DE69831186T2

DE69831186T2 - Orientierungsschicht für Flüssigkristall und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69831186T2
Application number: DE69831186T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hiraoka; Yasumasa Yokohama Kanagawa Takeuchi; Shin-ichi Yokkaichi Mie Kimura; Yasuo Yokkaichi Mie Matsuki; Toshihiro Ogawa; Masayuki Yokkaichi Mie Kimura
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2018-04-29
Also published as: US6312769B1; EP0875781A2; DE69831186D1; KR19980081839A; EP0875781B1; EP0875781A3

Description

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallausrichtungsschicht, ein Herstellungsverfahren für diese und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche diese umfasst. Genauer gesagt betrifft sie ein Verfahren zur Erzeugung einer Flüssigkristallausrichtungsschicht mittels Ausrichten von Molekülen in einem Oberflächenbereich der Schicht durch Belichten mit einem polarisierten gepulsten Laserstrahl, eine durch das Verfahren erzeugte Flüssigkristallausrichtungsschicht und eine diese umfassende Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Momentan ist eine TN-Flüssigkristallanzeigevorrichtung (TN = Twisted Nematic) mit sogenannten TN-Flüssigkristallzellen bekannt, welche durch Ausbilden einer Flüssigkristallausrichtungsschicht auf der Oberfläche eines Substrats, welches einen transparenten leitfähigen Film aufweist, um ein Substrat für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung herzustellen, durch Anordnen von zwei dieser Substrate, so dass sie sich einander gegenüberliegen, zur Ausbildung einer nematischen Flüssigkristallschicht mit dielektrischer Anisotropie zwischen den zwei Substraten zur Ausbildung einer Zelle mit Sandwichstruktur, und durch kontinuierliches Verdrehen der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle um 90° von einem Substrat zum anderen Substrat hergestellt wird.
Die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wie etwa diese TN-Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wird im Allgemeinen durch eine Flüssigkristallausrichtungsschicht bewirkt, welche die Flüssigkristallmoleküle durch Reiben ausrichten kann.
Jedoch sind mit diesem Reiben die folgenden Probleme verbunden:

(1) Da eine statische Aufladung zu einer Zerstörung einer TFT-Vorrichtung führen kann, werden in den Herstellungsgeräten im Allgemeinen Gegenmaßnahmen gegen die statische Aufladung getroffen. Jedoch sind die Gegenmaßnahmen gegen eine durch Reiben erzeugte statische Aufladung nicht perfekt.
(2) Da das Reiben Staub erzeugt, ist eine Reinigung als ein anschließender Schritt erforderlich, so dass dadurch die Anzahl der Schritte steigt.
(3) Da sich ein abgestufter Bereich und ein flacher Bereich einer Ausrichtungsschicht mit abgestuftem Bereich hinsichtlich der Reibebedingungen unterscheiden, können die Ausrichtungsspannkraft und der Drehwinkel (Tiltwinkel) leicht ungleichmäßig sein.
(4) Da das Reiben in einer einzigen Richtung durchgeführt wird, wird das Herstellungsverfahren einer Ausrichtungsschicht, die geteilte Ausrichtungspixel aufweist, kompliziert.
(5) Zum gleichförmigen Reiben einer Ausrichtungsschicht für ein großformatiges Substrat, z.B. ein Substrat, das 550 × 650 mm oder mehr misst, ist eine spezielle Ausstattung erforderlich.

Zur Vermeidung der vorstehenden Probleme wurden Verfahren zur Vorsehung einer Flüssigkristallausrichtungsschicht mit einer Fähigkeit zur Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen ohne die Notwendigkeit einer Reibungsbehandlung (es wird hierin nachstehend auf „Nichtreibebehandlung" sich bezogen) ebenso entwickelt. Eines dieser Verfahren ist es, eine Flüssigkristallausrichtungsschicht mit Laserstrahlen zu belichten.
Die JP-A-2-196219 (der Ausdruck „JP-A", wie er hierin verwendet wird, steht für „ungeprüfte, veröffentlichte japanische Patentanmeldung") offenbart ein Verfahren zur Erzeugung einer Flüssigkristallausrichtungsschicht durch Belichten der Oberfläche eines Polymerfilms auf einem Elektrodensubstrat in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit hochintensiven Strahlen aus einem Ultraviolettlaser wie etwa einem XeF-, XeCl-, KrF-, ArF- oder F2-Excimerlaser, um eine periodische Oberflächenstruktur zu erzeugen.
Die JP-A-6-130390 offenbart ein Verfahren zur Belichtung einer Ausrichtungsschicht, welches die auf dem Substrat in einer vorbestimmten Richtung ausgebildeten Flüssigkristallmoleküle ausrichtet, und zwar mit Strahlen aus einem Excimerlaser durch eine Maske mit einer großen Anzahl an Schlitzlöchern parallel zueinander, während das Innere des Behälters entgast ist, d.h. in einem Vakuumbehälter.
Die JP-A-5-232472 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrooptischen Vorrichtung, die eine auf den Oberflächen eines Paars von transparenten Substraten mit Flüssigkristallen ausgebildete Ausrichtungsschicht umfasst, wobei die Oberflächen zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei die Flüssigkristalle in den Zwischenraum zwischen dem Paar transparenter Substrate gefüllt sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden der Ausrichtungsschicht mit den Spacern für die Trägerung eines Flüssigkristallfilms auf den gegenüberliegenden Oberflächen der transparenten Substrate und Belichten der Ausrichtungsschicht mit Laserstrahlen, um die Flüssigkristallmoleküle auszurichten.
In beiden der vorstehenden Verfahren wird eine periodische Oberflächenstruktur auf der Oberfläche der Ausrichtungsschicht erzeugt, da die Polymermoleküle in einem Oberflächenbereich der Ausrichtungsschicht in einem bestimmten Zyklus geschnitten werden und die geschnittenen Atome oder Moleküle oxidiert werden, so dass sie bei Belichtung der Flüssigkristallausrichtungsschicht mit Laserstrahlen in die Gasphase überführt werden. Deshalb haben diese Verfahren den Nachteil, dass die Umgebung eines Reinraums durch in die Gasphase überführte zersetzte Produkte verunreinigt wird und dass die elektrischen Eigenschaften der Oberfläche nicht hinreichend sind, da eine periodische Oberflächenstruktur auf der Oberfläche durch die Zersetzung der Polymermoleküle erzeugt wird.
Luo et al., 9. Int. Symp. On Elect., Shanghai, China 1996, Seiten 662–667, offenbaren eine gepulste Laserbelichtung einer Flüssigkristallausrichtungsschicht, welche einen zur Ausrichtung von nematischen Flüssigkristallen leitfähig gemachten Polyimidfilm umfasst. Ein gepulster ultravioletter Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm und einer Pulslänge von 30 ns wird eingesetzt. Der Belichtungsenergiefluss variiert im Bereich von 15 bis 80 mJ/cm².
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zur Ausrichtung von Molekülen in einem Oberflächenbereich einer Ausrichtungsschicht mittels einer Nichtreibebehandlung vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, mit dem Moleküle in einem Oberflächenbereich einer Ausrichtungsschicht effektiv ohne Erzeugung von Staub oder zersetzten Produkten ausgerichtet werden können.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, mit dem eine periodische Oberflächenstruktur, welche eine Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle ermöglicht, auf der Oberfläche eine Ausrichtungsschicht ausgebildet werden kann, und zwar nicht in einer zerstörenden Art und Weise ohne Zersetzung der Moleküle in dem Oberflächenbereich der Ausrichtungsschicht.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallausrichtungsschicht vorzusehen, die aus einem Polyimidfilm aufgebaut ist und die Unregelmäßigkeiten oder auf der Oberfläche ausgebildete Schwellungen aufweist, und zwar in einer nicht zerstörenden und periodischen Art und Weise.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorzusehen, welche die vorstehende erfindungsgemäße Flüssigkristallausrichtungsschicht umfasst.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Erfindungsgemäß können als erstes die vorstehenden Aufgaben und Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung durch folgendes Verfahren zur Erzeugung eines Flüssigkristallfilms erzielt werden, welches das Belichten eines organischen Films mit polarisierten gepulsten Laserstrahlen mit einer Belichtungsenergie (ungefähr 1 mJ/cm² bis 3 mJ/cm²) von viel weniger als die unterste kritische Belichtungsenergie (ungefähr 10 mJ/cm²), bei der die Zersetzung durch Belichtung der Polymermoleküle auftritt, umfasst, um Polymermoleküle in einem Oberflächenbereich der organischen Films auszurichten.
Erfindungsgemäß wird zweitens eine Flüssigkristallausrichtungsschicht vorgesehen, welche aus einem Polyimidfilm aufgebaut ist und welche durch Belichtung mit einem polarisierten gepulsten Laserstrahl ausgerichtete Moleküle aufweist, und zwar in einem Oberflächenbereich davon, wobei sie durch das vorstehende Verfahren erhalten wird.
Erfindungsgemäß wird drittens eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorgesehen, welche die vorstehende Flüssigkristallausrichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
1 der angehängten Zeichnung zeigt die Beziehung zwischen dem Transmissionsgrad (%) einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung und der Spannung (Volt). Eine Kurve A ist für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung aufgezeigt, die eine mit einem Laserstrahl belichtete Flüssigkristallausrichtungsschicht umfasst, und es ist eine Kurve B für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung aufgezeigt, die eine geriebene Flüssigkristallausrichtungsschicht zeigt.
Als erstes wird eine Beschreibung für das Verfahren der vorliegenden Erfindung angeben.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der organische Film zur Ausbildung einer Flüssigkristallausrichtungsschicht aus einem organischem Polymer ausgebildet: Veranschaulichende Beispiele des organischen Polymers schließen Polyamide, Polysulfone, Polyester, Polyamide, Poly(meth)acrylate, Polycarbonate, Polyphenylensulfide, Polyphenylenoxide, Norbonenharze und der gleichen mit ein.
Jegliche bekannten organischen Polymere können eingesetzt werden. Von diesen organischen Polymeren mit einem Übergangspunkt (Tg) oder Schmelzpunkt (Tm) von wenigstens ungefähr 90°C und einem SP-Wert (Löslichkeitsparameter) von wenigstens 8,5 sind bevorzugt.
Tg ist weiter bevorzugt wenigstens 150°C und besonders bevorzugt wenigstens 180°C.
Diese organischen Polymere, welche nicht mit einem gewöhnlichen Lösungsmittel wie etwa einem Alkohol oder Keton aufquellen, werden vorteilhafterweise eingesetzt.
Ein Polyimid, eines der organischen Polymere, enthält durch die folgende Formel (I) dargestellte Wiederholungseinheiten:
worin R⁰¹ eine vierwertige organische Gruppe und R⁰² eine zweiwertige organische Gruppe ist.
R⁰¹ ist eine vierwertige organische Gruppe, erhältlich durch Entfernen von vier Carboxylgruppen aus einer Tetracarbonsäure, und R⁰² ist eine zweiwertige organische Gruppe, erhältlich durch Entfernen von zwei Aminogruppen aus einer Diaminverbindung.
Das vorstehende Polyimid kann durch Reaktion eines Tetracarbonsäuredianhydrids und einer Diaminverbindung in einem organischen Lösungsmittel zur Synthese einer Polyamicsäure und durch Entwässerung und, falls erforderlich, einen Ringschluss der Polyamicsäure erhalten werden.
[Tetracarbonsäuredianhydrid]
Veranschaulichende Beispiele des Tetracarbonsäuredianhydrids schließen die folgenden mit ein: 1,2,3,4-Butantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2-Dimethyl-1,2,3,4-cyclobutan-tetracarbonsäuredianhydrid, 1,3-Dimethyl-1,2,3,4-cylcobutantetracarbonsäuredianhydrid, 1,3-Dichlor-1,2,3,4-cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,3,4-Tetramethyl-1,2,3,4- Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,3,4-Cyclopentantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,4,5-Cyclohexantetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Dicyclohexyltetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,5-Tricarboxycyclopentylessigsäuredianhydrid, 3,5,6-Tricarboxynorbornan-2-essigsäuredianhydrid, 2,3,4,5-Tetrahydrofurantetracarbonsäuredianhydrid, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5-methyl-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5-ethyl-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-7-methyl-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-7-ethyl-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-8-methyl-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-8-ethyl-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5,8-dimethyl-5(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]-furan-1,3-dion, 5-(2,5-Dioxotetrahydrofural)-3-methyl-3-cyclohexen-1,2-dicarbonsäuredianhydrid, Bicyclo[2,2,2]-octo-7-en-2,3,5,6-tetracarbonsäuredianhydrid, aliphatische und alicyclische Tetracarbonsäuredianhydride wie etwa die durch die folgenden Formeln (II) und (III) dargestellten Verbindungen:
worin R¹ und R³ zweiwertige organische Gruppen mit einem aromatischen Ring sind, und alle R² und R⁴ gleich oder unterschiedlich sein können und ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe sind.
Pyromellithdianhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenylsulfontetracarbonsäuredianhydrid, 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenylethertetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Dimethyldiphenylsilantetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Tetraphenylsilantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,3,4-Furantetracarbonsäuredianhydrid, 4,4'-Bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylsulfidedianhydrid, 4,4'-Bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylsulfondianhydrid, 4,4'-Bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylpropandianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, Bis(phthalsäure)phenylphosphinoxiddianhydrid, p-Phenylen-bis(triphenylphthalsäure)dianhydrid, m-Phenylen-bis(triphenylphthalsäure)dianhydrid, Bis(triphenylphthalsäure)-4,4'-diphenyletherdianhydrid, Bis(triphenylphthalsäure)-4,4'-diphenylmethandianhydrid, Ethylenglykol-bis(anhydrotrimellitat), Propylenglykol-bis(anhydrotrimellitat), 1,4-Butandiol-bis(anhydrotrimellitat), 1,6-Hexandiol-bis(anhydrotrimellitat), 1,8-Octandiol-bis(anhydrotrimellitat), 2,2-Bis(4-Hydroxyphenyl)propan-bis(anhydrotrimellitat) und aromatische Tetracarbonsäuredianhydride wie etwa die durch die folgenden Formeln (1) bis (4) dargestellten Verbindungen. Sie können alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren eingesetzt werden.
Von diesen sind die folgenden Formeln bevorzugt, weil sie ausgezeichnete Flüssigkristallausrichtungseigenschaften aufweisen können: 1,2,3,4-Butantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid, 1,3-Dimethyl-1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,3,4-Cyclopentantetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,5-Tricarboxycyclopentylessigsäuredianhydrid, 5-(2,5-Dioxotetrahydrofural)-3-methyl-3-cyclohexen-1,2-dicarbonsäuredianhydrid, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-8-methyl-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]furan-1,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5,8-dimethyl-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]furan-1,3-dion, Bicyclo[2,2,2]-octo-7-en-2,3,5,6-tetracarbonsäuredianhydrid, Pyromellithsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenylsulfontetracarbonsäuredianhydrid, 1,4,6,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, sowie durch die folgenden Formeln (5) bis (7) dargestellte Verbindungen, ausgewählt aus den durch die folgende Formel (II) dargestellten Verbindungen, und eine durch die folgende Formel (8) dargestellte Verbindung, ausgewählt aus den durch die folgende Formel (III) dargestellten Verbindungen. Besonders bevorzugt sind die folgenden: 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid, 1,3-Dimethyl-1,2,3,4-Cyclobutatetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,5-Tricarboxycyclopentylessigsäure, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]furan-l,3-dion, 1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-8-methyl-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)-naphtho[1,2-c]furan-1,3-dion, Pyromellithsäuredianhydrid und eine durch die folgende Formel (5) dargestellte Verbindung.
[Diaminverbindung]
Veranschaulichende Beispiele der in der Synthese der vorstehenden Polyamicsäure eingesetzten Diaminverbindung schließen die folgenden mit ein: aromatische Diamine wie etwa p-Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylethan, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Dimehtyl-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-Diaminobenzanilid, 4,4'-Diaminodiphenylether, 1,5-Diaminonaphthalin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 5-Amino-1-(4'-aminophenyl)-1,3,3-trimethylindan, 6-Amino-1-(4'-aminophenyl)-1,3,3-trimethylindan, 3,4'-Diaminodiphenylether, 3,3'-Diaminobenzophenon, 3,4'-Diaminobenzophenon, 4,4'-Diaminobenzophenon, 2,2-Bis[4-(4- aminophenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]sulfon, 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,3-Bis(3-aminophenoxy)benzol, 9,9-Bis(4-aminophenyl)-10-hydroanthracen, 2,7-Diaminofluoren, 9,9-Bis(4-aminophenyl)fluoren, 4,4'-Methylen-bis(2-chloranilin), 2,2',5,5'-Tetrachlor-4,4'-diaminobiphenyl, 2,2'-Dichlor-4,4'-diamino-5,5'-dimethoxybiphenyl, 3,3'-Dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, 1,4,4'-(p-Phenylenisopropyliden)bisanilin und 4,4'-(m-Phenylenisopropyliden)bisanilin; aliphatische und alicyclische Diamine wie etwa 1,1-Metaxylylendiamin, 1,3-Propandiamin, Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Heptamethylendiamin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, 4,4-Diaminoheptamethylendiamin, 1,4-Diaminocyclohexan, Isophorondiamin, Tetrahydrodicyclopentadienylendiamin, Hexahydro-4,7-methanoindanylen-dimethylendiamin, Tricyclo[6.2.1.0^2,7]-undecylendimethyldiamin und 4,4'-Methylenbis(cyclohexylamin); Diamine mit zwei primären Aminogruppen und einem anderen Stickstoff als der primären Aminogruppe in dem Molekül wie etwa 2,3-Diaminopyridin, 2,6-Diaminopyridin, 3,4-Diaminopyridin, 2,4-Diaminopyrimidin, 5,6-Diamino-2,3-dicyanopyrazin, 5,6-Diamino-2,4-dihydroxypyrimidin, 2,4-Diamino-6-Dimethylamino-1,3,5-triazin, 1,4-Bis(3-aminopropyl)piperazin, 2,4-Diamino-6-isopropoxy-1,3,5-triazin, 2,4-Diamino-6-methoxy-1,3,5-triazin, 2,4-Diamino-6-phenyl-1,3,5-triazin, 2,4-Diamino-6-methyl-s-triazin, 2,4-Diamino-1,3,5-triazin, 4,6-Diamino-2-vinyl-s-triazin, 2,4-Diamino-5-phenylthiazol, 2,6-Diaminopurin, 5,6-Diamino-1,3-dimethyluracil, 3,5-Diamino-1,2,4-triazol, 6,9-Diamino-2-ethoxyacridin-lactat, 3,8-Diamino-6-phenylphenanthridin, 1,4-Diaminopiperazin, 3,6-Diaminoacridin, Bis(4-aminophenyl)phenylamin und durch die folgenden Formeln (IV) und (V) dargestellten Verbindungen:
worin R⁵ eine einwertige organische Gruppe mit einer Ringstruktur mit einem Stickstoffatom ist, ausgewählt aus der aus Pyridin, Pyrimidin, Triazin, Piperidin und Piperazin bestehenden Gruppe, und X eine zweiwertige organische Gruppe ist,
worin R⁶ eine zweiwertige organische Gruppe mit einer Ringstruktur mit einem Stickstoffatom ist, ausgewählt aus der aus Pyridin, Pyrimidin, Triazin, Piperidin und Piperazin bestehenden Gruppe, und die X eine zweiwertige organische Gruppe sind und gleich oder unterschiedlich sein können;
monosubstituierte, durch die folgende Formel (VI) dargestellte Phenylendiamine:
worin R⁷ eine zweiwertige organische Gruppe ist, ausgewählt aus -O-, -COO-, -OCO-, -NHCO-, -CONH- und -CO-, und R⁸ eine einwertige organische Gruppe mit einem Sterenoidskelett oder einer Alkylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen ist;
durch die folgende Formel (VII) dargestellte Diaminoorganosiloxane:
worin die R⁹ eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen sind und gleich oder unterschiedlich sein können, p eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist und q eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist;
und die durch die folgenden Formeln (9) bis (13) dargestellten Verbindungen:

worin y eine ganze Zahl von 2 bis 12 ist und z eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist.
Diese Diaminverbindungen können alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren eingesetzt werden.
Von diesen sind die folgenden bevorzugt: p-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 1,5-Diaminonaphthalin, 2,7-Diaminofluoren, 4,4'-Diaminodiphenylether, 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propan, 9,9-Bis(4-aminophenyl)fluoren, 4,4'-(p-Phenylendiisopropyliden)bisanilin, 4,4'-(m-Phenylendiisopropyliden)bisanilin, 1,4-Cyclohexandiamin, 4,4'-Methylenbis(cyclohexylamin), 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 4,4'-Bis(4-aminophenoxy)biphenyl, durch die folgenden Formeln (9) bis (13) dargestellte Verbindungen 2,6-Diaminopyridin, 3,4-Diaminopyridin, 2,4-Diaminopyrimidin, 3,6-Diaminoacridin, eine durch die folgende Formel (14) aus den durch die vorstehende Formel (IV) dargestellten Verbindungen dargestellte Verbindung, eine durch die folgende Formel (15) aus den durch die vorstehende Formel (V) dargestellten Verbindungen dargestellte Verbindung und eine durch die folgenden Formeln (16) bis (19) aus den durch die vorstehende Formel (VI) dargestellten Verbindungen dargestellte Verbindung.
[Polyamicsäure]
Bezüglich des Verhältnisses eines Tetracarbonsäuredianhydrids und einer Diaminverbindung, die in der Synthesereaktion einer Polyamicsäure eingesetzt werden, liegt die Säureanhydridgruppe des Tetracarbonsäuredianhydrids bevorzugt bei 0,2 bis 2 Äquivalenten, weiter bevorzugt bei 0,3 bis 1,2 Äquivalenten pro 1 Äquivalent der Aminogruppe, die in der Diaminverbindung enthalten ist.
Die Synthesereaktion einer Polyamicsäure wird im Allgemeinen in einem organischen Lösungsmittel bei 0 bis 150°C und bevorzugt bei 0 bis 100°C über 1 bis 48 Stunden durchgeführt. Das organische Lösungsmittel ist nicht auf eine besondere Art beschränkt, solange es ein durch die Reaktion erzeugtes Reaktionsprodukt lösen kann. Veranschaulichende Beispiele des organischen Lösungsmittels schließen aprotische polare Lösungsmittel wie etwa N-Methyl-2-pyrrolidon, N,N-Dimethylacetoamid, N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, γ-Butyrolacton, Tetramethylharnstoff und Hexamethylphosphortriamid; und phenolische Lösungsmittel wie etwa m-Cresol, Xylenol, Phenol und Phenolhalogenide mit ein. Im Allgemeinen ist die Menge des eingesetzten organischen Lösungsmittels bevorzugt derart, dass die Gesamtmenge des Tetracarbonsäuredianhydrids und der Diaminverbindung 0,1 bis 30 Gewichtsprozent der Gesamtmenge der Reaktionslösung ausmachen.
Das organische Lösungsmittel kann in Kombination mit einem schlechten Lösungsmittel für eine Polyamicsäure wie etwa einem Alkohol, Keton, Ester, Ether, halogeniertem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoff in einer solchen Menge eingesetzt werden, dass die erzeugte Polyamicsäure nicht präzipitiert. Veranschaulichende Beispiele des schlechten Lösungsmittels schließen die folgenden mit ein: Methylalkohol, Ethylalkohol, Isopropylalkohol, Cyclohexanol, Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,4-Butandiol, Triethylenglykol, Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylacetat, Ethylacetat, Butylacetat, Diethyloxalat, Diethylmalonat, Diethylether, Ethylenglykolmethylether, Ethylenglykolethylether, Ethylenglykolmonophenylether, Ethylenglykolmethylphenylether, Ethylenglykolethylphenylether, Diethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldiethylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonomethyletheracetat, Diethylenglykolmonoethyletheracetat, Ethylenglykolmethyletheracetat, Ethylenglykolethyletheracetat, 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentanon, 2,4-Pentandion, 2,5-Hexandion, Ethyl-2- hydroxypropionat, Ethyl-2-hydroxy-2-methylpropionat, Ethyl-2-hydroxy-2-methylpropionat, Ethylethoxyacetat, Ethylhydroxyacetat, Methyl-2-hydroxy-3-methylbutanoat, Methyl-3-methoxypropionat, Ethyl-3-methoxypropionat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Methyl-3-ethoxypropionat, Methylpyruvat, Ethylpyruvat, Hydroxymethylpyruvat, Acetomethylacetat, Acetoethylacetat, Methylmethoxybutanol, Ethylmethoxybutanol, Methylethoxybutanol, Ethylethoxybutanol, Tetrahydrofuran, Tetrahydrofurfurylalkohol, Tetrahydro-3-furanmethanol, 1,3-Dioxolan, 1,3-Dioxepan, 4-Methyl-1,3-dioxolan, Dichlormethan, 1,2-Dichlorethan, 1,4-Dichlorbutan, Trichlorethan, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, Hexan, Heptan, Octan, Benzol, Toluol, Xylol und der gleichen. Sie können alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren eingesetzt werden.
Eine Reaktionslösung mit einer darin gelösten Polyamicsäure kann durch die vorstehende Synthesereaktion erhalten werden. Diese Reaktionslösung wird in eine große Menge eines schlechten Lösungsmittels zum Erzielen eines Präzipitats geschüttet, und dann wird das Präzipitat bei reduziertem Druck zur Erzielung einer Polyamicsäure getrocknet. Der Schritt der erneuten Auflösung dieser Polyamicsäure in einem organischen Lösungsmittel und einer Präzipitation in einem schlechten Lösungsmittel wird einmal oder mehrere Male zur Reinigung der Polyamicsäure durchgeführt.
[Polyimid]
Das das Flüssigkristallausrichtungsmittel der vorliegenden Erfindung aufbauende Polyimid kann durch Entwässern und durch Ringschluss der vorstehenden Polyamicsäure hergestellt werden. Die Entwässerung und der Ringschluss der Polyamicsäure werden durch (i) Erwärmen der Polyamicsäure oder durch (ii) Auflösen der Polyamicsäure in einem organischen Lösungsmittel mit Zugabe eines Entwässerungsmittels und eines Entwässerungs-/Ringschluss-Katalysators zu dieser Lösung und, falls erforderlich, durch Erwärmen durchgeführt.
In dem Verfahren (i) für das Erwärmen der Polyamicsäure liegt die Reaktionstemperatur im Allgemeinen bei 50 bis 300°C, bevorzugt bei 60 bis 250°C. Falls die Reaktionstemperatur niedriger als 50°C ist, kann eine Entwässerung und eine Ringschlussreaktion nicht hinreichend fortschreiten, wohingegen, falls die Temperatur höher als 300°C ist, das Molekulargewicht des erhaltenen imidisierten Polymers geringer sein kann.
In dem Verfahren (ii) für die Zugabe eines Entwässerungsmittels und eines Entwässerungs-/Ringschluss-Katalysators zu der Lösung der Polyamicsäure kann andererseits ein Säureanhydrid wie etwa Essigsäureanhydrid, Propionsäureanhydrid oder Trifluoressigsäureanhydrid als das Entwässerungsmittel eingesetzt werden. Die Menge des eingesetzten Entwässerungsmittels liegt bevorzugt bei 0,01 bis 20 Molen pro 1 Mol der Wiederholungseinheit der Polyamicsäure. Ein tertiäres Amin wie etwa Pyridin, Collidin, Lutidin oder Triethylamin kann als Entwässerungs-/Ringschluss-Katalysator eingesetzt werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt. Die Menge des verwendeten Entwässerungs-/Ringschluss-Katalysators liegt bevorzugt bei 0,01 bis 10 Molen pro 1 Mol des Entwässerungsmittels. Veranschaulichende Beispiele des in der Entwässerung und in der Ringschlussreaktion eingesetzten organischen Lösungsmittels sind die gleichen, wie die in der Synthese der Polyamicsäure eingesetzten organischen Lösungsmittel aufgelisteten. Die Reaktionstemperatur der Entwässerung- und der Ringschlussreaktion liegt im Allgemeinen bei 0 bis 180°C und bevorzugt bei 10 bis 150°C. Das Polyimid kann durch Durchführen der gleichen Operationen wie die für das Reinigen der Polyamicsäure mit der so erhaltenen Reaktionslösung durchgeführt werden.
[endmodifiziertes Polymer]
Das das Flüssigkristallausrichtungsmittel aufbauende Polyimid, das in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann ein endmodifiziertes mit einem gesteuertem Molekulargewicht sein. Unter Verwendung dieses endmodifizierten Polymers können z.B. die Beschichtungseigenschaft des Flüssigkristallausrichtungsmittels ohne Verschlechterung des Effekts der vorliegenden Erfindung verbessert werden. Dieses endmodifizierte Polymer kann durch Zugabe eines Säuremonoanhydrids, einer Monoaminverbindung oder einer Monoisocyanatverbindung zu einem Reaktionssystem in der Synthese der Polyamicsäure synthetisiert werden. Veranschaulichende Beispiele des Säuremonoanhydrids schließen Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid, n-Decylsuccinsäureanhydrid, n-dodecylsuccinsäureanhydrid, n-Tetradecylsuccinsäureanhydrid, n-Hexadecylsuccinsäureanhydrid und der gleichen mit ein. Veranschaulichende Beispiele der Monoaminverbindung schließen die folgenden mit ein: Anilin, Cyclohexylamin, n-Butylamin, n-Pentylamin, n-Hexylamin, n-Heptylamin, n-Octylamin, n-Nonylamin, n-Decylamin, n-Undecylamin, n-Dodecylamin, n-Tridecylamin, n-Tetradecylamin, n-Pentadecylamin, n-Hexadecylamin, n-Heptadecylamin, n-Octadecylamin, n-Eicosylamin und der gleichen.
Veranschaulichende Beispiele der Monoisocyanatverbindung schließen Phenylisocyanat, Naphthylisocyanat und der gleichen mit ein.
[logarithmische Viskosität des Polymers]
Die logarithmische Viskosität (η ln) der Polyamicsäure als ein Precursor des Polyimids, welches das Flüssigkristallausrichtungsmittel aufbaut und erfindungsgemäß eingesetzt wird, liegt bevorzugt bei 0,05 bis 10 dl/g und weiter bevorzugt bei 0,05 bis 5 dl/g. Der Wert der logarithmischen Viskosität (η ln) wird aus der folgenden Gleichung durch Messen der Viskosität einer Lösung mit einer Polymerkonzentration von 0,5 g/100 ml bei 30°C unter Verwendung von N-Methyl-2-Pyrrolidon als ein Lösungsmittel erhalten.
[Flüssigkristallausrichtungsmittel]
In der vorliegenden Erfindung wird die Proportion des Polymers in dem Flüssigkristallausrichtungsmittel zur Erzeugung eines organischen Films als eine Flüssigkristallausrichtungsschicht hinsichtlich der Viskosität und der Volatilität ausgewählt. Sie liegt bevorzugt bei 0,1 bis 20 Gewichtsprozent und weiter bevorzugt bei 1 bis 10 Gewichtsprozent des gesamten Flüssigkristallausrichtungsmittels. Das heißt, das Flüssigkristallausrichtungsmittel, welches eine Polymerlösung umfasst, wird auf die Oberfläche eines Substrats durch ein Druckverfahren, ein Drehbeschichtungsverfahren oder der gleichen aufgeschichtet und dann zur Erzeugung eines organischen Films aus einem Ausrichtungsschichtmaterial getrocknet. Falls die Proportion des Polymers geringer als 0,1 Gewichtsprozent ist, ist die Dicke des organischen Films zu klein, wodurch eine gute Flüssigkristallausrichtungsschicht nicht erhalten werden kann. Andererseits ist, falls die Proportion des Polymers größer als 20 Gewichtsprozent ist, die Dicke des organischen Films zu groß, um eine gute Flüssigkristallausrichtungsschicht zu erhalten, und die Viskosität des Flüssigkristallausrichtungsmittels steigt an, wodurch seine Beschichtungseigenschaften verschlechtert werden können.
Das organische Lösungsmittel zur Auflösung des Polymers ist nicht besonders beschränkt, solange es das Polymer auflösen kann. Veranschaulichende Beispiele des organischen Lösungsmittels sind die, die für das in der Synthesereaktion und der Entwässerungs- und Ringschlussreaktion der Polyamicsäure eingesetzten Lösungsmittel aufgelistet worden sind. Die vorstehenden schlechten Lösungsmittel, welche in Kombination in der Synthesereaktion der Polyamicsäure eingesetzt werden können, können ebenso zweckmäßig ausgewählt und in Kombination mit dem vorstehenden organischen Lösungsmittel eingesetzt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann das Flüssigkristallausrichtungsmittel zur Erzeugung des organischen Films eine funktionelle silanhaltige Verbindung oder eine Epoxidgruppen-haltige Verbindung enthalten, um die Haftfähigkeit des Polymers auf der Oberfläche des Substrats zu verbessern. Veranschaulichende Beispiele der funktionellen silanhaltigen Verbindung schließen die folgenden mit ein:
3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 2-Aminopropyltrimethoxysilan, 2-Aminopropyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Ureidopropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltriethoxysilan, N-Ethoxycarbonyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Ethoxycabonyl-3-aminopropyltriethoxysilan, N-Triethoxysilylpropyltriethylentriamin, N-Trimethoxysilylpropyltriethylentriamin, 10-Trimethoxysilyl-1,4,7-triazadecan, 10-Triethoxysilyl-1,4,7-triazadecan, 9-Trimethoxysilyl-3,6-diazanonylacetat, 9-Triethoxysilyl-3,6-diazanonylacetat, N-Benzyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Benzyl-3-aminopropyltriethoxysilan, N-Benzyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Phenyl-3-aminopropyltriethoxysilan, N-Bis(oxyethylen)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Bis(oxyethylen)-3-aminopropyltriethoxysilan und der gleichen. Bevorzugte Beispiele der Epoxidgruppen-haltigen Verbindung schließen die Folgenden mit ein: Ethylenglykoldiglycidylether, Polyethylenglykoldiglycidylether, Propylenglykoldiglycidylether, Tripropylenglykoldiglycidylether, Polypropylenglykoldiglycidylether, Neopentylglykoldiglycidylether, 1,6-Hexandioldiglycidylether, Glycerindiglycidylether, 2,2-Dibromneopentylglykoldiglycidylether, 1,3,5,6-Tetraglycidyl-2,4-Hexandiol, N,N,N',N'-Tetraglycidyl-m-xylendiamin, 1,3-Bis(N,N-diglycidylaminomethyl)cyclohexan, N,N,N',N'-Tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethan und der gleichen. Diese funktionellen silanhaltigen Verbindungen oder Epoxidgruppen-haltigen Verbindungen werden in einer Menge von 40 Gewichtsteilen oder weniger und bevorzugt von 0,1 bis 30 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen des Polymers, vermischt.
[Flüssigkristallausrichtungsschicht und Flüssigkristallausrichtungsvorrichtung]
Das Verfahren zur Erzeugung der Flüssigkristallausrichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise beispielsweise folgendermaßen durchgeführt.
(1) Ein Flüssigkristallausrichtungsmittel mit einem organischen Polymer wird auf eine transparente leitfähige Filmseite eines Substrats mit dem darauf ausgebildeten gemusterten transparenten leitfähigen Film mittels einer Walzenbeschichtung, einer Drehbeschichtung, einem Drucken oder der gleichen aufgeschichtet und die beschichtete Oberfläche wird zur Erzeugung eines Beschichtungsfilms erwärmt. Als das Substrat kann ein transparentes Substrat eingesetzt werden, das aus Glas wie etwa Floatglas (Schwimmglas) oder Natronglas oder einem Kunststofffilm wie etwa Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethersulfon, Polycarbonat, Polyacrylat, einem Norbonenharz oder der gleichen hergestellt worden ist. Der transparente leitfähige Film, der auf einer Seite des Substrats ausgebildet worden ist, ist ein NESA-Film, hergestellt aus SnO₂, oder ein ITO-Film, hergestellt aus In₂O₃-SnO₂. Die Musterung der transparenten leitfähigen Beschichtung wird mittels eines Fotoätzverfahrens, einem Verfahren unter Verwendung einer Maske im Voraus oder der gleichen durchgeführt.
Zur weiteren Verbesserung der Haftfähigkeit des Beschichtungsfilms auf dem Substrat und des transparenten leitfähigen Films in der Beschichtung des Flüssigkristallausrichtungsmittels kann eine funktionelle silanhaltige Verbindung oder ein Titanat im Voraus auf dem Substrat oder dem transparenten leitfähigen Film aufgeschichtet werden. Die Erwärmungstemperatur liegt bevorzugt bei 80 bis 250°C und weiter bevorzugt bei 120° bis 200°C. Die Dicke des erzeugten Beschichtungsfilms liegt im Allgemeinen bei 0,001 bis 1 μm und bevorzugt bei 0,005 bis 0,5 μm.
(2) Der erzeugte organische Film wird mit einem polarisierten gepulsten Laserstrahl mit einer Belichtungsenergie von viel mehr als der untersten kritischsten Belichtungsenergie, durch welche die Zersetzung mittels Belichtung der Oberfläche des organischen Films stattfindet, belichtet. Die Moleküle in einem Oberflächenbereich des organischen Films werden durch diese Belichtung ausgerichtet, um eine Flüssigkristallausrichtungsschicht zu erzeugen.
Veranschaulichende Beispiele des Lasers schließen ArF-, KrF-, XeCl- und XeF-Excimerlaser; Feststofflaser wie etwa ein Nd:YAG-Laser, ein Nd:YLF-Laser, ein Nd:YNO₄-Laser, Ti-Saphirlaser und OPO-Laser (Opto-Parametric Oscillator), welche durch eine Diode oder eine Blitzlichtlampe angeregt werden; und Farbstofflaser mit ein. Von diesen wird ein Excimerlaser in Verbindung mit einem Polarisator wie etwa einem Quarzfilter, geneigt mit dem Brewsterwinkel, eingesetzt.
Die Wellenlänge des Laserstrahls liegt bei 193 nm bis 532 nm oder kann höher als das sein. Sie liegt bevorzugt bei 193 nm bis 355 nm.
Die Pulslänge des polarisierten gepulsten Laserstrahls liegt beispielsweise bevorzugt bei 5 ns bis 1 ms.
Der Neigungswinkel des polarisierten Laserstrahls zu dem organischen Film liegt bevorzugt bei 10° bis 40°, die Belichtungsenergie liegt bei 1 mJ/cm² bis 3 mJ/cm² pro Puls und die Gesamtbelichtungsmenge liegt bevorzugt bei 10 mJ/cm² bis 2 J/cm².
Parallele Schwellen mit einem Abstandsintervall von beinahe gleicher Größe des durch die folgende Gleichung (VIII) dargestellten Abstandsintervalls werden auf der Oberfläche des organischen Films durch Belichtung mit einem polarisiertem gepulsten Laserstrahl ausgebildet:
worin λ eine Wellenlänge (nm) des polarisierten gepulsten Laserstrahls ist, n ein Brechungsindex des organischen Polymers ist, θ ein Neigungswinkel (°) des polarisierten gepulsten Laserstrahls ist und P ein Abstand (nm) der auf der Oberfläche des organischen Films erzeugten fotoelastischen Wellen ist.
Das Abstandsintervall kann z.B. 90 bis 100 nm sein.
Obwohl die Ausrichtungsrichtung der Moleküle in dem Oberflächenbereich vom Typ des organischen Polymers abhängt, sind die Moleküle des organischen Polymers in einer Tiefe von 50 bis 100 nm von der Oberfläche derart ausgerichtet, das sie die Schwellen mit 90° kreuzen.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkristallausrichtungsschicht mit Molekülen erzeugt, welche durch Belichtung mit polarisierten gepulsten Laserstrahlen in ihren Oberflächenbereich ausgerichtet sind.
Deshalb wird zweitens vorteilhafterweise eine Flüssigkristallausrichtungsschicht erfindungsgemäß bereitgestellt, welche aus einem Polyimidfilm mit durch Belichtung mit polarisierten gepulsten Laserstrahlen in seinem Oberflächenbereich ausgerichteten Molekülen aufgebaut ist.
Als nächstes wird zur Erzeugung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung aus einem Substrat eine Flüssigkristallzelle folgendermaßen hergestellt Herstellen von zwei Substraten mit den vorstehenden darauf ausgebildeten Flüssigkristallausrichtungsschichten, durch Anordnen der zwei Substrate in einer Art und Weise, dass sie sich mit einem dazwischenliegenden Abstand (Zellenlücke) in einer solchen Art und Weise gegenüberliegen, dass die Belichtungsrichtungen des polarisierten gepulsten Laserstrahls auf den Flüssigkristallausrichtungsschichten zueinander in einem rechten Winkel kommen oder zueinander antiparallel sind, befestigen bzw. verkleben der peripheren Bereiche der zwei Substrate mit einem Versiegelungsmittel, Füllen der Flüssigkristalle in den Zellenzwischenraum, der durch die Oberflächen der Substrate und das Versiegelungsmittel definiert wird und Versiegeln des Füllungslochs. Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung kann durch Befestigen eines Polarisators an der äußeren Oberfläche der Flüssigkristallzelle, d.h. die andere Seite der Substrate, welche die Flüssigkristallzelle ausbilden, in einer solchen Art und Weise erhalten werden, dass die Polarisationsrichtung des Polarisators mit der Belichtungsrichtung des polarisierten gepulsten Laserstrahls auf der Flüssigkristallausrichtungsschicht, die auf der einen Seite des Substrats ausgebildet ist, übereinstimmt oder im rechten Winkel dazu überkreuzt.
Als das vorstehende Versiegelungsmittel kann ein Epoxidharz mit einem Härtemittel und Aluminiumoxidteilchen als einem Spacer eingesetzt werden.
Der Flüssigkristall ist ein nematischer Flüssigkristall oder ein smektischer Flüssigkristall. Von diesen ist ein nematischer Flüssigkristall bevorzugt, wie beispielsweise ein Flüssigkristall einer Schiffschen Base, ein Azoxyflüssigkristall, ein Biphenylflüssigkristall, ein Phenylcyclohexanflüssigkristall, ein Esterflüssigkristall, ein Terphenylflüssigkristall, ein Biphenylcyclohexanflüssigkristall, ein Pyrimidinflüssigkristall, ein Dioxanflüssigkristall, ein Bicyclooctanflüssigkristall, ein Cubanflüssigkristall und der gleichen. Sie können einen Flüssigkristall aus Cholesterin wie etwa Cholesterylchlorid, Cholesterylnonanoat oder Cholesterylcarbonat, ein chirales Mittel, auf dem Markt unter dem Markennamen C-15 oder CB-15 (Produkte von Merck & Co., Inc) und der gleichen enthalten. Ein ferroelektrischer Flüssigkristall wie etwa p-Decyloxybenzyliden-p-amino-2-methylbutylcinnamat kann ebenso eingesetzt werden.
Deshalb wird erfindungsgemäß drittens eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung bereitgestellt, welche die Flüssigkristallausrichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
Als der auf den äußeren Seiten der Flüssigkristallzelle eingesetzte Polarisator kann ein Polarisator eingesetzt werden, welcher Zelluloseacetatschutzfilme umfasst, die einen polarisierten Film, genannt „H-Film", sandwichartig umschließen, welcher absorbiertes JIod besitzt, während ein Polyvinylalkohol abgezogen wurde, und welcher orientiert ist, oder einen aus dem H-Film selbst aufgebauten Polarisator umschließt.
Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung angegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Ein lösliches Polyimid (logarithmische Viskosität: 1,3 dl/g), welches durch die folgende Formel dargestellte Wiederholungseinheiten und aus Tricarboxycyclopentylessigsäuredianhydrid und 4,4'-Diaminodiphenylmethan aufgebaute Wiederholungseinheiten umfasst, wurde als ein organisches Polymer eingesetzt.
Dieses Polymer wurde in γ-Butyrolacton zur Herstellung einer Lösung mit einem Feststoffgehalt von 4 Gewichtsprozent gelöst. Diese Lösung wurde mit einem Filter mit einem Poredurchmesser von 1 μm zur Herstellung einer Lösung aus einem Flüssigkristallausrichtungsmittel gefiltert. Die Lösung wurde auf die transparente Elektrodenoberfläche eines Glassubstrats mit der transparenten Elektrode, aufgebaut aus einem ITO-Film, in einer Dicke von 0,1 μm mittels einer Drehvorrichtung aufgeschichtet, und bei 180°C für 1 Stunde zur Erzeugung eines Dünnfilms getrocknet.
Die Oberfläche des Dünnfilms wurde mit 3 mJ/cm² eines polarisierten Nd-YAG-Laserstrahls mit einer Hauptwellenlänge von 266 nm aus der Quanta-Ray GCR (hergestellt von Spectra-Physics) mit einer Pulsfrequenz von 10 Hz und einem Neigungswinkel von 15° zur Erzeugung einer Flüssigkristallausrichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung belichtet.
Danach wurde ein Epoxidharzhaftmittel mit Aluminiumoxidteilchen mit einem Durchmesser von 17 μm mittels eines Siebdrucks auf die äußeren Kanten, die eine Flüssigkristallausrichtungsschicht aufweisen, eines Substratpaars mit der darauf ausgebildeten Flüssigkristallausrichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung aufgeschichtet, wobei die Substratpaare aufeinander in einer solchen Art und Weise platziert wurden, dass die Flüssigkristallausrichtungsschichten der sich gegenüberliegenden Substrate und die Belichtungsrichtungen des gepulsten Laserstrahls mit einem rechten Winkel zueinander lagen und mittels Druck miteinander verbunden wurden, wobei das Haftmittel ausgehärtet wurde.
Dann wurden nematische Flüssigkristalle (ZLI-1565 von Merck) in die Lücke zwischen dem Substratpaar über ein Einfüllloch für Flüssigkristalle eingefüllt, das Füllloch wurde mit einem Epoxidhaftmittel versiegelt und ein Polarisator wurde auf beide äußeren Seiten der Substrate in einer solchen Art und Weise befestigt, dass die Polarisationsrichtung des Polarisators mit der Belichtungsrichtung des gepulsten Laserstrahls auf der Flüssigkristallausrichtungsschicht eines jeden der Substrate übereinstimmte, um eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu erzeugen. Die Ausrichtungseigenschaft der Flüssigkristalle war hervorragend. Falls eine Spannung von 5 V angelegt wurde, wurde eine Änderung der Helligkeit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung als Reaktion auf EIN-AUS der angelegten Spannung beobachtet.
Beispiel 2
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 erzeugt, außer dass ein wärmehärtendes Polyimid (logarithmische Viskosität einer Polyamicsäure als Precursor: 1,9 dl/g), welches durch die folgende Formel dargestellte Wiederholungseinheiten umfasste:
und aus Pyromellithsäure und 4,4'-Diaminodiphenylmethan aufgebaut war, anstelle des in Beispiel eingesetzten organischen Polymers eingesetzt wurde, und die gleichen Ergebnisse wie in Beispiel 1 wurden beobachtet.
Beispiel 3
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 erzeugt, außer dass Polystyrol anstelle des in Beispiel 1 eingesetzten organischen Polymers eingesetzt wurde, und die gleichen Ergebnisse wie in Beispiel 1 wurden beobachtet.
Bezugsbeispiel 1
Ein Dünnfilm wurde unter Verwendung des in Beispiel 1 eingesetzten löslichen Polyimids in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 erzeugt. Der erhaltene Dünnfilm wurde mit einer Reibemaschine mit einer mit einem Rayon-Gewebe umwundenen Walze mit einer Walzenumdrehungsgeschwindigkeit von 500 UpM, einer Phasenbewegungsgeschwindigkeit von 1 cm/s und einer Stabkompressionslänge von 0,4 mm gerieben, um eine Flüssigkristallausrichtungsschicht zu erzeugen.
Danach wurde mittels eines Siebdrucks ein Epoxidharzhaftmittel mit Aluminiumoxidteilchen mit einem Durchmesser von 17 μm aufgetragen auf die äußeren Kanten, die eine Flüssigkristallausrichtungsschicht aufweisen, eines mit den Flüssigkristallausrichtungsschichten gemäß der vorliegenden Erfindung darauf erzeugten Substratpaars aufgetragen, wobei das Substratpaar in einer solchen Art und Weise aufeinander platziert waren, dass die Flüssigkristallausrichtungsschichten der Substrate einander gegenüberlagen und sich die Belichtungsrichtungen des gepulsten Laserstrahls im rechten Winkel zueinander kreuzten, und sie wurden mittels Druck miteinander verbunden, und das Haftmittel wurde ausgehärtet.
Dann wurden die Flüssigkristalle eingefüllt und ein Polarisator wurde auf die Substrate in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 befestigt, um eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu erzeugen. Der Polarisator wurde in einer solchen Art und Weise befestigt, dass die Polarisationsrichtung mit der Reiberichtung der Flüssigkristallausrichtungsschicht eines jeden der Substrate übereinstimmte.
Vergleich zwischen Beispiel 1 und Bezugsbeispiel 1
Unter Verwendung der in Beispiel 1 erhaltenen Flüssigkristallanzeigevorrichtung und der in Bezugsbeispiel 1 erhaltenen Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde der Transmissionsgrad einer normalweißen TN-Flüssigkristallzelle durch Veränderung der angelegten Spannung von 1 V bis 5 V gemessen, um die Transmissionsgrad-Spannungs-Charakteristik der Zelle in jedem der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen auszuwerten. Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Wie aus 1 ersichtlich ist, zeigt die Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinahe die gleiche Transmissionsgrad-Spannungs-Charakteristik wie die einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die durch Reiben mit einer Ausrichtungsfähigkeit versehen wurde.
Erfindungsgemäß kann eine Flüssigkristallausrichtungsschicht erhalten werden, welche effektiv Moleküle in einem Oberflächenbereich der Ausrichtungsschicht ausrichtet, und zwar ohne eine Zerstörung zu bewirken, ohne Staub oder ein Zersetzungsprodukt zu erzeugen, und sie kann Flüssigkristallmolekülausrichtungsfähigkeit verschaffen.

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Flüssigkristallausrichtungsschicht, welches das Belichten eines organischen Films mit einem polarisierten gepulsten Laserstrahl umfasst, um Moleküle im Oberflächenbereich des organischen Films auszurichten, wobei der organische Film mit einem polarisierten gepulsten Laserstrahl mit einer Bestrahlungsenergie von 1 mJ/cm² bis 3 mJ/cm² pro Puls belichtet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der organische Film aus einem organischen Polymer ausgebildet ist, das aus der aus Polyimiden, Polysulfonen, Polyestern, Polyamiden, Poly(meth)acrylaten, Polycarbonaten, Polyphenylensulfiden, Polyphenylenoxiden und Norbornenharzen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das organische Polymer einen sekundären Übergangspunkt oder Schmelzpunkt von wenigstens ungefähr 90° und einen Löslichkeitsparameter von wenigstens 8,5 besitzt.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das organische Polymer ein Polyimid mit Wiederholungseinheiten ist, die durch die nachfolgende Formel (I) dargestellt sind:
wobei R⁰¹ eine tetravalente organische Gruppe ist und R⁰² eine bivalente organische Gruppe ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die durch R⁰¹ in der vorstehenden Formel (I) dargestellte tetravalente organische Gruppe eine Restgruppe ist, die durch Entfernen von vier Carboxylgruppen aus einer Tetracarbonsäuren erhalten wird, und die durch R⁰² dargestellte bivalente organische Gruppe eine Restgruppe ist, die durch Entfernen von zwei Aminogruppen aus einem organischen Diamin erhalten wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der polarisierte gepulste Laserstrahl eine Wellenlänge von 193 nm bis 532 nm besitzt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der polarisierte gepulste Laserstrahl auf den organischen Film in einem Einfallswinkel von 10° bis 40° eingestrahlt wird.
Flüssigkristallausrichtungsschicht, die in einem Oberflächenbereich aus einem Polyimidfilm mit Molekülen besteht, die durch Belichtung mit einem polarisierten gepulsten Laserstrahl ausgerichtet worden sind, wobei die Schicht durch das Verfahren nach Anspruch 1 erhalten wird.
Die Flüssigkristallausrichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei ein den Polyimidfilm aufbauendes Polyimid Wiederholungseinheiten enthält, die durch die nachfolgende Formel (I) dargestellt sind:
wobei R⁰¹ eine tetravalente organische Gruppe ist und R⁰² eine bivalente organische Gruppe ist.
Die Flüssigkristallausrichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei die durch R⁰¹ in der vorstehenden Formel (I) dargestellte tetravalente organische Gruppe eine Restgruppe ist, die durch Entfernen von vier Carboxylgruppen aus einer Tetracarbonsäuren erhalten worden ist, und die durch R⁰² dargestellte bivalente organische Gruppe eine Restgruppe ist, die durch Entfernen von zwei Aminogruppen aus einem organischen Diamin erhalten worden ist.
Die Flüssigkristallausrichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei ein den Polyimidfilm aufbauendes Polyimid durch eine Dehydratisierung und einen Ringsschluss einer aus einem Tetracarbonsäuredianhydrid und einer Diaminverbindung erhaltenen Polyaminsäure erhalten wird.
Die Flüssigkristallausrichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei parallele Erhebungen mit einem Abstandsintervall, das nahezu gleich zu dem durch die folgende Gleichung (VIII) dargestellten Abstandsintervall ist, auf der Oberfläche des Polyimidfilms ausgebildet sind:
wobei λ die Wellenlänge (nm) des polarisierten gepulsten Laserstrahls ist, n der Brechungsindex des organischen Polymers ist, θ der Einfallswinkel (°) des polarisierten gepulsten Laserstrahls ist und P der Abstand (nm) einer auf der Oberfläche des organischen Films erzeugten photoelastischen Welle ist.
Flüssigkristallanzeigevorrichtung, umfassend die Flüssigkristallausrichtungsschicht des Anspruchs 8.