JP3867975B2 - 異方性フィルムを形成する装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【関連出願】
この出願は、２００１年１月１０日に出願されたロシア国出願通し番号Ｒｕ２００１１００５３４号による優先権を主張している。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、光学、磁気、導電率などの異方性を特徴とする薄膜を作る技術に関する。特に、本発明は、有機材料、たとえば有機染料の液晶（ＬＣ）溶液から偏光フィルムを得る装置および方法に関する。
【０００３】
【関連技術】
現在、有機染料のＬＣ溶液から得た光学的に異方性のフィルムが、特に、情報を提供する装置の製作において広く利用されている（ＲＵ２１５５９７８、１０／０９／２０００、Ｇ０２Ｂ５／３０を参照）。このようなフィルムは、分子的に秩序の整った有機材料の薄層を表している。前述の材料の平らな分子は、配向秩序の整ったアセンブリ（超分子錯体）にグループ分けされる。分子の平面およびそれらの光学遷移のダイポール・モーメントは、フィルムの巨視的な配向軸線に対して直角に配向される。このような構造を創り出すためには、有機材料溶液、特に染料の液晶状態を利用する。その場合、分子はすでに局所的な秩序性を所有しており、互いに相対的に配向された一次元または二次元の準結晶凝集体内に存在する。このような組織を基体の表面に塗布し、外部の配向作用を適用した際、分子は、巨視的な配向をとり、これは、乾燥プロセスにおいて、そのまま残るばかりでなく、結晶化現象により強化すらされる。偏光軸線は、偏光子の適用方向と一致する配向方向に沿って方向付けられる。これらのフィルムの構造における特色は、それらの製作のための特殊手段を設計することを必要とするということである。
【０００４】
上記のフィルムを形成する方法としては、種々の方法が知られている。したがって、これらの方法を実施する装置も種々ある。たとえば、米国特許第５，７３９，２９６号を参照されたい。この米国特許では、絞りスロットまたはマイヤーのロッドを使用してＬＣ溶液の塗布を実施している。マイヤーのロッドは、ナイフ状（ドクターブレード）または円筒状であってもよい。基材の表面上へのＬＣ溶液の塗布は、或る特定の方向における超分子錯体の同時配向で実施することができる。乾燥プロセスにより、これらのフィルムの製作プロセスが終わる。しかしながら、公知の装置は、高度な異方性を有する再現可能なパラメータを有するフィルムを得ていない。これは、製作中に現れるフィルムの分子構造にある欠陥によるものと考えられる。その他に、この製作プロセスは、原料の新しいバッチ毎に特別な製作状態を創り出す長い調製作業を必要とする。
【０００５】
ＬＣフィルムの製作が充分に研究されることはなかった。設計者等は、こうして作ったフィルムの配向度を強化し、パラメータの再現性を向上させると共に、それらの異方性程度も向上させる作業に立ち向かっている。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、有機材料または無機材料の液晶溶液から異方性フィルムを製造する方法および装置に関するものであり、特に、構造が高い異方性度および高い完成度（結晶化度）を有し、かなりの結果再現性を有する光学的に異方性のフィルムを有機染料のＬＣ溶液から製造する方法および装置に関する。この装置は、フィルム構造の完成度を向上させるために追加的な配向作用を行い、流動学的な状態を創り出すために、或る機械的要素を利用する。
【０００７】
本方法および装置の適用性は、有機染料のＬＣ溶液から光学的に異方性のフィルムを形成することに限定されない。無機リオトロピック液晶、たとえば、鉄オキソ水酸化物またはバナジウム酸化物から形成される或る種のフィルムは、異方性の電気、磁気特性を特徴とする。
【０００８】
異方性フィルムを製造する条件の選択は、利用される材料によって決まる。すなわち、溶媒の粘度、揮発性、構造を配向し、形成するための溶液内の運動ユニットの能力で決まる。特定のケース毎に、装置内の機械的要素の対応する並進移動速度および溶液を供給する率、ならびに、得られるフィルムのサイズ、および、装置内の要素間の距離を選ぶことができる。
本発明の技術的な結果は、有機材料または無機材料のＬＣ溶液から異方性フィルムを製造する装置および方法の設計であり、それにより、得られたフィルムの構造の完成度を向上させ、フィルムの表面に沿った、ならびに、フィルム厚さを通してのパラメータの再現性を向上させ、異方性を向上させることにある。
【０００９】
本発明の技術的な結果は、少なくとも１つの基材上に液晶溶液から異方性フィルムを製造する装置において、溶液（単数または複数）を供給する少なくとも１つの手段と、溶液（単数または複数）および／または分子および／または超分子錯体に配向の影響を与える少なくとも１つの手段と、プレート（単数または複数）の形で実装してあり、最初にプレート（単数または複数）の内面（配向要素に対して内面）に、次いで、基材（単数または複数）の上に溶液を供給するように装置した少なくとも１つの溶液方向付け手段とが存在するという事実によって達成される。さらに、上記した諸手段は、基材ホルダ（単数または複数）に対して並進移動できるように、そして、互いからかつ基材ホルダ（単数または複数）から所望距離のところに固定できるように、実装される。
本装置においては、異なった基材ホルダを用いて種々の材料から同時にいくつかのフィルムを形成する手段を得ることができる。
【００１０】
プレートは、平坦で、基材ホルダの平面に対して０度〜９０度の角度で据え付けてもよい。少なくともプレートの一部が、円筒状表面となっていてもよい。
先に挙げた手段および基材ホルダ（単数または複数）の相対的な並進移動の方向に対して直角な方向において、少なくとも１つのプレートの寸法は、基材ホルダ（単数または複数）の寸法より大きくてもよく、および／または、基材ホルダの側部にあるプレート・エッジの横方向寸法は、形成フィルムの横方向寸法以上であってもよい。
【００１１】
少なくともプレート表面の一部は、親水性および／または疎水性であってもよい。少なくともプレート表面の一部は、逃げ（レリーフ）を備えることを特徴としてもよい。プレート（単数または複数）は、その異なった部分および／またはその異なった層を含めて、高分子材料またはゴムまたは少なくとも２つの異なった材料で作ってもよい。
配向の影響を与える少なくとも１つの手段は、ナイフ状または円筒状のロッド（回転の有無を問わず）として実装してもよい。配向の影響を与える少なくとも１つの手段は、少なくとも１つの付加的なプレートを含み、この付加的なプレートおよび基材ホルダ（単数または複数）の相対的な並進移動中、付加的なプレートの表面の少なくとも一部が、配向の影響を与える主手段の直後で基材表面に沿って自由に並進移動するように付加的なプレートの一端が固定してある。
【００１２】
溶液（単数または複数）を供給する少なくとも１つの手段は、溶液（単数または複数）を供給する少なくとも１つのインジェクタおよび／または少なくとも１つの伝導ローラ・システムおよび／または溶液（単数または複数）の供給量を計る計量計を備える少なくとも１つのチャネルを含む。
少なくとも１つの配向手段の表面は、逃げを備えていてもよい。
本装置は、さらに、形成フィルムから溶媒を除去するための少なくとも１つの手段を備えていてもよい。この手段は、加熱要素および／または空気またはガス・ブロワー・ユニットおよび／または輻射ユニットとして実装してもよく、基材表面の少なくとも一部を処理するように固定してもよい。
【００１３】
本装置は、さらに、静的状態を与える手段と、少なくとも１つの振動防止手段と、自動動作および／または製造プロセス制御システムとを備えていてもよい。
有機材料および／または無機材料の液晶溶液から異方性フィルムを製造する方法の技術的な結果は、この方法が、溶液（単数または複数）が溶液方向付け要素の表面、次いで、基材上に現れ、そこで、外部の配向作用を施すように溶液（単数または複数）を供給する段階を含むという事実によって達成される。さらに、製造プロセス中、基材および溶液を供給する手段、溶液方向付け要素および配向作用を与える手段は、形成フィルムの平面において相互に並進移動する。
【００１４】
配向作用プロセス後および／または配向作用プロセスにおいて、形成フィルムを乾燥させる。
液晶溶液を方向付ける要素は、基材および配向要素からの、基材上へ溶液の層流を与えるような距離のところに設置する。
供給、方向付け手段と配向要素との間の距離ならびに上記要素と基材ホルダとの間の距離は、基材上に所望厚さのフィルムを形成し、基材との接触の際に液晶溶液の層流を与え、基材上へのさらなる溶液の流れを与えるように選ぶ。
【００１５】
供給要素から、ＬＣ溶液は、方向付け要素に送られる。そこにおいては、既に予備的な配向が生じている。その他に、装置の機械的要素が、基材へ送られる溶液の流れが層流となるような、互いからの距離のところに据え付けられ、それを達成するような速度で移動する。これにより、溶液内の運動ユニット（分散相の要素）の配向を促進し、フィルムの厚さ全体にわたって秩序の整った構造を得ることができる。供給時の乱れおよび溶液への配向作用の付与が存在しないことにより、無配向によって誘起される構造上の欠陥を減らすことができる。
本発明は、添付図面と関連した以下の説明からより明確に理解して貰えよう。
【００１６】
【好ましい実施例の説明】
図１に示す装置の主要部分は、基材ホルダ１と、溶液を供給するためのディスペンサ３およびチャネル４として実装された、分散液システム２（有機材料または無機材料の液晶溶液）を供給するための要素と、案内要素または溶液方向付け要素５と、円筒形ロッドによって表される整列の影響を付与する要素６である。要素５は、また、最初に運動要素を整列させる整列用溝５ａを備えていてもよい。運動要素は、さらに、整列用要素６によって整列される。整列用要素６も整列用溝６ａを含んでいてもよい。プレートまたは要素５の一部が、基材に隣接して円筒形の表面（図示せず）を含んでいてもよい。
【００１７】
装置の作動時、基材７を基材ホルダ１上に設置する。要素２および５は、基材ホルダ１に対して並進移動し、基材７の全域に沿って堆積溶液を供給し、溶液の運動ユニット（分散相の要素）に外部の整列影響を与えることができるように取付けられる（図２ｂ）。その他に、要素２および５を、互いに必要な距離に、および、基材ホルダから必要な距離に取付けることができる。これらの距離は、基材に沿って堆積溶液を均一に分布させ、堆積溶液の流れに層流を生じさせ（図２ｂ）、堆積層の全厚さを通じて堆積溶液における運動ユニットに均一な整列影響を与えるように選ばれる。前記距離および要素２および５、および、基材ホルダの相対的な並進移動率は、特定のケースごとに溶液の粘性および形成異方性フィルムの必要厚さに従って決まる。装置の前述の作動パラメータは、実験的に決めるか、または、公知のアルゴリズムを使用して算出する。
【００１８】
溶液を給送する手段は、溶液が案内要素５の内面（整列要素６に対する面）上へまず給送し、次いで、重力の影響の下に、案内要素に沿って自由に流れて運動ユニットを整列させ、溶液を基材上へ給送し、基材の全幅にわたって要素５と要素６との間のギャップを満たすように設置し、および／または、実装される。溶液を基材上へ給送する要素５のエッジは、通常、ロッドの長手方向軸線に対して平行に、対応して、並進移動方向に対して直角に位置させる。
しかしながら、要素５の前記エッジと要素６の長手方向軸線が平行でない場合もあり得る。これは、全面にわたって異なった特性を有する異方性フィルムを得るのに必要となろう。要素５のエッジと要素６との間の、要素６の長手方向軸線に沿った種々の距離は、基材上へ不均一な溶液の流れを与え、それ相応に、基材の異なった領域において溶液内の運動ユニットに異なった整列の影響を与えることになる。
【００１９】
図３は、基材ホルダ１、容器給送のためにディスペンサ３およびチャネル４の形で実装した分散システム２を供給する要素、案内要素５および整列要素６に加えて、加熱要素９の形で実装した、形成フィルム８から溶媒を除去する要素を含む装置を示している。この装置は、さらに、乾燥プロセス（形成フィルムから溶媒を除去するプロセス）の静的状態を与える蓋１０を含み得る。要素９および１０を同時に使用することで、異方性フィルムを製造するのに最適な状態を与えると共に、高い光学特性を有するフィルムを首尾一貫して製造することができる。
【００２０】
図４は、整列の影響を与える要素の機能をナイフ状のブレード１１で実施する装置を示している。整列影響を与える要素は、１つの可撓性プレート１２も含む。この付加的なプレート１２と基材ホルダ１の相対的な並進移動中、付加的なプレートの表面の一部が、整列影響を与える主要素１１の直後で基材７の表面に沿って自由に移動するように可撓性プレート１２の一端を固定してある。このプレートの役割は、溶媒を除去するプロセスにおいて形成フィルムに付加的な整列影響を実施することにあり、それにより、その光学的特性を向上させると共に、フィルムの全面にわたってパラメータの一貫性を高めることができる。装置内で振動防止要素１３を使用すると、フィルムの堆積、製造状態を安定化して良い結果を得ることができる。
【００２１】
光学的異方性フィルムの製造方法の１実施例を以下に説明する。光学的異方性フィルムを得るための出発材料は、スルホン化したインダンスロンのＬＣ水溶液である。リオトロピックＬＣ（ＬＬＣ）の染料濃度は、７．０重量％である。マイヤーのロッド＃4を外部配向要素としてしようする。これは、ワイヤを巻き付けたシリンダで代表されるものであり、ウェット層の厚さは９．５μｍである。ＬＬＣを供給する手段は、平坦なプレートの形をしており、基材の平面に対して６０度の角度で取付けられている。要素３と要素４との間の距離は、２ｍｍである。基材に対する要素３、４の移動の速度は、１２．５ｍｍ／秒である。ＬＬＣの塗布、配向、乾燥後、０．３〜０．４μｍの厚さのフィルムを得ることができ、その光学特性Ｋ_dはＴ＝４０％で２５である。すなわち、Ｔ＝４０％でＫ_d＝２０〜２２（Ｋ_dとは二色比である）であるようなシステムで伝統的に得たものよりも良好である。
【００２２】
したがって、本発明の方法および装置を実施したとき、異方性（光学、磁気その他についての異方性）を処理したフィルムの完全な構造を得る可能性が新たに開かれる。本発明を用いることにより、公知設計の方向付け要素を用いることなく、類似した方法（類似した条件）を経るよりもより完全な構造（その結果、より高い異方性を持つ構造）を得ることができる。ここに示した例は、本発明のすべての可能な使用を論じ尽くしているものではない。また、異なった基材ホルダ上に個別のフィルムを得ることができると共に、ただ１つの基材ホルダ上に異なった特性を有するいくつかのフィルムを得ることができる。本発明の装置および方法は、異方性フィルムを製造する任意の技術的ラインにおける独立ユニットまたは作業として使用することができる。塗布状態を安定化する振動防止その他の設備を有する装置を使用することによって良い結果が得られる。その他に、特にプロセスのコンピュータ操作に合わせて自動作動・制御手段を用いることが推奨される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施する装置の概略図である。
【図２】 図２は、フィルム形成時における溶液内の運動ユニット（分散相の要素）の分布を概略的に示す図であり、ａ）は、円筒形ロッドでの伝統的なセットアップにおける図であり、ｂ）は、円筒形ロッドも用いての本発明による図である。
【図３】 加熱要素の形で実装した、形成フィルムから溶媒を除去する要素を含む装置の概略図である。
【図４】 整列影響を与える要素の機能が、ナイフ状ブレードで実施される装置の概略図である。

Claims (12)

1. 基材上で有機材料および／または無機材料からなる液晶溶液から異方性フィルムを製造する装置であって、
   前記液晶溶液を供給するための手段と、
   溶液および／または溶液の分子および／または超分子錯体に対し、整列用溝により配向作用を外部から与えるための、円筒状ロッド、ローラおよびドクターブレードからなるグループから選択された要素と、
   基材上へ溶液を案内すると共に、予備的な配向を与えるための、整列用溝が形成された平坦なプレートと、
   前記基材と、前記プレートとの間で相対移動を行わせるための手段と、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記プレートは、基材の平面に対して０度〜９０度の角度で取り付けてあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 相対移動の方向に対して直角な方向において、前記プレートの寸法が、形成されたフィルムの幅の寸法より大きいことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. プレートが、高分子材料で作られることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. プレートが、ゴムで作られることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 前記配向作用を外部から与えるための要素が、さらに、付加的なプレートを含み、基材に対する付加的なプレートの移動中に、付加的なプレートの表面の少なくとも一部が、配列作用を与える手段の後部で基材表面に沿って自由に並進移動するように付加的なプレートの一端が固定してあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. さらに、フィルムから溶媒を除去するための手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. フィルムから溶媒を除去するための手段が、加熱要素、ブロワーおよび輻射ユニットからなるグループから選択された要素を含み、そして、少なくとも基材表面の一部を処理するように取付けられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記液晶溶液を供給するための手段が、インジェクタ、送りローラセット、溶液供給量を計る計量器を備えるロットからなるグループから選択された要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. さらに、振動防止手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 有機材料および／または無機材料の液晶溶液から基材上に異方性フィルムを製造する方法であって、
    平坦なプレートの表面上に液晶溶液を供給する段階と、
    前記プレートの表面に沿って溶液を流すと共に、プレートに形成された整列用溝により予備的な配向を与えてから、基材の表面上に溶液を案内する段階と、
    前記プレートに対して基材を並進移動させる段階と、
    基材が並進移動されているときに、表面に整列用溝が形成された、円筒状ロッド、ローラおよびドクターブレードからなるグループから選択された要素によって基材上の溶液に対して配向作用を外部から与える段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
12. さらに、フィルムを乾燥させる段階を含むことを特徴とする請求項１１の方法。

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