專利名稱：用于盤狀液晶取向的二元協(xié)同光敏液晶取向劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一中光交聯(lián)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?qū)印?br> 背景技術(shù)：
液晶被發(fā)現(xiàn)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(fā)展。由于 液晶具有強誘電性及光學(xué)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(xué)效果。這一特殊性質(zhì)不僅被應(yīng)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(lǐng)域，現(xiàn)今商業(yè)上所應(yīng)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(lǐng)域如物理、化學(xué)、材料、電子科 學(xué)相關(guān)的學(xué)者都投身于相關(guān)研究中。隨著技術(shù)的突破及市場需求的急劇增長，使得以液晶 顯示(IXD)為代表的平板顯示(FPD)技術(shù)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(fā)展和思維模式 發(fā)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(wěn)定和均勻的初始排列顯得尤為重要。具有誘導(dǎo)液晶取向排列作用的薄層稱為液晶取向 層。經(jīng)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(shù)的發(fā)現(xiàn)對于液晶顯示技術(shù)的發(fā)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(shù)。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(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)在的摩擦法只對平面表 面起作用，對于形狀不規(guī)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(shù)，尋找非摩擦的替代取向方法以適應(yīng)液晶顯示技術(shù)迅猛發(fā)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(shù)研究是光控取向法。通過偏振紫外光照射，會引發(fā)聚合物薄膜的光異構(gòu)、光交聯(lián)和光降解，并產(chǎn)生表面 各向異性，使得液晶分子在薄膜上發(fā)生取向排列。液晶的光控取向技術(shù)是為克服傳統(tǒng)摩擦 取向技術(shù)的缺點而出現(xiàn)的一種新型液晶取向技術(shù)。在已有小分子液晶光控取向研究的基礎(chǔ) 上，很多研究也關(guān)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(qū)域，可以在聚合物表面獲得多疇結(jié)構(gòu)，使液晶分子在不同區(qū)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(yōu)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(xué)元件、光學(xué)信息儲存等領(lǐng)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、商素?zé)舻龋缓笸ㄟ^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(jù)處理過程不同可分為兩類一類是復(fù)合體系，不需要表面 預(yù)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(fù)合體系，用偏振光預(yù)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(jù)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(lián)反應(yīng)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(gòu)化反應(yīng)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(lián)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(fā)生[2+2] 環(huán)化聚合反應(yīng)，使取向?qū)臃肿泳哂懈飨虍愋?，從而誘導(dǎo)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(yīng)示意圖。圖中二聚反應(yīng)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(fā)生二聚的分子，因而光聚合反應(yīng)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(lián)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(fā)生交 聯(lián)反應(yīng)，生成1，2，3-三苯基茂并芳庚和1，2，3-三苯基萘等環(huán)化產(chǎn)物。隨著液晶顯示技術(shù)日新月異的發(fā)展，迫切要求發(fā)展取向效果更好、更穩(wěn)定的取向 層和更為簡單方便、易于大面積化的取向技術(shù)。目前，盡管非接觸的光取向技術(shù)取得了較大 的進展，但仍存在著光取向?qū)硬牧虾铣沙杀靖甙?、取向熱穩(wěn)定性不佳及難以取得理想的預(yù) 傾角等不足。另外，由于垂直取向液晶顯示器(VA-LCDs)具有高對比度、廣視角以及快速響 應(yīng)時間等優(yōu)異性能，棒狀和盤狀液晶分子垂直取向技術(shù)的研發(fā)已被作為關(guān)鍵技術(shù)之一而備 受重視；同時，在已有小分子棒狀液晶的光控取向的研究基礎(chǔ)上，很多研究也關(guān)注于盤狀液 晶分子的光控取向。然而，光控垂直取向技術(shù)的研發(fā)起步較晚，在光取向材料、加工工藝、取 向性能等方面都有待深入研究。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些垂直光取向材料，但仍存在一些重要 的問題有待于進一步研究解決。(1)液晶垂直取向的熱、光穩(wěn)定性。目前常用的取向材料是含偶氮苯基團的聚合 物，通過傾斜的非偏振紫外光輻射引起表面的光學(xué)各向異性。這種垂直取向技術(shù)的主要問 題是隨溫度的升高光取向的狀態(tài)變得不穩(wěn)定；(2)取向?qū)拥母街Γ?3)控制預(yù)傾角。垂直取向液晶顯示器需要有87-88°的預(yù)傾角，目前用非偏振紫 外光傾斜照射取向膜以得到可控預(yù)傾角的技術(shù)得到了很多研究人員的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有極好的熱穩(wěn)定性的光交聯(lián)型二 元光敏液晶取向劑其制備方法，該取向劑可以利用二元光交聯(lián)基團的協(xié)同作用實現(xiàn)棒狀向 列相液晶分子的垂直取向和盤狀向列相液晶分子的水平取向控制。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于盤狀液晶取向的二元協(xié)同光敏液晶取向劑，該取 向劑含有雙鍵和三鍵的二元交聯(lián)基團的光取向劑，雙鍵和三鍵光敏基團通過酯鍵鍵連如下 述通式[1]
如下
2.如權(quán)利要求1所述的二元協(xié)同光敏液晶取向劑，其特征在于，所述雙鍵光敏基團Rl
3.如權(quán)利要求1所述的二元協(xié)同光敏液晶取向劑，其特征在于，所述三鍵光敏基團為 對烷基二苯乙炔光交聯(lián)基元，其通式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二元協(xié)同光敏液晶取向劑的制備方法，其特征在于，具體包 括以下步驟1).化合物A的合成將摩爾比為1 2的4-丙基碘苯和甲基丁炔醇加入250ml的三口瓶中，同時加入鈀催 化劑 0. lg-1. Og、CuI 0. lg-1. Og、三乙胺 20ml-100ml、三苯基磷 0. lg-1. Og，加熱回流 24h。 冷卻反應(yīng)液，抽濾，真空旋去溶劑得粗產(chǎn)物，在氮氣保護下，減壓蒸餾，收集穩(wěn)定餾分，得化 合物A，備用；2).化合物B的合成將上述步驟中制的化合物A與KOH以摩爾比1 2的比例加入到三口瓶中，加入250ml 甲苯回流》1-1^1，用丙酮重結(jié)晶兩次，得化合物B，備用；3).化合物C的合成將上述步驟中制的化合物B與4-碘苯甲酸以摩爾比為1 2的比例加入250ml三 口瓶中，然后加入三乙胺20ml-100ml、四氫呋喃20ml_100ml、鈀催化劑0. lg-1. Og、CuI 0. lg-1. Og、三苯基磷0. lg-1. Og,加熱回流他-3他，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻反應(yīng)液，抽濾，真空旋 去溶劑得粗產(chǎn)物；用丙酮重結(jié)晶兩次，得產(chǎn)物白色晶體為化合物C，備用；4).在0°C條件下，將光交聯(lián)型取向材料、化合物C和催化劑DCC以摩爾比1:1:1 的比例加入到圓底燒瓶中，同時加入二氯甲烷50ml-120ml和DMAPO. Olg-O. lg，將反應(yīng)液升 至室溫，攪拌12h-Mh，濃縮反應(yīng)液，用二氯甲烷作洗脫劑，通過柱層析分離得到白色產(chǎn)物， 即為二元協(xié)同光敏液晶取向劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述光交聯(lián)型取向材料為肉桂醇、香 豆醇或4-羥基苯乙烯基吡啶。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有極好的熱穩(wěn)定性并能夠利用二元光交聯(lián)基團的協(xié)同作用實現(xiàn)棒狀向列相液晶分子的垂直取向和盤狀向列相液晶分子的水平取向控制的二元光敏液晶取向劑，涉及光學(xué)薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過酯鍵鍵連雙鍵和三鍵制備了光交聯(lián)型二元光敏液晶取向劑，所制備的液晶光致取向劑經(jīng)紫外光照后，分子中的雙鍵和三鍵以不同的反應(yīng)速度發(fā)生環(huán)化聚合反應(yīng)，形成具有分子垂直生長納米結(jié)構(gòu)的光致液晶取向?qū)?，該取向?qū)泳哂泻芎玫母街秃芎玫臒?、化學(xué)穩(wěn)定性。光交聯(lián)后所得到的分子垂直生長的納米結(jié)構(gòu)對棒狀向列相液晶和盤狀向列相液晶都具有很好的取向作用，并且取向作用具有很好的熱穩(wěn)定性。
文檔編號C07C67/08GK102127458SQ20101061823
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者崔曉鵬, 李喆, 楊槐, 楊洲, 柳青, 趙東宇 申請人:北京科技大學(xué)