DE3884417T2

DE3884417T2 - Als optische Phasenverzögerer wirksame Polycarbonat-Schichten.

Info

Publication number: DE3884417T2
Application number: DE88300862T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kikui; Shuji Kitamura; Kimishige Nakamura; Toyokazu Okada; Kazuaki Sakakura
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1987-02-02
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2008-02-03
Also published as: KR880010339A; EP0277804B1; CA1307151C; HK100094A; EP0277804A3; DE3884417D1; EP0277804A2; KR970003759B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Polymerfilm zum Gebrauch als optischen Phasenverzögerer.
Ein Phasenverzögerer ist ein Lichtdoppelbrechung aufweisender Film oder ein solches Blatt. Da ein Phasenverzögerer verschiedene Brechungskoeffizienten in zwei senkrechten Richtungen besitzt, erzeugt durch den Phasenverzögerer getretenes Licht Lichtstrahlen, deren Polarisationsebene einen Phasenunterschied aufweisen.
Phasenverzögerer, die allgemein im Handel erworben werden können und die in praktischem Gebrauch sind, umfassen die sogenannten Viertelwellenverzögerer, welche die Funktion haben, bei dem eine Wellenlänge von λ aufweisenden einfallenden Licht einen Phasenunterschied von 1/4λ zu erzeugen. Der Viertelwellenverzögerer wird durch einachsiges Dehnen eines auf Zelluloseazetat basierenden Films erhalten. Ein Viertelwellenzögerer ist nützlich als Zirkularpolarisator, der mit einem Linearpolarisator bei einer Winkelstellung von 45º in Bezug auf die optische Hauptachse des Linearpolarisators kombiniert ist. Er wird auch als blendungshemmendes Material benutzt, zum Beispiel als VDT-Filter, indem von der Funktion, reflektiertes Licht zu unterdrücken,Gebrauch gemacht wird.
Ausser dem oben beschriebenen Zellulosepolymer hat man Hochpolymermaterialien zum Gebrauch als Viertelwellenverzögerer vorgeschlagen. Diese umfassen Polyvinylchloridharze wie in der japanischen Patentschrift Nr 34477/70 und in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr 125702/81 (der Ausdruck "OPI", wie vorhin gebraucht, bedeutet nicht geprüfte, veröffentliche japanische Patentanmeldung) beschrieben; Polykarbonatharze sind in der japanischen Patentschrift Nr. 12190/66 (in Warmwasser unter konstanter Belastung gedehnt) und in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. 130703/81 beschrieben; Polyakrylonitrilharz wie in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. 130702/81 beschrieben; Polystyrolharze wie in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr 125 703/81 und Polyolefinharze wie in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr 24502/85 beschrieben. All diese aus diesen Materialien hergestellten herkömmlichen Phasenverzögerer sind jedoch Viertelwellenverzögerer, deren Verzögerungswert (hienach als R-Wert bezeichnet) in der Grössenordnung von 135 nm liegt. Keine dieser oben genannten Veröffentlichungen bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbwellenverzögerern oder Ganzwellenverzögerern. Der hier verwendete Ausdruck "R-Wert" bedeutet das Produkt der Dicke (t) des Films oder Blattes und der Doppelbrechung (Δn) des Films oder Blattes und kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden
R = Δn x t
Neue Arbeiten sind den Anwendungen eines Halbwellenverzögerers oder eines Vollwellenverzögerers gewidmet, der einen Phasenunterschied von 1/2 λ bzw. λ bewirkt. Darin sind jedoch keine Phasenverzögerer mit zufriedenstellender Qualität vorgeschlagen worden, das heisst mit einem R-Wert zwischen 200 und 625 nm, vorzugsweise zwischen 200 und 350 nm (Halbwellenverzögerer) oder zwischen 475 und 625 nm (Ganzwellenverzögerer) und frei von optischen Farbungleichmässigkeiten.
Die DD-A-146859 beschreibt einen Film aus Polykarbonatester, der z.B. um einen Faktor von 1.34 gereckt worden ist, der zum Gebrauch als optischer Verzögerer bestimmt ist, und der in den Beispielen einen Verzögerungswert von 122 bis 157 besitzt, achromatisch und von grosser Homogenität ist.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein gereckter Film zum Gebrauch als optischen Phasenverzögerer erzeugt, der durch einachsiges Recken eines Polykarbonatfilms erhalten wird, dadurch gekennzeichnet:
- dass dieser Polykarbonatfilm ein Film aus homopolymerem oder copolymerem Polykarbonat ist,
- dass der gereckte Film durch einachsiges Recken in Querrichtung, Kompressionsrecken oder einachsiges Recken in Längsrichtung dieses Polymerfilms erhalten wird, wobei das Einhalsverhältnis derart kontrolliert wird, dass es 10% nicht übersteigt, dass der mit einem Polarisationsmikroskop gemessene Verzögerungswert dieses gedehnten Films zwischen 200 nm und 625 nm liegt, und dass die optische Farbungleichmässigkeit klein ist, wobei dieses Merkmal durch den Tatbestand bestimmt wird, dass die in Bezug auf die Kubikwurzel-Formel angegebene und gemäss den in JIS-Z- 8729 gegebenen Farbbestimmungen gemessene Farbdifferenz Δ Ecr dieses gereckten Films derart ist, dass der davon höchste gemessene Wert nicht mehr als 20 beträgt, wobei die Messung mit einem Spektrophotometer unter zwei gekreuzten Nicol-Prismen mit dem gereckten Film derart angeordnet erfolgt, dass seine optische Hauptachse gemäss JIS-Z-8120 einen Winkel von 45 Grad mit den gekreuzten Nicols bildet.
Das Polykarbonatpolymer, das in dieser Erfindung gebraucht werden kann, umfasst geradkettige Polykarbonate oder Polykarbonatcopolymere mit einer Bisphenol-Gruppe. Die Polykarbonatpolymere werden ausgehend von 4,4'- Dihydroxydiarylalkanen oder deren Halogensubstitute zubereitet, indem das Phosgen- oder Esteraustauschverfahren benutzt wird, und sollten einen hohen Grad an Durchsichtigkeit aufweisen. Als 4,4'-Dihydroxydiarylalkane und deren Halogensubstitute zum Gebrauch für die Zubereitung des Polymers sind zum Beispiel anwendbar, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan, 4,4'-Dihydroxydiphenyläthan, 4,4'- Dihydroxdiphenylbutan, 4,4' -Dihydroxydiphenyl-2,2-propan, 3,3'-Dibromo -4,4'-Dihydroxydiphenyl-2,2-propan, 3,3'- Dichloro-4,4'- Dihydroxydiphenyl-2,2-propan und 3,3',5,5' -Tetrabromo-4,4'- Dihydroxydiphenyl-2,2-propan.
Ausser den obengenannten Polykarbonaten oder Polykarbonatkopolymeren können erfindungsgemäss auch Gemische dieser Polymere mit bis zu 50 Gew. % von Polystyrolharzen verwendet werden.
Der erfindungsgemässe Phasenverzögerer kann dadurch erhalten werden, dass man den oben beschriebenen Polykarbonatpolymer mittels bekannten Techniken, wie Lösungsmittelgiessen, Kalandern oder Extrudieren und einachsigem Recken des Films oder Blattes zum passenden Ausmass, in einen Film oder ein Blatt formt. Das einachsige Recken kann mittels herkömmlicher Verfahren erfolgen, wie einachsiges Recken in Querrichtung durch Aufrahmen, Kompressionsrecken zwischen Rollen, und einachsiges Recken in Längsrichtung mittels Rollen mit verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten.
Darunter ist das wirksamste Verfahren, um ein Fehlen von optischen Farbungleichmässigkeiten zu garantieren, das einachsige Recken in Querrichtung mit Aufrahmen, das beinahe kein Einhalsen verursacht. Das Kompressionsreckverfahren oder das einachsige Reckverfahren in Längsrichtung mittels Rollen kann auch wirksam sein, so lange das Einhalsverhältnis, 100 x (A-B)/A, kontrolliert nicht 10% und vorteilhafterweise nicht 5% übersteigt, wobei A die Filmbreite vor dem Recken und B die Filmbreite nach dem Recken ist.
Der hier gebrauchte Ausdruck "optische Farbungleichmässigkeit" kann quantitativ durch Δ E wie nachher definiert ausgedrückt werden. Mit dem Phasenverzögerer unter gekreuzten Nicol-Prismen (geschnittene und zusammengeklebte Kalzitkristalle) derart angeordnet, dass seine optische Hauptachse einen Winkel von 45º mit den gekreuzten Nicols bildet, werden L*, a* und b* des Phasenverzögerers mittels eines Spektrophotometers oder Spektrometers gemäss JIS-Z-8729 (Farbbestimmungen gemäss eines L*, a* und b* kolorimetrischen Systems oder eines L* u* v* kolorimetrischen Systems) bestimmt. Die Bestimmung wird auf n Proben an verschiedenen Orten ausgeführt, und (Δ Ecr)i,j, wird aus den gemessenen Werten, L*, a* und b* gemäss der Kubikwurzel-Formel (definiert in HANDBOOK OF OPTICS, W.G. Driscoll and W. Vaughan Eds., Optical Society of America; McGraw-Hill, Inc. 1978; pages 9-29 and 9-30) berechnet:
Der grösste der gemessenen (Δ Ecr)i,j, Werte wird als Δ Ecr genommen. Je grösser die Anzahl von Bestimmungen (n), je grösser ist die Präzision des Resultates. Gewöhnlich wird die kolorimetrische Bestimmung von Δ Ecr an zehn willkürlichen Orten eines Blattes oder Films (Länge 30cm X Breite 30cm) ausgeführt. Wenn der Phasenverzögerer ein Ecr grösser als 20 aufweist, können Farbungleichmässigkeiten und Regenbogenmuster unter gekreuzten Nicols sichtbar beobachtet werden. Ein solcher Film kann nie als Phasenverzögerer der vorliegenden Erfindung gebraucht werden.
Die Funktion des erfindungsgemässen Halbverzögerers ist derart festgelegt, dass eine Verzögerung von 1/2 der durchschnittlichen Wellenlänge des natürlichen Lichtes (λ = 550nm) bewirkt wird, und seine Verzögerung ist derart bestimmt, dass sie im Bereich von etwa 200 bis etwa 350 nm, vorzugsweise von etwa 250 bis etwa 300 nm liegt. Anderseits ist die Funktion des erfindungsgesmässen Vollwellenverzögerers derart festgelegt, dass eine Verzögerung von einer durchschnittlichen Wellenlänge des natürlichen Lichtes ( λ = 550nm) bewirkt wird, und seine Verzögerung ist derart bestimmt, dass sie im Bereich von etwa 475 bis etwa 625 nm, vorzugsweise von etwa 525 bis etwa 575 nm liegt.
Demnach bewirkt der Phasenverzögerer gemäss der vorliegenden Erfindung eine Verzögerung von 1/2 λ oder λ und unterscheidet sich von den herkömmlich erhaltenen Viertelwellenverzögerern, die eine Verzögerung von 1/4 bewirken; er kann für neue Anwendungen gebraucht werden, wie zum Beispiel verschiedene optische Geräte, mit einem optischen Filter, und Flüssigkristallanzeigen. Einen Wert von 350- 475 aufweisende 3/4-Verzögerer sind ebenso nützlich, zum Beispiel für STN-Typ-Flüssigphasenverzögerer.
Die vorliegende Erfindung wird nun genauer in Bezug auf die folgenden, nicht begrenzenden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. In diesen Beispielen sind die R-Werte wie oben beschrieben bestimmt worden, indem ein mit einem Senarmont Kompensator und einer Halogenlampe als Lichtquelle ausgerüstetes Polarisationsmikroskop verwendet worden ist. Δ Ecr Werte sind mittels eines Spektrophotometers bestimmt worden und gemäss der oben beschriebenen Formel berechnet worden.

BEISPIEL 1

Ein transparenter extrudierter Polykarbonatfilm (mittleres Molekulargewicht : 28'000), 100 um dick und 200mm breit, ist auf 180ºC vorerwärmt worden und danach bei 170ºC mittels einachsigem Recken in Querrichtung mit Aufrahmen behandelt worden, so dass ein gereckter Film einer Dicke von etwa 58 um und einer Breite von 340 mm erhalten worden ist. Der resultierende gereckte Film hat einen R-Wert von etwa 275 nm und ein ΔEcr von 6.8 mit gleichmässiger Qualität gezeigt, und erwies sich als brauchbarer 1/2 Verzögerer.

BEISPIEL 2

Ein gereckter Film mit einer Dicke von etwa 50 um und einer Breite von 400 mm ist in derselben Art wie in Beispiel 1 zubereitet worden. Dieser gereckte Film hat einen R-Wert von etwa 290 nm und ein Δ Ecr von 5.3 mit gleichmässiger Qualität gezeigt, und erwies sich als brauchbarer Halbverzögerer.

BEISPIEL 3

Ein transparenter extrudierter Polykarbonatfilm (mittleres Molekulargewicht : 28'000), 100 um dick und 500 mm breit, ist unter Druck durch ein Rollenpaar (Druck : 500kg/cm) bei einer Erwärmung von 170ºC in Längsrichtung gereckt worden, so dass ein gereckter Film einer Dicke von etwa 60 um und einer Breite von 480 mm (Einhalsverhältnis : 4%) erhalten worden ist. Dieser Film hat einen R-Wert von etwa 265 nm und ein Δ Ecr von 10.0 mit gleichmässiger Qualität gezeigt und erwies sich als brauchbarer Halbverzögerer.

BEISPIEL 4

Ein transparenter extrudierter Polykarbonatfilm (mittleres Molekulargewicht : 28'000), 100 um dick und 500 mm breit, ist auf 170ºC vorerwärmt worden und danach in Längsrichtung gereckt worden, indem er zwischen Rollen mit verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten geführt worden ist, so dass ein gereckter Film einer Dicke von etwa 60 um und einer Breite von 465mm (Einhalsverhältnis: 7%) erhalten worden ist. Der resultierende gereckte Film hat einen R- Wert von etwa 255 nm und ein Δ Ecr von 14.8 mit gleichmässiger Qualität gezeigt, und erwies sich als brauchbarer Halbverzögerer.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Dieselben Verfahrensschritte wie in Beispiel 4 sind wiederholt worden, ausser dass der Abstand zwischen den Rollen vergrössert worden ist, so dass ein gereckter Film einer Dicke von etwa 60 um und einer Breite von 400 mm (Einhalsverhältnis: 20%) erhalten worden ist. Der Film hat einen R-Wert von etwa 230nm und eine Δ Ecr von 27 gezeigt, und Farbungleichmässigkeiten und ein Regenbogenmuster sind unter gekreuzten Nicols beobachtet worden, so dass der Film sich als Halbverzögerer als nicht brauchbar erwiesen hat.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Dieselben Verfahrensschritte wie in Beispiel 4 sind wiederholt worden, ausser dass die Vorwärmetemperatur auf 180ºC verändert worden ist, so dass ein gereckter Film einer Dicke von etwa 50 um und einer Breite von etwa 300 mm (Einhalsverhältnis: 40%) erhalten worden ist. Der resultierende Film hat einen R-Wert von 80 nm und ein Δ Ecr von 70 gezeigt, und Farbungleichmässigkeiten und ein Regenbogenmuster sind unter gekreuzten Nicols beobachtet worden, was ihn als Halbverzögerer unbrauchbar machte.

BEISPIEL 5

Ein transparenter extrudierter Polykarbonatfilm (mittleres Molekulargewicht : 28'000), 100 um dick und 200 mm breit, ist auf 170ºC vorerwärmt worden und bei 160ºC mittels einachsigem Recken in Querrichtung mit Aufrahmen behandelt worden, so dass eingereckter Film einer Dicke von etwa 50 um und einer Breite von 400 mm erhalten worden ist. Der resultierende gereckte Film hat einen R-Wert von etwa 565 und ein Δ Ecr von 8.3 mit gleichmässiger Qualität gezeigt, und erwies sich als brauchbarer Vollwellenverzögerer.

BEISPIEL 6

In derselben Weise wie in Beispiel 5 beschrieben, ist ein gereckter Film mit einer Dicke von etwa 30 um und einer Breite von 600 mm erhalten worden. Der gereckte Film hat einen R-Wert von etwa 590 nm und ein Δ Ecr von 5.0 mit gleichmässiger Qualität gezeigt, und erwies sich als brauchbarer Vollwellenverzögerer.

BEISPIEL 7

Ein transparenter extrudierter Polykarbonatfilm (mittleres Molekulargewicht: 26'000), 100 um dick und 500 mm breit, ist unter Druck durch ein Rollenpaar (Druck: 600kg/cm) bei einer Erwärmung von 150ºC längs gereckt worden, so dass ein gereckter Film einer Dicke von etwa 55 um und einer Breite von etwa 480 mm (Einhalsverhältnis: 4%) erhalten worden ist. Der resultierende Film hat einen R-Wert von etwa 540 nm und ein Δ Ecr von 12.7 mit gleichmässiger Qualität gezeigt, und erwies sich als brauchbarer Vollwellenverzögerer.

BEISPIEL 8

Ein transparenter extrudierter Polykarbonatfilm (mittleres Molekulargewicht: 26'000) 100 in dick und 500 mm breit, ist auf 160ºC vorerwärmt worden und danach in Längsrichtung gereckt worden, indem er zwischen Rollen mit verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten geführt worden ist, so dass ein gereckter Film einer Dicke von etwa 60 m und einer Breite von 465 mm (Einhalsverhältnis: 7%) erhalten worden ist. Der Film hat einen R-Wert von etwa 500 nm und ein Δ Ecr von 15.1 mit gleichmässiger Qualität gezeigt, und erwies sich als brauchbarer Vollwellenverzögerer.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Dieselben Verfahrensschritte wie in Beispiel 8 sind wiederholt worden, ausser dass der Abstand zwischen den Rollen zur Längsdehnung vergrössert worden ist, so dass ein gereckter Film mit einer Dicke von etwa 60 um und einer Breite von 400mm (Einhalsverhältnis: 20%) erhalten worden ist. Der erhaltene Film hat einen R-Wert von etwa 500 nm und ein Δ Ecr von 30 gezeigt, und Farbungleichmässigkeiten und ein Regenbogenmuster sind unter gekreuzten Nicols beobachtet worden, so dass der Film sich als Vollwellenverzögerer als nicht brauchbar erwiesen hat.

VERGLEICHSBEISPIEL 4

Dieselben Verfahrensschritte wie in Beispiel 8 sind wiederholt worden, ausser dass die Vorwärmtemperatur auf 180ºC verändert worden ist, so dass ein gereckter Film mit einer Dicke von etwa 50 um und einer Breite von etwa 300mm (Einhalsverhältnis: 40%) erhalten worden ist. Der resultierende Film hat einen R-Wert von 80 nm und ein Δ Ecr von 70 gezeigt, und Farbungleichmässigkeiten und ein Regenbogenmuster wurden beobachtet, so dass der Film sich als Vollwellenverzögerer unbrauchbar erwiesen hat.

Claims

1. Gereckter Film zum Gebrauch als optischer Phasenverzögerer, der durch einachsiges Recken eines Polykarbonatfilms erhalten wird, dadurch gekennzeichnet:

- dass dieser Polykarbonatfilm ein Film aus homopolymerem oder copolymerem Polykarbonat ist,

- dass der gereckte Film durch einachsiges Recken in Querrichtung, Kompressionsrecken oder einachsiges Recken in Längsrichung dieses Polymerfilms erhalten wird, wobei das Einhalsverhältnis derart kontrolliert wird, dass es 10% nicht übersteigt, dass der mit einem Polarisationsmikroskop gemessene Verzögerungswert dieses gereckten Films zwischen 200 nm und 625 nm liegt, und dass die optische Farbungleichmässigkeit klein ist, wobei dieses Merkmal durch den Tatbestand bestimmt wird, dass die in Bezug auf die Kubikwurzel-Formel angegebene und gemäss den in JIS-Z- 8729 gegebenen Farbbestimmungen gemessene Farbdifferenz Δ ECR dieses gereckten Films derart ist, dass der davon höchste gemessene Wert nicht mehr als 20 beträgt, wobei die Messung mit einem Spektrophotometer unter zwei gekreuzten Nicol-Prismen mit dem gereckten Film derart angeordnet erfolgt, dass seine optische Hauptachse gemäss JIS-Z-8120 einen Winkel von 45 Grad mit den gekreuzten Nicols bildet.

2. Gereckter Film nach Anspruch 1, der einen Verzögerungswert von 200 nm bis 350 nm aufweist.

3. Gereckter Film nach Anspruch 1, der einen Verzögerungswert von 475 bis 625 nm aufweist.

4. Gereckter Film nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das genannte einachsige Recken durch Recken in Querrichtung mittels Aufrahmen durchgeführt wird.

5. Gereckter Film nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Polykarbonat mit einem Polystyrol gemischt worden ist.

6. Gereckter Film nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Polykarbonat-Copolymer eine Bisphenol-Gruppe aufweist.

7. Gereckter Film nach Anspruch 6, bei dem das Polykarbonat ein geradkettiges Polykarbonat ist.

8. Flüssigkristallanzeige mit einem optischen Phasenverzögerer, der durch einen in den vorhergehenden Ansprüchen beanspruchten gereckten Film gebildet wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines optischen Phasenverzögerers in der Form eines wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 beanspruchten, gereckten Films, das einachsiges Rekken in Querrichtung, Kompressionsrecken oder einachsiges Recken in Längsrichtung eines Films oder Blattes aus einem Polykarbonat-Homopolymer oder-Kopolymer umfasst, wobei das Einhalsverhältnis so kontrolliert wird, dass es 10% nicht übersteigt, und in einem Ausmass, dass ein Verzögerungswert und eine Farbdifferenz wie in den Ansprüchen 1,2 und 3 definiert erhalten wird.