彩之液晶顯示器。
本發明又提出一種多彩液晶顯示器，其包含第一電極、第二電極，以及一光可調變聚合物。此光可調變聚合物位於第一電極與第二電極之間，並具有至少一第一聚合態與一第二聚合態。光可調變聚合物包含75-90重量百分比之液晶材料、1-20重量百分比之光可調變材料，包含至少一掌性中心與至少一乙烯性雙鍵以及0.05-5重量百分比之光起始劑。第一聚合態會選擇性反射第一波長，而第二聚合態則選擇性反射與第一波長不同之第二波長，例如可以使用旋光劑或是曝光條件，來調整第一波長與第二波長。本發明之多彩液晶顯示器，還包含用來容納光可調變聚合物之流道。
在本發明一實施態樣中，第一聚合態與第二聚合態之差異在於聚合分子量。在本發明又一實施態樣中，第一電極係透明，並包含導電高分子材料、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)其中之至少一者。在本發明再一實施態樣中，多彩液晶顯示器更包含用以支撐第一電極之第一基板，與用以覆蓋第二電極之第二透明基板。第一基板與第二透明基板分別可以包含玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚硫醚(PES)、聚醯亞胺(PI)其中之至少一者。
本發明可以提供一種新穎的光可調變組合物。本發明之光可調變組合物特別不含交聯劑。另外，在不同的曝光能量下，本發明之光可調變組合物還可以形成能夠反射不同波長的光可調變聚合物。使用此光可調變組合物所形成、能夠反射不同波長的光可調變聚合物，又可以形成多彩之液晶顯示器。本發明的技術特徵之一在於，僅使用單一種之光可調變組合物，就可以轉換成反射不同波長的光可調變聚合物。因此，單一層之光可調變組合物即可組合得到多彩之液晶顯示器，於是可減少基板切割次數，提高良率。
本發明首先提供一種光可調變組合物。本發明之光可調變組合物包含液晶材料、光可調變材料與光起始劑。本發明之光可調變組合物，實質上不含無掌性中心之乙烯性雙鍵交聯劑。
在本發明之光可調變組合物中，液晶材料通常具有整體光可調變組合物75-90重量百分比之重量百分比。本發明之液晶材料可以為單一之液晶單體，或是由多種不同之液晶單體所複合成之液晶組合物。此等液晶材料可以為向列相液晶加入旋光劑(請提供旋光劑之供應商與型號如E7、E48 Merck+CB15旋光劑)，或是例如Merck之膽固醇液晶，型號MLC-2150、MDA-1788。
本發明光可調變材料通常佔整體光可調變組合物1-20之重量百分比，較佳為10%。本發明之光可調變材料，可以包含雙萘酚基團、至少一個光可調變掌性中心、至少一乙烯性雙鍵...。具有乙烯性雙鍵之基團、含羧基會進行光脫羧反應之基團與可以作為光可調變材料之分子可以參考文獻Sur,S. K.,and Colpa,J. P.,1989,Spectrosc. L ett.,22,965.。
光可調變材料之特性為，在適當之曝光條件下會改變其旋光性，換句話說，可以經由照光來改變掌性中心之掌性。例如，變成非旋(achiral)化合物或是消旋(ravemic)混合物。所以，此等光可調變材料會具有至少一個光可調變掌性中心(tunable chiral center)，並通常會在適當之曝光條件下進行光化學反應(photochemical reaction)。此等光可調變材料可為一聚合單體，例如(S)-(-)-2-hydroxy-2’-[4’-(v-acryl-ylundecyloxy)biphenyl-4-carboxy]-1,1’-binaphthalene。)。舉例而言，已知有些含羧基之有機分子，會在適當之曝光條件下進行光脫羧反應(photodecarboxylation)，脫去羧基後變成非旋(achiral)化合物。
由於本發明之光可調變材料會在適當之起始條件下進行聚合反應，因此本發明之光可調變材料還會包含至少一乙烯性雙鍵(ethylenic bond)。所謂之乙烯性雙鍵，係指會在適當之起始條件下進行聚合反應之活性化學鍵。具有乙烯性雙鍵之基團可以是，單官能基、雙官能基或多官能基之丙烯基、甲基丙烯基。
在本發明之光可調變組合物中，還會包含少量之光起始劑，例如佔整體光可調變組合物0.05-5重量百分比之光起始劑，較佳為5000ppm。在適當之曝光條件下，光起始劑便會引發光可調變材料之聚合反應，而形成適當分子量之聚合鏈，作為誘發液晶材料產生適當螺距(pitch)之模板(template)。
本發明之光起始劑可以多種適當之光起始劑。舉例而言，可以是過氧化物起始劑，例如過氧苯甲醯(benzoyl peroxide)與超氧苯甲醯(benzoyl superoxide)、偶氮化合物起始劑，例如偶氮二異丁腈(AIBN)、氧化還原起始劑、陰離子型起始劑與陽離子型起始劑。不同之光起始劑對於不同曝光條件之反應不同。
本發明建議使用不同之曝光條件，例如不同之曝光能量、曝光波長及/或曝光時間，使得光起始劑引發相同之光可調變材料進行不同程度之聚合反應，進而得到分子量不同之聚合鏈。分子量不同之聚合鏈還會誘發液晶材料產生不同之螺距。不同之螺距即可以選擇性反射不同波長之光，而使得相同之光可調變材料在組合後產生不同之顏色。
如上所述，由於使用不同之曝光條件，可以使得相同之光可調變材料得到分子量不同之聚合鏈，所以本發明其次提出一種使用光可調變組合物，在適當曝光條件下，形成光可調變聚合物之方法。第1圖例示本發明形成光可調變聚合物之步驟。
首先，請參考第1圖，提供一光可調變組合物110。適當之光可調變組合物可以參考前述。其次，提供光可調變組合物第一光能量，以引發第一光可調變反應120。第一光可調變反應會改變某些區域中光可調變材料的聚合結果，而使得液晶材料在光可調變材料的影響下，產生選擇性反射第一波長之第一螺距。例如，可以使用紫外線在適當劑量下來引發第一光可調變反應。
在進行第一光可調變反應時，可以視情況需要使用一遮罩保護部分的光可調變組合物不照光，而界定所需要的區域反射預定顏色的光，例如紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、靛色、紫色...等可見光。如此一來，其他的區域便不會進行第一光可調變反應。第一光可調變反應所使用的第一光能量通常較第二光能量為小，藉此產生較第二螺距更小的第一螺距。例如，想要得到反射綠色光的第一螺距，就可以調整第一光能量之曝光能量、曝光波長及/或曝光時間，以較低之劑量來得到所需要之第一螺距。
然後，又提供光可調變組合物第二光能量，以引發第二光可調變反應130。第二光可調變反應也會改變某些區域中光可調變材料的聚合結果，而使得液晶材料在光可調變材料的影響下，產生選擇性反射第二波長之第二螺距，得到另一種顏色，例如紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、靛色、紫色。例如，可以使用紫外線在適當劑量下來引發第二光可調變反應。
可以使用遮罩來保護不須照光的區域，避免進行第二光可調變反應。第二光可調變反應會使得第一螺距與第二螺距不相同。較佳者，第二螺距大於第一螺距。
例如，想要得到反射紅色光的第二螺距，就可以調整第二光能量之曝光能量、曝光波長及/或曝光時間，來得到所需要之第二螺距。由於以上的方式，在相同之光可調變材料的不同區域中，可以使用不同的光能量，分別產生不同之螺距，所以本發明的方法就可以在同樣一片光可調變材料中，產生反射不同顏色之區域，而得到多彩之液晶聚合物。
由於本發明之光可調變組合物，實質上不含無掌性中心之乙烯性雙鍵交聯劑，因此在所得之光可調變聚合物鏈中，實質上僅由光可調變材料所組成，或是視情況需要，還有其改變掌性中心之衍生物。但是，本發明光可調變聚合物不含無關之無掌性中心之乙烯性雙鍵交聯劑。
本發明又提出一種多彩液晶顯示器，其具有單一層、又表現出至少兩種不同螺距之光可調變聚合物。第2圖繪示本發明多彩液晶顯示器之元件示意圖。請參考第2圖，本發明之多彩液晶顯示器100包含第一基板110、第一電極120、光可調變聚合物130、第二電極140以及第二基板150。第一基板110用來支持支撐第一電極120、光可調變聚合物130、第二電極140以及第二基板150。第一基板110之材料可以為玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚硫醚(PES)、聚醯亞胺(PI)其中之至少一者。較佳者，第一基板110之材料不反光。第一電極120可以包含任何適當之導電材料，例如銦錫氧化物ITO、銦鋅氧化物IZO、鋁鋅氧化物AZO、氧化鋅ZnO、氧化錫SnO...等等。較佳者，第一電極120之材料亦不反光。另外，第一電極120與第二電極140還可以形成矩陣，或是彼此沿垂直方向排列。
第二電極140以及第二基板150一起覆蓋第一基板110、第一電極120與光可調變聚合物130，所以第二電極140以及第二基板150均為透明。例如，第二電極140可以包含導電高分子材料、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)...等導電材料。另一方面，第二基板150則可以包含玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚硫醚(PES)、聚醯亞胺(PI)...等透明材料。
在本發明一實施例中，基板還可以包含容納光可調變聚合物130之流道。例如，第二基板150包含容納光可調變聚合物130之流道131，而方便本發明之光可調變組合物130均勻流入。另外，視情況需要第一基板110還可以包含一黏著層111，用來固定流道131、第一基板110與第二基板150。或者，也可以用黏著層111來形成流道131。
光可調變聚合物130即位於第一電極120與第二電極140之間，而形成單層之結構。本發明位於不同區域中之光可調變聚合物130，會具有至少兩種不同之聚合態，以及與不同聚合態對應之不同螺距。例如，本發明之光可調變聚合物130，會具有第一聚合態與第二聚合態，或是更包含與第一聚合態與第二聚合態皆不同之第三聚合態。
光可調變聚合物130包含75-99重量百分比之液晶材料、1-20重量百分比之光可調變材料、以及0.05-5重量百分比之光起始劑。液晶材料、光可調變材料與光起始劑之範例請參考前述。
第一聚合態會選擇性反射第一波長，而第二聚合態則選擇性反射與第一波長不同之第二波長，第三聚合態又選擇性反射與第一波長、第二波長不同之第三波長。因此，在同一臺多彩液晶顯示器100中，即可同時表現紅光、綠光與藍光。例如，可以使用旋光劑，或是改變曝光條件來來調整第一螺距、第二螺距與第三螺距，而得到不同之第一波長。第二波長與第三波長。適用之旋光劑可以是CB15、CE1或R1011。
備註：紫外光能量測量儀器型號為UV-RADCOL
1.　液晶材料A為：Merck之MLC-2150(1.3266克)+MLC-2142(0.6136克)
2.　光可調變材料B為：TCM1(0.27克)(S)-(-)-2-hydroxy-2’-[4’-(w-pentylloxy)biphenyl-4-carboxy]-1,1’-binaphthalene)
3.　光起始劑C：2,2-二甲氧基-2-苯基乙醯苯(2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone)0.02克
4.　液晶材料D為：Merck之MLC-2150(1.3866克)+MLC-2142(0.6106克)
5.　光可調變材料E為：TCM1(0.11克)(S)-(-)-2-hydroxy-2-[4’-(w-pentylloxy)biphenyl-4-carboxy]-1,1’-binaphthalene)
6.　交聯劑F：聯苯雙丙烯酸酯(bisacrylate biphenyl)0.02克
表一例示本發明使用光起始劑取代交聯劑而得到不同顏色之光可調變聚合物。由於交聯劑F(聯苯雙丙烯酸酯)，依化學知識其合成步驟不易亦具危險性，所以本發明使用廉價之一般光起始劑取代交聯劑，具有製造成本上之優勢。另外，本發明光可調變聚合物也因此不含任何之交聯劑。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
101．．．提供光可調變組合物
102．．．提供光可調變組合物第一光能量以引發第一光可調變反應
103．．．提供光可調變組合物第二光能量以引發第二光可調變反應
110．．．第一基板
111．．．黏著層
120．．．第一電極
130．．．光可調變聚合物
131．．．流道
140．．．第二電極
150．．．第二基板
第1圖例示本發明形成光可調變聚合物之步驟。
第2圖繪示本發明多彩液晶顯示器之元件示意圖。

Claims (14)

  1. 一種光可調變組合物，包含：75-99重量百分比之一種液晶材料；1-20重量百分比之一種光可調變材料，包含至少一掌性中心與至少一乙烯性雙鍵；以及0.05-5重量百分比之一種光起始劑。
  2. 如請求項1所述之光可調變組合物，其中該液晶材料包含一向列相液晶與一膽固醇液晶。
  3. 如請求項1所述之光可調變組合物，其中該掌性中心為一光可調變掌性中心。
  4. 如請求項1所述之光可調變組合物，其中該光可調變材料包含一寡聚物。
  5. 如請求項1所述之光可調變組合物，其中該光可調變材料包含一雙萘酚基團。
  6. 如請求項1所述之光可調變組合物，其中該光起始劑選自由一過氧化物起始劑、一偶氮化合物起始劑、一氧化還原起始劑、一陰離子型起始劑與一陽離子型起始劑所組成之群組。
  7. 如請求項6所述之光可調變組合物，其中該過氧化物起始劑包含過氧苯甲醯(benzoyl peroxide)與超氧苯甲醯(benzoyl superoxide)之其中至少一者。
  8. 如請求項6所述之光可調變組合物，其中該偶氮化合物起始劑包含偶氮二異丁腈(AIBN)。
  9. 如請求項1所述之光可調變組合物，其中該光可調變組合物實質上不含一交聯劑。
  10. 一種形成光可調變聚合物之方法，包含：提供一光可調變組合物，包含：75-99重量百分比之一種液晶材料；1-20重量百分比之一種光可調變材料，包含至少一掌性中心與至少一乙烯性雙鍵；以及0.05-5重量百分比之一種光起始劑；提供一第一光能量以引發一第一光可調變反應，以改變該光可調變材料而得到一第一螺距(pitch)：以及提供一第二光能量以引發一第二光可調變反應，以改變該光可調變材料而得到一第二螺距，其中該第一螺距與該第二螺距不同。
  11. 一種多彩液晶顯示器，包含：一第一電極：一第二電極：以及一光可調變聚合物，位於該第一電極與第二電極之間，並包含一第一聚合態與一第二聚合態，該光可調變聚合物包含：75-99重量百分比之一種液晶材料；1-20重量百分比之一種光可調變材料，包含至少一掌性中心與至少一乙烯性雙鍵；以及0.05-5重量百分比之一種光起始劑，其中該第一聚合態選擇性反射一第一波長，該第二聚合態選擇性反射一第二波長，且該第一波長與該第二波長不同。
  12. 如請求項11所述之多彩液晶顯示器，其中該光可調變聚合物更包含一第三聚合態，選擇性反射一第三波長，該第三波長為紅光、綠光、藍光其中之一者，且該第一波長、該第二波長與該第三波長皆不同。
  13. 如請求項11所述之多彩液晶顯示器，其中該光可調變聚合物不含交聯劑。
  14. 如請求項11所述之多彩液晶顯示器，更包含：一流道，以容納該光可調變聚合物。
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