JP5301261B2 - ホメオトロピック整列層 - Google Patents
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Description
発明の要約
本発明の他の観点は、ネマティックまたはスメクティック、特にスメクティックA相において重合した、重合した液晶材料を含む、本明細書中に記載した整列層である。
本発明の他の観点は、高い表面固定エネルギーを有するホメオトロピック配向を有する、重合した液晶材料を含む、本明細書中に記載した整列層である。
本発明の他の観点は、本明細書中に記載したホメオトロピック配向を有する整列層の製造のために用いることができる、ネマティックまたはスメクティック相、特にスメクティックA相を有する重合可能な液晶材料である。
本発明の他の観点は、本明細書中に記載した整列層を含む、液晶装置、特に液晶ディスプレイである。
本発明の他の観点は、液晶媒体と接触しており、接触の領域において液晶媒体におけるホメオトロピック整列を誘発する、本明細書中に記載した整列層を含む液晶装置である。
本発明の他の観点は、液晶ディスプレイ、特に少なくとも1つの整列層を含むVAモードのディスプレイの電気光学的急峻度を制御する方法であって、前記整列層の表面固定エネルギーを変化させることによる、前記方法である。
用語の定義
用語「垂直またはホメオトロピック構造」、「垂直またはホメオトロピック配向」および「垂直またはホメオトロピック整列」は、フィルムまたは媒体の光学軸が、それぞれ、フィルム平面または基板平面にほぼ垂直である、即ち、フィルムまたは基板法線にほぼ平行であることを意味する。この定義はまた、光学軸が、フィルム法線または基板法線に対して、2〜5°までの角度でわずかに傾斜している、フィルムおよび媒体を含む。
本出願において用いる用語「フィルム」は、いくらか顕著な機械的安定性および可撓性を示す自立性、即ち独立して立つフィルム、並びに支持基板上または2枚の基板の間の被膜または層を含む。
液晶媒体および整列層を含む本発明の液晶ディスプレイにおいて、整列層の表面における液晶分子の表面固定強度を、ティルト固定パラメーターτにより表す。
Y. Marinov, N. Shonova, C. Versace, A. G. Petrov, 「弱く固定されたホメオトロピックネマティックのエネルギーおよび表面粘度の表面損失の撓電的分光学測定」、Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sci. Technol., Sect. A (1999), 329, 1145-1150.
V. Sergan, G. Durand, 「双安定SiO蒸着表面上のネマティック液晶の固定異方性」、Liq. Cryst. (1995), 18(1), 171-4,
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発明の詳細な説明
・重合した液晶材料のティルト角が、層の法線に対して0〜5°である、
・重合した液晶材料のティルト角が、層の法線に対して0〜2°、好ましくは0〜1°、極めて好ましくは0°である、
・重合可能な液晶材料が、ネマティック相を示す、
・重合可能な液晶材料が、スメクティック相を示す、
・重合可能な液晶材料が、スメクティックA相を示す、
・重合した液晶材料が、スメクティック相を示す、
・重合した液晶材料が、スメクティックA相を示す、
・重合した液晶材料が、三次元ネットワークを形成する、
・重合可能な液晶材料が、50%より少ない、好ましくは20%より少ない、極めて好ましくは10%より少ない、特に5%より少ない重合可能でない化合物を含む、
・重合した液晶材料が、50%より少ない、好ましくは20%より少ない、極めて好ましくは10%より少ない、特に5%より少ない重合していない材料を含む、
・ティルト固定パラメーターτが、0〜0.6、極めて好ましくは0〜0.4である
整列層に関する。
重合可能な液晶材料は、好ましくは、少なくとも1つの重合可能な基を有する1種または2種以上の重合可能な化合物を含む。
R0およびR00は、互いに独立して、Hまたは1〜12個のC原子を有するアルキルである、
から選択された化合物を含む。
mは、0、1、2または3である、
で表される。
さらに好ましいのは、少なくとも1つの基Zが−C≡C−を示す化合物である。これらの化合物は、特に、高度に複屈折性の材料が必要である使用に適する。
好ましくは、Zは、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−C≡C−または単結合である。
特に好ましいのは、従属式IId、IIg、IIh、IIi、IIkおよびIIo、特に従属式IIdおよびIIkである。
オキサアルキル、即ちここで、1つのCH2基が−O−により置換されているものは、好ましくは、例えば、直鎖状2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)もしくは3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくは8−オキサノニルまたは2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−もしくは9−オキサデシルである。
式IにおけるRは、極性または無極性基であることができる。極性基である場合には、Rは、CN、NO2、ハロゲン、OCH3、OCN、SCN、COR1、COOR1または1〜4個のC原子を有するモノ、オリゴもしくはポリフッ素化アルキルもしくはアルコキシ基から選択されている。R1は、1〜4個、好ましくは1〜3個のC原子を有する随意にフッ素化されているアルキルである。特に好ましい極性基Rは、F、Cl、CN、NO2、OCH3、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、C2F5、OCF3、OCHF2およびOC2F5、特にF、Cl、CN、OCH3およびOCF3から選択されている。無極性基である場合には、Rは、好ましくは、15個までのC原子を有するアルキルまたは2〜15個のC原子を有するアルコキシである。
本発明の他の好ましい態様は、RがP−Sp−Xn−を示す、式Iで表される化合物に関する。
Rが、P−Sp−X−を示す場合には、式Iで表される化合物中の2つのスペーサー基Spは、同一であるかまたは異なることができる。
前に記載した好ましい化合物の中で、特に好ましいのは、nが1であるものである。
それぞれ基P、SpおよびXが多数回出現する場合において、多数回出現する基は、同一であるかまたは異なることができる。
式Iで表される化合物を、それ自体知られており、有機化学の標準的な学術書、例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgartに記載されている方法により、またはこれと同様にして合成することができる。製造のいくつかの特定の方法を、例から採用することができる。
a)25〜80%、特に30〜70%、極めて好ましくは40〜60%の、無極性末端基を有する、好ましくは式Iから選択された、1種または2種以上の単反応性の重合可能なメソゲン性化合物、
b)5〜40%、特に10〜35%、極めて好ましくは15〜30%の、極性末端基を有する、好ましくは式Iから選択された、1種または2種以上の単反応性の重合可能なメソゲン性化合物、
c)0〜65%、特に2〜45%、極めて好ましくは5〜25%の、2つまたは3つ以上の重合可能な基を有する、好ましくは式Iから選択された、1種または2種以上の重合可能なメソゲン性化合物、
d)0.01〜5%の光開始剤
を含む。
好ましくは、混合物は、2〜8種、特に2〜6種、最も好ましくは2〜4種の成分aおよびbの化合物、および1〜3種の成分cの化合物を含む。
成分a)の化合物は、好ましくは、前述の式Id〜Iiから選択される。成分b)の化合物は、好ましくは、前述の式Ia〜Icから選択される。成分c)の化合物は、好ましくは、前述の式IkおよびImから選択される。
Wは、HまたはCH 3 であり、
nは、3〜6の整数であり、
Z 1 およびZ 2 は、各々独立して、−COO−または−OCO−であり、
X 1 およびX 2 は、各々独立して、HまたはCH 3 であり、
R 1 は、1〜20個のC原子を有するアルキルまたはアルコキシである、
を含む。
特に好ましいのは、以下のものを含む重合可能な混合物である。
a)40〜60%の式Ieで表される1種または2種以上の化合物、特にvが1であり、Aが1,4−シクロヘキシレンである化合物、
b)15〜25%の式Iaで表される1種または2種以上の化合物、特にvが1であり、YがCNである化合物、
c)5〜30%の式Ikで表される1種または2種以上の化合物、特にL1がCH3であり、L2がHである化合物、
d)0.01〜5%の光開始剤。
基板として、例えば、ガラスもしくは石英シートまたはプラスチックフィルムもしくはシートを用いることができる。好適なプラスチック基板は、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリカーボネート(PC)またはトリアセチルセルロース(TAC)のフィルムである。
また、例えば、20重量%までの量の重合可能でない液晶化合物を加えて、ポリマーフィルムの光学的特性を適合させることも可能である。
−少なくとも1つが光透過性である、第1の電極と第2の電極との間に設けられた液晶媒体を含み、前記媒体中の液晶分子が、外部の場を加えられていない際に、ホメオトロピック的に、即ち電極に垂直に配向している、液晶セル、並びに
−液晶媒体に直接接触し、液晶媒体においてホメオトロピック端部整列を誘発するように、前記第1の電極および第2の電極の少なくとも1つの内面上に設けられた、本発明の整列層
を含み、さらに、
−随意に、液晶セルが、第1の偏光板と第2の偏光板との間にはさまれるように位置する第2の偏光板、
−随意に、液晶セルおよび/または第1のおよび第2の偏光板に隣接して位置する、1つまたは2つ以上の光学的補償または遅延層、
−随意に、背面照射
並びに随意にさらなる成分を含むことができる。
Δnは、20℃および589nmにおいて測定した光学異方性を示し、
neは、20℃および589nmにおける異常屈折率を示し、
Δεは、20℃における誘電異方性を示し、
ε‖は、分子軸に平行な方向における誘電定数を示し、
cp.は、透明点[℃]を示す。
本発明の整列層の表面固定エネルギーの、液晶ディスプレイの電気光学的特性に対する影響を例証するために、コンピューターシミュレーションを、Autronic Melchers DIMOSシステムを用いて、垂直整列(VAモード)の標準的なディスプレイセルについて実施した。
図2.1および2.2は、0.4のティルト固定パラメーターを有する整列層を含むVAセルについての、それぞれ電気光学的曲線および完全な急峻度曲線を示す。
図3.1および3.2は、1のティルト固定パラメーターを有する整列層を含むVAセルについての、それぞれ電気光学的曲線および完全な急峻度曲線を示す。
図4.1および4.2は、それぞれ(左から右へ)1、0.8、0.6、0.4および0のティルト固定パラメーターを有する整列層を含むVAセルについての、それぞれ電気光学的曲線および完全な急峻度曲線を示す。
前述の記載から、当業者は、本発明の本質的な特徴を容易に確認することができ、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の種々の変更および修正を実施して、本発明を、種々の使用および条件に適合させることができる。
Claims (19)
- 重合した液晶材料を含む整列層であって、前記液晶材料は、ホメオトロピック配向を有し、前記液晶材料のスメクティック相において重合され、液晶媒体と接触しており、液晶媒体との接触の領域において液晶媒体中にホメオトロピック整列を誘発する、前記整列層。
- 重合した液晶材料中のティルト角が、層の法線に対して、0〜5°であることを特徴とする、請求項1に記載の整列層。
- 液晶材料を、このスメクティックA相において重合させることを特徴とする、請求項1または2に記載の整列層。
- 重合した液晶材料が、三次元ネットワークを形成していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の整列層。
- 高い表面固定エネルギーを有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の整列層。
- ティルト固定パラメーターτが、0〜0.6であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の整列層。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の整列層の製造方法であって、重合可能なメソゲン性または液晶材料の層を、基板上に設け、該材料を、ホメオトロピック配向に整列させ、該材料を重合させ、随意に、重合したフィルムを基板から取り外すことによる、前記方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の整列層の製造のための、スメクティックまたはスメクティックA相を有する重合可能な液晶材料の使用。
- 液晶材料が、1種または2種以上の式I
Pは、重合可能な基であり、
Spは、スペーサー基または単結合であり、
Xは、
MGは、メソゲン性基であり、
Rは、H、F、Cl、Br、I、CN、SCN、SF5H、NO2または、1〜20個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキル基であり、これは、非置換であるか、F、Cl、Br、IまたはCNにより一または多置換されていることができ、また、1つまたは2つ以上の隣接していないCH2基が、各々の場合において互いに独立して、Oおよび/またはS原子が互いに直接結合しないように、−O−、−S−、−NH−、−NR0−、−SiR0R00−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−または−C≡C−により置換されていることも可能であり、またはP−Sp−X−を示し、
R0およびR00は、互いに独立して、Hまたは1〜12個のC原子を有するアルキルである、
で表される重合可能なメソゲン性化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の整列層。 - 液晶材料が、
a)25〜80%の、無極性末端基を有する1種または2種以上の単反応性の重合可能なメソゲン性化合物、
b)5〜40%の、極性末端基を有する1種または2種以上の単反応性の重合可能なメソゲン性化合物、
c)0〜65%の、2つまたは3つ以上の重合可能な基を有する1種または2種以上の重合可能なメソゲン性化合物、
d)0.01〜10%の光開始剤
を含むことを特徴とする、請求項1〜6および9のいずれかに記載の整列層。 - 請求項1〜6および9〜11のいずれかに記載の整列層の、液晶媒体中でホメオトロピック整列を発生させるための使用。
- 請求項1〜6および9〜11のいずれかに記載の少なくとも1つの整列層を含む、液晶装置。
- ネマティック、スメクティックまたはコレステリック液晶媒体を含むことを特徴とする、請求項13に記載の液晶装置。
- 双安定または多安定液晶ディスプレイ装置であることを特徴とする、請求項13または14に記載の液晶装置。
- VA(垂直整列)、VAN(垂直整列ネマティック)、VAC(垂直整列コレステリック)、ECB(電気的に制御された複屈折)、DAP(整列相の変形)、CSH(カラー超ホメオトロピック)、ハイブリッド整列、HAN(ハイブリッド整列ネマティック)、SSCT(表面安定化コレステリック組織)、PSCT(ポリマー安定化コレステリック組織)、撓電またはULH(均一位置らせん)モードのディスプレイ装置であり、透過型、反射型または透過反射型であることができることを特徴とする、請求項13〜15のいずれかに記載の液晶装置。
- −少なくとも1つが光透過性である、第1の電極と第2の電極との間に設けられた液晶媒体を含み、該媒体中の液晶分子が、外部の場を加えられていない際に、ホメオトロピック的に配向している、液晶セル、並びに
−液晶媒体に直接接触し、液晶媒体においてホメオトロピック端部整列を誘発するように、前記第1の電極および第2の電極の少なくとも1つの内面上に設けられた、請求項1〜6および9〜11のいずれかに記載の整列層
を含む、液晶ディスプレイ。 - 請求項1〜6および9〜11のいずれかに記載の整列層の、重合可能なLC材料においてホメオトロピック配向を誘発するための、重合可能なLC材料からのホメオトロピック構造を有する異方性または液晶ポリマーフィルムの製造における、基板、または基板上に設けられた整列もしくは補助層としての使用。
- 請求項1〜6および9〜11のいずれかに記載の少なくとも1つの整列層を含むVAモードの液晶ディスプレイの電気光学的急峻度を制御する方法であって、前記整列層の表面固定エネルギーを変化させることによる、前記方法。
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