JPH0540262A - 液晶ポリマーの配向法と、液晶開閉及び表示装置における配向層としてのそれらの用途 - Google Patents

液晶ポリマーの配向法と、液晶開閉及び表示装置における配向層としてのそれらの用途

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JPH0540262A
JPH0540262A JP11191A JP11191A JPH0540262A JP H0540262 A JPH0540262 A JP H0540262A JP 11191 A JP11191 A JP 11191A JP 11191 A JP11191 A JP 11191A JP H0540262 A JPH0540262 A JP H0540262A
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liquid
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polymer
air
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JP11191A
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Peter Dr Harnischfeger
ペーター・ハルニツシユフエガー
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 液晶ポリマー上に気流又は液流を通す液晶ポ
リマーの配向法で、特にネマチック相を有する主鎖ポリ
マー上に高温空気を通すことによりそのポリマーを配向
させる。具体例としてp−ヒドロキシ安息香酸、イソフ
タル酸及びヒドロキノンを基材としたガラス転移温度1
55℃、ネマチック相温度312〜336℃のサーモト
ロピック主鎖の市販の液晶ポリマーをガラス支持体3上
に厚み50μmに紡糸被覆し、このポリマー層4をもつ
支持体3をホルダー2に設置した。ノズル1を気体処理
量及び気体温度が調節可能なヒートフラックスにつな
ぎ、気体処理量は400l/minとして、液晶ポリマー
層を一方向の気流、様々な温度、及びその空気流に対し
て様々な傾斜角度で、工程時間を変化させて処理した。 【効果】 この配向層を含む電子光学表示装置は高度な
コントラストを持ち、静電荷を生じさせないので研磨配
向層よりも優れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】液晶が並みはずれた異方性と流動性とを合
わせ持つことは御存知の通りであり、その結果、数多く
の電子光学的な開閉及び表示の装置(表示装置)にその
液晶物質が用いられてきた。液晶の持つ電気的性質、磁
性及び弾性と同様、その熱的性質も配向の変化に利用し
うる。
【0002】光学効果とは複屈折の補助(aid)(“複屈
折モード”)、染料の混入(“ゲスト−ホストモード
(guest −host mode)”)或いは光の散乱によりもたら
される。これを達成する為、今まではネマチック液晶相
を有する物質及びスメチック液晶を有する物質が用いら
れてきた。この種の表示装置の例は既に数多くの特許明
細書及び専門発刊物中に報告されている。
【0003】液晶表示装置にはとりわけ次の部品、すな
わち透明な電極と配向層で被覆した支持体板(例えばガ
ラス製或いはプラスチック製の)、スペーサー、シール
フレーム(sealing frame)、偏光子、及びカラー表示装
置には薄い着色フィルター層とが含まれている。他にも
使用可能な部品としては、反射防止層、不動(passivati
on)層、レベリング層、遮断層、さらに例えば薄層フィ
ルムトランジスタ(TFTs)及び金属−絶縁体−金属
(MIM)素子(metal-insulator-metal(MIM)elem
ents)の様な非線形素子とがある。液晶表示装置の構造
は既に関連特定主題論文中に詳しく記載されている(例
えばE.カネコの“液晶テレビ表示装置:液晶表示装置
の原理を応用(Liquid CrystalTV Displays:Principle
s and Applications of Liquid Crystal Display
s)”、KTK Scientific Publishers、1987年、
12−30ペ−ジ及び163−172ページ)。
【0004】上記物品の内、特に配向層が重要である。
御存知の通り、配向層の用途は分子軸線(longitudial
molecular axes)を均一に欠損なく配向させ、それによ
って高度なコントラストを確保することにある。それは
有機ポリマー層或いは無機層、そのいずれをわ含んでい
ても良い。
【0005】配向層として用いる勇気ポリマー層は、通
常ポリマー溶液或いは可溶性ポリマー前駆体溶液として
それを被覆しようとする表面(例えば支持体板)にプリ
ント、スプレー、浸漬或いは防糸被覆法を用いて塗布
し、一般的にはその未乾燥塗膜を加熱することによって
硬化する。配向効果を与える為、得られたその硬質ポリ
マー層はベロア状に被覆したローラー、ベロア又はブラ
シで覆ったローラー、或いは同様な装置で研磨する(ru
bbed)ことが可能で、それによってそのポリマー表面は
粗面になり配向し易すくなる。
【0006】しかしながら、この表面の処理は、表示装
置の短絡となる研磨粒子の形成には不都合で、表示装置
の平面性(planarity )には逆効果となり、そのコント
ラストを弱める可能性もある。さらにこの研磨工程は、
支持体板上にある薄層フィルムトランジスタに損傷を与
える静電荷の起因となる。
【0007】配向層は、例えば酸化珪素の様な無機物質
を含んでいても良く、それは他の方法、例えばある角度
で蒸着することにより配向される。
【0008】しかしながら、例えば酸化珪素(SiO)
に関しての様な蒸着法は、広範囲を均質にするのに相当
な原価と費用とがかかる為不都合である。
【0009】又、表示装置に配向層を用いる為には、セ
ル及び表示装置の製造の際かかると思われる限界温度ま
でその配向効果が維持されるように注意を払わねばなら
ない。これは特にセルを組立てる際に用いられる接着剤
の硬化温度について言えることで、それは約150℃で
行なうのが望ましい。
【0010】本発明の目的は、今まで用いられてきた配
向技術における上記の不都合な点を取り除いた、液晶表
示装置用配向層の配向法を提供することにある。さらに
その配向層は、支持体に対する接着性を良くして透明度
を高める為、ネマチック及びスメクチック両液晶が各々
均一に配向し易すい様にすることが必要で、それによっ
て電子光学表示装置に高度なコントラストを与えるもの
でなければならない。この目的は、液晶ポリマー(LC
Ps)を基材とする配向法を用いることにより達成され
る。
【0011】JP−A89/ 196,250には液晶中のLCP
sを流動法によって配向する方法が示されている。これ
とは対照的に本発明は、液晶ポリマーの配向に層流を用
いており、これによって触れることなくポリマーを配向
させることができるようになる。
【0012】液晶配向層は、液晶主鎖ポリマー、液晶側
鎖ポリマー、その二つの組合わせ、液晶網状構造物、ゲ
スト−ホストシステム、或いは上記のものと低分子量液
晶との混合物を含むのが望ましい。サーモトロピック、
リオトロピック及び両性(amphotropic )(すなわちサ
ーモトロピック+リオトロピック)の液晶物質を用いる
ことができる。
【0013】適当な物質の例は、EP−A 348 873、E
P−A 322 703、EP−A 310 081、EP−A 300 752
及びEP−A 297 554に記載されている。
【0014】参考文献には、ガラス転移温度が150℃
より高いLCPsを用いたことが示されており、この趣
旨に関しては液晶サーモトロピック主鎖ポリマーが特に
適している。これらの物質は、一方でN−メチルピロリ
ドン或いはその類の溶媒に可溶性であることが望ましい
が、又一方では開閉可能な媒質(switchable medium)と
して用いられる低分子量或いは高分子量の液晶化合物に
不溶性であることが望ましい。主鎖ポリマーを基材とす
るポリエステルが特に適当で、さらに詳しく言うなら
ば、芳香族ジオールと芳香族ジエステルとを含むポリエ
ステルが特に望ましく、このポリエステルはさらに一成
分としてヒドロキシカルボン酸を含んでいても良い。特
に参考文献にはp−ヒドロキシ安息香酸、イソフタル酸
及びヒドロキノンを基材とするサーモトロピックポリマ
ーが示されている。この種の液晶ポリマーはネマチック
相を含む配向層用の物質として用いられるのが望まし
い。又、例えばスメクチック相を有するポリマーを用い
ることもできる。
【0015】配向層として用いる液晶ポリマーは、静電
荷の発生を完全に或いは本質的に抑え、かつ研磨粒子及
びダスト粒子によってその配向層が汚染されない様な方
法で配向される。
【0016】本発明の方法は、液晶ポリマーを含む層上
に気流或いは液流を流すことを基盤とする方法である。
【0017】気流の温度は100℃から400℃の範囲
内が望ましく、150から350℃の範囲内が特に望ま
しい。温度は配向しようとする物質のガラス転移温度よ
りも高いのが特に望ましい。好ましい具体例では、ダス
ト粒子を排除する為、その気体はフィルターを通して精
製される。
【0018】LCPsの配向に液流を用いる場合、広範
囲の液体が使用可能であるが、配向層の物質がその液体
にた易すく溶けるでもなく、完全に不溶性でもない液体
が望ましい。室温下においても用いることのできる液体
として考えられる例としては、有機溶媒のγ−ブチロラ
クトン、N−メチルピロリドン、メチルエチルケトン、
シクロヘキサノン及びジグライムがある。ポリマーのガ
ラス転移温度より高温では、熱媒は水、グリセロール、
或いは適当な極性液体が望ましい。
【0019】気流を用いる方法でポリマー層を配向させ
る為には、その気体を一定時間、望ましくは最低2分間
ポリマー層上を通さねばならない。一般的には、5分か
ら60分、特に望ましくは10分から40分の工程で十
分配向した液晶ポリマー物質が得られる。気流を用いる
方法で、配向工程に過度に長時間を費やしても、それは
経済的理由からのみ考えればあり得るというはない。
【0020】ある好ましい具体例においては、配向は気
流を用いて行ないその際の気流温度はポリマー物質の液
晶相、特にネマチック相の温度範囲内にある。
【0021】さらに別な具体例においては、空気流をポ
リマー物質上に入射角(α) 0.5°から10°で通し、
そうすることによって極めて優れた配向を達成してい
る。
【0022】液晶ポリマー物質を気流或いは液流で処理
した後、液体の除去及び/或いは温度をそのポリマーの
ガラス転移温度より低くすることによってこの工程を凍
結させると、構造及び性質の変化が起こる。
【0023】ここに記したポリマー配向層は、特にそれ
が先に記載した研磨配向層の短所を有していないことか
ら、液晶表示装置に用いるのに好都合である。
【0024】本発明のLC表示装置には、特に次の部
品、すなわち液晶媒質(例えばネマチック或いはスメク
チック液晶混合物)、透明な電極で被覆した支持体板
(例えばガラス製或いはプラスチック製の)、最低一層
の上記配向層、スペーサー、シールフレーム、偏光子、
及びカラー表示装置には薄い着色フィルター層とが含ま
れている。他にも使用可能な物品としては、反射防止
層、不動層、レベリング層、遮断層、さらに例えば薄層
フィルムトランジスタ(TFTs)及び金属−絶縁体−
金属(MIM)素子の様な非線形素子とがある。液晶表
示装置の構造は既に関連特定主題論文中に詳しく記載さ
れている(例えばE.カネコの“液晶テレビ表示装置:
液晶表示装置の原理と応用”、KTK Scientific Publ
ishers、1987年、12−30ページ及び163−172
ページ)。
【0025】本発明を下の実施例によって説明する。
【0026】
【実施例】 実施例1 液晶ポリマーは、p−ヒドロキシ安息香酸、
イソフタル酸及びヒドロキノンを基材とし、ガラス転移
温度が155℃、ネマチック相の温度範囲が312℃か
ら336℃のサーモトロピック主鎖ポリマー(ヘキスト
セラノースコーポレーション市販のポリマー商標名ベク
トラTM(VectraTM)の改良種、〔Vectra- Polymeric Ma
terials , Hoechst High Chem〕雑誌フランクフルトア
ンマイン(Frankfurt am Main )1989年9月発刊の
“Vectra-Polymere Werkstoffe,Hoechst High Chem ”
を参照)を用いた。このポリマーのN−メチルピロリド
ン溶液(3wt%)を(予め洗浄した)ガラス支持体表
面に紡糸被覆した。このフィルムと200℃で1時間硬
化し、これによって溶媒を完全に留去した。この様にし
て処理した支持体は、厚み50μm(この厚みは紡糸被
覆工程中の回転速度によって調節しうる)の乾燥硬質ポ
リマーフィルムを有している。
【0027】この様にして作った支持体を、色々な形の
そして様々に変えうる横断面を持った長いノズル中にあ
る、或いはその前にあるホルダーにマウントした。図1
は、この集成装置(arrangement )の略図(寸法:20
0×25×10mm)である。直方体(1)は直方形の
横断面を持つノズルを示しており、ここには試料ホルダ
ー(2)が取り付けられている。この試料ホルダー
(2)上にはガラス支持体があり、これは液晶ポリマー
層(4)によって覆われている。ノズルの左側にある二
つの矢印は、気流の流れる方向を示している。その試料
ホルダーには、気体の流れる方法に対して一定の入射角
度(α)を持ってガラス支持体(3)が取り付けられて
いる。
【0028】ノズル(1)を、気体処理量及び気体温度
が調節可能なヒートフラックス(heat Flux )につない
だ。ここで行なう測定の場合、気体処理量は各場合にお
いて400 l/min とした。液晶ポリマー層は、一方向
の気流を用い、様々な温度、及びその空気流に対して様
々な傾斜角度で、さらに工程時間を変化させて処理し
た。
【0029】配向工程終了後その支持体(ガラス支持体
+配向層)を、用いるスペーサーから4μm離れた場所
で配向が平行にならない様にして(with an antiparall
elalighnment)平面上並列(plane-parallel)につない
だ。この方法で作った測定用セルを、ネマチック相を有
する多種多様な液晶混合物で満たした(例えばダームス
タット(Darmstadt )のE.Merck による“ZLI156
5”で)。
【0030】試験用セルのコントラストは次の様にして
測定した。偏光顕微鏡下で測定セルが偏光子と直交する
様に調節し、光二極管(photodiod )を用いて光透過率
の最大値と最少値とを測定した。初期電圧(V)におけ
る二極管のスペクトル感度効果には限界がある為、測定
には緑色フィルターを用いた。その測定セルはそのコン
トラスト比(contrast ratio)(CR)に特徴がありこれは
次の式により定義される。
【0031】
【数 1】
【0032】この様にして測定した値を、厚みは同じだ
が配向層として研磨したポリイミドを用いている市販の
セル(東京のEHCによる測定セル)を用いて得られた
値と比較した。比較し易すい様にEHCセルのコントラ
スト比を100とした。
【0033】実施例2 液晶ポリマー層の配向が、ノズ
ルの横断面と形状及び空気流の入射角に依存するか否か
を調査した。その結果を表1に示すが、この表におい
て、様々なノズルの形状はZで、試料の入射角度はαと
して表わしている。ノズルの形が(1)の場合、試料ホ
ルダーはノズルの外側にある。液晶ポリマー層にのみ簡
純に空気流を流すと配向度が小さくなることは明らかで
ある。ノズルの形が(2)及び(3)の場合、支持体は
図1に示す様にノズルの内部にある。この方法によれば
配向度を著しく高めうること明らかである。表1に示し
た数値は最大コントラスト比(CR)である。本実施例
における気流の温度は200〜360℃で、特に記載し
た例(表1)については気体の温度を320〜330℃
とし、その気体には空気を用いた。
【0034】
【表1】
【0035】表1から明らかな様に、直方形の横断面を
持つノズル(3)を使用すれば著しく配向度が高まる
が、これは恐らくより望ましい(積層)空気流によるも
のと思われる。試料との入射角度(α)を変化させて測
定値を比較したところ、入射角度が3°の時著しく改良
された結果が得られることがわかった。
【0036】実施例3 液晶ポリマー層の配向が気流の
温度及び時間に依存するか否かを調査した。支持体を実
施例1の記載通りに作り、これを寸法が200×25×
10mmの直方形の横断面を持つノズル内に入射角
(α)3°で取り付けた。
【0037】図2から明らかな様に、空気流の温度をそ
のサーモトロピックポリマーのネマチック相の温度範囲
内にした時、液晶ポリマー層に対する空気流の配向効果
が最大となる。図2では、試験セルのコントラスト比
(CR)を温度(℃)に対してプロットした。この工程
は20分間行なった(すなわち、ポリマー層をノズル中
の前記空気流に20分間さらした)。本実施例では、温
度が326℃の時コントラスト比が最大になった。この
温度で配向した試験セルのコントラストは、市販のEH
Cセルのコントラストと比べ80%以上であった。記号
のG/K.N及びIはガラス状/結晶質、ネマチック相
及び等方性相を表わしている。図3は、コントラスト比
(CR)に対する工程時間(Tpr)の効果を示してい
る。この測定は気流温度を326℃として行なった。液
晶ポリマー物質に対する空気流の配向効果は、数分の処
理時間を経て始めて目に見えてくることは明白である。
配向が最適となるのは15分から25分の処理時間を経
た後である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ノズル及び試料ホルダーを含む集成装置の略図
(寸法:200×25×10mm)である。
【図2】試料セルのコントラスト比(CR)を温度
(℃)に対してプロットした図である。
【図3】コントラスト比(CR)に対する工程時間(T
pr)の効果を示した図である。
【符号の説明】
1:ノズル 2:試料ホルダー 3:ガラス支持体 4:液晶ポリマー層

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶ポリマー物質上に気流或いは液流を
    通すことを含む、液晶ポリマー物質層の配向法。
  2. 【請求項2】 その液晶ポリマー物質上に100℃から
    400℃にまで加熱した気流を通す請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 その液晶ポリマー物質上に液流を通す請
    求項1の方法。
  4. 【請求項4】 用いる液晶ポリマー物質がサーモトロピ
    ック主鎖ポリマーである請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 用いる液晶ポリマー物質が、p−ヒドロ
    キシ安息香酸、イソフタル酸及びヒドロキノンを基材と
    し、ネマチック液晶相を有するサーモトロピック主鎖ポ
    リマーである請求項1の方法。
  6. 【請求項6】 その液晶ポリマー物質上に150℃から
    350℃で空気流を通す請求項1の方法。
  7. 【請求項7】 その配向が、ポリマー層上に最低2分間
    気流を通すことで行なわれる請求項1の方法。
  8. 【請求項8】 その配向が気流によって行なわれ、さら
    にその気流の温度がそのポリマー物質液晶相の温度範囲
    内にある請求項5の方法。
  9. 【請求項9】 その配向が気流によって行なわれ、さら
    にその気流の温度がその液晶ポリマー物質ネマチック相
    の温度範囲内にある請求項5の方法。
  10. 【請求項10】 そのポリマー物質上に、0.5°から
    10°の入射角(α)で空気流を通す請求項6の方法。
  11. 【請求項11】 そのポリマー物質上に、1°から5°
    の入射角(α)で空気流を通す請求項6の方法。
  12. 【請求項12】 請求項1の層流で配向したポリマー層
    を、液晶表示装置における配向層として用いること。
  13. 【請求項13】 一つの液晶媒質、2つの電極、2枚の
    支持体板及び最低一層の配向層を含む電子光学表示装置
    において、用いる配向層が気流或いは液流で配向された
    液晶ポリマー物質である表示装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003107480A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Toshiba Corp 液晶表示装置の製造方法
JP2013510968A (ja) * 2009-11-17 2013-03-28 レイブンブリック,エルエルシー 屈折性光学構造を組み込んだ温度応答切換型光学フィルタ

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