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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Verzögerungsmittel,
und insbesondere auf Dünnfilm-Verzögerungsmittel
zur Verbesserung des Betrachtungswinkels und der Helligkeit von
Flüssigkristallanzeigen.
Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung einer Phasenverzögerungsplatte
und eine Phasenverzögerungsplatte.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Gewaltige
Fortschritte in der Technologie der Flüssigkristallanzeige haben fortschrittliche
Anzeigegeräte
hervorgerufen, die heller, leichter sind und dazu fähig sind,
Information mit hoher Auflösung
anzuzeigen. Aufgrund des leichten Gewichtes, eines geringeren Formfaktors
und geringerer Energieerfordernisse von Flüssigkristallanzeigen zeigen
sie verschiedene Vorteile gegenüber
alternativen Anzeigen, wie z. B. Kathodenstrahlröhrenanzeigen. Flüssigkristallanzeigen
weisen jedoch den Nachteil von schlechtem Kontrast und/oder Chromatizität bei weiten
Betrachtungswinkeln auf, wodurch das Betrachten der Anzeige in vielen
Betrachtungssituationen oft schwierig ist.
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Der
primäre
Faktor, der das in einer Flüssigkristallanzeige
erreichbare Kontrastverhältnis
begrenzt, ergibt sich aus Licht, das durch Teile der Anzeige, von
denen angenommen wird, dass sie in einem dunklen Zustand sind, durchsickert.
Das Kontrastverhältnis
eines Flüssigkristalls
hängt auch
von dem Betrachtungswinkel des Beobachters ab. Es ist allgemein
bekannt, dass das Kontrastverhältnis
in einer typischen Flüssigkristallanzeige
nur innerhalb eines engen Betrachtungswinkels, der um den senkrechten
Einfall zentriert ist, ein Maximum ist, und abfällt, wenn der Betrachtungswinkel
sich erhöht.
Dieser vom Betrachtungswinkel abhängige Abfall im Kontrastverhältnis wird
durch Licht verursacht, das bei größeren Betrachtungswinkeln durch
Bildelemente im Dunkelzustand durchsickert. Große Betrachtungswinkel können in
Farbanzeigen auch Farbverschiebungen verursachen.
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Um
den Kontrast und den Betrachtungswinkel zu verbessern, können in
der Flüssigkristallanzeige
optische Kompensatorschichten enthalten sein. Die Notwendigkeit
für solche
Kompensatoren erhöht
sich bei superverdrillten (super twisted) nematischen (STN)-Flüssigkristallanzeigen,
bei denen es übliche
Praxis ist, eine zweite STN-Anzeigetafel einzubauen, die einen entgegengesetzten
Drall aufweist, um die Doppelbrechung der ersten Tafel zu kompensieren.
Da es kostspielig ist, eine zweite Flüssigkristallanzeigetafel nur
als Kompensator bereitzustellen, weisen viele Anzeigen optische
Kompensatoren, wie z. B. Phasenverzögerungsfilme, auf. Die Verwendung
solcher Verzögerungsfilme
wurde in den
US-Patenten Nr.
5 196 953 (erteilt an Yeh et al.),
5 504 603 (erteilt an Winker et al.),
5 557 434 (erteilt an Winker
et al.),
5 589 963 (erteilt
an Gunning, III et al.),
5 619
352 (erteilt an Koch et al.),
5 612 801 (erteilt an Winker) und
5 638 197 (erteilt an Gunning,
III et al.) beschrieben. Zwischen einem Paar von Polarisatorschichten
ist eine Flüssigkristallschicht
sandwichartig angebracht, wobei ein Polarisator eine zur Absorptionsachse
des anderen senkrechte Absorptionsschicht aufweist. Durch Zusatz
von einer oder mehreren Kompensatorschichten wird das Kontrastverhältnis über einen breiten
Bereich von Betrachtungswinkeln durch sorgfältige Orientierung der optischen
Achse des Kompensators verbessert. Der kombinierte Verzögerungseffekt
des Kompensators löscht
die in Flüssigkristallanzeigen inhärente Phasenverzögerung.
Alle vorstehend genannten Patente wurden entweder zusammen mit dieser Anmeldung übertragen
oder an die Firma des Abtreters, Rockwell International Corporation, übertragen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Phasenverzögerungsplatte, die die Merkmale
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, ist in
US 5 667 854 beschrieben.
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Ein
in diesen Patenten besprochener in den Kompensatorschichten enthaltener
Kompensator ist als A-Platten-Kompensator
bekannt. Eine A-Platte ist eine doppelbrechende Schicht, in der
ihre außerordentliche Achse
(d. h., ihre C-Achse) parallel zur Oberfläche der Schicht orientiert
ist, und ihre a-Achse senkrecht zur Oberfläche (parallel zur Richtung
des senkrecht einfallenden Lichtes) orientiert ist. A-Platten des
Standes der Technik können
unter Verwendung von einaxial gestreckten Polymerfilmen, wie z.
B. Polyvinylalkohol, oder anderem geeignet orientierten organischen
doppelbrechenden Material hergestellt werden. Unglücklicherweise sind
die Qualität
und die Gleichmäßigkeit
der optischen Eigenschaften solcher A-Platten des Standes der Technik im allgemeinen
schlecht. Außerdem
muss die A-Platte unter Spannung gehalten werden, und das Material
muss relativ dick sein, um eine ausreichende Anisotropie zu erhalten.
Ein Laminat solcher A-Platten mit anderen Verzögerungsfilmen ergibt außerdem oft
eine Spannungs-induzierte Doppelbrechung, wenn es erhöhten Temperaturen
ausgesetzt wird.
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Neuerdings
wurde berichtet, dass Verzögerungsfilme
aus Ultraviolett(UV)-härtbaren
Flüssigkristallen erhalten
werden können;
siehe z. B. H. Hasebe, K. Takeuchi und H. Takatsu, J. SID. 3/3,
139 (1995). Wie in der 5 gezeigt, werden zwei Substrate
bereitgestellt, damit traditionelle Ausrichtungstechniken verwendet werden
können,
um eine Spreizung in der Kristallstruktur, die sonst durch die intrinsische
Neigung des Flüssigkristalls
an der Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche eingeführt werden
kann, zu eliminieren. Da Polyimid-Ausrichtungsmaterial jedoch sehr
teuer ist, ist es unerwünscht,
Ausrichtungsschichten an zwei Substrate zu applizieren. Es ist auch
unbefriedigend, sich dem mit der Ausrichtung und der Beabstandung
der zwei Substrate verbundenen Aufwand auszusetzen, wenn eines oder
beide Substrate nach der Photopolymerisierung des UV-härtbaren
Flüssigkristalls
verworfen werden. Es ist außerdem
unbefriedigend, auf beabstandete parallele Substrate zu vertrauen,
um die Orientierung des Flüssigkristalls
vor der Photopolymerisierung festzusetzen, da mit beabstandeten
Substraten eine praktische Begrenzung im Hinblick auf die erreichbare
Größe und Gleichmäßigkeit
besteht.
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Es
ist natürlich
wünschenswert,
die Zahl der zur Orientierung des UV-härtbaren Flüssigkristallmaterials erforderlichen
Substrate zu minimieren. Wie im vorstehend genannten
US-Patent Nr. 5 619 352 angegeben,
können
polymeririsierbare Flüssigkristalle
in einem Verfahren verwendet werden, das eine einzige Substratoberfläche beschichtet,
um Dünnfilmkompensatoren
auszubilden. Dieses Verfahren eliminiert die Notwendigkeit der Bereitstellung
eines zweiten Substrats, das eine Ausrichtungsschicht zum Ausrichten
des Flüs sigkristalls
aufweist. Die meisten polymerisierbaren Flüssigkristalle weisen jedoch
einen intrinsischen von Null verschiedenen Neigungswinkel an der
polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche auf,
der es schwierig macht, die planare Orientierung des Flüssigkristalls,
die für
A-Platten-Kompensatoren erforderlich ist, zu erzielen. Es wird deshalb
ein effizientes und wirtschaftliches Verfahren benötigt, um
einen Neigungswinkel an der nematischen/Luft-Grenzfläche zu erzielen,
der geringer als der intrinsische Neigungswinkel des polymerisierbaren
Flüssigkristalls
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer
Phasenverzögerungsplatte
nach Anspruch 1 bereit. Darüber
hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Phasenverzögerungsplatte
nach Anspruch 14 bereit.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Dünnfilmkompensatoren
zur Verbesserung des Betrachtungswinkels und des Kontrastes von
Flüssigkristallanzeigen,
und insbesondere verdrillte nematische Flüssigkristallanzeigen. Dünnfilmkompensatoren,
wie z. B. cholesterische und A-Platten-Kompensatoren, können unter
Verwendung eines einzigen Substrats, auf dem eine Schicht von polymerisierten
Flüssigkristallen
aufgebracht wird, hergestellt werden. Vorteilhafterweise weist der
polymerisierbare Flüssigkristall
an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche einen
Neigungswinkel von ca. 0° auf.
Alternativ weist der polymerisierbare Flüssigkristall an der nematischen/Luft-Grenzfläche einen
Neigungswinkel auf, der größer als
0° ist,
aber geringer als der intrinsische Neigungswinkel des polymerisierbaren
Flüssigkristalls.
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Erfindungsgemäß wird eine
Lösung
polymerisierbarer Flüssigkristalle
auf ein präpariertes
Substrat aufgebracht. Die Lösung
umfasst polymerisierbare Flüssigkristalle
in Kombination mit einer Klasse von Additiven, die die polymerisierbaren
Flüssigkristalle
an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche geeignet
orientieren. Die Additive können
sein oberflächenaktive
Mittel, Trennmittel oder andere oberflächenaktive Chemikalien, die
in der Lösung
löslich
sind. Die Konzentration der Additive in der Lösung sollte einen kritischen Minimalwert übersteigen,
sollte aber nicht einen Wert übersteigen,
bei dem eine Phasentrennung auftritt. Die Additive können entweder
reaktiv oder nicht-reaktiv sein. Vorteilhafterweise können z.
B. sowohl reaktive (wie z. B. Acrylate und Vinylether) als auch
nicht-reaktive Siliconöl-oberflächenaktive
Mittel verwendet werden.
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Die
Lösung
wird dann auf einem Substrat abgelagert, das eine anisotrope Oberfläche aufweist.
Das Additiv wandert zu der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche und
bildet eine additivreiche Oberflächenschicht,
die wieder den Neigungswinkel der polymerisierbaren Flüssigkristalle
an der Grenzfläche
zu Luft erniedrigt. Der resultierende Film wird in der Flüssigkristallphase
polymerisiert, um die geeignete molekulare Orientierung permanent
zu fixieren.
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Der
resultierende Film kann leicht von dem Substrat abgetrennt werden
und in gewünschtes
Muster geformt werden. Diese und andere, vorstehend nicht spezifisch
beschriebene Vorteile der vorliegenden Erfindung werden der hier
enthaltenen detaillierten Erörterung
klar verständlich.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
eine Schnittansicht eines A-Platten-Kompensators gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Schnittansicht eines auf einem einzigen Substrat abgeschiedenen
polymerisierbaren Flüssigkristallmaterials,
das den inhärenten
Neigungswinkel der polymerisierbaren Flüssigkristalle an der Grenzfläche zu Luft
zeigt.
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3 veranschaulicht
eine mögliche
Art zur Abscheidung des polymerisierbaren Flüssigkristallmaterials auf einem
Substrat.
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4 veranschaulicht
ein Verfahrensfließdiagramm
zur Herstellung eines dünnen
Verzögerungsfilms gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 veranschaulicht
ein Phasendiagramm für
ein polymerisierbares Flüssigkristallmaterial.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nach
den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein neuer Dünnfilmkompensator
zur Verbesserung des Betrachtungswinkels und der Helligkeit von
Flüssigkristallanzeigen
bereitgestellt. Spezifisch ausgedrückt wird im erfindungsgemäßen Verfahren
ein polymerisierbares Flüssigkristallmaterial
auf einem einzigen Substrat abgeschieden und ein doppelbrechender
Dünnfilmkompensator
erhalten. Da ein Kompensator die durch die Flüssigkristallanzeige eingebrachte
Phasenverzögerung
korrigiert, indem er die Phase des durchgelassenen Lichts verzögert, ist
es üblich,
den Kompensator als Phasenverzögerungsplatte
zu bezeichnen. Diese Kompensatorfilme weisen eine doppelbrechende
Schicht auf, die an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche einen
Neigungswinkel aufweist, der geringer als ca. 25° ist. Vorzugsweise weist die Schicht
an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche einen
Neigungswinkel von im wesentlichen Null auf, wobei ihre außergewöhnliche
Achse, d. h., die c-Achse, parallel zur Oberfläche der Schicht orientiert ist,
und die a-Achse senkrecht zur Oberfläche (d. h., parallel zur Richtung
des senkrecht einfallenden Lichts) orientiert ist. Im Fall, dass
das polymerisierbare Flüssigkristallmaterial
chiral ist, variiert die c-Achse
azimutal durch den Film, und der Film wird als cholesterischer Film
bezeichnet. Im Fall, in dem das polymerisierbare Flüssigkristallmaterial
achiral ist, orientiert sich die c-Achse gleichmäßig in einer spezifischen azimutalen
Richtung im Innern des Films, und der resultierende Film ist ein
A-Platten-Film.
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Die
US-Patente US 6 320 634 und
US 5 986 734 , beide mit
dem Titel Organic Polymer O-Plate Compensator For Improved Gray
Scale Performance in Twisted Nematic Liquid Crystal Displays, wird
ein O-Platten-Kompensatorfilm
beschrieben, der eine hohe Neigungsorientierung des Direktors des
Flussigkristallmaterials an der Grenzfläche gegen Luft aufweist. Diese
Anmeldungen, deren Beschreibung hiermit durch Bezugnahme darauf
Bestandteil dieser Beschreibung ist, veranschaulichen insbesondere
die Herstellung und Verwendung eines O-Platten-Kompensators mit
Polarisatoren und/oder Analysatoren in einem Flüssigkristallanzeige(LCD)-System,
um das Kontrastverhältnis
zu verbessern. Die vorstehend genannten Anmeldungen sind auf den
Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen.
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In 1 wird
eine nachstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
wie sie unter Verwendung eines polymeren Flüssigkristall-Dünnfilms
zur Bildung eines A-Platten-Kompensators durchgeführt werden
könnte.
Spezifisch beschrieben veranschaulicht 1 ein Substrat 102,
das eine auf einer Oberfläche
applizierte Ausrichtungsschicht 104 aufweist. Ein Dünnfilm 106 aus
polymerisierbaren Flüssigkristallen
ist an der Oberseite der Ausrichtungsschicht 104 angebracht.
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Das
Beschichten einer Oberfläche
des Substrats 102 mit einem Polyimidmaterial bildet eine
Ausrichtungsschicht 104. Die Ausrichtungsschicht wird dann
so behandelt, dass die Moleküle
des polymerisierbaren Flüssigkristalls
an der Grenzfläche
des polymerisierbaren Flüssigkristalls
und der Ausrichtungsschicht 104 einen niedrigen Neigungswinkel
aufweisen. Da die vorliegende Erfindung ein einziges Substrat bereitstellt,
bildet die Oberseite des dünnen
Films 106 eine Grenzfläche
mit Luft, wie bei 108 angezeigt. Wie vorstehend erläutert, weisen
die Moleküle
des polymerisierbaren Flüssigkristalls
an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108 eine
intrinsische Neigung (d. h., ca. 20° bis 80°) auf, der überwunden werden muss, um eine
A-Platte zu erhalten. Dieser intrinsischer Neigungswinkel θ ist in 2 dargestellt,
und die Moleküle tendieren
dazu, einen unerwünschten
Spreizungswinkel über
die Dicke des dünnen
Films 106 zu zeigen.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird jedoch an der polymerisierbarer
Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108 ein
Neigungswinkel von im wesentlichen Null (0°) in einer bevorzugten in 1 dargestellten
Ausführungsform
erzielt. Wie nachstehend näher
erläutert,
weist der Dünnfilm 106 an
der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108 eine
freie Oberfläche
auf, die eine an Additiv reiche Konzentration oder Schicht in der
Nähe der
Grenzfläche
zu Luft aufweist. Die Konzentration des Additivs verringert den
Neigungswinkel der polymerisierbaren Flüssigkristalle an der Grenzfläche zu Luft.
Durch Modifizieren der Konzentration der an Additiv reichen Schicht
kann das Flüssigkristallmaterial
somit einen Neigungswinkel aufweisen, der größer als oder gleich ca. 0° ist, aber
geringer als der intrinsische Neigungswinkel des Flüssigkristallmaterials
an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108.
Insbesondere kann durch Variieren der Konzentration des Additivs
der Neigungswinkel an der Grenzfläche zu Luft zwischen Null Grad
(0°) und
ca. 25 Grad (25°)
sein.
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Die
polymerisierbare Flüssigkristallschicht
wird in der Flüssigkristallphase
polymerisiert, um die Molekülordnung
mit einer im wesentlichen parallelen Orientierung des Direktors
des Flüssigkristalls
an der freien Oberfläche
permanent zu fixieren. Oder die polymerisierbare Flüssigkristallschicht
wird durch Variieren der Menge des oberflächenaktiven Mittels bei einem
Winkel polymerisiert, der zwischen ca. 0° und den intrinsischen Neigungswinkeln
an der Grenzfläche
zu Luft liegt.
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An
der Substrat/Flüssigkristall-Grenzfläche kann
der Direktor des zur Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht
benachbarten Flüssigkristalls
im wesentlichen parallel zum Substrat orientiert sein, wie dies
in 1 dargestellt ist, oder in einem bestimmten schrägen Winkel
relativ zum Substrat vorliegen. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird
erkennen, dass bekannte Mittel zur Abscheidung und Behandlung einer
Ausrichtungsschicht verwendet werden können, um den Direktor des zum
Substrat benachbarten Flüssigkristall
bei anderen ausgewählten
Winkeln zu orientieren, wie dies im Hinblick auf Technik oder Konstruktion
erforderlich ist.
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Mit
einer schrägen
Orientierung des Flüssigkristall-Direktors
ist es möglich,
eine gleichmäßige Neigungsvariation über die
Dünnfilmschicht 106 zu
errichten, da der Neigungswinkel an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108 erfindungsgemäß im wesentlichen
parallel zum Substrat 102 verbleibt. Eine Variation im
Azimutwinkel durch die Dünnfilmschicht
kann erzielt werden, indem man die polymerisierba rer Flüssigkristall-Lösung mit
einem chiralen Additiv in einer ausreichenden Menge dotiert, um
eine gewünschte
helikale Steigung entlang einer zum Dünnfilm 106 senkrechten
Achse bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet ein Flüssigkristallmaterial, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Vinylethern und Epoxiden. Ein
bevorzugter Ausgangsstoff des polymerisierbaren Flüssigkristalls
(RM82) kann von Merck Ltd., Dorset, UK erhalten werden. Dieser polymerisierbare
Flüssigkristall
umfasst ein difunktionelles reaktives Material, Esterbindungen und
aromatische Gruppen.
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Um
das Abscheideverfahren zu erleichtern, kann eine polymerisierbarer
Flüssigkristall-Lösung formuliert
werden. Eine solche Lösung
ist eine Mischung verschiedener Komponenten. Sie umfasst die polymerisierbaren
Flüssigkristalle.
Die polymerisierbarer Flüssigkristall-Lösung umfasst
auch ein organisches Lösungsmittel
oder eine Mischung organischer Lösungsmittel
zur Unterstützung
der Abscheidung der Lösung
auf einem Substrat.
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In
der polymerisierbarer Flüssigkristall-Lösung ist
ein Additiv enthalten, um den Neigungswinkel des Flüssigkristall-Direktors
an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108 zu
verringern. Spezifisch ausgedrückt
ist das Additiv ein oberflächenaktives
Mittel, Trennmittel oder eine andere oberflächenaktive Chemikalie, die
in der polymerisierbarer Flüssigkristall-Lösung löslich ist.
Das Additiv kann entweder reaktiv oder nicht-reaktiv sein. Es wurde
gefunden, dass sowohl reaktive (wie Acrylate und Vinylether) als
auch nicht-reaktive Siliconöl-oberflächenaktive
Mittel vorteilhafterweise verwendet werden können. Beispielhaft angegeben kann
das oberflächenaktive
Material ausgewählt
sein aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylatpolymeren, Polysiliconpolymeren,
reaktiven Polysiliconpolymeren, Organosilanen, Wachsen und Formtrennmitteln.
Insbesondere ist das oberflächenaktive
Material ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Polycyclohexylmethacrylat (PCHM) (ein
zur Zeit bevorzugtes oberflächenaktives
Material), Monsanto Modaflow 2100, erhältlich von Monsanto Chemical
Company, St. Louis Missouri, Polydimethylsiloxan (PDMS), Dimethyldiethoxysilan und
Polymethylmethacrylat (PMMA).
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Die
Konzentration des Additivs in der polymerisierbarer Flüssigkristall-Lösung sollte
einen kritischen Minimalwert übersteigen,
der ausreicht, um die intrinsische Neigung zu minimieren, aber die
Konzentration sollte nicht einen Wert übersteigen, bei dem eine Phasentrennung
auftritt. Es wurde gefunden, dass das oberflächenaktive Material zwischen
0,1% und 10,0% und insbesondere weniger als ca. 5,0 Gew.-% des Flüssigkristallmaterials
betragen sollte. Die optimale Konzentration des oberflächenaktiven
Materials wird empirisch bestimmt und wird durch viele Faktoren
beeinflusst. Die optimale Konzentration kann z. B. beeinflusst werden durch
die Oberflächenspannung
des Additivs und den polymerisierbaren Flüssigkristall, die Dicke des
resultierenden polymerisierten Films und der Temperatur, bei der
der Flüssigkristall
polymerisiert wird. Für
einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es erkennbar, dass zusätzliche
Faktoren für
spezifische technische Anwendungen auftreten können, die die optimale Konzentration
beeinflussen können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
verringern ca. 0,2 Gew.-% oberflächenaktives
Mittel die Neigung des polymerisierbaren Flüssigkristalls an der Grenzfläche zu Luft
in einem Film mit einer Dicke von ca. 1,0 μm auf ca. Null Grad. Als weiteres
Beispiel wird die Konzentration an PMMA in RM257-Flüssigkristallmaterial
gemäß den folgenden
in Tabellenform angegebenen Ergebnissen variiert:
Konzentration
(Gew.-%) | Dicke
(μm) | Neigungswinkel
(θ) |
0,1 | 0,347 | 44,8 |
0,5 | 0,337 | 38,5 |
0,5 | 0,368 | 31,9 |
1,0 | 0,318 | 9,8 |
5,0 | 0,371 | 2,0 |
Tabelle
1
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Für Illustrationszwecke
weist eine andere bevorzugte Ausführungsform zur Ausbildung eines
A-Platten-Kompensators
eine auf das Substrat mittels eines Meniskus-Beschichtungsverfahrens
applizierte Filmdicke von ca. 1,0 μm auf. Die Formulierung umfasst
folgendes: 1) 14 Gew.-% polymerisierbarer Flüssigkristall (RM257); 2) 0,14
Gew.-% Photoinitiator (Irgacure 651, erhältlich von Ciba Geigy); 3)
0,024 Gew.-% oberflächenaktives
Mittel (PCHM) und 4) 85,836 Gew.-% Lösungsmittel (Cyclopentanon).
Eine andere bevorzugte Formulierung zur Ausbildung einer Dünnfilmdicke
von Ca. 80 μm
umfasst folgendes: 1) 35 Gew.-% RM257 und 15 Gew.-% RM82 (ebenfalls
von Merck Ltd. erhältlich);
2) 0,5 Gew.-% Photoinitiator (Irgacure 651); 3) 0,012 Gew.-% oberflächenaktives
Mittel (PDMS) und 4) 49,5 Gew.-% organisches Lösungsmittel (Monochlorbenzol).
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Es
sollte erkennbar sein, dass die Dicke des dünnen Films, sowie der Ausrichtungswinkel
an der Substrat/polymerisierbarer Flüssigkristall-Grenzfläche leicht
variiert werden kann, um gewünschte
optische Eigenschaften zu erhalten. Die aktuelle Dicke des Films
wird natürlich
von verschiedenen Faktoren abhängen,
wie z. B. von der relativen Konzentration der Lösung, der Geschwindigkeit,
mit der das Material auf das Substrat 102 durch das Beschichtungsverfahren
aufgebracht wird, der Viskosität
der Formulierung und der Oberflächenspannung
der Lösung.
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Die
polymerisierbaren Flüssigkristalldünnfilme
können
auf einem präparierten
Substrat durch mehrere Beschichtungsverfahren, die in der Industrie
bekannt sind, abgeschieden werden. Beispielhaft angegeben kann das
Beschichtungsverfahren eines der folgenden sein: Schleuderbeschichten,
Meniskusbeschichten, Extrudierbeschichten usw.
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4 zeigt
unter Bezugnahme auf 1 ein Fließdiagramm zur Durchführung eines
Verfahrens 400 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer optischen Verzögerungsplatte, die an der polymerisierbarer
Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108 einen
Neigungswinkel von im wesentlichen Null aufweist. Verfahren 400 ist
insbesondere zur Bereitstellung von A-Platten-Kompensatoren ausgestaltet.
Für den
Fachmann auf diesem Gebiet sollte es jedoch erkennbar sein, dass
leicht neue Variationen möglich
sind durch Auswählen
von Flüssigkristallmaterial,
das spezifische Eigenschaften aufweist, die spezifische Anwendungsziele erreichen,
durch Variieren der Konzentration des chiralen Dotiermittels zur
Bereitstellung eines cholesterischen Steigungs- und Drallwinkels,
und durch Variieren des Ausrichtungswinkels, in dem der Direktor
des Flüssigkristallmaterials
relativ zum Substrat 102 orientiert ist.
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Verfahren 400 beginnt
mit der Auswahl des geeigneten Substrats 102. In Stufe 402 wird
das Substrat 102 auf optische Mängel untersucht. Substrat 102 wird
gereinigt, um Verunreinigungen zu entfernen und zur Abscheidung
der Ausrichtungsschicht präpariert.
Es ist verständlich,
dass das Verfahren 400 unter Reinraumbedingungen durchgeführt wird.
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In
Stufe 406 wird die Ausrichtungsschicht 104 auf
einer Oberfläche
des Substrats 102 aufgebracht. Die Ausrichtungsschicht 104 ist
eine dünne
Beschichtung aus Polymer oder anderen Materialien, die die bevorzugte
Orientierung der Molekülrichtung
in der Flüssigkristall-Mesophase
begründet.
Um die Orientierung zu ergeben, wird die ausgesetzte Oberfläche der
Ausrichtungsschicht in einer einzigen Richtung mit einem weichen
Material geschliffen oder überstrichen,
um anisotrope Oberflächeneigenschaften
auszubilden, die die Flüssigkristallmoleküle in einer
gemeinsamen azimutalen Richtung parallel zur Oberfläche des
Substrats ausrichten. Beispiele für bevorzugte Beschichtungen,
die zur Ausbildung der Ausrichtungsschicht verwendet werden können, sind
Polyvinylalkohol, Silane und Polyimide.
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Für schräge Ausrichtungswinkel
kann Siliciumoxid schräg
auf der Oberfläche
des Substrats 102 unter Verwendung einer physikalischen
Dampfabscheidung abgeschieden werden. Wenn es erwünscht ist,
eine homeotrope Ausrichtung zu erhalten (d. h., worin die Flüssigkristallmoleküle senkrecht
zum Substrat 102 ausgebildet sind), kann die Ausrichtungsschicht 104 aus
einer amphiphilen Materialbeschichtung bestehen, in der jedes Molekül der Ausrichtungsschicht 104 ein
polares Ende und ein nicht-polares Ende aufweist. Die polaren Enden
haften auf dem Substrat, während
das nicht-polare Ende (üblicherweise
eine Kohlenwasserstoffkette) in den Flüssigkristallraum zeigt. Andere
Verfahren zum Erzielen einer planaren und homeotropen Ausrichtung, die
auf diesem Gebiet bekannt sind, wie z. B. Photoausrichtung, können ebenfalls
verwendet werden.
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Nach
Abschluss des Ausrichtungsschichtverfahrens wird die Lösung des
polymerisierbaren Flüssigkristalls
auf das Substrat 102, wie in Stufe 408 angegeben,
mittels Lösungsmittel
gegossen. Wie in 3 dargestellt, wird die Lösung vorzugsweise
unter Verwendung eines Meniskus-Beschichtungsverfahrens appliziert, worin
die Lösung
aus polymerisierbarem Flüssigkristall
von einem Behälter 302 durch
einen Schlitzlochkopf 304, der mit einer bestimmten Geschwindigkeit über das
Substrat läuft,
aufgespritzt wird. Durch Variieren des Abstands des Kopfes 304 vom
Substrat 102 und Steuern der Geschwindigkeit, mit der sich
der Kopf 304 bewegt, können
variierende Dicken des Dünnfilms 106 erhalten
werden.
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In
Stufe 410 wird das Lösungsmittel
verdampft, um die Ausbildung der Flüssigkristall-Mesophase und die
Ausrichtung in der bevorzugten Richtung zu ermöglichen. Die Lösungsmittelverdampfung
kann (unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Formulierungen)
durchgeführt
werden, indem man das beschichtete Substrat auf eine Heizplatte
bei einer festgesetzten Temperatur von ca. 90°C 1 bis 5 Minuten lang gibt.
Es ist einzusehen, dass das Temperaturprofil des Films während dieses
Verfahrens von verschiedenen Faktoren abhängt. Das Temperaturprofil wird
z. B. von den thermischen Koeffizienten des Substrats abhängen, und,
wie in 4 gezeigt, von den Temperaturen T1 und
T2, bei denen das polymerisierbare Flüssigkristallmaterial
aus der kristallinen Phase oder einer anderen hochorientierten Flüssigkristallphase
in die nematische Phase und von der nematischen Phase in die isotrope
Phase übergeht.
Die Temperatur des Films wird zwischen den Temperaturen T1 und T2 gehalten.
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Nach
Abdampfen des Lösungsmittels
wird der Film in der Flüssigkristallphase
polymerisiert, um den Dünnfilm 106 in
der geeigneten molekularen Ordnung in Stufe 412 permanent
auszurichten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymerisation
durch Bestrahlung des Dünnfilms 106 mit
aktivischer Strahlung durchgeführt.
Für die
vorstehend angegebenen spezifischen Formulierungen wird eine Belichtung
mit ultraviolettem Licht (mit der zwischen der Temperatur T1 und T2 gehaltenen
Temperatur des Films) eine permanente Vernetzung zwischen benachbarten
Flüssigkristallen
unter Bildung von langen Ketten vernetzter Moleküle ausbilden. Wenn diese Vernetzungen
ausgebildet werden, bildet das Flüssigkristallmaterial einen
Kunststofffilm mit einer in der bevorzugten Orientierung fixierten
Ausrichtung.
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Nach
Polymerisieren des Dünnfilms 106 kann
in Stufe 414 der Dünnfilm
vom Substrat entfernt werden, und das Substrat kann verworfen oder
wiederverwendet werden. Alternativ kann der Dünnfilm für spezifische Anwendungen auf
dem Substrat 102 verbleiben. Der Dünnfilm kann leicht mit anderen
Verzögerungsfilmen kombiniert
werden, um neue Kompensatorstrukturen zu ergeben, wie z. B. in den
vorstehend genannten Patenten beschrieben.
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Ein
signifikanter Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus
der Tatsache, dass die kleinen Flüssigkristallmoleküle vor der
Polymerisation leicht in der bevorzugten Orientierung ausgerichtet
werden. Da das Material anfänglich
in flüssiger
oder viskoser Form vorhanden ist, ergibt die vorliegende Erfindung
eine große Flexibilität in der
Auswahl und der Herstellung der Form oder Dicke des Films, sowie
in der Ausbildung von gemusterten oder mit Bildelementen (Pixel)
versehenen Verzögerungsfilmen
(in denen die Verzögerung
oder die optische Achse des Films sich von Position zu Position ändert),
indem man eine Photoausrichtungsschicht verwendet, oder während der
UV-Bestrahlung Photomasken verwendet.
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In
der vorstehenden Beschreibung ist das Substrat 102 vorzugsweise
eine Schicht eines Natronkalkglases, das eine ausreichende Festigkeit
zur Unterstützung
des Films während
des Herstellungsverfahrens aufweist. Solche Substrate sind relativ
billig und können
in einer Vielzahl von Größen erhalten
werden. Ein Vorteil ist es, dass die vorliegende Erfindung auch
für die
Verwendung mit Kunststoffsubstraten kompatibel ist. Mit Kunststoffsubstraten
kann es tatsächlich
möglich
sein, die Polyimid-Ausrichtungsschicht durch direktes Schleifen
des Kunststoffsubstrats wegzulassen, um den anisotropen Effekt mit
dem Flüssigkristallmaterial
zu erhalten.
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Unter
Verwendung des vorstehend beschriebenen Meniskus-Beschichtungsverfahrens
war es möglich,
unter Verwendung einer handelsüblich
erhältlichen
Meniskus-Beschichtungsausrüstung
A-Platten mit einem Oberflächenbereich
von etwa 289 Inch2 (17 Inch × 17 Inch)
zu erhalten. Es sollte erkennbar sein, dass durch Bewegen des Substrats
unter dem Beschichtungskopf 304 leicht ein kontinuierlicher
Streifen erhalten werden kann. Alternativ können andere auf diesem Gebiet
bekannte Beschichtungsverfahren verwendet werden, um ähnliche
Ergebnisse zu erzielen.