JP2020200428A - 重合性化合物含有液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
以上のことから、高精細なPSA型液晶表示素子では、従来よりも弱い又は少ないUV光で安定的に製造できるような液晶組成物が求められている。
Yi1及びYi2はそれぞれ独立して、−O−、−CF2−、−CO−、又は−CXi3Xi4−を表すが、Yi1及びYi2のいずれか一つ以上は−O−を表し、Xi3及びXi4はそれぞれ独立して、Xi1と同じ意味を表し、
Li1、Li2、Li3、Li4及びLi5はそれぞれ独立して、水素原子、臭素原子、よう素原子、水酸基、炭素原子数1から15のアルキル基、炭素原子数2から15のアルケニル基又は一般式(Li−1)
Ai1は
(a)1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−又は−S−に置き換えられても良い。)
(b)1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良く、この基中に存在する1つの水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)
(c)1,4−シクロヘキセニレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良く、また、ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、
Zi1は、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−又は単結合を表し、
ni1は1又は2を表すが、ni1が2を表しAi1及びZi1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。)
で表される基を表し、
Wi1は一般式(Wi1−1)、(Wi1−2)又は(Wi1−3)
Wi2は単結合又は−CLi9Li10−
(Li9及びLi10はそれぞれ独立して、Li1と同じ意味を表す。)
を表し、
Li1、Li2、Li3、Li4、Li5、Li6、Li7、Li8、Li9及びLi10中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−C≡C−、−O−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良く、また、アルキル基又はアルケニル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)で表される化合物を1種又は2種以上と、重合性化合物を1種又は2種以上と、を含有する重合性化合物含有液晶組成物を提供する。
本発明の重合性化合物含有液晶組成物は、一般式(i)
Yi1及びYi2はそれぞれ独立して、−O−、−CF2−、−CO−、又は−CXi3Xi4−を表すが、Yi1及びYi2のいずれか一つ以上は−O−を表し、Xi3及びXi4はそれぞれ独立して、Xi1と同じ意味を表し、
Li1、Li2、Li3、Li4及びLi5はそれぞれ独立して、水素原子、臭素原子、よう素原子、水酸基、炭素原子数1から15のアルキル基、炭素原子数2から15のアルケニル基又は一般式(Li−1)
Ai1は
(a)1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−又は−S−に置き換えられても良い。)
(b)1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良く、この基中に存在する1つの水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)
(c)1,4−シクロヘキセニレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良く、また、ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、
Zi1は、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−又は単結合を表し、
ni1は1又は2を表すが、ni1が2を表しAi1及びZi1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。)
で表される基を表し、
Wi1は一般式(Wi1−1)、(Wi1−2)又は(Wi1−3)
Wi2は単結合又は−CLi9Li10−(Li9及びLi10はそれぞれ独立して、Li1と同じ意味を表す。)を表し、
Li1、Li2、Li3、Li4、Li5、Li6、Li7、Li8、Li9及びLi10中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−C≡C−、−O−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良く、また、アルキル基又はアルケニル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)で表される化合物を1種又は2種以上と、重合性化合物を1種又は2種以上と、を含有する。
一般式(i)において、Xi1及びXi2は、少なくとも一方が水素原子又はフッ素原子を表すことが好ましく、中でも少なくとも一方はフッ素原子であることが好ましい。詳述すると、20℃における誘電率異方性(Δε)の絶対値(|Δε|)が大きいことを重視する場合には、Xi1及びXi2は、ともにフッ素原子であることが好ましく、信頼性を重視する場合は、Xi1及びXi2は、ともに水素原子であることが好ましい。
本発明の重合性化合物含有液晶組成物は、重合性化合物を1種又は2種以上含む。重合性化合物としては、一般式(P)
Pp1及びPp2はそれぞれ独立して、一般式(Pp1−1)から式(Pp1−9)
Spp1及びSpp2はそれぞれ独立して、単結合又はスペーサー基を表し、
Zp1及びZp2はそれぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CO−、−C2H4−、−COO−、−OCO−、−OCOOCH2−、−CH2OCOO−、−OCH2CH2O−、−CO−NRZP1−、−NRZP1−CO−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CRZP1−COO−、−CH=CRZP1−OCO−、−COO−CRZP1=CH−、−OCO−CRZP1=CH−、−COO−CRZP1=CH−COO−、−COO−CRZP1=CH−OCO−、−OCO−CRZP1=CH−COO−、−OCO−CRZP1=CH−OCO−、−(CH2)z−COO−、−(CH2)z−OCO−、−OCO−(CH2)z−、−(C=O)−O−(CH2)z−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF2−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−(式中、zはそれぞれ独立して1〜4の整数を表し、RZP1はそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を表すが、分子内にRZP1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良い。なお、式中の*はSpp1又はSpp2への結合点を表す。)を表し、
Ap1及びAp2はそれぞれ独立して、
(ap) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(bp) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(cp) ナフタレンジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基(これら基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、
Ap3は上記の基(ap)、基(bp)及び基(cp)、ならびに単結合からなる群より選ばれる基を表し、
上記の基(ap)、基(bp)及び基(cp)は、それぞれ独立して、この基中に存在する水素原子は、シアノ基、ハロゲン原子、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数1〜8のアルケニル基又は−Spp2−Pp2で置換されていても良く、
mp1は、0、1、2又は3を表し、分子内にZp1、Ap2、Spp2及び/又はPp2が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良いが、
mp1が0であり且つAp1がナフタレンジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基及びアントラセン−2,6−ジイル基以外の基である場合は、Ap3は単結合以外の基を表す。)で表される化合物が好ましい。
(ap) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(bp) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(cp) ナフタレンジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基(これら基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表す。また、Ap3は上記の基(ap)、基(bp)及び基(cp)、ならびに単結合からなる群より選ばれる基を表す。
Ap1a、Ap2a、及びAp3aのうち少なくとも1つは、環中の少なくとも1つの水素原子が、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素数1〜8のアルコキシ基で置換されており、
Pp1a、Spp1a、Zp1a、Zp2a及びRp1a、ならびにSpp2a及びPp2aは、上記一般式(P)中のPp1、Spp1、Zp1、Zp2及びRp1、ならびにSpp2及びPp2の定義と同じであり、分子内にSpp2a又はPp2aが複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良い。)
Pp1b、Spp1b、Zp1b、Zp2b及びRp1b、ならびにSpp2b及びPp2bは、上記一般式(P)中のPp1、Spp1、Zp1、Zp2及びRp1、ならびにSpp2及びPp2の定義と同じであり、分子内にSpp2b又はPp2bが複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良い。)
Pp1c、Spp1c、Zp1c、Zp2c及びRp1c、ならびにSpp2c及びPp2cは、上記一般式(P)中のPp1、Spp1、Zp1、Zp2及びRp1、ならびにSpp2及びPp2の定義と同じであり、分子内にSpp2c又はPp2cが複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良いが、
上記式(P−c1)において、Zp2Cは−CH=CH−COO−、−COO−CH=CH−、−(CH2)2−COO−、−(CH2)2−OCO−、−O−CO−(CH2)2−、−COO−(CH2)2−からなる群から選択される連結基であり、
上記式(P−c2)において、Zp1C及びZp2Cの少なくとも一方は−CH=CH−COO−、−COO−CH=CH−、−(CH2)2−COO−、−(CH2)2−OCO−、−O−CO−(CH2)2−、−COO−(CH2)2−からなる群から選択される連結基である。)で表される化合物が好ましい。
本発明の重合性化合物含有液晶組成物は、上述した一般式(i)化合物及び重合性化合物の他に、1種又は2種以上の液晶化合物を構成成分に含む。なお、本発明の重合性化合物含有液晶組成物から重合性化合物及び添加剤を除いた組成物のことを、本発明における液晶組成物と称する。本発明における液晶組成物は、一般式(NU−01)から一般式(NU−08)
本発明の重合性化合物含有液晶組成物は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤又は赤外線吸収剤等を含むことができる。中でも本発明の重合性化合物含有液晶組成物は、液晶表示素子の製造工程の1つである加熱処理において重合することがないように、酸化防止剤を含有することが好ましい。
本発明の重合性化合物含有液晶組成物全体のうち、一般式(i)で表される化合物、一般式(P)で表される化合物、一般式(N−01)〜(N−05)で表される化合物群から選択される化合物及び一般式(NU−01)〜(NU−08)で表される化合物群から選択される化合物のみから構成される成分の占める割合の上限値は、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%であることが好ましい。
次に、本発明の液晶表示素子について説明する。本発明の液晶表示素子は、上述した「A.重合性化合物含有液晶組成物」の項で説明した重合性化合物含有液晶組成物を用いた液晶表示素子である。すなわち、本発明の液晶表示素子は、一般式(i)で表される化合物を1種又は2種以上と、重合性化合物を1種又は2種以上と、を含有する重合性化合物含有液晶組成物を用いた液晶表示素子である。
本発明の液晶表示素子は、対向に配置された第1の基板及び第2の基板と、前記第1の基板又は前記第2の基板に設けられる共通電極と、前記第1の基板又は前記第2の基板に設けられ、薄膜トランジスタを有する画素電極と、前記第1の基板と第2の基板間に設けられる液晶層と、を有することが好ましい。上記液晶層中では、一般式(i)で表される化合物と、重合性化合物含有液晶組成物に含まれる液晶組成物と、重合性化合物の重合体とを少なくとも含む。
−n −CnH2n+1 炭素数nの直鎖状のアルキル基
n− CnH2n+1− 炭素数nの直鎖状のアルキル基
−On −OCnH2n+1 炭素数nの直鎖状のアルコキシ基
(連結基)
−1O− −CH2−O−
(環構造)
Δn :20℃における屈折率異方性
η :20℃における粘度(mPa・s)
γ1 :20℃における回転粘性(mPa・s)
Δε :20℃における誘電率異方性
K33 :20℃における弾性定数K33(pN)
以下の実施例及び比較例における液晶表示素子の製造方法及び評価方法は下記の通りである。
まず、垂直配向を誘起するポリイミド配向膜を塗布しラビング処理したITO付き基板を含むセルギャップ3.5μmの液晶セルに、後述する重合性化合物含有液晶組成物を真空注入法で注入した。その後、重合性化合物含有液晶組成物を注入した液晶セルに、蛍光UVランプを用いて、任意時間紫外線を照射し液晶表示素子を得た。このとき、中心波長313nmの条件で測定した照度が3mW/cm2になるように蛍光UVランプを調整した。
上述の照射条件で、紫外線を150秒照射した後の液晶表示素子中の重合性化合物の残留量[ppm]を測定した。この重合性化合物の残留量の測定方法を説明する。まず試験管に分解した液晶表示素子とアセトニトリルとを入れ、振とうしてろ過し、液晶組成物、重合物、未反応の重合性化合物を含む溶出成分のアセトニトリル溶液を得た。これを高速液体クロマトグラフ(カラム:逆相非極性カラム、展開溶媒:アセトニトリル70%及び水30%の混合溶媒)で分析し、各成分のピーク面積を算出した。指標とする液晶化合物のピーク面積と未反応の重合性化合物のピーク面積比から、残存する重合性化合物の量を決定した。この値と当初添加した重合性化合物の量から重合性化合物の残留量を決定した。なお、重合性化合物の残留量の検出限界は100ppmであった。
上述の照射条件で、紫外線を50秒照射した前後での液晶表示素子のプレチルト角変化量[°]を測定した。
まず、液晶表示素子のプレチルト角を測定し、プレチルト角(初期)とした。この液晶表示素子に周波数100Hzで電圧を10V印加しながら紫外線を50秒照射した。その後、プレチルト角を測定し、プレチルト角(UV後)とした。測定したプレチルト角(初期)からプレチルト角(UV後)を引いた値をプレチルト角変化量[°]とした。プレチルト角は、シンテック製OPTIPROを用いて測定した。
式(i)化合物及び重合性化合物を添加する前の液晶組成物LC−001を調製し、その物性値を測定した。液晶組成物LC−001の構成とその物性値の結果は表1のとおりであった。
液晶組成物LC−001を99.7質量部に対して、下記式(RM−A)で表される重合性化合物を0.3質量部添加した重合性化合物含有液晶組成物を比較例1とした。
実施例1に対して、更に式(H−2−1)で表される酸化防止剤を0.005質量部添加した重合性化合物含有液晶組成物を実施例8とした。
Claims (7)
- 一般式(i)
Yi1及びYi2はそれぞれ独立して、−O−、−CF2−、−CO−、又は−CXi3Xi4−を表すが、Yi1及びYi2のいずれか一つ以上は−O−を表し、Xi3及びXi4はそれぞれ独立して、Xi1と同じ意味を表し、
Li1、Li2、Li3、Li4及びLi5はそれぞれ独立して、水素原子、臭素原子、よう素原子、水酸基、炭素原子数1から15のアルキル基、炭素原子数2から15のアルケニル基又は一般式(Li−1)
Ai1は
(a)1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−又は−S−に置き換えられても良い。)
(b)1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良く、この基中に存在する1つの水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)
(c)1,4−シクロヘキセニレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良く、また、ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、
Zi1は、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−又は単結合を表し、
ni1は1又は2を表すが、ni1が2を表しAi1及びZi1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。)
で表される基を表し、
Wi1は一般式(Wi1−1)、(Wi1−2)又は(Wi1−3)
Wi2は単結合又は−CLi9Li10−(Li9及びLi10はそれぞれ独立して、Li1と同
じ意味を表す。)
を表し、
Li1、Li2、Li3、Li4、Li5、Li6、Li7、Li8、Li9及びLi10中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−C≡C−、−O−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良く、また、アルキル基又はアルケニル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)で表される化合物を1種又は2種以上と、重合性化合物を1種又は2種以上と、を含有する重合性化合物含有液晶組成物。 - 前記重合性化合物として、一般式(P)
Pp1及びPp2はそれぞれ独立して、一般式(Pp1−1)から式(Pp1−9)
Spp1及びSpp2はそれぞれ独立して、単結合又はスペーサー基を表し、
Zp1及びZp2はそれぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CO−、−C2H4−、−COO−、−OCO−、−OCOOCH2−、−CH2OCOO−、−OCH2CH2O−、−CO−NRZP1−、−NRZP1−CO−、−SCH2−、−CH2S−、−CH=CRZP1−COO−、−CH=CRZP1−OCO−、−COO−CRZP1=CH−、−OCO−CRZP1=CH−、−COO−CRZP1=CH−COO−、−COO−CRZP1=CH−OCO−、−OCO−CRZP1=CH−COO−、−OCO−CRZP1=CH−OCO−、−(CH2)z−COO−、−(CH2)z−OCO−、−OCO−(CH2)z−、−(C=O)−O−(CH2)z−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF2−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CH2−、−CH2CF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−(式中、zはそれぞれ独立して1〜4の整数を表し、RZP1はそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を表すが、分子内にRZP1が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良い。なお、式中の*はSpp1又はSpp2への結合点を表す。)
を表し、
Ap1及びAp2はそれぞれ独立して、
(ap) 1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個の−CH2−又は隣接していない2個以上の−CH2−は−O−に置き換えられてもよい。)
(bp) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい。)及び
(cp) ナフタレンジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基(これら基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、
Ap3は上記の基(ap)、基(bp)及び基(cp)、ならびに単結合からなる群より選ばれる基を表し、
上記の基(ap)、基(bp)及び基(cp)は、それぞれ独立して、この基中に存在する水素原子は、シアノ基、ハロゲン原子、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数1〜8のアルケニル基又は−Spp2−Pp2で置換されていても良く、
mp1は、0、1、2又は3を表し、分子内にZp1、Ap2、Spp2及び/又はPp2が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていても良いが、
mp1が0であり且つAp1がナフタレンジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基又はアントラセン−2,6−ジイル基以外の基である場合は、Ap3は単結合以外の基を表す。)
で表される化合物を1種又は2種以上含有する請求項1に記載の液晶組成物。 - 更に一般式(NU−01)から一般式(NU−08)
で表される化合物群から選ばれる化合物を1種類又は2種類以上含有する請求項1又は2に記載の重合性化合物含有液晶組成物。 - 更に一般式(N−01)、一般式(N−02)、一般式(N−03)、一般式(N−04)及び一般式(N−05)
Z1は、それぞれ独立して、単結合、−CH2CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−OCF2−、−CF2O−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−を表し、
mは、それぞれ独立して、1又は2を表す。)
で表される化合物群から選ばれる化合物を1種類又は2種類以上含有する請求項1から3のいずれか1項に記載の重合性化合物含有液晶組成物。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の重合性化合物含有液晶組成物を用いた液晶表示素子。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の重合性化合物含有液晶組成物を用いたアクティブマトリックス駆動用液晶表示素子。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の重合性化合物含有液晶組成物を用いたPSAモード、PSVAモード、PS−IPSモード又はPS−FFSモード用液晶表示素子。
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JP2021088619A (ja) | 液晶組成物及び液晶表示素子 |
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