JP6178514B2 - 液晶媒質組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示の技術に関し、特に、重合反応発生時の誘発効率を向上させることが出来る、液晶媒質組成物に関する。
近年における情報技術の絶え間ない発展に伴い、携帯電話やパソコン、更に一般家庭用家電までもが、手軽且つスマート型・モバイル型へと展開している。このような状況を受けて、人と機械との間における情報交換効率も非常に重要になってきている。機械処理された情報を効率良く、明確に人々に伝達するために、高効率・高品質・大容量・手軽・低コスト・省エネのディスプレイの働きが重要な地位を占めるようになり、従来のCRTディスプレイは僅か数年の間に薄型軽量液晶ディスプレイに取って代わられた。
初期に使用されていた液晶ディスプレイは、多くが捩れネマティック(Twisted nematic、TN)、或は超捩れネマティック(Super twisted nematic、STN)方式を採用していた。これらに用いられている液晶材料は、正の誘電率異方性を有する液晶であり、且つ所定量のキラル剤が添加されていた。無通電時における液晶分子の長軸方向は基板表面と平行して配列しており、基板表面の液晶分子の配列方向は配向層(Alignment layer、素材は通常Polyimideである)の摩擦方向(Rubbing direction)によって決まる。上下の基板表面の配向方向は、所定の夾角(通常は90度)を形成する。このため、一つの基板表面からもう一つの基板表面に至る間において、液晶層の分子は連続して捩れて配列した状態となる。捩れ角が90度の場合はTN型であり、捩れ角が270度の場合はSTN型である。ディスプレイは、上下基板と液晶層のほかに、予め基板外表面の吸収軸方向に互いに垂直に貼設された偏光フィルム、及びバックライト等が設けられる。バックライトの光は、偏光フィルムを通した後に直線偏光となり、捩れ配列の液晶層を通る際に偏光方向を変えることで、スムーズにもう一つの偏光フィルムを通過する。この時、ディスプレイは透光状態を呈する。液晶層に電圧を印加した後、液晶分子の長軸は電場の方向に沿って配列する。この時、液晶層の偏光状態を変化させる能力が消失、或は低下して、ディスプレイは不透光、或は光透過率が低い状態となる。TN/STN型液晶ディスプレイは、比較的早期に商業化されたディスプレイの一つであるものの、視野角が狭く、広視野角において輝度や色の差が激しい等の欠点があったため、使用に大きな制限があった。後に、補正フィルムを用いる方式によって、TN/STNディスプレイの視野角と色ズレの問題に一定の改善が見られたものの、同時に製造コストを増加させた。また、その効果も依然として人々の高品質ディスプレイに対する要望を完全に満足させるには至っていない。
マルチドメイン垂直配向(Multi−domain vertical alignment、MVA)型TFT−LCDは、TN/STN型液晶ディスプレイにおいて視野角が限られるという問題を、ネガ型液晶と垂直配向膜材料を採用することによって解決した。電圧未印加時には、液晶分子の長軸は基板表面に対して垂直であり、電圧印加時には、ネガ型液晶分子は傾いて、液晶分子の長軸が電場と垂直になるように配列する。また、視野角の問題を解決するために、一つのサブ画素を複数のドメインに分けて、液晶分子を異なる方向に倒すことにより、ディスプレイを異なる方向から見た際の効果が同じになるようにしている。一つのサブ画素内において、異なるドメインの液晶分子を異なる方向に向けさせる方法は様々である。一つ目の方法では、露光・造影によってLCDの上下の基板1・2におけるITO電極3・4にポリマー突起物(bump)5が設けられ、ポリマー突起物5部分及び周囲の液晶分子6が所定の傾斜角を生じることにより、その他の液晶分子6も所定の方向に傾くように誘導される(図1参照)。二つ目の方法では、上下の基板12・14に所定のパターンを備えた上下のITO電極22・24が形成され、上下のITO電極22・24は、所定の位置で互い違いになるように設けられることで、生じる電場方向が所定の傾斜角を備えるようになる。これにより、異なるドメインの液晶分子60の傾きを制御する。この技術は、パターン垂直配向(Patterned vertical alignment、PVA)と呼ばれる(図2参照)。三つ目の方法では、LCDの基板104におけるTFT側に所定のパターンを備えたITO電極204(通常は魚骨形)が形成され、もう一つの基板102は全面がITO電極202(Full ITO)であるとともに、液晶材料中には重合性モノマー(monomer)800が添加される。まず、電場によって異なるドメインの液晶分子600が所定の方向に傾く。次に、紫外線の照射下で液晶材料中の重合性モノマー800が紫外線重合反応を生じることで、液晶分子600の傾斜を誘導するためのポリマー突起物(bump)400が形成され、基板表面に堆積して配向作用を生じる。この種の技術は、ポリマー安定化垂直配向(Polymer stabilized vertical alignment、PSVA)と呼ばれる(主な工程手順は図3参照)。その他のMVA技術と比較して、PSVA技術は高い透過率・高コントラスト・素早い応答等の一連の長所を備えているため、現在の大型LCDパネルにおける主流技術の一つになっている。
PSVA技術において要となる過程は、monomerに対する反応進行の制御であり(反応速度、反応均一性、最終monomerの残留制御等を含む)、これらの状況をきちんと制御して初めて、高品質のPSVA液晶パネルが作られる。しかし実際には、開始剤が重合反応を誘発する効率は低い。よって、誘発効率を向上させるために、重合反応を誘発する時に更に効率良く紫外線エネルギーを利用することにより、誘発効率を向上させることが可能な、新しい開始剤が求められている。
本発明は、PSVA液晶ディスプレイに用いられるとともに、重合反応発生時の誘発効率を大幅に向上させ、且つ重合性モノマーの反応制御がしやすい、液晶媒質組成物を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明は、液晶媒質組成物を提供する。前記液晶媒質組成物は、ネガ型液晶材料と、安定剤と、紫外線照射下で重合反応を生じる一種或は複数種の重合性モノマーと、光重合開始剤とを含む。前記重合性モノマーの構造式は、芳香環と、前記芳香環と接続された少なくとも一つの重合性基を含む。前記芳香環は、ベンゼン環である時、その個数は一つ或は二つであり、前記二つのベンゼン環は直接接続されるか、或は一つの原子団を通して間接的に接続される。前記芳香環は、ナフタレン環である時、その個数は一つである。前記光重合開始剤は、以下の構造式の中のいずれか一つによって表される。
上記の構造式(1)から(10)において、Pは、重合性基を表すとともに、プロピオル酸メチル基・アクリル酸エステル基・エチレン基・酸化エチレン基・エポキシ基の中の少なくとも一種である。nは、一つの芳香環に接続される重合性基の個数である。また、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なる。Xは置換基を表すとともに、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。mは、一つの芳香環に接続される置換基の個数を表す。mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なる。n+mは一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さい。構造式(1)から(10)において、
は、置換済み或は未置換のベンゼン環或はシクロヘキサンを表し、置換済みの場合、置換基は前記重合性基である。
前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の少なくとも一種によって表される。複数種の重合性モノマーの構造式が同じである時、その重合性基の個数は異なる。
構造式(11)から(14)において、Pは、重合性基を表すとともに、プロピオル酸メチル基・アクリル酸エステル基・エチレン基・酸化エチレン基・エポキシ基の中の少なくとも一種である。nは一つの芳香環に接続される重合性基の個数である。また、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なる。Xは置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。mは一つの芳香環に接続される置換基の個数である。mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なる。n+mは一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さい。
構造式(14)において、Zは、
の中のいずれか一つである。
前記重合性モノマーは、重量算出した場合に前記液晶媒質組成物の総量の0.1%−1%を占める。
前記重合性モノマーの構造式の中のいずれか一つの芳香環における水素原子は、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CNの中のいずれか一つの原子団によって置換される。
前記ネガ型液晶材料は、以下の構造式によって表される液晶分子を含む。
このうち
であり、一つの分子が複数個の
を含む時、これらは同じか或は異なる。Xは環構造に接続された置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・−I・−CN・−NOの中の少なくとも一種である。nは環構造に接続された置換基の個数を表すとともに、1−4の整数である。異なる環構造のnは同じか或は異なり、n>1の場合、前記複数個の置換基は同じか或は異なる。YとYは、それぞれ−R・−O−R・−CO−R・−OCO−R・−COO−R・−(OCHCHn1CHの中のいずれか一つであり、このうちRは1−12個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基を表し、n1は1−5の整数であり、前記YとYは同じか或は異なる。
このうち、前記安定剤は、少なくとも一種の安定剤分子を含む。尚、構造式は以下の通りである。
このうち、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。nは1−4の整数であり、n>1の場合、複数個の置換基Rは同じか或は異なる。Rは1−36個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基である。Lは炭素炭素単結合・−O−・−COO−・−OCO−・−CHO−・−OCHO−・−O(CHO−・−COCH−・メチレン基の中のいずれか一つである。
前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の二種或は三種によって表される。
構造式(15)と構造式(16)において、Xは−H・−F・−CNの中のいずれか一つである。構造式(17)と構造式(18)において、Zは
の中のいずれか一つである。前記二種或は三種の重合性モノマーにおいて、一種の重合性モノマーの含有量は、いずれも重合性モノマー総含有量のモル比98%を超えない。
前記ネガ型液晶材料において、構造式が
である液晶分子は、以下の構造式のいずれかによって表される。
上述の構造式において、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。
構造式が
の液晶分子は、以下のいずれかである。
上述の構造式において、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。前記ネガ型液晶材料の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、20%−90%の間である。
前記安定剤は、以下の構造式を少なくとも一種含む安定剤である。
このうち、Rは1−30個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。
前記安定剤の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、0より大きく且つ1%より小さい。
また、上述の目的を達成するために、本発明は、液晶媒質組成物を提供する。前記液晶媒質組成物は、ネガ型液晶材料と、安定剤と、紫外線照射下で重合反応を生じる一種或は複数種の重合性モノマーと、光重合開始剤とを含む。前記重合性モノマーの構造式は、芳香環と、前記芳香環と接続された少なくとも一つの重合性基を含む。前記芳香環は、ベンゼン環である時、その個数は一つ或は二つであり、前記二つのベンゼン環は直接接続されるか、或は一つの原子団を通して間接的に接続される。前記芳香環は、ナフタレン環である時、その個数は一つである。前記光重合開始剤は、以下の構造式の中のいずれか一つによって表される。
上記の構造式(1)から(10)において、Pは、重合性基を表すとともに、プロピオル酸メチル基・アクリル酸エステル基・エチレン基・酸化エチレン基・エポキシ基の中の少なくとも一種である。nは、一つの芳香環に接続される重合性基の個数である。また、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なる。Xは置換基を表すとともに、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。mは、一つの芳香環に接続される置換基の個数を表す。mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なる。n+mは一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さい。構造式(1)から(10)において、
は、置換済み或は未置換のベンゼン環或はシクロヘキサンを表し、置換済みの場合、置換基は前記重合性基である。
前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の少なくとも一種によって表される。複数種の重合性モノマーの構造式が同じである時、その重合性基の個数は異なる。
構造式(11)から(14)において、Pは、重合性基を表すとともに、プロピオル酸メチル基・アクリル酸エステル基・エチレン基・酸化エチレン基・エポキシ基の中の少なくとも一種である。nは一つの芳香環に接続される重合性基の個数である。また、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なる。Xは置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。mは一つの芳香環に接続される置換基の個数である。mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なる。n+mは一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さい。
構造式(14)において、Zは、
の中のいずれか一つである。
前記重合性モノマーは、重量算出した場合に前記液晶媒質組成物の総量の0.1%−1%を占める。
前記重合性モノマーの構造式の中のいずれか一つの芳香環における水素原子は、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CNの中のいずれか一つの原子団によって置換される。
前記ネガ型液晶材料は、以下の構造式によって表される液晶分子を含む。
このうち、
であり、一つの分子が複数個の
を含む時、これらは同じか或は異なる。Xは環構造に接続された置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・−I・−CN・−NOの中の少なくとも一種である。nは環構造に接続された置換基の個数を表すとともに、1−4の整数である。異なる環構造のnは同じか或は異なり、n>1の場合、前記複数個の置換基は同じか或は異なる。YとYは、それぞれ−R・−O−R・−CO−R・−OCO−R・−COO−R・−(OCHCHn1CHの中のいずれか一つであり、このうちRは1−12個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基を表し、n1は1−5の整数であり、前記YとYは同じか或は異なる。
このうち、前記安定剤は、少なくとも一種の安定剤分子を含む。尚、構造式は以下の通りである。
このうち、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。nは1−4の整数であり、n>1の場合、複数個の置換基Rは同じか或は異なる。Rは1−36個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基である。Lは炭素炭素単結合・−O−・−COO−・−OCO−・−CHO−・−OCHO−・−O(CHO−・−COCH−・メチレン基のいずれか一つである。
前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の二種或は三種によって表される。
構造式(15)と構造式(16)において、Xは−H・−F・−CNの中のいずれか一つである。構造式(17)と構造式(18)において、Zは
の中のいずれか一つである。前記二種或は三種の重合性モノマーにおいて、一種の重合性モノマーの含有量は、いずれも重合性モノマー総含有量のモル比98%を超えない。
前記ネガ型液晶材料において、構造式が
の液晶分子は、以下のいずれかである。
上述の構造式において、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。
構造式が
の液晶分子は、以下のいずれかである。
上述の構造式において、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。前記ネガ型液晶材料の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、20%−90%の間である。
前記安定剤は、以下の構造式を少なくとも一種含む安定剤である。
このうち、Rは1−30個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。
前記安定剤の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、0より大きく且つ1%より小さい。
本発明により、以下の有益な効果が得られる。即ち、本発明の液晶媒質組成物は、重合開始剤の構造にベンゼン環或はシクロヘキサンを加えることにより、重合開始剤の分子構造における共役系を大きくし、これにより、前記重合開始剤が光誘発反応を進行させる時、より広範囲の波長の紫外線を吸収することが可能になり、且つ同時に吸収強度も相対的に増加する。よって、紫外線エネルギーをより効果的に反応誘発に用いることが出来るため、重合反応発生時の誘発効率を向上させることが可能になる。
本発明の特徴と技術内容の詳細については、以下の詳説と図を参照されたい。尚、図はあくまで参考及び説明用であり、これにより本発明を制限するものではない。
下記の図を合わせて、本発明の具体的実施形態について詳細に説明することで、本発明の技術手法及びその他の有益な効果を詳らかにする。
bumpを用いて、一つのサブ画素内の異なるドメインの液晶分子を異なる方向へ誘導する様子を示した概略図である。 PVA技術を用いて、一つのサブ画素内の異なるドメインの液晶分子を異なる方向へ誘導する様子を示した概略図である。 PSVA技術を用いて、一つのサブ画素内の異なるドメインの液晶分子を異なる方向へ誘導する主な工程手順を示した概略図である。
本発明の技術手法とその効果について詳述するために、以下において、本発明の実施例と図を参照しつつ説明する。
本発明が提供する液晶媒質組成物は、重合反応発生時の誘発効率を向上させることが可能であるとともに、PSVA液晶ディスプレイに用いられる際に、重合反応の制御がしやすい。前記液晶媒質組成物は、ネガ型液晶材料と、安定剤と、紫外線照射下で重合反応を生じる一種或は複数種の重合性モノマーと、光重合開始剤とを含む。前記重合性モノマーの構造式は、芳香環と、前記芳香環と接続された少なくとも一つの重合性基を含む。前記芳香環は、ベンゼン環である時、その個数は一つ或は二つであり、前記二つのベンゼン環は直接接続されるか、或は一つの原子団を通して間接的に接続される。前記芳香環は、ナフタレン環である時、その個数は一つである。前記光重合開始剤は、以下の構造式の中のいずれか一つによって表される。
上記の構造式(1)から(10)において、Pは、重合性基を表すとともに、プロピオル酸メチル基・アクリル酸エステル基・エチレン基・酸化エチレン基・エポキシ基の中の少なくとも一種である。nは、一つの芳香環に接続される重合性基の個数である。また、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なる。Xは置換基を表すとともに、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。mは、一つの芳香環に接続される置換基の個数を表す。mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なる。n+mは一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さい。構造式(1)から(10)において、
は、置換済み或は未置換のベンゼン環或はシクロヘキサンを表し、置換済みの場合、置換基は前記重合性基である。
前記光重合開始剤の構造式の中に、
を加える。新しい分子構造の共役系はより大きくなるとともに、共役吸収の理論に基づき、共役系の二重結合数の増加に伴って、最大吸収波長は長波長側にシフトする。即ち、新しい構造は、紫外線の吸収波長がより広範になるため、吸収強度も増すことになり、これにより、重合反応を誘発する時、紫外線エネルギーをより効果的に利用して、誘発効率を大幅に向上させることが出来る。
前記光重合開始剤は紫外線を吸収して開裂反応を起こすとともに、分解してラジカルを生成する。これにより、重合性モノマーの重合反応を誘発する。生成されたラジカルは複数種あり、活性が高いラジカル(例えばベンゾイルラジカル)は、重合性モノマーの重合反応を誘発しやすく、活性が低いラジカル(例えばフェニルラジカル)は、重合性モノマーの重合反応を誘発しにくい。しかし、前記光重合開始剤は重合性基を有しているため、開裂して得られた活性の低いラジカルも同様に重合反応に加わることが可能になる。よって、残留イオンの問題を効果的に減らすことが出来る。
前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の少なくとも一種によって表される。複数種の重合性モノマーの構造式が同じである時、その重合性基の個数は異なる。
構造式(11)から(14)において、Pは、重合性基を表すとともに、プロピオル酸メチル基・アクリル酸エステル基・エチレン基・酸化エチレン基・エポキシ基の中の少なくとも一種である。nは一つの芳香環に接続される重合性基の個数である。また、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なる。Xは置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種である。前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。mは一つの芳香環に接続される置換基の個数である。mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なる。n+mは一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さい。
構造式(14)において、Zは、
の中のいずれか一つである。
前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の二種或は三種であることが望ましい。
構造式(15)・(16)において、Xは−H・−F・−CNの中のいずれか一つである。構造式(17)と構造式(18)において、Zは
の中のいずれか一つである。前記二種或は三種の重合性モノマーにおいて、一種の重合性モノマーの含有量は、いずれも重合性モノマー総含有量のモル比98%を超えない。
前記重合性モノマーは、重量算出した場合に前記液晶媒質組成物の総量の0.1%−1%を占める。例えば、0.01%・0.05%・0.1%・0.3%・1%などが可能である。
更に、上述した重合性モノマーの構造式において、いずれの芳香環の水素原子も、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CNといった原子団に置換されることが可能である。
前記ネガ型液晶材料は、以下の構造式によって表される液晶分子を含む。
このうち、
であり、一つの分子中に複数個の
が含まれる時、これらは同じか或は異なる。Xは環構造に接続された置換基を表す。また、nは環構造に接続される置換基の個数であるとともに、1−4の整数であり、且つ異なる環構造のn同士は同じか或は異なる。n>1の場合は、一つの環構造が複数個の置換基Xを有することを表す。前記複数個の置換基Xは、同じか或は異なる。また、前記置換基Xは、−H・−F・−Cl・−Br・−I・−CN・−NOの中の少なくとも一種である。YとYは、それぞれ、−R・−O−R・−CO−R・−OCO−R・−COO−R・−(OCHCHn1CHの中のいずれか一つである。Rは1−12個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基・アルケニル基・アルキニル基の中のいずれか一つを表す。n1は1−5の整数であり、前記YとYは、同じか或は異なる。
前記ネガ型液晶材料の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、20%−90%の間である。例えば、25%・35%・50%・80%等が可能であり、具体的な需要に応じて選択される。
前記ネガ型液晶材料は、以上の分子構造を含む。但し、以上の分子に限定するものではない。
前記ネガ型液晶材料において、構造式が
の液晶分子は、以下のいずれかであることが望ましい。
上述の構造式において、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であるとともに、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。
構造式が
の液晶分子は、以下のいずれかであることが望ましい。
上述の構造式において、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であるとともに、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。前記ネガ型液晶材料は、二重結合置換を備えない液晶分子であることも可能である。即ち、例えば従来の垂直配向の液晶分子といった、アルキル基置換のみを備えた液晶分子である。
このうち、前記安定剤は、少なくとも一種の安定剤分子を含む。尚、構造式は以下の通りである。
このうち、Rは1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基である。nは1−4の整数であり、n>1の場合は、一つのベンゼン環構造に複数個の置換基Rがあることを示し、且つこれら複数個の置換基Rは同じか或は異なる。Rは、1−36個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基を表す。Lは、炭素炭素単結合・−O−・−COO−・−OCO−・−CHO−・−OCHO−・−O(CHO−・−COCH−・メチレン基の中のいずれか一つである。
本実施例において、前記安定剤は、以下の構造式を少なくとも一種含む安定剤であることが望ましい。
このうち、Rは1−30個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換されることも可能である。
前記安定剤の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、0より大きく且つ1%より小さい。例えば、0.2%・0.5%・0.85%などが可能である。
前記安定剤が添加されることにより、液晶組合物が貯蔵・運搬等の過程において安定性を保つため、重合性モノマーが事前に重合反応を生じてしまうことを防げる。
以下では、具体的な実施例と比較例の実験データを用いて、本発明の技術手法及び効果についてより詳細に説明する。前記ネガ型液晶材料組成物は、C1で示す。本実施例における前記ネガ型液晶材料組成物は、C1−Aで示すとともに、その成分含有量を以下の表1に示す。表1において、番号1から4はネガ型液晶分子材料であるとともに、5・6は中性液晶分子材料であり、希釈と調節作用を担い、且つこれらは共にネガ型液晶材料を構成する。
前記安定剤はC2で示し、本実施例における前記安定剤はC2−Aで示す。また、具体的なC2−Aの構造式は以下の通りである。
前記重合性モノマーはC3で示し、本実施例における異なる構造の重合性モノマーはC3−AからC3−Fで示す。詳細については下記表2を参照する。重合性モノマー表2に示した構造の中の一種或は複数種であり、通常は二種であることが望ましい。
前記光開始剤はC4で示す。本発明の主な革新点となる複数種の構造の光開始剤であるC4と、その他の開始剤或は不使用とを比較して対照実験を行った。このうち、番号C4−A・C4−B・C4−C・C4−D・C4−Eは、本発明の具体的実施例である。また、IRGACURE(登録商標)651は、Ciba社の商品化光開始剤であり、これを実験の対照群とした。詳細は下記表3を参照する。
表4は、具体的実施例と比較例の組成及び含有量の関係・重合性モノマーの反応速度加速と光開始剤の液晶に対する汚染性の測定結果である。

実験ではHPLC(high performance liquid chromatography、高速液体クロマトグラフィー)を用いて、UV(紫外線)照射後の液晶材料混合物の中における重合性モノマーの含有量を測定した。同様のUV照射条件の下で、含有量が低いほど重合性モノマーの反応速度がより速いことを意味する。また、VHR(voltage holding ratio、電圧保持比)の結果によって光開始剤の液晶に対する汚染性が示される。VHRが高いほど、光開始剤によって生じるイオンがより少なく、LCDのRA安定性において有利であることを意味する。
以上の実験においてUV照射条件は全く同等であり、高圧水銀ランプを用いて、365nm・強度55mw/cm、時間は3分間で照射した。また、VHR測定条件は摂氏60℃、1V、保持時間は0.16sである。
データによって、本発明の光開始剤が重合性モノマー反応を加速させる作用を有することが明確に示されている(光開始剤を添加しない場合との比較、比較例2と5)。同時に、商品化開始剤IRGACURE(登録商標)651と同水準の誘発効果を備えている一方で、VHRの結果はより優れている。
総じて言えば、本発明の液晶媒質組成物は、重合開始剤の構造にベンゼン環或はシクロヘキサンを加えることにより、重合開始剤の分子構造における共役系を大きくし、これにより、前記重合開始剤が光誘発反応を進行させる時、より広範囲の波長の紫外線を吸収することが可能になり、且つ同時に吸収強度も相対的に増加する。よって、紫外線エネルギーをより効果的に反応誘発に用いることが出来るため、重合反応発生時の誘発効率を向上させることが可能になる。
以上の記述により、関連領域の一般的な技術員が、本発明の技術手法と構想に基づいて各種の変更と変形を加えた場合、これらの変更と変形はいずれも本発明の権利要求の保護範囲に属する。
1 基板
102 基板
104 基板
12 基板
14 基板
2 基板
22 ITO電極
24 ITO電極
202 ITO電極
204 ITO電極
3 ITO電極
4 ITO電極
400 ポリマー突起物(bump)
5 ポリマー突起物(bump)
6 液晶分子
60 液晶分子
600 液晶分子
800 重合性モノマー

Claims (15)

  1. 液晶媒質組成物であって、
    前記液晶媒質組成物は、ネガ型液晶材料と、安定剤と、紫外線照射下で重合反応を生じる一種或は複数種の重合性モノマーと、光重合開始剤とを含み、
    前記重合性モノマーの構造式は、芳香環と、前記芳香環と接続された少なくとも一つの重合性基を含み、
    前記芳香環は、ベンゼン環である時、その個数は一つ或は二つであり、
    前記二つのベンゼン環は直接接続されるか、或は一つの原子団を通して間接的に接続され、
    前記芳香環は、ナフタレン環である時、その個数は一つであり、
    前記光重合開始剤は、以下の構造式の中のいずれか一つによって表され、

    更に、
    上記の構造式(1)から(10)において、Pは、重合性基を表すとともに、アクリル酸エステル基であり、
    nは、一つの芳香環に接続される重合性基の個数であるとともに、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なり、
    Xは、置換基を表すとともに、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種であり、
    前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    mは、一つの芳香環に接続される置換基の個数を表すとともに、mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なり、
    n+mは、一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さく、
    また更に、構造式(1)から(10)において、
    は、置換済み或は未置換のベンゼン環或はシクロヘキサンを表し、置換済みの場合、置換基は前記重合性基である
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  2. 請求項1に記載の液晶媒質組成物において、
    前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の少なくとも一種によって表されるとともに、複数種の重合性モノマーの構造式が同じであるとき、その重合性基の個数は異なり、

    更に、
    構造式(11)から(14)において、Pは、重合性基を表すとともに、アクリル酸エステル基であり、
    nは、一つの芳香環に接続される重合性基の個数であるとともに、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なり、
    Xは、置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種であり、
    前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    mは、一つの芳香環に接続される置換基の個数であるとともに、mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なり、
    n+mは、一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さく、
    構造式(14)において、Zは、
    中のいずれか一つである
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  3. 請求項1或は請求項2に記載の液晶媒質組成物において、
    前記重合性モノマーは、重量算出した場合に、前記液晶媒質組成物の総量の0.1%−1%を占める
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  4. 請求項2に記載の液晶媒質組成物において、
    前記重合性モノマーの構造式の中のいずれかの芳香環における水素原子は、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CNの中のいずれか一つの原子団によって置換される
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  5. 請求項1に記載の液晶媒質組成物において、
    前記ネガ型液晶材料は、以下の構造式によって表される液晶分子を含み、
    このうち、
    であるとともに、一つの分子が複数個の
    むとき、これらは同じか或は異なり、
    Xは、環構造に接続される置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・−I・−CN・−NOの中の少なくとも一種であり、
    nは、環構造に接続される置換基の個数を表すとともに、1−4の整数であり、異なる環構造のnは同じか或は異なり、
    n>1の場合、前記複数個の置換基は、同じか或は異なり、
    とYは、それぞれ−R・−O−R・−CO−R・−OCO−R・−COO−R・−(OCHCHn1CHの中のいずれか一つであり、
    更に、このうちRは、1−12個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基を表し、
    n1は、1−5の整数であり、
    前記YとYは、同じか或は異なる
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  6. 請求項1に記載の液晶媒質組成物において、
    前記安定剤は、少なくとも一種の以下の構造式によって表される安定剤分子を含み、
    に、このうちRは、1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種であり、
    nは、1−4の整数であり、n>1の場合、複数個の置換基Rは同じか或は異なり、
    は、1−36個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基を表し、
    Lは、炭素炭素単結合・−O−・−COO−・−OCO−・−CHO−・−OCHO−・−O(CHO−・−COCH−・メチレン基の中のいずれか一つである
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  7. 請求項2に記載の液晶媒質組成物において、
    前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の二種或は三種によって表され、
    構造式(15)と構造式(16)において、Xは、−H・−F・−CNの中のいずれか一つであり、
    構造式(17)と構造式(18)において、Zは、
    の中のいずれか一つであり、
    前記二種或は三種の重合性モノマーにおいて、一種の重合性モノマーの含有量は、いずれも重合性モノマー総含有量のモル比98%を超えない
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  8. 請求項5に記載の液晶媒質組成物において、
    前記ネガ型液晶材料において、構造式
    で表される液晶分子は、
    であり、
    更に、上記構造式において、Rは、1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、
    前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    また、構造式
    で表される液晶分子は、
    であり、
    更に上記構造式において、Rは、1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、
    前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    前記ネガ型液晶材料の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、20%−90%の間である
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  9. 請求項6に記載の液晶媒質組成物において、
    前記安定剤は、以下の構造式を少なくとも一種含む安定剤であり、
    更にこのうち、Rは、1−30個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、
    前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換される
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  10. 請求項1に記載の液晶媒質組成物において、
    前記安定剤の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、0より大きく且つ1%より小さい
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  11. 液晶媒質組成物であって、
    前記液晶媒質組成物は、ネガ型液晶材料と、安定剤と、紫外線照射下で重合反応を生じる一種或は複数種の重合性モノマーと、光重合開始剤とを含み、
    前記重合性モノマーの構造式は、芳香環と、前記芳香環と接続された少なくとも一つの重合性基を含み、
    前記芳香環は、ベンゼン環である時、その個数は一つ或は二つであり、
    前記二つのベンゼン環は直接接続されるか、或は一つの原子団を通して間接的に接続され、
    前記芳香環は、ナフタレン環である時、その個数は一つであり、
    前記光重合開始剤は、以下の構造式の中のいずれか一つによって表され、
    上記の構造式(1)から(10)において、Pは、重合性基を表すとともに、アクリル酸エステル基であり、
    nは、一つの芳香環に接続される重合性基の個数であるとともに、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なり、
    Xは、置換基を表すとともに、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種であり、
    前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    mは、一つの芳香環に接続される置換基の個数を表すとともに、mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なり、
    n+mは、一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さく、
    更に、構造式(1)から(10)において、
    は、置換済み或は未置換のベンゼン環或はシクロヘキサンを表し、置換済みの場合、置換基は前記重合性基であり、
    また、前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の少なくとも一種によって表されるとともに、複数種の重合性モノマーの構造式が同じである時、その重合性基の個数は異なり、
    構造式(11)から(14)において、Pは、重合性基を表すとともに、アクリル酸エステル基であり、
    nは、一つの芳香環に接続される重合性基の個数であるとともに、nは1−3の整数であり、nが1よりも大きい場合、重合性基は同じか或は異なり、
    Xは、置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・メチル基・−CN・2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種であり、
    前記2−8個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の、隣接しない一つ或は複数個のメチル基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    mは、一つの芳香環に接続される置換基の個数であるとともに、mは1−3の整数であり、mが1よりも大きい場合、置換基は同じか或は異なり、
    n+mは、一つの芳香環に接続可能な原子団の個数よりも小さく、
    構造式(14)において、Zは、
    の中のいずれか一つであり、
    このうち、前記重合性モノマーは、重量算出した場合に、前記液晶媒質組成物の総量の0.1%−1%を占め、
    このうち、重合性モノマーの構造式の中のいずれかの芳香環における水素原子は、−F・−Cl・−Br・メチル基・−CNの中のいずれか一つの原子団によって置換され、
    また、前記ネガ型液晶材料は、以下の構造式によって表される液晶分子を含み、
    このうち、
    であるとともに、一つの分子が複数個の
    を含むとき、これらは同じか或は異なり、
    Xは、環構造に接続される置換基を表すとともに、−H・−F・−Cl・−Br・−I・−CN・−NOの中の少なくとも一種であり、
    nは、環構造に接続される置換基の個数を表すとともに、1−4の整数であり、異なる環構造のnは同じか或は異なり、
    n>1の場合、前記複数個の置換基は、同じか或は異なり、
    とYは、それぞれ−R・−O−R・−CO−R・−OCO−R・−COO−R・−(OCHCHn1CHの中のいずれか一つであり、
    更に、このうちRは、1−12個の炭素原子で構成された直鎖状或は分枝鎖状アルキル基を表し、
    n1は、1−5の整数であり、
    前記YとYは、同じか或は異なり、
    また、前記安定剤は、以下の構造式によって表される少なくとも一種の安定剤分子を含み、
    このうちRは、1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基の中の少なくとも一種であり、
    nは、1−4の整数であり、n>1の場合、複数個の置換基Rは同じか或は異なり、
    は、1−36個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基を表し、
    Lは、炭素炭素単結合・−O−・−COO−・−OCO−・−CHO−・−OCHO−・−O(CHO−・−COCH−・メチレン基の中のいずれか一つである
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  12. 請求項11に記載の液晶媒質組成物において、
    前記一種或は複数種の重合性モノマーは、以下の構造式の中の二種或は三種によって表され、
    構造式(15)と構造式(16)において、Xは、−H・−F・−CNの中のいずれか一つであり、
    構造式(17)と構造式(18)において、Zは、
    の中のいずれか一つであり、
    前記二種或は三種の重合性モノマーにおいて、一種の重合性モノマーの含有量は、いずれも重合性モノマー総含有量のモル比98%を超えない
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  13. 請求項11に記載の液晶媒質組成物において、
    前記ネガ型液晶材料において、構造式
    で表される液晶分子は、
    であり、
    更に、上記構造式において、Rは、1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、
    前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    また、構造式
    で表される液晶分子は、
    であり、
    更に上記構造式において、Rは、1−9個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、
    前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換され、
    前記ネガ型液晶材料の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、20%−90%の間である
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  14. 請求項11に記載の液晶媒質組成物において、
    前記安定剤は、以下の構造式を少なくとも一種含む安定剤であり、
    このうち、Rは、1−30個の炭素原子の直鎖状或は分枝鎖状アルキル基であり、
    前記アルキル基の中の隣接しない一つ或は複数個のメチル基或はメチレン基は、酸素或は硫黄原子に置換される
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
  15. 請求項11に記載の液晶媒質組成物において、
    前記安定剤の含有重量が液晶媒質組成物の中で占める比率は、0より大きく且つ1%より小さい
    ことを特徴とする液晶媒質組成物。
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