JPH11508063A - 液晶配向物質および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 構造（Ｉ） ［Ｃは炭素原子を表し、ＡはＨ、Ｃｌ、Ｆ、ＣＮ、ＣＯ₂Ｒ、ＯＣＯＲ、ＯＲから選択され（Ｒは、炭素数１〜１５の直鎖または分岐したアルキル基である。）、ＸおよびＹは独立して、Ａと同じ基から選択されるが、各Ｃ上のＸおよびＹの少なくとも１個はＦおよびＨから選択され、Ｂは単結合を含む連結基、または１〜１５個のメチレン基から成る鎖（隣接しない１個以上のメチレンがＯ、ＣＯ₂、ＯＣＯによって置換されていてもよい）であり、ＰはＦ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ₃、ＯＣＦ₃、Ｂｒから選択される少なくとも１つの基で置換されたシンナメートまたはアントラセン基から選択される光活性基である。］のポリマーから成るか、または含む、液晶装置用の配向層であって、ポリマー表面の界面エネルギーが、液晶表面エネルギーcm²あたり3.0erg以内で、35〜50erg/cm²の範囲にある、配向層。液晶セル壁の表面上に配向層を設ける方法は、上記した少なくとも１種のポリマーを含むポリマー層を表面上に付着させた後に、偏光した化学線を照射し、使用する光の暴露時間および／または強度を制御して、暴露層と接触して置かれる液晶において選択されたプレティルト値を提供する工程を含む。上記のように形成される配向層は、液晶セルの二つのセル壁上の一方または両方に配向層を提供するために使用することができる。セルは、ネマチック、コレステリックまたはスメクチックの液晶物質を混入することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 液晶配向物質および装置 本発明は、液晶物質の固体表面上での配向を達成するための物質および方法な らびにこれらの方法を使用して得られる装置に関する。 液晶装置は、一般に、液晶物質の層が２個のセル壁の間に含まれて成る。これ らのセル壁は、層が、異なる分子配置、例えば光伝達状態と光遮断状態と、の間 でスイッチできるように層に電場をかけるための電極構造を有する。多くの装置 は、薄膜トランジスターなどの表面取り付け構造を有する。これらは、能動的マ トリックス表示で使用される。また、ほとんどの装置は、接触する液晶分子に好 ましい分子配向方向を付与するセル壁上で表面配向処理を有する。 本発明の目的は、表面上で液晶物質の規定された表面配向を達成する手段であ って、その表面または構造に損傷を与え得る機械的研磨または他の物理的接触を 必要としない手段を提供することである。本発明の他の目的は、機械的研磨また は接触を必要とすることなく、プレティルト角および表面固定エネルギーを変え 得る手段を提供することである。 性能が有利であり、欠陥密度の低い液晶装置の構成は、装置の表面で液晶配向 を制御する必要があることが周知である。種々の液晶配向が記載されている。ホ メオトロピック配向は、液晶層、特にネマチック液晶層のユニークな光軸が、隣 接する表面に対して垂直を保持する配向を意味する。 平面配向は、均一配向と言う場合もあるが、液晶層のユニークな光軸が、隣接 する表面に平行である配向を意味する。平面配向はまた、液晶の光軸が置かれて いる方向を隣接する表面の平面に置くことができる。 傾斜した平面配向または傾斜した均一配向は、液晶のユニークな光軸が、隣接 する表面の平面からある角度、いわゆるプレティルト角で位置する配向を意味す る。プレティルト角は、１度のほんの一部と小さくてもよいし、数十度と大きく てもよい。 傾斜したホメオトロピック配向は、液晶の光軸が、隣接した表面に対して正常 な位置から傾斜して位置する配向を意味する。この偏差も、プレティルト角と言 う。 液晶装置では、該配向の形態を選択し、組み合わせて使用することにより、特 定の光学および電気光学特性がその装置から達成され、また、新しい方法で、ま たは新しい液晶流体ととも に組み合わせると、新しい型の装置を提供することができる。 規定された液晶配向の形態を達成することができるいくつかの方法が当技術分 野で周知である。ポリマー層、例えばポリイミド層を表面に付着させた後、機械 的研磨を行うと、プレティルトした平面配向が得られる。この方法の欠点は、機 械的研磨工程が、表面の構造に損傷を引き起こす可能性があることである。さら に別の欠点は、研磨工程中に静電荷が発生し、また、表面または表面上もしくは それに連結した構造に損傷を与え得るということである。 平面配向または傾斜した平面配向は、種々の無機物質の傾斜角から表面上への 蒸発が発生するならば、それにより達成できる。この方法の欠点は、時間と費用 のかかる真空処理を必要とすることである。さらに別の欠点は、得られる蒸発層 が、環境またはその装置の構成において使用した他の物質からの不純物の高い吸 収能を示し得るということである。これらの不純物は、装置の作動に悪影響を及 ぼし得る。 ホメオトロピック配向は、界面活性剤、例えば第四アンモニウム塩を適する溶 媒における溶液から表面上に付着させることにより得ることができる。この処理 の欠点は、液晶装置の抵抗 が界面活性剤により低下し得るということであり、また、その結果得られる配向 は、安定性が小さいと考えられる。 液晶表示でのいわゆる配向フィルムで使用するための物質は、イギリス特許出 願GB 2281977Aおよびドイツ特許出願DE 4417409 A1に開示されている。 本発明によれば、構造： ［式中、Ｃは炭素原子を表し、ＡはＨ、Ｃｌ、Ｆ、ＣＮ、ＣＯ₂Ｒ、ＯＣＯＲ、 ＯＲから選択され（Ｒは、炭素数１〜１５の直鎖または分岐したアルキル基であ る。）、ＸおよびＹは独立して、Ａと同じ基から選択されるが、各Ｃ上のＸおよ びＹの少なくとも１個はＦおよびＨから選択され、Ｂは単結合を含む連結基、ま たは１〜１５個のメチレン基から成る鎖（隣接しない１個以上のメチレンがＯ、 ＣＯ₂、ＯＣＯによって置換されていてもよい）であり、ＰはＦ、Ｃｌ、ＣＮ、 ＣＦ₃、ＯＣＦ₃、Ｂｒから選択される少なくとも１つの基で置換されたシンナメ ートまたはアントラセン基から選択される光活性基である。］の少な くとも１種のポリマーから成るか、または含む、光活性ポリマーまたはポリマー 混合物が提供される。好ましくは、ポリマー表面の総界面エネルギーは、液晶表 面エネルギーcmあたり3.0erg以内であり、35〜50erg/cmの範囲である。 ｎは、通常、繰り返し単位の数として知られており、典型的には、4〜1000の 範囲である。好ましくはｎが20〜300の範囲である。ａは１である。 使用されるポリマーは、単独ポリマーまたはポリマーの混合物であり得る。ポ リマーの混合物の場合、構造１の１種以上のポリマーは、ともに混合することが でき、あるいは、ポリマー表面の界面エネルギーを調整するために他の光活性ポ リマーと混合することもできる。本発明に含まれるポリマーの型としては、ホモ およびコポリマーなどの周知の型のポリマーが挙げられる。 表面の界面エネルギーは、Shohei Naemura，PhD Thesis，University of Kyot o，1982に記載の方法に従って、表面と参照液体との間で作られる接触角を調べ ることにより測定できる。 適するポリマーとしては、ポリ（桂皮酸ビニル）、ポリ（２−シンナモイルオ キシエチルアクリレート）およびポリ（２− （アントラセン−５−カルボキシ）エチル）アクリレートの誘導体が挙げられる 。 本発明の一つの主題によれば、液晶セル壁の表面上に配向層を設ける方法は、 構造１の少なくとも１種のポリマーを含むポリマー層を表面上に付着させた後に 、化学線への暴露を行い、使用する光の暴露時間および／または強度を制御して 、暴露層と接触して置かれる液晶において選択されたプレティルト値を提供する 工程を含む。 本発明の一つの主題によれば、液晶装置は、ともに電極構造および液晶分子に 配向を付与すべく処理した表面を有する二つのセル壁の間に含まれる液晶物質の 層を含み、該処理表面が構造１のポリマー層であって、化学線に暴露されること を特徴とする。 次に、本発明を、添付する図面を参照して、実施例としてのみ説明する。 なお、図１は、液晶装置の平面図であり、図２は、図１の横断面図である。 図１、２の装置は、液晶物質の層５を含むために典型的にはスペーサー環４に よって1〜15μm離れた２個のセル壁２、３ によって形成される液晶セル１を含む。両壁２、３の内側の面は、透明な電極を 形成する酸化インジウムスズ層６、７で被覆されている。電極は、壁を完全にカ バーするシート様形状であってもよいし、あるいは、例えば小片電極を形成して アドレス可能な電極インターセクションの配列としてもよい。壁をまた、ポリマ ーの配向層８、９で被覆する。これらの層は共に、直交するＡ_tおよびＡ_bで示さ れる配向方向を提供する。 物質５がネマチックである場合、装置は、周知のねじれたネマチック装置であ ってもよい。この場合、装置電圧のオンおよびオフ状態を区別するために、偏光 子１０、１１を使用する。 液晶物質は、ネマチック、コレステリックまたはスメクチック物質であってよ い。装置は、表示装置（例えば、α数値情報の表示）またはｘ、ｙマトリックス 表示情報として使用できる。あるいは、装置は、光伝達を調節するためのシャッ ターとして（例えば、空間的光モジュレーターとして）または秘密窓として作用 し得る。 配向層は、下記実施例で例としてのみ記載するように作ることができる。 実施例１： ポリ（４−クロロ桂皮酸ビニル）を、ピリジン中、室温で一夜、塩化４−クロ ロアクリロイルをポリ（ビニルアルコール）と反応させることにより調製した。 生成物を、ロータリーエバポレーター上でピリジンを除去することにより回収し 、水で洗浄し、ジクロロメタン中に溶解および続くエチルアルコールからの析出 を色が淡黄色になるまで連続して行うことにより精製した。 実施例２：下記ポリマーを同様にして調製した。 ポリ（２−クロロ桂皮酸ビニル）、 ポリ（２，４−ジクロロ桂皮酸ビニル）、 ポリ（４−フルオロ桂皮酸ビニル）、 ポリ（４−トリフルオロメチル桂皮酸ビニル）、 ポリ（２−（１−クロロアントラセン−５−カルボキシ）エチル）アクリレート 、 ポリ（２−（２−クロロアントラセン−５−カルボキシ）エチル）アクリレート 。 実施例３ ポリ（４−クロロ桂皮酸ビニル）の溶液を、６％の濃度で、プロピレングリコ ールメチルエーテル酢酸塩に溶解させた。そ の溶液を、酸化インジウムスズで被覆したガラス基板に3000rpmで６秒間回転さ せることにより付着させた。基板のサンプルを、325nmの波長で放射されるヘリ ウムカドミウムレーザー光源からの直線偏光に暴露した。暴露した後、サンプル を組み立ててセルにし、これらに液晶混合物Ｅ７（Merck製）を充填した。各セ ルの傾斜角は、交差した偏光フィルター間で、633nmの波長の光ビーム中のセル を回転することにより得られる光干渉パターンの対称点を調べることにより測定 した。得られた結果を下記表に示す。 暴露 J/m² プレティルト角（度） ０．２５ ２０ ０．５ ４８ １．２ ６５ ３．５ ８０ 実施例４ ３％のポリ（４−クロロ桂皮酸ビニル）および３％のポリ（桂皮酸ビニル）の プロピレングリコールメチルエーテル酢酸塩中の溶液を、酸化インジウムスズで 被覆したガラス基板上に、3000rpmで６秒間回転被覆させることにより付着させ た。基 板のサンプルを取り出し、実施例３と同様に照射し、そのプレティルト角を実施 例３と同様に測定した。得られたプレティルト角の値を下記表に示す。 暴露 J/m² プレティルト角（度） ０ １３ ０．６ １８ １．２ ２０ ６ ４９ 実施例５ 液晶セルを、一方の壁の表面を実施例３の配向ポリマーで被覆して構成し、0. 5J/m²の325nm直線偏光に暴露した。液晶分子は、偏光方向に垂直に配向する。他 方の壁の表面は、Ciba-Geigy chemicals製のポリイミドであるProbimide 32で被 覆し、機械的に研磨した。液晶分子は、研磨方向に沿って配向する。セルを、二 つの壁上の配向方向が互いに直交するように組み立てた。壁は、プラスチックビ ーズのスペーサーを使用して、6μmの距離だけ離れるようにした。セルに、0.8 ％のS-811を添加した市販の液晶混合物ZLI-2293を充填した（どちらの物質もE M erck,Darmstadt製であった）。得られた電気光学応 答は、急激なスイッチング特性を示し、望ましくないストライプ特性の侵入はな かった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グツドバイ，ジヨン・ウイリアム イギリス国、ハル・エイチ・ユー・５・ ７・アール・エツクス、ユニバーシテイ・ オブ・ハル、デパートメント・オブ・ケミ ストリー（番地なし) (72)発明者 セージ，イアン・チヤールズ イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・３・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユーズ・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー （番地なし) (72)発明者 ブライアン−ブラウン，ガイ・ピーター イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・３・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユーズ・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー （番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．構造： ［式中、Ｃは炭素原子を表し、ＡはＨ、Ｃｌ、Ｆ、ＣＮ、ＣＯ₂Ｒ、ＯＣＯＲ、 ＯＲから選択され（Ｒは、炭素数１〜１５の直鎖または分岐したアルキル基であ る。）、ＸおよびＹは独立して、Ａと同じ基から選択されるが、各Ｃ上のＸおよ びＹの少なくとも１個はＦおよびＨから選択され、Ｂは単結合を含む連結基、ま たは１〜１５個のメチレン基から成る鎖（隣接しない１個以上のメチレンがＯ、 ＣＯ₂、ＯＣＯによって置換されていてもよい）であり、ＰはＦ、Ｃｌ、ＣＮか ら選択される少なくとも１つの基で置換されたシンナメートまたはアントラセン 基から選択される光活性基である。］のポリマーから成るか、または含む、液晶 装置用の配向層。 ２．液晶セル壁の表面上に配向層を設ける方法であって、請求項１に記載の少な くとも１種のポリマーを含むポリマー層を表 面上に付着させた後に、偏光した化学線を照射し、使用する光の暴露時間および ／または強度を制御して、暴露層と接触して置かれる液晶において選択されたプ レティルト値を提供する工程を含む方法。 ３．照射が、表面に対して斜めの角度から入射する、請求項２に記載の方法。 ４．照射が、楕円偏光放射線によって行われる、請求項２に記載の方法。 ５．偏光放射線が、処理される壁より小さい面積に集められ、該壁またはその規 定された領域にわたって走査される、請求項２に記載の方法。 ６．電極を有するセル壁間に液晶物質層が含まれている液晶装置であって、少な くとも一方の壁が請求項１に記載の配向層を有する、装置。 ７．ポリマー表面の界面エネルギーが液晶表面エネルギー１cmあたり 3.0erg以 内であり、35〜50erg/cmの範囲にある、請求項６に記載の装置。 ８．液晶物質がネマチックまたはキラルネマチック物質である、請求項６に記載 の装置。 ９．液晶物質がスメクチックＣ物質である、請求項６に記載の装置。 １０．ｎが4〜1000の範囲であり、ａが１である、請求項１に記載の配向層。