液晶顯示元件以及該元件使用的基板的製作方法

2023-06-29 02:29:06

液晶顯示元件以及該元件使用的基板的製作方法
【專利摘要】一種基板，用於包含對向配置的兩個以上基板以及所述基板之間表現藍相的液晶材料的液晶顯示元件，且與液晶材料接觸的基板表面的表面自由能的極性成分小於5mJ·m-2。又一種基板，用於包含對向配置的兩個以上基板以及所述基板之間表現藍相的液晶材料的液晶顯示元件，且與液晶材料接觸的基板表面的表面自由能的極性成分為5～20mJ·m-2，此基板表面與液晶材料的等向相的接觸角為50°以下。
【專利說明】液晶顯示元件以及該元件使用的基板
[0001] 本申請為2010年08月26日遞交的申請號為201080037219. 9,發明名稱為液晶顯 示元件以及該元件使用的基板的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種液晶顯示元件，以及該元件使用的基板。更詳細而言，本發明涉及 一種使用表現監相的液晶材料的液晶顯不兀件，以及該兀件使用的基板。

【背景技術】
[0003] 使用液晶組成物的液晶顯示元件廣泛用於鐘錶、電子計算器、文字處理機等的顯 示器。該些液晶顯示元件利用液晶化合物的折射率異向性、介電常數異向性等。液晶顯示 元件的動作模式主要已知有：用一片以上的偏光板作顯示的相變（PC)模式、扭轉向列（TN) 模式、超扭轉向列（STN)模式、雙穩態扭轉向列（BTN)模式、電控雙折射（ECB)模式、光學補 償彎曲（OCB)模式、橫向電場切換（IPS)模式、垂直配向（VA)模式等。另外，近年來亦對於 對光學等向性液晶相施加電場而表現電致雙折射的模式展開廣泛研究（專利文獻1?9、非 專利文獻1?3)。
[0004] 此外還提出有利用光學等向性液晶相之一的藍相的電致雙折射的波長可變濾光 片、波前控制元件、液晶透鏡、像差修正元件、孔徑控制元件、光學頭裝置等（專利文獻10? 12)。該些元件依驅動方式分類為被動矩陣（PM)與主動矩陣（AM)。PM分為靜態與多工 (multiplex)等，AM分為薄膜電晶體（TFT)、金屬-絕緣層-金屬（MIM)等。
[0005] 藍相被定位為雙扭轉結構與缺陷共存的受抑相（frustratedphase)，是一種在等 向相附近狹窄的溫度範圍內表現的相。在藍相中形成7?8wt%的少量高分子，可將溫度範 圍擴大至數十°C以上，此種相被稱為高分子穩定藍相（非專利文獻1)。一般認為這是因為 高分子會濃縮於構成藍相的缺陷中，使缺陷對熱穩定，而使藍相穩定。
[0006] 高分子穩定藍相的顯示元件的課題在對比度及驅動電壓。當源於藍相的三維周期 結構的繞射光在可見光區時，高分子穩定藍相顯示元件的對比度降低。製備高手性的液晶 可使來自藍相的繞射光在紫外線區內，而可抑制對比度降低，但會使驅動電壓上升，其是由 於用以解散高手性的手性液晶組成物的螺旋結構的臨界電壓高而引起。
[0007] 多種繞射光是源於藍相的三維周期結構。藍相是一種將雙扭轉結構三維擴展而成 的液晶相。根據多年的藍相研究歷史，本領域技術人員提出藍相的結構是使雙扭轉正交的 立方結構。藍相I與藍相Π分別形成為具有體心立方、簡單立方的對稱性的複雜層級結構。
[0008] 在藍相中，可依源於晶格結構的繞射來確認與基板平行的晶格面。在光繞射方面， 藍相I自長波長起出現來自晶格面110、晶格面200、晶格面211等晶格面的繞射，藍相II 出現來自晶格面100、晶格面110等晶格面的繞射，且該些繞射現象滿足下式（I)。

【權利要求】
1. 一種基板，用於包含對向配置的兩個以上基板以及所述基板之間表現藍相的液 晶材料的液晶顯示元件，且與該液晶材料接觸的基板表面的表面自由能的極性成分小於 5mJ·m2 〇
2. 根據權利要求1所述的基板，其中該基板表面的表面自由能的極性成分為3mJ·πΓ2 以下。
3. 根據權利要求1所述的基板，其中該基板表面的表面自由能的極性成分為2mJ·πΓ2 以下。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的基板，其中該基板表面的總表面自由能為 30mJ·m2 以下。
5. 根據權利要求1?3中任一項所述的基板，其中該基板表面與水的接觸角為10°以 上。
6. 根據權利要求1?3中任一項所述的基板，其中該基板經過矽烷偶合處理。
7. -種元件，其是液晶顯示元件，於基板間配置有表現藍相的液晶材料，且配置有電場 施加機構，並經由配置於所述基板的一或兩個上的電極對液晶介質施加電場，其中所述基 板的一個以上為根據權利要求1?6中任一項所述的基板，且該液晶材料的藍相的晶格面 為單一面。
8. -種元件，其是液晶顯示元件，於基板間配置有表現藍相的液晶材料，且配置有電場 施加機構，並經配置於所述基板的一或兩個上的電極對液晶介質施加電場，其中所述基板 的一個以上為根據權利要求1?6中任一項所述的基板，且該液晶材料的藍相I的晶格面 為單一面。
9. 一種元件，其是液晶顯示元件，於基板間配置有表現藍相的液晶材料，且配置有電場 施加機構，並經由配置於所述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質施加電場，其中所述 基板的一個以上為權利要求1?6中任一項所述的基板，且僅可觀察到來自藍相I的（110) 面的繞射。
10. -種元件，其是液晶顯示元件，於基板間配置有表現藍相的液晶材料，且配置有 電場施加機構，並經配置於所述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質施加電場，其中所 述基板的一個以上為權利要求1?6中任一項所述的基板，且僅可觀察到來自藍相II的 (110)面的繞射。
11. 一種元件，其是液晶顯示元件，於基板間配置有表現藍相的液晶材料，且配置有電 場施加機構，經由配置於所述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質施加電場，其中所述 基板中的一個以上為根據權利要求1?6中任一項所述的基板，僅可觀察到來自藍相I的 (110)面的繞射，且來自（110)面的繞射光的波長為700?lOOOnm。
12. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料相對於其整體含有 1?40wt%的手性劑以及合計60?99wt%的非光學活性液晶材料，且表現光學等向性液晶 相。
13. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料或該非光學活性液晶 材料包含：包括選自式（1)所示化合物的任一個或兩個以上化合物的液晶組成物： R- (A0-Z0)n-A0-R ⑴， 式（1)中，A°獨立為芳香性或非芳香性的3?8員環，或碳數9以上的縮合環，且所述環 的至少一個氫可被滷素、碳數1?3的烷基或滷化烷基取代，-CH2-可被-0-、-S-或-NH-取 代，-CH=可被-N=取代；R獨立為氫、滷素、-CN、-N=C= 0、-N=C=S或碳數 1 ?20 的燒基，該燒基中任意的-CH2-可被-0-、 -S-、-C00-、-0C0-、-CH=CH-、-CF= CF-或-C=C-取代，該烷基中任意的氫可被滷素取代，獨立為單鍵、碳數i?8的亞烷 基，且任意的-CH2-可被-0-、-S-、-COO-、-0C0-、-CSO-、-OCS-、-N=N-、-CH=N-、-N= CH-、-N(O) =N-、-N=N(0)-、-CH=CH-、-CF=CF-或-CξC-取代，任意的氫可被滷素 取代；η為1?5。
14.根據權利要求13所述的元件，其中液晶材料含有選自式（2)?（15)所示化合物族 群的至少一種化合物： ,1
式⑵?⑷中，R1為碳數1?10的烷基，該烷基中任意的-CH2-可被-0-或-CH=CH-取代，且任意的氫可被氟取代；X1 為氟、氯、-OCF3、-OCHF2、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCF2CHF2、 -OCHF3或-OCF2CHFCf3 ;環B及環D獨立為1，4-亞環己基、1，3-二惡烷-2, 5-二基或任意 的氫可被氟取代的1，4_亞苯基，環E為1，4_亞環己基或任意的氫可被氟取代的1，4_亞苯 基；Z1 及Z2獨立為-(CH2)2-、-(CH2)4-、-C00-、-CEc_、_(CEc)2-、-(CEc) 3-、-CF2〇-、-〇CF2-、 -CH=CH-、-CH2O-或單鍵；另外，L1及L2獨立為氫或氟；
式（5)及（6)中，R2及R3獨立為碳數1?10的烷基，該烷基中任意的-〇12-可 被_〇_或_CH=CH-取代，且任意的氫可被氟取代；X2為-CN或-CξC-CN;環G為1，4-亞 環己基、1，4-亞苯基、1，3-二惡烷-2, 5-二基或嘧啶-2, 5-二基；環J為1，4-亞環己基、嘧 啶-2, 5-二基或任意的氫可被氟取代的1，4-亞苯基；環K為1，4-亞環己基、嘧啶-2, 5-二 基、批陡 _2, 5-二基或 1，4-亞苯基；Z3及Z4 為-(CH2)2-、-C00-、-CF20-、-0CF2-、-CΞC-、-(C =C)2-、-(C=C)3-、-CH=CH-、-CH20-、-CH=CH-COO-或單鍵；L3、L4 及L5 獨立為氧或氣； a、b、c及d獨立為O或I; ~
7 式（7)?（12)中，R4及R5獨立為碳數1?10的烷基，該烷基中任意的-〇12-可 被-O-或-CH=CH-取代，且任意的氫可被氟取代，或者R5亦可為氟；環M及環P獨 立為1，4-亞環己基、1，4-亞苯基、萘-2,6-二基或八氫萘-2,6-二基；Z5及Z6獨立 為 _(CH2)2_、_C00_、_CH=CH_、_CEC-、_(CEc)2-、_(CEc)3-、_SCH2CH2_、_SC0_ 或單 鍵；L6及L7獨立為氫或氟，且L6與L7中至少一個為氟；各環W獨立為下述Wl?W15 ;e及f 獨立為〇、1或2,但e及f不同時為0 ;
:3
式（13)?（15)中，R6及R7獨立為氫、碳數1?10的烷基，該烷基中任意的-CH2-可 被-0-、-CH=CH-或-C=C-取代，且任意的氫可被氟取代；環Q、環T及環U獨立為1， 4-亞環己基、吡啶-2, 5-二基、嘧啶-2, 5-二基或任意的氫可被氟取代的1，4-亞苯基；Z7及 Z8 獨立為_C=C_>_(C=C)2_>_(C=C)3_>_CH=CH-C=C_>_C=C-CH=CH-C=C_>_C EC_ (CH2)2_CEC-、-CH20_、_COO_、_ (CH2)2_、_CH=CH-或單鍵。
15. 根據權利要求14所述的元件，其中該液晶材料還含有選自式（16)、（17)、（18)及 (19)所示化合物族群的至少一種化合物：
式（16)?（19)中，R8為碳數1?10的烷基、碳數2?10的烯基或碳數2?10的炔 基，該烷基、烯基及炔基中任意的氫可被氟取代，任意的-CH2-可被-O-取代；X3為氟、氯、_ SF5、-OCF3、-OCHF2、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCF2CHF2 或-OCF2CHFCf3 ;環E1、環E2、環E3 及環E4 獨 立為1，4-亞環己基、1，3-二惡烷-2, 5-二基、嘧啶-2, 5-二基、四氫吡喃-2, 5-二基、1， 4-亞苯基、萘-2,6-二基、任意的氫被氟或氯取代的1，4-亞苯基、或任意的氫被氟或氯取 代的萘-2,6-二基；Z9、Z1?及Z11 獨立為-(CH2)2-、-(CH2)4-、-COO-、-CF2〇-、-〇CF2-、-CH= CH-、-Cξc-、-CH2O-或單鍵，其中當環E1、環E2、環E3及環E4的任一個為3-氯-5-氟-1， 4-亞苯基時，Z9、Zltl及Z11不為-CF2O- ;L8及L9獨立為氫或氟。
16. 根據權利要求14所述的元件，其中還含有選自式（20)所示化合物族群的至少一種 化合物：
,?Α 式（20)中，R9為碳數1?10的烷基、碳數2?10的烯基或碳數2?10的炔基，該烷 基、烯基及塊基中任意的氫可被氟取代，任意的-CH2-可被-〇-取代；X4為-C=N、-N=C =S、或-C三C-C三N;環F1、環F2及環F3獨立為1，4-亞環己基、1，4-亞苯基、任意的氫被 氟或氯取代的1，4-亞苯基、萘-2,6-二基、任意的氫被氟或氯取代的萘-2,6-二基、1，3-二 惡烷-2, 5-二基、四氫吡喃-2, 5-二基或嘧啶-2, 5-二基；Z12 為-(CH2) 2-、-COO_、-CF2〇-、-O CF2-、-CEC-、-ch2〇-或單鍵；Lltl及L11獨立為氫或氟；g為0、1或2，h為0或l，g+h為0、1 或2。
17. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料含有至少一種抗氧化 劑和/或紫外線吸收劑。
18. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料相對於其整體含1? 20wt%的手性劑。
19. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料相對於其整體含1? IOwt%的手性劑。
20. 根據權利要求18所述的元件，其中該手性劑含一種以上的式（Kl)?（K5)中任一 式所示的化合物：
式（Kjj?以⑴十SiS·KiHi兌刃SU因系、-um = u = u、-iN = u = >現恢效丄?20的燒 基，該燒基中任意的-CH2-可被-0?-、-COO-、-〇C〇-、-CH=CH-、-CF=CF-或-CΞC-取 代，該烷基中的任意的氫可被滷素取代；各A獨立為芳香性或非芳香性的3?8員環，或者 碳數9以上的縮合環，所述環中任意的氫可被滷素、碳數1?3的烷基或滷烷基取代，所述 環中的CH2-可被-0-、-S-或-NH-取代，所述環中的CH=可被-N=取代；B獨立為氫、滷 素、碳數1?3的烷基、碳數1?3的滷烷基、芳香性或非芳香性的3?8員環，或者碳數 9以上的縮合環，所述環中任意的氫可被滷素、碳數1?3的烷基或滷烷基取代，-CH2-可 被-0-、-S-或-NH-取代，-CH=可被-N=取代；各Z獨立為單鍵或碳數1?8的亞烷基， 該亞烷基中任意的-CH2-可被-0-、-S-、-C00-、-0C0-、-CS0-、-0CS-、-N = N-、-CH = N-、-N =CH-、-N (O) = N-、-N = N(O)-、-CH = CH-、-CF = CF-或-C三c-取代，該亞烷基中任意 的氫可被滷素取代；X為單鍵、-COO-、-CH2〇-、-CF2O-或-CH2CH2- ;mK為1?4的整數。
21.根據權利要求18所述的元件，其中該手性劑含有一種以上的式（K2-1)?（K2-8) 及（K5-1、由紅一的#合物1 ·
7 式（K2-1)?（K2-8)及（K5-1)?（K5-3)中，各Rk獨立為碳數3?10的烷基，該烷基 中與環鄰接的-CH2-可被-〇-取代，該燒基中任意的-CH2-可被-CH=CH-取代。
22. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料於70?-20°C溫度下 顯示手性向列相，且於該溫度範圍的至少一部分溫度下螺距為700nm以下。
23. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料還含有聚合性單體。
24. 根據權利要求23所述的元件，其中該聚合性單體為光聚合性單體或熱聚合性單 體。
25. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該液晶材料為高分子/液晶複合 材料。
26. 根據權利要求25所述的元件，其中該高分子/液晶複合材料是使該液晶材料中的 該聚合性單體聚合而得。
27. 根據權利要求25所述的元件，其中該高分子/液晶複合材料是使該液晶材料中的 該聚合性單體於非液晶等向相或光學等向性液晶相下聚合而得。
28. 根據權利要求25所述的元件，其中該高分子/液晶複合材料中所含的高分子具有 液晶原部位。
29. 根據權利要求25所述的元件，其中該高分子/液晶複合材料中所含的高分子具有 交聯結構。
30. 根據權利要求25所述的元件，其中該高分子/液晶複合材料含有60?99wt%的 液晶組成物以及1?40wt%的高分子。
31. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中至少一個基板為透明，且於基板外 側配置偏光板。
32. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該電場施加機構可於至少兩個方 向上施加電場。
33. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中所述基板相互平行配置。
34. 根據權利要求7?11中任一項所述的元件，其中該電極為矩陣狀配置的像素電極， 各像素包含主動元件，且該主動元件為薄膜電晶體（TFT)。
35. -種聚醯亞胺樹脂薄膜，使用於根據權利要求1?5中任一項所述的基板中。
【文檔編號】G02F1/1333GK104238169SQ201410345153
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2010年8月26日 優先權日:2009年8月28日
【發明者】菊池裕嗣, 山本真一, 長穀場康宏, 國信隆史 申請人:國立大學法人九州大學, 捷恩智株式會社, 捷恩智石油化學株式會社