DE69725733T2

DE69725733T2 - Verfahren zum ausrichten von flussigkristallen

Info

Publication number: DE69725733T2
Application number: DE69725733T
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Funabashi-shi ENDOU; Hiroyoshi Funabashi-shi FUKURO
Original assignee: Nissan Chemical Corp
Current assignee: Nissan Chemical Corp
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2017-03-01
Also published as: EP0919851A4; TW439004B; KR100450991B1; WO1997033191A1; US6063829A; DE69725733D1; EP0919851B1; EP0919851A1; KR19990087490A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren oder Behandlungsverfahren zum Ausrichten oder Anordnen von Flüssigkristallen und insbesondere ein Behandlungsverfahren zum Ausrichten oder Anordnen, das ein Ausrichten oder Anordnen von Flüssigkristallmolekülen durch Anwendung von polarisierten Strahlen auf die Oberfläche eines Polyimidfilms umfasst, ohne Reib- oder Reibungs- oder Abriebsbehandlung, wobei ein großer oder weiter Bereich von Kunststoffen oder Harzen vom Polyimid-Typ unter einem praktischeren Gesichtspunkt verwendet werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Flüssigkristallanzeigen sind Anzeigevorrichtungen unter Verwendung oder Einsatz von elektrooptischen Veränderungen von Flüssigkristallen, und Aufmerksamkeit wurde auf deren Eigenschaften gerichtet, so dass die Vorrichtungen klein in der Größe und leicht an Gewicht sind, und ein Leistungs- oder Stromverbrauch gering ist. Demzufolge wurden in den letzten Jahren bemerkenswerte Entwicklungen unternommen bei Anzeigevorrichtungen für verschiedene Anzeigen. Unter diesen ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom elektrischen Feldeffekt-Typ vom gedrehten (Engl.: twisted) nematischen Typ (TN-Typ) ein der Veranschaulichung dienendes Beispiel, bei dem ein nematischer Flüssigkristall, der eine positive dielektrische Anisotropie aufweist, verwendet wird, und die Flüssigkristallmoleküle parallel zu Substraten an den jeweiligen Zwischenflächen eines Paars von wechselweise sich gegenüberliegenden Elektrodensubstraten ausgerichtet oder angeordnet werden, und die zwei Substrate kombiniert werden, so dass die Ausrichtungs- oder Anordnungsrichtungen von Flüssigkristallmolekülen einander kreuzen.
Bei solch einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom TN-Typ ist es wichtig, lange axiale Richtungen von Flüssigkristallmolekülen gleichförmig parallel mit oder an der Substratoberfläche auszurichten oder anzuordnen, und Flüssigkristallmoleküle mit einem konstanten Neigungs- oder Schrägstellungsausrichtungswinkel (im Folgenden als Neigungswinkel bezeichnet) zu dem Substrat auszurichten oder anzuordnen.
Als typische Verfahren zum Ausrichten oder Anordnen von Flüssigkristallmolekülen auf eine solche An und Weise waren zwei Verfahren bisher bekannt. Das erste Verfahren ist ein Verfahren, bei dem eine anorganische Substanz, wie z. B. Siliciumoxid, von einer Schief- oder Schräg- oder schrägwinkeligen oder monoklinen Richtung zu dem Substrat dampfbeschichtet wird, um einen anorganischen Film auf dem Substrat zu bilden, so dass die Flüssigkristrallmoleküle in Richtung der Dampfabscheidung ausgerichtet oder angeordnet werden. Dieses Verfahren ist industriell nicht effizient oder brauchbar, obwohl eine konstante Ausrichtung oder Anordnung mit einem vorbestimmten Neigungswinkel erreicht werden kann. Das zweite Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein organischer Beschichtungsfilm auf der Substratoberfläche gebildet wird, und die Filmoberfläche wird in einer vorbestimmten Richtung mit einem Tuch oder einem Stück Stoff oder Gewebe aus z. B. Nylon oder Polyester gerieben, so dass Flüssigkristallmoleküle in der Reib- oder Reibungs- oder Abriebsrichtung angeordnet oder ausgerichtet werden. Durch dieses Verfahren kann eine konstante Ausrichtung oder Anordnung relativ einfach erhalten werden, und dieses Verfahren wird industriell am meisten eingesetzt und ist am weitesten verbreitet. Als organischer Film kann z. B. Polyvinylalkohol, Polyoxyethylen, Polyamid oder Polyimid genannt werden. Polyimid wird jedoch in der Regel am meisten verbreitet eingesetzt unter dem Gesichtspunkt der chemischen Stabilität, thermischen Stabilität etc. Als typische Beispiele von Polyimid, das für solche Flüssigkristallanordnungsfilme verwendet wird, können solche genannt werden, die in der JP-A-61-47932 offenbart sind.
Das Behandlungsverfahren zum Ausrichten oder Anordnen von Flüssigkristallen durch Reiben oder Reibung oder Abrieb von Polyimid ist ein industriell brauchbares Verfahren, das einfach und hervorragend in der Produktivität oder Leistungsfähigkeit ist. Als jedoch die Anforderungen nach hoher Präzision und hoher Leistung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen stiegen und neue Anzeigesysteme, die solchen Anforderungen entsprachen, entwickelt wurden, haben sich viele Probleme des Reib- oder Reibungs- oder Abriebsverfahrens herausgestellt. Zum Beispiel können ein STN- (Super Twisted Nematic (hyper oder super verdrehtes nematisches)) System, bei dem der Verdrehungswinkel einer Flüssigkristallanzeige von einem TN-Typ vergrößert ist, ein AM-(Active Matrix (aktives Matrix)) System, bei dem Schaltelemente für einzelne oder individuelle Elektroden gebildet sind, und ein FLC-(ferroelektrisches) oder AFLC-(antiferroelektrisches) System, bei dem ein ferroelektrischer Flüssigkristall oder ein antiferroelektrischer Flüssigkristall eingesetzt wird, als solche Beispiele genannt werden. Bei dem STN-System ist der Kontrast hoch, und Kratzer oder Ritzen oder abgeschürfte oder abgeriebene Stellen, die auf der Oberfläche des Ausrichtungs- oder Anordnungsfilms durch Reiben oder Abrieb gebildet werden, werden zu Anzeigedefekten. Bei dem AM-System ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die mechanische Kraft oder statische Elektrizität oder statische Aufladung aufgrund des Reibens oder der Reibung oder des Abriebs so hoch ist, dass sie die Schaltelemente zerstören, und ein Stauben durch das Reiben neigt dazu, zu Anzeigedefekten zu führen. Bei dem FLC- oder AFLC-System ist es schwierig, sowohl eine Hochgeschwindig keitsantwort als auch eine einheitliche Anordnung oder Ausrichtung von einem smektischen Flüssigkristall nur durch eine einfache Reib- oder Reibungsbehandlung zufriedenstellend zu erhalten. Daher wurden verschiedene Probleme des Reib- oder Reibungsverfahrens herausgestellt.
Für die Aufgabe oder das Ziel der Lösung solcher Probleme wurde ein sogenanntes "reibungsloses" oder "reibloses" Ausrichtungs- oder Anordnungsverfahren, bei dem ein Flüssigkristall ohne Reiben oder Reibung ausgerichtet oder angeordnet wird, untersucht, und verschiedene Verfahren wurden vorgeschlagen. Zum Beispiel wurde ein Verfahren untersucht, bei dem photochrome Moleküle in die Oberfläche des Ausrichtungs- oder Anordnungsfilms eingeführt werden, so dass Moleküle auf der Oberfläche des Ausrichtungsfilms durch Licht ausgerichtet oder angeordnet werden (JP-A-4-2844), ein Verfahren, bei dem Molekülketten, die einen Ausrichtungs- oder Anordnungsfilm bilden, mit Hilfe eines LB-Films (Langmuir-Blodgett-Film) angeordnet werden (S. Kobayashi et al., Jpn. J. Appl. Phys., 27, 475 (1988)) und ein Verfahren, bei dem ein Ausrichtungsfilm auf einem vorhergehend Ausrichtungs-behandelten Substrat druckverklebt oder druckverbunden wird, um die Ausrichtung oder Anordnung zu übertragen (JP-A-6-43458). Wenn jedoch die industrielle Produktivität in Betracht gezogen wird, können sie nicht als brauchbar als Austauschverfahren oder Ersatzverfahren für das Reib- oder Reibungsverfahren angesehen werden.
Außerdem wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, bei denen periodische Unregelmäßigkeiten künstlich auf der Oberfläche des Ausrichtungs- oder Anordnungsfilms gebildet werden, und Flüssigkristallmoleküle entlang solcher Unregelmäßigkeiten angeordnet oder ausgerichtet werden. Das allereinfachste Verfahren von diesem Typ ist ein Verfahren, bei dem eine Replik oder Kopie oder ein Oberflächenabdruck, der periodische Unregelmäßigkeiten aufweist, vorhergehend hergestellt wird, und ein thermoplastischer Film erwärmt wird und darauf gepresst oder gedrückt wird, um die Unregelmäßigkeiten auf den Film zu übertragen (JP-A-4-172320, JP-A-4-296820, JP-A-4-311926, etc.). Nach diesem Verfahren ist es natürlich möglich auf effiziente oder ökonomische Weise einen Film herzustellen, der periodische Unregelmäßigkeiten auf seiner Oberfläche aufweist, aber es war nicht möglich, eine so hohe praktische Zuverlässigkeit zu erhalten, wie bei einem Polyimid-Film, der bei dem Reib- oder Reibungsverfahren verwendet wird. Außerdem wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Licht mit hoher Energie, wie z. B. Elektronenstrahlen (JP-A-4-97130), α-Strahlen (JP-A-2-19836), Röntgenstrahlen (JP-A-2-2515), oder ein Excimer-Laser (JP-A-5-53513) auf einen Polyimidfilm, der eine hohe Zuverlässigkeit hat, angewendet wird, um periodische Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Films zu bilden. Die Verwendung einer Lichtquelle für eine solche hohe Energie kann jedoch kaum als ein wirkungsvolles oder effizientes oder brauchbares Behandlungsverfahren zur Ausrichtung betrachtet werden, wenn eine industrielle Herstellung in Betracht gezogen wird, bei der eine Ausrichtungs- oder Anordnungsbehandlung kontinuierlich über die gesamte Oberfläche eines Substrats großer Größe einheitlich ausgeführt wird.
Andererseits wurde als ein effizientes oder wirksames oder brauchbares Verfahren zur Ausbildung periodischer Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche eines Polyimidfilms, der hohe Zuverlässigkeit aufweist, ein photolithographisches Verfahren genannt. Das Polyimid wird aufgrund seiner hohen Isolierungseigenschaft und hervorragenden elektrischen Eigenschaften als Isolierungsfilm für Halbleiter verwendet, und in den letzten Jahren wurde ein sogenanntes photoempfindliches oder photosensitives Polyimid entwickelt, das ein Polyimid ist, das selbst eine photohärtbare oder durch Licht härtbare Eigenschaft oder Natur aufweist. Es wurde ein Versuch gemacht, periodische Unregelmäßigkeiten durch ein photolithographisches Verfahren zu bilden unter Verwendung dieses durch Licht härtbaren Polyimids. Nach diesem Verfahren wurden natürlich Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Polyimidfilms gebildet, aber nachdem das durch Licht härtbare Polyimid anfänglich als ein Isolierungsfilm entwickelt wurde, waren die Eigenschaften zum Ausrichten oder Anordnen eines Flüssigkristalls nicht zufriedenstellend. Ferner war es notwendig, eine Pufferbeschichtungsschicht anzuwenden (JP-A-4-245224), und demzufolge war das Verfahren komplex und kann nicht als ein effizientes oder brauchbares Behandlungsverfahren zum Ausrichten oder zur Anordnung betrachtet werden, das ein Substitut oder ein Ersatz für das Reib- oder Reibungsverfahren sein kann, wenn die industrielle Produktivität in Betracht gezogen wird.
Als ein neues Behandlungsverfahren zur Ausrichtung, welches in letzter Zeit gefunden wurde, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem polarisierte ultraviolette Strahlen oder UV-Strahlen etc. auf die Oberfläche eines polymeren Films oder eine Polymerschicht angewendet wird, um Flüssigkristallmoleküle auszurichten oder anzuordnen, ohne Ausführung eines Reib- oder oder Reibungs-Behandlungsverfahrens. Die folgenden Berichte oder Literaturstellen sind als solche Beispiele verfügbar.
W. M. Gibbons et al., Nature, 351, 49 (1991), Y. Kawanishi et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 218, 153 (1992), M. Shadt et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31, 2155 (1992) und Y. Iimura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 32, L93 (1993).
Diese Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkristall in einer vorherbestimmten Richtung ausgerichtet oder angeordnet wird durch Bestrahlung von polarisiertem Licht ohne die Notwendigkeit einer herkömmlichen Reib- oder Reibungsbehandlung. Diese Verfahren haben die Vorzüge, dass sie keine solchen Probleme oder Nachteile aufweisen, wie z. B. statische Elektrizität oder statische Aufladung und Kratzer oder Ritzen auf der Oberfläche des Films durch das Reib- oder Reibungsverfahren, und das Verfahren ist einfach, wenn eine industrielle Herstellung in Betracht gezogen wird.
Denn das hier vorgeschlagene Verfahren zur Ausrichtung oder zum Anordnen von Flüssigkristallen unter Verwendung von Strahlung von polarisiertem Licht, wird als ein attraktives Verfahren als neues Behandlungsverfahren zur Ausrichtung oder zum Anordnen von Flüssigkristallen, ohne dass eine Reib- oder Reibungsbehandlung notwendig ist, in Betracht gezogen, obwohl es sich immer noch in einem grundsätzlichen Forschungsstadium befindet.
Als Polymermaterialien, die in den Berichten bisher verwendet wurden, wurden spezielle Polymermaterialien, wie z. B. Polyimide, die Polyvinylcinnamat oder einen Farbstoff vom Azo-Typ, hauptsächlich dispergiert oder verteilt haben, wegen der Notwendigkeit eingesetzt, eine photochemische Empfindlichkeit für polarisiertes Licht bereitzustellen oder zu erhalten, und es ist offenbart, dass durch Anwendung von polarisiertem Licht auf die Oberfläche solcher polymerer Filme, die Flüssigkristallmoleküle in einer vorherbestimmten Richtung ausgerichtet oder angeordnet werden können.
Bei einem Fall, bei dem jedoch die Ausrichtung oder Anordnung eines Flüssigkristalls, die solche Bestrahlung von polarisiertem Licht einsetzt, praktisch in Zukunft angewendet wird, werden nicht nur eine Funktion einer Flüssigkristallanordnungs- oder -ausrichtung sondern auch verschiedene Funktionen als ein Flüssigkristallausrichtungs- oder -anordnungsfilm gleichzeigt benötigt, um einen hohen Grad oder ein hohes Niveau einer Flüssigkristallanzeige zu erreichen. Dies bedeutet, dass das Polymermaterial, das als Flüssigkristallausrichtungs- oder -anordnungsfilm verwendet wird, nicht einfach auf ein spezielles Material begrenzt ist, und eine Auswahl aus einem weiten oder großen Bereich von chemischen Strukturen wichtig wird.
Ferner wird unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit und der Ausrichtungs- oder Anordnungsstabilität von Flüssigkristallmolekülen in Betracht gezogen, bevorzugt Polyimid zu verwenden, das bisher verwendet worden ist.
Denn die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einheitlicheren, hoch zuverlässigen Polyimid-Kunststoff oder ein Polyimidharz zu verwenden, wenn eine Anordnung oder Ausrichtung eines Flüssigkristalls durch Bestrahlung von polarisiertem Licht angewendet wird, auf eine praktische Flüssigkristallanzeigevorrichtung, und um ein Behandlungsverfahren zur Ausrichtung oder Anordnung bereitzustellen, bei dem ein Material vom Polyimid-Typ verwendet wird, das einen großen oder weiten strukturellen Bereich zur Auswahl aufweist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten umfangreiche Untersuchungen und Anstrengungen durch, um die obigen Probleme und Aufgaben zu lösen, und vollendeten als Ergebnis die vorliegende Erfindung. Denn die vorliegende Erfindung betrifft ein Behand lungsverfahren zur Anordnung oder zum Ausrichten von Flüssigkristallen, wie in Anspruch 1 definiert.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Das Behandlungsverfahren zur Anordnung oder zum Ausrichten von Flüssigkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein solches, bei dem ein Polyimidfilm, der durch die Formel (I) dargestellt wird, auf einem Substrat, das mit Elektroden versehen oder ausgestattet ist, wie z. B. Glas oder ein Plastik- oder Kunststofffilm, der mit transparenten Elektroden ausgestattet ist, gebildet wird, und dann polarisierte, ultraviolette Strahlen oder UV-Strahlen auf die Oberfläche des Films angewendet werden, so dass das Substrat als ein zur Ausrichtung oder Anordnung von Flüssigkristallen behandeltes Substrat verwendet werden kann, ohne dass eine Reib- oder Reibungsbehandlung benötigt wird.
Als Polyimid-Kunststoff oder Polyimidharz, das für das Behandlungsverfahren für die Ausrichtung von Flüssigkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es notwendig oder wesentlich, dass der Kunststoff oder das Harz eine Wiederholungseinheit der Formel (I) enthält. Durch Verwendung eines solchen Polyimid-Kunststoffs oder Polyimidharzes wird es möglich, Flüssigkristallmoleküle durch Bestrahlung von oder mit polarisierten ultravioletten Strahlen oder UV-Strahlen, in einer vorherbestimmten Richtung in Bezug auf die Polarisationsrichtung, und einheitlich und konstant auszurichten oder anzuordnen.
Bei dem Polyimidharz der Formel (I), das für das Behandlungsverfahren zur Ausrichtung oder zum Anordnen von Flüssigkristallen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es für den Tetracarbonsäure-Bestandteil, der verwendet werden wird, wesentlich, dass er einen Tetracarbonsäure-Bestandteil enthält, der eine alicyclische Struktur aufweist, die ausgewählt ist aus den folgenden Strukturformeln:
(wobei jedes der R³, R⁴, R⁵ und R⁶ für ein Wasserstoffatom oder eine C_1-4-organische Gruppe steht, R⁷ für ein Wasserstoffatom, Fluoratom oder eine C_1-2-organische Gruppe steht, und R⁸ für ein Wasserstoffatom, Fluoratom oder eine C_1-4-organische Gruppe steht).
Spezielle Beispiele der Tetracarbonsäure-Bestandteile, die die obigen Strukturen aufweisen schließen alicyclische Tetracarbonsäuren ein, wie z. B. 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäure, 1,2,3,4-Cyclopentantetracarbonsäure, 2,3,4,5-Tetrahydrofurantetracarbonsäure, 1,2,4,5-Cyclohexantetracarbonsäure, 3,4-Dicarboxy-1-cyclohexylbernsteinsäure und 3,4-Dicarboxy-1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalinbernsteinsäure und deren Dianhydride als auch deren Dicarbonsäuredisäurehalogenide.
Besonders bevorzugt unter dem Gesichtspunkt der Anordnung oder Ausrichtung von Flüssigkristallen ist ein Polyimidharz, bei dem in der Formel (I) R¹ die folgende Struktur enthält, d. h. den Tetracarbonsäure-Bestandteil, der 1,2,3,4-Cyclobutancarbonsäure ist und sein Dianhydrid als auch sein Carbonsäuredisäurehalogenid:
Ferner können diese Tetracarbonsäuren und deren Derivate allein oder in Kombination als eine Mischung von zwei oder mehreren von diesen verwendet werden.
Ferner können andere Tetracarbonsäuredianhydride in Kombination verwendet werden innerhalb eines Bereichs, bei dem der erhaltene Polyimid-Kunststoff oder das erhaltene Polyimidharz im Stande ist, die Effekte oder Wirkungen der vorliegenden Erfindung bei Bestrahlung mit oder von ultravioletten Strahlen oder UV-Strahlen bereitzustellen. Spezielle Beispiele davon schließen aromatische Tetracarbonsäuren ein, wie z. B. Pyromellithsäure, 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäure, 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäure, 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäure, 2,3,6,7-Anthracentetracarbonsäure, 1,2,5,6-Anthracentetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäure, 2,3,3',4-Biphenyltetracarbonsäure, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)ether, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäure, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfon, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)methan, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)propan, 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)propan, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)dimethylsilan, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)diphenylsilan, 2,3,4,5-Pyridintetracarbonsäure und 2,6-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)pyridin und deren Dianhydride als auch deren Dicarbonsäuredisäurehalogenide und aliphatische Tetracarbonsäuren, wie z. B. 1,2,3,4-Butantetracarbonsäure und deren Dianhydride als auch deren Dicarbonsäuredisäurehalogenide.
Ferner können diese Tetracarbonsäuren und deren Derivate allein oder in Kombination als eine Mischung von zwei oder mehreren von diesen verwendet werden.
Ferner sind spezielle Beispiele des Diamin-Bestandteils R² in der Formel (I) der vorliegenden Erfindung primäre Diamin-Reste, die üblicherweise zur Polyimid-Synthese verwendet werden, und die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus p-Phenylendiamin, m- Phenylendiamin, 2,5-Diaminotoluol, 2,6-Diaminotoluol, 4,4'-Diaminobiphenyl, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-Dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, Diaminobiphenylmethan, Diaminodiphenylether, 2,2'-Diaminodiphenylpropan, Bis(3,5-diethyl-4-aminophenyl)methan, Diaminodiphenylsulfon, Diaminobenzophenon, Diaminonaphthalin, 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,4-Bis(4-aminophenyl)benzol, 9,10-Bis(4-aminophenyl)anthracen, 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 4,4'-Bis(4-aminophenoxy)diphenylsulfon, 2,2-Bis[4-(aminophenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis(4-aminoiphenyl)hexafluorpropan und 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan. Ferner kann R² auch alicyclische Diamine umfassen, wie z. B. Bis(4-aminocyclohexyl)methan und Bis(4-amino-3-methylcyclohexyl)methan, und aliphatische Diamine, wie z. B. Tetramethylendiamin und Hexamethylendiamin, als auch ein Diaminosiloxan, wie z. B.
(m steht für eine ganze Zahl von 1 bis 10).
Ferner kann für den Zweck der Erhöhung des Neigungs- oder Schrägstellungswinkels ein Diamin verwendet werden, das eine langkettige Alkylgruppe aufweist, wie z. B. 4,4'-Diamino-3-dodecyldiphenylether oder 1-Dodecanoxy-2,4-diaminobenzol. Diese Diamin-Komponenten oder -Bestandteile können allein oder in Kombination als eine Mischung von zwei oder mehreren von diesen verwendet werden. Ferner ist es auch noch möglich, eine Zusammensetzung einzusetzen, die einen Polyimid-Vorläufer oder eine Polyimid-Vorläuferverbindung umfasst und ein Monoamin, das eine langkettige Alkylgruppe aufweist, wie in der JP-A-62-297819 offenbart, oder eine Diimidzusammensetzung, die eine langkettige Alkylgruppe enthält, wie z. B. in JP-B-6-25834 und JP-B-6-25835 offenbart.
Für das Polyimidharz der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, dass es einen Tetracarbonsäure-Bestandteil enthält, der die obige alicyclische Struktur aufweist, aber das Verfahren zu seiner Herstellung ist nicht besonders beschränkt. Es ist in der Regel möglich, ein Verfahren einzusetzen, bei dem eine Tetracarbonsäure oder ihr Derivat und ein Diamin umgesetzt und polymerisiert werden in einem organischen Lösungsmittel in einem molaren Verhältnis innerhalb eines Bereichs von 0,50 bis 2,0, vorzugsweise von 0,9 bis 1,10, um eine Polyimidharz-Vorläuferverbindung zu erhalten, die eine reduzierte oder verkleinerte oder verringerte Viskosität von 0,05 bis 3,0 dl/g (in N-Methyl-2-pyrrolidon bei einer Temperatur von 30°C bei einer Konzentration von 0,5 g/dl) aufweist, gefolgt von einer Dehydratations-Ringschluss-Reaktion, um ein Polyimidharz zu erhalten.
Die Temperatur zur Umsetzung und Polymerisation der Tetracarbonsäure oder ihres Derivats und das Damin wird vorzugsweise ausgewählt aus dem Bereich von –20 bis 150°C, vorzugsweise von –5 bis 100°C.
Als Verfahren zur Polymerisation des Polyimidharz-Vorläufers oder der Polyimidharz-Vorläuferverbindung wird in der Regel ein Lösungsmittelpolymerisationsverfahren bevorzugt. Spezielle Beispiele des Lösungsmittels, das für das Lösungsmittelpolymerisationsverfahren verwendet wird, schließen N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid, N-Methyl-2-pyrrolidon, N-Methylcaprolactam, Dimethylsulfoxid, Tetramethylharnstoff, Pyridin, Dimethylsulfon, Hexamethylphosphoramid oder Hexamethylphosphorsäureamid und Butyllacton ein. Ferner kann selbst ein Lösungsmittel, das nicht in der Lage ist, die Polyimidharz-Vorläuferverbindung zu lösen, auch verwendet werden, wenn es zu dem obigen Lösungsmittel zugegeben wird, innerhalb eines Bereichs, bei dem eine einheitliche Lösung erhalten werden kann.
Ferner wird ein Erwärmen als Verfahren zum Dehydratisierungs-Ringschluss eingesetzt, um die Polyimid-Vorläuferverbindung in das Polyimid zu überführen. Die Temperatur für dieses Erwärmen zum Dehydratisierungs-Ringschluss kann gegebenenfalls innerhalb eines Bereichs von 150 bis 450°C, vorzugsweise von 170 bis 350°C, ausgewählt werden. Die Zeit, die für diesen Dehydratisierungs-Ringschluss benötigt wird, beträgt in der Regel von 30 Sekunden bis 10 Stunden, vorzugsweise von 5 Minuten bis 5 Stunden, obwohl es auch von der Reaktionstemperatur abhängig sein kann.
Eine Polyimid- oder Polyimid-Vorläufer-Lösung der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben erhalten wird, wird auf ein Substrat beschichtet nach einem Verfahren, wie z. B. einem Spinnbeschichten oder Rotationsbeschichten oder Übertragungsdrucken oder Transferdrucken und dann erwärmt und gebacken oder gesintert oder gehärtet unter den obigen Bedingungen, um einen Polyimidfilm zu bilden. Die Dicke des Polyimidfilms ist hier nicht besonders beschränkt, aber sie beträgt in der Regel von 10 bis 300 nm, wenn sie als ein üblicher Flüssigkristall-Anordnungs- oder -Ausrichtungsfilm verwendet wird.
Dann werden auf die Oberfläche des Polyimidfilms polarisierte ultraviolette Strahlen oder UV-Strahlen angewendet, via oder über eine Polarisationsplatte von einer vorherbestimmten Richtung in Bezug auf das Substrat. In Bezug auf die Wellenlänge der ultravioletten Strahlen, die verwendet werden, sollte sie innerhalb eines Bereichs fallen, der von 100 bis 400 nm beträgt. Es ist besonders bevorzugt, die Wellenlänge geeignet auszuwählen, durch einen Filter oder dergleichen, in Abhängigkeit von dem Typ des verwendeten Polyimids.
Die Bestrahlungszeit oder Bestrahlungsdauer mit oder für die ultravioletten Strahlen oder UV-Strahlen liegt in der Regel innerhalb eines Bereichs von ein paar wenigen Sekunden bis zu wenigen Stunden, aber sie kann geeignet ausgewählt werden in Abhängigkeit von dem Polyimid, das verwendet wird.
Nach der Herstellung von zwei Substraten, die mit polarisierten UV-Strahlen auf eine solche Art und Weise bestrahlt wurden, wird ein Flüssigkristall in einer Sandwich-Struktur zwischen die Filmoberflächen, die einander gegenüberliegen, gegeben oder angeordnet, wobei Flüssigkristallmoleküle angeordnet oder ausgerichtet werden können.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten in Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf solche speziellen Beispiele beschränkt.
BEISPIEL 1
41,0 g (0,1 mol) 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propan und 19,2 g (0,98 mol) von 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid wurden in 343,5 g N-Methylpyrrolidon (im Folgenden zur Vereinfachung als NMP bezeichnet) bei Raumtemperatur 10 Stunden lang umgesetzt, um eine Polyimid-Vorläufer-(Polyamsäure (polyamid acid))Lösung zu erhalten. Die reduzierte Viskosität der erhaltenen Polyimid-Vorläuferverbindung betrug 0,98 dl/g (Konzentration: 0,5 g/dl, in NMP bei 30°C).
Diese Lösung wurde mit NMP auf einen Gesamt-Feststoffgehalt von 3 Gew.-% verdünnt und dann auf ein Glassubstrat bei 3.000 UpM spinnbeschichtet oder umdrehungsbeschichtet und dann einer Wärmebehandlung bei 80°C über einen Zeitraum von 5 Minuten unterworfen und bei 250°C über einen Zeitraum von 1 Stunde, um einen Polyimidharzfilm zu bilden, der eine Dicke von 100 nm aufweist.
Zwei Glassubstrate, die einen Polyimidharzfilm auf diese Weise beschichtet aufweisen, wurden hergestellt, und ultraviolette Strahlen oder UV-Strahlen von einer Hochdruck-Quecksilberlampe mit einer Leistung von 500 W wurden 60 Minuten lang über eine Polarisationsplatte auf die jeweiligen Polyimidharzfilme angewendet.
Die zwei Substrate, die mit polarisierten UV-Strahlen bestrahlt wurden, wurden mit einem Abstandhalter von 50 μm, der dazwischen geschoben war, zusammengegeben, so dass die Polyimidoberflächen innen einander gegenüber lagen, und die Richtungen der bestrahlten polarisierten UV-Strahlen parallel zueinander waren, um eine Zelle zu erhalten, und ein Flüssigkristall (ZLI-2293, hergestellt von Merck Company) wurde unter Vakuum eingespritzt. Diese Zelle wurde unter gekreuzten Nicol'schen Prismen eines Polarisationsmikroskops rotiert, wobei ein klarer Kontrast beobachtet wurde, und kein Defekt oder keine Beschädigung wurde beobachtet, und es wurde auf diese Weise bestätigt, dass Flüssigkristalle einheitlich ausgerichtet oder angeordnet wurden.
BEISPIEL 2
15,8 g (0,1 mol) 1,5-Diaminonaphthalin und 19,2 g (0,98 mol) von 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid wurden in 343,5 g NMP bei Raumtemperatur 10 Stunden lang umgesetzt, um eine Polyimid-Vorläufer-(Polyamsäure (polyamid acid))-Lösung zu erhalten. Die verringerte oder reduzierte Viskosität der erhaltenen Polyimid-Vorläuferlösung betrug 0,85 dl/g (Konzentration: 0,5 g/dl, in NMP bei 30°C).
Diese Lösung wurde mit NMP auf einen Gesamt-Feststoffgehalt von 5 Gew.-% verdünnt und dann auf ein Glassubstrat bei 3.000 UpM spinnbeschichtet oder rotationsbeschichtet und dann einer Wärmebehandlung bei 80°C über einen Zeitraum von 5 Minuten unterworfen und bei 250°C über einen Zeitraum von 1 Stunde, um einen Polyimidharzfilm zu bilden, der eine Dicke von 100 nm aufwies.
Auf die gleiche An und Weise wie bei dem Verfahren von Beispiel 1 wurden polarisierte UV-Strahlen ausgestrahlt oder bestrahlt und dann eine Zelle hergestellt. Diese Zelle wurde rotiert oder ließ man drehen unter gekreuzten Nicol'schen Prismen eines Polarisationsmikroskops, wobei ein klarer Kontrast beobachtet wurde, und kein Defekt oder keine Beschädigung wurde beobachtet, und es wurde auf diese Weise bestätigt, dass Flüssigkristalle einheitlich ausgerichtet oder angeordnet wurden.
BEISPIEL 3
41,0 g (0,1 mol) 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propan und 29,4 g (0,98 mol) von 3,4-Dicarboxy-1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalinbernsteinsäuredianhydrid wurden in 343,5 g NMP bei Raumtemperatur 10 Stunden lang umgesetzt, um eine Polyimid-Vorläufer-(Polyamsäure (polyamid acid))Lösung zu erhalten. Die verringerte oder reduzierte Viskosität der erhaltenen Polyimid-Vorläuferlösung betrug 0,80 dl/g (Konzentration: 0,5 g/dl, in NMP bei 30°C).
Diese Lösung wurde mit NMP auf einen Gesamt-Feststoffgehalt von 6 Gew.-% verdünnt und dann auf ein Glassubstrat bei 3.500 UpM spinnbeschichtet oder rotationsbeschichtet und dann einer Wärmebehandlung bei 80°C über einen Zeitraum von 5 Minuten unterworfen und bei 250°C über einen Zeitraum von 1 Stunde, um einen Polyimidharzfilm zu bilden, der eine Dicke von 100 nm aufwies.
Auf die gleiche An und Weise wie bei dem Verfahren in Beispiel 1 wurden polarisierte ultraviolette Strahlen bestrahlt oder ausgestrahlt und dann eine Zelle hergestellt. Diese Zelle wurde unter gekreuzten Nicol'schen Prismen eines Polarisationsmikroskops rotiert, wobei ein klarer Kontrast beobachtet wurde und keine Beschädigungen oder Fehlstellen oder Defekte beobachtet wurden, und auf diese Weise wurde bestätigt, dass Flüssigkristalle einheitlich angeordnet oder ausgerichtet wurden.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
41,0 g (0,1 mol) 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propan und 21,2 g (0,97 mol) Pyromellithsäuredianhydrid wurden in 343,5 g NMP bei Raumtemperatur 10 Stunden lang umgesetzt, um eine Polyimid-Vorläufer-(Polyamsäure (polyamid acid))Lösung zu erhalten. Die verringerte oder reduzierte Viskosität der erhaltenen Polyimid-Vorläuferlösung betrug 1,10 dl/g (Konzentration: 0,5 g/dl, in NMP bei 30°C).
Diese Lösung wurde mit NMP auf einen Gesamt-Feststoffgehalt von 3 Gew.-% verdünnt und dann auf ein Glassubstrat bei 4.500 UpM spinnbeschichtet oder rotationsbeschichtet und dann einer Wärmebehandlung bei 80°C über einen Zeitraum von 5 Minuten unterworfen und bei 250°C über einen Zeitraum von 1 Stunde, um einen Polyimidharzfilm zu bilden, der eine Dicke von 100 nm aufwies.
Auf die gleiche An und Weise wie bei dem Verfahren in Beispiel 1 wurden polarisierte ultraviolette Strahlen bestrahlt oder ausgestrahlt, und dann wurde eine Zelle hergestellt. Diese Zelle wurde unter gekreuzten Nicol'schen Prismen eines Polarisationsmikroskops rotiert, wobei viele Fehlstellen oder Defekte beobachtet wurden, obwohl etwas Kontrast beobachtet wurde, und Flüssigkristalle wurden nicht einheitlich angeordnet oder ausgerichtet.
GEWERBLICHE ODER INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Durch den Einsatz des Polyimidharzes der vorliegenden Erfindung und durch Anwendung von polarisierten ultravioletten Strahlen oder UV-Strahlen auf die Oberfläche des Films in einer vorherbestimmten Richtung können Flüssigkristallmoleküle einheitlich und konstant angeordnet oder ausgerichtet werden ohne Durchführung einer Reib- oder Reibungsbehandlung, die das herkömmliche Behandlungsverfahren für die Ausrichtung von Flüssigkristallen ist. Ferner wird es bei dem Verfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallen, das Bestrahlung mit polarisiertem Licht einsetzt, möglich, ein weiteres oder größeres strukturelles System auszuwählen, und es wird möglich, ein praktisches Behandlungsverfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallen bereitzustellen, das viel mehr Funktionen aufweist als ein Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm.

Claims

Behandlungsverfahren zum Ausrichten oder Anordnen von Flüssigkristallen, das folgendes umfasst: (a) Anwendung von (i) polarisierten ultravioletten Strahlen oder UV-Strahlen, die eine Wellenlänge von 100 bis 400 nm aufweisen, über oder durch eine Polarisationsplatte oder (ii) polarisierten Elektronenstrahlen auf einen polymeren Dünnfilm oder eine Polymerdünnschicht, der oder die auf einem Substrat in einer vorherbestimmten Richtung in Bezug auf die Substratoberfläche gebildet ist, und (b) Verwendung des Substrats um Flüssigkristalle ohne Reib- oder Reibungs- oder Abriebsbehandlung auszurichten oder anzuordnen, wobei der polymere Dünnfilm ein Polyimidharz ist, das eine Wiederholungseinheit der Formel (I) aufweist:
das erhalten wird durch einen Dehydratisierungs-Ringschluss einer Polyimid-Vorläuferverbindung, die eine reduzierte oder verkleinerte Viskosität von 0,05 bis 3,0 dl/g in N-Methyl-2-pyrrolidon bei einer Temperatur von 30°C bei einer Konzentration von 0,5 g/dl aufweist, wobei in der Formel (I) R¹ für eine vierwertige organische Gruppe steht, die ausgewählt ist aus den folgenden Strukturen:
wobei jedes der R³, R⁴, R⁵ und R⁶ für ein Wasserstoffatom oder eine C_1-4 organische Gruppe steht, R⁷ für ein Wasserstoffatom, Fluoratom oder eine C_1-2 organische Gruppe steht, und R⁸ für ein Wasserstoffatom, Fluoratom oder eine C_1-4 organische Gruppe steht, und R² für mindestens einen Diaminrest steht, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus p-Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, 2,5-Diaminotoluol, 2,6-Diaminotoluol, 4,4'-Diaminobiphenyl, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-Dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, Diaminobiphenylmethan, Diaminodiphenylether, 2,2'-Diaminodiphenylpropan, Bis(3,5-diethyl-4-aminophenyl)methan, Diaminodiphenylsulfon, Diaminobenzophenon, Diaminonaphthalin, 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,4-Bis(4-aminophenyl)benzol, 9,10-Bis(4-aminophenyl)anthracen, 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 4,4'-Bis(4-aminophenoxy)diphenylsulfon, 2,2-Bis[4-(aminophenoxy)phenyl]-propan, Bis(4-aminocyclohexyl)methan und Bis(4-amino-3-methylcyclohexyl)methan.
Das Behandlungsverfahren zum Ausrichten oder Anordnen von Flüssigkristallen gemäß Anspruch 1, wobei in der Formel (I) R¹ für eine vierwertige organische Gruppe steht, die die folgende Struktur enthält: