JP5020203B2 - Psa処理のための混合液晶及び液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリマー安定型配向(Polymer stability alignment、PSA)処理に適用される混合液晶に関し、特に、二重結合を持つ液晶(LC)分子、及び、メタクリル酸塩を持つ反応性単量体を有する混合液晶に関する。
液晶ディスプレイ(LCD)は小さい体積及び軽量という利点を有しているので、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、及び、ノートパソコン等、種々の電気製品に利用されている。大型のLCDが急激に開発されたため、LCDはディスプレイ市場において主流になってきた。しかし、従来のLCDの視角は、高いディスプレイ品質を保証するには広さが十分ではなく、LCDの開発を制限してしまう。従って、マルチドメイン垂直配向(MVA)LCDパネルが視角を広げるために作製され、そのパネルは、広視角及び短い応答時間を有し、大型フラットディスプレイの市場において主要な製品になっている。
従来のMVA LCDパネルでは、複数の突出部が、LC分子にプレチルト角を持たせるために上側及び下側基板の内部表面上に配置されている。従って、薄膜堆積、フォトリソグラフィー処理、及び、エッチング処理等の処理がその突出部を形成するために必要とされ、そのため、製作における複雑さ及び費用が上がってしまう。さらに、突出部は、光をさえぎり、口径比を低下させ、さらに、MVA LCDの輝度を低下させてしまうというデメリットを有している。
従って、ポリマー安定型配向又は相分離の配向(PSA)処理とも名付けられている重合配向処理が、従来のMVA LCDの突出部と替えるために重合体を提供し、それに伴い、ディスプレイパネルにおいてLC分子にプレチルト角を持たせるよう開発されている。重合配向処理は、LC分子にプレチルト角を持たせるように、混合液晶に反応性単量体を提供するステップ、及び、その反応性単量体を照射又は加熱して重合を促進するステップを含む。しかし、従来のPSA LCDパネルは、その液晶材料が高い回転粘度を有し、その結果、長い応答時間及び低性能なLCDパネルを生じるという共通の問題を有している。
結果として、単純で低コストの処理を介した広視角及び短い応答時間を有するLCDパネルの製作方法は、LCD製造者にとって依然として重要な課題である。
米国特許出願第2006/0210725A1号明細書 米国特許出願第2004/0011996A1号明細書 米国特許出願第2005/0116200A1号明細書
従って、従来のPSA LCDパネルの、高い回転粘度から生じる長い応答時間という上記のデメリットを改善するために、二重結合を有する液晶化合物と反応性単量体の特定の組成物を有する混合液晶を提供することが、本発明の第一の目的である。
本発明によると、PSA処理に利用される混合液晶が提供されている。当該混合液晶は、少なくとも一組のいかなる二重結合も有さない第1の液晶化合物、少なくとも一組の二重結合を有する第2の液晶化合物、及び、少なくとも一組のメタクリル酸塩を有する反応性単量体を含む。前記第2の液晶化合物の濃度は、全液晶化合物の約0.1から20重量%(wt%)という範囲内である。
混合液晶が二重結合を有する第2の液晶化合物を含むので、LC分子の応答時間を改善するように混合液晶全体の回転粘度を効果的に下げることができるということは、本発明の利点である。さらに、特定濃度を有する第2の液晶化合物とメタクリル酸塩を有する反応性単量体の強調により、本発明の混合液晶は、LCDパネルの全製作費用及びディスプレイ品質も改善されるように、PSA処理において優れた配向性能をもたらす。
本発明の前記及び他の目的は、種々の図及び図面に例証されている以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読んだ後、当業者には無論明らかになる。
図1〜3を参考にすると、図1〜3は、本発明の混合液晶を有するLCDパネル10の製作処理の概略図である。図1に示されているように、第一に、2つの透明な基板が、本発明のLCDパネル10の下側基板12及び上側基板14(図2に示されている)として機能するよう提供されている。下側基板12の上面に、薄膜トランジスタ、駆動IC、走査線、及び、データ線等の多数の電気装置が配置される(図示されていない)。一方、基板14は、その下面に配置されたカラーフィルタ(図示されていない)を含むことができる。上側基板14及び下側基板12が洗浄された後、配向フィルム22を上側及び下側基板14、12それぞれの内部表面上に印刷することができる。次に、液晶滴下(ODF)処理を適用して、上側基板14と下側基板12との間に本発明の混合液晶24を充填することができ、LCDパネル10が組立てられる。しかし、本発明の混合液晶24は、LCDパネル10を組み立てるための従来の液晶注入処理を介して上側基板14と下側基板12との間に充填することもできる。ODF処理は、LCDパネル10の組立体を完全にするように、下側基板12の上面にシール剤16を塗るステップ、シール剤16により囲まれた下側基板12の上面上に本発明の混合液晶24を滴下するステップ、上側基板14により下側基板12を覆うステップ、及び、シール剤16を硬化させるために照射又は硬化処理を行うステップを含む。次に、組み立てられたLCDパネル10を、LCD装置として使用するために、切断し、フレキシブルプリント回路基板等の回路基板に取り付け、さらに、囲い又は枠で覆うことができる。
図2を参考にすると、図2は、組み立てられたLCDパネル10の一部の断面図である。導電層18及び20が、一般的な電極及びピクセル電極として機能するためにそれぞれ上側基板14及び下側基板12の内部表面上に配置されている。上側基板14及び下側基板12の詳しい構造は、当業者には周知であり、詳しくは説明されない。さらに、本発明の混合液晶24は、少なくとも一組の二重結合を有さない第1の液晶化合物26、少なくとも一組の第2の液晶化合物28、少なくとも一組のメタクリル酸塩を有する反応性単量体30、及び、少なくとも一組の重合開始剤32を含み、前記液晶化合物28のそれぞれが少なくとも1つの二重結合を有している。反応性単量体30は、熱重合が可能な、又は、光重合が可能な反応性単量体であり、さらに、重合開始剤32は、混合液晶24の約0%≦X≦0.002重量%を満たしていることが好ましいXという濃度を有している。本発明によると、従来のPSA LCDパネルの長い応答時間というデメリットを改善するために、本発明の混合液晶24は、二重結合を持つアルケンを有する第2の液晶化合物28を特に含む。第2の液晶化合物28は、LC分子の応答時間を改善するために混合液晶24の回転粘度を効果的に減少できるように、混合化合物の粘度を低下させるという機能性を有している。粘度を減少させるために使用される第2の液晶化合物28の化学構造式は、以下で明瞭に紹介される。
図3を参考にすると、LCDパネル10の組み立て後、PSA処理又は重合配向処理が以下のステップと同様に行われる。第一に、混合液晶24に電場を与えて第1の液晶化合物26及び第2の液晶化合物28等のLC分子を所定の角度まで回転させるために、直流電圧又は交流電圧等の電圧が、上側基板14及び下側基板12の導電層18及び20に繰り返し印加される。次に、電圧が依然として印加されている間、光34又は熱がLCDパネル10に加えられる。従って、図3に示されているように、相分離が引き起こされるよう、混合液晶24の反応性単量体30がLC分子の所定の角度に沿って重合し、重合体36が、反応性単量体によって上側基板14及び下側基板12の表面上に形成される。重合体36は、上側基板14及び下側基板12の表面にある配向フィルム22上で所定の角度を有するLC分子の配列方向に沿って配列されるため、LC分子にプレチルト角を与える従来技術のMVA LCDパネルの突出部と実質的に代わることができる。従って、本発明のLCDパネル10の製造は完了する。
上記のように、本発明のLCDパネル10の応答時間を短縮するために、本発明の混合液晶24は、一組の第2の液晶化合物28を含み、該第2の液晶化合物28のそれぞれが、少なくとも1つの二重結合を有している。前記第2の液晶化合物28は、化学構造式(20)の化合物:
Figure 0005020203


を少なくとも1つ含んでいることが好ましく、
は、2から8個の炭素原子を有するアルケニル基であり;Rは、1から12個の炭素原子を有するアルキル基であり、さらに、酸素(O)原子が互いに直接結合しないように、Rの1又は2の隣接していないCH基を、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、又は、−COO−と置換することができ;dは0又は1であり;さらに、
Figure 0005020203


は、
Figure 0005020203


等のフェニル基、又は、ハロゲンを有するフェニル基である。
より明確には、前記第2の液晶化合物28は、化学式(23)、化学式(24)、又は化学式(25)の化合物:
Figure 0005020203

Figure 0005020203

Figure 0005020203


を含んでいることが好ましく、
は2から8個の炭素原子を有するアルケニル基であり、Rは1から8個の炭素原子を有するアルキル基である。
一方、前記第1の液晶化合物26は、化学式(26)、(27)、及び(28)の化合物:
Figure 0005020203

Figure 0005020203

Figure 0005020203


を1又は複数含むことができ、
、R、R、及び、Rは、それぞれ互いから独立して、1から12個の炭素原子を有するアルキル基であり、さらに、O原子が互いに直接結合しないように、R、R、R、及び、Rのうち1又は2の隣接していないCH基は、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、又は、−COO−と任意選択で置換され;
Figure 0005020203


である。
混合液晶24における二重結合を有する第2の液晶化合物28の存在が、混合液晶24の他の物質の内容及び組成に影響するということに注目されるべきである。第2の液晶化合物28を含んだ混合液晶24が、重合処理中に不十分に重合する又は配列を誤るのを防ぐために、特定の液晶化合物及び反応性単量体30の組成物及び濃度を有する特定の規定が、本発明による混合液晶24に与えられる。本発明の好ましい実施形態において、第2の液晶化合物28は、混合液晶24における液晶化合物の全重量の約0.1から20重量%という範囲の濃度を有していることが好ましい。例えば、本発明である混合液晶24の液晶化合物の組成は、約30から70wt%の化学式(26)の化合物、約10から50wt%の化学式(27)の化合物、約20から60wt%の化学式(28)の化合物、及び、約0.1から20wt%の前記第2の液晶化合物28を含むことができ、濃度の重量パーセントという単位「wt%」は、混合液晶24における液晶化合物の全重量に基づいている。
一方、本発明の反応性単量体30は、化学式(30)(31)(32)(33)又は(34)の化合物を少なくとも1つを含み、さらに、混合液晶における重合体成分が、0.1%≦Y≦10%(重量%)を満たすYという濃度を有していることが好ましい。
Figure 0005020203

Figure 0005020203

Figure 0005020203

Figure 0005020203

Figure 0005020203


式中、Rは、水素(H)、フッ素(F)、塩素(Cl)、シアン(CN)、SCN、−SFH、NO、1から12個の炭素原子を有する直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、又は、−X−Sp−Pであり;
及びXは、独立して、−O−、−S−、−OCH−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−NR−、−NR−CO−、−SCH−、−CHS−、−CH=CH−COO−、−OOC−CH=CH−又は一重結合であり;
及びPは、独立して、重合可能な基であり、さらに、P若しくはPのうちの1つがメタクリル酸塩、又は、PもPもメタクリル酸塩であることが好ましく;
Sp及びSpは、独立して、スペーサ基又は1つの基であり;
Lmは、独立して、F、Cl、CN、又は、1から7個の炭素原子を有するアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、若しくは、アルキルカルボニロキシ基であり;
m≧1であり;
n≧1であり;さらに、
及びQは、独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCH−、−SCH−、−CHS−、−CH=CH−COO−、−OCC−CH=CH−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−C−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CF−,−C≡C−、又は一重結合である。
さらに、Rが1から12個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖のアルキル基である場合、O及び/又はS原子が互いに直接結合しないように、1又は2の隣接していないCH基を、−O−、−S−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−S−CO−、−CO−S−、又は、−C≡C−(アルキン)と置換することができる。Lが、1から7個の炭素原子を有するアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、又は、アルキルカルボニロキシ基である場合、1又は複数のそのH原子を、F又はClと置換することができる。より明確には、本発明の好ましい実施形態において、前記反応性単量体30は、化学式(35)の化合物:
Figure 0005020203


を含むことができる。
本発明の混合液晶24は、化学式(30)(31)(32)(33)又は(34)の反応性単量体30、及び、第2の液晶化合物28を特定の濃度で含んでいるため、混合液晶24の回転粘度は効果的に減少され、従って、LCDパネル10の応答時間は短縮され、さらに、混合LC24の配向性能は改善される。本発明のLCDパネル10の駆動電圧と従来技術のLCDパネルに対する応答時間の曲線グラフが、図4〜5に示されている。図4は、LC分子を上側及び下側基板と平行して横に置くためにLCDパネルに駆動電圧を印加する際の応答時間Tonを表している。図4に示されているように、本発明のLCDパネル10の応答時間Tonは、6から7ボルトの駆動電圧下のみで従来技術のLCDパネルの応答時間よりも少し長いけれども、ほとんどの場合、従来技術のLCDパネルの応答時間よりも短い。図5を参考にすると、図5は、駆動電圧が取り除かれた場合に、プレチルト角を有する本来の配向方向まではじき戻されるLC分子の応答時間Toffを示している。本発明のLCDパネル10の応答時間Toffは、図5に示されているように、約3から4ミリセカンドと従来技術のLCDパネルの応答時間よりもかなり短い。それは、本発明の混合液晶24が、混合物の粘度を減少させるという機能を有する反応性単量体30及び第2の液晶化合物28を含んでいるためである。結果として、混合液晶24の回転粘度を効果的に減少させることができ、応答時間Toffは、明らかに短縮される。
従来技術とは対照的に、本発明は、混合液晶、又は、該混合液晶を有するLCD装置を提供し、その混合液晶は、一組の二重結合を有する第2の液晶化合物、及び、メタクリル反応性単量体を含み、同時に、その第2の液晶化合物は混合液晶において特定の濃度を有している。従って、LCD装置の応答時間の性能全体を改善するために、さらには、PSA処理中のLC分子の配向性能を改善するために、混合液晶の回転粘度を効果的に減少させることができる。結果として、単純な製作処理を用いた低い製作費用、広視角、及び短い応答時間を有するLCD装置が、本発明に従い提供される。
当業者は、本発明の教えを保つと同時に、装置及び方法における数多くの修正及び変更を行うことができると容易に気がつくであろう。
本発明によるLCDパネルの製作処理の概略図である。 本発明によるLCDパネルの製作処理の概略図である。 本発明によるLCDパネルの製作処理の概略図である。 本発明のLCDパネル及び従来のLCDパネルの駆動電圧それぞれに対する応答時間の曲線グラフである。 本発明のLCDパネル及び従来のLCDパネルの駆動電圧それぞれに対する応答時間の曲線グラフである。
符号の説明
12 下側基板
14 上側基板
24 混合液晶
26 第1の液晶化合物
28 第2の液晶化合物
30 反応性単量体
32 開始剤
36 重合体

Claims (17)

  1. ポリマー安定型配向(PSA)処理の混合液晶であって:
    少なくとも一組のいかなるアルケニル基も有さない第1の液晶化合物;
    少なくとも一組の第2の液晶化合物であり、該化合物のそれぞれが、メタクリレート基を除いて少なくとも1つのアルケニル基を有し、前記一組の第1及び第2の液晶化合物の全重量の約0.1乃至20重量%(wt%)という範囲で濃度を有する第2の液晶化合物;並びに、
    少なくとも一組のメタクリレート基を有する反応性単量体;
    を含み、
    前記第2の液晶化合物が化学式(1)の化合物:
    Figure 0005020203


    を含み、
    が、2から8個の炭素原子を有するアルケニル基であり、Rが、1から8個の炭素原子を有するアルキル基である、混合液晶。
  2. 前記第2の液晶化合物が、化学式(1)の化合物以外に化学式(2)の化合物:
    Figure 0005020203


    を少なくとも一つさらに含み、
    2から8個の炭素原子を有するアルケニル基であり;
    が、1から12個の炭素原子を有するアルキル基であり;
    Figure 0005020203

    dは0又は1であり;さらに、

    Figure 0005020203

    がフェニル基、又は、ハロゲンを有するフェニル基である、請求項1に記載の混合液晶。
  3. Figure 0005020203


    が、
    Figure 0005020203

    である、請求項2に記載の混合液晶。
  4. 酸素(O)原子が互いに直接結合しないように、Rの1又は2の隣接していないCH基が、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、又は、−COO−と置換される、請求項2に記載の混合液晶。
  5. 前記第2の液晶化合物が、化学式(7)の化合物、又は、化学式(8)の化合物:
    Figure 0005020203

    Figure 0005020203

    を含み、
    が、2から8個の炭素原子を有するアルケニル基であり、Rが、1から8個の炭素原子を有するアルキル基である、請求項2に記載の混合液晶。
  6. 前記第1の液晶化合物が、化学式(9)、化学式(10)、又は化学式(11)の化合物:

    Figure 0005020203

    Figure 0005020203

    Figure 0005020203

    を1又は複数含み、
    、R、R、及び、Rは、独立して、1から12個の炭素原子を有するアルキル基であり;
    Figure 0005020203

    である、請求項1に記載の混合液晶。
  7. O原子が互いに直接結合しないように、R、R、R、及び、Rのうち1又は2の隣接していないCH基が、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、又は、−COO−と任意選択で置換される、請求項6に記載の混合液晶。
  8. 当該混合液晶の組成物が:
    約30から70wt%の化学式(9)の化合物;
    約10から50wt%の化学式(10)の化合物;
    約20から60wt%の化学式(11)の化合物;及び
    約0.1から20wt%の前記第2の液晶化合物;
    を含み、
    濃度の重量パーセントwt%が、液晶化合物の全重量に基づく、請求項6に記載の混合液晶。
  9. 前記反応性単量体が、化学式(13)(14)(15)(16)又は(17)の化合物:
    Figure 0005020203

    Figure 0005020203

    Figure 0005020203

    Figure 0005020203

    Figure 0005020203

    を含み、さらに、混合液晶における重合体成分が、0.1%≦Y≦10%(重量%)を満たすYという濃度を有し、
    Rが、水素(H)、フッ素(F)、塩素(Cl)、シアン(CN)、SCN、−SFH、NO、1から12個の炭素原子を有する直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、又は、−X−Sp−Pであり;
    及びXが、独立して、−O−、−S−、−OCH−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−NR−、−NR−CO−、−SCH−、−CHS−、−CH=CH−COO−、−OOC−CH=CH−又は一重結合であり;
    及びPが、独立して、重合可能な基であり;
    Sp及びSpが、独立して、スペーサ基又は1つの基であり;
    Lmが、独立して、F、Cl、CN、又は、1から7個の炭素原子を有するアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、若しくは、アルキルカルボニロキシ基であり;
    m≧1であり;
    n≧1であり;さらに、
    及びQが、独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCH−、−SCH−、−CHS−、−CH=CH−COO−、−OCC−CH=CH−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−C−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CF−,−C≡C−、又は一重結合である;
    請求項1に記載の混合液晶。
  10. Rが1から12個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖のアルキル基である場合、O及び/又はS原子が互いに直接結合しないように、Rの1又は2の隣接していないCH基が、−O−、−S−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−S−CO−、−CO−S−、又は、アルキン(−C≡C−)で置換される、請求項9に記載の混合液晶。
  11. 又はPがメタクリレートである、請求項9に記載の混合液晶。
  12. 及びPが、どちらもメタクリレートである、請求項11に記載の混合液晶。
  13. Lが、1から7個の炭素原子を有するアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、又は、アルキルカルボニロキシ基である場合、1又は複数のそのH原子が、F又はClで置換される、請求項9に記載の混合液晶。
  14. 前記反応性単量体が、熱重合が可能な、又は、光重合が可能な反応性単量体である、請求項1に記載の混合液晶。
  15. 一組の、0%≦X≦0.002重量%を満たすXという濃度を有する開始剤をさらに含む、請求項1に記載の混合液晶。
  16. PSA液晶ディスプレイ装置であって:
    上側基板及び下側基板;並びに
    前記上側基板と前記下側基板との間に配置される混合液晶;
    を含み、
    該混合液晶が:
    少なくとも一組のいかなるアルケニル基も有さない第1の液晶化合物;
    少なくとも一組の第2の液晶化合物であり、該化合物のそれぞれが、メタクリレート基を除いて少なくとも1つのアルケニル基を有し、前記混合液晶における前記一組の第1及び第2の液晶化合物の全重量の約0.1乃至20重量%という濃度を有する第2の液晶化合物;並びに、
    少なくとも一組のメタクリレートを有する反応性単量体;
    を含み、
    前記第2の液晶化合物が化学式(18)の化合物:
    Figure 0005020203
    を含み、
    が、2から8個の炭素原子を有するアルケニル基であり、Rが、1から8個の炭素原子を有するアルキル基である、装置。
  17. PSA液晶ディスプレイ装置であって:
    上側基板及び下側基板;並びに
    前記上側基板と前記下側基板との間に配置される混合液晶;
    を含み、
    該混合液晶が:
    少なくとも一組のいかなるアルケニル基も有さない第1の液晶化合物;
    少なくとも一組の第2の液晶化合物であり、該化合物のそれぞれが、メタクリレート基を除いて少なくとも1つのアルケニル基を有し、前記混合液晶における前記一組の第1及び第2の液晶化合物の全重量の約0.1乃至20重量%という濃度を有する第2の液晶化合物;並びに、
    メタクリレート基を有する一組の反応性単量体によって少なくとも前記下側基板の表面上に形成される少なくとも一組の重合体;
    を含み、
    前記第2の液晶化合物が化学式(19)の化合物:
    Figure 0005020203
    を含み、
    が、2から8個の炭素原子を有するアルケニル基であり、Rが、1から8個の炭素原子を有するアルキル基である、装置。
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