KR20200131887A

KR20200131887A - 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR20200131887A
Application number: KR1020207029718A
Authority: KR
Inventors: 가즈요시 호사카; 마사아키 가타야마
Original assignee: 닛산 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2020-11-24
Also published as: CN111868614A; JPWO2019181883A1; TW202003810A; WO2019181883A1; JP7310796B2

Abstract

양호한 광학 특성을 발현하고, 액정 표시 소자의 구동 전압이 낮아지는 액정 표시 소자를 제공한다.
전극을 구비한 1 쌍의 기판 사이에 배치한 액정 및 중합성 화합물을 포함하는 액정 조성물에 대하여, 자외선을 조사하여 경화시킨 액정층을 갖는, 전압 무인가시에 산란 상태가 되고, 전압 인가시에는 투명 상태가 되는 액정 표시 소자로서, 상기 액정이, 정의 유전 이방성을 갖고, 상기 액정 조성물이, 하기 식 [1] 로 나타내는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자. (식 중의 각 기호의 정의는, 명세서에 기재된 바와 같다.)

Description

액정 표시 소자

본 발명은, 전압 인가시에 투과 상태가 되는 투과 산란형의 액정 표시 소자에 관한 것이다.

액정 표시 소자로는, TN (Twisted Nematic) 모드가 실용화되어 있다. 이 모드에서는, 액정의 선광 특성을 이용하여, 광의 스위칭을 실시하기 위해, 편광판을 사용할 필요가 있다. 편광판을 사용하면 광의 이용 효율이 낮아진다.

편광판을 사용하지 않는 액정 표시 소자로서, 액정의 투과 상태 (투명 상태라고도 한다.) 와 산란 상태 사이에서 스위칭을 실시하는 소자가 있다. 일반적으로는, 고분자 분산형 액정 (PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) 라고도 한다.) 이나 고분자 네트워크형 액정 (PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) 라고도 한다.) 을 사용한 것이 알려져 있다.

이들 액정 표시 소자에서는, 전극을 구비한 1 쌍의 기판 사이에, 자외선에 의해 중합하는 중합성 화합물을 포함하는 액정 조성물을 배치하고, 자외선의 조사에 의해 액정 조성물의 경화를 실시하여, 액정과 중합성 화합물의 경화물 (예를 들어, 폴리머 네트워크) 과의 복합체를 형성한다. 그리고, 이 액정 표시 소자에서는, 전압의 인가에 의해, 액정의 산란 상태와 투과 상태가 제어된다.

PDLC 나 PNLC 를 사용한 액정 표시 소자는, 전압 무인가시에, 액정이 랜덤의 방향을 향하고 있기 때문에, 백탁 (산란) 상태가 되고, 전압 인가시에는, 액정이 전계 방향으로 배열하고, 광을 투과하여 투과 상태가 된다 (노멀형 소자라고도 한다.). 이 경우, 전압 무인가시의 액정은 랜덤이기 때문에, 액정을 일방 방향으로 배향시키는 액정 배향막이나 배향 처리의 필요가 없다. 그 때문에, 이 액정 표시 소자에서는, 전극과 액정층 (상기의 액정과 중합성 화합물의 경화물과의 복합체) 이 직접적으로 접한 상태가 된다 (특허문헌 1, 2 참조).

일본 특허공보 제3552328호 일본 특허공보 제4630954호

액정 조성물 중의 중합성 화합물은, 폴리머 네트워크를 형성시켜, 원하는 광학 특성을 얻는 역할과, 액정층과 전극의 밀착성을 높이는 역할이 있다. 그러나, 이들을 실현하기 위해서는, 조밀한 폴리머 네트워크를 형성시킬 필요가 있기 때문에, 전압 인가에 대한 액정 분자의 구동이 저해된다. 그 때문에, 본 소자는, TN 모드 등의 액정 표시 소자에 비교하여 구동 전압이 높아진다.

이러한 점에서, 본 발명은, 양호한 광학 특성을 발현하고, 액정 표시 소자의 구동 전압이 낮아지는 액정 표시 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기의 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 진행시킨 결과, 이하의 요지를 갖는 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 전극을 구비한 1 쌍의 기판 사이에 배치한 액정 및 중합성 화합물을 포함하는 액정 조성물에 대하여, 자외선을 조사하여 경화시킨 액정층을 갖는, 전압 무인가시에 산란 상태가 되고, 전압 인가시에는 투명 상태가 되는 액정 표시 소자로서, 상기 액정이, 정의 유전 이방성을 가지며, 또한 상기 액정 조성물이, 하기 식 [1] 로 나타내는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자에 있다.

[화학식 1]

(X¹ 은 하기 식 [1-a] ∼ 식 [1-j] 를 나타낸다. X² 는 단결합, -O-, -NH-, -N(CH₃)-, -CH₂O-, -CONH-, -NHCO-, -CON(CH₃)-, -N(CH₃)CO-, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X³ 은 단결합 또는 -(CH₂)_a- (a 는 1 ∼ 15 의 정수이다) 를 나타낸다. X⁴ 는 단결합, -O-, -OCH₂-, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X⁵ 는 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 고리형기, 또는 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기를 나타내고, 상기 고리형기 상의 임의의 수소 원자는, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다. X⁶ 은 단결합, -O-, -CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X⁷ 은 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 고리형기를 나타내고, 이들 고리형기 상의 임의의 수소 원자가, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다. X⁸ 은 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 18 의 알콕시기 또는 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알콕시기를 나타낸다. Xm 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.)

[화학식 2]

(X^A 는 수소 원자 또는 벤젠 고리를 나타낸다.)

본 발명에 의하면, 광학 특성이 양호하고, 액정 표시 소자의 구동 전압이 낮아지는 액정 표시 소자가 얻어진다. 그 때문에, 본 발명의 소자는, 노멀형 소자로서 표시를 목적으로 하는 액정 디스플레이나, 광의 투과와 차단을 제어하는 조광창이나 광 셔터 소자 등에 사용된다.

본 발명에 의해 어떻게 상기의 우수한 특성을 갖는 액정 표시 소자가 얻어지는 메커니즘은, 반드시 분명하지는 않지만, 대략 다음과 같이 추정된다.

본 발명에 사용되는 액정 조성물은, 정 (正) 의 유전 이방성을 갖는 액정, 중합성 화합물 및 상기 식 [1] 로 나타내는 화합물 (특정 화합물이라고도 한다.) 을 함유한다. 특정 화합물은, 벤젠 고리나 시클로헥산 고리와 같은 강직 구조의 부위와, 식 [1] 중의 X¹ 로 나타내는 자외선에 의해 중합 반응하는 부위를 갖는다. 그 때문에, 이러한 특정 화합물을 액정 조성물 중에 포함시키면, 특정 화합물의 강직 구조의 부위가, 액정의 수직 배향성을 높이고, 전압 인가에 수반하는 액정의 구동을 촉진시켜, 액정 표시 소자의 구동 전압을 낮게 할 수 있다. 또, 식 [1] 중의 X¹ 의 부위가 중합성 화합물과 반응함으로써, 폴리머 네트워크를 조밀한 상태로 유지할 수 있다.

이러한 점에서, 본 발명에 있어서의 액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자는, 광학 특성이 양호하고, 액정 표시 소자의 구동 전압이 낮아지는 노멀형 소자가 된다.

＜액정 조성물＞

본 발명에 있어서의 액정 조성물은, 액정, 중합성 화합물 및 상기 식 [1] 로 나타내는 특정 화합물을 함유한다.

액정에는, 네마틱 액정, 스멕틱 액정 또는 콜레스테릭 액정을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 본 발명에 있어서는, 정의 유전 이방성을 갖는 것이 바람직하다. 또, 저전압 구동 및 산란 특성의 면에서는, 유전율의 이방성이 크고, 굴절률의 이방성이 큰 것이 바람직하다. 또, 액정에는, 상기의 상전이 온도, 유전율 이방성 및 굴절률 이방성의 각 물성값에 따라, 2 종류 이상의 액정을 혼합하여 사용할 수 있다.

액정 표시 소자를 TFT (Thin Film Transistor) 등의 능동 소자로서 구동시키기 위해서는, 액정의 전기 저항이 높고 전압 유지율 (VHR 이라고도 한다.) 이 높을 것이 요구된다. 그 때문에, 액정에는, 전기 저항이 높고 자외선 등의 활성 에너지선에 의해 VHR 이 저하되지 않는 불소계나 염소계의 액정을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 액정 표시 소자는, 액정 조성물 중에 이색성 염료를 용해시켜 게스트 호스트형의 소자로 할 수도 있다. 이 경우에는, 전압 무인가시에는 흡수 (산란) 이고, 전압 인가시에 투명이 되는 소자가 얻어진다. 또, 이 액정 표시 소자에서는, 액정의 디렉터의 방향 (배향의 방향) 은, 전압 인가의 유무에 의해 90 도 변화한다. 그 때문에, 이 액정 표시 소자는, 이색성 염료의 흡광 특성의 차이를 이용함으로써, 랜덤 배향과 수직 배향에서 스위칭을 실시하는 종래의 게스트 호스트형의 소자에 비교하여, 높은 콘트라스트가 얻어진다. 또, 이색성 염료를 용해시킨 게스트 호스트형의 소자에서는, 액정이 수평 방향으로 배향한 경우에 유색이 되고, 산란 상태에 있어서만 불투명이 된다. 그 때문에, 전압을 인가함에 따라, 전압 무인가시의 유색 불투명으로부터 유색 투명, 무색 투명의 상태로 전환되는 소자를 얻을 수도 있다.

액정 조성물 중의 중합성 화합물은, 액정 표시 소자 제조시의 자외선의 조사에 의해, 중합 반응하여 경화성 수지를 형성하기 위한 것이다. 그 때문에, 미리, 중합성 화합물을 중합 반응시킨 폴리머를 액정 조성물에 도입해도 된다. 단, 폴리머로 한 경우에도, 자외선의 조사에 의해 중합 반응하는 부위를 가질 필요가 있다. 중합성 화합물은, 액정 조성물의 취급, 즉, 액정 조성물의 고점도화의 억제나 액정에 대한 용해성의 면에서, 중합성 화합물을 포함하는 액정 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.

중합성 화합물은, 액정에 용해되면, 특별히 한정되지 않지만, 중합성 화합물을 액정에 용해시켰을 때에, 액정 조성물의 일부 또는 전체가 액정상을 나타내는 온도가 존재하는 것이 필요해진다. 액정 조성물의 일부가 액정상을 나타내는 경우라도, 액정 표시 소자를 육안으로 확인하여, 소자 내 전체가 거의 균일한 산란 특성과 투명성이 얻어지고 있으면 된다.

중합성 화합물은, 자외선에 의해 중합하는 화합물이면 되고, 그 때, 어떠한 반응 형식으로 중합이 진행되어, 경화성 수지를 형성시켜도 된다. 구체적인 반응 형식으로는, 라디칼 중합, 카티온 중합, 아니온 중합 또는 중부가 반응을 들 수 있다.

그 중에서도, 중합성 화합물의 반응 형식은, 액정 표시 소자의 광학 특성의 면에서, 라디칼 중합이 바람직하다. 그 때, 중합성 화합물로는, 하기의 라디칼형의 중합성 화합물, 또는 그 올리고머를 사용할 수 있다. 또, 상기와 같이, 이들 중합성 화합물을 중합 반응시킨 폴리머를 사용할 수도 있다.

라디칼형의 중합성 화합물 또는 그 올리고머의 구체예는, 국제 공개 2015/146987 (2015.10.1 공개) 의 69 페이지 ∼ 71 페이지에 기재된 라디칼형의 중합성 화합물을 들 수 있다.

라디칼형의 중합성 화합물 또는 그 올리고머의 사용 비율은, 액정 표시 소자의 액정층과 전극의 밀착성의 면에서, 액정 조성물 중의 액정 100 질량부에 대하여, 70 ∼ 150 질량부가 바람직하고, 80 ∼ 110 질량부가 보다 바람직하다. 또, 라디칼형의 중합성 화합물은, 각 특성에 따라, 1 종류 또는 2 종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 경화성 수지의 형성을 촉진시키기 위해, 액정 조성물 중에는, 중합성 화합물의 라디칼 중합을 촉진시키는 목적으로, 자외선에 의해, 라디칼을 발생하는 라디칼 개시제 (중합 개시제라고도 한다) 를 도입하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 국제 공개 2015/146987 의 71 페이지 ∼ 72 페이지에 기재된 라디칼 개시제를 들 수 있다.

라디칼 개시제의 사용 비율은, 액정 표시 소자의 액정층과 전극의 밀착성의 면에서, 액정 조성물 중의 액정 100 질량부에 대하여, 0.01 ∼ 20 질량부가 바람직하고, 0.05 ∼ 10 질량부가 보다 바람직하다. 또, 라디칼 개시제는, 각 특성에 따라, 1 종류 또는 2 종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

특정 화합물은, 상기 식 [1] 로 나타내는 화합물이다.

식 [1] 중, X¹ ∼ X⁸ 및 Xm 은, 상기에 정의한 바와 같지만, 그 중에서도 각각, 하기의 것이 바람직하다.

X¹ 은 상기 식 [1-a], 식 [1-b], 식 [1-c], 식 [1-d], 식 [1-e] 또는 식 [1-f] 가 바람직하고, 식 [1-a], 식 [1-b], 식 [1-c] 또는 식 [1-e] 가 보다 바람직하고, 식 [1-a] 또는 식 [1-b] 가 가장 바람직하다.

X² 는 단결합, -O-, -CH₂O-, -CONH-, -COO- 또는 -OCO- 가 바람직하고, 단결합, -O-, -COO- 또는 -OCO- 가 보다 바람직하다.

X³ 은 단결합 또는 -(CH₂)_a- (a 는 1 ∼ 10 의 정수이다) 가 바람직하고, -(CH₂)_a- (a 는 1 ∼ 10 의 정수이다) 가 보다 바람직하다.

X⁴ 는 단결합, -O- 또는 -COO- 가 바람직하고, -O- 가 보다 바람직하다.

X⁵ 는 벤젠 고리 또는 시클로헥산 고리, 또는 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기가 바람직하고, 벤젠 고리 또는 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기가 보다 바람직하다.

X⁶ 은 단결합, -O-, -COO- 또는 -OCO- 가 바람직하고, 단결합, -COO- 또는 -OCO- 가 보다 바람직하다.

X⁷ 은 벤젠 고리 또는 시클로헥산 고리가 바람직하다.

X⁸ 은 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기 혹은 알콕시기, 또는 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기 또는 알콕시기가 보다 바람직하다. Xm 은 0 ∼ 2 의 정수가 바람직하다.

식 [1] 에 있어서의 바람직한 X¹ ∼ X⁸ 및 Xm 의 조합은, 하기의 표 1 ∼ 9 에 나타낸다.

보다 구체적인 특정 화합물로는, 하기 식 [1a-1] ∼ 식 [1a-11] 로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 들 수 있고, 이들을 사용하는 것이 바람직하다.

[화학식 3]

(X^a 는, -O- 또는 -COO- 를 나타낸다. X^b 는, 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기를 나타낸다. p1 은, 1 ∼ 10 의 정수를 나타낸다. p2 는, 1 또는 2 의 정수를 나타낸다.)

[화학식 4]

(X^c 는, 단결합, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X^d 는, 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기 또는 알콕시기를 나타낸다. p3 은, 1 ∼ 10 의 정수를 나타낸다. p4 는, 1 또는 2 의 정수를 나타낸다.)

[화학식 5]

(X^e 는, -O- 또는 -COO- 를 나타낸다. X^f 는, 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기를 나타낸다. X^g 는, 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기 또는 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기를 나타낸다. p5 는, 1 ∼ 10 의 정수를 나타낸다.)

특정 화합물의 함유 비율은, 액정 표시 소자의 액정층과 전극의 밀착성의 면에서, 액정 조성물 중의 액정 100 질량부에 대하여, 0.1 ∼ 30 질량부가 바람직하고, 0.5 ∼ 20 질량부가 보다 바람직하고, 1 ∼ 10 질량부가 가장 바람직하다. 또, 특정 화합물은, 각 특성에 따라, 1 종류 또는 2 종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

액정 조성물의 조제 방법으로는, 단독 또는 복수 종의 중합성 화합물과 특정 화합물을 혼합한 것을 액정에 첨가하는 방법이나, 미리, 액정에 특정 화합물을 첨가한 것을 조제하고, 그것에 단독 또는 복수 종의 중합성 화합물을 첨가하는 방법을 들 수 있다.

복수 종의 중합성 화합물을 사용하는 경우, 그들을 혼합할 때에 중합성 화합물의 용해성에 따라, 가열할 수도 있다. 그 때의 온도는 100 ℃ 미만이 바람직하다. 또, 중합성 화합물과 특정 화합물을 혼합하는 경우, 및 액정과 특정 화합물을 혼합하는 경우도 마찬가지이다.

＜액정 표시 소자의 제조 방법＞

액정 표시 소자에 사용하는 기판으로는, 투명성이 높은 기판이면 특별히 한정되지 않고, 유리 기판 외에, 아크릴 기판, 폴리카보네이트 기판, PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 기판 등의 플라스틱 기판, 나아가서는, 그들의 필름을 사용할 수 있다. 특히, 조광창 등에 사용하는 경우에는, 플라스틱 기판이나 필름이 바람직하다. 또, 프로세스의 간소화의 관점에서는, 액정 구동을 위한 ITO 전극, IZO (Indium Zinc Oxide) 전극, IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide) 전극, 유기 도전막 등이 형성된 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 반사형의 액정 표시 소자로 하는 경우에는, 편측의 기판에만이라면, 실리콘 웨이퍼나 알루미늄 등의 금속이나 유전체 다층막이 형성된 기판을 사용할 수 있다.

액정 표시 소자에 사용하는 액정 조성물은, 상기와 같은 액정 조성물이지만, 그 중에, 액정 표시 소자의 전극 간극 (갭이라고도 한다.) 을 제어하기 위한 스페이서를 도입할 수도 있다.

액정 조성물의 주입 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 다음의 방법을 들 수 있다. 즉, 기판에 유리 기판을 사용하는 경우, 1 쌍의 기판을 준비하고, 편측의 기판의 4 편을, 일부분을 제외하고 시일제를 도포하고, 그 후, 전극면이 내측이 되도록 하여, 다른 편측의 기판을 첩합 (貼合) 한 공셀을 제조한다. 그리고, 시일제가 도포되어 있지 않은 장소로부터 액정 조성물을 감압 주입하여, 액정 조성물 주입 셀을 얻는 방법을 들 수 있다. 또한, 기판에 플라스틱 기판이나 필름을 사용하는 경우에는, 1 쌍의 기판을 준비하고, 편측의 기판 상에 ODF (One Drop Filling) 법이나 잉크젯법 등으로 액정 조성물을 적하하고, 그 후, 다른 편측의 기판을 첩합하여, 액정 조성물 주입 셀을 얻는 방법을 들 수 있다. 본 발명의 액정 표시 소자에서는, 액정층과 전극의 밀착성이 높기 때문에, 기판의 4 편에 시일제를 도포하지 않아도 된다.

액정 표시 소자의 갭은, 상기의 스페이서 등으로 제어할 수 있다. 그 방법은, 상기와 같이, 액정 조성물 중에 목적으로 하는 크기의 스페이서를 도입하는 방법이나, 목적으로 하는 크기의 칼럼 스페이서를 갖는 기판을 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 또, 기판에 플라스틱이나 필름 기판을 사용하고, 기판의 첩합을 라미네이트로 실시하는 경우에는, 스페이서를 도입하지 않고, 갭을 제어할 수도 있다.

액정 표시 소자의 갭의 크기는, 1 ∼ 100 ㎛ 가 바람직하고, 1 ∼ 50 ㎛ 가 보다 바람직하고, 2 ∼ 30 ㎛ 가 특히 바람직하다. 갭이 지나치게 작으면, 액정 표시 소자의 콘트라스트가 저하되고, 지나치게 크면, 소자의 구동 전압이 높아진다.

액정 표시 소자는, 액정 조성물의 경화를 실시하고, 액정층을 형성시켜 얻어진다. 이 액정 조성물의 경화는, 상기의 액정 조성물 주입 셀에, 자외선을 조사하여 실시한다. 그 때에 사용하는 자외선 조사 장치의 광원으로는, 예를 들어, 메탈 할라이드 램프 또는 고압 수은 램프를 들 수 있다. 그 때, 자외선의 파장은, 250 ∼ 400 ㎚ 가 바람직하고, 310 ∼ 370 ㎚ 가 보다 바람직하다. 또, 자외선을 조사한 후에, 가열 처리를 실시해도 된다. 그 때의 온도로는, 20 ∼ 120 ℃ 가 바람직하고, 30 ∼ 100 ℃ 가 보다 바람직하다.

실시예

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이하에서 사용하는 약어는 하기와 같다.

＜특정 화합물＞

[화학식 6]

＜중합성 화합물＞

R1 : IBXA (오사카 유기 화학 공업사 제조)

R2 : 2-하이드록시에틸메타크릴레이트

R3 : KAYARAD FM-400 (닛폰 화약사 제조)

R4 : EBECRYL 230 (다이셀·올넥스사 제조)

R5 : 카렌즈 MT PE1 (쇼와 전공사 제조)

＜광 라디칼 개시제＞

P1 : IRGACURE 184 (BASF 사 제조)

＜액정＞

L1 : MLC-3018 (머크사 제조)

＜액정 조성물 (1) 의 제조＞

R1 (1.20 g), R2 (0.30 g), R3 (1.20 g), R4 (0.90 g) 및 R5 (0.30 g) 를 혼합하고, 60 ℃ 에서 2 시간 교반하여, 중합성 화합물의 용액을 제조하였다. 그 한편으로, S1 (0.20 g) 및 L1 (5.80 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하여 특정 화합물을 포함하는 액정을 제조하였다. 그 후, 제조한 중합성 화합물의 용액, 특정 화합물을 포함하는 액정, 및 P1 (0.10 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 6 시간 교반하여, 액정 조성물 (1) 을 얻었다.

＜액정 조성물 (2) 의 제조＞

R1 (1.20 g), R2 (0.30 g), R3 (1.20 g), R4 (0.90 g) 및 R5 (0.30 g) 를 혼합하고, 60 ℃ 에서 2 시간 교반하여, 중합성 화합물의 용액을 제조하였다. 그 한편으로, S1 (0.80 g) 및 L1 (5.20 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하여 특정 화합물을 포함하는 액정을 제조하였다. 그 후, 제조한 중합성 화합물의 용액, 특정 화합물을 포함하는 액정, 및 P1 (0.10 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 6 시간 교반하여, 액정 조성물 (2) 를 얻었다.

＜액정 조성물 (3) 의 제조＞

R1 (1.20 g), R2 (0.30 g), R3 (1.20 g), R4 (0.90 g) 및 R5 (0.30 g) 를 혼합하고, 60 ℃ 에서 2 시간 교반하여, 중합성 화합물의 용액을 제조하였다. 그 한편으로, S2 (0.40 g) 및 L1 (5.60 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하여 특정 화합물을 포함하는 액정을 제조하였다. 그 후, 제조한 중합성 화합물의 용액, 특정 화합물을 포함하는 액정, 및 P1 (0.10 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 6 시간 교반하여, 액정 조성물 (3) 을 얻었다.

＜액정 조성물 (4) 의 제조＞

R1 (1.20 g), R2 (0.30 g), R3 (1.20 g), R4 (0.90 g) 및 R5 (0.30 g) 를 혼합하고, 60 ℃ 에서 2 시간 교반하여, 중합성 화합물의 용액을 제조하였다. 그 한편으로, S1 (0.20 g), S2 (0.10 g) 및 L1 (5.70 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하여 특정 화합물을 포함하는 액정을 제조하였다. 그 후, 제조한 중합성 화합물의 용액, 특정 화합물을 포함하는 액정, 및 P1 (0.10 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 6 시간 교반하여, 액정 조성물 (4) 를 얻었다.

＜액정 조성물 (5) 의 제조＞

R1 (1.20 g), R2 (0.30 g), R3 (1.20 g), R4 (0.90 g) 및 R5 (0.30 g) 를 혼합하고, 60 ℃ 에서 2 시간 교반하여, 중합성 화합물의 용액을 제조하였다. 그 후, 제조한 중합성 화합물의 용액, L1 (6.00 g) 및 P1 (0.10 g) 을 혼합하고, 25 ℃ 에서 6 시간 교반하여, 액정 조성물 (5) 를 얻었다.

「액정 표시 소자의 제조 (유리 기판)」

순수 및 IPA (이소프로필알코올) 로 세정한 ITO 전극 부착 유리 기판 (세로 : 100 ㎜, 가로 : 100 ㎜, 두께 : 0.7 ㎜) 을 2 장 준비하고, 그 일방의 기판의 ITO 면에, 입자경이 15 ㎛ 인 스페이서 (상품명 : 미크로펄, 세키스이 화학사 제조) 를 도포하였다. 그 후, 그 기반의 스페이서를 도포한 면에, ODF (One Drop Filling) 법으로 상기의 액정 조성물 (1) ∼ (5) 를 적하하고, 이어서, 타방의 기판의 ITO 면이 마주보도록 첩합을 실시하여, 처리 전의 액정 표시 소자를 얻었다.

이 처리 전의 액정 표시 소자에, 조도 20 ㎽/㎠ 의 메탈 할라이드 램프를 사용하여, 350 ㎚ 이하의 파장을 커트하고, 조사 시간 60 초로 자외선 조사를 실시하였다. 이로써, 액정 표시 소자 (유리 기판) 를 얻었다.

「액정 표시 소자의 제조 (플라스틱 기판)」

순수로 세정한 ITO 전극 부착 PET 기판 (세로 : 150 ㎜, 가로 : 150 ㎜, 두께 : 0.1 ㎜) 을 2 장 준비하고, 그 일방의 기판의 ITO 면에, 상기 20 ㎛ 의 스페이서를 도포하였다. 그 후, 그 기판의 스페이서를 도포한 ITO 면에, ODF 법으로 상기의 액정 조성물 (1) ∼ (5) 를 적하하고, 이어서, 타방의 기판의 ITO 면이 마주보도록 첩합을 실시하여, 처리 전의 액정 표시 소자를 얻었다. 또한, ODF 법으로 액정 조성물의 적하 및 첩합을 실시할 때에는, ITO 전극 부착 PET 기판의 지지 기판으로서 유리 기판을 사용하였다. 그 후, 자외선을 조사하기 전에, 그 지지 기판을 제거하였다.

이 처리 전의 액정 표시 소자에, 상기의 「액정 표시 소자의 제조 (유리 기판)」과 동일한 수법으로 자외선을 조사하여, 액정 표시 소자 (플라스틱 기판) 을 얻었다.

「광학 특성 (산란 특성과 투명성) 의 평가」

본 평가는, 액정 표시 소자 (유리 기판 및 플라스틱 기판) 의 전압 무인가 상태 (0 V) 및 전압 인가 상태 (교류 구동 : 10 V ∼ 50 V) 의 Haze (흐림도) 를 측정함으로써 실시하였다. 그 때, Haze 는, JIS K 7136 에 준거하여, 헤이즈미터 (HZ-V3, 스가 시험기사 제조) 로 측정하였다. 또한, 본 평가에서는, 전압 무인가 상태의 Haze 가 높을수록 산란 특성이 우수하고, 전압 인가 상태에서의 Haze 가 낮을수록 투명성이 우수한 것으로 하였다. Haze 의 결과를, 표 10 에 정리하여 나타낸다.

＜실시예 1 ∼ 8 및 비교예 1, 2＞

하기의 표 10 에 나타내는 바와 같이, 상기의 액정 조성물 (1) ∼ (5) 를 사용하여, 상기의 수법으로 액정 표시 소자의 제조 및 광학 특성 (산란 특성과 투명성) 의 평가를 실시하였다.

그 때, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5, 실시예 7 및 비교예 1 은, 유리 기판을 사용하여 액정 표시 소자의 제조와 각 평가를 실시하고, 실시예 2, 실시예 4, 실시예 6, 실시예 8 및 비교예 2 에서는, 플라스틱 기판을 사용하였다.

상기 표 10 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 액정 표시 소자는, 비교예에 비교하여, 전압 인가 상태에서의 Haze 가 낮으며, 또한, 보다 낮은 전압에서 Haze 가 낮다. 즉, 실시예에서는, 양호한 광학 특성 (투명성) 을 발현하며, 또한, 액정 표시 소자의 구동 전압이 낮아진다.

구체적으로는, 동일한 조건에서의 비교인, 실시예 1 과 비교예 1 의 비교, 및 실시예 2 와 비교예 2 의 비교로부터 분명하다. 이들 결과는, 액정 표시 소자의 기판에 플라스틱 기판을 사용해도 마찬가지였다.

산업상 이용가능성

또, 본 발명의 액정 표시 소자는, 전압 무인가시에 산란 상태가 되고, 전압 인가시에는 투명 상태가 되는 노멀형 소자에, 바람직하게 사용할 수 있다. 그리고, 본 소자는, 표시를 목적으로 하는 액정 디스플레이, 나아가서는, 광의 차단과 투과를 제어하는 조광창이나 광 셔터 소자 등에 사용할 수 있고, 이 노멀형 소자의 기판에는, 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.

또한, 2018년 3월 20일에 출원된 일본 특허출원 2018-052662호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면, 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims

전극을 구비한 1 쌍의 기판 사이에 배치한 액정 및 중합성 화합물을 포함하는 액정 조성물에 대하여, 자외선을 조사하여 경화시킨 액정층을 갖는, 전압 무인가시에 산란 상태가 되고, 전압 인가시에는 투명 상태가 되는 액정 표시 소자로서,
상기 액정이, 정 (正) 의 유전 이방성을 가지며, 또한,
상기 액정 조성물이, 하기 식 [1] 로 나타내는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.

(X¹ 은 하기 식 [1-a] ∼ 식 [1-j] 를 나타낸다. X² 는 단결합, -O-, -NH-, -N(CH₃)-, -CH₂O-, -CONH-, -NHCO-, -CON(CH₃)-, -N(CH₃)CO-, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X³ 은 단결합 또는 -(CH₂)_a- (a 는 1 ∼ 15 의 정수이다) 를 나타낸다. X⁴ 는 단결합, -O-, -OCH₂-, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X⁵ 는 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 고리형기, 또는 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기를 나타내고, 상기 고리형기 상의 임의의 수소 원자는, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다. X⁶ 은 단결합, -O-, -CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X⁷ 은 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 고리형기를 나타내고, 이들 고리형기 상의 임의의 수소 원자가, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다. X⁸ 은 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 18 의 알콕시기 또는 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알콕시기를 나타낸다. Xm 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.)

(X^A 는 수소 원자 또는 벤젠 고리를 나타낸다.)
제 1 항에 있어서,
상기 식 [1] 로 나타내는 화합물의 도입량이, 액정 100 질량부에 대하여, 0.5 ∼ 20 질량부인 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 식 [1] 중의 X¹ 이, 상기 식 [1-a], 식 [1-b], 식 [1-c], 식 [1-d], 식 [1-e] 또는 식 [1-f] 인 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 식 [1] 로 나타내는 화합물이, 하기 식 [1a-1] ∼ 식 [1a-11] 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 액정 표시 소자.

(X^a 는, -O- 또는 -COO- 를 나타낸다. X^b 는, 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기를 나타낸다. p1 은, 1 ∼ 10 의 정수를 나타낸다. p2 는, 1 또는 2 의 정수를 나타낸다.)

(X^c 는, 단결합, -COO- 또는 -OCO- 를 나타낸다. X^d 는, 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기 또는 알콕시기를 나타낸다. p3 은, 1 ∼ 10 의 정수를 나타낸다. p4 는, 1 또는 2 의 정수를 나타낸다.)

(X^e 는, -O- 또는 -COO- 를 나타낸다. X^f 는, 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기를 나타낸다. X^g 는, 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기 또는 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기를 나타낸다. p5 는, 1 ∼ 10 의 정수를 나타낸다.)
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정 표시 소자의 기판이, 유리 기판 또는 플라스틱 기판인 액정 표시 소자.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정 표시 소자가, 조광창 또는 광 셔터 소자인 액정 표시 소자.