JP6863522B2 - 配向助剤、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents
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Description
(1) 液晶分子を自発的に配向させる機能を有する配向助剤であって、
当該配向助剤は、その光の吸収スペクトルにおいて、吸光度が0.5である最も長波長側の波長を330nm以下に有することを特徴とする配向助剤。
(2) 前記光の吸収スペクトルは、当該配向助剤を濃度1000ppmとなるようにテトラヒドロフランに溶解した溶液で測定される上記(1)に記載の配向助剤。
(4) 前記メソゲン基は、置換基を有していてもよいベンゼン環を含む上記(3)に記載の配向助剤。
(5) 前記置換基は、ハロゲン原子で置換されてもよい炭素原子数1〜8のアルキル基、またはハロゲン原子であり、前記アルキル基中に存在する−CH2−は、−O−または−CO−で置換されてもよい上記(4)に記載の配向助剤。
(7) 当該配向助剤は、活性エネルギー線の照射により重合可能な重合性基を備える上記(1)から(6)のいずれか1つに記載の配向助剤。
(8) 当該配向助剤は、2つの基板間に液晶分子とともに配置される上記(1)から(7)のいずれか1つに記載の配向助剤。
(10) 複数種の配向助剤と、液晶分子とを含有し、
前記複数種の配向助剤のうちの少なくとも1種が上記(1)から(8)のいずれか1つに記載の配向助剤であることを特徴とする液晶組成物。
(11) 当該液晶組成物は、さらに活性エネルギー線の照射により重合可能な少なくとも1種の重合性化合物を含有する上記(9)または(10)に記載の液晶組成物。
(12) 2つの基板と、
該2つの基板間に挟持され、上記(9)から(11)のいずれか1つに記載の液晶組成物から形成された液晶層を有することを特徴とする液晶表示素子。
(14) 前記液晶層に直接接触する前記基板は、画素電極を備える基板である上記(13)に記載の液晶表示素子。
(15) 前記液晶層は、少なくとも前記重合性化合物の重合物を含む上記(12)から(14)のいずれか1つに記載の液晶表示素子。
(16) 当該液晶表示素子は、PSA型、PSVA型、VA型、IPS型、FFS型またはECB型である上記(12)から(15)のいずれか1つに記載の液晶表示素子。
まず、本発明で用いられる液晶組成物について説明する。
(液晶組成物)
液晶組成物は、液晶分子と、この液晶分子を自発的に配向させる機能を有し、好ましくは極性基を備える配向助剤とを含有している。
配向助剤(自発配向性化合物)は、液晶組成物を含む液晶層と直接当接する部材(電極(例えば、ITO)、基板(例えば、ガラス基板、アクリル基板、透明基板、フレキシブル基板等)、樹脂層(例えば、カラーフィルタ、配向膜、オーバーコート層等)、絶縁膜(例えば、無機材料膜、SiNx等))に対して相互作用し、液晶層に含まれる液晶分子のホメオトロピック配列又はホモジニアス配向を誘起する機能を備えている。
以下、化学式中の左端の*及び右端の*は結合手を表す。
また、アルキル基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、それぞれ独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。
さらに、アルキル基中の水素原子は、フッ素原子又は塩素原子で置換されてもよく、フッ素原子で置換されてもよい。
重合性基は、PAP1−SpAP1−で表されることが好ましい。
PAP1は、下記一般式(AP−1)〜一般式(AP−9)で表される群より選ばれる基であることが好ましい。
WAP1は、単結合、−O−、−COO−又は−CH2−を表す。
tAP1は、0、1又は2を表す。
また、SpAP1において、アルキレン基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、それぞれ独立して、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。
PAP1−SpAP1−中の水素原子は、重合性基、吸着基及び/又は配向誘導基で置換されてもよい。
また、重合性基(PAP1−SpAP1−)は、メソゲン基、吸着基又は配向誘導基に対して結合することが好ましく、メソゲン基又は吸着基に対して結合することがより好ましい。
なお、分子内にPAP1及び/又はSpAP1−が複数存在する場合に、それぞれ互いに同一であっても異なってもよい。
メソゲン基は、剛直な部分を備えた基、例えば環式基を1つ以上備えた基をいい、環式基を2〜4個を備えた基が好ましく、環式基を3〜4個を備えた基がより好ましい。なお、必要に応じて、環式基は、連結基で連結されてもよい。メソゲン基は、液晶層に使用される液晶分子(液晶化合物)と類似の骨格を有することが好ましい。
なお、本明細書中において、「環式基」は、構成する原子が環状に結合した原子団をいい、炭素環、複素環、飽和又は不飽和環式構造、単環、2環式構造、多環式構造、芳香族、非芳香族などを含む。
また、環式基は、少なくとも1つのヘテロ原子を含んでもよく、さらに、少なくとも1つの置換基(ハロゲノ基、重合性基、有機基(アルキル、アルコキシ、アリール等)で置換されてもよい。環式基が単環である場合には、メソゲン基は、2個以上の単環を含んでいることが好ましい。
ZAL1、AAL1及びAAL2中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲノ基、吸着基、PAP1−SpAP1−又は1価の有機基で置換されてもよく、
なお、分子内にZAL1及びAAL1が複数存在する場合に、それぞれ互いに同一であっても異なってもよい。
mAL1は、1〜5の整数を表す。
さらに、棒状分子の直線性を高めることを目的とする場合は、ZAL1は、環と環とが直接連結した形態である単結合や、環と環とを直接結ぶ原子の数が偶数個の形態が好ましい。例えば、−CH2−CH2COO−の場合、環と環とを直接結ぶ原子の数は4つである。
なお、これらの基は、非置換又は置換基で置換されてもよい。この置換基としては、フッ素原子又は炭素原子数1〜8のアルキル基であることが好ましい。さらに、アルキル基は、フッ素原子又は水酸基で置換されてもよい。
また、環式基中の1個又は2個以上の水素原子は、ハロゲノ基、吸着基、PAP1−SpAP1−又は1価の有機基で置換されてもよい。
かかる1価の有機基としては、例えば、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数2〜15のアルケニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、炭素原子数2〜15のアルケニルオキシ基などが挙げられ、炭素原子数1〜15のアルキル基又は炭素原子数1〜14のアルコキシ基であることが好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数1〜4のアルコキシ基であることがさらに好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基又は炭素原子数1〜2のアルコキシ基であることが特に好ましく、炭素原子数1又は2のアルキル基又は炭素原子数1のアルコキシ基であることが最も好ましい。
また、上記アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。さらには、上記1価の有機基は、後述の配向誘導基としての役割を有してもよい。
上記一般式(AL)中、mAL1は、1〜4の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましく、2又は3であることがさらに好ましい。
これらの式(me−1)〜(me−45)において、シクロヘキサン環、ベンゼン環又はナフタレン環中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲノ基、PAP1−SpAP1−、1価の有機基(例えば、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基)、吸着基又は配向誘導基で置換されてもよい。
環AAL11、環AAL12及び環AAL21は、それぞれ独立して、シクロヘキサン環又はベンゼン環を表す。
XAL101〜XAL118、XAL201〜XAL214のいずれか1種又は2種以上が、吸着基で置換されている。
XAL101〜XAL118、XAL201〜XAL214のいずれか1種又は2種以上が、配向誘導基で置換されている。
吸着基及び配向誘導基は、PAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
一般式(AL−1)又は一般式(AL−2)は、その分子内にPAP1−SpAPl−を1種又は2種以上有する。
一般式(AL−1)において、XAL109、XAL110及びXAL111の少なくとも1つが吸着基であることが好ましく、XAL109及びXAL110がともに吸着基であること又はXAL110が吸着基であることがより好ましく、XAL110が吸着基であることがさらに好ましい。
一般式(AL−1)において、XAL109、XAL110及びXAL111の少なくとも1つがPAP1−SpAP1−又は構造内に重合可能な部位を有する吸着基であることが好ましく、XAL109及びXAL111の両方又は一方がPAP1−SpAP1−であることがより好ましい。
一般式(AL−1)において、XAL104〜XAL108、XAL112〜XAL116の1つ又は2つがそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基又はハロゲノ基であることが好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることがより好ましい。特に、XAL105、XAL106又はXAL107がそれぞれ独立して、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることが好ましい。
一般式(AL−2)において、XAL207、XAL208及びXAL209の少なくとも1つが吸着基であることが好ましく、XAL207及びXAL208がともに吸着基であること又はXAL208が吸着基であることがより好ましく、XAL208が吸着基であることがさらに好ましい。
一般式(AL−2)において、XAL207、XAL208及びXAL209の少なくとも1つがPAP1−SpAP1−又は構造内に重合可能な部位を有する吸着基であることが好ましく、XAL207及びXAL209の両方又は一方がPAP1−SpAP1−であることがより好ましい。
一般式(AL−2)において、XAL202〜XAL206、XAL210〜XAL214の1つ又は2つがそれぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基又はハロゲノ基であることが好ましく、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることがより好ましい。特に、XAL204、XAL205又はXAL206がそれぞれ独立して、炭素原子数1〜3のアルキル基又はフッ素原子であることが好ましい。
吸着基は、基板、膜、電極など液晶組成物と当接する層である吸着媒と吸着する役割を備えた基である。
吸着は、一般的に、化学結合(共有結合、イオン結合又は金属結合)をつくって吸着媒と吸着質との間で吸着する化学吸着と、化学吸着以外の物理吸着とに分別される。本明細書中において、吸着は、化学吸着又は物理吸着のいずれでもよいが、物理吸着であることが好ましい。そのため、吸着基は、吸着媒と物理吸着可能な基であることが好ましく、分子間力により吸着媒と結合可能な基であることがより好ましい。
分子間力により吸着媒と結合する形態としては、永久双極子、永久四重極子、分散力、電荷移動力又は水素結合などの相互作用による形態が挙げられる。
吸着基の好ましい形態としては、水素結合により吸着媒と結合可能な形態が挙げられる。この場合、吸着基が水素結合を介在するプロトンのドナーおよびアクセプターのいずれの役割を果たしてもよく、若しくは双方の役割を果たしてもよい。
ヘテロ原子としては、N、O、S、P、B及びSiからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、N、O及びSからなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、N及びOからなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましく、Oであることが特に好ましい。
配向助剤は、一分子中に1〜8個の吸着基を有することが好ましく、1〜4個の吸着基を有することがより好ましく、1〜3個の吸着基を有することがさらに好ましい。
なお、吸着基からは、重合性基及び配向誘導基を除くが、吸着基中の水素原子がPAP1−SpAP1−で置換された構造及びPAP1−SpAP1−中の水素原子が−OHで置換された構造は吸着基に含む。
環式基型は、その構造中に極性要素を含む環状構造を備えた環式基を含む形態であり、鎖式基型は、その構造中に極性要素を含む環状構造を備えた環式基を含まない形態である。
鎖式基型は、直鎖又は分岐した鎖状基中に極性要素を有する形態であり、その一部に極性要素を含まない環状構造を有していてもよい。
なお、本明細書中において、環式基とは、上述した通りである。そのため、環式基型の吸着基は、極性要素を含む環式基さえ含んでいればよく、吸着基全体としては分岐しても直鎖状であってもよい。
なお、本明細書中において、鎖式基とは、構造式中に環状の原子配列を含まず、構成する原子が線状(分岐してもよい)に結合した原子団をいい、非環式基をいう。換言すると、鎖式基とは、直鎖状又は分枝状の脂肪族基をいい、飽和結合又は不飽和結合のどちらを含んでもよい。
したがって、鎖式基には、例えば、アルキル、アルケニル、アルコキシ、エステル、エーテル又はケトンなどが含まれる。なお、これらの基中の水素原子は、少なくとも1つの置換基(反応性官能基(ビニル基、アクリル基、メタクリル基等)、鎖状有機基(アルキル、シアノ等))で置換されてもよい。また、鎖式基は、直鎖状又は分岐状のいずれでもよい。
極性要素の具体例としては、酸素原子を含む極性要素(以下、含酸素極性要素)、窒素原子を含む極性要素(以下、含窒素極性要素)、リン原子を含む極性要素(以下、含リン極性要素)、ホウ素原子を含む極性要素(以下、含ホウ素極性要素)、ケイ素原子を含む極性要素(以下、含ケイ素極性要素)又は硫黄原子を含む極性要素(以下、含硫黄極性要素)が挙げられる。吸着能の観点から、極性要素としては、含窒素極性要素、含窒素極性要素又は含酸素極性要素であることが好ましく、含酸素極性要素であることがより好ましい。
含窒素極性要素としては、シアノ基、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、ピリジル基、カルバモイル基及びウレイド基からなる群から選択される少なくとも1種の基又は当該基が炭素原子に連結している基であることが好ましい。
含リン極性要素としては、ホスフィニル基及びリン酸基からなる群から選択される少なくとも1種の基又は当該基が炭素原子に連結している基であることが好ましい。
Zat1は、単結合、炭素原子数1〜15の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基又は炭素原子数2〜18の直鎖状若しくは分岐状のアルケニレン基を表す。ただし、アルキレン基又はアルケニレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。
Xat1は、炭素原子数1〜15のアルキル基を表す。ただし、アルキル基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−で置換されてもよい。
WAT1は、単結合又は下記一般式(WAT1)又は(WAT2)を表す。
ZAT1は、極性要素を含む1価の基を表す。ただし、ZAT1中の水素原子は、−OH、−CN、−SpAT1−WAT1−ZAT1又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
また、SpAT1、SpWAT1及びSpWAT2において、アルキレン基中の1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、それぞれ独立して、酸素原子が直接結合しないよういに、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されてもよい。
また、SpAT1及びSpWAT1中の水素原子は、それぞれ独立して、−SpAT1−WAT1−ZAT1又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
ZZAT11は、極性要素を含む基を表す。
一般式(ZAT1−2)中のZZAT12を含む環で表した構造は、5〜7員環を表す。
ZZAT11及びZZAT12中の水素原子は、−OH、−CN、−SpAT1−WAT1−ZAT1又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
SpZAT11は、炭素原子数1〜25の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表す。ただし、アルキレン基中の水素原子は、−OH、−CN、−SpAT1−WAT1−ZAT1又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよく、アルキレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように環式基、−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−又は−CH=CH−で置換されてもよい。
SpZAT11は、炭素原子数1〜25の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表す。ただし、アルキレン基中の水素原子は、−OH、−CN、−SpAT1−WAT1−ZAT1又はPAP1−SpAP1−で置換されてもよく、アルキレン基中の−CH2−は、酸素原子が直接隣接しないように環式基、−O−、−COO−、−C(=O)−、−OCO−又は−CH=CH−で置換されてもよい。
分子内の水素原子は、PAP1−SpAP1−で置換されてもよい。
*は、結合手を表す。
具体的には、配向助剤は、メソゲン基の同一環上に重合性基及び吸着基を有する形態であることが好ましい。かかる形態には、1以上の重合性基及び1以上の吸着基がそれぞれ同一環上に結合している形態と、1以上の重合性基の少なくとも一つ又は1以上の吸着基の少なくとも一つのうち、一方が他方に結合して、同一環上に重合性基及び吸着基を有する形態とが含まれる。
また、この場合、重合性基が有するスペーサー基中の水素原子が、吸着基で置換されてもよく、さらには吸着基中の水素原子が、スペーサー基を介して重合性基で置換されてもよい。
RAK1は、一般式(AK)におけるRAK1と同じ意味を表す。
ZAL1は、一般式(AL)におけるZAL1と同じ意味を表す。
mAL1は、一般式(AL)におけるmAL1と同じ意味を表す。
SpAT1は、一般式(AT)におけるSpAT1と同じ意味を表す。
WAT1は、一般式(AT)におけるWAT1と同じ意味を表す。
ZAT1は、一般式(AT)におけるZAT1と同じ意味を表す。
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(この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(この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(これらの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、前記基(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。
TN31は、−CH2−または酸素原子を表す。
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である。
nN11、nN12、nN21、nN22、nN31およびnN32がそれぞれ2以上の場合は、AN11〜AN32、ZN11〜ZN32は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。
RN11〜RN32は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、または炭素原子数2〜8のアルケニルオキシ基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、炭素原子数2〜5のアルケニル基、または炭素原子数2〜5のアルケニルオキシ基がより好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基、または炭素原子数2〜5のアルケニル基がさらに好ましく、炭素原子数2〜5のアルキル基、または炭素原子数2〜3のアルケニル基が特に好ましく、炭素原子数3のアルケニル基(すなわち、プロペニル基)が最も好ましい。
それらが結合する環構造がシクロヘキサン環、ピラン環、ジオキサン環のような飽和した環構造の場合は、RN11〜RN32は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基、または直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
ネマチック相を安定化させるためには、RN11〜RN32は、それぞれ独立して、炭素原子および酸素原子(存在する場合)の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることも好ましい。
かかる芳香族基または脂肪族基としては、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−ジイル基が好ましく、下記化40で表される構造がより好ましく、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−フェニレン基がさらに好ましい。
XN21は、フッ素原子が好ましい。
TN31は、酸素原子が好ましい。
nNa11、nNb11、nNc11およびnNd11は、それぞれ独立して、0〜2を表す。
nNe11、nNf11およびnNg11は、それぞれ独立して、1または2を表す。
ANe11は、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。
RN111は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、プロピル基、ペンチル基またはビニル基がより好ましい。
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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN121は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基またはペンチル基がより好ましい。
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がより好ましい。
RN131は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
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がより好ましい。
RN141およびRN142は、それぞれ独立して、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のアルコキシ基が好ましく、メチル基、プロピル基、エトキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN151およびRN152は、それぞれ独立して、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のアルコキシ基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
RN1101は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基または1−プロペニル基がより好ましい。
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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1111は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基または1−プロペニル基がより好ましい。
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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1121は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1131は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1141は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1151は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
RN1152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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1161は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
RN1162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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1171は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
RN1172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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1181は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
RN1182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のアルコキシ基が好ましく、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基がより好ましい。
RN1201およびRN1202は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
RN1221およびRN1222は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、エチル基、プロピル基またはブチル基がより好ましい。
RN321およびRN322は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましく、プロピル基またはペンチル基がより好ましい。
nL1は、0、1、2または3を表す。
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(この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(この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(これらの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、前記基(a)、基(b)および基(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以上の場合は、AL2およびZL2は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよいが、一般式(N−1)〜(N−3)で表される化合物を除く。
その好ましい下限値は、1質量%、10質量%、20質量%、30質量%、40質量%、50質量%、55質量%、60質量%、65質量%、70質量%、75質量%、80質量%である。一方、その好ましい上限値は、95質量%、85質量%、75質量%、65質量%、55質量%、45質量%、35質量%、25質量%である。
一般式(L)で表される化合物中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い。また、他の液晶分子との相溶性を重視する場合は、ハロゲン原子の数は、1個であることが好ましい。
それたが結合する環構造がシクロヘキサン環、ピラン環、ジオキサン環のような飽和した環構造の場合は、RL1およびRL2は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基、または直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
ネマチック相を安定化させるためには、RL1およびRL2は、それぞれ独立して、炭素原子および酸素原子(存在する場合)の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることも好ましい。
かかる芳香族基または脂肪族基としては、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−ジイル基が好ましく、下記化72で表される構造がより好ましく、トランス−1,4−シクロへキシレン基または1,4−フェニレン基がさらに好ましい。
RL11およびRL12は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基、または直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
また、液晶組成物の応答速度よりもTniの向上を求める場合は、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。液晶組成物中に含まれる式(L−1−2.3)または式(L−1−2.4)で表される化合物の量は、低温での溶解度を高くするために30質量%未満にすることが好ましい。
RL13およびRL14は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基、または直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
また、液晶組成物の応答速度よりも高いTniの向上を求める場合は、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。液晶組成物中に含まれる式(L−1−3.3)、式(L−1−3.4)、式(L−1−3.11)および式(L−1−3.12)で表される化合物の合計量は、低温での溶解度を高くするために20%未満にすることが好ましい。
RL15およびRL16は、それぞれ独立して、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4のアルコキシ基、または直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
RL21は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
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のアルコキシ基が好ましい。
RL31およびRL32は、それぞれ独立して、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のアルコキシ基が好ましい。
RL41は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
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のアルコキシ基が好ましい。
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%、14質量%、16質量%、20質量%、23質量%、26質量%、30質量%、35質量%、40質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、35質量%、30質量%、20質量%、15質量%、10質量%、5質量%である。
RL51は、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
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のアルコキシ基が好ましい。
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%、14質量%、16質量%、20質量%、23質量%、26質量%、30質量%、35質量%、40質量%である。一方、その好ましい上限値は、50質量%、40質量%、35質量%、30質量%、20質量%、15質量%、10質量%、5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。
RL61およびRL62は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜5のアルキル基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
XL61およびXL62のうちの一方がフッ素原子、他方が水素原子であることが好ましい。
なお、Δnを大きくすることに重点を置く場合は、一般式(L−6)で表される化合物の量を多くした方が好ましく、低温での析出に重点を置いた場合は、その量を少なくした方が好ましい。
AL71およびAL72は、それぞれ一般式(L)におけるAL2およびAL3と同じ意味を表す。ただし、AL71およびAL72中に存在する任意の水素原子は、フッ素原子で置換されてもよい。
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−フェニレン基が好ましい。ただし、AL71およびAL72中に存在する任意の水素原子は、フッ素原子で置換されてもよい。
ZL71は、単結合またはCOO−が好ましく、単結合がより好ましい。
XL71およびXL72は、それぞれ水素原子が好ましい。
液晶組成物中に含まれる一般式(L−7)で表される化合物の量は、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率、プロセス適合性、滴下痕、焼き付き、誘電率異方性などの求められる性能に応じて適宜調整される。
液晶組成物の高いTniが要求される場合は、一般式(L−7)で表される化合物の量を多めにすることが好ましく、低粘度であることが望まれる場合は、その量を少なめにすることが好ましい。
液晶組成物は、活性エネルギー線の照射により重合可能な重合性化合物を更に含有してもよい。重合性化合物としては、下記一般式(P)で表される化合物であることが好ましい。また、液晶組成物は、かかる重合性化合物を1種又は2種以上含有することが好ましい。
Zp1及びZp2は、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CO−、−C2H4−、−COO−、−OCO−、−OCOOCH2−、−CH2OCOO−、−OCH2CH2O−、−CO−NRZP1−、−NRZP1−CO−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CRZP1−COO−、−CH=CRZP1−OCO−、−COO−CRZP1=CH−、−OCO−CRZP1=CH−、−COO−CRZP1=CH−COO−、−COO−CRZP1=CH−OCO−、−OCO−CRZP1=CH−COO−、−OCO−CRZP1=CH−OCO−、−(CH2)z−COO−、−(CH2)2−OCO−、−OCO−(CH2)2−、−(C=O)−O−(CH2)2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF2−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−(式中、RZP1は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を表すが、分子内にRZP1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。)を表す。
(ap) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個又は隣接しない2個以上の−CH2−は、−O−で置換されてもよい。)
(bp) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個又は隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよい。)及び
(cp) 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、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基(これら基中に存在する1個又は隣接しない2個以上の−CH=は、−N=で置換されてもよく、この基中に存在する水素原子は、ハロゲン原子、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数1〜8のアルケニル基で置換されてもよい。)
からなる群より選ばれる基を表し、前記基(ap)、基(bp)及び基(cp)は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルケニル基、シアノ基、フッ素原子、塩素原子又は−Spp2−Pp2で置換されてもよい。
分子内にZp1、Ap2、Spp2及び/又はPp2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。ただし、Ap3は、mp1が0で、Ap1がフェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基である場合には単結合を表す。
ただし、重合性化合物からは、配向助剤を除く。
Pp1及びPp2は、それぞれ独立して、式(Pp1−1)〜式(Pp1−3)のいずれかであることが好ましく、(Pp1−1)であることがより好ましい。
Rp11及びRp12は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
tp11は、0又は1であることが好ましい。
Wp11は、単結合、メチレン基又はエチレン基であることが好ましい。
mp1は、0、1又は2であることが好ましく、0又は1であることが好ましい。
また、分子内に存在するZp1及びZp2の1つのみが、−CH=CH−COO−、−COO−CH=CH−、−(CH2)2−COO−、−(CH2)2−OCO−、−O−CO−(CH2)2−、−COO−(CH2)2−からなる群から選択される連結基であり、他がすべて単結合であることが好ましい。
中でも、Spp1及びSpp2は、それぞれ独立して、直鎖の炭素原子数1〜10のアルキレン基又は単結合であることが好ましい。
1,4−フェニレン基は、液晶分子(液晶化合物)との相溶性を改善するために、1個のフッ素原子、1個のメチル基又は1個のメトキシ基で置換されていることが好ましい。
一般式(P)で表される化合物の合計の含有量の好ましい上限値は、液晶組成物に対して、10質量%であり、8質量%であり、5質量%であり、3質量%であり、1.5質量%であり、1.2質量%であり、1質量%であり、0.8質量%であり、0.5質量%である。
一般式(SAL)で表される化合物と一般式(P)で表される化合物との合計の含有量の好ましい上限値は、液晶組成物に対して、10質量%であり、8質量%であり、5質量%であり、3質量%であり、1.5質量%であり、1.2質量%であり、1質量%であり、0.8質量%であり、0.5質量%である。
液晶組成物は、分子内に過酸(−CO−OO−)構造等の酸素原子同士が結合した構造を持つ化合物を含有しないことが好ましい。
また、UV照射による液晶組成物の安定性を重視する場合は、塩素原子が置換している化合物の液晶組成物中に含まれる量を、15質量%以下とすることが好ましく、10質量%以下とすることがより好ましく、8質量%以下とすることがより好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、3質量%以下とすることがさらに好ましく、実質的に0質量%とすることが特に好ましい。
液晶組成物の酸化による劣化を抑制するためには、環構造としてシクロヘキセニレン基を有する化合物の液晶組成物中に含まれる量を、少なくすることが好ましく、具体的には、10質量%以下とすることが好ましく、8質量%以下とすることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、3質量%以下とすることがさらに好ましく、実質的に0質量%とすることが特に好ましい。
ここで、本明細書中において「化合物Xの液晶組成物中に含まれる量が実質的に0質量%」とは、液晶組成物中に意図せず(不可避的)に混入してしまう化合物Xの量を許容する意味である。
液晶表示素子の消費電力削減を重視する場合は、バックライトの光量を抑えることが有効であり、液晶表示素子の光の透過率を向上させることが好ましいため、KAVGの値を低めに設定することが好ましい。液晶表示素子(液晶組成物)の応答速度の改善を重視する場合は、KAVGの値を高めに設定することが好ましい。
配向助剤が重合性基を備える場合に、光の吸収波長が低波長側にシフトした配向助剤(以下、「低吸収波長配向助剤」とも記載する。)では、その構造に起因して重合性基の反応性が極端に高くなることを阻止し得る。その結果、配向助剤を緩徐に重合させることができる結果、均質な特性を有する重合物が形成される。このため、プレチルト角の経時的な変化を抑制すること、すなわちプレチルト角の安定性の向上を図ることができる。
なお、配向助剤は、吸光度が0.5である波長を1つのみ有していてもよく、複数有していてもよい。したがって、「吸光度が0.5である最も長波長側の波長」とは、前者の場合は1つに特定され、後者の場合は光の吸収スペクトルの長波長側の端部の波長である。
特に、メソゲン基は、置換基を有していてもよいベンゼン環を含むことが好ましく、かかるベンゼン環を含む複数の環状構造を備えることがより好ましい。かかるメソゲン基は、ビフェニル構造またはタ―フェニル構造を備えることがより好ましく、ビフェニル構造を備えることがさらに好ましい。
以上のようなメソゲン基の種類、電子供与性基の種類、電子供与性基のメソゲン基への結合位置等を適宜設定することにより、低吸収波長配向助剤の吸収波長を調整すること(低波長側にシフトさせること)ができる。
なお、本発明では、前述したような配向助剤を複数種含有してもよい。この場合、配向助剤の1種類が低吸収波長配向助剤であればよいが、配向助剤の2種類以上が低吸収波長配向助剤であることが好ましく、配向助剤の全種類が低吸収波長配向助剤であることがより好ましい。
次に、以上のような液晶組成物から形成される液晶層を備える液晶表示素子について説明する。
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におけるI線で囲まれた領域を拡大した平面図である。
なお、図1および図2では、便宜上、各部の寸法およびそれらの比率を誇張して示し、実際とは異なる場合がある。また、以下に示す材料、寸法等は一例であって、本発明は、それらに限定されず、その要旨を変更しない範囲で適宜変更することが可能である。
アクティブマトリクス基板AMは、第1の基板2と、第1の基板2の液晶層4側の面に設けられた画素電極層5と、第1の基板2の液晶層4と反対側の面に設けられた第1の偏光板7とを有している。
一方、カラーフィルタ基板CFは、第2の基板3と、第2の基板3の液晶層4側に設けられた共通電極層6と、第2の基板3の液晶層4と反対側の面に設けられた第2の偏光板8と、第2の基板3と共通電極層6との間に設けられたカラーフィルタ9とを有している。
第1の基板2および第2の基板3は、それぞれ、例えばガラス材料、またはプラスチック材料のような柔軟性(可撓性)を有する材料で形成されている。
第1の基板2および第2の基板3は、双方が透光性を有していても、一方のみが透光性を有していてもよい。後者の場合は、他方の基板は、例えば金属材料、シリコン材料のような不透明な材料で構成することができる。
複数のゲートバスライン11と複数のデータバスライン12とは、互いに交差してマトリクス状に配置され、これらで囲まれた領域により、液晶表示素子1の単位画素が形成されている。各単位画素内には、1つの画素電極13が形成されている。
一対のゲートバスライン11、11の間には、ゲートバスライン11とほぼ平行にCs電極14が設けられている。また、ゲートバスライン11とデータバスライン12とが互いに交差する交差部近傍には、ソース電極15およびドレイン電極16を含む薄膜トランジスタが設けられている。ドレイン電極16には、コンタクトホール17が設けられている。
画素電極13は、例えば、光の透過率を向上させるために透明電極で構成されている。透明電極は、ZnO、InGaZnO、SiGe、GaAs、IZO(Indium Zinc Oxide)、ITO(Indium Tin Oxide)、SnO、TiO、AZTO(AlZnSnO)のような化合物をスパッタリング等することにより形成される。
透明電極の平均厚さは、10〜200nm程度であることが好ましい。また、電気的抵抗を低減するために、アモルファスのITO膜を焼成することにより多結晶のITO膜として透明電極を形成することもできる。
カラーフィルタ9は、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法または染色法等によって作成することができる。
顔料分散法では、カラーフィルタ用の硬化性着色組成物を、第2の基板3上に所定のパターンとなるように供給した後、加熱または光照射することにより硬化させる。この操作を、赤、緑、青の3色について行うことにより、カラーフィルタ9を得ることができる。
なお、カラーフィルタ9は、第1の基板2側に配置してもよい。
なお、ブラックマトリクスは、第2の基板3側にカラーフィルタ9とともに配置してもよく、第1の基板2側にカラーフィルタ9とともに配置してもよく、ブラックマトリクスを第1の基板2側にカラーフィルタ9を第2の基板3側にそれぞれ個別に配置してもよい。また、ブラックマトリクスは、カラーフィルタ9の各色を重ね合わせ、透過率を低下させた部分で構成することもできる。
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、それらの離間距離を保持するスペーサーを配置してもよい。スペーサーとしては、例えばガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子のような粒状スペーサー、フォトリソグラフィー法により形成された樹脂製のスペーサー柱等が挙げられる。
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との平均離間距離(すなわち、液晶層4の平均厚さ)は、1〜100μm程度であることが好ましい。
また、第1の偏光板7および第2の偏光板8を使用する場合は、コントラストが最大になるように液晶層4の屈折率異方性(Δn)と液晶層4の平均厚さとの積を調整することが好ましい。さらに、液晶表示素子1は、視野角を広げるための位相差フィルムを備えてもよい。
また、カラーフィルタ基板CFも、さらに共通電極層6(共通電極)の一部、または共通電極層6の全部を被覆する有機絶縁膜を備えてもよい。
かかる有機絶縁膜の構成材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、またこれらの共重合体等が挙げられる。これらの樹脂は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
次に、このような液晶表示素子1を製造する方法について説明する。
実施形態の液晶表示素子の製造方法は、基板および液晶組成物を準備する準備工程[1]と、基板に親水化処理を施す親水化処理工程[2]と、液晶表示素子1を組み立てる組立工程[3]と、配向助剤および/または重合性化合物を重合させる重合工程[4]と、シール材を硬化させる硬化工程[5]とを有している。
[1] 準備工程
まず、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、前述したような液晶組成物とを用意する。
次に、アクティブマトリックス基板AMおよびカラーフィルタ基板CFの液晶層4側の面(すなわち、画素電極層5の内側面および共通電極層9の内側面)のそれぞれに、親水化処理を施す。なお、本工程は、必要に応じて行うようにすればよく、省略することもできる。
親水化処理を施すことにより、画素電極層5の内側面および共通電極層9の内側面(以下、単に「内側面」とも言う。)の親水性を高めることができる。このため、内側面に対して、液晶組成物中に含まれる配向助剤の極性基を強固に固定することができる。また、内側面から、メソゲン基が離れるように配向助剤を配置(配向)させることができる。その結果、液晶層4中において液晶分子を垂直配向させた状態でより確実に保持することができる。
中でも、親水化処理としては、物理的処理が好ましく、オゾン処理がより好ましい。オゾン処理によれば、内側面に水酸基を導入して親水性(極性)を高めることができる。また、オゾン処理(物理的処理)は、洗浄効果も高いため、内側面に付着した不純物(例えば、レジスト残渣等)を除去することができる。したがって、内側面には、配向助剤の極性基がより吸着し易くなる。
オゾン処理は、紫外線(UV)照射により空気中の酸素をオゾンに変換し、オゾン含有雰囲気により表面改質を行う方法である。
UV光源としては、低圧水銀ランプが好ましい。低圧水銀ランプは、185nm付近と254nm付近との波長に発光スペクトルを有し、185nm付近の波長を有する光でオゾンを生成し、254nm付近の波長を有する光でオゾンを分解し、活性酸素を生成することが知られている。したがって、低圧水銀ランプを用いることにより、内側面に効率よく親水化処理を施すことができる。
また、オゾン処理の雰囲気の圧力は、減圧および大気圧のいずれであってもよい。
オゾン処理の時間(UVの照射時間)は、特に限定されないが、10〜100秒間程度であることが好ましく、20〜60秒間程度であることがより好ましい。
<コロナ処理>
コロナ処理は、大気圧下に、一対の電極に高電圧の交流を印加することにより励起されるコロナ放電を利用して、表面改質を行う方法である。
酸素プラズマ処理は、酸素ガスを含む処理ガスをアーク放電により電離させ、この際に発生する酸素プラズマを利用して表面改質を行う方法である。
処理ガスには、酸素ガスと、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスのような不活性ガスとの混合ガスを用いることができる。
酸素ガスの供給量は、0.5〜50sccm程度であることが好ましく、雰囲気の圧力は、0.1〜50Pa程度であることが好ましい。
アーク放電時において電源からの印加電力は、10〜500W程度であることが好ましく、電源の周波数は、1〜50kHz程度であることが好ましい。
画素電極層5および共通電極層9が有機絶縁膜を含む場合は、有機絶縁膜の表面の25℃における水の静的接触角が70°以下であることが好ましく、40〜55°程度であることがより好ましい。ITO膜(金属酸化物膜)の表面の25℃における水の静的接触角が30°以下であることが好ましく、10〜20°程度であることがより好ましい。
画素電極層5および共通電極層9が有機絶縁膜を含む場合は、有機絶縁膜の表面の表面自由エネルギーが50mN/m以上であることが好ましく、55〜65mN/m程度であることがより好ましい。ITO膜(金属酸化物膜)の表面の表面自由エネルギーが70mN/m以上であることが好ましく、75〜85mN/m程度であることがより好ましい。
次に、アクティブマトリクス基板AMおよびカラーフィルタ基板CFの少なくとも一方の縁部に沿って、ディスペンサーを用いてシール材を閉ループ土手状に描画する。
その後、減圧下に、所定量の液晶組成物をシール材の内側に滴下した後、液晶組成物に接触するように、アクティブマトリクス基板AMとカラーフィルタ基板CFとを対向させて配置する。
このような滴下注入(ODF:One Drop Fill)法では、液晶表示素子1のサイズに応じて最適な注入量を滴下する必要がある。前述したような液晶組成物は、例えば、滴下時に生じる滴下装置内の急激な圧力変化や衝撃に対する影響が少なく、長時間にわたって安定的に滴下し続けることが可能である。このため、液晶表示素子1の歩留まりを高く維持することができる。
また、ODF法によれば、液晶組成物を基板に滴下した際の滴下痕の発生を抑えることができる。なお、滴下痕とは、黒表示した場合に液晶組成物を滴下した痕が白く浮かび上がる現象である。
配向助剤が重合性基を含む場合および/または液晶組成物が重合性化合物を含有する場合は、紫外線、電子線のような活性エネルギー線を液晶組成物に対して照射することにより、配向助剤および/または重合性化合物を重合させる。
これにより、液晶層4が形成され、液晶表示素子1が得られる。このとき、配向助剤は、2つの基板AM、CFに固定されているため、配向助剤および/または重合性化合物の重合物は、液晶層4中において基板AM、CF側に偏在する。
液晶分子の良好な配向性を得るためには、適度な重合速度が望ましい。このため、重合の際には、活性エネルギー線を単一、併用または順番に照射することが好ましい。紫外線を使用する場合は、偏光光源を用いてもよいし、非偏光光源を用いてもよい。
また、重合は次のように複数段階で行ってもよい。具体的には、まず、マスクを用いて液晶組成物の特定の領域に存在する配向助剤および/または重合性化合物のみを重合させる。その後、電場、磁場または温度等の条件を調整し、未重合領域における液晶分子の配向状態を変化させる。この状態で、さらに活性エネルギー線を照射して、未重合領域に存在する配向助剤および/または重合性化合物を重合させる。
印加する交流の周波数は、10Hz〜10kHz程度であることが好ましく、60Hz〜10kHz程度であることがより好ましい。
印加する交流の電圧は、液晶表示素子1の所望のプレチルト角に依存して選ばれる。つまり、印加する交流の電圧を調整することにより、液晶表示素子1のプレチルト角を制御することができる。
横電界型MVAモードの液晶表示素子においては、配向安定性およびコントラストの観点から、プレチルト角を80〜89.9°に制御することが好ましい。
紫外線を発生させるランプとしては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等を用いることができる。
また、照射する紫外線は、液晶組成物の吸収波長域でない波長を有する紫外線であることが好ましく、必要に応じて所定の波長をカットして使用することがより好ましい。
照射する紫外線のエネルギー量は、適宜調整することができるが、10mJ/cm2〜500J/cm2程度であることが好ましく、100mJ/cm2〜200J/cm2程度であることがより好ましい。
また、紫外線を照射する時間は、その強度により適宜選択されるが、10〜3600秒程度であることが好ましく、10〜600秒程度であることがより好ましい。
なお、[3]組立工程では、滴下注入(ODF)法に代えて、真空注入法を用いるようにしてもよい。例えば、真空注入法では、まず、アクティブマトリクス基板AMおよびカラーフィルタ基板CFの少なくとも一方の縁部に沿って、注入口を残すようにしてシール材をスクリーン印刷する。その後、2つの基板AM、CFを貼り合わせ、加熱によりシール材を熱硬化させる。次に、注入口を封止した後、[4]重合工程に移行する。
このようにして得られた液晶表示素子1は、PSA型、PSVA型、VA型、IPS型、FFS型またはECB型の液晶表示素子であることが好ましく、PSA型の液晶表示素子であることがより好ましい。
例えば、本発明の配向助剤、液晶組成物および液晶表示素子は、それぞれその一部の構成を同様の機能を発揮する他の構成と置換してもよく、任意の構成を追加してもよい。
また、本発明の配向助剤は、液晶層の形成のみならず、光学補償フィルムの形成に用いることもできる。
また、前記実施形態の液晶表示素子では、アクティブマトリクス基板AMおよびカラーフィルタ基板CFの双方がポリイミド(PI)配向膜を介さず、直接、液晶層4に接触する構成であるが、いずれか一方にPI配向膜を設けるようにしてもよい。この場合、PI配向膜の表面には、親水化処理を施しても、施さなくてもよい。
また、PI配向膜を形成する際の熱の影響を考慮すると、PI配向膜を設けるのであれば、カラーフィルタ基板CFの方が好ましい。換言すれば、親水化処理をいずれか一方の基板にのみ施す場合は、アクティブマトリクス基板AM(画素電極13を有する基板)の方が好ましい。
液晶組成物について測定した特性は、次の通りである。
Tni :ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)
Δn :293Kにおける屈折率異方性
Δε :293Kにおける誘電率異方性
γ1 :293Kにおける回転粘度(mPa・s)
K11 :293Kにおける広がりの弾性定数(pN)
K33 :293Kにおける曲がりの弾性定数(pN)
(側鎖)
−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
−V1 −CH=CH−CH3:プロペニル基
V− CH2=CH−:ビニル基
1V2− CH3−CH=CH−CH2−CH2−:ペンテニル基
(実施例1)
まず、垂直配向を誘起するポリイミド配向膜をITO基板に塗布した後、ポリイミド配向膜にラビング処理した。その後、ポリイミド配向膜付きITO基板を含む空の液晶セル(セルギャップ3.5μm)を作製した。
次に、真空注入法により空の液晶セル内に液晶組成物を注入した。
なお、実施例1では、液晶混合物LC−1と、配向助剤(A)と、重合性化合物(A)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(A)の量を0.5質量%、重合性化合物(A)の量を0.3質量%とした。
このとき、中心波長365nmの条件で測定した照度が100mW/cm2になるように設定し、積算光量10J/cm2の紫外線を照射した。この紫外線照射条件を照射条件1とした。照射条件1による紫外線の照射により、液晶組成物中の液晶分子にプレチルト角を付与した。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例2では、液晶混合物LC−2と、配向助剤(B)と、重合性化合物(B)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(B)の量を0.5質量%、重合性化合物(B)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、比較例1では、液晶混合物LC−1と、配向助剤(C)と、重合性化合物(A)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(C)の量を0.5質量%、重合性化合物(A)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、比較例2では、液晶混合物LC−2と、配向助剤(D)と、重合性化合物(B)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(D)の量を0.5質量%、重合性化合物(B)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例3では、液晶混合物LC−1と、配向助剤(E)と、重合性化合物(A)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(E)の量を0.5質量%、重合性化合物(A)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例4では、液晶混合物LC−2と、配向助剤(F)と、重合性化合物(B)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(F)の量を0.5質量%、重合性化合物(B)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例5では、液晶混合物LC−1と、配向助剤(G)と、重合性化合物(A)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(G)の量を0.5質量%、重合性化合物(A)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例6では、液晶混合物LC−2と、配向助剤(H)と、重合性化合物(B)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(H)の量を0.5質量%、重合性化合物(B)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例7では、液晶混合物LC−1と、配向助剤(I)と、重合性化合物(A)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(I)の量を0.5質量%、重合性化合物(A)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例8では、液晶混合物LC−2と、配向助剤(J)と、重合性化合物(B)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(J)の量を0.5質量%、重合性化合物(B)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例9では、液晶混合物LC−1と、配向助剤(E)および配向助剤(G)と、重合性化合物(C)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(E)の量を0.2質量%、配向助剤(G)の量を0.4質量%、重合性化合物(C)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例10では、液晶混合物LC−2と、配向助剤(G)および配向助剤(H)と、重合性化合物(B)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(G)の量を0.3質量%、配向助剤(H)の量を0.3質量%、重合性化合物(B)の量を0.3質量%とした。
液晶組成物の種類を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、液晶表示素子を作製した。
なお、実施例11では、液晶混合物LC−1と、配向助剤(H)および配向助剤(I)と、重合性化合物(C)とを含有する液晶組成物を用いた。液晶組成物中に含まれる配向助剤(H)の量を0.2質量%、配向助剤(I)の量を0.4質量%、重合性化合物(C)の量を0.3質量%とした。
2−1.UV吸収の評価
まず、各配向助剤を濃度1000ppmとなるようにテトラヒドロフランに溶解した溶液を調製した。
次に、調製された溶液を石英ガラス製のセルに収納し、分光光度計(日本分光株式会社製、「V670/JASO」を用いて、以下の測定条件でUVの吸収スペクトルを測定した。なお、ベースラインは、石英ガラス製のセルに収納したテトラヒドロフランのみの測定結果を用いた。
測光モード :Abs
バンド幅 :2.0nm
走査速度 :400nm/min
測定開始波長:800nm
測定終了波長:200nm
まず、液晶表示素子のプレチルト角を測定し、プレチルト角(初期)とした。
次に、液晶表示素子に対して、周波数100Hzで30Vの矩形電圧を印加しつつ、バックライトから10時間連続して光を照射した。その後、プレチルト角を測定し、プレチルト角(試験後)とした。
測定されたプレチルト角(初期)からプレチルト角(試験後)を減算した値を、プレチルト角変化量(=プレチルト角変化の絶対値)[°]とした。
なお、プレチルト角は、プレチルト角測定システム(シンテック社製、「OPTIPRO」)を用いて測定した。また、印加した電圧の大きさ(30V)は、通常の駆動電圧の数倍大きく、本評価試験は加速試験となっている。
本評価では、変化量0.5[°]を、表示不良の許容限界範囲とした。
すなわち、プレチルト角の変化量が0.5°以上の場合を評価「×」とし、0.5°未満の場合を評価「〇」とした。
これらの評価結果を表2〜表4に示す。
これに対して、吸光度が0.5である最も長波長側の波長が330nmを上回る配向助剤を用いた各比較例では、プレチルト角の経時的な変化量が大きく、画像の焼き付きも発生した。
AM アクティブマトリクス基板
CF カラーフィルタ基板
2 第1の基板
3 第2の基板
4 液晶層
5 画素電極層
6 共通電極層
7 第1の偏光板
8 第2の偏光板
9 カラーフィルタ
11 ゲートバスライン
12 データバスライン
13 画素電極
14 Cs電極
15 ソース電極
16 ドレイン電極
17 コンタクトホール
Claims (16)
- 前記光の吸収スペクトルは、当該配向助剤を濃度1000ppmとなるようにテトラヒドロフランに溶解した溶液で測定される請求項1に記載の配向助剤。
- 当該配向助剤は、メソゲン基を備える請求項1または2に記載の配向助剤。
- 前記メソゲン基は、置換基を有していてもよいベンゼン環を含む請求項3に記載の配向助剤。
- 前記置換基は、ハロゲン原子で置換されてもよい炭素原子数1〜8のアルキル基、またはハロゲン原子であり、前記アルキル基中に存在する−CH2−は、−O−または−CO−で置換されてもよい請求項4に記載の配向助剤。
- 当該配向助剤は、5〜20個の酸素原子を含有している請求項1から5のいずれか1項に記載の配向助剤。
- 当該配向助剤は、活性エネルギー線の照射により重合可能な重合性基を備える請求項1から6のいずれか1項に記載の配向助剤。
- 当該配向助剤は、2つの基板間に液晶分子とともに配置される請求項1から7のいずれか1項に記載の配向助剤。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の配向助剤と、液晶分子とを含有することを特徴とする液晶組成物。
- 複数種の配向助剤と、液晶分子とを含有し、
前記複数種の配向助剤のうちの少なくとも1種が請求項1から8のいずれか1項に記載の配向助剤であることを特徴とする液晶組成物。 - 当該液晶組成物は、さらに活性エネルギー線の照射により重合可能な少なくとも1種の重合性化合物を含有する請求項9または10に記載の液晶組成物。
- 2つの基板と、
該2つの基板間に挟持され、請求項9から11のいずれか1項に記載の液晶組成物から形成された液晶層を有することを特徴とする液晶表示素子。 - 前記2つの基板のうちの少なくとも一方は、配向膜を介さず、直接、前記液晶層に接触する基板である請求項12に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶層に直接接触する前記基板は、画素電極を備える基板である請求項13に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶層は、少なくとも前記重合性化合物の重合物を含む請求項12から14のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
- 当該液晶表示素子は、PSA型、PSVA型、VA型、IPS型、FFS型またはECB型である請求項12から15のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
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