DE112015000791T5

DE112015000791T5 - Lichtmodulierungselement

Info

Publication number: DE112015000791T5
Application number: DE112015000791.1T
Authority: DE
Inventors: Joji Kawamura; Tomiki Ikeda; Isa Nishiyama; Yutaka Tachikawa; Yoshinori Iwashita
Original assignee: DIC Corp; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: JPWO2015122458A1; WO2015122458A1; KR20160075815A; KR101680559B1; US20160349540A1; JP5871105B2; CN105874380A; CN105874380B; DE112015000791B4

Abstract

Es wird ein Lichtmodulierungselement bereitgestellt, bei dem es unwahrscheinlich ist, dass Photolyse oder Photozersetzung verursacht wird. Es wird ein Lichtmodulierungselement bereitgestellt, das aus wenigstens einem oder mehreren transparenten Substrat(en) und einer dielektrischen Schicht, die auf wenigstens einem transparenten Substrat aufgestapelt ist, gebildet ist, in dem die dielektrische Schicht 90 Mol% bis 100 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz enthält und das Energieniveau (T1) eines niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz 2,6 eV bis 5,4 eV ist. Es ist vorteilhaft, dass die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz 35 Mol% bis 85 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1) enthält, bei der der Wert von S1 – T1 1,0 eV bis 2,0 eV ist, wenn das Energieniveau eines angeregten Singuletts der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) als (S1) festgelegt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodulierungselement.
Stand der Technik
Es wird erwartet, dass ein Lichtmodulierungselement auf Gebieten wie zum Beispiel der optischen Aufzeichnungstechnologie, der optischen Informationsverarbeitungstechnologie und der Anzeigetechnologie als ein Element verwendet wird, welches eine Phase, Intensität, eine Amplitude und dergleichen von Eingangslicht gemäß einem externen Eingangssignal räumlich moduliert und ausgibt; dies unterliegt weitreichender Forschung und Entwicklung. Als räumliches Lichtmodulierungselement ist beispielsweise ein Element, welches eine Reaktion von Flüssigkristallen auf ein elektrisches Feld verwendet, bekannt, und wird weithin als Anzeigevorrichtung verwendet (vgl. zum Beispiel Patentdruckschriften 1 und 2). Bezüglich der Flüssigkristalle kann die molekulare Ausrichtung durch eine Substratoberflächenbehandlung oder ein äußeres Feld frei gesteuert werden, und es ist möglich, die Phase oder Intensität des Lichts unter Verwendung der oben beschriebenen Charakteristika frei zu verändern.
Liste der Druckschriften
Patentliteratur

[PTL 1] JP-A-2008-143902
[PTL 2] JP-T-2009-504814

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Das Lichtmodulierungselement muss stabil gegenüber externen Faktoren wie zum Beispiel Licht, Wärme und dergleichen sein. Da insbesondere das Lichtmodulierungselement das Eingangslicht konstant moduliert und das modulierte Licht ausgibt, ist die Stabilität bezüglich Licht besonders wichtig.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lichtmodulierungselement bereitzustellen, welches auf physikalische Wirkungen von außen reagieren kann, wobei es unwahrscheinlich ist, dass es Photolyse oder Photoabbau verursacht.
Lösung der Aufgabe
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtmodulierungselement bereitgestellt, das aus wenigstens einem oder mehreren transparenten Substrat(en) und einer dielektrischen Schicht, die auf wenigstens ein transparentes Substrat aufgestapelt ist, gebildet ist, wobei die dielektrische Schicht 90 Mol% bis 100 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) enthält und das Energieniveau (T₁) eines niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz 2,6 eV bis 5,4 eV ist.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz 35 Mol% bis 85 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1) enthält, bei der der Wert S₁ – T₁ 1,0 eV bis 2,0 eV ist, wenn das Energieniveau eines angeregten Singuletts der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) als (S₁) festgelegt ist.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz 25 Mole bis 65 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1-1) enthält, bei der der Wert S₁ – T₁ 1.300 meV ± 200 meV ist.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass der molare Extinktionskoeffizient (ε) der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) bei einer Wellenlänge von 300 nm bis 650 nm kleiner als 500 ist, und es wird bevorzugt, dass eine Reaktion mit einem Magnetfeld, einem elektrischen Feld, einem optischen Feld oder einem Strömungsfeld als äußeres Feld bewirkt wird.
Beim Lichtmodulierungselement der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass eine transparente Elektrode an wenigstens einem der transparenten Substrate ausgebildet ist und das Lichtmodulierungselement Licht als Reaktion auf elektromagnetische Wellen, welche in Folge des Eingangs eines elektrischen Signals an der Elektrode erzeugt werden, moduliert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es durch Verwendung einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz mit einem vorbestimmten Energieniveau möglich, ein Lichtmodulierungselement bereitzustellen, von welchem es unwahrscheinlich ist, dass es Photolyse verursacht, und welches eine hohe optische Verlässlichkeit besitzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaubild, welches die optische Stabilität der Beispiele der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
<Lichtmodulierungselement>
Es wird ein Lichtmodulierungselement gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, das aus wenigstens einem oder mehreren transparenten Substrat(en) und einer dielektrischen Schicht, die auf wenigstens ein transparentes Substrat aufgestapelt ist, gebildet ist, wobei die dielektrische Schicht eine auf ein äußeres Feld reaktive Substanz enthält und die dielektrische Schicht 90 Mol% bis 100 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) enthält und das Energieniveau (T₁) eines niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz 2,6 eV bis 5,4 eV ist.
Das Lichtmodulierungselement der vorliegenden Erfindung realisiert eine optische Funktion durch die Modulation einfallenden Lichts und das Emittieren von moduliertem Licht. Das Lichtmodulierungselement der vorliegenden Erfindung kann als Flüssigkristallanzeigeelement, Hologrammelement, Phasendifferenzelement, wie zum Beispiel ein Phasendifferenzfilm, optisches Kommunikationselement, wie zum Beispiel Wellenlängen-Multiplex-Element, ein Beleuchtungselement, wie zum Beispiel ein Elektrolumineszenzelement, und ein 3D-Druckerelement, verwendet werden.
Beispiele für das Material des in der vorliegenden Erfindung verwendeten transparenten Substrats umfassen ein flexibles Polymer, wie zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethersulfon (PES), Polystyrol (PS), Polyethylen (PE), Polyarylat (PAR), Polyetheretherketon (PEEK), Polycarbonat (PC), Polycycloolefin, Polypropylen (PP), Polyimid (PI), Polyamid, Polyimidamid oder Triacetylcellulose (TAC), ein Substrat, hergestellt unter Verwendung eines Verbundmaterials, wie zum Beispiel glasfaserverstärkter Kunststoff oder cellulosefaserverstärkter Kunststoff, oder anorganisches Material, wie zum Beispiel Glas. Von diesen wird Glas bevorzugt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Lichtmodulierungselement ein oder mehrere transparente(s) Substrat(e) umfassen, und umfasst vorzugsweise zwei transparente Substrate. Im Fall, dass zwei oder mehr Substrate umfasst sind, können die Substrate aus demselben Materialtyp gebildet sein oder können aus verschiedenen Materialien gebildet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die dielektrische Schicht eine auf ein äußeres Feld reaktive Substanz.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die auf das äußere Feld reaktive Substanz eine Substanz, deren Funktionen in Reaktion auf physikalische und chemische Stimulationen von einem äußeren Feld gesteuert werden können.
Beispiele für das äußere Feld der auf das äußere Feld reaktiven Substanz umfassen ein magnetisches Feld, ein elektrisches Feld, ein optisches Feld, wie zum Beispiel polarisiertes Licht (ein Laser oder eine Lampe mit hoher Intensität), sowie eine Fluktuation (ein Flussfeld bzw. Strömungsfeld), wie zum Beispiel eine Scherkraft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Beispiele für die auf das äußere Feld reaktive Substanz eine dielektrische Substanz, zum Beispiel eine pyroelektrische Substanz, eine piezoelektrische Substanz, eine ferroelektrische Substanz, eine fluoreszierende Substanz, eine phosphoreszierende Substanz, einen Farbstoff, sowie eine Flüssigkristallsubstanz. Die Flüssigkristallsubstanz wird hauptsächlich aus einem Aggregat von Flüssigkristallmolekülen gebildet, und die molekulare Ausrichtung kann durch Verwendung eines äußeren Felds frei gesteuert werden. Zum Beispiel verändert sich in einem Fall, in welchem das elektrische Feld als das äußere Feld verwendet wird, eine Orientierung von Flüssigkristallmolekülen, die orthogonal ausgerichtet sind, auf parallel zum Substrat, oder lediglich eine Richtung der Flüssigkristallmoleküle, die im Wesentlichen parallel zum Substrat ausgerichtet sind, ändert sich, während die Orientierung zum Substrat als parallel aufrechterhalten wird, durch Anlegen einer Spannung zwischen einer Mehrzahl von Elektroden, und es ist daher möglich, die dynamische Orientierung der Flüssigkristallmoleküle mit einem elektrischen Feld zu steuern. Darüber hinaus ist es möglich, einen Wechsel der Ordnung der Flüssigkristallphasen durch Anlegen einer Wirkung des Erhöhens oder Erniedrigens einer Temperatur an der Flüssigkristallsubstanz als einem äußeren Feld zu bewirken. Es ist des Weiteren möglich, eine Änderung der Ordnung der Flüssigkristallphasen durch Anlegen von Lichtenergie an die Flüssigkristallsubstanz, welche Flüssigkristallmoleküle enthält, und einen Farbstoff oder eine Phosphorsubstanz, mittels Lichtbestrahlung als einem äußeren Feld zu bewirken. Bei jeder Wirkung ist es möglich, einfallendes Licht zu modulieren und als ausgehende Strahlung zu extrahieren. Wie oben beschrieben, weist die Flüssigkristallsubstanz ein Charakteristikum auf, welches sie die Lichtmodulierung bezüglich verschiedener äußerer Felder verursachen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz Flüssigkristallmoleküle sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind als auf das äußere Feld reaktive Substanz 90 Mol% bis 100 Mol% der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) enthalten, bei welcher das Energieniveau (T₁) eines niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz 2,6 eV bis 5,4 eV ist.
Das Lichtmodulierungselement ist ein Element, welches Licht moduliert unter der Annahme, dass es mit Licht bestrahlt wird. Demgemäß ist eine ausreichende Lichtstabilität notwendig, so dass sich die Eigenschaften nicht verändern, selbst wenn die Bestrahlung mit Licht für eine lange Zeitdauer anhält.
Wie im Folgenden beschrieben wird, umfasst das Lichtmodulierungselement der vorliegenden Erfindung periphere Elemente, wie zum Beispiel ein Substrat, Elektroden, Schaltungen, einen anorganischen Schutzfilm, einen organischen Schutzfilm, eine Polarisationsplatte oder einen Phasendifferenzfilm.
Die Bestrahlung mit Licht kann in manchen Fällen eine Zersetzung des Lichtmodulierungselements mit verursachen. Dies ist der Fall, da Photolyse oder Photoabbau von Aufbaumaterialien des Lichtmodulierungselements aufgrund von Lichtbestrahlungsenergie auftreten. Das bedeutet, dass zunächst in Betracht gezogen wird, die Lichtstabilität der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz, welche das Lichtmodulierungselement aufbaut, als notwendige Bedingung zu erhöhen, um die Lichtstabilität des Lichtmodulierungselements zu erhöhen.
Daher haben die Erfinder einem Deaktivierungsverfahren nach optischer Anregung einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz oder einem peripheren Element unter Erzeugung eines angeregten Singuletts und der Erzeugung eines niedrigsten Triplett-Zustands aufgrund von Intersystem Crossing von gewissen Teilen davon, Aufmerksamkeit geschenkt. Dies ist der Fall, da die Wahrscheinlichkeit einer Photoreaktion, welche Photolyse verursacht, hoch ist, da die Anregungslebensdauer des niedrigsten Triplett-Zustands normalerweise signifikant länger ist als die des angeregten Singuletts.
Es ist notwendig, dass die Substanz Licht absorbiert oder eine Bewegung der Anregungsenergie aus angeregten Molekülen stattfindet, so dass eine auf ein äußeres Feld reaktive Substanz oder ein peripheres Element photoangeregt werden kann. Selbst wenn die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz oder ein peripheres Element durch Lichtbestrahlung photoangeregt wird, kann die Lichtstabilität eines Elements aufrechterhalten werden, sofern diese unabhängig deaktiviert werden, ohne die photochemische Reaktion zu verursachen, wobei von diesem Zustand aus in einen Basiszustand zurückgekehrt wird. Dies ist ein erster Mechanismus für die Lichtstabilität.
Als nächstes kann die Lichtstabilität des Lichtmodulierungselements aufrechterhalten werden, wenn nach der Lichtanregung einer Substanz eine stärker geeignete Deaktivierung durch einen Energierelaxationsvorgang durch Energiebewegung bezüglich umgebender Elemente, wie zum Beispiel Energiebewegung zwischen Flüssigkristallmolekülen, Energiebewegung von Flüssigkristallmolekülen zu einem peripheren Element, Energiebewegung von einem peripheren Element zu Flüssigkristallmolekülen, oder Energiebewegung zwischen peripheren Elementen, ohne eine übermäßige Photolyse zu verursachen, durchgeführt wird. Dies ist ein zweiter Mechanismus für die Lichtstabilität.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Photolyse vorgebeugt werden kann durch Deaktivierung durch einen geeigneten Energierelaxationsvorgang, und die Lichtstabilität kann aufrechterhalten werden in einem Fall, in welchem die dielektrische Schicht, welche das Lichtmodulierungselement aufbaut, 90 Mol% bis 100 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz mit einem Energieniveau (T₁) von 2,6 eV bis 5,4 eV enthält.
Die Bewegung der Anregungsenergie geschieht von einem Material mit einem hohen Energieniveau in Richtung eines Materials mit einem niedrigen Energieniveau. Demgemäß ist die Korrelation zwischen dem Energieniveau eines angeregten Materials und dem Energieniveau eines Materials, welches die Energie aufnimmt, ein wichtiger Faktor. Da das Energieniveau (T₁) des niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz gleich oder größer ist als 2,6 eV, wird in Betracht gezogen, dass die Deaktivierung aufgrund von Zersetzung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz kaum auftritt. Dies ist der Fall, da in Betracht gezogen wird, dass, wenn das Energieniveau gleich oder größer ist als 2,6 eV, das Energieniveau der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz nicht überaus niedrig ist und bei geeignetem Wert liegt, und die Anregungsenergie wird in geeigneter Weise auch zu einem peripheren Element mit einem niedrigen Energieniveau freigesetzt, so dass eine schonende Deaktivierung ausgeführt wird.
Zwischenzeitlich findet die von der Zersetzung der Verbindungen begleitete Deaktivierung leicht statt, wenn das Energieniveau (T₁) des niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz niedriger ist als 2,6 eV, da es viele Verbindungen gibt, welche eine auf ein äußeres Feld reaktive Substanz mit geringer Lichtstabilität umfassen. Darüber hinaus kann in vielen Fällen das Energieniveau der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz vergleichsweise niedriger liegen als das Energieniveau des peripheren Elements, und die Möglichkeit der Deaktivierung durch einen Relaxationsvorgang des Freisetzens von Energie zu dem peripheren Element kann erniedrigt sein.
Da das Energieniveau (T₁) des niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz gleich ist oder geringer als 5,4 eV, liegt das Energieniveau der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz nicht überaus hoch und stellt einen geeigneten Wert dar, und demgemäß tritt eine von verschiedenartigen Photozersetzungen begleitete Photoreaktion selten auf. Darüber hinaus liegt das Energieniveau des peripheren Elements in einem vergleichsweise leicht niedrigeren Niveau als das Niveau der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz; die geeignete und schonende Energiebewegung geschieht zwischen diesen, und die Deaktivierung kann durch einen Energierelaxationsschritt ohne Begleitung einer übermäßigen Photoreaktion ausgeführt werden. Daher ist es möglich, die Lichtstabilität des Lichtmodulierungselements zu erhöhen.
In dem Fall, in welchem das Energieniveau (T₁) des niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz höher liegt als 5,4 eV, liegt das Energieniveau der angeregten Moleküle signifikant hoch, und demgemäß kann die Photoreaktion der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz selbst leicht induziert werden, was einer der Gründe für mangelhafte Lichtstabilität ist. Darüber hinaus tritt in vielen Fällen die Energiebewegung von dem peripheren Element zur auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz kaum auf, während die Energiebewegung von der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz zum peripheren Element signifikant leicht auftritt, da das Energieniveau des peripheren Elements signifikant niedriger liegen kann als das Energieniveau der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz. Demgemäß können die angeregten Moleküle der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz leicht eine chemische Reaktion, welche die Zersetzung des peripheren Elements begleitet, induzieren. Dies könnte unter großer Wahrscheinlichkeit ein zweiter Grund für mangelhafte Lichtstabilität sein.
Das Energieniveau (T₁) des niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A), die in der dielektrischen Schicht der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, liegt vorzugsweise zwischen 3,0 eV und 4,9 eV und stärker bevorzugt zwischen 3,5 eV und 4,1 eV.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Energieniveau der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz beispielsweise durch Messung des Emissionsspektrums beispielsweise durch Phosphoreszenzmessung bestimmt werden. Insbesondere wird die Messung vorzugsweise auf Basis eines Verfahrens bestimmt, das beschrieben ist in „Fluorometry: applications to biological science”, Kazuhiko Kinosita und K. Mihashi, Hrsg., Japan Scientific Societies press, Tokio, 1983.
Das Energieniveau wird durch eine Verbindung und die darum liegende Umgebung davon bestimmt, das Energieniveau der Verbindung wird durch Phosphoreszenzmessung bestimmt, und des Weiteren kann das Energieniveau der Zusammensetzung unter Verwendung der Verbindung bestimmt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, eine Zusammensetzung mit einem gewünschten Energieniveau durch geeignetes Austauschen einer Verbindung mit einem hohen Energieniveau und einer Verbindung mit einem niedrigen Energieniveau durch den Fachmann festzulegen, jedoch können die angeregten Moleküle auch komplizierte Verhaltensweise zeigen, wie zum Beispiel Energiebewegung und Excimer-Bildung; daher ist ein sich ergebender Wert nicht einfach linear, und daher sind eine bestimmte Technologie und ein bestimmtes Knowhow notwendig, um ein geeignetes Energieniveau in der Zusammensetzung zu erhalten.
Der Gehalt der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A), der in der dielektrischen Schicht der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, beträgt von 90 Mol% bis 100 Mol% und beträgt vorzugsweise 93 Mol% bis 100 Mol%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch Festlegen des Gehalts der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) auf einen oben beschriebenen Bereich möglich, den Flusspfad der Deaktivierung der Anregungsenergie zu steuern und die Lichtstabilität zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz 35 Mol% bis 85 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1) enthält, wobei der Wert S₁ – T₁ 1,0 eV bis 2,0 eV beträgt, wenn das Energieniveau eines angeregten Singuletts der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) als (S₁) festgelegt ist.
Die Moleküle im niedrigsten Triplett-Zustand sind in einer photochemischen Reaktion unter dem Gesichtspunkt der Länge der Anregungslebensdauer wichtig, jedoch ist es zunächst notwendig, das angeregte Singulett mit der kurzen Anregungslebensdauer zu betrachten. Der Deaktivierungsfluss der Anregungsenergie hinsichtlich Photoabbau wird in Abhängigkeit von der Korrelation der Energieniveaus zwischen der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz und Aufbauelementen des Lichtmodulierungselements in derselben Weise wie im Fall des niedrigsten Tripletts betrachtet. Liegt ein Wert von S₁ – T₁ zwischen 1,0 eV und 2,0 eV, so ist das Energieniveau des angeregten Singuletts ein geeigneter Wert, und demgemäß kann die Energie in geeigneter Weise deaktiviert werden, während sie zwischen den peripheren Elementen und den Flüssigkristallmolekülen freigesetzt wird.
Unterdessen tritt Lichtabsorption aufgrund eines niedrigen Energieniveaus des angeregten Singuletts leicht auf, wenn der Wert S₁ – T₁ geringer ist als 1,0 eV. Wird das angeregte Singulett aufgrund der Lichtabsorption erzeugt, so tritt eine dadurch verursachte photochemische Reaktion auf. Dies ist der Fall, in welchem eine photochemische Reaktion direkt aus dem angeregten Singulett auftritt, und es gibt einen Fall, in welchem die photochemische Reaktion durch das niedrigste Triplett während des Intersystem Crossing verursacht wird.
Ist der Wert S₁ – T₁ größer als 2,0 eV, so werden durch Lichtabsorption erhaltene angeregte Moleküle aufgrund eines hohen Energieniveaus des angeregten Singuletts kaum erzeugt. Darüber hinaus tritt eine Energiebewegung von einem peripheren Element zu einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz in einem Fall, in welchem die peripheren Elemente Licht absorbieren und das angeregte Singulett erzeugen, kaum auf, und ein schonender Relaxationsschritt kann aufgrund eines hohen Energieniveaus nicht ausgeführt werden. Daher ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass das periphere Element eine Photolyse begleitende Photoreaktion verursacht.
Der Wert S₁ – T₁ der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1), die in der dielektrischen Schicht der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, beträgt vorzugsweise zwischen 1,2 eV und 1,9 eV und stärker bevorzugt von 1,1 eV bis 1,7 eV.
Der Gehalt an auf ein äußeres Feld reaktiver Substanz (A-1), enthalten in der dielektrischen Schicht der vorliegenden Ausführungsform, beträgt vorzugsweise zwischen 35 Mol% und 85 Mol% und vorzugsweise zwischen 40 Mol% und 80 Mol%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Lichtstabilität durch Festlegen des Gehalts an auf ein äußeres Feld reaktiver Substanz (A-1) auf den oben beschriebenen Bereich zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass 25 Mol% bis 65 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1-1), bei welcher der Wert S₁ – T₁ bei 1.300 meV ± 200 meV liegt, enthalten sind.
Liegt der Wert S₁ – T₁ der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1-1) bei 1.300 meV ± 200 meV, so liegt das Energieniveau davon bei einem geeigneten Wert, und demgemäß kann die Energie in geeigneter Weise deaktiviert werden, während sie zwischen den peripheren Elementen und den Flüssigkristallmolekülen freigesetzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Lichtstabilität durch Festlegen des Gehalts der auf ein äußeres Feld reagierenden Substanz (A-1-1) innerhalb des oben beschriebenen Bereichs zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der molare Extinktionskoeffizient (ε) der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz bei einer Wellenlänge von 300 nm bis 650 nm, vorzugsweise weniger als 500.
Beträgt der molare Extinktionskoeffizient (ε) derselben bei einer Wellenlänge von 300 nm bis 650 nm weniger als 500, so ist es möglich zu beeinflussen, dass der Photoabbau kaum auftritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Beispiele für das äußere Feld der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz ein magnetisches Feld, ein elektrisches Feld, ein optisches Feld von polarisiertem Licht (ein Laser oder eine Lampe hoher Intensität) und eine Fluktuation (ein Flussfeld) einer Scherkraft. Diese müssen, im Gegensatz zu einer Reibewalze, nicht in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats kommen, die Wirkung kann entfernt eintreten, und demgemäß kann ein Orientierungsvorgang selbst im Fall einer Flüssigkristallanzeigetafel in großem Maßstab leicht ausgeführt werden.
In einem Fall, in welchem ein magnetisches Feld als äußeres Feld verwendet wird, kann eine anisotrope Achse der Flüssigkristallmoleküle so festgelegt werden, dass sie in Magnetfeldrichtung liegt. Selbst im Fall der Verwendung von polarisiertem Licht als äußerem Feld kann eine anisotrope Achse der Flüssigkristallmoleküle so festgelegt werden, dass sie in einer vibrierenden Oberfläche des polarisierten Lichts liegt.
Das Lichtmodulierungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtmodulierungselement, welches eine dielektrische Schicht, die zwischen zwei gegenüberliegende transparente Substrate eingeschoben ist, umfasst, und es wird bevorzugt, dass eine transparente Elektrode auf wenigstens einem der transparenten Substrate gebildet wird, und das Lichtmodulierungselement moduliert Licht in Reaktion auf elektromagnetische Wellen, erzeugt aufgrund eines elektrischen Signaleingangs in die Elektroden.
Als die beiden gegenüberliegenden transparenten Substrate, die im Lichtmodulierungselement verwendet werden, kann Glas oder ein transparentes Material mit Flexibilität, wie zum Beispiel Kunststoff, verwendet werden.
Das transparente Substrat mit einer transparenten Elektrodenschicht kann durch Ausführen von Sputtern von Indiumzinnoxid (ITO) auf das transparente Substrat, wie zum Beispiel einer Glasplatte, beispielsweise erhalten werden.
Bei den transparenten Elektroden ist die Durchlässigkeit vorzugsweise hoch und der elektrische Widerstand ist vorzugweise gering. Zum Beispiel ist der Folienwiderstand vorzugsweise gleich oder geringer als 150 Ohm, vorzugsweise gleich oder geringer als 100 Ohm und bevorzugt gleich oder geringer als 50 Ohm.
Wird ein Beispiel des Falls verwendet, in welchem eine Flüssigkristallsubstanz als dielektrische Phase verwendet wird, so kann als Verfahren zum Einschieben des Lichtmodulierungselements mit der dielektrischen Schicht zwischen die zwei transparenten Substrate ein Vakuuminjektionsverfahren oder ein Ein-Tropfen-Füllverfahren (ODF) allgemein verwendet werden. Beim Vakuuminjektionsverfahren wird keine Tropfspur erzeugt, jedoch gibt es das Problem, dass eine Injektionsspur verbleibt. Jedoch wird in der vorliegenden Erfindung ein Anzeigeelement, das unter Verwendung des ODF-Verfahrens hergestellt wird, passenderweise verwendet. In einem Lichtmodulierungselement-Herstellungsschritt unter Verwendung des ODF-Verfahrens kann ein Flüssigkristallanzeigeelement hergestellt werden durch Ziehen einer geschlossenen wulstartigen Schlaufenform eines epoxybasierten photohärtbaren und dichtenden Mittels auf einem beliebigen der Substrate, einer Rückplatte oder einer Frontplatte unter Verwendung eines Dispensers, und Auftropfen einer vorbestimmten Menge einer Flüssigkristallzusammensetzung darin unter Entlüftung, und Bonden der Frontplatte und der Rückplatte. Die Flüssigkristallzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise verwendet werden, da das Auftropfen der Flüssigkristallzusammensetzung im ODF-Schritt stabil ausgeführt werden kann.
Das Lichtmodulierungselement gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Struktur auf, in welcher eine dielektrische Schicht zwischen zwei gegenüberliegende Substrate eingeschoben ist. Das Lichtmodulierungselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieselbe Struktur aufweisen wie diejenige des gemäß dem Stand der Technik erhaltenen Flüssigkristallanzeigeelements. Das heißt, dass die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch einen Ausrichtungsfilm, der auf dem Substrat vorhanden ist, und durch Anlegen elektrischer Leistung an die auf dem Substrat vorhandenen Elektroden gesteuert werden kann. Durch Bereitstellen einer Polarisationsplatte oder eines Phasendifferenzfilms kann die Anzeige durch Verwenden dieses Orientierungszustands betrieben werden. Das Lichtmodulierungselement kann für TN, STN, VA, IPS, FFS und ECB verwendet werden, jedoch ist TN besonders bevorzugt.
[Beispiele]
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung genauer durch die Verwendung von Beispielen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Das Energieniveau (T₁) des niedrigsten angeregten Triplett-Zustands und das Energieniveau (S₁) des angeregten Singuletts der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz wurden gemessen und die optische Zuverlässigkeit bezüglich der auf das äußere Feld reaktiven Substanzen, welche die in den folgenden Tabellen gezeigten Energieniveaus zeigen, wurden unter Verwendung des folgenden Verfahrens evaluiert, und die Ergebnisse aus den Beispielen 1 bis 53 wurden als hervorragend bewertet.
In den folgenden Tabellen stellt (A) die auf das äußere Feld reaktive Substanz (A) dar, in welcher das Energieniveau (T₁) des niedrigsten angeregten Triplett-Zustands von 2,6 eV bis 5,4 eV beträgt, stellt (A-1) die auf das äußere Feld reaktive Substanz (A-1) dar, wobei der Wert von S₁ – T₁ der auf das äußere Feld reaktiven Substanz von 1,0 eV bis 2,0 eV beträgt, wenn dieses Energieniveau des angeregten Singuletts der auf das äußere Feld reaktiven Substanz (A) als (S₁) festgelegt ist, bzw. stellt (A-1-1) die auf das äußere Feld reaktive Substanz (A-1-1) dar, bei der der Wert S₁ – T₁ 1.300 meV ± 200 meV ist.
[Evaluierungsverfahren für die Lichtverlässlichkeit]
Die Messung wurde auf Basis eines Verfahrens ausgeführt, das offenbart ist in „Fluorometry: applications to biological science”, Kazuhiko Kinosita und K. Mihashi, Hrsg., Japan Scientific Societies press, Tokio, 1983.

In den folgenden Tabellen wurden die Energieniveaus basierend auf einem Verfahren gemessen, welches offenbart ist in „Fluorometry: applications to biological science”, Kazuhiko Kinosita und K. Mihashi, Hrsg., Japan Scientific Societies press, Tokio, 1983. [Tabelle 1]

	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	Auf ein äußeres Feld reaktive Substanz			Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	(A) Mol%	(A-1) Mol%	(A-1-1) Mol%	Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
Beispiel 1	A	1	100	100	42	[3,66]	1500
Beispiel 2	B	1	100	100	42	[3,66]	1450
Beispiel 3	A	2	95	71	57	[3,85]	7200
Beispiel 4	B	2	95	71	57	[3,77]	7200
Beispiel 5	B	3	100	48	33	[4,95]	5800
Beispiel 6	B	4	100	35	20	[4,90]	5900
Beispiel 7	B	5	100	92	52	[3,78]	1600
Beispiel 8	B	6	100	44	35	[5,01]	5000
Beispiel 9	B	7	100	45	19	[3,89]	6200
Beispiel 10	B	8	100	42	25	[5,09]	5800

[Tabelle 2]

	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	Auf ein äußeres Feld reaktive Substanz			Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	(A) Mol%	(A-1) Mol%	(A-1-1) Mol%	Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
Beispiel 11	A	9	100	76	67	[4,30]	6000
Beispiel 12	A	10	100	55	41	[4,98]	8500
Beispiel 13	A	11	100	80	40	[4,90]	7800
Beispiel 14	A	12	100	49	44	[3,81]	6000
Beispiel 15	A	13	100	64	57	[4,92]	5900
Beispiel 16	A	14	100	78	70	[4,85]	8000
Beispiel 17	A	15	100	51	25	[4,81]	8600
Beispiel 18	A	16	100	52	34	[4,84]	8400
Beispiel 19	A	17	100	53	3	[4,41]	3800
Beispiel 20	A	18	100	51	17	[3,75]	6600
Beispiel 21	A	19	100	51	38	[3,89]	6700

[Tabelle 3]

	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	Auf ein äußeres Feld reaktive Substanz			Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	(A) Mol%	(A-1) Mol%	(A-1-1) Mol%	Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
Beispiel 22	B	20	100	61	10	[3,99]	7500
Beispiel 23	B	21	100	48	48	[4,90]	8000
Beispiel 24	B	22	100	36	36	[4,85]	8500
Beispiel 25	B	23	100	78	59	[4,84]	8500
Beispiel 26	B	24	100	50	19	[3,66]	2900
Beispiel 27	B	25	100	72	36	[4,72]	8000
Beispiel 28	B	26	100	51	49	[4,83]	9000
Beispiel 29	B	27	100	58	27	[3,85]	7600
Beispiel 30	B	28	100	52	27	[3,76]	6500
Beispiel 31	B	29	100	56	31	[3,90]	6500
Beispiel 32	B	30	100	72	62	[4,79]	7600
Beispiel 33	B	31	100	52	26	[3,80]	7500

[Tabelle 4]

	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	Aufein äußeres Feldreaktive Substanz			Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	(A) Mol%	(A-1) Mol%	(A-1-1) Mol%	Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
Beispiel 34	C	32	100	80	53	[3,70]	6800
Beispiel 35	C	33	100	51	40	[3,86]	7900
Beispiel 36	C	34	100	55	0,3	[3,74]	7800
Beispiel 37	C	35	95	67	36	[3,88]	6900
Beispiel 38	C	36	100	47	36	[4,89]	8500
Beispiel 39	C	37	100	59	59	[5,00]	5500
Beispiel 40	C	38	100	68	65	[5,09]	5900
Beispiel 41	C	39	100	54	38	[3,73]	6900
Beispiel 42	C	40	100	53	53	[4,94]	5400
Beispiel 43	C	41	100	39	28	[3,77]	6800
Beispiel 44	C	42	100	40	38	[3,83]	7400

[Tabelle 5]

	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	Auf ein äußeres Feld reaktive Substanz			Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz	(A) Mol%	(A-1) Mol%	(A-1-1) Mol%	Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
Beispiel 45	D	43	100	40	38	[4,78]	8500
Beispiel 46	D	44	100	65	59	[4,86]	9000
Beispiel 47	D	45	100	50	27	[5,05]	5800
Beispiel 48	D	46	93	51	38	[3,90)	6000
Beispiel 49	D	47	100	46	39	[3,81]	7000
Beispiel 50	D	48	100	44	36	[4,95]	4500
Beispiel 51	D	49	100	40	15	[4,60]	3000
Beispiel 52	D	50	100	30	11	[3,55]	1900
Beispiel 53	D	51	100	65	48	[3,88]	7500

[Tabelle 6]

	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld recktiven Subtsanz	Auf ein äußeres Feld reaktive Substanz			Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
	Bezeichnung des Lichtmodulierungselements	Bezeichnung der auf ein äußeres Feld recktiven Subtsanz	(A) Mol%	(A-1) Mol%	(A-1-1) Mol%	Energie [eV]	Lichtzuverlässigkeit (Stunde)
Vergleichsbeispiel 1	A	101	81	81	71	[2,20]	520
Vergleichsbeispiel 2	B	102	78	70	70	[2,15]	800
Vergleichsbeispiel 3	C	103	52	42	11	[5,75]	720

[Beispiel 54]
Das Energieniveau des angeregten Tripletts der Flüssigkristallzusammensetzung wurde als (T₁) festgelegt, und das Energieniveau des angeregten Singuletts wurde als (S₁) festgelegt, und die Flüssigkristallzusammensetzungen wurden miteinander vermischt, so dass T₁ der Flüssigkristallzusammensetzung von 2,0 eV bis 5,4 eV betrug, und der Wert T₁ – S₁ von 1,0 eV bis 2,0 eV betrug, und eine Flüssigkristallzusammensetzung hergestellt wurde. Die Werte T₁ und T₁ – S₁ jeder Flüssigkristallzusammensetzung sind in 1 gezeigt. Im vorliegenden Beispiel wurden 615 Flüssigkristallzusammensetzungen, in denen die Werte T₁ (vertikale Achse in 1, von 2,0 bis 6,0) und T₁ – S₁ (horizontale Achse in 1, von 0,8 bis 2,2) als die in 1 gezeigten Werte festgelegt wurden, hergestellt.
Die Evaluierung der Lichtstabilität wurde bezüglich aller Flüssigkristallzusammensetzungen ausgeführt. Die zugehörigen Ergebnisse sind in 1 gezeigt.
1 erläutert die durch Festlegen der hervorragendsten Lichtstabilität zu „100” und Digitalisieren der Lichtstabilität durch Verwendung relativer Evaluierung erhaltenen Ergebnisse.
Wie in 1 gezeigt, besaßen die Flüssigkristallzusammensetzungen mit einem T₁ von 2,6 eV bis 5,4 eV denselben Ergebniswert von gleich oder größer als 33,3, und die Lichtstabilität war hervorragend. Im Gegensatz dazu weisen die Flüssigkristallzusammensetzungen mit einem Wert T₁ von weniger als 2,6 oder größer als 5,4 einen Ergebniswert von gleich oder geringer als 25 auf, und die Lichtstabilität war nicht hervorragend.
Des Weiteren war die Lichtstabilität hervorragend, sofern der Wert T₁ von 3,0 eV bis 4,9 eV betrug, und die Lichtstabilität war besonders hervorragend, sofern der Wert T₁ von 3,5 eV bis 4,1 eV betrug.
Zusätzlich wiesen die Flüssigkristallzusammensetzungen mit einem Wert T₁ – S₁ von 1,0 eV bis 2,0 eV (innerhalb der doppelten Linie in 1) einen Ergebniswert auf, der gleich oder größer als 50 war, und die Lichtstabilität war weiterhin hervorragend; unter diesen weisen die Flüssigkristallzusammensetzungen mit T₁ – S₁ von 1,2 eV bis 1,9 eV eine besonders hervorragende Lichtstabilität auf.

Claims

Lichtmodulierungselement, das aus wenigstens einem oder mehreren transparenten Substrat(en) und einer dielektrischen Schicht, die auf wenigstens ein transparentes Substrat aufgestapelt ist, gebildet ist, wobei die dielektrische Schicht 90 Mol% bis 100 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) enthält und das Energieniveau (T₁) eines niedrigsten angeregten Triplett-Zustands der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz 2,6 eV bis 5,4 eV ist.
Lichtmodulierungselement gemäß Anspruch 1, wobei die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz 35 Mol% bis 85 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1) enthält, bei der der Wert S₁ – T₁ 1,0 eV bis 2,0 eV ist, wenn das Energieniveau eines angeregten Singuletts der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) als (S₁) festgelegt ist.
Lichtmodulierungselement gemäß Anspruch 2, wobei die auf ein äußeres Feld reaktive Substanz 25 Mol% bis 65 Mol% einer auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A-1-1) enthält, bei der der Wert S₁ – T₁ 1.300 meV ± 200 meV ist.
Lichtmodulierungselement gemäß Anspruch 1, wobei der molare Extinktionskoeffizient (ε) der auf ein äußeres Feld reaktiven Substanz (A) bei einer Wellenlänge von 300 nm bis 650 nm kleiner als 500 ist.
Lichtmodulierungselement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Reaktion mit einem Magnetfeld, einem elektrischen Feld, einem optischen Feld oder einem Strömungsfeld als das äußere Feld bewirkt wird.
Lichtmodulierungselement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine dielektrische Schicht umfasst, die zwischen zwei gegenüberliegenden transparenten Substraten angeordnet ist, wobei eine transparente Elektrode an wenigstens einem der transparenten Substrate ausgebildet ist und wobei das Lichtmodulierungselement Licht als Reaktion auf elektromagnetische Wellen, welche in Folge des Eingangs eines elektrischen Signals an der Elektrode erzeugt werden, moduliert.