-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die genannten Wiedergabeanordnungen
werden im Allgemeinen in beispielsweise Monitoren, Fernsehgeräten und
Wiedergabeanordnungen in Kraftwagen und Instrumenten verwendet.
-
Eine Wiedergabeanordnung der eingangs
beschriebenen An ist bekannt aus
EP
576 931 . Eine andere Wiedergabeanordnung ist bekannt aus
USP-5.210.630. In dieser Wiedergabeanordnung wird eine Ausgleichsfolie
verwendet, die aus einer optisch anisotropen Schicht oder einem
Polymermaterial mit einer cholesterischen Ordnung besteht, zur Vermeidung
von Verfärbung
in einer ("twisted-nematic") TN-Wiedergabeanordnung
und zum Erhalten eines hohen Kontrastes. Das Polymermaterial wird
derart, dass eine molekulare Spirale unterschieden werden kann,
wobei die Achse der Spirale quer zu der Schicht gerichtet ist.
-
Wiedergabeanordnungen, ausgerüstet mit
einer derartigen Ausgleichsfolie lässt wesentliche Mengen Licht
zwischen gekreuzten Polarisatoren (normalerweise weiß) in dem
schwarzen Zustand und bei bestimmten Winkeln dennoch durch. Folglich
hat eine derartige Anordnung eine bestimmte Winkelabhängigkeit,
d. h. der Kontrast ist sehr abhängig
von dem Winkel, in dem und von der Richtung aus der die Wiedergabeanordnung betrachtet
wird.
-
Es ist nun u.a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung eine Wiedergabeanordnung der eingangs beschriebenen
An zu schaffen, wobei die Winkelabhängigkeit wesentlich verringert
ist.
-
Dazu ist die Wiedergabeanordnung
nach der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch den kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1.
-
In diesem Zusammenhang wird unter "Direktorprofil in
der optisch anisotropen Schicht" das
Direktormuster über
eine Dicke wenigstens einer vollen Steigung der molekularen Spirale
verstanden. In diesem Zusammenhang wird unter einem "nicht rotationssymmetrischen" Muster ein Muster
verstanden, das überhaupt keine
Rotationssymmetrie aufweist, sondern gegenüber einer beliebigen Achse
symmetrisch sein kann. Das Direktor profil in wenigstens einem Teil
der optisch anisotropen Schicht ist vorzugsweise in einem Winkel
gegenüber
den Substraten vorgesehen, beispielsweise dadurch, der optisch anisotropen
Schicht eine Sägezahnstruktur
an wenigstens einer der Grenzflächen
gegeben wird. In einer derartigen Anordnung wird die Winkelabhängigkeit
reduziert. Die Winkelabhängigkeit
kann ebenfalls dadurch reduziert werden, dass der anisotropen Schicht
aus Polymermaterial eine cholesterische Ordnung mit einem Spiralmuster
an einem Teil der Oberfläche
der Schicht gegeben wird.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt
weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass in der Praxis durch den
cholesterischen Charakter dieser Schicht polarisiertes Licht Variationen
des Zustandes der Polarisation in der anisotropen Schicht ausgesetzt
wird. Nachdem das polarisierte Licht (polarisiert in einer ersten
Polarisationsrichtung durch einen ersten Polarisator) durch diese
Schicht hindurch gegangen ist, kann es Komponenten quer zu dieser
Polarisationsrichtung enthalten, die als Streukomponenten bezeichnet
werden. Da der Polarisator zum Anregen von Licht (mit gekreuzten
Polarisatoren), Licht mit einer Polarisationsrichtung quer zu dieser
Polarisationsrichtung durchlässt,
gibt es keine komplette Lösung.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Streukomponenten kleiner
werden, wenn die Steigung der Spirale in der optisch anisotropen
Schicht reduziert wird. Je nach der Anzahl zu verwirklichender Graupegel
können
dann Anforderungen gestellt werden an die maximal zulässigen Komponenten
und folglich an die maximale Steigung der Spirale.
-
Es hat sich herausgestellt, dass
die maximal zulässige
Steigung abhängig
ist von dem Wert der Doppelbrechung oder der optischen Anisotropie
der anisotropen Schicht. Bei einer geringen Doppelbrechung kann die
Steigung größer sein,
was durch die Formel p < (0,26 – 0,31.Δn) um ausgedrückt wird,
wobei p die Steigung der Spirale ist.
-
Um Verfärbung zu vermeiden wird Δn kleiner
als 0,3 und vorzugsweise kleiner als 0,2 gewählt, wobei eine maximale Steigung
von 0,19 um eine minimale Anzahl von etwa 30 Graupegeln gewährleistet.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 einen
schematischen Schnitt durch einen Teil einer Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung
nach der vorliegenden Erfindung,
-
2, 3, 4 und 5 die
maximalen Werte von Streukomponenten des durchgelassenen Lichtes
bei Variation des Polarwinkels θ für Wiedergabeanordnungen,
bei denen verschiedene Folien verwendet werden,
-
6 die
maximal erlaubte Steigung als eine Funktion der optischen Anisotropie
der Folie, während,
-
7 die
Strukturformel einer Flüssigkristall-Zusmamensetzung,
wie diese in einer derartigen Folie verwendet wird, und
-
8 die
Strukturformel einer nicht reaktiven Flüssigkristall-Zusammensetzung,
wie diese zum herstellen einer derartigen Folie verwendet werden
kann.
-
1 ist
ein schematischer Schnitt durch einen Teil einer Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung
mit einer Flüssigkristall-Zelle 1 mit
einem TN-Flüssigkristall-Material 2,
das zwischen zwei Substraten 3, 4 aus beispielsweise
Glas vorhanden ist, die mit Elektroden 5, 6 versehen
sind. Die Anordnung umfasst weiterhin zwei Polarisatoren 7, 8,
deren Polarisationsrichtungen sich senkrecht kreuzen. Die Anordnung
umfasst weiterhin (nicht dargestellte) Orientierungsschichten, die
das Flüssigkristall-Material
an den Innenwänden
der Substrate orientieren, in diesem Beispiel in der Richtung der
Polarisationsachsen der Polarisatoren, so dass die Zelle einen Verdrehwinkel
von 90° hat.
In diesem Fall hat das Flüssigkristall-Material
eine positive optische Anisotropie und eine positive dielektrische
Anisotropie. Wenn die Elektroden 5, 6 durch eine
elektrische Spannung mit Energie versehen werden, werden die Moleküle und folglich
die Direktoren in Richtung des Feldes gerichtet. Die Anordnung umfasst
weiterhin eine Ausgleichsfolie 9, die aus einer optisch
anisotropen Schicht aus Polymermaterial mit einer cholesterischen
Ordnung besteht. Das Polymermaterial ist derart geordnet, dass eine molekulare
Spirale unterschieden werden kann, wobei die Achse der Spirale quer
zu der Schicht gerichtet ist.
-
2, 3, 4 und 5 zeigen
die maximalen Werte der oben genannten Streukomponenten tσπ und
tπσ für verschiedene
Folien 9 bei Variation des Polarwinkels θ, d. h.
des Sichtwinkels (1 a) als eine Funktion
der Steigung der Spirale des Polymermaterials mit der cholesterischen
Ordnung. Die jeweilige Winkelabhängigkeit ist
für verschiedene
Werte des Polarwinkels θ berechnet
worden. Die maximalen Werte der oben genannten Streukomponenten
tπσ und
tσπ bei
Variation des Azimutwinkels sind einander gleich. Die Komponente
tπσ stellt den
Amplitudenkoeffizienten in Form von Streulicht dar, das als σ-Licht anregt, das
ursprünglich
in der π-Richtung
quer dazu und umgekehrt, polarisiert wur de. Die Folien haben je
verschiedene Dicken d, während
die gewöhnlichen
und außergewöhnlichen
Brechzahlen no und ne für das verwendete
Material dargestellt sind.
-
Die dargestellten Werte gelten für eine Wellenlänge von
500 nm. Um imstande zu sein, 20 Graupegel für den ganzen sichtbaren Bereich
zu verwirklichen, gilt die Anforderung, dass tπσ < 0,07 ist. Um imstande
zu sein, 100 Graupegel zu verwirklichen, gilt die Anforderung, dass
tπσ < 0,03 ist. Diese
Anforderungen basieren auf die nachfolgenden Erwägungen. Die relative Leuchtdichte
Y/Yref wird gegeben durch Y/Yref =
(tπσ)2. Eine "psychometrische
Leuchtdichte" L
= 900/Yref ist assoziiert mit einer bestimmten
relativen Leuchtdichte. Die Anzahl Graupegel ist dann (100/L).
-
Die resultierenden Bedingungen sind
in der nachstehenden Tafel dargestellt.
-
-
6 zeigt
die maximale Steigung, wie in der Tafel als eine Funktion von Δn = ne – no gegeben. Um imstande zu sein, wenigstens
20 Graupegel wiederzugeben, sollte die maximale Steigung unterhalb
der durch p = (0,26 – 0,31.Δn) um definierten
Linie liegen.
-
Die Kompensations- oder Verzögerungsfolie 9 kann
separat oder unmittelbar auf dem Substrat 4 vorgesehen
werden, und zwar durch in situ Photopolymerisation eines reaktiven
cholesterischen Flüssigkristalls. Das
Ausgangsmaterial ist ein Monomer mit der Struktur, wie in 6 dargestellt und möglicherweise
mit einem chiralen Dotierungsmittel versehen, wie in 7 dargestellt. In dem Monomer-Zustand
hat dieses Material eine stabile cholesterische Phase zwischen 69
und 97°C
und ist beispielsweise als Film auf einem aus Glas oder Kunststoff
bestehenden Substrat angeordnet und daraufhin über aktinische (UV) Strahlung
polymerisiert worden. Nach der Polymerisation wird die cholesterische
Ordnung beibehalten und die hohe Kreuzkupplung der Struktur führt zu einem
wesentlich temperatur-unabhängigen
Verhalten. Die Steigung der Spirale nach der Polymerisation beträgt 0,18 μm, während die
Brechzahlen im Wesentlichen denen aus 2 entsprechen.
-
2 zeigt,
dass mit einer mit dieser Folie versehenen Zelle etwa 70 Graupegel
erreicht werden können.
-
Eine kleinere Steigung (und folglich
eine Wiedergabeanordnung mit mehr Graupegeln) kann dadurch erhalten
werden, dass der reaktive cholesterische Flüssigkristall mit einem nicht
rekativen cholesterischen Flüssigkristall
mit dem gleichen Drehsinn vermischt wird und dass eine Schicht dieses
Gemisches als dünner Film
auf einem Substrat angebracht wird. Das Gemisch erfordert eine Steigung,
die von der Steigung der beiden Flüssigkristalle abweicht und
wird meistens einen zwischenliegenden Wert haben. Bei einer nachfolgenden
Bestrahlung mit UV-Licht (aktinische Bestrahlung) polymerisiert
der reaktive Teil des Gemisches, während der nicht reaktive Teil
in der Schicht aufgelöst
wird. Da die Schicht während
der Polymerisation schrumpft, wird eine Schicht mit einer Steigung
erhalten, die geringer ist als die des ursprünglichen Gemisches. Auf diese
Weise kann eine Schicht mit einer Steigung der cholesterischen Spirale
erhalten werden, die geringer ist als die, welche mit Hilfe des
in USP 5.210.630 beschriebenen Verfahrens erhalten wird.
-
Wenn der nicht reaktive Flüssigkristall
danach aus der Schicht entfernt wird (durch Verdampfung oder auf
eine andere Art und Weise), nimmt überraschenderweise die Schichtdicke
proportional zu dem Anteil des nicht reaktiven Flüssigkristalls
in der Schicht ab, während
der molekulare Drehungswinkel sich nicht ändert, mit anderen Worten,
die Steigung der molekularen Spirale nimmt weiter ab.
-
Beispiel 1
-
Es wurde ein 5,4 μm dicker monomerer Film bei
80°C auf
einem in nur einer Richtung geriebenen Polyimidsubstrat angebracht,
wobei dieser Film aus den nachfolgenden Elementen bestand:
98
Gewichtsteilen des reaktiven cholesterischen Flüssigkristalls nach 7
2 Gewichtsteilen
des Photoinitiators
100 ppm p-Methoxyphenol.
-
Die Schicht wurde 5 Minuten lang
in einer Stickstoffatmosphäre
mit einer Strahlung von 365 nm bestrahlt, wobei die Schicht eine
Dicke von 5 μm
erhielt. Durch eine spektrale Messung und durch SEM-Messungen an
einer Bruchstelle, an der die cholesterischen Schichten erkannt
werden können,
stellte es sich heraus, dass die Steigung der molekularen Spirale
etwa 0,18 μm
war. Aus 2 dürfte es ebenfalls einleuchten,
dass in einer Anordnung nach 1, wobei
diese Schicht als eine Kompensationsschicht verwendet wird, etwa
70 Graupegel erhalten werden können.
-
Beispiel 2
-
Auf einer Polycarbonatfolie ohne
Doppelbrechung, wie Zellulosenitrat, und mit einem in nur einer
Richtung geriebenen Polyimidsubstrat wurde bei 60°C eine 7,4 μm dicke Schicht
angebracht, wobei diese Schicht bestand aus:
70 Gewichtsteilen
des reaktiven cholesterischen Flüssigkristalls
nach 7
28 Gewichtsteilen
des cholesterischen Flüssigkristalls
nach 8
100 ppm
p-Methoxyphenol.
-
Die Schicht wurde 5 Minuten lang
mit Strahlung von 365 nm in einer Stickstoffatmosphäre bestrahlt, wobei
die Schicht eine Dicke von 7,1 μm
erhielt. Durch spektrale Messung bei 281 nm stellt es sich heraus, dass
die Steigung der molekularen Spirale etwa 0,17 μm betrug. Daraufhin wurde die
Schicht 24 Stunden lang in Ethanol getaucht, so dass der
nicht reaktive cholesterische Flüssigkristall
aus der Schicht extrahiert wurde. Die Schichtdicke wurde daraufhin
5 μm, während es
sich herausstellte, dass die Steigung der molekularen Spirale etwa
0,12 μm
betrug. Es stellte sich heraus, dass die Anzahl in einer Anordnung
nach 1 zu verwirklichender Graupegel
etwa 100 betrug.
-
Obschon eine Zunahme der Anzahl Graupegel
in den Beispielen zu einer Verringerung der Sichtwinkelabhängigkeit
führt,
ist die resultierende Sichtwinkelabhängigkeit nicht axial symmetrisch.
Dadurch, dass die Kompensationsschicht 9 mit einem Muster
aus mehr aktiven und weniger aktiven Gebieten versehen wird, wird diese
Sichtwinkelabhängigkeit
in den Gebieten, die am meisten aktiv sind (eine große Anzahl
Drehungen der Spirale innerhalb der Schichtdicke) durch Gebiete
kompensiert, die wenig Kompensation bieten. Die Abmessungen dieser
Gebiete werden derart gewählt,
dass sie gegenüber
der Pixelsteigung klein sind. Auf diese Weise wird eine mehr symmetrische
Sichtwinkelabhängigkeit
erhalten.
-
Zum Herstellen einer derartigen Schicht,
wird beispielsweise eine Schicht aus cholesterischem Material nach
dem Beispiel 1 örtlich
mit einer UV-Strahlung über
eine Maske mit einem Muster, das die genannten Gebiete definiert,
bestrahlt, so dass. an diesen Gebieten Kreuzkopplung auftritt. Daraufhin
wird die Temperatur erhöht,
bis das Material die isotrope Phase erreicht hat. Danach wurde die
Schicht in den Gebieten, die vorher nicht beleuchtet wurden, beleuchtet,
so dass in diesen Gebieten ein Zustand ohne Doppelbrechung fixiert
wird. Variationen, wie das Definieren von Gebieten mit mehr als
zwei Werten der Steigung, sind selbstverständlich auch möglich. Die
Teile mit einer cholesterischen Ordnung haben den kompensierenden
Effekt, während
die anderen Teile das Licht ohne Doppelbrechung durchlassen.
-
Zusammenfassend lässt sich sagen: die vorliegende
Erfindung schafft die Möglichkeit
einer Steigerung der Anzahl Graupegel in einer Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung
durch Verwendung einer Kompensationsfolie mit einer Schicht mit
einer cholesterischen Ordnung mit einem Spiralmuster, wobei die
Steigung der Spirale kleiner ist als (0,26 – 0,31.Δn) μm, wobei Δn die optische Anisotropie der
anisotropen Schicht ist. Weiterhin wird dadurch, dass die cholesterische
Ordnung mit einem Muster versehen wird, die Sichtwinkelabhängigkeit
mehr symmetrisch.
