特許第6573091号(P6573091)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6573091液晶表示素子の製造方法および液晶表示素子
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6573091
(24)【登録日】2019年8月23日
(45)【発行日】2019年9月11日
(54)【発明の名称】液晶表示素子の製造方法および液晶表示素子
(51)【国際特許分類】
   G02F 1/1337 20060101AFI20190902BHJP
   G02F 1/13 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/56 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/12 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/14 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/20 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/30 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/32 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/34 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/38 20060101ALI20190902BHJP
   C08F 2/44 20060101ALI20190902BHJP
   C09K 19/54 20060101ALI20190902BHJP
【FI】
   G02F1/1337 520
   G02F1/13 500
   C09K19/56
   C09K19/12
   C09K19/14
   C09K19/20
   C09K19/30
   C09K19/32
   C09K19/34
   C09K19/38
   C08F2/44 B
   C09K19/54 Z
【請求項の数】19
【全頁数】81
(21)【出願番号】特願2018-524987(P2018-524987)
(86)(22)【出願日】2017年6月5日
(86)【国際出願番号】JP2017020780
(87)【国際公開番号】WO2018003412
(87)【国際公開日】20180104
【審査請求日】2018年12月18日
(31)【優先権主張番号】特願2016-127323(P2016-127323)
(32)【優先日】2016年6月28日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2016-176384(P2016-176384)
(32)【優先日】2016年9月9日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】311002067
【氏名又は名称】JNC株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】596032100
【氏名又は名称】JNC石油化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000774
【氏名又は名称】特許業務法人 もえぎ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】片野 裕子
(72)【発明者】
【氏名】近藤 史尚
(72)【発明者】
【氏名】荻田 和寛
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 浩史
【審査官】 廣田 かおり
(56)【参考文献】
【文献】 特開2015−205982(JP,A)
【文献】 国際公開第2014/123056(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02F 1/1337
G02F 1/13
C09K 9/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
配向膜を有さない対向配置されている一対の基板と、前記一対の基板それぞれの対向している面の一方または両方に形成されている電極群からなる基板間に形成される液晶層として、液晶化合物および重合性化合物を含む液晶組成物を含有し、該重合性化合物の少なくとも1つが、極性アンカー基を有する化合物である液晶表示素子を製造するにあたり、254nmと313nmの積算光量比(313nm/254nm)が10以上の条件で、前記重合性化合物を反応させて、配向制御層を形成させる液晶表示素子の製造方法。
【請求項2】
電圧を印加しながら重合性化合物を反応させる、請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項3】
電圧が20V以下である請求項2に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項4】
重合性化合物として、式(1)で表される化合物、式(AI−1)で表される化合物の群から選択された、少なくとも1つの極性化合物を含有する請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(1)において、Rは、水素、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;Rは、−OH、−OR、−NH、−NHR、または−N(R)で表される基であり、ここで、Rは炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;環Aおよび環Bは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイル、またはアントラセン−2,6−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;Zは、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、または−CF=CF−であり;SpおよびSpは独立して、単結合または炭素数1から7のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;aは、0、1、2、3、または4である。
式(AI−1)において、
11は炭素数1から15のアルキルであり、このR11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイル、アントラセン−2,6−ジイル、ペルヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイル、または2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17−テトラデカヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数2から12のアルケニル、炭素数1から11のアルコキシ、または炭素数2から11のアルケニルオキシで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;
は、0、1、2、3、または4であり;
11は単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このZ11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;
Sp11は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、式(1a)で表される基から選択された基で置き換えられていて;
式(1a)において、
Sp12は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp12において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
11およびM12は独立して、水素、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり:
12は炭素数1から15のアルキルであり、このR12において、少なくとも1つの−CH−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく:
式(AI−1)において、
11は、式(1e)および式(1f)で表される基から選択された基であり;
式(1e)および(1f)において、
Sp13は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp13において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−NH−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
Sp14は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp14において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−NH−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
13およびM14は独立して、水素、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり:
は、−OH、−NH、−OR15、−N(R15、−COOH、−SH、−B(OH)、または−Si(R15であり;
−OR15、−N(R15、および−Si(R15において、
15は水素または炭素数1から10のアルキルであり、このR15において、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよい。
【請求項5】
重合性化合物の少なくとも1つが、式(1−1)から式(1−9)で表される化合物、式(AI−2)から式(AI−21)で表される化合物の群から選択された化合物である、請求項1から4に記載のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(1−1)から式(1−9)において、Rは、水素、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;Zは、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、または−CF=CF−であり;SpおよびSpは独立して、単結合または炭素数1から7のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;L、L、L、L、L、L、L、L、L、L10、L11、およびL12は独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルである。
式(AI−2)から式(AI−21)において、
11は炭素数1から10のアルキルであり;
11、Z12、およびZ13は独立して、単結合、−CHCH−、または−(CH−であり;
Sp12、Sp13、およびSp14は独立して、単結合または炭素数1から5のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく;
、L、L、L、L、L、L、L、L、L10、L11、およびL12は独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルであり;
lは、1、2、3、4、5、または6である。
【請求項6】
液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、重合性化合物の割合が0.05重量%から10重量%の範囲である、請求項1から5のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項7】
液晶組成物が、第一成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(2)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシであり;環Cおよび環Eは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;環Dは、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−5−メチル−1,4−フェニレン、3,4,5−トリフルオロナフタレン−2,6−ジイル、または7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルであり;ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;bは、1、2、または3であり、cは、0または1であり、そしてbとcとの和は3以下である。
【請求項8】
液晶組成物が、第一成分として式(2−1)から式(2−22)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(2−1)から式(2−22)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。
【請求項9】
液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である、請求項7または8に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項10】
液晶組成物が、第二成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(3)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;環Fおよび環Gは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;Zは、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;dは、1、2、または3である。
【請求項11】
液晶組成物が、第二成分として式(3−1)から式(3−13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、請求項1から10のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(3−1)から式(3−13)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
【請求項12】
液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から70重量%の範囲である、請求項10または11に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項13】
極性アンカー基を有さない重合性化合物をさらに含有する、請求項1から12のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項14】
極性アンカー基を有さない重合性化合物の少なくとも1つが、式(4)で表される化合物の群から選択された重合性化合物である、請求項1から13のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(4)において、環Jおよび環Pは独立して、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、テトラヒドロピラン−2−イル、1,3−ジオキサン−2−イル、ピリミジン−2−イル、またはピリジン−2−イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Kは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−、−C(CH)=CH−、−CH=C(CH)−、または−C(CH)=C(CH)−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P、P、およびPは、重合性基であり;Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;qは0、1、または2であり;j、k、およびpは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてj、k、およびpの和は、1以上である。
【請求項15】
式(4)において、P、P、およびPが独立して式(P−1)から式(P−5)で表される基の群から選択された重合性基である、請求項14に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(P−1)から式(P−5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。
【請求項16】
極性アンカー基を有さない重合性化合物の少なくとも1つが、式(4−1)から式(4−28)で表される化合物の群から選択された重合性化合物である、請求項14又は15に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(4−1)から式(4−28)において、P、P、およびPは独立して、式(P−1)から式(P−3)で表される基の群から選択された重合性基であり、ここでM、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;
Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。
【請求項17】
液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、極性アンカー基を有さない重合性化合物の割合が0.03重量%から10重量%の範囲である、請求項14から16のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項18】
請求項1から17のいずれか1項に記載の製造方法で製造される液晶表示素子。
【請求項19】
液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、VAモード、FFSモード、またはFPAモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、請求項18に記載の液晶表示素子。


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示素子の製造方法に関する。特に、重合性基を有する極性化合物(またはその重合体)を含有した液晶組成物を用いる液晶表示素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示素子において、液晶分子の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(optically compensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)、FFS(fringe field switching)、FPA(field-induced photo-reactive alignment)などのモードである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PMは、スタティック(static)、マルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMは、TFT(thin film transistor)、MIM(metal insulator metal)などに分類される。TFTの分類は非晶質シリコン(amorphous silicon)および多結晶シリコン(polycrystal silicon)である。後者は製造工程によって高温型と低温型とに分類される。光源に基づいた分類は、自然光を利用する反射型、バックライトを利用する透過型、そして自然光とバックライトの両方を利用する半透過型である。
【0003】
液晶表示素子はネマチック相を有する液晶組成物を含有する。この組成物は適切な特性を有する。この組成物の特性を向上させることによって、良好な特性を有するAM素子を得ることができる。2つの特性における関連を下記の表1にまとめる。組成物の特性を市販されているAM素子に基づいてさらに説明する。ネマチック相の温度範囲は、素子の使用できる温度範囲に関連する。ネマチック相の好ましい上限温度は約70℃以上であり、そしてネマチック相の好ましい下限温度は約−10℃以下である。組成物の粘度は素子の応答時間に関連する。素子で動画を表示するためには短い応答時間が好ましい。1ミリ秒でもより短い応答時間が望ましい。したがって、組成物における小さな粘度が好ましい。低い温度における小さな粘度はさらに好ましい。
【0004】
【0005】
組成物の光学異方性は、素子のコントラスト比に関連する。素子のモードに応じて、大きな光学異方性または小さな光学異方性、すなわち適切な光学異方性が必要である。組成物の光学異方性(Δn)と素子のセルギャップ(d)との積(Δn×d)は、コントラスト比を最大にするように設計される。積の適切な値は動作モードの種類に依存する。この値は、VAモードの素子では約0.30μmから約0.40μmの範囲であり、IPSモードまたはFFSモードの素子では約0.20μmから約0.30μmの範囲である。これらの場合、小さなセルギャップの素子には大きな光学異方性を有する組成物が好ましい。組成物における大きな誘電率異方性は、素子における低いしきい値電圧、小さな消費電力と大きなコントラスト比に寄与する。したがって、大きな誘電率異方性が好ましい。組成物における大きな比抵抗は、素子における大きな電圧保持率と大きなコントラスト比とに寄与する。したがって、初期段階において室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。長時間使用したあと、室温だけでなくネマチック相の上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有する組成物が好ましい。紫外線および熱に対する組成物の安定性は、素子の寿命に関連する。この安定性が高いとき、素子の寿命は長い。このような特性は、液晶プロジェクター、液晶テレビなどに用いるAM素子に好ましい。
【0006】
高分子支持配向(PSA;polymer sustained alignment)型の液晶表示素子では、重合体を含有する液晶組成物が用いられる。まず、少量の重合性化合物を添加した組成物を素子に注入する。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。重合性化合物は重合して、組成物中に重合体の網目構造を生成する。この組成物では、重合体によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。重合体のこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。
【0007】
汎用の液晶表示素子において、液晶分子の垂直配向は、ポリイミド配向膜によって達成される。一方、配向膜を有しない液晶表示素子では、重合体および極性化合物を含有する液晶組成物が用いられる。まず、少量の重合性化合物および少量の極性化合物を添加した組成物を素子に注入する。ここで、極性化合物は基板表面に吸着され、配列する。この配列にしたがって液晶分子が配向される。次に、この素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、組成物に紫外線を照射する。ここで、重合性化合物が重合し、液晶分子の配向を安定化させる。この組成物では、重合体および極性化合物によって液晶分子の配向を制御することが可能になるので、素子の応答時間が短縮され、画像の焼き付きが改善される。さらに、配向膜を有しない素子では、配向膜を形成する工程が不要である。配向膜がないので、配向膜と組成物との相互作用によって、素子の電気抵抗が低下することはない。重合体と極性化合物の組合せによるこのような効果は、TN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、FPAのようなモードを有する素子に期待できる。
【0008】
TNモードを有するAM素子においては正の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。VAモードを有するAM素子においては負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。高分子支持配向型のAM素子においては正または負の誘電率異方性を有する組成物が用いられる。負の誘電率異方性を有する液晶組成物の例は次の特許文献1から6に開示されている。また、配向膜を使用しない例は特許文献7に開示されている。本発明では、素子の基板のあいだに電圧を印加しながら、液晶組成物に紫外線を照射する製造方法に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】国際公開第2014/090362号パンフレット
【特許文献2】国際公開第2014/094959号パンフレット
【特許文献3】国際公開第2013/004372号パンフレット
【特許文献4】国際公開第2012/104008号パンフレット
【特許文献5】国際公開第2012/038026号パンフレット
【特許文献6】特開昭50−35076号公報
【特許文献7】特開2015−168826号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
従来技術では、重合性基を有する極性化合物を含有した液晶組成物を用いて液晶表示素子を製造しようとした場合、重合を行うことのみに注力され、照射する紫外線の波長分布やエネルギー量までは着目されていなかった。この照射する紫外線の波長分布・エネルギー量と、得られる液晶表示素子の性能を検討した結果、過大な照射条件で製造した場合、液晶組成物を構成する成分化合物が損傷を受けることが分かった。本発明者らは、成分化合物の損傷という問題を解決することで、液晶表示素子の様々な性能の向上に寄与することができるという知見を得て、本発明を行った。すなわち、本発明の目的は、重合性基を有する極性化合物を含有した液晶組成物を用いて、液晶組成物にダメージを与えない紫外線を使用し、さらに、効率的にプレチルト角を付与することが可能な製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
配向膜を有さない対向配置されている一対の基板と、前記一対の基板それぞれの対向している面の一方または両方に形成されている電極群からなる基板間に形成される液晶層として、液晶化合物および重合性化合物を含む液晶組成物を含有し、該重合性化合物の少なくとも1つが、極性アンカー基を有する化合物である液晶表示素子を製造するにあたり、254nmと313nmの積算光量比(313nm/254nm)が10以上の条件で、前記重合性化合物を反応させて、配向制御層を形成させる液晶表示素子の製造方法である。
【発明の効果】
【0012】
本発明の長所は、液晶組成物にダメージを与えることなく、効率的に液晶表示素子を作成することが可能になるため、長期信頼性、応答スピードのアップ、コントラストの向上、また、製造プロセス面から、生産性の向上により、高品位の液晶表示素子を効率的に製造することが可能となることである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
この明細書における用語の使い方は次のとおりである。「液晶組成物」および「液晶表示素子」の用語をそれぞれ「組成物」および「素子」と略すことがある。「液晶表示素子」は液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。「液晶性化合物」は、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが、ネマチック相の温度範囲、粘度、誘電率異方性のような特性を調節する目的で組成物に混合される化合物の総称である。この化合物は、例えば1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を有し、その分子構造は棒状(rod like)である。「重合性化合物」は、組成物中に重合体を生成させる目的で添加する化合物である。
【0014】
本発明において、第一添加物は、極性アンカー基を有する重合性化合物を意味する。具体的には、式(1)、式(AI−1)で表される化合物である。また、第二添加物は、極性アンカー基を有しない重合性化合物を意味する。具体的には、式(4)で表される化合物である。
【0015】
液晶組成物は、複数の液晶性化合物を混合することによって調製される。この液晶組成物に、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物のような添加物が必要に応じて添加される。液晶性化合物や添加物は、このような手順で混合される。液晶性化合物の割合(含有量)は、添加物を添加した場合であっても、添加物を含まない液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。添加物の割合(添加量)は、添加物を含まない液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)で表される。重量百万分率(ppm)が用いられることもある。重合開始剤および重合禁止剤の割合は、例外的に重合性化合物の重量に基づいて表される。
【0016】
「ネマチック相の上限温度」を「上限温度」と略すことがある。「ネマチック相の下限温度」を「下限温度」と略すことがある。「比抵抗が大きい」は、組成物が初期段階において室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな比抵抗を有することを意味する。「電圧保持率が大きい」は、素子が初期段階において室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有し、そして長時間使用したあと室温だけでなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を有することを意味する。組成物や素子では、経時変化試験(加速劣化試験を含む)の前後で特性が検討されることがある。「誘電率異方性を上げる」の表現は、誘電率異方性が正である組成物のときは、その値が正に増加することを意味し、誘電率異方性が負である組成物のときは、その値が負に増加することを意味する。
【0017】
式(1)で表される化合物を「化合物(1)」と略すことがある。式(1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を「化合物(1)」と略すことがある。「化合物(1)」は、式(1)で表される1つの化合物、2つの化合物の混合物、または3つ以上の化合物の混合物を意味する。他の式で表される化合物についても同様である。「少なくとも1つの‘A’」の表現は、‘A’の数は任意であることを意味する。「少なくとも1つの‘A’は、‘B’で置き換えられてもよい」の表現は、‘A’の数が1つのとき、‘A’の位置は任意であり、‘A’の数が2つ以上のときも、それらの位置は制限なく選択できる。このルールは、「少なくとも1つの‘A’が、‘B’で置き換えられた」の表現にも適用される。
【0018】
「少なくとも1つの−CH−は−O−で置き換えられてもよい」のような表現がこの明細書で使われる。この場合、−CH−CH−CH−は、隣接しない−CH−が−O−で置き換えられることによって−O−CH−O−に変換されてもよい。しかしながら、隣接した−CH−が−O−で置き換えられることはない。この置き換えでは−O−O−CH−(ペルオキシド)が生成するからである。すなわち、この表現は、「1つの−CH−は−O−で置き換えられてもよい」と「少なくとも2つの隣接しない−CH−は−O−で置き換えられてもよい」の両方とを意味する。このルールは、−O−への置き換えだけでなく、−CH=CH−や−COO−のような二価基へ置き換えにも適用される。
【0019】
成分化合物の化学式において、末端基Rの記号を複数の化合物に用いる。これらの化合物において、任意の2つのRが表す2つの基は同一であってもよく、または異なってもよい。例えば、化合物(1−1)のRがエチルであり、化合物(1−2)のRがエチルであるケースがある。化合物(1−1)のRがエチルであり、化合物(1−2)のRがプロピルであるケースもある。このルールは、他の末端基などの記号にも適用される。式(1)において、aが2のとき、2つの環Aが存在する。この化合物において、2つの環Aが表す2つの基は、同一であってもよく、または異なってもよい。このルールは、aが2より大きいとき、任意の2つの環Aにも適用される。このルールは、他の記号にも適用される。このルールは、化合物(4−27)における2つの−Sp−Pのような場合にも適用される。
【0020】
六角形で囲んだA、B、C、Dなどの記号はそれぞれ環A、環B、環C、環Dなどの環に対応し、六員環、縮合環などの環を表す。この六角形を横切る斜線は、環上の任意の水素が−Sp−Pなどの基で置き換えられてもよいことを表す。‘j’などの添え字は、置き換えられた基の数を示す。添え字‘j’が0のとき、そのような置き換えはない。添え字‘j’が2以上のとき、環J上には複数の−Sp−Pが存在する。−Sp−Pが表す複数の基は、同一であってもよく、または異なってもよい。
【0021】
2−フルオロ−1,4−フェニレンは、下記の2つの二価基を意味する。化学式において、フッ素は左向き(L)であってもよいし、右向き(R)であってもよい。このルールは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルのような、環から2つの水素を除くことによって生成した、左右非対称な二価基にも適用される。このルールは、カルボニルオキシ(−COO−または−OCO−)のような二価の結合基にも適用される。
【0022】
液晶性化合物のアルキルは、直鎖状または分岐状であり、環状アルキルを含まない。直鎖状アルキルは、分岐状アルキルよりも好ましい。これらのことは、アルコキシ、アルケニルなどの末端基についても同様である。1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、一般的にシスよりもトランスが好ましい。ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を意味する。好ましいハロゲンはフッ素または塩素である。さらに好ましいハロゲンはフッ素である。
【0023】
本発明は、下記の項などである。
【0024】
項1. 配向膜を有さない対向配置されている一対の基板と、前記一対の基板それぞれの対向している面の一方または両方に形成されている電極群からなる基板間に形成される液晶層として、液晶化合物および重合性化合物を含む液晶組成物を含有し、該重合性化合物の少なくとも1つが、極性アンカー基を有する化合物である液晶表示素子を製造するにあたり、254nmと313nmの積算光量比(313nm/254nm)が10以上の条件で、前記重合性化合物を反応させて、配向制御層を形成させる液晶表示素子の製造方法。
【0025】
項2. 電圧を印加しながら重合性化合物を反応させる、項1に記載の液晶表示素子の製造方法。
【0026】
項3. 電圧が20V以下である項2に記載の液晶表示素子の製造方法。
【0027】
項4. 重合性化合物として、式(1)で表される化合物、式(AI−1)で表される化合物の群から選択された、少なくとも1つの極性化合物を含有する項1から3のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(1)において、Rは、水素、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;Rは、−OH、−OR、−NH、−NHR、または−N(R)で表される基であり、ここで、Rは炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;環Aおよび環Bは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイル、またはアントラセン−2,6−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;Zは、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、または−CF=CF−であり;SpおよびSpは独立して、単結合または炭素数1から7のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;aは、0、1、2、3、または4である。
式(AI−1)において、
11は炭素数1から15のアルキルであり、このR11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイル、アントラセン−2,6−ジイル、ペルヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイル、または2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17−テトラデカヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数2から12のアルケニル、炭素数1から11のアルコキシ、または炭素数2から11のアルケニルオキシで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;
は、0、1、2、3、または4であり;
11は単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このZ11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;
Sp11は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、式(1a)で表される基から選択された基で置き換えられていて;
式(1a)において、
Sp12は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp12において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
11およびM12は独立して、水素、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり:
12は炭素数1から15のアルキルであり、このR12において、少なくとも1つの−CH−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく:
式(AI−1)において、
11は、式(1e)および式(1f)で表される基から選択された基であり;
式(1e)および(1f)において、
Sp13は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp13において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−NH−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
Sp14は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp14において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−NH−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
13およびM14は独立して、水素、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり:
は、−OH、−NH、−OR15、−N(R15、−COOH、−SH、−B(OH)、または−Si(R15であり;
−OR15、−N(R15、および−Si(R15において、
15は水素または炭素数1から10のアルキルであり、このR15において、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよい。
【0028】
項5. 重合性化合物の少なくとも1つが、式(1−1)から式(1−9)で表される化合物、式(AI−2)から式(AI−21)で表される化合物の群から選択された化合物である、項1から4に記載のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(1−1)から式(1−9)において、Rは、水素、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;Zは、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、または−CF=CF−であり;SpおよびSpは独立して、単結合または炭素数1から7のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよく;L、L、L、L、L、L、L、L、L、L10、L11、およびL12は独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルである。
式(AI−2)から式(AI−21)において、
11は炭素数1から10のアルキルであり;
11、Z12、およびZ13は独立して、単結合、−CHCH−、または−(CH−であり;
Sp12、Sp13、およびSp14は独立して、単結合または炭素数1から5のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく;
、L、L、L、L、L、L、L、L、L10、L11、およびL12は独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルであり;
lは、1、2、3、4、5、または6である。
【0029】
項6. 液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、重合性化合物の割合が0.05重量%から10重量%の範囲である、項1から5のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【0030】
項7. 液晶組成物が、第一成分として式(2)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から6のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(2)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシであり;環Cおよび環Eは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり;環Dは、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−5−メチル−1,4−フェニレン、3,4,5−トリフルオロナフタレン−2,6−ジイル、または7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルであり;ZおよびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;bは、1、2、または3であり、cは、0または1であり、そしてbとcとの和は3以下である。
【0031】
項8. 液晶組成物が、第一成分として式(2−1)から式(2−22)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から7のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(2−1)から式(2−22)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。
【0032】
項9. 液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、第一成分の割合が10重量%から90重量%の範囲である、項7または8に記載の液晶表示素子の製造方法。
【0033】
項10. 液晶組成物が、第二成分として式(3)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から9のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(3)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルであり;環Fおよび環Gは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;Zは、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−であり;dは、1、2、または3である。
【0034】
項11. 液晶組成物が、第二成分として式(3−1)から式(3−13)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する、項1から10のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(3−1)から式(3−13)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。
【0035】
項12. 液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、第二成分の割合が10重量%から70重量%の範囲である、項10または11に記載の液晶表示素子の製造方法。
【0036】
項13. 極性アンカー基を有さない重合性化合物をさらに含有する、項1から12のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【0037】
項14. 極性アンカー基を有さない重合性化合物の少なくとも1つが、式(4)で表される化合物の群から選択された重合性化合物である、項1から13のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(4)において、環Jおよび環Pは独立して、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、テトラヒドロピラン−2−イル、1,3−ジオキサン−2−イル、ピリミジン−2−イル、またはピリジン−2−イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;環Kは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよく;ZおよびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−、−C(CH)=CH−、−CH=C(CH)−、または−C(CH)=C(CH)−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;P、P、およびPは、重合性基であり;Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;qは0、1、または2であり;j、k、およびpは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてj、k、およびpの和は、1以上である。
【0038】
項15. 式(4)において、P、P、およびPが独立して式(P−1)から式(P−5)で表される基の群から選択された重合性基である、項14に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(P−1)から式(P−5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。
【0039】
項16. 極性アンカー基を有さない重合性化合物の少なくとも1つが、式(4−1)から式(4−28)で表される化合物の群から選択された重合性化合物である、項14又は15に記載の液晶表示素子の製造方法。
式(4−1)から式(4−28)において、P、P、およびPは独立して、式(P−1)から式(P−3)で表される基の群から選択された重合性基であり、ここでM、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;
Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。
【0040】
項17. 液晶組成物が、液晶組成物の重量に基づいて、極性アンカー基を有さない重合性化合物の割合が0.03重量%から10重量%の範囲である、項14から16のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【0041】
項18. 項1から17のいずれか1項に記載の製造方法で製造される液晶表示素子。
【0042】
項19. 液晶表示素子の動作モードが、IPSモード、VAモード、FFSモード、またはFPAモードであり、液晶表示素子の駆動方式がアクティブマトリックス方式である、項18に記載の液晶表示素子。
【0043】
本発明の液晶表示素子を製造するために用いることのできる組成物は、次の項も含む。(c)特開2006−199941号公報に記載された化合物(5)から化合物(7)は、誘電率異方性が正の液晶性化合物であるが、これらの化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を含有する上記の組成物。(d)上記の極性化合物を少なくとも2つ含有する上記の組成物。(e)上記の極性化合物とは異なる極性化合物をさらに含有する上記の組成物。(f)光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物のような添加物の1つ、2つ、または少なくとも3つを含有する上記の組成物。この添加物は、第一添加物や第二添加物と同一であってもよく、または異なってもよい。
【0044】
本発明の液晶表示素子を製造するために用いることのできる組成物を、次の順で説明する。第一に、組成物の構成を説明する。第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物に及ぼす主要な効果を説明する。第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。第五に、好ましい成分化合物を示す。第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。第七に、成分化合物の合成法を説明する。第八に、組成物の特徴について説明する。第九に、液晶表示素子の製造方法について説明する。
【0045】
第一に、組成物の構成を説明する。本発明の組成物は組成物Aと組成物Bに分類される。組成物Aは、化合物(2)および化合物(3)から選択された液晶性化合物の他に、その他の液晶性化合物、添加物などをさらに含有してもよい。「その他の液晶性化合物」は、化合物(2)および化合物(3)とは異なる液晶性化合物である。このような化合物は、特性をさらに調整する目的で組成物に混合される。添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。
【0046】
組成物Bは、実質的に化合物(2)および化合物(3)から選択された液晶性化合物のみからなる。「実質的に」は、組成物Bが添加物を含有してもよいが、その他の液晶性化合物を含有しないことを意味する。組成物Bは組成物Aに比較して成分の数が少ない。コストを下げるという観点から、組成物Bは組成物Aよりも好ましい。その他の液晶性化合物を混合することによって特性をさらに調整できるという観点から、組成物Aは組成物Bよりも好ましい。
【0047】
第二に、成分化合物の主要な特性、およびこの化合物が組成物の特性に及ぼす主要な効果を説明する。成分化合物の主要な特性を本発明の効果に基づいて表2にまとめる。表2の記号において、Lは大きいまたは高い、Mは中程度の、Sは小さいまたは低い、を意味する。記号L、M、Sは、成分化合物のあいだの定性的な比較に基づいた分類であり、記号0は、値がゼロであるか、またはゼロに近いことを意味する。
【0048】
【0049】
成分化合物を組成物に混合したとき、成分化合物が組成物の特性に及ぼす主要な効果は次のとおりである。化合物(1)、化合物(AI−1)は、極性基の作用で基板表面に吸着し、液晶分子の配向を制御する。所期の効果を得るには、化合物(1)は、液晶性化合物との高い相溶性を有することが必須である。化合物(1)、化合物(AI−1)は、1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を有し、その分子構造は棒状であるからこの目的に最適である。化合物(1)、化合物(AI−1)は、重合によって重合体を与える。この重合体は, 液晶分子の配向を安定化するので、素子の応答時間を短縮し、そして画像の焼き付きを改善する。化合物(2)は、誘電率異方性を上げ、そして下限温度を下げる。化合物(3)は、粘度を下げ、上限温度を上げ、または下限温度を下げる。化合物(4)は、高分子支持配向型の素子に、さらに適合させる目的で組成物に添加される。化合物(4)は、重合によって重合体を与える。この重合体は、液晶分子の配向を安定化するので、素子の応答時間を短縮し、そして画像の焼き付きを改善する。液晶分子の配向という観点から、化合物(1)、化合物(AI−1)の重合体は、基板表面との相互作用を有するので、化合物(4)の重合体よりも効果的であると推定される。
【0050】
第三に、組成物における成分の組み合わせ、成分の好ましい割合およびその根拠を説明する。組成物における成分の好ましい組み合わせは、化合物(1)、化合物(AI−1)+化合物(2)+化合物(3)であるか、または化合物(1)、化合物(AI−1)+化合物(2)+化合物(3)+化合物(4)である。
【0051】
化合物(1)、化合物(AI−1)は、液晶分子の配向を制御する目的で、組成物に添加される。化合物(1)、化合物(AI−1)の好ましい割合は、液晶分子を配向させるために約0.05重量%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約7重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.5重量%から約5重量%の範囲である。
【0052】
化合物(2)の好ましい割合は、誘電率異方性を上げるために約10重量%以上であり、下限温度を下げるために約90重量%以下である。さらに好ましい割合は、約20重量%から約85重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約30重量%から約85重量%の範囲である。
【0053】
化合物(3)の好ましい割合は、上限温度を上げるためにまたは下限温度を下げるために約10重量%以上であり、誘電率異方性を上げるために約70重量%以下である。さらに好ましい割合は、約15重量%から約65重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約20重量%から約60重量%の範囲である。
【0054】
化合物(4)の好ましい割合は、素子の長期信頼性を向上させるために約0.03重量%以上であり、素子の表示不良を防ぐために約10重量%以下である。さらに好ましい割合は、約0.1重量%から約2重量%の範囲である。特に好ましい割合は、約0.2重量%から約1.0重量%の範囲である。
【0055】
第四に、成分化合物の好ましい形態を説明する。式(1)において、Rは、極性基である。式(AI−1)において、Xは、極性基である。化合物(1)、化合物(AI−1)は、組成物に添加するので安定であることが好ましい。化合物(1)、化合物(AI−1)を組成物に添加したとき、この化合物が素子の電圧保持率を下げないことが好ましい。化合物(1)、化合物(AI−1)は、低い揮発性を有することが好ましい。好ましいモル質量は130g/mol以上である。さらに好ましいモル質量は150g/molから1,000g/molの範囲である。
【0056】
は、−OH、−OR、−NH、−NHR、または−N(R)で表される基であり、ここで、Rは炭素数1から5のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。液晶組成物への高い溶解度の観点から、Rは−OHまたは−NHであることが特に好ましい。−OHは、高いアンカー力を有するので−O−、−CO−、または−COO−よりも好ましい。複数のヘテロ原子(窒素、酸素)を有する基は、特に好ましい。そのような極性基を有する化合物は、低い濃度であっても有効である。
【0057】
は、−OH、−NH、−OR15、−N(R15)、−COOH、−SH、−B(OH)、または−Si(R15で表される基であり、ここで、R15は、水素または炭素数1から10のアルキルであり、このアルキルにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。液晶組成物への高い溶解度の観点から、Xは−OHまたは−NHであることが特に好ましい。−OHは、高いアンカー力を有するので−O−、−CO−、または−COO−よりも好ましい。複数のヘテロ原子(窒素、酸素)を有する基は、特に好ましい。そのような極性基を有する化合物は、低い濃度であっても有効である。
【0058】
は、水素、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。好ましいRは、炭素数1から12のアルキルである。R11は、炭素数1から15のアルキルであり、このR11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;好ましいR11は、炭素数1から15のアルキルである。
【0059】
環Aおよび環Bは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイル、またはアントラセン−2,6−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Aまたは環Bは、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、または2−フルオロ−1,4−フェニレンである。aは、0、1、2、3、または4である。好ましいaは、0、1、または2である。
【0060】
環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイル、アントラセン−2,6−ジイル、ペルヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイル、または2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17−テトラデカヒドロシクロペンタ[a]フェナントレン−3,17−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数2から12のアルケニル、炭素数1から11のアルコキシ、または炭素数2から11のアルケニルオキシで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよく;
a1は、0、1、2、3、または4である。
【0061】
は、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、または−CF=CF−である。好ましいZは、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−である。さらに好ましいZは、単結合である。Z11は、単結合または炭素数1から6のアルキレンであり、このZ11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。さらに好ましいZ11は、単結合である。
【0062】
SpおよびSpは独立して、単結合または炭素数1から7のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素で置き換えられてもよい。好ましいSpまたはSpは、単結合である。
【0063】
Sp11は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp11において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、式(1a)で表される基から選択された基で置き換えられていて;
式(1a)において、
Sp12は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp12において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
11およびM12は独立して、水素、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり;
12は炭素数1から15のアルキルであり、このR12において、少なくとも1つの−CH−は、−O−または−S−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよい。好ましいSpは、単結合である。
11は、式(1e)および式(1f)で表される基から選択された基であり;
式(1e)および(1f)において、
Sp13は単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp13において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−NH−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
Sp14は独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このSp14において、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−NH−、−CO−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく;
13およびM14は独立して、水素、ハロゲン、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がハロゲンで置き換えられた炭素数1から5のアルキルであり:
は、−OH、−NH、−OR15、−N(R15、−COOH、−SH、−B(OH)、または−Si(R15であり;
−OR15、−N(R15、および−Si(R15において、R15は水素または炭素数1から10のアルキルであり、このR15において、少なくとも1つの−CH−は、−O−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−で置き換えられてもよく、少なくとも1つの水素は、ハロゲンで置き換えられてもよい。
【0064】
式(1−1)から式(1−9)において、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L10、L11、およびL12は独立して、水素、フッ素、メチル、またはエチルである。好ましいLからL12は、水素、フッ素、またはメチルである。さらに好ましいLからL12は、水素またはフッ素である。
【0065】
式(2)および式(3)において、RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、または炭素数2から12のアルケニルオキシである。好ましいRまたはRは、紫外線や熱に対する安定性を上げるために炭素数1から12のアルキルであり、誘電率異方性を上げるために炭素数1から12のアルコキシである。RおよびRは独立して、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、炭素数2から12のアルケニル、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数2から12のアルケニルである。好ましいRまたはRは、粘度を下げるために、炭素数2から12のアルケニルであり、紫外線や熱に対する安定性を上げるために炭素数1から12のアルキルである。
【0066】
好ましいアルキルは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、またはオクチルである。さらに好ましいアルキルは、粘度を下げるためにエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、またはヘプチルである。
【0067】
好ましいアルコキシは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、またはヘプチルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルコキシは、メトキシまたはエトキシである。
【0068】
好ましいアルケニルは、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、または5−ヘキセニルである。さらに好ましいアルケニルは、粘度を下げるためにビニル、1−プロペニル、3−ブテニル、または3−ペンテニルである。これらのアルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。粘度を下げるためなどから1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはトランスが好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニルのようなアルケニルにおいてはシスが好ましい。
【0069】
好ましいアルケニルオキシは、ビニルオキシ、アリルオキシ、3−ブテニルオキシ、3−ペンテニルオキシ、または4−ペンテニルオキシである。粘度を下げるために、さらに好ましいアルケニルオキシは、アリルオキシまたは3−ブテニルオキシである。
【0070】
少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルキルの好ましい例は、フルオロメチル、2−フルオロエチル、3−フルオロプロピル、4−フルオロブチル、5−フルオロペンチル、6−フルオロヘキシル、7−フルオロヘプチル、または8−フルオロオクチルである。さらに好ましい例は、誘電率異方性を上げるために2−フルオロエチル、3−フルオロプロピル、4−フルオロブチル、または5−フルオロペンチルである。
【0071】
少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられたアルケニルの好ましい例は、2,2−ジフルオロビニル、3,3−ジフルオロ−2−プロペニル、4,4−ジフルオロ−3−ブテニル、5,5−ジフルオロ−4−ペンテニル、または6,6−ジフルオロ−5−ヘキセニルである。さらに好ましい例は、粘度を下げるために2,2−ジフルオロビニルまたは4,4−ジフルオロ−3−ブテニルである。
【0072】
環Cおよび環Eは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキセニレン、1,4−フェニレン、少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン、またはテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである。「少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた1,4−フェニレン」の好ましい例は、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、または2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレンである。好ましい環Cまたは環Eは、粘度を下げるために1,4−シクロヘキシレンであり、誘電率異方性を上げるためにテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり、光学異方性を上げるために1,4−フェニレンである。1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。テトラヒドロピラン−2,5−ジイルは、
である。
【0073】
環Dは、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−5−メチル−1,4−フェニレン、3,4,5−トリフルオロナフタレン−2,6−ジイル、または7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルである。好ましい環Dは、粘度を下げるために2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり、光学異方性を下げるために2−クロロ−3−フルオロ−1,4−フェニレンであり、誘電率異方性を上げるために7,8−ジフルオロクロマン−2,6−ジイルである。
【0074】
環Fおよび環Gは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、または2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。好ましい環Fまたは環Gは粘度を下げるために、または上限温度を上げるために、1,4−シクロヘキシレンであり、下限温度を下げるために1,4−フェニレンである。1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置は、上限温度を上げるためにシスよりもトランスが好ましい。
【0075】
およびZは独立して、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−である。好ましいZまたはZは、粘度を下げるために単結合であり、下限温度を下げるために−CHCH−であり、誘電率異方性を上げるために−CHO−または−OCH−である。Zは、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−である。好ましいZは、粘度を下げるために単結合であり、下限温度を下げるために−CHCH−であり、上限温度を上げるために−COO−または−OCO−である。
【0076】
bは、1、2、または3であり、cは0または1であり、そしてbとcとの和は3以下である。好ましいbは粘度を下げるために1であり、上限温度を上げるために2または3である。好ましいcは粘度を下げるために0であり、下限温度を下げるために1である。dは、1、2、または3である。好ましいdは粘度を下げるために1であり、上限温度を上げるために2または3である。
【0077】
式(4)において、P、P、およびPは独立して、重合性基である。好ましいP、P、またはPは、式(P−1)から式(P−5)で表される基の群から選択された重合性基である。さらに好ましいP、P、またはPは、式(P−1)、式(P−2)、または式(P−3)で表される基である。特に好ましいP、P、またはPは、式(P−1)または式(P−2)で表される基である。最も好ましいP、P、またはPは、式(P−1)で表される基である。式(P−1)で表される好ましい基は、−OCO−CH=CHまたは−OCO−C(CH)=CHである。式(P−1)から式(P−5)の波線は、結合する部位を示す。
【0078】
式(P−1)から式(P−5)において、M、M、およびMは独立して、水素、フッ素、炭素数1から5のアルキル、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から5のアルキルである。好ましいM、M、またはMは、反応性を上げるために水素またはメチルである。さらに好ましいMは水素またはメチルであり、さらに好ましいMまたはMは水素である。
【0079】
Sp、Sp、およびSpは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいSp、Sp、またはSpは、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CO−CH=CH−、または−CH=CH−CO−である。さらに好ましいSp、Sp、またはSpは、単結合である。
【0080】
環Jおよび環Pは独立して、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、テトラヒドロピラン−2−イル、1,3−ジオキサン−2−イル、ピリミジン−2−イル、またはピリジン−2−イルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Jまたは環Pは、フェニルである。環Kは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、またはピリジン−2,5−ジイルであり、これらの環において、少なくとも1つの水素は、フッ素、塩素、炭素数1から12のアルキル、炭素数1から12のアルコキシ、または少なくとも1つの水素がフッ素または塩素で置き換えられた炭素数1から12のアルキルで置き換えられてもよい。好ましい環Kは、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンである。
【0081】
およびZは独立して、単結合または炭素数1から10のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、少なくとも1つの−CH−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、そして少なくとも1つの−CHCH−は、−CH=CH−、−C(CH)=CH−、−CH=C(CH)−、または−C(CH)=C(CH)−で置き換えられてもよく、これらの基において、少なくとも1つの水素は、フッ素または塩素で置き換えられてもよい。好ましいZまたはZは、単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、または−OCO−である。さらに好ましいZまたはZは、単結合である。
【0082】
qは、0、1、または2である。好ましいqは、0または1である。j、k、およびpは独立して、0、1、2、3、または4であり、そしてj、k、およびpの和は、1以上である。好ましいj、k、またはpは、1または2である。
【0083】
第五に、好ましい成分化合物を示す。好ましい化合物(1)は、項5に記載の化合物(1−1)から化合物(1−9)である。これらの化合物において、第一添加物の少なくとも1つが、化合物(1−1)、化合物(1−2)、化合物(1−3)、化合物(1−5)、または化合物(1−6)であることが好ましい。第一添加物の少なくとも2つが、化合物(1−1)および化合物(1−2)、または化合物(1−1)および化合物(1−4)の組み合わせであることが好ましい。
【0084】
好ましい化合物(AI−1)は、項5に記載の化合物(AI−2)から化合物(AI−21)である。これらの化合物において、第一添加物の少なくとも1つが、化合物(AI−2)、化合物(AI−3)、化合物(AI−5)、化合物(AI−6)、または化合物(AI−7)であることが好ましい。第一添加物の少なくとも2つが、化合物(AI−2)および化合物(AI−3)、化合物(AI−2)および化合物(AI−3)、または化合物(AI−2)および化合物(AI−5)の組み合わせであることが好ましい。さらに、化合物(1)および化合物(AI−1)の好ましい化合物の組み合わせであることが好ましい。
【0085】
好ましい化合物(2)は、項8に記載の化合物(2−1)から化合物(2−22)である。これらの化合物において、第一成分の少なくとも1つが、化合物(2−1)、化合物(2−3)、化合物(2−4)、化合物(2−6)、化合物(2−8)、または化合物(2−10)であることが好ましい。第一成分の少なくとも2つが、化合物(2−1)および化合物(2−6)、化合物(2−1)および化合物(2−10)、化合物(2−3)および化合物(2−6)、化合物(2−3)および化合物(2−10)、化合物(2−4)および化合物(2−6)、または化合物(2−4)および化合物(2−8)の組み合わせであることが好ましい。
【0086】
好ましい化合物(3)は、項11に記載の化合物(3−1)から化合物(3−13)である。これらの化合物において、第二成分の少なくとも1つが、化合物(3−1)、化合物(3−3)、化合物(3−5)、化合物(3−6)、化合物(3−8)、または化合物(3−9)であることが好ましい。第二成分の少なくとも2つが化合物(3−1)および化合物(3−3)、化合物(3−1)および化合物(3−5)、または化合物(3−1)および化合物(3−6)の組み合わせであることが好ましい。
【0087】
好ましい化合物(4)は、項16に記載の化合物(4−1)から化合物(4−28)である。これらの化合物において、第二添加物の少なくとも1つが、化合物(4−1)、化合物(4−2)、化合物(4−24)、化合物(4−25)、化合物(4−26)、または化合物(4−27)であることが好ましい。第二添加物の少なくとも2つが、化合物(4−1)および化合物(4−2)、化合物(4−1)および化合物(4−18)、化合物(4−2)および化合物(4−24)、化合物(4−2)および化合物(4−25)、化合物(4−2)および化合物(4−26)、化合物(4−25)および化合物(4−26)、または化合物(4−18)および化合物(4−24)の組み合わせであることが好ましい。
【0088】
第六に、組成物に添加してもよい添加物を説明する。このような添加物は、光学活性化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、色素、消泡剤、重合性化合物、重合開始剤、重合禁止剤、極性化合物などである。液晶分子のらせん構造を誘起してねじれ角を与える目的で光学活性化合物が組成物に添加される。このような化合物の例は、化合物(5−1)から化合物(5−5)である。光学活性化合物の好ましい割合は約5重量%以下である。さらに好ましい割合は約0.01重量%から約2重量%の範囲である。
【0089】
【0090】
大気中での加熱による比抵抗の低下を防止するために、または素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するために、酸化防止剤が組成物に添加される。酸化防止剤の好ましい例は、nが1から9の整数である化合物(6)などである。
【0091】
化合物(6)において、好ましいnは、1、3、5、7、または9である。さらに好ましいnは7である。nが7である化合物(6)は、揮発性が小さいので、素子を長時間使用したあと、室温だけではなく上限温度に近い温度でも大きな電圧保持率を維持するのに有効である。酸化防止剤の好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないように約600ppm以下である。さらに好ましい割合は、約100ppmから約300ppmの範囲である。
【0092】
紫外線吸収剤の好ましい例は、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾエート誘導体、トリアゾール誘導体などである。立体障害のあるアミンのような光安定剤もまた好ましい。これらの吸収剤や安定剤における好ましい割合は、その効果を得るために約50ppm以上であり、上限温度を下げないように、または下限温度を上げないために約10000ppm以下である。さらに好ましい割合は約100ppmから約10000ppmの範囲である。
【0093】
GH(guest host)モードの素子に適合させるために、アゾ系色素、アントラキノン系色素などのような二色性色素(dichroic dye)が組成物に添加される。色素の好ましい割合は、約0.01重量%から約10重量%の範囲である。泡立ちを防ぐために、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどの消泡剤が組成物に添加される。消泡剤の好ましい割合は、その効果を得るために約1ppm以上であり、表示不良を防ぐために約1000ppm以下である。さらに好ましい割合は、約1ppmから約500ppmの範囲である。
【0094】
高分子支持配向(PSA)型の素子に適合させるために重合性化合物が用いられる。化合物(1)、化合物(AI−1)および化合物(4)はこの目的に適している。化合物(1)、化合物(AI−1)および化合物(4)と共に、化合物(1)、化合物(AI−1)および化合物(4)とは異なる、その他の重合性化合物を組成物に添加してもよい。その他の重合性化合物の好ましい例は、アクリレート、メタクリレート、ビニル化合物、ビニルオキシ化合物、プロペニルエーテル、エポキシ化合物(オキシラン、オキセタン)、ビニルケトンなど化合物である。さらに好ましい例は、アクリレートまたはメタクリレートである。化合物(1)、化合物(AI−1)および化合物(4)の好ましい割合は、重合性化合物の全重量に基づいて約10重量%以上である。さらに好ましい割合は、約50重量%以上である。特に好ましい割合は、約80重量%以上である。特に好ましい割合は、100重量%でもある。化合物(1)、化合物(AI−1)および化合物(4)の種類を変えることによって、または化合物(1)、化合物(AI−1)および化合物(4)にその他の重合性化合物を適切な比で組み合わせることによって、重合性化合物の反応性や液晶分子のプレチルト角を調整することができる。プレチルト角を最適化することによって、素子の短い応答時間を達成することができる。液晶分子の配向が安定化されるので、大きなコントラスト比や長い寿命を達成することができる。
【0095】
この重合性化合物は紫外線照射によって重合する。光重合開始剤などの適切な開始剤存在下で重合させてもよい。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光開始剤であるIrgacure651(登録商標;BASF)、Irgacure184(登録商標;BASF)、またはDarocur1173(登録商標;BASF)がラジカル重合に対して適切である。光重合開始剤の好ましい割合は、重合性化合物の全重量に基づいて約0.1重量%から約5重量%の範囲である。さらに好ましい割合は約1重量%から約3重量%の範囲である。
【0096】
この重合性化合物を保管するとき、重合を防止するために重合禁止剤を添加してもよい。重合性化合物は、通常は重合禁止剤を除去しないまま組成物に添加される。重合禁止剤の例は、ヒドロキノン、メチルヒドロキノンのようなヒドロキノン誘導体、4−t−ブチルカテコール、4−メトキシフェノ−ル、フェノチアジンなどである。
【0097】
極性化合物は、極性をもつ有機化合物である。ここでは、イオン結合を有する化合物は含まれない。酸素、硫黄、および窒素のような原子は、より電気的に陰性であり、部分的な負電荷をもつ傾向にある。炭素および水素は中性であるか、または部分的な正電荷をもつ傾向がある。極性は、化合物中の別種の原子間で部分電荷が均等に分布しないことから生じる。例えば、極性化合物は、−OH、−COOH、−SH、−NH、>NH、>N−のような部分構造の少なくとも1つを有する。
【0098】
第七に、成分化合物の合成法を説明する。これらの化合物は既知の方法によって合成できる。合成法を例示する。化合物(1)、化合物(AI−1)の合成法は、実施例の項に記載する。化合物(2−1)は、特表平2−503441号公報に記載された方法で合成する。化合物(3−5)は、特開昭57−165328号公報に記載された方法で合成する。化合物(4−18)は特開平7−101900号公報に記載された方法で合成する。化合物(6)の一部は市販されている。式(6)のnが1である化合物は、アルドリッチ(Sigma-Aldrich Corporation)から入手できる。nが7である化合物(6)などは、米国特許3660505号明細書に記載された方法によって合成する。
【0099】
合成法を記載しなかった化合物は、オーガニック・シンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc.)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載された方法によって合成できる。組成物は、このようにして得た化合物から公知の方法によって調製される。例えば、成分化合物を混合し、そして加熱によって互いに溶解させる。
【0100】
第八に、組成物の特徴を説明する。大部分の組成物は、約−10℃以下の下限温度、約70℃以上の上限温度、そして約0.07から約0.20の範囲の光学異方性を有する。成分化合物の割合を制御することによって、またはその他の液晶性化合物を混合することによって、約0.08から約0.25の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。さらには、試行錯誤によって約0.10から約0.30の範囲の光学異方性を有する組成物を調製してもよい。この組成物を含有する素子は大きな電圧保持率を有する。この組成物はAM素子に適する。この組成物は透過型のAM素子に特に適する。この組成物は、ネマチック相を有する組成物としての使用、光学活性化合物を添加することによって光学活性な組成物としての使用が可能である。
【0101】
この組成物はAM素子への使用が可能である。さらにPM素子への使用も可能である。この組成物は、PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、FPAなどのモードを有するAM素子およびPM素子への使用が可能である。TN、OCB、IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子への使用は特に好ましい。IPSモードまたはFFSモードを有するAM素子において、電圧が無印加のとき、液晶分子の配向がガラス基板に対して並行であってもよく、または垂直であってもよい。これらの素子が反射型、透過型、または半透過型であってもよい。透過型の素子への使用は好ましい。非結晶シリコン−TFT素子または多結晶シリコン−TFT素子への使用も可能である。この組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)型の素子や、組成物中に三次元の網目状高分子を形成させたPD(polymer dispersed)型の素子にも使用できる。
【0102】
第九に、液晶表示素子の製造方法について説明する。まず、従来の高分子支持配向型の素子を製造する方法の一例を説明する。
【0103】
アレイ基板とカラーフィルター基板と呼ばれる2つの基板を有する素子を組み立てる。この基板は配向膜を有する。この基板の少なくとも1つは、電極層を有する。液晶性化合物を混合して液晶組成物を調製する。この組成物に重合性化合物を添加する。必要に応じて添加物をさらに添加してもよい。この組成物を素子に注入する。この素子に電圧を印加した状態で光照射する。紫外線が好ましい。光照射によって重合性化合物を重合させる。この重合によって、重合体を含有する組成物が生成する。高分子支持配向型の素子は、このような手順で製造する。
【0104】
この手順において、電圧を印加したとき、液晶分子が配向膜および電場の作用によって配向する。この配向に従って重合性化合物の分子も配向する。この状態で重合性化合物が紫外線によって重合するので、この配向を維持した重合体が生成する。この重合体の効果によって、素子の応答時間が短縮される。画像の焼き付きは、液晶分子の動作不良であるから、この重合体の効果によって焼き付きも同時に改善されることになる。なお、組成物中の重合性化合物を予め重合させ、この組成物を液晶表示素子の基板のあいだに配置することも可能であろう。
【0105】
化合物(1)、化合物(AI−1)すなわち重合性基を有する極性化合物を重合性化合物として用いる場合は、素子の基板に配向膜は不要である。配向膜を有しない素子は、2つ前の段落に記載した手順に従って製造する。
【0106】
この手順において、化合物(1)、化合物(AI−1)は、極性基が基板表面と相互作用するので、基板上に配列する。この配列に従って液晶分子が配向される。電圧を印加したとき、液晶分子の配向がさらに促進される。この状態で重合性基が紫外線によって重合するので、この配向を維持した重合体が生成する。この重合体の効果によって、液晶分子の配向が追加的に安定化し、素子の応答時間が短縮される。画像の焼き付きは、液晶分子の動作不良であるから、この重合体の効果によって焼き付きも同時に改善されることになる。
【0107】
本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。液晶組成物に極性化合物及び重合性化合物を所定の割合で添加し、この混合物をガラス基板の間隔(セルギャップ)が3.5μmである、配向膜を有しない素子に真空注入する。この素子に、必要に応じて所定の電圧を印加しながら、UVランプ(UV1)を用いて特定の波長分布を有する紫外線を所定時間照射することによって、極性化合物及び重合性化合物を重合させ、プレチルト角を付与する。続いてこの素子にUVランプ(UV2)を用いて紫外線を所定時間照射することによって、未反応の極性化合物及び重合性化合物を重合させる。
【0108】
本発明の液晶表示素子の製造方法は、重合させる際に照射する紫外線の波長分布を適切に制御することにより、重合のためのエネルギー量を最適化でき、組成物中の成分化合物の損傷を防ぐことで効率的に極性化合物及び重合性化合物を重合させることが可能である。重合反応の促進には、長波長の紫外線に比べ、短波長の紫外線により重合反応は促進されるが、成分化合物への影響が大きい。紫外線の波長分布を適切に制御することにより、重合性化合物の反応性を効率的にでき、かつ液晶化合物への影響を小さくすることができる。重合性化合物が重合することにより、重合体からなる配向制御層が形成される。重合性化合物が化合物(1)、化合物(AI−1)の極性化合物だけならば極性化合物による配向制御層が形成され、重合性化合物が極性化合物と化合物(4)の重合性化合物ならば両者による配向制御層が形成され、その他の重合性化合物が更に添加されていれば、これらを含んだ重合体からなる配向制御層が形成されることになる。
【0109】
具体的には、照射する紫外線の波長254nmと313nmの積算光量(J/cm)比を10以上とすることにより、重合性化合物の反応性を効率的にでき、かつ液晶化合物への影響を小さくすることができる。液晶化合物への影響としては、化合物の劣化、分解などがある。照射する紫外線の波長254nmと313nmの積算光量(J/cm)比は、50〜150とするのが好ましい。より好ましくは、50〜130である。このことは、紫外線の波長254nmの光量が多い場合には、重合性化合物の反応性が高いが、成分化合物の各種電気特性にダメージを及ぼすものと推測され、紫外線の波長254nmの光量をできるだけ少なくすることが最適な重合条件であると考えられる。紫外線の積算光量Jは、紫外線の照度(単位:mW/cm)×照射時間(単位:sec)で求めることができる。
【0110】
重合性化合物を反応させる際に、電圧を印加させながら製造するのがより好ましい。印加電圧は1〜30Vであるが、なかでも20V以下とするのが好ましく、1〜15Vとするのがより好ましい。電圧を印加させながら紫外線を照射することで、液晶分子の配向を安定化させ、液晶素子のプレチルト角をより制御することができる。印加電圧が25Vを超えるとプレチルト角が5°以上を超え好ましくない。下限の1V未満では、効率的にプレチルト角を与えることができない。照射する紫外線の分布・エネルギー量と印加電圧により、成分化合物への影響を小さくして、効率的にプレチルト角を与えることができ、素子の品質に重要な役割を果たしていることが分かる。
【実施例】
【0111】
実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。本発明は、組成物M1と組成物M2との混合物を含む。本発明は、実施例の組成物の少なくとも2つを混合した混合物をも含む。合成した化合物は、NMR分析などの方法によって同定した。化合物、組成物および素子の特性は、下記の方法によって測定した。
【0112】
NMR分析:測定には、ブルカーバイオスピン社製のDRX−500を用いた。H−NMRの測定では、試料をCDClなどの重水素化溶媒に溶解させ、測定は、室温で、500MHz、積算回数16回の条件で行った。テトラメチルシランを内部標準として用いた。19F−NMRの測定では、CFClを内部標準として用い、積算回数24回で行った。核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。
【0113】
ガスクロマト分析:測定には島津製作所製のGC−14B型ガスクロマトグラフを用いた。キャリアーガスはヘリウム(2mL/分)である。試料気化室を280℃に、検出器(FID)を300℃に設定した。成分化合物の分離には、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm;固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。このカラムは、200℃で2分間保持したあと、5℃/分の割合で280℃まで昇温した。試料はアセトン溶液(0.1重量%)に調製したあと、その1μLを試料気化室に注入した。記録計は島津製作所製のC−R5A型Chromatopac、またはその同等品である。得られたガスクロマトグラムは、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積を示した。
【0114】
試料を希釈するための溶媒は、クロロホルム、ヘキサンなどを用いてもよい。成分化合物を分離するために、次のキャピラリカラムを用いてもよい。Agilent Technologies Inc.製のHP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty. Ltd製のBP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)。化合物ピークの重なりを防ぐ目的で島津製作所製のキャピラリカラムCBP1−M50−025(長さ50m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)を用いてもよい。
【0115】
組成物に含有される液晶性化合物の割合は、次のような方法で算出してよい。液晶性化合物の混合物をガスクロマトグラフィ(FID)で分析する。ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は液晶性化合物の割合に相当する。上に記載したキャピラリカラムを用いたときは、各々の液晶性化合物の補正係数を1とみなしてよい。したがって、液晶性化合物の割合(重量%)は、ピークの面積比から算出することができる。
【0116】
測定試料:組成物および素子の特性を測定するときは、組成物をそのまま試料として用いた。化合物の特性を測定するときは、この化合物(15重量%)を母液晶(85重量%)に混合することによって測定用の試料を調製した。測定によって得られた値から外挿法によって化合物の特性値を算出した。(外挿値)={(試料の測定値)−0.85×(母液晶の測定値)}/0.15。この割合でスメクチック相(または結晶)が25℃で析出するときは、化合物と母液晶の割合を10重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%の順に変更した。この外挿法によって化合物に関する上限温度、光学異方性、粘度、および誘電率異方性の値を求めた。
【0117】
下記の母液晶を用いた。成分化合物の割合は重量%で示した。
【0118】
測定方法:特性の測定は下記の方法で行った。これらの多くは、社団法人電子情報技術産業協会(Japan Electronics and Information Technology Industries Association;JEITAという)で審議制定されるJEITA規格(JEITA・ED−2521B)に記載された方法、またはこれを修飾した方法であった。測定に用いたTN素子には、薄膜トランジスター(TFT)を取り付けなかった。
【0119】
(1)ネマチック相の上限温度(NI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。
【0120】
(2)ネマチック相の下限温度(T;℃):ネマチック相を有する試料をガラス瓶に入れ、0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管したあと、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、Tを<−20℃と記載した。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
【0121】
(3)粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s):測定には東京計器株式会社製のE型回転粘度計を用いた。
【0122】
(4)粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s):測定は、M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料を注入した。この素子に39ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算に必要な誘電率異方性は、測定(6)に記載された方法で測定した。
【0123】
(5)光学異方性(屈折率異方性;Δn;25℃で測定):測定は、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計によって行なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料を主プリズムに滴下した。屈折率n‖は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率n⊥は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。
【0124】
(6)誘電率異方性(Δε;25℃で測定):誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。誘電率(ε‖およびε⊥)は次のように測定した。
1)誘電率(ε‖)の測定:よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであるVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤で密閉した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
2)誘電率(ε⊥)の測定:よく洗浄したガラス基板にポリイミド溶液を塗布した。このガラス基板を焼成した後、得られた配向膜にラビング処理をした。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子に試料を注入した。この素子にサイン波(0.5V、1kHz)を印加し、2秒後に液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
【0125】
(7)しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):測定には大塚電子株式会社製のLCD5100型輝度計を用いた。光源はハロゲンランプであった。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が4μmであり、ラビング方向がアンチパラレルであるノーマリーブラックモード(normally black mode)のVA素子に試料を入れ、この素子を紫外線で硬化する接着剤を用いて密閉した。この素子に印加する電圧(60Hz、矩形波)は0Vから20Vまで0.02Vずつ段階的に増加させた。この際に、素子に垂直方向から光を照射し、素子を透過した光量を測定した。この光量が最大になったときが透過率100%であり、この光量が最小であったときが透過率0%である電圧−透過率曲線を作成した。しきい値電圧は透過率が10%になったときの電圧で表した。
【0126】
(8)電圧保持率(VHR;60℃で測定;%):作製した素子にパルス電圧(0.1Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で1666.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積であった。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率で表した。
【0127】
(9)プレチルト角(度):プレチルト角の測定には、分光エリプソメータM−2000U(J. A. Woollam Co., Inc. 製)を使用した。
【0128】
[合成例1]
下記の方法により化合物(PC−1)を合成した。
【0129】
第1工程
化合物(T−1)(25.0g)、アクリル酸(7.14g)、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP;1.21g)、およびジクロロメタン(300ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへ1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC;24.5g)のジクロロメタン(125ml)溶液をゆっくりと滴下し、室温に戻しつつ12時間攪拌した。不溶物を濾別した後、反応混合物を水に注ぎ込み、水層をジクロロメタンで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=2:1)で精製した。さらにソルミックス(登録商標)A−11からの再結晶により精製して、化合物(T−2)(11.6g;38%)を得た。なお、ソルミックス(登録商標)A−11は、エタノール(85.5%)、メタノール(13.4%)とイソプロピルアルコール(1.1%)の混合物であり、日本アルコール販売(株)から入手した。
【0130】
第2工程
パラホルムアルデヒド(2.75g)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO;4.62g)、および水(40ml)を反応器に入れ、室温で15分間撹拌した。そこへ化合物(T−2)(6.31g)のTHF(90ml)溶液を滴下し、室温で72時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄して、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、トルエン:酢酸エチル=5:1)で精製した。さらに再結晶(容積比、ヘプタン:トルエン=1:1)により精製して、化合物(PC−1)(1.97g;29%)を得た。
【0131】
化合物(PC−1)
H−NMR:化学シフトδ(ppm;CDCl3):6.23(s,1H)、5.79(d,J=1.2Hz,1H)、4.79−4.70(m,1H)、4.32(d,J=6.7Hz,2H)、2.29(t,J=6.7Hz,1H)、2.07−2.00(m,2H)、1.83−1.67(m,6H)、1.42−1.18(m,8H)、1.18−0.91(m,9H)、0.91−0.79(m,5H).
【0132】
[合成例2]
化合物(AIO−3)の合成
【0133】
第1工程
化合物(T−11)(15.0g)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(DMAP)(9.33g)、メルドラム酸(9.54g)およびジクロロメタン(250ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(15.7g)をゆっくりと加え、室温に戻しつつ12時間攪拌した。不溶物を濾別した後、反応混合物を水に注ぎ込み、水層をジクロロメタンで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮した。残渣、エタノール(250ml)を反応器に入れ、70℃で撹拌した。不溶物を濾別した後、反応混合物を食塩水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、ヘプタン:トルエン=1:1)で精製して、化合物(T−12)(10.2g;55%)を得た。
【0134】
第2工程
水素化アルミニウムリチウム(0.6g)およびTHF(100ml)を反応器に入れて氷冷した。化合物(T−12)(10.2g)のTHF(100ml)溶液をゆっくりと加え、室温に戻しつつ3時間撹拌した。不溶物を濾別した後、反応混合物を水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、トルエン:酢酸エチル=1:1)で精製して、化合物(T−13)(7.35g;81%)を得た。
【0135】
第3工程
化合物(T−13)(7.35g)、トリエチルアミン(3.75ml)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(DMAP)(0.27g)、ジクロロメタン(200ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。TIPSCl(トリイソプロピルシリルクロリド)(5.05ml)をゆっくり滴下し、室温に戻しつつ24時間撹拌した。不溶物を濾別した後、反応混合物を水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、トルエン:酢酸エチル=19:1)で精製して、化合物(T−14)(6.50g;60%)を得た。
【0136】
第4工程
化合物(T−14)(6.50g)、トリエチルアミン(3.77ml)、THF(200ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへメタクリロイルクロリド(2.00ml)をゆっくりと滴下し、室温に戻しつつ4時間攪拌した。不溶物を濾別した後、反応混合物を水に注ぎ込み、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、トルエン:ヘプタン=1:1)で精製して、化合物(T−15)(4.70g;63%)を得た。
【0137】
第5工程
化合物(T−15)(4.70g)、THF(100ml)を反応器に入れ、0℃に冷却した。そこへTBAF(1.00M;THF溶液;10.3ml)をゆっくりと加え、室温に戻しつつ1時間攪拌した。反応混合物を水に注ぎ込み、水層を酢酸エチルで抽出した。一緒にした有機層を食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(容積比、トルエン:酢酸エチル=9:1)で精製し、化合物(T−16)(1.50g;45%)を得た。
【0138】
第6工程
化合物(T−16)(1.50g)を原料として用い、合成例2の第4工程と同様の手法により、化合物(T−17)(1.51g;55%)を得た。
【0139】
第7工程
化合物(T−17)(1.51g)を原料として用い、合成例2の第5工程と同様の手法により、化合物(AIO−3)(0.45g;45%)を得た。
【0140】
得られた化合物(AIO−3)のNMR分析値は以下の通りである。
H−NMR:化学シフトδ(ppm;CDCl):6.25(s,1H)、6.09(s,1H)、5.82(d,J=1.1Hz,1H)、5.55(s,1H)、5.22−5.17(m,1H)、4.32−4.26(m,3H)、4.17−4,12(m,3H)、2.50(s,1H)、2.03−1.89(m,5H)、1.83−1.58(m,9H)、1.41−1.08(m,11H)、0.96−0.78(m,13H).
【0141】
化合物(AIO−3)の物性は、次のとおりであった。
転移温度:C 61.2 I.
【0142】
組成物の実施例を以下に示す。成分化合物は、下記の表3の定義に基づいて記号によって表した。表3において、1,4−シクロヘキシレンに関する立体配置はトランスである。記号化された化合物の後にあるかっこ内の番号は化合物が属する化学式を表す。(−)の記号はその他の液晶性化合物を意味する。液晶性化合物の割合(百分率)は、添加物を含まない液晶組成物の重量に基づいた重量百分率(重量%)である。最後に、組成物の特性値をまとめた。
【0143】
【0144】
素子の実施例
1.原料
配向膜を有しない素子に、極性化合物および重合性化合物を添加した組成物を注入した。紫外線を照射したあと、この素子におけるVHRとプレチルト角を検討した。最初に原料を説明する。原料は、組成物(M51)から(M58)および(M1)から(M18)、極性化合物(PC−1)から(PC−12)、(preAIO−1)から(AIO−4)、重合性化合物(RM−1)から(RM−9)の中から適宜選択した。組成物は以下のとおりである。
【0145】
[組成物M51]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 9%
5−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 11%
2−HHB(2F,3F)−1 (2−6) 9.5%
3−HHB(2F,3F)−1 (2−6) 10.5%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 10.5%
5−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 9.5%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 12%
3−HH−5 (3−1) 9.5%
5−HB−3 (3−1) 13.5%
5−HH−O1 (3−1) 5%
NI=79.5℃;Δn=0.091;Δε=−3.4;Vth=2.1V;η=26.3mPa・s.
【0146】
[組成物M52]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 15.5%
3−HHB(2F,3F)−O3 (2−6) 8%
4−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 10%
2−BB(2F,3F)−3 (2−9) 8.75%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5.5%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 11.5%
2−HH−3 (3−1) 24.5%
3−HH−4 (3−1) 9.25%
3−HB−O2 (3−2) 7%
NI=76.1℃;Δn=0.097;Δε=−2.7;Vth=2.2V;η=25.3mPa・s.
【0147】
[組成物M53]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 18%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 9%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 10%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
2−HH−3 (3−1) 25%
3−HH−4 (3−1) 10%
1−BB−3 (3−3) 5%
3−HBB−2 (3−6) 9%
NI=76.1℃;Δn=0.100;Δε=−2.5;Vth=2.4V;η=16.1mPa・s.
【0148】
[組成物M54]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 12%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 10%
5−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 4%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (2−13) 12%
3−dhBB(2F,3F)−O2 (2−16) 8%
2−HH−3 (3−1) 20%
3−HH−4 (3−1) 6%
3−HB−O2 (3−2) 3%
3−HHB−O1 (3−5) 3%
3−HHB−1 (3−5) 6%
3−HHB−3 (3−5) 6%
3−HBB−2 (3−6) 10%
NI=75.8℃;Δn=0.101;Δε=−2.7;Vth=2.3V;η=18.3mPa・s.
【0149】
[組成物M55]
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 12%
5−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 6%
2−HH10B(2F,3F)−O2 (2−8) 10%
3−HH10B(2F,3F)−O2 (2−8) 16%
2−HH−3 (3−1) 20%
3−HH−4 (3−1) 8%
3−HB−O2 (3−2) 4%
1−BB−5 (3−3) 5%
3−HHB−1 (3−5) 6%
3−HHB−3 (3−5) 5%
3−HBB−2 (3−6) 8%
NI=76.9℃;Δn=0.100;Δε=−2.7;Vth=2.4V;η=16.2mPa・s.
【0150】
[組成物M56]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 18%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 9%
5−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 4%
2−BB(2F,3F)B−3 (2−9) 9%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 10%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 10%
3−HH−V (3−1) 40%
NI=74.8℃;Δn=0.101;Δε=−2.8;Vth=2.3V;η=14.1mPa・s.
【0151】
[組成物M57]
V−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 14%
V−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 9%
V−HHB(2F,3F)−O4 (2−6) 8%
V−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 10%
V−HBB(2F,3F)−O4 (2−10) 10%
2−HH−3 (3−1) 25%
3−HH−4 (3−1) 10%
1−BB−5 (3−3) 5%
3−HBB−2 (3−6) 9%
NI=75.4℃;Δn=0.100;Δε=−2.6;Vth=2.3V;η=15.3mPa・s.
【0152】
[組成物M58]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 17%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 10%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 10%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
2−HH−3 (3−1) 25%
3−HH−4 (3−1) 10%
7−HB−1 (3−2) 5%
2−BBB(2F)−5 (3−7) 9%
NI=76.0℃;Δn=0.101;Δε=−2.6;Vth=2.3V;η=17.2mPa・s.
【0153】
[組成物M1]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 10%
5−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 7%
2−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 7%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 7%
3−B(2F,3F)B(2F,3F)−O2 (2−5) 3%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 5%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 10%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 10%
2−HH−3 (3−1) 14%
3−HB−O1 (3−2) 5%
3−HHB−1 (3−5) 3%
3−HHB−O1 (3−5) 3%
3−HHB−3 (3−5) 4%
2−BB(F)B−3 (3−8) 4%
NI=73.2℃;Tc<−20℃;Δn=0.113;Δε=−4.0;Vth=2.18V;η=22.6mPa・s.
【0154】
[組成物M2]
3−HB(2F,3F)−O4 (2−1) 6%
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 8%
3−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 4%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 7%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HH2B(2F,3F)−O2 (2−7) 7%
5−HH2B(2F,3F)−O2 (2−7) 4%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
2−HH−3 (3−1) 12%
1−BB−5 (3−3) 12%
3−HHB−1 (3−5) 4%
3−HHB−O1 (3−5) 3%
3−HBB−2 (3−6) 3%
NI=82.8℃;Tc<−30℃;Δn=0.118;Δε=−4.4;Vth=2.13V;η=22.5mPa・s.
【0155】
[組成物M3]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 7%
5−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 7%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 8%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 5%
5−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 4%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (2−8) 4%
2−BB(2F,3F)B−3 (2−9) 5%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
3−HH−V (3−1) 27%
3−HH−V1 (3−1) 6%
V−HHB−1 (3−5) 3%
NI=78.1℃;Tc<−30℃;Δn=0.107;Δε=−3.2;Vth=2.02V;η=15.9mPa・s.
【0156】
[組成物M4]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 10%
5−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 10%
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 8%
5−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 8%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 7%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 7%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (2−16) 5%
3−HH−4 (3−1) 14%
V−HHB−1 (3−5) 10%
3−HBB−2 (3−6) 7%
NI=88.5℃;Tc<−30℃;Δn=0.108;Δε=−3.8;Vth=2.25V;η=24.6mPa・s;VHR−1=99.1%;VHR−2=98.2%;VHR−3=97.8%.
【0157】
[組成物M5]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 7%
3−HB(2F,3F)−O4 (2−1) 8%
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 8%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 10%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 4%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HHB(2F,3F)−1 (2−6) 6%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 4%
3−HEB(2F,3F)B(2F,3F)−O2 (2−11) 3%
3−H1OCro(7F,8F)−5 (2−14) 3%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (2−16) 5%
3−HH−O1 (3−1) 5%
1−BB−5 (3−3) 4%
V−HHB−1 (3−5) 4%
5−HB(F)BH−3 (3−12) 5%
NI=81.1℃;Tc<−30℃;Δn=0.119;Δε=−4.5;Vth=1.69V;η=31.4mPa・s.
【0158】
[組成物M6]
3−HB(2F,3F)−O4 (2−1) 15%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 7%
3−dhBB(2F,3F)−O2 (2−17) 5%
3−chB(2F,3F)−O2 (2−18) 7%
2−HchB(2F,3F)−O2 (2−19) 8%
5−HH−V (3−1) 18%
7−HB−1 (3−2) 5%
V−HHB−1 (3−5) 7%
V2−HHB−1 (3−5) 7%
3−HBB(F)B−3 (3−13) 8%
NI=98.8℃;Tc<−30℃;Δn=0.111;Δε=−3.2;Vth=2.47V;η=23.9mPa・s.
【0159】
[組成物M7]
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 18%
5−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 17%
3−HHB(2F,3Cl)−O2 (2−12) 5%
3−HBB(2F,3Cl)−O2 (2−13) 8%
5−HBB(2F,3Cl)−O2 (2−13) 7%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (2−16) 5%
3−HH−V (3−1) 11%
3−HH−VFF (3−1) 7%
F3−HH−V (3−1) 10%
3−HHEH−3 (3−4) 4%
3−HB(F)HH−2 (3−10) 4%
3−HHEBH−3 (3−11) 4%
NI=77.5℃;Tc<−30℃;Δn=0.084;Δε=−2.6;Vth=2.43V;η=22.8mPa・s.
【0160】
[組成物M8]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 8%
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 10%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 10%
2O−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 3%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 4%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
2−HHB(2F,3F)−1 (2−6) 5%
2−BB(2F,3F)B−3 (2−9) 6%
2−BB(2F,3F)B−4 (2−9) 6%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 4%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 7%
3−HH1OCro(7F,8F)−5 (2−15) 4%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (2−16) 6%
3−dhBB(2F,3F)−O2 (2−17) 4%
3−HH−V (3−1) 11%
1−BB−5 (3−3) 5%
NI=70.6℃;Tc<−20℃;Δn=0.129;Δε=−4.3;Vth=1.69V;η=27.0mPa・s.
【0161】
[組成物M9]
3−HB(2F,3F)−O4 (2−1) 14%
3−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 3%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 10%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (2−8) 6%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 4%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 4%
3−HH−V (3−1) 14%
1−BB−3 (3−3) 3%
3−HHB−1 (3−5) 4%
3−HHB−O1 (3−5) 4%
V−HBB−2 (3−6) 4%
1−BB(F)B−2V (3−8) 6%
5−HBBH−1O1 (−) 4%
NI=93.0℃;Tc<−30℃;Δn=0.123;Δε=−4.0;Vth=2.27V;η=29.6mPa・s.
【0162】
[組成物M10]
3−HB(2F,3F)−O4 (2−1) 6%
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 8%
3−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 5%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 10%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
5−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 4%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 7%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
3−HH−V (3−1) 11%
1−BB−3 (3−3) 6%
3−HHB−1 (3−5) 4%
3−HHB−O1 (3−5) 4%
3−HBB−2 (3−6) 4%
3−B(F)BB−2 (3−7) 4%
NI=87.6℃;Tc<−30℃;Δn=0.126;Δε=−4.5;Vth=2.21V;η=25.3mPa・s.
【0163】
[組成物M11]
3−HB(2F,3F)−O4 (2−1) 6%
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 8%
3−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 4%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 7%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 6%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 10%
5−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 8%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 7%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
2−HH−3 (3−1) 12%
1−BB−3 (3−3) 6%
3−HHB−1 (3−5) 3%
3−HHB−O1 (3−5) 4%
3−HBB−2 (3−6) 6%
3−B(F)BB−2 (3−7) 3%
NI=93.0℃;Tc<−20℃;Δn=0.124;Δε=−4.5;Vth=2.22V;η=25.0mPa・s.
【0164】
[組成物M12]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 7%
5−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 7%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 8%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 4%
5−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 5%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (2−8) 5%
2−BB(2F,3F)B−3 (2−9) 4%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
3−HH−V (3−1) 33%
V−HHB−1 (3−5) 3%
NI=76.4℃;Tc<−30℃;Δn=0.104;Δε=−3.2;Vth=2.06V;η=15.6mPa・s.
【0165】
[組成物M13]
2−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 6%
3−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 4%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 3%
2−HH1OB(2F,3F)−O2 (2−8) 14%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 7%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 11%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 9%
2−HH−3 (3−1) 5%
3−HH−VFF (3−1) 30%
1−BB−3 (3−3) 5%
3−HHB−1 (3−5) 3%
3−HBB−2 (3−6) 3%
NI=78.3℃;Tc<−20℃;Δn=0.103;Δε=−3.2;Vth=2.17V;η=17.7mPa・s.
【0166】
[組成物M14]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 5%
5−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 7%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 8%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 5%
5−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 4%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (2−8) 5%
2−BB(2F,3F)B−3 (2−9) 4%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 9%
4−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 4%
5−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 8%
3−HH−V (3−1) 27%
3−HH−V1 (3−1) 6%
V−HHB−1 (3−5) 5%
NI=81.2℃;Tc<−20℃;Δn=0.107;Δε=−3.2;Vth=2.11V;η=15.5mPa・s.
【0167】
[組成物M15]
3−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 7%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 8%
3−HH1OB(2F,3F)−O2 (2−8) 5%
2−BB(2F,3F)B−3 (2−9) 7%
2−BB(2F,3F)B−4 (2−9) 7%
3−HDhB(2F,3F)−O2 (2−16) 3%
5−HDhB(2F,3F)−O2 (2−16) 4%
2−HchB(2F,3F)−O2 (2−19) 8%
4−HH−V (3−1) 15%
3−HH−V1 (3−1) 6%
1−HH−2V1 (3−1) 6%
3−HH−2V1 (3−1) 4%
V2−BB−1 (3−3) 5%
1V2−BB−1 (3−3) 5%
3−HHB−1 (3−5) 6%
3−HB(F)BH−3 (3−12) 4%
NI=88.7℃;Tc<−30℃;Δn=0.115;Δε=−1.9;Vth=2.82V;η=17.3mPa・s.
【0168】
[組成物M16]
V2−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 8%
V2−H1OB(2F,3F)−O4 (2−3) 4%
3−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 7%
2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 7%
3−HH2B(2F,3F)−O2 (2−7) 7%
5−HH2B(2F,3F)−O2 (2−7) 4%
V−HH2B(2F,3F)−O2 (2−7) 6%
V2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
V−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
V−HBB(2F,3F)−O4 (2−10) 6%
2−HH−3 (3−1) 12%
1−BB−5 (3−3) 12%
3−HHB−1 (3−5) 4%
3−HHB−O1 (3−5) 3%
3−HBB−2 (3−6) 3%
NI=89.9℃;Tc<−20℃;Δn=0.122;Δε=−4.2;Vth=2.16V;η=23.4mPa・s.
【0169】
[組成物M17]
3−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 3%
V−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 3%
V2−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 5%
5−H2B(2F,3F)−O2 (2−2) 5%
V2−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 3%
1V2−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 3%
3−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 6%
V−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 6%
V−HHB(2F,3F)−O4 (2−6) 5%
V2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 4%
V2−BB(2F,3F)B−1 (2−9) 4%
V2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 5%
V−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 4%
V−HBB(2F,3F)−O4 (2−10) 5%
V−HHB(2F,3Cl)−O2 (2−12) 3%
3−HH−V (3−1) 27%
3−HH−V1 (3−1) 6%
V−HHB−1 (3−5) 3%
NI=77.1℃;Tc<−20℃;Δn=0.101;Δε=−3.0;Vth=2.04V;η=13.9mPa・s.
【0170】
[組成物M18]
V−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 10%
V2−HB(2F,3F)−O2 (2−1) 10%
2−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 3%
3−H1OB(2F,3F)−O2 (2−3) 3%
2O−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 3%
V2−BB(2F,3F)−O2 (2−4) 8%
V2−HHB(2F,3F)−O2 (2−6) 5%
2−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 3%
V−HBB(2F,3F)−O2 (2−10) 6%
V−HBB(2F,3F)−O4 (2−10) 8%
V−HHB(2F,3Cl)−O2 (2−12) 7%
3−HH−4 (3−1) 14%
V−HHB−1 (3−5) 10%
3−HBB−2 (3−6) 7%
NI=75.9℃;Tc<−20℃;Δn=0.114;Δε=−3.9;Vth=2.20V;η=24.7mPa・s.
【0171】
第一添加物は、極性化合物(PC−1)から(PC−12)、(preAIO−1)から(AIO−4)である。
【0172】
第二添加物は、重合性化合物(RM−1)から(RM−9)である。
【0173】
【0174】
2.液晶分子の垂直配向
実施例1
組成物(M51)に極性化合物(PC−1)を1重量%の割合で、さらに重合性化合物(RM−1)を0.3重量%の割合で添加した。この混合物を2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が3.5μmである、配向膜を有しない素子に真空注入した。この素子に下記表4に記載のUV1光源の光源1を用いて紫外線を照射(1.4J)することによって、極性化合物(PC−1)を重合させた。続いて、未反応の極性化合物、重合性化合物を反応させるため、UV2光源(ブラックライト;F40T10/BL U−355)を用いて紫外線を照射(15J)照射した。その後、前述の方法でこの素子のVHRとプレチルト角を測定した。VHRは86.4%、プレチルト角は0.9度であった。
【0175】
光量の測定:ウシオ電機株式会社製 紫外線積算光量計 UIT-250
【0176】
実施例2から39および比較例1から27
実施例2から39および比較例1から27では、表5に示す組成物に極性化合物および重合性化合物を添加して調製した混合物を用いてセル作製条件を表5に示す以外は実施例1と同様にして配向膜を有しない素子を作製した。実施例1と同様な方法でVHR、プレチルト角を測定した。結果を、実施例1を含め表5にまとめた。
【0177】
【0178】
組成物M1〜M18でも同様の結果が得られた。
【0179】
表5から分かるように、実施例1から39では、組成物や極性化合物の種類を変えたが、VHRが80%以上かつプレチルト角が0〜5°を示した。この結果は、素子に配向膜がなくてもVHRは良好であり、かつ表示に適切なプレチルト角が得られたことを示している。一方、比較例1〜19では、VHRが80%以下、比較例20〜27では、プレチルト角が5°を越えていた。したがって、照射光源の特性が素子の品質に重要な役割を果たしていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0180】
本発明により得られた液晶表示素子は、組成物の持つ特性をより良好に保持することができるため、液晶プロジェクター、液晶テレビなどの各種電子機器の部品として、好適に用いることができる。