DE3334181C2

DE3334181C2 - Polarisierende Platte

Info

Publication number: DE3334181C2
Application number: DE3334181A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Sasa; Toshihiko Ibaraki Osaka Sugimoto; Suguru Yamamoto
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-09-21
Publication date: 1987-01-29
Also published as: JPS5977401A; DE3334181A1; US4592623A; JPH0473123B2

Abstract

Bei einer polarisierenden Platte ist mittels einer Kleberschicht auf wenigstens einer Oberfläche eines polarisierenden Films (2) eine Schutzschicht (1, 3) aufgebracht, die ein Polyesterfilm ist, bei der der maximale oder minimale Brechungsindex in einer Richtung parallel zur Ebene des Films nahezu gleich dem in Richtung der Filmdicke ist, während die Schwächung wenigstens 10 μm beträgt. Es treten bei einer derartigen polarisierenden Platte keinerlei farbige Interferenzstreifen auf, wenn aus irgendeiner Richtung auf diese Platte geblickt wird. Sie eignet sich deshalb für Einsatz an der freien Luft oder bei einer Anzeigevorrichtung, in der ein Flüssigkristall verwendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine polarisierende Platte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige polarisierende Platte ist aus der DE-OS 31 29 162 bekannt. Bei dieser Platte besteht die Schutzschicht aus einem Polyesterfilm, der infolge einer herstellungsbedingten Orientierung der den Film aufbauenden Kristallite doppeltbrechend sein kann und der so mit der polarisierenden Schicht verbunden ist, daß die Orientierung der polarisierenden Schicht und der Schutzschicht übereinstimmen, was zwangsläufig bedeutet, daß die Richtung mit einem minimalen oder maximalen Brechungsindex parallel zur Ebene des Films bzw. der polarisierenden Schicht ist. Da die Doppelbrechung der Schutzschicht klein sein soll, folgt zudem, daß die in der Schichtebene liegenden Brechungsindexkomponenten nur wenig verschieden von der in Richtung der Filmdicke liegenden Brechungsindexkomponente ist.
Aus der DE-OS 31 27 347 ist eine laminierte Polarisationsfolie aus einer polarisierenden Folie sowie einer Trägerfolie bekannt. Auf der anderen Seite der Trägerfolie ist eine transparente, elektrisch leitende Schicht aufgebracht.
Eine Schutzschicht liegt nicht vor. Entsprechend diesem Stand der Technik werden doppelbrechende polymere Schichten mit relativ hohen Retardationswerten zwischen 3 und 30 µm unmittelbar auf die Polarisationsfolie aufgeklebt. Auch sind das Auftreten von Interferenzstreifen und durch die Doppelbrechung verengte Sichtwinkel angesprochen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine polarisierende Platte der eingang genannten Art zu schaffen, durch die gewährleistet ist, daß auch dann keine farbigen Interferenzstreifen zu beobachten sind, wenn man aus schräger Richtung auf die Oberfläche sieht, und dies bei Gewährleistung einer guten Form- und Dimensionsstabilität, einer Feuchtigkeits- und Wärmebeständigkeit und einer Möglichkeit der Verwendung außerhalb von Räumen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Wenn die Retardierung wenigstens ungefähr 10 µm (vorzugsweise bis zu 200 µm) beträgt, so zeichnen sich auf der Oberfläche des Films keine Interferenzstreifen ab, wenn man aus einer senkrechten Richtung auf diese Oberfläche sieht. Durch die Erfüllung der genannten Gleichung ist gewährleistet, daß die Differenz zwischen minimalem und maximalem Brechungsindex in der Ebene parallel zur Oberfläche des Films und der Brechungsindex in der Richtung der Filmdicke ausrichtend klein sind, so daß sie in den Bereich von ±0,1 fallen. Es sind auch dann keine farbigen Interferenzstreifen zu beobachten, wenn man aus schräger Richtung auf die Oberfläche sieht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im einzelnen zeigt die Zeichnung in:
Fig. 1 ein Schemadiagramm eines gekreuzten optischen Nicol-Systems;
Fig. 2 die Darstellung eines Indexellipsoids;
Fig. 3 eine Darstellung, die die Brechung des Lichtes an der Kontaktfläche zwischen PET-Film und Luft wiedergibt;
Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen polarisierenden Platte;
Fig. 5 die polarisierende Platte nach Fig. 4 in perspektivischer Ansicht, teils aufgebrochen und
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel in Darstellung gemäß Fig. 5.
In der Zeichnung gelten folgende Bezugszeichen: 1, 3 sind Schutzschichten; 2 ist ein polarisierender Film.
Nachfolgend wird zunächst die Theorie dargelegt.
In Fig. 1 ist ein gekreuztes optisches Nicol-System mit zwei Polarisationsplatten P&sub1;, P&sub2; dargestellt, deren Polarisationsachsen aufeinander senkrecht stehen. Wenn eine doppelbrechende Probe zwischen die Polarisationsfilter P&sub1; und P&sub2; eingesetzt wird, kann die Intensität I des das optische System durchdringenden Lichtes durch Gleichung (1) wiedergegeben werden, wobei der Winkel zwischen der optischen Achse der Polarisationsfilter und der optischen Achse der Probe die Bezeichnung Φ hat: °=c:20&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;sb18&udf54;°KI°k¤=°KA°k¤sin¥¤2&udf57;°KF&udf56;¤´¤sin¥ @W:&udf57;°Kd&udf56;:2&udf54;@,(1)&udf53;zl10&udf54;Hierin sind A eine Konstante, δ ein Phasenfaktor mit folgender Beziehung δ = @O:2¤&udf57;°KpD&udf56;¤°Kn°k¤´¤°Kd°k:&udf57;°Kl&udf56;&udf54;, worin Δ n den Unterschied im Hauptbrechungsindex in der Ebene parallel zur Oberfläche der Probe, λ die Wellenlänge des Lichtes und d die Dicke der Probe bedeuten. Damit läßt sich Gleichung (1) auch schreiben: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin Δ n · d als "Retardierung" bezeichnet wird.
Aus der Gleichung (2) ersieht man, daß bei Φ=0, π/2, π, 3π/2, . . ., kein Licht durchgelassen wird. Dagegen ändert sich die Helligkeitsintensität nach sin² (f · Δ n · d/λ) zwischen 0 und einem Maximalwert auch, wenn 0 <Φ< π/2 zwischen den Bedingungen, daß Δ n · d/λ gleich N (N gleich ganze Zahl) und den Bedingungen, daß Δ n · Δ/g gleich (N+1)/2 (N wiederum ganze Zahl) ist. Nimmt N zu, wird tatsächlich der Unterschied der Änderung stark geschwächt, so daß Licht einer Wellenlänge, die die vorstehenden Bedingungen erfüllt, nicht wirklich an der Bildung farbiger Interferenzstreifen teilhat.
Wenn also N=1 und 100 µm, ein typischer Dickenwert, für d verwendet wird, während der Mittelwert des sichtbaren Lichtes eine Wellenlänge λ von 550 nm aufweist, so berechnet sich Δ n zu etwa 0,005. Dieser Wert ist um mehr als eine Stelle kleiner als 0,08-0,14, welches Werte von Δ n für einen PET-Film sind. Wenn also λ gleich gemacht wird dem Wert d, ist der Wert von N, bei dem das PET die Gleichung Δ n · d/λ = N oder (N+1)/2 erfüllt, 10 oder größer. Soweit die Richtung senkrecht zur Ebene des Films betroffen ist, ergeben sich keine Probleme hinsichtlich der Bildung von Farbstreifen. d. h., wenn die Schwächung Δ n · d im Bereich von 10 µm liegt, treten in der senkrechten Richtung des sichtbaren Lichtes keine Probleme hinsichtlich der Bildung von Farbstreifen auf. Im Falle des vorangehend genannten PET-Films beträgt die Retardierung 8 bis 14 µm.
In einer schrägen Richtung besteht jedoch die Möglichkeit, daß Δ n sich 0,005 nähert. Wenn also aus dieser Richtung draufgesehen wird, erscheinen auf dem Film farbige Interferenzstreifen. Dies wird später noch betrachtet werden.
Fig. 2 ist eine Darstellung eines Indexellipsoids, der durch folgende Gleichung (3) bestimmt ist: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;sb18&udf54;@W:°Kx°k¥:°Knx°k¥&udf54;¤+¤@W:°Ky°k¥:°Kny°k¥&udf54;¤+¤@W:°Kz°k¥:°Knz°k¥&udf54;¤=¤1@,(3)&udf53;zl10&udf54;worin nx, ny und nz jeweils ein Hauptbrechungsindex sind. Wenn der Querschnitt des Ellipsoids, der den Mittelpunkt enthält, ein Kreis ist, wenn der Film aus einer Richtung nahe der Normalen des Querschnitts betrachtet wird, dann ist Δ n sehr klein (wenn aus der Richtung der Normalen aufgesehen wird, ist Δ n = 0). Genauer gesagt, wenn der Film von einer Richtung mit Δ n = 0,005 angesehen wird, werden farbige Interferenzstreifen beobachtet. Zwei Querschnitte, die Kreisform besitzen, sind symmetrisch zur z-Achse. Die Bedingungen, unter denen der Querschnitt kreisförmig ist, sind folgendermaßen bestimmt: Der Querschnitt (allgemein oval) der sich bei einer den Mittelpunkt enthaltenden Schnittebene eines Ellipsoids ergibt, deren Normale unter einem Winkel R&min; zur z-Achse steht, ist durch folgende Gleichung (4) gegeben: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin x und y die rechtwinkligen Koordianten der Ebene des genannten Querschnitts sind, wenn die Richtung der Normalen OP des Querschnitts als y-Achse gewählt wird. Die Bedingung, unter der sich nach Gleichung (4) ein Kreis ergibt, ist die, daß x² und z² gleich sind, wobei man dann folgende Gleichung erhält: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;sb18&udf54;@W:1:°Knx°k¥&udf54;¤=¤@W:cos¥&udf57;°KV&udf56;&dlowbar;:°Kny°k¥&udf54;¤+¤@W:sin¥&udf57;°KV&udf56;&dlowbar;:°Knz°k¥&udf54;@,(5)&udf53;zl10&udf54;
Aus Gleichung (5) kann man folgende Gleichung (6) ableiten: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Wenn aus einer Richtung nahe der Richtung des Sättigungswinkels der Gleichung (6) aufgesehen wird, sieht man farbige Interferenzstreifen. Der Winkel, wie er hierbei bestimmt ist, ist jedoch ein Winkel im mittleren Film. In der Praxis ist es deshalb erforderlich, diesen Winkel (siehe Fig. 3) noch umzuwandeln, wenn der Film durch die Luft hindurch beobachtet wird, wobei die Brechung des Lichtes auf der Filmoberfläche in Betracht gezogen werden muß. Wenn der Brechungsindex von Luft (der mit 1 anzunehmen ist) mit n&sub1; und der Brechungsindex des Films mit n&sub2; bezeichnet werden, ergibt sich zwischen R und R&min; folgende Beziehung (7) °=c:20&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;sb18&udf54;°Kn°kÉ¤´¤sin¤&udf57;°KV&udf56;¤=¤°Kn°kÊ¤´¤sin¤&udf57;°KV&udf56;&dlowbar;@,(7)&udf53;zl10&udf54;
Ist also R nahe 90°, so lassen sich keine Iterferenzfarbstreifen beobachten, auch wenn man aus schräger Richtung auf die Filmoberfläche sieht. Aus den Gleichungen (6) und (7) kann man die Bedingungen, unter denen R>90° erhalten wird bei n&sub1; = 1 und n&sub2; = 1,6 (durchschnittlicher Brechungsindex des PET-Films) folgendermaßen bestimmen: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;von R&min; wurde für zwei ausgewählte PET-Filmproben bestimmt, und die nachfolgende Tabelle zeigt das Ergebnis: °=c:140&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz13&udf54; &udf53;vu10&udf54;
In der Probe 1 ist R = 60°, weshalb, wenn aus einer Richtung unter einem Winkel von etwa 60° auf die Filmprobe 1 aufgeblickt wird, dann farbige Interferenzstreifen auftreten. Für das Beispiel 2 ist der berechnete Wert R dagegen größer als 90°, weshalb bei keiner Richtung, aus der auf die Probe 2 gesehen wird, farbige Interferenzstreifen beobachtet werden können.
Beispiele von Materialien, die sich für die Herstellung des polarisierenden Films zur Verwendung in der polarisierenden Platte eignen, und ein Verfahren zur Verarbeitung der Materialien, Beispiele der Polyesterfilmtype, die als Schutzschicht auf der Oberfläche des polarisierenden Films aufgeklebt wird, so daß sich keine farbigen Interferenzstreifen ergeben, und ein Verfahren, dies auszuführen, Beispiele von Klebern, die für das Verkleben des polarisierenden Films mit der Schutzschicht geeignet sind, und dgl. werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Es können verschiedene polarisierende Filme verwendet werden einschließlich polarisierender Filme, die durch Absorbieren polarisierender Elemente wie Jod und/oder auf zwei Farben basierender Farben hergestellt sind, welche auf hydrophile Polymerfilme aufgebracht sind, wie Polyvinylfilme auf Alkoholbasis, nur teilweise formierte Polyvinylfilme auf Alkoholbasis und Äthylen-Vinylacetat-Copolymer verseifte Erzeugnisse (EVOH), worauf die Filme dann gestreckt werden, polarisierende Filme auf Polyenbasis, die durch eine Dehydrierungsbehandlung von Polyvinylalkoholfilmen oder Dehydrochlorierungsbehandlung von Polyvinylchloridfilmen zur Bildung von Polyenen hergestellt und dann gestreckt werden usw.
Polyesterfilme, die auf einer oder auf beiden Seiten auf den polarisierenden Film zu Schutzzwecken aufgeklebt werden, können sein Filme aus Polyestern, wie Terephthalsäurepolyester, Isophthalsäurepolyester oder Phthalsäurepolyester. Spezielle Beispiele sind Polyäthylenisophthalat, Polybutylenterephthalt, Polyethylenterephthalat, Polybutylenisophthalat und dgl. Durch eine Streckbehandlung in einer Richtung (längs oder quer) erhalten die Polyesterfilme eine besondere Widerstandsfähigkeit gegenüber Chemikalien.
Zum Verkleben der Polyesterfilme auf dem polarisierenden Film benötigen die Kleber nicht nur ihre Klebeigenschaften, sondern sie müssen auch transparent sein, wenn sie in einer Schichtstärke zwischen 2 und 50 µm auftreten, und sie dürfen auch die polarisierenden Eigenschaften des polarisierenden Films nicht vermindern oder gar aufheben aufgrund irgendeiner in ihnen enthaltenen Komponente. Diese Werkstoffe sind bekannt, wobei sich besonders Polyesterkleber, Polyacrylkleber, Epoxidkleber, Cyanacrylkleber, Polyurethankleber und Spirankleber eignen.
Damit die Verklebung ausreichend stark ist, sollten die aufeinandergebrachten Flächen der zu verklebenden Filme einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Für die Behandlung der Oberfläche des Polyesterfilms eignet sich das Sputterverfahren, ein Oxidationsflammverfahren, ein Grundierverfahren oder eine Alkalibehandlung. Für die Behandlung der Oberfläche des polarisierenden Films können ein Grundierbehandlungsverfahren mit Silan, einer Polyisocyanatverbindung usw. angewendet werden. Ein Harz auf Siliciumbasis kann z. B. auf die Oberfläche (freiliegende Oberfläche) des Polyesterfilms aufgebracht werden, um dessen Kratzfestigkeit zu erhöhen, oder es kann Magnesiumfluorid im Vakuum niedergeschlagen werden, um die Transparenz des Films zu verbessern. Diese Behandlungen erhöhen die Lebensdauer der polarisierenden Platte und sind im Hinblick auf die polarisierenden Eigenschaften von Vorteil.
Es erfolgt nun eine nähere Beschreibung anhand der Fig. 4 bis 6.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der polarisierenden Platte. Dabei ist Fig. 4 eine Schnittdarstellung, während die Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Wiedergabe enthält. Ein polarisierender Film 2 ist durch Strecken eines Polyvinylalkoholfilms, der Jod absorbiert hat, auf etwa die vierfache Ausgangslänge gewonnen worden, wodurch die Jodmoleküle gestreckt wurden und der Film seine polarisierenden Eigenschaften annimmt. Beide Oberflächen des Films haben eine Oberflächenbehandlung mit einer Polyisocyanatverbindung erhalten. Die Schutzfilme 1 und 3 sind Polyäthylenterephthalatfilme, die gestreckt wurden, so daß sie eine Dicke von 100 µm annehmen, eine Differenz des Hauptbrechungsindex in der parallel zur Oberfläche verlaufenden Ebene von 0,11 haben (kleinster Brechungsindex 1,59 und größer Brechungsindex 1,70), während der Hauptbrechungsindex in Richtung der Dicke 1,51 beträgt. Die Filme sind mit einem Polyesterkleber auf beide Oberflächen des polarisierenden Films 2 derart aufgeklebt, daß ihre Streckrichtung mit der Polarisationsachse des polarisierenden Films 2 einen rechten Winkel einschließt. Die Kleberschicht ist nicht dargestellt. Ein ausgezogener Pfeil deutet die Polarisationsachse des polarisierenden Films 2, ein gestrichelter Pfeil die Streckrichtung der Schutzfilme 1 und 3 an.
Fig. 6 ist die perspektivische Wiedergabe einer anderen Ausführungsform der polarisierenden Platte, teils aufgeschnitten. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind dieselben Bestandteile, nämlich der polarisierende Film, der Schutzfilm und der Kleber, verwendet wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, doch sind die Schutzfilme auf die beiden Oberflächen des polarisierenden Films so aufgeklebt, daß deren Streckrichtung in die Richtung der Polarisationsachse des polarisierenden Films fällt. Dies wird aus den angegebenen Pfeilrichtungen im Vergleich zum Beispiel der Fig. 5 deutlich.
Für beide Ausführungsformen gilt aus den obigen theoretischen Betrachtungen, daß bei Blick aus irgendeiner Richtung auf die polarisierende Platte, die mit weißem Licht beleuchtet wird, keinerlei farbige Interferenzstreifen beobachtet sind. Wenn außerdem die polarisierenden Platten in Verbindung mit einer Flüssigkeitskristallanzeige verwendet werden, d. h., sie parallel zueinander angeordnet sind und ihre Polarisationsachsen zueinander senkrecht verlaufen, werden ebenfalls keinerlei farbige Interferenzstreifen beobachtet.
Die vorstehenden Erläuterungen machen deutlich, daß mit der Erfindung eine polarisierende Platte geschaffen wird, die bei Einzelverwendung oder in Kombination mit einer weiteren polarisierenden Platte, wobei dann deren optische Achsen zueinander im rechten Winkel stehen, keine farbigen Interferenzstreifen erzeugt werden.

Claims

1. Polarisierende Platte, bestehend aus einem polarisierenden Film und einer mittels einer Kleberschicht auf wenigstens einer Oberfläche des polarisierenden Films befestigten Schutzschicht, die als Polyesterfilm mit einem minimalen oder maximalen Brechungsindex in Richtung parallel zur Ebene des Films ausgebildet ist, der nahezu gleich dem Brechungsindex in Richtung der Filmdicke ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Polyesterfilms der Bedingung °=c:40&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz3&udf54; &udf53;vu10&udf54;genügt, während die Retardierung etwa 10 µm beträgt, worin bedeuten

nx, ny, nz Hauptbrechungsindizes in Richtung der Hauptachsen, und

R&min; der Winkel, unter dem die Normale auf die Schnittebene des Indexellipsoids zur z-Achse steht.

2. Polarisierende Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyesterfilm aus Polyäthylen- oder Polybutylenterephthalat oder -isophthalat oder Mischungen daraus besteht.

3. Polarisierende Platte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester Polyäthylenterephthalat ist.

4. Polarisierende Platte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzechnet, daß der Polyesterfilm in Längsrichtung gestreckt ist.

5. Polarisierende Platte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem minimalen oder maximalen Brechungsindex in Richtung parallel zur Ebene des Polyesterfilms (1, 3) und der Brechungsindex des Polyesterfilms in Richtung der Filmdicke etwa ±0,1 beträgt.

6. Polarisierende Platte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyesterfilm (1, 3) gestreckt und derart mit dem polarisierenden Film (2) verklebt ist, daß die Streckrichtung senkrecht auf der polarisierenden Achse des polarisierenden Films (2) steht.

7. Polarisierende Platte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyesterfilm (1, 3) gestreckt und derart mit dem polarisierenden Film (2) verklebt ist, daß die Streckrichtung mit der Polarisationsachse des polarisierenden Films (2) in dieselbe Richtung fällt.