(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状光重合性ポリマーの第１層、及びネマチックプレポリマーベースの異方性ネットワークの第２層を含み、２層の全体の厚さが40ナノメートルを超えず、かつ、２層のそれぞれが、２０ナノメートル厚未満であることを特徴とする、液晶材料用の配向層。
【請求項２】
２層の全体の厚さが、２０ナノメートル未満である、請求項１に記載の配向層。
【請求項３】
２層の全体の厚さが、１０ナノメートル未満である、請求項１〜２のいずれかに記載の配向層。
【請求項４】
配向が、局所的に変化する、請求項１〜３のいずれかに記載の配向層。
【請求項５】
第２層が、液晶材料と接触する、請求項１〜４のいずれかに記載の配向層。
【請求項６】
前記液晶材料が強誘電性である、請求項５に記載の配向層。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の配向層を含む、液晶セル。
【請求項８】
ひずみらせん強誘電性(DHF)タイプである、請求項７に記載の液晶セル。
【請求項９】
短ピッチ双安定強誘電性(SBF)タイプである、請求項７に記載の液晶セル。
【請求項１０】
交互分極領域(APD)タイプである、請求項７に記載の液晶セル。
【請求項１１】
表面強誘電性(SSF)タイプである、請求項７に記載の液晶セル。
【請求項１２】
反強誘電性タイプである、請求項７に記載の液晶セル。
【請求項１３】
エレクトロクリニックタイプである、請求項７に記載の液晶セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、液晶材料用の配向層に関する。
【０００２】
液晶（LC）デバイスは、通常、液晶、材料を含む薄いセルを含み、そのセルの上下の内部面には、（通常透明な）配向層を有する。これらの最も内側の層は、境界近くにおける液晶ディレクタの実際の配列を定義することによって、液晶分子に、その近傍における好ましい配向を与える。この好ましい配向は、配向層から離れても、液晶分子の強い相互作用のために、存続する傾向がある。
ネマチック液晶において、境界は、配向層が液晶において誘導するディレクタの向き（方位及び傾き）、及び弾性変形が境界層にねじれ(torque)を与える場合における固着の強さ、すなわち配向の変化を説明するパラメータ（固着エネルギー）によって特徴づけられ得る。
強誘電性液晶ディスプレイ（LCD）（これは、カイラルスメクチック-C液晶に基づく）において、事態はより複雑である。つまり、スメクチックの層の配向並びに層の内側のディレクタの配向が定義されなければならないからである。さらに、液晶配列の品質は、使用される液晶材料に大きく依存する。従って、層及び液晶材料を配向する多数の組み合わせが、提案されてきた。
【０００３】
配向層が存在すると、困難を導き得る：
ひずみらせん(deformed helix)強誘電性（DHF）又は短ピッチ双安定強誘電性（SBF）のような、大きな自発分極PSを有する液晶ディスプレイ又は反強誘電性の液晶ディスプレイにおいて、分離(isolating)配向層での電圧降下は、配向層の厚さdORが厚いほど大きい。この電圧降下は、およそ以下で与えられる：
0004678952.tif 000002
式中、εは、配向層の比誘電率であり、及びε0は、真空の誘電率である。Ps =1mC/m2、dOR=100nm、ε=3のとき、UOR=3.8V/配向層となる。
同様の考察は、エレクトロクリニック液晶ディスプレイに適用できる(例えば、S. Garroff and R. B. Meyer, Phys. Rev. Lett., 38, 848-851, 1977を参照のこと)。
より低いPSを有する液晶ディスプレイ、例えば交互(alternating)分極領域（APD）又は表面強誘電性（SSF）液晶ディスプレイにおける電圧降下は、より小さいが、それでも望ましくない。
加えて、SSF液晶ディスプレイは、SSF液晶ディスプレイにおいてゴースト画像を引き起こす分極チャージの形成を防止するために、薄い配向層を必要とする。
従って、配向層は薄くなければならないというひとつの条件は重要である。
結果として、SSF液晶ディスプレイ用の配向層は、ときに１分子の薄さ（例えば、ラングミュア-ブロジェットフィルム）となる。
【０００４】
配向層を調製する標準的方法は、支持体を薄いポリマー層でコーティングする工程、次いで、この層をこすって所望の配向方向を誘導する工程からなる。この、こする工程は、ちり粒子を生じるような望ましくない副作用を有する。これは、小さいセルギャップ（2μm以下）液晶ディスプレイの生産に特に障害となり、これには、大部分の強誘電性液晶ディスプレイが含まれる。
EP 756 193は、2層方法の液晶を配置する技術を記載する：
線状光重合性材料の第１層は、支持体上にコーティングされ、及び偏光に暴露される。この光は、層の架橋反応を誘導し、及び、偏向された光が使用されるので、この架橋は、層の異方性を誘導する。このような層は、線状光重合ポリマー（LPP）層と呼ばれ、また、光配向重合体ネットワーク（PPN）として知られている。
ネマティックモノマー又はプレポリマーの第2層は、その後適用される。このネマチック液晶はLPP層によって配向されている、すなわち、LPP層の異方性はネマチック液晶層に転移される。この配向されたネマティックプレポリマー層は、その後光重合され、及び高異方性のポリマーネットワークとして、永久に固定される（さらに、このようなネットワークに対し、「液晶ポリマーネットワーク」、つまりLCPが使用される）。同様に、このネマティックプレポリマー-ベースの異方性のネットワークは、液晶用の配向層として作用し得る。
この方法は、2つの層、つまり、LPPとネマティックプレポリマーベースの異方性のネットワークを使用するので、配向層の全体の厚さは２倍になる。さらに、ネマティックプレポリマー層が、ほぼ外挿長程度、又はこれより薄い場合 [例えば、P. G. de Gennes and J. Prost, "The Physics of Liquid Crystals", 2 nd edition, Clarendon Press, Oxford 199'), 196頁参照]、液晶は、配向層における微視的な不規則性をもはや平均化又は平滑化できない。この外挿長に対する明確な数はわからないが、引用される典型的値は100nmより大きい。従って、非常に薄いネマティックプレポリマー層、及び、ネマティックプレポリマーベースの異方性のネットワークであってそのプレポリマーから層を製造したものは、均一に配向するのではなく、根本的なLPP層の微視的な不規則性を示すだろう。
【０００５】
前述のすべてと対照して、及び、入手した教示と対比して、本発明は、配向層、線状光重合ポリマーの第１層を有する配向層、及びネマティックプレポリマーベースの異方性ネットワークの第2層と接している液晶材料を含む成分であって、2つの層の全体の厚さが40ナノメートルを越えないことを特徴とするものである。好ましくは、各層は、20nm未満の厚さである。多く場合に特に有利なのは、全体の層の厚さが、20nm未満、及び最も好ましくは全体の層の厚さが10nm未満である。
このような配向層は、意外にも、強誘電性液晶材料、例えば、ひずみらせん強誘電性又は短ピッチ双安定強誘電性又は交互分極領域又は表面強誘電性又は反強誘電性の液晶ディスプレイ、並びにエレクトロクリニック液晶ディスプレイの用途に特に適している。
【０００６】
配向層は、マルチ領域ピクセル操作(multi-domain pixel operation)用としてパターン化されてもよい。言い換えれば、配向が、局部的に変化してもよい。
ネマティックプレポリマー-ベースの異方性ネットワークは、好ましくは光重合されるが、異なる重合法、例えば、熱重合を使用することも可能である。
本発明の配向層により、有利なホモジニアス配向及び液晶材料のきめ(texture)及び高いコントラスト比が達成され、これは、しばしばLPPのみからなる配向層より優れている。
さらに、2層技術は、第2層、ネマティックプレポリマー-ベースの異方性ネットワークの傾斜角度、及び、強誘電性液晶ディスプレイにおける強誘電性液晶の傾斜角度を調節することができる。これは、スメクチックの強誘電性液晶層におけるシェブロン構造の形成を調節するために非常に重要であり得る。
本発明は、ここで、実施例及び添付の図面を参照することによって説明される。
【０００７】
【実施例】
図1に模式的に示した液晶セルは、我々の実施例の試験セルに対応し、2つの同一の支持体集合体（11、13、15、17）及び（12、14、16、18）を、スペーサ19によって隔離し、及び作動領域の外側（図示せず）で接着した。支持体は、ガラス板（11、12）であり、これは導電性のインジウム-スズ酸化物（ITO）電極（13、14）、線状光重合性ポリマー（LPP）層（15、16）及び液体結晶ポリマーネットワーク（LCP）（17、18）でコーティングされている。セルギャップは、1.6μmである。使用されるLPP化合物は光配列性(photoaligning)材料Ａであり、シクロペンタノンで0.7%ポリマーに希釈した。
フォトポリマーA：
【化１】
0004678952.tif 000003
ITOコーティングされた支持体を、この溶液でスピンコートした（5000rpmで３０秒）。乾燥後、試料を、15分間150℃で処理し、その後、3分間、300..330nmのスペクトル範囲を選択するためのフィルター（ショット UG11及びWG 295）を備える高圧Hgアークランプからの偏光に照射した。得られる層の厚さは、表面観測記録装置（アルファ-ステップ500、Tencore）で測定して9nmと測定された。使用されるネマチック液晶プレポリマーは、以下の液状の結晶ジアクリレートモノマーを含む混合物MLCPである：
Mon1：
【化２】
0004678952.tif 000004
Mon2：
【化３】
0004678952.tif 000005
Mon3：
【化４】
0004678952.tif 000006
ジアクリレートモノマーに加えて、Ciba SCからの光重合開始剤IRGACURE 369、並びに阻害剤として働くBHT（2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール／”ブチルヒドロキシトルエン”）が、混合物に加えられる。したがって、混合物MLCPの組成は、次の通りである：
Mon1    77質量％
Mon2    14.5質量％
Mon3    4.7質量％
Irgacure 369    1.9質量％
BHT     1.9質量％
混合物MLCPを、アニソールで0.7%ポリマーに希釈する。前記LPPコーティングされた支持体を、この溶液でスピンコートした（5000rpmで30秒）。乾燥後、試料を、窒素雰囲気で3分間、フィルター無しの150W Hgアークランプからの光に照射した。生産されたLPP及びLCPのハイブリッド層は、全体の厚さが18ナノメートルだった。
セルを、強誘電性の液晶材料、SC980110混合物（表１を参照のこと）で、110℃において毛管現象によって満たした。強誘電性液晶層20の配向は、以下の形成方法によって最適化される：
セルを、約2分間、ネマチック-Sc*転移温度以下の約１℃の温度で、３V（振幅）、800Hz矩形波電圧を適用して維持し、その後、電圧をかけたまま室温に冷却した。この処理工程の間、大部分の転位が消滅し、130：1の高コントラスト比が達成される。
このコントラスト比は、配向された試料に対する光透過の、最大透過対最小透過の比である。これらの光透過は、4/0.1対物レンズを有する偏光顕微鏡で、0.47mmの有効径を有する測定領域において測定される。
【表１】
0004678952.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の配向層を具体化している液晶セルを示す概略図である。
【符号の説明】
11、12    ガラス板
13、14    電極
15、16    線状光重合性ポリマー（LPP）層
17、18    液体結晶ポリマーネットワーク
19        スペーサ
【図１】
0004678952.tif 000008