JP5165665B2 - ポリマー化液晶材料を含む膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、均一配向を有するポリマー化液晶材料を含む膜および多層膜の製造方法、および前記方法により得られた膜および多層膜、ならびに光学および電気工学用途でのそれらの使用に関する。

本明細書で記載するような膜に関連して、本明細書を通して使用される用語は、下記の定義で与えられる。
本明細書で使用する「膜」という用語は、おおよそ明白な機械的安定性および柔軟性を示す、自立の、すなわち独立の膜、並びに支持基板上または２つの基板の間の被覆または層を含む。

「液晶もしくはメソゲン材料」または「液晶もしくはメソゲン化合物」という用語は、１または２種以上のロッド状（rod-shaped）、板状(board-shaped)または円盤状(disk-shaped)のメソゲン基、すなわち液晶相挙動を誘導する能力を有する基を含む材料または化合物類を意味する。ロッド状または板状基を有する液晶化合物は、「カラミティック」液晶として当該技術分野で既知である。円盤状基を有する液晶化合物もまた、「ディスコティック」液晶として当該技術分野で既知である。メソゲン基を含む化合物または材料は、必ずしもそれら自身が液晶相を示さなければならないわけではない。それらが他の化合物との混合物でのみ、またはメソゲン化合物もしくは材料、またはそれらの混合物がポリマー化したとき、液晶相挙動を示すこともまた可能である。

簡易にするために、「液晶材料」という用語は、本明細書では液層材料およびメソゲン材料の両方に使用し、および「メソゲン(mesogen)」という用語は、材料のメソゲン基に使用する。
「ダイレクター(director)」という用語は、当該技術分野で既知であり、液晶材料のメソゲンの分子の長軸（カラミティック化合物の場合）、または分子の短軸（ディスコティック化合物の場合）の好ましい配向方向を意味する。
「平面構造」または「平面配向」という用語は、光学軸が膜平面に対して実質的に平行である膜を意味する。

「ホメオトロピック構造」または「ホメオトロピック配向」という用語は、光学軸が膜平面に対して実質的に垂直、すなわち膜法線に対して実質的に平行である膜を意味する。
「チルト構造」または「チルト配向」という用語は、光学軸が膜平面に対して０〜９０度の間の角度θに傾いている膜を意味する。
「スプレー構造」または「スプレー配向」という用語は、上記で定義したチルト配向を意味し、さらにチルト角が、膜平面に垂直な方向に０〜９０°の間で、好ましくは最小値から最大値まで単調に変化する。

均一配向を有する単一軸方向（uniaxially）の正（positive）複屈折の液晶材料を含む、平面、ホメオトロピックおよびチルト光学膜において、膜の光学軸は、液晶材料のダイレクターによって与えられる。
「ら旋ねじれ構造」という用語は、液晶材料の１又は２種以上の層を含む膜に関連し、液晶材料中のメソゲンを、分子副層で好ましい方向に、それらの主要な分子軸で配向させ、異なる副層中で前記の好ましい配向方向は、ら旋軸のまわりに角度φにねじれている。「平面配向を有するら旋ねじれ構造」という用語は、上記で記載したようにら旋ねじれ構造を有する膜を意味し、ら旋軸は実質的に膜平面に垂直、すなわち膜法線に実質的に平行である。

均一配向のポリマー化液晶（ＬＣ）材料を含む異方性膜は、当該技術分野で既知である。それらは典型的にリタデーション、補償または偏向膜として、ＬＣディスプレイまたは他の光学もしくは電子光学用途に使用される。平面ＬＣ膜は、特許文献１に例として記載される。ホメオトロピックＬＣ膜は、特許文献２および特許文献３に例として記載される。チルトまたはスプレーＬＣ膜は、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７および特許文献８に例として記載される。

多くの用途、たとえば液晶ディスプレイにおいては、スタック（stack）、または同一もしくは異なる配向を有する２もしくは３以上のＬＣ膜の多層膜などの光学部品としての使用が必要とされる。当該目的のために、通常、巨視的な配向ＬＣ膜は、プラスチック基板上に担持され、およびコーティング機で連続的に（on a roll to roll）製造される。製造されたポリマー化ＬＣ膜は、その後、たとえば他のＬＣ膜または偏光板に積層される。

積層方法は、典型的に、膜に感圧接着（PSA）シートを貼り付け、所望の部品に取り付け、その後もとのプラスチック基板の除去を伴う。ＬＣ膜が、他のＬＣ膜とともに使用される場合、該支持基板からこれを同様に除去しなければならない。各積層段階は、労力および材料の両方が費やされる。また、PSAシートの使用は、材料コストおよび、しばしばフラットパネルディスプレイでの使用が望ましくない最終多層膜厚さを上昇させる。

また、ホメオトロピック膜では、たとえば多くはアルミニウム処理されたプラスチック基板が、ホメオトロピック配向を誘導するのに使用され、たとえば特許文献９に例が記載される。この場合、プラスチック基板表面のアルミニウムの低接着性のため、層間剥離がアルミニウムを除去することがあり、欠陥率の上昇につながる。また、したがって製造されたホメオトロピック膜は、ときおり減少した機械安定性を示す。たとえば、環境室中で、ホメオトロピックＬＣ膜の耐久性試験を行ったとき、他の膜と積層したときにクラックを生じる傾向を示した。

国際公開第９８／００４６５１号パンフレット 国際公開第９８／００４７５号パンフレット 英国特許第２３２４３８２号明細書 米国特許第５６１９３５２号明細書 国際公開第９７／４４４０９号パンフレット 国際公開第９７／４４７０２号パンフレット 国際公開第９７／４４７０３号パンフレット 国際公開第９８／１２５８４号パンフレット 英国特許第２３２４３８２号明細書

本発明の目的は、従来技術で既知の膜の欠点を有さず、大規模でさえ容易かつ経済的に成形加工できる、ポリマー化ＬＣ材料を含む異方性膜の製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、容易に製造され、改善された機械安定性、特に他の膜との積層時にクラックを生じる傾向を減じ、およびＬＣディスプレイで使用した場合良好な光学特性を有する、ポリマー化ＬＣ膜を提供することである。

本発明の他の目的は、同一または異なる配向を有する１種のポリマー化ＬＣ膜よりも多くのスタックを製造し、従来技術で既知の方法より労力および材料の消耗を減じ、ならびに製造工程および必要な部品の数を減少させる、改善した製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、下記の詳細な説明により、当業者には瞬時に明白である。

上記の目的を、本発明により供給される方法、膜、膜の多層膜により達成することができる。
特に、本発明者らは、ポリマー化ＬＣ材料膜を、基板として働く別の配向液晶層上に直接製造する方法により、上記目的を達成できることを見いだした。この方法の特典は、たとえば、使用するプラスチック基板量を減少し、および特に必要とされる積層工程数を減少することである。これは製造コスト削減につながる。

本発明のさらなる側面は、ポリマー化ＬＣ材料を含む膜の機械的安定性を向上する方法、特に、膜が機械的ストレスを受けるとき、たとえば、他の膜に積層するとき、膜を製造するために使用される重合可能な材料中で架橋の程度を減少することにより、クラックの数を減少する方法に関する。本発明者らは、重合可能なＬＣ材料中の多反応性(multireactive)化合物（２または３個以上の重合可能な基を有する化合物）量が減少すると、膜安定性が上昇し、およびクラックの数が減少することを見いだした。しかしながら、重合可能な混合物中の多反応性化合物の若干量は、安定で、自立膜を得るために必要である。

本発明のさらなる側面は、ホメオトロピックまたはチルト配向を有する第二のポリマー化ＬＣ膜中で、チルト角をコントロールする方法に関し、基板として働く平面配向を有する第一のポリマー化ＬＣ膜上に、重合可能なＬＣ材料をUV光硬化することにより製造し、前記第一の平面ＬＣ膜もまた、重合可能な液晶材料をUV光硬化することにより製造する。本発明者らは、第二のＬＣ膜のチルト角を、前記第一のＬＣ膜の光硬化に使用されるUV強度を減少することにより、０°（ホメオトロピック）〜より高い値（チルト）まで変化できることを見いだした。

本発明は、第一の膜上に直接第二の重合可能なＬＣ材料を供給し、前記第二にＬＣ材料をポリマー化することにより、均一配向を有する第一のポリマー化ＬＣ材料を含む前記第一の膜上に、均一配向を有する前記第二の重合可能な液晶材料（ＬＣ）を含む前記第二の膜を、直接製造する方法に関する。

本発明はさらに、ホメオトロピック、チルトまたはスプレー配向を有する第二のポリマー化ＬＣ材料を含む第二の膜を製造する方法に関し、平面配向を有する重合可能なＬＣ材料の第一の膜上に、第二の重合可能なＬＣ材料を供給し、およびそれをポリマー化し、
平面配向を有する前記第一の膜は、基板上に第一の重合可能なＬＣ材料を供給し、平面配向に配列し、およびUV光照射によりポリマー化することにより製造され、
ホメオトロピック、チルトまたはスプレー配向を有する前記第二の膜のチルト角が、平面配向を有する前記第一の膜の重合のために使用される、UV光強度を変化させることによりコントロールされることを特徴とする。

本発明はさらに、平面配向および任意にら旋ねじれ構造を有する第一のポリマー化ＬＣ材料の第一の膜上に、第二の重合可能なＬＣ材料を供給し、第二のＬＣ材料を重合することにより、ホメオトロピック、チルト、またはスプレー配向を有しおよび向上した機械安定性を有する、第二のポリマー化ＬＣ材料を含む第二の膜を製造する方法に関し、前記第二の重合可能なＬＣ材料は、１つの重合可能な基（単反応性）を有する１または２種以上の化合物および２または３以上の重合可能な基（多反応性）を有する１または２種以上の化合物を含み、前記第二の膜の機械安定性は、前記第二の重合可能なＬＣ材料中の多反応性化合物の量を変化させることによりコントロールすることを特徴とする。

本発明はさらに、本明細書に記載の方法により得られる、ホメオトロピック、チルトまたはスプレー配向を有するポリマー化ＬＣ材料を含む膜に関する。
本発明はさらに、本明細書に記載の方法により得られる、均一配向を有する第二のポリマー化ＬＣ材料の少なくとも１種を含む多層膜に関し、前記第二の膜は、均一配向を有する第一のポリマー化ＬＣ材料を含む第一の膜の少なくとも１つに直接隣接する。

本発明はさらに、本明細書に記載の、光学または電気光学デバイス中での膜または多層膜の使用に関する。
本発明はさらに、本明細書に記載の膜または多層膜を含む液晶ディスプレイに関する。

他に述べなければ、本発明のポリマー化ＬＣ膜の一般的な製造は、文献により既知の標準方法により行われる。典型的に、重合可能なＬＣ材料は被覆され、またはさもなければ均一配向に配列する基板上に用いられ、およびin situでＬＣ相、たとえば加熱または化学線への曝露により重合し、好ましくは光重合、非常に好ましくはＵＶ-光重合により重合し、これによりＬＣ分子の配列を固定する。均一配列はまた、剪断、基板の表面処理、またはＬＣ材料への界面活性剤の添加などの追加の手法により、誘導または増強することができる。

この手順による平面ＬＣ膜の製造は、たとえばWO 98/04651に記載され、ホメオトロピックＬＣ膜の製造は、たとえばWO 98/00475に記載され、チルトまたはスプレーＬＣ膜は、たとえばUS5,619,352、WO 97/44702およびWO 98/12584に記載され、これらのすべての文書の全体の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

平面配向を有するら旋ねじれＬＣ膜を使用する場合は、好ましくはポリマー化キラルＬＣ、特にショートピッチおよびＵＶ線域で反射するコレステリックＬＣ（ＣＬＣ）材料を含む膜が好ましく、これは、たとえばGB 2,315,072およびWO 01/20394に記載される、「ＵＶＣＬＣ」膜または「高ねじれＡプレート」として文献で既知であり、これらの全体の開示は、参照として本明細書に組み込まれる。

本発明の第一の好ましい実施態様は、基板として働く均一配向を有する第一のポリマー化ＬＣ材料を含む第一の膜上に、均一配向を有する第二のポリマー化ＬＣ材料を含む第二の膜を直接製造する方法に関する。

第二のポリマー化ＬＣ膜を、上記に記載のように、第二の重合可能なＬＣ材料を基板上に供給し、およびin situで材料を重合することにより製造する。しかしながら、従来の方法と対照的に、平面配向を有する第一のポリマー化ＬＣ膜は基板として使用される。

平面配向を有する前記第一のＬＣ膜は、たとえば基板上に第一の重合可能なＬＣ材料を供給し、それを平面配向に配列し、およびＵＶ光の照射により重合するという、当業者に既知で文献に記載の標準的な手続きにより製造される。

本発明者らは、前記第一の平面ポリマー化ＬＣ膜上に供給される、第二の重合可能なＬＣ混合物を、ホメオトロピック配列し、および第二のポリマー化ＬＣ膜を形成するために硬化できることを見いだした。結果として、第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料は、ホメオトロピック、チルトまたはスプレー配向を有する。配向はさらに、下記に記載の第二の好ましい実施態様のようにコントロールすることができる。

非常に好ましい実施態様は、
−前記第一の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、平面配向を有する。
−前記第一の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、ら旋ねじれ構造および平面配向を有する。
−前記第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、ホメオトロピック配向を有する。
−前記第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、チルトまたはスプレー配向を有する。
ものである。

下記の組み合わせは殊に好ましい：
第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、ホメオトロピック配向を有しおよび第一の膜中のポリマー化ＬＣ材料が平面配向を有する。
第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、ホメオトロピック配向を有しおよび第一の膜中のポリマー化ＬＣ材料が平面配向を有するら旋ねじれ構造を有する。
第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、チルトまたはスプレー配向を有しおよび第一の膜のポリマー化ＬＣ材料中が、平面配向を有する。

スプレー膜は、好ましくは、おおよそ連続的なチルトプロフィール、チルト角が好ましくは０〜９０°の範囲、殊に好ましくは０〜５°の間から８５〜９０°の間で変化するチルトプロフィールを有する。スプレー膜の軸上のリタデーション（すなわち０°の視野角）は、好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、殊に好ましくは７０ｎｍ〜１２０ｎｍである。これらの値は、平面膜から分離して測定されたスプレー膜のものである。

平面膜は、好ましくは０．５〜２ミクロン、殊に好ましくは０．７５〜１．３ミクロンの厚さを有する。平面膜の軸上のリタデーションは、好ましくは３０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
２層膜の組み合わせのリタデーションは、２つの個々の膜のリタデーションの加法である。
本発明の第二の好ましい実施態様は、基板として働く平面配向を有する第一のポリマー化ＬＣ材料からなる第一の膜上に製造される、第二のポリマー化ＬＣ材料を含む、第二の膜中のＬＣ分子の配向のコントロール方法に関する。

平面配向を有する第一のＬＣ膜を、たとえば基板上に第一の重合可能なＬＣ材料を供給し、平面配向に配列し、およびＵＶ光の曝露により重合することにより製造する。
第二のポリマー化ＬＣ膜を、上記に記載のように、第二の重合可能なＬＣ材料を、前記第一の平面膜上に供給し、ホメオトロピック配向し、および前記第二の材料を重合することにより製造する。

第二のＬＣ膜のホメオトロピック配向は、基板として働く前記下層の第一の平面ＬＣ膜がその製造中に対象とされた、ＵＶ光量を変化させることによりコントロールすることができる。
たとえば、第一の平面ＬＣ膜を、不充分なＵＶ強度で平面配向した第一のＬＣ混合物のＵＶ光重合により製造した基板として使用する場合は、前記平面膜上の第二の重合可能なＬＣ混合物は良好なホメオトロピック配向を示さない。

良好なホメオトロピック配向は、第一の膜に十分な強度のＵＶ光を照射した場合に、達成することができる。
結果として、必要とされる第一の平面ＬＣ膜の調製には、ホメオトロピック配向が第二のＬＣ膜中で製造されないＵＶ曝露の量の最小値が存在する。必要とされる光強度の最小量は、使用される重合可能な混合物による。下記に示す好ましい混合物では、光強度の量は、好ましくはおよそ１．１Ｗ／ｃｍ^２またはこれより高いが、しかしながら本発明はこの値には限定されない。

本発明の第三の好ましい実施態様は、基板として働く平面配向を有する第一のポリマー化ＬＣ材料からなる第一の膜上に製造される、第二のポリマー化ＬＣ材料を含む第二の膜の機械安定性を向上する方法に関する。
第二のポリマー化ＬＣ膜を、上記に記載のように、前記第一の平面膜上に重合可能なＬＣ材料を供給し、およびそれを重合することにより製造する。第二のＬＣ膜は、好ましくはホメオトロピック、チルト、またはスプレー配向を有する。

前記第二の膜の製造に使用される重合可能なＬＣ材料は、１つの重合可能な基（単反応性）を有する少なくとも１種の重合可能な化合物および２または３以上の重合可能な基（多反応性）を有する少なくとも１種以上の重合可能な化合物を含む。
この実施態様によると、前記第二の膜の機械安定性は、第二のポリマー化ＬＣ膜の架橋密度を変化させることによりコントロールされる。

多反応性化合物が重合可能な材料中に存在する場合、三次元ポリマーネットワークが形成され、およびＬＣ材料の配向は、永久的に固定される。そのようなネットワークで作られる光学リタデーション膜は、自立し、ならびに高い機械的および熱的安定性、その物理的および光学的特性の温度に対する低依存性を示す。

多反応性化合物の濃度を変化させることにより、ポリマー膜の架橋密度ならびに、光学リタデーション膜の光学特性の温度依存性のためにまた重要である、ガラス転移温度、熱および機械安定性、または溶媒耐性などの物理的および化学的特性を、調製することができる。

特に、本発明者らは、最小値から最大値まで多反応性化合物の量を変化させることにより、ポリマー化ＬＣ膜の機械安定性を向上できることを見いだした。このように、たとえば、ＬＣ膜を他の膜に積層する場合、クラックの数を減少する。

非常に好ましくは、重合可能なＬＣ材料は、１または２種以上の多反応性化合物、特に多反応性メソゲン化合物を、材料中の固形成分のトータル量の質量に対し、５〜４２％より低い量で、好ましくは５〜４０％、非常に好ましくは５〜３３％含む。

殊に好ましいのは、クラッキングに対し安定性が向上した上記の本発明の方法により得られた膜である。重合可能なＬＣ材料は、好ましくは１または２種以上の単反応性の重合可能なメソゲン化合物および１または２種以上の二または多反応性の重合可能なメソゲン化合物を含む。

本発明に使用される重合可能なメソゲンの単、二および多反応性化合物は、それ自体既知の方法により製造することができ、前記方法はたとえば、Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme出版, Stuttgartなどの有機化学の標準的学術書に記載される。典型的な例は、たとえば、WO 93/22397, EP 0 261 712, DE 19504224, DE 4408171およびDE 4405316に記載される。これらの文書に開示される化合物は、しかしながら単に例として見なされるものであり、本発明の範囲を制限するものではない。

本明細書に記載の非常に好ましい液晶またはメソゲン材料、化合物およびポリマー化合物は、改良した色度を有する良好な光学性能を提供し、および殊にモノマーの場合、大規模にポリマー膜を製造する際殊に重要である、望ましい配向に容易かつ迅速に配向できる、カラミティック液晶またはメソゲン材料から選択される。

殊に有効なカラミティック単−および二反応性の重合可能なメソゲン化合物を表わす例は、化合物の下記のリストで示され、これはしかしながら、単に説明として用いられ、本発明の説明の代わりとして用いられ、何ら本発明を制限するものではない。

上記の式において、Ｐは重合可能な基であり、好ましくはアクリル、メタクリル、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテル、エポキシまたはスチレン基であり、ｘおよびｙは、それぞれ独立して、１〜１２であり、ＡおよびＤは、任意にＬ^１により単、二もしくは三置換される１，４−フェニレンまたは１，４−シクロヘキシレンであり、ｖは０または１であり、Ｚ^０は−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−または単結合であり、Ｙは極性基であり、Ｒ^０は非極性アルキルまたはアルコキシ基であり、Ｔｅｒは、たとえばメンチルなどのテルペノイド基であり、Ｃｈｏｌはコレステリル基であり、ならびにＬ^１およびＬ^２は、それぞれ独立して、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮまたは１〜７個の炭素原子を有する、任意にハロゲン化されたアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルもしくはアルコキシカルボニルオキシである。

これに関連して、「極性基」という語は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＮＯ_２、ＯＨ、ＯＣＨ_３、ＯＣＮ、ＳＣＮ、４個までの炭素を有する任意にフッ素化されたカルボニルもしくはカルボキシル基、または１〜４個の炭素原子を有する単−、オリゴ−もしくは多フッ素化アルキルもしくはアルコキシ基を意味する。
「非極性基」という語は、１もしくは２以上、好ましくは１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基、または２または３以上、好ましくは２〜１２個の炭素原子を有するアルコキシ基を意味する。

ホメオトロピック、チルトおよびスプレー膜の調製用に好ましい重合可能な液晶材料は、
−１または２種以上の二反応性アキラルメソゲン化合物を、質量で５〜４１％、好ましくは５〜４０％、非常に好ましくは５〜３２％、
−１または２種以上の単反応性アキラルメソゲン化合物を、質量で４９〜９０％、好ましくは５０〜８５％、
−１または２種以上の光開始剤を、質量で０．１〜１０％
を含む。

単反応性アキラル化合物は、好ましくは上記の式Ia〜IfおよびIiから選択され、特にｖが１であるIaおよびIeである。
二反応性アキラル化合物は、好ましくは上記の式IIaおよびIIbから選択され、特にIIaである。

ら旋ねじれ構造を有する平面膜の調製のために、重合可能なＬＣ材料は好ましくは、１または２種以上の重合可能なアキラルメソゲン化合物および少なくとも１種のキラル化合物を含む。キラル化合物は、たとえば通常のキラルドーパントなどの重合できないキラル化合物、重合可能なキラル非メソゲンまたは重合可能なキラルメソゲン化合物から選択することができる。

適当なドーパントは、たとえば商業的に入手可能なＲもしくはＳ８１１、ＲもしくはＳ１０１１、ＲもしくはＳ２０１１またはＣＢ１５（Merck KGaA, Darmstadt, Germany）から選択することができる。非常に好ましくは、高ら旋ねじれ力（ＨＴＰ）を有するキラルドーパントであり、特にWO 98/00428に記載されるソルビトール基を含むドーパント、GB 2,328,207に記載されるヒドロベンゾイン基を含むドーパント、WO 02/94805に記載されるキラルビナフチル誘導体、WO 02/34739に記載されるキラルビナフトールアセタール誘導体、WO 02/06265に記載されるキラルＴＡＤＯＬ誘導体、ならびにWO 02/06196およびWO 02/06195に記載される少なくとも１個のフッ素化リンケージおよび末端または中央キラル基を有するキラル化合物である。

重合可能な材料は、また溶媒中、好ましくは有機溶媒に溶解することができる。溶液は、その後、たとえばスピンーコーティングまたは他の既知の技術により基板上に被覆され、および溶媒をポリマー化前に蒸発させる。ほとんどの場合、溶媒の蒸発を促進するために、混合物を加熱することが適当である。

ＬＣ材料のポリマー化は、好ましくは、化学線へ曝露することにより達成される。化学線は、ＵＶ光、ＩＲ光もしくは可視光などの光の照射、Ｘ線またはガンマ線などの放射、またはイオンもしくは電子などの高エネルギー粒子の放射を意味する。好ましくはポリマー化は、光照射（photoirradiation）、特にＵＶ光、非常に好ましくは直線偏光ＵＶ光によって行われる。化学線の線源としては、たとえば単一ＵＶランプ、あたはＵＶランプセットなどを用いることができる。高ランプ力を使用すると、硬化時間を減少することができる。光照射のための他の可能な線源は、たとえばＵＶレーザー、ＩＲレーザーまたは可視レーザーなどのレーザーがある。

ポリマー化は、化学線の波長で吸収する開始剤の存在下で行う。たとえば、ＵＶ光の手法で重合するとき、光開始剤は、ポリマー化反応を開始するフリーラジカルまたはイオンを製造するために、ＵＶ光で分解するものを使用することができる。ＵＶ光開始剤は、特にラジカル（radicalic）ＵＶ光開始剤が好ましい。ラジカル重合用の標準の光開始剤、たとえば商業的に入手可能な、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）６５１、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）１８４、Ｄａｒｏｃｕｒｅ（登録商標）１１７３またはＤａｒｏｃｕｒｅ（登録商標）４２０５（すべてCiba Geigy AG）が使用でき、カチオン光開始剤の場合は、商業的に入手可能なＵＶI６９７４（Union Carbide）が使用できる。

重合可能なＬＣ材料は、加えて１または２種以上の他の適当な成分、たとえば触媒、感光剤、安定剤、連鎖移動剤、抑制剤、共反応性（co-reacting）モノマー、表面活性化合物、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水剤、接着剤、流動性向上剤（flow improvers）、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、補助剤（auxiliaries）、着色剤、染色剤または顔料などを含むことができる。

他の好ましい実施態様において、重合可能な材料の混合物は、１個の重合可能な官能基を有する単反応性非メソゲン化合物を、７０％まで、好ましくは１〜５０％含む。典型的な例は、１〜２０個の炭素原子を有するアルキルの、アルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレートである。

ポリマーの架橋を増加させるために、重合可能なＬＣ材料に、あるいはまた、ポリマーの架橋を増加させる二−もしくは多反応性の重合可能なメソゲン化合物に加え、２または３以上の重合可能な官能基を有する非メソゲン化合物を２０％まで添加することができる。二反応性非メソゲンモノマーの典型的な例は、１〜２０個の炭素原子からなるアルキルを有するアルキルジアクリレートまたはアルキルジメタクリレートである。多反応性の非メソゲンモノマーの典型的な例は、トリメチルプロパン トリメタクリレートまたはペンタエリスリトール テトラアクリレートである。

ポリマー膜の物理的特性を改変するために、重合可能な材料に１または２種以上の連鎖移動剤を添加することもできる。殊に好ましいのは、チオール化合物であり、たとえばドデカンチオールなどの単一官能基チオール化合物、またはたとえばトリメチルプロパントリ（３−メルカプトプロピオネート）などの多官能基チオール化合物であり、非常に好ましくはメソゲンまたは液晶チオール化合物である。連鎖移動剤を添加すると、本発明のポリマー膜における２つの架橋間の遊離ポリマー鎖長および／またはポリマー鎖長を、コントロールすることができる。連鎖移動剤の量を増加すると、得られるポリマー膜のポリマー鎖長は、減少する。

本発明による膜は、通常のＬＣＤにおいてリタデーションまたは補償膜として使用することができ、特にたとえば、ＥＣＢ（電気制御複屈折）、ＣＳＨ（カラースーパーホメオトロピック）、ＶＡＮもしくはＶＡＣ（垂直配向ネマティックもしくはコレステリック）ディスプレイなどのＤＡＰ（配列相変形）もしくはＶＡ（垂直配向）モードの膜、ＭＶＡ（マルチドメイン垂直配向）もしくはＰＶＡ（パターン垂直配向）ディスプレイ、またはたとえばＯＣＢ（光学補償ベントセルもしくは光学補償複屈折）、Ｒ−ＯＣＢ（反射型ＯＣＢ）、ＨＡＮ（ハイブリッド配向ネマティック）もしくはｐｉ−ｃｅｌｌ（π−セル）ディスプレイなどのベントモードもしくはハイブリット型ディスプレイ、さらにまたＴＮ（ツイストネマティック）ディスプレイ、ＨＴＮ（高ツイストネマティック）もしくはＳＴＮ（スーパーツイストネマティック）モード、ＡＭＤ−ＴＮ（アクティブマトリックス駆動ＴＮ）ディスプレイ、「スーパーＴＦＴ」ディスプレイとして知られるＩＰＳ（インプレーンスイッチング）ディスプレイまたはWO 02/93244 A1に例として記載される等方性モードディスプレイにおいても使用できる。

殊に好ましいのは、ＶＡ、ＭＶＡ、ＰＶＡ、ＯＣＢおよびｐｉ−ｃｅｌｌディスプレイである。

図１は平面被膜のリタデーションを示した図である。 図２は平面上のホメオトロピックＬＣのリタデーションを示した図である。 図３はねじれＡプレートのリタデーションを示した図である。 図４はねじれＡ上のホメオトロピックＬＣのリタデーションを示した図である。 図５は被覆方向および横軸方向での平面被覆上のチルトのリタデーションを示した図である。

下記の例は、限定することなく本発明を説明するのに役立つ。本明細書全体において、他に説明がない限り、全ての温度は摂氏度で与えられ、およびすべてのパーセントは質量による。

例１−平面配向ＬＣ膜上の被覆されたホメオトロピック配向ＬＣ膜の連続的な調製
１Ａ）平面ＬＣ膜の調製
重合可能なＬＣ混合物１Ａは、下記のように処方された。
単反応性化合物（１） ３２．９％
単反応性化合物（２） １８．８％
二反応性化合物（３） ４２．２％
Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７（登録商標） ５．６％
ＦｌｕｏｒａｄＦＣ１７１（登録商標） ０．５％

単反応性化合物（１）およびその調製は、GB2,280,445に記載される。単反応性化合物（２）を、D. J. Broer et al., Makromol. Chem. 190, 3201-3215(1989)に記載される方法に類似した方法で調製することができる。二反応性化合物（３）を、WO 93/22397に記載されるように調製することができる。Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７は、商業的に入手可能な光開始剤（Ciba AG, Basel, Switzerlandより）である。ＦｌｕｏｒａｄＦＣ１７１は商業的に入手可能な非イオン性フッ化炭素界面活性剤（3Mより）である。

トルエン／シクロヘキサノン７：３に溶解した混合物１Ａの１７．５％溶液を、調製し、および０．２μｍで濾過した。ＲＫコーター（Koater）を、１００μｍの厚さのハイファイＰＥＴでウエブ(web)した。基板を、ベルベットでカバーしたラビングローラーで、１０００ｒｐｍにセットし、ラビングした。ウエブ速度３m/minで被膜溶液を、３．６m/minで回転させながらトリヘリカルグラビア(trihelical gravure)１５０lpiで塗布する。溶媒をオーブンで６０°で除去し、および混合物をＵＶランプで６０％のパワーで重合した。

製造された平面ポリマー化ＬＣ膜は、透明で１．２μｍの厚さにうまく配列した。
平面膜を、膜のリタデーションを、ＰＥＴの複屈折からの干渉がなく測定できるようにＰＳＡを有するＴＡＣ上に積層することにより、ＰＥＴから剃離した。軸のリタデーションは、１７２．２ｎｍであり、プロフィールを図１に示す。

１Ｂ）ホメオトロピックＬＣ膜の調製
重合可能なＬＣ混合物１Ｂは、下記のように処方された。
単反応性化合物（１） ３０．８％
単反応性化合物（２） ２１．８％
二反応性化合物（３） ２０．１％
単反応性化合物（４） ２１．８％
Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７（登録商標） ５．５％

単反応性化合物（４）は、D. J. Broer et al., Makromol. Chem. 190, 3201-3215(1989)に記載される方法に従って、またはそれに類似した方法で調製することができる。

ＲＫコーターを、被覆するホメオトロピック液晶層用にセットした。例１ＡのようにＰＥＴ上に調製した平面膜を、機械に搬送した。トルエン／シクロヘキサノン７：３に溶解した混合物１Ｂの２０％溶液を、ウエブ上の平面被覆上にコーティングした。機械速度および条件を、下記の２つの変化を除いて、同様に維持した。トリヘリカルグラビアを９０lpiとし、ラビングローラをウエブパスから除去した。

前記方法により、平面配向液晶のトップに、透明でよく配向したホメオトロピックコーティングが製造され、ホメオトロピック層の厚さはおよそ３μｍであった。
ＰＥＴから除去およびＴＡＣへの積層後、組み合わされた膜のリタデーションを測定し、軸上で１８２．７ｎｍであることが判った。リタデーションプロフィールを図２に示す。

例２−ホメオトロピック配向ＬＣ膜の耐久性
２Ａ）平面ＬＣ膜上に調製されたホメオトロピックＬＣ膜
平面ＬＣ膜を、上記例１Ａで記載の方法と、使用される基板がＴＡＣであることを除いて、類似の方法でＲＫコーターで調製した。ホメオトロピック配向ＬＣ層に、トルエン／シクロヘキサノン中の１Ｂの３０％溶液を調製しおよびNo.3巻き線型バーを使用して塗布した。コーティングは、２０m/minでミニキュア(minicure)ＵＶ硬化システムを通して、４回のパスで硬化した。結果として得られるホメオトロピックおよび平面ＬＣ膜の二層は、ＰＳＡを用いて、５０×７０×０．１５mmのガラススライドに移した。同様なスライドを、単一平面ＬＣ膜単独および例１で記載したように調製された単一ホメオトロピックＬＣ膜で制作した。膜のタイプ毎に、２つのサンプル（I、II）を調製した。これらのスライドを、その後６０℃、８０％の相対湿度の環境室に置いた。クラックの量の評価を以下の表１に示す。

表１

ホメオトロピック膜は、容易に割れが生じ、ロングクラック（２０mmを超える）を与え、ついにはスライドの全体の領域にわたってクラックのネットワークが生じた。平面膜では、ほとんどクラックはみられなかった。
平面膜上のホメオトロピック膜では、４６７時間後になってクラックが発生し始め、膜ナンバーをマーカーペンで膜に付けた領域内でショートクラックが発生した。

２Ｂ）ホメオトロピック膜中での二反応性化合物量の変化
二反応性化合物の量を増加した重合可能なＬＣ混合物２Ｂは、下記のように処方された。
単反応性化合物（１） ３２．６７％
単反応性化合物（２） １８．６７％
二反応性化合物（３） ２１．００％
二反応性化合物（５） ２１．００％
ドデカノール １．０２％
ＢＨＴ ０．０４％
Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７（登録商標） ５．６０％

ホメオトロピック膜を有するガラススライド（サンプルI＋II）を、例２Ａで記載のように混合物２Ｂから調製した。ホメオトロピック膜のみのスライド（サンプルI＋II）とともに、上記で説明した同じ環境条件で、試験の対象とした。結果を下記の表２に示す。

表２

二反応性化合物の量を増加した混合物２ＢのホメオトロピックＬＣ膜は、平面ＬＣ膜上に被覆されたとき、単一の膜として調製された時に比べて、クラックに対する耐性の上昇がみられた。しかしながら、耐性は、二反応性化合物の量がより少ない１Ｂの混合物から調製されたホメオトロピック膜よりも低い。
重合可能なホメオトロピックＬＣ混合物の１および２Ｂに類似する処方２Ｃ〜２Ｇは、下記の表３に示すように処方される。

表３

単反応性化合物（６）は、GB2,280,445に記載される。
重合可能なホメオトロピックＬＣ混合物処方１Ｂおよび２Ｂ〜２Ｇを、上記に記載したのと同じ方法で試験した。結果を下記の表４にまとめる。

表４

クラックへの耐性は、重合可能なＬＣ混合物中の二反応性化合物のパーセントにより表される、架橋の程度に関連することを見いだすことができる。

例３−ホメオトロピックＬＣ膜中の配向のコントロール
３Ａ）異なるＵＶランプの影響
例１で記載のような混合物１Ａの普通の手動被覆平面ＬＣ膜を、４回のパスでミニキュア手動被覆ステージで硬化した。平面ＬＣ膜のサンプルを、被覆し、パスの数を増加した。ホメオトロピック混合物１Ｂを、平面層のトップに被覆した。混合物１Ｂの層の応答を下記に示す。ＵＶランプのより低い照射がなされたサンプルでは、製造されたのはチルト膜という結果となった。ＵＶ照射の増加は、望ましいホメオトロピック配向を与えた。

同様に、混合物１Ａの平面ＬＣ膜の手動被覆サンプルを、ＲＫコーターのウエブに取り付け、異なるランプパワーの対象とした。

平面ＬＣ膜を、６０％のランプパワーを用いてＲＫコーターで製造した。前記平面膜のトップに被覆した混合物１Ｂの得られた膜は、ホメオトロピックに配向した。手動被覆サンプルは、４回ミニキュアステージをとおり、ＵＶ光の不充分な量を受け取る。
結果として、受け取った照射量は、平面ＬＣ膜の表面を改変し、前記膜上の被覆したＬＣ混合物のホメオトロピック配向に影響を与える。

３Ｂ）ら旋ねじれ構造を有する平面ＬＣ膜上に調製したホメオトロピックＬＣ膜
ら旋ねじれ構造を有する平面配向ＬＣ膜の調製
重合可能なＬＣ混合物３Ｂは、下記のように処方された。
単反応性化合物（１） ３２．７％
単反応性化合物（２） １８．８％
二反応性化合物（３） ４２．０％
Ｓ−１０１１ ０．４％
Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７（登録商標） ５．６％
ＦｌｕｏｒａｄＦＣ１７１（登録商標）０．５％

Ｓ−１０１１は、商業的に入手可能なキラルドーパント（Merck KGaA, Darmstadt, Germanyより）である。
ら旋ねじれ構造および平面配向（ねじれＡプレート）を有するＬＣ膜を、ＴＡＣ基板およびＲＫコーターを使用して、一般的に上記およびWO 01/20394Aに記載のように、混合物３Ｂの２５％溶液から調製した。
ねじれＡプレートのリタデーションプロフィールを、図３に示す。

ら旋ねじれ構造を有する平面ＬＣ膜上のホメオトロピックＬＣ膜の調製
混合物１Ｂの３０％溶液で、No.3巻き線型バーを用いて手動で、上記で調製したねじれＡプレート上に被覆する。溶媒を蒸発し、被覆を室温で、４回のパスのミニキュアで２０m/minで硬化した。ねじれＡプレート上のホメオトロピックＬＣ膜からなる２層膜が、得られた。結果として得られた膜は、透明でよく配向した。

組み合わせたホメオトロピックＬＣ膜およびねじれＡプレートのリタデーションプロフィールを、図４に示す。
ねじれＡプレート単独の軸のリタデーションは、１１８．１ｎｍである。組み合わせた膜の当該値は、１０８．２ｎｍである。これらの図における一致は、第二のＬＣ膜がホメオトロピックに配列したことを示唆する。

３Ｃ）平面ＬＣ膜上に調製されたスプレーＬＣ膜
平面膜上（例１Ｂ）にホメオトロピック膜を調製する間、平面膜への不充分なＵＶ照射、この場合１．０８mW/cm²は、ホメオトロピック配向膜のかわりにチルトまたはスプレー膜が製造される結果となることが見いだされた。

平面ＬＣ膜の調製
平面膜を、例１Ａに記載される方法に類似する方法を使用して調製する。混合物の調製および被覆条件を、１Ａに記載のものと同一とし、膜を同じＵＶランプで、パワーを５０％に低く減じて硬化した。
平面膜を、ＰＳＡを有するＴＡＣ上に積層することによりＰＥＴから剃離し、膜のリタデーションをＰＥＴの複屈折の影響なしに測定することができる。軸のリタデーションは、１６２ｎｍであった。

平面膜上でのスプレー膜の直接的な調製
混合物１Ｂを、例１Ｂに記載のように調製し、おなじ被覆方向（ＣＤ）で、上記で調製した平面膜のトップに直接被覆した。溶媒を蒸発させ、得られた膜を中圧Ｈｇランプで重合した。二層膜は透明であり、ＰＳＡを有するＴＡＣ上に積層することによりＰＥＴから剃離し、膜のリタデーションをＰＥＴの複屈折の影響なしに測定することができる。軸のリタデーションは２３０ｎｍであり、ＣＤおよび横軸方向（ＴＤ）の両方におけるプロフィールを図５に示す。

Claims (11)

1. 平面配向を有するポリマー化ＬＣ材料の第一の膜上に第二の重合可能なＬＣ材料を供給し、前記第二のＬＣ材料を重合することによる、ホメオトロピック、チルトまたはスプレー配向を有する重合可能なＬＣ材料を含む第二の膜の製造方法であって、
   平面配向を有する前記第一の膜を、基板上に第一の重合可能なＬＣ材料を供給し、それを平面配向に配列しおよびUV光照射により重合することにより調製し、
   ホメオトロピック、チルトまたはスプレー配向を有する、前記第二の膜のチルト角を、平面配向を有する前記第一の膜の重合に使用するUV光の強度を変化させることによりコントロールすることを特徴とする、前記方法。
2. 前記第一の膜の重合に使用するUV光の強度が１．１watt/cm²よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の膜の重合に使用するUV光の強度が１．１watt/cm²以上であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記第一の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、平面配向を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第一の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、ねじれら旋構造および平面配向を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、ホメオトロピック配向を有することを特徴とする、請求項１および３〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第二の膜中のポリマー化ＬＣ材料が、チルトまたはスプレー配向を有することを特徴とする、請求項１、２、４および５のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第二の重合可能なＬＣ材料が、１個の重合可能な基（単反応性）を有する１または２種以上の重合可能な化合物、および２または３以上の重合可能な基（多反応性）を有する１または２種以上の重合可能な化合物を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第二の重合可能なＬＣ材料が、１または２種以上の多反応性化合物を材料中の固体成分のトータル量の質量で、５〜４２％より低い量で含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記第二の重合可能なＬＣ材料は、１つの重合可能な基（単反応性）を有する１または２種以上の化合物および２または３以上の重合可能な基（多反応性）を有する１または２種以上の化合物を含み、前記第二の膜の機械安定性は、前記第二の重合可能なＬＣ材料中の多反応性化合物の量を変化させることによりコントロールすることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第二の重合可能なＬＣ材料が、１または２種以上の多反応性化合物を材料中の固形成分のトータル量の質量で、５〜４２％より低い量で含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

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