DE60023457T2

DE60023457T2 - Verfahren zur herstellung eines flüssigkristallpolymerelementes

Info

Publication number: DE60023457T2
Application number: DE60023457T
Authority: DE
Inventors: Hubert Seiberle; Martin Schadt
Original assignee: Rolic AG
Current assignee: Rolic Technologies Ltd
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: ATE308064T1; GB9902402D0; JP2002536687A; EP1157302A1; US6646703B1; TW565729B; AU3069100A; CN1207615C; WO2000046635A1; CN1339120A; KR20010101754A; KR100684182B1; EP1157302B1; HK1039655A1; JP4824856B2; DE60023457D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermittlung einer Eigenschaft an eine Schicht, wobei die Eigenschaft darin besteht, dass Flüssigkristallmoleküle, welche auf die Schicht aufgetragen sein können, eine bevorzugte Ausrichtung annehmen. Die Erfindung bezieht sich auch auf LCD Elemente, welche eine bevorzugte Orientierung beihalten.
Der Betrieb von Flüssigkristallbauteilen (z. B. Flüssigkristalldisplays und Lichtventile und Flüssigkristallpolymerelemente wie z. B. optische Retarder, Polarisatoren, cholesterische Filter etc.) erfordern eine kontrollierte Orientierung und normalerweise auch einen Pretilt der Flüssigkristalle. Gegenwärtig wird eine mechanische Reibetechnik verwendet, um Oberflächen zu präparieren, welche dazu in der Lage sind, eine Orientierung und einen Pretilt zu induzieren.
Um die Nachteile der Reibetechnik zu überwinden, sind mehrere optische Verfahren entwickelt worden, welche linearpolarisiertes Licht verwenden, und welche normalerweise Fotoorientierungsmethoden genannt werden. Diese sind in den US Patenten 4 974 941 Gibbons et al, 5 784 139 Chigrinov et al, 5 389 698 Chigrinov et al und in den Europäischen Patenten EP-A-0525478B (Hoffmann-La Roche et al) und EP-A-0756193 (Rolic AG) offenbart.
Obwohl diese Verfahren an sich genügend sind, beruhen doch die offenbarten Verfahren in diesen Patenten auf polarisiertem Licht. Lichtquellen, welche polarisiertes Licht erzeugen, sind vergleichsweise komplex, können weniger geeignet sein für Mas senherstellung, und sind teuer. Da ein Polarisator normalerweise wenigstens 50% des Lichtes absorbiert, würde eine Elimination des Polarisators eine viel bessere Ausnützung der Lichtquelle ermöglichen (entweder schnellerer Effekt, oder man könnte eine schwächere Lampe verwenden). Deshalb sind bereits gewisse Methoden vorgeschlagen worden, welche unpolarisiertes Licht verwenden, z. B in der EP-A-0864885 (Fuji Photo Film).
Die Erzeugung eines Pretiltwinkels in einer nematischen Flüssigkristallzelle unter Verwendung einer Polyimidoberfläche, welche mit nicht-polarisiertem U.V. Licht eingestrahlt wurde mit einem Einfallswinkel von 70° zur Normalen der Oberfläche, ist durch Seo et al in "Asia Display 98" paper P-81, pp795-798 offenbart worden sowie in "Liquid Crystals", 1997 vol 23 no. 6 pp 923-925 beschrieben. Dieses Verfahren profitiert aber nicht von den potentiellen Vorteilen, welche wir identifiziert haben, und erfordert stattdessen einen sehr hochenergetischen Input, welcher genügend ist, um das Polyimid zu depolymerisieren.
Wir haben gefunden, dass unter gewissen unerwarteten Umständen das optische Fotoorientierungsverfahren, auf welches oben Bezug genommen wird, auch mit Licht funktioniert, welches nicht linear polarisiert ist (z. B. zirkular polarisiert) oder isotrop (unpolarisiert).
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, um ein Element aus einem Flüssigkristallpolymer herzustellen, wie es in den Ansprüchen 1 und 3 aufgeführt ist. Vorzugsweise ist der Einfallswinkel φ der Strahlung zur Normalen der Schicht im Bereich von 5° ≤ φ < 70°, und überschreitet vorzugsweise 45°.
Die Strahlung kann ultraviolett sein.
Die genannte bevorzugte Orientierung ist vorzugsweise derart, dass die longitudinale Achse der Flüssigkristallmoleküle in der Ebene liegt, welche die Normale zur Schicht beinhaltet sowie die Richtung der Strahlung. Die Orientierung kann planar (0°) oder getiltet (bis zu 90°) sein. Der vermittelte bevorzugte Tilt überschreitet vorzugsweise 45° zur Ebene der Schicht, und überschreitet noch bevorzugter 75°.
Zusätzlich kann die Wirkung der Bestrahlung des Materials darin bestehen, es zu vernetzen, was zusätzlich die Stabilität des Materials erhöht sowie seine Orientierungseigenschaften.
Was die Strahlung angeht, welcher das Material ausgesetzt wird, so kann diese zonenweise gemustert sein, z. B. indem ein Mikroelement-array zwischengeschaltet wird, wie beispielsweise eine Mikrolinse oder ein Mikroprisma-array oder ein geeignetes Hologrammelement, dies zwischen die Quelle der Strahlung und das Material, so dass, bei der genannten vermittelten Eigenschaft, die bevorzugte Orientierung zonenweise gemustert ist. Die Verwendung eines solchen Mikroelement-array erlaubt es weiter, lokal unterschiedliche geneigte Strahlung zu erzeugen unter Verwendung einer einzigen Strahlungsquelle, sogar wenn die Strahlungsquelle an sich senkrecht zur Materialschicht oder dem Mirkoelementarray strahlt.
Dieses Verfahren, das heisst bei Verwendung von Strahlung mit unpolarisiertem, vorzugsweise ultraviolettem, Licht in einer spezifischen Einstrahlungsgeometrie und mit einem geeigneten Orientierungsschichtmaterial verursacht die Konversion einer Schicht, welche isotrop ist vor der Einstrahlung, in eine anisotrope Schicht. Die Schicht und das Verfahren haben typischerweise die folgenden charakteristischen Eigenschaften:

(a) nach der Konversion hat die Schicht einen Orientierungseffekt auf ein monomeres oder präpolymeres Flüssigkristallmaterial, welches auf die Schicht aufgetragen ist.
(b) Simultan mit der Erzeugung der Anisotropie in der Schicht geschieht auch ein Vernetzen, das heisst die Erzeugung der Orientierungsfähigkeit und die Vernetzung basieren auf einem bimolekolaren Fotoprozess, aber das Verfahren nach der Erfindung kann auch auf monomolekulare Prozesse angewendet werden, typischerweise unter Verwendung von Azofarbstoffen.

Dort wo, wie gewünscht, die Schicht aus Material eine Fotoorientierungsempfindlichkeit von mehr als 2 J/cm² aufweist, kann die Einstrahlungsenergie (gemessen senkrecht zur Strahlung) entsprechend bei weniger also 2 J/cm² gehalten werden, und die Produktivität kann erhöht werden, da die Expositionszeiten dann reduziert werden können auf weniger als 10 Minuten.
Die Schichten sind auch fotostrukturierbar, das heisst azimutale Ausrichtung und Tiltwinkel können in unterschiedlichen Teilen der Schicht verschieden sein (z.B. durch Exposition durch Fotomasken, holografische Bildgebung, Bildgebung durch Mikroprismen, Mikrolinsen und pixelierte Lichtschalter wie bspw. Mikrospiegel).
Auf der anderen Seite können durch das Verfahren auch Vorrichtungen hergestellt werden, welche uniform orientiert sind über grosse Bereiche, insbesondere LCP Retarder und optische Kompensatoren zur Verbesserung der Blickwinkelabhängigkeit von Displays.
Die Schichten können Verwendung finden als Orientierungsschich ten für Flüssigkristallvorrichtungen wie z. B. Displays; die Displays können monomere nematische, cholesterische oder smektische (einschliesslich chiral smektisch C) Flüssigkristalle enthalten. Die Betriebsweise kann Transmission oder Reflexion sein. In Reflexion können sowohl spekulare metallische als auch diffuse Reflektoren verwendet werden, sowie auch Reflektoren hergestellt aus cholesterischen Schichten oder polarisationswandelnde optische Elemente (z. B. BEF Folien).
Das Substrat der Vorrichtung kann aus Glas, Plastik, einem Silikonchip oder etwas anderem geeignetem bestehen.
Die Vorteile der Vermeidung der Notwendigkeit von polarisiertem Licht schliessen ein, neben den bereits genannten, eine generelle Vereinfachung des Verfahrens und eine bessere Eignung für Massenproduktion, und die Möglichkeit der Verwendung von Mikrolinsen-, Mikroprismen- oder ähnlichen arrays für die Einstrahlung, was zu einer strukturierten Orientierung mit nur einem Einstrahlungsschritt führt, was mit polarisiertem Licht nicht möglich ist.
Die Erfindung kann angewendet werden in Zusammenhang mit vertikalorientierten nematischen (Vertically Aligned Nematic, VAN) Zellen, wobei die Flüssigkristalldisplays einen Tiltwinkel von 90° ≥ θ > 75° auf beiden Oberflächen aufweisen, oder im Zusammenhang mit hybrid orientierten nematischen (Hybrid Aligned Nematic, HAN) Zellen, wobei der Tiltwinkel bei einer Fläche 90° ≥ θ₁ > 75° und bei der anderen θ₂ ≤ 30° ist. Dazwischenliegende Tiltwinkel bei einer oder beiden Oberflächen können ebenfalls nützlich sein.
Das Material als solches kann im Wesentlichen homeotrop orientierend sein. Dies bedeutet, dass das Material eines sein kann, welches einen (azimutal nicht orientierten) grossen Tiltwinkel induziert, nicht notwendigerweise exakt 90°, aber vorzugsweise mehr als 80°, ganz besonders bevorzugt grösser als 85°, auf Flüssigkristallmoleküle, welche darauf sind. Insbesondere dort, wo grosse Tiltwinkel erforderlich sind, kann es vorteilhaft sein, mit einem im Wesentlichen homeotrop orientierenden Material zu beginnen, welches (neben der azimutalen Ausrichtung) nur eine kleine Anpassung des induzierten Tiltwinkels benötigt, um den exakten gewünschten Tilt zu erreichen.
Die Materialien, die in der Erfindung verwendet werden können, können fotopolymerisierbare Polymere sein wie jene, welche auch in den bekannten Fotoorientierungsmethoden verwendet werden, insbesondere linearfotopolymerisierbare Polymere.
Die Materialien, welche verwendet werden, können nicht nur fotopolymerisierbare Polymere einschliessen, sondern auch monomolekulare Orientierungsmaterialien, welche inhärent unstabil sind, weil die Fotoorientierung sie nicht vernetzt; dies macht aber nichts aus, wenn eine Flüssigkristallpolymerschicht aufgetragen wird, während das monomolekulare Material fotoorientiert ist, da das genannte Flüssigkristallpolymer selber vernetzt werden kann (stabilisiert in seiner orientierten Position), wonach die Instabilität des monomolekularen Materials keinen schädlichen Effekt mehr hat.
Die Erfindung kann auch auf eine polymerisierbare Mischung angewendet werden, welche enthält (i) ein Flüssigkristallmonomer oder Präpolymer mit vernetzbaren Gruppen, und (ii) ein fotoorientierbares Monomer oder Oligomer oder Polymer. Solche Mischungen sind beschrieben in der UK Patenanmeldung 9812636.0, deren Offenbarung hierin eingeschlossen sein soll durch Bezugnahme. Trotz der unterschiedlichen Funktionen der teilnehmenden Molekü le sind diese Mischungen dazu in der Lage, sowohl orientiert zu werden als auch vernetzt zu werden in ein Flüssigkristallpolymer. Diese Mischungen können entsprechend einerseits als anisotrope Schichten in optischen Komponenten verwendet werden oder auf der anderen Seite, normalerweise in dünnerer Auftragung, als Orientierungsschichten.
Es wird verstanden, dass die Substanz (i) auch eine Flüssigkristallpolymermischung sein kann, das heisst sie kann zwei oder mehr verschiedene Flüssigkristallmolekültypen aufweisen. Gleichermassen kann die Substanz (ii) eine Mischung aus fotoorientierbaren Molekülen sein. Unter der Annahme, dass die vernetzbare Flüssigkristallsubstanz (i) in einem Anteil von 100 Teilen anwesend ist, ist die fotoorientierbare Substanz (ii) vorzugsweise in einer Menge von wenigstens 0.1 Teilen, weiter bevorzugt von wenigstens 1 Teil, und besonders bevorzugt von wenigstens 10 Teilen anwesend. Eine bevorzugte fotoorientierbare Substanz (ii) enthält Moleküle, welche eine Cis-Trans-Isometrie aufweisen, insbesondere Azofarbstoffe. Eine andere bevorzugte fotoorientierbare Substanz (ii) umfasst ein linearfotopolymerisierbares Polymer. In Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung kann die vernetzbare Flüssigkristallsubstanz (i) eine nematische Phase oder eine cholesterische Phase respektive eine ferroelektrische Phase aufweisen. Die Substanzen (i) sind/ist vorzugsweise Acrylat oder Diacrylat. Die Mischung kann weiterhin chirale Moleküle oder Farbstoffmoleküle oder dichroische Moleküle oder fluoreszierende Moleküle aufweisen.
Die Erfindung erstreckt sich auf ein Element hergestellt aus einem Flüssigkristallpolymer unter Verwendung einer Methode wie sie oben angegeben ist. Ein solches Element kann vorteilhafterweise eine Vielzahl von sequenziell aufgetragenen, orientierten und vernetzten Flüssigkristallpolymerschichten (oder Mischungen, wie oben beschrieben) aufweisen.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine optische Vorrichtung, welche auf einem Flüssigkristallpolymer beruht, dessen Eigenschaften fixiert sind, enthaltend ein Element (z. B. ein optisches Element) wie oben angegeben. Beispiele von solchen Vorrichtungen würden eine Orientierungsschicht beihalten, einen optischen Retarder, einen Polarisator, einen cholesterischen Filter, oder ein Element zum Schutz eines Dokumentes gegen Kopieren oder Veränderung.
Die Erfindung wird nun unter Zuhilfenahme von Beispielen beschrieben.
Beispiel 1 – Vertikal orientierte nematische Zelle (VAN)
Eine 2% Lösung S1 des Fotopolymers A in Cyklopentanon wurde hergestellt und während 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt.
Die Lösung S1 wurde bei 2000 Umdrehungen pro Minute in einem Spin-Coating Prozess auf zwei Indium-Zinn-Oxid Glasplattensubstrate aufgetragen, welche dann während 30 Minuten auf einer Heizplatte bei 130°C getrocknet wurden. Alle diese Operationen wurden durchgeführt in einer Umgebung von reduziertem ultraviolettem Licht.
Die beschichteten Substrate wurden anschliessend isotropem ultraviolettem Licht einer 200W Hochdruckquecksilberdampflampe unter einem Einfallswinkel von 65° zur Normalen des Substrates ausgesetzt, dies während sechs Minuten. Eine Kante von jedem Substrat wurde angeordnet, dass sie parallel zur Ebene enthaltend die Normale des Substrates und die Richtung des einfallenden Lichtes während der Exposition lag.
Ein ultraviolet Kantenfilter WG295 (Schott) und ein Bandpassfilter UG11 (Schott) wurden dazu verwendet, um die Bandbreite des Lichtes einzuschränken, welches, unter Verwendung eines Lichtintensitätsmessgerätes 1000 mit Probe gesetzt bei 320nm (Carl Süss) bestimmt, eine Intensität beim Substrat (aber normal zur einfallenden Strahlung) von 2mW/cm² aufwies. Eine Zelle mit parallelen Seitenwänden wurde konstruiert unter Verwendung dieser zwei Substrate, wobei die Beschichtungen gegeneinander gerichtet waren und wobei die Platten 2.7μm beabstandet wurden unter Verwendung von Plastikplatzhaltern. Die Zelle wurde dann bei Raumtemperatur mit "Liquid Crystal Mixture 8987" gefüllt, erhältlich von Rolic Research Ltd., Schweiz, mit einer dielektrischen Anisotropie von Δε = –3.5, einer optischen Anisotropie von Δn = 0.096 und einer Flüssigkristall-Isotrop Übergangstemperatur T_c von 77.3°C.
Wenn die Zelle durch gekreuzte Polarisatoren betrachtet wurde, erschien sie dunkel bei allen azimutalen Winkeln der Zelle bezüglich der Polarisatoren, mit anderen Worten war die Flüssigkristallmischung homeotrop.
Unter Anwendung von 5V 90Hz a.c. zwischen den Elektroden des Substrates wurde (i) die Zelle maximal transmissiv für Licht wenn mit ihren Kanten unter 45° zu den Richtungen der Polarisation der gekreuzten Polarisatoren angeordnet, und (ii) die Zelle wurde maximal dunkel, wenn mit ihren Kanten parallel und senkrecht zu den Richtungen der Polarisation der gekreuzten Polarisatoren angeordnet. Dies zeigt, dass die Flüssigkristallmischung orientiert worden war in einer gewissen Weise in Abhängigkeit der Ebene des Einfalls des originalen die schichtbestrahlenden Lichtes (welches, wie erinnert wird, parallel zu einer Kante des Substrats und entsprechend der Zelle ausgerichtet war).
Unter Verwendung eines Tiltkompensators wurde festgestellt, dass die optische Achse des geschalteten Flüssigkristalls parallel zur Schnittlinie des Substrats und der Ebene des original einfallenden bestrahlenden Ultraviolettlichts lag.
Eine Widerholung der oben angegebenen Anwendung von Wechselstrom aber mit einer Potentialdifferenz von nur 3V ergab, dass unter den Betrachtungsbedingungen (i) die Zelle nur schwach transmissiv erschien wenn normal zu ihrer Ebene betrachtet, mit anderen Worten war der Flüssigkristall-director n nur leicht getiltet. Um die Tiltrichtung des Flüssigkristalls zu versichern, wurde die Zelle um diese Achse gekippt, welche in der Ebene der Zelle lag, welche senkrecht zur Ebene einschliesslich n lag, bis sie dunkel erschien. Bei dieser Orientierung wurde die Zelle effektiv entlang der optischen Achse betrachtet, das heisst n. Dies zeigte, dass die Richtung des Tilts des Flüssigkristalls in Bezug auf die Normale der Zelle das Umgekehrte der Richtung des Einfalls der originalen ultravioletten Strahlung war.
Ob mit oder ohne angelegte Spannung, die Orientierung des Flüssigkristalls war uniform ohne Dislokationen oder Domänengrenzen. Insbesondere wurden keine sogenannten reverse tilt domains generiert beim Schalten, wie sie auftreten würden, wenn die Flüssigkristallmoleküle in Folge eines zu kleinen Tiltwinkels in der Orientierungsschicht in gewissen Bereichen reverse getiltet worden wären.
Beispiel 2 – Pretiltwinkelmessung
Wie in Beispiel 1 wurden zwei ITO beschichtete Glasplatten mit einer Lösung S1 in einem Spin-Coating Prozess beschichtet und bei 130°C während 30 Minuten getrocknet.
Beide Substrate wurden anschliessend während sechs Minuten isotropem U.V. Licht mit einem Einfallswinkel von 65° zur Substratnormalen bestrahlt. Der spektrale Bereich des Lichtes wurde eingeschränkt durch einen U.V. Cutofffilter WG 295 (Schott) und einen Bandpassfilter UG11 (Schott). Die Intensität des U.V. Lichts bei der Position der fotoempfindlichen Schicht wurde gemessen als 2mW/cm² unter Verwendung des Lichtintensitätsmessgerätes von Carl Süss zusammen mit der 320nm Probe (Carl Süss).
Um den Pretiltwinkel zu messen, welcher durch die Orientierungsschichten induziert wird, wurde eine parallele Zelle zusammen-gesetzt mit den oben beschrieben bestrahlten Substraten. Der Zellspalt wurde auf 20μm eingestellt unter Verwendung von zwei Quarzfasern als spacer. Vor dem Füllen der Zelle mit einer negativ dielektrischen Flüssigkristallmischung mit einer dielektrischen Anisotropie von –5.1, einer optischen Anisotropie Δn von 0.0984, und einer Flüssigkristall-Isotrop Übergangstemperatur T_c 75.8°C (Mischung Nr. 9383, erhältlich von Rolic Research Ltd., Schweiz), wurde die Zelle auf 90°C erhitzt, um sicher zu stellen, dass der Füllvorgang in der isotropen Phase der Flüssigkristallmischung erfolgt. Nach der Füllung wurde die Zelle heruntergekühlt auf Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 1°C/Minute.
Zur Pretiltwinkelmessung wurde die Kristallrotationsmethode verwendet. Als Resultat der Messung wurde der liquid crystal director gefunden als geneigt um 3° weg von der Substratnormalen.
Beispiel 3 – Flüssigkristallpolymer (LCP) Komponente
Zunächst wurde eine 2Gew.% Lösung S2 des Fotoorientierungsmaterials B hergestellt unter Verwendung von Zyklopentanon als Lösungsmittel. Die Lösung wurde während 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt.
Dann wurde eine Mischung M_LCP hergestellt, welche folgende Flüssigkristalline Diacrylat-Monomere beinhaltete:
Zusätzlich zu den Diacrylat-Monomeren wurden der Fotoinitiator IRGACURE 369 von Ciba SC sowie BHT (2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol/"butyl hydroxytoluol"), welches als Inhibitor diente, der Mischung beigefügt. Entsprechend war die Zusammensetzung der Mischung M_LCP wie folgt:

Mon1 77 gew.%

Mon2 14.5 gew.%

Mon3 4.7 gew.%

Irgacure 369 1.9 gew.%

BHT 1.9 gew.%
Am Ende resultierte die Lösung S(LCP) aus einer Auflösung von 10 Gew.% einer Mischung M_LCP in Anisol.
Die Herstellung der Schicht startete mit einem Spincoating der Lösung S2 auf ein 1 mm dickes rechteckiges Glassubstrat unter Verwendung von 3000 Umdrehungen pro Minute während einer Minute als Spinningparameter. Die Schicht wurde anschliessend auf einer Heizplatte bei 130°C während 30 Minuten getrocknet.
Dann wurde das beschichtete Substrat während sechs Minuten dem isotropen U.V. Licht einer 200W Hockdruckquecksilberdampflampe ausgesetzt, welches einen Einfallwinkel von 65° bezogen auf die Substratnormale aufwies. Die Einfallsebene des U.V. Lichts, welche definiert war durch die Substratnormale und die Lichteinfallsrichtung, wurde parallel zur längeren Kante des Substrats ausgerichtet. Der spektrale Bereich des Lichtes wurde durch einen U.V.-Cutofffilter WG295 (Schott) und einen Bandpassfilter UG11 (Schott) eingeschränkt. Die Intensität des U.V. Lichtes bei der Position der fotosensitiven Schicht wurde als 2 mW/cm² gemessen unter Verwendung des Lichtintensitätsmessgerätes von Carl Süss zusammen mit der 320 nm Probe (Carl Süss).
Wenn das Substrat zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren angeordnet wurde, erschien das Substrat dunkel, unabhängig vom Winkel zwischen den Substratkanten und den Polarisatortransmissionsachsen. Entsprechend war keine erkennbare Doppelbrechung in der fotosensitiven Schicht induziert.
In einem nächsten Schritt wurde eine Schicht von M_LCP hergestellt auf der U.V. exponierten fotosensitiven Schicht durch Spincoating einer Lösung S(LCP) mit 1000 Umdrehungen pro Minute während zwei Minuten. Das Substrat wurde dann auf 70°C erhitzt, was gerade oberhalb der Klarpunkttemperatur T_c = 68°C der Mischung M_LCP lag, und wurde dann heruntergekühlt auf 65°C mit einer Kühlgeschwindigkeit von einem 0.1°C/Minute. Anschliessend wurde die M_LCP Schicht vernetzt unter Stickstoffatmosphäre durch Exposition dem Licht einer 150W Xenonlampe während 10 Minuten. Eine Dicke von 250 nm wurde für die vernetzte M_LCP Schicht gemessen.
Wenn das Substrat zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren mit einem Winkel von 45° zwischen den Substratkanten und den Transmissionsachsen der Polarisatoren angeordnet wurde, so erschien das Substrat grau. Das Substrat erschien aber dunkel, wenn es mit seinen Kanten entweder parallel oder senkrecht zu den Polarisatortransmissionsachsen angeordnet wurde. Entsprechend war die M_LCP Schicht doppelbrechend mit der optischen Achse orientiert entweder parallel oder senkrecht zur langen Substratkante. Es wurde aber unter Verwendung eines Tiltkompensators herausgefunden, dass die optische Achse der M_LCP Schicht parallel zur längern Substratkante lag, welche parallel zur Einfallsebene des U.V. Lichts lag während der Einstrahlung des Fotoorientierungsmaterials JP265.
Zusätzlich zur azimutalen Orientierung wurde gefunden, dass die optische Achse der M_LCP Schicht bezüglich der Substratoberfläche geneigt war mit einem mittleren Tiltwinkel von ungefähr 30° weg von der Substratebene. Aus der Blickwinkelabhängigkeit der optischen Erscheinung wurde geschlossen, dass die optische Achse in der M_LCP Schicht geneigt war entgegen der Einfallsrichtung des U.V. Lichts, welches zur Bestrahlung der Fotoorientierungsschicht verwendet wurde.
Entsprechend induzierte die Exposition mit schräg einfallendem isotropem U.V. Licht eine Orientierungsfähigkeit im Fotoorientierungsmaterial, welche stark genug war, das Flüssigkristallmonomer der Mischung M_LCP parallel zur Einfallsebene des U.V. Lichtes zu orientieren sowie auch uniform die M_LCP Moleküle aus der Schichtebene heraus zu neigen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Elementes aus einem Flüssigkristallpolymer, umfassend die Vermittlung einer Eigenschaft an ein Material, wobei diese Eigenschaft darin besteht, dass vernetzbare monomere oder präpolymere Flüssigkristallmoleküle, welche auf eine Schicht des Materials gebracht werden oder mit dem Material vermischt sind, eine bevorzugte Ausrichtung annehmen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Aussetzen des Materials unpolarisierten oder zirkular polarisierter Strahlung aus einer geneigten Richtung, wobei das Material vernetzt wird durch die Strahlung, Zulassen einer Übernahme der bevorzugten Ausrichtung durch die monomeren oder präpolymeren Flüssigkristallmoleküle, welche auf das ausgesetzte Material aufgetragen sind oder mit diesem vermischt sind, und Vernetzung der selben, im orientierten Zustand.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strahlung, welcher das Material ausgesetzt wird, zonenweise gemustert ist, wobei, bei der genannten vermittelten Eigenschaft, die bevorzugte Ausrichtung zonenweise gemustert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elementes aus einem Flüssigkristallpolymer, beinhaltend die Vermittlung einer Eigenschaft an ein Material, wobei die Eigenschaft darin besteht, dass vernetzbare Monomere oder Prepolymere Flüssigkristallmoleküle, welche auf eine Schicht des Materials gebracht sind oder mit dem Material vermischt sind eine bevorzugte Ausrichtung annehmen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Aussetzten des Materials unpolarisierter oder zirkularpolarisierte Strahlung aus einer schrägen Richtung, wobei die Strahlung, welcher das Material ausgesetzt ist, Zonenweise gemustert ist zur Her stellung lokal unterschiedlicher schräger Einstrahlung in einem Einstrahlungsschritt, wobei, bei der genannten vermittelten Eigenschaft die bevorzugte Ausrichtung zonenweise gemustert ist, Zulassen, dass die monomeren oder präpolymeren Flüssigkristallmoleküle, welche auf das bestrahlte Material aufgetragen oder mit diesem vermischt sind, die bevorzugte Ausrichtung annehmen und Vernetzen derselben, während sie im ausgerichteten Zustand sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Material durch die Einstrahlung vernetzt wird.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einstrahlungsenergie gemessen senkrecht zur Strahlung weniger als 2 J/cm² beträgt.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strahlung ultraviolett ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die genannte bevorzugte Ausrichtung derart ist, dass die longitudinale Achse der Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene angeordnet sind, welche die Normale zur Schicht beinhaltet und die Richtung der Strahlung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das genannte Material im Wesentlichen homeotrop orientierend ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einfallswinkel φ der Strahlung gemessen zur Normalen der Schicht im Bereich von 5° ≤ φ < 70° liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einfallswinkel φ > 45°.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die genannte Eigenschaft weiter beinhaltet, dass ein bevorzugter Tiltwinkel, sowie eine bevorzugte azimutale Orientierung den Flüssigkristallmolekülen vermittelt wird, bevor sie vernetzt werden zur Fixierung des Tilts und der Ausrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-11, wobei, zwischen der Quelle der Strahlung und dem Material, ein Mikroelement-array zwischengeschaltet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material eine Mischung aus Flüssigkristallmonomeren oder Präpolymeren enthält, welche vernetzbare Gruppen aufweisen und ein fotoorientierbares Monomer oder Oligomer oder Polymer.
Ein Element aus einem Flüssigkristallpolymer hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ein Element nach Anspruch 14, aufweisend eine Vielzahl von sequenziell aufgetragenen, orientierten und vernetzten Flüssigkristallpolymerschichten oder Mischungen.
Optisches Bauteil enthaltend ein Element nach Anspruch 14 oder 15, wobei das genannte Element eine Orientierungsschicht ist, ein optischer Retarder oder ein Element zum Schutz eines Dokumentes gegen Kopieren oder Veränderung.