ルイス酸を含有する配向された液晶層
配向された液晶層を担持する基板を含む多層フィルムであって、該液晶層がルイス酸を含有する多層フィルムを開示する。そのようなフィルムは、液晶材料の配向に有用であり、チルト角を増大する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルイス酸により液晶分子のチルト角を、制御された状態で増大させる方法に関し、そして、液晶分子のチルト角を増大させるのに効果的なルイス酸を含有する、配向層と液晶層とを有する基板上の配向された液晶分子層に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ(LCD)の大部分は、通常LCダイレクタnと基板との角度が小さい、均一な液晶(LC)分子配向を必要とし、この角度は「プレチルト」角と呼ばれる。多数の方法を用いて、LCのチルトされた配向が実現されている。これらは、Fundamentals and Applications of Liquid Crystals (Industrial Survey Association(1991)刊)に詳細に記載されている。斜め配向を実現するための最も一般的な技術は、基板上に薄いポリマー層を堆積し、続いてこの層をラビングすることを含む。ポリマーのラビングは、LC分子配向の方位角配向を決定し、そしてゼロでないプレチルト角を誘導する。LCのラビング配向のためには、顕著な熱安定性、低い誘電定数、秀でた耐化学性、及び高い生産性により、ポリイミド(PI)フィルムが一般に使用される。さらに、ラビングされたPIフィルム上のLC配向は、一般に、印加された電圧によるLC分子の逆チルト回位を防止する安定なプレチルト角を提供する。しかし、プレチルト角は、配向フィルム自体の特性に依存する。従って、種々のLCDモードに対する特定のプレチルト角要件を満たすために、プレチルト角を制御するように特定のポリイミドが形成されている。例えば、長いアルキル及びフッ素化アルキル側基を有するポリイミドを使用することにより、高いLCプレチルト角を生成している。LC分子と分枝状の長いアルキル側鎖との立体相互作用が、高いプレチルト角の考えられ得る原因であると考えられている。
【０００３】
しかし、ラビング法はいくつかの不利益、例えば薄膜トランジスター部位における静電荷の蓄積及びダスト粒子の生成を被る。最近では、重合可能な配向用層の光誘起型異方性に基づく新しい非ラビング配向技術が導入されている。典型的には、感光性ポリマー・フィルムが偏光紫外線によって照射され、そしてその結果として生じる平面配向の方位角配向は、光誘起型反応の特質に依存する。ラビング技術とは違って、過剰な電荷もダストも基板上には形成されず、しかもチルト角及び束縛強さの両方に関して制御が維持される。伝統的なラビング技術は、チルト容易軸の唯一の方向を確立し；この方向は、ラビング方向によって決定される。他方において、光配向の場合、光誘起型容易軸の二重縮退がある。この二重縮退はプレチルト角の再現性を不良にし、そしてより重要なことには、配向ドメイン間の結果として生じる境界において欠陥を出現させる。この縮退は、流動配向の効果により、LCセルの充填中に部分的に除去することができるが、しかし、その結果として生じる配向は時間的に安定でない。今日まで、この縮退を打破する最も有望な方法は、光配向層の斜め照射を必要とする。斜め偏光照射は、表面と所定の角度を形成し、そして軸上遷移モーメントのための光反応は、軸外遷移モーメントの光反応よりも著しく容易である。結果として、チルト縮退は打破され、液晶は好ましい方向にチルトする。このような照射スキームは、特定の設備が必要とされ、そして大きなスケールでのプロセスにおける実施が難しいことが判っている。
【０００４】
LC分子を配向するための他の非接触法は、延伸ポリマー、ラングミュア・ブロジェット・フィルム、マイクロリソグラフィ、酸化ケイ素の斜角堆積、及び米国特許第5,770,826号明細書に記載されているようなポリイミド表面のイオンビーム照射によって生成された格子構造を含む。この方法は、低エネルギー(約100 eV) Ar+イオンでボンバードされているポリイミド表面上にLCを置く。この方法は、米国特許第6,020,946号明細書に記載されているように、ダイヤモンド様炭素(DLC)、非晶質水素化ケイ素、SiC、SiO2、ガラス、Si3N4、Al2O3、CeO2、SnO2、及びZnTiO2フィルムを含むように拡張されている。
【０００５】
特開2002-038158号公報には、基板上に液晶分子を含有する液晶層を形成し、そして液晶分子を配向する方法が開示されている。液晶層又は液晶層に隣接する層には、ピリジニウム第四級塩が添加され、そして、液晶分子の傾斜角は、ピリジニウム第四級塩の作用によって制御される。この発明は、液晶のチルト角を制御する上で、他の既存の方法を凌ぐ利点を提供するが、これは、チルトを増大させることができる限られたクラスの分子を提供するにすぎない。従ってLCプレチルトを誘導する更なる新しい材料が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記LC配向の全ての方法において、LCプレチルト角の制御は、LC分子と、配向ポリマー又は特定の材料との特定の組み合わせを用いることを必要とする。このような組み合わせ(配向ポリマー及びLCの)を開発して最適化することは、困難であり多大な時間を要する。液晶のプレチルト角を所望の角度に、そして簡単な形式で制御する別の方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、配向された液晶層を担持する基板を含む多層フィルムであって、該液晶層がルイス酸を含有する多層フィルムを提供する。また、該多層を含む光学要素及び液晶ディスプレイ、及び該多層の形成方法も開示する。
【０００８】
このようなフィルムは、液晶材料を、増大されたチルト角に配向するのに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書中の元素周期表に関するものは全て、CRC Press, Inc., 1995により刊行され著作権保護されている「元素周期表」を意味するものとする。1つ又は複数の族に関するものはいずれも、族の番号付けのためのIUPACシステムを使用してこの元素周期表において反映された族を意味するものとする。
【００１０】
本明細書中に使用されるルイス酸とは、電子対を受容することができる任意の種として定義される。この定義は、プロトン源である化学種(ブレンステッド及びアレニウスの酸)、並びに非プロトン性である化学種、例えばBF3を含む。
【００１１】
本発明は、上記概要のような添加されたルイス酸により、配向された液晶分子のチルトを、制御された状態で増大させる方法を提供する。配向された液晶多層フィルム5を示す断面概略図である図1を参照することにより、本発明を説明する。この構造は、透明材料、例えばガラス又はポリマーの基板10を含む。言うまでもなく、基板と呼ばれるためには、層は固体であり、独立して他の層を支持することができるように機械的に強くなければならない。典型的な基板はトリアセテートセルロース(TAC)、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、又はその他の透明ポリマーから形成され、その厚さは25〜500マイクロメートルである。基板10は典型的には、好ましくは10 nm未満、より好ましくは5 nm未満の低い面内リターデーションを有する。いくつかの他の事例の場合、基板10の面内リターデーションはより大きく(リターデーションに関する何らかの短い論議がここで又は導入部で有用となるかもしれない)、15〜150 nmである。典型的には、基板10がトリアセチルセルロースから成る場合、その面外リターデーションは、約-40 nm〜-120 nmである。このことは、ON電圧が印加された液晶状態を補償するように補償器が構成される場合の所望の特性である。上記面内リターデーションは、(nx-ny)×dの絶対値として定義され、上記面外リターデーションは[(nx+ny/2)-nz]×dとして定義される。屈折率nx及びnyはそれぞれ、基板10の平面内の低速軸及び高速軸に沿ったものであり、nzは、基板厚さ方向(Z軸)に沿った屈折率であり、そしてdは基板10の厚さである。基板は好ましくは連続(ロール)フィルム又はウェブの形態を成している。ガラス板、ITO基板、カラーフィルター基板、水晶板、シリコンウェハーを基板として使用することもできる。
【００１２】
基板10は単独又は一対として使用することができる。一対として使用する場合、必要な場合には、スペーサー、又はシーリング剤などを使用することもできる。本発明の場合、液晶層に近接する層は、基板と液晶層30との間に配置された層の中で、液晶層30に最も近い層であることが好ましい。液晶層30に近接する層は配向フィルム又は透明電極として機能することも許容可能である。
【００１３】
基板10上に、配向層20が塗布されており、配向層20の上側には液晶層30が配置されている。配向層20を、種々の技術によって配向することができる。一つの例では、配向層は、ラビングで配向可能な材料、例えばポリイミド又はポリビニルアルコールを含有し、そしてラビング技術によって配向することができる。別の例では、配向層20は、剪断で配向可能な材料を含有し、そして剪断-配向技術によって配向することができる。別の例において、配向層20は、電気又は磁気によって配向可能な材料を含有し、そして電気的又は磁気的な配向技術によって配向することができる。別の例において、配向層は、斜め堆積によって加工されたSiOx層であってもよい。別の例において、配向層20は、光配向することができる材料を含有し、そして光配向技術によって配向することができる。光配向可能な材料は例えば光異性化ポリマー、光二量化ポリマー、及び光分解ポリマーを含有する。好ましい態様の場合、光配向可能な材料は、米国特許第6,160,597号明細書に開示された桂皮酸誘導体である。このような材料は直線偏光UV線による選択的照射によって配向し、同時に架橋することができる。
【００１４】
主に、液晶分子が、液晶層30を構成する。液晶分子としては、ディスコティック液晶分子、ロッド状(ネマティック)液晶分子、及びコレステリック液晶分子を使用することができる。ネマティック液晶分子が特に好ましい。2種又は3種以上のタイプの液晶分子を組み合わせで使用することもできる。液晶分子に加えて、液晶層には、成分(例えば着色剤、チルト角増大のためのドーパント、二色性着色剤、ポリマー、重合剤、増感剤、相転移温度抑制剤、及び安定剤)を添加することもできる。よく確立された種々の方法を用いて、液晶層30を基板に塗布することができる。従って、カーテン・コーティング法、押出コーティング法、ロール・コーティング法、スピン・コーティング法、浸漬コーティング法、バー・コーティング法、噴霧コーティング法、及びプリンティング・コーティング法などを用いて、配向層20上に液晶層30をコーティングすることができる。
【００１５】
本発明の一つの態様では、液晶層30は典型的には、配向層20上に先ず配置されるときにはネマティック液晶プレポリマーであり、そして更なるUV線、又は熱のような他の手段によって架橋される。好ましい態様では、異方性層は、米国特許第6,160,597号明細書(Schadt他)及び同第5,602,661号明細書(Schadt他)に開示されているような、正の複屈折を有するジアクリレート又はジエポキシドのような材料を含有する。異方性層30内の光軸は通常、層平面に対してチルトされており、厚さ方向にわたって変化する。本発明による異方性層30は、ルイス酸又はルイス酸の混合物を含有する液体媒体から塗布される。
【００１６】
ルイス酸は、配向層20に対する接着に不都合な影響を与えることなしに、層30内の液晶分子のチルト角を増大させる。
【００１７】
本発明において、液晶分子のチルト角を制御された状態で増大させるために、ルイス酸が使用される。本発明の範囲において、ルイス酸は、電子対を受容することができる任意の種として定義される(IUPAC Compendium of Chemical Terminology, The Gold Book、第2版、A. D. McNaught 及びA. Wilkinson Blackwell Science, 1997年)。本発明の範囲において、ルイス酸は、プロトン源である化学種(ブレンステッド及びアレニウスの酸)を含む。
【００１８】
本発明による方法に適したルイス酸は、元素周期表のIIA、IIB、IIIA、IIIB、IVB、IVA、VA、VB、VIB及びVIIB族に由来する金属に基づく。
【００１９】
IIB族のルイス酸は一般式(I)を有する。
MX2 (I)
（上記式中、Mは、IIB族金属であり；そしてXはハロゲン又は有機配位子である。）
【００２０】
IIIA及びIIIB族のルイス酸は、一般式(II) によって表すこともできる。
RnMX(3-n) (II)
（上記式中、nは、1又は2と等しく；各Rは、同じ又は異なるアリール又はアルキルC1〜C15線状又は環状基であり、そして各Xは、同じ又は異なるハロゲンであり、そしてMは、IIIA又はIIIB族の金属である。）
【００２１】
IVB及びIVA族のルイス酸は、一般式(III)を有する。
MX4 (III)
（上記式中、Mは、IVB族金属であり、Xは配位子、好ましくはハロゲンである。）
一例としては、四塩化チタン、四塩化ジルコニウム又は四塩化錫が挙げられる。
【００２２】
VB及びVA族のルイス酸は、一般式(IV) を有する。
MXy (IV)
（上記式中、Mは、V族金属であり、Xは配位子、好ましくはハロゲンであり、そしてyは整数3〜5である。）
一例としては四塩化バナジウム及び五フッ化アンチモンが挙げられる。
【００２３】
本発明の一つの態様では、本発明において有用なルイス酸は、周期表のI〜V周期の元素を含有する。周期表のI〜IV周期の元素を含むルイス酸が、本発明において好ましい。周期表のI〜III周期の元素を含有するルイス酸が、特に好ましい。
【００２４】
本発明の別の態様では、周期表のIIA〜VIIb族又はIIB〜VA族の元素を含有するルイス酸が特に有用である。周期表のIIA〜IIIB族又はIIIA〜IVA族の元素を含むルイス酸が本発明において好ましい。周期表のIVB又はIIIA族の元素を含むルイス酸が、本発明において特に好ましい。
【００２５】
別の態様では、B、Al、Ti、Zr、Sn、Sb、Sc、La又はZnの化合物を含有するルイス酸が、本発明において特に有用である。本発明の別の形態において、ハロゲン又は有機配位子を含有するルイス酸が有用である。ハロゲンを含有するルイス酸が好ましい。フルオロ又はクロロ基を含有するルイス酸が特に好ましい。別の態様では、CF3SO3-、CH3CO2-及びNO3-から選択された有機配位子を含有するルイス酸が、本発明において特に有用である。
【００２６】
本発明において好ましいルイス酸の例を下記式によって示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
プロトン源として本発明において有用な化学種はルイス酸であり、ブレンステッド及びアレニウスの酸は一般式(V) を有する。
A-H+ (V)
（上記式中、A-は対イオンであり、そしてH+はプロトンである。）
【００３１】
本発明の一つの態様では、本発明において有用なプロトン酸は、pKa＜10である。本発明において好ましいプロトン酸は、pKa値＜0である。pKa＜-8のプロトン酸が、本発明において最も好ましい。
【００３２】
本発明において好ましいいくつかのプロトン酸の例は、下記の式及びpKa値によって示されるが、しかし本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３３】
【表４】
【００３４】
一般に、ルイス酸は、コーティング溶剤中に可溶性であり、そしてこれらの塩の液晶層30への添加が、液晶層30の屈折率を約±10パーセントを超えて変化させることはない。より好ましくは、このようなルイス酸は、液晶層30の屈折率を約±5パーセントを超えて変化させることはない。最も好ましくは、このような屈折率は、液晶層30の屈折率を約±2パーセントを超えて変化させることはない。さらに、このようなルイス酸は、液晶層30の平均チルトを約95%を超えて増大させる。より好ましくは、このようなルイス酸は、液晶層30の平均チルトを約50%を超えて増大させる。最も好ましくは、このようなルイス酸は、液晶層30の平均チルトを、ルイス酸の存在なしで得られる角度と比較して約35%を超えて増大させる。
【００３５】
ルイス酸は液晶層30のコーティング溶液中に添加することができる。ルイス酸は、液晶層30の配向を妨害することなしに、液晶分子の所望のチルト角増大を達成するのに適切な量で添加される。ルイス酸は一般に、異方性層30の0.1〜10重量%、好都合には0.25〜5.0重量%の量で添加され、通常は異方性層30の0.25〜1.5重量%の量で添加される。添加されるルイス酸の量は、液晶層30の組成及び所望のチルト増大の両方が影響力を有し得るため、これら両方に依存する。
【００３６】
異方性層は、添加物、例えば界面活性剤、光安定剤及びUV開始剤を含有することもできる。UV開始剤は、ベンゾフェノン及びアセトフェノン及びこれらの誘導体；ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジル、ベンジルケタール、フルオレノン、キサンタノン、アルファ及びベータ・ナフチルカルボニル化合物及びケトンのような材料を含む。好ましい開始剤は、アルファ-ヒドロキシケトンである。
【実施例】
【００３７】
下記非限定的な例によって、より詳細に本発明を説明する。
【００３８】
下記例において、面内リターデーションを測定して、液晶配向の品質を評価した。ゼロに近いチルト角を有する試料の場合、LC層の測定される(有効)複屈折は0.12〜0.13になるはずである。しかし、チルト角が増大するに伴って、有効複屈折は減小する。ほぼ同じ層厚の一連の例に関して、結果として、チルト角の増大に伴って面内リターデーションが減少するはずである。このことはまさに、これらの例に関して見られるものであり、これにより、全ての例の良好な配向が確認される。
【００３９】
例1-比較
この例は、ガラス基板上の光配向された層の上にある液晶分子の光配向を実証する。
清浄なガラス板上に、VANTICO Staralign(商標)2110とStaralign(商標)2100との光配向用桂皮酸ビニルポリマー混合物(30:70重量%比；メチルエチルケトン中の総固形分1重量%) を含有するコーティング組成物をスピンキャストした(700〜1000 rpm)。試料を5分間にわたって55℃で乾燥させ、次いで、垂直入射角から20度離反した傾斜で、308 nm偏光(15〜30 mJ/cm2)に当てることにより、光配向された配向層を得た。典型的には、これにより、偏光解析法によって測定して30〜100 nm厚の層が生成した。
【００４０】
配向層上に、メチルエチルケトン中の液晶プレポリマー(LCP、Vantico Co製のCB483MEK、メチルエチルケトン中7重量%、光開始剤を補足)の溶液を700〜1000 rpmでスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより異方性層を固定した。面内リターデーション測定は、液晶分子が偏光輻射の方向に対して平行に配向されていることを示した。面内リターデーション、平均チルト角、及び異方性層の厚さを、偏光解析法によって測定した(J. A. Woollam Co., Model M2000V)。測定された平均チルト角法の精度は±2.0度であった。
【００４１】
例2-本発明
この例は、液晶分子を含む液晶層に三フッ化ホウ素エーテルBF3-Et2O(I-2)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００４２】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。BF3-Et2O(I-2)(乾燥液晶層の0.25〜1.5重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００４３】
【表５】
【００４４】
表Iにおける上述の例が明示するように、液晶層に三フッ化ホウ素エーテル(I-2)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００４５】
例3-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層に塩化亜鉛(I-24)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００４６】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。塩化亜鉛(I-24)(乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００４７】
【表６】
【００４８】
表IIにおける上述の例が明示するように、液晶層に塩化亜鉛(I-24)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００４９】
例4-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層に四塩化錫(I-8)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００５０】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。四塩化錫(I-8)(乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００５１】
【表７】
【００５２】
表IIIにおける上述の例が明示するように、液晶層に塩化錫(I-8)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００５３】
例5-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層にトリフルオロメチルスルホン酸ネオジム(I-32)を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００５４】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。トリフルオロメチルスルホン酸ネオジム(I-32) (乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００５５】
【表８】
【００５６】
表IVにおける上述の例が明示するように、液晶層にトリフルオロメタンスルホン酸ネオジム(I-32)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００５７】
例6-比較
この例は、ガラス基板上の光配向された層の上にある液晶分子の光配向を実証する。
【００５８】
清浄なガラス板上に、VANTICO Staralign(商標)2110とStaralign(商標)2100との光配向用桂皮酸ビニルポリマー混合物(30:70重量%比；メチルエチルケトン中の総固形分1重量%)を含有するコーティング組成物をスピンキャストした(700〜1000 rpm)。試料を5分間にわたって55℃で乾燥させ、次いで、垂直入射角から20度離反した傾斜で、308 nm偏光(15〜30 mJ/cm2)に当てることにより、光配向された配向層を得た。典型的には、これにより、偏光解析法によって測定して30〜100 nm厚の層が生成した。
【００５９】
配向層上に、メチルエチルケトン中の液晶プレポリマー(LCP、Vantico Co製のCB483MEK、メチルエチルケトン中7重量%、光開始剤を補足)の溶液を700〜1000 rpmでスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより異方性層を固定した。面内リターデーション測定は、液晶分子が偏光輻射の方向に対して平行に配向されていることを示した。面内リターデーション、平均チルト角、及び異方性層の厚さを、偏光解析法によって測定した(J. A. Woollam Co., Model M2000V)。測定された平均チルト角法の精度は±2.0度であった。
【００６０】
例7-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層にプロトン酸メタンスルホン酸(I-35)を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００６１】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。メタンスルホン酸(I-35) (乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００６２】
【表９】
【００６３】
表IVにおける上述の例が明示するように、液晶層にメタンスルホン酸(I-35)を添加すると、比較例6と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００６４】
例8-比較
この例は、ガラス基板上の単一液晶分子の光配向を実証する。
【００６５】
国際公開第2000/048985号パンフレットに記載された一般手順に従って液晶を調製した。国際公開第2000/048985号パンフレットに記載された一般手順に従って液晶の溶液を形成した。こうして、メチルエチルケトン中でLC-1を混合することにより、液晶の7重量%混合物を形成した。Ciba-Giegy製のIRGACURE 369(2-ベンジル 2-ジメチルアミノ 1-(4-モルホリノフェニル)ブタノン-1)、TINUVIN-123(ビス(1-オクチルオキシ-2,2,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート)(LCの1重量%)、及び2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(LCの2重量%)を、LC溶液に添加した。
【００６６】
【化１】
【００６７】
清浄なガラス板上に、VANTICO Staralign(商標)2110とStaralign(商標)2100との光配向用桂皮酸ビニルポリマー混合物(30:70重量%比；メチルエチルケトン中の総固形分1重量%)を含有するコーティング組成物をスピンキャストした(700〜1000 rpm)。試料を5分間にわたって55℃で乾燥させ、次いで、垂直入射角から20度離反した傾斜で、308 nm偏光(15〜30 mJ/cm2)に当てることにより、光配向された配向層を得た。
【００６８】
配向層上に、メチルエチルケトン中で上述のように調製されたLC-1の溶液を、700〜1000 rpmでスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより異方性層を固定した。面内リターデーション測定は、液晶分子が偏光輻射の方向に対して平行に配向されていることを示した。面内リターデーション、平均チルト角、及び異方性層の厚さを、偏光解析法によって測定した(J. A. Woollam Co., Model M2000V)。測定された平均チルト角法の精度は±2.0度であった。
【００６９】
例9-本発明
この例は、1種の液晶分子を含む液晶層に四塩化錫(I-8)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００７０】
例6におけるように、光配向された配向層を調製した。架橋可能なジアクリレート・ネマティック液晶溶液(上で調製)のメチルエチルケトン溶液に、四塩化錫(I-8)(乾燥液晶層の0.25〜1.5重量%)を添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００７１】
【表１０】
【００７２】
表Vにおける上述の例が明示するように、液晶層にSnCl4(I-8)を増分添加すると、比較例8と比較して、単一液晶分子LC-1の平均チルト角が制御された状態で増大される。
本明細書中で引用された特許明細書及びその他の刊行物の全体を本明細書中に組み入れる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図1は、本発明の多層を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００７４】
5 多層フィルム
10 基板
20 配向層
30 液晶層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルイス酸により液晶分子のチルト角を、制御された状態で増大させる方法に関し、そして、液晶分子のチルト角を増大させるのに効果的なルイス酸を含有する、配向層と液晶層とを有する基板上の配向された液晶分子層に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ(LCD)の大部分は、通常LCダイレクタnと基板との角度が小さい、均一な液晶(LC)分子配向を必要とし、この角度は「プレチルト」角と呼ばれる。多数の方法を用いて、LCのチルトされた配向が実現されている。これらは、Fundamentals and Applications of Liquid Crystals (Industrial Survey Association(1991)刊)に詳細に記載されている。斜め配向を実現するための最も一般的な技術は、基板上に薄いポリマー層を堆積し、続いてこの層をラビングすることを含む。ポリマーのラビングは、LC分子配向の方位角配向を決定し、そしてゼロでないプレチルト角を誘導する。LCのラビング配向のためには、顕著な熱安定性、低い誘電定数、秀でた耐化学性、及び高い生産性により、ポリイミド(PI)フィルムが一般に使用される。さらに、ラビングされたPIフィルム上のLC配向は、一般に、印加された電圧によるLC分子の逆チルト回位を防止する安定なプレチルト角を提供する。しかし、プレチルト角は、配向フィルム自体の特性に依存する。従って、種々のLCDモードに対する特定のプレチルト角要件を満たすために、プレチルト角を制御するように特定のポリイミドが形成されている。例えば、長いアルキル及びフッ素化アルキル側基を有するポリイミドを使用することにより、高いLCプレチルト角を生成している。LC分子と分枝状の長いアルキル側鎖との立体相互作用が、高いプレチルト角の考えられ得る原因であると考えられている。
【０００３】
しかし、ラビング法はいくつかの不利益、例えば薄膜トランジスター部位における静電荷の蓄積及びダスト粒子の生成を被る。最近では、重合可能な配向用層の光誘起型異方性に基づく新しい非ラビング配向技術が導入されている。典型的には、感光性ポリマー・フィルムが偏光紫外線によって照射され、そしてその結果として生じる平面配向の方位角配向は、光誘起型反応の特質に依存する。ラビング技術とは違って、過剰な電荷もダストも基板上には形成されず、しかもチルト角及び束縛強さの両方に関して制御が維持される。伝統的なラビング技術は、チルト容易軸の唯一の方向を確立し；この方向は、ラビング方向によって決定される。他方において、光配向の場合、光誘起型容易軸の二重縮退がある。この二重縮退はプレチルト角の再現性を不良にし、そしてより重要なことには、配向ドメイン間の結果として生じる境界において欠陥を出現させる。この縮退は、流動配向の効果により、LCセルの充填中に部分的に除去することができるが、しかし、その結果として生じる配向は時間的に安定でない。今日まで、この縮退を打破する最も有望な方法は、光配向層の斜め照射を必要とする。斜め偏光照射は、表面と所定の角度を形成し、そして軸上遷移モーメントのための光反応は、軸外遷移モーメントの光反応よりも著しく容易である。結果として、チルト縮退は打破され、液晶は好ましい方向にチルトする。このような照射スキームは、特定の設備が必要とされ、そして大きなスケールでのプロセスにおける実施が難しいことが判っている。
【０００４】
LC分子を配向するための他の非接触法は、延伸ポリマー、ラングミュア・ブロジェット・フィルム、マイクロリソグラフィ、酸化ケイ素の斜角堆積、及び米国特許第5,770,826号明細書に記載されているようなポリイミド表面のイオンビーム照射によって生成された格子構造を含む。この方法は、低エネルギー(約100 eV) Ar+イオンでボンバードされているポリイミド表面上にLCを置く。この方法は、米国特許第6,020,946号明細書に記載されているように、ダイヤモンド様炭素(DLC)、非晶質水素化ケイ素、SiC、SiO2、ガラス、Si3N4、Al2O3、CeO2、SnO2、及びZnTiO2フィルムを含むように拡張されている。
【０００５】
特開2002-038158号公報には、基板上に液晶分子を含有する液晶層を形成し、そして液晶分子を配向する方法が開示されている。液晶層又は液晶層に隣接する層には、ピリジニウム第四級塩が添加され、そして、液晶分子の傾斜角は、ピリジニウム第四級塩の作用によって制御される。この発明は、液晶のチルト角を制御する上で、他の既存の方法を凌ぐ利点を提供するが、これは、チルトを増大させることができる限られたクラスの分子を提供するにすぎない。従ってLCプレチルトを誘導する更なる新しい材料が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記LC配向の全ての方法において、LCプレチルト角の制御は、LC分子と、配向ポリマー又は特定の材料との特定の組み合わせを用いることを必要とする。このような組み合わせ(配向ポリマー及びLCの)を開発して最適化することは、困難であり多大な時間を要する。液晶のプレチルト角を所望の角度に、そして簡単な形式で制御する別の方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、配向された液晶層を担持する基板を含む多層フィルムであって、該液晶層がルイス酸を含有する多層フィルムを提供する。また、該多層を含む光学要素及び液晶ディスプレイ、及び該多層の形成方法も開示する。
【０００８】
このようなフィルムは、液晶材料を、増大されたチルト角に配向するのに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書中の元素周期表に関するものは全て、CRC Press, Inc., 1995により刊行され著作権保護されている「元素周期表」を意味するものとする。1つ又は複数の族に関するものはいずれも、族の番号付けのためのIUPACシステムを使用してこの元素周期表において反映された族を意味するものとする。
【００１０】
本明細書中に使用されるルイス酸とは、電子対を受容することができる任意の種として定義される。この定義は、プロトン源である化学種(ブレンステッド及びアレニウスの酸)、並びに非プロトン性である化学種、例えばBF3を含む。
【００１１】
本発明は、上記概要のような添加されたルイス酸により、配向された液晶分子のチルトを、制御された状態で増大させる方法を提供する。配向された液晶多層フィルム5を示す断面概略図である図1を参照することにより、本発明を説明する。この構造は、透明材料、例えばガラス又はポリマーの基板10を含む。言うまでもなく、基板と呼ばれるためには、層は固体であり、独立して他の層を支持することができるように機械的に強くなければならない。典型的な基板はトリアセテートセルロース(TAC)、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、又はその他の透明ポリマーから形成され、その厚さは25〜500マイクロメートルである。基板10は典型的には、好ましくは10 nm未満、より好ましくは5 nm未満の低い面内リターデーションを有する。いくつかの他の事例の場合、基板10の面内リターデーションはより大きく(リターデーションに関する何らかの短い論議がここで又は導入部で有用となるかもしれない)、15〜150 nmである。典型的には、基板10がトリアセチルセルロースから成る場合、その面外リターデーションは、約-40 nm〜-120 nmである。このことは、ON電圧が印加された液晶状態を補償するように補償器が構成される場合の所望の特性である。上記面内リターデーションは、(nx-ny)×dの絶対値として定義され、上記面外リターデーションは[(nx+ny/2)-nz]×dとして定義される。屈折率nx及びnyはそれぞれ、基板10の平面内の低速軸及び高速軸に沿ったものであり、nzは、基板厚さ方向(Z軸)に沿った屈折率であり、そしてdは基板10の厚さである。基板は好ましくは連続(ロール)フィルム又はウェブの形態を成している。ガラス板、ITO基板、カラーフィルター基板、水晶板、シリコンウェハーを基板として使用することもできる。
【００１２】
基板10は単独又は一対として使用することができる。一対として使用する場合、必要な場合には、スペーサー、又はシーリング剤などを使用することもできる。本発明の場合、液晶層に近接する層は、基板と液晶層30との間に配置された層の中で、液晶層30に最も近い層であることが好ましい。液晶層30に近接する層は配向フィルム又は透明電極として機能することも許容可能である。
【００１３】
基板10上に、配向層20が塗布されており、配向層20の上側には液晶層30が配置されている。配向層20を、種々の技術によって配向することができる。一つの例では、配向層は、ラビングで配向可能な材料、例えばポリイミド又はポリビニルアルコールを含有し、そしてラビング技術によって配向することができる。別の例では、配向層20は、剪断で配向可能な材料を含有し、そして剪断-配向技術によって配向することができる。別の例において、配向層20は、電気又は磁気によって配向可能な材料を含有し、そして電気的又は磁気的な配向技術によって配向することができる。別の例において、配向層は、斜め堆積によって加工されたSiOx層であってもよい。別の例において、配向層20は、光配向することができる材料を含有し、そして光配向技術によって配向することができる。光配向可能な材料は例えば光異性化ポリマー、光二量化ポリマー、及び光分解ポリマーを含有する。好ましい態様の場合、光配向可能な材料は、米国特許第6,160,597号明細書に開示された桂皮酸誘導体である。このような材料は直線偏光UV線による選択的照射によって配向し、同時に架橋することができる。
【００１４】
主に、液晶分子が、液晶層30を構成する。液晶分子としては、ディスコティック液晶分子、ロッド状(ネマティック)液晶分子、及びコレステリック液晶分子を使用することができる。ネマティック液晶分子が特に好ましい。2種又は3種以上のタイプの液晶分子を組み合わせで使用することもできる。液晶分子に加えて、液晶層には、成分(例えば着色剤、チルト角増大のためのドーパント、二色性着色剤、ポリマー、重合剤、増感剤、相転移温度抑制剤、及び安定剤)を添加することもできる。よく確立された種々の方法を用いて、液晶層30を基板に塗布することができる。従って、カーテン・コーティング法、押出コーティング法、ロール・コーティング法、スピン・コーティング法、浸漬コーティング法、バー・コーティング法、噴霧コーティング法、及びプリンティング・コーティング法などを用いて、配向層20上に液晶層30をコーティングすることができる。
【００１５】
本発明の一つの態様では、液晶層30は典型的には、配向層20上に先ず配置されるときにはネマティック液晶プレポリマーであり、そして更なるUV線、又は熱のような他の手段によって架橋される。好ましい態様では、異方性層は、米国特許第6,160,597号明細書(Schadt他)及び同第5,602,661号明細書(Schadt他)に開示されているような、正の複屈折を有するジアクリレート又はジエポキシドのような材料を含有する。異方性層30内の光軸は通常、層平面に対してチルトされており、厚さ方向にわたって変化する。本発明による異方性層30は、ルイス酸又はルイス酸の混合物を含有する液体媒体から塗布される。
【００１６】
ルイス酸は、配向層20に対する接着に不都合な影響を与えることなしに、層30内の液晶分子のチルト角を増大させる。
【００１７】
本発明において、液晶分子のチルト角を制御された状態で増大させるために、ルイス酸が使用される。本発明の範囲において、ルイス酸は、電子対を受容することができる任意の種として定義される(IUPAC Compendium of Chemical Terminology, The Gold Book、第2版、A. D. McNaught 及びA. Wilkinson Blackwell Science, 1997年)。本発明の範囲において、ルイス酸は、プロトン源である化学種(ブレンステッド及びアレニウスの酸)を含む。
【００１８】
本発明による方法に適したルイス酸は、元素周期表のIIA、IIB、IIIA、IIIB、IVB、IVA、VA、VB、VIB及びVIIB族に由来する金属に基づく。
【００１９】
IIB族のルイス酸は一般式(I)を有する。
MX2 (I)
（上記式中、Mは、IIB族金属であり；そしてXはハロゲン又は有機配位子である。）
【００２０】
IIIA及びIIIB族のルイス酸は、一般式(II) によって表すこともできる。
RnMX(3-n) (II)
（上記式中、nは、1又は2と等しく；各Rは、同じ又は異なるアリール又はアルキルC1〜C15線状又は環状基であり、そして各Xは、同じ又は異なるハロゲンであり、そしてMは、IIIA又はIIIB族の金属である。）
【００２１】
IVB及びIVA族のルイス酸は、一般式(III)を有する。
MX4 (III)
（上記式中、Mは、IVB族金属であり、Xは配位子、好ましくはハロゲンである。）
一例としては、四塩化チタン、四塩化ジルコニウム又は四塩化錫が挙げられる。
【００２２】
VB及びVA族のルイス酸は、一般式(IV) を有する。
MXy (IV)
（上記式中、Mは、V族金属であり、Xは配位子、好ましくはハロゲンであり、そしてyは整数3〜5である。）
一例としては四塩化バナジウム及び五フッ化アンチモンが挙げられる。
【００２３】
本発明の一つの態様では、本発明において有用なルイス酸は、周期表のI〜V周期の元素を含有する。周期表のI〜IV周期の元素を含むルイス酸が、本発明において好ましい。周期表のI〜III周期の元素を含有するルイス酸が、特に好ましい。
【００２４】
本発明の別の態様では、周期表のIIA〜VIIb族又はIIB〜VA族の元素を含有するルイス酸が特に有用である。周期表のIIA〜IIIB族又はIIIA〜IVA族の元素を含むルイス酸が本発明において好ましい。周期表のIVB又はIIIA族の元素を含むルイス酸が、本発明において特に好ましい。
【００２５】
別の態様では、B、Al、Ti、Zr、Sn、Sb、Sc、La又はZnの化合物を含有するルイス酸が、本発明において特に有用である。本発明の別の形態において、ハロゲン又は有機配位子を含有するルイス酸が有用である。ハロゲンを含有するルイス酸が好ましい。フルオロ又はクロロ基を含有するルイス酸が特に好ましい。別の態様では、CF3SO3-、CH3CO2-及びNO3-から選択された有機配位子を含有するルイス酸が、本発明において特に有用である。
【００２６】
本発明において好ましいルイス酸の例を下記式によって示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
プロトン源として本発明において有用な化学種はルイス酸であり、ブレンステッド及びアレニウスの酸は一般式(V) を有する。
A-H+ (V)
（上記式中、A-は対イオンであり、そしてH+はプロトンである。）
【００３１】
本発明の一つの態様では、本発明において有用なプロトン酸は、pKa＜10である。本発明において好ましいプロトン酸は、pKa値＜0である。pKa＜-8のプロトン酸が、本発明において最も好ましい。
【００３２】
本発明において好ましいいくつかのプロトン酸の例は、下記の式及びpKa値によって示されるが、しかし本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３３】
【表４】
【００３４】
一般に、ルイス酸は、コーティング溶剤中に可溶性であり、そしてこれらの塩の液晶層30への添加が、液晶層30の屈折率を約±10パーセントを超えて変化させることはない。より好ましくは、このようなルイス酸は、液晶層30の屈折率を約±5パーセントを超えて変化させることはない。最も好ましくは、このような屈折率は、液晶層30の屈折率を約±2パーセントを超えて変化させることはない。さらに、このようなルイス酸は、液晶層30の平均チルトを約95%を超えて増大させる。より好ましくは、このようなルイス酸は、液晶層30の平均チルトを約50%を超えて増大させる。最も好ましくは、このようなルイス酸は、液晶層30の平均チルトを、ルイス酸の存在なしで得られる角度と比較して約35%を超えて増大させる。
【００３５】
ルイス酸は液晶層30のコーティング溶液中に添加することができる。ルイス酸は、液晶層30の配向を妨害することなしに、液晶分子の所望のチルト角増大を達成するのに適切な量で添加される。ルイス酸は一般に、異方性層30の0.1〜10重量%、好都合には0.25〜5.0重量%の量で添加され、通常は異方性層30の0.25〜1.5重量%の量で添加される。添加されるルイス酸の量は、液晶層30の組成及び所望のチルト増大の両方が影響力を有し得るため、これら両方に依存する。
【００３６】
異方性層は、添加物、例えば界面活性剤、光安定剤及びUV開始剤を含有することもできる。UV開始剤は、ベンゾフェノン及びアセトフェノン及びこれらの誘導体；ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジル、ベンジルケタール、フルオレノン、キサンタノン、アルファ及びベータ・ナフチルカルボニル化合物及びケトンのような材料を含む。好ましい開始剤は、アルファ-ヒドロキシケトンである。
【実施例】
【００３７】
下記非限定的な例によって、より詳細に本発明を説明する。
【００３８】
下記例において、面内リターデーションを測定して、液晶配向の品質を評価した。ゼロに近いチルト角を有する試料の場合、LC層の測定される(有効)複屈折は0.12〜0.13になるはずである。しかし、チルト角が増大するに伴って、有効複屈折は減小する。ほぼ同じ層厚の一連の例に関して、結果として、チルト角の増大に伴って面内リターデーションが減少するはずである。このことはまさに、これらの例に関して見られるものであり、これにより、全ての例の良好な配向が確認される。
【００３９】
例1-比較
この例は、ガラス基板上の光配向された層の上にある液晶分子の光配向を実証する。
清浄なガラス板上に、VANTICO Staralign(商標)2110とStaralign(商標)2100との光配向用桂皮酸ビニルポリマー混合物(30:70重量%比；メチルエチルケトン中の総固形分1重量%) を含有するコーティング組成物をスピンキャストした(700〜1000 rpm)。試料を5分間にわたって55℃で乾燥させ、次いで、垂直入射角から20度離反した傾斜で、308 nm偏光(15〜30 mJ/cm2)に当てることにより、光配向された配向層を得た。典型的には、これにより、偏光解析法によって測定して30〜100 nm厚の層が生成した。
【００４０】
配向層上に、メチルエチルケトン中の液晶プレポリマー(LCP、Vantico Co製のCB483MEK、メチルエチルケトン中7重量%、光開始剤を補足)の溶液を700〜1000 rpmでスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより異方性層を固定した。面内リターデーション測定は、液晶分子が偏光輻射の方向に対して平行に配向されていることを示した。面内リターデーション、平均チルト角、及び異方性層の厚さを、偏光解析法によって測定した(J. A. Woollam Co., Model M2000V)。測定された平均チルト角法の精度は±2.0度であった。
【００４１】
例2-本発明
この例は、液晶分子を含む液晶層に三フッ化ホウ素エーテルBF3-Et2O(I-2)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００４２】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。BF3-Et2O(I-2)(乾燥液晶層の0.25〜1.5重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００４３】
【表５】
【００４４】
表Iにおける上述の例が明示するように、液晶層に三フッ化ホウ素エーテル(I-2)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００４５】
例3-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層に塩化亜鉛(I-24)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００４６】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。塩化亜鉛(I-24)(乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００４７】
【表６】
【００４８】
表IIにおける上述の例が明示するように、液晶層に塩化亜鉛(I-24)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００４９】
例4-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層に四塩化錫(I-8)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００５０】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。四塩化錫(I-8)(乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００５１】
【表７】
【００５２】
表IIIにおける上述の例が明示するように、液晶層に塩化錫(I-8)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００５３】
例5-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層にトリフルオロメチルスルホン酸ネオジム(I-32)を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００５４】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。トリフルオロメチルスルホン酸ネオジム(I-32) (乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００５５】
【表８】
【００５６】
表IVにおける上述の例が明示するように、液晶層にトリフルオロメタンスルホン酸ネオジム(I-32)を増分添加すると、比較例1と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００５７】
例6-比較
この例は、ガラス基板上の光配向された層の上にある液晶分子の光配向を実証する。
【００５８】
清浄なガラス板上に、VANTICO Staralign(商標)2110とStaralign(商標)2100との光配向用桂皮酸ビニルポリマー混合物(30:70重量%比；メチルエチルケトン中の総固形分1重量%)を含有するコーティング組成物をスピンキャストした(700〜1000 rpm)。試料を5分間にわたって55℃で乾燥させ、次いで、垂直入射角から20度離反した傾斜で、308 nm偏光(15〜30 mJ/cm2)に当てることにより、光配向された配向層を得た。典型的には、これにより、偏光解析法によって測定して30〜100 nm厚の層が生成した。
【００５９】
配向層上に、メチルエチルケトン中の液晶プレポリマー(LCP、Vantico Co製のCB483MEK、メチルエチルケトン中7重量%、光開始剤を補足)の溶液を700〜1000 rpmでスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより異方性層を固定した。面内リターデーション測定は、液晶分子が偏光輻射の方向に対して平行に配向されていることを示した。面内リターデーション、平均チルト角、及び異方性層の厚さを、偏光解析法によって測定した(J. A. Woollam Co., Model M2000V)。測定された平均チルト角法の精度は±2.0度であった。
【００６０】
例7-本発明
この例は、2種の液晶分子を含む液晶層にプロトン酸メタンスルホン酸(I-35)を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００６１】
例1におけるように、光配向された配向層を調製した。メタンスルホン酸(I-35) (乾燥液晶層の0.25〜1.0重量%)をLCP混合物、Vantico Co製のCB483MEKに添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００６２】
【表９】
【００６３】
表IVにおける上述の例が明示するように、液晶層にメタンスルホン酸(I-35)を添加すると、比較例6と比較して、液晶分子の平均チルト角が制御された状態で増大される。
【００６４】
例8-比較
この例は、ガラス基板上の単一液晶分子の光配向を実証する。
【００６５】
国際公開第2000/048985号パンフレットに記載された一般手順に従って液晶を調製した。国際公開第2000/048985号パンフレットに記載された一般手順に従って液晶の溶液を形成した。こうして、メチルエチルケトン中でLC-1を混合することにより、液晶の7重量%混合物を形成した。Ciba-Giegy製のIRGACURE 369(2-ベンジル 2-ジメチルアミノ 1-(4-モルホリノフェニル)ブタノン-1)、TINUVIN-123(ビス(1-オクチルオキシ-2,2,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート)(LCの1重量%)、及び2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(LCの2重量%)を、LC溶液に添加した。
【００６６】
【化１】
【００６７】
清浄なガラス板上に、VANTICO Staralign(商標)2110とStaralign(商標)2100との光配向用桂皮酸ビニルポリマー混合物(30:70重量%比；メチルエチルケトン中の総固形分1重量%)を含有するコーティング組成物をスピンキャストした(700〜1000 rpm)。試料を5分間にわたって55℃で乾燥させ、次いで、垂直入射角から20度離反した傾斜で、308 nm偏光(15〜30 mJ/cm2)に当てることにより、光配向された配向層を得た。
【００６８】
配向層上に、メチルエチルケトン中で上述のように調製されたLC-1の溶液を、700〜1000 rpmでスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより異方性層を固定した。面内リターデーション測定は、液晶分子が偏光輻射の方向に対して平行に配向されていることを示した。面内リターデーション、平均チルト角、及び異方性層の厚さを、偏光解析法によって測定した(J. A. Woollam Co., Model M2000V)。測定された平均チルト角法の精度は±2.0度であった。
【００６９】
例9-本発明
この例は、1種の液晶分子を含む液晶層に四塩化錫(I-8)塩を添加することにより、平均チルト角が増大されることを示す。
【００７０】
例6におけるように、光配向された配向層を調製した。架橋可能なジアクリレート・ネマティック液晶溶液(上で調製)のメチルエチルケトン溶液に、四塩化錫(I-8)(乾燥液晶層の0.25〜1.5重量%)を添加し、そして配向層(700〜1000 rpm)上にスピンキャストした。次いで、試料を3分間にわたって55℃の温度で加熱することにより、ネマティック液晶層を配向して溶剤を除去した。試料を室温まで冷却し、そして窒素雰囲気下で365 nm光(300〜1000 mJ/cm2)に当てることにより液晶層を架橋した。
【００７１】
【表１０】
【００７２】
表Vにおける上述の例が明示するように、液晶層にSnCl4(I-8)を増分添加すると、比較例8と比較して、単一液晶分子LC-1の平均チルト角が制御された状態で増大される。
本明細書中で引用された特許明細書及びその他の刊行物の全体を本明細書中に組み入れる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図1は、本発明の多層を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００７４】
5 多層フィルム
10 基板
20 配向層
30 液晶層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向された液晶層を担持する基板を含む多層フィルムであって、該液晶層がルイス酸を含有する多層フィルム。
【請求項２】
該ルイス酸が非プロトン酸である請求項1に記載のフィルム。
【請求項３】
該ルイス酸が周期表の1〜5周期の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項４】
該ルイス酸が周期表の1〜4周期の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項５】
該ルイス酸が周期表の1〜3周期の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項６】
該ルイス酸が周期表の2a〜7b族又は2b〜5a族の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項７】
該ルイス酸が周期表の2a〜3b族又は3a〜4a族の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項８】
該ルイス酸が周期表の4b又は3a族の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項９】
該ルイス酸が、B、Al、Ti、Zr、Sn、Sb、Sc、La又はZnの化合物を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項１０】
該ルイス酸が、ハロゲン又は有機配位子を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項１１】
該ルイス酸が、ハロゲンを含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１２】
該ルイス酸が、フルオロ基又はクロロ基を含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１３】
該ルイス酸が、有機配位子を含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１４】
該ルイス酸が、CF3SO3-、CH3CO2-及びNO3-から選択された有機配位子を含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１５】
該ルイス酸がプロトン酸である請求項1に記載のフィルム。
【請求項１６】
該プロトン酸のpKaが、10未満である請求項15に記載のフィルム。
【請求項１７】
該プロトン酸のpKaが、0未満である請求項15に記載のフィルム。
【請求項１８】
該プロトン酸のpKaが、-5未満である請求項15に記載のフィルム。
【請求項１９】
該プロトン酸が、メタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、酢酸及びトリフルオロメタンスルホン酸から成る群から選択される請求項15に記載のフィルム。
【請求項２０】
該液晶がネマティック又がディスコティックである請求項1に記載のフィルム。
【請求項２１】
該液晶がエステル、アルコキシ又はシアノ基を含有する請求項1に記載のフィルム。
【請求項２２】
該液晶がシアノ基を含有する請求項1に記載のフィルム。
【請求項２３】
該ルイス酸が式(II)によって表される請求項1に記載のフィルム、
RnMX(3-n) (II)
（上記式中：
Mは、周期表のIIIa又はIIIb族の元素であり；
nは、1又は2と等しく；
Rは、同じ又は異なるC1〜C15の線状又は環状基であり；そして
各Xは、同じ又は異なるハロゲンである）。
【請求項２４】
該ルイス酸が式(I)によって表される請求項1に記載のフィルム、
MX2 (I)
（上記式中、Mは、IIB族金属であり；そしてXはハロゲン又は有機配位子である）。
【請求項２５】
該ルイス酸が、一般式(III)によって表される元素周期表のIV族の塩又は化合物である請求項1に記載のフィルム、
MX4 (III)
（上記式中、Mは、IVA又はIVB族金属であり、Xは配位子、好ましくはハロゲンである）。
【請求項２６】
該ルイス酸が、一般式(IV)によって表される元素周期表のVB及びVA族の塩又は化合物である請求項1に記載のフィルム、
MXy (IV)
（上記式中、Mは、V族金属であり、Xは配位子、そしてyは3〜5の整数である）。
【請求項２７】
高分子液晶層内にルイス酸塩又は化合物を含有させることを含んで成る、硬化時に、該高分子液晶層に増大されたチルト角を付与する方法。
【請求項２８】
高分子液晶層内に請求項1に記載のルイス酸塩又は化合物を含有させることを含んで成る、硬化時に、該高分子液晶層に増大されたチルト角を付与する方法。
【請求項２９】
該ルイス酸塩又は化合物が0.25重量%以上の量で存在する請求項27に記載の方法。
【請求項３０】
該ルイス酸塩又は化合物が0.25重量%以上の量で存在する請求項28に記載の方法。
【請求項３１】
請求項1のフィルムを含む光学要素。
【請求項３２】
さらに偏光子を含む請求項31に記載の光学要素。
【請求項３３】
請求項1のフィルムを含む、液晶ディスプレイ。
【請求項１】
配向された液晶層を担持する基板を含む多層フィルムであって、該液晶層がルイス酸を含有する多層フィルム。
【請求項２】
該ルイス酸が非プロトン酸である請求項1に記載のフィルム。
【請求項３】
該ルイス酸が周期表の1〜5周期の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項４】
該ルイス酸が周期表の1〜4周期の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項５】
該ルイス酸が周期表の1〜3周期の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項６】
該ルイス酸が周期表の2a〜7b族又は2b〜5a族の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項７】
該ルイス酸が周期表の2a〜3b族又は3a〜4a族の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項８】
該ルイス酸が周期表の4b又は3a族の元素を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項９】
該ルイス酸が、B、Al、Ti、Zr、Sn、Sb、Sc、La又はZnの化合物を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項１０】
該ルイス酸が、ハロゲン又は有機配位子を含有する請求項2に記載のフィルム。
【請求項１１】
該ルイス酸が、ハロゲンを含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１２】
該ルイス酸が、フルオロ基又はクロロ基を含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１３】
該ルイス酸が、有機配位子を含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１４】
該ルイス酸が、CF3SO3-、CH3CO2-及びNO3-から選択された有機配位子を含有する請求項10に記載のフィルム。
【請求項１５】
該ルイス酸がプロトン酸である請求項1に記載のフィルム。
【請求項１６】
該プロトン酸のpKaが、10未満である請求項15に記載のフィルム。
【請求項１７】
該プロトン酸のpKaが、0未満である請求項15に記載のフィルム。
【請求項１８】
該プロトン酸のpKaが、-5未満である請求項15に記載のフィルム。
【請求項１９】
該プロトン酸が、メタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、酢酸及びトリフルオロメタンスルホン酸から成る群から選択される請求項15に記載のフィルム。
【請求項２０】
該液晶がネマティック又がディスコティックである請求項1に記載のフィルム。
【請求項２１】
該液晶がエステル、アルコキシ又はシアノ基を含有する請求項1に記載のフィルム。
【請求項２２】
該液晶がシアノ基を含有する請求項1に記載のフィルム。
【請求項２３】
該ルイス酸が式(II)によって表される請求項1に記載のフィルム、
RnMX(3-n) (II)
（上記式中：
Mは、周期表のIIIa又はIIIb族の元素であり；
nは、1又は2と等しく；
Rは、同じ又は異なるC1〜C15の線状又は環状基であり；そして
各Xは、同じ又は異なるハロゲンである）。
【請求項２４】
該ルイス酸が式(I)によって表される請求項1に記載のフィルム、
MX2 (I)
（上記式中、Mは、IIB族金属であり；そしてXはハロゲン又は有機配位子である）。
【請求項２５】
該ルイス酸が、一般式(III)によって表される元素周期表のIV族の塩又は化合物である請求項1に記載のフィルム、
MX4 (III)
（上記式中、Mは、IVA又はIVB族金属であり、Xは配位子、好ましくはハロゲンである）。
【請求項２６】
該ルイス酸が、一般式(IV)によって表される元素周期表のVB及びVA族の塩又は化合物である請求項1に記載のフィルム、
MXy (IV)
（上記式中、Mは、V族金属であり、Xは配位子、そしてyは3〜5の整数である）。
【請求項２７】
高分子液晶層内にルイス酸塩又は化合物を含有させることを含んで成る、硬化時に、該高分子液晶層に増大されたチルト角を付与する方法。
【請求項２８】
高分子液晶層内に請求項1に記載のルイス酸塩又は化合物を含有させることを含んで成る、硬化時に、該高分子液晶層に増大されたチルト角を付与する方法。
【請求項２９】
該ルイス酸塩又は化合物が0.25重量%以上の量で存在する請求項27に記載の方法。
【請求項３０】
該ルイス酸塩又は化合物が0.25重量%以上の量で存在する請求項28に記載の方法。
【請求項３１】
請求項1のフィルムを含む光学要素。
【請求項３２】
さらに偏光子を含む請求項31に記載の光学要素。
【請求項３３】
請求項1のフィルムを含む、液晶ディスプレイ。
【図１】
【公表番号】特表２００７−５１５６８５（Ｐ２００７−５１５６８５Ａ）
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４５７１６（Ｐ２００６−５４５７１６）
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４０７２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６１６６０
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４０７２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６１６６０
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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