TWI774891B - 液晶組成物及液晶顯示元件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種垂直配向性與殘影特性優異之液晶組成物,及提供一種使用該液晶組成物之液晶顯示元件。本發明提供一種液晶組成物,該液晶組成物含有1種以上之自配向性單體,該自配向性單體具有第1液晶原(mesogen)骨架、由通式(PG1)表示之至少一個聚合性基團及至少一個吸附基團,該液晶組成物並含有具備與前述自配向性單體不同化學構造之選自由下述通式(I)所表示之聚合性單體組成之群中的2種以上之聚合性單體。
Description
本發明係關於一種含有3種以上之單體的液晶組成物及使用該液晶組成物之液晶顯示元件。
一般而言,液晶面板或液晶顯示器等液晶顯示元件,係藉由電場等外部刺激來改變液晶分子之排列狀態,將伴隨其之光學特性的變化利用於顯示上。此種液晶顯示元件為在二片透明基板之間隙填充有液晶分子之狀態的構成,通常在與該液晶分子抵接之基板的表面形成有用以預先使液晶分子排列於特定方向之配向膜。
然而,於液晶顯示元件之製造步驟中,具有下述問題:因發生於配向膜表面之損傷或塵埃而導致發生配向缺陷的問題,或伴隨基板尺寸大型化,難以設計及控管用以得到涵蓋基板整面之均勻配向性及長期間之均勻配向的配向膜。
因此,近年來,要求開發出藉由將含有控制液晶分子配向之自配向劑的液晶組成物使用於液晶層,而無須聚醯亞胺層所代表之配向膜的液晶顯示元件。
例如於專利文獻1,記載有一種含有自配向材料之液晶組成物,該液晶組成物含有具備辛基且顯示出高直線性之單官能的聯苯單體與具備硬脂醯基(stearyl)且顯示出低直線之雙官能的聯苯單體,來代替與液晶分子之相互作用相對較弱的丙烯酸月桂酯(lauryl acrylate),藉由該液晶組成物來抑制電壓保持率下降。
又,於專利文獻2,揭示有各種含有在不使用配向膜下控制液晶分子配向之聚合性自配向添加劑的液晶組成物。具體而言,記載有:若將含有低分子量非聚合性液晶成分及聚合性自配向添加劑之液晶組成物填充於沒有聚醯亞胺配向層之測試單元(test cell)(沒有預配向層之測試用單元)中,則相對於基板表面會有自發的垂直(homeotropic)配向,此配向可穩定地保持至透明點,所形成之VA單元藉由施加電壓,能夠作可逆地開關。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利公開2017-0123275號公報
[專利文獻2]日本特表2017-523289號公報
[發明所欲解決之課題]
然而,上述專利文獻1所示之類的含有2種烷基鏈長且具備聯苯骨架之疏水性單體的組成物,雖然被認為與填充於一對基板間之液晶層之液晶分子的相互作用較丙烯酸月桂酯強,但會發生因對基板之吸附力低而無法調控液晶分子之配向方向的問題。
又,於專利文獻2,由於記載有「對具有形成為羥基或胺基之吸附基團的聚合性自配向添加劑,混合非聚合性自配向添加劑或1種聚合性單體」之形態,故被認為是考慮過對基板之吸附力的分子設計。然而,若聚合性自配向添加劑對基板之吸附力過高,則由於聚合性自配向添加劑無法均勻地展開於基板上,故會產生配向不均之問題。又,未考慮過在聚合性自配向添加劑吸附於基板之狀態下聚合之層的狀態。亦即,專利文獻2所記載之組成物,由於為將非聚合性自配向添加劑與聚合性自配向添加劑加以混合而成之組成物或者聚合成分僅為聚合性自配向添加劑或為1種聚合性單體中之任一者,故難以形成緻密之層。若無法形成緻密之層,則由於自配向添加劑所具備之垂直配向成分無法固定化,故會發生預傾角(pretilt angle)之變化量變大,殘影特性下降的問題。
因此,本發明所欲解決之課題在於提供一種垂直配向性與殘影特性優異之液晶組成物,及使用有該液晶組成物之液晶顯示元件。
本發明所欲解決之另一課題,在於提供一種垂直配向性、低溫溶解性及殘影特性此3種特性優異之液晶組成物,及使用有該液晶組成物之液晶顯示元件。
[用以解決課題之手段]
本發明人等經潛心研究之結果,發現藉由含有1種以上之自配向聚合性單體與2種以上具有特定化學構造之聚合性單體的液晶組成物及使用有該液晶組成物之液晶顯示元件,可解決上述課題,而完成本案發明。
[發明之效果]
本發明之液晶組成物,顯示出對液晶分子之優異的垂直配向性,與優異之殘影特性。
本發明之液晶組成物,對基板顯示出優異之展開性(滲暈)。
本發明之液晶組成物,沒有配向不均或可減少配向不均。
本發明之液晶顯示元件,沒有配向不均或顯示出經減少之配向不均。
本發明之第一態樣為一種液晶組成物,該液晶組成物含有具有液晶原(mesogen)基與通式(PG1)表示之至少一個聚合性基團與至少一個吸附基團的1種以上之自配向性單體,及具備與前述自配向性單體不同化學構造式之選自由下述通式(I)所表示之化合物組成之群中的2種以上之聚合性單體。
(上述式中,前述P11
為以下之式(P-I)~式(P-IX)表示之任一個基,
(式中,Rp11
及Rp12
各自獨立地表示氫原子、碳原子數1~5之烷基或碳原子數1~5之鹵化烷基,Wp11
表示單鍵、-O-、-COO-或亞甲基(methylene),tp11
表示0、1或2,前述聚合性基團P11
之1個以上的氫原子亦可被取代成前述吸附基團。)
S11
表示單鍵或碳原子數1~15之伸烷基(alkylene),該伸烷基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,前述S11
之1個以上的氫原子亦可被取代成前述吸附基團。上述化學式中之*表示鍵結鍵。)
(上述通式(I)中,R101
、R102
、R103
、R104
、R105
、R106
、R107
、R108
、R109
及R110
各自獨立地表示P21
-S21
-、碳原子數1至18之烷基、碳原子數1至18之烷氧基、鹵素原子或氫原子中的任一者,上述P21
為上述式(R-I)~式(R-IX)表示之任一個基,上述S21
表示單鍵或碳原子數1~15之伸烷基,該伸烷基中之1個或2個以上的-CH2
-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,
n11
表示0、1或2,
n12
及n13
各自獨立地表示0或1,
n11
+n12
+n13
=1、2或3,
A11
表示選自由下述之基(a)、基(b)及基(c)組成之群中之基:
(a)1,4-伸環己基(存在於此基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被取代成-O-。)
(b)1,4-伸苯基(存在於此基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)及
(c)萘-2,6-二基、2,7-菲二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基或十氫萘-2,6-二基(存在於萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)
上述之基(a)、基(b)及基(c)亦可各自獨立地經碳原子數1~12之烷基、碳原子數1~12之烷氧基、鹵素、氰基、硝基或P11
-S11
-取代,
L10
及L11
各自獨立地表示單鍵、-OCH2
-、-CH2
O-、-C2
H4
-、-OC2
H4
O-、-COO-、-OCO-、-CH=CRa
-COO-、-CH=CRa
-OCO-、-COO-CRa
=CH-、-OCO-CRa
=CH-、-(CH2
)z
-COO-、-(CH2
)z
-OCO-、-OCO-(CH2
)z
-、-COO-(CH2
)z
-、-CH=CH-、-CF2
O-、-OCF2
-或-C≡C-(式中,Ra
各自獨立地表示氫原子或碳原子數1~3之烷基,前述式中,z各自獨立地表示1~4之整數。),
當P21
、S21
、L11
及A11
存在複數個之情形時,各自可相同或亦可不同。)
本發明之液晶組成物由於含有化學構造不同之至少3種的單體,故可輕易因應各種聚合條件,容易進行聚合反應,藉此可形成緻密聚合物之網路層(network layer)。又,認為由於藉由使用2種以上之聚合性單體,而可含有參與聚合反應之聚合性單體群與有助於垂直配向性之聚合性單體群的功能分離的2種以上之單體,故可達成高的垂直配向性與小的預傾斜(pretilt)變化量。
以下,本發明之液晶組成物含有為必須構成成分之自配向性單體及聚合性單體作為聚合性成分,並含有非聚合性液晶化合物作為液晶成分。以下,於說明必須構成成分即自配向性單體及聚合性單體後,再詳述液晶組成物所含之液晶成分。
<自配向性單體>
本發明之自配向性單體主要是添加於液晶組成物來使用,和與含有該液晶組成物之液晶層直接抵接的構件(電極(例如,ITO)、基板(例如,玻璃基板、丙烯酸基板、透明基板、撓性基板等)、樹脂層(例如,濾色器、配向膜、保護層(overcoat layer)等)、絕緣膜(例如,無機材料膜、SiNx等))相互作用,具備有誘發液晶層之液晶分子之垂直排列或水平配向(homogeneous alignment)的功能。
上述自配向性單體較佳具有「用以聚合之聚合性基團」與「和液晶分子類似之液晶原基團(mesogen group)」與「可和與液晶層直接抵接之構件相互作用的吸附基團」,並視需要進一步具有誘發液晶分子配向之柔性基團(flexible group)。
「聚合性基團」
本發明之聚合性基團為以通式(PG1)表示之基,P11
為選自下述通式(P-I)~通式(P-IX)表示之群中的基。
(式中,Rp11
及Rp12
各自獨立地表示氫原子、碳原子數1~5之烷基或碳原子數1~5之鹵化烷基,Wp11
表示單鍵、-O-、-COO-或亞甲基,tp11
表示0、1或2。)
上述P11
較佳為選自由下述通式(P-I)~通式(P-IX)表示之群中的基,較佳為通式(P-I)。
於本發明之自配向性單體中,P11
-S11
-亦可鍵結於液晶原基團、吸附基團及/或柔性基團。
又,於本發明之自配向性單體中,聚合性基團較佳為直接或透過間隔基團(spacer group)鍵結於液晶原基團、吸附基團或柔性基團,更佳為直接或透過間隔基團鍵結於液晶原基團或吸附基團。
上述間隔基團(Sp11
)較佳表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~20個的伸烷基,更佳表示單鍵或直鏈狀之碳原子數1~20個的伸烷基,更佳表示單鍵或直鏈狀之碳原子數2~10個的伸烷基。又,於上述間隔基團(Sp11
),伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代。
於本發明之自配向性單體中,聚合性基團(P11
-S11
-)之數目較佳為1以上5以下,更佳為1以上4以下,再更佳為2以上4以下,再更佳為2或3,進一步再更佳為2。
P11
-S11
-中之氫原子亦可經聚合性基團、吸附基團及/或柔性基團取代。
「液晶原基團」
本發明之液晶原基團係指具備有剛直部分之基,例如具備有1個以上之環式基者,較佳具有2~4個環式基,更佳具有3~4個環式基,視需要,環式基亦可經連結基連結。液晶原基團較佳為與使用於液晶層之液晶化合物類似的骨架。
另,本說明書中「環式基」係指構成之原子鍵結成環狀的原子團,包含碳環、雜環、飽和或不飽和環式構造、單環、2環式構造、多環式構造、芳香族、非芳香族等。又,環式基亦可含有至少1個雜原子(hetero-atom),並且,亦可被至少1個取代基(鹵素原子、反應性官能基、有機基(烷基、芳基等)取代。當環式基為單環之情形時,液晶原基團較佳含有2個以上之單環。
上述液晶原基團例如較佳以通式(AL)表示。
(式中,ZAL
表示單鍵、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CF2
O-、-OCF2
-、-CH=CHCOO-、-OCOCH=CH-、-CH2
-CH2
COO-、-OCOCH2
―CH2
-、-CH=C(CH3
)COO-、-OCOC(CH3
)=CH-、-CH2
-CH(CH3
)COO-、-OCOCH(CH3
)-CH2
-、-OCH2
CH2
O-或碳原子數1~20之伸烷基,此伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-COO-或-OCO-取代,
AAL
表示2價之環式基,
ZAL
及AAL
中之1個或2個以上的氫原子亦可各自獨立地經鹵素原子、吸附基團、P11
-S11
-或1價有機基取代,
當ZAL
及AAL
各自存在複數個之情形時,各自彼此可相同或亦可不同,mAL
表示1~5之整數,上述式中之左端的*及右端的*表示鍵結鍵。)
於通式(AL)中,ZAL
較佳為單鍵或碳原子數2~20之伸烷基,更佳為單鍵或碳原子數2~10之伸烷基。上述伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-COO-或-OCO-取代。並且,當想要的是棒狀分子之直線性的情形時,較佳為環與環直接連結之形態的單鍵或直接連結環與環之原子的數目為偶數個之形態。例如,當-CH2
-CH2
COO-之情形時,直接連結環與環之原子的數目為4個。
於通式(AL)中,環式基較佳表示選自由1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、1,4-環己烯基、四氫哌喃-2,5-二基、1,3-二口咢烷-2,5-二基、四氫噻喃(tetrahydrothiopyran)-2,5-二基、噻吩-2,5-二基、1,4-雙環(2,2,2)伸辛基、十氫萘-2,6-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡口井-2,5-二基、噻吩-2,5-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基、2,6-伸萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氫菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氫菲-2,7-二基、1,4-伸萘基、苯并[1,2-b:4,5-b‘]二噻吩-2,6-二基、苯并[1,2-b:4,5-b‘]二硒吩-2,6-二基、[1]苯并噻吩并(benzothieno)[3,2-b]噻吩-2,7-二基、[1]苯并硒吩并(benzoselenopheno)[3,2-b]硒吩-2,7-二基及茀-2,7-二基組成之群中的1種構造,此等構造可未經取代或經取代,更佳為1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、2,6-伸萘基或菲-2,7-二基,較佳為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基。又,環式基中之1個或2個以上的氫原子亦可被鹵素原子、吸附基團、P11
-S11
-或1價有機基取代。
於通式(AL)中,所謂一價有機基,為藉由有機化合物成為1價基之形態而構成化學構造之基,係指從有機化合物去除1個氫原子而成之原子團,例如可列舉:碳原子數1~15之烷基、碳原子數2~15之烯基、碳原子數1~14之烷氧基、碳原子數2~15之烯氧基等,較佳為碳原子數1~15之烷基或碳原子數1~14之烷氧基。又,上述烷基、烯基、烷氧基、烯氧基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-COO-或-OCO-取代。並且,上述一價有機基亦可具有作為後述之柔性基團的功用。
上述通式(AL)中,mAL
較佳為2~4之整數。
作為上述液晶原基團之較佳形態,可列舉以下之式(me-1)~(me-42)。通式(AL)為此等構造中之2個氫原子經脫離的構造。
此等式(me-1)~(me-44)中之環己烷環、苯環或萘環中的1個或2個以上氫原子亦可被取代成鹵素原子、P11
-S11
-、1價有機基(例如,碳原子數1~15之烷基、碳原子數1~14之烷氧基)、吸附基團或柔性基團。
上述液晶原基團之中,較佳之形態為式(me-8)~(me-44),更佳為式(me-8)~(me-10)、式(me-12)~(me-18)、式(me-22)~(me-24)、式(me-26)~(me-27)及式(me-29)~(me-44),再更佳為式(me-12)、(me-15)~(me-16)、(me-22)~(me-24)、(me-29)、(me-34)、(me-36)~(me-37)、(me-42)~(me-44)。
上述液晶原基團之中,尤佳之形態為以下述通式(AL-1)或(AL-2)表示,更佳為式(AL-2)。
(上述式中,Xal1
~Xal18
各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、P11
-S11
-、吸附基團或柔性基團,環A及環B各自獨立地表示環己烷環或苯環,
Xal1
~Xal18
之任1種或2種以上被取代成前述吸附基團,
Xal1
~Xal18
之任1種或2種以上被取代成前述柔性基團,
前述吸附基團及前述柔性基團亦可經取代成前述P11
-S11
-,
於通式(AL-1)或通式(AL-2)各自具有1種或2種以上之前述P11
-S11
-。)
於上述式(AL-1)中,較佳為Xa11
或Xa18
~Xa112
之至少1種或2種以上被取代成吸附基團,更佳為Xa11
或Xa110
之至少1種或2種以上被取代成吸附基團。另,於此情形時,前述吸附基團亦可被取代成P11
-S11
-。尤其是當環A為環己烷環之情形時,較佳為Xa110
被取代成吸附基團。
於上述式(AL-1)中,較佳為Xa16
~Xa114
之至少1種或2種以上經取代成聚合性基團,更佳為Xal9
或Xa111
之任一者被取代成P11
-S11
-。
於上述式(AL-1)中,較佳為Xa11
~Xa13
、Xa6
~Xa114
、Xa117
~Xa118
之至少1種或2種以上被取代成柔性基團,較佳為Xa11
~Xa13
、Xa6
~Xa19
、Xa111
~Xa114
或Xa117
~Xa118
之至少1種或2種以上被取代成柔性基團。更佳為Xa11
被取代成柔性基團,且Xa6
~Xa19
或Xa111
~Xa114
之任1種被取代成柔性基團。於此情形時,再更佳為前者之Xa11
中的柔性基團其碳原子數較後者之柔性基團多。柔性基團亦可被取代成P11
-S11
-。
於上述式(AL-2)中,較佳為Xa11
或Xa16
~Xa110
之至少1種或2種以上被取代成吸附基團,更佳為Xa11
或Xa18
被取代成吸附基團。另,於此情形時,吸附基團亦可被取代成P11
-S11
-。尤其是當環A為環己烷環之情形時,較佳為Xa18
被取代成吸附基團。
於上述式(AL-2)中,較佳為Xal6
~Xa110
之任1種或2種以上被取代成P11
-S11
-,更佳為Xal7
或Xa19
之任一者被取代成P11
-S11
-。
於上述式(AL-2)中,較佳為Xa16
~Xa110
之至少1種或2種以上被取代成P11
-S11
-,更佳為Xa17
或Xa14
之任一者被取代成P11
-S11
-。
於上述式(AL-2)中,較佳為Xa11
~Xa17
或Xa9
~Xa114
之至少1種或2種以上被取代成柔性基團,較佳為Xa11
、Xa4
~Xa17
或Xa19
~Xa112
之至少1種或2種以上被取代成柔性基團。更佳為Xa11
被取代成柔性基團,且Xal4
~Xa17
或Xa19
~Xa112
之任1種被取代成柔性基團。於此情形時,再更佳為前者之Xa11
中之柔性基團其碳原子數較後者之柔性基團多。柔性基團亦可被取代成P11
-S11
-。
「吸附基團」
本發明之吸附基團為具備有與基板、膜、電極等吸附介質吸附之功用的基。
吸附一般分為形成化學鍵(共價鍵、離子鍵或金屬鍵)而於吸附介質與被吸附質之間吸附的化學吸附,或該化學吸附以外的物理吸附,本說明書之吸附可為化學吸附或物理吸附之任一者,較佳藉由物理吸附來與吸附介質吸附。因此,本發明之吸附基團較佳為能夠與吸附介質作物理吸附之基,該吸附基團更佳藉由分子間作用力來與吸附介質結合。作為藉由該分子間作用力來與吸附介質結合之形態,可舉藉由永久偶極、永久四極、分散力、電荷移動力或氫鍵等相互作用來與吸附介質結合。作為本發明之吸附基團的較佳形態,可舉能夠藉由氫鍵來與吸附介質結合之形態。於此情形時,本發明之吸附基團可為透過氫鍵之質子的施體或者受體,又亦可為兩者。
本發明之吸附基團,較佳為含有極性要素之基,該極性要素具有碳原子與雜原子連結之原子團。於本說明書所稱之極性要素,係指碳原子與雜原子直接連結之原子團。作為上述雜原子,較佳為選自由N、O、S、P、B及Si組成之群中的至少1種,較佳為選自由N、O及S組成之群中的至少1種,較佳為選自由N及O組成之群中的至少1種,較佳為O。
又,於本發明之自配向性單體中,本發明之極性要素的價數為一價、二價、三價等,並無特別限定,又,吸附基團中之極性要素的個數亦無特別限制。
於本發明之自配向性單體中,上述吸附基團較佳於一分子中具有1~8個,更佳具有1~4個,再更佳具有1~3個。
另,本發明之吸附基團不包含P11
-S11
-及柔性基團。
本發明之吸附基團含有1個或2個以上之極性要素,吸附基團大致可區分為環式基型與鏈式基型。環式基型為在其構造中含有環式基之形態,該環式基具備含有極性要素之環狀構造,而鏈式基型則為在其構造中不含有環式基(具備含有極性要素之環狀構造)之形態。鏈式基為在直鏈或分支之鏈狀基中具有極性要素的形態,亦可在此一部分具有不含有極性要素之環狀構造。
所謂本發明之吸附基團為含有環式基的形態,意指環狀之原子排列內含有至少1個極性要素的形態。另,所謂本說明書中之環式基,則如上所述。因此,當本發明之吸附基團為含有環式基之形態的情形時,只要含有具極性要素之環式基即可,吸附基團整體上可為分支,亦可為直鏈狀。
而所謂本發明之吸附基團為鏈式基的形態,意指下述形態:分子內沒有含有極性要素之環狀原子排列,且於線狀之原子排列(亦可分支)內含有至少1個極性要素。另,所謂本說明書中之鏈式基,係指構造式中沒有環狀原子排列且構成之原子鍵結成線狀(亦可分支)的原子團,係指非環式基。若換言之,則為下述概念:指直鏈狀或分支狀之脂肪族基,可含有飽和鍵或不飽和鍵之任一者,例如包含烷基、烯基、烷氧基、酯基、醚基或酮基等,亦可被至少1個取代基(反應性官能基(乙烯基、丙烯醯基(acryl group)、甲基丙烯醯基(methacryl group)等)、鏈狀有機基(烷基、氰基等))取代。又,本發明之鏈式基可為直鏈狀或分支狀之任一者。
本發明之吸附基團較佳具有鏈式基或環式基,當重視吸附能力之情形時,較佳為鏈式基,若從對液晶組成物之穩定性的觀點,則較佳為環式基。
本發明之吸附基團為環式基的情形時,更佳為碳原子數3~20個之雜芳香族基(包含縮合環)或碳原子數3~20個之雜脂肪族基(包含縮合環),再更佳為碳原子數3~12個之雜芳香族基(包含縮合環)或碳原子數3~12個之雜脂肪族基(包含縮合環),進而再更佳為表示5員環雜芳香族基、5員環雜脂肪族基、6員環雜芳香族基或6員環雜脂肪族基,此等之環構造中的氫原子亦可被取代成鹵素原子、碳原子數1~5之直鏈狀或者分支狀的烷基或烷基氧基。
當本發明之吸附基團為鏈式基的情形時,較佳為直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~20個之烷基中的氫原子或-CH2
-被取代成極性要素,該烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-或-OCO-COO-取代。又,當本發明之吸附基團為鏈式基的情形時,較佳於端部含有極性要素或含有2個以上之極性要素。
本發明之吸附基團的氫原子亦可被取代成聚合性基團。
本發明之極性要素的種類,具體而言,較佳為以含有氧原子之極性要素(以下,稱為含氧極性要素)、含有氮原子之極性要素(以下,稱為含氮極性要素)、含有磷原子之極性要素(以下,稱為含磷極性要素)、含有硼原子之極性要素(以下,稱為含硼極性要素)、含有矽原子之極性要素(以下,稱為含矽極性要素)或含有硫原子之極性要素(以下,稱為含硫極性要素)表示的部分構造,從吸附能力之觀點,更佳為含氮極性要素或含氧極性要素,再更佳為含氧極性要素。
作為上述含氧極性要素,較佳為選自由羥基(-OH)、烷醇基(alkylol group)(-Rt
-OH;Rt
為伸烷基)、烷氧基(-OR;其中,R為烷基)、甲醯基(-CHO)、羧基(-COOH)、醚基(ether group)(-Rt
ORt
’-;其中,Rt
、Rt’
為伸烷基或伸烯基(alkenylene group))、羰基(-Rt
-C(=O)-Rt’
-;其中,Rt
、Rt’
為伸烷基或伸烯基)、碳酸酯基(-O-C(=O)-O-)及酯基(-COORt’
-;其中,Rt’
為伸烷基或伸烯基)組成之群中的至少1種基或於碳原子連結有該基之基。
作為上述含氮極性要素,較佳為選自由氰基(-CN)、1級胺基(-NH2
)、2級胺基(-NH-)、3級胺基(-NRR’;其中,R、R’為烷基)、吡啶基、胺甲醯基(-CONH2
)及脲基(-NHCONH2
)組成之群中的至少1種基或於碳原子連結有該基之基。
作為上述含磷極性要素,較佳為選自由膦基(phosphinyl)(-CX2
-P(=O)H2
)及磷酸基(-CX2
-OP(=O)(OH)2
)組成之群中的至少1種基或於碳原子連結有該基之基。
作為上述含硼極性要素,較佳為於碳原子連結有硼酸基(-B(OH)2
)之基。
作為上述含矽極性要素,較佳為-Si(OH)3
基或-Si(OR)(OR’)(OR’’)(其中,R、R’、R’’為烷基)基連結於碳原子之基。
作為上述含硫極性要素,較佳為選自由巰基(-SH)、硫基(sulfide group)(-S-)、氧硫基(-S(=O)-)、磺醯基(-SO2
-)、磺醯胺基(sulfonamide group)(-SO2
NH2
)、磺酸基(-SO3
H)及亞磺酸基(-S(=O)OH)組成之群中的至少1種基或於碳原子連結有該基之基。
因此,本發明之吸附基團較佳為選自由環式基具備有含氧極性要素而成之基(以下,稱為含氧環式基)、環式基具備有氮原子極性要素而成之基(以下,稱為含氮環式基)、環式基具備有含磷極性要素而成之基(以下,稱為含磷環式基)、環式基具備有含硼極性要素而成之基(以下,稱為含硼環式基)、環式基具備有含矽極性要素而成之基(以下,稱為含矽環式基)、環式基具備有含硫極性要素而成之基(以下,稱為含硫環式基)、鏈式基具備有含氧極性要素而成之基(以下,稱為含氧鏈式基)、鏈式基具備有氮原子極性要素而成之基(以下,稱為含氮鏈式基)、鏈式基具備有含磷極性要素而成之基(以下,稱為含磷鏈式基)、鏈式基具備有含硼極性要素而成之基(以下,稱為含硼鏈式基)、鏈式基具備有含矽極性要素而成之基(以下,稱為含矽鏈式基)及鏈式基具備有含硫極性要素而成之基(以下,稱為含硫鏈式基)組成之群中1種或2種以上的基本身或含有該基,從吸附能力之觀點,更佳為含有選自由含氧環式基、含硫環式基、含氧鏈式基及含氮鏈式基組成之群中1種或2種以上的基。
作為上述含氧環式基,較佳於環內具有醚基或羰基,作為該醚基,較佳包含以下之基。
又,作為前述羰基,較佳包含以下之基之任一者。
作為上述含氮環式基,較佳包含以下之基之任一者。
作為上述含硫環式基,較佳含有以下之基之任一者。
作為上述含硼環式基,較佳包含以下之基之任一者。
作為上述含矽環式基,較佳包含倍半矽氧烷(silsesquioxane)基[-(R)n
(SiO1.5
)n - 1
]。
作為上述含氧鏈式基,較佳包含以下之基之任一者。
(上述通式中,Rat
各自獨立地表示氫原子或碳原子數1~5之烷基。上述通式中,Zat
表示單鍵、碳原子數1~15個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,該伸烷基或該伸烯基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,Xat
表示碳原子數1~5之烷基,該烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-。)
作為上述含氮鏈式基,較佳包含以下之基。
(上述通式中,Rat
、Rbt
、Rct
及Rdt
各自獨立地表示氫原子或碳原子數1~5之烷基。)
作為上述含硫鏈式基,較佳包含以下之基。
作為上述含矽鏈式基,較佳包含-Si(OH)3
或-Si(OR)(OR’)(OR’’);其中,R、R’、R’’為烷基)。作為上述含硼鏈式基,較佳包含-B(OH)2
。作為上述含磷鏈式基,較佳包含-OP(=O)(OH)2
。
作為本發明之吸附基團,較佳為由下述通式(T)表示之基。
(上述通式(T)中,Xt1
表示碳原子數1~18個之直鏈狀或分支狀的烷基或-NH2
,前述烷基中之氫原子亦可被取代成氰基、P11
-S11
-,或前述烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-、-CH=CH-,
上述Rt1
表示氫原子、碳原子數1~5個之烷基或亦可與Zt1
鍵結之碳原子數1~8個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或亦可與Zt1
鍵結之碳原子數2~8個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,上述Zt2
表示單鍵、碳原子數1~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,該伸烷基或該伸烯基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,
Zt1
表示單鍵、碳原子數1~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,又,當Xt1
為-Zt2
-O-Rat
基,且Rat
為伸烷基或伸烯基之情形時,亦可將Zt1
之氫原子取代而與Rt1
鍵結,
Wt0
表示碳原子數1~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基,該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-CH=CH-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,又,前述伸烷基之氫原子亦可被取代成通式(T),
Wt1
表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之伸烷基,該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,
nt1
表示0以上4以下之整數,
分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
於上述通式(T)中,較佳之Xt1
表示碳原子數1~17個之直鏈狀或分支狀的烷基、-NH2
或-Zt2
-O-Rt1
基,該烷基中之氫原子亦可被取代成氰基、P11
-S11
-,上述Rt1
表示氫原子、碳原子數1~5個之烷基或亦可與Zt1
鍵結之碳原子數1~8個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或亦可與Zt1
鍵結之碳原子數2~8個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,上述Zt2
表示單鍵、碳原子數1~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,該伸烷基或該伸烯基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-。
於上述通式(T)中,作為吸附基團(通式(T))亦可被吸附基團(通式(T))取代之形態,可舉上述通式(T)以下述通式(t)表示之基。
(上述通式(t)中,Xt1
、Zt1
、Wt1
及nt1
與上述通式(T)中之記號相同,
Wt2
表示單鍵或2價~4價之有機基,
mt1
表示1以上3以下之整數,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團Pd-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
上述通式(t)中之「-Wt2
-Any」表示:Wt2
表示單鍵~多價基,鍵結鍵為1價~多價(Any)。
於上述通式(t)中,所謂2~4價之有機基,係指:藉由有機化合物成為2~4價基之形態而為構成化學構造之基,從有機化合物去除2~4個氫原子而成的原子團。
於上述通式(t)中,為2價~4價有機基之-Wt2
-Any較佳為鏈狀有機基,例如,可列舉:直鏈狀或者分支狀之碳原子數1個~10個的伸烷基(該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-)、直鏈狀或者分支狀之碳原子數1個~10個的伸烷基多價基(該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-)、-PH-、-POH-、-NH-、氮原子或磷原子等。該伸烷基多價基係指從伸烷基進一步去除1~2個氫原子所產生之3價或4價之基,指於所謂之烴鏈具有游離原子價的3~4價基。
以上述通式(t)表示之基為通式(T)中之Wt0
的較佳態樣,亦即吸附基團(通式(T))亦可被吸附基團(通式(T))取代之形態的一態樣,作為以上述通式(t)表示之基的較佳形態,例如當Wt2
為3價有機基之情形時,亦即mt1’
為2,Wt2
為氮原子或伸烷基多價基之情形時,例如可列舉以下之通式(t-a)或(t-b)。
(上述式(t-a)及(t-b)中,Rtc
以氫原子、直鏈狀或者分支狀之碳原子數1個~10個的烷基或聚合性基團P11
-S11
-表示,
Zt1
及Zt1’
各自獨立地表示與通式(T)中之Zt1
相同的意義,
Xt1
及Xt1’
各自獨立地表示與通式(T)中之Zt1
相同的意義,
Wt1
表示與通式(T)中之Wt1
相同的意義,
nt1
及nt1’
各自獨立地表示與通式(T)中之nt1
相同的意義,
分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
於通式(t)中,例如當-Wt2
-Any為4價有機基之情形時,亦即mt1’
為3,-Wt2
-Any為伸烷基多價基之情形時,例如可舉以下之通式(t-c)。
(上述式(t-c)中,Zt1
、Zt1’
及Zt1’’
各自獨立地表示與通式(T)中之Zt1
相同的意義,
Xt1
、Xt1’
及Xt1’’
各自獨立地表示與通式(T)中之Xt1
相同的意義,
Wt1
表示與通式(T)中之Wt1
相同的意義,
nt1、nt1’及nt1’’各自獨立地表示與通式(T)中之nt1
相同的意義,
分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
於上述通式(t)中,mt1’
較佳為1或2,mt1’
更佳為1。又,於以上述通式(t-a)、通式(t-b)、通式(t-c)表示的形態之中,較佳為以上述通式(t-a)表示的形態。
於上述通式(t)中,-Wt2
-Any較佳為單鍵或2價~3價有機基,更佳為單鍵、直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~8個的伸烷基(該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-。)、直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~8個的烷三基(alkanetriyl)(該烷三基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-。)或直鏈狀或者分支狀的烷基-亞基(該烷基-亞基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-。)。例如,可列舉以下之基。
(上述式中,Rtc
表示碳原子數1~8個之烷基或聚合性基團(P11
-S11
-),nt0
表示1~7之整數,*表示鍵結鍵。)又,亦可將Wt2
之氫原子取代成聚合性基團(P11
-S11
-)。
於上述通式(t)中,mt1
較佳表示1或2。
於上述通式(T)或通式(t)中,Wt1
較佳表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~8個的伸烷基(表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之伸烷基,該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-。),更佳表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~7個的伸烷基(表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之伸烷基,該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-。)。又,Wt1
亦可取代於液晶原基團、聚合性基團或柔性基團之氫原子而鍵結。
於上述通式(T)或通式(t)中,包含Xt1
未與Zt1
鍵結之形態(鏈式基)及Xt1
與Zt1
鍵結形成環之形態(環式基)。
於前者之形態的情形時,較佳為碳原子數1~8個之直鏈狀或者分支狀的烷基、經-NH2
、-Zt2
-O-Rt1
基或氰基取代之碳原子數1~7個之直鏈狀或者分支狀的烷基,更佳為碳原子數1~7個之直鏈狀或分支狀的烷基、經-Zt2
-O-Rt1
基、氰基取代之碳原子數1~7個之直鏈狀或分支狀的烷基。又,於前者之形態的情形時,前述Rt1
各自獨立地表示氫原子、碳原子數1~5個之烷基,上述Zt2
較佳為單鍵、碳原子數1~10個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~10個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基(該伸烷基或該伸烯基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-)。
於後者之形態的情形時,較佳為nt1
為1以上,Xt1
為-Zt2
-O-Rt1
,Rt1
為碳原子數1~7個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~7個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,將Zt1
之氫原子取代而與Rt1
鍵結,例如,較佳以下述通式(T’)表示。
(上述通式(T’)中,Rt1’
各自獨立地表示碳原子數1~8之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~8之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,
Zt2’
各自獨立地表示單鍵、碳原子數1~10之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~10之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,該伸烷基或該伸烯基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,
Zt1’表示碳原子數1~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基3價基或碳原子數1~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基3價基,該伸烷基3價基或伸烯基3價基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-或OCO-,
Wt2
表示單鍵或2價~4價之有機基,
-Wt1
-表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之伸烷基,該伸烷基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,
nt1’
表示1以上4以下之整數,
mt1’
表示1以上3以下之整數,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
該伸烷基3價基係指從伸烷基進一步去除1個氫原子所產生的3價之基。該伸烯基3價基則是指從伸烯基進一步去除1個氫原子所產生的3價之基,包含所謂於烴鏈具有游離原子價的3價之基,例如烷三基或烷基-亞基等。
於上述通式(T)中,當Xt1
為未與Zt1
鍵結之形態(鏈式基)的情形時,Zt1
表示單鍵、碳原子數1~12個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~12個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,該伸烷基之-CH2
-亦可被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-。
於上述通式(T)中,當Xt1
為與Zt1
鍵結之形態(環式基)的情形時,則如上述通式(T’)。
於上述通式(T)中,nt1
較佳表示0以上3以下之整數,nt1
更佳表示0以上2以下之整數。
上述通式(T)較佳為選自由通式(T-1-1)~(T-4-1)表示之環式基及通式(T-5-1)~(T-7-1)表示之鏈式基組成之群中的至少1種。當本發明之通式(T)表示之吸附基團選擇環式基的情形時,從吸附能力及對液晶組成物之相容性的觀點,較佳為通式(T-1-1)或通式(T-2-1)。而當本發明之通式(T)表示之吸附基團選擇鏈式基的情形時,則從吸附能力及對液晶組成物之穩定性的觀點,較佳為通式(T-5-1)或通式(T-6-1)。
(上述通式(T-1-1)~(T-7-1)中,Xta
及Xtb
各自獨立地表示-O-、-S-或-CH2
-,
Rt5
表示碳原子數1~8個之直鏈狀或分支狀的烷基、氰基化烷基或碳原子數1~8個之直鏈狀或分支狀的烷氧基,此等烷基中之至少2個以上的-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-CH=CH-、-C≡C-、-O-或-NH-,
Zt3
表示單鍵、碳原子數1~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烷基或碳原子數2~18個之直鏈狀或者分支狀的伸烯基,該伸烷基或該伸烯基之-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被取代成-O-、-COO-、-C(=O)-、-OCO-,
Wt2
表示單鍵或1價~4價之有機基,
Wt1
表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之伸烷基,
nt1
表示0以上4以下之整數,
mt1表示1以上3以下之整數,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
於上述通式(T-1-1)~(T-4-1)中,較佳為Xta
或Xtb
之任一者為-O-,更佳為Xta
及Xtb
為-O-。
作為上述通式(T-1-1)~(T-4-1)之具體例,可列舉以下之基。
(上述式中,Rtc
以氫原子、碳原子數1~7個之烷基或聚合性基團P11
-S11
-,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
上述通式(T-5-1)較佳表示通式(T-5-2)。
(上述通式(T-5-2)中,Wt1
表示與上述通式(T-5)中之Wt1
相同的意義,Rt51
及Rt52
各自獨立地表示碳原子數1~8個之直鏈狀或分支狀的烷基或氰基化烷基,此等烷基中之至少2個以上的-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-CH=CH-、-C≡C-、-O-或-NH-取代,Rtc
以氫原子、碳原子數1~7個之烷基或聚合性基團P11
-S11
-表示,nt1
、nt2
及nt3
各自獨立地表示0或1,分子內之氫原子亦可被取代成P11
-S11
-。)
作為上述通式(T-5-1)之具體例,可列舉以下之基。
(上述式中,Rtc
以氫原子、碳原子數1~7個之烷基或聚合性基團P11
-S11
-表示,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
(上述式中,Rtc
以氫原子、碳原子數1~7個之烷基或聚合性基團P11
-S11
-表示,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-。)(*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
作為上述通式(T-6-1)之具體例,可列舉以下之例。
(上述式中,Rc
以氫原子、碳原子數1~7個之烷基或聚合性基團P11
-S11
-表示,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
作為上述通式(T-7-1)之具體例,可列舉以下之例。
(上述式中,Rtc
以氫原子、碳原子數1~7個之烷基或聚合性基團P11
-S11
-表示,分子內之氫原子亦可被取代成上述聚合性基團P11
-S11
-,*表示鍵結鍵,與液晶原基團、聚合性基團、柔性基團或間隔基團鍵結。)
於本發明之自配向性單體中,較佳為使吸附基團所含之極性要素或聚合性基團所含之極性要素局部化的形態。吸附基團為用以使液晶組成物垂直配向之重要的構造,藉由吸附基團與聚合性基團鄰接,可得到更良好之配向性,又,顯示出對液晶組成物之良好的溶解性。具體而言,較佳為於液晶原基團之同一環上具有聚合性基團及吸附基團的形態。於此情形時,包含「1個以上之聚合性基團及1個以上之吸附基團各自鍵結於同一環上的形態」與「1個以上之聚合性基團的至少一個或1個以上之吸附基團的至少一個之中,其中一者鍵結於另一者,於同一環上具有聚合性基團及吸附基團的形態」。又,於此情形時,聚合性基團之間隔基團(S11
)的氫原子亦可經吸附基團取代,並且亦包含吸附基團之分子的氫原子被聚合性基團之間隔基團(S11
)取代的形態。
又,於本發明之自配向性單體中,聚合性基團之1個以上的氫原子亦可被取代成吸附基團。作為此情形時之較佳形態,可舉聚合基P11
或視需要之連結於該聚合基之間隔基團(S11
)的1個以上的氫原子被取代成吸附基團之形態,作為更佳之形態,則可舉聚合性基團(P11
-S11
-)中之1個以上的氫原子被取代成上述通式(T)表示之吸附基團的形態。
例如,作為吸附基團與聚合性基團連結之適合的形態,可列舉以下之式(T-1-1.1)、(T-6-1.1)或(T-5-1.1)。
(上述式中,Rt11a
、Rt16a
及Rt151a
各自獨立地表示氫原子或碳原子數1~3之烷基,Rt151b
及Rt151c
各自獨立地表示碳原子數1~3之烷基、碳原子數1~3之氰基化烷基,
Xa
及Xb
表示-O-、-S-或-CH2
-,
Lt151a
及Lt151b
各自獨立地表示單鍵、亞甲基、伸乙基(ethylene)、伸丙基(propylene)、亞乙烯基、伸乙烯基、異伸丙烯基或亞乙基,
nt11c
,nt151c
、nt16c
、nt151d
、nt151e
、nt151f
及nt151g
各自獨立地表示0或1,nt11a
、nt11b
、nt16a
、nt16b
、nt151a
及nt151b
各自獨立地表示1~11之整數,*表示對液晶原基團之鍵結鍵。)
於上述式(T-1-1.1)中,較佳為Xa
或Xb
之任一者為-O-,更佳為Xta
及Xtb
為-O-。
較佳於上述式(T-5-1.1)中,Lt151a
及Lt151b
各自獨立地為亞甲基、伸乙基、亞乙烯基、伸乙烯基、異伸丙烯基或亞乙基。
於上述式(T-1-1.1)、(T-6-1.1)及(T-5-1.1)中,
nt11a
、nt11b
、nt16a
、nt16b
、nt151a
及nt151b
較佳各自獨立地為1~8之整數,更佳為1~5之整數。
「柔性基團」
本發明之柔性基團具有誘導液晶分子之配向的功能,較佳表示直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~20的伸烷基,更佳表示直鏈狀之碳原子數1~20的伸烷基,更佳表示直鏈狀之碳原子數2~15的伸烷基。又,該伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代。
從自配向性單體對於液晶層具備有所謂之兩親媒性的觀點,上述柔性基團較佳鍵結於液晶原基團。
於本發明之自配向性單體中,上述柔性基團較佳具有1~6個,更佳具有1~4個,再更佳具有1~3個。
本發明之自配向性化合物較佳為以下之通式(SAL)表示的化合物。
(上述通式(SAL)中,-Spal
-Pal
表示上述聚合性基團,T表示上述通式(T)所表示之吸附基團,MG表示上述通式(AL)所表示之液晶原基團,Cg表示氫原子、前述通式(T)所表示之吸附基團、前述為聚合性基團之-Spal
-Pal
或作為柔性基團之直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~20的伸烷基,該伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,Cg、MG及T之任一者皆亦可被取代成上述為聚合性基團之-Spal
-Pal
,
nsal1
、nsal2
及nsal3
各自獨立地表示1~5之自然數。)
(上述式中,Pal
表示通式(P-I)~通式(P-IX)所表示之基,
(式中,Rp11
及Rp12
各自獨立地表示氫原子、碳原子數1~5之烷基或碳原子數1~5之鹵化烷基,Wp11
表示單鍵、-O-、-COO-或亞甲基,tp11
表示0、1或2。),
Spal
表示單鍵或直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~20個的伸烷基,伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,
T表示吸附基團,
MG表示液晶原基團,
Cg表示氫原子、前述吸附基團、前述-Spal
-Pal
或直鏈狀或者分支狀之碳原子數1~20的伸烷基,該伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,Cg、MG及T之任一者皆亦可被取代成上述為聚合性基團之-Spal
-Pal
-,
nsal1
、nsal2
及nsal3
各自獨立地表示1~5之自然數。)
作為本發明之較佳的自配向性單體,較佳為選自由以下之通式(al-1)~通式(al-3)組成之群中的至少1種。
(式中,Ral1
、Ral2
、Zal1
、Zal2
、Lal1
、Lal2
、Lal3
、Lal4
、Sp111
、Sp112
、Sp113
、Sp114
、P111
、P112
、P113
、P114
、mal1
、mal2
、mal3
、mal4
、nal1
、nal2
、nal3
、nal4
、P111
及P112
各自彼此獨立,
Ral1
表示氫原子、鹵素原子、碳原子數1~20個之直鏈狀或分支狀的烷基,該烷基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,
Ral2
表示上述亦可被取代成聚合基P11
-S11
-之吸附基團,較佳表示上述亦可被取代成聚合基P11
-S11
-之上述通式(T)所表示的吸附基團,更佳為Ral2
為選自由通式(T-1-1)~(T-7-1)組成之群中的至少1者,再更佳為選自由通式(T-1-1)、(T-2-1)、(T-5-1)、(T-6-1)組成之群中的至少1者,進而再更佳為選自由式(T-1-1.1)、(T-6-1.1)及(T-5-1.1)組成之群中的至少1者,
環Aal1
、Aal2
各自獨立地表示1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、2,6-伸萘基或菲-2,7-二基,
Sp111
、Sp112
及Sp113
各自彼此獨立地表示碳原子數1~12個之伸烷基或單鍵,該伸烷基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,
P111
、P112
、P113
及P114
各自彼此獨立地表示丙烯醯基(acryl group)、甲基丙烯醯基(methacryl group),
Zal1
及Zal2
各自彼此獨立地表示單鍵、-O-、-CO-、-CO-O-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH2
-、-CH2
O-、-CF2
O-、-OCF2
-、-(CH2
)nal
-、-CF2
CH2
-、-CH2
CF2
-、-(CF2
)nal
-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CH=CH-COO-或-OCO-CH=CH-,上述nal
表示1~4之整數,
Lal1
、Lal2
、Lal3
及Lal4
各自彼此獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳原子數1~15個之烷基、碳原子數1~14個之烷氧基或Ral2
,此處,該烷基之1個以上的氫原子亦可經鹵素原子取代,
P111
及P112
各自彼此獨立地表示0或1,mal1
、mal2
、mal3
及mal4
各自彼此獨立地表示0~3之整數,nal1
、nal2
、nal3
及nal4
各自彼此獨立地表示0~3之整數。)
通式(al-2):
(式中,Zad1
及Zad2
各自獨立地表示單鍵、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-OOCO-、-CF2
O-、-OCF2
-、-CH=CHCOO-、-OCOCH=CH-、-CH2
-CH2
COO-、-OCOCH2
―CH2
-、-CH=C(CH3
)COO-、-OCOC(CH3
)=CH-、-CH2
-CH(CH3
)COO-、-OCOCH(CH3
)―CH2
-、-OCH2
CH2
O-或碳原子數2~20之伸烷基,此伸烷基中之1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-COO-或-OCO-取代,
Aad1
及Aad2
各自獨立地表示2價之6員環芳香族基或2價之6員環脂肪族基,2價之未經取代的6員環芳香族基、2價之未經取代的6員環脂肪族基或此等環構造中之氫原子較佳為未經取代,或經碳原子數1~15之烷基、碳原子數1~6之烷氧基、鹵素原子取代,較佳為2價之未經取代的6員環芳香族基或者此環構造中之氫原子經氟原子之基,或2價之未經取代的6員環脂肪族基,較佳為取代基上之氫原子亦可經鹵素原子、烷基或烷氧基取代的1,4-伸苯基、2,6-萘基或1,4-環己基,但至少一個取代基經P11
-S11
-取代,
當Zad1
、Aad1
及Aad2
各自存在複數個之情形時,各自彼此可相同或亦可不同,
Rad1
表示氫原子、碳原子數1~20之直鏈或分支的烷基、鹵化烷基或P11
-S11
-,該烷基中之-CH2
-較佳為-O-、-OCO-或-COO-(惟,-O-不為連續),更佳表示氫原子、碳原子數1~18之直鏈或分支的烷基或P11
-S11
-,該烷基中之-CH2
-以氧原子不直接鄰接之方式表示-O-、-OCO-。
Abad1
表示上述亦可被取代成聚合基P11
-S11
-之吸附基團,較佳表示上述亦可被取代成聚合基P11
-S11
-之上述通式(T)所表示的吸附基團,更佳為Ral2
為選自由通式(T-1-1)~(T-7-1)組成之群中的至少1者,再更佳為選自由通式(T-1-1)、(T-2-1)、(T-5-1)、(T-6-1)組成之群中的至少1者,進而再更佳為選自由式(T-1-1.1)、(T-6-1.1)及(T-5-1.1)組成之群中的至少1者,
P11
-S11
-表示上述聚合性基團,
當Zad1
、Zad2
、Aad1
、mad1
及/或Aad2
各自存在複數個之情形時,各自彼此可相同或亦可不同,惟,Aad1
及Aad2
之任一者經至少一個P11
-S11
-取代,
mad1
表示1~5之整數,
mad2
表示1~5之整數,
Gad1
表示2價、3價、4價之任一分支構造,或2價、3價、4價之任一脂肪族或芳香族之環構造,
mad3
表示比Gad1
之價數少1的整數。)
通式(al-3);
(上述通式(al-3)中,Ral31
表示碳原子數1~15之烷基,於該烷基中,1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代,於此等之基中,至少1個氫原子亦可被鹵素原子取代,
Aal31
及Aal34
各自獨立地表示1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、萘-2,6-二基或菲-2,7-二基,於此等之環中,至少1個氫原子亦可被鹵素原子、碳原子數1至12之烷基、碳原子數2至12之烯基、碳原子數1至11之烷氧基或碳原子數2至11之烯氧基取代,於此等之基中,至少1個氫原子亦可被氟原子或氯原子取代,
Zal31
表示單鍵或碳原子數1~10之伸烷基,於該伸烷基中,1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代,於此等之基中,至少1個氫原子亦可被鹵素原子取代,
Sal31
表示單鍵或碳原子數1~10之伸烷基,於該伸烷基中,1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代,於此等之基中,至少1個氫原子亦可被鹵素原子取代,
Kal31
及Kal32
各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳原子數1~5之烷基或至少1個氫原子經鹵素原子(例如氟原子)取代之碳原子數1至5的烷基,
nal31
為由0~4表示之整數,
Ral32
由式(al3-1)或式(al3-2)表示之基,
於式(al3-1)及式(al3-2)中,
Sal32
及Sal33
各自獨立地為單鍵或碳原子數1至10之伸烷基,於該伸烷基中,1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代,於此等之基中,至少1個氫原子亦可被鹵素原子取代,
Sal31
為=CH-或=N-,
Xal31
為由-OH、-NH2
、-OR3
、-N(R3
)2
、式(Xal31
)、-COOH、-SH、-B(OH)2
或-Si(R3
)3
表示之基,此處,R3
為氫原子或碳原子數1~10之烷基,於該烷基中,1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-、-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代,於此等之基中,至少1個氫原子亦可被鹵素原子取代,
式(Xal31
):
(nal32
為1~5之整數。)
於上述自配向性單體中,不易與液晶層融合之吸附基團或聚合性基團等極性部分及容易與液晶層融合之液晶原基團或柔性基團等非極性部分,較佳於分子內不均勻地存在,較佳為對所謂之液晶層顯示出兩親媒性。因此,本發明之自配向性單體較佳為下述構造:於液晶原基團之一端部具有使液晶分子配向之柔性基團,而於液晶原基團之另一端部具有聚合性基團及吸附基團。認為是在液晶層與基板之界面附近由於界面自由能變高,故於一分子內具有對液晶層具親和性之非極性部分與對液晶層之親和性低的極性部分的物質會排列於界面上,因而將界面自由能降低。
本發明之液晶組成物中之自配向性單體的含量下限較佳為0.02質量%,較佳為0.03質量%,較佳為0.04質量%,較佳為0.05質量%,較佳為0.06質量%,較佳為0.07質量%,較佳為0.08質量%,較佳為0.09質量%,較佳為0.1質量%,較佳為0.12質量%,較佳為0.15質量%,較佳為0.17質量%,較佳為0.2質量%,較佳為0.22質量%,較佳為0.25質量%,較佳為0.27質量%,較佳為0.3質量%,較佳為0.32質量%,較佳為0.35質量%,較佳為0.37質量%,較佳為0.4質量%,較佳為0.42質量%,較佳為0.45質量%,較佳為0.5質量%,較佳為0.55質量%。本發明之液晶組成物中之通式(I)所表示之聚合性單體的含量上限較佳為2.5質量%,較佳為2.3質量%,較佳為2.1質量%,較佳為2質量%,較佳為1.8質量%,較佳為1.6質量%,較佳為1.5質量%,較佳為1質量%,較佳為0.95質量%,較佳為0.9質量%,較佳為0.85質量%,較佳為0.8質量%,較佳為0.75質量%,較佳為0.7質量%,較佳為0.65質量%,較佳為0.6質量%,較佳為0.55質量%,較佳為0.5質量%,較佳為0.45質量%,較佳為0.4質量%。
本發明之自配向性單體之特別合適的具體例,為以下之通式(al-1-1)所表示的化合物。
(上述通式(al-1-1)中,Ral3
表示碳原子數1~12之直鏈狀的烷基,於該烷基中,1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-或-CH=CH-取代,
Lal5
、Lal6
、Lal7
及Lal8
各自獨立地表示氫原子、碳原子數1~12個之烷基、鹵素原子或上述P11
-S11
-,於該烷基中,1個或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被-O-或-CH=CH-取代,
環Aal3
表示1,4-伸環己基或1,4-伸苯基,
Rala
或Ralb
各自獨立地表示氫原子或上述P11
-S11
-,Rala
或Ralb
之至少一者表示上述P11
-S11
-,
Zal3
表示單鍵、-CH2
-CH2
-、-CH2
-O-或O-CH2
-,
Ral4
表示由上述通式(T)表示之吸附基團,
P113
及P114
各自獨立地表示0或1。)
較佳於上述通式(al-1-1)中,Lal7
及Lal8
其中一者表示碳原子數1~5個之烷基。
於上述通式(al-1-1)中,Rala
及Ralb
較佳表示上述P11
-S11
-。
於上述通式(al-1-1)中,Ral4
較佳為上述通式(T-1-1)~(T-7-1)或式(T-1-1.1)、(T-6-1.1)或(T-5-1.1)。
作為上述通式(al-1)所表示之較佳的化合物,可列舉以下之式(AL-1.1)~(AL-1.18)所表示的化合物。
作為上述通式(al-2)所表示之較佳的化合物,可列舉以下之式(AL-2.1)~(AL-2.48)所表示的化合物。
本發明之聚合性單體具備與上述自配向性單體不同之化學構造式,該聚合性單體係選自由下述通式(I)所表示之化合物組成之群中的2種以上而被含有於液晶組成物。
(上述通式(I)中,R101
、R102
、R103
、R104
、R105
、R106
、R107
、R108
、R109
及R110
各自獨立地表示P21
-S21
-、碳原子數1至18之烷基、碳原子數1至18之烷氧基、鹵素原子或氫原子中的任一者,上述P21
為下述式(P-I)~式(P-IX)所表示之任一個基,
(式中,Rp11
及Rp12
各自獨立地表示氫原子、碳原子數1~5之烷基或碳原子數1~5之鹵化烷基,Wp11
表示單鍵、-O-、-COO-或亞甲基,tp11
表示0、1或2。)
上述S21
表示單鍵或碳原子數1~15之伸烷基,該伸烷基中之1個或2個以上的-CH2
-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,
n11
表示0、1或2,
n12
及n13
各自獨立地表示0或1,
n11
+n12
+n13
=1、2或3,
A11
表示選自由下述之基(a)、基(b)及基(c)組成之群中的基:
(a)1,4-伸環己基(存在於此基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被取代成-O-。)
(b)1,4-伸苯基(存在於此基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)及
(c)萘-2,6-二基、2,7-菲二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基或十氫萘-2,6-二基(存在於萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)
上述之基(a)、基(b)及基(c)亦可各自獨立地經碳原子數1~12之烷基、碳原子數1~12之烷氧基、鹵素、氰基、硝基或P21
-S21
-取代,
L10
及L11
各自獨立地表示單鍵、-OCH2
-、-CH2
O-、-C2
H4
-、-OC2
H4
O-、-COO-、-OCO-、-CH=CRa
-COO-、-CH=CRa
-OCO-、-COO-CRa
=CH-、-OCO-CRa
=CH-、-(CH2
)z
-COO-、-(CH2
)z
-OCO-、-OCO-(CH2
)z
-、-COO-(CH2
)z
-、-CH=CH-、-CF2
O-、-OCF2
-或-C≡C-(式中,Ra
各自獨立地表示氫原子或碳原子數1~3之烷基,前述式中,z各自獨立地表示1~4之整數。),
當P21
、S21
、L11
及A11
存在複數個之情形時,各自可相同或亦可不同。)
若於本發明中之液晶組成物中含有2種以上之聚合性單體,則藉由存在於組成物中之聚合性單體與自配向性單體的最初聚合過程,會變得容易構成可形成液晶分子之傾斜角(tilt angle)的聚合物網路。於液晶組成物中,存在具備各自不同之化學構造的「1種以上之自配向性單體」與「2種以上之聚合性單體」至少3種單體。認為由於此等3種單體之聚合反應性不同,故能夠因應大範圍之反應條件,可成為聚合反應之觸發物(trigger)的單體會促進其他單體之反應。更詳而言之,係認為當藉由UV照射進行聚合之情形時,由於化學構造,尤其是最對光之吸收造成影響的液晶原骨架或鍵結於該液晶原骨架的取代基此等3者皆不同,故該3種單體之中吸收波長最長之單體可促進其他兩種以上之單體的反應。因此而認為在組成物中所存在之聚合性單體與自配向性單體的最初聚合過程,容易構成可形成液晶分子之傾斜角的大小之聚合物的網路。
本發明之聚合性單體,較佳含有具備與上述自配向性單體不同化學構造式之選自由上述通式(I)所表示之化合物組成之群中2種~4種的聚合性單體,更佳為2~3種,尤佳為2種。
較佳於上述通式(I)中,R101
及R110
各自獨立地為P21
-S21
-。上述P21
較佳為通式(P-I)。
較佳於上述通式(I)中,S21
表示單鍵或碳原子數1~8之伸烷基,該伸烷基中之1個或2個以上之-CH2
-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,更佳表示單鍵或碳原子數1~5之伸烷基。
較佳於上述通式(I)中,A11
表示選自由1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、萘-2,6-二基及2,7-菲二基組成之群中的基,上述A11
亦可經碳原子數1~5之烷基、碳原子數1~5之烷氧基或氟原子取代。
較佳於上述通式(I)中,L10
及L11
各自獨立地表示單鍵、-OCH2
-、-CH2
O-、-C2
H4
-、-OC2
H4
O-、-COO-或-OCO-,L10
及L11
更佳表示單鍵。
當含有2種聚合性單體之情形時,較佳於上述通式(I)中,由通式(I)表示之聚合性單體的一者係n11
為0,且R102
、R103
、R104
、R105
、R106
、R107
、R108
或R109
之任一者為碳原子數1至18之烷基,R101
及R110
各自獨立地為P21
-S21
-。
本發明之由通式(I)表示的聚合性單體,具體而言,較佳為選自下述通式(RM-1)、通式(RM-2)及通式(RM-3)所表示之聚合性單體群中的2種以上。
(上述通式(RM-1)及通式(RM-2)中,R101
表示P33
-S33
-,R110
表示P44
-S44
-,P33
及P44
各自獨立地表示上述式(P-I)至式(P-IX)之任一者,S33
及S44
各自獨立地表示單鍵或碳數1~10之伸烷基,該伸烷基中之1個或2個以上的-CH2
-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,
R102
、R104
、R107
及R109
各自獨立地表示碳原子數1至3之烷基、碳原子數1至3之烷氧基、氟原子或氫原子中的任一者,
A11
表示1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、萘-2,6-二基或2,7-菲二基,該A11
為未經取代,或亦可經碳原子數1至5之烷基、碳原子數1至5之烷氧基或鹵素(氟原子、氯原子)取代,
L11
表示單鍵、-OCH2
-、-CH2
O-、-C2
H4
-、-COO-、-OCO-、-CH=CRa
-COO-、-CH=CRa
-OCO-、-COO-CRa
=CH-、-OCO-CRa
=CH-、-(CH2
)Y-COO-、-(CH2
)Y-OCO-、-OCO-(CH2
)Y-、-COO-(CH2
)Y-、-CH=CH-、-CF2
O-、-OCF2
-或-C≡C-(式中,Ra
各自獨立地表示氫原子或碳原子數1至3之烷基,前述式中,Y表示1至4之整數。),
R103
、R105
、R106
及R108
各自獨立地表示碳原子數1至3之烷基、碳原子數1至3之烷氧基、氟原子或氫原子中的任一者。)
(上述通式(RM-3)中,XM1
~XM8
各自獨立地表示氫原子或氟原子,
SM2
及SM3
各自獨立地表示碳原子數1~12之伸烷基或單鍵,該伸烷基中之-CH2
-亦可以氧原子彼此不直接鍵結之形態被取代成氧原子、-COO-、-OCO-或-OCOO-,
RM2
及RM3
表示上述式(P-1)至式(P-15)中之任一者。)
較佳於本發明之液晶組成物中,含有至少1種吸收波長長之聚合性單體。作為該吸收波長長之聚合性單體,較佳為含有聯苯骨架,並具有2個以上之(甲基)丙烯酸系官能基的構造,該聯苯骨架亦可被鹵素原子、烷基或烷氧基取代。
作為於本發明之液晶組成物中,具有2種以上由通式(I)表示之聚合性單體的較佳態樣,可列舉含有2種以上由通式(RM-2)表示之聚合性單體的態樣、含有由通式(RM-1)表示之聚合性單體與由通式(RM-2)表示之聚合性單體的態樣或含有由通式(RM-2)表示之聚合性單體與由通式(RM-3)表示之聚合性單體的態樣此3種。
一般而言,PSA步驟或使用含有自發性配向劑或聚合性單體之液晶組成物的液晶顯示元件,係藉由照光1次或2次以上使液晶組成物中之自發性配向單體或聚合性單體硬化而將聚合物之網路形成於基板表面,藉由該網路來控制液晶分子之傾斜角。認為當時若於最初之照光步驟,形成可控制液晶分子傾斜角之大小的聚合物之網路,則可減少液晶顯示元件隨著時間之傾斜角變化量或減少殘影。因此,認為藉由使用含有1種以上之自發性配向單體與2種以上之聚合性單體的液晶組成物,而能夠於此等至少3種單體之光吸收區段進行聚合,故會變得容易產生聚合反應,並且該至少3種單體之中吸收波長最長之單體可作為聚合觸發物(所謂開始劑之功用)促進其他2種以上之單體的反應。因此,較佳含有至少1種吸收波長長之聚合性單體。具體而言,較佳為含有2種以上由上述通式(RM-2)表示之聚合性單體的態樣、含有由通式(RM-1)表示之聚合性單體與由通式(RM-2)表示之聚合性單體的態樣或含有由通式(RM-2)表示之聚合性單體與由通式(RM-3)表示之聚合性單體的態樣。
另一方面,當為含有1種自發性配向單體與1種聚合性單體之液晶組成物或僅含有自發性配向單體之液晶組成物的情形時,為了於最初之照光步驟形成可控制液晶分子傾斜角之大小的聚合物之網路,而會使用吸收波長長之聚合性單體,但吸收波長長之聚合性單體會變成含有大量芳香族環之構造,從對於液晶組成物之相容性或低溫穩定性的觀點等,無法添加想要之濃度。又,若使用反應性低之聚合性單體或自配向性單體,則構成聚合物網路之區域會稀疏,因而無法控制對液晶分子之傾斜角,藉由進行複數次光照射步驟,使於最初之照光步驟後殘存的聚合性單體或自配向性單體硬化來補強聚合物網路的方法,一般認為傾斜角之穩定性低。
於本發明之液晶組成物中,作為具有2種以上之聚合性單體的更佳態樣,可列舉:含有2種以上由下述通式(RM-2-1)表示之聚合性單體的態樣、含有由下述通式(RM-1-1)表示之聚合性單體與由下述通式(RM-2-1)表示之聚合性單體的態樣或含有由下述通式(RM-2-1)表示之聚合性單體與由下述通式(RM-3)表示之聚合性單體的態樣此3種。
(上述通式(RM-1-1)及通式(RM-2-1)中,PRM1
及PRM2
各自獨立地表示上述式(P-I)至式(P-IX)之任一者,SpRM1
及SpRM2
各自獨立地表示單鍵或碳數1~7之伸烷基,該伸烷基中之1個或2個以上的-CH2
-可以氧原子不直接鄰接之方式被-O-、-OCO-或-COO-取代,
R102
~R109
各自獨立地表示碳原子數1至4之烷基、碳原子數1至4之烷氧基、氟原子或氫原子中的任一者,
R111
、R112
、R113
及R114
各自獨立地表示碳原子數1至3之烷基、碳原子數1至3之烷氧基、氟原子或氫原子中的任一者。)
較佳於上述通式(RM-1-1)中,SpRM1
或SpRM2
之任一者表示碳數1~7之伸烷基,而另一者表示單鍵。
於上述通式(RM-1-1)中,R102
~R114
中之至少一者較佳具有碳原子數1至4之烷基或氟原子,R111
~R114
中之至少一者較佳具有氟原子。
於上述通式(RM-2-1)中,R102
~R109
中之至少一者較佳具有碳原子數1至4之烷基。
<液晶組成物>
本發明之液晶組成物含有液晶成分,作為該液晶成分,包含非聚合性之液晶化合物。
作為本發明之液晶成分的液晶化合物,較佳含有選自由通式(L)所表示之化合物、通式(J)所表示之化合物、通式(N-1)所表示之化合物、通式(N-2)所表示之化合物及通式(N-3)所表示之化合物組成之群中的1種或2種以上。當液晶組成物整體上顯示出負的介電各向導性之情形時,較佳含有通式(L)所表示之化合物與選自由通式(N-1)所表示之化合物、通式(N-2)所表示之化合物及通式(N-3)所表示之化合物組成的群中1種或2種以上之化合物。另一方面,當液晶組成物整體上顯示出負的介電各向導性的情形時,較佳含有通式(L)所表示之化合物與通式(J)所表示之化合物。
本發明之液晶化合物較佳含有1種或2種以上介電性大致為中性之化合物(Δε值為-2~2)的由通式(L)表示之化合物作為第一成分。
前述由通式(L)表示之化合物如下。
(式中,RL1
及RL2
各自獨立地表示碳原子數1~8之烷基,該烷基中之1個或非鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,
nL1
表示0、1、2或3,
AL1
、AL2
及AL3
各自獨立地表示選自由下述(a)、(b)及(c)組成之群中的基:
(a)1,4-伸環己基(存在於此基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被取代成-O-。)
(b)1,4-伸苯基(存在於此基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)及
(c)萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基或十氫萘-2,6-二基(存在於萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。),
上述之基(a)、基(b)及基(c)亦可各自獨立地經氰基、氟原子或氯原子取代,
ZL1
及ZL2
各自獨立地表示單鍵、-CH2
CH2
-、-(CH2
)4
-、-OCH2
-、-CH2
O-、-COO-、-OCO-、-OCF2
-、-CF2
O-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-或-C≡C-,
當nL1
為2或3而存在複數個AL2
之情形時,其等可相同或亦可不同,當nL1
為2或3而存在複數個ZL2
之情形時,其等可相同或亦可不同。)
本發明之液晶組成物含有非聚合性液晶化合物,該非聚合性液晶化合物較佳含有1種或2種以上介電性為正的化合物(Δε大於2。)之由通式(J)表示的化合物及/或介電性為負的化合物(Δε之符號為負,其絕對值大於2。)之由通式(N-1)~(N~3)表示的化合物作為第二成分。
前述介電性為正的化合物(Δε大於2。)之由通式(J)表示的化合物如下。
(式中,RJ1
表示碳原子數1~8之烷基,該烷基中之1個或非鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,
nJ1
表示0、1、2、3或4,
AJ1
、AJ2
及AJ3
各自獨立地表示選自由下述(a)、(b)及(c)組成之群中的基:
(a)1,4-伸環己基(存在於此基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被取代成-O-。)
(b)1,4-伸苯基(存在於此基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)及
(c)萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基或十氫萘-2,6-二基(存在於萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。),
上述之基(a)、基(b)及基(c)亦可各自獨立地經氰基、氟原子、氯原子、甲基、三氟甲基或三氟甲氧基取代,
ZJ1
及ZJ2
各自獨立地表示單鍵、-CH2
CH2
-、-(CH2
)4
-、-OCH2
-、-CH2
O-、-OCF2
-、-CF2
O-、-COO-、-OCO-或-C≡C-,
當nJ1
為2、3或4而存在複數個AJ2
之情形時,其等可相同或亦可不同,當nJ1
為2、3或4而存在複數個ZJ1
之情形時,其等可相同或亦可不同,
XJ1
表示氫原子、氟原子、氯原子、氰基、三氟甲基、氟甲氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基或2,2,2-三氟乙基。)
上述選自由介電性為負的化合物(Δε之符號為負,其絕對值大於2。)之由通式(N-1)~(N-3)表示的化合物組成之群中的1種或2種以上如下。
(上述式中,RN11
、RN12
、RN21
、RN22
、RN31
及RN32
各自獨立地表示碳原子數1~8之烷基,該烷基中之1個或非鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,
AN11
、AN12
、AN21
、AN22
、AN31
及AN32
各自獨立地表示選自由下述(a)、(b)、(c)及(d)組成之群中的基:
(a)1,4-伸環己基(存在於此基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被取代成-O-。)
(b)1,4-伸苯基(存在於此基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)
(c)萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基或十氫萘-2,6-二基(存在於萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。)及
(d)1,4-伸環己烯基,
上述之基(a)、基(b)、基(c)及基(d)亦可各自獨立地經氰基、氟原子或氯原子取代,
ZN11
、ZN12
、ZN21
、ZN22
、ZN31
及ZN32
各自獨立地表示單鍵、-CH2
CH2
-、-(CH2
)4
-、-OCH2
-、-CH2
O-、-COO-、-OCO-、-OCF2
-、-CF2
O-、-CH=N-N=CH-、-CH=CH-、-CF=CF-或-C≡C-,
XN21
表示氫原子或氟原子,
TN31
表示-CH2
-或氧原子,
nN11
、nN12
、nN21
、nN22
、nN31
及nN32
各自獨立地表示0~3之整數,但nN11
+nN12
、nN21
+nN22
及nN31
+nN32
各自獨立地為1、2或3,當AN11
~AN32
、ZN11
~ZN32
存在複數個之情形時,其等可相同或亦可不同。)
由上述通式(L)表示之化合物較佳為由下述式(L-1)~(L-13)表示之化合物。
(式中,RL1
及RL2
各自獨立地表示與通式(L)相同之意義,AL1
及AL7
各自獨立地表示與通式(L)相同之意義,AL1
及AL2
上之氫原子亦可各自獨立地經氟原子取代,ZL1
表示與通式(L)中之ZL2
相同的意義,XL1
及XL2
各自獨立地表示氟原子或氫原子。)
作為由通式(J)表示之化合物,較佳為由通式(M)表示之化合物及由通式(K)表示之化合物。
此處,首先對於由通式(M)表示之化合物,可舉下述之構造者。
(式中,RM1
表示碳原子數1~8之烷基,該烷基中之1個或非鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,
nM1
表示0、1、2、3或4,
AM1
及AM2
各自獨立地表示選自由(a)及(b)組成之群中的基:
(a)1,4-伸環己基(存在於此基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被取代成-O-或-S-。)及
(b)1,4-伸苯基(存在於此基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。),
上述之基(a)及基(b)上的氫原子亦可各自獨立地經氰基、氟原子或氯原子取代,
ZM1
及ZM2
各自獨立地表示單鍵、-CH2
CH2
-、-(CH2)4
-、-OCH2
-、-CH2
O-、-OCF2
-、-CF2
O-、-COO-、-OCO-或-C≡C-,
當nM1
為2、3或4而存在複數個AM2
之情形時,其等可相同或亦可不同,當nM1
為2、3或4而存在複數個ZM1
之情形時,其等可相同或亦可不同,
XM1
及XM3
各自獨立地表示氫原子、氯原子或氟原子,
XM2
表示氫原子、氟原子、氯原子、氰基、三氟甲基、氟甲氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基或2,2,2-三氟乙基。
通式(M)中,RM1
較佳為碳原子數1~8之烷基、碳原子數1~8之烷氧基、碳原子數2~8之烯基或碳原子數2~8之烯氧基,較佳為碳原子數1~5之烷基、碳原子數1~5之烷氧基、碳原子數2~5之烯基或碳原子數2~5之烯氧基,更佳為碳原子數1~5之烷基或碳原子數2~5之烯基,更佳為碳原子數2~5之烷基或碳原子數2~3之烯基,尤佳為碳原子數3之烯基(丙烯基)。
當重視可靠性之情形時,RM1
較佳為烷基,而當重視降低黏性之情形時,則較佳為烯基。
又,當其鍵結之環構造為苯基(芳香族)的情形時,較佳為直鏈狀之碳原子數1~5的烷基、直鏈狀之碳原子數1~4的烷氧基及碳原子數4~5的烯基,當其鍵結之環構造為環己烷、哌喃及二口咢烷等飽和之環構造的情形時,較佳為直鏈狀之碳原子數1~5的烷基、直鏈狀之碳原子數1~4的烷氧基及直鏈狀之碳原子數2~5的烯基。為了使向列相穩定化,當存在碳原子及氧原子之情形時,較佳為氧原子之合計在5以下,較佳為直鏈狀。
作為烯基,較佳選自式(R1)至式(R5)之任一者所表示之基。(各式中之黑點表示烯基鍵結之環構造中的碳原子。)
當要求增大Δn之情形時,AM1
及AM2
較佳各自獨立地為芳香族,為了改善應答速度,則較佳為脂肪族,較佳表示反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基(cyclohexenylene)、1,4-雙環[2.2.2]伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基,更佳表示下述之構造,
更佳表示下述之構造。
ZM1
及ZM2
較佳各自獨立地表示-CH2
O-、-CF2
O-、-CH2
CH2
-、-CF2
CF2
-或單鍵,更佳為-CF2
O-、-CH2
CH2
-或單鍵,尤佳為-CF2
O-或單鍵。
nM1
較佳為0、1、2或3,較佳為0、1或2,當重點在於改善Δε之情形時,較佳為0或1,當重視TNI
之情形時,則較佳為1或2。
可組合之化合物的種類並無特別限制,係根據在低溫之溶解性、轉變溫度、電可靠性、雙折射率等想要之性能加以組合使用。關於使用之化合物的種類,例如作為本發明之一個實施形態,為1種、2種、3種。又,進一步於本發明之其他實施形態,為4種、5種、6種、7種以上。
於本發明之組成物中,由通式(M)表示之化合物的含量必須根據在低溫之溶解性、轉變溫度、電可靠性、雙折射率、製程相容性、滴痕、殘影、介電各向導性等所要求之性能作適當調整。
相對於本發明之液晶組成物總量,由式(M)表示之化合物的較佳含量下限值為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%。較佳含量上限值相對於本發明之液晶組成物的總量,例如於本發明之一個形態,為95質量%、85質量%、75質量%、65質量%、55質量%、45質量%、35質量%、25質量%。
當將本發明之組成物的黏度保持較低,需要應答速度快之組成物的情形時,較佳使上述之下限值低一點,且使上限值低一點。並且,當將本發明之組成物的TNI
保持較高,需要溫度穩定性佳之組成物的情形時,較佳使上述之下限值低一點,且使上限值低一點。又,為了將驅動電壓保持較低而想要增大介電各向導性時,較佳使上述之下限值高一點,且使上限值高一點。
接著,由通式(K)表示之化合物為具有以下之化學構造者。
(式中,RK1
表示碳原子數1~8之烷基,該烷基中之1個或非鄰接之2個以上的-CH2
-亦可各自獨立地經-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-或-OCO-取代,
nK1
表示0、1、2、3或4,
AK1
及AK2
各自獨立地表示選自由下述(a)及(b)組成之群中的基:
(a)1,4-伸環己基(存在於此基中之1個-CH2
-或未鄰接之2個以上的-CH2
-亦可被取代成-O-或-S-。)及
(b)1,4-伸苯基(存在於此基中之1個-CH=或未鄰接之2個以上的-CH=亦可被取代成-N=。),
上述之基(a)及基(b)上的氫原子亦可各自獨立地經氰基、氟原子或氯原子取代,
ZK1
及ZK2
各自獨立地表示單鍵、-CH2
CH2
-、-(CH2
)4
-、-OCH2
-、-CH2
O-、-OCF2
-、-CF2
O-、-COO-、-OCO-或-C≡C-,
當nK1
為2、3或4而存在複數個AK2
之情形時,其等可相同或亦可不同,當nK1
為2、3或4而存在複數個ZK1
之情形時,其等可相同或亦可不同,
XK1
及XK3
各自獨立地表示氫原子、氯原子或氟原子,
XK2
表示氫原子、氟原子、氯原子、氰基、三氟甲基、氟甲氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基或2,2,2-三氟乙基。)
通式(K)中,RK1
較佳為碳原子數1~8之烷基、碳原子數1~8之烷氧基、碳原子數2~8之烯基或碳原子數2~8之烯氧基,較佳為碳原子數1~5之烷基、碳原子數1~5之烷氧基、碳原子數2~5之烯基或碳原子數2~5之烯氧基,更佳為碳原子數1~5之烷基或碳原子數2~5之烯基,更佳為碳原子數2~5之烷基或碳原子數2~3之烯基,尤佳為碳原子數3之烯基(丙烯基)。
當重視可靠性之情形時,RK1
較佳為烷基,而當重視降低黏性之情形時,則較佳為烯基。
又,當其鍵結之環構造為苯基(芳香族)的情形時,較佳為直鏈狀之碳原子數1~5的烷基、直鏈狀之碳原子數1~4的烷氧基及碳原子數4~5的烯基,當其鍵結之環構造為環己烷、哌喃及二口咢烷等飽和之環構造的情形時,較佳為直鏈狀之碳原子數1~5的烷基、直鏈狀之碳原子數1~4的烷氧基及直鏈狀之碳原子數2~5的烯基。為了使向列相穩定化,當存在碳原子及氧原子之情形時,較佳為氧原子之合計在5以下,較佳為直鏈狀。
作為烯基,較佳選自式(R1)至式(R5)之任一者所表示之基。(各式中之黑點表示烯基鍵結之環構造中的碳原子。)
當要求增大Δn之情形時,AK1
及AK2
較佳各自獨立地為芳香族,為了改善應答速度,則較佳為脂肪族,較佳表示反式-1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、3,5-二氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、1,4-伸環己烯基、1,4-雙環[2.2.2]伸辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基,更佳表示下述之構造,
更佳表示下述之構造。
ZK1
及ZK2
較佳各自獨立地表示-CH2
O-、-CF2
O-、-CH2
CH2
-、-CF2
CF2
-或單鍵,更佳為-CF2
O-、-CH2
CH2
-或單鍵,尤佳為-CF2
O-或單鍵。
nK1
較佳為0、1、2或3,較佳為0、1或2,當重點在於改善Δε之情形時,較佳為0或1,當重視TNI
之情形時,則較佳為1或2。
可組合之化合物的種類並無特別限制,係根據在低溫之溶解性、轉變溫度、電可靠性、雙折射率等想要之性能加以組合使用。關於使用之化合物的種類,例如作為本發明之一個實施形態,為1種、2種、3種。又,進一步於本發明之其他實施形態,為4種、5種、6種、7種以上。
於本發明之組成物中,由通式(K)表示之化合物的含量必須根據在低溫之溶解性、轉變溫度、電可靠性、雙折射率、製程相容性、滴痕、殘影、介電各向導性等所要求之性能作適當調整。
相對於本發明之液晶組成物總量,由通式(K)表示之化合物的較佳含量下限值為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%。較佳含量上限值相對於本發明之組成物總量,例如於本發明之一個形態,為95質量%、85質量%、75質量%、65質量%、55質量%、45質量%、35質量%、25質量%。
當將本發明之液晶組成物的黏度保持較低,需要應答速度快之組成物的情形時,較佳使上述之下限值低一點,且使上限值低一點。並且,當將本發明之液晶組成物的TNI
保持較高,需要溫度穩定性佳之組成物的情形時,較佳使上述之下限值低一點,且使上限值低一點。又,為了將驅動電壓保持較低而想要增大介電各向導性時,較佳使上述之下限值高一點,且使上限值高一點。
由上述通式(J)表示之化合物較佳為由下述式(M-1)~(M-18)表示之化合物。
(上述式中,XM11
~XM186
各自獨立地表示氫原子或氟原子,RJ1
~RJ181
各自獨立地表示碳原子數1~5之烷基、碳原子數2~5之烯基或碳原子數1~4之烷氧基,XJ11
~XJ181
表示氟原子、氯原子或OCF3
,
AM81
及AM82
各自獨立地表示1,4-伸環己基、1,4-伸苯基或
1,4-伸苯基上之氫原子亦可經氟原子取代,WM101
~WM172
各自獨立地表示-CH2
-或-O-。)
作為本發明之通式(N-1)所表示的化合物,可列舉下述之通式(N-1a)~(N-1g)所表示的化合物群。
(式中,RN11
及RN12
表示與通式(N-1)中之RN11
及RN12
相同的意義,
nNa12
表示0或1,nNb11
表示1或2,nNc11
表示0或1,nNd11
表示1或2,nNe11
表示1或2,nNf12
表示1或2,nNg11
表示1或2,ANe11
表示反式-1,4-伸環己基或1,4-伸苯基,ANg11
表示反式-1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基或1,4-伸苯基,但當nNg11
為1之情形時,ANg11
表示1,4-伸環己烯基,當nNg11
為2之情形時,至少1個ANg11
表示1,4-伸環己烯基,ZNe11
表示單鍵或伸乙基,但當nNe11
為1之情形時,ZNe11
表示伸乙基。當nNe11
為2之情形時,至少1個ZNe11
表示伸乙基。)
本發明之通式(N-2)所表示的化合物,較佳為選自下述通式(N-2-1)~(N-2-3)所表示之化合物群中的化合物。
(式中,RN211
及RN212
各自獨立地表示與通式(N-2)中之RN21
及RN22
相同的意義。)
(式中,RN221
及RN222
各自獨立地表示與通式(N-2)中之RN21
及RN22
相同的意義。)
(式中,RN231
及RN232
各自獨立地表示與通式(N-2)中之RN21
及RN22
相同的意義。)
通式(N-3)所表示之化合物較佳為選自通式(N-3-2)所表示之化合物群中的化合物。
(式中,RN321
及RN322
各自獨立地表示與通式(N-3)中之RN31
及RN32
相同的意義。)
當本發明之含有聚合性單體的液晶組成物整體呈現正介電各向導性之情形時,較佳含有「通式(I)所表示之聚合性單體」與「1種或2種以上選自通式(J)所表示之化合物中的化合物」與「通式(L)所表示之化合物」。
本發明之含有聚合性單體的液晶組成物整體中,僅由通式(I)、通式(J)及通式(L)所表示之化合物構成的成分所佔的比例上限值,較佳為100質量%、99質量%、98質量%、97質量%、96質量%、95質量%、94質量%、93質量%、92質量%、91質量%、90質量%、89質量%、88質量%、87質量%、86質量%、85質量%、84質量%。
又,本發明之含有聚合性單體的液晶組成物整體中,僅由通式(I)、通式(J)及通式(L)所表示之化合物構成的成分所佔的比例下限值,較佳為78質量%、80質量%、81質量%、83質量%、85質量%、86質量%、87質量%、88質量%、89質量%、90質量%、91質量%、92質量%、93質量%、94質量%、95質量%、96質量%、97質量%、98質量%、99質量%。
而當本發明之含有聚合性單體的液晶組成物整體呈現負介電各向導性的情形時,較佳含有「通式(I)所表示之聚合性單體」與「1種或2種以上選自通式(N-1)所表示之化合物中的化合物」與「通式(L)所表示之化合物」。
本發明之含有聚合性單體的液晶組成物整體中,僅由通式(I)、通式(N-1)及通式(L)所表示之化合物構成的成分所佔的比例上限值,較佳為100質量%、99質量%、98質量%、97質量%、96質量%、95質量%、94質量%、93質量%、92質量%、91質量%、90質量%、89質量%、88質量%、87質量%、86質量%、85質量%、84質量%。
當本發明之液晶組成物為負的液晶組成物之情形時,於20℃之介電各向導性(Δε)為-2.0至-8.0,較佳為-2.1至-6.2,更佳為-2.2至-5.3,再更佳為-2.5至-5.0。尤佳為-2.7至-4.8。
當本發明之液晶組成物為正的液晶組成物之情形時,於20℃之介電各向導性(Δε)為1.5至20,較佳為1.5至18.0,更佳為1.5至15.0,再更佳為1.5至11,尤佳為1.5至8。
本發明之液晶組成物於20℃之折射率異向性(Δn)為0.08至0.14,更佳為0.09至0.13,尤佳為0.09至0.12。若更進一步詳述之,則因應薄的單元間隙(cell gap)之情形時,較佳為0.10至0.13,而因應厚的單元間隙之情形時,則較佳為0.08至0.11。
本發明之液晶組成物於20℃之黏度(η)為10至50mPa・s,較佳為10至45mPa・s,較佳為10至40mPa・s,較佳為10至35mPa・s,較佳為10至30mPa・s,更佳為10至25mPa・s,尤佳為10至22mPa・s。
本發明之液晶組成物於20℃之旋轉黏性(γ1)為50至160mPa・s,較佳為55至160mPa・s,較佳為60至160mPa・s,較佳為60至150mPa・s,較佳為60至140mPa・s,較佳為60至130mPa・s,較佳為60至125mPa・s。
本發明之液晶組成物為,向列相-等向性液相轉變溫度(Tni)為60℃至120℃,更佳為70℃至100℃,尤佳為70℃至85℃。
使用本發明之含有聚合性單體之液晶組成物的液晶顯示元件,具有高速應答此一顯著的特徵,並且,可充分得到傾斜角,沒有未反應之聚合性單體或是少到不會成為問題,電壓保持率(VHR)高,故沒有配向不良或顯示不良等不良情形,充分地獲得抑制。又,由於可輕易控制傾斜角及聚合性單體之殘留量,故可輕易使用以製造之能量成本(energy cost)之最佳化及削減,因此,最適於生產效率之提升與穩定之量產。
使用本發明之含有聚合性單體之液晶組成物的液晶顯示元件,尤其對於主動矩陣驅動用液晶顯示元件有用,可使用於PSA模式、PSVA模式、VA模式、PS-IPS模式或PS-FFS模式用液晶顯示元件。
[實施例]
以下舉實施例進一步詳述本發明,但本發明並不限定於此等實施例。又,下述實施例及比較例之組成物中的「%」意指「質量%」。於實施例中關於化合物之記載,係使用以下之代號。
實施例中所測得之特性如下。
Tni :向列相-等向性液相轉變溫度(℃)
Δn :於20℃之折射率異向性
η :於20℃之黏度(mPa・s)
γ1 :於20℃之旋轉黏性(mPa・s)
Δε :於20℃之介電各向導性
K33
:於20℃之彈性常數K33
(pN)
<環構造>
(其中,表中之n為自然數。)
<連結構造>
(其中,表中之n為自然數。)
本實施例及比較例中之「低溫保存性」、「垂直配向性」、「預傾角形成」及「應答特性」的評價係以下述方法進行。
(低溫保存性之評價測試)
使用膜濾器(Agilent Technologies公司製,PTFE 13m-0.2μm)對液晶組成物進行過濾,於真空減壓條件下靜置15分鐘,進行溶存空氣之去除。用丙酮將其清洗後,秤量0.5g至經充分乾燥之小玻璃瓶(vial bottle),於-25℃之環境下靜置10天。然後,以目視觀察有無析出,以下述2階段來判定。
A:無法確認到析出。
B:於1週後析出。
C:可確認到析出。
(垂直配向性之評價測試)
製作第一基板(共通電極基板)與第二基板(像素電極基板),該第一基板於絕緣層上具有由經圖案化之透明之共通電極構成的透明電極層,無具備有濾色器層之配向膜;該第二基板無具有像素電極層(具有藉由主動元件驅動之透明像素電極)之配向膜。將液晶組成物滴下於第一基板上,於第二基板上夾持,於常壓以110℃、2小時之條件使密封材硬化,而得到單元間隙3.2μm之液晶單元(liquid crystal cell)。使用偏光顯微鏡觀察此時之垂直配向性及滴痕等的配向不均,以下述5階段來評價。
S:特優,均勻地垂直配向
A:均勻地垂直配向於整面
B:有極些微之配向缺陷,為可容許之程度
C:具有配向缺陷,為無法容許之程度
D:配向不良相當嚴重
(液晶殘影評價方法(預傾角之隨時間變化))
首先,將會誘發垂直配向之聚醯亞胺配向膜塗布於附ITO之基板後,對前述聚醯亞胺配向膜進行摩擦處理,然後於含有該附ITO之基板的液晶單元(單元間隙3.5μm)間,使用真空注入法注入液晶組成物。然後,在對經注入液晶組成物之液晶單元以頻率100Hz施加10V電壓的狀態下使用高壓水銀燈,透過會將325nm以下之紫外線濾除的過濾器照射紫外線。此時,調整成以中心波長365nm之條件所測得之照度為100mW/cm2
,照射累積光量10J/cm2
之紫外線。使前述之紫外線照射條件為照射條件1。藉由此照射條件1對液晶單元中之液晶分子賦予預傾角。於此處,雖然是為了評價無論有無垂直配向性之預傾斜形成而以附有聚醯亞胺配向膜之單元來進行評價,但確認了當使用垂直配向性夠高之單體的情形時,即使用沒有聚醯亞胺配向膜之單元進行相同的評價,亦可得到同樣之結果。
接著,使用螢光UV燈,調整成以中心波長313nm之條件所測得的照度為3mW/cm2
,進一步照射累積光量20J/cm2
之紫外線,得到液晶顯示元件。使前述之紫外線照射條件為照射條件2。藉由照射條件2,來減少照射條件1下未反應之液晶單元中之聚合性單體的殘留量。
於照射紫外線後,進行因預傾角之變化所造成之顯示不良(殘影)評價。首先,測量液晶顯示元件之預傾角,作為預傾角(初期)。對此液晶顯示元件以頻率100Hz施加矩形波30V之電壓,且同時照射背光10小時。
然後,測量預傾角,來作為預傾角(測試後)。從所測得之預傾角(初期)減掉預傾角(測試後),將所得到之值作為預傾角變化量(=預傾角變化之絕對值)[°]。預傾角係使用Shintech公司製之OPTIPRO測得。另,30V之電壓大小為通常之驅動電壓的數倍大,為加速測試。
預傾角變化量越接近0[°],因預傾角之變化而導致發生顯示不良的可能性越低。
將上述測得之預傾角變化量分為以下之4階段。
S:0.1°以內(幾乎沒有發生顯示不良)
A:0.1°以上0.3°以內(不易發生顯示不良)
B:0.3°以上0.5°以內(發生相當多顯示不良)
C:0.5°以上(發生顯示不良,為無法容許之程度)
(應答特性之評價測試)
對上述(預傾角形成之評價測試)所使用之單元間隙3.2μm的單元,進一步照射東芝照明技術公司製之UV螢光燈60分鐘(於313nm之照度1.7mW/cm2
)。對藉此所得到之單元測量應答速度。關於應答速度,係於25℃之溫度條件下,使用AUTRONIC-MELCHERS公司之DMS703測量在6V之Voff。
(液晶組成物之製備與評價結果)
以如下述所示之化合物與混合比率製備液晶組成物,使該組成物為LC-1。以下揭示液晶組成物之構成與其物性值之結果。
LC-1之向列相-等向性液相轉變溫度(TNI
)為75℃,固相-向列相轉變溫度(TCN
)為-33℃,折射率異向性(Δn)為0.11,介電各向導性(Δε)為-2.8,旋轉黏性(γ1
)為98mPa・s。另,折射率異向性(Δn)、介電各向導性(Δε)及旋轉黏性(γ1)皆是於25℃之測定結果(以下亦同)。
(比較例1~8)
於使LC-1為100質量份時,將含有下述自配向性單體(P-1)1.0質量份、添加有0.3質量份由式(RM-1)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例1。
將相對於100質量份液晶組成物LC-1含有自配向性單體(P-1)1.0質量份、添加有0.3質量份由式(RM-2)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例2。
將相對於100質量份液晶組成物LC-1含有自配向性單體(P-1)1.0質量份、添加有0.3質量份由式(RM-3)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例3。
將相對於100質量份液晶組成物LC-1含有自配向性單體(P-1)1.0質量份、添加有0.3質量份由式(RM-4)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例4。
將相對於100質量份液晶組成物LC-1含有自配向性單體(P-1)0.5質量份、添加有0.3質量份由式(RM-2)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例5。
將相對於100質量份液晶組成物LC-1含有自配向性單體(P-1)0.5質量份、添加有0.6質量份由式(RM-1)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例6。
將相對於100質量份液晶組成物LC-1含有自配向性單體(P-1)1.0質量份、添加有0.6質量份由式(RM-1)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例7。
將相對於100質量份液晶組成物LC-1含有自配向性單體(P-1)1.0質量份、添加有0.6質量份由式(RM-3)表示之化合物之聚合性單體的液晶組成物作為比較例8。
(實施例1~95)
除了將下述所示之自配向性單體(P-1)至(P-41)及聚合性單體(RM-1)至(RM-16)分別以下表所示之添加量添加於LC-1以外,其餘皆以與比較例1同樣方式製備液晶組成物。
以下,揭示本實施例所使用之自配向性單體及聚合性單體的化學構造。
以下之構造式中,「Me」表示甲基。
關於實施例1~95之低溫保存性,取代基具有長鏈烷基之聚合性單體(例如,RM-9~RM-11)若經過1週左右則會開始發生析出。另外,取代基具有短鏈烷基或者烷氧基之聚合性單體(例如,RM-3~RM-7,RM-12~RM-14),溶解性佳,低溫保存性良好。關於低溫保存性,聚合性單體由於溶解性相對較佳,故主要取決於自配向性單體之溶解性。
又,若將封入含有2種聚合性單體之液晶組成物的液晶單元放置於偏光元件與檢偏鏡(analyzer)正交配置的偏光顯微鏡,觀察透射光,則如果液晶分子作垂直配向,則由於光線會因偏光板之作用而無法透射過,故單元會呈黑色顯示。藉由此種測試法來評價上述實施例1~95之液晶組成物的樣品後,結果可確認若適當地選擇2種聚合性單體,添加於液晶組成物,則可顯著地減少配向不均,顯示出一樣的垂直配向性。所謂該適當之2種聚合性單體,可舉一個在液晶原側鏈導入有疏水基之雙官能性單體與在300nm以上具有吸收之聚合性單體的組合,藉由以適當濃度添加各單體,可確認到良好之垂直配向性。
另一方面,比較例1、2、4、5~7可確認藉由添加聚合性單體,預傾斜變化量相對較為良好,相對於此,垂直配向性低。於比較例3,雖然垂直配向性高,但是預傾斜變化量大。於比較例6~7,儘管增加1種之聚合性單體的添加量,但垂直配向性卻未獲得改善。從此等結果可確認若為1種之聚合性單體,則並非是可同時兼顧垂直配向性與預傾斜變化量之單體。
又,於比較例,雖然是以自配向性單體與聚合性單體各自由1種所構成之組成物來評價配向性或傾斜穩定性,但是當使用在長波長具有吸收之聚合性單體(例如,RM-4)的情形時,結果雖然傾斜穩定性相對較為良好,但垂直配向性差。又,若使用導入有疏水性部位之化合物(RM-3)作為聚合性單體,則結果雖然垂直配向性良好,但是無法充分使藉由照射紫外光進行之聚合產生,在無法緻密地形成網路下,傾斜穩定性變低。並且,比較例1~8全部皆為低溫保存性較實施例差的結果。
關於實施例1、12、26、42、50,認為是由於使用了2種未導入疏水基之聚合性單體,故若垂直配向性與其他實施例相比,則為較差之結果。相對於此,實施例5、6、24、27、28、38、39、46則是由於使用了光之吸收區域未移動至相對較長波長側的聚合性單體,故聚合不易進行,於聚合之初期階段,聚合物網路之形成不夠充分,結果若預傾斜變化量與其他實施例相比,則為較差之結果。根據上述實驗結果,認為藉由適當選擇參與聚合之聚合性單體與有助於垂直配向性之聚合性單體之功能分離的2種單體,可達成高的垂直配向性與小的預傾斜變化量。於其他實施例,可確認除了高垂直配向性外,還顯示出夠小的預傾角變化量,且顯示不均、殘影少。尤其是認為導入有疏水基之聚合性單體達成自配向單體與另1種之聚合性單體的媒介功能,保持高垂直配向性,且同時提升聚合層之交聯密度,因此使得聚合物之強度獲得提高,結果,穩定性優異。
又,評價藉由照射紫外光進行之聚合所產生的預傾角後,結果確認分別添加有在液晶原側鏈導入有疏水基之雙官能性單體(例如RM-3、RM-5、RM-6、RM-8)與在長波長具有吸收之聚合性單體(例如RM-4、RM-12~RM-14)的樣品被賦予了適當之傾斜角。使用了此等之液晶顯示元件由於被賦予了充分之預傾角,故暗示了充分高速之應答。
當以含有在實施例1~11等作為聚合性單體使用之RM-1~RM-17的組成物製作液晶單元時,展開性(滲暈)亦為良好。
並且,當將實施例1~95之自配向性單體的添加量分別置換成1.0質量份至0.5質量份的情形時,亦確認垂直配向性及預傾斜變化量小,顯示不均、殘影獲得抑制。
製備以如下述所示之化合物及混合比率構成的組成物代替組成物LC-1,使該液晶組成物為LC-2至LC-8。
(實施例96~103)
確認了即使將實施例3之基底組成物置換成LC1至LC2,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施例96)。
確認了即使將實施例30之基底組成物置換成LC1至LC3,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施例97)。
確認了即使將實施例35之基底組成物置換成LC1至LC4,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施例98)。
確認了即使將實施例36之基底組成物置換成LC1至LC5,並將聚合性化合物置換成P-6至P-11,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施例99)。
確認了即使將實施例41之基底組成物置換成LC1至LC6,並將聚合性化合物置換成P-6至P-18,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施例100)。
確認了即使將實施例44之基底組成物置換成LC1至LC7,並將聚合性化合物置換成P-7至P-23,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施例101)。
確認了即使將實施例47之基底組成物置換成LC1至LC8,並將聚合性化合物置換成P-8至P-30,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施102)。
確認了即使將實施例56之基底組成物置換成LC1至LC8,並將聚合性化合物置換成P-10至P-34,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制(實施例103)。
並且,當將實施例96~103之自配向性單體的添加量分別置換成1.0質量份至0.5質量份的情形時,亦確認垂直配向性及預傾斜變化量小,顯示不均、殘影獲得抑制。
(實施例104~123)
除了將下表所示之自配向性單體(1)0.2質量份及自配向性單體(2)0.4質量份以及下表所示之添加量的聚合性單體(1)及(2)分別添加於組成物LC-1~LC-8之任一者外,其餘皆以與比較例1同樣方式製備液晶組成物。
評價由2種自配向性單體、2種聚合性單體之組合所達成的低溫保存性、垂直配向性、預傾斜穩定性。可確認以低濃度混合2種溶解性低之自配向性單體,藉此可在維持低溫保存性下,提升垂直配向性。又,關於聚合性單體,亦是藉由混合數種後使用,可提升聚合性單體成分之濃度,能夠使預傾斜穩定性提升。
根據上述各實施例之評價結果,實施例之液晶組成物在作為液晶顯示元件上顯示出綜合優異的性能。
(實施例124~149)
除了將實施例1之自配向性單體分別置換成P-1至P-41~P-66外,其餘皆以與實施例1同樣方式製備液晶組成物,使此等為實施例124~149。根據實施例124~149之結果,確認了使用各種自配向性單體之情形時,垂直配向性及預傾斜變化量亦小,顯示不均、殘影亦獲得抑制。
無
無
Claims (6)
- 一種液晶組成物,含有1種以上之自配向性單體,該自配向性單體具有第1液晶原(mesogen)骨架、由通式(PG1)表示之至少一個聚合性基團及至少一個吸附基團,並含有具備與該自配向性單體不同化學構造之選自由下述通式(I)所表示之聚合性單體組成之群中的2種以上之聚合性單體,*-S11-P11 (PG1)(該式中,該P11為由下述式(R-I)~式(R-IX)表示之基,
- 如請求項1所述之液晶組成物,其中,該吸附基團為具有選自由N、O、S、P及Si組成之群中之雜原子(hetero-atom)的原子團。
- 如請求項1或2所述之液晶組成物,其中,該2種以上之通式(I)所表示的聚合性單體的其中之一提升另外之通式(I)所表示之聚合性單體的反應性。
- 如請求項1或2所述之液晶組成物,其含有1種或2種以上選自通式(N-1)、(N-2)及(N-3)所表示之化合物中的化合物,
- 如請求項1或2所述之液晶組成物,其含有1種或2種以上選自通式(L)所表示之化合物中的化合物:
- 如請求項1或2所述之液晶組成物,其中,該通式(I)所表示之聚合性單體中的一者,n11為0,且R102、R103、R104、R105、R106、R107、R108或R109中之任一者為碳原子數1至18之烷基,R101及R110各自獨立地為P21-S21-。
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