JP2575224B2 - 液晶中の分子の整列方法 - Google Patents

液晶中の分子の整列方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶媒質中での異方性分子の整列方法に関す
る。
液晶化合物は例えば自動車の計器制御及びプロセス制
御装置ならびに時計のような計時装置に用いられるヒト
−及び機械−読取り可能な表示に用いられている。この
ような表示装置は主として、セルを形成するガラスまた
はその他の透明な基体(substrate)の間にはさまれた
液晶媒質から成り、透明な導電性物質を両基体に選択的
に塗布して画像形成導電性パターンを形成する。
これらのセルを通る光の透過率は液晶媒質の整列状態
(orientation)を変えることによつて、有効な光の全
てまたは一部が透過するようにまたは全く透過しないよ
うに慣習的に制御される。液晶媒質はセルに電圧または
磁界を与えることによつて整列される。整列した液晶媒
質による光の透過率を制御するために、1個または2個
の偏光子を用いることも公知である。
液晶媒質は液晶と同様に溶解した異方性染料を含みう
る。溶解した1種類以上の染料を有する1種類以上の液
晶化合物から成るこのような媒質は「ゲスト−ホスト
(guest−host)」系と呼ばれる。
表示に最も適した「ゲスト−ホスト」系の異方性染料
は、1軸に沿つて多くの光を吸収し、第2軸に沿つてな
少ない光を吸収する二色性染料(dichroic dye)であ
る。液晶ホスト組成物とそれに溶解したゲスト染料が適
当に適合する場合には、混合物の整列現象は好ましい量
の光のみが透過されるように印加電圧によつて制御する
ことができる。
これらの表示の要素は(a)異なる方向の軸に沿つて
測定した場合には異なる値の性質を示し、(b)例え
ば、固定軸を中心に液晶を回転させて液晶の光学的性質
を変えるために用いることのできる印加電圧のような外
部刺激に応じて異なつた位置を占めるために、異方性と
呼ばれる。さらに詳しくは、これらは複屈折性である。
現在商業的に用いられている液晶セルでは、分子がホ
モジニアスなまたはホメオトロピツク(homeotropic)
な配列をするように整列されている。外部刺激なしに
は、表示は不透明または透明な外観を呈する。液相媒質
を整列させる多くの方法が公知である。透明な基体の内
面は典型的に、例えばポリアルキルシロキサンまたはレ
シチンのフイルムのような、透明な整列層によつて構成
される。
均一な整列を得るためには、セル液晶媒質を充てんす
る前に被覆を布で一定方向に沿つて摩擦して、選択的に
表面状態を変え、液晶の分子の長軸を摩擦方向に沿つて
整列させるかまたは摩擦方向にほぼ平行に整列させる。
セルに充てんした後に、この整列は分子間力によつて液
晶媒質の本体に移される。
ホメオトロピツクは整列は基体に垂直な線に沿つて整
列するまたはほぼ平行に整列する液晶の長軸を特徴と
し、化学的に変性した整列層を用いることによつて、ま
たはセルを横切つて電場を与えることによつて慣習的に
得られる。
液晶媒質を整列または再整列させる簡単な方法が必要
とされている。さらに、異なるホモジニアスまたはホメ
オトロピツク整列現象で整列した2つ以上の領域を有す
る液晶セルを形成しうることが望ましく、或る場合に
は、液晶表示に用いられた整列層を除去しうることが望
ましい。
本発明によると、基体に隣接した1表面を有する液晶
媒質の整列または再整列方法は、 媒質中の液晶が1500未満の分子量を有し、 媒質中または媒質に隣接する基体中若しくは基体上の
異方性吸収分子が異方性吸収分子の吸収帯の範囲内の波
長の線状偏光に露光され、そして 入射光線ビームの線状偏光の方向に関し、かつ基体に
よって定義される平面に沿った+θ及び−θの角度にお
ける液晶媒質の整列または再整列が露光した異方性吸収
分子によって誘発される ことを特徴とする。
「異方性吸収分子」なる用語は、種々な方向の軸に沿
つて測定した場合に、種々な値の吸光性を示す化合物を
意味する。「液晶」なる用語は液体と固体の間に安定な
中間状態を有し、約1500未満、好ましくは1000以下、最
も好ましくは650以下の分子量を有する。例えばロツド
形状またはデイスク形状のような異方性形状を有する分
子を呼ぶのに用いられる。本発明の液晶媒質は慣習的に
液晶表示その他の液晶装置に用いられるような液晶化合
物を含む。ネマチツク相とスメクチツク相(強誘電体層
を含む)とを有する熱互変性(thermo tropic)液晶が
好ましい。
ネマチツク相は単軸ネマチツク状態、ねじれネマチツ
ク状態及びコレステリツク(cholesteric)中間相を含
む。ネマチック液晶は正または負のいずれかの誘電異方
性を有しうる。ここで用いる「正」及び「負」なる用語
は液晶を含む混合物の正味の誘電異方性を意味する。
本発明の実施に適した容易に入手可能な陽性のネマチ
ツク液晶物質には、次の化合物がある: 4−シアノ−4′−アルキルビフエニル類、 4−シアノ−4′−アルキルオキシビフエニル類、 4−アルキル−(4′−シアノフエニル)シクロヘキサ
ン類、 4−アルキル−(4′−シアノビフエニル)シクロヘキ
サン類、 4−シアノフエニル−4′−アルキルベンゾエート類、 4−アルキルオキシフエニル−4′−シアノベンゾエー
ト類、 4−アルキルフエニル−4′−シアノベンゾエート類、 1−(4′−アルキルフエニル)−4−アルキルピリミ
ジン類、 1−(4′−アルキルフエニル)−4−シアノピリミジ
ン類、 1−(4′−アルキルオキシフエニル)−4−シアノピ
リミジン類及び 1−(4−シアノフエニル)−4−アルキルピリミジン
類。
これらの族の化合物の特定の例は、 4−シアノ−4′−ペンチルビフエニル、 4−シアノ−4′−ヘキシルオキシビフエニル、 トランス−4−ペンチル−(4′−シアノフエニル)シ
クロヘキサン、 トランス−4−ヘキシル−(4′−シアノビフエニル)
シクロヘキサン、 4−シアノフエニル−4′−プロピルベンゾエート、 4−ペンチルオキシフエニル−4′−シアノベンゾエー
ト、 4−ヘキシルフエニル−4′−シアノベンゾエート、 1−(4′−ペンチルフエニル)−4−ブチルピリミジ
ン、 1−(4′−ブチルオキシフエニル)−4−シアノピリ
ミジン、 1−(4−シアノフエニル)−4−アルキルピリミジ
ン、 4−n−ヘキシルベンジリデン−4′−アミノベンゾニ
トリル及び 4−シアノベンジリデン−4′−オクチルオキシアニリ
ンである。
上記全ての化合物の共融混合物及び組合せも有用であ
る。具体例は4′−置換基が炭素数3〜8である4′−
アルキルオキシ−4−シアノビフエニル類または炭素数
3〜8の4−アルキルもしくはアルコキシ置換基を有す
るターフエニル(terphenyl)液晶のいずれかと4′−
アルキル−4−シアノビフエニル類との共融混合物であ
る。典型的な例は市販されているBDH社(イングラン
ド、プール)からのE7混合物;ホフマン ラ ロツシュ
(Hoffman La Roche)ニユージヤーシー州ナトレイ)か
らのROTN 404(ビフエニルピリジン液晶の混合物);EM
インダストリー(EM Industrie)(ニユーヨーク州ホー
ソーン)からのPCH 1132〔4−アルキル−(4′−シア
ノビフエニル)シクロヘキサンと4−アルキル−(4′
−シアノフエニル)シクロヘキサンとから成る混合物〕
及びEMインダストリーから入手可能なZLI 1982である。
本発明に有用な負の誘電異方性を有するネマチツク液
晶の典型的な例は、 4−アルキルオキシ−4′−アルキルオキシアゾキシベ
ンゼン類、 4−アルキル−4′−アルキルオキシアゾキシベンゼン
類、 4−アルキル−4′−アシルオキシアゾキシベンゼン
類、 4−アルキル−4′−アルキルアゾキシベンゼン類及び 4−アルキル−2−シアノフエニル−4′−アルキルビ
フエニル−1−カルボオキシレート類である。
特定の例には、p−アゾキシアニゾール、4−ブチル
−4′−ヘキシルオキシアゾキシベンゼン、4−ブチル
−4′−アセトキシアゾキシベンゼン、4,4′−ビス
(ヘキシル)アゾキシベンゼン及び4−ペンチル−2−
シアノフエニル−4′−ヘプチルビフエニル−1−カル
ボキシレートがある。EMインダストリー(ニユーヨーク
州ホーソーン)からリクリスタル(Licristal)S1014及
びチツソ社(Chisso Corp。)(日本、横浜)からEN−1
8が市販されている。
本発明に有用なスメクチックA液晶は正または負の誘
電異方性を有する。正の異方性のスメクチツクA液晶に
は 4−アルキル−4′−シアノビフエニル類、 4−シアノ−4′−アルキルベンジリデンアニリン類、
ならびに4−アルキル−4″−シアノ−p−ターフエニ
ル類と4−アルキル−4″−シアノビフエニル類との混
合物がある。
例えば4′−アルキルフエニル−4−アルキルベンゾ
エート類と4′−シアノフエニル−4″−アルキルオキ
シベンゾイルオキシ−ベンゾエート類のような電子受容
性及び電子供与性メゾゲニツク(mesogenic)コアから
誘導されるスメクチツクA混合物も有用である。正の誘
電異方性を有するスメクチツクA液晶として有用な化合
物の特定の例は、 4−シアノ−4′−オクチルベンジリデンアニリン、 4−デシル−4′−シアノビフエニル、 4−ドデシル−4″−シアノ−p−ターフエニル、 4′−ヘプチルフエニル−4−ブチルベンゾエート及び 4′−ジアノフエニル−4″−オクチルオキシベンゾイ
ルオキシベンゾエートである。上記スメクチツクA物質
の全ての共融混合物と組合せも有用である。スメクチツ
クA液晶の代表的な共融混合物と組合せは、EMインダス
トリー(ニユーヨーク州ホーソーン)からの市販されて
いる物質S1、S2、S3、S4、S5、S6及びS7である。
本発明に有用な負の誘電異方性のスメクチツクA液晶
の代表的な例は、 4−アルキルフエニル−4−アルキルオキシ−3−シア
ノベンゾエート類、4−アルキルオキシフエニル−4−
アルキルオキシ−3−シアノベンゾエート類及び4″−
アルキルオキシフエニル−4′−アルキルオキシベンゾ
イルオキシ−3−シアノベンゾエート類である。特定の
例には、4′−オクチルフエニル−4−デシルオキシ−
3−シアノベンゾエート、4′−デシルオキシフエニル
−4−オクチルオキシ−3−シアノベンゾエート及び
4′−ヘプチルオキシフエニル−4′−デシルオキシベ
ンゾイル−3−シアノベンゾエートがある。これらの共
融混合物も使用可能である。
本発明の実施に有用な、典型的なキラルスメクチツク
C液晶には、 4′−アルキルオキシフエニル−4−アルキルオキシベ
ンゾエート類、4′−アルキルオキシビフエニル−4−
アルキルオキシベンゾエート類、4−アルキルオキシフ
エニル−4−アルキルオキシビフエニル−カルボキシレ
ート類及び4′−n−アルキルオキシビフエニル−4−
カルボキシレート類のテルペノールエステルがある。特
定の例は4−(4−メチルヘキシルオキシ)フエニル−
4−デシルオキシベンゾエート、4−ヘプチルオキシフ
エニル−4(4−メチルヘキシルオキシ)ベンゾエー
ト、4′−オクチルオキシビフエニル−4(2−メチル
ブチルオキシ)ベンゾエート、4−ノニルオキシフエニ
ル−4′−(2−メチルブチルオキシ)ビフエニル−4
−カルボキシレート及びメチル4′−n−オクチルオキ
シビフエニル−4−カルボキシレートである。
キラルスメクチツクC液晶の市販混合物には、チツソ
社(日本、横浜)から提供されるCS1000シリーズ;EMイ
ンダストリー(ニユーヨーク州、ホーソーン)から入手
可能なZLI 4139;及びBDH社から開発され、EMインダスト
リーから共融混合物SCE3〜SCE12のSCEシリーズとして入
手可能な側方フツ素化エステルの共融混合物がある。
4′−アルキルオキシフエニル−4−アルキルオキシベ
ンゾエート類に基づく単独要素のキラルスメクチツクC
物質W7、W37、W81及びW82はディスプレイテク社(Displ
aytech,Inc.)(コロラド州、ボウルダー)から入手可
能である。
ゲスト−ホスト組成物はあらゆるタイプの液晶によつ
て製造される。これらの混合物に有用な染料には、二色
性アゾ、ジアゾ、トリアゾ、テトラアゾ、ペンタアゾ、
アントラキノン、メリシアニン、メチン、2−フエニル
アゾチアゾール、2−フエニルアゾベンズチアゾール、
4,4′−ビス(アリールアゾ)スチルベン、ペリレン及
び4,8−ジアミノ−1,5−ナフノキノン染料、及び二色吸
収帯を示す他の染料がある。約150nmと約2000nmの間に
二色吸収帯を有す染料が好ましい。本発明に有用な染料
の幾つかの特定の例を実施例の前に表にリストする。
周知の液晶装置は液晶表示である。このような表示の
活性要素である基本液晶セルの概略を第1図に示す。本
発明の方法はあらゆるタイプの液晶装置に用いられる液
晶媒質の整列に有効であるので、この概略図は単なる例
示にすぎない。
第1図に示す液晶セルはゲスト−ホスト液晶媒質
(4)を含む。ホスト液晶分子は短い線によつて表し、
ゲスト染料分子は各端部に円を有する線によつて表す。
この図ではセルは透明な導電性層(例えば、酸化スズイ
ンジウム)(2)によつて内側に向いた面を被覆された
それらの主要な要素(1)(例えばガラス)を有し、透
明な導電性層(2)は次にそれらの内側に向いた面を有
機物質の薄フイルム(3)(例えばポリイミド)から成
る整列層で被覆されており、この場合には整列層はバブ
磨き布で単方向に線状に摩擦される。
被覆した基体を向い合せの間隔をおいた関係で配置
し、約2〜20μmの直径を有する小ガラス繊維(図示せ
ず)を用いて間隔を調節する。液晶層(4)例えばエポ
キシ(図示せず)によつてシールされる。図に示した
とは印加電圧を表す。液晶セルはACまたはDC電圧を用
いて操作され、この図に示した電圧方向は限定すること
を意図しない。
このようなセルの2個以上を組合せて用いることによ
つて、コントラストが増強される。例えば、基体を分割
して、いわゆる「三部ガラス構造(three glass struct
ure)」を形成することができる。
本発明に用いる光源は線状に偏光しなければならな
い。さらに、線状の偏光は異方性媒質の吸収帯の波長を
有さなければやらない。ここでは、例えばゲスト−ホス
ト液晶媒質中の液晶、染料または基体の染料形成部分
(例えば導電性被覆または整流層のような液晶媒質に隣
接した基本の層上の被覆)の吸収帯が参照される。典型
的には、光は紫外範囲から赤外範囲までである。染料と
場合によつては液晶もこの範囲内にピーク吸収を有する
からである。
光は約150nm〜約2000nmの範囲内の波長を有すること
が好ましい。最も好ましくない光源はレーザー、例えば
アルゴン、ヘリウムネオン、またはヘリウムカドミウム
レーザーである。低力レーザーでは、光線ビームをセル
上に集束させる必要があるが、一般には光線ビームを集
束させる必要がない。
本発明の方法を用いて、ランダムに整列した(等方
性)状態にある液晶を整列させるか、または予め整列し
た(ホモジニアスまたはホメオトロピツク)液晶媒質を
再整列させることができる。入射光線ビームが基体に垂
直である場合には、露出した異方性吸収分子の長軸の幾
何学的突起を回転させることによつてその整列効果が得
られる。このことは各分子の短軸を中心とした回転モー
メントが均質に整列した分子では最大であり、基本面と
長軸との間の角度が増加するにつれて減少し、入射光線
ビームの偏光方向に平行なホメオトロピツクな整列現象
では零に近づくと思われる。同じことが露光した異方性
吸収分子によつて誘発される液晶の整列に関してもいえ
ると考えられる。
液晶媒質はホモジニアスに整列されやすいタイプであ
ることが好ましい。整列させるべきまたは再整列させる
べき全媒質またはその一部に洗浄偏光を照射する。光線
ビームは固定していても回転していてもよい。露光は1
工程、バーストまたは他の方法で行うことができる。露
光時間は使用物質及びその他の予測可能な要因によつて
広範囲に変動し、1秒未満から1時間以上までの範囲を
とりうる。異方性吸収分子と液晶分子の入射光線ビーム
の線状偏光の方向に関して+θと−θの角度における回
転が面に沿つて二次元で行われることは熟練した研究者
によつて理解されるであろう。一般に、液晶セルではこ
の面が入射光線の偏光に比例する角度において基体によ
つて明確に定められるセルの基体面に一致する。
本発明の方法は液晶媒質に接触する少なくとも1つの
基体に対して実施されるべきである。一般に、液晶媒質
は例えば第1図に示すような2つの基体を有するセルの
一部を形成する。整列層を用いる場合には、摩擦が性能
を改善するが、必らずしも必要とはかぎらない。
本発明の重要な特徴は、プロセスが完了した後に、液
晶媒質が「メモリー(memory)」を有する、すなわち線
状偏光源によつて誘発された整列を維持しうることであ
る。異方性媒質は当然、本発明の方法によつて本来の状
態にまたは第3整列状態に再整列される。本発明の方法
によつて整列した液晶媒質(及びこれによつて形成した
セル)は慣習的な方法を用いて整列した表示と同様に機
能する。
本発明の方法の効果は偏光子を用いて観察することが
できる。すなわち、単一偏光子を含むセルに白色光を照
射すると、最大染料吸収(または光が液晶の吸収帯の範
囲内である場合には液晶吸収)の角度位置(angular po
sition)がバツクグラウンドに比べて変化する。各面に
偏光子を含むセルに白色光を照射する場合には、露光部
分のバツクグラウンドに比べた色の変化が観察され、こ
のことは液相分子の角度位置の変化、従つてセルの複屈
折の変化を示唆する。結果は線状偏光の露光時間、強
度、波長及び方向;サンプル温度、使用する液晶と染料
及びそれらの濃度;整列層の有無、ならびに異方性吸収
分子の位置、量及び性質に感受性である。
本発明の方法を用いて製造した液晶表示は通常の表示
構成(例えば2個、3個またはそれ以上の基体構造体)
を有し、慣習的に技術上用いられるような1個以上の偏
光子、照明手段、反射層、トランスフレクテイブ(tran
sflective)層、弾性コネクター及び回路板を含みう
る。
先行技術で一般に用いられるバフ磨きした整列層のよ
うな、慣習的な整列層をセルに用いる必要はない。しか
し、多くの場合に、バフ磨きしたまたは摩擦した整列層
を用いることによつて、機能が改良される。本発明と共
に、他の整列方法及び整列層も用いることができる。
本発明の方法は、本発明の方法のバフ磨きした整列層
によつて予め整列した層またはその一部を再整列するた
めに用いることができる。液晶装置の一部またはそれ以
上を装置の他の部分とは異なつた整列状態に整列させう
ることは最も注目すべきである。このようなセルは予め
整列した液晶媒質の1個所以上の部分を再整列すること
によつて製造される。第3図は1方向に整列した液晶−
ホスト媒質を示す。第4図は本発明の方法を用いて再整
列した媒質の一部を示す。この図は入射光線偏光と最初
の整列方向の両方に対して液晶分子を90度回転させた場
合を説明する。
本発明の他の興味ある特徴は、整列層または透明な導
電性層のような、液晶媒質に隣接して被覆されたまたは
他のやり方で塗布された有機物質として、基本に異方性
吸収分子を加え、次に異方性吸収分子を露光させること
によつて、この方法を実施しうることである。この実施
態様は異方性吸収分子を含む液晶媒質またはこのような
分子を含まない液晶媒質を用いて実施することができ
る。さらに、これらの実施態様では、線状偏光への露光
は液晶媒質をセルに充てんする前または後の如何なる時
にも実施することができる。
本発明の方法は電場(ACまたはDC)の存在下で実施す
ることができる。しかし、電場が存在する必要はなく、
大ていの場合に、プロセスは電場の不存在下で実施され
る。
一般に、本発明はホモジニアス液晶系の整列または再
整列に最も良く適している。しかし、電場が存在する場
合には、負の誘電異方性を有するホメオトロピック液晶
がホモジニアス状態に入る。このホモジニアス系は本発
明の偏光を用いて整列または再整列することができる。
電場を除いた場合に、液晶は一般にホメオトロピツク状
態に逆戻りする。この場合には、これらは後に電場を与
えた場合に偏光によつて誘発されて、再びホモジニアス
状態に整列される。
例えば導電性イオンドーパント(dopant)、キラルド
ーパント、光安定剤及び粘度調節剤等のような他の慣習
的物質も用いることができる。本発明の実施にこれらの
物質が存在する必要はない。
本発明を液晶表示用セルに関して説明したが、本発明
が例えばあらゆる光学的光調節器、消去可能なリード/
ライト(read/write)光学的データ記憶メデイア等のよ
うな、他の液晶装置に有用であることを理解すべきであ
る。
本発明を次の例で説明するが、これらの例は説明のた
めのものであり、本発明の限定を意図しないものであ
る。例中の全ての%は重量によるものである。下記の表
に示したデータは例中で用いた。
例 1. この例は、本発明の方法を用いた、ネマチツク液晶に
溶解したジアゾジアミン染料から成るゲスト−ホスト系
の再整列を示す。
このホストネマチツク液晶はZLI 1982(EMインダスト
リー,ニユーヨーク州ホーソーン)であつた。染料1
0.38重量%(液晶の重量基準)をホストに溶解した。
1−メチル−2−ピロリジノン(NMP)中ポリイミド
の25重量%溶液を最終ポリイミド濃度0.5重量%まで試
薬等級NMPで希釈した。この溶液をガラス基体要素の酸
化スズインジウム層の上部におき、5分間放置させ、そ
の後基体を30分間回転させた。基体をオーブン内で加熱
して整列被覆を硬化させ、次に硬化被覆を線状方向にバ
フ布で摩擦した。次にガラス繊維(11μm太さ)を基体
上におき、同じ被覆を有する他の基体をその上に積層し
た、生成したセルの内面を整列層が形成した。2片をク
ランプによつて11μmの間隔までプレスして、エツジに
沿つてエポキシを塗布し、エポキシを5分間硬化させ
た。セルの反対エツジの2空隙はシールせずに残した。
セルを減圧下におき、1つの非シール空隙をゲスト−
ホスト混合物に浸せきした。セルを毛管作用によつて満
たした。充てん後に、セルを減圧から取出し、きれいに
拭き、非シール空隙をエポキシでシールした。ポリイミ
ド摩擦するとゲスト−ホスト物質が摩擦方向に沿つて整
列した。
第2図に示すような、光学レンズを有さない装置を用
いて、ゲスト−ホスト媒質を再整列した。偏光源は514.
5nm波長において約1.2ワツトの最大出力を有するアルゴ
ンレーザー〔モデルNo.2020−03、スペクトラ−フイジ
クス(Spectra−Physics)、ニユージヤーシー州ビスカ
タウエイ)であつた。第2図に二頭矢印によつて示すよ
うに、レーザーは偏光され、可変開口のカメラシヤツタ
ーを通つて、サンプルの露光時間の制御を可能にした。
再整列に必要な露光時間が長いために、シヤツターは手
動制御に設定した。シヤツターを開くと、4mm直径のレ
ーザー光線ビームが通過した。レーザービームは第2図
に示すように基体面に対して直角であつた。
第3図と第4図は偏光ビームに露光する前後のセル拡
大正面図を示し、入射光線の偏光方向(二頭矢印によつ
て表す)はポリイミド表面の摩擦方向に平行であり、染
料(各端部に円を有する線によつて表す)及び液晶分子
(線によつて表す)の長軸に平行である。露光後に、一
部のドメインの染料と液晶分子はセル基体によって定義
された面内で、入射光線偏光に関して+θ角度回転する
ことが判明した。他のドメインにおいては、染料と液晶
分子はセル基体によって定義された面内で、入射光線偏
光に関して−θ角度回転した(以下の全ての回転角度に
関して、回転がセル基体によって限定される面内で生ず
ることが理解されよう)。
θの大きさが90゜に等しい場合には、2つのドメイン
が1つのドメインに縮重し(すなわち、全ての液晶は1
方向に整列する)、入射光線偏光に対して垂直に整列す
る。零以外の+θまたは−θの値に関して、バツクグラ
ウンドに対する最大染料吸収の角度位置が変化すること
が単一偏光子によつて観察される。また、2つの偏光子
(セルの各面に1つずつ)を用いることによつて、バツ
クグラウンドに比べて露光部分に色の変化が観察され、
このことは液晶分子の角度位置の変化を示唆する。
この例では、514.5nmにおける1.2ワツトのレーザー出
力と45分間の露光時間を用いて、+θと−θの大きさが
約45度であることが観察された。
例 2. この例は、偏光が液晶化合物の吸収帯の範囲内である
場合には、液晶(染料含まず)が本発明の方法によつて
再整列されうることを示す。
液晶はZLI 4139(EMインダストリー,ニユーヨーク州
ホーソーン)であり、これは強誘電性液晶(室温におい
てキラルスメクチツクC相を示す)であつた。ZLI 4139
は紫外部に強い吸収帯を示す。液晶に染料は加えなかつ
た。例1におけるようにセルを製造したが、この場合に
はITO被覆を有さないパイレツクス(Pyrex)顕微鏡スラ
イド〔VWRサイエンテイフイツク(VWR Scientific)、
カリフオルニア州サンフランシスコ〕を用いて、紫外部
での低吸収を保証し、5μm繊維を用いて間隔を形成し
た。このセルに130℃において毛管作用を用いて充てん
した。
レンズを有さない、第2図に示すような配置を用い
て、完成したセルを露光した。光源はリコニツクス(Li
conix)(カリフオルニア州、サニーバーレ)から入手
可能な、325nmの波長を放出する偏光したヘリウムカド
ミウムレーザーであつた。ビーム直径は約1.0mmであ
り、レーザー出力は1ミリワツトであつた。セルを1分
間露光させ、検査した。露光部分の液晶分子の角度位置
はバツクグラウンド位置から異なつた。レーザー光線の
吸収は顕著であつたので、セルの入口側の分子は入射光
線偏光に応じて整列状態を変化させたが、セルの出口側
の分子は影響されなかつた(すなわち、光線は吸収され
たが、セルの後側の分子を露光するほどには、液晶媒質
に浸透しなかつた)。セル中の液晶のねじれ整列が生じ
た。
例 3. この例は、液晶の吸収帯内の波長を有する偏光を用い
た、ゲスト−ホスト系の本発明による再整列を示す。
セルを例2におけるように製造し、充てんしたが、こ
の場合にはホスト液晶に溶解した染料20.6重量%(液晶
の重量を基準にして)を用いた。
第2図のような配置(レンズを含まない)を用いて、
完成セルを露光させた。光源は例2で述べた偏光ヘリウ
ムカドミウムレーザーであつた。セルを15分間露光させ
て検査した。発光部分の二色性はバツクグラウンドの二
色性とは異なつた。回転角度は入射光線偏光に対して約
30度であつた。偏光の吸収は顕著であつたので、セルの
入口側の分子は入射光線偏光に応じて整列状態を変化さ
せたが、セルの出口側の分子は影響を受けなかつた。セ
ル中の液晶分子と染料分子とのねじれ整列が生じた。
例 4. この例は、ゲスト−ホスト系が偏光した白色光を用い
て再整列されることを示す。
セルは例3におけるように製造し、充てんした。オリ
ンパス(Olympus)BH−2偏光顕微鏡〔オリンパス光学
社(Olympus Optical Company)日本、東京〕を用い
て、完成セルを露光させた。この顕微鏡はキセノン燈を
用いて白色光を発生させ、これを次に偏光子に通す。室
温での2時間のセル露光は再整列を生じなかつた。しか
し、メツトラー(Mettler)EP52温度段階とEP5温度調節
器〔メツトラー インスツル−メント コーポレーシヨ
ン(Mettler Instrument Corporation)、ニユージヤー
シー州,プリンセトン〕を用いることによつて、セルは
10℃/分の温度勾配で室温(25℃)から100℃まで温度
上昇した(ZLI 4139の等方性転移温度は82℃であつ
た)。セルを室温において液晶の初期整列方向に沿つて
変更した白色光線によつて露光させた。露光中にセルの
温度は1℃/分の速度で100℃からの室温に冷却した。
露光部分は入射光線偏光から約+30度と−30度で整列す
ることが判明した。
例 5. 高濃度の染料1を用いて例1をくり返し、高濃度の染
料では再整列の達成に低エネルギー要件(短い露光時
間)が必要とされるにすぎないことを実証した。
セルは例1と同様に製造し、充てんしたが、この場合
には染料1 7.0重量%(液晶の重量を基準にして)を
用いた再整列は例1と同様に実施した。+θと−θの大
きさは露光時間を20分間より大きくした場合に、90度よ
り大きくならなかつた。
例 6. ネマチツク液晶ホスト中に異なるアゾ染料を用いて例
1をくり返した。
セルは例1と同様に製造し、充てんしたが、この場合
にはホストのネマチツク液晶中に溶解した染料3. 1.25
重量%(液相の重量を基準にして)を用いた。
再整列は例1と同様に実施した。+θと−θの大きさ
は45分間の露光時間後に、入射光線に対して90度であつ
た。
例 7. ネマチツク液晶ホスト中のアトラキノン染料を用い
て、例1をくり返した。
セルは例1と同様に製造し、充てんしたが、この場合
にはネマチツク液晶ホストに溶解した染料4 1.5重量
%(液晶の重量を基準にして)を用いた。
再整列は例1と同様に実施した。+θと−θの大きさ
は45分間の露光時間後に入射光線偏光に対して約45度で
あつた。
例 8. ポリイミド整列層を用いずに例1をくり返した。
セルは例1と同様に製造し、充てんしたが、この場合
にはITO被覆ガラス基体上をポリイミド層で被覆せず
(従つて、表面は摩擦しなかつた)、11μm繊維の代り
に10μm繊維を用いた。さらに、染料1の代りに染料5
0.28重量%(液晶の重量を基準にして)をホストに溶
解した。
整列は例1と同様にレーザーを用いて実施した。+θ
と−θの大きさは80分間の露光時間後に入射光線偏光に
対して約30度であつた。露光部分の断面の整列のホモジ
ニアス性は受容されたが、摩擦したポリイミド整列層を
用いたほど良好ではなかつた。
例 9. この例は、本発明の方法によつて以前に再整列したゲ
スト−ホスト液晶系のレーザー再整列を示す。
セルは例1と同様に製造し、充てんしたが、この場合
には染料1 2.0重量%(液晶の重量を基準にして)を
用いた。第1再整列は例1と同様に実施した。+θと−
θの大きさは5分間の露光時間後に、入射光線偏光に対
して約90度であつた。次に、セルを30度回転させて(入
射光線ビームに対して垂直な面内で)、前に露光させた
個所と同じ個所において5分間露光させた。染料と液晶
分子が入射光線偏光に対して+90度と−90度回転したこ
とが観察され、これは前に再整列させた方向に対しては
約30度であつた。
例 10. この例は、セルのポリイミド整列層中に染料が混入し
たゲスト−ホスト液晶媒質の整列を示す。
セルは例1と同様に製造したが、この場合には染料5
1重量%(NMPの重量を基準にして)をNMP中のポリイ
ミド0.5重量%に加えた。この混合物をITO被覆面上にス
ピンして、例1と同様に硬化を実施した。
セル製造で述べたゲスト−ホスト混合物をセルに充て
んする前に、セルを例1で述べたレーザーを用いて第2
図に示すような系(レンズは含まず)によつて露光させ
た。入射光線偏光はセルの線状摩擦方向と平行した。51
4.5nmの1.2ワツトレーザー出力によつて15秒間露光させ
た後、例1に述べた方法を用いてセルにゲスト−ホスト
混合物を充てんしたが、この場合には染料5(第1表に
構造を示す)0.28重量%(液晶の重量を基準にして)を
ホストネマチツク液晶に溶解した。露光部分は入射レー
ザー偏光から+90度と−90度の回転を示した。セルの露
光部分は摩擦方向に沿つて整列した。ポリイミド整列層
に染料を局在させることによつて、レーザー誘発整列を
生ずるために必要な露光時間は先行例で観察された露光
時間に比べて有意に減少した。
例 11. この例は染料をセルのポリイミド整列層に混入した場
合の本発明の液晶媒質の整列を示す。セルは例1と同様
に製造し、整列させたが、この場合には染料を液晶と混
合しなかつた。露光部分は入射光線偏光から+90及び−
90度の回転を示した。セル非露光部分の液晶分子は摩擦
方向に整列した。
例 12. この例は染料をセルの非摩擦ポリイミド整列層に混入
した場合のゲスト−ホスト系の整列を示す。
セルは例10と同様に製造し、整列したがこの場合には
硬化したポリイミド/染料整列層を摩擦しなかつた。露
光部分は入射光線偏光から+90度、−90度の回転を示
し、例10と11で整列させたセルと同様に良好なホモジニ
アス性を示した。セルの非露光部分は充てん中に流動方
向に沿つて整列した。
例 13. この例は染料をセルの非摩擦ポリイミド整列層に混入
した場合の液晶の整列を示す。セルは例12と同様に製造
し、整列させたが、この場合には染料をネマチツク液晶
に溶解しなかつた。結果は例12と同様であつた。
例 14. この例は、本発明の方法により予め整列し、整列層が
ポリイミドと染料の混合物から構成されているセルの再
整列を示す。
セルは例10と同様に製造し、整列されたが、この場合
には硬化ポリイミド/染料整列層は摩擦されず、セルは
レンズによつて拡大したビームによつて5分間露光され
た。セルにゲスト−ホスト混合物を充てんする前に
(a)ビームを遮へいし、ビームサイズが初期露光に用
いたビーム面積よりも小さいようにした;(b)入射光
線ビームに垂直な面内でセルを約45度回転させた;
(c)次にセルを以前に露光させた面積の範囲内で5分
間露光させた。次に、セルに例1で述べた方法を用いて
ゲスト−ホスト混合物を充てんした。初期露光部分(1
回のみ露光した部分)は最初の露光の入射光線偏光から
±90度の回転を示し、再露光部分(2回露光した部分)
は第2回露光の入射光線偏光の方向に対して±90度の回
転を示した。重複部分(overlapping region)の整列は
例10と11のセルと同様に良好であつた。セルの非露光部
分はセル充てん時に流動方向に沿つて整列した。
例 15. この例は、ガラス基体要素上の透明な導電性被覆に直
接染料をおいた場合のゲスト−ホスト系のレーザー整列
を示す。
セルは例1と同様に製造したが、この場合には各基体
のITO層上にポリイミドをスピン(spin)しなかつた。
その代りに、染料4の1重量%(NMPの重量を基準)をN
MPに加えて、ITO層上にスピンした。NMPを1時間蒸発さ
せた。これによつて、基体のITO層の上部に横たわる染
料分子の薄フイルムが残される。表面をバフ布で摩擦し
て、10μm繊維を用いてセル製造時の間隙を設ける。
セルにセル製造の項で述べたゲスト−ホスト液晶混合
物を充てんする前に、セルを例1で述べたレーザを用い
て、第2図に示した系(レンズ含まず)によつて露光さ
せた。入射光線偏光はセルの線状摩擦方向に対して垂直
であつた。514.5nmでの1.2ワツトレーザー出力での10秒
間の露光後に、セルに例1で述べた方法によつてゲスト
−ホスト液晶物質を充てんした。表面上の染料は、セル
充てん中に、ゲスト−ホスト物質中に溶解するのが観察
された。露光部分は入射光線偏光から±90度の回転を示
した。セルの非露光部分は摩擦方向に沿つて整列した。
例 16. この例は、キラルスメクチツクC室温相を有する強誘
電性液晶ホストが本発明の方法によつて再整列されるこ
とを示す。
ホスト液相は強誘電性液晶である。BDH SCE−4(BDH
リミテツド、イングランド、プール)であつた。染料2
2.0重量%(液晶の重量を基準)を強誘電性液晶ホス
トに溶解した。セルは例2と同様に製造し、充てんし
た。
第2図のような配置を用いて、例1で述べたレーザー
によつて完成セルを露光させた。レンズを用いて、ビー
ム直径を1cmに拡大した。514.5nmにおいて1.0ワツトの
レーザー出力を用いて、セルを25分間露光させた。1cm
レーザービームを横切るエネルギー密度は不均一である
ので、入射線偏光に対する回転角度は露光スポツトを横
切つて変動した。しかし、偏光はスポツトを非露光部分
の整列とは異なつて整列させた。
例 17. この例は、スメクチツクA室温相を含む液晶ホストが
本発明の方法によつて再整列されることを示す。
ホスト液晶は室温においてスメクチツクA相を示すBD
H S2C(BDHリミテツド、イングランド、プールから入手
可能)であつた。染料6 1.0重量%(液晶の重量基
準)を液晶ホストに溶解した。セルは例1と同様に製造
した。セルに130℃での毛管作用によつて充てんし、エ
ポキシによつてシールした。
整列は例1と同様に実施した。514.5nmにおいて0.9ワ
ツトのレーザー出力を用いて、セルを45分間露光させ
た。露光はスポツトを入射光線偏光から約±90度再整列
した。
例 18. この例は、基体の1つを異方性吸収染料を含むポリイ
ミド整列層によつて被覆した場合に、本発明の方法を用
いた液晶の整列を説明する。
セルは例10と同様に製造したが、この場合にはポリイ
ミド/染料5/NMR混合物を基体のITO層上でスピンさせ、
ポリイミド/NMR混合物を他の基体ITO層上でスピンさせ
た。両基体の硬化は例1と同様に実施した。両基体はバ
フ磨き布で線状に摩擦し、セルは例1と同様に製造した
が、この場合には10μmの繊維を用いて間隙を調節し
た。
この液晶セルを偏光源としてアルゴンレーザーを用い
て、例1と同様に露光させた。セルは入射光線を摩擦方
向に沿つて偏光させて、0.8ワツトにおいて5分間露光
させた。2偏光子を用いて、露光部分がねじれ整列(す
なわち、ポリイミド/染料基体における液晶分子の整列
がポリイミド基体での液晶分子に対して90度をなす)を
有することが観察された。
【図面の簡単な説明】
第1図は典型的な液晶セルの概略図である; 第2図は液晶媒質の整列または再整列に有用な装置を示
す; 第3図は摩擦によつて整列したゲスト−ホスト液晶媒質
の正面図である; 第4図は本発明の方法によつて再整列した後の第3図の
ゲスト−ホスト液晶媒質の正面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン・ジョセフ・スウェトリン アメリカ合衆国デラウェア州19809,ウ ィルミントン市リバー・ロード 1703 (56)参考文献 特開 昭63−98852(JP,A) 特開 昭54−61495(JP,A) 特開 昭55−18059(JP,A)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基体に隣接した1表面を有する液晶媒質の
    整列または再整列方法において、 媒質中の液晶が1500未満の分子量を有し、 溶媒中または媒質に隣接する基体中若しくは基体上の異
    方性吸収分子が異方性吸収分子の吸収帯の範囲内に波長
    の線状偏光に露光され、そして 入射光線ビームの線状偏光の方向に関し、かつ基体によ
    って定義される平面に沿った+θ及び−θの角度におけ
    る液晶媒質の整列または再整列が露出した異方性吸収分
    子によって誘発される ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】異方性吸収分子が熱互変性液晶化合物また
    は約150nmと約2000nmとの間に二色性吸収帯を有する二
    色性染料であることをさらに特徴とする請求項1記載の
    方法。
  3. 【請求項3】液晶媒質が異方性吸収分子を含むことをさ
    らに特徴とする請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】基体が異方性吸収分子を含むことをさら特
    徴とする請求項1または2記載の方法。
  5. 【請求項5】異方性吸収分子が熱互変性液晶化合物また
    は二色性染料であることをさらに特徴とする請求項3記
    載の方法。
  6. 【請求項6】異方性吸収分子がネマチックまたはスメク
    チック液晶化合物であることをさらに特徴とする請求項
    3記載の方法。
  7. 【請求項7】異方性吸収分子が熱互変性液晶化合物中に
    溶解した二色性染料分子であることをさらに特徴とする
    請求項3記載の方法。
  8. 【請求項8】異方性吸収分子が二色性染料であることを
    さらに特徴とする請求項4記載の方法。
  9. 【請求項9】液晶媒質が異方性吸収分子を偏光に露光さ
    せる前にはホモジニアスに整列していることをさらに特
    徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項10】線状偏光がアルゴン、ヘリウム−ネオン
    またはヘリウム−カドミウムレーザーから放出されるこ
    とをさらに特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の
    方法。
  11. 【請求項11】異方性吸収分子がアゾ、ジアゾ、トリア
    ゾ、テトラアゾ、ペンタアゾ染料、アントラキノン、メ
    リシアニン、メチン、2−フェニルアゾチアゾール、2
    −フェニルアゾベンズチアゾール、4,4′−ビス(アリ
    ールアゾ)スチルベン類、ペリレン及び4,8−ジアミノ
    −1,5−ナフトキノン染料から成る群から選択された二
    色性染料であることをさらに特徴とする請求項1〜10の
    いずれかに記載の方法。
  12. 【請求項12】電場の存在下で実施することをさらに特
    徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項13】基体が摩擦した整列層を含むことをさら
    に特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項14】異方性吸収分子が整列層の一部をなすこ
    とをさらに特徴とする請求項13記載の方法。
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