JP7435469B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents
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Description
特に、横電界方式では、縦電界方式と比べると基板内に形成される電極部分が少ないため電圧保持率が低下しやすかったり、画素電極と共通電極との距離が近いことにより配向膜や液晶層に強い電界が作用するため電荷が蓄積しやすいなど、電圧保持率や電荷蓄積特性の不足による不都合が顕著となりやすい。また、横電界方式では、液晶の配向規制力が弱いと液晶を長時間駆動させた際に液晶が初期の配向状態に戻らなくなり、コントラストが低下したり残像の原因となったりするので液晶配向膜の配向規制力も重要となる。
上記のような横電界方式の課題に対して、高配向の重合体と低抵抗の重合体とを混合した液晶配向剤から得られる液晶配向膜を用いる方法が提案されている(特許文献1)。
以上のことを踏まえ、本発明は、横電界方式、特にFFS方式の液晶表示素子に用いるのに好適な液晶配向膜、更にはFFS方式であっても電荷の蓄積量が小さく且つ蓄積電荷の緩和が早い液晶配向膜を得ることができる液晶配向剤を提供することを課題とする。
テトラカルボン酸誘導体の例としては、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸ジシリルエステル、テトラカルボン酸ジクロライド、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、テトラカルボン酸ジアルケニルエステル、テトラカルボン酸ジアルキルエステルジクロライドなどが挙げられる。
重合体(A)において、式(1)のジアミンに由来するジアミン残基は、重合体(A)が有する全ジアミン残基の10モル%以上であると好ましく、より好ましくは20モル%以上である。また、重合体(A)において、式(2)のジアミンに由来するジアミン残基は、重合体(A)が有する全ジアミン残基の30モル%以上であると好ましく、より好ましくは40モル%以上である。
重合体(B)は、テトラカルボン酸誘導体成分と、下記式(3)で表されるジアミンの少なくとも1種を含むジアミン成分との反応によって得られる重合体である。
重合体(B)において、Y2の構造であるジアミン残基は、重合体(B)が有する全ジアミン残基の50モル%以上であると好ましく、より好ましくは60モル%以上である。
重合体(B)におけるテトラカルボン酸残基の好ましい構造としては、重合体(A)で示した好ましい構造が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の液晶配向剤における重合体(A)と重合体(B)の含有比率は特に限定されないが、重合体(A)と重合体(B)の合計量に対して、重合体(A)の含有量が10~50質量%が好ましく、更に好ましくは20~40質量%である。すなわち、重合体(B)の含有量は、重合体(A)と重合体(B)の合計量に対して、それぞれ、90~50質量%が好ましく、80~60質量%であるのが更に好ましい。
本発明の液晶配向膜は、上記本発明の液晶配向剤から得られる。液晶配向剤から液晶配向膜を得る方法の一例を挙げるなら、塗布液形態の液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥し、焼成して得られた膜に対してラビング処理法又は光配向処理法で配向処理を施す方法が挙げられる。
液晶配向剤の塗布方法は、特に限定されないが、工業的には、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法などが一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スリットコータ法、スピンナー法、スプレー法などがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。
焼成後の液晶配向膜の厚みは、特に限定されないが、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
本発明の液晶配向膜は、IPS方式やFFS方式などの横電界方式の液晶表示素子の液晶配向膜として好適であり、特に、FFS方式の液晶表示素子の液晶配向膜として有用である。
本発明の液晶表示素子は、上記液晶配向剤から得られる液晶配向膜付きの基板を得た後、既知の方法で液晶セルを作製し、該液晶セルを使用して素子としたものである。
以下に、液晶セルの作製方法の一例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、基板の上に液晶配向膜を形成した後の工程としては、一方の基板上の所定の場所にシール材を配置する際に、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておき、液晶を配置しないで基板を貼り合わせた後、シール材に設けた開口部を通じて液晶セル内に液晶材料を注入し、次いで、この開口部を接着剤で封止して液晶セルを得る。液晶材料の注入には、真空注入法でもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法でもよい。
上記のいずれの方法においても、液晶セル内に液晶材料が充填される空間を確保する為に、一方の基板上に柱状の突起を設けるか、一方の基板上にスペーサーを散布するか、シール材にスペーサーを混入するか、又はこれらを組み合わせるなどの手段を取ることが好ましい。
CA-1~CA-4:それぞれ下記構造式の化合物、 DA-1~DA-6:それぞれ下記構造式の化合物
AD-1:3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、 AD-2:下記構造式の化合物
ポリマー溶液の粘度は、E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
(合成例1)
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLのナスフラスコに、DA-1を2.86g(10.0mmol)、DA-2を1.47g(6.0mmol)及びDA-3を1.59g(4.0mmol)量り取り、NMPを53.2g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-1を4.20g(19.3mmol)添加し、さらにNMPを21.0g加え、窒素雰囲気下、50℃で12時間撹拌してポリマー溶液A-1(濃度:12.0質量%、粘度:496mPa・s)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLのナスフラスコに、DA-4を3.19g(16.0mmol)及びDA-5を0.79g(4.0mmol)量り取り、NMPを49.0g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-2を2.59g(13.2mmol)添加し、さらにNMPを13.9g加え、窒素雰囲気下23℃で2時間半撹拌した。その後、この溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-3を1.20g(4.0mmol)添加し、さらにNMPを7.0g加え、窒素雰囲気下、23℃で12時間撹拌してポリマー溶液B-1(濃度:10.0質量%、粘度:165mPa・s)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLのナスフラスコに、DA-4を3.67g(18.4mmol)及びDA-6を0.70g(4.6mmol)量り取り、NMPを26.8g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-2を2.94g(15.0mmol)添加し、さらにNMPを14.5g加え、窒素雰囲気下23℃で30分撹拌した。その後、この溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-4を1.44g(5.8mmol)添加し、さらにNMPを8.2g加え、窒素雰囲気下、50℃で12時間撹拌してポリマー溶液B-2(濃度:15.0質量%、粘度:352mPa・s)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLのナスフラスコに、DA-4を3.19g(16mmol)及びDA-5を0.79g(4mmol)量り取り、NMPを54.4g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-2を0.90g(4.6mmol)添加し、さらにNMPを15.5g加え、窒素雰囲気下23℃で30分撹拌した。その後、この溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-4を3.75g(15.0mmol)添加し、さらにNMPを7.8g加え、窒素雰囲気下、50℃で12時間撹拌してポリマー溶液B-3(濃度:10.0質量%、粘度:218mPa・s)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLのナスフラスコに、DA-1を5.73g(20.0mmol)量り取り、NMPを56.9g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-1を3.97g(18.2mmol)添加し、さらにNMPを14.2g加え、窒素雰囲気下、50℃で12時間撹拌してポリマー溶液C-1(濃度:12.0質量%、粘度:505mPa・s)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLのナスフラスコに、DA-1を4.13g(14.4mmol)及びDA-3を1.43g(3.6mmol)量り取り、NMPを53.3g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-1を3.53g(16.2mmol)添加し、さらにNMPを13.3g加え、窒素雰囲気下、50℃で12時間撹拌してポリマー溶液C-2(濃度:12.0質量%、粘度:498mPa・s)を得た。
実施例1
前記ポリマー溶液A-1及び前記ポリマー溶液B-1を用い、2種類の重合体の質量比が30:70になるように、ポリマー溶液A-1(7.5g)とポリマー溶液B-1(21.0g)を混合した。この混合液に対して、NMP(5.1g)、BCS(12.5g)、AD-1を1重量%含むNMP溶液(3.0g)、及びAD-2を10重量%含むNMP溶液(0.9g)を、攪拌しながら加え、更に室温で2時間撹拌することにより本発明の液晶配向剤を得た。
前記で得られた液晶配向剤を用いて以下に示すFFS駆動液晶セルを作製した。
[FFS駆動液晶セルの構成]
フリンジフィールドスィッチング(Fringe Field Switching:FFS)モード用の液晶セルは、面形状の共通電極-絶縁層-櫛歯形状の画素電極からなるFOP(Finger on Plate)電極層が表面に形成されている第1のガラス基板と、表面に高さ4μmの柱状スペーサーを有し裏面に帯電防止の為のITO膜が形成されている第2のガラス基板とを、一組とした。上記の画素電極は、中央部分が内角160°で屈曲した幅3μmの電極要素が6μmの間隔を開けて平行になるように複数配列された櫛歯形状を有しており、1つの画素は、複数の電極要素の屈曲部を結ぶ線を境に第1領域と第2領域を有している。
なお、第1のガラス基板に形成する液晶配向膜は、画素屈曲部の内角を等分する方向と液晶の配向方向とが直交するように配向処理し、第2のガラス基板に形成する液晶配向膜は、液晶セルを作製した時に第1の基板上の液晶の配向方向と第2の基板上の液晶の配向方向とが一致するように配向処理する。
上記一組のガラス基板それぞれの表面に、孔径1.0μmのフィルターで濾過した液晶配向剤をスピンコート塗布にて塗布し80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた。その後、230℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜付き基板を得た。この液晶配向膜付き基板表面をレーヨン布(吉川化工社製、YA-20R)でラビング(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.4mm)した後、純水中にて1分間超音波照射をして洗浄を行い、エアブローにて水滴を除去した後、80℃で15分間乾燥して液晶配向膜付き基板を得た。
前記で作製した液晶セルの特性を以下のようにして評価した。
[電荷蓄積量]
上記で作製したFFS駆動液晶セルに対し、偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に設置し、画素電極と対向電極とを短絡して同電位にした状態で、2枚の偏光板の下からLEDバックライトを照射しておき、2枚の偏光板の上で測定するLEDバックライト透過光の輝度が最小となるように、液晶セルの角度を調節した。本評価は液晶セルの温度が23℃の状態の温度条件下で行った。
次にこの液晶セルに周波数30Hzの交流電圧を印加しながらV-Tカーブ(電圧-透過率曲線)を測定し、相対透過率が23%および100%となる交流電圧値を駆動電圧として算出した。次いで、帯電による影響を排除するために、液晶セルを23℃にて、周波数1kHzで20mVの交流電圧を30分間印加した。
蓄積された電荷が液晶配向の乱れや残像として表示に影響を与え、液晶素子の表示品位を著しく低下させるため、駆動時に生じる電荷蓄積量が小さい程、良好であると言える。具体的には、電荷蓄積量が100mV未満となる場合は「○」、100mV以上となる場合は「×」として評価した。
上記で作製したFFS駆動液晶セルに対し、偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に設置し、画素電極と対向電極とを短絡して同電位にした状態で、2枚の偏光板の下からLEDバックライトを照射しておき、2枚の偏光板の上で測定するLEDバックライト透過光の輝度が最小となるように、液晶セルの角度を調節した。本評価は液晶セルの温度が23℃の状態の温度条件下で行った。液晶セルは、帯電による影響を排除するために、液晶セルを周波数1kHzで20mVの交流電圧を30分間印加した後に評価を行った。
次にこの液晶セルに周波数30Hzの交流電圧を印加しながらV-Tカーブ(電圧-透過率曲線)を測定し、相対透過率が23%となる交流電圧値を駆動電圧として算出した。この交流電圧値は電圧に対する輝度の変化が大きい領域に相当するため、輝度を介して蓄積電荷を評価するのに都合がよい。
蓄積した電荷の緩和が速いほど、直流電圧を重畳したときの液晶セルへの電荷蓄積も速いことから、蓄積電荷の緩和特性は、直流電圧を重畳した直後の相対透過率が30%以上の状態から23%に低下するまでに要した時間で評価した。この時間が短いほど蓄積電荷の緩和特性が良好であると言える。具体的には、直流電圧の印加を開始した時点から30分間が経過するまでに、相対透過率が30%以下に低下した時間を数値化した。20分未満で相対透過率が30%以下に低下した場合は「○」、20分以上となる場合は「×」として評価した。
上記で作製したFFS駆動液晶セルに対し、60℃の恒温環境下、周波数60Hzで±5Vの交流電圧を120時間印加した。その後、液晶セルの画素電極と対向電極との間をショートさせた状態にし、そのまま室温に一日放置した。
上記の処理を行った液晶セルに関して、電圧無印加状態における、画素の第1領域の液晶の配向方向と第2領域の液晶の配向方向とのずれを角度として算出した。
長期交流駆動による残像特性は、この回転角度の値が小さいほど良好であると言える。具体的には、回転角度が0.5度未満となる場合は「○」、0.5度以上となる場合には「×」として評価した。
上記で作製したFFS駆動液晶セルに対し、電圧保持率評価用の液晶表示素子に、1Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、1667ミリ秒の間隔で印加した後、印加解除から1667ミリ秒後の電圧保持率(%)を60℃で測定した。具体的には、電圧保持率が95%以上となる場合は「○」、95%未満となる場合には「×」として評価した。
なお、2018年12月6日に出願された日本特許出願2018-229216号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (10)
- 下記の重合体(A)および重合体(B)を含有する液晶配向剤。
重合体(A):テトラカルボン酸誘導体成分と、下記式(1)に示すジアミン及び下記式(2)に示すジアミンを含むジアミン成分との反応によって得られ、式(1)のジアミンに由来するジアミンの残基が、重合体(A)が有する全ジアミン残基の10モル%以上であり、式(2)のジアミンに由来するジアミン残基は、重合体(A)が有する全ジアミン残基の30モル%以上であることを特徴とする重合体。
- 前記重合体(A)と重合体(B)の合計量に対して、重合体(A)の含有量が10~50質量%であり、重合体(B)の含有量が90~50質量%である、請求項1~3のいずれかに記載の液晶配向剤。
- 横電界駆動方式の液晶表示素子用である、請求項1~4のいずれかに記載の液晶配向剤。
- 横電界駆動方式が、FFS駆動方式である、請求項5に記載の液晶配向剤。
- 請求項1~6のいずれかに記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
- 請求項7に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
- 横電界駆動方式である、請求項8に記載の液晶表示素子。
- FFS駆動方式である、請求項8に記載の液晶表示素子。
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