JP2004302096A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶分子の配向が確実に規制されており、使用に際してプレチルト角が変化して焼きつきを起こすことのない液晶表示装置を提供する。
【解決手段】電極および配向膜を有する２枚の基板間に液晶が封入されており、さらに液晶には予め熱または光で重合する重合性モノマーが混入され、これを所定の状態で重合させてポリマー化することにより液晶分子の配向を規制してなる液晶表示装置において、前記重合性モノマーが、２官能の液晶性モノマーに架橋後のポリマーの硬度を高める効果をもつ３官能以上の多官能モノマーを添加した混合モノマーであることを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】 なし
【解決手段】電極および配向膜を有する２枚の基板間に液晶が封入されており、さらに液晶には予め熱または光で重合する重合性モノマーが混入され、これを所定の状態で重合させてポリマー化することにより液晶分子の配向を規制してなる液晶表示装置において、前記重合性モノマーが、２官能の液晶性モノマーに架橋後のポリマーの硬度を高める効果をもつ３官能以上の多官能モノマーを添加した混合モノマーであることを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に垂直配向型であり、さらにポリマーを利用して、配向を制御する方式の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、これまで、垂直配向型やＭＶＡ型の液晶表示方式をさらに明るさおよびコストの点でレベルアップさせる手段として、熱または光で重合するモノマー材料を固化させることによって安定な配向を得る、配向規制技術を開発してきた（特開２００２−２３１９９号公報、特開２００２−３５７８３０号公報等）。この方式は、液晶中に予め熱または紫外線で重合するモノマー材料を混合しておき、所定の配向状態、具体的には液晶層に電圧を印加し、液晶分子が所定の方位を向き、かつ、プレチルトになった状態、で加熱し、または光を全面に照射し、モノマーを重合させることにより、単純な構造によって液晶分子の安定な配向を得るものである。
【０００３】
しかしながら、これまでのモノマーを熱または光重合させて安定な垂直配向を得る配向安定化技術では、表示時のバックライト光により液晶中に残存するモノマーが再重合してしまう現象や、もしくはポリマーの柔軟性のためにある同一のパターンを一定時間表示するとその部分が焼き付くという問題があった。焼き付いた部分は、そこだけプレチルト角が変化しており、容易には元に戻らない。そのため、配向規制のための重合の際に紫外線照射量を増やす改善法が考えられたが、この方法では照射時間が増えるためにタクトの問題が生じたり、また紫外線が当たることで液晶や配向膜もしくはパネル内構造物がダメージを受け、不純物等を発生させて液晶汚染を引き起こすという問題もあった。また、重合開始剤による反応促進を試みても、開始剤とモノマーとの分離による表示むらが発生し、実用化は困難であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３１９９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３５７８３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解決し、液晶分子の配向が確実に規制されており、使用に際してプレチルト角が変化して焼きつきを起こすことのない液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、電極および配向膜を有する２枚の基板間に液晶が封入されており、さらに液晶には予め熱または光で重合する重合性モノマーが混入され、これを所定の状態で重合させてポリマー化することにより液晶分子の配向を規制してなる液晶表示装置において、前記重合性モノマーが、２官能の液晶性モノマーに架橋後のポリマーの硬度を高める効果をもつ３官能以上の多官能モノマーを添加した混合モノマーであることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【０００８】
本発明に用いるのに好適な液晶の特定の例としては、誘電率（Δε）が−３．８±０．２で、屈折率（Δｎ）が０．０８±０．０１（波長５８９ｎｍ）であるＮ型ネマティック液晶を挙げることができるが、もちろんこれのみに限定されるわけではない。
【０００９】
また、好適な液晶２官能モノマーの例としては大日本インキ（株）製の液晶性モノアクリレートモノマーや日本シイベルヘグナー（株）製のＡｃｔｉｌａｎｅ４２１（商品名）を挙げることができ、３官能以上の多官能モノマーの例としてはＤＰＨＡ（ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物）や日本シイベルヘグナー（株）製のＡｃｔｉｌａｎｅ４５０（商品名）、Ａｃｔｉｌａｎｅ４４１（商品名）等を挙げることができるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００１０】
本発明においては、液晶に対する重合性モノマーの添加量は、液晶の質量に対して１質量％以下であるのが好ましい。また、重合性モノマー中の３官能以上の多官能モノマーの含有量は、重合性モノマーの合計量の５０質量％以下であるのが好ましく、さらに好ましくは５〜４０質量％、特に好ましくは１０〜３０質量％である。
【００１１】
本発明において、重合性モノマーの重合は、高圧水銀ランプの輝線ピークの１つである３１３ｎｍの波長を含む紫外光の照射により行われるのが好ましい。また、本発明の液晶表示装置は、基板表面が垂直配向処理された垂直配向モードであるのが好ましい。
【００１２】
本発明においては、主として液晶分子の配向規制のために液晶中に配合されるモノマーの他に、添加剤として重合開始剤ではない多官能モノマーを添加する。本発明者らは、液晶分子の配向規制のための重合性モノマーの重合反応を促進させ、かつ、形成されるポリマーの硬度を増大させるための方策を鋭意検討していた。検討の結果、主として液晶分子の配向を規制するための液晶性２官能モノマーに、３官能以上の多官能モノマーを添加することにより、焼きつきが低減するという知見を得、これにより本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
さらに、上記検討の過程において、６官能基を有するＤＰＨＡ（ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物）を所定の割合で添加した場合に、焼きつきの大幅な低減が見られた。この結果を図１に示す。この場合、液晶に対する重合性モノマーの合計量は、０．３質量％であった。焼きつきを低減させるためには、ＤＰＨＡの割合は、所定の範囲にあることが好ましく、それより多すぎても少なすぎても、焼きつきの程度を増大させる。この現象が生じる理由については、未だ十分に解明されていない。しかしながら、ＤＰＨＡを単体で用いてこれをポリマー化する場合、２官能モノマーなどに比べて架橋密度が非常に高くなるが、その反面において収縮率も高くなるため、配向膜への密着性が劣るものとなると考えられる。そのため、上記の系の場合に、配向膜に密着して液晶分子の配向を制御する主体は２官能モノマーであり、ＤＰＨＡは主に液晶分子の配向を規制するポリマーの硬度を高める役割を担っていると考えられる。ＤＰＨＡのみでは液晶分子の配向を規制する能力が不足し、ＤＰＨＡが支配的になると焼きつき量が増大すると考えられる。本発明者らの検討によれば、図１からわかるように、ＤＰＨＡの割合が重合性モノマーの合計量の２５質量％であるときに最も高い効果が得られる。
【００１４】
以上のことから、本発明において、重合性モノマー中に所定量の多官能モノマーを配合することにより、形成されるポリマーの硬度を高め、焼きつきを改善する効果が得られることがわかる。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに説明する。
【００１６】
液晶配向制御のための主モノマーとして２官能モノマーを用い、重合性モノマー中のＤＰＨＡの量が全モノマー比で１／４である場合の焼きつき量の照射量依存性を評価した。
【００１７】
２官能モノマーとして大日本インキ（株）製の液晶性モノアクリレートモノマーを液晶に対して０．２２５質量％の量で用い、ＤＰＨＡ材として、東亜合成（株）製の多官能アクリレート（ＤＰＨＡ）を液晶に対して０．０７５質量％の量で用いた。また、液晶としてΔεが−３．８±０．２で、Δｎが０．０８±０．０１（波長５８９ｎｍ）であるＮ型ネマティック液晶を用いた。
【００１８】
パネルを駆動し、所定の配向となった状態で、強度５０ｍＷ／ｃｍ２ の紫外光を５０〜４００秒の範囲で照射し、重合性モノマーを重合、硬化させた。次いで、得られたパネルに、ＡＣ３０Ｖの電圧を２４時間引加した。このときの紫外線照射時間と焼きつき量との関係を図２に示す。焼きつき量はプレチルト角の変化分として表されている。照射時間が少ないときは焼きつき量が多く、照射時間が増すにつれてその程度は軽くなる。実際のパネルで焼きつきが許容されるのはプレチルト角変化が０．１以下の場合であるが、主モノマーである２官能モノマーのみを単体で用いた場合には、照射時間４００秒以上でようやくプレチルト角の変化が０．１°以下となる。しかしながら、４００秒以上の紫外線照射を行うと、液晶や配向膜等へのダメージが大きくなり、別の問題が生じる。一方、主モノマーに多官能モノマーをブレンドした場合には、２００秒以下の紫外線照射で０．１°以下のプレチルト角変化を達成できることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、液晶分子の配向が確実に規制されており、使用に際してプレチルト角が変化して焼きつきを起こすことのない液晶表示装置を提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】重合性モノマー中のＤＰＨＡの配合量と焼きつき量との関係を示すグラフ。
【図２】紫外線照射時間と焼きつき量との関係を示すグラフ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に垂直配向型であり、さらにポリマーを利用して、配向を制御する方式の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、これまで、垂直配向型やＭＶＡ型の液晶表示方式をさらに明るさおよびコストの点でレベルアップさせる手段として、熱または光で重合するモノマー材料を固化させることによって安定な配向を得る、配向規制技術を開発してきた（特開２００２−２３１９９号公報、特開２００２−３５７８３０号公報等）。この方式は、液晶中に予め熱または紫外線で重合するモノマー材料を混合しておき、所定の配向状態、具体的には液晶層に電圧を印加し、液晶分子が所定の方位を向き、かつ、プレチルトになった状態、で加熱し、または光を全面に照射し、モノマーを重合させることにより、単純な構造によって液晶分子の安定な配向を得るものである。
【０００３】
しかしながら、これまでのモノマーを熱または光重合させて安定な垂直配向を得る配向安定化技術では、表示時のバックライト光により液晶中に残存するモノマーが再重合してしまう現象や、もしくはポリマーの柔軟性のためにある同一のパターンを一定時間表示するとその部分が焼き付くという問題があった。焼き付いた部分は、そこだけプレチルト角が変化しており、容易には元に戻らない。そのため、配向規制のための重合の際に紫外線照射量を増やす改善法が考えられたが、この方法では照射時間が増えるためにタクトの問題が生じたり、また紫外線が当たることで液晶や配向膜もしくはパネル内構造物がダメージを受け、不純物等を発生させて液晶汚染を引き起こすという問題もあった。また、重合開始剤による反応促進を試みても、開始剤とモノマーとの分離による表示むらが発生し、実用化は困難であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３１９９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３５７８３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解決し、液晶分子の配向が確実に規制されており、使用に際してプレチルト角が変化して焼きつきを起こすことのない液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、電極および配向膜を有する２枚の基板間に液晶が封入されており、さらに液晶には予め熱または光で重合する重合性モノマーが混入され、これを所定の状態で重合させてポリマー化することにより液晶分子の配向を規制してなる液晶表示装置において、前記重合性モノマーが、２官能の液晶性モノマーに架橋後のポリマーの硬度を高める効果をもつ３官能以上の多官能モノマーを添加した混合モノマーであることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【０００８】
本発明に用いるのに好適な液晶の特定の例としては、誘電率（Δε）が−３．８±０．２で、屈折率（Δｎ）が０．０８±０．０１（波長５８９ｎｍ）であるＮ型ネマティック液晶を挙げることができるが、もちろんこれのみに限定されるわけではない。
【０００９】
また、好適な液晶２官能モノマーの例としては大日本インキ（株）製の液晶性モノアクリレートモノマーや日本シイベルヘグナー（株）製のＡｃｔｉｌａｎｅ４２１（商品名）を挙げることができ、３官能以上の多官能モノマーの例としてはＤＰＨＡ（ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物）や日本シイベルヘグナー（株）製のＡｃｔｉｌａｎｅ４５０（商品名）、Ａｃｔｉｌａｎｅ４４１（商品名）等を挙げることができるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００１０】
本発明においては、液晶に対する重合性モノマーの添加量は、液晶の質量に対して１質量％以下であるのが好ましい。また、重合性モノマー中の３官能以上の多官能モノマーの含有量は、重合性モノマーの合計量の５０質量％以下であるのが好ましく、さらに好ましくは５〜４０質量％、特に好ましくは１０〜３０質量％である。
【００１１】
本発明において、重合性モノマーの重合は、高圧水銀ランプの輝線ピークの１つである３１３ｎｍの波長を含む紫外光の照射により行われるのが好ましい。また、本発明の液晶表示装置は、基板表面が垂直配向処理された垂直配向モードであるのが好ましい。
【００１２】
本発明においては、主として液晶分子の配向規制のために液晶中に配合されるモノマーの他に、添加剤として重合開始剤ではない多官能モノマーを添加する。本発明者らは、液晶分子の配向規制のための重合性モノマーの重合反応を促進させ、かつ、形成されるポリマーの硬度を増大させるための方策を鋭意検討していた。検討の結果、主として液晶分子の配向を規制するための液晶性２官能モノマーに、３官能以上の多官能モノマーを添加することにより、焼きつきが低減するという知見を得、これにより本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
さらに、上記検討の過程において、６官能基を有するＤＰＨＡ（ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物）を所定の割合で添加した場合に、焼きつきの大幅な低減が見られた。この結果を図１に示す。この場合、液晶に対する重合性モノマーの合計量は、０．３質量％であった。焼きつきを低減させるためには、ＤＰＨＡの割合は、所定の範囲にあることが好ましく、それより多すぎても少なすぎても、焼きつきの程度を増大させる。この現象が生じる理由については、未だ十分に解明されていない。しかしながら、ＤＰＨＡを単体で用いてこれをポリマー化する場合、２官能モノマーなどに比べて架橋密度が非常に高くなるが、その反面において収縮率も高くなるため、配向膜への密着性が劣るものとなると考えられる。そのため、上記の系の場合に、配向膜に密着して液晶分子の配向を制御する主体は２官能モノマーであり、ＤＰＨＡは主に液晶分子の配向を規制するポリマーの硬度を高める役割を担っていると考えられる。ＤＰＨＡのみでは液晶分子の配向を規制する能力が不足し、ＤＰＨＡが支配的になると焼きつき量が増大すると考えられる。本発明者らの検討によれば、図１からわかるように、ＤＰＨＡの割合が重合性モノマーの合計量の２５質量％であるときに最も高い効果が得られる。
【００１４】
以上のことから、本発明において、重合性モノマー中に所定量の多官能モノマーを配合することにより、形成されるポリマーの硬度を高め、焼きつきを改善する効果が得られることがわかる。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに説明する。
【００１６】
液晶配向制御のための主モノマーとして２官能モノマーを用い、重合性モノマー中のＤＰＨＡの量が全モノマー比で１／４である場合の焼きつき量の照射量依存性を評価した。
【００１７】
２官能モノマーとして大日本インキ（株）製の液晶性モノアクリレートモノマーを液晶に対して０．２２５質量％の量で用い、ＤＰＨＡ材として、東亜合成（株）製の多官能アクリレート（ＤＰＨＡ）を液晶に対して０．０７５質量％の量で用いた。また、液晶としてΔεが−３．８±０．２で、Δｎが０．０８±０．０１（波長５８９ｎｍ）であるＮ型ネマティック液晶を用いた。
【００１８】
パネルを駆動し、所定の配向となった状態で、強度５０ｍＷ／ｃｍ２ の紫外光を５０〜４００秒の範囲で照射し、重合性モノマーを重合、硬化させた。次いで、得られたパネルに、ＡＣ３０Ｖの電圧を２４時間引加した。このときの紫外線照射時間と焼きつき量との関係を図２に示す。焼きつき量はプレチルト角の変化分として表されている。照射時間が少ないときは焼きつき量が多く、照射時間が増すにつれてその程度は軽くなる。実際のパネルで焼きつきが許容されるのはプレチルト角変化が０．１以下の場合であるが、主モノマーである２官能モノマーのみを単体で用いた場合には、照射時間４００秒以上でようやくプレチルト角の変化が０．１°以下となる。しかしながら、４００秒以上の紫外線照射を行うと、液晶や配向膜等へのダメージが大きくなり、別の問題が生じる。一方、主モノマーに多官能モノマーをブレンドした場合には、２００秒以下の紫外線照射で０．１°以下のプレチルト角変化を達成できることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、液晶分子の配向が確実に規制されており、使用に際してプレチルト角が変化して焼きつきを起こすことのない液晶表示装置を提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】重合性モノマー中のＤＰＨＡの配合量と焼きつき量との関係を示すグラフ。
【図２】紫外線照射時間と焼きつき量との関係を示すグラフ。
Claims (5)
- 電極および配向膜を有する２枚の基板間に液晶が封入されており、さらに液晶には予め熱または光で重合する重合性モノマーが混入され、これを所定の状態で重合させてポリマー化することにより液晶分子の配向を規制してなる液晶表示装置において、前記重合性モノマーが、２官能の液晶性モノマーに架橋後のポリマーの硬度を高める効果をもつ３官能以上の多官能モノマーを添加した混合モノマーであることを特徴とする液晶表示装置。
- 前記重合性モノマー中の３官能以上の多官能モノマーの含有量が、重合性モノマーの合計量の５０質量％以下である、請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記３官能以上の多官能モノマーがＤＰＨＡである、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
- 前記重合のための光が、高圧水銀ランプの輝線ピークの１つである３１３ｎｍの波長を含む紫外光である、請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 基板表面が垂直配向処理された垂直配向モードである、請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
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|---|---|---|---|
| JP2003094610A JP4311964B2 (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 液晶表示装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| KR20110090800A (ko) | 2010-02-04 | 2011-08-10 | 디아이씨 가부시끼가이샤 | 중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물 및 그것을 사용한 액정 표시 소자 |
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| WO2014148472A1 (ja) | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Dic株式会社 | 重合性化合物含有液晶組成物及びそれを使用した液晶表示素子 |
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