TWI518173B - 液晶組成物 - Google Patents

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Description

液晶組成物
本發明係關於一種液晶組成物及一種光學薄膜之製造方法。
常見的顯示裝置如液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)，大多有用於控制光學特性或是防止反射的偏光層。例如：當透過偏光鏡片看到該顯示裝置時，因為該位於裝置內之偏光層與偏光鏡片之偏光軸間的關係，觀察者觀察到的影像亮度因而降低，甚至在某些狀況下可能無法看到影像。先前技術文件一提出一種顯示裝置的結構，其可克服上述的技術問題。
先前技術文件
文件一：韓國專利公開號No.2009-0035940。
本發明係關於一種液晶組成物及一種光學薄膜之製造方法。
本發明之一目的係提供一種液晶組成物，該液晶組成物包含一聚合性液晶材料。在說明書中，該液晶材料是由下述聚合性液晶化合物所組成，例如：任何一種或混合兩種以上之下術聚合性液晶化合物，將詳細的說明如 下。
該液晶組成物可形成一具有配向性質之膜層，且該膜層於一配向狀態硬化後將具有優越的光學特性以及高硬度。不具有配向性的液晶組成物不適用於本發明中所使用的液晶組成物。如上述的液晶膜層可以應用在各種領域，並且可以被設置，舉例來說，該膜層可設置在顯示裝置的最外側，或者該顯示裝置包括一個設置於觀看側的偏光層，該膜層設置於偏光層的外側。除非特別定義，在本文中使用的「外側或外表面」一詞可指：在顯示裝置上顯示影像處之方向，舉例來說，觀察者觀看顯示裝置之方向。此外，觀看側的偏光層，可指配置在最外層的偏光層，也就是當顯示裝置包括至少兩個偏光層時，最靠近觀察者的那一層。此外，偏光層的外側可指偏光層朝向觀察者的方向。
如上所述，該液晶組成物，經硬化後，可形成具有配向性與高度硬度的膜層。例如：液晶組成物經硬化後而成形的膜層具有表面硬度1H以上、2H以上、3H以上、或4H以上。如上所述的液晶組成物之表面硬度可藉由控制液晶組成物的組份而達成，其將會在下面段落說明。具有上述提及的表面硬度範圍之液晶組成物可配置於最外側。本發明之表面硬度量測為根據ASTM D3363在500g的鉛筆負荷和250mm/min的鉛筆移動速度條件下所測定。表面硬度的上限沒有特別的限制，但可舉例如：8H以下、7H以下、或6H以下。
為了在硬化後達到上述範圍的表面硬度，該液晶組成物可用多種方法加以控制。例如：方法如下所述，於液晶材料中包含適當比例以上之多官能基聚合性液晶化合物，進一步添加一含有可與多官能基聚合性液晶化合物反應之官能團之化合物；或是控制多官能基聚合性液晶化合物在液晶材料的比例，並進一步添加一含有可與多官能基聚合性液晶化合物反應之官能團之化合物。
「聚合性液晶化合物」在本文可指一種部份含有液晶性之化合物，例如，液晶質主鍊(mesogen backbone)，以及至少一聚合性官能團。
為確保適當的硬度，該液晶材料可僅由多官能基聚合性液晶化合物所組成，或是可包含適當比例的多官能基聚合性液晶化合物與單官能基聚合性液晶化合物。
「多官能基聚合性液晶化合物」一詞在本文中可指含有至少二個液晶化合物之聚合性官能團之化合物。舉例來說，該多官能基聚合性液晶化合物可包含2到10、3到8、3到6、3到5、3到4、2個、或3個聚合性官能團。此外，「單官能基聚合性液晶化合物」一詞在本文中可指含有一個液晶化合物之聚合性官能團之化合物。
多官能基聚合性液晶化合物或是單官能基聚合性液晶化合物可為化學式1所代表的化合物。在多官能基化合物的例子中，可含有至少兩個化學式1所代表的聚合性官能團，另外在單官能基聚合性液晶化合物的例子中，可含有一個化學式1所代表的聚合性官能團。
在化學式1，A是單鍵、-COO-或是-OCO-。R1到R10可各自獨立為氫、鹵素、烷基團、烷氧基團、烷氧羰基團、氰基團、硝基團、-O-Q-P、-OC(=O)-O-Q-P、或是化學式2之取代基。經-O-Q-P取代之苯是藉由鍵結R1到R5中的一對相鄰取代基而成或是藉由鍵結R6到R10中的一對相鄰取代基而成，且於此，R1到R10中至少一個為-O-Q-P或是化學式2之取代基，Q是伸烷基團(alkylene group)或是烷叉基團(alkylidene group)，而P是一聚合性官能團，像是烯基團、環氧基團、氰基團、羧基團、丙烯醯基團、甲基丙烯醯基團、丙烯醯氧基團、或是甲基丙烯醯氧基團。
在化學式2，B是單鍵、-COO-或是-OCO-，R11到R15各自獨立為氫、鹵素、烷基團、烷氧基團、烷氧羰基 團、氰基團、硝基團、-O-Q-P、-OC(=O)-O-Q-P。經-O-Q-P取代之苯(Benzene)是藉由鍵結R11到R15中的一對相鄰取代基而成，Q是一伸烷基團或是一烷叉基團，而P是一聚合性官能團，像是烯基團、環氧基團、氰基團、羧基團、丙烯醯基團、甲基丙烯醯基團、丙烯醯氧基團、或是甲基丙烯醯氧基團。
在化學式1及化學式2中，藉由鍵結兩個相鄰的取代基可表示兩個相鄰的取代基互相鍵結，而形成經-O-Q-P取代之苯，於是形成了經-O-Q-P取代之萘主鏈(naphthalene backbone)。
在化學式2中，在B左側的符號「-」指B直接與化學式1之苯(Benzene)鍵結。
在化學式1及化學式2中，「單鍵」一詞指的是在A或B所代表的部分並沒有原子。例如：在化學式1，當A為單鍵，在A兩側之苯可直接互相鍵結而形成一聯苯結構。
在化學式1及二中，鹵素可舉例如：氯、溴、或碘。
除非有特別規定，「烷基團」一詞可舉例如，具有1到20、1到16、1到12、1到8、或1到4個碳原子之直鏈或支鏈的烷基，或是具有3到20、3到16、或4到12個碳原子之環烷基。烷基團可選擇性的經至少一取代基所取代。
除非另有定義，「烷氧基團」一詞可指，具有1 到20、1到16、1到12、1到8、或是1到4個碳原子之烷氧基團。該烷氧基團可為直鏈、支鏈或為環狀式。此外，烷氧基團可選擇性的經至少一取代基所取代。
除非另有定義，「伸烷基團」或是「烷叉基團」一詞可指，具有1到12、4到10、或6到9個碳原子之伸烷基團或是烷叉基團。該伸烷基團或烷叉基團可為直鏈、支鏈或為環狀式。此外，該伸烷基團或烷叉基團可選擇性的經至少一取代基所取代。
此外，除非另有定義外，「烯基團」可指，具有2到20、2到16、2到12、2到8、或是2到4個碳原子之烯基團。該烯基團可為直鏈、支鏈或為環狀式。此外，烯基團可選擇性的經至少一取代基所取代。
此外，在化學式1及化學式2中，P可為丙烯醯基團、甲基丙烯醯基團、丙烯醯氧基團、或是甲基丙烯醯氧基團，較佳為丙烯醯氧基團或是甲基丙烯醯氧基團，更佳為丙烯醯氧基團。
本說明書中，能被特定官能團取代的取代基可為烷基團、烷氧基團、烯基團、環氧基團、氧基團、氧雜環丁烷基團、硫基團、氰基團、羧基團、丙烯醯基團、甲基丙烯醯基團、丙烯醯氧基團、甲基丙烯醯氧基團、或為芳香基團，但並不限於此。
在單官能基聚合性液晶化合物的例子中，-O-Q-P或是包含-O-Q-P之化學式2之殘餘基，其一可存在於化學式1中，例如可存在於R2、R3、R4、R7、R8、或是 R9任一者，例如：當存在化學式2之殘餘基時，-O-Q-P可存在於R12、R13和R14其中之一。此外，互相連結之取代基，因此構成了經一O-Q-P取代之苯，其中取代基例如，R3以及R4，或是R12以及R13。
在多官能基聚合性液晶化合物的例子中，例如，雙官能基、或是三個以上的官能基聚合性液晶化合物，-O-Q-P或是包含-O-Q-P之化學式2之殘餘基可存在於R2、R3、R4、R7、R8、或R9之至少二個中，且當存在化學式2之殘餘基時，-O-Q-P可存在於R12、R13和R14其中之一。在三個以上官能基之聚合性液晶化合物中，例如，化學式2之殘餘基可存在於R12、R13、與R14其中之一，以及可使用當中-O-Q-P存在於R2、R3、以及R4其中之一或二、與R12、R13、以及R14其中之一或二之聚合性液晶化合物。
在化學式1的聚合性液晶化合物或是化學式2之殘餘基中，除了-O-Q-P或是化學式2之殘餘基以外的取代基，或是除了相互鍵結而形成苯之取代基以外的取代基，可為氫、鹵素、具有1到4個碳原子之直鏈或是支鏈的烷基團、烷氧羰基團，其中具有1到4個碳原子之直鏈或是支鏈的烷氧基團、具有4到12個碳原子之環烷基、具有1到4個碳原子之烷氧基團、氰基團、或是硝基團；在另一例子中，可為氯、具有1到4個碳原子之直鏈或是支鏈烷基團、具有4到12個碳原子之環烷基、具有1到4個碳原子之烷氧基團、烷氧羰基團，其中具有1到4個碳原子之直鏈或是支鏈之烷氧基團、抑或是氰基團。
在一實施例中，為了滿足上述之表面硬度，該液晶材料可包含多官能基聚合性液晶化合物之重量百分比為至少50%。該多官能基聚合性液晶化合物在液晶材料之比例並沒有特別限制上限。例如，包含在液晶材料中的聚合性液晶化合物可全為多官能基聚合性液晶化合物。另外，考慮到加工性以及配向性，更可包括一單官能基聚合性液晶化合物，當加入該單官能基聚合性液晶化合物時，多官能基液晶化合物在液晶材料的重量百分比之比例可為，例如，約50到90、50到80、50到70、或為50到60%。
作為多官能基聚合性液晶化合物時，其可為一雙官能基聚合性液晶化合物，該雙官能基聚合性液晶化合物通常由兩個官能聚合性團所組成。然而，為了確保表面硬度之效果，可使用至少三個官能聚合性團作為多官能基聚合性液晶化合物，例如，3到10、3到8、或是3到6個聚合性液晶化合物(此處指的是三個以上的聚合性液晶化合物)，或是雙官能基聚合性液晶化合物以及三個以上的聚合性液晶化合物之混合物。當使用三個以上的聚合性液晶化合物，其在液晶材料中的比例並沒有特別限制，例如，該重量百分比相對於該液晶材料可為8%以上、8到20%、8到15%、或是10到15%。如上所述，當使用三個以上的聚合性液晶化合物時，較有利於形成具有較高的硬度之膜層，例如，表面硬度為2H或3H以上。
在另一實施例中，為了達到上述之表面硬度，該液晶化合物更可包含一反應型非液晶化合物。「反應型非 液晶化合物」一詞可指具有一官能團之化合物，該官能團可與聚合性液晶化合物中之聚合性官能團反應。該反應化合物可指，例如，沒有液晶性(crystal crystallinity)之一非液晶化合物。該反應化合物可具有兩個以上、三個以上、或是四個以上，且較佳為四個以上可與聚合性官能團反應的官能團。該反應化合物中的官能基數量上限並沒有特別限制。然而，當官能基的數量太多時，該官能基可能影響液晶的配向性，因此，通常存在十個以下、八個以下、或是六個以下的官能基團。
在進行液晶膜層的製程時，該反應化合物可與聚合性液晶化合物反應，以調控液晶膜層的硬度。
作為可與聚合性官能團反應之官能團，例如，可使用一具有一類乙烯未飽和雙鍵之官能團，其可藉由自由基反應進而與液晶化合物交鏈或是聚合。該官能基團可包含一個或至少兩個烯基團、環氧基團、氰基團、羧基團、丙烯醯基團或是甲基丙烯醯氧基團。另外，該官能基團可為乙烯基團、丙烯基團(allyl group)、丙烯醯基團或為甲基丙烯醯基團，或可為丙烯醯基團或甲基丙烯醯基團，但本發明並不限於此。
在一實施例中，該反應化合物可指含有2個以上、3個以上、4個以上之官能基團之化合物，其中該些官能基團可與聚合性液晶化合物反應，且化合物之分子量或平均分子量為從200到5,000或是從200到1,000。在上述官能基、分子量或平均分子量之數量範圍中，該化合物可 確保適當的表面硬度，同時也不會減低液晶膜層的延遲特性。該化合物的官能團數量通常為10以下、8以下、或6以下。
作為反應化合物，一多官能基之丙烯酸脂，例如，可使用三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(trimethylolpropane tri(meth)acrylate)、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯(pentaerythritol tri(meth)acrylate)、季戊四醇四甲基丙烯酸酯(pentaerythritol tetra(meth)acrylate)、二季戊四醇五甲基丙烯酸酯(dipentaerythritol penta(meth)acrylate)、二季戊四醇六甲基丙烯酸酯(dipentaerythritol hexa(meth)acrylate)、三甘油二甲基丙烯酸酯(triglycerol di(meth)acrylate)、三丙二醇二甲基丙烯酸酯(tripropyleneglycol di(meth)acrylate)、四甘醇二甲基丙烯酸酯(tetraethyleneglycol di(meth)acrylate)、季戊四醇二甲基丙烯酸酯(pentaerythritol di(meth)acrylate)、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯(1,6-hexanediol di(meth)acrylate)、甘油二甲基丙烯酸酯(glycerol di(meth)acrylate)、異氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯(tris[2-(acryloyloxy)ethyl]isocyanurate)、胺基甲酸乙脂丙烯酸酯(urethane acrylate)、1,3-二甘油醇酸二甲基丙烯酸甘油酯(glycerol 1,3-diglycerolate di(meth)acrylate)、或為三(丙二醇)甘油醇酸二丙烯酸酯(tri(propyleneglycol)glycerolate diacrylate)；一烯基(甲基)丙烯酸酯(alkenyl(meth)acrylate)，像是乙烯(甲基)丙烯酸酯(vinyl(meth)acrylate)或丙烯基(甲基)丙烯酸酯(allyl (meth)acrylate)；烷氧聚烯烴基二醇(甲基)丙烯酸酯(alkoxy polyalkyleneglycol(meth)acrylate)，像是丁氧基三甘醇(甲基)丙烯酸酯(butoxy triethyleneglycol(meth)acrylate)；丁二酸丙烯酰氧烷基酯(succinic acid acryloyloxyalkylester)，像是丁二酸單-2-(2-丙烯酰氧基)羥乙醇(mono-2-(acryloyloxy)ethyl succinate)；(甲基)丙烯醯氧基烷基丙烯酸酯((meth)acryloyloxyalkyl(meth)acrylate)，像是如3-(丙烯醯氧基)-2-羥丙酯(甲基)丙烯酸酯(3-(acryloyloxy)-2-hydroxypropyl(meth)acrylate)；一(甲基)丙烯醯胺((meth)acrylamide)或是其衍生物，像是(甲基)丙烯醯胺((meth)acrylamide)、乙醯丙酮(甲基)丙烯醯胺(diacetone(meth)acrylamide)、N-三羥甲基甲基丙烯醯胺(N-[tris(hydroxymethyl)methyl]acrylamide)、N,N-(1,2-二羥乙烯)二丙烯醯胺(N,N-(1,2-dihydroxyethylene)bisacrylamide)、N,N-(1,2-二羥乙烯)二丙烯醯胺(N,N-(1,2-dihydroxyethylene)bisacrylamide)、或N,N-甲叉雙丙烯醯胺(N,N-methylenebis(acrylamide))；一乙醯胺丙烯酸烷基酯(acetamidoacrylic acid alkyl ester)，像是如2-乙醯胺基丙烯酸甲酯(methyl 2-acetamidoacrylate)；一經(甲基)丙烯醯基團或烯基團取代之三氮雜苯(triazine)，像是如1,3,5-三丙烯酰基六氫-1,3,5-三嗪(1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine)或2,4,6-三烯丙氧基-1,3,5-三嗪(2,4,6-triallyloxy-1,3,5-triazine)；一經環氧 基團取代之異氰脲酸酯(isocyanurate)，像是如異氰尿酸三縮水甘油酯(tris(2,3-epoxypropyl)isocyanurate)；一四氰基伸烷基氧化物(tetracyanoalkylene oxide)，像是如四氰基乙烯氧化物(tetracyanoethylene oxide)；一經烯基取代之羧酸酯，像是如苯基三酸三烯丙基酯(triallyl benzene tricarboxylate)；己內酯(甲基)丙烯醯氧烷基酯(caprolactone(meth)acryloyloxyalkyl ester)，像是如己內酯2-((甲基)丙烯醯氧)乙基酯(caprolactone 2-((meth)acryloyloxy)ethyl ester)；丁烯二酸(甲基)丙烯醯氧烷基酯(a maleic acid(meth)acryloyloxyalkyl ester)，像是如單-2-((甲基)丙烯酰氧)乙基蘋果酸(mono-2-((meth)acryloyloxy)ethyl malate)；一多元羧酸(polyvalent carboxylic acid)，像是如1,2,3-***-4,5-二羧酸(1,2,3-triazole-4,5-dicarboxylic acid)；一經烯基團取代之烷二醇(alkanediol)，像是如甘油烯丙基醚(3-allyloxy-1,2-propanediol)；一經縮水甘油基羥苯基(glycidyl oxyphenyl group)取代之烷烴(alkane)，像是如双[4-(氧化縮水甘油)苯基]甲烷(bis[4-(glycidyloxy)phenyl]methane)；一經烯基團取代之二氧戊烷化合物(dioxalene compound)，像是如2-乙烯基-1,3-二噁茂烷(2-vinyl-1,3-dioxalene)；或一聚(三聚氰胺-共-甲醛)(poly(melamine-co-formaldehyde))，但本發明並不限於此。該「(甲基)丙烯基((meth)acryl)」一詞指丙烯基(acryl)或甲基丙烯基(methacryl)。
該反應化合物範例可選擇性的被至少一取代 基取代。
在一實施例中，一多官能團的丙烯酸酯可為該反應化合物。作為多官能團的丙烯酸酯，可使用季戊四醇三丙烯酸酯(pentaerythritol triacrylate)、二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritol hexaacrylate)、異氰脲酸三(2-丙烯醯氧乙基)酯(tris[2-(acryloyloxy)ethyl]isocyanurate)或是胺基甲酸乙脂丙烯酸酯(urethane acrylate)，但本發明並不限於此。在此，當使用胺基甲酸乙脂丙烯酸酯時，可以使用由Cytec生產的市售化合物，商品名稱如EB1290、UP135、UP111或UP128。
例如，反應化合物可使用由化學式3或是化學式4所代表之化合物。
在化學式3中，M為一伸烷基團或為一烷叉基團，以及R1為氫或為一烷基團。
在化學式4中，Z可為一氧原子、一氮原子、一硫原子、一伸烷基團或為一烷叉基團，R和Q可各自獨立為伸烷基團或為一烷叉基團，R1到R6可各自獨立為氫、鹵素、烷基團、烷氧基團、烷氧羰基團、氰基團、硝基團、(甲基)丙烯醯基團、或為(甲基)丙烯醯氧基。然而，在化學式4中，R1到R6其中可有兩個以上、三個以上、四個以上、五個以上或是全部為(甲基)丙烯醯基團或為(甲基)丙烯醯氧基。
化學式3中的M或是化學式4中的R、Z、以及O為一伸烷基團或為烷叉基團時，其可為直鏈式或是支鏈式或是環狀的具有1到20、1到16、或3到16個碳原子的伸烷基團或為烷叉基團，抑或可選擇性的被至少一取代基所取代。此外，環狀結構亦可包含一螺旋結構(spiro structure)或是環狀的組合結構，例如一藉由共享一碳原子而縮合兩個環狀結構之結構、或是一般的環狀種類。
在化學式3以及化學式4中關於鹵素、烷基團、烷氧基團、或烷氧羰基團的描述係與在化學式1中的描述相同。
當包含反應化合物時，該液晶材料可包含或不包含一多官能基聚合性液晶化合物，但為了保持適當的表面硬度，此時可包含一多官能基聚合性液晶化合物。當該多官能基聚合性液晶化合物包含在液晶材料中時，該多官能基聚合性液晶化合物在液晶材料中的重量百分比為約 45%以上。該多官能基聚合性液晶化合物的上限值並沒有特別限制。例如，在液晶材料中的聚合性液晶化合物可全為多官能基聚合性液晶化合物。當加入一單官能基聚合性液晶化合物時，該多官能基聚合性液晶化合物在液晶材料的重量百分比可為約45到90、45到80、45到70、或是45到60%。
當包含反應化合物時，可使用雙官能基聚合性液晶化合物、或是混合雙官能基聚合性液晶化合物以及三個官能(或其以上)聚合性液晶化合物作為多官能基聚合性液晶化合物。當使用三個官能(或其以上)聚合性液晶化合物，該三個官能(或其以上)聚合性液晶化合物於液晶材料中的重量百分比例為，例如，8%以上、8到20%、8到15%、或是10到15%。
在液晶組成物中，相對於100重量份之該聚合性液晶材料，該反應化合物之重量份可為5重量份以下、4重量份以下、或是3.5重量份以下。當非液晶反應化合物的比例過高時，會使液晶的配向性下降。該非液晶反應化合物之下限無特別限制，但可以為例如0.5到1重量份。
該液晶組成物可包含一非液晶反應化合物、或除了該非液晶化合物以外亦包含一多官能基聚合性液晶化合物，如此可適合形成於一膜層，該膜層經過硬化後具有表面硬度2H或3H以上，且尤其是包含非液晶化合物以及三個官能基(或其以上)聚合性液晶化合物的該液晶組成物可使形成之膜層之表面硬度為3H以上。
若有需要，該液晶組成物可更包含一抗靜電劑，以調控片電阻值(sheet resistance)，將於下文說明。作為該抗靜電劑，只要具有與液晶組成物中之其他元件相容特性，並不特別限制種類。
舉例而言，該抗靜電劑可為適當的有機鹽類或無機鹽類。
包含於無機鹽類之陽離子可為一鹼金屬陽離子或為一鹼土金屬陽離子。在這個狀況下，陽離子的具體範例可選自由一鋰離子(Li+)、一鈉離子(Na+)、一鉀離子(K+)、一鉀離子、一銣離子(Rb+)、一銫離子(Cs+)、一鈹離子(Be2+)、一鎂離子a(Mg2+)、一鈣離子(Ca2+)、一鍶離子(Sr2+)、以及一鋇離子(Ba2+)中之一個或至少二個，以及較佳為選自由以下群組中之一個或至少二個：一鋰離子(Li+)、一鈉離子(Na+)、一鉀離子(K+)、一銫離子(Cs+)、一鈹離子(Be2+)、一鎂離子(Mg2+)、一鈣離子(Ca2+)以及一鋇離子(Ba2+)。從離子穩定性還有移動性而言，可選用一鋰離子(Li+)，但本發明並不限於此。
該有機鹽類可包含一鎓陽離子(onium cation)。「鎓陽離子」一詞指的是一帶有正電的離子，其中至少某些電荷被極化為選自由氮(N)、磷(P)、以及硫(S)所組成之群組中之至少一個。在說明書中，該鎓陽離子可為環狀或為非環狀化合物，其中，在環狀化合物的例子中，可使用飽和或未飽和之芳香族化合物。此外，在環狀化合物的例子中，除了氮、磷、硫原子，更可包含一雜原子(例 如：氧原子)。此外，該環狀或為非環狀化合物可選擇性的被一取代基取代，例如：氫、鹵素、烷基或芳香基。此外，在非環狀化合物的例子中，其中包含至少一個，更佳為至少四個取代基。其中該取代基可為環狀或為非環狀的取代基、或為芳香基或為非芳香基的取代基。
一方面來說，該鎓陽離子可包含一氮原子或是可為，例如一銨離子。此處的銨離子可為一四級銨離子(quaternary ammonium ion)或為一芳香銨離子(an aromatic ammonium ion)。本發明中的銨離子可為：一N-乙基-N,N-二甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨離子、一N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨離子、一N-乙基-N,N-二甲基-N-丙基銨離子、一N-甲基-N,N,N-三辛基銨離子、一N,N,N-三甲基-N-丙基銨離子、一四丁基銨離子、一四甲基銨離子、一四己基銨離子、或為一N-甲基-N,N,N-三丁基胺離子，但本發明並不限於此。
作為一芳香銨離子，其可使用選自由一吡啶(pyridinium)、一噠嗪(pyridazinium)、一嘧啶(pyrimidinium)、一吡嗪(pyrazinium)、一咪唑(imidazolium)、一吡唑(pyrazolium)、一噻唑(thiazolium)、一噁唑(oxazolium)以及一***(triazolium)所組成之群組中之至少一個。具體範例如下，可使用經具有4至16個碳原子之烷基取代的N-烷基嘧啶、經具有2至10個碳原子之烷基取代的1,3-烷基甲基咪唑、及經具有2至10個碳原子之烷基取代的1,2-二甲基-3-烷基咪唑中之一個或至少兩個，但本發明不限於 此。
在抗靜電劑裡，於含上述陽離子之無機鹽類與有機鹽類中包含的一陰離子可為，但不限於，選自由以下群組組成中至少一個：一氟離子(F)、一氯離子(Cl-)、一溴離子(Br-)、一碘離子(I-)、一過氯酸鹽離子(ClO4 -)、一氫氧離子(OH-)、一碳酸離子(CO3 2-)、一硝酸離子(NO3 -)、一磺酸鹽離子(SO4 -)、一甲苯磺酸鈉離子(CH3(C6H4)SO3 -)、一對甲苯磺酸離子(CH3C6H4SO3 -)、一羧苯磺酸鹽離子(COOH(C6H4)SO3 -)、一三氟甲磺酸酯離子(CF3SO2 -)、一苯甲酸鈉離子(C6H5COO-)、一乙酸鹽離子(CH3COO-)、一三氟乙離子酸離子(CF3COO-)、一四氟硼酸鋰離子(BF4 -)、一四芐基硼酸根離子(B(C6H5)4 -)、一六氟磷酸離子(PF6 -)、一三(五氟乙基)三氟磷酸離子(P(C2F5)3F3 -)-)、一雙三氟甲烷磺醯亞胺離子(N(SO2CF3)2 -)、雙五氟乙烷磺醯亞胺離子(N(SOC2F5)2 -)、二(五氟乙烷羰基)亞胺離子(N(COC2F5)2 -)、全氟丁基磺醯胺離子(N(SO2C4F9)2 -)、雙全氟丁烷碳醯亞胺離子(N(COC4F9)2 -)、三(三氟甲磺醯基)甲基化離子(C(SO2CF3)3 -)、以及三-三氟甲烷碳醯甲基化離子(C(SO2CF3)3 -)。亞醯胺系陰離子可用於電子抽離者(withdrawer)，以及藉由經氟取代而增加離子穩定性並擁有良好的疏水性。該抗靜電劑在液晶組成物中的比例沒有特別限制，且將於文後說明可考量到液晶膜層之光學特性以及片電阻值範圍而適當選擇。
包含該抗靜電劑之該液晶組成物可形成一膜層，其之片電阻值例如，約1012Ω以下、1011Ω以下、1010Ω以下、或109Ω以下。通常該液晶膜層具有約為1013Ω之 高片電阻值，且該包含上述片電阻值範圍之膜層配置於最外層時，該膜層可能會因為靜電造成產品的損害。然而，若需要時，該液晶組成物可製備成具有上述片電阻值範圍，如此可預防前述問題。此處，該液晶膜層之片電阻值之下限並沒有特別限制，且其片電阻值可為，例如，107Ω以上或是108Ω以上。
除了上述成分，該液晶組成物更可包含一用於該聚合性液晶組成物之選擇性添加劑，例如，適當比例之介面活性劑(surfactant)、平整劑(leveling agent)、非聚合性液晶化合物(non-polymerizable liquid crystal compound)、或是聚合起始劑(polymerization initiator)。
本發明另一目的係提供一種製造光學膜層之方法。例如，該方法可包含於一配向層上形成如前述液晶組成物之膜層，以及於一配向狀態下聚合該液晶化合物。
例如，該配向層可形成於一基層上。其中該基層可為一玻璃基層、一塑膠基層。其中，該塑膠基層可為一片狀或一膜狀，其包含一纖維素樹脂，該纖維素樹脂可為一三乙醯基纖維素(triacetyl cellulose，TAC)或為一二乙醯基纖維素(diacetyl cellulose，DAC)；一環烯烴聚合物(cyclo olefin polymer，COP)像是如一降莰烯衍生物(norbornene derivative)；一丙烯酸樹酯(acryl resin)像是如聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，PMMA)；聚碳酸酯(polycarbonate，PC)；聚烯烴(polyolefin)像是如，聚乙烯(polyethylene，PE)或為聚丙烯(polypropylene， PP)；聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)；聚醚碸(polyether sulfone，PES)；聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)；聚醚亞醯胺(polyetherimide，PEI)；聚萘二甲酸乙二酯(polyethylenenaphthalate，PEN)；聚酯纖維(polyester)像是如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET)；聚亞醯胺(polyimide，PI)；聚碸(polysulfone，PSF)；或為一氟樹脂(fluorine resin)。
前述中的基層厚度並沒有特別限制，且可以根據不同的用途而適當調整。
前述中於一基層上形成配向層的方法並沒有特別限制，因此可使用各種習知的手法製成。該配向層可為形成光學薄膜時將液晶化合物配向之膜層。關於配向層，可為習知的配向層，例如，可使用一藉由壓印形成之配向層、一光學配向層或一摩擦配向層。該配向層可為一光學元件，且在某些例子中，可以不須有配向層而可以直接藉由摩擦或於該基層上延伸而具有配向性。
若有需要，考量片電阻值於前述之範圍內，該配向層可包含一抗靜電劑。本發明之抗靜電劑之種類並沒有特別限制，例如，可使用包含於上述液晶組成物中的種類，且其之比例可適當調整為不影響配向層之配向性質。
若有需要，可使用前述之方法使抗靜電劑層形成於基層之上，例如，形成在該基層與該配向層之間調控片電阻值。形成抗靜電劑層的方法於於本發明中沒有特別限制，且包含，例如，塗佈或硬化一包含一硬化性樹脂以 及一抗靜電劑之組成物，或是沉積該抗靜電劑於欲沉積之處。關於硬化性樹脂，可為傳統之樹酯，例如：丙烯酸樹脂(acryl resin)、環氧基樹脂(epoxy resin)、氨基甲酸乙酯樹脂(urethane resin)、酚樹脂(phenol resin)、聚酯樹脂(polyester resin)，考量到製程的便利性，可使用一UV固化之丙烯酸接著樹脂。
用於形成抗靜電層之抗靜電劑型態並沒有特別限制，在一實施例中，該抗靜電劑可為上述中的有機鹽類或是無機鹽類、或是其他導電材料。其他導電材料，可為一金屬，例如：氧化銦錫(tin-doped indium oxide，ITO)、摻雜銻氧化鋅(antimony-doped zinc oxide，AZO)、銻錫氧化物(antimony-doped tin oxide，ATO)、氧化錫(SnO)、二氧化釕(RuO2)、二氧化銥(IrO2)、金(gold)、銀(silver)、鎳(nickel)、銅(copper)、以及鈀(palladium)、金屬氧化物、或合金材料；或為一導電聚合物，例如：聚苯胺(polyaniline)、聚乙快(polyacetylene)、聚比咯(polypyrrole)、聚塞吩(polythiophene)、聚對苯撐乙烯(polyparaphenylene)，聚亞二烯基(polydienylene)、聚伸口賽吩基乙烯(polyphenylene vinylene)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide-)、或為聚氮化硫(polysulfurnitride)。作為導電材料，可為上述金屬、金屬氧化物或是合金材料沉積於聚合物形成之核心表面之導電材料，因而形成一殼體。
抗靜電劑層之形成，其樹酯與抗靜電劑之混合比率與厚度並沒有特別限制，且習知的方法可依期望的片 電阻值而應用。
形成一液晶膜層可藉由將一液晶組成物於一配向層上形成一膜層，及在液晶化合物為聚合狀態下進行聚合。將該液晶組成物於一配向層上形成一膜層之方法沒有特別限制，且可使用包含上述成分之組成物或是藉由稀釋組成物於適當的溶液中而製備塗佈溶液的方法，再使用習知塗佈方法塗佈形成該配向層。
在製程中，該聚合性液晶化合物可被平行配向。「該平行配向」一詞可指包含液晶化合物之液晶膜層之光學軸，該軸相對於該液晶膜層之一平坦表面具有一約0到25、0到15、0到10、0到5、或0度之傾斜角度。將液晶化合物平行配向之方法並沒有特別限制，且不限於任何習知手法。
透過上述的製程可形成一液晶膜層。依照上述方法製作的液晶膜層可含有一面內延遲性(in-plane retardation)，該面內延遲性可延遲相對於至少一可見光範圍內之波長之1/4相位。也就是說，該面內延遲性允許入射的線性偏光轉換為橢圓式偏光或為圓形式偏光，抑或為將由相反方向入射的橢圓式偏光或為圓形式偏光轉換為線性偏光。例如，該液晶膜層具有相對於波長約550nm之光線測量面內延遲性約為80到200或為90到150nm。具有上述延遲範圍之液晶膜層可配置於顯示裝置，因而可防止當以偏光鏡觀看影像時發生的亮度劣化問題。
該「面內延遲性」一詞指由方程式1計算之值。
方程式1 Rin=d×(nx-ny)
在方程式1中，Rin指的是面內延遲性，d為該液晶膜層之厚度，nx指慢軸上之折射率，ny指快軸上之折射率。
該液晶膜層可能具有或不具有厚度方向之延遲性。在一實施例中，該液晶膜層可能具有相對於波長約550nm光線之厚度方向延遲性為約-20到20或為-10到10nm。「厚度方向延遲性」一詞在此指藉由公式2量測。
方程式2 Rth=d×(nz-ny)
在方程式2中，Rth指厚度方向延遲性，d為液晶膜層之厚度，nz指在厚度方向之折射率，ny指在快軸方向上之折射率。
在一實施例中，該液晶膜層可具有在面內慢軸方向與面內快軸方向間的折射率差值，該差值可為0.05到0.2、0.07到0.2、0.09到0.2、或為0.1到0.2。於慢軸方向之面內折射率可指於液晶膜層平面上表現最高折射率之方向，於快軸方向之折射率可指於液晶膜層平面上表現最低折射率之方向。一般來說，在光學非均向性液晶膜層中之該快軸會與該慢軸垂直，該折射率可分別針對光波長550nm以及589nm進行量測。該折射率也可根據Axomatrix出產的Axoscan操作手册進行量測。除此之外，該液晶膜層可為厚度約為0.5到2.0μm或為0.5到1.5μm。該液晶膜 層之折射率與厚度的關係可展現適合應用目的之延遲相特徵，例如，應用於顯示裝置最外層表面。
此種液晶膜層可被配置於顯示裝置，例如，配置於顯示裝置之最外層表面。例如，當一顯示裝置包含配置於觀看測之偏光層時，該液晶膜層可配置於該偏光層之外側。這類型的顯示裝置並沒有特別限制，例如，可為包含VA、IPS、TN、以及OCB類型之各種LCDs及OLEDs。
關於液晶膜層在液晶顯示裝置中的位置，及/或應用的方法並沒有特別限制，及可使用任何習知方法。
例如，LCD一般可包含依序配置之一背光模組、一內偏光板、一液晶面板、及一觀看側之偏光板，且在這個結構中，該液晶模層可配置於偏光板之觀看測之外側。
OLED通常可包含一光學膜，例如：四分之一波片(QWP)，其為了防止依序排列之有機發光二極體以及偏光板外側的反射，且該偏光板外側可配置一液晶膜層。
該液晶膜層的用途沒有特別限制，例如，依據不同模式的LCDs或是OLEDs，該液晶膜層可為一延遲薄膜、一視角補償薄膜或是一促進亮度薄膜。
本發明提供一液晶組成物，用以形成具有優異的光學特性以及擁有高表面硬度之一液晶膜層。具有前述特徵之液晶膜層可做不同的應用，例如，可被配置於顯示裝置之最外側表面，例如：LCD或OLCD；抑或在偏光層配置於觀看側之情況下，配置於顯示器之偏光層外側，如此， 液晶膜層可以解決當觀察者透過偏光鏡片觀測時的亮度劣化之問題。
於此，一光學薄膜將參照實施例與比較例而詳細說明，該實施例與比較例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1. 表面硬度之測量
表面硬度量測為根據ASTM D3363在500g的鉛筆負荷和250mm/min的鉛筆移動速度條件下，測定實施例和比較例所形成之液晶膜層。
2. 延遲性之測量
延遲性為針對光波長550nm以及590nm而量測。根據Axomatrix出產的Axoscan操作手冊，該儀器能夠測量16穆勒矩陣(sixteen Muller matrixes)，進行量測延遲膜之16穆勒矩陣之延遲性，因而得到延遲性。
3. 片電阻值之測量
利用片電阻量測儀HIRESTA-UP(MCP-HT450；Mitsubishi Chemical)，根據操作手冊測量片電阻值。
4. 配向特性之評估
在實施例與比較例之液晶配向性之評估，為放置一液晶膜層於兩個偏光件中，該兩個偏光件互相垂直， 在光照射其中一表面時，觀測液晶薄層表現之延遲性及其一致性。
用於實施例與比較例之該聚合性液晶化合物以及反應型非液晶化合物結構係如下所示：
聚合性液晶化合物
反應型非液晶化合物
實施例1至4以及比較例1至4
將20g之光反應性聚合物)、5-降莰烯-2-甲基-(4-甲氧基桂皮酸酯)(5-norbornene-2-methyl-(4-methoxy cinnamate))、20g之二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritol hexaacrylate)、以及5g之光起始劑(Irgacure OXE02,Ciba-Geigy(Swiss))溶解於980g環戊酮(cyclopentanone)中，以配製用於配向薄膜之塗佈溶液。將該塗佈溶液塗佈於一三乙醯基纖維素(TAC)薄膜(triacetyl cellulose，TAC)上，於烘乾箱中於70℃下以熱風乾燥兩分鐘，形成具有厚度約1000Å之薄膜。接著，將該TAC薄膜轉移至一方向，經過高壓汞燈(80W/cm)之光源以及金屬線格柵(Moxtek)對薄膜照射線性UV偏光，因而具有一配向特性。
接著，配製用於形成一液晶薄膜的塗佈溶液，其是藉由將5重量份之光起始劑(Irgacure 907,Ciba-Geigy(Swiss))混合於根據表1聚合性液晶化合物比例調配的95重量份混合物中，於此，更可調和一反應型非液晶化合物， 於甲苯中之固含量為約25重量百分比。然後，將該塗佈溶液塗佈於該配相層上，在烘乾箱中於60℃下以熱風乾燥兩分鐘，乾燥後之厚度為約1μm。然後，使用高壓汞燈(80w/cm)之光源照射300mJ/cm2UV光，然後硬化該塗佈溶液後形成一液晶膜層。
針對實施例與比較例的物理特性評估結果總結於表2。
實施例5
該液晶膜層之製作與實施例1之方法相同，除 了於聚合性液晶化合物以及反應型非液晶化合物之混合物中加入一抗靜電劑(甲基丙烯醯氯化膽鹼(Methacroylcholine Chloride,TCI))，其濃度為3重量百分比。
實施例6
該液晶膜層之製作與實施例1之方法相同，除了以環烯烴共聚薄膜(cyclo olefin polymer,COP)取代了TAC薄膜，COP薄膜之一表面上具有由TDA製造的導電聚合物(AedotronTM)形成之塗佈層。
實施例7
該液晶膜層之製作與實施例5之方法相同，除了以COP薄膜取代TAC薄膜，COP薄膜之一表面上具有由TDA製造的導電聚合物(AedotronTM)形成之塗佈層。
實施例8
該液晶膜層之製作與實施例5之方法相同，除了在製備用於配向層之塗佈溶液中，加入約10重量百分比之由TDA製造的導電性聚合物(AedotronTM)。
針對實施例5到8的片電阻值之計算結果請參照表3。
實驗例
當將實施例1至8以及比較例1及2製作的光學薄膜配置於傳統LCD之偏光板的觀看側時，觀看側偏光板之吸收軸與液晶膜層之光學軸(慢軸)間之角度約為45度。當驅動LCD時，將一亮度儀置於常規偏光鏡片之背面，且量測亮度，當使用實驗例製備的光學薄膜時，偏光鏡片之偏光軸改變時，並沒有觀察到明顯的亮度變化。在比較例1與2中，在一開始，可得到類似於實驗例之結果，但經證實其薄膜很容易在使用時被刮傷，因而隨著時間增加而減低其性能。

Claims (14)

  1. 一種液晶組成物，包括一聚合性液晶材料，其中該聚合性液晶材料包括一多官能基聚合性液晶化合物及一反應型非液晶化合物，用以形成一膜層，該膜層於一配向狀態時硬化，使該膜層之表面硬度為至少1H，其中該多官能基聚合性液晶化合物於該聚合性液晶材料中之重量比率為45重量%以上，以及其中該反應型非液晶化合物之重量份相對於100重量份之該聚合性液晶材料為5重量份以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中，該聚合性液晶材料更包含一單官能基聚合性液晶化合物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中，該多官能基聚合性液晶化合物包含一具有二個聚合性官能團之液晶化合物以及一具有三個以上聚合性官能團之液晶化合物。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之組成物，其中，該具有三個或多個聚合性官能團之液晶化合物於該聚合性液晶材料中之重量百分率為至少8%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該反應型非液晶化合物包含至少二個官能團，其能與該聚合性液晶 化合物反應。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該反應型非液晶化合物包含至少四個官能團，其能與該聚合性液晶化合物反應。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之組成物，其中，該非液晶化合物包含至少四個官能團，其能與該聚合性液晶化合物反應，該非液晶化合物之分子量或平均分子量為200到5000或200到1000。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中，該組成物用於形成一膜層，經硬化後，該膜層之表面硬度為至少2H。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中，該組成物用於形成一膜層，該膜層之一片電阻值為1012歐姆(Ω)以下。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之組成物，更包含一抗靜電劑。
  11. 一種製造一光學薄膜之方法，包括：於一配向層上形成一如申請專利範圍第1項所述之液晶組成物之膜層；以及於配向狀態下聚合該液晶化合物。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，該配向層包含一抗靜電劑。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，該液晶組成物之膜層包含一抗靜電劑。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，該配向層係形成於一基層上，及一抗靜電劑層係位於該配向層與該基層之間。
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