專利名稱：一種液晶材料的取向層的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液晶材料的取向層。
液晶器件通常由裝有液晶材料的薄的盒子構成，盒的上下內表面附有(通常是透明的)取向層。這些內層通過確定液晶導向子(director)在靠近邊界處的實際取向而使液晶分子在其臨近處最優取向。這種最優取向由于液晶分子間的強相互作用而傾向于保持甚至遠離取向層。
在向列型液晶中，邊界的特征是由取向層在液晶中引起的導向子的方向(方位角和傾角)以及一個參數---結合能---用來描述這種結合的強度，也就是若彈性形變向邊界層施加一個扭轉力而引起的取向的變化。
在基于手性近晶-C型液晶的鐵電性液晶顯示器(LCD)中，由于近晶型層的取向和層內導向子的取向都要被確定，因而情況更為復雜。此外，液晶排列的質量很大程度上取決于所使用的液晶材料。因此，曾提出了眾多的取向層和液晶材料的組合。
取向層的存在會帶來如下困難在具有大的自發偏振Ps的液晶顯示如形變的螺旋鐵電性(DHF)或短螺距雙穩態鐵電性(SBF)或反鐵電性液晶顯示中，對于大的取向層厚度dOR，隔離(絕緣)的取向層的電壓降大。電壓降通過UOR＝PsdOR/εε0近似地給出。其中ε是取向層的介電常數，ε0是真空的介電常數。取Ps＝1mC/m2，dOR＝100nm，ε＝3得到每層取向層的UOR＝3.8V。
對于電致(electroclinic)液晶顯示有相似的考慮。(試比較，例如S.Garroff and R.B.Meyer，Phy.Rev.Lett.，38，848-851，1977)在較低Ps的液晶顯示如交變偏振域(APD)或表面穩態鐵電(SSF)液晶顯示中，電壓降較小，但仍不理想。
并且，SSF液晶顯示需要薄的取向層以避免極化電荷的累積而導致SSF液晶顯示中的重影圖象。
因此，一個條件是很重要的，即，取向層必須薄。
因此，用于SSF液晶顯示的取向層也必須薄，有時甚至為單層分子(如L-B膜)。
制備取向層的標準程序包括在基體上涂一薄層聚合物，然后摩擦該層以引發理想的取向方向。此摩擦過程會帶來不希望的負面效應，如產生灰塵顆粒，這將尤其破壞小盒距(低于2μm)液晶顯示，因此包括大部分鐵電液晶顯示的生產。
EP 756 193描述了一種通過兩層工藝排列液晶的技術第一層線性可光聚合的材料被涂于基體上并用偏振光照射。此偏振光在層中引發交聯反應，并且由于使用了偏振光，交聯反應在層中引發各向異性。這樣的層被稱為線性光聚合聚合物(LPP)層，也被稱為光-取向聚合物網絡(PPN)。
然后施用第二層向列型單體或預聚物。這些向列型液晶通過LPP層被取向，即，LPP層中的各向異性被傳送到向列型液晶層中。然后該取向的向列型預聚物層進行光聚合，因此永久地固定為高度各向異性聚合物網絡(對于這樣的網絡，也使用術語“液晶聚合物網絡”，LCP’s)。反過來，這種向列型預聚物基的各向異性網絡可以用作液晶的取向層。
這一過程采用了兩層，LPP和向列型預聚物基的各向異性網絡，因此取向層的總厚度增倍。此外，如果向列型預聚物層達到或比外推長度更薄(參照例P.G.de Gennes and J.Prost，“The Physies ofLiquid Crystals”，2nd Edition，Clarendon Press，Oxford1993，p.196)，液晶將不再平衡或緩和取向層中的微觀不均勻性。外推長度的精確值還不知道，但已驗證的典型值大于100nm。因此非常薄的向列型預聚物以及由這些預聚物制備的向列型預聚物基的各向異性網絡將不能均勻取向，但會反應出下層LPP層中的微觀不均勻性。
與前所述對比，以及對照已有的技術，本發明在于包含與取向層相接觸的液晶材料的部件，取向層有第一層線性光聚合聚合物和第二層向列型預聚物基的各向異性網絡，其特征在于兩層總厚度不超過40納米。
優選每層厚度小于20nm。
在很多情況中特別的優勢在于總的層厚小于20nm，最優選總層厚小于10nm。
尤其另人驚奇的是此類取向層適于和鐵電性液晶材料一起使用，如形變的螺旋鐵電性或短螺距雙穩態鐵電性或交變極性域或表面穩態鐵電性或反鐵電性液晶顯示以及電致液晶顯示。
取向層可通過多疇象素操作來形成圖案，換句話說就是取向層可以局部地變換。
向列型預聚物基的各向異性網絡優選光聚合，然而，也可能采用不同的聚合方法，如熱聚合。
采用本發明的取向層，可以得到液晶材料的有利的均勻排列和結構以及高對比度，這些通常比只含LPP的取向層要好。
另外，雙層技術能夠控制第二層，向列型預聚物基的各向異性網絡的傾角，因此可控制鐵電液晶顯示中鐵電液晶的傾角。這對控制近晶鐵電性液晶層中人字形結構的形成很重要。
現在將根據相應的附圖通過實施例來描述本發明，
圖1給出了液晶盒，將本發明的取向層具體化。
圖1中示意的液晶盒，也相應于申請人的實施例中的測試盒，由兩個完全相同的基體組(11，13，15，17)和(12，14，16，18)組成，基片被定距體19分隔開，并在操作區之外被粘在一起(未示出)。基體是涂有導電的銦-錫-氧化物電極(13，14)，線性光聚合聚合物(LPP)層(15，16)和液晶聚合物網絡(LCP)層(17，18)的玻璃片(11，12)。盒距為1.6μm。
所用的LPP化合物是光取向材料A，用環戊酮稀釋到0.7％的聚合物。光聚合物A 此溶液被旋涂到有ITO涂膜的基體上(在5000rpm旋涂30秒)。干燥之后，樣品在150℃固化15分鐘，然后用偏振光照射3分鐘，該偏振光來自高壓汞弧光燈，通過濾光器(schott UG11和WG295)選擇300..330nm的光波范圍。用表面輪廓測定儀(Alpha-Step 500 fromTencore)測定，得到的涂層厚度為9nm。
所用的向列型液晶預聚物是一種混合物MLCP，包含以下液晶雙丙烯酸酯單體單體1 單體2 單體3 除了雙丙烯酸酯單體之外，光引發劑Ciba SC公司的IRGACURE369以及用作阻聚劑的BHT(2.6-二叔丁基-4-甲基苯酚/“丁基羥基甲苯”)被加入到混合物中。因此混合物MLCP的組成如下單體1 77wt％單體2 14.5wt％單體3 4.7wt％Irgacure1.9wt％369BHT 1.9wt％混合物MLCP用苯甲醚被稀釋到0.7％的聚合物。將此溶液旋涂到上述的涂有LPP的基體上(在5000rpm旋涂30秒)。干燥之后，樣品在氮氣氣氛下用光照射3分鐘，該光來自于150W汞弧光燈，不附加濾光器。由此制備的LPP和LCP雜化層總厚度為18納米。
將一種鐵電液晶材料，混合物SC980110(見表I)，在110℃通過毛細作用填充到小盒里。鐵電液晶層20的取向通過如下程序優化盒子在低于向列型液晶-Sc*轉變溫度約1℃的溫度，施加3V(振幅)、800Hz方形波電壓下保持2分鐘，然后保持電壓冷卻到室溫。在此固化過程中，大部分位錯消失，而獲得高的對比度為130∶1。
此對比度是使樣品發生取向的最大和最小透光率之比。透光率采用偏光顯微鏡測量，物鏡4/0.1，測量區域有效直徑為0.47mm。
表ISC980110組成
權利要求
1.一種液晶材料的取向層，包含第一層線性光聚合聚合物和第二層向列型預聚物基的各向異性網絡，其特征在于兩層總厚度不超過40納米。
2.根據權利要求1的取向層，其中兩層中的每一層厚度小于20納米。
3.根據權利要求1或2的取向層，其中兩層的總厚度小于20納米。
4.根據前面的任何一個權利要求的取向層，其中兩層的總厚度小于10納米。
5.根據前面的任何一個權利要求的取向層，其中取向局部地改變。
6.根據前面的任何一個權利要求的取向層，其中第二層和液晶材料相接觸。
7.根據權利要求書6的取向層，其中液晶材料是鐵電性的。
8.液晶盒，包括一個根據前面的任何一個權利要求的取向層。
9.根據權利要求8的液晶盒，為形變的螺旋鐵電(DHF)型。
10.根據權利要求8的液晶盒，為短螺距雙穩態鐵電(SBF)型。
11.根據權利要求8的液晶盒，為交變極性域(APD)型。
12.根據權利要求8的液晶盒，為表面穩態的鐵電(SSF)型。
13.根據權利要求8的液晶盒，為反鐵電型。
14.根據權利要求8的液晶盒，為電致型。
全文摘要
一種由鐵電型液晶材料構成的液晶器件表現出層排列上低的電壓降和顯著的對比度。該液晶材料通過厚度小于20nm的液晶聚合物(LCP)網絡層(18)排列,而該層自身又通過厚度小于20nm的光取向線性光聚合(LPP)層(16)排列。
文檔編號G02F1/139GK1330777SQ99814581
公開日2002年1月9日 申請日期1999年12月6日 優先權日1998年12月15日
發明者J·芬夫希林, M·斯泰爾德, M·謝蒂特 申請人:羅利克有限公司