JPH039326A - 液晶性高分子薄膜付基板及びその製造方法 - Google Patents
液晶性高分子薄膜付基板及びその製造方法Info
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Abstract
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Description
し、詳しくは、光制御機能を有し、光エレクトロニクス
等の分野で好適に用いられる高度に配向した状態が固定
化された液晶性高分子薄膜付基板及びその製造方法に関
する。
、液晶を一定の配列に並べてやる(配向)必要があるが
、この分子配向は、電場、磁場、せん断力あるいは界面
などの外場・の影9により変化する。そして、この配回
変化1、二由来する光制御機能を利用して、各種オプ1
へ工1ツクl−ロニクス用途への応用展開がなされてい
る。
が、前者(高分子液晶)の場合、液晶の配向状態に固定
化することによって、これらの機能を固定化した状態で
用いられるところに大きな特徴があり、後者の低置イ液
晶どけ異なった領域での応用が図られている。例えば、
低分子液晶用配向膜(特開昭61−42618号公組に
記載)、非線形光学素子(特開昭62−201419号
公報に記載)、円偏光フィルろイー及びノツチフィルタ
ー(特開昭6o−x9izo3号公報に記載)、光メモ
リ−(特開昭62−66990号公報に記載)、液晶表
示用色補償板などへの応用があげら肛、これらを実施す
るには、所望の分子配向を高度に制御する必要がある。
より詳しくは、スーパ・−ツィステッドネマティック(
STN)型液晶表示素子用色補償択−はSTN型液晶表
示素子に特有の複屈折効果により色づき側解消するため
にSTN型妓品表示素子の液晶セルと偏光板との間に挿
入されで用いらオl7.セルを通過することによって波
長により異なる楕円率、方位角に持・った楕円偏光どな
った先を再度方位角のそろった直線偏光に戻すよ・うに
作用することが必要である。このような機能は液晶性高
分子を水平にかつ−・定の方向に高い秩序度と高い均一
性を持って配向させることによって初めて発現させるこ
とができるものであるわ と1:ろし、低勺子液晶の配向状態を配向膜に用いで制
御する方法は確立されており、丁NあるいはSTN液晶
デイスプレィの基本技術になっているが、高分子液晶の
配向状態髪制御する手法は、ある限られた領域内では、
ネマチック、スメクチックヌはコ1ノステリックのいず
力、のタイプであ−)ても、低分子・液晶以上のオーダ
ーパラメ・−ターをもって配向する技術(例えば、すり
応力のような外力を与える方法;電場や磁場の外力を与
える方法シ・ど)が知られているものの、ご九〇の方法
によったのでは大面積の配向制御が不可能であったり、
水平配向は行なえたにしても面内の一軸配向は制御でき
ない等の不都合を有している。即ち、高分子液晶の配向
を高度に制御し、かつ、七わを固定化する技術は確立1
.”〔いるどばいい難いのが実情である。
、基板に平行な面内で−・様な方向に配向した液晶性高
分子薄膜付基板、及び、その製造方法の提供を目的とす
るものである。
向膜と、その配向股上に形成されたサーモトロピック液
晶性高分子薄膜とを主構成とした液晶性高分子薄膜付基
板において、該配向膜は該基板上に塗工されたポリアミ
ック酸又はその誘導体被膜を閉環させた得られたガラス
転移温度が300℃を超えるポリイミドであって、かつ
2ラビング処理されたものであることを特徴どしている
やまた、本発明の他のJつは、こうした液晶性高分子薄
膜付基板の製造方法に特徴を有しており、とわについて
は後の記載から明らかになろう。
された液晶性分子簿膜付基板について多くの研究・検討
を行なってきたが、液晶性高分子としてサーモトロピッ
ク液晶が選択され、かつ、これの薄膜が形成される配向
膜(この配向膜は基板上に形成されている)として特定
の樹脂膜のラビング処理されたものが採用されれば、前
記目的が十分達成しうろことを確めた。本発明はこれに
よりなされたものである。
明する。
面図であり、1は基板、2は配向膜(ラビング処理され
たポリイミド膜)、3はサーモトロピック液晶性高分子
薄膜を表わしている。
ックスなどが好ましく用いられるう但し、基板1はポリ
イミド膜の形成時100〜350℃に加熱されることか
ら、その温度で変形等を生じるようなものは避けねばな
らない。このためガラス、セラミックスは別として、基
板1用プラスチツクには、ポリエチレンテレフタレート
、ボリアリレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエ
チレンテレフタレートなどのポリエステルや、ポリエー
テルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリフェニレンスルフィドなどの耐熱性を有する
樹脂フィルムが有効に使用しうる。また、本発明の液晶
性高分子薄膜付基板がオプトエレクトロニクスデバイス
に利用されるときには更に複屈折の小さいことも要求さ
れ、その場合の基板1としては、ボリアリレート、ポリ
エーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスル
フィドなどのプラスチックやガラス、セラミックスが特
に好ましい。
、このポリイミドは、後に記載したように、そのガラス
転移温度が300℃を超える性状を有していることが必
要である。なお、このポリイミド膜の厚さは200〜1
oooo人の範囲であり、好ましくは300〜3000
人である。200人より薄いと均一な配向が得られにく
く、逆に、 1oooo人より厚いとポリイミド特有の
着色(黄色)が顕著に現われてくる。
して、ポリイミド膜は液晶性高分子溶液と直接接触する
ため、高い耐溶剤性を有している必要がある(液晶性高
分子溶液の調製には溶剤が用いられることによる)。そ
して、この耐溶剤性は基板l上にポリアミック酸被膜を
形成後、不溶性のポリイミドとする方法およびイミド化
後のガラス転移点が300℃より以上となるような配向
膜材料を採用することにより初めて達成できる。
れた下記式(C−1)、(C−2)及び(C−3)で表
わされたような可溶性ポリイミドの塗布膜や、下記式(
C−4)及び(C−5) で表わされたようなアミド樹脂、可溶性ナイロンなどの
塗布膜をラビング処理した配向膜では、液晶性高分子溶
液を塗布した後、配向膜2が溶解してしまったり、溶解
しないまでも配向性能が極端に低下したり消失したりし
てしまう。但し、これらの樹脂は、低分子液晶に対して
は良好な配向性を示すものである。
ドとする方法でもポリイミドのガラス転移点(Tg)が
300℃以下であると、部分的に配向不良を生ずる1例
えば、液晶表示素子用配向剤として広く知られている日
立化成社製のPIX1400. PIX5400(とも
にTg=290℃)を本発明の配向膜2として用いた場
合、−軸配向はみられるものの、液晶性高分子の塗布溶
媒によっては配向欠陥を生じ、モノドメインが得られな
い場合がある。これは、ガラス転移点の低い材料では、
分子間の相互作用が小さいため、液晶性高分子の塗布溶
媒によって溶解までには至らないものの、表面の膨潤、
表面の部分的な溶解などのため配向規制力が低減するも
のと考えられる。
板1上に塗布されたポリアミック酸被膜を基板1上で閉
環されて得られるガラス転移温度が300℃を超えるポ
リイミドで形成されている必要があり、さらに、液晶性
高分子に一軸性の配向規制佇与えるためにラビング処理
が旅され゛〔−いる必要がある。
:は次のようなものがあげられる。
G(+−◎−この他の例としては下記一般式(4) −〇÷09)、−〇−0−σ等である。)で表わされる
ものも使用可能であイ)。
訳ではないが、ポリイミド骨格中にメチレン鎖、シロキ
サン鎖のような屈折性基、オルト置換フェニレン基、シ
クロヘキサン基などを導入し。
ましくない。
あるが、具体的には、ポリエステル、ポリエステルアミ
ド、ポリカーボネート、ポリエーテルなど主鎖に液晶性
残基を有する主鎖型液晶性f分子 −(N’−X1MA’−X’)− xl、f ニーCDI)、−G)NH−、−0CO−、
−0−等M’ : −Ph−■0−Ph−,−Ph−脚
−ph−、−Ph−Ptr−。
a1−等A’ : −+0I2h 、 −((&C1(
、Oh I nclI、蟻。
子、二1・口基又はシアノ基であり、 IIはO・・−
18の整数を表わす。) を有するビニル系高分子、ポリシロキサン等が代表例と
してあげられるい 続いて、本発明の第2である液晶性高分子薄膜付基板の
製造方法をついて、第2図イ1−参照しながら、説明を
進めることにする。
体を主成分とする被膜2″を形成する。被膜の形成方法
としては、ポリアミック酸の溶液を、従来公知のスピン
コード法、ディッピング法。
に塗布し、溶媒を加熱留去する方法が好適である。溶液
濃度は塗布法によって異なるが0.1〜10%の範囲で
ある。ここでの溶媒としてはN、N−ジメチルホルムア
ミド、N、N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロ
リドン、γ−ブチロラクトン、N−メチルカプロラクタ
ム、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド
などがあげられる。
ミド膜2′とする。このとき、必要な温度はおおむね1
00−350℃より好ましくは130〜350℃の範囲
である。
4で一方向にラビング処理を行なう、ラビング材4とし
ては紐、ポリエステル、ナイロン等の植毛布または布、
ウレタン、ナイロン等のスポンジが好適に用いられる。
−150g/aJである。このラビング処理によりポリ
イミド膜表面はラビング方向に一様に配向する。
基板上で−すなわち、液晶性高分子被膜の片側のみが配
向膜に接し、他方は周囲の雰囲気(一般的には空気)に
露出されて配向制御を行うものである。このため、配向
膜の表面張力により液晶性高分子の表面張力が小さい場
合には、液晶性高分子が加熱中にはじかれて均質な膜が
作製できないことがある。こうした観点より、用いられ
る液晶性高分子の種類にもよるが、一般的にいって配向
膜2の表面張力は35dyne/cm以上、より好まし
くは40dyne/am以上である。
させた溶液3′をポリイミド配向膜2上に塗布する。液
晶性高分子用の溶媒としては、そこで用いられる液晶性
の高分子の種類、重合度によっても異なるが、一般には
、クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタン
、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、オルソ
ジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素、これらと
フェノール、0−クロロフェノール、クレゾールなどフ
ェノール系溶媒との混合溶媒。
プロトン性極性溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン
等のエーテル系溶媒から適宜選択される。溶液濃度は塗
布方法、高分子の粘性などにより相違するが1通常は5
〜50重量%の範囲で使用され、好ましくは10〜30
重景気の範囲である。塗布方法としてはスピンコード法
、ロールコート法、グラビアコート法、ディッピング法
などが採用できる。
熱処理してモノドメインな液晶配向を完成させた後、ガ
ラス転移点以下の温度に冷却する。
上の温度から選ばれる。配向膜の界面効果による配向を
助ける意味でポリマーの粘性は低い方が良く、従って、
熱処理温度は高い方が好ましいが、あまり高いとコスト
の増大と作業性の悪化を招き好ましくない、また、液晶
性高分子の種類によってはネマティック相より高温部に
等六相を有するが、この温度域で熱処理しても均一な配
向が得られないことが多い、このように、熱処理温度は
液晶性高分子のガラス転位点以上であることが必要で、
等六相への転移点以下であることが好ましい、一般的に
は50℃〜300℃の範囲が好ましく、特に100℃〜
250℃の範囲が特に好ましい、また、先に触れたよう
に、液晶性高分子の相との関連では、この処理温度にお
いて液晶性高分子はネマティック相またはコレステリッ
ク相であることが好ましく、スメクティック相では高い
粘性のため均一な配向は得られない。配向膜上で液晶状
態において十分な配向を得るために必要な熱処理時間は
、ポリマーの組成、分子基rJ、。って異なり一概には
いえないが、10秒から60分の範囲が好まし6〈。
り短い場合は配向が不十分となり、また60分より長い
場合は生産性が低下しりIましくない、液晶配向が完成
されτから散品性高分子膜はガラス転移点以下のR度に
冷却されるが、こぶしは配向の固定化を意図し、でいる
ためである。冷却速度は特に制限されず、加熱界囲気か
らガラス転移点以下のf囲気、に移すだけでかまわない
ゆなお、液晶性高分子酵膜H;を板浸室温付近で用いる
ことを想定し、液晶性高分子の最大の特徴である配向固
定化−すなわち液晶状態の配向状態をガラス転移点以下
に冷却することにより固定化するーを行なって用いよう
とする場合、液晶性高分子のガラス転移点は30℃以上
であることが好ましく 特に50℃以」−8であること
が好ましい。ガラス転移点が30℃より低い場合じは、
室温付近で使用すると、固定化された液晶構造が変化す
る場合があり、好ましくない、液晶性Ij分子3の膜厚
は100μm11以下の背i、囲がt4まし・く、特に
50岸以fであることがより好ましい、1001JI!
1以上であると、均一な配向を得るにが困難となる、と
ごろで、液晶性高分子は先に述べたように、1−の相系
列にコレステリック相もI5<はネマティック相を持つ
ものが好ましく、両オ[]の温度範囲7熱処理が行オ〕
れるのが望ましい、このような条件を満たす液晶性高分
子とし、では、次1J示すようなポリエステルをより好
耐12.い例とし2丁示す、′″と、1・舅できる。
−−(O−Ar1−O’3−−+Co−Ar”C0)−
□(O−Ar”−0う−−+c(−)−Ar 1CO’
)−ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルa、−ル基I)
るいはアルコキシ基又はフエー、ル基を表オ)し、k(
ま0゜1.2のいずれ、かであるa)、 −()−〇−
、″C)で)−2から12ノ整数)、−〇−CI(7C
1l−CH,Q−1,0−ヌはCHo 素原子、ハロゲンJJ″A子、炭素数が1へ4のアルキ
ル基あるいはアルコキシ基又はノエニル基を表わし、ρ
は0,1,2.のいずれかである7)、より具体的には
下記のような構造即位かIう構成さカフるポリマー、ポ
リエステルを例示することかできる。
用途によっては、前記液晶性高分子に光学活性基を導入
したり、光学活性基をもつ液晶性品分−r、低置イ液晶
、非液晶性物質など後添加し゛(コ[ノステリック相を
呈するようにすることもできる1、このような用途とし
ては、円偏光フィルターノツチフィルター、コレステリ
ンク相の選択反射を利用した光メモリ−、STN型液晶
表示素子用色補償板などがある。この場合、配向膜に接
する液晶性高分子の分子はラビング方向に平行に配向し
、厚み方向に液晶性高分子のピッチに対応したねじれ構
造をとるようになる。
−2−ピロリドン溶液をスピンフート法で塗布し、70
℃で10分間乾燥させて、膜厚約1000人のポリアミ
ック酸被膜を形成した。次いで、基板を270℃で1時
間加熱し、ポリアミック酸を閉環させ、下記式(7)の
ポリイミド膜が形成された基板を得た。
めたガラス転移温度は400℃であった。ポリイミド膜
の表面を綿植毛布で約50g/cdの加重を加えながら
一方向にラビングし、配向膜付基板を作製した。
2−テトラクロロエタンに溶解して15重i%溶液を調
製した。このポリエステル溶液を前記配向膜付基板の配
向膜上にスピンコード法で塗布したのち、70℃で乾燥
した。
処理したのち、恒温槽より取り出して放冷し、配向固定
化を行なった。得られたポリエステルの膜厚は約1.1
声であり、完全透明で平滑なフィルムであった。このフ
ィルムの配向状態をクロスニコルにした偏光顕微鏡で観
察したところ、ラビング方向と偏光板透過軸とが平行の
ときには完全に暗視野となり、45″試料を回転させる
と、フィルムのレターデーション(約o、t3.m)に
対応するほぼ無色の明視野が観察され、−軸性の水平配
向をしていることが確認された。また、試料サイズ(1
20mm X 120+am)全面にわたって欠陥はま
ったくみられなかった。
式(8)で表わされたポリエステルと、下記式(9)で
表わされる光学活性なポリエステルとを、重量比で95
:5の割合で含む濃度15重量%のテトラクロロエタン
溶液をスクリーン印刷法により塗布し、70℃で乾燥し
た。その後、実施例1と同様の条件下に熱処理及び固定
化を行なった。得られたポリエステルの膜厚は約6.7
μmであり、完全に透明で平滑なフィルムであった。
鏡で観察したところ、全面にわたって均一な複屈折色が
観察され、欠陥もまったくみられなかった。また偏光解
析の結果、このフィルムは厚み方向に240°ねじれて
おり、配向膜面での配向方向はラビング方向と平行であ
った。
)で示されるポリアミック酸の2.5重量%N−メチル
ピロリドン溶液を用いてポリイミド配合膜を製膜した以
外は同様にして液晶性高分子薄膜付基板を作成した。こ
のものは実施例2と同様にすぐれた配向性が確認された
。
)で示されるポリアミック酸の2.S重弧ダN−メチル
ピロリドン溶液を用いて約800人の配向膜を形成した
ほかは同様にして液晶性高分子薄膜付基板を作製したが
、このものは実施例2と同様にづ−ぐ九た配向性が確認
された。
ゾリンジオン骨格浸食むポリイミド(LQ5200)の
2,5重量I−メチルピロリドン溶液粁用いたほかは実
施例2と同様j、こして液晶性高分子薄膜付基板を作製
した。なお、LQ5200の硬化膜のガラス転移温度は
400℃以上であった2、:の場合す実施例2と同様に
゛ずぐれた配向性が確認六オtた。
リイミドの2.51斌2γ〜ブチY」ラクトン溶液をス
ビンフー1−法で塗布し、120℃で乾燥した後(膜厚
約1000人)、ラビング処理を行なった配向処理基板
を用い、更に実施例j1と同じ液晶を用いて成品性高分
子薄膜イゴ基板も作製した1、この試料は1田しており
、配向状態をクロスニコルにした偏夕ti顕微鏡で観察
したと、:、 7. 、多数の微少なドメイン分割がみ
られ、試料を回転しても明るさの変化はほどんどみられ
なか−)たゆ 比較例2 ガラス基板上に■立化成」」′製のポリアミック酸P
11 X 1400の285)重量%N−メチルビ1コ
リドソ溶液るスビンコ〜・ト法で塗布1−、.70″C
:’r R燥後、7゛70“(二で1時間加熱し〔イソ
インドロキナゾリンジオン唄に有するポリイミド(膜厚
約1000人)を形成した。このポリイミドのガラス転
移温度は290℃であった。
液晶性高分子薄膜付基板t・作製した。この試料は外観
上はぼ透明であったが、クロスニコルにした偏光R微鏡
の観6察では部分的に無配向部分がみられた。
で、薄膜が非常に精度良くL造できる。液晶性高分子の
粘度や塗布法にも依存するが、10〜30重量%程度の
溶液濃度で数舊11−・数十・Pの薄膜が得られ、1〜
5重量2程度の濃度で約117a前後の薄膜が膜厚精度
良く製造できる。
以上の限定されたポリイミド配向膜の使用であるため、
上記(1)のような液晶性高分子溶液の塗布工程番コお
いても、配向性能の劣化はまったくみられず5低分子液
晶4以上の高度の水平でかっ配向方向が制御された高度
な配向が実現できる。
Iさせて配向制御し、他の面はフリー・の状態例えば空
気相と接触させた状態で高度な配向制御とその固定化が
できる。−・般に、液晶の配自制@ Nil:両界面を
配向膜と接触さ1!・て行うのが普通であり7片面が空
気相のときは空気界面の分子6(3向は一様でなく、そ
の影響により膜ハ方向の全領域にお〔プる均一な配向は
得l)れないといわカ、1::いる。本発明の場合5片
面のみの制御によりモノドメインのねじれネマチック配
向ができ、さらにそれを固定化できるという大きな特徴
を有する。
まで使用しても良いし、表面保護のために透明プラスチ
ックの保護層を設けてもよい。また5偏光板などの他の
光学素丑と組み合わせた形で使用してもよい。このよう
に、本発明の液晶性高分子薄膜付基板は、均一性にすぐ
れ、また高度な配向状態を反映して優れた光学性能を有
し、また、製造コストが安く生産性が高いため、液晶表
示素子補償板、光学フィルター、メモリー媒体等の分野
で、きわめて工業的な価値の大きなものである。
である。 第2図は本発明に係る液晶性高分子薄膜付基板の製造方
法を説明するための図である。 1・・・基板 2・・・配向膜 3・・・液晶性高分子薄膜 第 第 図 図 手続補正書 平成2年 3月 /〆日 事件の表示 平成1年特許願第143597号 発明の名称 液晶性高分子薄膜付基板及びその製造方法補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都大田区中馬込1丁目3番6号名 称
(674) 株式会社 リ コ −(ばか1名)代
表者 浜 1) 広 4、代理人〒151 8、補正の内容 本願明細書中において以下のとおり補正を行います。 (1)第14頁下から第12行のr−Ph=Ph−R’
Jを、r−Ph−Ph−R″Jに訂正します。 (2)第24頁下から第9行の構造式 [ 54補正命令の日付 自 発 6、補正により増加する請求項の数
Claims (2)
- (1)基板と、その基板上に形成された配向膜と、その
配向膜上に形成されたサーモトロピック液晶性高分子薄
膜とを主構成要素としてなり、該配向膜は該基板上に塗
工されたポリアミック酸又はその誘導体被膜を閉環させ
て得られたガラス転移温度が300℃を超えるポリイミ
ドであって、かつ、ラビング処理されたものであること
を特徴とする液晶性高分子薄膜付基板。 - (2)下記(a)(b)(c)(d)及び(e)の工程
からなることを特徴とする液晶性高分子薄膜付基板の製
造方法。 (a)基板上にポリアミック酸又はその誘導体を主成分
とする溶液を塗工する工程。 (b)加熱によりポリアミック酸又はその誘導体を閉環
させてガラス転移温度が300℃を超えるポリイミド被
膜を形成する工程。 (c)前記ポリイミド被膜をラビング処理する工程。 (d)前記ラビング処理が施されたポリイミド被膜上に
サーモトロピック液晶性高分子溶液を塗布する工程。 (e)溶媒を留去して液晶性高分子の被膜を形成した後
、これをそのガラス転移点以上の温度に保持し、続いて
、ガラス転移点以下の温度に冷却する工程。
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