JPH01501574A - 改良された光安定性を有する液晶の傾斜配列方法及び装置 - Google Patents

改良された光安定性を有する液晶の傾斜配列方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された光安定性を有する液晶の 傾斜配列方法及び装置 [発明の背景] (発明の分野) 本発明は一般的には電気光学デバイスにおいての液晶の配列、より具体的には液 晶光バルブにおいて安定な傾斜配列の達成に関する。
(従来技術の説明) 液晶光バルブにおいて入力した画像は、液晶セルを横切り電界パターンに換えら れ、そしてセル内の液晶材料は局部電界に従って回転する。液晶配向は、出力光 が入力光と同じ(しばしばことなる型式によるカリ空間情報を持つように光バル ブからの出力光の伝達を制御する。これらのデバイスに起こる問題の一つは、液 晶が印加される電界の存在しない場合にそのディレ5ターをセル壁面に垂直にし て初めに配向させる時、電界が印加されると傾斜する方向が多少不規則になるこ とである。セルの異なる場所において液晶は、異なる方向に傾斜し得る。これは 適切な光バルブの配向を妨げ得る現象で、とりわけ入力光強度における横方向の 勾配により生ずる横方向の電界の存在で起こる。
この問題を克服しようとして、液晶のディレクターが電界のない状態において僅 かではあるが均一なプレティルトを与えられている液晶セルが作製されている。
こうして電界が印加されたときに、結晶は一様なプレティルトのために同じ方向 に傾くこととなる。この技術は短期間に光バルブの操作の改良をもたらすことを 達成したが、これまでは充分な光安定性が欠けている。かなりの時間光を浴びる とき、傾斜配列が劣化し、また結晶が電界のない状態において垂直配列に戻る。
このように傾斜配列が光バルブ操作を改良するということが証明されてはいるが 、この技術を使用したデバイスが短寿命であるということは、その有用性に実用 上の限界を置いている。
光バルブにとって約2°から約6@の液晶プレティルトを維持するが望ましいこ とは、1975年のIEEE トランスアクションズ・オン・エレクトロン・デ バイス(IEEE Transactionson Electoron De vices)第ED−22巻、p775に掲載されているグリンベルグ(Gri nberg)その他による「カラーシンポロジ−ディスプレイ用の光活性化複屈 折性液晶光バルブ」(’ Photoactivated Birefring ent Liquid−Cristal LightValve for Co 1or Symbology Display” )という論文に掲載されてい る。この論文も紫外線及び高強度の可視光線による液晶の劣化を引用している。
傾斜した液晶配列を達成するための従来の技術は、1977年6月27日開示の レロイeJeミラー(Leroy J Miller)及びジャン・グリンベル グ(Jan Grinberg)に対して1977年6月27日に発行され、本 発明の譲受人であるヒユーズ・エアクラフト・カンパニーに譲渡されている米国 特許Nct 4.030.997に記載されている。この特許は基板表面を5i 02又は反応性表面酸基を持つ他の材料の薄層で覆い、そしてそれからイオンビ ームにより浅い角度でエツチングをするという技術を記述している。表面は次に 、nの範囲が約2〜約18の式CH3(CH2) n CH20Hを持っ長鎖の 脂肪族アルコールと脂肪族アミン触媒の混合物で処理される。その処理は基板を アルコールとアミンの熱い液混合物に浸し、次に表面を不活性な有機溶媒で洗浄 することによって起こる。この方法においてアルコールはSiO2表面の水酸基 とアルコキシ基を換えるために反応する。液晶の傾斜角度は、イオンビームエッ チンングの条件、表面に結合しているアルコキシ基の長さ、セル中に使われる液 晶混合物、及び温度に依存することが見出されている。この方法で形成されるセ ルの典型的な光安定性の寿命は、光バルブセルに病150mW/cm2の強度を 持った広域帯露光(385〜950nm)を与えるためにフィルターをかけたキ セノンアークランプからの約2〜4Wh/cm2の露光にとどまったのみである 。これらのセルはすぐに壊れた、なぜなら垂直でない液晶の傾斜がすぐに且つ極 端に減じたからである。例えばセルは3Wh/cm2のみの露光後に、初めの3 °の傾斜から0.4’に変化した。セルの初めの傾斜の角度は実質的にセル温度 によっても変化した。
いくつかの報告が傾斜−垂直液晶表面配列を得るための他の技術についてなされ ているが、どれひとつとしてプレティルト配列の光安定性の有意の改良について 示されているものはなかった。1974年のアプライド・フィジクス・レターズ (Applied Physics Letters )第25巻、p 479 のの中のW−アーバック(W、Urbach)その他による論文は垂直又は傾斜 −垂直配列を得るためにSiOの斜め蒸着被膜上に界面活性剤CTAB (セチ ルトリメチルアンモニウムブロマイド)ヲ使用することを記述している。CTA B被膜は界面活性剤溶液から鉛直にゆっくりと基板を引上げることによって達成 される。約15°の視射角で被着した浅い角度のSiO析出物上のCTAB被膜 は、大きく垂直を外れた液晶配列を与えた。小さく垂直を外れた配列は、約25 @の視射角で被着した中程度の角度のSiO析出物で達成される一方、垂直配列 は約50″の大きな視射角で被着したSiOから生じた。CTABは表面と化学 的に結合しないので、そのいくつか又は全てが、液晶の構造、厚み、及び温度に 依存して液晶に溶解することができる。溶解したCTABは液晶の伝導率の増加 をするが、それは同調複屈折のように電界効果デバイスとして好ましくないもの である。表面も、溶解したCTABも高放射線強度の条件下で長期間の光安定性 を持つことは期待できない。
中程度の角度(表面から15@〜30″の析出)で析出したSiOを持つセルや 、中程度の角度で析出したkvl g F 2で表面を処理したセルにおいてバ ルク液晶に対して界面活性ドープ剤としてレシチン又は「酸T」の使用が197 7年のジャーナル・オン・ザ・エレクトロケミストリー・ソサイエティー(Jo urnal of the Eleetoroehemistry 5ocie ty)第124巻。
p953でに一フ7−レンション(K、Fahrenschon )及びM−F ・シーケル(M、P、5chiekel)により記述されている。その論文は傾 斜−垂直配列セルにおいて液晶の12″と16″のプレティルトの例を与えてい る。用いた界面活性剤は化学的に表面と結合せず、及び熱的又は光化学的に特に 長期間の高強度露光に安定である配列剤にならないことが見出されている。
1980年のアプライド・フィジクス・レターズ第36巻、p 144のW−R ・ヘフナ−(W、F、Heffner )その他は傾斜−垂直液晶配列を得るた めに、5″の視射角を持つ浅い角度の5in)(の析出表面に一酸化ケイ素を斜 めに析出させた上にシラン(DMOAP)及び超薄のプラズマ重合した四フッ化 エチレン(UTPFE)を使用することが記述されている。垂直からずれた16 ″〜20″の液晶の角度がシラン/SiO処理及び液晶CB−7に関して、20 @〜35″がアゾキシ液晶に関して、並びに221′〜32″がUTPFE/S io処理及びCB −7E関して報告されている。これらの「界面活性剤」の試 薬のそれぞれはガラス(又は5in)表面上に良好に接着したポリマー被膜を与 え、上述のCTAB及びレシチン界面活性剤よりもかなり安定であるべきである と報告されている。しかしながら、ヘフナーその他により報告された傾斜角度は 液晶光バルブの使用にとって大き過ぎ、そして光安定性のデータは報告されてい ない。
1979年のジャーナル・オン・アプライド・フィジクス(Journal o f Applied Physics)第50巻、p 3975のL−ラウリル (L、Rousille)及びJ−oバート(J、Robert)による論文は 、中程度の角度のSiOを析出した(30”の視射角の析出)表面上での20人 の厚みのプラズマ重合したポリ四フッ化エチレン(PTFE)フィルムの使用に ついて記述している。
垂直から約3″ずれた傾斜を持った液晶が得られた。50人の厚みのPTFEフ ィルムのものは浅い角度に析出したSiO上に0@の傾斜のものを生じた。光安 定性や熱安定性寿命についてのデータは報告されておらず、議論もされていない 。
長鎖アルコールと表面水酸基との反応により表面に結合したアルコキシ基を形成 することによって表面垂直(傾斜していない)液晶配列を得る技術は、1977 年5月10日発行のレロイーJ−ミラー(Leroy J、Miller)によ る米国特許Nα4.022.934、及び1984年8月7日発行のアンチ・M ・ラックナ−(Anna M、Laekner)その他による米国特許Nα4. 484.134に記載され、両方ともヒニーズ・エアクラフト・カンパニーに譲 渡されている。ミラーの特許は、アルコール又はアルコール/アミン混合物の熱 い浴内で表面を浸すことによる表面と長鎖アルコールとの反応を記述している。
ラックナーその他による特許は熱いアルコール蒸気にさらすことによって表面と 長鎖アルコールを反応させる改良した技術を記述している。二つの特許は傾斜配 列よりもむしろ垂直配列の達成を取扱っている。ラックナーその他の特許は、5 i02、SiO、インジウム・錫酸化物/ S i 02 、錫酸化物/SiO 2、並びにインジウム/5i02混合物からなる群の中から選ばれた酸化物被膜 を含む表面上に実質的に垂直な液晶表面配列を得るための方法を扱っている。
本発明に関連する他の技術は1977年7月のIEEE )ランスアクションズ ・オン・エレクトロン・デバイス第ED−24巻、&7.p805〜807に掲 載されているミロ・ジョンソン(Mil。
Johnson)及びP−アンドリュー・ベンツ(P、Andrew Penz  )による「フリットシーリングと適合する低傾斜角度のネマチック配列J ( ’ Low Ti1t Angle Nematie AlignmentCo mpatible With FRIT Sealing ’ )の論文に報告 されている。その報告された技術は傾斜した表面平行液晶配列のために使われる 。この技術において、基本的に平面なマクロ構造を持つ表面上にSiOxの中程 度の角度の被着(MAD)と浅い角度の被着(SAD)の組合わせが、一般的に のこぎり月形のプロフィルを持つ傾斜した表面ミクロ構造を達成するために使用 される。この技術は低傾斜ホモジニアス液晶配列のために使用される。
傾斜したミクロ構造を得るための表面処理、並びに傾斜した及び垂直な液晶配向 を得るための方法の両方についてなされた相当量の研究にもかかわらず、光バル ブにおいて長い作動期間にわたって傾斜−垂直液晶配列を保持できる液晶セルは かつては達成されなかった。
[発明の概要] 従来の技術に関連した上記問題を考慮して、この発明の目的は新規で改良された 表面処理方法、及びそれによって得られた液晶が光バルブ操作に対して適切な零 電界傾斜角度に配向し、長い使用期間にわたって傾斜を保持する液晶セルを提供 することである。
この目的は、約0.5°〜約6@の範囲に属すると推測される表面マクロ構造に 対して傾斜した角度を持つ、一般的に配列したミクロ構造を有する表面を提供す るように液晶セルの特表平1−501574 (4) 対向表面の一方又は両方を処理し、更にその表面にフリー水酸基を提供すること によって達成される。目的のミクロ構造の配置は、Sin、)((ここで、Xは 工ないし2)、のMAD及びSAD被着により、両波着物を互いに約90’に配 向させることによって達成される。ついで長鎖アルコールを表面と反応させ、ア ルコキシ基を傾斜した表面ミクロ構造と化学的に結合させる。そのアルコール分 子は式ROH(ここでRは約6〜24個の炭素原子を持つ炭素鎖)を持つもので ある。アルコールはアミンと混合されていてもよく、好ましくはアルコール蒸気 に表面をさらすことによって傾斜した表面ミクロ構造と結合する。基板それ自身 は、好ましくは5in)(から形成されたものがよい。調製されたセルに導入さ れた液晶は、目的の零電界傾斜を達成するためにアルコキシ基によって配列され る。このようにして形成されたセルは、従来の技術よりもはるかに高い程度の傾 斜光安定性を示すことを見出した。
これら及びその他の特徴と利点は添付の図面とともに以下の好ましい具体例の詳 細な記述から当業者には明らかになるだろう。
[図面の説明] 第1a図及び第1b図は発明に従って形成された液晶セルの一部を示したもので 、第1a図はセルの内側表面のミクロ構造とそれに結合しているアルコキシ基の 配向を示し、そして第1b図はその後に加えられた液晶の配向を示している。
第2図は一つの例として、液晶傾斜角度に対する5AD−5iO被看の厚みとア ルコールの鎖長の効果を示したグラフである。
第3図は液晶傾斜角度の光安定性を示したグラフである。
第4図はもう一つの例として、5AD−8i02の厚みの関数として液晶傾斜角 度を示したものである。
第5図は異なる部分の電磁スペクトルを露光した場合の傾斜角度光安定性の一例 を示したグラフである。
第6図は二つの異なる液晶試料に対して異なる露光条件に応答するテストセルの 寿命を示したグラフである。
第7図は特別な例として5AD−3iO2の厚みの関数として傾斜角度及びコン トラスト比を示したグラフである。
[好ましい態様の詳細な説明] 投影形ディスプレイに使用されるような液晶光バルブセルにおいて光安定性を提 供する上で特に有用な、電気光学的用途に使用されるデバイスの表面上の、均一 で安定な液晶の傾斜した配向が達成させた。一般的な方法は第1a図に示されて いる。部材2及び4は液晶が空と示されている液晶セルの対向した壁である。一 般的に壁面は酸化ケイ素、例えばXが1〜2であるような5in)(の被膜を持 つ。対向した壁の内側の表面は一般的に平滑なマクロ構造を持つ、破線6及び8 によって示される平行面にある。しかしながら、二つの表面は処理され一般的に のこぎり刃プロフィル10.12を持つ傾斜した表面ミクロ構造を作る。ミクロ 構造の正確な表面形状は測定されていない。しかしながら、後にセルに加えられ る液晶が約0.5°〜約6″の範囲内の傾斜角度を持つので、ミクはマクロ構造 面から傾斜していると推測することができる。
これよりも有意に小さい傾斜角度は与えられた画像パターンからの横方向の電界 のために効果的な液晶傾斜のロスを結果として生じ、一方これよりも有意に大き な傾斜角度は達成されるコントラストを悪化させる。もちろん0.5’又は6″ のいずれにおいても急激なカットオフはなく、むしろゆっくりとした転移である 。
長鎖アルコール分子はそれぞれの表面と反応し、そして長鎖のアルコキシ基は化 学的にそれぞれの表面と結合する。厳密な表面の分子構造に関しては不確定であ るけれども、結合は第1a図に示すように、アルコキシ基14が傾斜したミクロ 構造に垂直に配向している。
典型的に約4〜8ミクロンの厚みの液晶の薄層を添付した後の状態は、第1b図 に示されている。液晶16は長鎖の配向に従い、ミクロ構造に垂直に、すなわち マクロ構造表面に均一な傾斜角度で配向する。他の表面の存在下においては液晶 の光分解が明らかに分解生成物と表面間の相互作用の結果として、より垂直な配 列を引起こすと観察されているけれども、第1b図の配列は驚くべきことに傾斜 −垂直液晶配列の非常に高い光安定性を生成するということがわかった。この現 象に対する説明はいまだ研究中であるけれども、これは、露光の間の分解のため の液晶光生成物の完全な防止の結果ではなく、むしろそのような光生成物がアル コキシ基と同じ方向性を持ってミクロ構造表面に結合するようになる結果から生 じるものと信じられている。従って、それらはマクロ表面に対する傾斜配列をあ まり変えない。
のこぎり刃ミクロ構造プロフィルは、MAD−SiOX(Xは1〜2である)の 層が基板上に、好ましくは真空系においての加熱蒸着によって、約20°〜40 °の視射角(好ましくは約30″のMAD視射角)にまず被着されるような二段 階工程によって得られることが好ましい。基板はそれから90゜回転され、5A D−3iOXの第2の層が第1の層の上に約2°〜10° (好ましくは約5° のSAD視射角)の視射角で被着される。このようにして二つの被着をお互いに およそ90°で配向させる。あるいは、二つの層の厚みを適当に調節するように して、第1の被着物をSADのSiO又は5i02、次にMADのSiO又は5 iO)Hとすることができる。MADがSADに先行している第1a図において 、SADは上部基板2に対しては左から、そして下部基板4に対しては右から適 用されている。
所望の傾斜表面ミクロ構造を得るために他の技術も利用できる。例えば、本明細 書中には実例を挙げていないけれども、目的ののこぎり方形状を達成するために セル壁面上に適切なホログラフィ−のブレーズ(blazed)格子を形成する ことができる。ミクロ構造を得るためにどのような方法が使われても、長いアル コキシ鎖と結合するために、フリー水酸基(OH)がミクロ構造表面に存在する べきである。
第1a図及び第1b図において、上部及び下部の基板のミクロ構造は一般的に平 行である。ある場合においては傾斜の程度が異なる二つのミクロ構造、又は基板 の一つのみに対して傾斜したミクロ構造を形成するようことによって二種のミク ロ構造を持つことも可能である。適当な条件下でこれはセル全体にわたって液晶 を傾斜するのに充分である。
目的のミクロ構造表面形状が達成された後に、長鎖のアルコールを表面と接触さ せ、フリー水酸基と化学的に結合させる。アルコール分子は式ROM (ここで Rはその中に約6〜約24子の炭素原子を持つ炭素鎖)を持つ。分子は純粋な脂 肪族鎖でも良いし、又は鎖内に芳香族環を含んでいてもよい。
分枝鎖又は酸素、窒素、フッ素のような付加的な物質を持つ鎖のような修飾した 炭素鎖も働くかもしれないが、このことは現在知られていない。約6よりも小さ い炭素原子を持つ鎖は、一般的に実用的な光バルブの応用にとっては大き過ぎる 傾斜角度を持ち、温度に敏感で、目的の光安定性を持たない。
理論的には鎖の長さに上限は無いけれども、24よりも大きい炭素原子を持つ鎖 はとても高価である。いくつかの液晶(例えば、あるシッフ塩基混合物)にとっ ては、限界的に許容できる配列のために炭素原子の数は6までも小さく、あるい は更に小さくすることができる。他のものに対して、炭素原子の数は14〜18 又はそれ以上でなければならない。
基板は、好ましくは米国特許Nα4.464.134におけるように、加熱した 気相で長鎖のアルコールにさらされるか、もしくはそれらを米国特許Nα4.0 22.934及び米国特許Nα4.030.997におけるように溶解アルコー ル中に浸漬させ、その後に洗浄することができる。蒸気工程について、蒸気圧は 与えられた温度において鎖中の炭素原子数が増加するにつれて減少し、基板表面 との反応速度は蒸気圧が減少するにつれて減少する。
炭素原子18を持つオクタデカノールはほとんどの場合において満足することが でき、選り抜きのアルコールと考えられている。
MAD及び5AD−Sin)(層の厚みの選択は目的の液晶傾斜角度、及び配向 されるべき特定の液晶に依存する。結果として生ずる傾斜は処理された表面上の 長鎖アルコールの形状効果の結果からであり、結合するアルコキシ基に使用され るアルコールの鎖の長さで傾斜角度が変化するという米国特許Nα4.030. 997の方法に反して、長鎖のアルコールの鎖長にはあまり依存しない。
下記の実施例は発明の詳細な説明するために提供されたものである。
実施例1 基板はITO(インジウム錫酸化物)被覆したガラス上にSiOの加熱蒸着によ り、MAD−5iOについては30″の視射角を用い、基板を90″回転させ、 それから5″の視射角で5AD−8iOを被着させることによって調製された。
種々の鎖長のアルコールは、米国特許Nα4.030.997に記述されている ように、アルコールと等重量のヘキサデシルアミンを混合した浴を使って表面と 反応させた。浴温度はC6H130Hに対して(試料還流中)150℃、及び他 のアルコール(C1OH210H% C14H290H%並びにCI B H3 70H)に対しては(試料を浸す)115℃〜117℃である。液晶はEBBA 及びMBBAとして知られるシッフ塩基液晶の2:1(重量比)混合物であった 。
MAD−5iO被膜は400人の厚みであった。5AD−8iO被膜の種々の厚 み及び種々のアルコール鎖長から生じる液晶傾斜角度が第2図に示されている。
示したとおり、傾斜角度は10人〜25人の5AD−8iO厚み範囲内で約2@ 〜15″までおよそ直線的に変化していた。25人〜100人間の5AD−Si O厚みについて、傾斜角度はゆっくりと平らになり、そして約24°に到達した のみであった。これらの液晶角度は、C6H130Hアルコールが20人より薄 い5AD−SiO上で良い配向を示さないことを除けば、表面に結合したアルコ ールの鎖長には本質的に無関係であった。010%C14、並びにC18のアル コール SAD−SiO厚みで液晶光バルブにとって所望の約2″〜約6°の範囲の液晶 角度を与えた。
得られた傾斜角度は、傾斜がイオンビームでエツチングされたSi02表面に結 合したアルコール鎖の長さによって調節されるという米国特許Nα4,030, 997に開示されている従来の傾斜配列方法よりも一桁程度温度変化に敏感でな かった。
1℃につき−0.045 @傾斜の傾斜角度に対する温度係数は22℃〜50℃ の範囲にわたって、C14の鎖長のアルコールで処理されたMAD/SAD−S  i O ( 400/15人の厚さ)上に配列された液晶に対して測定された 。傾斜角度は温度が増加するにつれて減少するが、全温度範囲にわなって液晶は 約2@〜6@の所望の傾斜範囲内に保持された。この低温度係数は広い温度範囲 にわたって液晶光バルブの操作を可能にするという点で相当の価値がある。
第3図はキセノンアークランプからの強い光に対する液晶の長期露光に対する傾 斜角度の応答を示す。図中Aに示した露光レベルは特許Nα4.030.997 の方法による同じタイプの液晶で達成される傾斜配列のより短い光安定性寿命を 示す。この従来の方法では、イオンビームでエツチングされた二つの電極はそれ ぞれC8及びC9のアルコールで処理され、開始の傾斜を得た。そのセルは短い 期間の露光(385nmのカットオフフィルターを用い、強度144〜168a +W/cm2)が傾斜角度を低すぎて電界印加下においてセル中にシングル傾斜 ドメインを維持できないレベルに減少させるようなとても短い光安定性寿命を持 った。
図中のBは、強度は低いが前記と同様の条件における従来の混成電界効果(HF E)セルに対する光安定性寿命を示す。
従来のセルに対する露光条件の詳細は1987年のリキッド・クリスタルズ・ア ンド・オーダード・フルーイズ(LiquidCristals and 0r dered Fluids) 第3巻、p475〜49BのF。
G、ヤマギシ(P、G、Yamagishl )その他による論文「シアノビフ ェニルの液晶混合物の光化学及び熱安定性の研究」(Photochemica l and Thermal 5tability 5tudies on a Liquid Crystal Mixture of Cyanobiphe nyls ’ )において提供されている。
1B3Wh/ca 2の露光後この実施例の傾斜垂直セルのひとつから取った液 晶についての重要な観察は、その透明点が約10゜減じたことであった。これは 、セル内で重大な傾斜角度の変動を引起こすことなしに光の露光により3%より 大きい、恐らく5〜1596の範囲の不純物レベルが形成されたことを示す。
これは本発明の傾斜−垂直表面配列が液晶中で光分解生成物の形成に非常に敏感 でないということを示す。これに対してヤマギシその他の報告において、約0. 1%のみの光分解生成物は傾斜角度再配列欠損を引起こしたとされている。
実施例2 制御された傾斜角度はC18長鎖アルコールで処理されたMAD/5AD−8i 02被膜を使用したフェニルシクロヘキサンカルボキシレート液晶混合物HRL −6N7で得られた。この液晶は組成が1981年のモレキユラー・クリスタル ズ・アンド・リキッド・クリスタルズ(Molecular Crystals and Liquid Crystals)第68巻、p157〜174のJ、 D。
マーゲラム(Margerum)その他による論文「ネマティック混合物上の分 子長の効果/4−アルコキシフェニル 4−アルキルシクロヘキサンカルボキシ レート混合物の異方性及び動的散乱性J (” Effects of’ Mo 1ecular Lengthon Meaatic Mixtures /A nisotropic and DynamicScattering Pro perties of 4−Alkoxyphenyl 4−Alkylcyc lohexanecarboxylate Mixtures” )に掲載され たものであり、短分子長、低粘性率、負の誘電異方性である。
第4図に示すように、下記のアルコールによって処理された55人のMAD−S i02上に約4〜5人のEビーム蒸着5AD−3i02のみが垂直から1@〜2 @の傾斜を与えることを必要とした。基板はITO被覆したガラス上にイオンビ ームスパッタリングによる約2000人の5i02をイオンビームスパッタし、 次にMAD−Si02について30″の視射角を使用しEビームで加熱させた5 i02の熱蒸着をし、基板を90″回転し、並びにそれから5@の視射角5AD −5i02を被着することによって調製した。
C18H370Hアルコールは被覆されたペトリ皿内で基板に沿って2〜3のア ルコールの小さい結晶を置き、オーブン中で140℃で2時間皿を加熱すること による米国特許Nl14,484.134の気相方法によって表面に結合された 。基板はその後溶媒で洗浄され、基板間0.5ミルの間隔を持つテストセルに組 立てられ、次に液晶が導入された。
種々の露光波長に対する液晶の光安定性は第5図において示される。その試験は 主にキセノンアークランプからの強い露光に存在する相当量の近紫外線光での促 進寿命テストであった。第5図のデータはセルに電圧が印加される間、露光され た3つのタイプの液晶テストセルにおいて、はんのわずかだけ傾斜角度が変化し たことを示す。テストセルはそれぞれ二つの透明な基板で作られ、そして露光は それぞれのセルのすぐ後ろの反射鏡を用いて行われた。露光条件は前に述べたヤ マギシその他の論文において記述されたものと同様であった。この発明のセルは 同じ強度とカットオフフィルターを用いて露光したBDH−E7を含むHFEテ ストセルよりも、より長く継続した。356nm及び376na+の短波長カッ トオフフィルターを用いたHRL−6N7に対する寿命は、HFE液晶物質の間 で最も安定であるメルク(Merck ) −1182液晶で得られたものより 良いものであった。
HRL−6N7を使用しての光安定性のその他の結果は、第6図の下側の線分1 8でまとめられる。セル寿命は種々のカットオフ波長をもつ紫外線フィルターで 測定された。(カットオフはフィルター透過が1%又はそれ以下に減少した時に 起こると考えられた。)光学セメントで封止されたいくつかのセルは、35Bn mカットオフ短波長で約2倍の寿命を示し、より長い露光寿命が封止セルに対し て青液晶光バルブに必要な397nrAカツトオフのようなより長いカットオフ 波長で期待できる。
実施例3 傾斜−垂直基質配列の研究はE、メルク・カンパニー(Merck Compa ny )によりZ L l−2857混合物として提供された液晶でもなされた 。その基板は表面上にMAD/5AD−Si02層を被着する前1: I T  O及び5i02(又は5i3N4)で被覆したガラスのC18アルコール蒸気に よる処理によって作製された。C18アルコール処理前のMAD−5i02の固 定された厚みの上の5AD−3i02の種々の厚みの効果が第7図に示されてい る。この図は特定の投影形ディスプレイシステムにおいてコントラスト比に対す る傾斜角度の効果も示す。1°〜4@の小さい傾斜は最も高いコントラストディ スプレイを与え、並びにこの範囲のプレティルトは投影画像において画像誘起配 列モード欠損の発生を防ぐのに充分な大きさであった。
光安定性の研究の結果は第6図の線分20において示される。
露光は実施例2においてHRL−6N7の試験に対してと同様の条件下で行われ た。その結果は、試験された他のどのセルよりも長い光安定性寿命を持つ。それ に加えてセルに対する寿命の終わりは電圧印加したオン状態で電気光学的に観察 される不均一性に対応し、オフ状態で配列欠陥は観察されなかった。
露光試験後セルから取り出した液晶の分析は、露光の間液晶中で実質的な組成的 変化が起こることを示した。それぞれの場合、透明点は実質的に増加し、ガスク ロマトグラフィー分析は初めの成分比の変化、及び約3%の不純物の存在を示し た。これらの結果は本発明の傾斜−垂直配列が光分解生成物の形成及び液晶の組 成変動に非常に蔽感でないことを確認する。実質的な組成変動は露光の最終期間 の充分前にこれらのセル中で起こる。セルの電気光学的応答が最後の露光期間後 まで実質的な劣化を全く示さないので、セルはかなりの量の光誘起不純物の存在 下で明らか巧く操作された。セル寿命が終わるには、非常に大きい光分解生成物 の蓄積及びその効果が生じる。
本発明は主として液晶光バルブに対して意図されるものであるが、傾斜した液晶 配列が望まれる他の電気光学デバイスの使用に対して適合させることもできる。
特定の実施例が記述されたが、多くの変形例が当業者によって生じることがわか るであろう。従って、本発明は添付の請求の範囲によってのみに限定されること が意図されている。
国際調査報告 国際調査報告

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.後にセルに導入された液晶が印加された電界の不存在下にセル表面間で傾斜 一垂直配列において実質的に均一な傾斜を持つように配列し、及び改良された光 安定性を示すように一対の対向した表面を持つ液晶セルの製造方法であって、フ リー水酸基を持つ一般的に配列された表面ミクロ構造を提供するように該対向し たセル表面を処理し、及びRがその中に少なくとも約6個の炭素原子を持つ炭素 鎖である式ROHを持つ長鎖アルコールを化学的に反応させ、及び該傾斜した表 面ミクロ構造に長鎖アルコキシ基を結合させることを含む方法。
  2. 2.傾斜した表面ミクロ構造が角セル表面上にそれぞれ中程度の視射角及び浅い 視射角でSiOx(ここで、xは1〜2)の第1及び第2の層を、両層が互いに 約90°シフトした視射角で被着されるように被着することによってセル表面上 に得られることを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 3.中程度の視射角が約30°であり、浅い視射角が約5°であることを特徴と する請求の範囲第2項記載の方法。
  4. 4.長鎖アルコールに由来するアルコキシ基が、表面をアルコール蒸気にさらす ことによって、傾斜した表面ミクロ構造に結合されることを特徴とする請求の範 囲第2項記載の方法。
  5. 5.対向セル表面がSiOx(ここでxは1〜2)を含むことを特徴とする請求 の範囲第1項記載の方法。
  6. 6.長鎖アルコールがアミンと混合されていることを特徴とする請求の範囲第1 項記載の方法。
  7. 7.脂肪族炭素鎖がその中に炭素原子を約6〜約24持つことを特徴とする請求 の範囲第1項記載の方法。
  8. 8.後に基板表面の近傍に導入された液晶を該表面に対して実質的に均一な傾斜 角度で配列させ、延長された光露光期間にわたって液晶傾斜角度を保持するよう に基板の表面を処理する方法であって、 SiOx(ここで、xは1〜2)の第1及び第2の層を、これら層が互いに約9 0°シフトした視射角で被着されるように、それぞれ中程度の視射角及び浅い視 射角で該表面上に被着し、及びさせる、 該被着された層を、式ROH(ここで、Rは少なくとも約6個の炭素原子をその 中に持つ炭素鎖)を有する長鎖アルコール分子と反応させる ことを包含する方法。
  9. 9.アルコール分子が蒸気状態において被着された層と反応することを特徴とす る請求の範囲第8項記載の方法。
  10. 10.表面が酸化ケイ素であることを特徴とする請求の範囲第8項記載の方法。
  11. 11.長鎖アルコールがアミンと混合されていることを特徴とする請求の範囲第 8項記載の方法。
  12. 12.脂肪族炭素鎖がその中に約6〜約24の間の炭素原子を持つことを特徴と する請求の範囲第8項に記載の方法。
  13. 13.一般的に平面なマクロ構造及び傾斜した表面ミクロ構造によって特徴ずけ られる互いに対向した表面を有する一対の壁を持つ囲い、及び 長鎖アルコールを含み、該アルコール分子が式ROH(ここで、Rは少なくとも 約6個の炭素原子をその中に持つ炭素鎖)を有し、該アルコールから誘導された アルコキシ基が該傾斜した表面ミクロ構造に結合している、該表面上の被膜を含 むことを特徴とする液晶用セル。
  14. 14.セル壁表面が、xが1〜2であるSiOxで形成されることを特徴とする 請求の範囲第13項記載の液晶セル。
  15. 15.炭素鎖がその中に約6〜約24個の炭素原子を持つことを特徴とする請求 の範囲第13項記載の液晶セル。
  16. 16.一般的に平滑なマクロ構造と該表面マクロ構造に対して実質的に均一な傾 斜角度を持つ傾斜したミクロ構造とを持つ基板、及び 該傾斜した表面ミクロ構造に結合し、式ROH(ここで、Rはその中に約6〜約 24個の炭素原子を持つ炭素鎖)を有する長鎖アルコールから誘導されたアルコ キシ基を含む該基板上の被膜 とを含む、構造に隣接した液晶を実質的に均一な傾斜角度で配向させ、及び長期 間の露光にわたって液晶傾斜角度を保持させるための構造。
  17. 17.傾斜した表面ミクロ構造が一般的にのこぎり刃プロフィルを持つことを特 徴とする請求の範囲第16項記載の構造。
  18. 18.基板表面が、xが1〜2であるSiOxから形成されることを特徴とする 請求の範囲第16項記載の構造。
  19. 19.炭素鎖がその中に炭素原子を約6と約24の間で持つことを特徴とする請 求の範囲第16項記載の構造。
  20. 20.後にセルに導入された液晶が印加された電界の不存在下にセル表面間て傾 斜一垂直配列において実質的に均一な傾斜を持つように配列し、及び改良された 光安定性を示すように一対の対向した表面を持つ液晶セルの製造方法であって、 フリー水酸基を持つ一般的に配列された表面ミクロ構造を提供するように該対向 したセル表面を処理し、及び傾斜一垂直配列を持つセルに実質的に導入された該 液晶のような傾斜した表面ミクロ構造にアルコキシ基が化学的に結合させること を含む方法。
  21. 21.傾斜した表面ミクロ構造が角セル表面上にそれぞれ2°〜10°のオーダ ーの浅い視射角及び20°〜40°のオーダーの中程度の視射角でSiOx(こ こで、xは1〜2)の第1及び第2の層を、両層が互いに約90°シフトした視 射角で被着されるように被着することによってセル表面上に得られることを特徴 とする請求の範囲第20項記載の方法。
  22. 22.上記の浅い視射角が約5°及び中程度の視射角が約30°であることを特 徴とする請求の範囲第21項記載の方法。
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