WO2003087261A1 - Afficheur a cristaux liquides - Google Patents

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liquid crystal
crystal display
display device
monomer
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Yohei Nakanishi
Masakazu Shibasaki
Kazutaka Hanaoka
Yuichi Inoue
Kazuaki Tarumi
Matthias Bremer
Melanie Klasen-Memmer
Simon Greenfield
Richard Harding
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Fujitsu Display Technologies Corporation
Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung
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    • G02F1/13775—Polymer-stabilized liquid crystal layers

Definitions

  • a liquid crystal material containing a monomer or oligomer polymerized by light or heat is sealed between the substrates, and the polymerizable component is polymerized while adjusting the voltage applied to the liquid crystal layer to change the alignment direction.
  • the present invention relates to a liquid crystal display device and a liquid crystal material using the determined liquid crystal.
  • the voltage includes 0 volts, and the voltage adjustment hereinafter includes 0 volts.
  • a pair of flat comb electrodes facing each other is provided in a horizontal plane parallel to the display surface direction, and liquid crystal molecules between the facing electrodes are switched in a horizontal plane.
  • a flat comb-shaped electrode significantly reduces the aperture ratio of a liquid crystal display device, so a strong pack light is required for an IPS mode liquid crystal display device.
  • the liquid crystal In the MVA mode, the liquid crystal is oriented perpendicular to the substrate, and the orientation of the liquid crystal molecules is defined by a slit provided on the transparent electrode (ITO film) and a projection provided on the opposing substrate.
  • ITO film transparent electrode
  • MVA mode LCD Although the reduction in the effective aperture ratio due to the slit projection is not as large as in the IPS mode LCD using a comb-shaped electrode, the light transmission of the MVA mode LCD is lower than that of the TN mode LCD. The rate is low. For this reason, MVA mode liquid crystal display devices have not been adopted for notebook computers that require low power consumption.
  • the banks (projections) and ITO slits are arranged in a complicated manner so that the liquid crystal molecules fall in four directions when a voltage is applied to widen the viewing angle. Rates are even lower. Simplifying these arrangements and widening the bank spacing or ITO slit gap can increase the light transmittance. However, if the gap between the banks or the ITO slit is very wide, it takes time for the tilt of the liquid crystal molecules to propagate, and the response of the device when a voltage is applied to the device for display is extremely large. become slow.
  • a liquid material containing a polymerizable monomer is injected between the substrates, and the monomer is polymerized while voltage is applied.
  • a technique was introduced to memorize the direction in which the liquid crystal molecules fall.
  • An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device in which image sticking is effectively reduced, in particular,
  • An object of the present invention is to provide an MVA mode liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device provided by the present invention has two substrates provided with a transparent electrode and an alignment control film for aligning liquid crystal molecules, and a liquid crystal display comprising a liquid crystal composition between these substrates.
  • a liquid crystal composition containing a polymerizable monomer is injected between two substrates, and while applying a voltage between the transparent electrodes facing each other on the substrates, the monomer is formed.
  • a liquid crystal display device manufactured through a polymerizing step, wherein the polymerizable monomer contained in the liquid crystal composition includes one or more ring structures or condensed ring structures, and the ring structure or condensed ring structures. This is a liquid crystal display device having two directly bonded functional groups.
  • FIG. 1 is a schematic plan view illustrating the liquid crystal display devices manufactured in the comparative example and the example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the so-called image sticking phenomenon in a liquid crystal display device in which the response delay at the time of voltage application is improved by memorizing the direction in which the liquid crystal molecules enclosed between the substrates fall can be reduced. This is greatly reduced by using special compounds as monomer compounds to be used in the liquid crystal display device manufacturing stage to regulate.
  • the present invention provides the following knowledge obtained as a result of various studies conducted by the inventors on various monomer compounds and liquid crystal compositions used in order to solve the problem of seizure of a liquid crystal display device. Is based on The smaller the molecular weight of the monomer contained in the liquid crystal composition, the more Is less.
  • the monomer contained in the liquid crystal composition has a ring structure or a condensed ring structure and a functional group, and the ring structure and the functional group are directly bonded, seizure is reduced.
  • a monomer having two condensed ring structures it is better to use a monomer having two condensed ring structures than a monomer having one ring structure, and to use a monomer having two non-condensed ring structures rather than a monomer having two condensed ring structures. Use reduces the seizure.
  • the use of a monomer compound having a ring structure or a condensed ring structure is necessary because the direction of ordinary liquid crystal molecules having no functional group is aligned with the molecular direction of the monomer.
  • a monomer having two ring structures is more condensed than a monomer having one ring, and a monomer having two non-condensed ring structures is more preferable than a monomer having two ring structures.
  • the ability to align ordinary liquid crystal molecules is higher, and the ratio of the functional group in the molecule is relatively reduced, and the molecule itself becomes rigid.
  • the monomer contains a bendable portion such as an alkylene group or a polymethylene group between the ring structure and the functional group, when a voltage is applied to the liquid crystal display after the polymerization, the liquid crystal molecule and the It also deforms and causes seizure.
  • the monomer compound used in the present invention is preferably selected from those represented by the following general formula (1).
  • P 1 -A 1- (Z 1 -A 2 ) n — P 2 (1)
  • P 1 and P 2 are functional groups, each of which is independently atalylate or metalacrylate , Vinyl, vinyloxy or epoxy group, A 1 and A 2 each have a ring structure and each independently represents 1,4-phenylene or naphthalene-1,2,6-diyl group; One or one OCO— group or single bond, and n is 0, 1 or 2.
  • P 1 and P 2 are preferably an acrylate group, Z 1 is preferably a single bond, and n is preferably 0 or 1.
  • Particularly preferred monomers in the present invention are compounds represented by the following formula:
  • liquid crystal display devices in the following examples a vertical alignment film was used.
  • a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy was used, and the director of the liquid crystal molecules when no voltage was applied was set to be substantially perpendicular to the substrate.
  • the polarizing plate was normally black because it was stuck to both sides of the liquid crystal display device on the mouth snicole, and the polarizing axis of the polarizing plate was parallel to the pass line.
  • the panel size was 15 inches and the resolution was XGA.
  • FIG. 1 is a schematic plan view illustrating the manufactured liquid crystal display device
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • a black matrix 34 for shading and a color separation filter are provided on one glass substrate 16.
  • a common electrode 12 of ITO is formed on one surface of the color separation filter 39.
  • the glass substrate 16 is further formed with zigzag projections 20 and auxiliary projections 20 ′.
  • the other glass substrate 17 has a plurality of parallel gate pass lines 31, a plurality of data pass lines 32 formed in parallel with the gate pass lines 31, a gate pass line 31, and a data path.
  • a thin-film transistor (TFT) 33 formed in a matrix shape corresponding to the intersection with the line 32 and a display pixel electrode 13 of ITO are provided.
  • the gate path line 31 is separated from the data path line 32 by the insulating film 51, and the source / drain electrode of the TFT 33 is formed in the same layer as the data path line 32.
  • An insulating film 52 is formed on the layer of the data bus line 32, and a pixel electrode 13 is formed thereon.
  • the pixel electrode 13 is provided with a slit 21 force S at a position parallel to the protrusion 20 in the plan view of FIG. 1 and at an intermediate position between the adjacent protrusions 20.
  • An s-electrode 35 is provided in parallel with the gate pass line 31 and at an intermediate position between the adjacent gate bus lines 31 as an auxiliary capacitor for stabilizing the potential of each pixel electrode 13. .
  • two glass substrates 16 and 17 are combined so that the common electrode 12 and the pixel electrode 13 face each other, and a liquid crystal composition (not shown) is interposed therebetween. Is held.
  • alignment control films are formed on the surfaces of the common electrode 12 and the pixel electrode 13, these are not shown in FIG. 2 for simplicity.
  • the polarizing plate attached to the outer surface of each of the glass substrates 16 and 17 is not shown in FIG. 2 for simplicity.
  • the seizure rate was determined as follows.
  • the black and white checker pattern was displayed in the display area for 48 hours. After that, a predetermined halftone (gray) is displayed over the entire display area, and white display is performed. The difference between the brightness [3 of the connected area] 3 and the brightness ⁇ of the black display area ( ⁇ ) was divided by the brightness ⁇ of the black display area to determine the image sticking rate.
  • the ratio ⁇ was calculated by the following equation.
  • Diatalylate represented by the following formula which has a trimethylene chain between the ring structure and the functional group and has a relatively large molecular weight was added between the opposing substrates of the liquid crystal display device, and then irradiated with 4 J / cm 2 of ultraviolet light at room temperature while applying a voltage of 10, V.
  • This liquid crystal display device has an image sticking rate of 25% for 48 hours, and is 7 times.
  • Diatalylate having a hexamethylene chain between the ring structure and the functional group represented by the following formula

Description

明 細 書 液晶表示装置 技術分野
本発明は、 光又は熱によ り重合するモノマーやオリ ゴマーなどを 含有する液晶材料を基板間に封止し、 液晶層に印加する電圧を調整 しながら重合性成分を重合して配向方向を決定する液晶を使用する 液晶表示装置及びそのような液晶材料に関する。 前記電圧は 0ポル トを含み、 以下電圧調整とは 0ボルトを含むものとする。 背景技術
アクティブマ ト リ ックスタイプの液晶表示装置は、 以前は TN ( t w i s t e d n e m a t i c ) モー ドが主流であった。 TNモ ー ドの場合、 視角特性が狭いのが難点であった。 そこで現在、 広視 野角液晶パネノレには、 MVA (m u 1 t i d o m a i n v e r t i c a 1 a l i g n m e n t ) モー ド、と I P S ( I n— P l a n e - S i t c h i n g ) モー ドと呼ばれる技術が採用されている
I P Sモードでは、 表示面方向に平行な水平面内に互いに対向す る 1組の平たい櫛形電極を設け、 対向する電極間の液晶分子を水平 面内でスィ ツチングする。 平たい形状の櫛形電極は液晶表示装置の 開口率を著しく低下させるので、 I P Sモード液晶表示装置では強 力なパックライ トが必要である。
MV Aモー ドでは、 液晶を基板に垂直に配向させ、 透明電極 （ I T O膜） に設けられたス リ ッ ト と対向基板に設けられた突起によつ て液晶分子の配向を規定する。 MVAモー ド液晶表示装置における スリ ツ トゃ突起による実質開口率の低下は櫛形電極を用いる I P S モー ド液晶表示装置におけるほどではないにしても、 T Nモー ド液 晶表示装置に比べると、 M V Aモー ド液晶表示装置の光透過率は低 い。 そのため、 M V Aモー ド液晶表示装置は、 低消費電力が要求さ れるノートパソコンには採用することができていない。
最近の M V Aモー ド液晶表示装置では、 広視野角化のため、 電圧 印加時に液晶分子が 4方向に倒れるよう、 土手 （突起） と I T Oス リ ッ トを複雑に配置しているため、 光透過率が更に低くなっている 。 これらの配置を単純化し、 土手間隔あるいは I T Oス リ ッ ト間隙 を広げれば、 光透過率を高くすることができる。 しかし、 土手ある いは I T Oス リ ッ トの間隙が非常に広いと、 液晶分子の傾斜の伝播 に時間がかかるようになり、 表示のため装置に電圧を印加したとき の装置の応答が非常に遅く なる。
この応答の遅れの問題の解決のために、 M V Aモー ド液晶表示装 置の製造において、 重合可能なモノマーを含有している液 材料を 基板間に注入し、 電圧を印加した状態でモノマーを重合して液晶分 子の倒れる方向を記憶しておく という技術が導入された。
一般に、 液晶表示装置には、 同じ画像を長時間表示し続けると、 表示画像を変えても前の画像が残って見えてしまう焼付き現象が、 多かれ少なかれ認められる。 重合可能なモノマーを含む液晶材料を 基板間に注入し、 電圧を印加した状態でモノ マーを重合して液晶分 子の倒れる方向を記憶しておく という上述の技術によ り製造した液 晶表示装置においても、 やはり焼付き現象の発生は避けて通れない 問題であり、 それを確実に低減できる技術はこれまで知られていな いのが実状であつた。 発明の開示 本発明の目的は、 焼付きを効果的に低減した液晶表示装置、 特に
M V Aモー ド液晶表示装置を提供することである。
本発明が提供する液晶表示装置は、 透明電極と液晶分子を配向さ せる配向制御膜とを備えた 2枚の基板を有し、 これらの基板の間に . 液晶組成物を含んでなる液晶表示装置であり 、 重合可能なモノ マー を含有している液晶組成物を 2枚の基板の間に注入し、 これらの基 板の相対する透明電極の間に電圧を印加しながら、 該モノ マーを重 合する工程を経て製造される液晶表示装置であって、 上記液晶組成 物中に含まれる重合可能なモノマーが、 1つ以上の環構造あるいは 縮環構造と、 該環構造あるいは縮環構造と直接結合している 2つの 官能基とを有する液晶表示装置である。 図面の簡単な説明
図 1 は、 比較例と実施例で作製した液晶表示装置を説明する模式 平面図である。
図 2は、 図 1の I I 一 I I線断面図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明は、 電圧印加時の応答の遅れを基板間に封入した液晶分子 の倒れる方向を記憶しておく ことにより改善した液晶表示装置にお ける、 いわゆる焼付き現象を、 液晶分子の倒れる方向を規制するた め液晶表示装置の製造段階で使用するモノマー化合物として特別な ものを使用することによ り大幅に低減したものである。
具体的に言えば、 本発明は、 発明者らが液晶表示装置の焼付きの 問題を解決するため、 使用する各種モノマー化合物と液晶組成物に ついて行った様々な検討の結果得た、 以下の知見を基にしている。 液晶組成物中に含まれるモノマーの分子量が小さいほど、 焼付き は少なくなる。
液晶組成物中に含まれるモノマーが環構造あるいは縮環構造と官 能基を有し、 且つ環構造と官能基が直接結合している と、 焼付きが 少なくなる。
環構造の数が 1 のモノマーよ り環構造 2個が縮環したモノ マーを 使用する方が、 また、 環構造 2個が縮環したモノマーより非縮環式 の環構造 2個のモノマーを使用する方が、 焼付きが少なくなる。 本発明において環構造あるいは縮環構造のモノマー化合物を使用 するのは、 官能基を持たない通常の液晶分子の方向とモノマーの分 子方向とが揃うために必要である。 使用するモノマーにおける環の 数が 1のモノマーより環構造 2個が縮環したモノマーの方が、 また 、 環構造 2個が縮環したモノマーより非縮環式の環構造 2個のモノ マーの方が、 通常の液晶分子を配向させる能力が高く、 また、 相対 的に官能基部の分子中に占める割合が減り、 分子そのものが剛直と なる。 一方、 モノマーが環構造と官能基との間にアルキレン基ある いはポリ メチレン基などの屈曲可能な部位を含むと、 高分子化後、 液晶表示装置に電圧を印加すると液晶分子と ともに高分子も変形し 、 焼付きの原因になる。
本発明で使用するモノ マー化合物は、 好ましくは、 下記一般式 （ 1 ) で表されるものから選ばれる。
P1 - A1 - （ Z 1 - A2) n— P2 ( 1 ) この式中、 P1及び P2は官能基であって、 それぞれ独立に、 アタ リ レー ト、 メ タク リ レー ト、 ビニル、 ビニロキシ又はエポキシ基であ り、 A1及び A2は環構造であって、 それぞれ独立に、 1， 4一フエ 二レン又はナフタレン一 2， 6 _ジィル基を表し、 Z ¾— C O O 一もしく は一 O C O—基又は単結合であり、 nは 0、 1又は 2であ る。 式 （ 1 ) において、 P1及び P 2は好ましくはアタ リ レート基であ り、 Z 1は好ましく は単結合であり、 nは好ましくは 0又は 1であ る。 本発明において殊に好ましいモノマーは、 次の式で表される化 合物である。
Figure imgf000007_0001
上式中、 ？ェ及び ま先に式 （ 1 ) において定義されたとおりであ り、 特に好ましい P1及び P2はァク リ レー ト基である。
上記の化合物のうちで非常に好ましいのは式 （ l a ) 及び （ l b ) の化合物であり、 式 （ 1 a ) の化合物が特に好ましい。
例
次に、 例によ り本発明を詳しく説明するが、 本発明は以下の例に 限定されるものではない。
以下の例における液晶表示装置では、 垂直配向膜を使用した。 ま た、 誘電率異方性が負の液晶を使用し、 そして電圧無印加時の液晶 分子のダイ レクタが基板に対しておおよそ垂直方向になるよ うにし た。 偏光板はク口スニコルに液晶表示装置の両側に貼付するのでノ 一マリーブラックであり、 偏光板の偏光軸はパスラインに対して平 行であった。 パネルサイズは 1 5型、 解像度は X G Aであった。
図 1 に、 作製した液晶表示装置を説明する模式平面図を示し、 図 2に、 図 1の I I — I I線断面図を示す。 一方のガラス基板 1 6に 、 遮光用のブラックマ ト リ クス 3 4 と色分解フィルタ （カラーフィ ルタ） 3 9が形成され、 色分解フィルタ 3 9の上一面に I T Oの共 通電極 1 2が形成されている。 ガラス基板 1 6には、 更にジグザグ 状に突起 2 0が形成され、 また補助突起 2 0 ' も形成されている。 他方のガラス基板 1 7には、 複数本の平行なゲートパスライン 3 1 、 ゲートパスライ ン 3 1 と垂直方向に平行に形成された複数本のデ ータパスライ ン 3 2、 ゲー トパスライ ン 3 1 とデータパスライ ン 3 2 との交点に対応してマ ト リ タス状に形成された薄膜ト ランジスタ ( T F T ) 3 3、 そして I T Oの表示画素電極 1 3が設けられてい る。 ゲートパスライン 3 1 は、 絶縁膜 5 1によ りデータパスライン 3 2から切り離され、 そしてデータパスライ ン 3 2 と同じ層に T F T 3 3 のソース · ドレイ ン電極が形成されている。 データバスライ ン 3 2の層上には絶縁膜 5 2が形成され、 更にその上に画素電極 1 3が形成されている。 画素電極 1 3には、 図 1 の平面図で突起 2 0 と平行に、 且つ隣り合う突起 2 0の中間の位置に、 ス リ ッ ト 2 1力 S 設けられている。 ゲー トパスライン 3 1 と平行に、 且つ隣り合うゲ ートバスライ ン 3 1の中間の位置には、 各画素電極 1 3の電位を安 定化するための補助容量用に s電極 3 5が設けられている。 図 2 に見られるように、 共通電極 1 2 と画素電極 1 3 とが対向するよ う に 2枚のガラス基板 1 6、 1 7を組み合わせ、 それらの間に液晶組 成物 （図示せず） が保持される。 共通電極 1 2 と画素電極 1 3の表 面には配向制御膜が形成されているが、 簡単にするため、 図 2にこ れらは図示していない。 同様に、 ガラス基板 1 6、 1 7のおのおの の外面側に貼付する偏光板も、 簡単にするため、 図 2には図示して いない。
また、 以下の例では、 焼付き率を以下のようにして求めた。
白黒チェッカーパターンを表示領域に 4 8時間表示させた。 その 後表示領域全域に所定の中間調 （グレイ） を表示させ、 白表示であ つた領域の輝度 ]3 と黒表示であった領域の輝度 γ との差 ( β - を、 黒表示であった領域の輝度 γで除して焼付き率を求めた。 すな わち、 焼付き率 αを次の式で計算した。
焼付き率 α = ( ( ^ - γ ) / y ) X 1 0 0 ( % )
比較例 1
環構造と官能基の間にト リ メチレン鎖を有し、 分子量が比較的大 きい、 下式で表されるジアタ リ レー ト
Figure imgf000009_0001
を 0 . 3 w t %を加えた液晶組成物を、 液晶表示装置の対向基板間 に注入後、 1 0 ,,Vの電圧を印加しながら、 紫外線を室温で 4 J / c m 2照射した。 この液晶表示装置の 4 8時間の焼付き率は 2 5 %で めつ 7こ。
比較例 2
環構造と官能基の間にへキサメチレン鎖を有する、 下式で表され るジアタ リ レー ト
CH2=CH-COO-(CH2)e-0- -0(CH2)e-OCO-CH=CH2
を 0 . 3 w t %加えた液晶組成物を、 液晶表示装置の対向基板間に 注入後、 1 0 Vの電圧を印加しながら、 紫外線を室温で 4 J / c m 2照射した。 この液晶表示装置の 4 8時間の焼付き率は 2 6 %であ つた。
実施例 1
環構造と官能基が直接結合した、 下式で表されるジアタ リ レー ト OCO-CH=CH, を 0 . 3 w t %加えた液晶組成物を、 液晶表示装置の対向基板間に 注入後、 1 0 Vの電圧を印加しながら、 紫外線を室温で 4 J / c m 2照射した。 この液晶表示装置の 4 8時間の焼付き率は 6 %であつ た。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 焼付き率を大幅に低減した液晶表示装置の提供 か可能になる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 透明電極と液晶分子を配向させる配向制御膜とを備えた 2枚 の基板を有し、 これらの基板の間に液晶組成物を含んでなる液晶表 示装置であり、 重合可能なモノマーを含有している液晶組成物を 2 枚の基板の間に注入し、 これらの基板の相対する透明電極の間に電 圧を印加しながら、 該モノマーを重合する工程を経て製造される液 晶表示装置であって、 上記液晶組成物中に含まれる重合可能なモノ マーが、 1つ以上の環構造あるいは縮環構造と、 該環構造あるいは 縮環構造と直接結合している 2つの官能基とを有する液晶表示装置
2. 前記モノマーが下記一般式で表される、 請求項 1記載の液晶
P1 - A1- ( Z1 - A2) n- P2
この式中、 P 1及び P 2は、 それぞれ独立に、 アタ リ レート、 メタク リ レー ト、 ビエル、 ビニロ キシ又はエポキシ基であり、 A 1及び A 2 は、 それぞれ独立に、 1， 4—フエ二レン又はナフタレン一 2， 6 一ジィル基を表し、 Z1は一 C O O—もしくは一 O C O—基又は単 結合であり、 nは 0、 1又は 2である。
3. P1及び P2がアタ リ レート基であり、 Z1が単結合であり、 nが 0又は 1である、 請求項 2記載の液晶表示装置。
4. 前記モノマーが次の式で表される、 請求項 2記載の液晶表示 又は
Figure imgf000012_0001
式中の P 1及び P 2は、 それぞれ独立に、 アタ リ レー ト、 メタク リ レ ー ト、 ビュル、 ビニロキシ又はエポキシ基である。
5 . 前記モノマーが次の式で表される、 請求項 2記載の液晶表示 装置 ： 又は
Figure imgf000012_0002
式中の P 1及び P 2は、 それぞれ独立に、 アタ リ レー ト、 メタク リ レ ー ト、 ビュル、 ビニロキシ又はエポキシ基である。
6 . 前記モノ マーが次の式で表される、 請求項 2記載の液晶表示 装置 ：
Figure imgf000012_0003
式中の P 1及び P 2は、 それぞれ独立に、 アタ リ レー ト、 メ タク リ レ ー ト、 ビニル、 ビエロキシ又はエポキシ基である。
7 . P 1及び P 2がアタ リ レー ト基である、 請求項 4から 6までの いずれか 1つに記載の液晶表示装置。
8 . 前記モノマーが次の式で表される、 請求項 1記載の液晶表示
CH2=CH-COO- -OCO-CH=CH,
9 . 前記液晶組成物が負の誘電率異方性を示す、 請求項 1から 8 までのいずれか 1つに記載の液晶表示装置。
10. 電圧無印加時の液晶分子のダイ レクタが基板に対しておおよ そ垂直方向である、 請求項 1から 9までのいずれか 1つに記載の液 晶表示装置。
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