专利名称：液晶显示元件以及该元件使用的基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示元件，以及该元件使用的基板。更详细而言，本发明涉及一种使用表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件，以及该元件使用的基板。
背景技术：
使用液晶组成物的液晶显示元件广泛用于钟表、电子计算器、文字处理机等的显示器。该些液晶显示元件利用液晶化合物的折射率异向性、介电常数异向性等。液晶显示元件的动作模式主要已知有用一片以上的偏光板作显示的相变(PC)模式、扭转向列(TN) 模式、超扭转向列(STN)模式、双稳态扭转向列(BTN)模式、电控双折射(ECB)模式、光学补偿弯曲(OCB)模式、横向电场切换(IPS)模式、垂直配向(VA)模式等。另外，近年来亦对于对光学等向性液晶相施加电场而表现电致双折射的模式展开广泛研究(专利文献1 9、非专利文献1 3)。此外还提出有利用光学等向性液晶相之一的蓝相的电致双折射的波长可变滤光片、波前控制元件、液晶透镜、像差修正元件、孔径控制元件、光学头装置等(专利文献10 12)。该些元件依驱动方式分类为被动矩阵(PM)与主动矩阵(AM)。PM分为静态与多工 (multiplex)等，AM分为薄膜晶体管(TFT)、金属-绝缘层-金属(MIM)等。蓝相被定位为双扭转结构与缺陷共存的受抑相(frustrated phase)，是一种在等向相附近狭窄的温度范围内表现的相。在蓝相中形成7 8wt%的少量高分子，可将温度范围扩大至数十。C以上，此种相被称为高分子稳定蓝相(非专利文献1)。一般认为这是因为高分子会浓缩于构成蓝相的缺陷中，使缺陷对热稳定，而使蓝相稳定。高分子稳定蓝相的显示元件的课题在对比度及驱动电压。当源于蓝相的三维周期结构的绕射光在可见光区时，高分子稳定蓝相显示元件的对比度降低。制备高手性的液晶可使来自蓝相的绕射光在紫外线区内，而可抑制对比度降低，但会使驱动电压上升，其是由于用以解散高手性的手性液晶组成物的螺旋结构的临界电压高而引起。多种绕射光是源于蓝相的三维周期结构。蓝相是一种将双扭转结构三维扩展而成的液晶相。根据多年的蓝相研究历史，本领域技术人员提出蓝相的结构是使双扭转正交的立方结构。蓝相I与蓝相II分别形成为具有体心立方、简单立方的对称性的复杂层级结构。在蓝相中，可依源于晶格结构的绕射来确认与基板平行的晶格面。在光绕射方面， 蓝相I自长波长起出现来自晶格面110、晶格面200、晶格面211等晶格面的绕射，蓝相II 出现来自晶格面100、晶格面110等晶格面的绕射，且该些绕射现象满足下式(I)。
Ina
_8] IWTWTf (1)(上式中λ表示入射波长，η表示折射率，a表示晶格常数。另外，h、k及1为米勒指数(Miller indices))由于蓝相中会出现多个反射波峰，故分析蓝相的绕射即可确认与基板平行配向的晶格面。
一般可增加手性而使蓝相及高分子稳定蓝相的绕射光自可见光区中消失。利用使蓝相的可见光区绕射移至紫外线区而得的无色蓝相，可得无色透明的高分子稳定蓝相。但是，该方法中解散螺旋的临界电压提高，而伴有液晶显示元件的驱动电压提高的问题。另一方面，亦期待将仅呈现单一色的蓝相应用于各种光学元件。专利文献1 日本专利公开2003-327966号公报专利文献2 国际公开2005/90520号公报专利文献3 日本专利公开2005-336477号公报专利文献4 日本专利公开2006-89622号公报专利文献5 日本专利公开2006-299084号公报专利文献6 日本专利特表2006-506477号公报专利文献7 日本专利特表2006-506515号公报专利文献8 国际公开2006/063662号公报专利文献9 日本专利公开2006-225655号公报专利文献10 日本专利公开2005-157109号公报专利文献11 国际公开2005/805 号公报专利文献12 日本专利公开2006-127707号公报非专利文献1 自然材料(Nature Materials), 1,64, (2002)非专利文献2 先进材料(Adv. Mater. )，17，96，(2005)非专利文献3 国际信息显示学会会志(Journal of the SID), 14,551, (2006)
发明内容
发明欲解决的课题在上述状况下，谋求利用与液晶接触的基板来控制源于蓝相结构引起的圆偏光的多种布拉格(Bragg)绕射光。并且谋求对特定晶格面平行面向液晶元件所用基板的蓝相的手性作控制以使蓝相的布拉格绕射光移至可见光区外，从而表现无色的低驱动电压蓝相的液晶显示元件。另外，谋求含有呈单一色的蓝相的光学元件。例如，若使110面平行面向基板来抑制高阶绕射光，且使晶格面110位于较可见光区更长波长侧以调整手性，则可以低手性制备高对比度的蓝相。结果由于手性低，而可使驱动电压降低。现在谋求可于广温度范围内使用，可实现短应答时间、高对比度及低驱动电压的使用表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件。解决课题的手段本发明人们努力研究而发现以下新见解，即上述课题与基板表面的表面自由能 (surface free energy)以及液晶材料的蓝相中接触该基板表面的晶格面比例有关。亦即，本发明提供下述液晶显示元件以及该元件使用的基板等。[1] 一种基板，用于包含对向配置的两个以上基板及该些基板间表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件，且与液晶材料接触的表面的表面自由能的极性成分小于5mJnT2。[2]如[1]所述的基板，其中基板表面的表面自由能的极性成分为3mJnT2以下。[3]如[1]所述的基板，其中基板表面的表面自由能的极性成分为2mJnT2以下。[4]如[1]至[3]中任一项所述的基板，其中基板表面的总表面自由能为30mJnT2以下。[5]如[1]至[4]中任一项所述的基板，其中基板表面与水的接触角为10°以上。[6]如[1]至[5]中任一项所述的基板，其中该基板经过硅烷偶合处理(silane coupling treatment)ο[7] 一种基板，用于包含对向配置的两个以上基板及该些基板间表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件，且与液晶材料接触的表面的表面自由能的极性成分为5 20mjm_2， 上述基板表面与液晶材料的等向相的接触角为50°以下。[8]如[7]所述的基板，其中基板表面的表面自由能的极性成分为5 15mJnT2，接触角为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触角为 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触角为
5° 10°。[11]如[7]至[10]中任一项所述的基板，其中基板表面的总表面自由能为 30mJnT2 以上。[12]如[7]至[11]中任一项所述的基板，其中基板表面与水的接触角为10°以上。[13]如[7]至[12]中任一项所述的基板，其中基板表面经过硅烷偶合处理。[14]如[7]至[13]中任一项所述的基板，其中基板表面经过摩擦处理(rubbing treatment)。[15] 一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于上述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中上述基板的一个以上为如[1]至[14]中任一项所述的基板，且液晶材料的蓝相的晶格面是
单一的。[16] 一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于上述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中上述基板的一个以上为如[1]至[14]中任一项所述的基板，且液晶材料的蓝相I的晶格面
是单一的。[17] 一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于上述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中上述基板的一个以上为如[1]至W]中任一项所述的基板，且仅可观察到来自蓝相I的 (110)面的绕射。[18] 一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于上述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中上述基板的一个以上为如[1]至W]中任一项所述的基板，且仅可观察到来自蓝相II的 (110)面的绕射。[19] 一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于上述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中上述基板的一个以上为如[7]至[14]中任一项所述的基板，且可观察到来自蓝相I的(110)面或(200)面的绕射。[20] 一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于上述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中上述基板的一个以上为如[7]至[14]中任一项所述的基板，且仅可观察到来自蓝相II的 (110)面的绕射。[21] 一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于上述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中上述基板的一个以上为如[1]至[14]中任一项所述的基板，仅可观察到来自蓝相I的 (110)面的绕射，且来自(110)面的绕射光的波长为700nm lOOOnm。[22]如[15]至[21]中任一项所述的元件，其中液晶材料相对于其整体含有1 40wt%的手性剂及合计60 99wt%的非光学活性的液晶材料，且表现光学等向性液晶相。[23]如[15]至[22]中任一项所述的元件，其中液晶材料或非光学活性的液晶材料包含包括选自式(1)所示化合物的任一种或两种以上化合物的液晶组成物R- (A0-Z0)n-A0-R (1)(式(1)中，A°独立为芳香性或非芳香性的3 8员环或碳数9以上的缩合环，该些环的至少一个氢可被卤素、碳数1 3的烷基或卤化烷基取代，_012_可被-0-、-S-或-NH-取代，-CH =可被-N =取代；R独立为氢、卤素、-CN、-N = C = 0、-N = C = S或碳数1 20的烷基，该烷基中任意的-CH2-可被-0-、-S-、-COO-, -0C0-, -CH =CH-,-CF = CF-或-C ε C-取代，该烷基中任意的氢可被卤素取代；Z°独立为单键、碳数 1 8 的亚烷基，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，任意的氢可被卤素取代；η为1至5)。[24]如[23]所述的元件，其中液晶材料含有选自式(2) (15)所示化合物族群的至少一种化合物
权利要求
1.一种基板，用于包含对向配置的两个以上基板以及所述基板之间表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件，且与该液晶材料接触的基板表面的表面自由能的极性成分小于5mJ · m—20
2.根据权利要求1所述的基板，其中该基板表面的表面自由能的极性成分为3mJ· πΓ2以下。
3.根据权利要求1所述的基板，其中该基板表面的表面自由能的极性成分为2mJ· πΓ2以下。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的基板，其中该基板表面的总表面自由能为30mJ · πΓ2 以下。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的基板，其中该基板表面与水的接触角为10°以上。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的基板，其中该基板经过硅烷偶合处理。
7.一种基板，用于包含对向配置的两个以上基板以及所述基板之间表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件，且与该液晶材料接触的基板表面的表面自由能的极性成分为5 20mJ · πΓ2，该基板表面与该液晶材料的等向相的接触角为50°以下。
8.根据权利要求7所述的基板，其中该基板表面的表面自由能的极性成分为5 15mJ*nT2，接触角为30°以下。
9.根据权利要求7或8所述的基板，其中等向相的该液晶材料在该基板表面的接触角为20°以下。
10.根据权利要求7或8所述的基板，其中等向相的该液晶材料在该基板表面的接触角为5° 10°。
11.根据权利要求7 10中任一项所述的基板，其中该基板表面的总表面自由能为30mJ · πΓ2 以上。
12.根据权利要求7 11中任一项所述的基板，其中该基板表面与水的接触角为10°以上。
13.根据权利要求7 12中任一项所述的基板，其中该基板表面经过硅烷偶合处理。
14.根据权利要求7 13中任一项所述的基板，其中该基板表面经过摩擦处理。
15.一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，并经由配置于所述基板的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中所述基板的一个以上为根据权利要求1 14中任一项所述的基板，且该液晶材料的蓝相的晶格面为单一面。
16.一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，并经配置于所述基板的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中所述基板的一个以上为根据权利要求1 14中任一项所述的基板，且该液晶材料的蓝相I的晶格面为单一面。
17.—种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，并经由配置于所述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中所述基板的一个以上为权利要求1 6中任一项所述的基板，且仅可观察到来自蓝相I的(110)面的绕射。
18.—种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，并经配置于所述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中所述基板的一个以上为权利要求1 6中任一项所述的基板，且仅可观察到来自蓝相II的(110)面的绕射。
19.一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，并经由配置于所述基板的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中所述基板中的一个以上为根据权利要求7 14中任一项所述的基板，且可观察到来自蓝相I的(110)面或(200)面的绕射。
20.一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，并经配置于所述基板的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中所述基板的一个以上为权利要求7 14中任一项所述的基板，且仅可观察到来自蓝相II的(110)面的绕射。
21.一种元件，其是液晶显示元件，于基板间配置有表现蓝相的液晶材料，且配置有电场施加机构，经由配置于所述基板中的一或两个上的电极对液晶介质施加电场，其中所述基板中的一个以上为根据权利要求1 14中任一项所述的基板，仅可观察到来自蓝相I的(110)面的绕射，且来自(110)面的绕射光的波长为700 lOOOnm。
22.根据权利要求15 21中任一项所述的元件，其中该液晶材料相对于其整体含有1 40wt %的手性剂以及合计60 99wt %的非光学活性液晶材料，且表现光学等向性液晶相。
23.根据权利要求15 22中任一项所述的元件，其中该液晶材料或该非光学活性液晶材料包含包括选自式(1)所示化合物的任一个或两个以上化合物的液晶组成物R-(A0-Z0)n-A0-R (1)(式(1)中，A°独立为芳香性或非芳香性的3 8员环，或碳数9以上的缩合环，且所述环的至少一个氢可被卤素、碳数1 3的烷基或卤化烷基取代，_012_可被-0-、-S-或-NH-取代，-CH =可被-N =取代；R独立为氢、卤素、-CN、-N = C = 0、-N= C = S或碳数1 20的烷基，该烷基中任意的-CH2-可被-0-、-S-、-COO-, -0C0-, -CH=CH-,-CF = CF-或-C ε C-取代，该烷基中任意的氢可被卤素取代；Z°独立为单键、碳数1 8 的亚烷基，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，任意的氢可被卤素取代；11为1 5)。
24.根据权利要求23所述的元件，其中液晶材料含有选自式( (1 所示化合物族群的至少一种化合物
25.根据权利要求M所述的元件，其中该液晶材料还含有选自式(16)、(17)、(18)及 (19)所示化合物族群的至少一种化合物
26.根据权利要求M或25所述的元件，其中还含有选自式OO)所示化合物族群的至少一种化合物
27.根据权利要求15 沈中任一项所述的元件，其中该液晶材料含有至少一种抗氧化剂和/或紫外线吸收剂。
28.根据权利要求15 27中任一项所述的元件，其中该液晶材料相对于其整体含1 20wt%的手性剂。
29.根据权利要求15 27中任一项所述的元件，其中该液晶材料相对于其整体含1 IOwt %的手性剂。
30.根据权利要求观或四所述的元件，其中该手性剂含一种以上的式(Kl) (K5)中任一式所示的化合物
31.根据权利要求观 30中任一项所述的元件，其中该手性剂含有一种以上的式 (K2-1) (K2-8)及(K5-1) (K5-3)中任一式所示的化合物
32.根据权利要求15 31中任一项所述的元件，其中该液晶材料于70 -20°C温度下显示手性向列相，且于该温度范围的至少一部分温度下螺距为700nm以下。
33.根据权利要求15 32中任一项所述的元件，其中该液晶材料还含有聚合性单体。
34.根据权利要求33所述的元件，其中该聚合性单体为光聚合性单体或热聚合性单体。
35.根据权利要求15 32中任一项所述的元件，其中该液晶材料为高分子/液晶复合材料。
36.根据权利要求35所述的元件，其中该高分子/液晶复合材料是使该液晶材料中的该聚合性单体聚合而得。
37.根据权利要求35所述的元件，其中该高分子/液晶复合材料是使该液晶材料中的该聚合性单体于非液晶等向相或光学等向性液晶相下聚合而得。
38.根据权利要求35 37中任一项所述的元件，其中该高分子/液晶复合材料中所含的高分子具有液晶原部位。
39.根据权利要求35 38中任一项所述的元件，其中该高分子/液晶复合材料中所含的高分子具有交联结构。
40.根据权利要求35 39中任一项所述的元件，其中该高分子/液晶复合材料含有 60 99wt%的液晶组成物以及1 40wt%的高分子。
41.根据权利要求15 40中任一项所述的元件，其中至少一个基板为透明，且于基板外侧配置偏光板。
42.根据权利要求15 41中任一项所述的元件，其中该电场施加机构可于至少两个方向上施加电场。
43.根据权利要求15 42中任一项所述的元件，其中所述基板相互平行配置。
44.根据权利要求15 43中任一项所述的元件，其中该电极为矩阵状配置的像素电极，各像素包含主动元件，且该主动元件为薄膜晶体管(TFT)。
45.一种聚酰亚胺树脂薄膜，使用于根据权利要求1 5中任一项所述的基板中。
46.一种聚酰亚胺树脂薄膜，使用于根据权利要求7 12中任一项所述的基板中。
47.根据权利要求46所述的聚酰亚胺树脂薄膜，其是由具侧链结构的二胺A、不具侧链结构的二胺B、脂环式四羧酸二酐C以及芳香族四羧酸二酐D而得。
48.根据权利要求47所述的聚酰亚胺树脂薄膜，其中该具侧链结构的二胺A为选自下式DA-al DA-a3所示化合物中的至少一种化合物，该不具侧链结构的二胺B为下式DA_bl 所示化合物，该脂环式四羧酸二酐C为下式AA-cl所示化合物，该芳香族四羧酸二酐D为式 AA-dl所示化合物
49. 一种有机硅烷薄膜，用于根据权利要求7 12中任一项所述的基板中,
全文摘要
一种基板，用于包含对向配置的两个以上基板以及所述基板之间表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件，且与液晶材料接触的基板表面的表面自由能的极性成分小于5mJ·m-2。又一种基板，用于包含对向配置的两个以上基板以及所述基板之间表现蓝相的液晶材料的液晶显示元件，且与液晶材料接触的基板表面的表面自由能的极性成分为5～20mJ·m-2，此基板表面与液晶材料的等向相的接触角为50°以下。
文档编号C09K19/26GK102597862SQ201080037219
公开日2012年7月18日 申请日期2010年8月26日 优先权日2009年8月28日
发明者国信隆史, 山本真一, 菊池裕嗣, 长谷场康宏 申请人:国立大学法人九州大学, 捷恩智株式会社, 捷恩智石油化学株式会社