JP2020042068A - 液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 複数の画素電極を備える第1基板と、
該画素電極に対向配置された対向電極を備える第2基板と、
前記画素電極と前記対向電極との間に配置され、液晶組成物で構成された垂直配向型の液晶層と、
前記第1基板の前記画素電極側に、前記液晶層に接触して配置された第1配向膜と、
前記第2基板の前記対向電極側に、前記液晶層に接触して配置され、配向方位が前記第1配向膜の配向方位と直交または平行する第2配向膜とを有し、
前記液晶組成物は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含有し、そのベンド弾性定数(k33)が14.6pN以上であることを特徴とする液晶表示素子。
(3) 当該液晶表示素子は、前記複数の画素電極に対応する複数の画素領域を備え、
隣り合う前記画素領域の短辺のピッチは、20〜250μmである上記(1)または(2)に記載の液晶表示素子。
(4) 前記液晶層は、電圧を印加した状態で、前記液晶分子のチルト方向が異なる複数のドメインを含む上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の液晶表示素子。
AN11、AN12、AN21、AN22、AN31およびAN32は、それぞれ独立して、
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、および
(d) 1,4−シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)、基(c)および基(d)は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子または塩素原子で置換されてもよく、
ZN11、ZN12、ZN21、ZN22、ZN31およびZN32は、それぞれ独立して、単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−を表し、
XN21は、水素原子またはフッ素原子を表し、
TN31は、−CH2−または酸素原子を表し、
nN11、nN12、nN21、nN22、nN31およびnN32は、それぞれ独立して、0〜3の整数を表すが、nN11+nN12、nN21+nN22およびnN31+nN32は、それぞれ独立して、1、2または3であり、AN11〜AN32、ZN11〜ZN32が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。)
(7) 前記液晶組成物中に含まれる前記化合物(N−1−X)の合計量が22質量%以上である上記(6)に記載の液晶表示素子。
nL1は、0、1、2または3を表し、
AL1、AL2およびAL3は、それぞれ独立して、
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、および
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子または塩素原子で置換されてもよく、
ZL1およびZL2は、それぞれ独立して、単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−を表し、
nL1が2または3であってAL2が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよく、nL1が2又は3であってZL2が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよいが、前記一般式(N−1)、(N−2)および(N−3)で表される化合物を除く。)
図1は、液晶表示素子の一実施形態に模式的に示す分解斜視図、図2は、図1に示す液晶表示素子の駆動原理を説明するための概念図((a)がオフ状態、(b)がオン状態)、図3は、図1に示す液晶表示素子における画素領域の例を示す模式図、図4は、図3に示す画素領域の幅方向端部における透過率を示すグラフ、図5は、配向分割構造を有する画素領域の透過光のシミュレーションの結果を示す図、図6は、配向分割構造を有する画素領域の例を示す模式図である。
また、説明の都合上、図1中の右側を「上側」と、左側を「下側」と言い、図2中の上側を「上側」と、下側を「下側」と言い、図3、図5および図6中の紙面手前側を「上側」と、紙面奥側を「下側」と言う。
アクティブマトリックス基板AMは、下側基板(第1基板)2と、下側基板2の上面(液晶層4側の面)に形成された電極層5とを備えている。一方、カラーフィルタ基板CFは、上側基板(第2基板)3と、上側基板3の下面(液晶層4側の面)に順に形成されたカラーフィルタ6および対向電極層9とを備えている。
図2(a)に示すように、液晶層4に印加される電圧が閾値電圧未満であるオフ状態(電圧無印加状態)では、下側配向膜Xと上側配向膜Yとは、液晶分子41を膜表面(基板面)に対してほぼ垂直かつ配向方位が互いに直交するように配向させる。
ここで、配向方位とは、液晶分子41を膜表面に投影した際に、投影像の長手方向に相当する方位である。
なお、図2(a)に示す状態で、下側配向膜Xおよび上側配向膜Yで規定される液晶分子41のプレチルト角は、85°超90°未満であることが好ましく、87〜89°程度であることがより好ましい。これにより、液晶表示素子1の透過率およびコントラストの双方を高めることができる。
一方、図2(b)に示すように、液晶層4に印加される電圧が閾値電圧を超えたオン状態(電圧印加状態)では、負の誘電率異方性を有する液晶分子41が電界に応じて、膜表面に対してほぼ平行に配向する。
このような構成の液晶表示素子1では、オフ状態で光の透過が阻止され、オン状態で光の透過が許容される。
なお、各配向膜X、Yは、例えば、ラビング処理や偏光UV光の露光処理が施されたポリイミド膜で構成することができる。
下側偏光板7および上側偏光板8は、それらの透過軸(偏光軸)が互いに直交するように配置されている。
なお、下側偏光板7の透過軸方向と下側配向膜Xの配向方位とを一致させ、上側偏光板8の透過軸方向と上側配向膜Yの配向方位とを一致させてもよく、下側偏光板7の透過軸方向と上側配向膜Yの配向方向とを一致させ、上側偏光板8の透過軸方向と下側配向膜Xの配向方向とを一致させるようにしてもよい。
下側基板2および上側基板3は.それぞれガラスまたはプラスチックのような柔軟性を有する透明な材料で構成することができる。なお、下側基板2および上側基板3の一方を、シリコン等の不透明な材料で構成するようにしてもよい。
なお、アクティブマトリックス基板AMとカラーフィルタ基板CFとの間には、これらの離間距離を保持(規定)するために、例えば、ガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子等の粒状スペーサーまたはフォトリソグラフィー法により形成された樹脂からなるスペーサー柱が配置されていてもよい。
ゲートバスラインとソースバスラインとが、互いに交差してマトリックス状に配置されている。そして、2つのゲートバスラインと2つのソースバスラインとにより囲まれた領域により、液晶表示素子1の1つの画素領域(単位画素領域)が形成され、この画素領域内に、画素電極51が形成されている。
一方、対向電極層9は、図示しない対向電極(共通電極)と、対向電極に接続された共通ラインとを有している。
また、カラーフィルタ6には、光の漏れを防止する観点で、各画素領域を囲むように、ブラックマトリックス(図示せず)を形成することが好ましい。
共通電極および画素電極51は、それぞれ、例えばITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide)のような透明導電性材料で構成することができる。このように、共通電極および画素電極51を透明導電性材料で構成することにより、液晶表示素子1の各単位画素領域における開口面積が大きくなり、開口率および透過率を増大させることができる。
また、液晶層4に電圧を印加するとともに光を透過させた状態で、液晶表示素子1を平面視したときの表示面の様子も示されている。具体的には、液晶表示素子1の表示面は、画素電極51の中央部に対応する明領域Lと、画素電極51の縁部に対応し、光の透過率が明領域Lの光の透過率より低い線状の暗領域Dとを含んでいる。
なお、図3では、観察者側から見たときの液晶分子41の配向方向を模式的に示しており、円柱状で示す液晶分子41の端部(円形部分)が観察者側となるように、液晶分子41が傾いている。
辺S1、S4においては、これらのそれぞれに直交し、かつ画素領域の内側に向かう方向が、液晶分子41のチルト方向と90°を上回る角度をなすため、液晶分子41に配向の乱れが生じる。このため、液晶層4に電圧を印加するとともに光を透過させた状態では、辺S1、S4に平行に明領域Lより暗い暗領域Dが生じる。
液晶組成物のベンド弾性定数(k33)は、14.6pN以上であればよいが、15pN以上であることが好ましく、15.5pN以上であることがより好ましい。液晶組成物のベンド弾性定数(k33)を上記範囲に設定することにより、暗領域Dのサイズをより小さくすることができる。なお、ベンド弾性定数(k33)の上限値は、特に限定されないが、他の物性との兼ね合いから実用性を考慮して、30程度とすることが好ましい。
ここで、暗領域Dの幅のサイズについて記載する場合、そのサイズは、長辺S1に沿った暗領域D(図6の場合、暗領域Dα、Dγ)の長手方向の中央位置での幅のサイズであり、図4に示す透過率曲線の谷となる部分が、透過率0.5の直線と交差する2点間の距離(両矢印で示す長さ)で表される。
下側配向膜Xが2つの領域に分割され、一方の領域の配向方位がAX1、他方の領域の配向方位がAX1と反対のAX2となっている。一方、上側配向膜Yも2つの領域に分割され、一方の領域の配向方位がAY1と、他方の領域の配向方位がAY1と反対のAY2となっている。これにより、液晶層4に電圧を印加したときに、4つのドメインα〜δにおける液晶分子41のチルト方向が互いに直交するようになる。
前述したように、所定のベンド弾性定数(k33)を有する液晶組成物を用いることにより、各暗領域Dα〜Dδの幅を小さくすることができる。
なお、図5および図6に示す構成の画素領域では、ドメインα〜δ同士が互いに隣接する境界部に、十字状の暗領域CRも観察される。
一方、図5および図6に示す構成では、上記配線を暗領域Dα〜Dδおよび暗領域CRに対応するように配置すれば、液晶表示素子1の有効開口率を高めることができる。
なお、図5および図6に示す構成では、各ドメインα〜δにおける液晶分子41のチルト方向が約45°になるように、下側配向膜Xの配向方位と上側配向膜Yの配向方位とを直交させたが、もともとチルト方向が約45°になるように、下側配向膜Xの配向方位と上側配向膜Yの配向方位とを平行(ただし、ほぼ180°反転)させてもよい。この場合、下側配向膜Xの配向方位と上側配向膜Yの配向方位とのなす角度は、0±5°程度であればよい。また、4つのドメインの配置も、図示のような2行×2列の行列状に限定されない。
また、図5および図6に示す構成では、1つの画素電極51に対応する1つの画素領域に4つのドメインを形成していたが、2つの画素電極51に対応する2つの画素領域に4つのドメインを形成してもよく、4つの画素電極51に対応する4つの画素領域に4つのドメインを形成してもよい。
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、および
(d) 1,4−シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表すが、上記の基(a)、基(b)、基(c)および基(d)は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子または塩素原子で置換されてもよい。
XN21は、水素原子またはフッ素原子を表す。
nN11、nN12、nN21、nN22、nN31およびnN32は、それぞれ独立して、0〜3の整数を表すが、nN11+nN12、nN21+nN22およびnN31+nN32は、それぞれ独立して、1、2または3であり、AN11〜AN32、ZN11〜ZN32が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。
具体的には、AN11、AN12、AN21、AN22、AN31およびAN32は、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基であることが好ましく、下記化5の基のうちのいずれかであることがより好ましく、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−シクロヘキセニレン基または1,4−フェニレン基であることがさらに好ましい。
XN21は、フッ素原子であることが好ましい。
TN31は、酸素原子であることが好ましい。
nNa11は、0または1を表す。
nNb11は、1または2を表す。
nNc11は、0または1を表す。
nNd11は、1または2を表す。
nNe11は、1または2を表す。
nNf12は、1または2を表す。
nNg11は、1または2を表す。
ANg11は、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−シクロヘキセニレン基または1,4−フェニレン基を表すが、少なくとも1つは、1,4−シクロヘキセニレン基を表す。
ZNe11は、単結合またはエチレン基を表すが、少なくとも1つは、エチレン基を表す。
ただし、ANe11、ZNe11および/またはANg11が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。
一般式(N−1−1)で表される化合物は、下記の化合物である。
RN112は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基またはブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−1.1)〜(N−1−1.25)で表される化合物の単独または併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、33質量%、35質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、38質量%、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、10質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%、3質量%である。
RN122は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、メチル基、プロピル基、メトキシ基、エトキシ基またはプロポキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−2.1)〜(N−1−2.25)で表される化合物の単独または併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%、23質量%、25質量%、27質量%、30質量%、33質量%、35質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、38質量%、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、10質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%、3質量%である。
RN132は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数3〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、1−プロペニル基、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−4.1)〜(N−1−4.24)で表される化合物の単独または併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%、11質量%、10質量%、8質量%である。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−5.1)、式(N−1−5.2)および式(N−1−5.4)で表される化合物の単独または併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、8質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、33質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
RN1102は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−10.1)および式(N−1−10.2)で表される化合物の単独または併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
RN1112は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
液晶組成物中に含まれる式(N−1−11.2)および式(N−1−11.4)で表される化合物の単独または併用での量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、5質量%、10質量%、13質量%、15質量%、17質量%、20質量%である。一方、その好ましい上限値は、35質量%、30質量%、28質量%、25質量%、23質量%、20質量%、18質量%、15質量%、13質量%である。
RN1122は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
RN1132は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
RN1142は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基であることがより好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択され。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
nL1は、0、1、2または3を表す。
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、および
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表すが、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子または塩素原子で置換されてもよい。
nL1が2または3であってAL2が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。
nL1が2または3であってZL3が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。
ただし、一般式(N−1)、(N−2)および(N−3)で表される化合物を除く。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの所望の性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類である。あるいは、使用する化合物の種類は、本発明の別の実施形態では、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類であり、6種類であり、7種類であり、8種類であり、9種類であり、10種類以上である。
分子内に存在するハロゲン原子の数は、0、1、2または3個であることが好ましく、0または1個であることがより好ましく、他の液晶分子との相溶性を重視する場合には、1個であることがさらに好ましい。
具体的には、AL1、AL2およびAL3は、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ピペリジン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基であることが好ましく、下記化31の基のうちのいずれかであることがより好ましく、トランス−1,4−シクロへキシレン基または1,4−フェニレン基であることがさらに好ましい。
一般式(L)で表される化合物は、その分子内に存在するハロゲン原子の数が0または1個であることが好ましい。
より具体的には、一般式(L)で表される化合物は、下記一般式(L−1)〜(L−7)で表される化合物から選ばれることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
特に、式(L−1−2.2)で表される化合物は、液晶組成物の応答速度を特に改善するため好ましい。また、応答速度よりも高いTniを求めるときは、式(L−1−2.3)または式(L−1−2.4)で表される化合物を用いることが好ましい。なお、液晶組成物中に含まれる式(L−1−2.3)で表される化合物と式(L−1−2.4)で表される化合物との合計量は、低温での溶解度を良くするためには、30質量%以上にすることは好ましくない。
特に、式(L−1−3.1)で表される化合物は、液晶組成物の応答速度を特に改善するため好ましい。また、応答速度よりも高いTniを求めるときは、式(L−1−3.3)、式(L−1−3.4)、式(L−1−3.11)または式(L−1−3.12)で表される化合物を用いることが好ましい。なお、液晶組成物中に含まれる式(L−1−3.3)で表される化合物と、式(L−1−3.4)で表される化合物と、式(L−1−3.11)で表される化合物と式(L−1−3.13)で表される化合物との合計量は、低温での溶解度を良くするためには、20質量%以上にすることは好ましくない。
RL22は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%、10質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10%質量%、8質量%、7質量%、6質量%、5質量%、3質量%である。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
RL42は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
RL52は、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数4〜5のアルケニル基または炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
各化合物の液晶組成物中に含まれる量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10質量%、9質量%である。
各化合物の液晶組成物中に含まれる量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10質量%、9質量%である。
各化合物の液晶組成物中に含まれる量は、次の通りであることが好ましい。すなわち、その好ましい下限値は、1%質量%、2質量%、3質量%、5質量%、7質量%である。一方、その好ましい上限値は、20質量%、15質量%、13質量%、10質量%、9質量%である。
XL61およびXL62は、それぞれ独立して、水素原子またはフッ素原子を表す。
XL61およびXL62のうちの一方がフッ素原子であり、他方が水素原子であることが好ましい。
併用可能な化合物の種類は、特に制限されないが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの求められる性能に応じて、適宜選択される。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類であり、5種類以上である。
また、併用する化合物の分子量分布が広いことも溶解性に有効であるため、例えば、式(L−6.1)および式(L−6.2)で表される化合物の中から1種類と、式(L−6.4)および式(L−6.5)で表される化合物の中から1種類と、式(L−6.6)および式(L−6.7)で表される化合物の中から1種類と、式(L−6.8)および式(L−6.9)で表される化合物の中から1種類とを選択し、これらを適宜組み合わせることが好ましい。
中でも、式(L−6.1)、式(L−6.3)、式(L−6.4)、式(L−6.6)および式(L−6.9)で表される化合物を含むことが好ましい。
AL71およびAL72は、それぞれ独立して、一般式(L)におけるAL2およびAL3と同じ意味を表すが、AL71およびAL72中に存在する水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子で置換されもよい。
ZL71は、一般式(L)におけるZL2と同じ意味を表す。
XL71およびXL72は、それぞれ独立して、フッ素原子または水素原子を表す。
AL71およびAL72は、それぞれ独立して、1,4−シクロヘキシレン基または1,4−フェニレン基であることが好ましい。なお、AL71およびAL7中に存在する水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子で置換されてもよい。
ZL71は、単結合またはCOO−であることが好ましく、単結合であることがより好ましい。
XL71およびXL72は、水素原子であることが好ましい。
使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態では、1種類であり、2種類であり、3種類であり、4種類である。
一般式(L−1)で表される化合物としては、特に、式(L−1−3.1)で表される化合物、式(L−1−3.4)で表される化合物が好適である。
一般式(L−2)で表される化合物としては、特に、式(L−2.4)で表される化合物が好適である。式(L−2.4)で表される化合物は、液晶組成物のベンド弾性定数(k33)を高める効果も有する。
なお、液晶組成物の信頼性および長期安定性を重視する場合には、カルボニル基を有する化合物の液晶組成物中に含まれる量を、5質量%以下とすることが好ましく、3質量%以下とすることがより好ましく、1質量%以下とすることがさらに好ましく、実質的に0(ゼロ)質量%とすることが最も好ましい。
液晶組成物の25℃における回転粘度(γ1)(以下、単に「回転粘度」とも言う。)は、165mPa・s未満が好ましく、80〜145mPa・s程度がより好ましく、90〜130mPa・s程度がさらに好ましい。かかる回転粘度を有する液晶組成物を用いることにより、液晶層4(液晶表示素子1)の応答速度が低下することを防止することができる。
Zは、13,000mPa・s以下であることが好ましく、12,000mPa・s以下であることがより好ましく、11,000mPa・s以下であることがさらに好ましい。
液晶組成物の比抵抗は、1012Ω・m以上であることが好ましく、1013Ω・m以上であることがより好ましく、1014Ω・m以上であることがさらに好ましい。
ただし、液晶組成物の化学的な安定性が求められる場合には、他の化合物は、その構造中に塩素原子を有さないことが好ましい。また、液晶組成物の紫外線等の光に対する安定性が求められる場合には、他の化合物は、その構造中にナフタレン環等に代表される共役長が長く紫外領域に吸収ピークを有する縮合環等を有さないことが好ましい。
例えば、本発明の液晶表示素子は、前述した実施形態に構成において、他の任意の構成を追加して有していてもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよい。
なお、各実施例で用いた化合物の記載について、以下の略号を用いる。
−n −CnH2n+1:炭素原子数nの直鎖状アルキル基
n− CnH2n+1−:炭素原子数nの直鎖状のアルキル基
−On −OCnH2n+1:炭素原子数nの直鎖状アルコキシ基
−nO− −CnH2n−O−
(環構造)
まず、前述したような液晶分子の種類および量を変更して、ベンド弾性定数(k33)の異なる複数の液晶組成物を調製した。
次に、図1〜図3に示す構成を有し、液晶層を形成する前の複数の液晶表示素子(空セル)を作製し、それぞれの空セルに各液晶組成物を真空注入法により注入して液晶層を形成した。なお、各基板の液晶層側の面には、プレチルト角が88.5〜89.0°になるようにラビング処理した垂直配向膜を配置した。
その後、封止剤により封口して液晶表示素子を得た。そして、これらの液晶表示素子の表示面に観察される暗領域の幅を測定した。
各液晶組成物のベンド弾性定数(k33)は、弾性定数測定システム(東陽テクニカ社製、「EC−1型」)を用いて、25℃で測定した。
[暗領域の幅の測定]
各液晶表示素子に対して、±8Vの矩形波電圧を印加しつつ、顕微鏡で暗線領域を撮影し、撮影された写真のプロファイルデータよりの幅を測定した。
横軸をベンド弾性定数(k33)、縦軸を暗領域の幅として作成したグラフを図7に示す。
まず、表1に示す液晶組成物を調製し、上記と同様にして、ベンド弾性定数(k33)を測定した。なお、表1には、液晶組成物の特性についても併せて示した。
Δn :25℃における屈折率異方性
ne :25℃における異常光線についての屈折率
no :25℃における通常光線についての屈折率
Δε :25℃における誘電率異方性
ε// :25℃における長軸方向の誘電率
ε⊥ :25℃における短軸方向の誘電率
γ1 :25℃における回転粘度(mPa・s)
図8に示すように、液晶分子I〜IIIの合計量と縦軸をベンド弾性定数(k33)との間に相関があることが確認された。また、14.6pN以上のベンド弾性定数(k33)を有する液晶組成物を調製するには、液晶分子I〜IIIの合計量を22質量%以上にする必要があることが判った。
2 下側基板
3 上側基板
4 液晶層
41 液晶分子
5 電極層
51 画素電極
6 カラーフィルタ
9 対向電極層
7 下側偏光板
8 上側偏光板
X 下側配向膜
Y 上側配向膜
AM アクティブマトリックス基板
CF カラーフィルタ基板
AX、AX1、AX2 配向方位
AY、AY1、AY2 配向方位
L 明領域
D、Dα、Dβ、Dγ、Dδ 暗領域
S1、S2、S3、S4 辺
α、β、γ、δ ドメイン
CR 暗領域
Claims (8)
- 複数の画素電極を備える第1基板と、
該画素電極に対向配置された対向電極を備える第2基板と、
前記画素電極と前記対向電極との間に配置され、液晶組成物で構成された垂直配向型の液晶層と、
前記第1基板の前記画素電極側に、前記液晶層に接触して配置された第1配向膜と、
前記第2基板の前記対向電極側に、前記液晶層に接触して配置され、配向方位が前記第1配向膜の配向方位と直交または平行する第2配向膜とを有し、
前記液晶組成物は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含有し、そのベンド弾性定数(k33)が14.6pN以上であることを特徴とする液晶表示素子。 - 前記第1配向膜および前記第2配向膜で規定される前記液晶分子のプレチルト角は、85°超90°未満である請求項1に記載の液晶表示素子。
- 当該液晶表示素子は、前記複数の画素電極に対応する複数の画素領域を備え、
隣り合う前記画素領域の短辺のピッチは、20〜250μmである請求項1または2に記載の液晶表示素子。 - 前記液晶層は、電圧を印加した状態で、前記液晶分子のチルト方向が異なる複数のドメインを含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶分子は、下記一般式(N−1)、(N−2)および(N−3)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
AN11、AN12、AN21、AN22、AN31およびAN32は、それぞれ独立して、
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、および
(d) 1,4−シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)、基(c)および基(d)は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子または塩素原子で置換されてもよく、
ZN11、ZN12、ZN21、ZN22、ZN31およびZN32は、それぞれ独立して、単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−を表し、
XN21は、水素原子またはフッ素原子を表し、
TN31は、−CH2−または酸素原子を表し、
nN11、nN12、nN21、nN22、nN31およびnN32は、それぞれ独立して、0〜3の整数を表すが、nN11+nN12、nN21+nN22およびnN31+nN32は、それぞれ独立して、1、2または3であり、AN11〜AN32、ZN11〜ZN32が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよい。) - 前記液晶分子は、nN11が2、nN12が0、RN11が炭素原子数3のアルキル基、RN12が炭素原子数2のアルコキシ基、AN11の少なくとも1つが1,4−シクロヘキシレン基である前記一般式(N−1)で表される化合物である化合物(N−1−X)を1種以上含む請求項5に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶組成物中に含まれる前記化合物(N−1−X)の合計量が22質量%以上である請求項6に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶組成物は、さらに、下記一般式(L)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
nL1は、0、1、2または3を表し、
AL1、AL2およびAL3は、それぞれ独立して、
(a) 1,4−シクロヘキシレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)、
(b) 1,4−フェニレン基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)、および
(c) ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基またはデカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(該基中に存在する任意の1個または隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基(a)、基(b)及び基(c)は、それぞれ独立して、シアノ基、フッ素原子または塩素原子で置換されてもよく、
ZL1およびZL2は、それぞれ独立して、単結合、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=N−N=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−を表し、
nL1が2または3であってAL2が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよく、nL1が2又は3であってZL2が複数存在する場合には、それらは同一であっても異なっていてもよいが、前記一般式(N−1)、(N−2)および(N−3)で表される化合物を除く。)
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