JP2003508820A - Fabrication of aligned liquid crystal cells / films by simultaneous alignment and phase separation - Google Patents

Fabrication of aligned liquid crystal cells / films by simultaneous alignment and phase separation

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JP2003508820A
JP2003508820A JP2001522129A JP2001522129A JP2003508820A JP 2003508820 A JP2003508820 A JP 2003508820A JP 2001522129 A JP2001522129 A JP 2001522129A JP 2001522129 A JP2001522129 A JP 2001522129A JP 2003508820 A JP2003508820 A JP 2003508820A
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polarization
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サティエンドラ クマル
リャン−チー チェン
ジェ−ホン キム
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ケント ステート ユニバーシティ
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Abstract

(57)【要約】 相分離有機膜及び所望のアライメントを持つ液晶を有する微細構造を同時に製造する方法が開示されている。この方法は、液晶材料、プレポリマー、及び偏光に敏感な材料の混合物を調整する方法を含む。この方法は、基板上に配置され、紫外線あるいは可視光あるいは熱処理の組合せが、用いられる同時に基板に隣接する適切に整列された液晶材料の層あるいは微細構造を形成するように相分離を同時に誘起する。 (57) Abstract: A method for simultaneously producing a microstructure having a phase-separated organic film and a liquid crystal having a desired alignment is disclosed. The method includes preparing a mixture of a liquid crystal material, a prepolymer, and a polarization sensitive material. The method is arranged on a substrate and a combination of ultraviolet or visible light or heat treatment simultaneously induces phase separation such that a layer or microstructure of a properly aligned liquid crystal material adjacent to the substrate is used. .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 技術分野 本発明は、自己整列層を使用する複合有機材料で作られている光変調装置の技
術に属する。特には、本発明は、偏光された紫外線(UV)露光を使用するイン
シトゥフォトアライメントと、プレティルトがある、あるいはないポリマー層に
隣接して整列液晶膜を調整するひとつあるいは複数の工程の処理を使用する相分
離複合有機膜(PSCOF)を使用する異方性相分離と、の2つの処理を組合せ
る。特に、この方法は、各基板上の2つの予め製造されたアライメント層に対す
る要求もなしに整列された液晶セルの調整を可能にする。
[0001] Technical Field The present invention belongs to the technical of the optical modulator are made of a composite organic materials using self-aligned layer. In particular, the present invention involves in-situ photoalignment using polarized ultraviolet (UV) exposure and the process of one or more steps to align an aligned liquid crystal film adjacent to a polymer layer with or without pretilt. The two processes of the phase separation composite organic membrane used (PSCOF) and the anisotropic phase separation used are combined. In particular, this method allows the alignment of aligned liquid crystal cells without the requirement for two prefabricated alignment layers on each substrate.

【0002】 背景技術 PSCOF方法は、ポリマー及び液晶の隣接平行層を調整するために最近発明
され、ケント・ステート・ユニバーシティで使用された。この方法は、米国特許
第5,949,508号に開示され、ここに参照して組み込まれる。このPSC
OF方法は、ポリマー分散液晶膜の製造で使用される処理と同様な処理を含む。
ポリマー及び液晶は、所定の割合で混合され、明確な厚さを有する2つの基板間
あるいは1つの基板の上に置かれる。紫外線光のビームが片側から入射を行われ
る場合、相分離処理が開始される。重合化(及び相分離)の速度は、より高い強
度による紫外線放射源の近くでより速い。相分離が開始すると、有機あるいは液
晶材料は、重合化部から追い出され、紫外線放射源から離れた所に移動し始める
。結果として、ポリマーの均一膜は、セルの片側に得られ、液晶のほぼ均一の層
は、紫外線光源から離れた所のセルの反対側に形成される。ポリマーからの液晶
の分離は、液晶材料が紫外線源から離れた基板上で湿らすことにしている予め配
置されたアライメント層によって促進できる。それ自体、整列液晶膜が形成され
てもよい。
[0002] PSCOF method has recently been invented in order to adjust the adjacent parallel layers of polymer and liquid crystal, it was used in Kent State University. This method is disclosed in US Pat. No. 5,949,508, which is incorporated herein by reference. This PSC
OF methods include processes similar to those used in the manufacture of polymer dispersed liquid crystal films.
The polymer and the liquid crystal are mixed in a predetermined ratio and placed between or on one substrate with a well-defined thickness. When the beam of ultraviolet light is incident from one side, the phase separation process is started. The rate of polymerization (and phase separation) is faster near the UV radiation source due to the higher intensity. When the phase separation starts, the organic or liquid crystal material is driven out of the polymerized part and starts to move away from the UV radiation source. As a result, a uniform film of polymer is obtained on one side of the cell and a substantially uniform layer of liquid crystal is formed on the opposite side of the cell away from the UV light source. Separation of the liquid crystal from the polymer can be facilitated by a pre-positioned alignment layer that the liquid crystal material is to wet on the substrate away from the UV source. As such, an aligned liquid crystal film may be formed.

【0003】 アライメント層は、一般的には、表面特性を変えるように機械的ラビングある
いは紫外線露光のような処理を従来後で受ける長い鎖の重合材料で作られている
。液晶装置の基板上にアライメント層を形成するためのいくつかの通常認められ
た技術がある。普通用いられる方法は、有機/ポリマー膜のラビングあるいはフ
ォトアライメント、及び無機材料の蒸発である。各方法は液晶材料を整列させる
ことができるが、各方法は特異の欠点を有する。
Alignment layers are typically made of long chain polymeric materials that are subsequently subjected to treatments such as mechanical rubbing or UV exposure to alter surface properties. There are several commonly accepted techniques for forming alignment layers on the substrates of liquid crystal devices. Commonly used methods are rubbing or photoalignment of organic / polymer films and evaporation of inorganic materials. Although each method can align the liquid crystal material, each method has unique drawbacks.

【0004】 アライメント層を形成する最も商業的に使用されている方法は、ラビング方法
である。この方法では、例えば、ポリアミド酸は、基板上にスピン塗布されるか
あるいは他の方法で付着される。ポリアミド酸は、2つの熱処理、ソフトベーク
及びハードベークを受け、ポリイミド(PI)膜を形成する。適切な冷却期間後
、PI膜は、均一な単一の方向にベルベットのような布によってラビングされる
。液晶が後でラビングされた表面と接触する場合、液晶はラビング方向に沿って
整列する。あいにく、この方法は、その両方が液晶ディスプレイ、特に薄膜トラ
ンジスタを使用する液晶ディスプレイに悪影響を及ぼす、機械的損傷を生じ、静
電電荷を生成する。ラビング方法は、液晶材料を汚染するかもしれない布及びP
Iからの塵も発生する。
The most commercially used method of forming alignment layers is the rubbing method. In this method, for example, polyamic acid is spin-coated or otherwise deposited on a substrate. Polyamic acid undergoes two heat treatments, a soft bake and a hard bake, to form a polyimide (PI) film. After a suitable cooling period, the PI membrane is rubbed with a velvet-like cloth in a uniform, single direction. When the liquid crystal later contacts the rubbed surface, the liquid crystal aligns along the rubbing direction. Unfortunately, this method produces mechanical damage and electrostatic charge, both of which adversely affect liquid crystal displays, especially those using thin film transistors. The rubbing method uses cloth and P that may contaminate the liquid crystal material.
Dust from I is also generated.

【0005】 アライメント層を形成する他の方法は、前述のようにPI膜を基板上に形成す
ることを含む。直線的に偏光された紫外線は、この表面上に投射され、所望の分
子アライメントを生成する。紫外線放射線は、イミドの光電性結合を含むPIの
光電性結合を異方性的に光解離する。これは、選択的にPI分子の分極率を減少
させ、表面特性及び形態を変える。あいにく、この方法は、液晶の弱いアンカリ
ング及び好ましくない熱的及び化学的安定性を有するアライメント層を生じる。
さらに、この方法は高価な複数工程処理を必要とする。この方法のさらにもう一
つの欠点は、この方法が限られた電荷保持比及びラビング技術と比較される場合
わり少ない熱安定性をもたらすだけであるということである。
Another method of forming the alignment layer involves forming a PI film on the substrate as described above. The linearly polarized UV light is projected onto this surface to produce the desired molecular alignment. The ultraviolet radiation anisotropically photodissociates the photoelectric bond of PI including the photosensitive bond of imide. This selectively reduces the polarizability of the PI molecule, altering its surface properties and morphology. Unfortunately, this method results in an alignment layer with weak anchoring of the liquid crystal and unfavorable thermal and chemical stability.
Moreover, this method requires expensive multi-step processing. Yet another drawback of this method is that it provides only limited charge retention and relatively low thermal stability when compared to rubbing techniques.

【0006】 感光性ポリマーを使用することによってアライメント層を調整する同様な方法
も既知である。例えば、ポリ(ビニル)4−メトキシ−シンナマート(PVMC
)膜、ポリ(ビニル)シンナマート(PVC)膜及びポリシロキサンシンナマー
ト膜のような感光性ポリマーは、液晶材料を整列させるために使用し得る。直線
的に偏光された紫外光(LPUV)に露光される場合、これらの材料は、溶剤の
蒸発後光反応を開始する。この方法は、架橋結合(結合)及び線形偏光の方向に
よって決定された方向の単軸方向の側鎖の結果として生じる配向を生じる。しか
しながら、この方法は、分子の配向を化学的に固定しなくて、アライメントは、
偏光されない紫外光を通常生じるためために露光の際に消失される。さらに、材
料の化学成分は時のたつにつれて消失される。したがって、このように生成され
たアライメント層は、液晶材料の一定の安定配向を行わない。
Similar methods of adjusting the alignment layer by using photopolymers are also known. For example, poly (vinyl) 4-methoxy-cinnamate (PVMC
Photosensitive polymers such as films, poly (vinyl) cinnamate (PVC) films and polysiloxane cinnamate films can be used to align liquid crystal materials. When exposed to linearly polarized ultraviolet light (LPUV), these materials initiate a photoreaction after evaporation of the solvent. This method results in cross-linking and the resulting orientation of uniaxial side chains in the direction determined by the direction of linearly polarized light. However, this method does not chemically fix the molecular orientation, and the alignment is
It is lost during exposure because it usually produces unpolarized UV light. Furthermore, the chemical constituents of the material disappear over time. Therefore, the alignment layer thus produced does not provide a certain stable orientation of the liquid crystal material.

【0007】 アライメント層を基板上に形成するさらにもう一つの方法は、様々な入射角の
基板の表面上への無機材料の蒸着である。これは、液晶の配向ベクトルを物理的
に配向するアライメント層を形成する。使用された無機材料は、シリコン酸化膜
及びマグネシウム酸化膜を含む。この付着方法は、製造過程で使用するのがわず
らわしく、困難であることが分かっている。
Yet another method of forming an alignment layer on a substrate is vapor deposition of an inorganic material on the surface of the substrate at various angles of incidence. This forms an alignment layer that physically aligns the alignment vector of the liquid crystal. The inorganic materials used include silicon oxide and magnesium oxide. This attachment method has proven to be cumbersome and difficult to use in the manufacturing process.

【0008】 ケント・ステート・ユニバーシティによって開発されたアライメント層を形成
する他の方法はインシトゥ紫外線露出方法である。この方法は、米国特許第5,
936,691号に開示され、ここに参照して組み込まれる。インシトゥ方法は
、偏光された紫外光にPI膜を露光する従来の方法と同様である。しかしながら
、インシトゥ方法は、ポリイミド膜(PI)を紫外線放射線に露光するが、この
膜はソフトベークされ、ハードベークされる。結果として生じるアライメント層
は、より高いアンカリングエネルギーを有し、従来の紫外線露光技術に比べて熱
的により安定している。例えば、従来の方法で調整されたセルは、12時間10
0℃に保持される場合にアライメントをなくするのに対して、インシトゥ方法に
よって調整されたセルは、12時間300℃で劣化の兆候を全然示していない。
アライメント層を形成するインシトゥ方法は、当該技術分野で既知の他の方法の
欠点の多くを避けるが、より少ない工程及びより簡単な処理工程を必要とする。
Another method of forming the alignment layer developed by Kent State University is the in situ UV exposure method. This method is described in US Pat.
No. 936,691 and incorporated herein by reference. The in-situ method is similar to the conventional method of exposing a PI film to polarized UV light. However, the in situ method exposes a polyimide film (PI) to ultraviolet radiation, but the film is soft baked and hard baked. The resulting alignment layer has higher anchoring energy and is more thermally stable than conventional UV exposure techniques. For example, a cell conditioned by the conventional method is
Whereas the cells prepared by the in situ method show no signs of degradation at 300 ° C. for 12 hours, whereas alignment is lost when kept at 0 ° C.
The in-situ method of forming the alignment layer avoids many of the drawbacks of other methods known in the art, but requires fewer steps and simpler processing steps.

【0009】 インシトゥ方法は有効的であると示されているが、アライメント膜はなお適切
に配置され、処理されねばならないことをなお必要とする。さらに、前述の全ア
ライメント方法の場合、製造装置間で基板を移送する際に注意が全然払われてい
ない場合、このアライメントは損傷され得る。現在のところ既知のアライメント
層はそれに隣接する液晶材料に直接に影響を及ぼすだけであることも理論化され
る。
Although the in situ method has been shown to be effective, the alignment film still requires that it be properly placed and processed. Moreover, in the case of the full alignment method described above, this alignment can be damaged if no care is taken when transferring substrates between manufacturing equipment. It is also theorized that currently known alignment layers only directly affect the liquid crystal material adjacent to it.

【0010】 前述に照らして、本技術では、相分離複合有機膜を含む光変調技術、及び組成
中均質に整列された膜のような製造方法を必要とし、したがって別個の明瞭なア
ライメント層の調整及び処理を不要とすることは明らかである。
In light of the foregoing, the present technique requires light modulation techniques that include phase-separated composite organic films, and fabrication methods such as films that are homogeneously aligned in composition, and thus the preparation of distinct and well-defined alignment layers. And it is clear that no treatment is required.

【0011】 発明の開示 前述に照らして、本発明の第1の態様は、相分離された複合有機膜あるいは微
細構造を含む光変調装置及びこのような装置を製造する方法を提供することにあ
り、ここで、この装置は、2つの別個のアライメント層に対する要求なしに液晶
材料を均質に整列させる。
[0011] In light of the disclosure above of the invention, a first aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical modulation apparatus and such apparatus comprises a phase separated composite organic film or microstructure , Where the device uniformly aligns the liquid crystal material without the requirement for two separate alignment layers.

【0012】 本発明の他の態様は、同時の相分離及びフォトアライメントの1工程あるいは
複数工程の方法を使用することによって作られた自己整列相分離された複合有機
膜を提供することにある。
Another aspect of the present invention is to provide a self-aligned phase-separated composite organic film prepared by using a one-step or multi-step method of simultaneous phase separation and photoalignment.

【0013】 本発明のさらにもう一つの態様は、同時のフォトアライメント及び光重合の方
法によって作られる異方性膜あるいは微細構造を提供することにある。
Yet another aspect of the present invention is to provide an anisotropic film or microstructure made by the method of simultaneous photoalignment and photopolymerization.

【0014】 本発明のさらにもう一つの態様は、同時のフォトアライメント及び溶剤誘起相
分離の方法によって作られる異方性膜あるいは溶剤誘起相分離の方法によって異
方性膜あるいは微細構造を提供することにあり、ここで、液晶アライメントは、
微細構造の全内部ポリマー界面(壁)で得られる。
Yet another aspect of the present invention is to provide an anisotropic film or microstructure by a method of solvent induced phase separation or an anisotropic film made by a method of simultaneous photoalignment and solvent induced phase separation. Where the liquid crystal alignment is
Obtained at all internal polymer interfaces (walls) of the microstructure.

【0015】 本発明の他の態様は、同時フォトアライメント及び熱誘起重合の方法によって
作られた膜あるいは微細構造を提供することにある。
Another aspect of the invention is to provide a film or microstructure made by the method of simultaneous photoalignment and thermally induced polymerization.

【0016】 本発明のさらにもう一つの態様は、複数の工程を使用して調整された2つある
いはそれ以上の層を含む異方性膜あるいは微細構造を提供することにあり、ここ
で、液晶材料層は、膜の各表面で別個に整列され、異なる配向を有してもよい。
Yet another aspect of the invention is to provide an anisotropic film or microstructure comprising two or more layers prepared using multiple steps, wherein a liquid crystal is provided. The material layers are separately aligned on each surface of the membrane and may have different orientations.

【0017】 本発明の他の態様は、光架橋結合できるポリイミドを基板上にスピン塗布する
工程と、反応性液晶モノマーをポリイミド上にスピン塗布する工程と、偏光を用
い、同時にポリアミド酸を架橋結合し、反応性モノマーを光整列し、重合する工
程とを含む異方性膜を製造する方法によって得られる。紫外光は、ポリイミド/
液晶界面に適切な形態を生じ、この形態は今度は液晶材料を配向する。
According to another aspect of the present invention, a step of spin-coating a polyimide capable of photo-crosslinking onto a substrate, a step of spin-coating a reactive liquid crystal monomer onto the polyimide, and using polarized light, simultaneously cross-linking a polyamic acid. And optically aligning the reactive monomer and polymerizing the reactive monomer. UV light is polyimide /
A suitable morphology is created at the liquid crystal interface, which in turn aligns the liquid crystal material.

【0018】 さらに、本発明の他の態様は、液晶ポリマー(LCP)を基板上にスピン塗布
する工程と、反応性モノマーをLCP上にスピン塗布する工程と、偏光を印加し
、同時にLCPを光整列させ、反応性モノマーを光整列させ、重合する工程とを
含む異方性膜を製造する方法によって得られる。
Further, according to another aspect of the present invention, a step of spin-coating a liquid crystal polymer (LCP) on a substrate, a step of spin-coating a reactive monomer on the LCP, applying polarized light, and at the same time, applying light to the LCP. Aligning, photo-aligning the reactive monomers, and polymerizing, to obtain an anisotropic film.

【0019】 本発明のさらにもう一つの態様は、液晶、ポリマー及び溶剤の混合物を調整す
る工程と、偏光を印加し、同時に液晶材料を光整列させ、相分離する工程とを含
む異方性膜を製造する方法によって得られる。
Yet another aspect of the present invention is an anisotropic film including a step of adjusting a mixture of liquid crystal, a polymer and a solvent, and a step of applying polarized light and at the same time photo-aligning and phase-separating a liquid crystal material. It is obtained by the method of manufacturing.

【0020】 本発明のさらにもう一つの態様は、液晶材料及び熱重合モノマーの混合物を調
整する工程と、この混合物を基板上に配置する工程と、この混合物を熱処理にさ
らし、モノマーを重合し、偏光を受け、液晶材料を光整列する工程とを含む異方
性膜を製造する方法によって得られる。
Yet another aspect of the present invention is to prepare a mixture of liquid crystal material and a thermopolymerizable monomer, place the mixture on a substrate, subject the mixture to a heat treatment to polymerize the monomer, The method of manufacturing an anisotropic film, the method comprising receiving polarized light and optically aligning a liquid crystal material.

【0021】 本発明の他の態様は、2つあるいはそれ以上の層あるいは微細構造で構成する
異方性膜及び/又は微細構造を製造する方法によって得られ、この方法は、2つ
あるいはそれ以上の上記の方法を逐次実行する工程を含み、それによって整列材
料の複数の層を調整し、ここで液晶は各界面/表面で個別に独自に整列される。
Another aspect of the invention is obtained by a method of manufacturing an anisotropic film and / or microstructure composed of two or more layers or microstructures, the method comprising two or more layers. Of the above method in sequence to prepare multiple layers of alignment material, where the liquid crystals are individually aligned individually at each interface / surface.

【0022】 詳細な説明が進行するにつれて明らかになる本発明の前述の目的及び他の目的
は、液晶、プレポリマー及び偏光に敏感な材料の混合物を調整し、この混合物を
基板に配置し、光源からの偏光を印加し、ポリマー及び偏光に敏感な材料の層に
隣接する均質に整列された液晶材料の層を基板上に形成するように同時混合物の
相分離及び相分離された液晶のアライメントを誘起することとを含む、アライメ
ントを有する相分離誘起膜を同時に製造する方法によって得られる。
The foregoing and other objects of the present invention will become apparent as the detailed description proceeds, wherein a mixture of liquid crystals, prepolymers and polarization sensitive materials is prepared, the mixture is placed on a substrate, and a light source is provided. Phase separation of the co-mixture and alignment of the phase separated liquid crystals to form a layer of homogeneously aligned liquid crystal material on the substrate adjacent to the layer of polymer and polarization sensitive material. And a method of simultaneously producing a phase separation inducing film having alignment, which includes inducing.

【0023】 本発明の他の態様は、基板を提供し、少なくとも第1の偏光に敏感な化学薬品
及びプレポリマーを含む第1の混合物を提供し、少なくとも第2の偏光に敏感な
化学薬品及びプレポリマーを含む第2の混合物を提供し、第1あるいは第2の混
合物の中に液晶を混合し、第1の混合物を基板上に配置し、第2の混合物を第1
の混合物の上に配置し、少なくとも可視光偏光、紫外光偏光、熱誘導、化学誘導
、及び溶剤誘導からなるグループからの第1の混合物の処理を開始し、少なくと
も可視光偏光、紫外光偏光、熱誘導、化学誘導、及び溶剤誘導からなるグループ
からの第2の混合物の処理を開始することを含むアライメント特性を有する液晶
装置を製造する方法によって得られ、及びこの処理は、配向アライメントを液晶
に与える。
Another aspect of the present invention provides a substrate, a first mixture comprising at least a first polarization sensitive chemical and a prepolymer, and at least a second polarization sensitive chemical. A second mixture including a prepolymer is provided, liquid crystals are mixed into the first or second mixture, the first mixture is disposed on a substrate, and the second mixture is mixed with the first mixture.
A mixture of at least visible light, ultraviolet light, heat-induced, chemically-induced, and solvent-induced first treatment of the mixture, and at least visible light, ultraviolet light, Obtained by a method of manufacturing a liquid crystal device having alignment properties, comprising initiating treatment of a second mixture from the group consisting of thermal induction, chemical induction, and solvent induction, and the treatment provides alignment alignment to liquid crystals. give.

【0024】 本発明のさらのもう一つの目的は、少なくとも1つの基板及び基板上に配置さ
れた混合物を含むアライメント特性を有するセルによって得られ、この混合物は
、少なくとも液晶材料と、プレポリマー材料と、偏光に敏感な材料とを含み、同
時重合及び偏光を用いることは混合物の相分離及びフォトアライメントを生じる
ので、アライメント特性を液晶材料に与えるポリマーの微細構造を形成する。
Yet another object of the invention is obtained by a cell having alignment properties comprising at least one substrate and a mixture arranged on the substrate, the mixture comprising at least a liquid crystal material and a prepolymer material. , A polarization sensitive material, and the use of co-polymerization and polarization results in phase separation and photoalignment of the mixture, thus forming a polymer microstructure that imparts alignment properties to the liquid crystal material.

【0025】 本発明のこれらの目的及び他の目的、ならびに下記の説明から明らかになる既
存の先行技術より優れたその長所は、以下に説明され、クレームされた改良によ
って達成される。
These and other objects of the present invention, as well as its advantages over the existing prior art as will become apparent from the following description, are accomplished by the improvements described and claimed below.

【0026】 本発明の目的、技術及び構造の完全な理解のために、下記の詳細な説明及び添
付図面を参照すべきである。
For a full understanding of the objects, techniques and structures of the present invention, reference should be made to the following detailed description and accompanying drawings.

【0027】 発明を実施するための最良の形態 次に図1を参照すると、本発明により作られる光変調装置の前駆体が通常数字
10で示されていることが分かる。明らかになるように、光変調セル前駆体10
は、設けられてもよいが、別個の明確なアライメント層を含まない。本発明の光
変調装置は、アライメント層前駆体材料を基板上に付着するために別個のスピン
塗布工程を必要としない方法によって製造されてもよい。この方法は、アライメ
ント層をソフトベーキング及び/又はハードベーキングを必要としない。さらに
、この方法は、液晶材料に後で影響を及ぼす特性を与えるようにアライメント層
をラビングするかあるいは他の方法で物理的に接触させる必要がない。
Referring to the best mode now to Figure 1 for carrying out the invention, it is understood that the precursor of the light modulation device made in accordance with the present invention is generally designated by numeral 10. As will be apparent, the light modulation cell precursor 10
May be provided but does not include a separate well-defined alignment layer. The light modulator of the present invention may be manufactured by a method that does not require a separate spin coating step to deposit the alignment layer precursor material on the substrate. This method does not require soft and / or hard baking of the alignment layer. Furthermore, this method does not require rubbing or otherwise physically contacting the alignment layer to impart properties that later affect the liquid crystal material.

【0028】 図1に示された光変調装置前駆体は、一般に当業者に既知であるガラス、プラ
スティックあるいは他の材料であってもよい一対の対向する光学的に透明な基板
12を含む。有利なことには、この装置は、先行技術のアライメント層をイミド
化する必要がある温度に耐える必要がない。明らかになるように、今まで基板と
して適していない温度に敏感な材料は本発明で使用できる。換言すれば、プラス
ティックあるいはポリマーのシートのような可撓性基板材料は、ハードベーク及
びソフトベークアライメント層形成処理で通常使用される高温に耐える必要がな
い液晶装置のために今使用されてもよい。
The light modulator precursor shown in FIG. 1 comprises a pair of opposing optically transparent substrates 12, which may be glass, plastic or other materials generally known to those skilled in the art. Advantageously, the device does not have to withstand the temperatures at which the prior art alignment layers need to be imidized. As will be apparent, temperature sensitive materials not heretofore suitable as substrates can be used in the present invention. In other words, flexible substrate materials such as plastic or polymer sheets may now be used for liquid crystal devices that do not have to withstand the high temperatures normally used in hard bake and soft bake alignment layer forming processes. .

【0029】 偏光子14は、透過モードで動作するためのセルを提供するために透過光の光
学特性を修正する目的のために各基板12の外部表面上に配置されてもよい。電
極18は、基板12の各々の内部表面上に設けられてもよい。好ましい実施例で
は、各電極18は、インジウム−錫酸化膜材料である。一方、反射モードで動作
する装置を設けるために、ミラーあるいは光拡散器は、光源に対向する基板の外
側に付加されてもよい。
A polariser 14 may be disposed on the outer surface of each substrate 12 for the purpose of modifying the optical properties of the transmitted light to provide a cell for operating in transmissive mode. The electrodes 18 may be provided on the inner surface of each of the substrates 12. In the preferred embodiment, each electrode 18 is an indium-tin oxide film material. Alternatively, a mirror or light diffuser may be added to the outside of the substrate facing the light source to provide a device that operates in reflective mode.

【0030】 電源20は、スイッチ22を通して電極18に取り付けられる。このスイッチ
は、電源を接続し、2つの電極を短絡し、電極を切り離しために使用し、電極に
電荷を蓄積できる。電界あるいは電磁界あるいは他の外部の力の印加は、基板間
に配置される液晶あるいは有機材料の光学スイッチングを生じる。スイッチ22
の動作は適切に示された電子駆動装置によって駆動されてもよい。電子ドライバ
回路の使用によって、順に領域間の高コントラストの形成を可能にするマトリッ
クスセル装置の特定の領域がアドレスできる。図1に示されるように、電極間の
セルギャップ厚さは寸法26によって規定される。
The power supply 20 is attached to the electrode 18 through the switch 22. This switch can be used to connect the power supply, short the two electrodes, disconnect the electrodes, and store charge on the electrodes. The application of electric or electromagnetic fields or other external forces results in optical switching of liquid crystals or organic materials placed between the substrates. Switch 22
The operations of may be driven by an electronic drive, as appropriate. The use of electronic driver circuitry allows addressing specific areas of the matrix cell device which in turn enable the formation of high contrast between areas. As shown in FIG. 1, the cell gap thickness between the electrodes is defined by dimension 26.

【0031】 少なくとも下記の構成要素、有機あるいは液晶材料、プレポリマー及び低温硬
化可能ポリイミドのような整列剤を含む複合有機材料28は基板12間に獲得さ
れる。この材料28を得るために、液晶材料は、プレポリマー及びポリイミドと
溶液で結合され、毛細管動作によって基板12間に充填される。もちろん、他の
既知の充填方法が使用されてもよい。基板12のエッジは、既知の方法を使用し
て密封される。一方、材料28は単一基板上にスピン塗布されてもよい。
A composite organic material 28 comprising at least the following components, an organic or liquid crystal material, a prepolymer and an aligning agent such as a low temperature curable polyimide is deposited between the substrates 12. To obtain this material 28, the liquid crystal material is combined with the prepolymer and polyimide in solution and filled between the substrates 12 by capillary action. Of course, other known filling methods may be used. The edge of the substrate 12 is sealed using known methods. Alternatively, material 28 may be spin coated on a single substrate.

【0032】 次に図2を参照すると、本発明による1つの工程の同時相分離及びアライメン
ト方法によって製造される光変調セルが通常数字30によって示されることが分
かる。
Referring now to FIG. 2, it can be seen that the light modulator cell manufactured by the one-step simultaneous phase separation and alignment method according to the present invention is generally designated by the numeral 30.

【0033】 通常、「1工程の方法」は、少なくとも有機あるいは液晶材料、プレポリマー
、発色団のような偏光に敏感な整列剤を含む材料の層が例えばスピン塗布によっ
て基板上に配置される方法であり、それにおいて、被覆基板は、可視光放射線、
あるいは偏光された紫外光放射線、及び若干の種類の相分離から選択された処理
にさらされる。1工程の方法は、全成分が相分離された液晶材料成分を均質に整
列するように同じ処理を同時にさらすことに点でこのように特徴付けられる。
Usually, the “one-step method” is a method in which a layer of a material containing at least an organic or liquid crystal material, a prepolymer, a polarization-sensitive aligning agent such as a chromophore is deposited on a substrate, for example by spin coating. Where the coated substrate is visible light radiation,
Alternatively, it is subjected to a treatment selected from polarized ultraviolet radiation and some type of phase separation. The one-step method is thus characterized in that all components are subjected to the same treatment at the same time so as to uniformly align the phase separated liquid crystal material components.

【0034】 紫外線あるいは可視光のような光源32は、線形偏光子36の下に近接して配
置される。付勢される場合、直線的に偏光された光線38を基板12を通して、
セルギャップ26の中に向ける線形偏光子36に衝突する光線34を発生する。
光、あるいは示されている若干の他の処理は、主に整列剤と混合されるプレポリ
マーの重合を誘起する。重合が進行するにつれて、液晶材料とポリマー/整列と
の間で相分離が生じる。これは重合誘起相分離として既知である。特に、光透過
性固形ポリマー層40は、光源32に隣接する基板12の電極18上に形成され
る。液晶膜層42は、他の電極18に隣接する反対の基板12上に形成される。
相分離と同時に、直線的に偏光された光線38は、プレポリマー/ポリイミド層
の光電性結合を破り、ポリマーセグメントを直線的に偏光された光線の偏光の方
向に垂直な方向に沿ってポリマーセグメントを整列させる。さらに、この材料の
化学的特性に応じて、この光線38は、ポリマーセグメントを基板に平行あるい
は垂直に向けてもよいしあるいはポリマー材料を基板に平行な特定の方向に架橋
結合してもよい。これは、ポリマー層40と液晶層42との間の界面44での液
晶膜42のアライメントを容易にする。界面44で、液晶は、相分離中のアライ
メントの適合したアンカリング状態に影響を及ぼすようにみえる。最小量のポリ
イミド材料は対向する基板に付着し、界面44でアライメント配向に類似するこ
とも信じられている。所望される場合、別個で、特異なアライメント層は、界面
44に対する基板上に設けられてもよい。
A light source 32, such as ultraviolet light or visible light, is disposed adjacent and under the linear polarizer 36. When energized, a linearly polarized light beam 38 is passed through the substrate 12,
It produces a ray 34 that impinges on a linear polarizer 36 that is directed into the cell gap 26.
Light, or some other treatment shown, predominantly induces polymerization of the prepolymer mixed with the aligning agent. As the polymerization proceeds, phase separation occurs between the liquid crystal material and the polymer / alignment. This is known as polymerization-induced phase separation. In particular, the light transmissive solid polymer layer 40 is formed on the electrode 18 of the substrate 12 adjacent the light source 32. The liquid crystal film layer 42 is formed on the opposite substrate 12 adjacent to the other electrode 18.
At the same time as the phase separation, the linearly polarized light beam 38 breaks the photopolymerizable bond of the prepolymer / polyimide layer, causing the polymer segment to move along the direction perpendicular to the direction of polarization of the linearly polarized light beam. Align. Further, depending on the chemistry of the material, the light beam 38 may direct the polymer segments parallel or perpendicular to the substrate, or may crosslink the polymer material in a particular direction parallel to the substrate. This facilitates alignment of the liquid crystal film 42 at the interface 44 between the polymer layer 40 and the liquid crystal layer 42. At the interface 44, the liquid crystal appears to affect the aligned anchoring state of the alignment during phase separation. It is also believed that a minimal amount of polyimide material adheres to the opposing substrate and resembles the alignment orientation at interface 44. If desired, a separate and unique alignment layer may be provided on the substrate for interface 44.

【0035】 図2で分かるように、ポリマー層の厚さは、寸法52によって規定され、液晶
の厚さは寸法54によって示される。液晶膜の厚さ、アライメント状態及び液晶
材料のような液晶膜の物理的パラメータは、組成を調整し、適切なサイズの空間
の使用によって所望の目的のために選択できる。ネマティック液晶を使用する均
質に整列されたセルは、本発明の方法で形成された。さらに、このような構造の
強誘電体及び反強誘電体は、グレースケール及びなめらかな双安定性を有するこ
とが分かった。これらのセルは、非常に低い閾値電圧を持ち、ほとんど光を全然
散乱しなく(全然かすんでいない)、機械的、電気的に堅固である。いくつかの
液晶材料は、相分離された複合有機膜の修正された電気−光学(EO)の働きを
示す。光学的に制御可能な複屈折装置は、この方法を使用しても形成できる。こ
の方法は、均一の非常に薄い液晶膜の製造を可能にする。赤い光の波長に匹敵す
る厚さを有するいくつかの均一の膜は、本発明の方法で調整された。
As can be seen in FIG. 2, the thickness of the polymer layer is defined by the dimension 52 and the thickness of the liquid crystal is indicated by the dimension 54. The physical parameters of the liquid crystal film, such as the liquid crystal film thickness, alignment state and liquid crystal material, can be selected for the desired purpose by adjusting the composition and using an appropriately sized space. Homogeneously aligned cells using nematic liquid crystals were formed by the method of the present invention. Further, it has been found that the ferroelectric and antiferroelectric materials having such a structure have gray scale and smooth bistability. These cells have a very low threshold voltage, scatter almost no light (no haze at all), and are mechanically and electrically robust. Some liquid crystal materials exhibit the modified electro-optical (EO) behavior of phase separated composite organic films. Optically controllable birefringent devices can also be formed using this method. This method allows the production of uniform, very thin liquid crystal films. Several uniform films with thicknesses comparable to the wavelength of red light were prepared with the method of the invention.

【0036】 本発明の実施で、相分離は熱誘導技術、化学誘導技術、あるいは溶剤誘導技術
によって行うことができることは当業者によって分かる。これらの技術のいずれ
かは同時相分離及びフォトアライメントを実行するために照射とともに使用でき
る。理論によって拘束されたくないが、偏光された光線は、界面44及び46で
均一の方法で液晶材料を整列させる際に重要であると信じられている。
It will be appreciated by those skilled in the art that, in the practice of the present invention, phase separation can be accomplished by thermal induction techniques, chemical induction techniques, or solvent induction techniques. Any of these techniques can be used with irradiation to perform simultaneous phase separation and photoalignment. Without wishing to be bound by theory, it is believed that the polarized light rays are important in aligning the liquid crystal material in a uniform manner at interfaces 44 and 46.

【0037】 本発明の実施のための適当なプレポリマーは、紫外光の偏光の方向に敏感であ
る光重合可能モノマーであるので、紫外光にさらすことは、同時に及び方向上に
モノマーを重合し、巨視的にポリマーを整列させる。通常紫外光の偏光に敏感で
ないプレポリマーは、例えば発色団成分の添加によって修正される場合有用であ
り得る。したがって、適当なプレポリマーは、NOA−65(ノーランドプロダ
クト社から市販されている)、ビニルエーテル、アクリレート、エポキシー、ジ
アセチレン、ビニル等を含むが、これに限定されない。発色団の場合、アゾベン
ゼン、スチルベンゼン、シンナメート、カルコン、クマリン、ジマルエミエイミ
ド等のような材料を使用できる。有用なポリイミドは、低光吸収を有する側鎖を
有するホモポリイミドあるはコポリイミドであり、SE−1180,610(ニ
ッサンケミカル工業から市販されている)及びここに組み込まれる発色団を有す
る機能グループを含む。
Suitable prepolymers for the practice of the present invention are photopolymerizable monomers that are sensitive to the direction of polarization of ultraviolet light, so that exposure to ultraviolet light simultaneously and directionally polymerizes the monomers. Align the polymer macroscopically. Prepolymers that are not normally sensitive to the polarization of UV light may be useful when modified, for example by the addition of chromophore components. Thus, suitable prepolymers include, but are not limited to, NOA-65 (commercially available from Norland Products, Inc.), vinyl ethers, acrylates, epoxies, diacetylenes, vinyls and the like. In the case of a chromophore, materials such as azobenzene, stilbenzene, cinnamate, chalcone, coumarin, dimaleimidimide and the like can be used. Useful polyimides are homopolyimides or copolyimides having side chains with low light absorption, SE-1180,610 (commercially available from Nissan Chemical Industries) and a functional group having a chromophore incorporated therein. Including.

【0038】 液晶材料は、所望された種類の光変調装置に応じて選択できる。適当な液晶材
料は、ネマティック液晶材料、強誘電体、反強誘電体、コレステリック液晶材料
及び関連液晶材料を含むが、これに限定されない。
The liquid crystal material can be selected depending on the desired type of light modulator. Suitable liquid crystal materials include, but are not limited to, nematic liquid crystal materials, ferroelectrics, antiferroelectrics, cholesteric liquid crystal materials and related liquid crystal materials.

【0039】 上記に示されるように、本発明の方法を使用することによって、ポリマー及び
整列された液晶の平行膜をセル内部あるいは基板上のいずれかに調整することが
できる。次に図3を参照すると、本発明の1工程あるいは複数工程の方法のいず
れかを実行するために使用される装置が数字60によって通常示されることが分
かる。熱誘起重合が使用される場合、この装置は熱源62内に囲まれている。適
切である場合、光源32からの熱も使用されてもよい。
As indicated above, the method of the present invention can be used to tailor a parallel film of polymer and aligned liquid crystals either inside the cell or on the substrate. Referring now to FIG. 3, it can be seen that the apparatus used to carry out either the one-step or multi-step method of the present invention is generally designated by the numeral 60. If heat-induced polymerization is used, the device is enclosed within heat source 62. Heat from the light source 32 may also be used if appropriate.

【0040】 上記に規定されるような1工程の方法の1つの実施例では、反応性液晶モノマ
ー、光モノマー及び低温硬化ポリイミドの混合物は異方性膜を調整するために調
合される。反応性液晶モノマーは、アクリレート重合可能グループを有するネマ
ティックジアクリレートモノマー及びカイラルなジアクリレートドーパントから
選択できる。NOA−65のようなフォトモノマー及びSE−1180のような
低温硬化ポリイミドは、反応性液晶モノマーと混合され、光電性材料を形成する
。この混合は基板上にスピン塗布される。図2に示されるように、紫外線光源3
2は、線形偏光子36を通過する光線34を放射する。直線的に偏光された光線
38は、基板12及び電極18を通過し、被覆混合物を照射する。界面44で同
時の偏光された紫外光誘起相分離及び反応性液晶モノマーが得られる。本発明の
1工程の方法は、別個のアライメント層がなければ界面46に液晶のアライメン
トを生じ、それによって付加的スピン塗布工程及びラビング工程に対する要求を
取り除く。
In one embodiment of the one-step method as defined above, a mixture of reactive liquid crystal monomer, photomonomer and cold cure polyimide is formulated to prepare an anisotropic film. The reactive liquid crystal monomer can be selected from nematic diacrylate monomers having acrylate polymerizable groups and chiral diacrylate dopants. A photomonomer such as NOA-65 and a low temperature cure polyimide such as SE-1180 are mixed with a reactive liquid crystal monomer to form a photosensitive material. This mixture is spin coated onto the substrate. As shown in FIG. 2, the ultraviolet light source 3
2 emits a ray 34 that passes through a linear polarizer 36. The linearly polarized light ray 38 passes through the substrate 12 and the electrode 18 and illuminates the coating mixture. At the interface 44, simultaneous polarized UV light induced phase separation and reactive liquid crystal monomer are obtained. The one-step method of the present invention results in liquid crystal alignment at interface 46 without a separate alignment layer, thereby eliminating the requirement for additional spin coating and rubbing steps.

【0041】 同様に、反応性液晶モノマーは、エポキシー重合可能グループを有するネマテ
ィックジエポキシーモノマー及びカイラルジエポキシードーパントから選択でき
る。フォトモノマー、フォトイニシエータ、及び低温硬化ポリイミドは、反応性
エポキシーベースモノマーと混合される。この混合物は、基板上にスピン塗布さ
れ、前述されるように照射される。偏光された紫外光照射は同時相分離及びフォ
トアライメントを生じる。
Similarly, the reactive liquid crystal monomer can be selected from nematic diepoxy monomers having epoxy polymerizable groups and chiral diepoxy dopants. The photomonomer, photoinitiator, and cold cure polyimide are mixed with the reactive epoxy-based monomer. This mixture is spin-coated on a substrate and irradiated as described above. Illumination of polarized UV light causes simultaneous phase separation and photoalignment.

【0042】 前述の1工程の方法は、別個の明確なアライメント層がなければ均質に整列さ
れた液晶装置を形成するのに最も有効で、効率的であると信じられている。光放
射、熱及び/又は溶剤蒸発を利用する方法のような前述の他の方法は、ほぼ同じ
結果を得るために前述の教示に基づいて実行されてもよい。
It is believed that the one-step method described above is most effective and efficient in forming a uniformly aligned liquid crystal device without a separate well-defined alignment layer. Other methods described above, such as methods utilizing light radiation, heat and / or solvent evaporation, may be implemented based on the above teachings to achieve approximately the same results.

【0043】 1工程の方法の他の例では、シンナメートあるいはクマリンのような機能サイ
ドグループを含む光架橋結合が調整され、基板上にスピン塗布される。液晶ジア
クリレート、ジビニルエーテル、ジエポキシー、液晶ジアセチレン、あるいは2
以上の官能団を有する他のモノマー及びフォトイニシエータの反応性液晶モノマ
ーは、次にポリイミド膜の上部にスピン塗布される。その後の偏光された紫外線
照射は、同時フォトアライメント及び光重合を生じる。ポリイミドが硬化される
前に反応性液晶モノマーをポリイミド上にスピン塗布することは、この表面をわ
ずかに非均一にしてもよいが、液晶材料のアライメントを妨害しない。
In another example of the one-step method, photocrosslinking containing functional side groups such as cinnamate or coumarin is prepared and spin-coated on a substrate. Liquid crystal diacrylate, divinyl ether, diepoxy, liquid crystal diacetylene, or 2
The other monomers having the above functional groups and the reactive liquid crystal monomer of the photoinitiator are then spin-coated on top of the polyimide film. Subsequent polarized UV irradiation results in simultaneous photoalignment and photopolymerization. Spin-coating the reactive liquid crystal monomer onto the polyimide before the polyimide is cured may make this surface slightly non-uniform, but does not interfere with the alignment of the liquid crystal material.

【0044】 液晶の複数のアライメントが必要とされる例では、複数工程が使用されてもよ
い。「複数工程の方法」は、基板が被覆され、1工程の方法ではアライメント層
及び/又は液晶材料の層/微細構造を生じるものとして処理され、その後、他の
層は、前述に用いられた層の上にスピン塗布され、可視放射あるいは紫外線放射
、熱処理と組合せの放射、あるいは溶剤蒸発と組合せの放射のような前述の1つ
あるいはそれ以上の処理によってさらに処理される方法を示す。複数工程の方法
は、一連の少なくとも2つの材料配置工程を含み、それにおいて各工程中少なく
とも1つの種類の材料が用いられる。より詳細には、本発明の複数工程の方法を
利用することによって、独特に整列された液晶材料界面の異なる層あるいは微細
構造を得ることができる。さらに、図4で明らかなように、適切な開口を有する
マスク70は、偏光子と基板との間に置かれ、様々な工程で再位置決めされ、整
列され、電気的に制御可能な微細構造72の形成を助ける。
In instances where multiple alignments of liquid crystals are required, multiple steps may be used. The "multi-step method" is where the substrate is coated and treated in the one-step method to produce an alignment layer and / or a layer / microstructure of liquid crystal material, after which the other layers are treated as previously described layers. Spin coated onto and further processed by one or more of the foregoing processes such as visible or UV radiation, heat treatment and combined radiation, or solvent evaporation and combined radiation. The multi-step method comprises a series of at least two material placement steps, in which at least one type of material is used during each step. More specifically, by utilizing the multi-step method of the present invention, uniquely aligned layers or microstructures of different liquid crystal material interfaces can be obtained. Further, as is apparent in FIG. 4, a mask 70 with appropriate apertures is placed between the polarizer and the substrate, repositioned, aligned, and electrically controllable microstructures 72 in various steps. Help the formation of.

【0045】 通常、本発明の複数工程の方法を使用して得ることができる形状の例は図3に
示されている。電極層18は基板12に隣接して配置されてもよく、1工程の方
法に記載されるように液晶材料を有する様々な層のアライメント誘起ポリマーが
その上に配置されることが分かる。
An example of a shape that can typically be obtained using the multi-step method of the present invention is shown in FIG. It will be appreciated that the electrode layer 18 may be disposed adjacent to the substrate 12 with the various layers of alignment-inducing polymer having a liquid crystal material disposed thereon as described in the one-step method.

【0046】 ポリイミドドープポリマー層であってもよいしあるいは基板あるいは等しい膜
を形成してもよい異なる材料の層あるいは微細構造に隣接する液晶材料の界面に
異なる液晶配向ベクトル配向を行うことが望ましい複数工程の方法が使用されて
もよい。あるいは、複数工程の方法は、アライメント層を形成する材料が基板上
に最初に配置され、液晶材料、プレポリマー及び整列剤を含む他の材料がそれの
上に配置されている異方性膜を形成するように使用されてもよい。この材料は、
次に異方性膜を形成するように相分離され、光整列される。最低で、複数工程の
方法の最終結果は、基板12に隣接する少なくともアライメント界面層63及び
界面層63に隣接する液晶層66を提供する。さらに、液晶層66に隣接する第
2のアライメント界面層68も形成されてもよい。複数工程の方法は、第1のア
ライメント界面層63の配向とは異なる配向を液晶層66に与えるように第2の
アライメント界面層を可能にする。複数工程の方法がツイストネマティック装置
、超ツイストネマティック装置、光学的あるいは電気的に制御可能な複屈折装置
あるいは液晶材料の配向変化を必要とする任意の装置の構成に非常に有用である
と考えられる。層63、66及び68を構成する材料は、望まれる最終結果に応
じて配置され、形成されてもよい。複数工程の方法が他の方法で形成できない異
方性膜を形成するために使用されてもよいことも分かる。この方法は、膜がスピ
ン塗布材料なしに2回形成できることでも有利である。通常、前駆体装置は、異
なる偏光された紫外線光波長の利用、異なる偏光された可視光波長の利用、偏光
された紫外線及び可視光、同時可視光放射及び熱、同時紫外線光放射及び溶剤蒸
発、及び紫外線光放射の利用からなるグループから選択された処理にさらされる
。複数工程の方法及びその結果生じる装置の様々な例は次に検討される。
It may be a polyimide-doped polymer layer or may form a substrate or an equivalent film. It is desirable to provide different liquid crystal orientation vector alignments at the interfaces of liquid crystal materials adjacent to different material layers or microstructures. A method of process may be used. Alternatively, the multi-step method involves an anisotropic film in which the material forming the alignment layer is first deposited on the substrate, and other materials including liquid crystal material, prepolymer and aligning agent are deposited thereon. It may be used to form. This material is
It is then phase separated and photoaligned to form an anisotropic film. At a minimum, the end result of the multi-step method is to provide at least an alignment interface layer 63 adjacent the substrate 12 and a liquid crystal layer 66 adjacent the interface layer 63. Further, a second alignment interface layer 68 adjacent to the liquid crystal layer 66 may also be formed. The multi-step method allows the second alignment interface layer to provide the liquid crystal layer 66 with an orientation different from that of the first alignment interface layer 63. It is believed that the multi-step method will be very useful in constructing twisted nematic devices, ultra-twisted nematic devices, optically or electrically controllable birefringent devices or any device that requires a change in orientation of liquid crystal materials. . The materials making up layers 63, 66 and 68 may be arranged and formed depending on the desired end result. It will also be appreciated that a multi-step method may be used to form anisotropic films that cannot otherwise be formed. This method is also advantageous in that the film can be formed twice without spin coating material. Typically, the precursor device utilizes different polarized UV light wavelengths, different polarized visible light wavelengths, polarized UV and visible light, simultaneous visible light emission and heat, simultaneous ultraviolet light emission and solvent evaporation, And subjecting it to a treatment selected from the group consisting of utilizing ultraviolet light radiation. Various examples of multi-step methods and resulting devices are discussed next.

【0047】 複数工程の方法の一例では、アゾベンゼン液晶ポリマー(LCP)は、基板上
にスピン塗布される。液晶ジアクリレート、ジビニルエーテル、ジエポキシー、
液晶ジアセチレン、あるいは2以上の官能団を有する他のモノマー及び適当なフ
ォトイニシエータのような反応性モノマーは、アゾベンゼンLCP膜の上部に被
覆される。偏光された紫外線照射のその後の利用は、同時フォトアライメント及
び光重合及び層63及び66の形成を生じる。第2のスピン塗布は、第1の膜の
表面をわずかに非均一にしてもよいが、アライメントに対する問題を生じない。
In one example of a multi-step method, an azobenzene liquid crystal polymer (LCP) is spin coated on a substrate. Liquid crystal diacrylate, divinyl ether, diepoxy,
Reactive monomers such as liquid crystal diacetylene or other monomers having two or more functional groups and a suitable photoinitiator are coated on top of the azobenzene LCP film. Subsequent use of polarized UV radiation results in simultaneous photoalignment and photopolymerization and formation of layers 63 and 66. The second spin coating may make the surface of the first film slightly non-uniform, but does not pose a problem for alignment.

【0048】 複数工程の方法の他の例では、発色団材料を含む、NOA65及びポリイミド
のようなフォトモノマーは、混合され、基板上に被覆される。被覆された基板は
、直線的に偏光された紫外線光で照射され、ポリマー表面の周期的起伏を生じ、
層63を形成する。反応性液晶モノマーは、ポリマー表面上にスピン塗布され、
紫外線光による照射によって重合される。この結果は異方性膜である。
In another example of a multi-step method, a photomonomer such as NOA65 and a chromophore material, including a chromophore material, is mixed and coated onto a substrate. The coated substrate is irradiated with linearly polarized UV light, causing periodic undulations of the polymer surface,
Form the layer 63. The reactive liquid crystal monomer is spin coated onto the polymer surface,
Polymerized by irradiation with ultraviolet light. The result is an anisotropic film.

【0049】 複数工程の方法の他の例では、ビニルエーテルと、フォトイニシエータと、発
色団成分を有するポリイミドとを含む第1の混合物は、基板上にスピン塗布され
、例えば、約320ナノメートルよりも小さいかあるいは等しい波長を有する直
線的に偏光された紫外光によって照射される。アクリレートと、フォトイニシエ
ータと、発色団を有するポリイミドとを含む第2の混合物は、第1の層上にスピ
ン塗布され、例えば、約350ナノメートルよりも大きいかあるいは等しい波長
を有する直線的に偏光された紫外光によって照射される。所望の液晶材料は、第
1あるいは第2の混合物の中に組み込まれてもよいことが分かる。さらに、線形
偏光子36の配向は、所望の第2の配向を得るように第1の材料の第1の露光後
に必要に応じて変えられる。さらに、選択された光の波長は、選択された発色団
/光整列材料によって決まる。どの混合物が液晶材料を含むかに応じて、光源3
2の位置はそれに応じて調整されてもよい。この結果は、多層異方性膜であり、
ここで各層は、光学補償及び異なる基板表面の配向の変化を必要とするディスプ
レイ装置に有用である、個別に、独特に配向される。混合物が用い、逆の順序で
処理できることは当業者によって分かる。換言すると、この層は、連続して用い
られ、紫外線光の印加にさらされてもよい。あるいは、1つの層は、配置され、
紫外線光にさらしてもよく、次に第2の層は配置され、紫外線光にさらしてもよ
い。
In another example of a multi-step method, a first mixture comprising vinyl ether, a photoinitiator, and a polyimide having a chromophore component is spin coated onto the substrate, eg, less than about 320 nanometers. It is illuminated by linearly polarized UV light of small or equal wavelength. A second mixture including an acrylate, a photoinitiator, and a chromophore-bearing polyimide is spin-coated on the first layer, for example, linearly polarized light having a wavelength greater than or equal to about 350 nanometers. It is irradiated with the emitted ultraviolet light. It will be appreciated that the desired liquid crystal material may be incorporated into the first or second mixture. Moreover, the orientation of the linear polarizer 36 is optionally changed after the first exposure of the first material to obtain the desired second orientation. Further, the wavelength of light selected will depend on the chromophore / photoalignment material selected. Depending on which mixture contains the liquid crystal material, the light source 3
The position of 2 may be adjusted accordingly. The result is a multilayer anisotropic film,
Here, each layer is individually and uniquely oriented, which is useful for display devices that require optical compensation and different substrate surface orientation changes. It will be appreciated by those skilled in the art that the mixture can be used and processed in the reverse order. In other words, this layer may be used continuously and exposed to the application of UV light. Alternatively, one layer is arranged,
It may be exposed to UV light and then the second layer may be disposed and exposed to UV light.

【0050】 同様に、適切な成分の組合せを選択することによって、本発明の複数工程の方
法は、被覆基板を製造するために利用でき、それにおいて、1つの層は、ビニル
エーテル、フォトイニシエータ、及び発色団を有するポリイミドを含み、前述の
ような紫外線放射線で処理され、第2の層は、アクリレート及び発色団を有する
ポリイミドを含み、可視放射線で処理される。材料が可視光に敏感であるように
材料を重合し、整列させるために、十分な量の少なくとも約1%のマレインイミ
ドは混合物に含まれる。結果として、混合物は、例えば、410ナノメートルよ
りも大きいかあるいは等しい波長を有する可視光にさらされる。前述のように、
液晶材料は、第1あるいは第2の混合物のいずれかにあってもよい。もちろん、
偏光方向は、液晶材料の配向を必要に応じて変更するように変えられてもよい。
このような複数工程の方法は、他の電気−光学的成分と同様に遅延膜の製造のた
めの使用法を有する。
Similarly, by selecting the appropriate combination of components, the multi-step method of the present invention can be utilized to manufacture a coated substrate, wherein one layer comprises vinyl ether, photoinitiator, and The second layer includes a polyimide having a chromophore and is treated with UV radiation as described above, and the second layer includes a polyimide having an acrylate and a chromophore and is treated with visible radiation. A sufficient amount of at least about 1% maleinimide is included in the mixture to polymerize and align the material such that the material is sensitive to visible light. As a result, the mixture is exposed to visible light having a wavelength of, for example, greater than or equal to 410 nanometers. As aforementioned,
The liquid crystal material may be in either the first or second mixture. of course,
The polarization direction may be changed to change the orientation of the liquid crystal material as needed.
Such a multi-step method has uses for the production of retardation films as well as other electro-optical components.

【0051】 本発明の複数工程の方法の他の実施例では、エポキシーモノマー及び硬化剤を
含む第1の層は、基板上に被覆され、重合を誘起するために熱処理される。紫外
線硬化可能モノマーと、フォトイニシエータと、フォトアライメントのためのポ
リイミドは、第1の層上に被覆され、直線的に偏光された紫外線放射線で照射さ
れる。この層は、所望ならば逆の順序で用いられてもよい。これがこの事例であ
る場合、発色団を有するポリイミドは熱形成層に含まれる。上記に示すように、
液晶材料は、第1あるいは第2の層のどちらかの混合物に含められてもよい。こ
のような装置は、光学遅延、光学補償及び調整可能遅延に対して異なる液晶配向
を行う。
In another embodiment of the multi-step method of the present invention, a first layer comprising an epoxy monomer and a curing agent is coated on a substrate and heat treated to induce polymerization. A UV curable monomer, a photoinitiator, and a polyimide for photoalignment are coated on the first layer and irradiated with linearly polarized UV radiation. The layers may be used in reverse order if desired. In this case, the polyimide with the chromophore is included in the thermoforming layer. As shown above,
The liquid crystal material may be included in the mixture in either the first or second layers. Such devices provide different liquid crystal alignments for optical delay, optical compensation and adjustable delay.

【0052】 さらにもう一つの実施例では、反応性液晶モノマーと、フォトイニシエータと
、ポリイミドとを含む第1の層は、基板上に被覆され、上記に教示されているよ
うに直線的に偏光された可視放射線で照射される。エポキシー樹脂と、硬化剤と
を含む第2の層は、第1の層上に加えられ、上記に教示されているように第2の
層の溶剤誘起相分離を生じるように加熱される。この層を加えることも所望の場
合、逆にされてもよい。
In yet another embodiment, a first layer comprising a reactive liquid crystal monomer, a photoinitiator and a polyimide is coated on a substrate and linearly polarized as taught above. Is irradiated with visible radiation. A second layer containing an epoxy resin and a curing agent is added over the first layer and heated to cause solvent-induced phase separation of the second layer as taught above. The addition of this layer may also be reversed if desired.

【0053】 同様に、熱誘起層分離は、本発明の複数工程の方法で利用できる。PMMAと
反応性液晶モノマーとを含む層は、紫外線あるいは可視光照射層が処理前後のい
ずれかに付着できる。紫外線光が使用される場合、PMMAあるいはポリイミド
のようなプレポリマーは、反応性モノマー、紫外線フォトイニシエータ及び液晶
材料とともに使用される。可視光が使用される場合、紫外線フォトイニシエータ
は可視光フォトイニシエータと取り換えられる。
Similarly, thermally induced layer separation can be utilized in the multi-step method of the present invention. In the layer containing PMMA and the reactive liquid crystal monomer, the ultraviolet or visible light irradiation layer can be attached before or after the treatment. When UV light is used, prepolymers such as PMMA or polyimide are used with reactive monomers, UV photoinitiators and liquid crystal materials. If visible light is used, the UV photoinitiator is replaced with a visible light photoinitiator.

【0054】 本発明の長所が多数であることは当業者によって分かる。先ず第一に、本発明
の光変調装置は、光学的及び電気的に制御可能な装置である。単一の紫外線露光
工程で別々に形成されたアライメント層なしに整列液晶装置を製造する開示され
た方法は、より簡単であり、より対費用効果がよく、現在のところアライメント
層を使用するいかなる液晶装置も製造するための既知の方法に取って代わる。ラ
ビング手順の除去は、装置に対してより少ない損傷を生じ、製造歩留まりを改善
する。先行技術で使用される高温ベーキング工程はプラスティック基板の使用を
可能にする。
Those skilled in the art will appreciate that the advantages of the present invention are numerous. First of all, the light modulator of the present invention is an optically and electrically controllable device. The disclosed method of manufacturing an aligned liquid crystal device without an alignment layer formed separately in a single UV exposure process is simpler, more cost effective, and any liquid crystal that currently uses an alignment layer. The device also replaces known methods for manufacturing. Removal of the rubbing procedure results in less damage to the device and improves manufacturing yield. The high temperature baking process used in the prior art allows the use of plastic substrates.

【0055】 本発明の方法は、非常に用途が広く、少しは名前を上げるネマティック材料、
強誘電体、反強誘電体、コレステリック液晶材料とともに使用されてもよい。本
発明の方法は、多層異方性膜を製造するために使用でき、ここで、各層は個別で
独特の配向を有する。照射の入射角を調整することによって、液晶層で分子プレ
ティルトを得ることができる。紫外線あるいは可視光の印加中マスクを利用する
パターン化微細構造は、光学的、電気的に切り替えることができるか、あるいは
機械的刺激に敏感である能動装置あるいは何かを製造するたるに使用できる。さ
らに、この開示によって教示された方法は、アライメントを必要とするいかなる
液晶も応用可能である。
The method of the present invention is very versatile, a little named nematic material,
It may be used with ferroelectrics, antiferroelectrics, cholesteric liquid crystal materials. The method of the present invention can be used to produce multilayer anisotropic films, where each layer has a unique and unique orientation. By adjusting the incident angle of irradiation, a molecular pretilt can be obtained in the liquid crystal layer. Patterned microstructures that utilize masks during the application of ultraviolet or visible light can be switched optically, electrically, or can be used to fabricate active devices or anything that is sensitive to mechanical stimuli. Further, the method taught by this disclosure is applicable to any liquid crystal that requires alignment.

【0056】 したがって、本発明の目的は、上記に示されたこの構造及び使用のためのその
方法によってかなえられることが分かる。特許法によれば、ベストモード及び好
ましい実施例だけが示されて詳細に説明されているが、本発明はこれにあるいは
これによって限定されないことを理解すべきである。したがって、本発明の実際
の範囲及び広がりを理解するために、上記のクレームを参照すべきである。
Therefore, it can be seen that the objects of the present invention are met by this structure and its method for use as set out above. While according to the patent statute, only the best mode and preferred embodiments have been shown and described in detail, it should be understood that the invention is not limited thereto or by this. Reference should therefore be made to the claims set forth above in order to understand the actual scope and breadth of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 重合及びアライメント前における本発明による光変調装置の前駆体の拡大部分
断面概略図である。
FIG. 1 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of a precursor of a light modulation device according to the present invention before polymerization and alignment.

【図2】 本発明による同時の1つの工程アライメント及び重合後における光変調装置の
拡大部分断面概略図である。
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of a light modulation device after simultaneous one-step alignment and polymerization according to the present invention.

【図3】 本発明による複数の工程方法の実行後における装置の拡大部分断面概略図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of an apparatus after performing a multi-step method according to the present invention.

【図4】 本発明による複数の工程方法の実行後における微細構造装置の拡大部分断面概
略図である。
FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of a microstructure device after performing a multi-step method according to the present invention.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedure for Amendment] Submission for translation of Article 34 Amendment of Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成13年10月26日(2001.10.26)[Submission date] October 26, 2001 (2001.10.26)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【発明の名称】 同時アライメント及び相分離による整列液晶セル/膜の製造Production of aligned liquid crystal cells / membranes by simultaneous alignment and phase separation

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 技術分野 本発明は、自己整列層を使用する複合有機材料で作られている光変調装置の技
術に属する。特には、本発明は、偏光された紫外線(UV)露光を使用するイン
シトゥフォトアライメントと、プレティルトがある、あるいはないポリマー層に
隣接して整列液晶膜を調整するひとつあるいは複数の工程の処理を使用する相分
離複合有機膜(PSCOF)を使用する異方性相分離と、の2つの処理を組合せ
る。特に、この方法は、各基板上の2つの予め製造されたアライメント層に対す
る要求もなしに整列された液晶セルの調整を可能にする。
[0001] Technical Field The present invention belongs to the technical of the optical modulator are made of a composite organic materials using self-aligned layer. In particular, the present invention involves in-situ photoalignment using polarized ultraviolet (UV) exposure and the process of one or more steps to align an aligned liquid crystal film adjacent to a polymer layer with or without pretilt. The two processes of the phase separation composite organic membrane used (PSCOF) and the anisotropic phase separation used are combined. In particular, this method allows the alignment of aligned liquid crystal cells without the requirement for two prefabricated alignment layers on each substrate.

【0002】 背景技術 PSCOF方法は、ポリマー及び液晶の隣接平行層を調整するために最近発明
され、ケント・ステート・ユニバーシティで使用された。この方法は、米国特許
第5,949,508号に開示され、ここに参照して組み込まれる。このPSC
OF方法は、ポリマー分散液晶膜の製造で使用される処理と同様な処理を含む。
ポリマー及び液晶は、所定の割合で混合され、明確な厚さを有する2つの基板間
あるいは1つの基板の上に置かれる。紫外線光のビームが片側から入射を行われ
る場合、相分離処理が開始される。重合化(及び相分離)の速度は、より高い強
度による紫外線放射源の近くでより速い。相分離が開始すると、有機あるいは液
晶材料は、重合化部から追い出され、紫外線放射源から離れた所に移動し始める
。結果として、ポリマーの均一膜は、セルの片側に得られ、液晶のほぼ均一の層
は、紫外線光源から離れた所のセルの反対側に形成される。ポリマーからの液晶
の分離は、液晶材料が紫外線源から離れた基板上で湿らすことにしている予め配
置されたアライメント層によって促進できる。それ自体、整列液晶膜が形成され
てもよい。
[0002] PSCOF method has recently been invented in order to adjust the adjacent parallel layers of polymer and liquid crystal, it was used in Kent State University. This method is disclosed in US Pat. No. 5,949,508, which is incorporated herein by reference. This PSC
OF methods include processes similar to those used in the manufacture of polymer dispersed liquid crystal films.
The polymer and the liquid crystal are mixed in a predetermined ratio and placed between or on one substrate with a well-defined thickness. When the beam of ultraviolet light is incident from one side, the phase separation process is started. The rate of polymerization (and phase separation) is faster near the UV radiation source due to the higher intensity. When the phase separation starts, the organic or liquid crystal material is driven out of the polymerized part and starts to move away from the UV radiation source. As a result, a uniform film of polymer is obtained on one side of the cell and a substantially uniform layer of liquid crystal is formed on the opposite side of the cell away from the UV light source. Separation of the liquid crystal from the polymer can be facilitated by a pre-positioned alignment layer that the liquid crystal material is to wet on the substrate away from the UV source. As such, an aligned liquid crystal film may be formed.

【0003】 アライメント層は、一般的には、表面特性を変えるように機械的ラビングある
いは紫外線露光のような処理を従来後で受ける長い鎖の重合材料で作られている
。液晶装置の基板上にアライメント層を形成するためのいくつかの通常認められ
た技術がある。普通用いられる方法は、有機/ポリマー膜のラビングあるいはフ
ォトアライメント、及び無機材料の蒸発である。各方法は液晶材料を整列させる
ことができるが、各方法は特異の欠点を有する。
Alignment layers are typically made of long chain polymeric materials that are subsequently subjected to treatments such as mechanical rubbing or UV exposure to alter surface properties. There are several commonly accepted techniques for forming alignment layers on the substrates of liquid crystal devices. Commonly used methods are rubbing or photoalignment of organic / polymer films and evaporation of inorganic materials. Although each method can align the liquid crystal material, each method has unique drawbacks.

【0004】 アライメント層を形成する最も商業的に使用されている方法は、ラビング方法
である。この方法では、例えば、ポリアミド酸は、基板上にスピン塗布されるか
あるいは他の方法で付着される。ポリアミド酸は、2つの熱処理、ソフトベーク
及びハードベークを受け、ポリイミド(PI)膜を形成する。適切な冷却期間後
、PI膜は、均一な単一の方向にベルベットのような布によってラビングされる
。液晶が後でラビングされた表面と接触する場合、液晶はラビング方向に沿って
整列する。あいにく、この方法は、その両方が液晶ディスプレイ、特に薄膜トラ
ンジスタを使用する液晶ディスプレイに悪影響を及ぼす、機械的損傷を生じ、静
電電荷を生成する。ラビング方法は、液晶材料を汚染するかもしれない布及びP
Iからの塵も発生する。
The most commercially used method of forming alignment layers is the rubbing method. In this method, for example, polyamic acid is spin-coated or otherwise deposited on a substrate. Polyamic acid undergoes two heat treatments, a soft bake and a hard bake, to form a polyimide (PI) film. After a suitable cooling period, the PI membrane is rubbed with a velvet-like cloth in a uniform, single direction. When the liquid crystal later contacts the rubbed surface, the liquid crystal aligns along the rubbing direction. Unfortunately, this method produces mechanical damage and electrostatic charge, both of which adversely affect liquid crystal displays, especially those using thin film transistors. The rubbing method uses cloth and P that may contaminate the liquid crystal material.
Dust from I is also generated.

【0005】 アライメント層を形成する他の方法は、前述のようにPI膜を基板上に形成す
ることを含む。直線的に偏光された紫外線は、この表面上に投射され、所望の分
子アライメントを生成する。紫外線放射線は、イミドの光電性結合を含むPIの
光電性結合を異方性的に光解離する。これは、選択的にPI分子の分極率を減少
させ、表面特性及び形態を変える。あいにく、この方法は、液晶の弱いアンカリ
ング及び好ましくない熱的及び化学的安定性を有するアライメント層を生じる。
さらに、この方法は高価な複数工程処理を必要とする。この方法のさらにもう一
つの欠点は、この方法が限られた電荷保持比及びラビング技術と比較される場合
わり少ない熱安定性をもたらすだけであるということである。
Another method of forming the alignment layer involves forming a PI film on the substrate as described above. The linearly polarized UV light is projected onto this surface to produce the desired molecular alignment. The ultraviolet radiation anisotropically photodissociates the photoelectric bond of PI including the photosensitive bond of imide. This selectively reduces the polarizability of the PI molecule, altering its surface properties and morphology. Unfortunately, this method results in an alignment layer with weak anchoring of the liquid crystal and unfavorable thermal and chemical stability.
Moreover, this method requires expensive multi-step processing. Yet another drawback of this method is that it provides only limited charge retention and relatively low thermal stability when compared to rubbing techniques.

【0006】 感光性ポリマーを使用することによってアライメント層を調整する同様な方法
も既知である。例えば、ポリ(ビニル)4−メトキシ−シンナマート(PVMC
)膜、ポリ(ビニル)シンナマート(PVC)膜及びポリシロキサンシンナマー
ト膜のような感光性ポリマーは、液晶材料を整列させるために使用し得る。直線
的に偏光された紫外光(LPUV)に露光される場合、これらの材料は、溶剤の
蒸発後光反応を開始する。この方法は、架橋結合(結合)及び線形偏光の方向に
よって決定された方向の単軸方向の側鎖の結果として生じる配向を生じる。しか
しながら、この方法は、分子の配向を化学的に固定しなくて、アライメントは、
偏光されない紫外光を通常生じるためために露光の際に消失される。さらに、材
料の化学成分は時のたつにつれて消失される。したがって、このように生成され
たアライメント層は、液晶材料の一定の安定配向を行わない。
Similar methods of adjusting the alignment layer by using photopolymers are also known. For example, poly (vinyl) 4-methoxy-cinnamate (PVMC
Photosensitive polymers such as films, poly (vinyl) cinnamate (PVC) films and polysiloxane cinnamate films can be used to align liquid crystal materials. When exposed to linearly polarized ultraviolet light (LPUV), these materials initiate a photoreaction after evaporation of the solvent. This method results in cross-linking and the resulting orientation of uniaxial side chains in the direction determined by the direction of linearly polarized light. However, this method does not chemically fix the molecular orientation, and the alignment is
It is lost during exposure because it usually produces unpolarized UV light. Furthermore, the chemical constituents of the material disappear over time. Therefore, the alignment layer thus produced does not provide a certain stable orientation of the liquid crystal material.

【0007】 アライメント層を基板上に形成するさらにもう一つの方法は、様々な入射角の
基板の表面上への無機材料の蒸着である。これは、液晶の配向ベクトルを物理的
に配向するアライメント層を形成する。使用された無機材料は、シリコン酸化膜
及びマグネシウム酸化膜を含む。この付着方法は、製造過程で使用するのがわず
らわしく、困難であることが分かっている。
Yet another method of forming an alignment layer on a substrate is vapor deposition of an inorganic material on the surface of the substrate at various angles of incidence. This forms an alignment layer that physically aligns the alignment vector of the liquid crystal. The inorganic materials used include silicon oxide and magnesium oxide. This attachment method has proven to be cumbersome and difficult to use in the manufacturing process.

【0008】 ケント・ステート・ユニバーシティによって開発されたアライメント層を形成
する他の方法はインシトゥ紫外線露出方法である。この方法は、米国特許第5,
936,691号に開示され、ここに参照して組み込まれる。インシトゥ方法は
、偏光された紫外光にPI膜を露光する従来の方法と同様である。しかしながら
、インシトゥ方法は、ポリイミド膜(PI)を紫外線放射線に露光するが、この
膜はソフトベークされ、ハードベークされる。結果として生じるアライメント層
は、より高いアンカリングエネルギーを有し、従来の紫外線露光技術に比べて熱
的により安定している。例えば、従来の方法で調整されたセルは、12時間10
0℃に保持される場合にアライメントをなくするのに対して、インシトゥ方法に
よって調整されたセルは、12時間300℃で劣化の兆候を全然示していない。
アライメント層を形成するインシトゥ方法は、当該技術分野で既知の他の方法の
欠点の多くを避けるが、より少ない工程及びより簡単な処理工程を必要とする。
Another method of forming the alignment layer developed by Kent State University is the in situ UV exposure method. This method is described in US Pat.
No. 936,691 and incorporated herein by reference. The in-situ method is similar to the conventional method of exposing a PI film to polarized UV light. However, the in situ method exposes a polyimide film (PI) to ultraviolet radiation, but the film is soft baked and hard baked. The resulting alignment layer has higher anchoring energy and is more thermally stable than conventional UV exposure techniques. For example, a cell conditioned by the conventional method is
Whereas the cells prepared by the in situ method show no signs of degradation at 300 ° C. for 12 hours, whereas alignment is lost when kept at 0 ° C.
The in-situ method of forming the alignment layer avoids many of the drawbacks of other methods known in the art, but requires fewer steps and simpler processing steps.

【0009】 インシトゥ方法は有効的であると示されているが、アライメント膜はなお適切
に配置され、処理されねばならないことをなお必要とする。さらに、前述の全ア
ライメント方法の場合、製造装置間で基板を移送する際に注意が全然払われてい
ない場合、このアライメントは損傷され得る。現在のところ既知のアライメント
層はそれに隣接する液晶材料に直接に影響を及ぼすだけであることも理論化され
る。
Although the in situ method has been shown to be effective, the alignment film still requires that it be properly placed and processed. Moreover, in the case of the full alignment method described above, this alignment can be damaged if no care is taken when transferring substrates between manufacturing equipment. It is also theorized that currently known alignment layers only directly affect the liquid crystal material adjacent to it.

【0010】 ポリマー分散型液晶(PDLC)素子が、光二量化可能構造及び低分子量液晶
を有する重合可能化合物を含む重合可能組成にレーザ干渉光を印加することによ
って製造されてもよいことが米国特許第6,083,575号にも開示された。
レーザ干渉光は、ポリマー相分離を生じる。偏光は、次に低分子液晶を配向する
ために印加される。この特許に示されているように、ポリマー分散型液晶は、液
晶が3次元構造のポリマーのすき間に分散される表示素子である。しかしながら
、米国特許第6,083,575号は、光電性ポリマーの使用を教示しているが
、この特許の教示は、ポリマー分散型液晶セルに限定される。しかしながら、い
ろいろな制限は、例えば相分離複合有機膜を使用するセルに比べて、PDLCセ
ルに固有である。PDLCセルは、より高い電圧要求、より遅いスイッチング速
度及び非常に低い多重化性を有する。相分離複合有機膜は、特にバルク形の液晶
ディスプレイのより明確な幾何学的形状の形成及び使用も可能にする。本出願あ
るいはアライメント膜を形成するための光電性ポリマーの使用にあるような相分
離組成有機膜のようなポリマー分散型液晶以外の型式の液晶素子の構造に関する
教示あるいは示唆は全然行われない。
Polymer-dispersed liquid crystal (PDLC) devices may be manufactured by applying laser interference light to a polymerizable composition that includes a polymerizable compound having a photodimerizable structure and a low molecular weight liquid crystal. No. 6,083,575.
Laser interference light causes polymer phase separation. Polarized light is then applied to align the small molecule liquid crystals. As shown in this patent, a polymer-dispersed liquid crystal is a display device in which a liquid crystal is dispersed in a polymer gap having a three-dimensional structure. However, while US Pat. No. 6,083,575 teaches the use of photosensitive polymers, the teachings of this patent are limited to polymer dispersed liquid crystal cells. However, various limitations are inherent in PDLC cells, as compared to cells using, for example, phase-separated composite organic membranes. PDLC cells have higher voltage requirements, slower switching speeds and very low multiplexing. Phase-separated composite organic films also enable the formation and use of more defined geometries, especially for bulk type liquid crystal displays. No teaching or suggestion is made regarding the structure of liquid crystal elements of any type other than polymer dispersed liquid crystals, such as phase-separated composition organic films such as in this application or the use of photosensitive polymers to form alignment films.

【0011】 前述に照らして、本技術では、相分離複合有機膜を含む光変調技術、及び組成
中均質に整列された膜のような製造方法を必要とし、したがって別個の明瞭なア
ライメント層の調整及び処理を不要とすることは明らかである。
In light of the foregoing, the present technology requires light modulation techniques that include phase-separated composite organic films, and fabrication methods such as films that are homogeneously aligned in composition, and thus the preparation of distinct and well-defined alignment layers. And it is clear that no treatment is required.

【0012】 発明の開示 前述に照らして、本発明の第1の態様は、相分離された複合有機膜あるいは微
細構造を含む光変調装置及びこのような装置を製造する方法を提供することにあ
り、ここで、この装置は、2つの別個のアライメント層に対する要求なしに液晶
材料を均質に整列させる。
[0012] In light of the disclosure above of the invention, a first aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical modulation apparatus and such apparatus comprises a phase separated composite organic film or microstructure , Where the device uniformly aligns the liquid crystal material without the requirement for two separate alignment layers.

【0013】 本発明の他の態様は、同時の相分離及びフォトアライメントの1工程あるいは
複数工程の方法を使用することによって作られた自己整列相分離された複合有機
膜を提供することにある。
Another aspect of the present invention is to provide a self-aligned phase-separated composite organic film made by using a one-step or multi-step method of simultaneous phase separation and photoalignment.

【0014】 本発明のさらにもう一つの態様は、同時のフォトアライメント及び光重合の方
法によって作られる異方性膜あるいは微細構造を提供することにある。
Yet another aspect of the present invention is to provide an anisotropic film or microstructure made by the method of simultaneous photoalignment and photopolymerization.

【0015】 本発明のさらにもう一つの態様は、同時のフォトアライメント及び溶剤誘起相
分離の方法によって作られる異方性膜あるいは溶剤誘起相分離の方法によって異
方性膜あるいは微細構造を提供することにあり、ここで、液晶アライメントは、
微細構造の全内部ポリマー界面(壁)で得られる。
Yet another aspect of the present invention is to provide an anisotropic film or a microstructure by a method of simultaneous photoalignment and solvent induced phase separation or a method of solvent induced phase separation. Where the liquid crystal alignment is
Obtained at all internal polymer interfaces (walls) of the microstructure.

【0016】 本発明の他の態様は、同時フォトアライメント及び熱誘起重合の方法によって
作られた膜あるいは微細構造を提供することにある。
Another aspect of the invention is to provide a film or microstructure made by the method of simultaneous photoalignment and thermally induced polymerization.

【0017】 本発明のさらにもう一つの態様は、複数の工程を使用して調整された2つある
いはそれ以上の層を含む異方性膜あるいは微細構造を提供することにあり、ここ
で、液晶材料層は、膜の各表面で別個に整列され、異なる配向を有してもよい。
Yet another aspect of the present invention is to provide an anisotropic film or microstructure comprising two or more layers prepared using multiple steps, wherein a liquid crystal The material layers are separately aligned on each surface of the membrane and may have different orientations.

【0018】 本発明の他の態様は、光架橋結合できるポリイミドを基板上にスピン塗布する
工程と、反応性液晶モノマーをポリイミド上にスピン塗布する工程と、偏光を用
い、同時にポリアミド酸を架橋結合し、反応性モノマーを光整列し、重合する工
程とを含む異方性膜を製造する方法によって得られる。紫外光は、ポリイミド/
液晶界面に適切な形態を生じ、この形態は今度は液晶材料を配向する。
According to another aspect of the present invention, a step of spin-coating a polyimide capable of photocrosslinking onto a substrate, a step of spin-coating a reactive liquid crystal monomer onto the polyimide, and using polarized light, simultaneously crosslinking-linking a polyamic acid. And optically aligning the reactive monomer and polymerizing the reactive monomer. UV light is polyimide /
A suitable morphology is created at the liquid crystal interface, which in turn aligns the liquid crystal material.

【0019】 さらに、本発明の他の態様は、液晶ポリマー(LCP)を基板上にスピン塗布
する工程と、反応性モノマーをLCP上にスピン塗布する工程と、偏光を印加し
、同時にLCPを光整列させ、反応性モノマーを光整列させ、重合する工程とを
含む異方性膜を製造する方法によって得られる。
Further, according to another aspect of the present invention, a step of spin-coating a liquid crystal polymer (LCP) on a substrate, a step of spin-coating a reactive monomer on the LCP, applying polarized light, and at the same time exposing the LCP to light. Aligning, photo-aligning the reactive monomers, and polymerizing, to obtain an anisotropic film.

【0020】 本発明のさらにもう一つの態様は、液晶、ポリマー及び溶剤の混合物を調整す
る工程と、偏光を印加し、同時に液晶材料を光整列させ、相分離する工程とを含
む異方性膜を製造する方法によって得られる。
Yet another aspect of the present invention is an anisotropic film including the steps of preparing a mixture of liquid crystal, polymer and solvent, and applying polarized light, and at the same time photoaligning the liquid crystal material and phase separation. It is obtained by the method of manufacturing.

【0021】 本発明のさらにもう一つの態様は、液晶材料及び熱重合モノマーの混合物を調
整する工程と、この混合物を基板上に配置する工程と、この混合物を熱処理にさ
らし、モノマーを重合し、偏光を受け、液晶材料を光整列する工程とを含む異方
性膜を製造する方法によって得られる。
Yet another aspect of the present invention is to prepare a mixture of liquid crystal material and a thermopolymerizable monomer, place the mixture on a substrate, subject the mixture to heat treatment to polymerize the monomer, The method of manufacturing an anisotropic film, the method comprising receiving polarized light and optically aligning a liquid crystal material.

【0022】 本発明の他の態様は、2つあるいはそれ以上の層あるいは微細構造で構成する
異方性膜及び/又は微細構造を製造する方法によって得られ、この方法は、2つ
あるいはそれ以上の上記の方法を逐次実行する工程を含み、それによって整列材
料の複数の層を調整し、ここで液晶は各界面/表面で個別に独自に整列される。
Another aspect of the present invention is obtained by a method of producing an anisotropic film and / or microstructure composed of two or more layers or microstructures, which method comprises two or more layers. Of the above method in sequence to prepare multiple layers of alignment material, where the liquid crystals are individually aligned individually at each interface / surface.

【0023】 詳細な説明が進行するにつれて明らかになる本発明の前述の目的及び他の目的
は、液晶、プレポリマー及び偏光に敏感な材料の混合物を調整し、この混合物を
基板に配置し、光源からの偏光を印加し、ポリマー及び偏光に敏感な材料の層に
隣接する均質に整列された液晶材料の層を基板上に形成するように同時混合物の
相分離及び相分離された液晶のアライメントを誘起することとを含む、アライメ
ントを有する相分離誘起膜を同時に製造する方法によって得られる。
The foregoing and other objects of the invention will become apparent as the detailed description proceeds, and a mixture of liquid crystals, prepolymers and polarization sensitive materials is prepared, the mixture is placed on a substrate, and a light source is provided. Phase separation of the co-mixture and alignment of the phase separated liquid crystals to form a layer of homogeneously aligned liquid crystal material on the substrate adjacent to the layer of polymer and polarization sensitive material. And a method of simultaneously producing a phase separation inducing film having alignment, which includes inducing.

【0024】 本発明の他の態様は、基板を提供し、少なくとも第1の偏光に敏感な化学薬品
及びプレポリマーを含む第1の混合物を提供し、少なくとも第2の偏光に敏感な
化学薬品及びプレポリマーを含む第2の混合物を提供し、第1あるいは第2の混
合物の中に液晶を混合し、第1の混合物を基板上に配置し、第2の混合物を第1
の混合物の上に配置し、少なくとも可視光偏光、紫外光偏光、熱誘導、化学誘導
、及び溶剤誘導からなるグループからの第1の混合物の処理を開始し、少なくと
も可視光偏光、紫外光偏光、熱誘導、化学誘導、及び溶剤誘導からなるグループ
からの第2の混合物の処理を開始することを含むアライメント特性を有する液晶
装置を製造する方法によって得られ、及びこの処理は、配向アライメントを液晶
に与える。
Another aspect of the invention provides a substrate, a first mixture comprising at least a first polarization sensitive chemical and a prepolymer, and at least a second polarization sensitive chemical. A second mixture including a prepolymer is provided, liquid crystals are mixed into the first or second mixture, the first mixture is disposed on a substrate, and the second mixture is mixed with the first mixture.
A mixture of at least visible light, ultraviolet light, heat-induced, chemically-induced, and solvent-induced first treatment of the mixture, and at least visible light, ultraviolet light, Obtained by a method of manufacturing a liquid crystal device having alignment properties, comprising initiating treatment of a second mixture from the group consisting of thermal induction, chemical induction, and solvent induction, and the treatment provides alignment alignment to liquid crystals. give.

【0025】 本発明のさらのもう一つの目的は、少なくとも1つの基板及び基板上に配置さ
れた混合物を含むアライメント特性を有するセルによって得られ、この混合物は
、少なくとも液晶材料と、プレポリマー材料と、偏光に敏感な材料とを含み、同
時重合及び偏光を用いることは混合物の相分離及びフォトアライメントを生じる
ので、アライメント特性を液晶材料に与えるポリマーの微細構造を形成する。
Yet another object of the present invention is obtained by a cell having alignment properties comprising at least one substrate and a mixture arranged on the substrate, the mixture comprising at least a liquid crystal material and a prepolymer material. , A polarization sensitive material, and the use of co-polymerization and polarization results in phase separation and photoalignment of the mixture, thus forming a polymer microstructure that imparts alignment properties to the liquid crystal material.

【0026】 本発明のこれらの目的及び他の目的、ならびに下記の説明から明らかになる既
存の先行技術より優れたその長所は、以下に説明され、クレームされた改良によ
って達成される。
These and other objects of the present invention, as well as its advantages over the existing prior art as will become apparent from the following description, are accomplished by the improvements described and claimed below.

【0027】 本発明の目的、技術及び構造の完全な理解のために、下記の詳細な説明及び添
付図面を参照すべきである。
For a full understanding of the objects, techniques and structures of the present invention, reference should be made to the following detailed description and accompanying drawings.

【0028】 発明を実施するための最良の形態 次に図1を参照すると、本発明により作られる光変調装置の前駆体が通常数字
10で示されていることが分かる。明らかになるように、光変調セル前駆体10
は、設けられてもよいが、別個の明確なアライメント層を含まない。本発明の光
変調装置は、アライメント層前駆体材料を基板上に付着するために別個のスピン
塗布工程を必要としない方法によって製造されてもよい。この方法は、アライメ
ント層をソフトベーキング及び/又はハードベーキングを必要としない。さらに
、この方法は、液晶材料に後で影響を及ぼす特性を与えるようにアライメント層
をラビングするかあるいは他の方法で物理的に接触させる必要がない。
Referring to the best mode now to Figure 1 for carrying out the invention, it is understood that the precursor of the light modulation device made in accordance with the present invention is generally designated by numeral 10. As will be apparent, the light modulation cell precursor 10
May be provided but does not include a separate well-defined alignment layer. The light modulator of the present invention may be manufactured by a method that does not require a separate spin coating step to deposit the alignment layer precursor material on the substrate. This method does not require soft and / or hard baking of the alignment layer. Furthermore, this method does not require rubbing or otherwise physically contacting the alignment layer to impart properties that later affect the liquid crystal material.

【0029】 図1に示された光変調装置前駆体は、一般に当業者に既知であるガラス、プラ
スティックあるいは他の材料であってもよい一対の対向する光学的に透明な基板
12を含む。有利なことには、この装置は、先行技術のアライメント層をイミド
化する必要がある温度に耐える必要がない。明らかになるように、今まで基板と
して適していない温度に敏感な材料は本発明で使用できる。換言すれば、プラス
ティックあるいはポリマーのシートのような可撓性基板材料は、ハードベーク及
びソフトベークアライメント層形成処理で通常使用される高温に耐える必要がな
い液晶装置のために今使用されてもよい。
The light modulator precursor shown in FIG. 1 comprises a pair of opposing optically transparent substrates 12, which may be glass, plastic or other materials generally known to those skilled in the art. Advantageously, the device does not have to withstand the temperatures at which the prior art alignment layers need to be imidized. As will be apparent, temperature sensitive materials not heretofore suitable as substrates can be used in the present invention. In other words, flexible substrate materials such as plastic or polymer sheets may now be used for liquid crystal devices that do not have to withstand the high temperatures normally used in hard bake and soft bake alignment layer forming processes. .

【0030】 偏光子14は、透過モードで動作するためのセルを提供するために透過光の光
学特性を修正する目的のために各基板12の外部表面上に配置されてもよい。電
極18は、基板12の各々の内部表面上に設けられてもよい。好ましい実施例で
は、各電極18は、インジウム−錫酸化膜材料である。一方、反射モードで動作
する装置を設けるために、ミラーあるいは光拡散器は、光源に対向する基板の外
側に付加されてもよい。
A polariser 14 may be disposed on the outer surface of each substrate 12 for the purpose of modifying the optical properties of the transmitted light to provide a cell for operating in transmissive mode. The electrodes 18 may be provided on the inner surface of each of the substrates 12. In the preferred embodiment, each electrode 18 is an indium-tin oxide film material. Alternatively, a mirror or light diffuser may be added to the outside of the substrate facing the light source to provide a device that operates in reflective mode.

【0031】 電源20は、スイッチ22を通して電極18に取り付けられる。このスイッチ
は、電源を接続し、2つの電極を短絡し、電極を切り離しために使用し、電極に
電荷を蓄積できる。電界あるいは電磁界あるいは他の外部の力の印加は、基板間
に配置される液晶あるいは有機材料の光学スイッチングを生じる。スイッチ22
の動作は適切に示された電子駆動装置によって駆動されてもよい。電子ドライバ
回路の使用によって、順に領域間の高コントラストの形成を可能にするマトリッ
クスセル装置の特定の領域がアドレスできる。図1に示されるように、電極間の
セルギャップ厚さは寸法26によって規定される。
The power supply 20 is attached to the electrode 18 through the switch 22. This switch can be used to connect the power supply, short the two electrodes, disconnect the electrodes, and store charge on the electrodes. The application of electric or electromagnetic fields or other external forces results in optical switching of liquid crystals or organic materials placed between the substrates. Switch 22
The operations of may be driven by an electronic drive, as appropriate. The use of electronic driver circuitry allows addressing specific areas of the matrix cell device which in turn enable the formation of high contrast between areas. As shown in FIG. 1, the cell gap thickness between the electrodes is defined by dimension 26.

【0032】 少なくとも下記の構成要素、有機あるいは液晶材料、プレポリマー及び低温硬
化可能ポリイミドのような整列剤を含む複合有機材料28は基板12間に獲得さ
れる。この材料28を得るために、液晶材料は、プレポリマー及びポリイミドと
溶液で結合され、毛細管動作によって基板12間に充填される。もちろん、他の
既知の充填方法が使用されてもよい。基板12のエッジは、既知の方法を使用し
て密封される。一方、材料28は単一基板上にスピン塗布されてもよい。
A composite organic material 28 comprising at least the following components, an organic or liquid crystal material, a prepolymer and an aligning agent such as a low temperature curable polyimide is deposited between the substrates 12. To obtain this material 28, the liquid crystal material is combined with the prepolymer and polyimide in solution and filled between the substrates 12 by capillary action. Of course, other known filling methods may be used. The edge of the substrate 12 is sealed using known methods. Alternatively, material 28 may be spin coated on a single substrate.

【0033】 次に図2を参照すると、本発明による1つの工程の同時相分離及びアライメン
ト方法によって製造される光変調セルが通常数字30によって示されることが分
かる。
Referring now to FIG. 2, it can be seen that the light modulator cell produced by the one-step simultaneous phase separation and alignment method according to the present invention is generally designated by the numeral 30.

【0034】 通常、「1工程の方法」は、少なくとも有機あるいは液晶材料、プレポリマー
、発色団のような偏光に敏感な整列剤を含む材料の層が例えばスピン塗布によっ
て基板上に配置される方法であり、それにおいて、被覆基板は、可視光放射線、
あるいは偏光された紫外光放射線、及び若干の種類の相分離から選択された処理
にさらされる。1工程の方法は、全成分が相分離された液晶材料成分を均質に整
列するように同じ処理を同時にさらすことに点でこのように特徴付けられる。
Usually, the “one-step method” is a method in which a layer of a material containing at least an organic or liquid crystal material, a prepolymer, a polarization-sensitive aligning agent such as a chromophore is deposited on a substrate, for example by spin coating. Where the coated substrate is visible light radiation,
Alternatively, it is subjected to a treatment selected from polarized ultraviolet radiation and some type of phase separation. The one-step method is thus characterized in that all components are subjected to the same treatment at the same time so as to uniformly align the phase separated liquid crystal material components.

【0035】 紫外線あるいは可視光のような光源32は、線形偏光子36の下に近接して配
置される。付勢される場合、直線的に偏光された光線38を基板12を通して、
セルギャップ26の中に向ける線形偏光子36に衝突する光線34を発生する。
光、あるいは示されている若干の他の処理は、主に整列剤と混合されるプレポリ
マーの重合を誘起する。重合が進行するにつれて、液晶材料とポリマー/整列と
の間で相分離が生じる。これは重合誘起相分離として既知である。特に、光透過
性固形ポリマー層40は、光源32に隣接する基板12の電極18上に形成され
る。液晶膜層42は、他の電極18に隣接する反対の基板12上に形成される。
相分離と同時に、直線的に偏光された光線38は、プレポリマー/ポリイミド層
の光電性結合を破り、ポリマーセグメントを直線的に偏光された光線の偏光の方
向に垂直な方向に沿ってポリマーセグメントを整列させる。さらに、この材料の
化学的特性に応じて、この光線38は、ポリマーセグメントを基板に平行あるい
は垂直に向けてもよいしあるいはポリマー材料を基板に平行な特定の方向に架橋
結合してもよい。これは、ポリマー層40と液晶層42との間の界面44での液
晶膜42のアライメントを容易にする。界面44で、液晶は、相分離中のアライ
メントの適合したアンカリング状態に影響を及ぼすようにみえる。最小量のポリ
イミド材料は対向する基板に付着し、界面44でアライメント配向に類似するこ
とも信じられている。所望される場合、別個で、特異なアライメント層は、界面
44に対する基板上に設けられてもよい。
A light source 32, such as ultraviolet light or visible light, is disposed below and in proximity to the linear polarizer 36. When energized, a linearly polarized light beam 38 is passed through the substrate 12,
It produces a ray 34 that impinges on a linear polarizer 36 that is directed into the cell gap 26.
Light, or some other treatment shown, predominantly induces polymerization of the prepolymer mixed with the aligning agent. As the polymerization proceeds, phase separation occurs between the liquid crystal material and the polymer / alignment. This is known as polymerization-induced phase separation. In particular, the light transmissive solid polymer layer 40 is formed on the electrode 18 of the substrate 12 adjacent the light source 32. The liquid crystal film layer 42 is formed on the opposite substrate 12 adjacent to the other electrode 18.
At the same time as the phase separation, the linearly polarized light beam 38 breaks the photopolymerizable bond of the prepolymer / polyimide layer, causing the polymer segment to move along the direction perpendicular to the direction of polarization of the linearly polarized light beam. Align. Further, depending on the chemistry of the material, the light beam 38 may direct the polymer segments parallel or perpendicular to the substrate or may crosslink the polymer material in a particular direction parallel to the substrate. This facilitates alignment of the liquid crystal film 42 at the interface 44 between the polymer layer 40 and the liquid crystal layer 42. At the interface 44, the liquid crystal appears to affect the aligned anchoring state of the alignment during phase separation. It is also believed that a minimal amount of polyimide material adheres to the opposing substrate and resembles the alignment orientation at interface 44. If desired, a separate and unique alignment layer may be provided on the substrate for interface 44.

【0036】 図2で分かるように、ポリマー層の厚さは、寸法52によって規定され、液晶
の厚さは寸法54によって示される。液晶膜の厚さ、アライメント状態及び液晶
材料のような液晶膜の物理的パラメータは、組成を調整し、適切なサイズの空間
の使用によって所望の目的のために選択できる。ネマティック液晶を使用する均
質に整列されたセルは、本発明の方法で形成された。さらに、このような構造の
強誘電体及び反強誘電体は、グレースケール及びなめらかな双安定性を有するこ
とが分かった。これらのセルは、非常に低い閾値電圧を持ち、ほとんど光を全然
散乱しなく(全然かすんでいない)、機械的、電気的に堅固である。いくつかの
液晶材料は、相分離された複合有機膜の修正された電気−光学(EO)の働きを
示す。光学的に制御可能な複屈折装置は、この方法を使用しても形成できる。こ
の方法は、均一の非常に薄い液晶膜の製造を可能にする。赤い光の波長に匹敵す
る厚さを有するいくつかの均一の膜は、本発明の方法で調整された。
As can be seen in FIG. 2, the thickness of the polymer layer is defined by the dimension 52 and the thickness of the liquid crystal is indicated by the dimension 54. The physical parameters of the liquid crystal film, such as the liquid crystal film thickness, alignment state and liquid crystal material, can be selected for the desired purpose by adjusting the composition and using an appropriately sized space. Homogeneously aligned cells using nematic liquid crystals were formed by the method of the present invention. Further, it has been found that the ferroelectric and antiferroelectric materials having such a structure have gray scale and smooth bistability. These cells have a very low threshold voltage, scatter almost no light (no haze at all), and are mechanically and electrically robust. Some liquid crystal materials exhibit the modified electro-optical (EO) behavior of phase separated composite organic films. Optically controllable birefringent devices can also be formed using this method. This method allows the production of uniform, very thin liquid crystal films. Several uniform films with thicknesses comparable to the wavelength of red light were prepared with the method of the invention.

【0037】 本発明の実施で、相分離は熱誘導技術、化学誘導技術、あるいは溶剤誘導技術
によって行うことができることは当業者によって分かる。これらの技術のいずれ
かは同時相分離及びフォトアライメントを実行するために照射とともに使用でき
る。理論によって拘束されたくないが、偏光された光線は、界面44及び46で
均一の方法で液晶材料を整列させる際に重要であると信じられている。
It will be appreciated by those skilled in the art that, in the practice of the present invention, phase separation can be accomplished by thermal induction techniques, chemical induction techniques, or solvent induction techniques. Any of these techniques can be used with irradiation to perform simultaneous phase separation and photoalignment. Without wishing to be bound by theory, it is believed that the polarized light rays are important in aligning the liquid crystal material in a uniform manner at interfaces 44 and 46.

【0038】 本発明の実施のための適当なプレポリマーは、紫外光の偏光の方向に敏感であ
る光重合可能モノマーであるので、紫外光にさらすことは、同時に及び方向上に
モノマーを重合し、巨視的にポリマーを整列させる。通常紫外光の偏光に敏感で
ないプレポリマーは、例えば発色団成分の添加によって修正される場合有用であ
り得る。したがって、適当なプレポリマーは、NOA−65(ノーランドプロダ
クト社から市販されている)、ビニルエーテル、アクリレート、エポキシー、ジ
アセチレン、ビニル等を含むが、これに限定されない。発色団の場合、アゾベン
ゼン、スチルベンゼン、シンナメート、カルコン、クマリン、ジマルエミエイミ
ド等のような材料を使用できる。有用なポリイミドは、低光吸収を有する側鎖を
有するホモポリイミドあるはコポリイミドであり、SE−1180,610(ニ
ッサンケミカル工業から市販されている)及びここに組み込まれる発色団を有す
る機能グループを含む。
Suitable prepolymers for the practice of the present invention are photopolymerizable monomers that are sensitive to the direction of polarization of ultraviolet light, so that exposure to ultraviolet light simultaneously and directionally polymerizes the monomers. Align the polymer macroscopically. Prepolymers that are not normally sensitive to the polarization of UV light may be useful when modified, for example by the addition of chromophore components. Thus, suitable prepolymers include, but are not limited to, NOA-65 (commercially available from Norland Products, Inc.), vinyl ethers, acrylates, epoxies, diacetylenes, vinyls and the like. In the case of a chromophore, materials such as azobenzene, stilbenzene, cinnamate, chalcone, coumarin, dimaleimidimide and the like can be used. Useful polyimides are homopolyimides or copolyimides having side chains with low light absorption, SE-1180,610 (commercially available from Nissan Chemical Industries) and a functional group having a chromophore incorporated therein. Including.

【0039】 液晶材料は、所望された種類の光変調装置に応じて選択できる。適当な液晶材
料は、ネマティック液晶材料、強誘電体、反強誘電体、コレステリック液晶材料
及び関連液晶材料を含むが、これに限定されない。
The liquid crystal material can be selected depending on the desired type of light modulator. Suitable liquid crystal materials include, but are not limited to, nematic liquid crystal materials, ferroelectrics, antiferroelectrics, cholesteric liquid crystal materials and related liquid crystal materials.

【0040】 上記に示されるように、本発明の方法を使用することによって、ポリマー及び
整列された液晶の平行膜をセル内部あるいは基板上のいずれかに調整することが
できる。次に図3を参照すると、本発明の1工程あるいは複数工程の方法のいず
れかを実行するために使用される装置が数字60によって通常示されることが分
かる。熱誘起重合が使用される場合、この装置は熱源62内に囲まれている。適
切である場合、光源32からの熱も使用されてもよい。
As indicated above, by using the method of the present invention, a parallel film of polymer and aligned liquid crystals can be prepared either inside the cell or on the substrate. Referring now to FIG. 3, it can be seen that the apparatus used to carry out either the one-step or multi-step method of the present invention is generally designated by the numeral 60. If heat-induced polymerization is used, the device is enclosed within heat source 62. Heat from the light source 32 may also be used if appropriate.

【0041】 上記に規定されるような1工程の方法の1つの実施例では、反応性液晶モノマ
ー、光モノマー及び低温硬化ポリイミドの混合物は異方性膜を調整するために調
合される。反応性液晶モノマーは、アクリレート重合可能グループを有するネマ
ティックジアクリレートモノマー及びカイラルなジアクリレートドーパントから
選択できる。NOA−65のようなフォトモノマー及びSE−1180のような
低温硬化ポリイミドは、反応性液晶モノマーと混合され、光電性材料を形成する
。この混合は基板上にスピン塗布される。図2に示されるように、紫外線光源3
2は、線形偏光子36を通過する光線34を放射する。直線的に偏光された光線
38は、基板12及び電極18を通過し、被覆混合物を照射する。界面44で同
時の偏光された紫外光誘起相分離及び反応性液晶モノマーが得られる。本発明の
1工程の方法は、別個のアライメント層がなければ界面46に液晶のアライメン
トを生じ、それによって付加的スピン塗布工程及びラビング工程に対する要求を
取り除く。
In one embodiment of the one-step method as defined above, a mixture of reactive liquid crystal monomer, photomonomer and low temperature cure polyimide is formulated to prepare an anisotropic film. The reactive liquid crystal monomer can be selected from nematic diacrylate monomers having acrylate polymerizable groups and chiral diacrylate dopants. A photomonomer such as NOA-65 and a low temperature cure polyimide such as SE-1180 are mixed with a reactive liquid crystal monomer to form a photosensitive material. This mixture is spin coated onto the substrate. As shown in FIG. 2, the ultraviolet light source 3
2 emits a ray 34 that passes through a linear polarizer 36. The linearly polarized light ray 38 passes through the substrate 12 and the electrode 18 and illuminates the coating mixture. At the interface 44, simultaneous polarized UV light induced phase separation and reactive liquid crystal monomer are obtained. The one-step method of the present invention results in liquid crystal alignment at interface 46 without a separate alignment layer, thereby eliminating the requirement for additional spin coating and rubbing steps.

【0042】 同様に、反応性液晶モノマーは、エポキシー重合可能グループを有するネマテ
ィックジエポキシーモノマー及びカイラルジエポキシードーパントから選択でき
る。フォトモノマー、フォトイニシエータ、及び低温硬化ポリイミドは、反応性
エポキシーベースモノマーと混合される。この混合物は、基板上にスピン塗布さ
れ、前述されるように照射される。偏光された紫外光照射は同時相分離及びフォ
トアライメントを生じる。
Similarly, the reactive liquid crystal monomer can be selected from nematic diepoxy monomers having epoxy polymerizable groups and chiral diepoxy dopants. The photomonomer, photoinitiator, and cold cure polyimide are mixed with the reactive epoxy-based monomer. This mixture is spin-coated on a substrate and irradiated as described above. Illumination of polarized UV light causes simultaneous phase separation and photoalignment.

【0043】 前述の1工程の方法は、別個の明確なアライメント層がなければ均質に整列さ
れた液晶装置を形成するのに最も有効で、効率的であると信じられている。光放
射、熱及び/又は溶剤蒸発を利用する方法のような前述の他の方法は、ほぼ同じ
結果を得るために前述の教示に基づいて実行されてもよい。
It is believed that the one-step method described above is most effective and efficient in forming a homogeneously aligned liquid crystal device without a separate well-defined alignment layer. Other methods described above, such as methods utilizing light radiation, heat and / or solvent evaporation, may be implemented based on the above teachings to achieve approximately the same results.

【0044】 1工程の方法の他の例では、シンナメートあるいはクマリンのような機能サイ
ドグループを含む光架橋結合が調整され、基板上にスピン塗布される。液晶ジア
クリレート、ジビニルエーテル、ジエポキシー、液晶ジアセチレン、あるいは2
以上の官能団を有する他のモノマー及びフォトイニシエータの反応性液晶モノマ
ーは、次にポリイミド膜の上部にスピン塗布される。その後の偏光された紫外線
照射は、同時フォトアライメント及び光重合を生じる。ポリイミドが硬化される
前に反応性液晶モノマーをポリイミド上にスピン塗布することは、この表面をわ
ずかに非均一にしてもよいが、液晶材料のアライメントを妨害しない。
In another example of a one-step method, photocrosslinks containing functional side groups such as cinnamate or coumarin are prepared and spin-coated on a substrate. Liquid crystal diacrylate, divinyl ether, diepoxy, liquid crystal diacetylene, or 2
The other monomers having the above functional groups and the reactive liquid crystal monomer of the photoinitiator are then spin-coated on top of the polyimide film. Subsequent polarized UV irradiation results in simultaneous photoalignment and photopolymerization. Spin-coating the reactive liquid crystal monomer onto the polyimide before the polyimide is cured may make this surface slightly non-uniform, but does not interfere with the alignment of the liquid crystal material.

【0045】 液晶の複数のアライメントが必要とされる例では、複数工程が使用されてもよ
い。「複数工程の方法」は、基板が被覆され、1工程の方法ではアライメント層
及び/又は液晶材料の層/微細構造を生じるものとして処理され、その後、他の
層は、前述に用いられた層の上にスピン塗布され、可視放射あるいは紫外線放射
、熱処理と組合せの放射、あるいは溶剤蒸発と組合せの放射のような前述の1つ
あるいはそれ以上の処理によってさらに処理される方法を示す。複数工程の方法
は、一連の少なくとも2つの材料配置工程を含み、それにおいて各工程中少なく
とも1つの種類の材料が用いられる。より詳細には、本発明の複数工程の方法を
利用することによって、独特に整列された液晶材料界面の異なる層あるいは微細
構造を得ることができる。さらに、図4で明らかなように、適切な開口を有する
マスク70は、偏光子と基板との間に置かれ、様々な工程で再位置決めされ、整
列され、電気的に制御可能な微細構造72の形成を助ける。
In instances where multiple alignments of liquid crystals are required, multiple steps may be used. The "multi-step method" is where the substrate is coated and treated in the one-step method to produce an alignment layer and / or a layer / microstructure of liquid crystal material, after which the other layers are treated as previously described layers. Spin coated onto and further processed by one or more of the foregoing processes such as visible or UV radiation, heat treatment and combined radiation, or solvent evaporation and combined radiation. The multi-step method comprises a series of at least two material placement steps, in which at least one type of material is used during each step. More specifically, by utilizing the multi-step method of the present invention, uniquely aligned layers or microstructures of different liquid crystal material interfaces can be obtained. Further, as is apparent in FIG. 4, a mask 70 with appropriate apertures is placed between the polarizer and the substrate, repositioned, aligned, and electrically controllable microstructures 72 in various steps. Help the formation of.

【0046】 通常、本発明の複数工程の方法を使用して得ることができる形状の例は図3に
示されている。電極層18は基板12に隣接して配置されてもよく、1工程の方
法に記載されるように液晶材料を有する様々な層のアライメント誘起ポリマーが
その上に配置されることが分かる。
An example of a shape that can typically be obtained using the multi-step method of the present invention is shown in FIG. It will be appreciated that the electrode layer 18 may be disposed adjacent to the substrate 12 with the various layers of alignment-inducing polymer having a liquid crystal material disposed thereon as described in the one-step method.

【0047】 ポリイミドドープポリマー層であってもよいしあるいは基板あるいは等しい膜
を形成してもよい異なる材料の層あるいは微細構造に隣接する液晶材料の界面に
異なる液晶配向ベクトル配向を行うことが望ましい複数工程の方法が使用されて
もよい。あるいは、複数工程の方法は、アライメント層を形成する材料が基板上
に最初に配置され、液晶材料、プレポリマー及び整列剤を含む他の材料がそれの
上に配置されている異方性膜を形成するように使用されてもよい。この材料は、
次に異方性膜を形成するように相分離され、光整列される。最低で、複数工程の
方法の最終結果は、基板12に隣接する少なくともアライメント界面層63及び
界面層63に隣接する液晶層66を提供する。さらに、液晶層66に隣接する第
2のアライメント界面層68も形成されてもよい。複数工程の方法は、第1のア
ライメント界面層63の配向とは異なる配向を液晶層66に与えるように第2の
アライメント界面層を可能にする。複数工程の方法がツイストネマティック装置
、超ツイストネマティック装置、光学的あるいは電気的に制御可能な複屈折装置
あるいは液晶材料の配向変化を必要とする任意の装置の構成に非常に有用である
と考えられる。層63、66及び68を構成する材料は、望まれる最終結果に応
じて配置され、形成されてもよい。複数工程の方法が他の方法で形成できない異
方性膜を形成するために使用されてもよいことも分かる。この方法は、膜がスピ
ン塗布材料なしに2回形成できることでも有利である。通常、前駆体装置は、異
なる偏光された紫外線光波長の利用、異なる偏光された可視光波長の利用、偏光
された紫外線及び可視光、同時可視光放射及び熱、同時紫外線光放射及び溶剤蒸
発、及び紫外線光放射の利用からなるグループから選択された処理にさらされる
。複数工程の方法及びその結果生じる装置の様々な例は次に検討される。
It may be a polyimide-doped polymer layer or may form a substrate or an equivalent film. It is desirable to provide different liquid crystal orientation vector alignments at the interface of liquid crystal materials adjacent to different material layers or microstructures. A method of process may be used. Alternatively, the multi-step method involves an anisotropic film in which the material forming the alignment layer is first deposited on the substrate, and other materials including liquid crystal material, prepolymer and aligning agent are deposited thereon. It may be used to form. This material is
It is then phase separated and photoaligned to form an anisotropic film. At a minimum, the end result of the multi-step method is to provide at least an alignment interface layer 63 adjacent the substrate 12 and a liquid crystal layer 66 adjacent the interface layer 63. Further, a second alignment interface layer 68 adjacent to the liquid crystal layer 66 may also be formed. The multi-step method enables the second alignment interface layer to provide the liquid crystal layer 66 with an orientation that is different from the orientation of the first alignment interface layer 63. It is believed that the multi-step method will be very useful in constructing twisted nematic devices, ultra-twisted nematic devices, optically or electrically controllable birefringent devices or any device that requires a change in orientation of liquid crystal materials. . The materials making up layers 63, 66 and 68 may be arranged and formed depending on the desired end result. It will also be appreciated that a multi-step method may be used to form anisotropic films that cannot otherwise be formed. This method is also advantageous in that the film can be formed twice without spin coating material. Usually, the precursor device utilizes different polarized UV light wavelengths, different polarized visible light wavelengths, polarized UV and visible light, simultaneous visible light emission and heat, simultaneous UV light emission and solvent evaporation, And subjecting it to a treatment selected from the group consisting of utilizing ultraviolet light radiation. Various examples of multi-step methods and resulting devices are discussed next.

【0048】 複数工程の方法の一例では、アゾベンゼン液晶ポリマー(LCP)は、基板上
にスピン塗布される。液晶ジアクリレート、ジビニルエーテル、ジエポキシー、
液晶ジアセチレン、あるいは2以上の官能団を有する他のモノマー及び適当なフ
ォトイニシエータのような反応性モノマーは、アゾベンゼンLCP膜の上部に被
覆される。偏光された紫外線照射のその後の利用は、同時フォトアライメント及
び光重合及び層63及び66の形成を生じる。第2のスピン塗布は、第1の膜の
表面をわずかに非均一にしてもよいが、アライメントに対する問題を生じない。
In one example of a multi-step method, azobenzene liquid crystal polymer (LCP) is spin coated onto a substrate. Liquid crystal diacrylate, divinyl ether, diepoxy,
Reactive monomers such as liquid crystal diacetylene or other monomers having two or more functional groups and a suitable photoinitiator are coated on top of the azobenzene LCP film. Subsequent use of polarized UV radiation results in simultaneous photoalignment and photopolymerization and formation of layers 63 and 66. The second spin coating may make the surface of the first film slightly non-uniform, but does not pose a problem for alignment.

【0049】 複数工程の方法の他の例では、発色団材料を含む、NOA65及びポリイミド
のようなフォトモノマーは、混合され、基板上に被覆される。被覆された基板は
、直線的に偏光された紫外線光で照射され、ポリマー表面の周期的起伏を生じ、
層63を形成する。反応性液晶モノマーは、ポリマー表面上にスピン塗布され、
紫外線光による照射によって重合される。この結果は異方性膜である。
In another example of a multi-step method, photomonomers such as NOA65 and chromophore material, such as NOA65, are mixed and coated onto a substrate. The coated substrate is irradiated with linearly polarized UV light, causing periodic undulations of the polymer surface,
Form the layer 63. The reactive liquid crystal monomer is spin coated onto the polymer surface,
Polymerized by irradiation with ultraviolet light. The result is an anisotropic film.

【0050】 複数工程の方法の他の例では、ビニルエーテルと、フォトイニシエータと、発
色団成分を有するポリイミドとを含む第1の混合物は、基板上にスピン塗布され
、例えば、約320ナノメートルよりも小さいかあるいは等しい波長を有する直
線的に偏光された紫外光によって照射される。アクリレートと、フォトイニシエ
ータと、発色団を有するポリイミドとを含む第2の混合物は、第1の層上にスピ
ン塗布され、例えば、約350ナノメートルよりも大きいかあるいは等しい波長
を有する直線的に偏光された紫外光によって照射される。所望の液晶材料は、第
1あるいは第2の混合物の中に組み込まれてもよいことが分かる。さらに、線形
偏光子36の配向は、所望の第2の配向を得るように第1の材料の第1の露光後
に必要に応じて変えられる。さらに、選択された光の波長は、選択された発色団
/光整列材料によって決まる。どの混合物が液晶材料を含むかに応じて、光源3
2の位置はそれに応じて調整されてもよい。この結果は、多層異方性膜であり、
ここで各層は、光学補償及び異なる基板表面の配向の変化を必要とするディスプ
レイ装置に有用である、個別に、独特に配向される。混合物が用い、逆の順序で
処理できることは当業者によって分かる。換言すると、この層は、連続して用い
られ、紫外線光の印加にさらされてもよい。あるいは、1つの層は、配置され、
紫外線光にさらしてもよく、次に第2の層は配置され、紫外線光にさらしてもよ
い。
In another example of a multi-step method, a first mixture comprising vinyl ether, a photoinitiator, and a polyimide having a chromophore component is spin coated onto the substrate, eg, less than about 320 nanometers. It is illuminated by linearly polarized UV light of small or equal wavelength. A second mixture including an acrylate, a photoinitiator, and a chromophore-bearing polyimide is spin-coated on the first layer, for example, linearly polarized light having a wavelength greater than or equal to about 350 nanometers. It is irradiated with the emitted ultraviolet light. It will be appreciated that the desired liquid crystal material may be incorporated into the first or second mixture. Moreover, the orientation of the linear polarizer 36 is optionally changed after the first exposure of the first material to obtain the desired second orientation. Further, the wavelength of light selected will depend on the chromophore / photoalignment material selected. Depending on which mixture contains the liquid crystal material, the light source 3
The position of 2 may be adjusted accordingly. The result is a multilayer anisotropic film,
Here, each layer is individually and uniquely oriented, which is useful for display devices that require optical compensation and different substrate surface orientation changes. It will be appreciated by those skilled in the art that the mixture can be used and processed in the reverse order. In other words, this layer may be used continuously and exposed to the application of UV light. Alternatively, one layer is arranged,
It may be exposed to UV light and then the second layer may be disposed and exposed to UV light.

【0051】 同様に、適切な成分の組合せを選択することによって、本発明の複数工程の方
法は、被覆基板を製造するために利用でき、それにおいて、1つの層は、ビニル
エーテル、フォトイニシエータ、及び発色団を有するポリイミドを含み、前述の
ような紫外線放射線で処理され、第2の層は、アクリレート及び発色団を有する
ポリイミドを含み、可視放射線で処理される。材料が可視光に敏感であるように
材料を重合し、整列させるために、十分な量の少なくとも約1%のマレインイミ
ドは混合物に含まれる。結果として、混合物は、例えば、410ナノメートルよ
りも大きいかあるいは等しい波長を有する可視光にさらされる。前述のように、
液晶材料は、第1あるいは第2の混合物のいずれかにあってもよい。もちろん、
偏光方向は、液晶材料の配向を必要に応じて変更するように変えられてもよい。
このような複数工程の方法は、他の電気−光学的成分と同様に遅延膜の製造のた
めの使用法を有する。
Similarly, by selecting the appropriate combination of components, the multi-step method of the present invention can be utilized to make a coated substrate, wherein one layer comprises vinyl ether, photoinitiator, and The second layer includes a polyimide having a chromophore and is treated with UV radiation as described above, and the second layer includes a polyimide having an acrylate and a chromophore and is treated with visible radiation. A sufficient amount of at least about 1% maleinimide is included in the mixture to polymerize and align the material so that it is sensitive to visible light. As a result, the mixture is exposed to visible light having a wavelength of, for example, greater than or equal to 410 nanometers. As aforementioned,
The liquid crystal material may be in either the first or second mixture. of course,
The polarization direction may be changed to change the orientation of the liquid crystal material as needed.
Such a multi-step method has uses for the production of retardation films as well as other electro-optical components.

【0052】 本発明の複数工程の方法の他の実施例では、エポキシーモノマー及び硬化剤を
含む第1の層は、基板上に被覆され、重合を誘起するために熱処理される。紫外
線硬化可能モノマーと、フォトイニシエータと、フォトアライメントのためのポ
リイミドは、第1の層上に被覆され、直線的に偏光された紫外線放射線で照射さ
れる。この層は、所望ならば逆の順序で用いられてもよい。これがこの事例であ
る場合、発色団を有するポリイミドは熱形成層に含まれる。上記に示すように、
液晶材料は、第1あるいは第2の層のどちらかの混合物に含められてもよい。こ
のような装置は、光学遅延、光学補償及び調整可能遅延に対して異なる液晶配向
を行う。
In another embodiment of the multi-step method of the present invention, a first layer comprising an epoxy monomer and a curing agent is coated on a substrate and heat treated to induce polymerization. A UV curable monomer, a photoinitiator, and a polyimide for photoalignment are coated on the first layer and irradiated with linearly polarized UV radiation. The layers may be used in reverse order if desired. In this case, the polyimide with the chromophore is included in the thermoforming layer. As shown above,
The liquid crystal material may be included in the mixture in either the first or second layers. Such devices provide different liquid crystal alignments for optical delay, optical compensation and adjustable delay.

【0053】 さらにもう一つの実施例では、反応性液晶モノマーと、フォトイニシエータと
、ポリイミドとを含む第1の層は、基板上に被覆され、上記に教示されているよ
うに直線的に偏光された可視放射線で照射される。エポキシー樹脂と、硬化剤と
を含む第2の層は、第1の層上に加えられ、上記に教示されているように第2の
層の溶剤誘起相分離を生じるように加熱される。この層を加えることも所望の場
合、逆にされてもよい。
In yet another embodiment, a first layer comprising a reactive liquid crystal monomer, a photoinitiator and a polyimide is coated on a substrate and linearly polarized as taught above. Is irradiated with visible radiation. A second layer containing an epoxy resin and a curing agent is added over the first layer and heated to cause solvent-induced phase separation of the second layer as taught above. The addition of this layer may also be reversed if desired.

【0054】 同様に、熱誘起層分離は、本発明の複数工程の方法で利用できる。PMMAと
反応性液晶モノマーとを含む層は、紫外線あるいは可視光照射層が処理前後のい
ずれかに付着できる。紫外線光が使用される場合、PMMAあるいはポリイミド
のようなプレポリマーは、反応性モノマー、紫外線フォトイニシエータ及び液晶
材料とともに使用される。可視光が使用される場合、紫外線フォトイニシエータ
は可視光フォトイニシエータと取り換えられる。
Similarly, thermally induced layer separation can be utilized in the multi-step method of the present invention. In the layer containing PMMA and the reactive liquid crystal monomer, the ultraviolet or visible light irradiation layer can be attached before or after the treatment. When UV light is used, prepolymers such as PMMA or polyimide are used with reactive monomers, UV photoinitiators and liquid crystal materials. If visible light is used, the UV photoinitiator is replaced with a visible light photoinitiator.

【0055】 本発明の長所が多数であることは当業者によって分かる。先ず第一に、本発明
の光変調装置は、光学的及び電気的に制御可能な装置である。単一の紫外線露光
工程で別々に形成されたアライメント層なしに整列液晶装置を製造する開示され
た方法は、より簡単であり、より対費用効果がよく、現在のところアライメント
層を使用するいかなる液晶装置も製造するための既知の方法に取って代わる。ラ
ビング手順の除去は、装置に対してより少ない損傷を生じ、製造歩留まりを改善
する。先行技術で使用される高温ベーキング工程はプラスティック基板の使用を
可能にする。
Those skilled in the art will appreciate that the advantages of the present invention are numerous. First of all, the light modulator of the present invention is an optically and electrically controllable device. The disclosed method of manufacturing an aligned liquid crystal device without an alignment layer formed separately in a single UV exposure process is simpler, more cost effective, and any liquid crystal that currently uses an alignment layer. The device also replaces known methods for manufacturing. Removal of the rubbing procedure results in less damage to the device and improves manufacturing yield. The high temperature baking process used in the prior art allows the use of plastic substrates.

【0056】 本発明の方法は、非常に用途が広く、少しは名前を上げるネマティック材料、
強誘電体、反強誘電体、コレステリック液晶材料とともに使用されてもよい。本
発明の方法は、多層異方性膜を製造するために使用でき、ここで、各層は個別で
独特の配向を有する。照射の入射角を調整することによって、液晶層で分子プレ
ティルトを得ることができる。紫外線あるいは可視光の印加中マスクを利用する
パターン化微細構造は、光学的、電気的に切り替えることができるか、あるいは
機械的刺激に敏感である能動装置あるいは何かを製造するたるに使用できる。さ
らに、この開示によって教示された方法は、アライメントを必要とするいかなる
液晶も応用可能である。
The method of the present invention is very versatile, a little named nematic material,
It may be used with ferroelectrics, antiferroelectrics, cholesteric liquid crystal materials. The method of the present invention can be used to produce multilayer anisotropic films, where each layer has a unique and unique orientation. By adjusting the incident angle of irradiation, a molecular pretilt can be obtained in the liquid crystal layer. Patterned microstructures that utilize masks during the application of ultraviolet or visible light can be switched optically, electrically, or can be used to fabricate active devices or anything that is sensitive to mechanical stimuli. Further, the method taught by this disclosure is applicable to any liquid crystal that requires alignment.

【0057】 したがって、本発明の目的は、上記に示されたこの構造及び使用のためのその
方法によってかなえられることが分かる。特許法によれば、ベストモード及び好
ましい実施例だけが示されて詳細に説明されているが、本発明はこれにあるいは
これによって限定されないことを理解すべきである。したがって、本発明の実際
の範囲及び広がりを理解するために、上記のクレームを参照すべきである。
Therefore, it can be seen that the objects of the invention are met by this structure and its method for use as set out above. While according to the patent statute, only the best mode and preferred embodiments have been shown and described in detail, it should be understood that the invention is not limited thereto or by this. Reference should therefore be made to the claims set forth above in order to understand the actual scope and breadth of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 重合及びアライメント前における本発明による光変調装置の前駆体の拡大部分
断面概略図である。
FIG. 1 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of a precursor of a light modulation device according to the present invention before polymerization and alignment.

【図2】 本発明による同時の1つの工程アライメント及び重合後における光変調装置の
拡大部分断面概略図である。
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of a light modulation device after simultaneous one-step alignment and polymerization according to the present invention.

【図3】 本発明による複数の工程方法の実行後における装置の拡大部分断面概略図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of an apparatus after performing a multi-step method according to the present invention.

【図4】 本発明による複数の工程方法の実行後における微細構造装置の拡大部分断面概
略図である。
FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of a microstructure device after performing a multi-step method according to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU, AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES ,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU, ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,K R,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV ,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO, NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,S I,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA ,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 キム ジェ−ホン 大韓民国 キュンギ−ド 449−840 ヨン ギン−シティ サンギュン−リ スンウォ ン・アパートメント 103−702 Fターム(参考) 2H049 BA02 BA06 BA42 BB42 BC01 BC02 BC05 BC22 2H089 HA04 JA04 KA08 NA22 QA12 2H090 HB08Y HC05 LA09 LA16 MA00 MA10 MB01 MB12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, C N, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES , FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, K R, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV , MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, S I, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA , UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Kim Jae Hoon             Republic of Korea Kyungui 449-840 Yong             Gin-City Sangyun-Listenwo             Apartment 103-702 F-term (reference) 2H049 BA02 BA06 BA42 BB42 BC01                       BC02 BC05 BC22                 2H089 HA04 JA04 KA08 NA22 QA12                 2H090 HB08Y HC05 LA09 LA16                       MA00 MA10 MB01 MB12

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液晶、プレポリマー及び偏光に敏感な材料の混合物を調整すること、 前記混合物を基板上に配置すること、 光源からの偏光を印加し、ポリマー及び前記偏光に敏感な材料の層に隣接する
均質に整列された液晶材料の層を前記基板上に形成するように前記混合物の同時
相分離及び前記相分離液晶のアライメントを誘起すること、 を包含する、相分離有機膜をアライメントと同時に製造する方法。
1. Preparing a mixture of a liquid crystal, a prepolymer and a polarization sensitive material, disposing the mixture on a substrate, applying a polarization from a light source, and a layer of the polymer and the polarization sensitive material. Aligning the phase-separated organic film, comprising inducing simultaneous phase separation of the mixture and alignment of the phase-separated liquid crystals to form a layer of homogeneously aligned liquid crystal material adjacent to the substrate on the substrate. Method of manufacturing at the same time.
【請求項2】 第2の基板を前記層の上に配置することをさらに包含する、請求項1記載の方
法。
2. The method of claim 1, further comprising disposing a second substrate over the layer.
【請求項3】 前記印加する工程が、前記偏光に敏感な材料の少なくとも主要部を前記プレポ
リマーと混合させ、前記偏光に敏感な材料がアライメント特性を前記液晶材料に
与える、請求項1記載の方法。
3. The method of claim 1, wherein the applying step mixes at least a major portion of the polarization sensitive material with the prepolymer, the polarization sensitive material imparting alignment properties to the liquid crystal material. Method.
【請求項4】 前記光源と前記基板との間に偏光子を挿入して所望の配向アライメントを前記
液晶材料に与えることをさらに包含する、請求項1記載の方法。
4. The method of claim 1, further comprising inserting a polarizer between the light source and the substrate to provide a desired alignment alignment to the liquid crystal material.
【請求項5】 前記配置混合物を有する側に対向する前記基板の近くに紫外線光源を位置決め
することをさらに包含する、請求項4記載の方法。
5. The method of claim 4, further comprising positioning an ultraviolet light source near the substrate opposite the side having the placement mixture.
【請求項6】 前記配置混合物を有する側に対向する前記基板の近くに可視光源を位置決めす
ることをさらに包含する、請求項4記載の方法。
6. The method of claim 4, further comprising positioning a visible light source near the substrate opposite the side having the placement mixture.
【請求項7】 初期プレポリマー及び初期偏光に敏感な材料の初期混合物を調整すること、 前記配置工程より前に前記初期混合物を前記基板上に被覆すること、 をさらに包含する、請求項1記載の方法。7.   Preparing an initial mixture of an initial prepolymer and a material sensitive to initial polarization,   Coating the initial mixture on the substrate prior to the placing step, The method of claim 1, further comprising: 【請求項8】 前記初期偏光に敏感な材料が、前記偏光に敏感な材料とは異なる光の波長に敏
感である、請求項7記載の方法。
8. The method of claim 7, wherein the initial polarization sensitive material is sensitive to a different wavelength of light than the polarization sensitive material.
【請求項9】 前記配置工程前に初期偏光を前記初期混合物に加えてアライメント配向をそれ
に与えることをさらに包含する、請求項8記載の方法。
9. The method of claim 8, further comprising adding an initial polarization to the initial mixture to provide it with an alignment orientation prior to the placing step.
【請求項10】 前記配置工程後に初期偏光を前記初期混合物に加えてアライメント配向をそれ
に与えることをさらに包含する、請求項8記載の方法。
10. The method of claim 8 further comprising adding initial polarization to the initial mixture to provide it with an alignment orientation after the placing step.
【請求項11】 微細構造を有する前記液晶の層を形成するように前記加える工程前に前記光源
と前記基板との間にマスク及び偏光子を位置決めすることをさらに包含する、請
求項10記載の方法。
11. The method of claim 10, further comprising positioning a mask and a polarizer between the light source and the substrate prior to the applying step to form a layer of the liquid crystal having a microstructure. Method.
【請求項12】 前記初期の加える工程後に前記光源と前記基板との間に他のマスクを位置決め
することをさらに包含する、請求項11記載の方法。
12. The method of claim 11, further comprising positioning another mask between the light source and the substrate after the initial adding step.
【請求項13】 前記初期偏光に敏感な材料及び前記偏光材料が、紫外線あるいは可視光のいず
れかで活性化される、請求項7記載の方法。
13. The method of claim 7, wherein the initial polarization sensitive material and the polarizing material are activated with either ultraviolet light or visible light.
【請求項14】 少なくとも熱活性化プレポリマーを有する前記混合物を調整すること、 前記混合物を熱活性化して相分離を誘起しアライメント配向を前記液晶に与え
ること、 をさらに包含する、請求項1記載の方法。
14. The method of claim 1, further comprising preparing the mixture having at least a heat-activated prepolymer, thermally activating the mixture to induce phase separation and impart alignment alignment to the liquid crystal. the method of.
【請求項15】 前記偏光が可視光あるいは紫外線のいずれかである、請求項14記載の方法。15.   15. The method of claim 14, wherein the polarized light is either visible light or ultraviolet light. 【請求項16】 エポキシー及び樹脂を有する前記混合物を調整すること、 前記混合物の相分離を可能にして前記混合物の相分離を誘起しアライメント配
向を前記液晶に与えること、 をさらに包含する、請求項1記載の方法。
16. The method further comprising: conditioning the mixture having an epoxy and a resin, enabling phase separation of the mixture and inducing phase separation of the mixture to impart alignment alignment to the liquid crystal. The method described in 1.
【請求項17】 前記偏光が可視光あるいは紫外線のいずれかである、請求項16記載の方法。17.   17. The method of claim 16, wherein the polarized light is either visible light or ultraviolet light. 【請求項18】 微細構造を有する前記液晶の層を形成するように前記加える工程前に前記光源
と前記基板との間にマスク及び偏光子を位置決めすることをさらに包含する、請
求項1記載の方法。
18. The method of claim 1, further comprising positioning a mask and a polarizer between the light source and the substrate prior to the applying step to form a layer of the liquid crystal having a microstructure. Method.
【請求項19】 基板を提供すること、 少なくとも第1の偏光に敏感な化学薬品及びプレポリマーを含む第1の混合物
を提供すること、 少なくとも第2の偏光に敏感な化学薬品及びプレポリマーを含む第2の混合物
を提供すること、 液晶を第1あるいは第2の混合物の中で混合すること、 前記第1の混合物を前記基板上に配置すること、 前記第2の混合物を前記第1の混合物の上に配置すること、 少なくとも可視光偏光、紫外光偏光、熱誘導、化学誘導及び溶剤誘導からなる
グループからの前記第1の混合物の処理を開始すること、 少なくとも可視光偏光、紫外光偏光、熱誘導、化学誘導及び溶剤誘導からなる
グループからの前記第2の混合物の処理を開始すること、 を包含し、前記処理が配向アライメントを前記液晶に与える、アライメント特性
を有する液晶装置を製造する方法。
19. Providing a substrate, providing a first mixture comprising at least a first polarization sensitive chemical and a prepolymer, comprising at least a second polarization sensitive chemical and a prepolymer Providing a second mixture, mixing liquid crystals in the first or second mixture, disposing the first mixture on the substrate, adding the second mixture to the first mixture Initiating treatment of said first mixture from the group consisting of at least visible light polarization, ultraviolet light polarization, heat induction, chemical induction and solvent induction, at least visible light polarization, ultraviolet light polarization, Initiating the treatment of the second mixture from the group consisting of thermal induction, chemical induction and solvent induction, the treatment imparting an alignment alignment to the liquid crystal. Method of manufacturing a liquid crystal device having a cement properties.
【請求項20】 前記開始する工程の1つが、前記液晶を前記プレポリマーから相分離するよう
に前記偏光処理の中の1つ及び前記誘導処理の中の1つを同時に用いることを包
含する、請求項19記載の方法。
20. One of the initiating steps comprises simultaneously using one of the polarization treatments and one of the derivation treatments to phase separate the liquid crystal from the prepolymer. The method according to claim 19.
【請求項21】 それとの間の前記第1及び第2の混合物で第2の基板を前記第1の基板に固定
することをさらに包含する、請求項19記載の方法。
21. The method of claim 19, further comprising securing a second substrate to the first substrate with the first and second mixture therebetween.
【請求項22】 前記偏光処理が、 光源を前記基板の近くに位置決めすること、 前記基板と前記光源との間に偏光子を位置決めすること、 を包含する、請求項19記載の方法。22.   The polarization process is   Positioning a light source near the substrate,   Positioning a polarizer between the substrate and the light source, 20. The method of claim 19, comprising: 【請求項23】 前記第1の開始工程後に前記偏光子を再配置することをさらに包含し、前記偏
光に敏感な化学薬品が、異なる配向アライメントを前記液晶を有するそのそれぞ
れの界面に与える、請求項19記載の方法。
23. The method further comprising repositioning the polarizer after the first starting step, wherein the polarization sensitive chemistry imparts a different alignment alignment to its respective interface with the liquid crystal. Item 19. The method according to Item 19.
【請求項24】 前記誘導処理が前記プレポリマー及び前記偏光に敏感な化学薬品を前記液晶か
ら相分離する、請求項17記載の方法。
24. The method of claim 17, wherein said inducing treatment phase separates said prepolymer and said polarization sensitive chemicals from said liquid crystal.
【請求項25】 アライメント特性を有するセルであって、 少なくとも1つの基板と、 前記基板上に配置された混合物とを包含し、前記混合物が、少なくとも液晶材
料、プレポリマー材料及び偏光に敏感な材料を含み、同時重合化及び偏光の印加
が、前記混合物の相分離及びフォトアライメントを生じて、アライメント特性を
前記液晶材料に与えるポリマーの微細構造を形成する、セル。
25. A cell having alignment properties, comprising at least one substrate and a mixture disposed on said substrate, said mixture being at least a liquid crystal material, a prepolymer material and a polarization sensitive material. Co-polymerization and application of polarized light causes phase separation and photo-alignment of the mixture to form a polymer microstructure that imparts alignment properties to the liquid crystal material.
【請求項26】 前記第1の混合物より前に前記基板上に配置された第2の混合物をさらに包含
し、前記第2の混合物が、少なくとも第2の偏光に敏感な材料を含み、偏光の印
加が、アライメント特性を前記液晶材料に与える前記第2の混合物のフォトアラ
イメントを生じる、請求項25記載のセル。
26. Further comprising a second mixture disposed on said substrate prior to said first mixture, said second mixture comprising at least a second polarization sensitive material, wherein 26. The cell of claim 25, wherein applying causes photoalignment of the second mixture that imparts alignment properties to the liquid crystal material.
【請求項27】 別個の分離した界面が、前記液晶材料と前記ポリマーの微細構造と前記偏光に
敏感な材料との間、及び前記液晶材料と前記第2の偏光に敏感な材料との間に形
成される、請求項26記載のセル。
27. Separate discrete interfaces between the liquid crystal material and the polymer microstructure and the polarization sensitive material, and between the liquid crystal material and the second polarization sensitive material. 27. The cell of claim 26 formed.
【請求項28】前記界面が、異なる配向の前記液晶材料を整列させる、請求
項27記載のセル。
28. The cell of claim 27, wherein the interface aligns the liquid crystal materials of different orientations.
【請求項29】前記液晶材料が微細構造に形成される、請求項28記載のセ
ル。
29. The cell of claim 28, wherein the liquid crystal material is formed into a microstructure.
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