CN101589049B - 盘状液晶化合物、包含该化合物的液晶组合物以及使用该液晶组合物的光学膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘状液晶化合物、包含该化合物的液晶组合物以及使用该液晶组合物的光学膜。更具体而言，本发明提供了具有高质量特征的视角补偿膜的液晶材料，其能够提高对比度并使在暗态下色彩随视角的变化最小；包含该液晶材料的液晶组合物；以及由该液晶组合物制备的补偿膜。

Description

盘状液晶化合物、包含该化合物的液晶组合物以及使用该液晶组合物的光学膜

技术领域

本发明涉及一种盘状液晶化合物、包含该化合物的液晶组合物以及使用该液晶组合物的光学膜。

背景技术

近来，随着手表、笔记本个人电脑、便携式电话、电视机和显示器的市场的急剧扩展，已经极大地增加了对重量轻和功耗低的显示器的需要。液晶显示器（LCD）轻而且薄，并且需要的功耗低，已经被广泛地用在这些产品中。

但是，LCD具有视角依赖性的缺陷。换句话说，根据观看的方向或角度，LCD显示出在色彩或亮度/暗度方面上的变化。另外，随着这种LCD尺寸的增加，其视角降低。与具有约180°视角的常规CRT（阴极射线管）装置相比，没有视角补偿的TFT-LCD显示出的视角仅约±50°。

为了解决上述问题，已经使用了多种办法，这些方法包括：多区域法（multi-domain method），其中在液晶盒中分开像素以控制液晶取向；控制电压的方法；和使用光学补偿膜的方法。

LCD的上述视角依赖性是由与LCD面板成倾角的入射光造成的，其显示出与垂直入射光不同的双折射效应。为了补偿这种效应，已经广泛使用了采用光学补偿膜的方法，其中将对面板具有相反的双折射系数的延迟膜附着到该面板的两面上。另外，随着显示面板尺寸的增加，已经需要高质量的液晶补偿膜。

通过用液晶涂布取向的透明支撑体，并沿与取向层的方向成预定方向的方向使所述液晶取向，随后固化得到延迟膜。在取向后，根据所施加的电压，所述液晶具有与液晶盒的方向相反的方向，从而可以使在暗态的漏光最小化。当将这种延迟膜与液晶面板结合以使得可以使光线穿过所述面板时，因为入射光的路径在所有方向上都彼此相似，所以可以补偿由于光路不同而造成的光线相位差。另外，也可以通过优化各个膜的双折射量级、在膜之间形成的角度、摩擦方向和与偏振片的角度来补偿在上/下/左/右方向上的双折射系数的差异。

因此，需要新型的液晶化合物，其用于制造视角补偿膜，所述视角补偿膜具有如下的高质量特征：提高对比度并根据视角使在暗态的色彩变化最小化。

发明内容

技术问题

因此，考虑到上述问题而产生了本发明，并且本发明提供了一种新型盘状液晶化合物，其用于制造视角补偿膜，该补偿膜具有如下特征：提高对比度并根据视角使在暗态的色彩变化最小化。

另外，本发明提供了包含这种化合物的液晶组合物，和使用该液晶组合物的光学膜。

技术方案

根据本发明的一个技术方案，提供了一种新型盘状液晶化合物、包含该化合物的液晶组合物、使用该液晶组合物的光学膜和包括该光学膜的液晶显示器。

根据本发明的新型盘状液晶化合物由通式1表示：

[通式1]

其中，G表示H、或

V表示-H、-CH₃、-CH₂CH₃、-F、-Cl、-Br或-CF₃；

X表示-O-、-NH-、C₁～C₁₂亚烷基或单键；

A表示C₃～C₁₂直链亚烷基；

W表示-H、-CH₃、-CH₂CH₃或-C₆H₅；

Y表示-C(=O)O-或-OC(=O)-；

为

或

Q¹～Q⁴各自独立地表示-H、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-OH、-CF₃、-CH₃、-CH₂CH₃、-OCH₃、-OCH₂CH₃或-C(=O)CH₃；

为

或

Z¹表示C或N；Z²表示C、N、O或S；

b表示在0和2之间的整数；和

c表示在1和6之间的整数。

附图说明

当结合附图时，从下面的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1为当使用根据本发明的实施例3制造的补偿膜时，在暗态使用偏光显微镜拍摄的照片。

具体实施方式

由通式1表示的本发明的化合物是一种可聚合的液晶化合物。

具体而言，在根据本发明的盘状液晶化合物中，将作为取代基的可聚合基团引入到盘状核的两端上。但是，当可聚合基团直接连接到盘状核上时，在聚合中难于保持取向态。因此，在盘状核和可聚合基团之间引入了连接基团。

在通式1中，环D或环D-(Y-环B)_c表示环形核，G表示可聚合基团，而Si-A-X表示连接基团。

由通式1表示的化合物为一种盘状液晶化合物，其具有高堆叠能力，并且因此能够用于TN型补偿膜或者O-片（斜展）型补偿膜。

另外，在由通式1表示的化合物中，引入了Si，由此提高了液晶化合物的可加工性。

本发明由通式1表示的化合物容易与各种液晶材料混合，并且即使在低温下也具有高溶解性。另外，在常规液晶显示器的应用条件下，由通式1表示的化合物是物理和化学稳定的并且对热和光稳定，并且在优选的温度范围内形成液晶中间相。因此，由通式1表示的化合物可以非常适于用于形成液晶组合物。另外，与在室温下沉积成为晶体的常规液晶组合物相反，即使当将该组合物在室温下储存长于1周的时间时，在包含本发明由通式1表示的化合物的液晶组合物中也不存在沉积。

因此，由通式1表示的化合物为可用于光学膜的液晶化合物，该光学膜提高了各种液晶显示器的宽视角。

在通式1中，所述作为A的C₂～C₁₂亚烯基选自-CH=CH-、-CH=CCH₃-、-CH₂CH=CH-、-CH=CHCH₂CH₂-、-CH₂CH=CHCH₂-、-CH₂CH₂CH=CH-、-CH=CHCH₂CH₂CH₂-、-CH₂CH=CHCH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH=CHCH₂-和-CH₂CH₂CH₂CH=CH-中。

以下，将解释说明制备由通式1表示的化合物的方法，但是本发明的范围并不限于这些。

由通式1表示的化合物可以通过反应图式1的反应制备。

[反应图式1]

另外，由通式1表示的化合物可以通过反应图式2的反应制备。

[反应图式2]

在反应图式1和2中，G、X、W、环B、环D、b和c与在通式1中的限定相同，且n表示在1和10之间的整数。

根据本发明的盘状液晶化合物可以通过在反应图式1中的由通式2和3表示的化合物的酯化反应制备。另外，根据本发明的盘状液晶化合物通过在反应图式2中的由通式4和5表示的化合物的酯化反应制备。作为酯化反应中的试剂，可以使用DCC（二环己基碳化二亚胺）、EDC（1-乙基-3-(3-二甲氨基)丙基)碳化二亚胺）、SOCl₂、COCl₂或MsCl（甲磺酰氯）等，并且也可以使用在本领域中已知的其它常规反应试剂。

在本发明中，在反应图式1中由通式2表示的化合物可以由反应图式3的反应制备，而在反应图式2中由通式4表示的化合物可以由反应图式4的反应制备。

[反应图式3]

[反应图式4]

在反应图式3和4中，L表示离去基团，且该离去基团的非限制性实例包括但不限于，卤素、甲磺酸酯（-OSO₂CH₃）、对甲苯磺酸酯（-OSO₂C₆H₅-p-CH₃）等。另外，P¹和P²各自独立地表示保护基团，例如THP（四氢吡喃基）、TBS（叔丁基二甲基甲硅烷基）等，但是在本领域中已知的其它常规保护基团也可以包括在内。G、X、W、环B和b与在通式1中的限定相同，且n表示在1和10之间的整数。

在反应图式3和4中使用Li的锂化反应中，适于锂化反应的其它反应试剂（例如BuLi）也可以使用而不使用Li，对此没有任何特殊限制。另外，在去保护的步骤中，可以使用本领域中已知的常规反应试剂。

另外，在反应图式3和4的第二步骤中作为反应试剂加入的硅衍生物可以通过反应图式5的反应制备。

[反应图式5]

在反应图式5中，如果X为-O-或-NH-，则P为P¹或P²，且另外，如果X为C₁～C₁₂亚烷基或单键，则P为L。这里，P¹、P²和L与在反应图式3和4中的限定相同。

用于制备由通式1表示的化合物的方法还包括通过类似于反应图式1～5的反应路径进行的其它方法。

本发明提供了包含由通式1表示的化合物的液晶组合物。

基于组合物的总重，在该液晶组合物中包含的由通式1表示的化合物的量为0.1～99.9wt%，优选为1～80wt%。

除了由通式1表示的上述液晶化合物以外，所述根据本发明的液晶组合物可以包括其它多种可以混合在一起而不干扰液晶性质的化合物。这些化合物的实例包括目前用在常规液晶组合物中的可聚合液晶化合物、可聚合非液晶化合物以及聚合物，并且可以以所需的各种比例使用。优选各个可聚合化合物均具有可聚合基团，例如乙烯基、乙烯氧基、丙烯酰基或甲基丙烯酰基。

当需要时，根据本发明的液晶组合物可以包括光反应引发剂，并且在本发明中，所述光反应引发剂可以包括在本领域中已知的常规引发剂而没有任何特殊限制。所述光反应引发剂的非限制性实例包括苯甲酰醚、苯甲酰异丁基醚、苯甲酰异丙基醚、二苯甲酮、苯乙酮、4-苯甲酰基-4′-甲基二苯硫、苄基甲基缩酮、二甲氨基甲基苯甲酸酯、3,3′-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、苯甲酰基甲酸甲酯、2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基)-2-吗啉代丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮、1-羟基环己基苯基酮、基于Irgacure的化合物等。另外，基于100重量份可聚合液晶化合物，所述光反应引发剂的加入量为0.001～20重量份，优选为0.01～10重量份。

另外，当需要时，根据本发明的液晶组合物可以包括有机溶剂。包括有机溶剂有助于将液晶组合物施用（涂布）在例如膜的基板上。

在本发明中，作为有机溶剂，可以使用本领域中已知的常规有机溶剂而没有任何特殊限制。所述有机溶剂的非限制性实例包括：烃类化合物，例如环己烷、环戊烷、苯、甲苯、二甲苯、丁苯等；酮类化合物，例如丙酮、甲乙酮、甲基异丁酮、环己酮等；酯类化合物，例如乙酸乙酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、γ-丁内酯等；酰胺类化合物，例如2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等；卤代烃类化合物（halogens），例如氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、四氯乙烯、氯苯等；醇类化合物，例如叔丁醇、双丙酮醇、甘油、甘油一醋酸酯、乙二醇、三乙二醇、己二醇、乙二醇单甲醚等；酚类化合物，例如苯酚、对氯苯酚等；和醚类化合物，例如甲氧基苯、1,2-二甲氧基苯、二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚等。另外，这种有机溶剂可以独立地使用，或者可以通过混合至少两种这些材料使用，并且在本发明中，对用量没有限制。

另外，当需要时，根据本发明的液晶组合物可以包括表面活性剂。表面活性剂可以使液晶组合物容易地施用到基板上。作为表面活性剂，可以使用在本领域中公知的常规表面活性剂而没有任何特殊限制，而且加入量根据下列因素而变化：表面活性剂的种类、液晶组合物组分的组成比例、溶剂的种类以及基板的种类。

另外，根据本发明的液晶组合物可以包括手性掺杂剂或流平剂（levelingagent）作为另外的添加剂来防止液晶螺环结构的扭曲或液晶的反向扭曲等。

根据本发明的液晶组合物可以以常规方式制备。一般而言，在制备中，将各种组分在室温或高温下溶解。

本发明提供一种使用根据本发明的液晶组合物的光学膜。

根据本发明的光学膜是通过在基板上形成光学各向异性层（即液晶膜）而制备的。在本发明中，液晶膜中的液晶取向态可以通过适当选择形成液晶组合物的可聚合液晶化合物和其它化合物来进行调整。

根据本发明的光学膜的非限制性实例包括为A-片型补偿膜、B-片型补偿膜、(+)C-片型补偿膜、(-)C-片型补偿膜或O-片（斜展）型补偿膜等。

在本发明的光学膜中，只要可以在基板表面上形成液晶膜，就可以使用该基板而没有任何特殊限制。这种基板的实例包括聚合物膜、金属或玻璃等。

聚合物膜的非限制性实例包括聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酮硫醚、聚醚砜、环烯烃聚合物、聚砜、聚苯硫醚、聚苯醚、聚对苯二甲酸二乙醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、丙烯酸树脂、聚乙烯醇、聚丙烯、纤维素、三乙酰基纤维素、环氧树脂、酚醛树脂等，并且在本发明中，这些实例可以为单轴定向膜或双轴定向膜。另外，所述聚合物膜可以在例如亲水性处理或疏水性处理的表面处理后使用，而且可以是层压膜。另外，金属的非限制性实例包括铝、铁、铜等，其具有狭缝形状的表面凹槽；而玻璃的非限制性实例包括碱性玻璃、硼酸玻璃（boric glass）、印刷玻璃（print glass）等，其通过蚀刻具有狭缝形状的表面。

另外，所述基板在其上可以具有取向层。用于取向层的材料的非限制性实例包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇等。

一些基板材料由于具有足够的能力使液晶化合物取向而可以直接使用。但是，为了增强取向能力，在用作基板之前，可以对基板材料进行单独处理，例如摩擦、拉伸、极化辐照或斜射光（skew ray）辐照。

在本发明中，可以在基板上直接进行摩擦，或者可以在之前形成在基板上的取向层上进行。

根据本发明的光学膜可以用在本领域中公知的常规方法构造。作为一个实例，可以通过如下步骤构造本发明的光学膜：将本发明液晶组合物涂布在基板上，干燥该涂布的液晶组合物以由此使该液晶组合物取向，然后固化该取向的液晶组合物同时保持该液晶化合物的取向方式以由此固定该取向方式。

液晶组合物在基板上的涂布可以以常规方式进行。这种涂布的非限制性实例包括旋涂、辊涂、印刷、浸拉涂布（dip-drawing coating）、幕涂（curtaincoating）、口模式涂布（die coating）、浸涂等。

所述干燥步骤可以以常规方式进行，并且在本发明中，在该干燥步骤中使液晶化合物取向，或者通过在该干燥步骤后的另外加热使液晶化合物取向。对干燥条件没有任何特殊限制，其根据用于液晶组合物的有机溶剂的沸点、用于基板和取向层的材料而变化。另外，可以通过加热干燥，或者在室温或低温下逐渐干燥。

所述固化步骤可以通过辐射射线到涂布的液晶组合物上和/或热处理涂布的液晶组合物来进行。在该步骤中，通过可聚合化合物的可聚合基团进行聚合，并将具有固定取向的液晶化合物连接到基板上，由此形成具有光学各向异性层的液晶膜。用于该固化步骤的射线的波长可以包括，但并不限于，电子束、紫外线、可见光线、红外线等。另外，热处理通常在10～200℃进行3秒～30分钟，但是热处理的条件并不限于这一条件。

另外，根据本发明的光学膜可以通过如下步骤制造：将液晶组合物涂布在可剥离的膜上，干燥该组合物，通过固化步骤形成液晶膜，以及通过使用胶粘剂或粘合剂将所形成的液晶膜转移至基板上。

根据本发明的光学膜可以用作光学补偿膜或使用该光学补偿膜的偏振片，并且可以被配置在液晶显示器中。

现在将详细描述本发明的优选实施方案作为参考。但是，下列实施例仅用于举例说明，并且本发明的范围并不限于这些。

[实施例1]

将1.0当量的化合物7溶解在无水THF溶剂和CH₂Cl₂溶剂中，并且在0℃下加入1当量的MsCl和1.1当量的N,N-二异丙基乙胺，然后通过搅拌30分钟制备酰基氯。接着，在0℃下将1.1当量的N,N-二异丙基乙胺、0.3当量的DMAP和0.1当量的2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲加入到酰基氯中。然后，在氮气气氛下于室温搅拌大约20小时之后，用水和乙醚处理混合物，并经硅胶柱色谱法分离，得到化合物8，产率约80%。¹HNMR（400MHz，CDCl₃）：δ0.29（s，36H），0.66～0.78（m，12H），1.55～1.78（m，12H），1.80～1.93（m，12H），4.13（t，12H），5.82（d，6H），6.12（dd，6H），6.40（d，6H），7.15（d，12H），7.89（d，12H），8.37（s，6H）。

[实施例2]

将1.0当量的化合物9溶解在无水THF溶剂和CH₂Cl₂溶剂中，并且在0℃下加入1当量的MsCl和1.1当量的N,N-二异丙基乙胺，然后通过搅拌30分钟制备酰基氯。接着，在0℃下将1.1当量的N,N-二异丙基乙胺、0.3当量的DMAP和0.1当量的2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲加入到酰基氯中。然后，在氮气气氛下于室温搅拌大约20小时之后，用水和乙醚处理混合物，并经硅胶柱色谱法分离，得到化合物10，产率约82%。¹HNMR（400MHz，CDCl₃）：δ0.30（s，36H），0.67～0.80（m，12H），1.59～1.83（m，12H），4.14（t，12H），5.83（d，6H），6.12（dd，6H），6.41（d，6H），7.15（d，12H），7.89（d，12H），8.43（s，6H）。

[实施例3：液晶组合物和补偿膜的制备]

首先，将9.28g根据实施例1的液晶组合物8溶解在30g甲乙酮中。接着，向其中加入600mg的Irgacure 907（2-甲基-4’-(甲硫基)-2-吗啉代苯酮）、40mg作为取向促进剂的FC-4430和80mg作为流平剂的BYK-300，并充分摇晃反应混合物。在完全溶解后，使用颗粒过滤器去除颗粒，从而制备涂布液体（液晶组合物）。然后，在具有PVA取向层的玻璃上进行摩擦处理，并且以2000rpm旋涂20秒钟将制得的涂布液体涂布在玻璃上。在150℃的烘箱中干燥所涂布的产品1分钟，并将UV射线（200W～80W/m）辐照在其上以提供补偿膜。

[实施例4：液晶组合物和补偿膜的制备]

除了使用根据实施例2的液晶化合物10代替根据实施例1的液晶化合物8以外，以与实施例3中所述的相同方式制备补偿膜。

[比较实施例1：液晶组合物和补偿膜的制备]

除了使用常规盘状液晶化合物（2,3,6,7,10,11-六(4-(4-丙烯酰氧基丁烷-1-氧基)苯羰氧基)苯并菲）（Fuji）代替根据实施例1的液晶化合物8以外，以与实施例3中所述的相同方式制备补偿膜。

[补偿膜物理性质的测定]

对于根据实施例3和4的各个补偿膜，测量其厚度、折射系数、延迟值和视角等。

具体而言，通过使用测微仪测量厚度，并且通过使用阿贝折射仪在中心波长550nm处测量双折射系数。另外，通过用Axo扫描装置测量UV色散获得用450nm/650nm比表示的波长色散值，并且通过将各补偿膜附于TN液晶显示器上测量在上/下/左/右方向上的视角。结果显示在表1中。

[表1]

从表1中可以看出，通过使用根据本发明的盘状液晶化合物所得到的补偿膜具有比常规膜更宽的视角。

图1为当使用根据本发明的实施例3制造的补偿膜时在暗态使用偏光显微镜拍摄的照片。

一般而言，补偿膜用于防止暗态中的光线泄漏。因为暗态中的黑色程度在对比度和视角上具有重要性，所以可以说，黑色越纯，补偿膜越好。因此，参考在图1中所示的用偏光显微镜拍摄的纯暗态照片，测定根据实施例3的膜的表面质量和取向态，并且由此，测得该膜具有优异的取向态，且从而适用于光学补偿膜。

工业实用性

从前述内容可以看出，通过使用根据本发明的包含盘状液晶化合物的液晶组合物可以制备高质量视角补偿膜，当与从正面测量的对比度相比较时，该膜提高了在倾角处测量的对比度，并且根据视角使暗态中的色彩变化最小化。

虽然出于解释说明的目的已经描述了本发明的各种示例性实施方案，但是，本领域中的技术人员将理解，在不偏离在所附权利要求书中公开的本发明的范围和实质的情况下，可能有各种改进、增加和替代方案。

Claims (7)

1.由通式1所表示的化合物：

[通式1]

其中，G表示

V表示-H；

X表示-O-、-NH-或单键；

A表示C₃～C₁₂亚烷基且所述亚烷基为直链；

W表示-H、-CH₃或-CH₂CH₃；

Y表示-OC(=O)-；

为

Q¹～Q⁴各自独立地表示-H、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-OH、-CF₃、-CH₃、-CH₂CH₃、-OCH₃、-OCH₂CH₃或-C(=O)CH₃；

为

Z¹表示C；

b表示在0和2之间的整数；和

c表示6。

2.一种用于制备权利要求1中所述的化合物的方法，其包括下述反应图式1表示的步骤：

[反应图式1]

其中，G、X、W、环B、环D、b和c与在权利要求1中的限定相同，且n表示在1和10之间的整数。

3.一种液晶组合物，其包含由通式1表示的化合物：

[通式1]

其中，G、X、A、W、Y、环B、环D、b和c与在权利要求1中的限定相同。

4.如权利要求3中所述的液晶组合物，其中，基于组合物的总重量，所述由通式1表示的化合物的用量为1～80wt％。

5.一种光学膜，其使用如在权利要求3或4中所述的液晶组合物。

6.如权利要求5中所述的光学膜，其为A-片型补偿膜、B-片型补偿膜、(+)C-片型补偿膜、(-)C-片型补偿膜或O-片斜展型补偿膜。

7.一种液晶显示器，其包括如权利要求5中所述的光学膜。

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