JP6197020B2 - 光硬化性樹脂組成物、表示素子シール剤、液晶シール剤及び液晶表示パネルとその製造方法 - Google Patents
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Description
式(I):NHCO基当量(g/eq)=分子量/1分子に含まれるNHCO基の数
[2] 前記増感剤(B)が、分子内に3以上のNHCO基を有する、[1]に記載の光硬化性樹脂組成物。
[3] 前記増感剤(B)が、分子内にビューレット骨格又はアロファネート骨格を有する、[1]又は[2]に記載の光硬化性樹脂組成物。
[4] 前記増感剤(B)は、下記式(4)で表される化合物である、[1]〜[3]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物。
Xは、単結合、炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数1〜10のアルキレンオキシ基、炭素数6〜10のアリーレン基、炭素数6〜10のアリーレンオキシ基又は炭素数6〜10のアリーレンチオ基を表し、
R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基を表し、
Yは、分子内に少なくともm個のイソシアネート基を有する化合物から誘導される有機基を表し、
mは、1〜5の整数を表す)
[5] 前記増感剤(B)の含有量が、前記硬化性化合物(A)に対して0.01〜10質量%である、[1]〜[4]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物。
[6] 前記重合開始剤(C)が、チオキサントン骨格を有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物。
[7] 前記硬化性化合物(A)が、分子内にエポキシ基をさらに有する、[1]〜[6]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物。
[8] [1]〜[7]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物からなる、表示素子シール剤。
[9] [1]〜[7]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物からなる、液晶シール剤。
[10] [9]に記載の液晶シール剤を用いて、一方の基板にシールパターンを形成する工程と、前記シールパターンが未硬化の状態において、前記シールパターンの領域内、又は前記一方の基板と対になる他方の基板に液晶を滴下する工程と、前記一方の基板と前記他方の基板とを、前記シールパターンを介して重ね合わせる工程と、前記シールパターンを硬化させる工程とを含む、液晶表示パネルの製造方法。
[11] 前記シールパターンを硬化させる工程は、前記シールパターンに光を照射して前記シールパターンを硬化させる工程を含む、[10]に記載の液晶表示パネルの製造方法。
[12] 前記シールパターンに照射する光は、可視光領域の光を含む、[11]に記載の液晶表示パネルの製造方法。
[13] 一対の基板と、前記一対の基板の間に配置された枠状のシール部材と、前記一対の基板の間の前記シール部材で囲まれた空間に充填された液晶層とを含み、前記シール部材が、[9]に記載の液晶シール剤の硬化物である、液晶表示パネル。
本発明の光硬化性樹脂組成物は、硬化性化合物(A)と、増感剤(B)と、重合開始剤(C)とを含み、必要に応じて熱硬化性化合物(D)、熱硬化剤(E)、及びその他の成分(F)の少なくとも一つをさらに含み得る。
本発明の光硬化性樹脂組成物に含まれる硬化性化合物(A)は、分子内にエチレン性不飽和二重結合を有する化合物である。分子内にエチレン性不飽和二重結合を有する化合物は、分子内に(メタ)アクリロイル基を有する化合物であることが好ましい。1分子あたりの(メタ)アクリロイル基の数は、1又は2以上である。分子内に(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、モノマー、オリゴマー又はポリマーのいずれであってもよい。(メタ)アクリロイル基は、アクリロイル基又はメタクリロイル基を意味し、(メタ)アクリレートは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。
本発明の光硬化性樹脂組成物に含まれる増感剤(B)は、分子内にアミノベンゾイル骨格と、NHCO基とを有する。
式(I):NHCO基当量(g/eq)=分子量/1分子に含まれるNHCO基の数
1)高速液体クロマトグラフィー(HPLC)測定
光硬化性樹脂組成物をテトラヒドロフラン(THF)に溶解させた溶液を、遠心分離機により遠心分離し、シリカ粒子や熱可塑性樹脂粒子等の粒子成分を沈降させる。得られた溶液をフィルターで濾過して粒子成分を除去し、試料液を得る。得られた試料液について、下記測定条件で高速液体クロマトグラフィー(HPLC)測定を行う。
(HPLC測定条件)
装置:waters製 Acquity TM UPLC H-Class system
カラム:Acquity UPLC BEH C18、2.1mmID×100mm 粒子径:1.7μm
移動相:A:アセトニトリル
B:5mM酢酸アンモニウム水溶液
A/B = 60/40(0〜4分)
95/5(4〜9分)
95/5(9〜10分)
流速:0.4mL/分
PDA検出器:測定波長:190〜500nm、抽出波長:305nm
前述の1)の測定において、アミノベンゾイル骨格に特徴的な波長305nmの検出器で検出されたメインピークの、ピーク頂点に対応する相対分子質量と組成式を、液体クロマトグラフィー質量分析(LC/MS)により測定する。「メインピーク」とは、検出波長305nmで検出された全ピークのうち、最も強度が大きいピーク(ピークの高さが最も高いピーク)をいう。
(LC/MS測定条件)
装置:waters製 Acquity TM H-Class system / SQ Detector
カラム:Acquity UPLC BEH C18、2.1mmID×100mm 粒子径:1.7μm
移動相:A:アセトニトリル
B:5mM酢酸アンモニウム水溶液
A/B = 60/40(0〜4分)
95/5(4〜9分)
95/5(9〜10分)
流速:0.4mL/分
イオン化:ESI(エレクトロスプレーイオン化)、正・負イオン測定
PDA検出器:測定波長:190〜500nm、抽出波長:305nm
3)NMR測定又はIR測定
また、上記試料液を用いて、NMR測定又はIR測定を行う。それにより、NHCO基やアミノベンゾイル骨格に特徴的なスペクトルの有無を確認し、化学構造を特定する。
4)前記1)及び2)で得られた分子量と、前記3)で得られたNHCO基の数とを、前述の式(I)に当てはめてNHCO基当量(g/eq)を求める。
重合開始剤(C)は、硬化性化合物(A)を硬化反応させるための光重合開始剤である。但し、重合開始剤(C)は、前述のアミノベンゾイル骨格を含まないものとする。
熱硬化性化合物(D)は、分子内にエポキシ基を有するエポキシ化合物であることが好ましい。但し、熱硬化性化合物(D)は、硬化性化合物(A)とは異なるものとする。熱硬化性化合物(D)は、分子内に(メタ)アクリロイル基を有さないエポキシ化合物であることがより好ましい。エポキシ化合物は、モノマー、オリゴマー又はポリマーのいずれであってもよい。エポキシ化合物は、例えば光硬化性樹脂組成物を液晶シール剤として用いた際に、液晶に対する溶解性や拡散性が低く、得られる液晶パネルの表示特性を良好とするだけでなく、硬化物の耐湿性を高め得る。
熱硬化剤(E)は、通常の保存条件下(室温、可視光線下等)では熱硬化性化合物(D)を硬化させないが、熱を与えられると当該化合物を硬化させる化合物である。熱硬化剤(E)を含有する光硬化性樹脂組成物は、保存安定性に優れ、且つ熱硬化性に優れる。熱硬化剤(E)は、エポキシ硬化剤であることが好ましい。
1−6−1.熱可塑性樹脂粒子
本発明の光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて熱可塑性樹脂粒子をさらに含んでいてもよい。熱可塑性樹脂粒子は、環球法により測定される軟化点温度が50〜120℃、好ましくは70〜100℃の熱可塑性樹脂を含み、且つ数平均粒子径が0.05〜5μm、好ましくは0.1〜3μmでありうる。そのような熱可塑性樹脂粒子を含む光硬化性樹脂組成物は、硬化物に発生する収縮応力を緩和できる。また、数平均粒子径を上限値以下とすることにより、線幅の細いシール部材を形成する際に、熱可塑性樹脂粒子によって、塗工安定性が低下することを防ぐことができる。数平均粒子径は、乾式粒度分布計で測定されうる。
本発明の光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて充填剤をさらに含んでいてもよい。充填剤を含む光硬化性樹脂組成物は、粘度や硬化物の強度、及び線膨張性等が良好でありうる。
本発明の光硬化性樹脂組成物の、E型粘度計の25℃、2.5rpmにおける粘度は、200〜450Pa・sであることが好ましく、300〜400Pa・sであることがより好ましい。粘度が上記範囲にあると、光硬化性樹脂組成物のディスペンサ−による塗布性が良好となる。
表示素子パネルは、一対の基板と、該一対の基板の間に配置される表示素子と、該表示素子を封止するシール部材とを含む。シール部材を、本発明の表示素子シール剤の硬化物としうる。本発明の表示素子シール剤は、本発明の光硬化性樹脂組成物からなる。
1)一方の基板に、本発明の液晶シール剤のシールパターンを形成する工程と、
2)シールパターンが未硬化の状態において、基板のシールパターンで囲まれた領域内、又はシールパターンで囲まれた領域に対向する他方の基板の領域に、液晶を滴下する工程と、
3)一方の基板と他方の基板とをシールパターンを介して重ね合わせる工程と、
4)シールパターンを硬化させる工程と
を含む。
(合成例1)
攪拌機、窒素ガス導入管、還流冷却管、温度計を備えた4つ口フラスコ中へ、3-ヒドロキシプロピル−4−(ジメチルアミノ)ベンゾエート 4.00g(1.79×10−2モル)と、トルエン30gとを投入し、80℃で撹拌した後、ジブチル錫を触媒として1滴添加した。次いで、ヘキサメチレンジイソシアネートビウレット変性体(三井化学社製、タケネートD−165N、イソシアネート当量179.5g/eq)3.86gをトルエン10gに溶解させた溶液を15分かけて滴下した後、そのまま窒素雰囲気下80℃で4時間撹拌した。反応終了後、4つ口フラスコを室温にて放冷して沈降した液状成分を分離した。回収した液状成分を、オーブンで十分に乾燥させて、化合物B−1を得た。
攪拌機、窒素ガス導入管、還流冷却管、温度計を備えた4つ口フラスコ中へ、3-ヒドロキシプロピル−4−(ジメチルアミノ)ベンゾエート 4.00g(1.79×10−2モル)とトルエン30gとを投入し、80℃で撹拌した後、ジブチル錫を触媒として1滴添加した。次いで、ヘキサメチレンジイソシアネートアロファネート変性体(三井化学社製、タケネートD−178NL、イソシアネート当量216.1g/eq)4.64gをトルエン10gに溶解させた溶液を20分かけて滴下した後、そのまま窒素雰囲気下80℃で3時間撹拌した。反応終了後、4つ口フラスコを室温にて放冷することで沈降した液状成分を分離した。回収した液状成分をオーブンで十分に乾燥し、化合物B−2を得た。
攪拌機、窒素ガス導入管、還流冷却管、温度計を備えた4つ口フラスコ中へ、3−ヒドロキシプロピル−4−(ジメチルアミノ)ベンゾエート 4.00g(1.79×10−2モル)とトルエン30gとを投入して、80℃で撹拌した後、ジブチル錫を触媒として1滴添加した。次いで、ヘキサメチレンジイソシアネートビウレット変性体(三井化学社製、タケネートD−165N、イソシアネート当量179.5g/eq)2.14gをトルエン10gに溶解させた溶液を15分かけて滴下した。
薄層クロマトグラフィー(TLC)にて3−ヒドロキシプロピル−4−(ジメチルアミノ)ベンゾエートの消失を確認した後、1−オクタデカノール(東京化成社製)1.94g(7.16×10−3モル)をトルエン10gに溶解させた溶液をさらに滴下して加え、窒素雰囲気下80℃で2時間撹拌した。反応終了後、4つ口フラスコを氷浴で冷却して沈降した液状成分を分離した。回収した液状成分をオーブンで十分に乾燥させて、化合物B−3を得た。
攪拌機、窒素ガス導入管、還流冷却管、温度計を備えた4つ口フラスコ中に、3−ヒドロキシプロピル−4−(ジメチルアミノ)ベンゾエート 2.00g(8.95×10−3モル)と酢酸エチル30gを加えて70℃で撹拌した後、ジブチル錫を触媒として1滴添加した。次いで、ヘキサメチレンジイソシアネート(東京化成工業社製)1.81gを酢酸エチル10gに溶解させた溶液を10分かけて滴下した後、そのまま窒素雰囲気下70℃で3時間撹拌した。反応終了後、4つ口フラスコを室温にて放冷して沈降した液状成分を分離した。回収した液状成分をオーブンで十分に乾燥させて、化合物R−1を得た。
攪拌機、窒素ガス導入管、還流冷却管、温度計を備えた4つ口フラスコ中へ、3−ヒドロキシプロピル−4−(ジメチルアミノ)ベンゾエート 2.00g(8.95×10−3モル)とメチルイソブチルケトン30gを加えて80℃で撹拌した後、ジブチル錫を触媒として1滴添加した。次いで、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−ジイソシアナート(東京化成工業社製)2.35gをメチルイソブチルケトン10gに溶解させた溶液を10分かけて滴下した後、そのまま窒素雰囲気下80℃で3時間撹拌した。反応終了後、4つ口フラスコを室温にて放冷して沈降した液状成分を分離した。回収した液状成分をオーブンで十分に乾燥させて、化合物R−2を得た。
攪拌機、窒素ガス導入管、還流冷却管、温度計を備えた4つ口フラスコ中へ、4−(ジメチルアミノ)ベンジルアルコール(東京化成工業社製) 2.00g(1.32×10−2モル)とトルエン50gを加えて90℃で撹拌した後、ジブチル錫を触媒として1滴添加した。次いで、ヘキサメチレンジイソシアネートビウレット変性体(三井化学社製、タケネートD−165N、イソシアネート当量179.5g/eq)2.84gをトルエン15gに溶解させた溶液を10分かけて滴下した後、そのまま窒素雰囲気下90℃で3時間撹拌した。反応終了後4つ口フラスコを室温にて放冷した後、ろ過を実施した。回収したろ液を、エバポレーターを用いて溶媒留去することで、液状の化合物R−3を得た。
攪拌機、窒素ガス導入管、還流冷却管、温度計を備えた4つ口フラスコ中へ、4−(ジメチルアミノ)ベンジルアルコール(東京化成工業社製) 2.00g(1.32×10−2モル)とトルエン30gを加えて90℃で撹拌した後、ジブチル錫を触媒として1滴添加した。次いで、ヘキサメチレンジイソシアネートアロファネート変性体(三井化学社製、タケネートD−178NL、イソシアネート当量216.1g/eq)3.42gをトルエン15gに溶解させた溶液を10分かけて滴下した後、そのまま窒素雰囲気下90℃で3時間撹拌した。反応終了後、4つ口フラスコを室温にて放冷した後、ろ過を実施した。回収したろ液を、エバポレーターを用いて溶媒留去することで、液状の化合物R−4を得た。
準備した化合物B−1〜B−3及び比較化合物R−1〜R−7の1)分子量、2)液晶の電圧保持率、及び3)液晶のN-I点降下を、以下の方法で評価した。
準備した化合物を、テトラヒドロフラン(THF)に溶解した試料液を調製し、下記測定条件で高速液体クロマトグラフフィー(HPLC)測定を行った。そして、検出波長305nmで検出された全ピークのうち、最も強度が大きいピーク(高さが最も高いピーク)をメインピークとした。
(HPLC測定条件)
装置:waters製 Acquity TM UPLC H-Class system
カラム:Acquity UPLC BEH C18、2.1mmID×100mm 粒子径:1.7μm
移動相:A:アセトニトリル
B:5mM酢酸アンモニウム水溶液
A/B = 60/40(0〜4分)
95/5(4〜9分)
95/5(9〜10分)
流速:0.4mL/分
PDA検出器:測定波長:190〜500nm、抽出波長:305nm
装置:waters製 Acquity TM H-Class system / SQ Detector
カラム:Acquity UPLC BEH C18、2.1mmID×100mm 粒子径:1.7μm
移動相:A:アセトニトリル
B:5mM酢酸アンモニウム水溶液
A/B = 60/40(0〜4分)
95/5(4〜9分)
95/5(9〜10分)
流速:0.4mL/分
イオン化:ESI(エレクトロスプレーイオン化)、正・負イオン測定
PDA検出器:測定波長:190〜500nm、抽出波長:305nm
準備した化合物を0.1gと、液晶(MLC−7021−000、メルク社製)を1gとをバイアル瓶に投入し、120℃で1時間加熱して、液晶混合物を得た。次いで、この液晶混合物を取り出して、透明電極が予め形成されたガラスセル(KSSZ-10/B111M1NSS05、EHC社製)に注入し、電圧1Vを印加し、60Hzでの電圧保持率を6254型測定装置(東陽テクニカ製)により測定した。
電圧保持率が95%以上である場合を◎、90%以上95%未満である場合を○、90%未満である場合を×とした。
準備した化合物を0.1gと、液晶(MLC−7021−000、メルク社製)を1gとをバイアル瓶に投入し、120℃で1時間加熱して液晶混合物を得た。次いで、この液晶混合物を取り出して、アルミ製オープンパン(エポリードサービス社製)に10mg入れ、DTA-TG装置(セイコーインスツルメンツ社製)によりN−I点を測定した。
液晶のN−I点に対する変化量が3℃未満である場合を◎、3℃以上5℃未満の場合を○、5℃以上の場合を×とした。
(硬化性化合物(A))
硬化性化合物A−1:下記合成例8で得られたメタアクリル酸変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂(95%部分メタアクリル化物)
(合成例8)
160gの液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂(YDF-8170C、新日鉄住金化学社製、エポキシ当量160g/eq)、重合禁止剤として0.1gのp-メトキシフェノール、触媒として0.2gのトリエタノールアミン、及び81.7gのメタアクリル酸をフラスコ内に仕込み、乾燥空気を送り込んで90℃で還流攪拌しながら5時間反応させた。得られた化合物を、超純水にて20回洗浄し、メタアクリル酸変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂を得た。
共栄社化学製ライトアクリレート14EG-A:
下記式で表されるポリエチレングリコールジアクリレート(分子量600)
合成例1〜3の化合物B−1〜B−3
(比較化合物)
合成例4〜7の化合物R−1〜R−4、及び化合物R−5〜R−7
Omnipol−TX:IGM Resins社製、2−カルボキシメトキシチオキサントン)−(ポリテトラメチレングリコール250)ジエステル
エポキシ樹脂:三菱化学社製、jER1004、軟化点97℃
アジピン酸ジヒドラジド:日本化成社製、ADH、融点177〜184℃
シリカ粒子:(株)日本触媒製、S-100
熱可塑性樹脂粒子(アイカ工業社製、F351、軟化点120℃、平均粒子径0.3μm)
γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、KBM-403)
硬化性化合物(A)として合成例8で得られた硬化性化合物A−1を420質量部と、ポリエチレングリコールジアクリレート(共栄社化学製、ライトアクリレート14EG−A)を200質量部と、増感剤(B)として合成例1で得られた化合物B−1を10質量部と、重合開始剤(C)としてOmnipol−TX(IGM Resins社製)を10質量部と、熱硬化性化合物(D)としてエポキシ樹脂(三菱化学社製、jER1004)を50質量部と、熱硬化剤(E)としてアジピン酸ジヒドラジド(日本化成社製ADH)を90質量部と、その他成分(F)としてシリカ粒子(日本触媒化学社製、S-100)を130質量部と、熱可塑性樹脂粒子としてアイカ工業社製F351を70質量部と、シランカップリング剤としてγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、KBM−403)を20質量部とを、三本ロールを用いて均一な液となるように十分に混合して、光硬化性樹脂組成物を得た。
増感剤(B)の種類又は含有量を、表4又は5に示されるように変更した以外は実施例1と同様にして光硬化性樹脂組成物を得た。
得られた光硬化性樹脂組成物を、ディスペンサー(ショットマスター:武蔵エンジニアリング製)を用いて、透明電極と配向膜が予め形成された40mm×45mmガラス基板(RT-DM88−PIN、EHC社製)上に、35mm×40mmの四角形のシールパターン(断面積3500μm2)(メインシール)と、その外周に同様のシールパターン(38mm×43mmの四角形のシールパターン)とを形成した。
その液晶パネルのメインシール際まで液晶が配向されて色ムラが全くない場合を○、メインシール際の近傍に1mm未満の範囲にわたり色ムラが発生している場合を△、メインシール際近傍から1mm以上の範囲にわたり色ムラが発生している場合を×として評価した。
前述の液晶表示パネル表示特性テストと同様にして液晶表示パネルを作製した。この液晶表示パネルを、直流電源を用いて5Vの印加電圧で駆動させた際に、メインシール近傍の液晶表示機能が発揮できている場合を○、メインシール近傍に1mm未満の範囲にわたり白ムラが発生している場合を△、メインシール近傍から1mm以上の範囲にわたり白ムラが発生し正常に駆動しない場合を×とした。
Claims (13)
- 分子内にエチレン性不飽和二重結合を有する硬化性化合物(A)と、
分子内にアミノベンゾイル骨格とNHCO基とを有し、式(I)で表されるNHCO基当量が300g/eq以下である増感剤(B)と、
重合開始剤(C)(但し、分子内にアミノベンゾイル骨格を有する重合開始剤を除く)とを含む、光硬化性樹脂組成物。
式(I):NHCO基当量(g/eq)=分子量/1分子に含まれるNHCO基の数 - 前記増感剤(B)が、分子内に3以上のNHCO基を有する、請求項1に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 前記増感剤(B)が、分子内にビューレット骨格又はアロファネート骨格を有する、請求項1又は2に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 前記増感剤(B)の含有量が、前記硬化性化合物(A)に対して0.01〜10質量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 前記重合開始剤(C)が、チオキサントン骨格を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 前記硬化性化合物(A)が、分子内にエポキシ基をさらに有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の光硬化性樹脂組成物からなる、表示素子シール剤。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の光硬化性樹脂組成物からなる、液晶シール剤。
- 請求項9に記載の液晶シール剤を用いて、一方の基板にシールパターンを形成する工程と、
前記シールパターンが未硬化の状態において、前記シールパターンの領域内、又は前記一方の基板と対になる他方の基板に液晶を滴下する工程と、
前記一方の基板と前記他方の基板とを、前記シールパターンを介して重ね合わせる工程と、
前記シールパターンを硬化させる工程と、
を含む、液晶表示パネルの製造方法。 - 前記シールパターンを硬化させる工程は、前記シールパターンに光を照射して前記シールパターンを硬化させる工程を含む、請求項10に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記シールパターンに照射する光は、可視光領域の光を含む、請求項11に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 一対の基板と、
前記一対の基板の間に配置された枠状のシール部材と、
前記一対の基板の間の前記シール部材で囲まれた空間に充填された液晶層とを含み、
前記シール部材が、請求項9に記載の液晶シール剤の硬化物である、液晶表示パネル。
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