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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Phasenverzögerungsfolie
bzw. eines Phasenretarders und auf eine Phasenverzögerungsfolie
bzw. einen Phasenretarder, hergestellt mit einem derartigen Verfahren.
Eine derartige optische Vorrichtung hat viele Anwendungen, beispielsweise
in dreidimensionalen Anzeigen. Die vorliegende Erfindung bezieht
sich ebenfalls auf eine Beleuchtungsquelle.
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Die
US 5 327 285 offenbart ein
Verfahren zur Herstellung einer Phasenverzögerungsfolie bzw. eines Phasenretarders
durch chemisches Ätzen
oder mechanische Entfernung eines doppelbrechenden Materials, wie
Polyvinylalkohol (PVA). Jedoch hat eine derartige Technik den Nachteil,
dass verschiedene Regionen des Musters verschiedene Lichtabsorptionseigenschaften
aufweisen. Um diesen Effekt zu verhindern oder zu reduzieren, kann
ein darauf folgender Planarisierungsschritt durchgeführt werden, aber
dies erfordert einen zusätzlichen
Verarbeitungsschritt. Weiterhin ist die Flankengenauigkeit der Region
relativ gering. Diese Technik kann keine Regionen mit unterschiedlichen
Phasenverzögerungsorientierungen
auf einem einzelnen Substrat erzeugen. Stattdessen müssen zwei
oder mehr Substrate verarbeitet und dann mit der korrekten Ausrichtung
zusammengeklebt werden.
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Die
EP 0 689 084 offenbart ein
lineares photopolymerisierbares Material, das verwendet werden kann
als eine mit Mustern versehene Ausrichtungsschicht für doppelbrechendes
Material. Um einen Verzögerer
bzw. Retarder mit Regionen verschiedener Retarderorientierungen
zu erzeugen, sind zwei oder mehr photolithographische Schritte erforderlich, um
das lineare photopolymerisierbare Material zu belichten. Diese photolithographischen
Schritte müssen gegeneinander
korrekt ausgerichtet werden, was zu den Schwierigkeiten und Kosten
der Herstellung hinzukommt. Weiterhin haben Materialien dieses Typs im
allgemeinen Null oder eine geringe Vorneigung und dies kann in Neigungsdisinklinationswänden in doppelbrechendem
Material resultieren.
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Mit
Mustern versehene Ausrichtungsschichten für Flüssigkristallvorrichtungen sind
offenbart in: "Four
domain TN-LCD, fabricated by reverse rubbing or double evaporation", Chen et al. SID95,
Digest S. 865, "Two
domain 80deg twisted nematic LCD for grey scale applications", Yang, Japanese
Journal of Applied Physics, Bd. 31, Teil 2, Nr. 11B, S. L1603, und "A complementary TN
LCD with wide viewing angle grey scale", Takatori et al., Japan Display 1992, S.
591. Insbesondere offenbaren diese Publikationen Multi-Domain-LCDs
zur Bereitstellung verbesserter Sehleistungsfähigkeit.
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"Photoalignment and
patterning of LCDs", SID
Information Display 12/97, beschreibt neue Materialien, die ein
Verarbeiten mit einem Maskenschritt und kontrollierbarer Vorneigung
erlauben. Diese Veröffentlichung
erwähnt,
dass multiple Reibetechniken für
hochauflösende
Muster ungeeignet sind.
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Schadt
M. et al.: "Photo-Induced
Alignment and Patterning of Hybrid Liquid Cristalline Polymer Films
on Single Substrates" Japanese
Journal of applied Physics, Bd. 34, Nr. 6B, 15. Juni 1995, S. L764–L767, XP000578770
offenbart eine Phasenverzögerungsfolie
bzw. einen Phasenretarder, gebildet durch Ausrichtung eines doppelbrechenden
Materials auf einer Ausrichtungsschicht, hergestellt aus einem linear
photopolymerisierbaren Polymer. Um die Ausrichtungsschicht herzustellen,
wird diese einer polymerisierenden Bestrahlung mit verschiedenen
Polarisationen entsprechend den gewünschten optischen Achsenorientierungen
der Phasenverzögerungsfolie
bzw. des Phasenretarders belichtet.
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Takatori
K. et al.: "A Complementary
TN LCD with Wide-Viewing-Angle Greyscale" Proceedings of the International Display
Research Conference Japan Display, 1. Januar 1992, S. 591–594, XP 000472745
offenbart eine Technik zur Herstellung verdrillter nematischer Flüssigkristallanzeigen,
bei denen jedes Pixel zwei Bereiche entgegengesetzt ausgerichteter
Richtungen aufweist. Ein Substrat ist mit einer Polyimidschicht
abgedeckt, die in einer ersten Richtung gerieben wird, um eine erste
Ausrichtungsrichtung bereitzustellen. Die Oberfläche der Schicht wird dann maskiert
und die belichtete Oberfläche
wird in der entgegengesetzten Richtung gerieben.
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Die
EP 0 689 084 offenbart eine
Technik zur Herstellung einer Phasenverzögerungsfolie bzw. eines Phasenretarders,
die ebenfalls auf einer Ausrichtungsschicht beruht, die eine Schicht
eines doppelbrechenden Materials ausrichtet. Jedoch verwendet diese
Technik ebenfalls linear photopolymerisierbare Polymere, die durch
linear polarisierte Ultraviolett-Bestrahlung belichtet werden, um
die Ausrichtungsrichtungen der Ausrichtungsschicht zu definieren.
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Chen
J. et al.: "Four
Domain TN-LCD, fabricated by reverse rubbing oder double-evaporation" 1995, SID, International
Symposium Digest of Technical Papers, Orlando, 23.–25. Mai
1995, Nr. Bd. 26, 23. Mai 1995, S. 865–868, XP 000657194 Society
for Information Display offenbart eine Technik, die ebenfalls ein
Reiben einer Ausrichtungsschicht in einer ersten Richtung umfasst,
und daraufhin Reiben von Teilen der Ausrichtungsschicht in der entgegengesetzten
Richtung, um Regionen mit entgegengesetzt gerichteten Ausrichtungsrichtungen
bereitzustellen.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Phasenverzögerungsfolie
bzw. eines Phasenretarders bereitgestellt, umfassend die folgenden
Schritte, durchgeführt
in der folgenden Reihenfolge: Vorsehen einer Ausrichtungsschicht;
Reiben der Ausrichtungsschicht in einer ersten Reibungsrichtung;
Maskieren wenigstens einer ersten Region der Ausrichtungsschicht
mit einer Maske, um wenigstens eine zweite Region der Ausrichtungsschicht
freizulegen; Reiben der oder jeder zweiten Region durch die Maske
in einer zweiten Richtung, unterschiedlich zur ersten Richtung,
so dass der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Richtung
von 0° und
180° verschieden
ist, mit einer größeren Walzstapeldeformation
als während
des Schritts des Reibens in der ersten Richtung; Entfernen der Maske;
Aufbringen einer Schicht von doppelbrechendem Material auf die Ausrichtungsschicht,
deren optische Achse durch die Ausrichtungsschicht ausgerichtet
wird und dauerhaftes Fixieren der optischen Achse der doppelbrechenden Schicht.
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Die
mindestens eine erste Region kann eine Vielzahl von ersten Regionen
aufweisen, die mindestens eine zweite Region kann eine Vielzahl
von zweiten Regionen aufweisen, und die ersten und zweiten Regionen
können
als ein geordneter Bereich angeordnet sein. Die ersten und zweiten
Regionen können
erste und zweite Streifen umfassen, die sich miteinander abwechseln.
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Die
erste Reiberichtung kann die gleiche sein wie eine erste gewünschte Ausrichtungsrichtung
der einen oder jeder ersten Region, und die zweite Reiberichtung
kann von einer zweiten gewünschten Ausrichtungsrichtung
der einen oder jeder zweiten Region, die von der ersten Ausrichtungsrichtung
verschieden ist, verschieden sein. Der Winkel zwischen der ersten
und zweiten Reiberichtung kann größer sein als der Winkel zwischen
der ersten und der zweiten Ausrichtungsrichtung.
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Das
Reiben in der ersten Reiberichtung kann leichter oder härter sein
als das Reiben in der zweiten Ausrichtungsrichtung. Reibefestigkeit
und Vorneigung können
durch Parameter, wie die Stapeldeformation (bevorzugt eingestellt
durch die Nähe
des Substrats zum Reibegewebe), Reibegeweberotationsgeschwindigkeit,
Substratgeschwindigkeit, Reibeanzahl, Gewebematerial und Stapellänge gesteuert
werden. Ein leichteres Reiben wird bevorzugt erreicht durch eine
geringere Stapeldeformation, d.h. das Substrat ist weiter vom Gewebe
entfernt.
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Das
doppelbrechende Material kann ein polymerisierbares oder vernetzbares
Material aufweisen. Das doppelbrechende Material kann durch Bestrahlung
polymerisierbar oder vernetzbar sein, und die Befestigung kann eine
Belichtung der doppelbrechenden Schicht, beispielsweise mit Ultraviolettstrahlung,
umfassen. Das doppelbrechende Material kann durch Hitze oder kationische
Polymerisation polymerisierbar sein.
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Die
doppelbrechende Schicht kann ein polymerisierbares Flüssigkristallmaterial
umfassen. Das Flüssigkristallmaterial
kann Flüssigkristallmonomere oder
-oligomere oder eine Mischung von Monomeren oder Oligomeren umfassen.
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Die
doppelbrechende Schicht kann ein Diacrylat umfassen – enthaltend
ein Flüssigkristallmaterial.
Das Material kann beispielsweise eine Mischung von Mono-, Di- und
Triacrylaten oder Epoxyharzen enthalten und kann einen Photoinitiator
enthalten.
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Die
doppelbrechende Schicht kann ein dichromatisches Material, das mindestens
einen dichromatischen Farbstoff umfasst, enthalten.
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Die
Maskierung kann eine auf der ausgerichteten Schicht gebildete photolithographische
Maske umfassen.
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Die
Maskierung kann das Anordnen der Maske als einer auf der Ausrichtungsschicht
gebildeten Maske umfassen.
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Die
Ausrichtungsschicht kann eine Schicht aufweisen, die planare Ausrichtung
der doppelbrechenden Schicht, z.B. eines Polyimids, Polyamids, Polyvinylacetats
und Polyvinylalkohols, umfasst.
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Die
Ausrichtungsschicht kann auf einem Substrat gebildet sein, das einen
Polarisator enthält.
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Die
Ausrichtungsschicht kann ein Glas- oder Kunststoffsubstrat aufweisen.
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Das
Maskieren, die Reibungssequenz für das
Maskieren und das Entfernen können
mindestens einmal für
verschiedene Reiberichtungen wiederholt werden.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Phasenverzögerungsfolie
bzw. eines Phasenretarders bereitgestellt, umfassend die nachfolgenden
Schritte, durchgeführt
in der nachfolgenden Reihenfolge: Vorsehen einer Ausrichtungsschicht,
Maskieren wenigstens einer ersten Region der Ausrichtungsschicht
mit einer Maske, um wenigstens eine zweite Region der Ausrichtungsschicht
freizulegen; Reiben der oder jeder zweiten Region durch die Maske
in einer ersten Richtung; Entfernen der Maske; Reiben der Ausrichtungsschicht
in einer zweiten Richtung, unterschiedlich zur ersten Richtung,
so dass der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Richtung
von 0° und
180° verschieden
ist; Aufbringen einer Schicht von doppelbrechendem Material auf
die Ausrichtungsschicht, deren optische Achse durch die Ausrichtungsschicht ausgerichtet
wird, und dauerhaftes Fixieren der optischen Achse der doppelbrechenden
Schicht.
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Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Phasenverzögerungsfolie
bzw. ein Phasenretarder, hergestellt nach einem Verfahren gemäß dem ersten
oder zweiten Aspekt der Erfindung, bereitgestellt.
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Nach
einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Beleuchtungsquelle
bereitgestellt, umfassend eine Leuchtquelle, charakterisiert durch
eine Vielzahl von ersten und zweiten Polarisationsstrahlverteilern
und einem Verzögerer
bzw. Retarder gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung, wobei jeder der ersten Verteiler angeordnet
ist, um Licht einer ersten Polarisation zu einer ersten Region der
doppelbrechenden Schicht zu übermitteln,
die durch die erste Region der Ausrichtungsschicht ausgerichtet ist,
und um Licht einer zweiten Polarisation, die senkrecht zur ersten
Polarisation und zum zweiten Verteiler des Paars ist, zu reflektieren,
wobei der zweite Verteiler jeden Paars angeordnet ist, um das Licht der
zweiten Polarisation einer zweiten Region der doppelbrechenden Schicht
zu reflektieren, die durch die zweite Region der Ausrichtungsschicht
ausgerichtet ist, und mindestens eine der ersten und zweiten Regionen
der doppelbrechenden Schicht angeordnet ist, um die Polarisation
des Lichts von dem jeweiligen Verteiler so zu verändern, dass
das Licht, das die erste und zweite Region der doppelbrechenden
Schicht verlässt,
im Wesentlichen denselben gleichförmigen Polarisationszustand
aufweist.
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Es
ist daher möglich,
ein Verfahren zur Herstellung einer Phasenverzögerungsfolie bzw. eines Phasenretarders
unter Verwendung von Materialien und photolithographischen Techniken
in einer Art und Weise bereitzustellen, die mit Standard-Flüssigkristallvorrichtungs(LCD)fabrikationen
kompatibel ist. Es ist weiterhin möglich, die Verwendung von multiplen photolithographischen
Schritten, die jeweils eine exakte Aufzeichnung und Ausrichtung
zueinander erfordern, beispielsweise wie in der
EP 0 689 084 , zu vermeiden. Jede Standard-Flüssigkristallausrichtungsschicht
kann verwendet werden, einschließlich jene, von denen bekannt
ist, dass sie geeignete Vorneigung und Spannungshalteverhältniseigenschaften
zur Verwendung in internen Elementen von LCDs aufweisen. Vorausgesetzt,
die Vorneigung der Ausrichtungsschicht liegt oberhalb eines vorbestimmten Werts,
ist dessen exakter Wert nicht kritisch.
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Es
ist möglich,
einen flachen Phasenverzögerer
bzw. Phasenretarder derart bereitzustellen, dass Planarisierungs-
oder zusätzliche
Schichten nicht erforderlich sind. Jegliche Färbung des doppelbrechenden
Materials, beispielsweise hervorgerufen durch schwache Absorption
im Bereich des sichtbaren Spektrums, ist im Phasenverzögerer bzw.
Phasenretarder durchweg gleichmäßig, ungeachtet
der Ausrichtungsrichtungen der Ausrichtungsschicht. Somit können Veränderungen
der Färbung,
hervorgerufen beispielsweise durch Entfernung von Material oder
darauf folgendes Planarisieren, wie in bekannten Anordnungen, im
Wesentlichen vermieden werden. Es ist möglich, Muster mit viel feineren
Details vorzusehen, die durch selektive Entfernung von Material
durch mechanische Mittel oder chemisches Ätzen bereitgestellt werden
können.
Das Ausrichtungsverfahren ist mit doppelbrechenden Materialien großer Brechungsindex-Anisotropie
kompatibel, beispielsweise in der Größenordnung von 0,2, so dass es
möglich
ist, Wellenplatten herzustellen, die viel dünner sind als jene, die durch
bekannte Techniken, basierend auf PVA, hergestellt werden können. Beispielsweise
wäre eine
PVA-Halbwellenplatte ausgerichtet für eine Wellenlänge von
500 nm etwa 10 bis 20 μm
dick. Unter Verwendung von nasschemischem Ätzen auf einem dicken Material
wie diesem, resultiert unweigerlich in geringer Kantenauflösung. Dies ist
ein besonderes Problem, wenn der Abstand der Pixel in derselben
Größenordnung
wie die Schichtdicke liegt. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung
macht es möglich,
eine Wellenplatte mit etwa 1 bis 2 μm Dicke bereitzustellen. Derartige
dünne Vorrichtungen
reduzieren den Verbrauch an Materialien und liefern verbesserte
Kantenauflösung
durch reduzierte Maskenparallaxe, und weil Material nicht entfernt
zu werden braucht. Weil die Techniken kompatibel mit herkömmlichen
LCD-Fabrikationsverfahren bereitgestellt werden, können die
Vorrichtungen extern oder intern in LCDs zur Verfügung gestellt
werden.
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Die
Erfindung wird weiterhin anhand eines Beispiels mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, worin:
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1a eine
schematische Schnittansicht einer Phasenverzögerungsfolie bzw. eines Phasenretarders
ist, der eine Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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1b eine
schematische Draufsicht einer Ausrichtungsschicht des Phasenverzögerers bzw. Phasenretarders
von 1a ist;
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2 die 2a bis 2i umfasst
und die Schritte in einem Verfahren zur Herstellung des in den 1a und 1b gezeigten
Phasenverzögerers
bzw. Phasenretarders veranschaulicht und eine Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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3 die
in dem in 2 veranschaulichten Verfahren
eingesetzten Reiberichtungen veranschaulicht;
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4 Phasenverzögerungsfolien
bzw. Phasenretarder veranschaulicht, hergestellt nach dem in 2 veranschaulichten Verfahren;
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5 eine
Anwendung des Phasenverzögerers
oder Phasenretarders von 1a und 1b veranschaulicht,
um eine polarisierte Lichtquelle bereitzustellen; und
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6 die 6a bis 6i umfasst
und die Schritte in einem weiteren Verfahren zur Herstellung einer
Phasenverzögerungsfolie
bzw. eines Phasenretarders veranschaulicht, die eine Ausführungsform der
Erfindung bildet.
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Gleiche
Bezugszeichen beziehen sich in den ganzen Zeichnungen auf gleiche
Teile.
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Die
in den 1a und 1b gezeigte
Phasenverzögerungsfolie
bzw. der Phasenretarder umfasst ein Substrat 1, beispielsweise
Glas, auf dem eine Ausrichtungsschicht 6 sowie eine doppelbrechende
Schicht 8 durch ein nachfolgend beschriebenes Verfahren
gebildet sind. Die Ausrichtungsschicht 6 umfasst einen
geordneten Bereich erster Regionen A und einen geordneten Bereich
zweiter Regionen B. Die Regionen A und B sind als Streifen gebildet,
die einander abwechseln. Die ersten Regionen A haben dieselbe Ausrichtungsrichtung 10,
wohingegen die zweiten Regionen B dieselbe Ausrichtungsrichtung 11 haben.
Die Ausrichtungsrichtungen 10 und 11 sind voneinander
verschieden und können
beispielsweise 45° zueinander
sein.
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Das
Material der doppelbrechenden Schicht 8 ist ein Typ, dessen
optische Achse durch die Ausrichtungsrichtung der Ausrichtungsschicht 6 ausgerichtet
wird. Somit werden die optischen Achsen der streifenförmigen Regionen
der doppelbrechenden Schicht 8 oberhalb der ersten Regionen
A mit der Ausrichtungsrichtung 10 ausgerichtet, wohingegen die
optischen Achsen der streifenförmigen
Regionen der doppelbrechenden Schicht 8 oberhalb der zweiten
Regionen B mit der Ausrichtungsrichtung 11 ausgerichtet
werden. Wie nachfolgend beschrieben, wird die doppelbrechende Schicht 8 nach
der Ausrichtung durch die Ausrichtungsschicht 6 fixiert,
um eine Phasenverzögerungsfolie
bzw. einen Phasenretarder mit Regionen bereitzustellen, deren optische
Achsen in verschiedenen Richtungen gemäß den zugrundeliegenden Ausrichtungsrichtungen 10 und 11 ausgerichtet
sind. Durch Bereitstellung der doppelbrechenden Schicht 8 als
einer Schicht gleichmäßiger Dicke mit
einer Retardation von beispielsweise 250 nm ist es möglich, eine
Halbwellenplatte für
sichtbare Retardation von Wellenlängen von 500 nm bereitzustellen.
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2 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung
der Phasenverzögerungsfolie
bzw. des Phasenretarders von 1a und 1b durch
Mustererzeugung der Ausrichtung der Schicht 6 unter Verwendung
eines mehrstufigen Reibeverfahrens. Die erste in 2a gezeigte
Stufe umfasst Bilden einer Schicht 2 auf einem Substrat 1,
die, gefolgt von Verarbeitung, die Ausrichtungsschicht 6 wird.
Das Substrat 1 kann ein poliertes Kalksodaglas umfassen, das
durch leichtes Reiben mit einem Reinraumtuch, beispielsweise in
einer Detergenslösung,
enthaltend 10 Vol.-% Decon 90 (RTM; erhältlich von Decon Laboratories
Ltd.) in deionisiertem Wasser gereinigt wird. Weitere Reinigungsschritte
können
durchgeführt
werden, beispielsweise unter Verwendung einer Alkalilösung, von
deionisiertem Wasser und Propan-2-ol.
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Als
Alternative kann das Substrat 1 Komponenten umfassen, die
für die
Einbeziehung in ein LCD geeignet sind. Beispielsweise kann das Substrat 1 Glas
mit niedrigem Alkaligehalt, wie Corning 7059 (erhältlich von
Corning Inc., New York, USA), umfassen. Ein derartiges Glassubstrat
kann mit einem transparenten Leiter beschichtet sein, wie Indiumzinnoxid
(ITO), bevor die Schicht 2 aufge bracht wird. Ebenfalls
kann vor der Aufbringung der Schicht 2 auf das Substrat
eine schwarze Maske (black mask) und Farbfilteranordnung aufgebracht
werden.
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Als
eine weitere Alternative kann das Substrat 1 ein Kunststoffmaterial
umfassen.
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Als
eine weitere Alternative kann das Substrat 1 einen Polarisator
umfassen, mit dem die fertige Phasenverzögerungsfolie bzw. der Phasenretarder zusammenarbeiten
muss.
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Die
Schicht 2 umfasst irgendein Material, das in der Lage ist,
auf dem Substrat 1 abgeschieden zu werden, und das gerieben
werden kann, um eine Ausrichtung der doppelbrechenden Schicht 8 bereitzustellen.
Beispielsweise kann die Schicht 2 Polyimid umfassen, wie
das bekannte Material P12555, erhältlich von DuPont. Dieses Material
kann im Verhältnis 1:20
in einem bekannten Verdünnungsmittel,
wie T9039, erhältlich
von DuPont, gelöst
werden. Die Lösung
wird auf das Substrat 1 durch Drehen in einem offenen Kegelkreisel
bei 4.000 Umdrehungen pro Minute (UpM) für 40 Sekunden aufgebracht.
Das beschichtete Substrat wird für
5 Minuten auf 90°C
erhitzt und dann 1 Stunde bei 250°C
gehärtet.
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Die
Polyimidschicht 2 wird dann in einer Richtung über die
freie Oberfläche
gerieben. Beispielsweise kann die Schicht 2 dreimal mit
einem Reibetuch auf einer Walze, die bei 3.000 UpM mit einer Stapeldeformation
von 0,2 mm und mit einer Vorwärtsgeschwindigkeit
von 20 mm/s gerieben werden. Der Reibestoff ist ein Gewebe, umfassend
Reyon(RTM)-Fasern mit einem 2 mm-Stapel. Im veranschaulichten Beispiel
wird das erste Reiben in einem Winkel von +22,5° zu einer Bezugsrichtung durchgeführt, um
eine in 2b gezeigte Schicht 2a mit
der gleichmäßigen Reiberichtung 10 entsprechend
der ersten Regionen A, die in 1b gezeigt
sind, zu bilden.
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Andere
Materialien, die gerieben werden können, um eine gewünschte Ausrichtungsrichtung auf
der doppelbrechenden Schicht aufzuweisen, können als Schicht 2 verwendet
werden. Derartige Materialien umfassen Polyamid, Polyvinylacetat
und Polyvinylalkohol. Alternativ, wenn keine Anforderung für die Ausrichtungsvorneigung
vorliegt, kann die Schicht 2 weggelassen werden, und das
Glassubstrat 1 kann direkt gerieben werden.
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Nach
dem ersten Reiben wird das Maskieren der Schicht 2a, wie
in den 2c bis 2e veranschaulicht,
unter Verwendung von Standard-photolithographischen Techniken durchgeführt. Die
geriebene Oberfläche
der Polyimidschicht 2a ist spingecoated mit einem positiven
Photoresist 3, beispielsweise umfassend zwei Vol.-Teile
Photoresist Microposit der S1805-Reihe und ein Teil Microposit-EC-Lösungsmittel
(diese Materialien sind erhältlich
von Shipley, Europe Limited) bei 4.500 UpM für 40 Sekunden, um eine Schichtdicke
von etwa 200 nm bereitzustellen. Die Schicht 3 wird weich
gebrannt, beispielsweise bei 90°C
für 30
Minuten oder bei 95°C
für 2 Minuten,
um das Lösungsmittel
zu verdampfen. Dies wird gefolgt von einem 2-Sekunden-Belichten
mit Ultraviolettlicht mit einer Intensität von 6,9 mW/cm2 und
einer Wellenlänge
von 365 nm durch eine Photomaske 4 in strengem Kontaktmodus
auf einem Maskenausrichter (erhältlich
von Karl Suss). Dies wird in 2d veranschaulicht
und liefert optimale Kantenauflösung. Die
Maske kann beispielsweise Merkmale in der Größenordnung von 100 μm aufweisen,
obwohl die Technik in der Lage ist, viel feinere Auflösungen,
beispielsweise in der Größenordnung
von 5 μm,
wie nachfolgend veranschaulicht, bereitzustellen.
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Die
räumliche
selektive Belichtung des Photoresists 3 kann durchgeführt werden
durch jegliche geeignete Strahlungsquelle, mit oder ohne die Maske 4.
Beispielsweise kann die Belichtung ohne eine Maske unter Verwendung
eines Ultraviolett-Lasers durchgeführt werden.
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Nach
der Belichtung wird der Photoresist entwickelt, beispielsweise für 1 Minute
im Entwickler Microposit 351CD31 (erhältlich von Shipley, Europe Limited),
um den Photoresist von den zweiten Regionen zu entfernen, die mit
dem Ultraviolettlicht bestrahlt wurden, um eine Reproduktion des
Maskenmusters im Photoresist zurück
zu lassen, wie bei 5 in 2e veranschaulicht,
und die ersten Regionen abzudecken. Das Substrat 1 und überlappende
Schichten werden beispielsweise in deionisiertem Wasser für 2 Minuten
gespült,
um eine vollständige
Entfernung sämtlichen
belichteten Photoresists sicherzustellen, und um Kontamination von
darauf folgenden Schichten zu vermeiden. Der Photoresist wird dann hartgebrannt,
beispielsweise bei 110°C
für 50
Minuten, um ihn gegenüber
dem darauf folgenden Reibeverfahren beständiger zu machen.
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Als
eine Alternative der photolithographischen Masken-Technik kann eine
vorgeformte dünne Maske,
beispielsweise aus metallischem oder polymerem Material auf die
Schicht 2a für
das darauf folgende Reiben aufgebracht werden.
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Im
veranschaulichten Beispiel muss die zweite Ausrichtungsrichtung 11 bei –22,5° zur Bezugsrichtung
sein, so dass die Ausrichtungsrichtungen 10 und 11 und
daher die optischen Achsen des doppelbrechenden Materials oberhalb
der Regionen A und B mit einem relativen Winkel von 45° vorliegen. Es
wurde festgestellt, dass das erste Reiben einen Resteffekt derart
hat, dass ein erneutes Reiben des Polyimids in einer zweiten Richtung
bewirkt, dass die resultierende Ausrichtungsrichtung sich von der Richtung
des zweiten Reibens unterscheidet. Das zweite Reiben kann daher
von der erforderlichen zweiten Ausrichtungsrichtung 11 abweichen,
um dies zu kompensieren. Beispielsweise kann das zweite Reiben bei –27,5° erfolgen.
Der obere Teil von 3 veranschaulicht die erste
Reiberichtung, die der erwünschten
Ausrichtungsrichtung 10 entspricht. Der Mittelteil von 3 veranschaulicht
die zweite Reiberichtung 12, und der untere Teil von 3 veranschaulicht
die resultierende Ausrichtungsrichtung.
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Das
zweite Reiben wird dreimal mit einer Stapeldeformation mit 0,3 mm
unter denselben Bedingungen wie das zuvor beschriebene erste Reiben, durchgeführt. Somit
wird eine zweifach geriebene Ausrichtungsschicht 6, wie
in 2f veranschaulicht, gebildet. Der Photoresist 5 wird
dann entfernt, um das endgültige
Substrat 1 und die Ausrichtungsschicht 6, wie
in 2g gezeigt, zurückzulassen. Da Standard-Photoresistabstreifer
ein Polyimid beschädigen
können,
wird der verbleibende Photoresist 5 durch Tauchen in Aceton
für 2 Minuten
und Abspülen in
deionisiertem Wasser für
3 Minuten entfernt. Dem folgt ein Eintauchen in Isopropylalkohol-Lösungsmittel,
um Wasserflecken, die von deionisiertem Wasser zurückgelassen
werden, zu vermeiden, gefolgt vom Trocknen mit einem Stickstoffstrom.
Alternativ kann der Resist durch gleichmäßiges Belichten mit Ultraviolettstrahlung
und Eintauchen in 351CD31-Entwickler entfernt werden.
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Dieses
in 2 veranschaulichte Verfahren liefert
erste Regionen A und zweite Regionen B mit jeweils ersten und zweiten
Ausrichtungsrichtungen 10 und 11. Jedoch können die
in 2c und 2g veranschaulichten
Verfahrensschritte in beliebiger Anzahl wiederholt werden, um Sätze von
Regionen verschiedener Ausrichtungsrichtungen bereitzustellen.
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Die
Ausrichtungsschicht wird durch Brennen bei 170°C für 20 Minuten dehydriert und
dann auf Raumtemperatur abgekühlt,
um die Haftung anderer Schichten auf der gemusterten Polyimidoberfläche zu verbessern.
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Wie
in 2h gezeigt, wird auf die Ausrichtungsoberfläche der
Ausrichtungsschicht 6 eine Schicht 7 zur Bildung
der doppelbrechenden oder retardierenden Schicht aufgebracht. Die
Schicht 7 wird durch Spincoating einer doppelbrechenden
reaktiven Mesogen-Lösung
gebildet. Die Lösung
umfasst eine Diacrylat enthaltende Mischung, bekannt als RM257 (erhältlich von
Merck UK Ltd., Poole), um einen Verzögerer bzw. Retarder zu erhalten,
beispielsweise ausgelegt, um eine Halbwellenplatte bei 500 nm zu sein.
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Die
reaktive Mesogen-Lösung
wird hergestellt durch Zugeben eines Gew.-Teils RM257 und etwa 1%
eines Photoinitiators, bekannt als Darocur 4265 (erhältlich von
CIBA Geigy Ltd. und mit einem Aktivierungspeak von etwa 365 nm)
zu 3 Teilen Toluol, um die Ausrichtung zu verbessern. Weiterhin
kann die Konzentration des Photoinitiators variiert werden, beispielsweise
zwischen etwa 0,1% und etwa 10%, oder andere Photoinitiatormaterialien
können
verwendet werden.
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Die
reaktive Mesogen-Lösung
wird gerührt und
für wenige
Minuten auf etwa 80°C
erwärmt,
um sicherzustellen, dass das reaktive Mesogen vollständig gelöst wird.
Die Lösung
wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Vor dem Spincoating kann
die Lösung
durch einen 0,2 μm-PTFE-Filter
filtriert werden, um jegliche unlöslichen Verunreinigungen zu
eliminieren.
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Für einige
Anwendungen kann ein dichromatischer Farbstoff oder anderes dichromatisches
Material zur Lösung
vor Aufbringung auf die Ausrichtungsschicht 6 zugegeben
werden. In diesem Fall richten sich der dichromatische Farbstoff
und das doppelbrechende Material beide mit der zugrundeliegenden
Richtung aus, um einen mit Mustern versehenen Polarisator zu erzeugen.
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Das
doppelbrechende Material kann jegliches Material sein, das in der
Lage ist, die Orientierung der Ausrichtungsschicht zu übernehmen
und in dieser Richtung befestigt zu werden. Geeignete Materialien
umfassen Flüssigkristallpolymere,
reaktive Mesogenmaterialien und polymerisierbare Flüssigkristalle.
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Um
eine mit Mustern versehene Halbwellenplatte für die Belichtung von einer
500 nm-Wellenlänge zu erhalten,
wird die Schicht 7 durch Spincoating der reaktiven Mesogenlösung für 30 Sekunden
bei 1.650 UpM aufgebracht. Die resultierende Vorrichtung wird erwärmt, beispielsweise
für 3 Minuten
bei 85°C,
um jegliche Defekte auszuglühen
und das Lösungsmittel
abzudampfen. Das reaktive Mesogenmaterial orientiert seine optische
Achse an der Ausrichtungsrichtung der unmittelbar benachbarten zugrundeliegenden
Ausrichtungsschicht. Das doppelbrechende Material wird dann durch
Belichtung mit Ultraviolettlicht in einer im Wesentlichen sauerstofffreien
(z.B. Stickstoff-)Atmosphäre,
beispielsweise für
mindestens 5 Minuten mit einer Belichtungsintensität von etwa
0,5 mW/cm2 polymerisiert, um die Phasenverzögerungsfolie
bzw. den Phasenretarder mit der befestigten doppelbrechenden Schicht 8,
wie in 2i veranschaulicht, bereitzustellen.
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Die
Spingeschwindigkeiten, Temperaturen und Zeitspannen, die zuvor erwähnt wurden,
sind als Beispiel angegeben und können, wie erforderlich, variiert
werden, beispielsweise für
verschiedene Materialien und verschiedene Substratgrößen. Andere
bekannte Beschichtungstechniken, einschließlich Walzenbeschichten und
Rakelstreichen, können
entweder einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Auch die Reibeverfahrensbedingungen und das Material können variiert
werden, beispielsweise, um jegliche bekannte Technik zu umfassen.
In einem Beispiel kann das erste Reiben leichter durchgeführt werden,
um dessen Effekt zu verringern, und den Bedarf zu begrenzen, die
Richtung der zweiten Reibung von der erwünschten zweiten Ausrichtungsrichtung
abweichen zu lassen. Auch der erforderliche Ausgleichswinkel kann
durch Reiben in einer Richtung 180° von der zuvor verwendeten verringert
werden. Beispielsweise im zuvor beschriebenen Beispiel, wo die erste
Reibung bei +22,5° zur
Bezugsrichtung auftritt, kann das zweite Reiben in der Richtung –207,5° relativ
zur Referenzrichtung durchgeführt
werden. Ein Reiben in im Wesentlichen entgegengesetzter Richtung
in dieser Art und Weise kann helfen, die Effekte des ersten Reibens
zu verringern.
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4 veranschaulicht
zwei Beispiele von Mustern und Mustermerkmalsgrößen, die unter Verwendung des
in 2 veranschaulichten Verfahrens erreicht
werden können.
Der obere Teil von 4 zeigt ein Muster mit Merkmalsgrößen in der
Größenordnung
von 100 μm.
Jedoch ist das Verfahren in der Lage, viel feinere Einzelheiten
zu erzeugen, und der untere Teil von 4 veranschaulicht
Merkmalsgrößen in der
Größenordnung
von 10 μm
oder weniger.
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Wie
hier erwähnt,
kann die Phasenverzögerungsfolie
bzw. der Phasenretarder in Anzeigen verwendet werden, beispielsweise
des dreidimensionalen Typs, wie offenbart in der
GB 2 296 151 , der
EP 0 721 132 , der
GB 2 317 295 und der
EP 0 829 744 .
5 zeigt
eine weitere Anwendung der Phasenverzögerungsfolie bzw. des Phasenretarders
als Teil eines ansonsten bekannten Typs an polarisierter Lichtquelle.
Die polarisierte Lichtquelle umfasst eine unpolarisierte lichtemittierende
Anordnung, schematisch gezeigt als kleine Quelle
20. Divergentes
Licht von der Quelle
20 wird durch eine Linsenanordnung
21 gesammelt
und zu einer polarisierenden Strahlverteileranordnung
22 geführt. Die
Anordnung
22 umfasst polarisierende Strahlverteiler
23,
von denen jeder mit einer jeweiligen Region der Phasenverzögerungsfolie
bzw. des Phasenretarders
24 ausgerichtet ist.
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Wie
in größeren Einzelheiten
im vergrößerten Maßstab bei 25 in 5 gezeigt,
fällt unpolarisiert
einfallendes Licht 26 an der Auftreffoberfläche 27 jedes
der polarisierenden Strahlverteiler 23, die mit den ersten
Regionen 28 des Verzögerers
bzw. Retarders 24 ausgerichtet sind, auf. P-polarisiertes Licht
tritt durch den Strahlverteiler zu den ersten Regionen 28,
deren optische Achse parallel zur Polarisationsrichtung ausgerichtet
ist. Die ersten Regionen 28 des Verzögerers bzw. Retarders 24 haben
daher keinen Effekt auf den Polarisationszustand, so dass P-polarisiertes
Licht 29 die ersten Regionen 28 verlässt.
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S-polarisiertes
Licht wird durch jeden Strahlverteiler 23 reflektiert,
der mit einer jeweiligen ersten Region 28 ausgerichtet
ist, und wird gegenreflektiert durch den benachbarten Strahlverteiler,
wie bei 30 gezeigt. Das S-polarisierte Licht wird somit
zu den zweiten Verzögerer-
bzw. Retarder-Regionen 31 gerichtet,
deren optische Achsen bei 45° zur
Polarisationsrichtung des S-polarisierten auftreffenden Lichts ausgerichtet
werden. Die Polarisationsrichtung des durch die zweiten Regionen
passierenden Lichts wird um die optische Achse "rotiert", so dass das Licht, das die zweiten
Regionen 31 verlässt,
wie bei 32 angegeben, P-polarisiert ist. Somit wird im
Wesentlichen sämtliches
durch die Strahlverteileranordnung 22 passierendes Licht
und die Phasenverzögerungsfolie
bzw. der Phasenretarder 24 mit 100% polarisiertem Licht
einer P-Polarisation emittiert. Die polarisierte Lichtquelle macht
daher effizienten Gebrauch des durch die unpolarisierte Quelle 20 emittierten
Lichts. Optionale schwarze Schilde 35 sind auf entgegengesetzten
Oberflächen
der Strahlverteiler 23 von den zweiten Verzögerer- bzw.
Retarder-Regionen 31 angeordnet, um eine direkte Passage
von Licht hierdurch zu verhindern.
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Obwohl
nicht veranschaulicht, können
die Regionen 29 und 31 ausgetauscht werden, um
im Wesentlichen 100% S-Polarisation zu erzeugen. Die polarisierende
Strahlenverteileranordnung kann ebenfalls durch Schneiden und Polieren
von Platten von schrägem
Material hergestellt werden, wie bekannt. In diesem Fall ist die
innere Oberfläche 33 nicht
vorhanden.
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6 veranschaulicht ein weiteres Verfahren
zur Herstellung einer Phasenverzögerungsfolie bzw.
eines Phasenretarders unter Verwendung derselben grundlegenden Materialien
und Techniken, wie hier zuvor anhand von 2 beschrieben,
aber mit verschiedener Anordnung der Verfahrensschritte. Die in
den 6a bis 6d gezeigten
Schritte sind im Wesentlichen dieselben wie die in den 2a und 2c bis 2e jeweils
veranschaulichten Schritte. Jedoch wird der in 2c veranschaulichte
Reibeschritt von dem in 6 veranschaulichten
Verfahren weggelassen. Stattdessen wird das erste Reiben durch die
durch den Photoresist 5 gebildete Maske durchgeführt, um
die Regionen mit der in 6e veranschaulichten
Reiberichtung A bereitzustellen. Der Photoresist 5 wird
dann, wie in 6f veranschaulicht, entfernt,
beispielsweise in derselben Art und Weise wie zuvor beschrieben.
Die gesamte Schicht 6 wird dann in der Richtung B gerieben.
Dies resultiert in den Regionen, die zuvor nicht mit der Ausrichtungsrichtung
B gerieben wurde, wohingegen die Regionen, die in der Richtung A
zuvor gerieben wurden, eine effektive Orientierung C aufweisen,
die sich von A aufgrund des Reibeeffekts einer vorherigen geriebenen
Region, wie zuvor beschrieben, unterscheidet. Der Unterschied zwischen
den effektiven Orientierungen der Regionen B und C resultiert alleine
aus dem restlichen Effekt des ersten Reibens, und es kann vorteilhaft
sein, das erste Reiben härter
als das zweite Reiben durchzuführen.