JPS63139319A - 液晶の配向方法 - Google Patents

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】 本発明は、二つの透明な電極の間に液晶層が気密に密封
されておりそして電極の内側面に液晶（ＬＣ）の特別な
空間的配向の為に配向層が化学的に結合している液晶表
示手段（ＬＣＤ）中で液晶を配向させる方法に関する。

いずれのＬＣＤにおいても液晶は電圧の付加されていな
い状態において、できるだけ熱に安定しておりそして寿
命の長い特別な出発配向を有さなければならない。この
出発配向は例えば減圧状態での透明な電極に傾斜蒸着す
ることによって得ることができる。この場合、蒸着材料
としてはＳｉＯｘ　、　Ｃ、Ａｕ、　ＡＩｚＯ＋　、Ｔ
ｉ心、また有機化合物が役立つ。有機化合物を塗布する
場合には、配向層と基体との結合が確実でなく、特に大
きな基体表面で液晶を配向させるにはこの方法は適して
いない。何故ならば基体表面への蒸着角度がもはや均一
でないからである。この目的の為には、蒸着源と基体と
の間に充分な間隔を保持する為に大きな直径の蒸着装置
が必要である。基体表面に対して液晶を特定の傾斜角に
する為には、それどころか二倍の傾斜薄着さえ必要とな
る。

透明な電極への有機配向層の塗布は一必要ならば一後続
の機械的加工を併用して広〈実施されている。例えば％
、、５ｉＲｎ−。タイプのシラン化合物（ドイツ特許出
願公開第２．６３５，６３０号明細書参照）、ポリビニ
ルアルコールの如き炭化水素樹脂（ドイツ特許出願公開
第２，４０６，３５０号明細書参照）または熱安定性ポ
リアミド／ポリイミドを、シーブ・プレッシャー（Ｓｉ
ｅｂｄｒｕｃｋ）法（米国特許第４，２７８，３２６号
明細書参照）、ホードレジスト法（ドイツ特許出願公開
第２，９３１゜２５９号明細書参照）または浸漬法で後
続の加熱（ドイツ特許出願公告第２，６３８，０９１号
明細書参照）にて適用する。ドイツ特許出願公開第３，
０１６．３９６号明細書に記載されている如き染料の混
入によるまたは東ドイツ特許第２２１　、０２４号明細
書に記載されている如き配向層への反応性染料の結合に
よって得られる有色配向層も同様に公知である。

減圧状態での傾斜蒸着または炭化水素−重合体によるネ
マチック液晶の配向はドイツ特許出願公開第３，４４３
，０１１号明細書および同第３，５０２゜１６０号明細
書に記載されている。時間および温度に無関係に定性的
に液晶を配向させる前提条件として東ドイツ特許第２１
８．１９５号明細書および米国特許第４，４７２，０２
８号明細書に記載されている如く基体表面に重合体配向
層を確りと結合させることはこれらの明細書では考慮さ
れていない。

スメクチック液晶を配向させることについてのドイツ特
許出願公開第３，５１３，４３７号明細書、同第３，４
２７，５９７号明細書および同第３，５０８，１６９号
明細書の教示する事柄は全て、スメクチック液晶にネマ
チック液晶の公知の配向法を転用するものである。液晶
分子の従来の全ての配向法は、液晶分子に所望の空間状
態を与える為に、減圧状態で蒸着することによって、無
機−または有機平面フィルムを機械的に処理することに
よって基体の表面構造を疎水性および疎油性に変形する
ことを基礎としている。

表面の構造化による配向の他に基体表面と液晶との間の
物理化学的相互作用を除外するべきでない。しかしなが
ら液晶の配向へのその決定的な作用は、Ｔ、　Ｕｃｈ　
ｉｄａ等によって、Ｍｏ１．ｃｒｙｓｔ。

Ｌｉｑ、Ｃｒｙｓｔ、６０（１９８０）第３７〜５２頁
に記載されているように、正確に予め測定することはで
きない。

本発明の目的は大きな表面の液晶表示装置においてサー
モトロピック液晶を高い品質で且つ長い寿命の均一な液
晶配向を得ることである。

本発明は、液晶分子を基体表面に配向させる方法を提供
することを課題としている。

本発明によりこの課題は、基体表面の配向層としてマト
リックスを設け、その際該基体表面に設ける前に該マト
ッリクスの官能性基に部分的にサーモトロピック液晶を
結合させることによって解決される。マトリックスは、
例えばガラスまたは重合体より成る基体表面に直接的に
化学的にまたは接着剤によって結合させる。

マトリックスの未だ遊離の官能基は別の特別の反応、例
えば反応性染料との結合に対して保護してもよい。

基体表面にこうして得られるしっかり結合した□着色し
ていてもよい□配向用マトリックスは低い沸点の良好な
湿潤性の溶剤に容易に溶解し、その結果このマトリック
スは浸漬法によって容易に設けることができる。別の方
法としてはシーブ・プレッシャー法、投げつけ法（Ｓｃ
ｈｌｅｕｄｅｒ）　、スプレー法等を用いることができ
る。

マトリックスとしては、ヘテロ原子を鎖中に有していて
もよい炭化水素重合体あるいは一般式Ｘ−５ｉＲｉ−Ｃ
式中、χは加水分解性基であり、Ｒは有機系官能性残基
を意味する。〕で表されるオルガノシランを用いること
ができる。

基体表面にそれ自体が化学的に結合していなくともよい
マトリックス例えばポリビニルアルコールを用いる場合
には、接着剤を用いる。炭化水素重合体−マトリックス
としてはマレイン酸または無水マレイン酸の共重合体、
アクリル酸または無水アクリル酸の共重合体、メタクリ
ル酸または無水メタクリル酸の共重合体を用いるのが有
利である。これらの他には単一の単量体より成る重合体
も用いることができる。

本発明によれば、ネマチック、コレステリック、ジスコ
テシｓ　（ｄｉｓｃｏｔｉｓｃｈｅ）　、スメクチック
および／または対掌性スメクチックＣ−相を形成する液
晶をマトリックスに結合することができる。マトリック
スに付加した液晶が、配向するべき液晶と同じ相を形成
している場合−例えばマトリックスがスメクチック相を
有する液晶の為のスメクチック相を持つ液晶を含有する
□が有利である。

これはしかし一般的な前提条件ではない。個々の種類間
および外の種類との間の色々な組合せが可能である。例
えばスメクチックａ、　　Ｃ１Ｃ”、ｇおよびｈ間の組
合せが可能である。液晶を配向させる公知の方法に比較
しての本質的な特徴は、液晶表示手段中での液晶相の配
向を表面の構造的加工または表面電圧の変化だけでなく
、液晶相の配向をマトリックスと化学的に結合した液晶
分子で行うことである。

本発明では、異方性配向力の伝達によって液晶体積の配
向を基体表面に化学的に確り結合したサーモトロピック
液晶分子によって行う。

ネマチック、コレステリック、ジスコテシュまたはスメ
クチック液晶を、マトリックスの反応性基に官能性基を
介して化学的に結合させ、液晶分子の化学的構造を全く
または殆ど変えずに液晶の異方性を保持する。

液晶分子がマトリックスに結合すう適当な官能性基を有
していない場合には、物理化学的性質に実質的に影響を
及ぼすことなしに該官能性基を液晶分子中に導入する。

炭化水素重合体マトリックスに液晶分子を固定する場合
には、液晶分子とマトリックスとの反応度を液晶と炭化
水素重合体の官能性基とのモル比によって決める。

例えばシラン化合物の場合の如く単量体の出発マトリッ
クスを用いる場合には反応度は用いる単量体あるいはオ
リゴマーのオルガノシランと未反応のオルガノシラン−
液晶分子が結合している−との比に左右される。

マトリックスと液晶分子との反応度は、界面での充分に
高い配向度−擬似液晶配向層／液晶体積□がある程高く
なければならない。理想的な場合には配向層は液晶体積
と同じ配向度を有している。

本発明の擬似液晶配向層を得る為には、マトリックスの
反応性基の２０〜８０ｚ１殊に５０〜７０χに液晶分子
が占める。マトリックスの残留する反応性基は公知のよ
うに、基体表面に安定な化学的結合をさせる為に役立つ
。マトリックスのこの安定な結合は、マトリックスの官
能性基と基体の部分的に加水分解した表面との化学的な
反応によって達成される。

マ）　ＩＪソックス別の遊離官能基は特別な反応に役立
ててもよい。

例えばこの官能性基に公知のよういに反応性染料を結合
させて、有色の擬似液晶配向層を得ることができる。こ
の場合、マトリックスの官能性基の３〜５χに反応性染
料が付加することで充分である。

本発明に従って製造される擬似液晶配向層は添付の図面
に示したように、一般的構造を有している。

マトリックス（Ａ）にその官能性基（Ｂ）の主要部分に
サーモトロピック液晶（Ｃ）が固定されている。未だ遊
離の別の官能性基（Ｂ）には別の反応性染料（Ｄ）が付
加していてもよく、あるいはこのことが中でも基体表面
（Ｅ）への安定な化学的結合を確実にする。

このマトリックス（Ａ）は、セル中に突出している結合
した液晶分子（Ｃ）の異方性によって液晶Ｆが配向する
。

配向層として一般式　ＳｉＸ　−Ｒ４−Ｃ式中、Ｘは加
水分解性基（ハロゲン原子、アルコキシ基等）であり、
Ｒが有機系官能性残基であり、またＲは同様にサーモト
ロピック液晶分子（Ｃ）を含んでいる。〕で表されるオ
ルガノシランを基礎とするマトリックスを用いる。例え
ば下記の分子Ｙ、　ＺおよびＴがら、 Ｄ部分・反応染料、例えば 　　　ＮＨ ■ 溶剤中に例えば２０：１：５の比で自体公知の方法で溶
解して下記 構造式のポリシランを得る： Ｃ，ＯＣ＝０ ？”。ｌ　　　　　　ｌ ＯＮＨＯＨ 有色（青色）の擬似ジスコティシュ（ｄｉｓｃｏｔｉｓ
ｃｈ）液晶配向層を得て、ジスコテイシュな液晶層を配
向させる。

液晶分子（Ｃ）としてヘキサフェノールを用いる。

配向層として炭化水素重合体を基礎とするマトリックス
を用いる場合には、基体表面に化学的な結合が形成され
る。液晶 −（Ｘ−Ｃ１ｌ　−ＣＨ−）　、　−（Ｘ−ＣＨ−ＣＨ
−）　、　　−（ＣＨ，）７ を例えばｐ：ｑ比が６：４で形成し、その際ｐは化学的
に結合したスメクチック対掌性液晶の重合体部分であり
そして分子部分ｑは基体表面に結合する為の遊離官能性
基を持つ重合体部分である。以下の構造のマトリックス
を得る（但し、ＸはＭＳＡ−共重合体の共重合成分を意
味する）。

その際、ビニル系単量体は例えばエチレン、プロピレン
、ビニルアセテート、イソブチルビニルエーテル、スチ
レン等が有利である。

これによって基体に確り結合した熱安定性擬似スメクチ
ック配向層がスメクチック液晶層の起部の為に得られる
。マトリックスには対掌性スメクチック液晶として下記
式の４−ヘプチルフェニル−４−（４−メチルヘキシル
）−ビフェニル−４“−カルボキシレートを結合させる
： （分子部分り中の）未だ遊離の官能性酸無水物基の部分
を反応性染料（Ｆｂ）と反応させると、以下の構造の有
色の擬似スメクチック液晶配向層が得られる。

Ｃ部分　　［する為のＢ部分Ｉ　　Ｄ部分　　１この場
合、ｐ：ｑ：ｍの比はＩ８：１０：２である。

配向層として、基体表面に対して化学的な結合を形成す
ることのできない炭化水素樹脂、例えばポリビニルアル
コールを基礎とするマトリックスを用いる場合には、基
体表面への配向層への安定な接合を保証する為に、接着
剤を用いる。

ネマチック液晶としては蓄積用基−（Ｃ１１□）。−を
介して結合したシアノ置換ビフェニールをマトリックス
に接して用いる。

以下の構造のマトリックスが得られる：（−ＣＨ−ＣＨ
ｚ　）　−（−ＣＨ−ＣＨｚ−）　Ｑ−００Ｈ ■ 、Ｃ；Ｏ ■ 但し、ｐ：ｑは５：ｌの比で用いる。

本発明の方法で示した配向層は浸漬法、スプレー法、シ
ーブ・プレッシャー法等によって、透明な電極によって
形成される基体表面に設けることができる。基体表面の
配向層の層厚さは技術に左右される。この厚さは５０〜
５００人である。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例によって更に詳細に説明する。

裏庭■」 透明な電極基板として用いる為にガラス板をＳｎＯ□／
Ｉｎ、Ｏ：＋より成る導電性膜を片側に蒸着する。

所望の模型を通例の方法によって製造する。次いで電極
膜を保護する為にＳｉＯ□膜を蒸着するかあるいはＳｉ
ｎ、膜を溶液の塗布による浸漬法で形成する。

次に基体を、液晶としてのへキサフェノール（１０部）
と反応性染料としてのアシドライトブルー（Ｓａｅｕｒ
ｅｌｉｃｈｔｂｌａｕ）　（１部）と予め反応させたア
ミノアルキルシランの２部濃度溶液中に浸ｔｉｌする。

溶剤混合物はメタノール／エチルアセテート／イソブタ
ノール（６：３：１）より成る。

こうして処理した基体を通例のセルの製造に用いる。

セル中に密封されたジスコティシュ液晶層の一様な液晶
配向は偏光顕微鏡で見ることができる。

叉施勇」 実施例１に記載の如き透明な電極板を、酸無水物基が対
掌性スメクチック液晶分子 とエステル基を介して６０χまで反応している無水マレ
イン酸／ビニルアセテート−共重合体を溶剤混合物（メ
タノール：エチルアセテート：イソブタノール・５：４
：１）に溶解した０、５部濃度溶液に浸漬する。

この浸漬法の後に基体を５０°Ｃで２０分間乾燥する。

こうして処理した基体をセルに取りつけ、僅か２μｍの
セル間隙の中空部に対掌性スメクチック液晶を充填する
。スメクチック液晶層が均一に配向する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法で製造される擬似液晶配向層の簡略
図である。図中の記号は以下の意味を有する。 ＾　・・・マトリックス Ｂ−・・・官能基 Ｃ・・・サーモトロピック液晶 Ｄ　・・・反応染料 Ｅ　・・・基体表面 Ｆ　・・・液晶層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基体表面の配向層としてマトリックスを設け、その
   際該基体表面に設ける前に該マトッリクスの官能性基に
   部分的にサーモトロピック液晶を結合させることを特徴
   とする、基体表面での液晶の配向方法。 ２）重合体鎖中にヘテロ原子も持っていてもよい炭化水
   素重合体をマトリックスとして用いる特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３）一般式Ｘ＿ｎＳｉＲ＿４＿−＿ｎ〔式中、Ｘは加水
   分解性基（ハロゲン原子、アルコキシ基等）であり、Ｒ
   が有機系官能性残基である。〕で表されるオルガノシラ
   ンをマトリックスとして用いる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ４）マトリックスが強固に−化学的な共有結合により−
   または接着剤により基体表面に結合している特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ５）炭化水素重合体−マトリックスとしてマレイン酸ま
   たは無水マレイン酸の共重合体を用いる特許請求の範囲
   第２項記載の方法。 ６）炭化水素重合体−マトリックスとしてアクリル酸ま
   たは無水アクリル酸の共重合体を用いる特許請求の範囲
   第２項記載の方法。 ７）炭化水素重合体−マトリックスとしてメタクリル酸
   または無水メタクリル酸の共重合体を用いる特許請求の
   範囲第２項記載の方法。 ８）炭化水素重合体−マトリックスとして一種類だけの
   単量体より成る重合体を用いる特許請求の範囲第２項記
   載の方法。 ９）マトリックスとしてポリビニルアルコールを用いる
   特許請求の範囲第２項記載の方法。 １０）ネマチックでディスコティク（ｄｉｓｃｏｔｓｃ
   ｈ）のコレステリック−、スメクチィク−および／また
   は対掌性スメクチックＣ−層を形成する液晶をマトリッ
   クスとして用いる特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１）追加的にマトリックスの官能性基の１〜３０％、
   殊に２〜４％に反応性染料を化学的に結合させる特許請
   求の範囲第１項記載の方法。