專利名稱：液晶顯示元件以及該元件使用的基板的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(fā)明涉及一種使用表現(xiàn)藍相的液晶材料的液晶顯示元件，以及該元件使用的基板。
背景技術：
使用液晶組成物的液晶顯示元件廣泛用于鐘表、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(shù)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(zhuǎn)向列(TN) 模式、超扭轉(zhuǎn)向列(STN)模式、雙穩(wěn)態(tài)扭轉(zhuǎn)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，近年來亦對于對光學等向性液晶相施加電場而表現(xiàn)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)。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?yōu)V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(qū)動方式分類為被動矩陣(PM)與主動矩陣(AM)。PM分為靜態(tài)與多工 (multiplex)等，AM分為薄膜晶體管(TFT)、金屬-絕緣層-金屬(MIM)等。藍相被定位為雙扭轉(zhuǎn)結構與缺陷共存的受抑相(frustrated phase)，是一種在等向相附近狹窄的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)的相。在藍相中形成7 8wt%的少量高分子，可將溫度范圍擴大至數(shù)十。C以上，此種相被稱為高分子穩(wěn)定藍相(非專利文獻1)。一般認為這是因為高分子會濃縮于構成藍相的缺陷中，使缺陷對熱穩(wěn)定，而使藍相穩(wěn)定。高分子穩(wěn)定藍相的顯示元件的課題在對比度及驅(qū)動電壓。當源于藍相的三維周期結構的繞射光在可見光區(qū)時，高分子穩(wěn)定藍相顯示元件的對比度降低。制備高手性的液晶可使來自藍相的繞射光在紫外線區(qū)內(nèi)，而可抑制對比度降低，但會使驅(qū)動電壓上升，其是由于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。多種繞射光是源于藍相的三維周期結構。藍相是一種將雙扭轉(zhuǎn)結構三維擴展而成的液晶相。根據(jù)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(zhuǎn)正交的立方結構。藍相I與藍相II分別形成為具有體心立方、簡單立方的對稱性的復雜層級結構。在藍相中，可依源于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(xiàn)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(xiàn)來自晶格面100、晶格面110等晶格面的繞射，且該些繞射現(xiàn)象滿足下式(I)。
Ina
_8] IWTWTf (1)(上式中λ表示入射波長，η表示折射率，a表示晶格常數(shù)。另外，h、k及1為米勒指數(shù)(Miller indices))由于藍相中會出現(xiàn)多個反射波峰，故分析藍相的繞射即可確認與基板平行配向的晶格面。
一般可增加手性而使藍相及高分子穩(wěn)定藍相的繞射光自可見光區(qū)中消失。利用使藍相的可見光區(qū)繞射移至紫外線區(qū)而得的無色藍相，可得無色透明的高分子穩(wěn)定藍相。但是，該方法中解散螺旋的臨界電壓提高，而伴有液晶顯示元件的驅(qū)動電壓提高的問題。另一方面，亦期待將僅呈現(xiàn)單一色的藍相應用于各種光學元件。專利文獻1 日本專利公開2003-327966號公報專利文獻2 國際公開2005/90520號公報專利文獻3 日本專利公開2005-336477號公報專利文獻4 日本專利公開2006-89622號公報專利文獻5 日本專利公開2006-299084號公報專利文獻6 日本專利特表2006-506477號公報專利文獻7 日本專利特表2006-506515號公報專利文獻8 國際公開2006/063662號公報專利文獻9 日本專利公開2006-225655號公報專利文獻10 日本專利公開2005-157109號公報專利文獻11 國際公開2005/805 號公報專利文獻12 日本專利公開2006-127707號公報非專利文獻1 自然材料(Nature Materials), 1,64, (2002)非專利文獻2 先進材料(Adv. Mater. )，17，96，(2005)非專利文獻3 國際信息顯示學會會志(Journal of the SID), 14,551, (2006)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明欲解決的課題在上述狀況下，謀求利用與液晶接觸的基板來控制源于藍相結構引起的圓偏光的多種布拉格(Bragg)繞射光。并且謀求對特定晶格面平行面向液晶元件所用基板的藍相的手性作控制以使藍相的布拉格繞射光移至可見光區(qū)外，從而表現(xiàn)無色的低驅(qū)動電壓藍相的液晶顯示元件。另外，謀求含有呈單一色的藍相的光學元件。例如，若使110面平行面向基板來抑制高階繞射光，且使晶格面110位于較可見光區(qū)更長波長側(cè)以調(diào)整手性，則可以低手性制備高對比度的藍相。結果由于手性低，而可使驅(qū)動電壓降低?，F(xiàn)在謀求可于廣溫度范圍內(nèi)使用，可實現(xiàn)短應答時間、高對比度及低驅(qū)動電壓的使用表現(xiàn)藍相的液晶材料的液晶顯示元件。解決課題的手段本發(fā)明人們努力研究而發(fā)現(xiàn)以下新見解，即上述課題與基板表面的表面自由能 (surface free energy)以及液晶材料的藍相中接觸該基板表面的晶格面比例有關。亦即，本發(fā)明提供下述液晶顯示元件以及該元件使用的基板等。[1] 一種基板，用于包含對向配置的兩個以上基板及該些基板間表現(xiàn)藍相的液晶材料的液晶顯示元件，且與液晶材料接觸的表面的表面自由能的極性成分小于5mJnT2。[2]如[1]所述的基板，其中基板表面的表面自由能的極性成分為3mJnT2以下。[3]如[1]所述的基板，其中基板表面的表面自由能的極性成分為2mJnT2以下。[4]如[1]至[3]中任一項所述的基板，其中基板表面的總表面自由能為30mJnT2以下。[5]如[1]至[4]中任一項所述的基板，其中基板表面與水的接觸角為10°以上。[6]如[1]至[5]中任一項所述的基板，其中該基板經(jīng)過硅烷偶合處理(silane coupling treatment)ο[7] 一種基板，用于包含對向配置的兩個以上基板及該些基板間表現(xiàn)藍相的液晶材料的液晶顯示元件，且與液晶材料接觸的表面的表面自由能的極性成分為5 20mjm_2， 上述基板表面與液晶材料的等向相的接觸角為50°以下。[8]如[7]所述的基板，其中基板表面的表面自由能的極性成分為5 15mJnT2，接觸角為30°以下。[9]如[7]或[8]所述的基板，其中等向相的液晶材料在基板表面的接觸角為 20°以下。[10]如[7]或[8]所述的基板，其中等向相的液晶材料在基板表面的接觸角為
5° 10°。[11]如[7]至[10]中任一項所述的基板，其中基板表面的總表面自由能為 30mJnT2 以上。[12]如[7]至[11]中任一項所述的基板，其中基板表面與水的接觸角為10°以上。[13]如[7]至[12]中任一項所述的基板，其中基板表面經(jīng)過硅烷偶合處理。[14]如[7]至[13]中任一項所述的基板，其中基板表面經(jīng)過摩擦處理(rubbing treatment)。[15] 一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于上述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中上述基板的一個以上為如[1]至[14]中任一項所述的基板，且液晶材料的藍相的晶格面是
單一的。[16] 一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于上述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中上述基板的一個以上為如[1]至[14]中任一項所述的基板，且液晶材料的藍相I的晶格面
是單一的。[17] 一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于上述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中上述基板的一個以上為如[1]至W]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。[18] 一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于上述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中上述基板的一個以上為如[1]至W]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。[19] 一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于上述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中上述基板的一個以上為如[7]至[14]中任一項所述的基板，且可觀察到來自藍相I的(110)面或(200)面的繞射。[20] 一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于上述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中上述基板的一個以上為如[7]至[14]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。[21] 一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于上述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中上述基板的一個以上為如[1]至[14]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700nm lOOOnm。[22]如[15]至[21]中任一項所述的元件，其中液晶材料相對于其整體含有1 40wt%的手性劑及合計60 99wt%的非光學活性的液晶材料，且表現(xiàn)光學等向性液晶相。[23]如[15]至[22]中任一項所述的元件，其中液晶材料或非光學活性的液晶材料包含包括選自式(1)所示化合物的任一種或兩種以上化合物的液晶組成物R- (A0-Z0)n-A0-R (1)(式(1)中，A°獨立為芳香性或非芳香性的3 8員環(huán)或碳數(shù)9以上的縮合環(huán)，該些環(huán)的至少一個氫可被鹵素、碳數(shù)1 3的烷基或鹵化烷基取代，_012_可被-0-、-S-或-NH-取代，-CH =可被-N =取代；R獨立為氫、鹵素、-CN、-N = C = 0、-N = C = S或碳數(shù)1 20的烷基，該烷基中任意的-CH2-可被-0-、-S-、-COO-, -0C0-, -CH =CH-,-CF = CF-或-C ε C-取代，該烷基中任意的氫可被鹵素取代；Z°獨立為單鍵、碳數(shù) 1 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 (0) = N-、-N = N (0) -、-CH = CH_、-CF = CF-或-C 三 C-取代，任意的氫可被鹵素取代；η為1至5)。[24]如[23]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
權利要求
1.一種基板，用于包含對向配置的兩個以上基板以及所述基板之間表現(xiàn)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于5mJ · m—20
2.根據(jù)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(jù)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(jù)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 · πΓ2 以下。
5.根據(jù)權利要求1 4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(jù)權利要求1 5中任一項所述的基板，其中該基板經(jīng)過硅烷偶合處理。
7.一種基板，用于包含對向配置的兩個以上基板以及所述基板之間表現(xiàn)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為5 20mJ · πΓ2，該基板表面與該液晶材料的等向相的接觸角為50°以下。
8.根據(jù)權利要求7所述的基板，其中該基板表面的表面自由能的極性成分為5 15mJ*nT2，接觸角為30°以下。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的基板，其中等向相的該液晶材料在該基板表面的接觸角為20°以下。
10.根據(jù)權利要求7或8所述的基板，其中等向相的該液晶材料在該基板表面的接觸角為5° 10°。
11.根據(jù)權利要求7 10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 · πΓ2 以上。
12.根據(jù)權利要求7 11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。
13.根據(jù)權利要求7 12中任一項所述的基板，其中該基板表面經(jīng)過硅烷偶合處理。
14.根據(jù)權利要求7 13中任一項所述的基板，其中該基板表面經(jīng)過摩擦處理。
15.一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，并經(jīng)由配置于所述基板的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中所述基板的一個以上為根據(jù)權利要求1 14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。
16.一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，并經(jīng)配置于所述基板的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中所述基板的一個以上為根據(jù)權利要求1 14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。
17.—種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，并經(jīng)由配置于所述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)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。
18.—種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，并經(jīng)配置于所述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)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。
19.一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，并經(jīng)由配置于所述基板的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中所述基板中的一個以上為根據(jù)權利要求7 14中任一項所述的基板，且可觀察到來自藍相I的(110)面或(200)面的繞射。
20.一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，并經(jīng)配置于所述基板的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中所述基板的一個以上為權利要求7 14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。
21.一種元件，其是液晶顯示元件，于基板間配置有表現(xiàn)藍相的液晶材料，且配置有電場施加機構，經(jīng)由配置于所述基板中的一或兩個上的電極對液晶介質(zhì)施加電場，其中所述基板中的一個以上為根據(jù)權利要求1 14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。
22.根據(jù)權利要求15 21中任一項所述的元件，其中該液晶材料相對于其整體含有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(xiàn)光學等向性液晶相。
23.根據(jù)權利要求15 22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 (1)(式(1)中，A°獨立為芳香性或非芳香性的3 8員環(huán)，或碳數(shù)9以上的縮合環(huán)，且所述環(huán)的至少一個氫可被鹵素、碳數(shù)1 3的烷基或鹵化烷基取代，_012_可被-0-、-S-或-NH-取代，-CH =可被-N =取代；R獨立為氫、鹵素、-CN、-N = C = 0、-N= C = S或碳數(shù)1 20的烷基，該烷基中任意的-CH2-可被-0-、-S-、-COO-, -0C0-, -CH=CH-,-CF = CF-或-C ε C-取代，該烷基中任意的氫可被鹵素取代；Z°獨立為單鍵、碳數(shù)1 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 (0) = N-、-N = N (0) -、-CH = CH_、-CF = CF-或-C 三 C-取代，任意的氫可被鹵素取代；11為1 5)。
24.根據(jù)權利要求23所述的元件，其中液晶材料含有選自式( (1 所示化合物族群的至少一種化合物
25.根據(jù)權利要求M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
26.根據(jù)權利要求M或25所述的元件，其中還含有選自式OO)所示化合物族群的至少一種化合物
27.根據(jù)權利要求15 沈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。
28.根據(jù)權利要求15 27中任一項所述的元件，其中該液晶材料相對于其整體含1 20wt%的手性劑。
29.根據(jù)權利要求15 27中任一項所述的元件，其中該液晶材料相對于其整體含1 IOwt %的手性劑。
30.根據(jù)權利要求觀或四所述的元件，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
31.根據(jù)權利要求觀 30中任一項所述的元件，其中該手性劑含有一種以上的式 (K2-1) (K2-8)及(K5-1) (K5-3)中任一式所示的化合物
32.根據(jù)權利要求15 31中任一項所述的元件，其中該液晶材料于70 -20°C溫度下顯示手性向列相，且于該溫度范圍的至少一部分溫度下螺距為700nm以下。
33.根據(jù)權利要求15 32中任一項所述的元件，其中該液晶材料還含有聚合性單體。
34.根據(jù)權利要求33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。
35.根據(jù)權利要求15 32中任一項所述的元件，其中該液晶材料為高分子/液晶復合材料。
36.根據(jù)權利要求35所述的元件，其中該高分子/液晶復合材料是使該液晶材料中的該聚合性單體聚合而得。
37.根據(jù)權利要求35所述的元件，其中該高分子/液晶復合材料是使該液晶材料中的該聚合性單體于非液晶等向相或光學等向性液晶相下聚合而得。
38.根據(jù)權利要求35 37中任一項所述的元件，其中該高分子/液晶復合材料中所含的高分子具有液晶原部位。
39.根據(jù)權利要求35 38中任一項所述的元件，其中該高分子/液晶復合材料中所含的高分子具有交聯(lián)結構。
40.根據(jù)權利要求35 39中任一項所述的元件，其中該高分子/液晶復合材料含有 60 99wt%的液晶組成物以及1 40wt%的高分子。
41.根據(jù)權利要求15 40中任一項所述的元件，其中至少一個基板為透明，且于基板外側(cè)配置偏光板。
42.根據(jù)權利要求15 41中任一項所述的元件，其中該電場施加機構可于至少兩個方向上施加電場。
43.根據(jù)權利要求15 42中任一項所述的元件，其中所述基板相互平行配置。
44.根據(jù)權利要求15 43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晶體管(TFT)。
45.一種聚酰亞胺樹脂薄膜，使用于根據(jù)權利要求1 5中任一項所述的基板中。
46.一種聚酰亞胺樹脂薄膜，使用于根據(jù)權利要求7 12中任一項所述的基板中。
47.根據(jù)權利要求46所述的聚酰亞胺樹脂薄膜，其是由具側(cè)鏈結構的二胺A、不具側(cè)鏈結構的二胺B、脂環(huán)式四羧酸二酐C以及芳香族四羧酸二酐D而得。
48.根據(jù)權利要求47所述的聚酰亞胺樹脂薄膜，其中該具側(cè)鏈結構的二胺A為選自下式DA-al DA-a3所示化合物中的至少一種化合物，該不具側(cè)鏈結構的二胺B為下式DA_bl 所示化合物，該脂環(huán)式四羧酸二酐C為下式AA-cl所示化合物，該芳香族四羧酸二酐D為式 AA-dl所示化合物
49. 一種有機硅烷薄膜，用于根據(jù)權利要求7 12中任一項所述的基板中,
全文摘要
一種基板，用于包含對向配置的兩個以上基板以及所述基板之間表現(xiàn)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于5mJ·m-2。又一種基板，用于包含對向配置的兩個以上基板以及所述基板之間表現(xiàn)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。
文檔編號C09K19/26GK102597862SQ201080037219
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權日2009年8月28日
發(fā)明者國信隆史, 山本真一, 菊池裕嗣, 長谷場康宏 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