DE69720011T2

DE69720011T2 - Optischer verzögerungsfilm

Info

Publication number: DE69720011T2
Application number: DE69720011T
Authority: DE
Inventors: Ben Godden; Mark Goulding; Quentin Hodges; Mark Verrall
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2017-09-06
Also published as: US6899929B2; US20010022998A1; WO1998012584A1; KR20050049529A; US7105586B2; JP4141504B2; KR20000036152A; KR100623840B1; US6291035B1; DE69720011D1; EP0927372A1; TW472081B; EP0927372B1; JP2001500984A; US20040175513A1; KR100567654B1

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Verzögerungsfolie umfassend zwei Schichten eines anisotropen Polymers, die einander benachbart oder beiden Seiten eines gemeinsamen Substrates benachbart sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schicht eine geneigte Struktur mit einer optischen Symmetrieachse mit einem Neigungswinkel θ bezüglich der Schichtebene aufweist, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert. Eine solche Verzögerungsfolie ist aus WO96/10768 bekannt.
Die Erfindung beschreibt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen optischen Verzögerungsfolie und betrifft ein Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht, das eine derartige optische Verzögerungsfolie enthält, sowie eine Flüssigkristallanzeige enthaltend eine Anzeigezelle und eine derartige optische Verzögerungsfolie.
Fig. 1a und 1b stellen die Struktur von optischen Verzögerungsfolien nach bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 1c stellt ein Vergleichsbeispiel dar.
Fig. 2a und 2b zeigen eine Anzeigevorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3a und 3b zeigen die Verzögerung gegen den Blickwinkel für eine erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie im Vergleich zu optischen Verzögerungsfolien des Standes der Technik, gemessen in zwei Beobachtungsrichtungen.
Fig. 4 zeigt die normalisierte Verzögerung gegen die Wellenlänge für eine erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie im Vergleich zu optischen Verzögerungsfolien des Standes der Technik.
Fig. 5 zeigt die Verzögerung gegen den Blickwinkel für eine erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie, gemessen in zwei Beobachtungsrichtungen.
Fig. 6a und 6b zeigen die Leuchtdichte gegen den Blickwinkel für eine erfindungsgemäße Kombination eines zirkular-reflektiven Breitbandpolarisators und einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie, im Vergleich zu einer Kombination eines zirkularreflektiven Breitbandpolarisators und verschiedener optischer Verzögerungsfolien des Standes der Technik.
Europäische Patentanmeldung EP 0 606 940-A1 offenbart einen cholesterischen reflektiven Polarisator, der zirkular polarisiertes Licht hoher Leuchtdichte über einen breiten Wellenlängenbereich erzeugt. Dieser Polarisator kann auch mit einer λ/4-Folie oder -platte (QWF) kombiniert werden, die das durch den cholesterischen Polarisator übertragene zirkular polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht umwandelt.
Wird jedoch eine Flüssigkristallanzeige enthaltend einen cholesterischen Polarisator wie den in EP 0 606 940 beschriebenen unter einem zunehmenden Blickwinkel betrachtet, verschlechtern sich ihre optischen Eigenschaften, wie z. B. die Leuchtdichte und das Kontrastverhältnis, häufig.
Es bestand daher der Wunsch, eine optische Verzögerungsfolie zur Verfügung zu haben, die bei Verwendung zusammen mit einem cholesterischen, zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator oder einer Kombination enthaltend einen zirkular-reflektiven Polarisator und eine λ/4-Folie, wie z. B. in EP 0 606 940 beschrieben, die optischen Eigenschaften des oben genannten zirkular-reflektiven Polarisators oder der oben genannten Kombination über einen weiten Blickwinkelbereich verbessert.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische Verzögerungsfolie bereit zu stellen, die die oben beschriebenen Eigenschaften aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht bereit zu stellen, enthaltend eine derartige optische Verzögerungsfolie und einen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator. Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung sofort deutlich.
Es wurde nun gefunden, dass diese Aufgaben durch Bereitstellen einer optischen Verzögerungsfolie umfassend zwei Schichten eines anisotropen Polymers, die einander benachbart oder beiden Seiten eines gemeinsamen Substrates benachbart sind, mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erfüllt werden können. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es wurde weiterhin gefunden, dass eine optische Verzögerungsfolie wie oben beschrieben auch als Kompensationsfolie in herkömmlichen FK-Anzeigen, wie beispielsweise TN-, STN- oder Aktivmatrixgetriebenen (AMD) TN-Anzeigen verwendet werden kann, um die Blickwinkelabhängigkeit der elektrooptischen Eigenschaften, wie z. B. des Kontrasts und der Graustufen, in diesen Anzeigen zu kompensieren.
Eine Verzögerungsfolie mit geneigter Molekülstruktur ist in WO 96/10770-A1 beschrieben, während WO 96/10770-A1 eine Verzögerungsfolie mit geneigter Struktur offenbart, bei der sich der Neigungswinkel ständig in einer Richtung senkrecht zur Folie ändert. Diese Dokumente geben jedoch keinen Hinweis auf die kombinierte Verwendung einer derartigen Verzögerungsfolie mit einem zirkularreflektiven Breitbandpolarisator.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine optische Verzögerungsfolie umfassend zwei Schichten eines anisotropen Polymers, die einander benachbart oder beiden Seiten eines gemeinsamen Substrates benachbart sind, wobei jede Schicht eine geneigte Struktur mit einer optischen Symmetrieachse mit einem Neigungswinkel θ bezüglich der Schichtebene aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die optische Verzögerungsfolie eine geneigte Struktur auf, wobei die Neigungswinkel der beiden Schichten voneinander verschieden sind.
In der vorliegenden Erfindung weist die optische Verzögerungsfolie eine geneigte Struktur auf, wobei sich der Neigungswinkel in jeder Schicht fortlaufend ändert, d. h. eine gespreizte Konfiguration annimmt, wobei die Richtung der Änderung und gegebenenfalls der Betrag der Anfangswerte der Änderung des Neigungswinkels bei den beiden Schichten unterschiedlich ist.
In der ersten erfindungsgemäßen Schicht ändert sich der Neigungswinkel θ, vorzugsweise fortlaufend, in einer Richtung senkrecht zur Schicht, beginnend mit einem Mindestwert θmin auf der der zweiten Schicht oder, wenn vorhanden, dem gemeinsamen Zwischensubstrat zugewandten Seite der Schicht bis zu einem Höchstwert θmax auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht, oder umgekehrt.
In der zweiten Schicht ändert sich der Neigungswinkel, vorzugsweise fortlaufend, in einer Richtung senkrecht zur Schicht, beginnend mit einem Mindestwert θmin auf der der ersten Schicht oder, wenn vorhanden, dem gemeinsamen Zwischensubstrat zugewandten Seite der Schicht bis hin zu einem Höchstwert θmax auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht, wie bei der ersten Schicht.
In der vorliegenden Erfindung ändert sich der Neigungswinkel in der zweiten Schicht in der entgegengesetzten Richtung zur ersten Schicht, d. h. wenn sich die erste Schicht von θmin zu θmax ändert, ändert sich die zweite θmax zu θmin und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Mindestneigungswinkel θmax in jeder Schicht im Wesentlichen null Grad.
In der vorliegenden Erfindung weist die optische Verzögerungsfolie eine Struktur auf, bei der die Projektion der optischen Symmetrieachse der ersten Schicht in die Schichtebene und die Projektion der optischen Symmetrieachse der zweiten Schicht in die Schichtebene gegeneinander unter einem Winkel ρ in der Grenzflächenebene zwischen den Schichten verdrillt sind, wobei der Winkel ρ 0 bis kleiner als 60 Grad beträgt.
WO 97/44409 wird unter Art. 54(3) EPÜ aufgeführt und offenbart eine optische Verzögerungsfolie, die der im vorliegenden Anspruch 1 definierten sehr ähnlich ist, sich von letzterer aber durch einen größeren Winkel ρ im Bereich von 60 bis 120 Grad unterscheidet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Winkel ρ im Wesentlichen 0 Grad.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Verzögerung der optischen Verzögerungsfolie von 50 bis 250 nm.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine optische Verzögerungsfolie wie oben beschrieben, die nach einem Verfahren erhältlich ist, das die folgenden Schritte umfasst
A) Auftragen einer Mischung bestehend aus
a) einem polymerisierbaren mesogenen Material, das mindestens ein polymerisierbares Mesogen mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe enthält,
b) einem Initiator und
c) gegebenenfalls einem Lösungsmittel in Form einer Schicht auf ein Substrat oder zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat,
B) Orientieren des polymerisierbaren mesogenen Materials in der aufgetragenen Schicht zu einer geneigten und gegebenenfalls gespreizten Struktur,
C) Polymerisieren der Mischung aus einem polymerisierbaren mesogenen Material durch Einwirkung von Hitze oder aktinischer Strahlung,
D) gegebenenfalls Entfernung des Substrats, oder, wenn zwei Substrate vorhanden sind, eines oder beider Substrate vom polymerisierten Material, und
E) Wiederholen der Schritte A), B), C) und gegebenenfalls Schritt
D) mindestens ein weiteres Mal.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Schritte A), B) und C) auf beiden Seiten eines einzigen Substrates durchgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Mischung des polymerisierbaren mesogenen Materials, die im oben beschriebenen Verfahren verwendet wird, mindestens ein polymerisierbares Mesogen mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und mindestens ein polymerisierbares Mesogen mit zwei oder mehr polymerisierbaren funktionellen Gruppen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die polymerisierbaren Mesogene Verbindungen der Formel I
P-(Sp-X)n-MG-R I
worin
P eine polymerisierbare Gruppe,
Sp eine Abstandsgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen,
X eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- oder eine Einfachbindung,
n 0 oder 1,
MG eine mesogene oder mesogenitätsfördernde Gruppe, vorzugsweise ausgewählt nach der Formell II
-(A¹-Z¹)m-A²-Z²-A³- II
worin
A¹, A² und A³ unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, worin auch eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexylen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH&sub2;-Gruppen durch O und/oder S ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexenylen oder Naphthalin-2,6-diyl, wobei alle diese Gruppen jeweils unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein können mit Halogen-, Cyan- oder Nitrogruppen oder Alkyl-, Alkoxy- oder Alkanoylgruppen mit 1 bis 7 C-Atomen, worin ein oder mehrere H-Atome durch F oder Cl substituiert sein können,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -COO-, -OCO-, -CH&sub2;CHr, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;O-, -CH=CH-, -C C-, -CH=CH- COO-, -OCO-CH=CH- oder eine Einfachbindung,
m 0, 1 oder 2 bedeuten,
und
R einen Alkylrest mit bis zu 25 C-Atomen, der unsubstituiert, ein- oder mehrfach substituiert mit Halogen oder CN sein kann, wobei auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH&sub2;-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -NH-, -N(CH&sub3;)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S- oder -C C- so ersetzt sein können, dass Sauerstoffatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, oder R auch Halogen, Cyan ist oder unabhängig eine der für P-(Sp-X)n- angegebenen Bedeutungen hat,
bedeuten.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht, enthaltend einen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator und eine optische Verzögerungsfolie wie vor- und nachstehend beschrieben.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkristallanzeige enthaltend eine Anzeigezelle und eine optische Verzögerungsfolie wie vor- und nachstehend beschrieben.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkristallanzeige enthaltend eine Anzeigezelle und ein Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht wie vor- und nachstehend beschrieben.
Wie oben erwähnt, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die optische Verzögerungsfolie eine geneigte und gespreizte Struktur aufweist, wobei der Neigungswinkel θ sich in jeder Schicht in einer Richtung senkrecht zur Schicht fortlaufend ändert, beginnend mit einem Mindestwert θmin auf der der anderen Schicht oder, wenn vorhanden, dem gemeinsamen Zwischensubstrat zugewandten Seite der Schicht bis hin zu einem Höchstwert θmax auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht, oder umgekehrt.
Fig. 1a zeigt die Struktur einer optischen Verzögerungsfolie 10 nach einer bevorzugten Ausführungsform in Seitenansicht, als ein Beispiel das den Umfang der vorliegenden Erfindung erläutern, aber nicht einschränken soll. Die optische Verzögerungsfolie 10 umfasst eine erste Schicht 11a und eine zweite Schicht 11b eines polymerisierten mesogenen Materials auf beiden Seiten eines gemeinsamen Zwischensubstrats 12.
Jede der in Fig. 1a gezeigten Schichten 11a und 11b weist eine geneigte und gespreizte Struktur auf, wobei die Mesogene des polymerisierten Materials so ausgerichtet sind, dass die optischen Hauptachsen in verschiedenen Teilen der Schicht, deren Lage auf der Oberfläche durch die Linien 13a/b und 16a/b und angenommene Zwischenlage durch die Linien 14a/b und 15a/b dargestellt ist, jeweils einen Neigungswinkel θ relativ zur Ebene der Schicht aufweisen, der in einer Richtung senkrecht zur Schicht zunimmt, beginnend mit einem Mindestwert θmin auf derjenigen Seite einer jeden Schicht, die dem gemeinsamen Substrat 12 zugewandt ist.
In der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie, die in Fig. 1a gezeigt ist, haben die Mesogene auf derjenigen Seite einer jeden Schicht, die dem Substrat zugewandt ist, eine planare Orientierung, d. h. die optischen Hauptachsen dieser Mesogene, die durch die Linien 13a und 13b dargestellt sind, haben einen Mindestneigungswinkel θmax, der im Wesentlichen 0 Grad beträgt. Andere Werte für θmin sind jedoch auch möglich.
Die Orientierung der optischen Achsen in den beiden Schichten der in Fig. 1a gezeigten erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie lässt sich weiterhin durch einen Winkel ρ in der Ebene des gemeinsamen Substrates 12 zwischen den Linien 17a und 17b beschreiben, wobei 17a die Projektion der optischen Hauptachsen in verschiedenen Teilen der ersten Schicht, wie durch die Linien 13a, 14a, 15a und 16a angedeutet, in die Ebene der ersten Schicht und 17b die Projektion der optischen Hauptachsen in verschiedenen Teilen der zweiten Schicht, wie durch die Linien 13b, 14b, 15b und 16b angedeutet, in die Ebene der zweiten Schicht darstellt.
Dieser Winkel ρ gibt somit den Betrag an, um den die beiden Schichten gegeneinander verdrillt sind.
In der in Fig. 1a gezeigten bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel ρ zwischen den Linien 17a und 17b im Wesentlichen null Grad. Andere Werte für ρ sind jedoch auch möglich.
Fig. 1b stellt die Molekülstruktur einer optischen Verzögerungsfolie 10 nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die nummerierten Elemente in Fig. 1b haben dieselbe Bedeutung wie für Fig. 1a angegeben. Die Folie 10 in Fig. 1b besteht aus zwei Schichten 11a und 11b, die auf zwei Substrate 12a und 12b aufgetragen sind, wobei sich der Neigungswinkel θ in jeder Schicht 11a und 11b fortlaufend in einer Richtung senkrecht zur Schicht ändert, beginnend auf der dem gemeinsamen Substrat 12a zwischen den Schichten zugewandten Seite einer jeden Schicht mit einem Mindestwert θmin in der ersten Schicht 11a und einem Höchstwert θmax in der zweiten Schicht 11b.
Bei einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie nach der bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 1a und 1b beispielhaft beschrieben ist, kann der Drehsinn der Änderung des Neigungswinkels θ in jeder Schicht mit dem Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn laufen, wenn man von niedrigen zu hohen Werten von θ geht und die Schicht in Seitenansicht betrachtet. Der Drehsinn der Änderung des Neigungswinkels θ ist in den beiden Schichten entgegengesetzt, wie zum Beispiel in Fig. 1a und 1b gezeigt.
In den optischen Verzögerungsfolien nach der bevorzugten Ausführungsform, die oben beschrieben und beispielhaft in den Fig. 1a und 1b gezeigt ist, beträgt der Mindestneigungswinkel θmin vorzugsweise 0 bis 20 Grad, insbesondere 0 bis 10 Grad, ganz bevorzugt 0 bis 5 Grad.
Der Höchstneigungswinkel θmax in einer optischen Verzögerungsfolie nach dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt vorzugsweise 20 bis 90 Grad, insbesondere 30 bis 90 Grad, ganz bevorzugt 35 bis 90 Grad.
Vorzugsweise sind die Neigungswinkels der beiden Schichten a und b auf einander entweder direkt oder über ein gemeinsames Substrat gegenüberliegenden Oberflächen gleich, also entweder θmin,a = θmin,b oder θma,a = θmax,b. Ganz bevorzugt sind sowohl der Mindest- als auch der Höchstneigungswinkel der beiden Schichten gleich, das heißt θmin,a = θmin,b und θmax,a = θmax,b.
In einem Vergleichsbeispiel ist die optische Verzögerungsfolie dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel θ in jeder Schicht im Wesentlichen konstant ist. Die Molekülstruktur einer optischen Verzögerungsfolie nach dieser bevorzugten Ausführungsform wird in Fig. 1c beispielhaft beschrieben, wobei die nummerierten Elemente dieselben Bedeutungen haben wie für Fig. 1a angegeben.
Eine optische Verzögerungsfolie nach dieser bevorzugten Ausführungsform lässt sich dementsprechend durch einen einzigen Neigungswinkel θ für jede Schicht beschreiben, der im Bereich von 0 bis 90 Grad liegt, wobei der Neigungswinkel in der ersten Schicht und der Neigungswinkel in der zweiten Schicht voneinander unabhängig sind, vorzugsweise aber im Wesentlichen denselben Wert haben.
Der Neigungswinkel θ nach dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt vorzugsweise 5 bis 80 Grad, insbesondere 15 bis 70 Grad, sehr bevorzugt 25 bis 60 Grad.
In den in Fig. 1a und 1b gezeigten bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Winkel ρ zwischen den Linien 17a und 17b im Wesentlichen null Grad. Andere, von null Grad verschiedene Werte für den Winkel ρ sind jedoch auch möglich. Im Prinzip kann der Winkel ρ von 0 bis kleiner 60 Grad variieren. Vorzugsweise beträgt ρ 0 Grad.
Wenn die Neigungswinkel θmin und θmax der beiden Schichten gleich Sind, das heißt θmin,a = θmin,b Und θmax,a = θmax,b, und der Winkel ρ im Wesentlichen null Grad beträgt, besitzen die beiden Schichten eine Struktur, die im Idealfall Spiegelbildsymmetrie zeigt, mit der Grenzfläche oder, wenn vorhanden, dem Substrat zwischen den Schichten als Spiegelebene, wie in Fig. 1a und Vergleichsbeispiel 1c gezeigt.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie eine symmetrische Struktur auf, wobei die Grenzfläche oder, wenn vorhanden, das Substrat zwischen den beiden Schichten eine Spiegelebene ist.
Fig. 1b stellt eine Ausführungsform dar, die der in Fig. 1a gezeigten Ausführungsform optisch entspricht, bei der aber die beiden Schichten auf zwei getrennte Substrate aufgetragen sind.
Auf analoge Weise lässt sich das entsprechende optische Äquivalent zu dem in Fig. 1c gezeigten Vergleichsbeispiel erhalten, indem man zwei auf zwei getrennten Substraten gebildete Schichten mit konstantem Neigungswinkel kombiniert.
Die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie braucht nicht notwendig ein Substrat zwischen den beiden Schichten des anisotropen Polymers zu enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die beiden Schichten einander direkt benachbart. Eine solche optische Verzögerungsfolie lässt sich in Analogie zu den Fig. 1a bis 1c beschreiben, wobei 12 bzw. 12a die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten andeutet.
Die Verzögerung der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 250 nm, sehr bevorzugt von 60 bis 200 nm, ganz bevorzugt von 70 bis 170 nm.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht, enthaltend eine optische Verzögerungsfolie wie vor- und nachstehend beschrieben in Kombination mit einem zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator. Durch Verwendung dieser Kombination lässt sich im Wesentlichen linear polarisiertes Licht erzeugen.
Die Bandbreite des durch den zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator reflektierten Wellenlängenbandes beträgt mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 150 nm, ganz bevorzugt mindestens 200 nm, im Idealfall 250 nm oder mehr. Vorzugsweise deckt die Brandbreite des zirkular-reflektiven Polarisators das Spektrum des sichtbaren Lichts ab.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Verzögerung der optischen Verzögerungsfolie im Wesentlichen das 0,25-fache einer durch den zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator reflektierten Wellenlänge, so dass die optische Verzögerungsfolie als λ/4-Verzögerungsfolie fungiert.
Bei einer Flüssigkristallanzeige enthaltend einen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator und eine optische Verzögerungsfolie des Standes der Technik, wie z. B. eine λ/4-Folie (QWF) aus gestrecktem PVA ist die Leuchtdichte bei normalem Einfall (Blickwinkel 0º) und bei niedrigen Werten für den Blickwinkel im Vergleich zu einer Flüssigkristallanzeige, die nur den zirkular-reflektiven Polarisator ohne optische Verzögerungsfolie enthält, höher.
Wird die Anzeige enthaltend einen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator und eine QWF des Standes der Technik wie oben genannt jedoch unter einem zunehmenden Winkel betrachtet, verursacht die zunehmende Phasenverzögerung der QWF selbst eine Abnahme der Leuchtdichte, was unter einem bestimmten Winkel mit dem für die Anzeige mit dem zirkular-reflektiven Polarisator als einziger Komponente gemessenen Wert zusammenfällt. Dieser Winkel wird als Kreuzungswinkel αC bezeichnet.
Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie anstelle einer QWF des Standes der Technik in der Flüssigkristallanzeige lässt sich der Kreuzungswinkel αC erheblich steigern. Mit anderen Worten lässt sich die Verbesserung der Helligkeit, d. h. die Zunahme der Leuchtdichte bei geringen Blickwinkeln, die durch Verwendung des zirkular-reflektiven Polarisators erreicht wurde, auch auf große Blickwinkel ausdehnen.
Der Kreuzungswinkel αC einer Anzeige mit einer Kombination von optischen Elementen enthaltend eine optische Verzögerungsfolie und einen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator nach der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise 25º oder größer, besonders bevorzugt 30º oder größer, ganz besonders bevorzugt 35º oder größer in mindestens einer Betrachtungsrichtung, z. B. in horizontaler oder vertikaler Richtung.
Das Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht kann zusätzlich zu der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie und dem zirkular-reflektiven Polarisator andere optische Elemente enthalten. Vorzugsweise enthält das Mittel zusätzlich mindestens eines der folgenden Elemente:
I) eine Kompensationsfolie umfassend eine Schicht eines anisotropen Polymermaterial mit homeotroper oder geneigter homeotroper Orientierung, wobei diese Kompensationsfolie der einen oder anderen Seite der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie benachbart ist,
II) einen linearen Polarisator, der so angeordnet ist, dass die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie und, wenn vorhanden, die Kompensationsfolie I) sich zwischen dem zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator und dem linearen Polarisator befinden,
III) eine Strahlungsquelle und
IV) einen der Strahlungsquelle benachbarten Diffusor, wobei die Komponenten I bis IV so angeordnet sind, dass der zirkularreflektive Breitbandpolarisator der Kombination optischer Elemente der Strahlungsquelle III oder, wenn vorhanden, dem Diffusor IV zugewandt ist.
Als linearer Polarisator II lässt sich ein handelsüblicher Polarisator verwenden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als lineare Polarisator ein Polarisator mit niedrigem Kontrast verwendet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als lineare Polarisator II ein dichroitischer Polarisator verwendet.
Als Strahlungsquelle III verwendet man vorzugsweise eine übliche Hintergrundbeleuchtung für flüssigkristallanzeigen, wie z. B. eine seitlich beleuchtetes Hintergrundbeleuchtung oder eine Hintergrundbeleuchtung des Mäandertyps. Diese Hintergrundbeleuchtungen enthalten typischerweise eine Lampe, einen Reflektor, einen Lichtleiter und gegebenenfalls einen Diffusor.
Die Strahlungsquelle III kann auch aus einem Reflektor bestehen, der außerhalb des Mittels zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht erzeugte Strahlung reflektiert. Die Anzeigevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann dann als reflektive Anzeige verwendet werden.
Das Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht nach der vorliegenden Erfindung kann weiterhin folgendes enthalten
V) eine oder mehrere Klebeschichten auf mindestens einer der optischen Komponenten enthaltend den zirkular-reflektiven Polarisator, die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie oder eine der oben beschriebenen Komponenten I bis IV,
VI) eine oder mehrere Schutzschichten auf mindestens einer der optischen Komponenten enthaltend den zirkular-reflektiven Polarisator, die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie oder eine der oben beschriebenen Komponenten I bis V.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkristallanzeige enthaltend eine Anzeigezelle und ein Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht wie vor- und nachstehend beschrieben.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Mittels zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht wird durch Fig. 2 genauer erläutert, die als ein Beispiel, das den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollte, eine Anzeigevorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Hauptrichtung des Lichtes, das dem Strahlengang folgt, ist von der linken zur rechten Seite. Die Anzeigevorrichtung 20 besteht aus einer seitlich beleuchteten Hintergrundbeleuchtungseinheit 21 mit einer Lampe 22a und einem kombinierten Lichtleiter und Reflektor 22b, einem Diffusor 23 und einer Polarisatorkombination, die aus einem zirkular-reflektiven Polarisator 24 mit einer Schicht eines flüssigkristallinen Materials mit schraubenförmig verdrillter Molekül- Orientierung, der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie 25, einer Kompensationsfolie 26 und einem linearen Polarisator 27 besteht. Die Figur zeigt weiterhin eine Flüssigkristallzelle 28 und einen zweiten linearen Polarisator 29 hinter der Anzeigezelle.
Von der Hintergrundbeleuchtung 21 ausgestrahltes Licht interagiert mit der molekularen Helixstruktur des zirkular-reflektiven Polarisators 24 mit dem Ergebnis, dass 50% der Intensität des auf den zirkularreflektiven Polarisator einfallenden Lichtes als zirkular polarisiertes Licht derselben Drehrichtung wie die molekulare Helixstruktur des zirkular-reflektiven Polarisators reflektiert wenden, wobei diese rechts- oder linsdrehend sein kann, während die anderen 50% des einfallenden Lichtes als zirkular polarisiertes Licht der entgegengesetzten Drehrichtung reflektiert werden. Das reflektierte Licht wird in der Hintergrundbeleuchtung depolarisiert und durch den Reflektor 22b auf den zirkular-reflektiven Polarisator 24 umgeleitet. Auf diese Weise werden theoretisch 100% des Lichts eines breiten von der Hintergrundbeleuchtung 21 ausgestrahlten Wellenlängenbereichs in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt.
Der Hauptteil der weitergeleiteten Komponente wird durch die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie 25 in linear polarisiertes Licht umgewandelt, das dann durch die Kompensationsfolie 26 kompensiert und durch den linearen Polarisator 27 weitergeleitet wird, während durch die optische Verzögerungsfolie 25 nicht vollständig in linear polarisiertes Licht umgesetztes Licht, wie elliptisch polarisiertes Licht, durch den linearen Polarisator 27 nicht weitergeleitet wird. Das linear polarisierte Licht durchläuft dann die Anzeige 28 und den zweiten linearen Polarisator 29 und erreicht den Betrachter 30.
Fig. 2b zeigt eine Anzeigevorrichtung nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit überwiegend demselben Aufbau wie in Fig. 1a gezeigt, mit dem Unterschied, dass in dem in Fig. 2b gezeigten Aufbau die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie 25 hinter der Kompensationsfolie 26 angeordnet ist, aus der Richtung des einfallenden Lichtes gesehen.
Wie oben erwähnt, ist es auch möglich, die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie als Kompensationsfolie für herkömmliche Anzeigen, wie TN-, STN-, AMD-TN- oder andere Arten von Anzeigen, zu verwenden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Flüssigkristallanzeige enthaltend eine Anzeigezelle und eine optische Verzögerungsfolie wie vor- und nachstehend beschrieben.
Vorzugsweise ist die optische Verzögerungsfolie nach einem Verfahren erhältlich, das die folgenden Schritte umfasst:
A) Auftragen einer Mischung bestehend aus
a) einem polymerisierbaren mesogenen Material, das mindestens ein polymerisierbares Mesogen mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe enthält;
b) einem Initiator und
c) gegebenenfalls einem Lösungsmittel in Form einer Schicht auf ein Substrat oder zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat,
B) Orientierendes polymerisierbaren mesogenen Materials in der aufgetragenen Schicht zu einer geneigten und gegebenenfalls gespreizten Struktur,
C) Polymerisieren der Mischung aus einem polymerisierbaren mesogenen Material durch Einwirkung von Hitze oder aktinischer Strahlung,
D) gegebenenfalls Entfernung des Substrats, oder, wenn zwei Substrate vorhanden sind, eines oder beider Substrate vom polymerisierten Material, und
E) Wiederholen der Schritte A), B), C) und gegebenenfalls Schritt
D) mindestens ein weiteres Mal.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Schritte A), B) und C) auf beiden Seiten eines gemeinsamen Substrates durchgeführt. Auf diese Weise erhält man eine optische Verzögerungsfolie wie in Fig. 1 beschrieben.
Als Substrat kann man beispielsweise eine Glas- oder Quarzplatte sowie eine Kunststofffolie verwenden. Es ist auch möglich, vor und/oder während und/oder nach der Polymerisation ein zweites Substrat auf die aufgetragene Mischung zu legen. Die Substrate können nach der Polymerisation gegebenenfalls entfernt werden. Verwendet man beim Härten mit aktinischer Strahlung zwei Substrate, so muss mindestens ein Substrat für die bei der Polymerisation verwendete aktinische Strahlung durchlässig sein.
Man kann isotrope oder doppelbrechende Substrate verwenden. Wird das Substrat nach der Polymerisation nicht von der polymerisieden Folie entfernt, verwendet man vorzugsweise isotrope Substrate.
Vorzugsweise ist mindestens ein Substrat ein Kunststoffsubstrat, wie beispielsweise eine Folie aus Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET), aus Polyvinylalkohol (PVA), Polycarbonat (PC) oder Triacetylcellulose (TAC), besonders bevorzugt eine PET- oder eine TAC- Folie. Als doppelbrechendes Substrat kann man beispielsweise eine uniaxial verstreckte Kunststofffolie verwenden. PET-Folien sind z. B. unter dem Handelsnamen Melinex von ICI Corp. im Handel erhältlich.
Die das polymerisierbare mesogene Material enthaltende Mischung kann zusätzlich ein Lösungsmittel enthalten. Enthält die Mischung ein Lösungsmittel, wird dieses vorzugsweise nach Auftragen der Mischung auf das Substrat vor der Polymerisation verdampft. In den meisten Fällen ist es angebracht, die Mischung zu erhitzen, um die Verdampfung des Lösungsmittels zu erleichtern.
Im Prinzip kann jedes dem Fachmann für diesem Zweck bekannte Lösungsmittel verwendet werden. Vorzugsweise verwendet man ein Lösungsmittel, in dem sich das polymerisierbare mesogene Material leicht löst. Typischerweise verwendet man ein organisches Lösungsmittel, wie z. B. Toluol.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben weist jede polymerisierte Schicht des mesogenen Materials auf der der anderen Schicht oder dem Substrat zugewandten Seite eine im Wesentlichen planare Orientierung auf, d. h. der Mindestneigungswinkel θmin beträgt im Wesentlichen null Grad. Eine planare Orientierung lässt sich beispielsweise durch Scheren des Materials, z. B. mit einer Rakel, erreichen. Es ist auch möglich, auf mindestens eines der Substrate eine Orientierungsschicht, z. B. eine Schicht aus geriebenem Polyimid oder gesputtertem SiOx, aufzubringen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die planare Orientierung des polymerisierbaren mesogenen Materials durch direktes Reiben des Substrats, d. h. ohne Anbringen einer zusätzlichen Orientierungsschicht, erreicht wird. Dies stellt einen erheblichen Vorteil dar, da so eine beachtliche Verringerung der Herstellungskosten für die optische Verzögerungsfolie ermöglicht wird. Auf diese Weise lässt sich ein geringer Neigungswinkel einfach erzielen.
Vorzugsweise verwendet man in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Kunststofffolie, insbesondere eine Polyesterfolie, z. B. Melinex, oder eine TAC-Folie als Substrat.
Reiben lässt sich zum Beispiel mit einem Reibtuch oder mit einem flachen, mit einem Reibtusch überzogenen Stab erreichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht man Reiben durch mindestens eine Reibwalze, wie z. B. eine sich schnell drehende Walze, die über das Substrat streicht, oder indem man das Substrat zwischen mindestens zwei Walzen legt, wobei in jedem Fall mindestens eine der Walzen gegebenenfalls mit einem Reibtuch überzogen ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht man Reiben, indem man das Substrat mindestens teilweise unter einem bestimmten Winkel um eine Walze wickelt, die vorzugsweise mit einem Reibtuch überzogen ist.
Als Reibtuch lassen sich alle Materialien verwenden, die dem Fachmann für diesen Zweck bekannt sind. Man kann beispielsweise Samt eines handelsüblichen Standardtyps als Reibtuch verwenden.
Vorzugsweise wird das Reiben nur in einer Richtung durchgeführt. Ganz bevorzugt ist die Reibrichtung auf beiden Seiten des Substrates dieselbe.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schichten des mesogenen Materials den beiden Seiten eines gemeinsamen Substrates benachbart sind, wie z. B. in Fig. 1a gezeigt.
Eine derartige optische Verzögerungsfolie ist beispielsweise erhältlich, indem man ein mesogenes Material auf ein Substrat, das auf einer Seite in einer Richtung gerieben wurde, aufträgt, orientiert und polymerisiert und das gleiche Verfahren anschließend auf der anderen Seite desselben Substrates wiederholt, wobei das Substrat im zweiten Verfahren in der gleichen Richtung gerieben wird wie im ersten Verfahren.
Eine derartige optische Verzögerungsfolie ist im Vergleich zu ihrem optischen Äquivalent, wie zum Beispiel in Fig. 1b gezeigt, dadurch vorteilhaft, dass sie dünner ist und eine geringere Substratmenge benötigt.
Eine optische Verzögerungsfolie mit einem von 0 Grad verschiedenen Winkel ρ wie oben beschrieben ist erhältlich, wenn die Reibrichtungen auf den beiden Oberflächen des Substrates voneinander verschieden sind.
Bei Verwendung eines anisotropen Substrates wird das Reiben vorzugsweise in einer Richtung durchgeführt, und zwar in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Hauptsymmetrieachse des Substrates ist.
Die Fähigkeit des Substrates, in einer erfindungsgemäßen polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung, die nach Reiben des Substrates auf dieses Substrat aufgetragen wird, Orientierung zu induzieren, hängt von den Verfahrensparametern des Reibverfahrens, wie der Reiblänge, dem Reibdruck und der Reibgeschwindigkeit, und bei Verwendung einer Reibwalze von der Drehgeschwindigkeit der Walze, dem Umfang der Reibwalze und der Spannung auf dem Substrat ab.
Die Reiblänge im Reibverfahren nach den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen hängt somit auch von den anderen vorher beschriebenen Verfahrensparametern des Reibverfahrens ab. Vorzugsweise beträgt die Reiblänge 0,2 bis 5 Meter, insbesondere 0,5 bis 3 Meter.
Die Orientierung des mesogenen Materials hängt unter anderem von der Foliendicke, der Art des Substrates, dem Orientierungszustand der Substratoberfläche und der Zusammensetzung des polymerisierbaren mesogenen Materials ab. Durch Verändern dieser Parameter ist es somit möglich, die Struktur der optischen Verzögerungsfolie und insbesondere die Strukturparameter wie z. B. den Neigungswinkel und seinen Variationsgrad zu steuern.
Bei Änderung der Zusammensetzung der polymerisierbaren mesogenen Mischung, indem man beispielsweise das Verhältnis von direaktiven zu monoreaktiven Verbindungen und/oder polaren zu unpolaren Verbindungen variiert, kann man das Orientierungsprofil in der Richtung senkrecht zur Folienebene verändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält man die optische Verzögerungsfolie durch ein Verfahren wie oben beschrieben, wobei das Substrat nach dem ersten Polymerisationsschritt von dem polymerisierten mesogenen Material entfernt wird. Die zweite Schicht des polymerisierbaren mesogenen Materials wird dann direkt auf die polymerisierte erste Schicht aufgetragen, die als Substrat dient, und wird dann orientiert und polymerisiert. Auf diese Weise erhält man eine optische Verzögerungsfolie, die zwei Schichten polymerisiertes mesogenes Material umfasst, die einander direkt benachbart sind.
Bei der Herstellung einer optischen Verzögerungsfolie nach dieser bevorzugten Ausführungsform ist es in einigen Fällen nicht einmal notwendig, spezielle Orientierungsmittel oder -methoden anzuwenden, da die erste polymerisierte Schicht als Orientierungsschicht fungieren und Orientierung in der zweiten Schicht induzieren kann.
Polymerisation der erfindungsgemäßen polymerisierbaren mesogenen Mischung findet durch Einwirkung von Hitze oder aktinischer Strahlung statt. Unter aktinischer Strahlung wird Bestrahlung mit Licht, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen oder Bestrahlung mit hochenergetischen Teilchen, wie Ionen oder Elektronen, verstanden. Besonders bevorzugt wird UV-Licht verwendet. Die Bestrahlungswellenlänge liegt vorzugsweise bei 220 nm bis 420 nm.
Als Quelle für aktinische Strahlung lässt sich z. B. eine einzelne UV- Lampe oder ein Satz von UV-Lampen verwenden. Bei Verwendung einer hohen Lampenleistung kann man die Härtungszeit verringern
Die Härtungszeit hängt unter anderem von der Reaktivität des polymerisierbaren mesogenen Materials, der Dicke der aufgetragenen Schicht, der Art des Polymerisationsinitiators und der Leistung der UV-Lampe ab. Für Massenproduktion werden kurze Härtungszeiten bevorzugt. Die erfindungsgemäße Härtungszeit ist vorzugsweise nicht länger als 30 Minuten, besonders bevorzugt nicht länger als 15 Minuten und ganz besonders bevorzugt kürzer als 8 Minuten.
Die Polymerisation wird in Gegenwart eines Initiators durchgeführt, der die Wellenlänge der aktinischen Strahlung absorbiert. Beim Polymerisieren mit UV-Licht kann man beispielsweise einen Photoinitiator verwenden, der unter UV-Bestrahlung zerfällt und Radikale bildet, die die Polymerisationsreaktion starten. Als Photoinitiator für die radikalische Polymerisation lässt sich handelsüblicher Photoinitiator wie z. B. Irgacure 651 (von Ciba Geigy AG, Basel, Schweiz) verwenden.
Ebenso ist es möglich, beim Härten polymerisierbarer Mesogene mit z. B. polymerisierbaren Vinyl- und Epoxidgruppen einen kationischen Photoinitiator zu verwenden, der statt mit freien Radikalen mit Kationen photohärtet. Die Polymerisation kann auch mit einem Initiator gestartet werden, der die Polymerisation auslöst, wenn er über eine bestimmte Temperatur erhitzt wird.
Die polymerisierbare Mischung kann zusätzlich zu den licht- oder temperaturempfindlichen Initiatoren auch eine oder mehrere weitere geeignete Komponenten, wie zum Beispiel Katalysatoren, Stabilisatoren, coreagierende Monomere oder oberflächenaktive Verbindungen, enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die polymerisierbare Mischung einen Stabilisator, der verwendet wird, um unerwünschte spontane Polymerisation, zum Beispiel während der Lagerung der Mischung, zu verhindern. Als Stabilisatoren lassen sich im Prinzip alle Verbindungen verwenden, die dem Fachmann für diesen Zweck bekannt sind. Diese Verbindungen sind in großer Vielfalt im Handel erhältlich. Typische Beispiele für Stabilisatoren sind 4-Ethoxyphenol oder Butylhydroxytoluol (BHT).
Die polymerisierbare Mischung nach dieser bevorzugten Ausführungsform enthält vorzugsweise einen wie oben beschriebenen Stabilisator in einer Menge von 1 bis 1000 ppm, besonders bevorzugt 10 bis 500 ppm.
Auch können der polymerisierbaren Mischung andere Zusätze, wie z. B. Kettenüberträgungsmittel, zugegeben werden, um die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polymerfolie zu modifizieren. Gibt man der polymerisierbaren Mischung beispielsweise ein Kettenüberträgungsmittel zu, lässt sich die Länge der freien Polymerketten und/oder die Länge der Polymerketten zwischen zwei Vernetzungen in der erfindungsgemäßen Polymerfolie steuern. Erhöht man die Menge an Kettenüberträgungsmittel, erhält man Polymerfolien mit abnehmender Polymerkettenlänge.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die polymerisierbare Mischung 0,01 bis 10%, insbesondere 0,1 bis 5%, sehr bevorzugt 0,5 bis 3% eines Kettenüberträgungsmittels. Die Polymerfolien nach dieser bevorzugten Ausführungsform zeigen besonders gute Haftung an einem Substrat, insbesondere an einer Kunststofffolie, wie z. B. einer TAC-Folie.
Als Kettenüberträgungsmittel kann man beispielsweise monofunktionelle Thiolverbindungen wie z. B. Dodecanthiol oder multifunktionelle Thiolverbindungen wie z. B. Trimethylpropan-tri(3- mercaptopropionat) verwenden.
In einigen Fällen ist das Aufbringen eines zweiten Substrates vorteilhaft, um die Orientierung zu unterstützen und um Sauerstoff auszuschließen, der die Polymerisation hemmen könnte. Alternativ kann die Härtung unter Inertgasatmosphäre durchgeführt werden. Bei Verwendung geeigneter Photoinitiatoren und hoher Lampenleistung ist jedoch auch eine Härtung an der Luft möglich. Bei Verwendung eines kationischen Photoinitiators ist Sauerstoffausschluss meistens nicht erforderlich, Wasser sollte jedoch ausgeschlossen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Polymerisation des polymerisierbaren mesogenen Materials unter Inertgasatmosphäre, vorzugsweise unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
Um Polymerfolien mit guter Orientierung zu erhalten, muss man die Polymerisation in der Flüssigkristallphase der polymerisierbaren mesogenen Mischung durchführen. Vorzugsweise verwendet man polymerisierbare mesogene Mischungen mit niedrigem Schmelzpunkt, vorzugsweise mit einem Schmelzpunkt von 100ºC oder darunter, insbesondere 60ºC oder darunter, so dass die Härtung in der flüssigkristallinen Phase der Mischung bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Dies vereinfacht das Polymerisationsverfahren, da weniger Erhitzen der Mischung erforderlich ist Lind die Belastung der mesogenen Materialien, der Substrate und der Produktionsgeräte während der Polymerisation geringer ist, was vor allem für die Massenproduktion von Bedeutung ist. Härtungstemperaturen unter 100ºC sind bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Härtungstemperaturen unter 60ºC.
Die Dicke der nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie beträgt vorzugsweise 0,1 bis 10 um, insbesondere 0,2 bis 5 um, ganz bevorzugt 0,4 bis 2 um. Für einige Anwendungen ist auch eine Foliendicke zwischen 2 und 15 um geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten der zirkular-reflektive Breitbandpolarisator und/oder die Kompensationsfolie des erfindungsgemäßen Mittels zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht eine Schicht eines anisotropen Polymermaterials, die durch Polymerisieren einer ausgerichteten Schicht polymerisierbarer Mesogene erhalten wird.
Besonders bevorzugt haben diese polymerisierbaren Mesogene eine Struktur, die der der polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel I wie vor- und nachstehend beschrieben ähnlich ist.
Verwendet man also eine erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie zusammen mit einem zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator und/oder einer Kompensationsfolie nach dieser bevorzugten Ausführungsform, ist es möglich, die optischen Eigenschaften der optischen Verzögerungsfolie denen des zirkular-reflektiven Polarisators und/oder der Kompensationsfolie anzupassen, indem man Materialien enthaltend Verbindungen mit ähnlicher Struktur verwendet. Auf diese Weise lässt sich eine Kombination aus einer optischen Verzögerungsfolie und einem zirkular-reflektiven Polarisator und/oder einer Kompensationsfolie mit hervorragender optischer Leistung erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die polymerisierbare Mischung polymerisierbare mesogene Verbindungen mit zwei oder mehr polymerisierbaren funktionellen Gruppen (als di-/multireaktive oder di-/multifunktionelle Verbindungen bezeichnet). Bei der Polymerisation einer solchen Mischung wird ein dreidimensionales Polymernetz gebildet. Eine optische Verzögerungsfolie, die aus einem solchen Netz hergestellt wird, ist selbsttragend und zeigt hohe mechanische und thermische Stabilität sowie geringe Temperaturabhängigkeit ihrer physikalischen und optischen Eigenschaften.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die polymerisierbare Mischung 0 bis 20% einer nicht mesogenen Verbindung mit zwei oder mehr polymerisierbaren funktionellen Gruppen, um die Vernetzung des Polymers zu erhöhen. Typische Beispiele für difunktionelle nicht mesogene Monomere sind Alkyldiacrylate oder Alkyldimethacrylate mit Alkylgruppen mit 1 bis 20 C-Atomen. Typische Beispiele für nicht mesogene Monomere mit mehr als zwei polymerisierbaren Gruppen sind Trimethylpropantrimethacrylat oder Pentaerythrittetraacrylat.
Durch Variieren der Konzentration der multifunktionellen mesogenen oder nicht mesogenen Verbindungen lassen sich die Vernetzungsdichte der Polymerfolie und damit ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften wie die Glasübergangstemperatur, die auch für die Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften der optischen Verzögerungsfolie wichtig ist, die thermische und mechanische Stabilität oder die Lösungsmittelbeständigkeit einfach einstellen.
Die Ausdrücke polymerisierbares oder reaktives Mesogen, polymerisierbare oder reaktive mesogene Verbindung, polymerisierbare(s) oder reaktive(s) Flüssigkristall(verbindung) und polymerisierbare oder reaktive flüssigkristalline Verbindung, wie sie vor- und nachstehend verwendet werden, umfassen Verbindungen mit stäbchen-, platten- oder scheibenartiger mesogener Gruppe und mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe. Diese mesogenen Verbindungen brauchen nicht notwendig selber Mesophasenverhalten aufzuweisen. Sie können auch Mesophasenverhalten in Mischung mit anderen Verbindungen oder nach Polymerisation der reinen mesogenen Verbindungen oder der Mischungen enthaltend die mesogenen Verbindungen zeigen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die polymerisierbaren Mesogene, die in der Mischung des polymerisierbaren mesogenen Materials enthalten sind, Verbindungen der Formel I.
P-(Sp-X)n-MG-R I
worin
P eine polymerisierbare Gruppe,
Sp eine Abstandsgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen,
X eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- oder eine Einfachbindung,
n 0 oder 1,
MG eine mesogene oder mesogenitätsfördernde Gruppe, vorzugsweise ausgewählt nach der Formel II
-(A¹-Z¹)m-A²-Z²-A³- II
worin
A¹, A² und A³ unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, worin auch eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexylen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH&sub2;-Gruppen durch O und/oder S ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexenylen oder Naphthalin-2,6-diyl, wobei alte diese Gruppen jeweils unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein können mit Halogen-, Cyan- oder Nitrogruppen oder Alkyl-, Alkoxy- oder Alkanoylgruppen mit 1 bis 7 C-Atomen, worin ein oder mehrere H-Atome durch F oder Cl substituiert sein können,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander-COO-, -OCO-, -CH&sub2;CH&sub2;-, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;O-, -CH=CH-, -C C-, -CH=CH- COO-, -OCO-CH=CH- oder eine Einfachbindung und
m 0, 1 oder 2 bedeuten,
und
R einen Alkylrest mit bis zu 25 C-Atomen, der unsubstituiert, ein- oder mehrfach substituiert mit Halogen oder CN sein kann, wobei auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH&sub2;-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -NH-, -N(CH&sub3;)-, -CO-, -COO- -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S- oder -C C- so ersetzt sein können, dass Sauerstoffatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, oder R auch Halogen, Cyan ist oder unabhängig eine der für P-(Sp-X)n- angegebenen Bedeutungen hat.
Besonders bevorzugt sind polymerisierbare Mischungen enthaltend mindestens zwei polymerisierbare mesogene Verbindungen, von denen mindestens eine eine Verbindung der Formel I ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die polymerisierbaren mesogenen Verbindungen ausgewählt nach der Formel I, worin R eine der Bedeutungen von P-(Sp-X)n- wie oben angegeben hat.
Bicyclische und tricyclische mesogene Verbindungen sind bevorzugt.
Von den Verbindungen der Formel I sind besonders diejenigen bevorzugt, in denen R F, Cl, Cyan oder gegebenenfalls halogeniertes Alkyl oder Alkoxy bedeutet oder die für P-(Sp-X)n- angegebene Bedeutung hat und MG die Formel II besitzt, worin Z¹ und Z² -COO-, -OCO-, -CH&sub2;-CH&sub2;-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- oder eine Einfachbindung bedeuten.
Eine kleinere Gruppe von bevorzugten mesogenen Gruppen der Formel II ist unten aufgeführt. Der Einfachheit halber steht Phe in diesen Gruppen für 1,4-Phenylen, Phe L bedeutet eine 1,4- Phenylengruppe, die durch mindestens eine Gruppe L substituiert ist, wobei L F, Cl, CN oder eine gegebenenfalls fluorierte Alkyl-, Alkoxy- oder Alkanoylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen bedeutet, und Cyc 1,4- Cyclohexylen bedeutet.
-Phe-Z²-Phe- II-1
-Phe-Z²-Cyc- II-2
-PheL-Z²-Phe- II-3
-PheL-Z²-Cyc- II-4
-Phe-Z²-PheL- II-5
-Phe-Z¹-Phe-Phe- II-6
-Phe-Z¹-Phe-Cyc- II-7
-Phe-Z¹-Phe-Z²-Phe- II-8
-Phe-Z¹-Phe-Z²-Cyc- II-9
-Phe-Z¹-Cyc-Z²-Phe- II-10
-Phe-Z¹-Cyc-Z²-Cyc- II-11
-Phe-Z¹-PheL-Z²-Phe- II-12
-Phe-Z¹-Phe-Z²-PheL- II-13
-PheL-Z¹-Phe-Z²-PheL- II-14
-PheL-Z¹-PheL-Z²-Phe- II-15
-PheL-Z¹-PheL-Z²-PheL- II-16
In diesen bevorzugten Gruppen haben Z¹ und Z² die in der oben beschriebenen Formel I angegebene Bedeutung. Vorzugsweise bedeuten Z¹ und Z² -COO-, -OCO-, -CH&sub2;CH&sub2;-, -CH=CH-COO- oder eine Einfachbindung.
L bedeutet vorzugsweise F, Cl, CN, NO&sub2;, CH&sub3;, C&sub2;H&sub5;, OCH&sub3;, OC&sub2;H&sub5;, COCH&sub3;, COC&sub2;H&sub5;, CF&sub3;, OCF&sub3;, OCHF&sub2;, OC&sub2;F&sub5;, insbesondere F, Cl, CN, CH&sub3;, C&sub2;H&sub5;, OCH&sub3;, COCH&sub3; und OCF&sub3;, ganz: bevorzugt F, CH&sub3;, OCH&sub3; und COCH&sub3;.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen, worin MG aus den folgenden Formeln ausgewählt ist
worin L die oben angegebene Bedeutung hat und r 0, 1 oder 2 bedeutet.
Die Gruppe
in diesen bevorzugten Formeln bedeutet ganz bevorzugt
, oder
weiterhin
, wobei L jeweils unabhängig eine der oben angegebenen Bedeutungen hat.
R bedeutet in diesen bevorzugten Verbindungen besonders bevorzugt CN, F, Cl, OCF&sub3; oder eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 12 C-Atomen oder hat eine der für P-(Sp-X)n- angegebenen Bedeutungen.
Bedeutet R in Formel L einen Alkyl- oder Alkoxyrest, d. h. worin die CH&sub2;-Endgruppe durch -O- ersetzt ist, kann dieser geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und weist 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 Kohlenstoffatome auf und steht somit vorzugsweise z. B. für Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy, Heptoxy oder Octoxy, weiterhin Methyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Nonoxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy oder Tetradecoxy.
Oxaalkyl, d. h. wobei eine CH&sub2;-Gruppe durch -O- ersetzt ist, steht vorzugsweise z. B. für geradkettiges 2-Oxapropyt (=Methoxymethyl), 2-(=Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (=2-Methoxyethyl), 2-, 3- oder 4- Oxapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6-Oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Oxanonyl oder 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Oxadecyl.
Zusätzlich können mesogene Verbindungen der Formel I mit einer verzweigten Gruppe R beispielsweise als Comonomere von Bedeutung sein, da sie die Kristallisationsneigung verringern. Derartige verzweigte Gruppen enthalten in der Regel nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Als verzweigte Gruppen sind Isopropyl, Isobutyl (=Methylpropyl), Isopentyl (=3-Methylbutyl), Isopropoxy, 2-Methylpropoxy und 3-Methylbutoxy bevorzugt.
P in der Formel I ist vorzugsweise ausgewählt aus CH&sub2;=CW-COO-, WCH=CH-O-,
oder CH&sub2;=CH-Phenyl-(O)k-, wobei W H, CH&sub3; oder Cl und k 0 oder 1 bedeutet,
P ist besonders bevorzugt eine Vinyl-, eine Acryrlat-, eine Methacrylat-, eine Propenylether- oder eine Epoxygruppe, ganz besonders bevorzugt eine Acrylat- oder eine Methacrylatgruppe.
Was die Abstandsgruppe Sp in. Formel I, Ia und Ib betrifft, so lassen sich alle Gruppen verwenden, die dem Fachmann für diesen Zweck bekannt sind. Die Abstandsgruppe Sp ist vorzugsweise über eine Ester- oder Ethergruppe oder eine Einfachbindung an die polymerisierbare Gruppe P gebunden. Die Abstandsgruppe Sp ist vorzugsweise eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 20 C- Atomen, insbesondere 1 bis 12 C-Atomen, in der zusätzlich eine oder mehrere nicht benachbarte CH&sub2;-Gruppen durch -O-, -S-, -NH-, -N(CH&sub3;)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(Halogen)-, -CH(CN)-, -CH=CH- oder -C C- ersetzt sein können.
Typische Abstandsgruppen Sp sind beispielsweise -(CH&sub2;)o-, (CH&sub2;CH&sub2;O)r-CH&sub2;CH&sub2;-, -CH&sub2;CH&sub2;-S-CH&sub2;CH&sub2;- der -CH&sub2;CH&sub2;-NH- CH&sub2;CH&sub2;-, wobei o eine ganze Zahl von 2 bis 12 und r eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet.
Bevorzugte Abstandsgruppen Sp sind beispielsweise Ethylen, Propylen, Butylen, Pentylen, Hexylen, Heptylen, Octylen, Nonylen, Decylen, Undecylen, Dodecylen, Octadecylen, Ethylenoxyethylen, Methylenoxybutylen, Ethylenthioethylen, Ethylen-N-methyl-iminoethylen und 1-Methylalkylen.
Für den Fall, dass R eine Gruppe der Formel P-Sp-X- bzw. P-Sp- bedeutet, können die Abstandsgruppen auf jeder Seite des mesogenen Kerns gleich oder verschieden sein.
Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formel I, worin n 1 bedeutet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erhält man den erfindungsgemäßen Kompensator durch Copolymerisation von Mischungen enthaltend Verbindungen der Formel I, worin n 0 bedeutet, und Verbindungen der Formel I, worin n 1 bedeutet.
Typische Beispiele für polymerisierbare mesogene Verbindungen der Formel I finden sich in wo 93/22397; EP 0 261 712; DE 195 04 224; DE 44 08 171 oder DE 44 05 316. Die in diesem Dokumenten offenbarten Verbindungen sind jedoch lediglich als Beispiele zu betrachten, die den Umfang dieser Erfindung nicht einschränken sollen.
Weiterhin zeigt die folgende Liste von Verbindungen, die jedoch nur als beispielhaft zu verstehen ist, ohne den Umfang der Erfindung einzuschränken, typische Beispiele für polymerisierbare mesogene Verbindungen:
In diesen Verbindungen bedeuten x und y jeweils unabhängig 1 bis 12, A bedeutet eine 1,4-Phenylen- oder 1,4-Cyclohexylengruppe, R¹ bedeutet Halogen, Cyan oder eine gegebenenfalls halogenierte Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 12 C-Atomen und L¹ und L² bedeuten jeweils unabhängig H, F, Cl, CN oder eine gegebenenfalls halogenierte Alkyl-, Alkoxy- oder Alkanoylgruppe mit 1 bis 7 C- Atomen.
Die vor- und nachstehend offenbarten polymerisierbaren mesogenen Verbindungen lassen sich nach Verfahren herstellen, die an sich bekannt und in den obengenannten Dokumenten und beispielsweise in Standardwerken der organischen Chemie wie zum Beispiel Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme- Verlag, Stuttgart beschrieben sind.
Wie oben erwähnt, lassen sich die Eigenschaften einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie, wie z. B. die mesogene Orientierung und Folienstruktur, Temperaturstabilität und optische Leistung leicht an die gewünschte Spezifikation anpassen, indem man die Zusammensetzung des polymerisierbaren mesogenen Materials variiert.
Ein möglicher Weg, das Orientierungsprofil in senkrechter Richtung zur Folienebene einzustellen, ist die entsprechende Auswahl des Verhältnisses von monoreaktiven mesogenen Verbindungen, d. h. Verbindungen mit einer polymerisierbaren Gruppe, und direaktiven mesogenen Verbindungen, d. h. Verbindungen mit zwei polymerisierbaren Gruppen.
Für eine hochgradig gespreizte Folienstruktur sollte das Verhältnis von mono- zu direaktiven mesogenen Verbindungen vorzugsweise im Bereich von 6 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise 3 : 1 bis 1 : 1, besonders bevorzugt etwa 3 : 2 sein.
Ein anderes effektives Mittel zur Einstellung der gewünschten Spreizgeometrie ist die Verwendung einer bestimmten Menge dielektrisch polarer reaktiver Mesogene in der polymerisierbaren mesogenen Mischung. Diese polaren reaktiven Mesogene können entweder monoreaktiv oder direaktiv sein. Sie können entweder dielektrisch positiv oder negativ sein. Am meisten bevorzugt sind dielektrisch positive und monoreaktive mesogene Verbindungen.
Die Menge der polaren Verbindungen in der polymerisierbaren mesogenen Mischung beträgt vorzugsweise 1 bis 80 Gew.-%, besonders 3 bis 60 Gew.-%, insbesondere 5 bis 40 Gew.-% der Gesamtmischung.
Polare Verbindungen tragen eine oder mehrere polare Gruppen. Vorzugsweise sind diese Gruppen aus terminalen oder lateralen Endgruppen wie CN, F, Cl, OCF&sub3;, OCF&sub2;H, OC&sub2;F&sub5;, CF&sub3;, OCN oder SCH, oder aus Brückengruppen wie -COO-, -OCO-, -O-, -S-, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;O-, -OCOO-, -COO-CH=CH- oder -CF&sub2;=CF&sub2;- ausgewählt. Sehr bevorzugt sind diese Gruppen aus CN, F, Cl und OCF&sub3; ausgewählt.
Weiterhin haben diese polaren Verbindungen vorzugsweise einen hohen absoluten Wert für die dielektrische Anisotropie Δ&epsi;, der typischerweise bei über 1,5 liegt. Dielektrisch positive Verbindungen weisen dementsprechend vorzugsweise Δ&epsi; > 1,5 und dielektrisch negative polare Verbindungen vorzugsweise Δ&epsi; < -1,5 auf. Sehr bevorzugt sind dielektrisch positive polare Verbindungen mit Δ&epsi; > 3, insbesondere mit Δ&epsi; > 5.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die optische Verzögerungsfolie aus einer Mischung eines polymerisierbaren mesogenen Materials erhältlich, das die folgenden Komponenten enthält
a1) 10 bis 99 Gew.-% mindestens eines Mesogens nach Formel I mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe,
a2) 0 bis 70 Gew.-% mindestens eines Mesogens nach Formel I mit zwei oder mehr polymerisierbaren funktionellen Gruppen,
b) 0,01 bis 5 Gew.-% eines Initiators.
Diejenigen Mischungen nach dieser bevorzugten Ausführungsform sind bevorzugt, die
a1A) 10 bis 65 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 50 Gew.-% mindestens eines polymerisierbaren Mesogens der Formel I mit einer polymerisierbaren Gruppe, worin R eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 12 C-Atomen bedeutet,
a1B) 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 30 Gew.-% mindestens eines polymerisierbaren Mesogens der Formel I mit einer polymerisierbaren Gruppe, worin R CN, F, Cl oder eine halogenierte Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 12 C-Atomen bedeutet,
a2) 2 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-% mindestens eines polymerisierbaren Mesogens der Formel I mit zwei polymerisierbaren Gruppen, worin R eine der Bedeutungen von P-(Sp-X-)n hat,
b) 0,01 bis 5 Gew.-% eines Initiators
enthalten.
Sehr bevorzugt sind Mischungen nach dieser besonders bevorzugten Ausführungsform, worin das Verhältnis der Komponenten a1A zu a1B zu a2 im Bereich von 2 : 1 : 2 liegt.
Weiter bevorzugt sind Mischungen nach dieser besonders bevorzugten Ausführungsform, die zwei bis acht, insbesondere zwei bis sechs, ganz bevorzugt zwei bis vier verschiedene polymerisierbare Mesogene der Komponenten a1A und a1B enthalten.
In den Mischungen, die zwei oder mehr verschiedene Mesogene nach Formel I mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe wie oben beschrieben enthalten, ist vorzugsweise jedes der verschiedenen Mesogene nach Formel I in mindestens einer der Gruppen P, Sp, X, A¹, A², A³, Z¹, Z² und R von jedem anderen der Mesogene verschieden.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich bei Verwendung monoreaktiver unpolarer Verbindungen, wie z. B. Verbindungen der Formel Ia
worin x 1 bis 12, R² C&sub1;&submin;&sub1;&sub2; Alkyl oder Alkoxy und
A&sup4; 1,4-Phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder eine Einfachbindung, vorzugsweise 1,4-Cyclohexylen, bedeutet, in einer bestimmten Menge das Orientierungsprofil und der Neigungswinkel der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie einfach auf die gewünschte Spezifikation einstellen lassen.
Wenn man zum Beispiel eine optische Verzögerungsfolie wie oben beschrieben aus einer polymerisierbaren mesogenen Mischung enthaltend monoreaktive unpolare Verbindungen, z. B. Verbindungen der Formel Ia, zusammen mit direaktiven Verbindungen und dielektrisch positiven polaren monoreaktiven Verbindungen der Formel I herstellt, nimmt der Neigungswinkel der Folie mit einer zunehmenden Menge an monoreaktiven unpolaren Verbindungen zu.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die polymerisierbare mesogene Mischung 2 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-% an Verbindungen der Formel Ia.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die polymerisierbare mesogene Mischung 15 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 55 Gew.-% an Verbindungen der Formel Ia.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die polymerisierbare mesogene Mischung 45 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 85 Gew.-% an Verbindungen der Formel Ia.
Ohne weitere Ausführungen kann ein Fachmann die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der obigen Beschreibung im weitesten Umfang nutzen. Die folgenden Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibend und keineswegs als den Rest der Offenbarung in irgendeiner Weise limitierend aufzufassen.
Vorstehend und in den folgenden Beispielen sind alle Temperaturen unkorrigiert in Grad Celsius angegeben und bedeuten alle Teile und Prozente Gewichtsteile und -prozent, wenn nicht anders angegeben. Die folgenden Abkürzungen werden verwendet, um das flüssigkristalline Phasenverhalten der Verbindungen darzustellen:
K = kristallin; N = nematisch; S = smektisch; Ch = cholesterisch; I = isotrop. Die Zahlen zwischen diesen Symbolen geben die Phasenübergangstemperaturen in Grad Celsius an.

Beispiel 1

Die folgende polymerisierbare Mischung wurde formuliert
Verbindung (1) 38,9%
Verbindung (2) 38,9%
Verbindung (3) 19,2%
Irgacure 907 3,0% Irgacure 907 ist ein im Handel erhältlicher Photoinitiator (Ciba Geigy AG) der folgenden Formel
Um eine optische Verzögerungsfolie herzustellen, wird eine 12 gew.-%ige Lösung der oben angegebenen polymerisierbaren Mischung in Toluol schichtförmig auf eine TAC-Folie (Lonza Triphan Typ 91) aufgetragen, die mit einem samtüberzogenen Stab in einer Richtung über eine Länge von 500 mm gerieben worden ist. Die Dicke der aufgetragenen Lösung beträgt 6 um. Das Toluol wird verdampft; es resultiert eine 0.7 um dicke Schicht der oben angegebenen polymerisierbaren Mischung. Die Schicht wird dann durch Bestrahlung mit UV-Licht von 254 nm mit einer Bestrahlungsstärke of 1500 mW/cm² polymerisiert.
Das Reibungs-, Auftrage- und Härtungsverfahren wird dann auf der anderen Seite der TAC-Folie wiederholt, wobei das Reiben des TAC- Substrates in derselben Richtung wie im ersten Schritt durchgeführt wird. Man erhält eine Polymerfolie, die als optische Verzögerungsfolie verwendet werden kann.

Anwendungsbeispiel A

Die Verzögerung der optischen Verzögerungsfolie des Beispiels 1 wurde mittels eines Olympus BX-50 Polarisationsmikroskops mit einem Berek-Quarzkompensator und einem kippbaren (-60º bis +60º) und (0 bis 360º) Drehtisch gemessen.
Die Verzögerung der optischen Verzögerungsfolie des Beispiels 1 beträgt 100 nm, gemessen bei einer Wellenlänge von 550 nm und normalem Einfall.
Um die Leistung der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie mit Verzögerungsfolien des Standes der Technik zu vergleichen, wurde die oben beschriebene Messung mit den folgenden Verzögerungsfolien wiederholt:
1) eine Verzögerungsfolie aus verstrecktem Polyvinylalkohol (PVA), erhältlich von Polatechno (17140 T),
2) eine Verzögerungsfolie aus verstrecktem Polycarbonat (PC),
3) eine Verzögerungsfolie aus polymerisiertem mesogenen Material mit planarer Orientierung, enthaltend Verbindungen, die denen der Formel I der vorliegenden Erfindung ähnlich sind.
Die Messung wurde bei verschiedenen Wellenlängen des einfallenden Lichtes und mit Variation des Blickwinkels parallel und senkrecht zur optischen Hauptachse der Verzögerungsfolie, die der Orientierungsrichtung des polymerisierten mesogenen Materials oder, im Falle der verstreckten PVA- und PC-Folien, der Streckrichtung entspricht, durchgeführt.
Fig. 3a zeigt die Verzögerung gegen den Blickwinkel bei einer Wellenlänge von 550 nm für die optische Verzögerungsfolie des Beispiels 1 (Kurve 4), eine PVA-Folie (1), eine PC-Folie (2) und eine Folie aus polymerisiertem mesogenen Material mit planarer Orientierung (3), wobei die Betrachtungsrichtung parallel zur optischen Hauptachse der Folien ist.
Fig. 3b zeigt die Verzögerung gegen den Blickwinkel bei einer Wellenlänge von 550 nm für die optische Verzögerungsfolie des Beispiels 1 (Kurve 4), eine PVA-Folie (1), eine PC-Folie (2) und eine Folie aus polymerisiertem mesogenen Material mit planarer Orientierung (3), wobei die Betrachtungsrichtung senkrecht zur optischen Hauptachse der Folien ist.
Die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie weist eine Verzögerung mit einer bemerkenswert niedrigen Blickwinkelabhängigkeit auf, insbesondere im Vergleich zu einer verstreckten PVA-Folie.
Fig. 4 zeigt die normalisierte Verzögerung gegen die Wellenlänge für eine erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie (Kurve 4) verglichen mit den oben genannten optischen Verzögerungsfolien 1, 2 und 3 des Standes der Technik (Kurve 1 bis 3).
Aus Fig. 4 ist zu ersehen, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verzögerung einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie sehr niedrig und nur der PVA-Folie unterlegen ist, die jedoch eine unvorteilhafte Blickwinkelabhängigkeit zeigt, wie in Fig. 3a/b zu sehen ist.
Betrachtet man also die Kombination aus Wellenlängen- und Blickwinkelabhängigkeit der Verzögerung, zeigt die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie im Vergleich zu optischen Verzögerungsfolien des Standes der Technik herausragendes Verhalten. Eine derartige Folie eignet sich daher für die Verwendung in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung.

Beispiel 2

Die folgende polymerisierbare Mischung wurde formuliert
Verbindung (1) 38,4%
Verbindung (2) 38,4%
Verbindung (4) 19,2%
Irgacure 907 4,0%
Aus einer 20 gew.-%igen Lösung der oben angegebenen polymerisierbaren Mischung in Toluol wird eine optische Verzögerungsfolie wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt.

Anwendungsbeispiel B

Die Verzögerung der optischen Verzögerungsfolie des Beispiels 1 wurde wie in Beispiel A beschrieben gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt, die die Verzögerung gegen den Blickwinkel bei einer Wellenlänge von 550 nm zeigt, wobei die Betrachtungsrichtung parallel (Kurve a) und senkrecht (Kurve b) zur optische Hauptachse der Folie ist. Für eine Wellenlänge von 550 nm und normalen Einfall beträgt die Verzögerung 100 nm.
Es wurde die optische Leistung der erfindungsgemäßen Verzögerungsfolie bestimmt, wenn diese zusammen mit einem cholesterischen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator, der aus einer polymerisierten Mischung besteht, die chirale und achirale reaktive mesogene Verbindungen enthält, verwendet wird. Der reflektive Polarisator weist eine cholesterische Struktur mit planarer Orientierung und multiple Ganghöhen der cholesterischen Helix auf und hat ein breites Wellenlängenreflexionsband mit einer Bandbreite von 300 nm.
Die Leuchtdichte von Licht aus einer handelsüblichen LCD- Hintergrundbeleuchtung, die durch einen Aufbau mit dem zirkularreflektiven Polarisator und der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie des Beispiels 2 übertragen wurde, wurde mit einer Minolta CS-100 Farbkamera in einem Blickwinkelbereich (-60º bis +60º) gemessen. Der Versuch wurde mit einem ähnlichen Aufbau, bei dem die erfindungsgemäße optische λ/4-Verzögerungsfolie durch eine der Verzögerungsfolien des Standes der Technik 1, 2 und 3 wie in Beispiel A beschrieben ersetzt worden war, wiederholt.
Fig. 6a und 6b zeigen die Messergebnisse für Betrachtung parallel (6a) und senkrecht (6b) zur optischen Hauptachse der Folien.
Kurve 5 in Fig. 6a/b zeigt die Leuchtdichte der LCD-Hintergrundbeleuchtung und des zirkular-reflektiven Polarisators alleine. Kurven 1 bis 4 zeigen die Leuchtdichte der LCD-Hintergrundbeleuchtung und einer Kombination des zirkular-reflektiven Polarisators zusammen mit der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie (Kurve 4) oder einer der Verzögerungsfolien des Standes der Technik 1 bis 3 (Kurve 1 bis 3, die jeweils der Folie mit derselben Nummer entsprechen).
Bei Betrachtung in einer Richtung parallel zur optische Hauptachse der Folien ist die Leuchtdichte eines erfindungsgemäßen Aufbaus enthaltend die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie des Beispiels 2 etwas niedriger als die des Aufbaus mit den Folien des Standes der Technik 1 bis 3.
Bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zur optische Hauptachse der Folien ist die Leuchtdichte eines erfindungsgemäßen Aufbaus, enthaltend die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie des Beispiels 2 jedoch für kleine Blickwinkel etwas niedriger als die des Aufbaus mit den Folien des Standes der Technik 1 bis 3, für Blickwinkel von mehr als 30 Grad aber höher. Der Kreuzungswinkel αC für einen erfindungsgemäßen Aufbau ist erhöht.
Die optische Verzögerungsfolie und der zirkular-reflektive Breitbandpolarisator in Fig. 6a/b nach Beispiel B sind optisch nicht gekoppelt. Werden sie miteinander laminiert oder wird der zirkular-reflektive Polarisator hergestellt, indem eine Mischung von reaktiven cholesterischen mesogenen Verbindungen polymerisiert und dabei die optische Verzögerungsfolie als Substrat verwendet, lässt sich der Kreuzungswinkel αC noch weiter erhöhen.
Die Ergebnisse der Versuche nach Beispiel A und B machen die verbesserten Eigenschaften einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie verglichen mit einer optischen Verzögerungsfolie des Standes der Technik deutlich, vor allem bei Verwendung in Kombination mit einem cholesterischen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator.
Die vorstehenden Beispiele können mit ähnlichem Erfolg wiederholt werden, wenn man die in den vorstehenden Beispielen verwendeten Reaktionspartner und/oder Betriebsbedingungen durch die gattungsmäßig oder spezifisch beschriebenen der Erfindung ersetzt.

Claims

1. Optische Verzögerungsfolie (10) mit einer geneigten und gespreizten Struktur, umfassend zwei Schichten (11a, 11b) eines anisotropen Polymers, die einander benachbart oder beiden Seiten eines gemeinsamen Substrates (12) benachbart sind, wobei jede Schicht eine geneigte Struktur mit einer optischen Hauptachse mit einem Neigungswinkel θ bezüglich der Schichtebene aufweist und wobei der Neigungswinkel θ sich in jeder dieser Schichten in einer Richtung senkrecht zur Schicht fortlaufend ändert, beginnend mit Einem Mindestwert θmin auf der der anderen Schicht oder, wenn vorhanden, dem gemeinsamen Substrat (12) zugewandten Seite der Schicht bis zu einem Höchstwert θmax auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht, oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass

der Drehsinn der Änderung des Neigungswinkels in der ersten Schicht mit dem Uhrzeigersinn und in der zweiten Schicht gegen den Uhrzeigersinn, oder umgekehrt, läuft, wenn man von niedrigen Neigungswerten zu hohen Neigungswerten geht und die Schichten in Seitenansicht betrachtet, und

die Projektion (17a) der optischen Hauptachse der ersten Schicht in die Schichtebene und die Projektion (17b) der optischen Hauptachse der zweiten Schicht in die Schichtebene gegeneinander unter einem Winkel ρ in der Grenzflächenebene zwischen den beiden Schichten verdrillt sind, wobei der Winkel ρ 0 bis kleiner als 60 Grad beträgt.

2. Optische Verzögerungsfolie nach Anspruch 1, wobei der Mindestneigungswinkel θmin 0 bis 10 Grad beträgt.

3. Optische Verzögerungsfolie nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Höchstneigungswinkel θmax 30 bis 90 Grad beträgt.

4. Optische Verzögerungsfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die beiden Schichten (11a, 11b) Spiegelbildsymmetrie zeigen, mit der Grenzfläche oder, wenn vorhanden, dem Substrat (12) zwischen den Schichten als Spiegelebene.

5. Optische Verzögerungsfolie nach Anspruch 4, wobei der Winkel ρ im Wesentlichen 0 Grad beträgt.

6. Optische Verzögerungsfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung der optischen Verzögerungsfolie 50 bis 250 nm beträgt.

7. Optische Verzögerungsfolie nach einem dir Ansprüche 1 bis 6, erhältlich nach einem Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst:

A) Auftragen einer Mischung bestehend aus

a) einem polymerisierbaren mesogenen Material, das mindestens ein polymerisierbares Mesogen mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe enthält,

b) einem Initiator und

c) gegebenenfalls einem Lösungsmittel

in Form einer Schicht auf ein Substrat oder zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat,

B) Orientieren des polymerisierbaren mesogenen Materials in der aufgetragenen Schicht zu einer geneigten und gespreizten Struktur,

C) Polymerisieren der Mischung aus einem polymerisierbaren mesogenen Material durch Einwirkung von Hitze oder aktinischer Strahlung,

D) gegebenenfalls Entfernung des Substrats, oder, wenn zwei Substrate vorhanden sind, eines oder beider Substrate vom polymerisierten Material, und

E) Wiederholen der Schritte A), B), C) und gegebenenfalls Schritt D) mindestens ein weiteres Mal.

8. Optische Verzögerungsfolie erhältlich nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte A), B) und C) auf beiden Seiten eines gemeinsamen Substrates durchgeführt werden.

9. Optische Verzögerungsfolie erhältlich nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung des polymerisierbaren mesogenen Materials mindestens ein polymerisierbares Mesogen mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und mindestens ein polymerisierbares Mesogen mit zwei oder mehr polymerisierbaren funktionellen Gruppen enthält.

10. Optische Verzögerungsfolie erhältlich nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbaren Mesogene Verbindungen der Formel 1

P-(Sp-X)n-MG-R I

sind, worin

P eine polymerisierbare Gruppe,

Sp eine Abstandsgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen,

X eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- oder eine Einfachbindung,

n 0 oder 1,

MG eine mesogene oder mesogenitätsfördernde Gruppe, vorzugsweise ausgewählt nach der Formel II

-(A¹Z¹)m-A²-Z²-A³- II

worin

A¹, A² und A³ unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, worin auch eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexylen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH&sub2;-Gruppen durch O und/oder S ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexenylen oder Naphthalin-2,6-diyl, wobei alte diese Gruppen jeweils unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein können mit Halogen-, Cyan- oder Nitrogruppen oder Alkyl-, Alkoxy- oder Alkanoylgruppen mit 1 bis 7 C-Atomen, worin ein oder mehrere H- Atome durch F oder Cl substituiert sein können,

Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -COO-, -OCO-, -CH&sub2;CH&sub2;-, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;O-, -CH=CH-, -C C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- oder eine Einfachbindung,

m 0, 1 oder 2 bedeuten, und

R einen Alkylrest mit bis zu 25 C-Atomen, der unsubstituiert, ein- oder mehrfach substituiert mit Halogen oder CN sein kann, wobei auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH&sub2;-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -NH-, -N(CH&sub3;)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S- oder -C C- so ersetzt sein können, dass Sauerstoffatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, oder R auch Halogen, Cyan ist oder unabhängig eine der für P-(Sp-X)n- angegebenen Bedeutungen hat,

bedeuten.

11. Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht, enthaltend einen zirkular-reflektiven Breitbandpolarisator und eine optische Verzögerungsfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Flüssigkristallanzeige enthaltend eine Anzeigezelle und eine optische Verzögerungsfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

13. Flüssigkristallanzeige enthaltend eine Anzeigezelle und ein Mittel zum Erzeugen von im Wesentlichen linear polarisiertem Licht nach Anspruch 11.

14. λ/4-Verzögerungsfolie enthaltend eine optische Verzögerungsfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 10.