-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
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. Die Phasenverzögerungsplatte ist ein A-Platten-Kompensator.
-
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
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.
-
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.
-
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 Kom-pensator bereitzustellen, weisen viele Anzeigen optische Kompensatoren, wie z. B. Phasenverzögerungsfil-me, 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.
-
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.
-
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 Polyi-mid-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.
-
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 Flüssigkristalls 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.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Phasenverzögerungsplatte nach Anspruch 1 bereit, bei der es sich um einen A-Platten-Kompensator handelt. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Phasenverzögerungsplatte nach Anspruch 9 bereit.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Dünnfilmkompensatoren zur Verbesserung des Betrachtungswinkels und des Kontrastes von Flüssigkristallanzeigen, und insbesondere verdrillte nematische Flüssigkristallanzeigen.
-
Dünnfilmkompensatoren, d. h A-Platten-Kompensatoren, können unter Verwendung eines einzigen Substrats, auf dem eine Schicht von polymerisierten Flüssigkristallen aufgebracht wird, hergestellt werden. Der polymerisierbare Flüssigkristall weist an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche einen Neigungswinkel von ca. 0° auf.
-
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.
-
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.
-
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. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche definiert.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 veranschaulicht eine Schnittansicht eines A-Platten-Kompensators gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
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.
-
3 veranschaulicht eine mögliche Art zur Abscheidung des polymerisierbaren Flüssigkristallmaterials auf einem Substrat.
-
4 veranschaulicht ein Verfahrensfließdiagramm zur Herstellung eines dünnen Verzögerungsfilms gemäß der vorliegenden Erfindung. 5 veranschaulicht ein Phasendiagramm für ein polymerisierbares Flüssigkristallmaterial.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein neuer Dünnfilmkompensator zur Verbesserung des Betrachtungswinkels und der Helligkeit von Flüssigkristallanzeigen bereitgestellt, bei dem es sich um einen A-Platten-Kompensator handelt. 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 von im wesentlichen Null aufweist, 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, 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.
-
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 Flüssigkristallmaterials 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.
-
In 1 wird eine nachstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, wie sie unter Verwendung eines polymeren Flüssigkristal 1-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.
-
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 9 ist in 2 dargestellt, und die Moleküle tendieren dazu, einen unerwünschten Spreizungswinkel über die Dicke des dünnen Films 106 zu zeigen.
-
Mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108 ein Neigungswinkel von im wesentlichen Null (0°) in einer wie 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 gleich ca. 0° ist an der polymerisierbarer Flüssigkristall/Luft-Grenzfläche 108.
-
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.
-
An der Substrat/Flüssigkristall-Grenzfläche ist der Direktor des zur Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht benachbarten Flüssigkristalls im wesentlichen parallel zum Substrat orientiert, wie dies in 1 dargestellt ist. 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.
-
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.
-
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.
-
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 Polyacrylat-polymeren, 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 Mo-daflow 2100, erhältlich von Monsanto Chemical Company, St. Louis Missouri, Polydimethylsiloxan (PDMS), Dimethyldiethoxysilan und Polymethylmethacrylat (PMMA).
-
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 o-berflächenaktive 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. beein-flusst 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.
-
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.
-
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
-
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 um 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).
-
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. 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.
-
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 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.
-
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.
-
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.
-
Andere Verfahren zum Erzielen einer planaren Ausrichtung, die auf diesem Gebiet bekannt sind, wie z. B. Photoausrichtung, können ebenfalls verwendet werden.
-
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.
-
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 Temperaturprofi 1 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.
-
Nach Abdampfen des Lösungsmittels wird der Film in der Flüssigkristallphase polymerisiert, um den Dünn-film 106 in der geeigneten molekularen Ordnung in Stufe 412 permanent auszurichten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymerisation durch Bestrahlung des Dünnfilms 106 mit aktinischer 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.
-
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.
-
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. 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.
-
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.
