[发明专利]用于盘状液晶取向的二元协同光敏液晶取向剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学薄膜材料技术领域，尤其涉及一中光交联型双元光敏液晶取向剂的制法及用途，特别是用作盘状液晶的垂直取向层。

背景技术

液晶被发现至今约一百年，但也是近三十多年来才获得了突飞猛进的发展。由于液晶具有强诱电性及光学各向异性，当液晶受到电场、磁场、光、热等外界刺激时，会改变分子的排列方向，具有特殊电气光学效果。这一特殊性质不仅被应用于电子表、计算器及汽车仪表盘的显示器上，还有投影仪的光栅元件、影印机的记忆元件，甚至用作纤维补强材料制作成工程塑料等等，更被用于以TFT-LCD为代表的液晶显示领域，现今商业上所应用于显示的包括棒状与盘状液晶材料都属于向列相液晶，各个领域如物理、化学、材料、电子科学相关的学者都投身于相关研究中。随着技术的突破及市场需求的急剧增长，使得以液晶显示(LCD)为代表的平板显示(FPD)技术迅速崛起。在众多的平板显示器激烈竞争中，TFT-LCD能够脱颖而出，成为新一代的主流显示器绝不是偶然，是人类科技发展和思维模式发展的必然。

无论是对于基于棒状向列相液晶还是盘状液晶分子的功能薄膜和器件而言，液晶有稳定和均匀的初始排列显得尤为重要。具有诱导液晶取向排列作用的薄层称为液晶取向层。经过取向处理后的基板表面，液晶分子会沿着一个特定方向取向，棒状向列相及盘状液晶分子的取向排列方式包括水平取向、垂直取向和倾斜取向及混合，如图1所示。

液晶的取向材料及取向处理方法有多种，其中最重要的是摩擦取向。摩擦取向技术的发现对于液晶显示技术的发展起到了重要的作用，至今为止仍然是各类液晶显示器制造过程中使用最广泛的取向技术。但它存在着很难解决的缺点：1、摩擦过程中会引起静电和产生尘埃，并将对TFT造成一定损伤。2、液晶显示器件及功能薄膜的工艺要求中，液晶分子的多畴排列显得尤为必要，然而，传统的摩擦方法处理后只能够使液晶在表面沿单一方向均匀取向，不能满足高分辨率多畴液晶显示器的取向要求。3、现在的摩擦法只对平面表面起作用，对于形状不规则的基板，通过摩擦取向就很困难。所以，目前迫切需要研究新的液晶取向材料和技术，寻找非摩擦的替代取向方法以适应液晶显示技术迅猛发展的需要。近年较常见的方法有：光控取向法、LB膜法、单层有机分子自组装法及SiOx倾斜蒸镀法等。目前取得较大进展的取向技术研究是光控取向法。

通过偏振紫外光照射，会引发聚合物薄膜的光异构、光交联和光降解，并产生表面各向异性，使得液晶分子在薄膜上发生取向排列。液晶的光控取向技术是为克服传统摩擦取向技术的缺点而出现的一种新型液晶取向技术。在已有小分子液晶光控取向研究的基础上，很多研究也关注于盘状液晶分子的光控取向。光取向法通过控制光的偏振方向和光照区域，可以在聚合物表面获得多畴结构，使液晶分子在不同区域沿不同方向取向，这在制作高分辨率多畴液晶取向方面具有很大的优越性。液晶的光取向不但可以用于液晶显示，而且可以用于集成光学元件、光学信息储存等领域，因而得到了广泛重视。

影响液晶光取向的因素主要有光源、衬底材料、液晶材料。光源一般采用高压汞灯、氙灯、卤素灯等，然后通过滤光装置和起偏器获得单色偏振光，也有人采用偏振紫外激光或非偏振紫外光。光取向法根据处理过程不同可分为两类：一类是复合体系，不需要表面预处理，直接用光取向掺有感光高分子的液晶层；另一类是非复合体系，用偏振光预处理聚合物衬底，再使液晶分子在衬底上取向排列，这是目前采用较多的方法。另外，根据选用的取向材料不同，又可分为以下几类：(1)含有可进行光交联反应基团(如肉桂酸酯、香豆素等)的聚合物材料；(2)含有可进行光致异构化反应基团(如偶氮)的聚合物材料；(3)可光降解聚合物材料(如聚酰亚胺、聚苯乙烯等)。

光交联型取向材料通常包括肉桂酸酯类、香豆素类、苯乙烯基苯并吡咯酮类、苯乙烯基吡啶类、二苯基乙炔类等。这些具有光活性的取向材料在线偏振光的照射下发生[2+2]环化聚合反应，使取向层分子具有各向异性，从而诱导液晶分子取向。图2是一种肉桂酸材料在紫外光照射下的反应示意图。图中二聚反应是在平行于线性偏振光的方向上进行的，其它方向上没有发生二聚的分子，因而光聚合反应具有各向异性，从而使液晶分子的指向矢和线性偏振光的偏振方向相垂直。除上述含有双键的光交联取向材料外，含有炔键二苯乙炔基团的聚合物材料也被用于液晶的光取向研究中。紫外光辐照二苯乙炔基团只发生交联反应，生成1，2，3-三苯基茂并芳庚和1，2，3-三苯基萘等环化产物。