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JP2012521571A - 粒子ビーム配向を使用する異方性多重層の調製方法 - Google Patents

粒子ビーム配向を使用する異方性多重層の調製方法 Download PDF

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JP2012521571A JP2012501159A JP2012501159A JP2012521571A JP 2012521571 A JP2012521571 A JP 2012521571A JP 2012501159 A JP2012501159 A JP 2012501159A JP 2012501159 A JP2012501159 A JP 2012501159A JP 2012521571 A JP2012521571 A JP 2012521571A
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Abstract

【課題】粒子ビーム配向を使用する異方性多重層の調製方法を提供する。
【解決手段】本発明は、粒子ビームエッチング技術を使用して、異なる光軸の2つ以上の異方性層を含む多重層を調製する方法と、前記方法によって得られる多重層と、そのような多重層の光学的および電気光学的装置における光学的コンペンセータまたはリターダーとしての使用と、そのような多重層を含む装置とに関する。

Description

本発明は、粒子ビームエッチング技術を使用して、液晶(LC:liquid crystal)または反応性メソゲン(RM:reactive mesogen)の層などの異なる光軸または配向方向の2つ以上の異方性層を含む多重層を調製する方法と、前記方法によって得られる多重層と、そのような多重層の光学的および電気光学的装置における光学的コンペンセータまたはリターダーとしての使用と、そのような多重層を含む装置とに関する。
光学的リターダー(また、光学的リターデーションフィルムとも呼ばれる)は、光学的スキームの分離素子として、または、液晶ディスプレイ(LCD:liquid crystal display)の集積部分として使用される。後者の場合、それれは、また、しばしば、コンペンセータまたはコンペンセーションフィルムとも呼ばれる。良好な性能のために、光学的リターダーは、しばしば、2つ以上の重畳される単一リターダー層から成る多重層構造を有する。光学的リターダーは、典型的には、結晶板、または、延伸、剪断、バルク光配向または表面配向で誘発された光学的異方性のポリマーフィルムなどの複屈折材料から成る。ポリマーフィルムに光学的異方性を誘発する手法は、LC分子、例えば、LCポリマーまたはRMのフィルムに関連する。
種々のタイプの光学的リターダーが既知である。例えば、「Aフィルム」(またはAプレート)は、層面に対して平行に配向した異常軸を有する一軸性複屈折材料の層を利用する光学的リターダーであり、「Cフィルム」(またはCプレート)は、層面に対して垂直に配向した異常軸を有する一軸性複屈折材料の層を利用する光学的リターダーであり、「Oフィルム」(またはOプレート)は、層面に対してある角度で傾く、それの異常軸を有する一軸性複屈折材料の層を利用する光学的リターダーである。
しかしながら、従来の光学的リターダーは、しばしば、複屈折素子の一般的な特性である望ましくない色度を示す。偏光多色性ビームが複屈折媒体を通過すると、構成スペクトル成分が異なる位相遅延を生じ、よって、異なる偏光状態となる。ビームが更にアナライザーを通過すると、そのスペクトル成分の強度が異なって変化し、このため、透過光の色域が変化する。リターダーの波長感度、または色度、に寄与する要因は:(1)分散、即ち、光学的複屈折の波長依存性、および、(2)波長に依存する光路長によるリターデーションの明らかな逆波長依存性である。
色度のために、複屈折光学的素子のスペクトル動作範囲が制限される。単一の複屈折フィルム/プレートを、これらのフィルム/プレートの積重体で置き換えることにより、波長依存性を低減できる。アクロマチック化合物のリターダーの背景にある原理は、位相差および配向が調整された複屈折フィルム/プレートの積重体が単純な1つのフィルム/プレートのリターダーとして挙動する場合があるが、位相差が波長に非感受性の場合があることである。例えば、典型的なアクロマティック1/4波長リターデーションフィルム(AQWF:achromatic quarter wave retardation film)は、1/4波長リターダーに近似されるフィルム(QWF:quarter wave film)と、1/2波長リターダーに近似されるフィルム(HWF:half wave film)とを、それらの遅軸が、フィルム面内において互いに相対的に、ほぼ60°の角度を向くように積層することで得ることができる。2つのリターダーのリターデーションに対する厳密な値は、積層の角度に依存する。しかしながら、2つのリターダーを費用対効果に優れる様式によって所望の角度で共に積層することができないため、そのようなAQWFフィルムの製造コストは高い。
米国特許第7,169,447号明細書(特許文献1)には、それぞれが重合された反応性メソゲンの層から成り、2つのフィルムの遅軸がフィルム面内において互いに相対的に60°の角度を向いているQWFおよびHWFから成るAQWFが記載されている。この特定の配置を達成するためには、所望の配向を誘発するために特定の方向に一軸的にラビングされた基板上に、それぞれのフィルムを別途に調製する。QWF用の基板のラビング方向と、HWF用の基板のラビング方向とは、それぞれのフィルムの遅軸の配向方向に対応している。次いで続いて、2つのフィルムを共に積層し、AQWFを形成する。
また、例えば、LCDのコンペンセーション用の負のCフィルムとして、2つのフィルムの遅軸(または、Oプレートの場合、フィルム面への遅軸の投影)がフィルム面内において互いに相対的に90°の角度を向いている2つの交差する正のAフィルムまたは2つの交差するOフィルムの積重体を使用することも可能である(Schadtら、SID’99(非特許文献1)およびM.Schadtら、Journal of the SID 11/3巻、2003年、519頁(非特許文献2)参照)。その様なフィルムを有するLCDの色度シフトは、LCD工業において広く使用されているディスコチックLCの従来のフィルムの色度シフトよりも著しく小さい。Schadtら、Jpn.J.Appl.Phys.、34巻、L764〜767頁(1995年)(非特許文献3)には、その様なフィルムを、光配向技術によって配向され、両方の単一のRMフィルムが1つの基板上にコートされている反応性メソゲンより調製することが記載されている。しかしながら、2つの単一のRM層は、RMの配向を誘発するために必要な光配向ポリマーの層によって分離されている。
よって、積重リターダーを調製するための最新の技術は、追加の配向層を積層するプロセスおよび/または使用する必要がある。しかしながら、これらの追加のプロセスおよび構成要素のために、製品の原価が増加する。加えて、RMフィルムの間に中間層を挿入すると、例えば、散乱および反射損失が増加するため、リターダーの特性が悪化することがある。また、RMのサブ層上に配向層を湿式コーティングすると、その光学的均一性が影響を受ける場合がある。
上述の欠点を克服し得る1つの解決策は、RMで作製された第1のリターダーフィルムの最上部にRMで作製された第2のコートされたリターダーフィルムを直接堆積することであろう。しかしながら、RMフィルムは、通常、強く配向的に連結されている。結果として、第1のRMフィルムは、第2のRMフィルムに対して配向層として働く。例えば、2つのRMのAプレートフィルムが、それぞれ互いの上にコートされている場合、第1のフィルムの表面に配向処理が施されていると、通常、第1のRM層の表面上のRM分子によって、第2のRMフィルムにおける分子は効果的に配向し、従って、両方のフィルムの遅軸は大部分が平行となる。更に、下で示す通り、従来のラビングの手法ですら、第1のRMフィルムの配向力がラビングの効果に勝るようにして、これらのフィルムにおける配向を分断することが通常できない。加えて、ラビングまたは機械的処理の他の方法は、表面の損傷、帯電および粉塵、パターニングの複雑さ、および、顕微鏡レベルにおける不十分な配向の均一性などの幾つかの不具合を有する。従って、第1のRMフィルムの最上部に提供される第2のRMフィルムにおける配向を制御する効果的な方法が必要とされている。
従って、それぞれ互いに最上部に直接コートされ配向されたLCまたはRMの2つ以上のサブ層から成り、ただし、異なるサブ層は異なる配向方向を有するLCまたはRMフィルムの積重体または多重層を調製するための改良された方法を提供することを本発明の目的とする。該方法は、ラビングの技術またはLCまたはRMのサブ層間に追加の配向層を必要とすることなく、それぞれのサブ層において均一で安定な配向を提供しなければならない。加えて、該方法は簡便で費用対効果に優れており、大量生産に適していなければならず、上記の先行技術の方法の欠点を有していてはならない。本発明の他の目的は、以下の詳細な記載より、当業者には直ちに明らかである。
本発明者らは、本発明において特許請求される通りの方法を提供することにより、これらの目的を達成できることを見出した。特に、この方法は、第2の層によってコートされるべき第1の層の表面に粒子ビームエッチングプロセスを施すことによって、第1の配向方向を有する第1のLCまたはRM層の最上部に提供される第2のLCまたはRM層において第2の配向方向を提供する。該エッチングプロセスは、該エッチングプロセスが、第1の層の表面に、前記第1の層におけるLCまたはRMの配向方向とは異なる方向に配向力を付与するように行われる。驚くべきことに、粒子ビームによって第2の層のLCまたはRMに働く配向力(該配向力は、第1の層の異方性エッチングの結果生じる。)は、第1の層のLCまたはRMに本来備わっている配向力に勝るほど強いことが見出された。このことは、第1および第2の層において、同一または異なる何れのLCまたはRM材料を使用しても達成できる。
粒子ビームエッチングは、先行技術、例えば、国際特許出願公開第2008/028553号パンフレット(特許文献2);O.Yaroshchuk、R.Kravchuk、O.Parriら、Journal of the SID 16/9巻、905〜909頁(2008年)(非特許文献4);O.Yaroshchuk、R.Kravchuk、O.Parriら、SID Digest 2007年、694〜697頁(非特許文献5)において、LCまたはRMを配向するための効果的な技術として開示されてきた。
米国特許第7,169,447号明細書 国際特許出願公開第2008/028553号パンフレット
Schadtら、SID’99 M.Schadtら、Journal of the SID 11/3巻、2003年、519頁 Schadtら、Jpn.J.Appl.Phys.、34巻、L764〜767頁(1995年) O.Yaroshchuk、R.Kravchuk、O.Parriら、Journal of the SID 16/9巻、905〜909頁(2008年) O.Yaroshchuk、R.Kravchuk、O.Parriら、SID Digest 2007年、694〜697頁
しかしながら、また、この技術を、単一の層が、それぞれ互いに配向的にデカップルされており、異なる方向に配向でき、それぞれ互いの最上部に幾つかのLCまたはRM層を調製するためにも使用できることは、これまで知られておらず示唆もされなかった。特に、第1の層にコートされた第2の層が、第1の層とは異なる配向方向を有することができるように、第1の層をプラズマ処理した結果生じる配向力を第1の層に本来備わる配向力に勝るようにできることは知られておらず示唆もされていなかった。
更に、また、本発明において記載される粒子ビーム法によって、結晶板、延伸または光配向された重合フィルム、配向されたLCポリマーなどの他の異方性基板上においても、それらに本来備わる配向力に勝って、LC配向を生成できる。これにより、LCフィルムを他の異方性材料のフィルムと組み合わせることによって、多数の異方性フィルムを調製できる。
本発明は、光軸を有する少なくとも1つの第1の異方性層と、液晶(LC:liquid crystal)材料(該材料は、LCポリマーまたは重合されたLC材料で構わない。)の少なくとも1つの第2の異方性層とから成る多重層を調製する方法であって、
A)光軸を有する第1の異方性層を提供する工程と、
B)前記第1の層の表面を、中程度(好ましくは100〜10,000eVの主粒子エネルギー)に加速された粒子(イオンまたはプラズマなど)のビームに曝露し、それにより、表面エッチングを提供し、前記第1の層の前記表面上にアンカー方向を誘発する工程と、
C)前記第1の層の前記曝露された表面上にLC材料の層を提供する工程と、
D)任意工程として、LC材料の前記第2の層を重合する工程と
を含み、ここで、前記第1の層の光軸、または前記第1の層の光軸の前記第1の層面への投影は、前記第1の層の前記表面上の面内アンカー方向、または前記第1の層の前記表面上のアンカー方向の投影(該方向は、粒子ビーム曝露によって誘発される。)と角度(該角度は0°と異なる。)を形成する方法に関する。
第1の異方性層は、好ましくは、結晶板、配向され固化されたLC材料のフィルム(例えば、乾燥されたLC化合物または混合物、ガラス化されたLC化合物または混合物、または、重合されたLC化合物または混合物など)、延伸された重合体層、剪断された重合体層、または、光配向された重合体層、または、液晶(LC:liquid crystal)ポリマーの層である。
本発明は、更に、上および下に記載される通りの方法によって得られる多重層に関する。
本発明は、更に、好ましくは、上および下に記載される通りの方法によって得られる2つより多い層を有し、ただし、追加の層は、好ましくは、追加の工程B)、C)および任意の工程D)によって堆積される多重層に関する。
本発明は、更に、光学的または電気光学的装置における光学的リターダーまたはコンペンセータとしての、上および下に記載される通りの多重層の使用に関する。
本発明は、更に、上および下に記載される通りの多重層を含む光学的または電気光学的装置に関する。
前記光学的および電気光学的装置としては、限定することなく、電気光学的ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD:liquid crystal display)、偏光子、コンペンセータ、ビームスプリッター、反射フィルム、配向フィルム、カラーフィルター、ホログラフィック素子、ホットスタンピングホイル、カラー画像、装飾またはセキュリティ用マーキング、LC顔料、接着層、非線形光学(NLO:non−linear optic)装置および光学的情報記憶装置が挙げられる。
<用語および定義>
用語「粒子ビーム」は、イオン、中性粒子、ラジカル、電子、またはそれらの混合物(例えばプラズマなど)のビームを意味する。以降において、粒子ビームとの用語は、主に、加速されたイオンまたはプラズマのビームを表すために使用する。
用語「プラズマビーム」または「加速プラズマビーム」は、グロー放電において直ちに形成され、電界、通常は高いアノード電位によって放電領域外に押出される粒子ビームを意味する。
用語「イオンビーム」は、一般にグリッドシステムによってグロー放電より抽出されるイオン束を表すために使用する。この場合、グロー放電領域および形成されたビームは、空間的に分離される。
用語「粒子エネルギー」は、個々の粒子の運動エネルギーを意味する。粒子ソースに応じて、粒子は広いまたは狭いエネルギー分布を有する。エネルギー分布の最大に対応する粒子のエネルギーは「主粒子エネルギー」と呼ばれる。非常に狭いエネルギー分布の場合、それぞれの粒子は、主エネルギーに等しいエネルギーを有する。
用語「中程度に加速された粒子/イオン/プラズマのビーム」は、100〜10000eV、好ましくは100〜5000eV、非常に好ましくは400〜1000eVの主エネルギーを有する上で定義される通りの加速された粒子のビームを意味する。
用語「アノード層ソース」は、広い分布の粒子エネルギー、即ち、10,000eVより著しく低い最大粒子エネルギーおよび最大エネルギーの2/3のエネルギー分布の最大、即ち、主粒子エネルギーを有する中程度に加速されたプラズマ束を生成する一群のHallソースからの粒子ビームソースを意味する。このソースは、通常、粒子ビームエッチングおよびスパッタリング蒸着のために使用される。このソースの構成の詳細、動作原理および操作上のパラメータは、V.Zhurin、H.Kaufman、R.Robinson、Plasma Sources Sci.Technol.、8巻、1頁、1999年、国際特許出願公開第2004/104862号パンフレットおよび国際特許出願公開第2008/028553号パンフレットにおいて見出すことができる。
用語「非反応性粒子」は、他の粒子と反応しない(または、反応性に乏しい)粒子を意味する。十分に加速されていれば、これらの粒子は、フィルム蒸着よりも基板の物理的エッチングを引き起こす。非反応性粒子を与えるガスは、「非反応性」ガスと呼ばれる。これらのガスの例は、Ar、Xe、Krなどの希ガスである。
用語「液晶」は、幾つかの温度範囲(サーモトロピックLC)において、または、溶液における幾つかの濃度範囲(リオトロピックLC)において液晶中間相を有する材料に関する。それらは、必ずメソゲン化合物を含有する。
用語「メソゲン化合物」および「液晶化合物」は、1個以上のカラミチック(棒形状または板形状/ラス形状)またはディスコチック(ディスク形状)メソゲン基を含む化合物を意味する。用語「メソゲン基」は、液晶相(または中間相)の挙動を誘発する能力を有する基を意味する。
メソゲン基を含む化合物は、それら自体が必ずしもLC中間相を示す必要はない。また、それらが、他の化合物との混合物においてのみ、または、メソゲン化合物または材料、またはそれらの混合物を重合させた際に、LC中間相を示すことも可能である。これとしては、低分子量の非反応性LC化合物、反応性または重合性LC化合物、および、LCポリマーが挙げられる。
カラミチックメソゲン基は、通常、互いに直接または連結基を介してつながっている1個以上の芳香族または非芳香族環状基から成るメソゲン核を含んでおり、任意成分として、メソゲン核の端に結合している末端基を含んでおり、任意成分として、メソゲン核の長手側につながっている1個以上の横方向の基を含んでおり、ただし、これらの末端および横方向の基は、通常、例えば、カルビルまたはヒドロカルビル基、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシなどの極性基、または、重合性基より選択される。
用語「反応性メソゲン」は、重合性のメソゲンまたは液晶化合物、好ましくは、単量体化合物を意味する。これらの化合物は、純粋な化合物として、または、光開始剤、禁止剤、界面活性剤、安定剤、連鎖移動剤、非重合性化合物などとして機能する他の化合物との反応性メソゲンの混合物として使用できる。
また、1個の重合性基を有する重合性化合物は「一反応性」化合物とも呼ばれ、2個の重合性基を有する化合物は「二反応性」化合物とも呼ばれ、2個より多い重合性基を有する化合物は「多反応性」化合物とも呼ばれる。また、重合性基を有さない化合物は「非反応性」化合物とも呼ばれる。
用語「薄膜」は、数nm〜数μmの範囲内で、LCまたはRMの場合、通常、0.5〜100μm、好ましくは0.5〜10μmの範囲内の厚みを有するフィルムを意味する。
用語「フィルム」および「層」としては、剛直または柔軟で、機械的に安定な自立性または独立性のフィルム、ならびに、支持基板上または2枚の基板間のコーティングまたは層が挙げられる。
用語「ダイレクター」は先行技術において既知であり、LCまたはRM分子の分子長軸(カラミチック化合物の場合)または分子短軸(ディスコチック化合物の場合)の好ましい配向方向を意味する。そのような異方性分子の一軸性配列の場合、ダイレクターは異方性の軸である。
用語「配向(alignment)」または「配向(orientation)」は、「配向方向」と名づけられた一般的な方向における、小型分子または巨大分子の断片などの材料の異方性単位の配向(配向配列)に関する。LCまたはRM材料の配向された層においては、LCダイレクターは、配向方向が材料の異方性軸の方向に対応するように配向方向と一致する。
LCまたはRM材料の用語「均一配向(uniform orientation)」または「均一配向(uniform alignment)」は、例えば材料の層において、LCまたはRM分子の分子長軸(カラミチック化合物の場合)または分子短軸(ディスコチック化合物の場合)が、実質的に同一の方向に配向していることを意味する。言い換えれば、LCダイレクターの線が平行である。
本出願を通して、LCまたはRM層の配向は、他に明言しない限り、均一配向である。
用語「ホメオトロピック配向(orientation)/配向(alignment)」は、例えばLCまたはRM材料の層において、LCまたはRM分子の分子長軸(カラミチック化合物の場合)または分子短軸(ディスコチック化合物の場合)が、層面に実質的に垂直に配向していることを意味する。
用語「平面配向(orientation)/配向(alignment)」は、例えばLCまたはRM材料の層において、LCまたはRM分子の分子長軸(カラミチック化合物の場合)または分子短軸(ディスコチック化合物の場合)が、層面に実質的に平行に配向していることを意味する。
用語「チルト配向(orientation)/配向(alignment)」は、例えばLCまたはRM材料の層において、LCまたはRM分子の分子長軸(カラミチック化合物の場合)または分子短軸(ディスコチック化合物の場合)が、層面に対して0および90°の間の角度θ(「チルト角」)で配向していることを意味する。
用語「スプレイ配向(orientation)/配向(alignment)」は、フィルム面に垂直な方向にチルト角が、好ましくは最小から最大の値に変化する上に定義される通りのチルト配向を意味する。
平均チルト角θaveは、以下の通り定義される。
Figure 2012521571
式中、θ’(d’)は層内の厚みd’における局所的なチルト角であり、dは層の総厚みである。
他に明言しない限り、スプレイ層におけるチルト角は、以降、平均チルト角θaveとして与えられる。
用語「アンカー方向」は、第1の異方性層が、前記第1の層上に提供される第2の層のLCまたはRM分子に付与する配向の方向を意味する。この方向の第1の異方性層の面上の投影は、「面内」アンカー方向と呼ばれる。以降では、固有アンカー方向および誘発アンカー方向を考慮する。
「固有アンカー方向」は、異方性フィルムまたはプレート自身によって提供され、前記層またはプレート上に提供されるLC分子の層に付与されるLC配向の方向を意味する。本発明の場合、第1の層がLCまたはRM分子を含むか、それより成るのであれば、第2の層に付与される第1の層の固有面内アンカー方向は、第1および第2の層のLCまたはRM分子のタイプに依存する。第1および第2の層が同一のタイプ(カラミチックまたはディスコチックの何れか)のLCまたはRM分子を含むか、それより成る場合、第1の層上に提供される第2の層のLCまたはRM分子に付与される固有面内アンカー方向は、通常、第1の層におけるLCまたはRM分子の配向方向に平行である。第1および第2の層が異なるタイプ(一方がカラミチックで、他方がディスコチック)のLCまたはRM分子を含むか、それより成る場合、第1の層上に提供される第2の層に付与される固有面内アンカー方向は、通常、第1の層における配向方向に垂直である。チルト配向を有する第1の層の場合、固有面内アンカー方向は、層面内への前記配向方向の投影によって与えられる。
「誘発アンカー方向」は、フィルムまたは層の表面の改質によって誘発されるLCまたはRMの配向方向を意味する。本出願において、使用される表面改質の方法は、プラズマビーム照射またはラビング法である。
光学においては、異方性の軸(LC材料に対する配向軸に等しい)が光軸である。光軸の方向に偏光された光は、異方性材料において最低または最高の速度を有する。この意味において、光軸は、しばしば、「遅軸」または「速軸」と呼ばれる。光軸は一軸的に配列されたカラミチック分子のフィルムにおける遅軸であり、対応して、一軸的に配列されたディスコチックのフィルムにおける速軸である。
用語「Aプレート/フィルム」は、層面に対して平行に配向した異常軸を有する一軸性複屈折材料の層を利用する光学的リターダーを意味する。
用語「Cプレート/フィルム」は、層面に対して垂直に配向した異常軸を有する一軸性複屈折材料の層を利用する光学的リターダーを意味する。
用語「Oプレー/フィルムト」は、層面に対してある角度で傾く異常軸を有する一軸性複屈折材料の層を利用する光学的リターダーを意味する。
均一に配向する光学的に一軸性の複屈折液晶材料を含むA−およびC−プレートにおいて、フィルムの光軸は異常軸の方向によって与えられる。
また、正の複屈折率を有する光学的に一軸性の複屈折材料を含むAプレートまたはCプレートを、「+A/Cプレート」または「正のA/Cプレート」とも呼ぶ。また、負の複屈折率を有する光学的に一軸性の複屈折材料のフィルムを含むAプレートまたはCプレートを、「−A/Cプレート」または「負のA/Cプレート」とも呼ぶ。
疑念がある場合、C.Tschierske、G.PelzlおよびS.Diele、Angew.Chem.2004年、116巻、6340〜6368頁に与えられる通りの定義を適用するものとする。
a)表面エッチング、b)スパッタリング蒸着およびc)粒子ビームを使用する直接蒸着の方法を概略的に図示する。 本発明による方法において使用される通りのアノード層ソースの構成を概略的に図示する。 本発明による方法におけるプラズマビーム照射のスキーム(ソースが移動する配置に対応する。)を概略的に図示する。 本発明による方法におけるプラズマビーム照射のスキーム(サンプルが移動する配置に対応する。)を概略的に図示する。 曝露の配置、および、本発明による方法によって調製されるLC/LC多重層の第1および第2のLC層の配向方向の面内投影(方向A)を図示する。 曝露の配置、および、本発明による方法によって調製されるLC/LC多重層の第1および第2のLC層の配向方向の面内投影(方向A)を図示する。 例1の第1のRMサブフィルムに関するサンプルの回転角φに対するアナライザーの角度ψの実測(点)およびモデル化(実線)曲線を示す。 2つの偏光子間における例1の2層RMフィルムおよびそれの概略的な図解の写真およびそれの概略的な図解を示す。 2つの交差偏光子間における例3の第1のRMサブ層(1)および2層RMフィルム(2)の写真およびそれの概略的な図解を示す(ただし、(a)の場合、第1のRMサブ層の光軸は偏光子の一方に平行であり、(b)の場合、第1のRMサブ層の光軸は偏光子と45°の角度を形成している)。 例3の2層RMフィルムに関するサンプルの回転角φに対するアナライザーの角度ψの実測(点)およびモデル化(実線)曲線を示す。 例4の2層RMフィルムに関するサンプルの回転角φに対するアナライザーの角度ψの実測(点)およびモデル化(実線)曲線を示す。 2つの交差偏光子(a)間および一方の偏光子(b、c)を通す比較例1の2層RMフィルムの写真およびそれの概略的な図解を示す。 2つの交差偏光子(a)間および一方の偏光子(b、c)を通す例5の2層RMフィルムの写真およびそれの概略的な図解を示す。
本発明は、どのようにすれば、2つのAフィルム(またはOフィルム)を、それぞれ互いに平行ではない光軸(または、これらの軸のフィルム面上の投影)を有する、それぞれ互いの最上部に直接コートできるかを開示し、そのような技術は、例えば、AQWFなどの多重層リターダーを調製する費用対効果に優れる方法として使用できることを示す。
例えば、本発明の方法によって、より上のフィルムにおける配向そしてそれによってそのフィルム内の光軸方向を制御することが可能となる。このようにして、ラミネート工程が必要なくなり、例えば、2つ以上のAおよび/またはOフィルムの積重体を1つの基板上に調製できる。
本発明は、更に、中間層を一切有さず、またラミネート工程を排除して、互いの上に直接堆積された異方性層の多重層に関する。
本発明の多重層における第1の層(一層または多層)は、例えば、結晶板、乾燥されたLCフィルム(リオトロピックLCの場合)、重合されたLCフィルム(RMの場合)、または、ガラス化されたLCフィルム(サーモトロピックLCの場合)などの配向され固化されたLCフィルム、延伸された重合体層、剪断された重合体層、または、光配向された重合体層、または、LCポリマーの層などの異方性材料の層である。
多重層における第2の層(一層または多層)は、例えば、非反応性LC、RMまたはLCポリマー(1種類または多種類)などの1種類以上のLCの層である。LC材料から作製される第2の層は、第1の層の最上部に直接コートされる。第2の層を堆積する前に、例えば、国際特許出願公開第2008/028553号パンフレット(参照することにより、その開示の全体が本出願に組み込まれる。)に記載される通りの粒子ビームエッチング技術を使用して第1の層を処理する。この手法によって、第1の層に隣接する第2の層を形成するLCにアンカー方向が提供される。堆積後、任意工程として、第2の層を重合する。
次いで、第3、第4または更なる層、例えば、Aおよび/またはOフィルムを、第2の層に適用した通りと同一の配向手法を使用して、調製された積重体の最上部にコートできる。積重体を「1層ずつ」に形成することに加え、少なくとも1つに粒子ビームエッチングが予め施されている2つの第1の層の間または第1および第3の層の間に第2の層を形成する場合、「層の間に層」を形成する原理を使用できる。
本発明による方法によって、プラズマビーム法によって付与される第2の層におけるLCのアンカーリングが、第1タイプの層の異方性によって生じる第2の層におけるLCのアンカーリングに勝ること、即ち、第1の層が固有アンカー方向を有している場合、このアンカー力よりも粒子ビームの作用が勝ることが示される。これは驚くべきことであり、先行技術の文献からは予測できなかった。
好ましくは、第1の層は、固化できる、例えば、乾燥、重合またはガラス化できるLC層である。非常に好ましくは、第1の層は、1種類以上のRMの層である。そのような層は任意の適切な方法(限定することなく、従来のラビングされたポリイミド配向、光配向、イオンまたはプラズマビーム援用配向が挙げられる。)、または、任意の種類の堆積配向技術によって配向できる。
上に列挙されるコーティングを使用して、正のAおよび正のOプレートの光学的リターデーションを示すLCフィルムの均一な平面およびチルト配向を達成できる。また、これらのフィルムの配向パターニングも可能である。
よって、開示される多重層は、隣接するサブ層の固有アンカー方向によって決定されない配向方向のサブ層を含有する。これは、誘発アンカー方向と固有アンカー方向と間の角度がゼロに等しくないことを意味する。
結果として、2つのカラミチックLC層または2つのディスコチックLC層の場合、第1の層の配向方向(光軸に等しい)またはそれの前記第1の層上の投影と、この層のアンカー方向またはそれの前記第1の層上の投影とは、それぞれ互いに0°と異なる角度を形成する。第1の層がカラミチック(ディスコチック)層で、第2の層がディスコチック(カラミチック)層の場合、第1の層の光軸またはそれの前記第1の層上の投影と、第2の層の配向方向またはそれの前記第1の層上の投影とが、互いの間で90°と異なる角度を形成する。
特に好ましい方法において、多重層は、カラミチックタイプの重合された液晶(LC:liquid crystal)材料の少なくとも1つの第1の層と、カラミチックタイプのLC材料(該材料は重合されていても構わない。)の少なくとも1つの第2の層とから成り、該方法は、
A)光軸を有する重合されたカラミチックLC材料の第1の層を提供する工程と、
B)前記第1の層の表面を中程度に加速された粒子のビームに曝露し、それにより、表面エッチングを提供し、前記第1の層の前記表面上にアンカー方向を誘発する工程と、
C)前記第1の層の前記曝露された表面上にカラミチックLC材料の第2の層を提供する工程と、
D)任意工程として、LC材料の前記第2の層を重合する工程とを含み、
ただし、前記第1の層の光軸(配向軸)の第1の層面への投影と、前記第1の層の前記表面上の誘発アンカー方向(該方向は、粒子ビーム曝露によって誘発される。)のこの層面への投影とは、0°と異なる角度を形成している。
更に、好ましい方法において、多重層は、ディスコチックタイプの重合された液晶(LC:liquid crystal)材料の少なくとも1つの第1の層と、ディスコチックタイプのLC材料の少なくとも1つの第2の層とから成る。
更に、好ましい方法において、多重層は、カラミチックタイプの重合された液晶(LC:liquid crystal)材料の少なくとも1つの第1の層と、ディスコチックタイプのLC材料の少なくとも1つの第2の層とから成る。
更に、好ましい方法において、多重層は、ディスコチックタイプの重合された液晶(LC:liquid crystal)材料の少なくとも1つの第1の層と、カラミチックタイプのLC材料の少なくとも1つの第2の層とから成る。
粒子ビーム配向法は先行技術において既知であり、また、工業的用途のために有望な結果を示すことが報告されてきた。粒子としては、例えば、イオン、中性原子、電子、または、それらの混合物、特には、プラズマを使用できる。特に、LC配向のためには、以下の粒子ビーム法を選択できる:
1)表面エッチング、
2)スパッタリング蒸着、
3)直接堆積。
上述の異なる方法を同時に行うこともあるが、それらの効率は粒子のエネルギーに依存する。下では、これらの3つの方法を議論し、図1に概略的に示す。
図1aに示される通りの方法1)の場合、加速された粒子(1)のビームが100eV〜10,000eVのエネルギーを有していれば、所謂表面エッチング/ミル法が好ましい。この場合、基板(2)に衝突する粒子(1)は基板の原子(3)を抜き出し、それにより、材料の削磨が生じる。これは化学結合の切断や、反応性ガスの場合、プラズマ化学反応を伴うことがある。この所謂表面エッチング法は、表面清浄や、また、配向のためにも使用できる。
図1bに示される通りの方法2)の場合、100eV〜10,000eVのエネルギーを有する粒子(1’)の加速ビームが任意の他の基板(4)(ターゲット)に向いていれば、ターゲット(4)からの材料削磨が生じる。抜き出された粒子(1)は低いエネルギー(100eV未満)を有しており、所望の基板(2)上に堆積でき、その上にフィルム(3)を形成する。この方法は、粒子ビームスパッタリング蒸着として既知である。
最後に、図1cに示される通りの方法3)の場合、非常に低いエネルギー(100eVよりはるかに低い)を有する粒子(1)のビームが基板(2)に向いていれば、粒子は基板原子を抜き出すには不十分なエネルギーを有している。その代わり、粒子は基板上で凝結および反応することがあり、その上に常置フィルム(3)を形成する。この方法は、また、直接(粒子ビーム)堆積としても既知である。
この分類は、イオンおよびプラズマビームソースによって形成される粒子ビームを扱う方法のみを含む。熱的に起動される粒子ビーム、および物理的および化学的蒸気蒸着などの関連する方法を含んでおらず、これらは、特に大面積の基板をコーティングする場合、LC技術にそれほど好適ではない。
本発明の目的のためには、方法1)において上で記載される通りで図1aに図解される通りの表面エッチング技術を使用する。
LC分子の均一な配向を確かなものとするために、粒子ビームは、通常、配向基板に対して斜めに向けられる。この場合、変性フィルムの表面は異方性となり、これにより、LCを配向できるようになる。誘発された表面異方性は、レリーフの異方性および分子または分子間結合の異方性として現れる。
表面エッチング1)は、例えば、米国特許第4,153,529号明細書;P.Chaudhari、J.Lacey、S.A.LienおよびJ.Speidell、Jpn J Appl Phys 37巻(1〜2号)L55〜L56頁(1998年);P.Chaudhariら、Nature 411巻、56〜59頁(2001年)に開示されている。いくぶん高いエネルギー(数keV)の粒子を使用するエッチング配向の最初の試みとは対照的に、後の実験においては、エネルギーは0.1keVに下げられる。これにより、表面の劣化を最小限とするように、配向フィルムの最も最上部の層のみを処理できた。この技術によって、非常に多岐にわたる有機および無機基板上に、良好な均一性で低プレチルトの配向が提供される。
例えば、国際特許出願公開第2004/104682号パンフレットに開示される通り、直線的構成のプラズマビームソースを使用することによって、最新のLCD技術において使用される大面積の基板の配向処理にエッチング技術を適用する。また、国際特許出願公開第2008/028553号パンフレットおよびO.Yaroshchuk、R.Kravchuk、O.Parriら、Journal of the SID 16/9巻、905〜909頁(2008年)に開示される通り、RMおよび重合されたRMを配向するためにもエッチング法が提案された。
本発明による粒子ビームエッチング技術は、先行技術の配向方法と比較して多数の利点を有する。
・ラビングと比較して、本発明による粒子ビームエッチング技術は、平面およびホメオトロピック配向のより良好な微視的均一性を与え、上述の通りのラビングの他の欠点を克服する。
・スパッタリング蒸着と比較して、本発明による粒子ビームエッチング技術は技術的により単純な方法である。よって、例えば、ターゲットは必要ない。低い電圧動作のために、粒子の発生によって作業領域に「粉塵」を生じる寄生放電の量が減少する。
プラズマビームは、好ましくは、アノード層ソース(ALS:Anode Layer Source)によって一群のHall静電ソースより提供される。これは、実用的に任意のガス状フィードからの粒子の平行フラックスを提供するように設計されている。粒子フラックスは、交差電界および磁界中において放電チャネル中で直接形成される。高いアノードポテンシャルのため、加速プラズマのビームが発生するようにプラズマの一部が放電領域の外に押出される。イオンビーム配向法のために広く使用されているKaufmanソースとは対照的に、ALSはグリッドおよび高温の素子(フィラメントおよび他の二次電子ソースなど)を含んでおらず;よって構造が単純で信頼性を実質的に向上できる。外部カソード(1)、内部カソード(2)、アノード(3)および永久磁石(4)を含むALSの構成を、図2に例示する。ALSの重要な特徴は、ソースが加速プラズマの2枚の「シート」を発生するように、グロー放電がレーストラックの形状をしていることである。このため、柔軟なプラスチックフィルムのために並進またはロール−ツー−ロール並進によって、比較的大きい基板を処理できる。本発明においては、好ましくは、同様の配向結果を与える2種類の曝露配置を使用する。好ましく使用される照射のスキームを図3に例示的に図解する(ただし、(1)はALSを、(2)は移動方向を、(3)はプラズマシートを、(4)は基板を、および(5)は基板の持具を示す)。そこでは、スキームa)はソースが移動する配置1を示し、スキームb)は基板の持具が移動する配置2を示す。基板の法線より計量される曝露角は、好ましくは、45°〜85°の範囲内である。ソースおよび基板間の距離は、曝露角に依存する。例えば、図3の曝露配置b)において、ソースおよび基板間の距離は、典型的には6〜25cmで変化させる。この距離を長くすると、プラズマフラックスの電流密度を一定に保つため、圧力またはアノードポテンシャルを好ましくは増加しなければならない。
チャンバー中の残留圧力は、好ましくは、3×10−5Torrより低くなければならない。典型的に使用されるフィードガスはアルゴンである。動作圧力pは、好ましくは、1〜6×10−4Torrの範囲内である。アノードポテンシャルUは、典型的には、400V〜3000Vで変化させる。典型的には、電流密度jは、好ましくは、0.5〜50μA/cmの範囲内であり、pおよびUの値によって決定される。
上および下に記載される通りの方法においては、通常、配向されるべき層(例えば、第2の層)に隣接する配向付与層(例えば、第1の層)の表面のみに粒子ビームエッチング処理を施すと理解される。
上で説明した通り、粒子ビームエッチング法によって、第1のRM層の曝露表面より材料研磨が生じる。他の材料の場合[O.Yaroshchukら、Liq.Cryst.31巻、6号、859〜869頁(2004年)参照]の通り、粒子ビームの斜入射において、第1のRM層の粗度が異方性となる。加えて、斜照射によって、フィルムの表面上の幾つかの分子結合の角度選択的開裂が生じることがある[J.Stoehrら、Science、P.Chaudhariら、Nature、411巻、56頁(2001年)参照]。これらの両方の機構が、表面異方性およびLC配向に寄与する。
本発明によるカラミチックLCの2層または多重層フィルムを調製する典型的で好ましい方法は、以下の工程を含む。
A1)配向処理された基板上に、適切なカラミチックタイプのRMまたはカラミチックタイプのRM溶液をコートすることによって第1の層を調製する。
A2)溶液を使用する場合、溶媒を蒸発させる。次いで、例えば、熱または化学線放射に曝露することによって第1のRM層を重合し、良好に配向されたフィルム、好ましくは、+Aプレートまたは+Oプレートを与える。
B)次いで、第1のRM層の表面をプラズマビームに斜めに曝露し、それにより、アンカー方向を誘発する(ただし、前記アンカー方向またはそれの層面内への投影は、第1の層の光軸またはそれの層面内への投影と、所望の角度(0°とは異なる)を形成するように選択される)。
C)LCまたはRMの第2の層、または、それらの混合物または溶液を、上で処理された第1のRM層上にコートする。溶媒が存在する場合、それを蒸発させる。エッチング法によって、第1のRM層は、光軸および第1の層の固有アンカー方向とは異なる誘発アンカー方向における第2の層のLCまたはRMの配向を誘発する。
D)第2のRM層は上記の通り任意に重合されてもよく、良好に配向されたフィルム、好ましくは、+Aプレートまたは+Oプレートを与える。
第1のRM層を調製する(工程A1)ための配向処理された基板は、例えば、配向層、例えば、ラビングされたポリイミドまたは斜堆積されたSiOの層でコートされていてもよく、上および下で記載される通りの粒子(イオンまたはプラズマ)ビーム処理によりエッチングプロセスが施されたガラスまたはプラスチック基板である。
粒子ビームエッチング処理が施されている基板上に第1の層を調製する場合、また、第1の層の表面をエッチングするプロセスのために上および下で記載される通りの好ましい実施形態を、基板をエッチングするプロセスにも直接適用できる(即ち、これらの好ましい実施形態においては、用語「第1の層」を「基板」で置き換えることができる)。
本発明による方法は、例えば、サーモトロピック、ネマチック、コレステリックまたはスメクチックLCまたはRM化合物または混合物、クロモニックLCを含むリオトロピックLCおよびRMの均一な配向を提供するのに適している。LCまたはRMは、好ましくは、それぞれの基板上に薄層として塗工される。
また、上および下に記載される通りの第2の層を、上および下に記載される通りの2つの第1の層の間に調製することも可能である(ただし、前記第1の層の一方または両方は、本発明による粒子ビームエッチング処理プロセスが施されたものである)。
あるいは、上および下に記載される通りの第2の層を、上および下に記載される通りの第1の層と、第3の層(好ましくは重合されたRM層より選択される)との間に調製することが可能である(ただし、前記第1および前記第3の層の一方または両方は、本発明による粒子ビームエッチング処理プロセスが施されたものである)。
一方のみがエッチング処理された2つの層の間に第2の層が配置されている場合、処理された層によって第2の層上に付与されるアンカー方向は、未処理の層によって第2の層に付与される固有アンカー方向と異なってもよい。この場合、一方の表面における一方の方向から反対の表面における異なる方向へと、第2の層を通して配向方向が変化することができる。これによって、平面およびツイスト配向を有する層のためのハイブリッド配向を有する第2の層を調製できる。
あるいは、また、そのようなハイブリッド配向を有する層を、例えば、エッチング処理が施された2つの層の間(例えば、2つの第1の層の間、または、上に記載される通りの第1および第3の層の間)に層を調製することでも達成できる(ただし、2つの処理された層のエッチング処理の結果生じるアンカー方向は、それぞれ互いに異なる)。
加えて、ロール可能なプラスチック基板上の多重層フィルムの調製を、ロール−ツー−ロール(roll−to−roll)並進により実現できる。この場合、第1の層をロール−ツー−ロール(roll−to−roll)で巻き取る際に、プラズマビームプロセスを提供する。例えば、このことは、適切な真空を実現するようにして、真空チャンバー中にロールを配置し、引き続いて、層を巻解ローラーから巻取ローラーへ移動させながら、層をプラズマエッチングに曝露することで達成できる。次いで引き続いて、このロールを、従来のコーティング技術を使用して、第2の層に適切なLCまたはRM溶液でコートでき、引き続いて、例えば、UV光に曝露することで、その場でRMを重合できる。このようにして、配向され重合されたRM多重層フィルムを調製でき、また、次いで、1つの連続するプロセスにおけるロール−ツー−ロール(roll−to−roll)積層によって、他のフィルム、例えば、偏光子に積層できる。
加えて、第1の層の表面のパターン化された配向(即ち、異なる配向の領域のパターン)を、マスクを使用し、複数のエッチング工程によって実現できる。粒子ビームソースおよび基板を再配置することなく、ALS照射系によって1つのマスクおよび2段階の照射プロセスで、フィルム面内において相互に垂直な光軸を有するパターンを得ることができる。
本発明による方法を使用することにより、堆積フィルムの含有量、プラズマ束の入射角、プラズマ強度および流束量、および使用されるLCまたはRMのタイプに依存して、種々の配向方向、例えば、平面、チルトまたはスプレイ配向をLCまたはRM中に誘発できる。よって、AプレートまたはOプレートの光学的特性を有するLC層または重合されたRMフィルムを調製することが可能である。どのようにして配向を制御できるかという更に詳細な記載を例において見出すことができるが、しかしながら、これらの例に限定されると考える必要はなく、その代わりに、本発明の他の実施形態にも適用できる一般的な記載と考えるべきである。
第1の層を調製するための基板としては、例えば、ガラスまたは石英シートまたはプラスチックフィルムを使用できる。等方性または複屈折の基板を使用できる。重合後に基板を重合されたフィルムから除去しない場合、好ましくは、等方性基板を使用する。好適で好ましいプラスチック基板は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)またはポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリカーボネート(PC)またはトリアセチルセルロース(TAC)などのポリエステルのフィルム、非常に好ましくは、PETまたはTACフィルムである。また、基板は、LCディスプレイなどの光学的、電気光学的または電子的装置の部品、例えば、ITO電極、パッシブまたはアクティブマトリクス基板を含有するガラス基板、例えばLCoS装置において使用される電子的構造を備えたシリコンウエハー、またはカラーフィルター層などでもよい。また、上述の材料の1つ以上の層またはフィルムを含む基板も使用できる。
また、ポリマーフィルムを調製する際、重合前および/または重合中および/または重合後にコートされたRMの最上部に、第2の基板を設けることも可能である。基板は、重合後に除去しても、しなくても構わない。化学線放射よって硬化する場合に2枚の基板を使用するのであれば、少なくとも一方の基板は重合のために使用される化学線放射に対して透過性でなければならない。
LCまたはRM材料は、スピンコーティングまたはブレードコーティングなどの従来のコーティング技術によって、配向フィルムを保持する基板上に塗工できる。また、例えば、スクリーン印刷、オフセット印刷、リール−ツー−リール(reel−to−reel)印刷、活版印刷、グラビア印刷、輪転グラビア印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、パッド印刷、ヒートシール印刷、インクジェット印刷またはスタンプまたはプリントプレートを用いる印刷などの当業者に既知で文献に記載される従来の印刷技術によって基板に塗工することもできる。
また、LCまたはRM材料を適切な溶媒に溶解することも可能である。次いで、例えば、スピンコーティングまたは印刷または他の既知の技術により、この溶液を、配向フィルムを保持する基板上にコートまたは印刷し、溶媒を重合前に蒸発させる。多くの場合、溶媒の蒸発を促進するために、混合物を加熱することが適切である。溶媒として、例えば、標準的な有機溶媒を使用できる。溶媒は、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトンまたはシクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸メチル、酢酸エチルまたは酢酸ブチルまたはアセト酢酸メチルなどの酢酸エステル類;メタノール、エタノールまたはイソプロピルアルコールなどのアルコール類;トルエンまたはキシレンなどの芳香族溶媒類;ジクロロメタンまたはトリクロロメタンなどのハロゲン化炭化水素類;PGMEA(酢酸プロピルグリコールモノメチルエーテル)、γ−ブチロラクトンなどのグリコール類またはそれらのエステル類などから選択できる。また、上の溶媒の2成分系、3成分系以上の混合物を使用することも可能である。
また、本発明による方法はLCD工業において利用される他の真空プロセス(限定することなく、ITO堆積、TFTコーティング、例えば、ワンドロップ充填(ODF、One Drop Filling)法によるLCDの真空充填などが挙げられる。)とも両立できる。これは、LCD生産の全体が真空である技術ライン中で優位に使用でき、このため、埃、湿度、空気イオンなどに関する良く知られている問題を強力に低減できる。
本発明の以下の実施形態が特に好ましい(ここで、用語「粒子ビーム」としては、プラズマビームまたはイオンビームが挙げられる)。
−第1の層は、第1の層においてRMの所望の配向を誘発するために上および下に記載される通りの粒子ビームエッチングプロセスが施されている基板上に調製される。
−第1の層を調製するための基板は配向層を含んでおらず、および/または、ラビングされていない。
−第1の層を調製するための基板は、ラビングされた配向層、例えば、ラビングされたポリイミドを含む。
−第1の層を調製するための基板は、好ましくは、ガラス、石英、プラスチックまたはシリコンより選択される有機または無機材料を含むか、または、カラーフィルターである。
−第1の層の少なくとも一部分、好ましくは全体が、粒子ビームソースからの粒子ビームに曝露(エッチング工程)される(ただし、粒子ビームは、ソースの対称軸(粒子ビーム方向)が第1の層面に対して角度(「入射角」)を形成するように第1の層に向けられている)。
−入射角は5°〜70°、好ましくは、5°〜45°である。
−第1の層は、粒子ビームソースより5〜100cm、好ましくは、6〜20cmの距離に位置する。
−第1の層の曝露部分は、約0°の方位角φLC(プラズマビームの面内投影と、LC配向軸の面内投影との間の角度)および0°〜90°の天頂角またはプレチルト角θLC(LC層面およびLC配向軸の間の角度)、または、約90°の方位角φLCおよび約0°の天頂角θを有するアンカー方向を(第2の層のLCまたはRMに)付与する。
−粒子ビームソースは、密閉型ドリフトスラスタである。
−粒子ビームソースは、アノード層スラスタである。
−粒子ビームの電流密度は、好ましくは、0.1〜1000μA/cm、非常に好ましくは、0.5〜50μA/cmである。
−粒子ビームのイオンエネルギーは100〜5000eV、好ましくは、400eV〜2000eVである。
−粒子ビームは、好ましくは、Ar、Kr、Xeなどの希ガスから成る群より選択される1種類のガスまたは2種類以上のガスの混合物より生成される。
−曝露時間は、0.5〜5分である。
−方法は、更に、例えば、粒子ビームの曝露前または曝露中に基体にマスクを適用することによって、第1の層の所定部分に粒子ビームが到達することを防ぐためにマスクを利用する工程を含む。
−第1の層において誘発される配向は、異なる配向方向を有する少なくとも2つの領域のパターンを含む。
−粒子ビームは、シート形状である。
−方法は、粒子ビームの経路を通して第1の層を動かす工程を含む。
−連続的に動く基板、好ましくは、連続またはロール−ツー−ロール(roll−to−roll)プロセスにおいてロールより提供または巻解される柔軟性プラスチック基板上で、第1の層を粒子ビームに曝露する。
−第1および第2の層を製造するために使用されるRMは、好ましくは、同一のタイプのもの、即ち、カラミチックまたはディスコチックの何れかで、非常に好ましくは、カラミチックタイプのものである。
−第1および第2の層を製造するために使用されるRMは、ネマチック中間層(液晶層)、好ましくは、ネマチック中間層のみを有する。
−第1のRM層に誘発される配向は、平面配向である。
−第1のRM層に誘発される配向は、チルトまたはスプレイ配向である。
−第2のLCまたはRM層に誘発される配向は、平面配向である。
−第2のLCまたはRM層に誘発される配向は、チルトまたはスプレイ配向である。
−LCまたはRM層の厚み、または、多重層の場合、1つ以上の、好ましくは、それぞれの単一層の厚みは、500nm〜10μm、好ましくは、1〜5μmである。
−多重層は、第1の重合されたRM層と、重合されていないLC層である第2の層とを含み、好ましくは、これらより成る。
−多重層は、第1の重合されたRM層と、第2の重合されたRM層とを含み、好ましくは、これらより成る。
−多重層は、平面配向である2つの層(Aプレート)を含み、好ましくは、これらより成る。
−多重層は、チルトまたはスプレイ配向である2つの層(Oプレート)を含み、好ましくは、これらより成る。
−多重層は、平面層(Aプレート)およびチルトまたはスプレイ層(Oプレート)を含み、好ましくは、これらより成る。
−多重層は、2つの重合されたRM層を含み、好ましくは、これらより成る(ただし、両方のRM層におけるRMの配向方向、または、それらのフィルム面上への投影は、それぞれ互いに対して、30°〜90°、好ましくは、60°〜90°、最も好ましくは、60°または90°の角度を形成している)。
−多重層は、2つのAプレートを含み、好ましくは、これらより成る(ただし、遅軸は、それぞれ互いに対して、30°〜90°、好ましくは、60°〜90°、最も好ましくは、60°または90°の角度を形成している)。
−多重層は、2つのOプレートを含み、好ましくは、これらより成る(ただし、遅軸のフィルム面への投影は、それぞれ互いに対して、30°〜90°、好ましくは、60°〜90°、最も好ましくは、60°または90°の角度を形成している)。
−多重層は、1つのAプレートおよび1つのOプレートを含み、好ましくは、これらより成る(ただし、Aプレートの遅軸と、Oプレートの遅軸のフィルム面への投影とは、それぞれ互いに対して、30°〜90°、好ましくは、60°〜90°、最も好ましくは、60°または90°の角度を形成している)。
第1のRM層の照射の好ましいスキームを、図4aおよび4bにおいて概略的に図解する(ただし、(1)は基板であり、(2)は第1のRM層であり、(3)はプラズマビームであり、A1は第1のRM層の固有面内アンカー方向であり、A2は第1の層上のLCまたはRMのプラズマビームで誘発される面内アンカー方向であり、ψ12はA1およびA2の間の角度であり、αはプラズマビームの入射角である)。ケース(a)は低曝露線量に対応し、誘発アンカー方向A2はプラズマビームの入射面内にある(配向モード1)。次に、ケース(b)は高線量に対応し、誘発アンカー方向A2はプラズマビーム入射の面に垂直になる(配向モード2)。
本発明による方法は特定のLCまたはRM材料に限定されることなく、原理的には、先行技術より既知の全てのLCまたはRMを配向するために使用できる。LCおよびRMは、好ましくは、サーモトロピックまたはリオトロピック液晶性を示すカラミチックまたはディスコチック化合物、非常に好ましくは、カラミチック化合物、または、ある温度範囲においてLC中間相を有する1種類以上のタイプのこれらの化合物の混合物より選択される。これらの材料は、典型的には、色度が低減されているなどの良好な光学特性を有し、所望の方向に容易および迅速に配向でき、このことは大規模なポリマーフィルムの工業的生産にとって特に重要である。LCおよびRMは、二色性色素または更なる成分または添加剤を含んでいてもよい。LCは、小型分子(即ち、モノマー性化合物)またはLCオリゴマーまたはLCポリマーのいずれでも構わない。
サーモトロピックなネマチック、スメクチックまたはコレステリック中間相を有するLCまたはRM、または1種類以上のLCまたはRM化合物を含む混合物が、特に好ましい。
好ましくは、LC材料は、2種類以上、例えば、2〜25種類のLC化合物の混合物である。LCの化合物は、典型的には、ネマチックまたはネマトゲン性の物質より、例えば、アゾキシベンゼン類、ベンジリデンアニリン類、ビフェニル類、ターフェニル類、安息香酸フェニルまたはシクロヘキシル類、シクロヘキサンカルボン酸のフェニルまたはシクロヘキシルエステル類、シクロヘキシル安息香酸のフェニルまたはシクロヘキシルエステル類、シクロヘキシルシクロヘキサンカルボン酸のフェニルまたはシクロヘキシルエステル類、安息香酸の、シクロヘキサンカルボン酸のおよびシクロヘキシルシクロヘキサンカルボン酸のシクロヘキシルフェニルエステル類、フェニルシクロヘキサン類、シクロヘキシルビフェニル類、フェニルシクロヘキシルシクロヘキサン類、シクロヘキシルシクロヘキサン類、シクロヘキシルシクロヘキセン類、シクロヘキシルシクロヘキシルシクロヘキセン類、1,4−ビス−シクロヘキシルベンゼン類、4,4’−ビス−シクロヘキシルビフェニル類、フェニル−またはシクロ−ヘキシルピリミジン類、フェニル−またはシクロヘキシルピリジン類、フェニル−またはシクロヘキシルピリダジン類、フェニル−またはシクロヘキシルジオキサン類、フェニル−またはシクロ−ヘキシル−1,3−ジチアン類、1,2−ジフェニル−エタン類、1,2−ジシクロヘキシルエタン類、1−フェニル−2−シクロヘキシルエタン類、1−シクロヘキシル−2−(4−フェニルシクロヘキシル)−エタン類、1−シクロヘキシル−2−ビフェニル−エタン類、1−フェニル2−シクロヘキシル−フェニルエタン類、ハロゲン化されていてもよいスチルベン類、ベンジルフェニルエーテル、トラン類、置換桂皮酸類および更なるクラスのネマチックまたはネマトゲン性の物質の既知のクラスより選択される低分子量LC化合物である。また、これらの化合物中の1,4−フェニレン基は、横方向に一フッ素化または二フッ素化されていてもよい。LC混合物は、好ましくは、このタイプのアキラルな化合物に基づく。
LC混合物の成分として使用できる最も重要な化合物は、以下の式で特徴付けることができる。
R’−L’−G’−E−R”
式中、同一でも異なっていてもよいL’およびEは、それぞれの場合で互いに独立に、−Phe−、−Cyc−、−Phe−Phe−、−Phe−Phe−Phe−、−Phe−Cyc−、−Cyc−Cyc−、−Pyr−、−Dio−、−Pan−、−B−Phe−、−B−Phe−Phe−および−B−Cyc−およびそれらの鏡像より形成される群からの二価の基であり、ただし、Pheは無置換またはフッ素置換された1,4−フェニレンであり、Cycはトランス−1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−シクロヘキセニレンであり、Pyrはピリミジン−2,5−ジイルまたはピリジン−2,5−ジイルであり、Dioは1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであり、Panはピラン−2,5−ジイルであり、Bは2−(トランス−1,4−シクロヘキシル)エチル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイルまたはピラン−2,5−ジイルである。
これらの化合物において、G’は以下の二価の基またはそれらの鏡像:−CH=CH−、−CH=CY−、−CY=CY−、−C≡C−、−CH−CH−、−CFO−、−CH−O−、−CH−S−、−CO−O−、−CO−S−または単結合より選択され、Yはハロゲン、好ましくは、Fまたは−CNである。
R’およびR”は、それぞれの場合で互いに独立に、1〜18個、好ましくは3〜12個のC原子を有するアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルケニルオキシ、アルカノイルオキシ、アルコキシカルボニルまたはアルコキシカルボニルオキシであるか、あるいは、R’およびR”の一方は、F、CF、OCF、Cl、NCSまたはCNである。
これらの化合物の殆どにおいて、R’およびR”は、それぞれの場合で互いに独立に、異なる鎖長のアルキル、アルケニルまたはアルコキシで、ただし、C原子の総和は、ネマチック媒体中においては一般に、2および9の間、好ましくは2および7の間である。
これらの化合物またはそれらの混合物の多くは、商業的に入手可能である。これらの化合物の全ては既知であるか、文献(例えば、Houben−Weyl著、Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry]、Georg−Thieme−Verlag社、Stuttgart市などの標準的な著作)に記載されている通りの、それ自身既知の方法で調製でき、既知で前記反応に適する反応条件下で正確にできる。また、それ自身既知であるが本明細書では述べない変法も、本明細書で使用して構わない。
適切なRMは当業者に既知であり、例えば、国際特許出願公開第93/22397号パンフレット、欧州特許第0 261 712号明細書、ドイツ国特許第195 04 224号明細書、国際特許出願公開第95/22586号パンフレット、国際特許出願公開第97/00600号パンフレット、米国特許第5,518,652号明細書、米国特許第5,750,051号明細書、米国特許第5,770,107号明細書および米国特許第6,514,578号明細書で開示されている。適切で好ましい一反応性、二反応性およびキラルRMの例を以下のリストに示す。
Figure 2012521571
Figure 2012521571
Figure 2012521571
Figure 2012521571
Figure 2012521571
式中、
は、複数出現する場合、互いに独立に、重合性基、好ましくは、アクリル、メタクリル、オキセタン、エポキシ、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテルまたはスチレン基であり、
およびBは、複数出現する場合、互いに独立に、1個、2個、3個または4個の基Lで置換されていてもよい1,4−フェニレン、または、トランス−1,4−シクロヘキシレンであり、
は、複数出現する場合、互いに独立に、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−C≡C−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合であり、
は、1個以上、好ましくは1〜15個のC原子を有し、フッ素化されていてもよいアルキル、アルコキシ、チオアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシであり、または、YまたはP−(CH−(O)−であり、
は、F、Cl、CN、NO、OCH、OCN、SCN、SF、1〜4個のC原子を有し、フッ素化されていてもよいアルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシ、または、1〜4個のC原子を有し、一フッ素化、オリゴフッ素化またはポリフッ素化されたアルキルまたはアルコキシであり、
01、02は、それぞれ互いに独立に、H、RまたはYであり、
は、2−メチルブチル、2−メチルオクチル、2−メチルブトキシまたは2−メチルオクトキシなどの、4個以上、好ましくは、4〜12個のC原子を有するキラルなアルキルまたはアルコキシ基であり、
Chは、メンチルまたはシトロネリルなどの、コレステリル、エストラジオール、またはテルペノイド基より選択されるキラル基であり、
Lは、複数出現する場合、互いに独立に、H、F、Cl、CNまたは1〜5個のC原子を有し、ハロゲン化されていてもよいアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシであり、
rは、0、1、2、3または4であり、
tは、複数出現する場合、互いに独立に、0、1、2または3であり、
uおよびvは、それぞれ互いに独立に、0、1または2であり、
wは、0または1であり、
xおよびyは、それぞれ互いに独立に、0または同一または異なって1〜12の整数であり、
zは0または1であり、隣接するxまたはyが0の場合、zは0であり、
ただし、ベンゼンおよびナフタレン環は、1個以上の同一または異なる基Lで追加的に置換されていてもよい。
重合されたLCまたはRMフィルムの一般的な調製は通常の専門家に既知であり、文献、例えば、D.J.Broer、G.Challa、G.N.Mol、Macromol.Chem、1991年、192巻、59頁に記載されている。典型的には、重合性LCまたはRM材料を基板上にコートまたは他の方法により塗布し、そこで均一な方向に配向させ、例えば、熱または化学線放射に曝露して、好ましくは光重合により、非常に好ましくはUV−光重合により、選択された温度において、それのLC相中でその場で重合し、LCまたはRM分子の配向を固定する。必要に応じて、LCまたはRM材料を剪断またはアニールする、基板の表面処理、またはLCまたはRM材料に界面活性剤を添加するなどの追加的な手段により均一な配向を更に促進できる。
重合は、例えば、熱または化学線放射に重合性材料を曝露して達成する。化学線放射とは、UV光、IR光または可視光などの光による照射、X線またはガンマ線による照射またはイオンまたは電子などの高エネルギー粒子による照射を意味する。好ましくは、重合はUV照射により行う。化学線放射ソースとしては、例えば、単一のUVランプまたはUVランプのセットを使用できる。高いランプ出力を使用すると、硬化時間を短くできる。もう1つの可能な化学線放射ソースは、例えば、UV、IRまたは可視レーザーなどのレーザーである。
重合は、好ましくは、化学線放射の波長において吸収する開始剤の存在下で行う。この目的のために、好ましくは、重合性LC材料は、好ましくは0〜5%、非常に好ましくは0.01〜1%の濃度で1種類以上の開始剤を含む。例えば、UV光を用いて重合する場合、UV照射下で分解し、重合反応を開始するフリーラジカルまたはイオンを生成する光開始剤を使用できる。アクリレートまたはメタクリレート基を重合するには、好ましくは、ラジカル光開始剤を使用する。ビニル、エポキシドまたはオキセタン基を重合するには、好ましくは、カチオン性光開始剤を使用する。また、加熱したときに分解し、重合反応を開始するフリーラジカルまたはイオンを生成する熱重合開始剤を使用することも可能である。典型的なラジカル光開始剤は、例えば、商業的に入手できるIrgacure(登録商標)またはDarocure(登録商標)(Ciba Geigy社、Basel市、スイス国)である。典型的なカチオン性光開始剤は、例えば、UVI 6974(Union Carbide社)である。
LCまたはRM材料は、1種類以上の添加剤、例えば、触媒、増感剤、安定剤、禁止剤、連鎖移動剤、共反応モノマー、界面活性化合物、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水化剤、接着剤、流動性改良剤、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、助剤、着色剤、色素、顔料またはナノ粒子などを追加的に含むことができる。
本発明の配向されたLCまたはRM層およびポリマーフィルムは、例えば、LCDにおいて大きな視野角におけるコントラストおよび輝度を改良し色度を低減するために、リターデーションまたはコンペンセーションフィルムとして使用できる。それらは、LCD内のスイッチ可能なLCセルの外側か、または、スイッチ可能なLCセルを形成しかつスイッチ可能なLC媒体を含有する、通常ガラス基板である基板間(インセル(incell)用途)で使用できる。
また、本発明のポリマーフィルムは、他のLCまたはRM材料のための配向フィルムとしても使用できる。例えば、スイッチ可能なLC媒体の配向を誘発または改良するために、または、その上にコートされた重合性LC材料の引く続く層を配向するために、LCD中においてポリマーフィルムを使用できる。このようにして、重合されたLCフィルムの積重体を調製できる。
本発明のLCまたはRM層および多重層フィルムは、例えば、視野角のコンペンセーションのために、または、一定の位相リターデーションを提供するために、光学的リターダーまたはコンペンセータとして、例えば、AQWFとして使用できる。
本発明のLCまたはRM層および多重層フィルムは、種々のタイプのLCディスプレイ、例えば、DAP(deformation of aligned phases:配向相変形)、ECB(electrically controlled birefringence:電界効果複屈折)、CSH(colour super homeotropic:カラースーパーホメオトロピック)、VA(vertically aligned:垂直配向)、VANまたはVAC(vertically aligned nematicまたはcholesteric:垂直ネマチック配向または垂直コレステリック配向)、MVA(multi−domain vertically aligned:マルチドメイン垂直配向)またはPVA(patterned vertically aligned:パターン化垂直配向)モードなどの垂直配向のディスプレイ;OCB(optically compensated bend cellまたはoptically compensated birefringence:光学補償ベントセルまたは光学補償複屈折)、R−OCB(reflective OCB:反射OCB)、HAN(hybrid aligned nematic:ハイブリッドネマチック配向)またはパイセル(π−cell)モードなどのベンドまたはハイブリッド配向のディスプレイ;TN(twisted nematic:ツイストネマチック)、HTN(highly twisted nematic:高ツイストネマチック)、STN(super twisted nematic:超ツイストネマチック)、AMD−TN(active matrix driven TN:アクティブマトリックス駆動TN)モードなどのツイスト配向のディスプレイ;IPS(in plane switching:面内スイッチング)モードのディスプレイ、または光学的等方性相においてスイッチングするディスプレイにおいて使用できる。
本発明は、好ましい実施形態を特に参照して、上および下に記載される。そこでは、本発明の精神および範囲より逸脱することなく、各種の変更および改変を行っても構わないと理解すべきである。
文意が明らかに他を示さない限り、本明細書において複数形で使用される用語は単数形を含むものとして本明細書では解釈され、逆もそうである。
本明細書の記載および請求項を通して、用語「含む(comprise)」および「含有する(contain)」および派生語、例えば、「含んでいる(comprising)」および「含む(comprises)」は「限定せずに含む(including but not limited to)」を意味し、他の成分を排除することを意図しない(排除しない)。
本発明の範囲内に依然として収まりながら、本発明の前述の実施形態を変形することが可能であると認識されるであろう。他に明言しない限り、本明細書で開示されるそれぞれの特徴は、同一、等価または同様の目的に働く代わりの特徴によって置き換えても構わない。よって、他に明言しない限り、開示されるそれぞれの特徴は、一般的な一連の等価または同様な特徴の1つの例に過ぎない。
本明細書中で開示される全ての特徴は、そのような特徴および/または工程の少なくとも幾つかが相互に排他的な組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。特に、本発明の好ましい特徴は本発明の全ての態様に適用でき、任意の組み合わせで使用できる。同様に、本質的でない組み合わせにおいて記載される特徴は別々に(組み合わせずに)使用できる。
上に記載される特徴、特に、好ましい実施形態の多くは、それら自体で発明性を有しており、本発明の実施形態の単なる一部と言う訳ではないと認識されるであろう。現時点で特許請求されている任意の発明に加えるか代えて、これらの特徴に対して独立に特許保護を求めることがある。
ここで、以下の例を参照して本発明を更に詳細に記載するが、以下の例は本発明の範囲を限定せず本発明を単に説明するものである。
上および下において、他に明言しない限り、パーセンテージは重量パーセントであり、温度は摂氏度で与えられる。
以下の略号を使用する:
:アノードポテンシャル(V)
j:電流密度(μA/cm
τ:曝露時間
α:プラズマビームの入射角
ψ12:多重層における第1および第2の異方性層の遅軸の面内投影の間の角度
ψ:偏光解析法におけるアナライザーの角度
φ:偏光解析法におけるテスト光入射角(サンプルの回転角)
φLC:LCの方位角
θLC:LCの極角(プレチルト角)
<例1−AQWFの調製>
<1.1 第1のRM層の形成>
以下の配合物(配合物1)を調製する。
<配合物1>
RMM684 40.00%
トルエン 60.00%
RMM684は、平面配向用の商業的に入手可能なカラミチックRM混合物である(ドイツ国、ダルムスタット市、メルク社製)。
ラビングされたポリイミドがコートされたガラス製スライド上に、配合物1を3000rpmでスピンコートする。サンプルを60℃で30秒間アニールする。アニール後、250〜450nmのフィルターを有するEFOSランプ(200mW/cm)を使用し、周囲温度において60秒間サンプルを重合する。スライドのリターデーションのプロファイルを、消光型偏光解析法を使用して測定する[O.Yaroshchukら、J.Chem.Phys.、114巻、5330頁(2001年)に記載される通り]。
図5に、重合されたフィルムのリターデーションのプロファイル(サンプルの回転角φに対するアナライザーの角度ψ)を示す(点は測定された値を表す)。また、比較のために、モデル化された値(実線)も示す。曲線1および2は、それぞれ、フィルムの遅軸の垂直および水平位置に対応する。モデル化された曲線は、実験データと良好に一致している。フィルムの面内(in−plane)および面外(out of−plane)リターデーションは、それぞれ、206.5nmおよび−10nmである。これらのデータは、フィルムが正のAプレートの光学的特性を有することを示す。
<1.2 第2のRM層の形成>
以下の配合物(配合物2)を調製する。
<配合物2>
RMM698 20%
トルエン 80%
RMM698は、平面配向用の商業的に入手可能なカラミチックRM混合物である(ドイツ国、ダルムスタット市、メルク社製)。
プラズマビームのサンプル上への投影が第1の層の固有アンカー方向と約60°の角度を形成するように、図2aに示される配置においてArプラズマのビームにより、例1.1の第1の層を斜めに加工(エッチング)する(α=25°、U=600V、τ=3分、j=6〜8μA/cm)。
プロセスのパラメータは、誘発LCアンカー方向がプラズマビームの面内投影に平行(図4aにおけるA方向)であるLC層の配向モード1に対応している[O.Yaroshchukら、Liq.Cryst.、31巻、6号、859〜869頁(2004年)参照]。
プラズマ処理された例1.1の第1の層上に、配合物2を3000rpmでスピンコートする。サンプルを60℃で30秒間アニールする。アニール後、250〜450nmのフィルターを有するEFOSランプ(200mW/cm)を使用し、周囲温度において60秒間サンプルを重合する。光学顕微鏡法により、フィルムの積重体は明瞭に区別される良好に配向された2つのフィルムから成ることが示される。交差偏光子の間においてフィルムの積重体を回転することにより、フィルムのリターデーションが変化することが観察されるが、しかしながら、いずれの点においても暗状態は観察されない。
図6に、2つの偏光子(偏光子およびアナライザー)の間において見た2層RMフィルムの写真およびそれの概略的な図解を示す(ただし、2つの偏光子の軸の間の角度は約30°である)。矢印P1、P2、A1およびA2は、それぞれ、偏光子、アナライザーの位置、第1および第2のフィルムの光軸方向を示す。2つの光軸の間の角度ψ12は、およそ60°である。これらの位置において、暗状態に達する。
上記の通り混合物RMM698(ただし、RMM698は3重量%の二色性アゾ色素によりドープされている。)より第2のフィルムを形成することにより、第2のフィルムにおけるRMの配向がA方向にあることが(図4bにおいて示される通り)確認される。
上の結果は、例1のプロセスによって得られるフィルムが、それらの遅軸がそれぞれ互いに約60°の角度を向いている2つのAプレートの積重体であることを示している。
<例2−AQWFの調製>
例1に記載する通りに配合物1より第1のRM層を調製し、プラズマビームのサンプル上への投影が第1の層の固有アンカー方向と約30°の角度を形成するように、図4bに示される配置において、プラズマビームに曝露する。一連の使用されるプロセスパラメータ(α=25°、U=600V、j=6〜8μA/cm、τ=20分)は、プラズマビームの入射面に垂直な誘発アンカー方向に対応する(配向モード2)(図4bにおけるA方向)。これは、誘発アンカー方向が第1のRMサブ層の固有アンカー方向と約60°の角度を形成することを意味する。
例1に記載される通りにして、配合物2の第2のRMサブ層を第1のRM層上にコートする。このフィルムの光軸を検出し、誘発アンカー方向内にあること、即ち、ψ12が、およそ60°であることが見い出される。
<例3−2つの交差Aフィルムから成るTN−LCD用の広視野角コンペンセーションフィルム>
以下の配合物(配合物1)を調製する。
<配合物3>
RMM256C 30%
トルエン 70%
RMM256Cは、平面配向用の商業的に入手可能なカラミチックRM混合物である(ドイツ国、ダルムスタット市、メルク社製)。
ラビングされたポリイミドがコートされたガラス製スライド上に、配合物3を3000rpmでスピンコートする。サンプルを60℃で30秒間アニールする。アニール後、250〜450nmのフィルターを有するEFOSランプ(200mW/cm)を使用し、周囲温度において60秒間サンプルを重合する。これにより、第1の重合されたRM層を得る。
図7に、2つの交差偏光子の間における、重合された第1のRM層(1)の写真およびそれの概略的な図解を示す(ただし、(a)の場合、第1のRM層の光軸(A)は偏光子の一方に平行であり、(b)の場合、第1のRM層の光軸は偏光子と45°の角度を形成している)。
第1のRM層のリターデーションのプロファイルを偏光解析法を使用して測定し、例1.1の第1の層のものと同様である(図5参照)。これは、第1のRM層が正のAフィルムであることを意味する。
引き続いて、第1の層の誘発アンカー軸と、プラズマビームのフィルム面への投影との間の角度が90°であるように、図4aに示される配置において、重合された第1のRM層をプラズマビームに曝露する(α=25°、U=600V、j=6〜8μA/cm、τ=3分)。
次いで、第1の層について記載される通りに、第1のRM層上に配合物3の第2のRM層をコートおよび重合する。
2つの交差偏光子の間における、得られた2層フィルムの写真を、図7(2)に概略的に図解する(ただし、(a)の場合、第1のRM層の光軸(A)は偏光子の一方に平行であり、(b)の場合、第1のRM層の光軸は偏光子と45°の角度を形成している)。このフィルムの面内リターデーションを無視できることは明らかである。
また、これは、交差する光軸を有する重合されたRMM256Cの2つの層を含む2層フィルムの実測(点)およびモデル化(実線)サンプルの回転角φに対するアナライザーの角度ψの曲線を表す図8に示されるリターデーションのプロファイルによっても確認される。曲線1および2は、それぞれ、測定の際に第1の層の遅軸(A)の垂直および水平位置に対応する。モデル化された曲線は、実験データと良好に一致している。フィルムの面内および面外リターデーションは、それぞれ、7.7nmおよび−130nmである。これらのデータは、2層フィルムが負のCプレートの光学的特性を有することを示す。
<例4−2つの交差Oフィルムから成るTN−LCD用の広視野角コンペンセーションフィルム>
以下の配合物(配合物4)を調製する。
<配合物4>
RMM19B 30%
トルエン 70%
RMM19Bは、チルト/スプレイ配向の商業的に入手可能なカラミチックRM混合物である(ドイツ国、ダルムスタット市、メルク社製)。
アンカー方向Aを提供するプラズマビームで処理されたポリイミドフィルムによって覆われたガラス製スライド上に、配合物4をコートする。その後、例1に記載される通りにして、RMフィルムをアニールおよび重合する。
図9は、測定された(点)およびモデル化された(実線)サンプルの回転角φに対するアナライザーの角度ψの曲線を含む、重合されたフィルムのリターデーションのプロファイルを示す。曲線1および2は、遅軸の面内投影の垂直および水平位置に対応する。プロファイルは、約45°の遅軸の極角を有する典型的な正のOフィルムのそれに対応している。
次いで、アンカー方向A(第2の層の配向軸の面内投影に対応)が第1の層の光軸の面内投影(方向A)に垂直に誘発されるように、第1のRM層の表面を図4aに示される通りの配置1においてプラズマビームにより処理する。
次いで、第1の層について記載される通りにして、配合物4の第2のRM層を第1のRM層上にコートし、重合する。
<比較例1−ラビングされたRM層上に提供されるRM層>
<1.第1のRM層の形成>
ラビングされたポリイミドがコートされたガラス製スライド上に、例1の配合物1を3000rpmでスピンコートする。サンプルを60℃で30秒間アニールする。アニール後、250〜450nmのフィルターを有するEFOSランプ(200mW/cm)を使用し、周囲温度において60秒間サンプルを重合する。
スライドのリターデーションのプロファイルを、消光型偏光解析法を使用して測定する。このフィルムのリターデーションのプロファイルは、例1において第1の層に示されるものと同様である(図5参照)。
次いで、標準的なラビングの手法を使用してビロード布により、重合されたRMフィルムを手作業でラビングする。ラビング長は約25cmで、ラビング圧は約0.15Ncm−2である。ラビング方向は、第1の層の遅軸と45°の角度を形成している。
<2.第2のRM層の形成>
以下の配合物(配合物5)を調製する。
<配合物5>
RMM698 29%
分散オレンジ3 1%
トルエン 70%
第1の層のラビングされた表面上に、配合物5を3000rpmでスピンコートする。形成されたフィルムを60℃で30秒間アニールし、次いで、250〜450nmフィルターのEFOSランプ(200mW/cm)を使用し、60秒間、周囲温度において重合する。
図10に、交差偏光子の間(a)および1つの偏光子(b、c)を通して、2層フィルムの写真およびそれの概略的な図解を示す。(b)および(c)の場合は、サブ層2中の二色性色素による最小および最大の光吸収に対応する。矢印RおよびRは、第1および第2のRM層に対する配向表面のラビング方向を示す一方で、PおよびPは偏光子およびアナライザーの偏光軸を示す。概略的な図解においては、矢印のラベルRおよびRを、それぞれ互いに交換する必要がある。
交差偏光子の間において回転すると、2層フィルムは、明瞭な暗および明状態を示す(図10a)。これは、第2の層における遅軸が第1の層の遅軸に平行であることを示唆する。換言すれば、第2のRM層におけるRMは、ラビング方向R(これは、第1の層の配向方向に対して45°である。)よりも第1の層におけるRMと同一の配向方向に配向している。このことは、偏光中において画像(図10bおよび10c)を撮影することで完全に確認される(光の偏光方向が第1の層における配向方向と一致する場合に、サンプルが暗くなることを示している)。これにより、第2の層における二色性色素、よってRMは、第1のRM層の配向方向に配向していることが証明される。
これは、ラビングのプロセスによって付与される配向力が、第1の層のRMの配向力に勝るほどは強くないことを示す。
<例5−色素化RMサブ層を含む多重層>
比較例1における通りのラビングされたポリイミドがコートされたガラス製スライド上に、配合物1の層(第1の層)を堆積する。引き続き、図2aに示す通りの配置において、プラズマビームの曝露(α=25°、U=600V、j=6〜8μA/cm、τ=3分)により層を加工する。プラズマビームの面内投影は、第1の層の光軸と45°の角度を形成している。
比較例1の工程2に記載される通りにして、第1の層上に配合物5をコートする。
図11に、交差偏光子の間(a)および1つの偏光子(b、c)を通して見る、得られた2層フィルムの写真およびそれの概略的な図解を示す。(b)および(c)の場合は、第2のサブ層中の二色性色素による最小および最大の光吸収に対応する。矢印PおよびPは偏光子およびアナライザーの偏光軸を示す。矢印RおよびPAは、それぞれ、ラビング方向およびプラズマ処理方向を示す。写真は、第2の層におけるRMが第1の層のプラズマ処理方向に配向していることを示す(図4aにおけるA方向、ψ12=45°)。
これにより、プラズマビームのプロセスによって付与されるRMのアンカーは、第1の層におけるRM分子の配向的秩序によって生じるRMのアンカーに勝ること、即ち、プラズマプロセスによって付与される配向力は、第1の層のRMの配向力に勝ることが証明される。

Claims (14)

  1. 光軸を有する少なくとも1つの第1の異方性層と、液晶(LC:liquid crystal)材料(該材料は、LCポリマーまたは重合されたLC材料であってよい。)の少なくとも1つの第2の異方性層とから成る多重層を調製する方法であって、
    A)光軸を有する第1の異方性層を提供する工程と、
    B)前記第1の層の表面を中程度に加速された粒子のビームに曝露し、それにより、表面エッチングを提供し、前記第1の層の前記表面上にアンカー方向を誘発する工程と、
    C)前記第1の層の前記曝露された表面上にLC材料の層を提供する工程と、
    D)任意工程として、LC材料の前記第2の層を重合する工程とを含み、
    ただし、前記第1の層の前記光軸の前記第1の層面への投影は、前記第1の層の前記表面上の面内アンカー方向(該方向は、粒子ビーム曝露によって誘発される。)と角度(ただし、該角度は0°と異なる)を形成している
    ことを特徴とする方法。
  2. 第1の異方性層は、結晶板、配向され固化されたLC材料のフィルム、延伸された重合体層、剪断された重合体層または光配向された重合体層、または、LCポリマーの層であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 多重層は、重合された液晶(LC:liquid crystal)材料の少なくとも1つの第1の層と、LC材料(該材料は重合されていてもよい。)の少なくとも1つの第2の層とから成り、該方法は、
    A)光軸を有する重合されたLC材料の第1の層を提供する工程と、
    B)前記第1の層の表面を中程度に加速された粒子のビームに曝露し、それにより、表面エッチングを提供し、前記第1の層の前記表面上にアンカー方向を誘発する工程と、
    C)前記第1の層の前記曝露された表面上にLC材料の第2の層を提供する工程と、
    D)任意工程として、LC材料の前記第2の層を重合する工程とを含み、
    ただし、前記第1の層の光軸の第1の層面への投影と、前記第1の層の前記表面上のアンカー方向または前記第1の層の前記表面上のアンカー方向の投影とは(前記方向は、粒子ビーム曝露によって誘発される。)、0°と異なる角度を形成していることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 粒子ビームはプラズマまたはイオンのビームであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 第1および第2の層はカラミチックLCまたはRMから成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 第1および第2の層はディスコチックLCまたはRMから成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  7. 第1の層におけるLCまたはRMは、平面、チルトまたはスプレイ配向を有することを特徴とする請求項5または6に記載の方法。
  8. 第2の層におけるLCまたはRMは、平面、チルトまたはスプレイ配向を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 第1の層の光軸またはそれの層面への投影と、第2の層の光軸またはそれの層面への投影とは、それぞれ互いと60°〜90°の角度を形成していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 多重層は2つより多い層を含み、追加の層は、追加の工程B)、C)および任意の工程D)によって堆積されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法によって得られる多重層。
  12. 光学的または電気光学的装置における光学的リターダーまたはコンペンセータとしての請求項11に記載の多重層の使用。
  13. 請求項11に記載の多重層を含む光学的または電気光学的装置。
  14. 電気光学的ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD:liquid crystal display)、光学的フィルム、偏光子、コンペンセータ、ビームスプリッター、反射フィルム、配向フィルム、カラーフィルター、ホログラフィック素子、ホットスタンピングホイル、カラー画像、装飾またはセキュリティ用マーキング、LC顔料、接着層、非線形光学(NLO:non−linear optic)装置および光学的情報記憶装置から成る群より選択される請求項13に記載の装置。
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