JP4162589B2 - 液晶束縛用ポリイミド、それを備えた表示素子及び該素子の製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、これらのアンカリング手段が従わなければならない数多くの制約があるため、完全に満足できる手段を見つけることは非常に難しいことがわかっている。
この目的は、本発明に関連して、下記工程を含む液晶セルの製造方法により達成される:
・基板上に、一般式(I) または一般式(II)(これらの一般式は後で示す)で示される、側基を有するポリイミド系のポリマーを成膜し;
・このポリマーを所定温度で熱処理し;
・ポリマーの制御された配向を確保する。
本発明は、液晶表示セル、特に双安定ネマチック液晶セルの低エネルギーアンカリング(配向)層の作製を可能にする。
「強い束縛 (アンカリング) 」および「弱い束縛 (アンカリング) 」なる用語は、仏国特許出願FR 00/16135 に記載されている開発に準じて定義されうる。
液晶の分子アンカリングは、配向層とのその相互作用の異方性にその起源を持つ。分子アンカリングは、全ての他の外部影響の不存在下で液晶分子に負荷されるその有効性と方向とにより特徴づけられる。容易軸(easy axis) と呼ばれるこの方向は、基板面に垂直なz軸を有するデカルト座標系における単位ベクトル:
液晶分子の容易軸が基板に垂直である場合、配向は垂直配向となる。容易軸が基板に平行である場合には、配向は平行配向となる。これらの2つの場合の中間に、斜め配向と呼ばれるものがあり、この斜め配向は、基板面の法線方向に対して規定された頂点 (天頂) 方向アンカリング角度により、または傾き角 (プレティルト角度) と呼ばれるその余角により記述される。
液晶セルにおいて、正の誘電異方性を持つネマチック液晶に印加された、プレートの法線方向の電界E>Ec を用いることにより、表面アンカリングを「破壊」できることは公知である。印加電界EをEc に近づくように増大させると、表面分子の角度θs は90°から0°にすばやく切り替わる。これはセルの複屈折における検出可能な変化に対応する。Ec より上では、角度θs は0のままであり、表面は「破壊された」と言われる。
Wz = (1/2)(K/Lz) cos2θs
θs は表面分子の角度である。
本発明の主題をなすポリマーおよびコポリマーは、側基で置換された一般式(I) および(II)のポリイミド誘導体である。
「シクロアルキル」なる用語は、官能基により置換されていてもよい、炭素数3〜16の単環または多環のアルキル基を意味する。例として、アダマンチル基といった二環式シクロアルキル基を挙げることができる。
本発明の主題をなす第2のタイプのポリイミドは、下記一般式(II)で示される、無水ピロメリト酸 (PMDA) と 2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン (Bis-AP-AF)とから得られたポリイミドであり、式中、R3 基とR4 基は同一でも異別でもよく、いずれも上述したR1 基およびR2 基と同じ意味である。nの値は上記と同じである。
本発明の別の観点では、アンカリング層の方位角方向の配向が、布帛ローラーでのラビング以外の方法、例えば、下記により予備処理された基板を使用することにより得てもよい:
・SiOの斜方蒸着により、
・延伸 (配向) ポリマーにより、
・基板へのエッチング、印刷または光誘導によるグレーティングにより。
本発明を例示するポリマーの例を次に説明する。
a) タイプIのポリマー
この種のポリマーは下記に示す一般式(1a)のジヒドロキシポリイミドから合成された。これは、 T. Chen, A. Jen、 Y. Cai, Macromolecules, 1996, 29, 535-539にも記載されていて公知である。
この種のポリマーは下記に示す一般式(2a)のジヒドロキシポリイミドから合成された。これは、 T. Chen, A. Jen、 Y. Cai, Macromolecules, 1996, 29, 535-539にも記載されていて公知である。
分解温度やガラス転移温度といったいくつかの特性を表2に例として示す。
側鎖グラフト化反応をアルゴン中で実施した。化合物2a (D. Yu, A. Garani, L. Yu がJ. Am. Chem. Soc. 117, 11680 (1995) に記載した方法に従って合成) 548 mg (1 mmol, 1当量) 、ドデカン−1−オール550 mg (3 mmol, 3当量) およびトリフェニルホスフィン880 mg (3.35 mmol, 3.35当量) を、蒸留したテトラヒドロフラン (THF) 30 mlに溶解した。この混合物を反応試薬が完全に溶けるまで攪拌した後、得られた溶液を0℃に冷却して、そこにアゾジカルボン酸ジエチル (慣用名:DEAD) 0.4 ml (3 mmol, 3当量) を滴下した。橙色の沈殿がすぐに析出した。この混合物を次に70℃で還流状態にすると、混合物の温度が上昇するにつれて、沈殿は徐々に再溶解し (沈殿は50℃より高温ではすぐに溶解した) 、溶液はその最初の黄色の色に戻った。
実施例3:液晶セルの製造
a)第1の例は、2枚のITO被覆ガラスプレートの間の厚み1.5 ミクロンの液晶セル (5CBを用いた) に装備するために用いた。ガラスプレートの一方には、強い方位角方向の束縛を付与するためにSiO蒸着 (厚み107 nm、入射角82.5°) を施した。他方のガラスプレートには、実施例1に従って調製した参照記号2hのポリイミド (タイプII、置換基R3 =R4 =2-(シクロヘキシル)エチル )を下記工程により被覆した:
工程1:ポリマーを1wt%ジオキサン溶液のスピンコーティングにより成膜する、
工程2:200 ℃で1時間の熱処理 (アニーリング) を行う、
工程3:ビロードローラーによるブラッシングを行う (方位角方向の配向を誘起させるため) 。
本発明に係る弱い平行アンカリングは下記の特徴を有していた:
−配向層が使用した液晶の混合物と接触させた時に、経時的に化学的かつ機械的に安定であった;
−アンカリング (束縛) が、使用した測定の精度の範囲内で平行方向、即ち、 0.2°未満であった;
−頂点方向のアンカリング力は、高電界 (high-field) 法により測定して、22℃の温度での5CBの場合でほぼLz=35 nm であり、これは本発明に従って使用したポリマーではほとんど変化しなかった。
もちろん、本発明は上に説明した特定の態様に制限されるものではなく、その技術思想に従う全ての変更態様にも及ぶものである。
Claims (23)
- 前記C8 〜C18アルキルが、n−オクチル、n−ドデシル、n−オクタデシルおよび2−(エチル)ヘキシルからなる群から選ばれるいずれかである請求項1記載のポリイミド。
- 請求項1に記載されるポリイミドと、一般式(I) で示される、2,2'−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物 (6FDA) と3,3'−ジヒドロキシ−4,4'−ジアミノビフェニルとから得られたことを特徴とするポリイミドとのコポリマーからなるポリイミド:
・線状アルキルおよび分岐鎖アルキルのいずれかであるC8 〜C18アルキル;
・2−(シクロヘキシル)エチル;
・2−(1−アダマンチル)エチル;
・8−(フェニル)−オクチル;
・2−(フェニル)−エチル;および
・2−(9−カルバゾリル)エチル。 - 前記C8 〜C18アルキルが、n−オクチル、n−ドデシル、n−オクタデシルおよび2−(エチル)ヘキシルからなる群から選ばれるいずれかである請求項3記載のポリイミド。
- R1 基、R2 基、R3 基およびR4 基が同一である請求項3または4記載のポリイミド。
- 下記からなる工程を含むことを特徴とする、拘束プレートを備えたネマチック液晶セルの製造方法:
・基板上に請求項1〜5のいずれかに記載のポリイミドを成膜し;
・このポリイミド被膜を100 ℃〜230 ℃の温度で、一段または多段にて熱処理し;
・ポリイミド被膜に方位角方向の配向を画成して、少なくとも1つのその拘束プレート上の液晶の低い頂点方向の束縛エネルギーを得るために液晶の方位角方向アンカリングの制御を誘導する。 - 一段または多段の熱処理操作を、液晶の制御された方位角方向アンカリングを画成することからなる工程の前または後の各種工程中に実施する、請求項6に記載の方法。
- 熱処理を200 ℃前後の温度で1時間行う、請求項6または7に記載の方法。
- 液晶を方位角方向に配向させる工程が、ポリイミドを布帛ローラでラビングすることにより行われる、請求項6〜8のいずれかに記載の方法。
- 液晶の制御された方位角方向アンカリングを画成する工程が、既に異方性にされた基板上に前記ポリイミドを成膜することにより行われる、請求項6〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記基板は、別の配向ポリマー、蒸着酸化物、基板へのエッチング、ならびに印刷および光誘起により画成されたグレーティングからなる群から選ばれる処理により既に異方性にされたものである、請求項10記載の方法。
- ポリイミドをスピンコーティングにより基板上に成膜する、請求項6〜11のいずれかに記載の方法。
- ポリイミドを、ジオキサン、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドもしくはジメチルホルムアミドを主成分とする溶媒中の溶液状態で成膜することを特徴とする、請求項6〜12のいずれかに記載の方法。
- ポリイミド被膜の厚みが数ナノメーターから100 nmまでの範囲である、請求項8〜13のいずれかに記載の方法。
- 請求項6〜14のいずれかに記載の方法に従って製造された少なくとも1つの低エネルギーアンカリング層を用いた双安定ネマチック液晶素子。
- アンカリング層が透明または反射電極上に成膜されている、請求項15に記載の素子。
- その上に請求項1〜5のいずれかに記載のポリイミドが成膜された基板からなる少なくとも1つの拘束プレートを含む、双安定ネマチック液晶素子。
- ミツノブ反応を利用する、請求項1〜5のいずれかに記載のポリイミドの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載されるポリイミドを含むことを特徴とする液晶セルにおけるアンカリング層形成材。
- 請求項19に記載されるアンカリング層形成材を用いて形成されたことを特徴とする液晶セルにおけるアンカリング層。
- 請求項20に記載されるアンカリング層を備え、アンカリングの破壊に要する臨界電圧Ecが10V/μm未満であることを特徴とする双安定性ネマチック表示のための液晶セル。
- 請求項21に記載される液晶セルを備えることを特徴とする双安定性ネマチック液晶素子。
- 請求項22に記載される双安定性ネマチック液晶素子を備えることを特徴とする表示装置。
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