DE60218855T2

DE60218855T2 - Mit optisch funktionalen schichten beschichtete polarisatoren

Info

Publication number: DE60218855T2
Application number: DE60218855T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Saint Paul TRAPANI; William K. Saint Paul SMYTH; Pradnya V. Saint Paul NAGARKAR
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: US7110178B2; DE60218855D1; EP1412778A2; ATE357002T1; CA2449976A1; AU2002307178A1; EP1412778B1; CN100533179C; CA2449976C; WO2003005070A2; CN1656393A; US20070013818A1; KR20040015307A; US20030002154A1; WO2003005070A3; JP2004533654A; US7251075B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Polarisatoren wie z.B. jene, die in Flüssigkristallanzeigen verwendet werden, und insbesondere Polarisatoren, die mit optisch funktionalen Schichten beschichtet sind.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Flüssigkristallanzeigen sind optische Anzeigen, die in Geräten wie z.B. Laptop-Computern, Taschenrechnern und Digitalarmbanduhren verwendet werden. Eine typische Flüssigkristallanzeige weist eine Flüssigkristallanzeigezelle und eine Elektrodenmatrix auf, die zwischen einem Paar absorbierender Polarisatoren angeordnet ist. Die Flüssigkristallanzeigezelle enthält z.B. verdrillte nematische oder stark verdrillte nematische Moleküle. In der Flüssigkristallanzeige wird der optische Zustand von Abschnitten der Flüssigkristallanzeigezelle durch das Anlegen eines elektrischen Feldes mithilfe der Elektrodenmatrix geändert. Dies erstellt einen optischen Kontrast für Licht, das durch die Flüssigkristallanzeigezelle hindurchtritt, der im Erscheinen von Pixeln polarisierten Lichts auf der Flüssigkristallanzeige resultiert.
Eine typische Flüssigkristallanzeige weist einen vorderen Polarisator und einen hinteren Polarisator auf. Diese Polarisatoren können ebene Polarisatoren sein, die Licht einer Polarisationsausrichtung stärker absorbieren als sie Licht der orthogonalen Polarisationsausrichtung absorbieren. In einer Flüssigkristallanzeige ist üblicherweise die Transmissionsachse des vorderen Polarisators mit der Transmissionsachse des hinteren Polarisators gekreuzt. Der Winkel, um den diese Transmissionsachsen gekreuzt sind, kann von null Grad bis neunzig Grad variieren.
Im Allgemeinen schwingen nicht polarisierte Umgebungslichtwellen in einer großen Zahl von Richtungen, ohne einen einzelnen kennzeichnenden Vektor elektromagnetischer Strahlung aufzuweisen. Im Gegensatz dazu besteht eben polarisiertes Licht aus Lichtwellen, die eine Schwingungsrichtung entlang eines einzelnen Vektors elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Auch zirkular polarisiertes Licht weist eine Schwingungsrichtung entlang eines Vektors elektromagnetischer Strahlung auf, der sich mit dem Ausbreiten des Lichts durch den Raum dreht. Polarisiertes Licht weist zahlreiche Anwendungen in elektrooptischen Geräten auf, wie z.B. die Verwendung ebener und zirkular polarisierender Filter, um die Blendung in Anzeigen zu verringern.
Ferner ist viel kommerzielle Aufmerksamkeit auf die Entwicklung und Verbesserung von Flachbildschirmen, insbesondere dünnen, kompakten Flachbildschirmen gerichtet worden. Ein Problem, das beim Bau von Kunststoff-Flachbildschirmen auftrat, ist die Entwicklung „schwarzer Flecken", die durch die Bildung von Blasen im Flüssigkristallmaterial aus Gas entstehen, das durch die Kunststoffanzeigematerialien gedrungen ist. Ein anderes Problem im Zusammenhang mit Kunststoff-Flachbildschirmen ist Feuchtigkeitskontamination der Flüssigkristallanzeigezelle. Diese Probleme werden in herkömmlichen Flüssigkristallanzeigen durch Verwendung von Glassubstraten geringer Durchlässigkeit statt Kunststoff vermieden. In Bezug auf Kunststoff-Flachbildschirme werden diese Probleme durch Hinzufügen zusätzlicher Gas- und Feuchtigkeitssperrschichten zu der Flüssigkristallanzeigenstruktur und/oder den Kunststoffsubstraten angegangen. Jedoch erhöht Hinzufügen derartiger Gas- und Feuchtigkeitssperrschichten die Dicke, das Gewicht und die Kosten der Anzeige.
Polarisatoren in der Form synthetischer polarisierender Filme zeigen eine verhältnismäßig einfache Herstellung und Handhabung und ein verhältnismäßig einfaches Integ rieren derselben in elektrooptische Geräte wie z.B. Flachbildschirme. Im Allgemeinen weisen eben polarisierende Filme die Eigenschaft auf, basierend auf dem anisotropen Charakter des transmittierenden Filmmediums Strahlung selektiv durchzulassen, die entlang eines gegebenen Vektors elektromagnetischer Strahlung schwingt, und elektromagnetische Strahlung zu absorbieren, die entlang eines zweiten Vektors elektromagnetischer Strahlung schwingt. Eben polarisierende Filme weisen dichroitische Polarisatoren auf, die absorbierende ebene Polarisatoren sind, die die vektorielle Anisotropie ihrer Absorption einfallender Lichtwellen nutzen. Der Begriff „Dichroismus" bezieht sich auf die Eigenschaft der unterschiedlichen Absorption der Komponenten einfallenden Lichts, die von den Schwingungsrichtungen der Komponentenlichtwellen abhängt. Licht, das in einen dichroitischen eben polarisierenden Film eintritt, trifft auf zwei unterschiedliche Absorptionskoeffizienten entlang transversaler Ebenen, wobei ein Koeffizient hoch ist und der andere Koeffizient niedrig ist. Licht, das aus einem dichroitischen Film austritt, schwingt überwiegend in der Ebene, die durch den niedrigen Absorptionskoeffizienten gekennzeichnet ist.
Dichroitische eben polarisierende Filme weisen (Iod-) Polarisatoren des H-Typs und Farbstoffpolarisatoren auf. Beispielsweise ist ein Polarisator des H-Typs ein Polarisator aus synthetischer dichroitischer Folie, der einen Polyvinylalkohol-Iod-Komplex aufweist. Ein derartiger chemischer Komplex wird als Chromophor bezeichnet. Das Basismaterial eines Polarisator des H-Typs ist eine wasserlösliche Substanz hoher Molekularmasse, und der resultierende Film weist relativ geringe Feuchtigkeits- und Wärmebeständigkeit auf und neigt dazu, sich zu kräuseln, abzulösen oder anderweitig zu verformen, wenn er Bedingungen der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist. Ferner sind Polarisatoren des H-Typs inhärent instabil und erfordern Schutzbeschichtung, z.B. Schichten aus Cellulosetriacetat, auf beiden Seiten des Polarisators, um Degradation des Polarisators in normaler Arbeitsumgebung, wie z.B. in einer Flüssigkristallanzeige, zu verhindern.
Im Gegensatz zu Polarisatoren des H-Typs und anderen ähnlichen synthetischen dichroitischen ebenen Polarisatoren stehen intrinsische Polarisatoren und dünn beschichtete oder umhüllte Polarisatoren. Intrinsische Polarisatoren polarisieren Licht aufgrund der inhärenten chemischen Struktur des Basismaterials, das verwendet wird, um den Polarisator zu bilden. Derartige intrinsische Polarisatoren sind ebenfalls typischerweise dünn und haltbar. Beispiele intrinsischer Polarisatoren sind Polarisatoren des K-Typs. Ein dünn beschichteter oder umhüllter Polarisator kann z.B. ein Iodpolarisator sein, der auf beiden Flächen mit Polymerbeschichtungen beschichtet ist, die jede eine Dicke von nur etwa 5 μm aufweisen, und ist ebenfalls dünn und haltbar.
Ein Polarisator des K-Typs ist ein synthetischer dichroitischer ebener Polarisator, der auf molekular ausgerichteten Polyvinylalkoholfolien (PVA-Folien) oder – filmen mit einer abgestimmten Konzentration Licht absorbierender Chromophore basiert. Ein Polarisator des K-Typs leitet seinen Dichroismus aus den Licht absorbierenden Eigenschaften seiner Matrix ab, nicht aus den Licht absorbierenden Eigenschaften von Farbadditiven, Färbemitteln oder suspendierten kristallinen Materialien. Somit kann ein Polarisator des K-Typs sowohl gute Polarisierwirksamkeit als auch gute Wärme- und Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweisen. Auch kann ein Polarisator des K-Typs hinsichtlich der Farbe sehr neutral sein.
Ein verbesserter Polarisator des K-Typs, der als KE-Polarisator bezeichnet wird, wird durch die 3M Company, Norwood, Massachusetts, USA, hergestellt. Der KE-Polarisator weist verbesserte Polarisatorstabilität unter schweren Umgebungsbedingungen auf, wie z.B. hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit. Im Gegensatz zu Polarisatoren des H-Typs, in denen die Lichtabsorptionseigenschaften durch die Bildung eines Chromophors zwischen PVA und Triiodid-Ion bedingt sind, werden KE-Polarisatoren durch chemisches Reagieren des PVA durch eine säurekatalysierte, thermische Dehydrationsreaktion hergestellt. Das resultierende Chromophor, das als Polyvinylen bezeichnet wird, und das resultierende Polymer können als Blockcopolymer aus Vinylalkohol und Vinylen bezeichnet werden.
Bei Polarisatoren des H-Typs wird Stabilität erreicht, indem der Polarisator zwischen zwei Kunststoffsubstraten, wie z.B. zwei Schichten aus Cellulosetriacetat, angeordnet wird, einer auf jeder Seite des Polarisators. Jedoch kann sogar in diesen Strukturen die Anwendung von Wärme, Feuchtigkeit und/oder Unterdruck die Eigenschaften des Polarisators nachteilig beeinflussen. Im Gegensatz dazu brauchen Polarisatoren des K-Typs wie z.B. KE-Polarisatoren nicht zwischen Folien aus Cellulosetriacetat angeordnet werden. Das Polyvinylen-Chromophor des KE-Polarisators ist eine extrem stabile chemische Einheit, da das Chromophor dem Polymermolekül gegenüber intrinsisch ist. Dieses Chromophor ist thermisch stabil sowie widerstandsfähig gegen den Angriff von einer breiten Palette von Lösungsmitteln und Chemikalien.
Ein Polarisator des K-Typs wie z.B. ein KE-Polarisator weist mehrere Vorteile gegenüber anderen Typen von Polarisatoren, z.B. Iod- und Farbstoffpolarisatoren, auf. Polarisatoren des K-Typs weisen haltbarere Chromophore auf, sind dünner und können mit variablen Transmissionsleveln konstruiert werden. Vor allem können Polarisatoren des K-Typs wie z.B. KE-Polarisatoren in Anwendungen verwendet werden, die hohe Leistung unter schweren Umgebungsbedingungen einschließlich hoher Temperaturen und hoher Feuchtigkeit, wie z.B. 85° C und 85 % relativer Feuchtigkeit, über längere Zeiträume erfordern. Unter derart extremen Umgebungsbedingungen ist die Stabilität von Iodpolarisatoren erheblich reduziert, womit deren Nützlichkeit in Anwendungen wie z.B. Flachbildschirmen begrenzt ist. Aufgrund der inhärenten chemischen Stabilität von Polarisatoren des K-Typs kann eine breite Vielfalt von Haftmittelrezepturen, einschließlich druckempfindlicher Haftmittel, direkt auf Polarisatoren des K-Typs angewendet werden. Ferner ist eine einseitige Kunststoffstützung angemessen, um Polarisatoren des K-Typs physikalischen Halt zu geben, und da sich diese Stützung außerhalb des Strahlengangs der Flüssigkristallanzeigezelle befinden kann, braucht sie nicht optisch isotrop zu sein, und kostengünstigere Substrate wie z.B. Polyethylenterephthalat (PET) sind akzeptable Alternativen. Darüber hinaus erlaubt die Möglichkeit, einseitige Laminate aufzubauen, dass die optischen Strukturen dünner sind, womit zusätzliche Flexibilität in der Konstruktion und Herstellung von Flachbildschirmelementen ermöglicht wird. Diese Vorteile von Polarisatoren des K-Typs können in einer breiten Vielfalt optischer Anwendungen verwendet werden, Flachbildschirme inbegriffen.
Im Gegensatz zu einem ebenen Polarisator kann ein zirkularer Polarisator aus einem ebenen Polarisator und einem Viertelwellenlängen-Verzögerer aufgebaut sein. Ein Viertelwellenlängen-Verzögerer verschiebt die Phase von Lichtwellen, die sich entlang einer Ebene durch den Verzögerer ausbreiten, um eine viertel Wellenlänge, verschiebt aber nicht die Phase von Lichtwellen, die sich durch den Verzögerer entlang einer transversalen Ebene ausbreiten. Das Ergebnis des Kombinierens von Lichtwellen, die um eine viertel Wellenlänge phasenverschoben sind und die entlang senkrechter Ebenen schwingen, ist zirkular polarisiertes Licht, bei dem sich der Vektor elektromagnetischer Strahlung dreht, sowie sich die Lichtwellen durch den Raum bewegen.
Zirkular polarisiertes Licht kann in Bezug auf zwei unterschiedliche Polarisationszustände beschrieben werden: links (L) und rechts (R) zirkular polarisiertes Licht. Ein zirkularer Polarisator absorbiert Licht eines dieser Polarisationszustände und transmittiert Licht des anderen Polarisationszustands. Die Verwendung zirkularer Polarisatoren, um Blendung in Anzeigen zu verringern, ist wohl bekannt. Insbesondere kann Licht aus einer emissiven Anzeige selektiv durch einen zirkularen Polarisator hindurch transmittiert werden, während Hintergrund-Umgebungslicht, das in der Anzeige reflektiert wird und Blendung verursacht, verringert oder beseitigt wird.
Ein herkömmlicher Flüssigkristallanzeigenstapel 100 ist in 1 gezeigt. Eine Flüssigkristallanzeigezelle 102 weist zwei Flächen auf, die mit Schichten 104, 106 eines Haftmittels, z.B. eines druckempfindlichen Haftmittels, beschichtet sind, um Polarisatorstrukturen sicher auf beiden Flächen der Flüssigkristallanzeigezelle zu befestigen. Die Polarisatorstrukturen weisen ein jede ebene Polarisatoren 108, 110 auf, z.B. Polarisatoren des H-Typs, die Schichten 112, 114, 116, 118 aus Cellulosetriacetat als Schutzbeschichtung auf beiden Flächen derselben aufweisen. Die Schichten aus Cellulosetriacetat können mit Haftmittelschichten 120, 122, 124, 126 sicher an den Polarisatoren befestigt sein. Flüssigkristallanzeigenstapel 100 weist typischerweise auch einen Transflektor oder Reflektor 30 auf, der auf der Rückseite der Anzeige durch eine Haftmittelschicht 32, z.B. ein druckempfindliches Haftmittel, angebracht ist, wobei der Transflektor oder Reflektor derart funktioniert, dass er die Helligkeit und den Kontrast der Flüssigkristallanzeige verbessert. Die Polarisatoren des H-Typs 108, 110 weisen ein jeder typischerweise eine Dicke von näherungsweise 20 μm auf, jede der Schichten aus Cellulosetriacetat ist typischerweise näherungsweise 80 μm dick, die druckempfindlichen Haftmittelschichten weisen typischerweise eine Dicke von näherungsweise je 25 μm auf, und die anderen Haftmittelschichten weisen typischerweise eine Dicke von näherungsweise je 5 μm auf. Flüssigkristallanzeigenstapel 100 weist eine Dicke von mindestens etwa 455 μm ausschließlich der Flüssigkristallanzeigezelle und des Transflektors auf.
Haftmittelschichten, z.B. druckempfindliche Haftmittel, sind vorher auf intrinsische Polarisatoren, wie z.B. KE-Polarisatorfolien, angewendet worden. Eine Haftmittelschicht kann verwendet werden, um den Polarisator an eine Flüssigkristallanzeigezelle oder an eine andere optisch funktionale Schicht zu kleben, die selbst auf einem Substrat wie z.B. Polyethylenterephthalat (PET) gebildet sein kann. Typischerweise ist die Dicke eines Polarisators wie z.B. einer KE-Polarisatorfolie etwa 20 μm, und die Dicke der Haftmittelschicht ist etwa 25 μm.
In WO 00/41030 ist eine polarisierte Anzeige mit reduziertem Reflexionsgrad beschrieben, wobei ein Polarisator einem Abdeckungsglas vor der Anzeige benachbart angeordnet ist, Licht, das vorgesehen ist, durch die Anzeige transmittiert zu werden, durch den Polarisator transmittiert wird und Licht, das nach Durchtreten durch den Polarisator reflektiert wird, die Polarisierung umkehrt und absorbiert wird, sowie es den Polarisator auf die Reflexion folgend schneidet.
US-A-5 926 293 beschreibt einen Licht diffundierenden holografischen Transflektor mit einer holografischen Schicht und einer transflektierenden Schicht, wobei der Transflektor fähig ist, unter guten Umgebungslichtbedingungen ein LCD-Anzeigeelement durch holografische Reflexion und unter schlechten Umgebungslichtbedingungen durch die Transmission interner Rand- oder Hintergrundbeleuchtung dort hindurch auszuleuchten.
US-A-5 742 430 beschreibt ein Gerät mit variabler Lichttransmission, das eine flexible Folie, die Ausmaße aufweist, die mindestens eine kreisförmige Fläche umspannen, wobei die flexible Folie durch die Mitte der kreisförmigen Fläche hindurch derart auf sich selbst gefaltet ist, dass die resultierenden jeweiligen Hälften der kreisförmigen Fläche sich überlappen und ein halbkreisförmiges Betrachtungsfeld bilden, und eine Hülse aufweist, um die Überlappungskonfiguration der gefalteten flexiblen Folie aufrechtzuerhalten, jedoch zu ermöglichen, dass die flexible Folie um die Mitte der kreisförmigen Fläche innerhalb der gefalteten Konfiguration verschoben wird.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfindung weist einen optischen Stapel nach Anspruch 1 auf, der einen intrinsischen Polarisator aufweist, der eine erste Fläche aufweist. Eine erste optisch funktionale Beschichtung ist direkt auf die erste Fläche des intrinsischen Polarisators aufgetragen, wobei die erste optisch funktionale Beschichtung eine harte Schicht und eine Antireflexionsbeschichtung aufweist.
Implementierungen der Erfindung können auch eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Der intrinsische Polarisator kann eine zweite Fläche aufweisen, und der optische Stapel kann auch eine zweite optisch funktionale Beschichtung aufweisen, die auf der zweiten Fläche des intrinsischen Polarisators angeordnet ist. Der intrinsische Polarisator kann ein Polarisator des K-Typs oder eine KE-Polarisatorfolie sein.
Die erste optisch funktionale Beschichtung weist einen Antireflexionsfilm auf, der mehrere Polymerschichten oder anorganische Schichten aufweisen kann.
Der intrinsische Polarisator kann eine zweite Fläche aufweisen, und der optische Stapel kann auch eine Haftmittelschicht aufweisen, die auf der zweiten Fläche des intrinsischen Polarisators angeordnet ist. Der intrinsische Polarisator kann durch die Haftmittelschicht an einer Flüssigkristallanzeigezelle angebracht sein. Die Haftmittelschicht kann eine druckempfindliches Haftmittel oder ein Diffusionshaftmittel aufweisen.
Die Dicke des optischen Stapels ist vorzugsweise kleiner als 25 μm oder etwa 25 μm.
Implementierungen der Erfindung können auch eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Sie kann das Anordnen einer zweiten optisch funktionalen Beschichtung auf der zweiten Fläche des intrinsischen Polarisators aufweisen. Der Anordnungsschritt kann Beschichten aufweisen. Sie kann das Anordnen einer Haftmittelschicht auf der zweiten Fläche des intrinsischen Polarisators aufweisen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der Notwendigkeit von Schutzbeschichtung und Stützstrukturen für die Polarisatoren im Flüssigkristallanzeigenstapel, was in einer erheblichen Verringerung in der Dicke der Flüssigkristallanzeige resultiert. Somit ist ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung die Möglichkeit, dünnere und leichtere Flüssigkristallanzeigen herzustellen. Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass ein intrinsischer Polarisator wie z.B. ein Polarisator des K-Typs stabile Leistung über einen weiten Bereich von Transmissionsleveln bereitstellt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, verglichen mit gegenwärtig hergestellten Flüssigkristallanzeigen, gesteigerte Helligkeit der Flüssigkristallanzeigen, die Polarisatoren des K-Typs verwenden, bei daraus resultierendem niedrigerem Energiebedarf zur Ausleuchtung der Anzeige.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen offensichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht eines herkömmlichen Flüssigkristallanzeigenstapels.
2 ist eine Querschnittansicht eines Polarisators mit optisch funktionalen Beschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittansicht eines Polarisators mit einer Haftmittelschicht und einer optisch funktionalen Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittansicht eines Polarisators mit einer Antireflexionsbeschichtung.
5 ist eine Querschnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Polarisators mit einer antireflektierenden Beschichtung.
6 ist eine Querschnittansicht eines Polarisators mit einem Verzögerer.
7 ist eine Querschnittansicht eines Polarisators mit einem Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Querschnittansicht einer veranschaulichenden Ausführungsform eines Polarisators mit optisch funktionalen Beschichtungen.
Ähnliche Bezugszeichen weisen in den verschiedenen Zeichnungen auf ähnliche Elemente hin.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Polarisatoren, die mit optisch funktionalen Schichten beschichtet sind und in Flüssigkristallanzeigen verwendet werden können.
2 zeigt einen optischen Stapel 20, der einen Polarisator 22 aufweist, der eine erste Fläche 24 und eine zweite Fläche 26 aufweist. Optisch funktionale Schichten 28, 30 sind direkt auf die ersten bzw. zweiten Flächen von Polarisator 22 aufgetragen. In einer bestimmten Anwendung braucht nur eine der optisch funktionalen Schichten 28, 30 auf einer der Flächen von Polarisator 22 vorhanden zu sein.
Polarisator 22 ist vorzugsweise ein intrinsischer Polarisator, wie z.B. ein Polarisator des K-Typs oder eine dünne KE-Polarisatorfolie. Der intrinsische Polarisator kann z.B. ein KE-Polarisator wie z.B. eine Folie des Typs sein, die durch die 3M Company, Norwood, Massachusetts, USA, hergestellt wird. Eine KE-Polarisatorfolie kann eine Dicke von näherungsweise 20 μm aufweisen.
Aufgrund der mechanischen und chemischen Haltbarkeit des Polarisators, und ohne die Verwendung eines zusätzlichen Substrats wie z.B. Polyethylenterephthalat (PET) zu erfordern, können optisch funktionale Schichten 28, 30 direkt auf einen intrinsischen Polarisator 22, wie z.B. einen Polarisator des K-Typs, aufgetragen werden. Die Verwendung eines Polarisators des K-Typs in einem Flüssigkristallanzeigenstapel beseitigt auch die Notwendigkeit zusätzlicher Schutzbeschichtung der Polarisatoren. Die Beschichtung, die für andere Typen von Polarisatoren, z.B. Polarisatoren des H-Typs, verwendet wird, ist im Allgemeinen eine Schicht aus Cellulosetriacetat, die auf beiden Seiten des Polarisators angeordnet ist. Das Entfernen der Beschichtungsschichten aus Cellulosetriacetat resultiert in einer erheblichen Verringerung in der Dicke des Flüssigkristallanzeigenstapels.
Ferner könnte die Verwendung von Polarisatoren des K-Typs in Flüssigkristallanzeigenstapeln eine wirksame Gas- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeitssperre für das Flüssigkristallmaterial in der Flüssigkristallanzeigezelle bereitstellen. Somit können keine zusätzlichen Sperrschichten oder Beschichtung in einer Flüssigkristallanzeigenstruktur notwendig sein, die mit einem Polarisator des K-Typs aufgebaut ist, der auf jeder Seite der Flüssigkristallanzeigezelle angeordnet ist, um die gewünschten Durchlässigkeitsspezifikationen zu erreichen. Insbesondere ist ein Standard für die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (MVTR), ASTM F1249, kleiner als 20 g/m²/Tag, und die Sauerstoffdurchlässigkeitsrate (O2GTR), ASTM D3985, ist kleiner als 1 ml/m²/Tag. Es wurde gezeigt, dass Strukturen für Flüssigkristallanzeigen, die unter Verwendung von KE-Polarisatoren, einschließlich PET-Stützstrukturen, gebildet sind, eine MVTR von 4,6 oder weniger g/m²/Tag und eine O2GTR von weniger als 0,005 ml/m²/Tag aufweisen (getestet bei 20° C und 90 % relativer Feuchtigkeit).
8 zeigt eine veranschaulichende Ausführungsform eines optischen Stapels, der keinen Teil der Erfindung bildet, in dem Polarisator 22 ein dünn beschichteter oder umhüllter Iodpolarisator ist. Der dünn beschichtete Polarisator weist eine Iodpolarisatorfolie 400 auf, die auf beiden Flächen mit Polymerbeschichtungen 402, 404 beschichtet ist, wobei jede eine Dicke von etwa 5 μm aufweist. Optisch funktionale Schichten 28, 30 sind direkt auf die Polymerbeschichtungen 402, 404 aufgetragen. Der dünn beschichtete Polarisator ist dünn und haltbar, ähnlich einem intrinsischen Polarisator wie z.B. einem Polarisator des K-Typs.
3 zeigt eine Haftmittelschicht 40, z.B. ein druckempfindliches Haftmittel wie z.B. Kayapolar, die auf eine der Flächen von Polarisator 22 aufgetragen ist. Haftmittelschicht 40 kann verwendet werden, um Polarisator 22 sicher an einer Flüssigkristallanzeigezelle 42 zu befestigen. Ein anderes Haftmittel als ein druckempfindliches Haftmittel, z.B. ein aufgetragenes, urethanbasiertes Haftmittel, das thermisch ausgehärtet wird, wie z.B. ein Copolyester-Haftmittel, das mithilfe multifunktionaler Isocyanate vernetzt wird, kann verwendet werden. Eine optisch funktionale Beschichtung 30 mit einer harten Schicht und einer Antireflexionsbeschichtung ist auf die andere Fläche von Polarisator 22 aufgetragen.
Eine der optisch funktionalen Schichten 28, 30 kann z.B. eine harte Schicht, eine Transflektorbeschichtung, eine Reflektorbeschichtung, ein Antireflexionsfilm, eine Flüssigkristallpolymer-Verzögererbeschichtung, eine Diffusionsbeschichtung, ein Antiblendfilm, ein Weitbetrachtungswinkelfilm oder eine Elektrode sein.
Eine harte Schicht, die typischerweise eine Dicke von 1-6 μm aufweist, kann z.B. aus einem Acrylat wie z.B. Polymethylmethacrylat hergestellt sein. Die harte Schicht kann entweder matt oder klar sein. Alternativ kann die harte Schicht texturiert sein, z.B. durch Mikroreplikation, um Strahllenkeigenschaften oder ein mattes Erscheinungsbild aufzuweisen.
Bezug nehmend auf 2 kann eine Transflektorbeschichtung oder eine Reflektorbeschichtung 30 auf der Fläche des intrinsischen Polarisators 22 angeordnet sein, die der Rückseite der Flüssigkristallanzeige zugewandt ist, um die Helligkeit und den Kontrast der Flüssigkristallanzeige zu verbessern. Eine transflektierende Beschichtung kann eine Dicke von näherungsweise 5-20 μm aufweisen. Die transflektierende Beschichtung kann z.B. ein perlmuttartiges Pigment wie z.B. das kommerziell erhältliche STR400 von Nippon Paper oder ein Transflektormaterial sein, das von Teijin erhältlich ist. Alternativ kann eine Transflektor- oder Reflektorbeschichtung in der Form einer Schicht aus Metall wie z.B. Silber oder Aluminium sein, das als ein polarisierter Spiegel wirkt, um polarisiertes Licht zu reflektieren und die Helligkeit der Flüssigkristallanzeige zu verbessern. Eine derartige Transflektor- oder Reflektorbeschichtung kann durch Sputtern, Aufbringen per Vakuumbeschichtung oder anderweitiges Auftragen einer Schicht von Silber oder Aluminium auf einen Polarisator des K-Typs gebildet sein. Ein anderes Beispiel eines Transflektors ist eine Beschichtung aus Glimmer auf einer Polymer- oder Haftmittelmatrix.
Eine Antireflexionsbeschichtung, die eine Dicke von weniger als 1 μm aufweisen kann, kann aus einem Thermopolymer niedrigen Brechungsindexes wie z.B. Kynar 1702 hergestellt sein. Beispielsweise weist, wie in 4 gezeigt, eine Antireflexionsbeschichtung, die auf einer KE-Polarisatorfolie 50 gebildet ist, eine harte Schicht 52 hohen Brechungsindexes und eine Antireflexionsschicht 54 niedrigen Brechungsindexes auf. Die harte Schicht weist vorzugsweise einen Brechungsindex größer als etwa 1,6 und eine Dicke von näherungsweise 5-10 μm auf. Die Antireflexionsschicht weist vorzugsweise einen Brechungsindex kleiner als etwa 1,5 und eine Dicke in der Größenordnung von 0,1 μm auf, die etwa einem viertel der Wellenlänge sichtbaren Lichts entspricht. Da eine KE-Polarisatorfolie eine Dicke von etwa 20 μm aufweist, kann die Gesamtdicke des optischen Stapels, der in 4 gezeigt ist, kleiner als 26 μm sein.
Gemäß der Erfindung weist die Antireflexionsbeschichtung mehr als eine Antireflexionsschicht auf, wobei die Schichten vorzugsweise abwechselnd hohe und niedrige Brechungsindizes aufweisen, weil die optische Leistung eines Antireflexionsfilms mit der Zahl der Schichten steigt. Ein derartiger mehrschichtiger Antireflexionsfilm weist vorzugsweise eine Reihe in hohem Maße gleichförmiger Polymer- oder anorganischer Schichten auf, die durch Bandbeschichtung, Sputtern oder beides gebildet sind. Somit kann, wie in 5 gezeigt, eine Beschichtung, die z.B. vier Polymer- und/oder anorganische Schichten 56, 58, 60, 62 aufweist, auf der harten Schicht 52 gebildet sein. Die Dicken der Polymer- oder anorganischen Schichten nehmen auch vorzugsweise mit dem Abstand von der harten Schicht zu. Nichtsdestoweniger kann die Gesamtdicke der mehrfachen Polymer- oder anorganischen Schichten in der Größenordnung von 0,1 μm sein, sodass die Gesamtdicke des optischen Stapels, der in 5 gezeigt ist, ebenfalls kleiner als 26 μm ist.
Ein Flüssigkristallpolymer-Beschichtung, die typischerweise eine Dicke von bis zu näherungsweise 100 μm aufweist, kann als Verzögerer oder Negativdispersionskompensationsfilm fungieren, um die Farbe und den Kontrast einer Flüssigkristallanzeige durch Ändern der Phase von Licht zu verbessern, das durch den Verzögerer hindurchtritt. Ein derartiger Verzögerer ist vorzugsweise ein Dünnschicht-Breitband-Viertelwellenlängen-Verzögerer oder Negativdispersionskompensationsfilm, der über das gesamte sichtbare elektromagnetische Spektrum oder einen wesentlichen Abschnitt desselben wirksam ist, wie z.B. der Breitband-Viertelwellenlängen-Verzögerer, der durch Teijin hergestellt wird. Beispielsweise ist die typische Dicke von Viertelwellenlängen-Verzögerern näherungsweise 30-60 μm. Alternativ kann der Verzögerer oder Negativdispersionskompensationsfilm ein Polycarbonat-basierter Verzögerer oder ein Verzögerer aus Harz des Arton-Typs sein.
Die Kombination eines intrinsischen Polarisators mit einem Verzögerer wirkt als zirkularer Polarisator, der die Intensität unerwünschten reflektierten Umgebungslichts erheblich verringert, wodurch der Kontrast des Bildes erhöht wird, das durch das emittierte Signal von der Anzeige gebildet ist. Wie in 6 gezeigt, kann unpolarisiertes Umgebungslicht 202 als eine Kombination aus links (L) 204 und rechts (R) 206 zirkular polarisierten Lichtkomponenten dargestellt werden. Wenn unpolarisiertes Umgebungslicht 202 in Flüssigkristallanzeige 200 eintritt, wird eine zirkular polarisierte Komponente des Umgebungslichts, z.B. links zirkular polarisiertes Licht 204, durch die Kombination des intrinsischen Polarisators 22 und des Verzögerers 30 absorbiert, während die andere Komponente, das rechts zirkular polarisierte Licht 206, durch die Flüssigkristallanzeige hindurch transmittiert wird. Das transmittierte rechts zirkular polarisierte Licht 206 wird in der Flüssigkristallanzeige spiegelnd reflektiert. Jedoch wird der Richtungssinn zirkular polarisierten Lichts bei spiegelnder Reflexion umgekehrt, und das transmittierte rechts zirkular polarisierte Licht 206 wird links zirkular polarisiertes Licht. Das reflektierte links zirkular polarisierte Licht wird auf die Kombination des intrinsischen Polarisators mit dem Verzögerer zu reflektiert, wo es in derselben Art und Weise wie die links zirkular polarisierte Komponente 204 von Umgebungslicht 202 absorbiert wird. Somit werden sowohl die links als auch die rechts zirkular polarisierten Komponenten des Umgebungslichts während Transmission durch die Flüssigkristallanzeige 200 hindurch und Reflexion in derselben durch die Kombination des intrinsischen Polarisators und des Verzögerers absorbiert, die als zirkularer Polarisator wirkt, sodass sie nicht mit einem emittierten Lichtsignal 210 interferieren.
Eine Diffusionsbeschichtung kann ein Diffusionshaftmittel sein, das ähnlich der Kombination einer Haftmittelschicht und einer transflektierenden Beschichtung funktioniert, um den Betrachtungswinkel der Flüssigkristallanzeige zu steigern. Beispielsweise kann ein Diffusionshaftmittel ein druckempfindliches Haftmittel sein, dem Glasperlen hinzugefügt worden sind, um Licht zu streuen, das durch das Haftmittel hindurchtritt. Ein derartiges Diffusionshaftmittel weist typischerweise eine Dicke von näherungsweise 12-40 μm auf. Alternativ kann eine Diffusionsschicht ein Polymerfilm oder eine Polymermatrix sein, der bzw. die Glasperlen enthält.
Ein Antiblendfilm kann verwendet werden, um die Spiegelkomponente der Reflexion von einer Anzeigefläche zu verringern, z.B. mithilfe einer aufgerauten Oberfläche. Ein derartiger Antiblendfilm kann aus einem ultravioletten vernetzten Polymer oder einem Acrylat hergestellt sein, das mit Polymethylmethacrylat- oder Silikatkugeln oder -partikeln dotiert ist. Ein Antiblendfilm kann eine Dicke z.B. von etwa 1 bis etwa 12 μm aufweisen.
Ein Weitbetrachtungswinkelfilm kann verwendet werden, um den Betrachtungswinkel auf einer Anzeigefläche auszuweiten. Ein derartiger Weitbetrachtungswinkelfilm weist typischerweise mehrere Schichten aus gerichteten Flüssigkristallpolymeren auf, d.h. wobei die Moleküle in einer ersten Schicht die Moleküle in einer benachbarten zweiten Schicht ausrichten.
Optisch funktionale Beschichtungen 28, 30 können durch eine oder mehrere standardmäßige Beschichtungsverfahren auf Polarisator 22 angewendet werden. Zu anwendbaren Beschichtungsverfahren zählen, aber ohne darauf begrenzt zu sein, Aufschleudern, Sputtern, Stabstreichen, Gravurstreichen, Schlitzdüsenbeschichten, Vakuumbeschichten, Aufrakeln und Tauchbeschichten.
7 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der ein intrinsischer Polarisator, wie z.B. eine Polarisatorfolie des K-Typs oder dünne KE-Polarisatorfolie als Substrat für einen Leiter in einer Flüssigkristallanzeige verwendet wird, ohne irgendein Haftmittel zum Anbringen des Leiters zu erfordern. In Polarisatorstruktur 300 ist ein Leiter 302 in der Form einer leitenden Metall- oder Metalloxidschicht 304, z.B. Indiumzinnoxid (ITO), zwischen Schichten 306, 308 z.B. ebenfalls aus ITO angeordnet. Schicht 304 kann z.B. Silber, Gold oder eine Mischung aus Silber und Gold sein. Leiter 302 ist auf einer harten Schicht 30 direkt auf dem intrinsischen Polarisator 22 gebildet. Ein Leitermuster kann dann in Schichten 304, 306, 308 von Leiter 302 geätzt werden.
Eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung ist beschrieben worden. Nichtsdestoweniger versteht es sich, das verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend liegen andere Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

Optischer Stapel mit einem intrinsischen Polarisator, der eine erste Fläche aufweist; einer harten Schicht, die direkt auf die erste Fläche des intrinsischen Polarisators aufgetragen ist; einer Antireflexionsbeschichtung, die auf der harten Schicht angeordnet ist und mehrere Antireflexionsschichten aufweist, wobei die Gesamtdicke des Polarisators, der harten Schicht und der Antireflexionsbeschichtung weniger als 26 μm ist.
Optischer Stapel nach Anspruch 1, wobei der intrinsische Polarisator ein Polarisator des K-Typs ist.
Optischer Stapel nach Anspruch 1, wobei der intrinsische Polarisator ein KE-Polarisator ist.
Optischer Stapel nach Anspruch 1, wobei die mehreren Antireflexionsschichten vier Polymer- und/oder anorganische Schichten aufweisen.
Optischer Stapel nach Anspruch 1, wobei der intrinsische Polarisator eine zweite Fläche aufweist und ferner eine Haftmittelschicht, die auf der zweiten Fläche des intrinsischen Polarisators angeordnet ist, aufweist.
Optischer Stapel nach Anspruch 5, wobei der intrinsische Polarisator durch die Haftmittelschicht an einer Flüssigkristallanzeigezelle angebracht ist.