DE69533750T2

DE69533750T2 - Film der einen orientierten farbstoff enthält, herstellungsverfahren desselben, polarisator und flüssigkristallanzeigevorrichtung unter verwendung desselben

Info

Publication number: DE69533750T2
Application number: DE69533750T
Authority: DE
Inventors: Alejandro Andreatta; Shuji Tsukuba Doi
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2015-09-09
Also published as: JPH10509247A; JP3739396B2; TW375698B; KR970705769A; US5751389A; EP0777865A1; DE69533750D1; EP0777865B1; KR100398793B1; WO1996007941A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Filme, die auf einem orientierten Farbstoff beruhen oder diesen enthalten. Sie betrifft ferner Verfahren zur Herstellung derartiger Filme und Polarisatoren und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die die Filme verwenden. Insbesondere betrifft die Erfindung Filme, die aus einem hochorientierten dichroitischen Farbstoff bestehen oder diesen enthalten, Verfahren zur Herstellung derartiger Filme und Hochleistungspolarisatoren und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die die Filme verwenden.
Beschreibung verwandter Technik
Polarisatoren werden als Elemente von Flüssigkristalldisplays (im folgenden als LCDs bezeichnet) verwendet. Polarisatoren besitzen die Eigenschaft, einen Teil des von den LCDs durchgelassenen Lichts zu absorbieren. Dies wird ein besonders akutes Problem bei vollfarbigen LCDs, da vollfarbige LCDs auch Farbfilter enthalten. Der in dem LCD vorhandene Polarisator und der in den vollfarbigen LCDs verwendete Farbfilter absorbieren beide Licht. Dies verringert die Menge an durchgelassenem Licht auf ein Niveau, das häufig sehr niedrig ist. Eine intensive Hintergrundbeleuchtung ist daher für ausreichend helle LCDs erforderlich. Diese Hintergrundbeleuchtung kann die Temperatur der Flüssigkristallzelle unerwünschterweise erhöhen und den Energieverbrauch erhöhen. Ein Polarisatortyp wird durch Adsorption von Iod auf einem uniaxial gereckten orientierten Ausrichtungsfilm aus Polyvinylalkohol (im folgenden als PVR be zeichnet) oder einem Derivat von PVA hergestellt.
Ein zweiter Polarisatortyp beruht auf dichroitischen Farbstoffen und wird in ähnlicher Weise durch Adsorption des Farbstoffs auf einem uniaxial gereckten orientierten PVA- oder PVA-Derivat-Ausrichtungsfilm hergestellt. (Durchgängig in dieser Beschreibung und den Ansprüchen besitzen die Ausdrücke "dichroitisch" und "dichroitischer Farbstoff" deren allgemein akzeptierte Bedeutungen und sie bezeichnen die Eigenschaft, verschiedene optische Eigenschaften, beispielsweise Farbe, bei Betrachtung aus unterschiedlichen Richtungen zu zeigen und daher als Wirkung eine Polarisationsreaktion ergeben.)
Ein dritter Polarisatortyp wird durch uniaxiales Recken eines Polyvinylchlorid- oder PVA-Films und die anschließende Erzeugung von Polyeneinheiten als Chromophore durch Dehydrohalogenierung des Polyvinylchlorids oder durch Dehydratation des PVA hergestellt.
Die iodhaltigen Polarisatoren zeigen anfänglich ein hervorragendes Polarisationsvermögen. Diese Polarisatoren besitzen jedoch eine schlechte Beständigkeit gegenüber Wasser und Hitze und sind unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit nicht ausreichend haltbar. Schutzfilme oder andere mögliche Maßnahmen verbessern typischerweise die Haltbarkeit der iodhaltigen Polarisatoren nicht signifikant.
Die Polarisatoren mit einem dichroitischen Farbstoff besitzen größere Beständigkeit gegenüber Wasser und Hitze als die Materialien auf Iodbasis, sie besitzen jedoch nicht adäquate Polarisationseigenschaften für die meisten kommerziellen Anwendungen. Pigmente, die hervorragende Witterungsbeständigkeit besitzen, können nicht eingesetzt wer den, da sie in Polymerfilmen nicht hochorientiert sind und daher nicht für Polarisatoren verwendet werden können.
Außerdem treten viele Schwierigkeiten auf, wenn die Herstellung von feinen Polarisatoren, wie Polarisatoren mit einer Breite von nicht größer als etwa 200 Mikrometer, versucht wird. Das Zerschneiden eines einen Farbstoff enthaltenden Ausrichtungsfilms ist der einzige derzeit verwendete Weg zur Herstellung derartiger feiner Polarisatoren.
Daher umfassen die bekannten Verfahren der Orientierung von Farbstoffmolekülen die Verwendung eines orientierten PVA-Films, der die Farbstoffmoleküle, wie im vorhergehenden beschrieben wurde, ausrichtet. Es ist auch bekannt, dass man einen Farbstoff mit einem Flüssigkristallmaterial mischen und den Farbstoff orientieren kann, da sich die Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristallzelle selbst ausrichten. Bei dem letzteren Verfahren muss ein Flüssigkristallmaterial zwischen zwei Glasplatten eingeschlossen sein oder in einer Zelle platziert sein. Dieses Verfahren erfordert ferner, dass auf der Oberfläche der Glasplatten ein Ausrichtungsfilm gebildet wird. Der Ausrichtungsgrad des Farbstoffs hängt vom Ausrichtungsgrad des Flüssigkristallmaterials ab, so dass in vielen Fällen der Polarisator aufgrund einer niedrigen Ausrichtung des Flüssigkristallmaterials kein ausreichendes Polarisationsvermögen hat.
Es besteht daher hoher Bedarf an Filmen, die hochorientierte dichroitische Farbstoffe enthalten, und insbesondere an Filmen, die hochorientierte dichroitische Farbstoffe in einem Mikromuster umfassen, und an deren einfacher Herstellung.
Obwohl sie sich nicht mit der Orientierung von Farbstoffmolekülen befassten, ermittelten J. C. Wittmann et al., dass ein orientierter Polytetrafluorethylen(im folgenden als PTFE bezeichnet)-Dünnfilm durch Reiben von PTFE unter Anwendung von Wärme und Druck gebildet werden kann. Sie berichteten, dass Alkane, Flüssigkristallmoleküle, Polymere, Oligomere und anorganische Salze unter Verwendung dieses PTFE-Films als Ausrichtungsschicht orientiert werden können (siehe Nature, Band 352, S. 414 (1991) und US-Patent Nr. 5 180 470). Zwar wurde eine Ausrichtung dieser organischen Moleküle mit diesem orientierten PTFE-Dünnfilm detailliert angegeben, doch wurde eine Ausrichtung von Farbstoffmolekülen, die für Polarisatoren verwendbar sind, oder genauer die Ausrichtung von dichroitischen Farbstoffmolekülen für Polarisatoren nicht erläutert.
Das US-Patent Nr. 5 340 504 betrifft lichtpolarisierende Filme auf der Basis wasserlöslicher organischer Polymere, insbesondere von Polyvinylalkohol, die einen oder mehrere dichroitische Bis-, Tris- oder Tetrakisazofarbstoffe enthalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wurde nun ermittelt, dass durch die Verwendung von Fluorharz-Orientierungsfilmen, wie PTFE-Orientierungsfilmen, hochorientierte dichroitische Farbstoffe erhalten werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft diese einen orientierten Farbstoff enthaltenden Filme, Verfahren zur Herstellung dieser Filme und Hochleistungspolarisatoren und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die diese Filme verwenden.
Daher erfolgt in einem Aspekt dieser Erfindung die Bereitstellung eines uniaxial orientierten Films, der mindestens 1 Gew.-% an einem dichroitischen Farbstoff umfasst und eine Dicke von 1 Nanometer bis 1 Mikrometer, eine Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion von 400 bis 800 Nanometern und ein als A1/A2 ausgedrücktes dichroitisches Verhältnis, wobei A1 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films parallelen Richtung bedeutet und A2 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films senkrechten Richtung bedeutet, von nicht weniger als 25 bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion aufweist, auf einer Fluorharz-Ausrichtungsschicht zur Ausrichtung der Farbstoffmoleküle.
Die Farbstoffschicht kann ein Mikromuster mit einer Länge und einer Breite in der Filmebene umfassen, wobei die Breite 1 bis 200 Mikrometer beträgt.
In einem weiteren Aspekt erfolgt durch diese Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung des eben beschriebenen uniaxial orientierten Films. Dieses Verfahren umfasst

a) Beschaffen einer festen Fluorharz-Ausrichtungsschicht mit einer Dicke von etwa 1 Nanometer bis etwa 2 Mikrometer und
b) Bilden eines Films aus einem filmbildenden Material, der mindestens 1 Gew.-% an einem dichroitischen Farbstoff umfasst und eine Dicke von 1 Nanometer bis 1 Mikrometer und eine Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion von 400 bis 800 Nanometer aufweist, auf der Fluorharz-Ausrichtungsschicht, wodurch ein uniaxial orientierter Film mit einem als A1/A2, wobei A1 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films parallelen Richtung bedeutet und A2 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films senkrechten Richtung bedeutet, ausgedrückten dichroitischen Verhältnis von nicht weniger als 25 bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion erhalten wird.

Das filmbildende Material kann in einigen Fällen ein purer dichroitischer Farbstoff sein, alternativ jedoch ein mit einem dichroitischen Farbstoff gemischtes filmbildendes Bindemittelpolymer umfassen. In mehreren speziellen Aspekten kann dieses Verfahren zusätzliche Stufen des Abnehmens des Films von dem bildenden Substrat und des Applizierens des Films auf ein von dem bildenden Substrat verschiedenes Trägersubstrat umfassen.
In einem noch weiteren Aspekt kann dieses Verfahren zur Herstellung von Teilen aus einem ein Mikromuster aufweisenden, einen Farbstoff enthaltenden Film verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform sollte das Ausrichtungssubstrat eine definierte Breite in der Filmebene von 1 bis 200 Mikrometern besitzen, wobei die Fluorharz-Ausrichtungsschicht in diesem Bereich einer definierten Breite auf der Oberfläche vorhanden ist. Dies ergibt Teile aus einem uniaxial orientierten Film mit einer definierten Breite von 1 bis 200 Mikrometern und einem als A1/A2 ausgedrückten dichroitischen Verhältnis, wobei A1 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films parallelen Richtung bedeutet und A2 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films senkrechten Richtung bedeutet, von nicht weniger als 25 bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion. Wie bei dem allgemeineren Verfahren kann dieses Verfahren die zusätzlichen Stufen des Abnehmens des Films von dem bildenden Substrat und des Applizierens des Films auf ein Trägersubstrat umfassen.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung Polarisatoren bereit. Ein Polarisator wird erhalten, wenn ein transparenter Träger mit einer planaren Oberfläche einen wie oben beschriebenen uniaxial orientierten Film an dessen planarer Oberfläche befestigt hat. Typische transparente Träger für derartige Polarisatoren können Polymerfolien, Glasträger oder transparente Elektroden sein.
In einem weiteren Aspekt kann die Erfindung Mikropolarisatoren mit der gleichen allgemeinen Struktur bereitstellen. Diese Mikropolarisatoren umfassen die gleiche Art eines transparenten Trägers, der ein Teil aus dem ein Mikromuster aufweisenden, einen Farbstoff enthaltenden uniaxial orientierten Film auf dessen planarer Oberfläche trägt.
In weiteren Aspekten stellt die vorliegende Erfindung Flüssigkristallanzeigevorrichtungen bereit. Diese Vorrichtungen umfassen eine Flüssigkristallzelle, die ein Paar getrennter transparenter Substrate mit darauf befindlichen Elektroden und eine zwischen den Substraten positionierte nematische Flüssigkristallschicht enthält. Die nematische Flüssigkristallschicht weist eine positive dielektrische Anisotropie und eine senkrecht zu den Substraten ausgerichtete Schraubenachse und ohne das Anliegen einer Spannung eine im wesentlichen horizontale Orientierung mit einem Verdrillungswinkel von 90 bis 270 Grad auf. In den Anzeigevorrichtungen gemäß der Erfindung ist ein uniaxial orientierter Film oder ein ein Mikromuster umfassender, einen Farbstoff enthaltender Film oder Polarisator oder Mikropolarisator, wie er eben beschrieben wurde, im Betrachtungsweg der LCD positioniert. In einigen Ausführungsformen ist das uniaxial orientierte Material außerhalb der und angrenzend an die Flüssigkristallzelle platziert. Die uniaxial orientierten Filme können auch auf den transparenten Substraten der Flüssigkristallzelle positioniert sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, wobei:
1 eine Schnittdarstellung ist, die eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und einen Dünnfilm dieser Erfindung erläutert;
2 eine Schnittdarstellung ist, die eine weitere Ausführungsform einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung und eines Dünnfilms gemäß der Erfindung erläutert; und
3 ein Diagramm ist, das die optische Extinktion eines Films dieser Erfindung über das sichtbare Spektrum erläutert;
4 ein Diagramm ist, das die optische Extinktion eines Films dieser Erfindung über das sichtbare Spektrum erläutert;
5 ein Diagramm ist, das die optische Extinktion eines Films dieser Erfindung über das sichtbare Spektrum erläutert.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Der Farbstoff
Ein oder mehrere dichroitische Farbstoffe sind in den Filmen der vorliegenden Erfindung vorhanden. Der in der Erfindung verwendete Farbstoff kann jeder Farbstoff oder jedes Pigment sein, der/das die folgenden Bedingungen erfüllt: Er sollte ein Aspektverhältnis (Länge der Molekülachse zur Länge einer dazu senkrechten Molekülachse) von nicht weniger als 2 und vorzugsweise nicht weniger als 3 besitzen und er sollte auch einen Winkel zwischen dessen Molekülachse und der Richtung des Übergangsmoments vom Grundzustand in einen angeregten Zustand, der nicht größer als 20 Grad ist, aufweisen. Farbstoffe, die bei Orientierung mit einer Fluorharz-Ausrichtungsschicht ein hohes dichroitisches Verhältnis erreichen können, wie dies im folgenden beschrieben ist, sind besonders bevorzugt. Farbstoffe, die ein dichroitisches Extinktionsverhältnis (Extinktion in der Orientierungsrichtung zur Orientierung in einer zur Orientierungsrichtung senkrechten Richtung) bei der Wellenlänge der höchsten Adsorption von nicht weniger als 5 (zweckmäßigerweise nicht weniger als 8 und in den meisten Fällen vorzugsweise nicht weniger als 10) erreichen können, sind bevorzugt.
Dichroitische Farbstoffe, die für herkömmliche Dipolarisatoren oder Guest-Host-Flüssigkristalldisplays verwendet werden, sind verwendbar und bevorzugt. Arten dichroitischer Farbstoffe, die für Guest-Host-Flüssigkristalldisplays verwendet werden und hier verwendbar sind, umfassen Merocyanine, Styryle, Azomethine, Azofarbstoffe, Anthrachinone, Chinone, Chinophthalone, Perylene, Indigofarbstoffe, Tetrazine, Stilbene und Benzidine. Dichroitische Azo- und Anthrachinonfarbstoffe mit wesentlichen Graden der Witterungsbeständigkeit sind besonders bevorzugt. Diese Azofarbstoffe umfassen Diazofarbstoffe und Triazofarbstoffe (Polyazofarbstoffe).
In der Erfindung verwendbare Azofarbstoffe umfassen Materialien der allgemeinen Formel I: Ar-(-N=N-Ar')_n-N=N-Ar (I).
In dieser Formel bedeutet n 0 bis 3, jedes Ar eine Arylgruppe, die aus den in Gruppe A aufgelisteten Strukturen ausgewählt ist, und jedes Ar' eine Arylgruppe, die aus den in der folgenden Gruppe B aufgelisteten Strukturen ausgewählt ist:
Gruppe A
Gruppe B
In den obigen Strukturformeln stehen X₁ bis X₂₃ unabhängig voneinander für einen beliebigen Rest von Wasserstoffatomen, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Arylaminogruppen, Acylaminogruppen, Alkylgruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Alkoxygruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Arylgruppen, die sechs bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, heterocyclischen Gruppen, die vier bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, Carboxylatgruppen, Sulfonatgruppen, Sulfonamidgruppen, Sulfonalkylamidgruppen, Halogenen und Nitrogruppen. Die Zahl der an einem aromatischen Ring vorhandenen X-Gruppen ist gleich den an dem Ring verfügbaren Stellen. Beispielsweise gibt es in der Struktur der Gruppe A mit X₁ als Substituent fünf derartige Gruppen, während es in dem in Gruppe B angegebenen Material mit X₁₃ vier derartige Gruppen gibt, da dies die Zahl der verfügbaren Stellen ist. Zwei oder mehrere unterschiedliche Substituentengruppen können daher in einem aromatischen Ring vorhanden sein.
R steht für einen beliebigen Rest von einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthält, einer Arylgruppe, die sechs bis zwanzig Kohlenstoffatome enthält, einer heterocyclischen Gruppe, die vier bis zwanzig Kohlenstoffatome enthält.
Zwei aromatische Ringe auf jeder Seite des Azorests können Hydroxylgruppen tragen. Diese Hydroxylgruppen sind angrenzend an die Azostruktur positioniert und können mit einem Übergangsmetallatom, das aus der aus Kupfer, Nickel, Zink und Eisen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, einen Komplex bilden.
Azomethine und Stilbene mit einer Azomethingruppe und einer Vinylengruppe anstelle des Azorests der durch die allgemeine Formel I definierten Azofarbstoffe können ebenfalls als die orientierbaren Farbstoffe bei der Durchführung dieser Erfindung verwendet werden.
Repräsentative verwendbare Azofarbstoffe umfassen die in Tabelle 1-1 angegebenen Azofarbstoffe. Diese Materialien können als Übergangsmetallkomplexe, als freie Säuren und auch als Salze, beispielsweise Natriumsalze, Lithium-, Kalium-, Ammonium-, Ethanolammonium-, Alkylammoniumsalze und dgl., existieren.
Tabelle 1-1
Andere verwendbare Azofarbstoffe sind diejenigen mit den im folgenden angegebenen Color Index(C. I.)-Markennamen:
C. I. Direct Orange 39
C. I. Direct Yellow 44
C. I. Direct Red 28
C. I. Direct Blue 151
C. I. Direct Red 81
C. I. Direct Red 23
C. I. Direct Red 2
C. I. Direct Red 31
C. I. Direct Red 37
C. I. Direct Red 79
C. I. Direct Violet 12
C. I. Direct Violet 9
C. I. Direct Yellow 12
C. I. Direct Blue 78
C. I. Direct Blue 90
C. I. Direct Blue 202
C. I. Direct Yellow 28
C. I. Direct Orange 107
C. I. Direct Blue 71
C. I. Direct Violet 51
C. I. Direct Orange 26
C. I. Direct Red 247
C. I. Direct Blue 168
C. I. Direct Green 85
C. I. Direct Brown 223
C. I. Direct Brown 106
C. I. Direct Yellow 142
C. I. Direct Blue 1
Verwendbare Anthrachinonfarbstoffe lassen sich durch die allgemeine Formel II darstellen:
In dieser Formel stehen R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ und R₆ unabhängig voneinander für einen beliebigen Rest von Wasserstoffatomen, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Arylaminogruppen, Acylaminogruppen, Alkylgruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Alkoxygruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Arylgruppen, die sechs bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, und heterocyclischen Gruppen, die vier bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, wobei nicht alle Reste von R₁ bis R₆ Wasserstoffatome sind. R₂ und R₃ bzw. R₆ und R₇ können eine Substituentengruppe, die mit der Anthrachinongruppe durch zwei Bindungen verbunden ist, bedeuten.
Die Anthrachinonfarbstoffe, die bei der Durchführung dieser Erfindung verwendbar sind, umfassen Verbindungen, die in den Tabellen 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4 angegeben sind.
Tabelle 2-1 Verbindungen, die durch die allgemeine Formel II ausgedrückt werden, worin R₁ NH₂ bezeichnet; R₅, R₆, R₇ und R₈ H bezeichnen; R₂, R₃ und R₄ wie im folgenden angegeben sind
Tabelle 2-2 Verbindungen, die durch die allgemeine Formel II ausgedrückt werden, worin R₁ NH₂ bezeichnet; R₄, und R₈ OH bezeichnen; R₂, R₃, R₅ und R₇ wie im folgenden angegeben sind
Tabelle 2-3 Verbindungen, die durch die allgemeine Formel II ausgedrückt werden, worin R₁ OH bezeichnet; R₃ und R₇ H bezeichnen; R₂, R₄, R₅, R₆ und R₈ wie im folgenden angegeben sind
Tabelle 2-4 Verbindungen, die durch die allgemeine Formel II ausgedrückt werden, worin R₂, R₃, R₄, R₆, R₇ und R₈ H bezeichnen; R₁ und R₅ wie im folgenden angegeben sind
Chinophthalonfarbstoffe, die bei der Durchführung dieser Erfindung verwendbar sind, werden durch die allgemeine Formel (III) erläutert:
In der allgemeinen Formel III stehen A₁, A₂ und A₃ unabhängig voneinander für Wasserstoffatome, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Arylaminogruppen, Acylaminogruppen, Alkylgruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Alkoxygruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Arylgruppen, die sechs bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, und heterocyclische Gruppen, die vier bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, wobei alle der Gruppen A₁ bis A₃ nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sind.
Ein Beispiel für einen Chinophthalonfarbstoff, der bei der Durchführung dieser Erfindung verwendbar ist, ist:
Perylenfarbstoffe, die bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind, werden durch die allgemeine Formel IV erläutert:
In der allgemeinen Formel IV stehen A₄ und A₅ unabhängig voneinander für Wasserstoffatome, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Arylaminogruppen, Acylaminogruppen, Alkylgruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Alkoxygruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Arylgruppen, die sechs bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, und heterocyclische Gruppen, die vier bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, wobei beide Reste A₄ und A₅ nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sind.
Ein Beispiel für einen Perylenfarbstoff, der bei der Durchführung dieser Erfindung vorzugsweise verwendet wird, ist:
Indigofarbstoffe, die bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind, werden durch die allgemeine Formel V erläutert:
In der allgemeinen Formel V bezeichnen Y₁ und Y₂ unabhängig voneinander NH oder S, und A₆ und A₇ stehen unabhängig voneinander für Wasserstoffatome, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Arylaminogruppen, Acylaminogruppen, Alkylgruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Alkoxygruppen, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten, Arylgruppen, die sechs bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, und heterocyclische Gruppen, die vier bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, wobei A₆ und A₇ nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sind.
Ein Beispiel für einen Indigofarbstoff, der in dieser Erfindung verwendet wird, ist:
Bevorzugte Farbstoffe umfassen die Azofarbstoffe 1 bis 21 in den Tabellen, C. I. Direkt Red 28, C. I. Direct Red 81, die Anthrachinonfarbstoffe 52 bis 57 und 68 bis 77 in den Tabellen und die durch die Formeln III', IV' und V ausgedrückten Farbstoffe. Besonders bevorzugte Farbstoffe sind die Azofarbstoffe 1, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, die Anthrachinonfarbstoffe 53, 54, 72, 73, 74, 76, 77 und die durch die Formeln III', IV' und V' ausgedrückten Farbstoffe.
Bindemittel oder filmbildende Polymere
Die Filme der Erfindung können vollständig aus dem dichroitischen Farbstoff, wie im vorhergehenden beschrieben, bestehen. Der Film kann auch aus Gemischen von Farbstoff plus einem oder mehreren Bindemittelmaterialien bestehen. Diese Bindemittelmaterialien können Verdünnungsmittel oder andere inerte Materialien sein, sollten jedoch derzeit in Mengen von größer als einigen wenigen Prozent filmbildend sein.
Wenn ein Bindemittelmaterial mit einem Farbstoff gemischt wird, sollte es gegenüber sichtbarem Licht im wesentlichen transparent sein und nach dem gewählten Verfahren mit dem Farbstoff zusammen abscheidbar sein. Das heißt, es sollte mit dem Farbstoff verdampfen, mit dem Farbstoff schmelzen oder mit dem Farbstoff in dem Lösemittel der Wahl gelöst werden können. Polymerverbindungen werden typischerweise als das Bindemittel verwendet. Polymerverbindungen mit hervorragender Filmbildungsfähigkeit sind als das Bindemittelmaterial bevorzugt. Beispiele für derartige Polymerverbindungen umfassen Poly(vinylalkohol), Poly(ethylenterephthalat), Polycarbonat, Poly(methylmethacrylat), Polyethylen, Polypropylen, Poly(epsilon-caprolacton) und Copolymere und Derivate derselben. Besonders bevorzugt sind Poly(vinylalkohol), Polycarbonat, Poly(methylmethacrylat), Polyethylen und Poly(epsilon-caprolacton).
Wie im vorhergehenden angegeben, können die Filme dieser Erfindung allein aus Farbstoff bestehen, weshalb das Bindemittel eine optionale Komponente ist. Wenn ein Bindemittel vorhanden ist, ist es jedoch allgemein nicht in Mengen von größer als 99 Gew.-%, nicht größer als etwa 95 Gew.-% und vorzugsweise nicht größer als etwa 90 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Filmzusammensetzung, vorhanden.
Eigenschaften des einen Farbstoff enthaltenden Films
Die Dicke des einen Farbstoff enthaltenden Films kann ebenso wie das dichroitische Verhältnis des Farbstoffs, der molare Absorptionskoeffizient des Farbstoffs und der Ausrichtungsgrad des Farbstoffs in dem Film variiert werden. Eine relativ große Dicke ist zur Herstellung eines gleichförmigen Films ohne Nadellöcher bevorzugt. Relativ dünne Filme sind für eine hohe Ausrichtung bevorzugt. Übermäßig dünne Filme erhöhen die Einzelschichtdurchlässigkeit in unerwünschter Weise, wodurch in den gebildeten Filmen verminderte Polarisationseigenschaften verursacht werden.
Die Dicke der einen Farbstoff enthaltenden Schicht beträgt typischerweise 1 Nanometer bis 1 Mikrometer, insbesondere 5 Nanometer bis 1 Mikrometer, vorzugsweise 10 Nanometer bis 1 Mikrometer und noch bevorzugter 10 Nanometer bis 0,5 Mikrometer.
Der Gehalt des Farbstoffs in dem einen Farbstoff enthaltenden Film kann variiert werden. Für beste Ergebnisse beträgt der Farbstoffgehalt allgemein mehr als 1 Gewichtsprozent. Die Konzentration des Farbstoffs kann im Bereich von bis zu 100 Gewichtsprozent liegen, da einige Filme aus purem Farbstoff gebildet werden. Bevorzugte Konzentrationsbereiche liegen bei 5 bis 100 Gew.-% und insbesondere 10 bis 100 Gew.-%, noch bevorzugter bei 90 bis 100%. Der Rest ist Bindemittel oder dgl.
Der einen Farbstoff enthaltende Film weist typischerweise einen Spitzenwert der Absorption bei 400 bis 800 nm auf. Das dichroitische Verhältnis bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Absorption sollte nicht weniger als 25 und vorzugsweise nicht weniger als 35 betragen. Ein weiteres Charakteristikum dieser Filme besteht darin, dass deren Einzelschichtdurchlässigkeit vorzugsweise im Bereich von 40 bis 80% liegt.
Die Ausrichtungsschicht und das Herstellungsverfahren
Der einen hochorientierten Farbstoff enthaltende Film gemäß dieser Erfindung wird durch Applizieren einer Schicht eines Farbstoffs oder eines Gemischs aus einem Farbstoff und einem Bindemittel über einer Fluorharz-Ausrichtungsschicht hergestellt. Die Ausrichtungsschicht besitzt eine Dicke, die günstige Orientierungseigenschaften zeigt. Die Dicke der Ausrichtungsschicht beträgt 1 Nanometer bis 2 Mikrometer oder spezieller 5 Nanometer bis 1 Mikrometer und vorzugsweise 10 Nanometer bis 0,5 Mikrometer. Das in der Ausrichtungsschicht verwendete Fluorharz kann ein beliebiges festes Fluorharz sein, wobei PTFE, Polytrifluorethylen und Polyvinylidenfluorid (PVDF) bevorzugt sind. PTFE ist besonders bevorzugt.
In einigen Ausführungsformen dieser Erfindung wird die Fluorharz-Ausrichtungsschicht in den Endvorrichtungen eingebaut. In diesem Fall sollte das Fluorharz relativ transparent sein, d. h. es sollte in mindestens einem Teil des sichtbaren Spektrums eine ausreichend kleine Extinktion aufweisen, damit verwendbare Lichtmengen durchdringen kön nen. Wenn der Film von der Ausrichtungsschicht abgenommen wird, steht diese Transparenz offensichtlich zur Debatte.
Die Fluorharz-Ausrichtungsschicht wird durch ein beliebiges bekanntes Verfahren hergestellt. Beispielsweise kann das in US-Patent Nr. 5 180 470 offenbarte Verfahren zur Bildung hochorientierter Filme verwendet werden. Das Verfahren umfasst die Stufe des Reibens eines Fluorharzblocks gegen ein erhitztes Substrat unter Anlegen von Druck. Das Substrat wird vor der Herstellung der Ausrichtungsschicht auf diesem vorzugsweise gereinigt. Das Reinigungsverfahren kann mit dem Material des Substrats variiert werden. Beispielsweise können Glas- oder hitzebeständige Kunststoffsubstrate einem in einer Glühentladungsvorrichtung oder dgl. erzeugten Plasma ausgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat mit einem Fluidum, wie einer Flüssigkeit, gewaschen werden. Diese Flüssigkeit kann eine wässrige, nichtwässrige oder gemischte wässrige/nichtwässrige sein. Eine nichtwässrige Flüssigkeit kann organische Flüssigkeiten, wie niedere Halogenkohlenwasserstoffe, niedere Alkohole, Ketone oder dgl., oder nichtorganische Flüssigkeiten, wie Halogenkohlenwasserstoffe, umfassen. Diese Waschflüssigkeiten können Säuren, Basen, Detergentien, oberflächenaktive Mittel und ähnliche Waschhilfsstoffe enthalten. Um höhere dichroitische Verhältnisse zu erhalten, werden Glassubstrate vorzugsweise mit einer Lösung, die Wasser und Alkali enthält, insbesondere einer gemischten wässrigen/nichtwässrigen Lösung aus einem Alkali und insbesondere einem Alkalimetallhydroxid (am günstigsten Kaliumhydroxid) in einem Lösemittelgemisch von Wasser und einem niederen Alkohol (am günstigsten einem Lösemittelgemisch aus Wasser und Ethanol) gewaschen. Die Heiztemperatur wird mit dem Harztyp variiert, liegt jedoch allgemein im Bereich von 100°C bis etwa 350°C oder zur Zersetzungstemperatur des Harzes, wenn diese niedriger ist. Bevorzugte Temperaturen lie gen im Bereich zwischen 130°C und 330°C. Stärker bevorzugte Temperaturen liegen im Bereich zwischen 250°C und 330°C. Der Druck und die Reibegeschwindigkeit können durch Versuche bestimmt werden, sie liegen jedoch üblicherweise im Bereich zwischen 0,5 und 5 MPa und von 0,01 cm/Sekunde bis 10 cm/Sekunde. Diese Bedingungen stellen Gleichförmigkeit und hervorragende Orientierung der Ausrichtungsschicht sicher.
Herstellungsverfahren
Der einen Farbstoff enthaltende Film kann in einer Ausführungsform durch Vakuumabscheidung eines geeigneten orientierbaren Farbstoffs auf der Fluorharz-Ausrichtungsschicht hergestellt werden. Alternativ können ein geschmolzener Farbstoff oder eine Farbstofflösung auf der Fluorharz-Ausrichtungsschicht appliziert werden. Bei jedem dieser Ansätze kann der einen Farbstoff enthaltende Film ein purer Farbstoff sein oder es kann ein Farbstoff plus Bindemittel oder Polymermaterial sein.
Bei dem Vakuumabscheidungsverfahren wird der Farbstoff (und ein mögliches Bindemittel) unter Vakuum bei einer Temperatur unter dem Zersetzungspunkt des Farbstoffs und/oder Bindemittels erhitzt. Der Farbstoff sublimiert und sammelt sich auf der Ausrichtungsschicht an. Der Farbstoff und das Bindemittel, die in diesem Fall verwendet werden, sollten so gewählt werden, dass sie sich bei Vakuum und Anwendung von Hitze, beispielsweise Temperaturen im Bereich von 125°C bis zu 300°C, nicht zersetzen, sondern abgeschieden werden können.
Bei dem Verfahren, bei dem der Farbstoff als geschmolzene Phase abgeschieden wird, werden der Farbstoff oder Farbstoff plus Bindemittel erneut bei einer Temperatur, die unter dem Zersetzungspunkt für den Farbstoff oder das Bindemittel liegen sollte, geschmolzen und auf die Ausrichtungsschicht appliziert. Der bei diesem Verfahren verwendete Farbstoff sollte durch Anwendung von Hitze schmelzen können und im flüssigen Zustand, erneut typischerweise im Bereich von 125–300°, stabil sein.
Bei dem Verfahren der Applikation, bei dem eine Lösung des Farbstoffs verwendet wird, wird der Farbstoff plus Lösemittel auf die Ausrichtungsschicht appliziert und das Lösemittel anschließend durch Abdampfen entfernt. Der bei diesem Verfahren verwendete Farbstoff sollte eine Löslichkeit in dem Lösemittel von nicht weniger als etwa 0,1 Gewichtsprozent besitzen. Dieser Farbstoff sollte in Lösung stabil sein und zur Lösung fähig sein und einen dünnen gleichförmigen Film bilden können.
Das verwendete Lösemittel ist typischerweise ein organisches Lösemittel, doch kann es im Falle von puren Farbstoffen in einigen Fällen ein wässriges Lösemittel sein. Repräsentative organische Lösemittel zur Verwendung mit Farbstoffen und Farbstoff-Bindemittel-Gemischen sollten aus Kohlenwasserstoffen, Halogenkohlenwasserstoffen, Oxykohlenwasserstoffen und dgl., die einschlägig als Lösemittel für organische Materialien und Polymere bekannt sind, gewählt werden.
Von diesen drei Verfahren ist das Vakuumabscheidungsverfahren derzeit bevorzugt. Derzeit ergibt es den höchsten Grad der Kontrolle der Filmdicke und den höchsten Ausrichtungsgrad.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Film mit anderen Funktionen auf dem einen orientierten Farbstoff enthaltenden Polarisatorfilm aufgelegt werden. Dieser zusätz liche Film kann eine Schutzdeckschicht oder eine Hartbeschichtung, beispielsweise eine aus einem Epoxyharz oder lichthärtenden Harz hergestellte, sein.
Das Substrat
Die Ausrichtungsschicht wird üblicherweise von einem Substrat getragen. In Fällen, in denen der einen ausgerichteten Farbstoff enthaltende Film direkt, d. h. ohne Entfernen von der Ausrichtungsschicht und deren Substrat, verwendet wird, sollte das Substitut wie die Ausrichtungsschicht gegenüber sichtbarem Licht transparent sein und auf dessen Oberfläche ausreichend glatt sein, um einen guten Träger für die Ausrichtungsschicht zu bilden. (Der hier verwendete Ausdruck "transparent" definiert die Eigenschaft eines Materials, dass ein wesentlicher Teil, beispielsweise mindestens etwa 33% einer gewünschten Teillänge von Licht, das darauf einwirkt, durchgelassen wird.)
Bevorzugte Beispiele für das Substrat umfassen Glas, Poly(ethylenterephthalat) und Polycarbonat.
In Fällen, in denen der auf der Ausrichtungsschicht auf dem bildenden Substrat gebildete, einen Farbstoff enthaltende Film abgenommen oder auf ein anderes Substrat übertragen wird, muss das bildende Substrat nicht transparent sein, und Metallplatten, Metallwalzen und metallbeschichtete Platten oder Walzen können als das Substrat verwendet werden. Als ein Substrat verwendete Metallmaterialien können nichtrostender Stahl oder nickelplattierte Metalle sein.
Die Ausrichtungsschicht und der einen Farbstoff enthaltende Film können direkt auf derartigen Substraten gebildet werden, wenn sie ausreichende Hitzebeständigkeit besitzen. Glas ist ein Beispiel für ein Substrat mit ausreichender Hitzebeständigkeit zur direkten Bildung der Ausrichtungsschicht und des einen Farbstoff enthaltenden Films. In den Fällen, in denen das Substrat keine ausreichende Hitzebeständigkeit hat, um den Ausrichtungsfilm direkt auf diesem bilden zu können, werden der Ausrichtungsfilm und der einen Farbstoff enthaltende Film zunächst auf einem Substrat mit ausreichender Hitzebeständigkeit gebildet und dann auf das andere Substrat übertragen, wobei das anschließende Substrat typischerweise transparent und dgl. ist.
Anwendungen der einen Farbstoff enthaltenden Filme
Die einen Farbstoff enthaltenden Filme dieser Erfindung werden als Polarisatoren verwendet. Bei einer derartigen Anwendung wird ein einen Farbstoff enthaltender Film typischerweise auf einem vorgeformten Fluorharz-Ausrichtungsfilm mit der für den Polarisator erforderlichen Fläche gebildet.
Bei einer anderen bevorzugten Anwendung kann der den orientierten Farbstoff enthaltende Film so konfiguriert sein, dass er ein Mikromuster mit einer Breite in der Filmebene von 1 bis 200 Mikrometern umfasst. Ein derartiger Film wird durch zunächst Bemustern einer Ausrichtungsschicht im voraus oder durch Bemustern einer Ausrichtungsschicht nach deren Herstellung unter Verwendung einer Maske hergestellt. Dieses letztere Verfahren, das eine Maske verwendet, wird ohne weiteres durch herkömmliche Lithographieverfahren implementiert und ist daher bevorzugt. Dieses Bemusterungsverfahren wird kurz beschrieben.
Zur Bildung eines Mikropolarisators wird eine Fluorharz-Ausrichtungsschicht zunächst über einem Substrat unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren gebildet. Ein Photoresist wird dann durch Schleuderbeschichtung oder ein anderes geeignetes Verfahren auf der Ausrichtungsschicht appliziert. Der Photoresist kann entweder ein Negativtyp oder ein Positivtyp entsprechend der Maske des gewünschten Musters sein. Der Photoresist wird typischerweise als Lösung appliziert. Nach einer Wärmebehandlung (Vorbrennen) zur Entfernung des Lösemittels der Lösung wird Licht auf den Ausrichtungsfilm mit dessen Maske einwirken gelassen. Die verwendete Lichtquelle wird so gewählt, dass sie eine Wellenlänge und eine Intensität aufweist, die zur Reaktion mit dem Photoresist geeignet ist. Das Muster des Photoresists wird unter Verwendung herkömmlicher Photoresistmaskentechnologie entwickelt. Eine ausreichend große Oberfläche der Ausrichtungsfläche sollte vom Photoresist frei sein, um die Orientierung des Farbstoffs zu ermöglichen. Ein einen Farbstoff enthaltender Film wird anschließend auf der bemusterten Ausrichtungsschicht unter Verwendung von einem der oben beschriebenen Verfahren gebildet. Der Farbstoff wird auf den Bereichen der Ausrichtungsschicht, die belichtet wurden, orientiert. Der Farbstoff wird auf den Bereichen der Ausrichtungsschicht, die mit dem Photoresist bedeckt sind, nicht orientiert. In einer anschließenden Stufe kann der auf dem Photoresist abgelagerte Teil des Farbstoffs zusammen mit dem Photoresist entfernt werden.
Der einen Farbstoff enthaltende Film, der gebildet wurde, trägt ein Mikromuster und er bildet einen feinen Polarisator mit einem hohen Auflösungsgrad und er kann als Farbfilter mit Polarisationseigenschaften verwendet werden.
Der einen Farbstoff enthaltende Film wird in einigen Fällen zusammen mit dem Substrat verwendet. In anderen Fällen kann er, wenn der einen Farbstoff enthaltende Film ausreichende Festigkeit besitzt, von dem Substrat abgenommen werden. In diesem Fall kann der auf dem Substrat gebildete, einen Farbstoff enthaltende Film mechanisch von dem Substrat ab genommen werden oder durch Einweichen des Films in einem geeigneten Trennmittel freigesetzt werden.
Der einen Farbstoff enthaltende Film oder der ein Mikromuster umfassende, einen Farbstoff enthaltende Film, der wie eben beschrieben hergestellt wurde, kann zur Verwendung auf ein anderes Substrat übertragen werden. Wenn dies erfolgt ist, sollte der einen Farbstoff enthaltende Film beispielsweise durch starkes Pressen gegen das Substrat, das bessere Klebeeigenschaften für den Farbstofffilm hat, durch die Verwendung von Hitze oder durch die Verwendung eines Klebmittels an dem neuen Substrat befestigt werden.
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
Eine primäre Anwendung der Filme dieser Erfindung erfolgt als Teil von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind nicht beschränkt, außer dass die Flüssigkristallanzeigevorrichtungen einen Polarisator, der selbst einen einen Farbstoff enthaltenden Film dieser Erfindung umfasst, oder einen Mikropolarisator, der einen ein Mikromuster aufweisenden, einen Farbstoff enthaltenden Film dieser Erfindung enthält, enthalten sollten.
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen dieser Erfindung werden durch Platzieren eines Polarisators geeigneter Größe, der die einen Farbstoff enthaltenden Filme dieser Erfindung umfasst, außerhalb einer Flüssigkristallzelle oder durch ähnliches Platzieren eines Mikropolarisators, der den ein Mikromuster umfassenden, einen Farbstoff enthaltenden Film der Erfindung umfasst, hergestellt.
In einer speziellen Anwendung besitzt der ein Mikromuster aufweisende, einen Farbstoff enthaltende Film der Erfindung ein Bildpunkten entsprechendes Mikromuster und er kann außerhalb der Flüssigkristallzelle oder zwischen der Flüssigkristallschicht und einem der Substrate der Flüssigkristallzelle positioniert sein. Der ein Mikromuster umfassende, einen Farbstoff enthaltende Film der Erfindung kann auch auf der transparenten Elektrode der Flüssigkristallzelle gebildet werden und auf diese Weise in der Flüssigkristallvorrichtung verwendet werden.
1 und 2 sind nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellungen, die Beispiele der Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung der einen Farbstoff enthaltenden Filme der vorliegenden Erfindung erläutern. In 1 und 2 sind Flüssigkristallanzeigevorrichtungen 10 und 20 angegeben, die einen Polarisator gemäß der Erfindung, 1, einen Mikropolarisator gemäß dieser Erfindung, 1'; ein Glassubstrat, 2; eine transparente Elektrode, 3; eine isolierende Ausrichtungsschicht, 4; eine Flüssigkristallschicht, 5; und einen Abstandshalter, 6, umfassen.
In 2 kann, obwohl der Mikropolarisator 1' zwischen der transparenten Elektrode 3 und der isolierenden Ausrichtungsschicht 4 gebildet ist, der Mikropolarisator 1' auch unter der transparenten Elektrode 3 und der isolierenden Ausrichtungsschicht 4 gebildet sein. Die transparente Elektrode 3 ist auf einer Seite des Glassubstrats 2 nahe der Flüssigkristallschicht 5 gebildet, und sie umfasst typischerweise ein transparentes leitfähiges Material, wie ITO (Indiumzinnoxid), In₂O₃ oder SnO₂ oder dgl. Die isolierende Ausrichtungsschicht 4 ist zwischen der transparenten Elektrode 3 und der Flüssigkristallschicht 5 vorhanden. Die isolierende Ausrichtungsschicht 4 kann nur eine Ausrichtungsschicht mit ausreichenden Isoliereigenschaften umfassen oder eine getrennte Ausrichtungsschicht und eine unter der Ausrichtungsschicht gebildete getrennte Isolierschicht umfassen. Die hier verwendete Ausrichtungsschicht 4 können beliebige bekannte organische oder anorganische (oligomere) Filmverbindungen mit niedrigem Molekulargewicht oder polymere Filmverbindungen mit hohem Molekulargewicht sein. Beispiele für die Filmverbindungen mit hohem Molekulargewicht umfassen Polyimid, Polyamid, Poly(amid-imid), Poly(vinylalkohol), Polystyrol, Polyester, Poly(ester-imid) und eine Vielzahl von Photoresists.
Die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in Schicht 5 wird ferner durch Reiben der Polymerausrichtungsschicht 4 mit Gaze oder einem geflockten Polyacetatgewebe verbessert.
Wenn eine getrennte Isolierschicht vorhanden ist, kann diese aus dielektrischen Materialien, wie Titanoxiden, Aluminiumoxiden, Zirconiumoxiden, Siliciumoxiden und Siliciumnitriden und dgl., gewählt sein. Die Ausrichtungsschicht und die Isolierschicht werden nach einem beliebigen geeigneten Verfahren gebildet. Für Polymerausrichtungsschichten wird eine Polymerverbindung oder ein Vorläufer derselben in einem Lösemittel gelöst und durch Siebdruck, Schleuderapplikation oder Tauchbeschichtung appliziert. Für anorganische Ausrichtungsschichten wird eine anorganische Verbindung durch Tauchbeschichtung, Sputtern, Abscheidung oder rhombische Abscheidung appliziert.
Die Dicke der isolierenden Ausrichtungsschicht 4 ist nicht beschränkt. Typische Dickewerte betragen 1 Nanometer bis 2 Mikrometer und vorzugsweise 1 bis 100 Nanometer.
In den Flüssigkristallanzeigevorrichtungen der Erfindung sind ein Paar von Glassubstraten 2, die jeweils eine transparente Elektrode 3 und eine isolierende Ausrichtungsschicht 4 aufweisen, voneinander durch die Abstandshalter 6 beabstandet. Die Abstandshalter 6 können isolie rende Perlen, Fasern oder Filme sein. Typischerweise bestehen diese aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder einem Polymer und sie besitzen einen vorgegebenen Durchmesser oder eine vorgegebene Dicke, die den gewünschten Abstand ergibt. Nachdem das Paar von Glassubstraten 2 mit den Abstandshaltern 6 in diesen beispielsweise mit einem Epoxidklebmittel versiegelt ist, wird ein Flüssigkristallmaterial in den Raum zwischen den Substraten 2 gegossen.
Ein oder zwei Polarisatoren 1, die aus einem einen Farbstoff enthaltenden Film der Erfindung bestehen, sind außen an den Glassubstraten 2 positioniert. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind zwei Polarisatoren 1 außen an den Glassubstraten 2 positioniert. In dem Beispiel von 2 ist ein Mikropolarisator 1', der aus einem ein Mikromuster umfassenden, einen Farbstoff enthaltenden Film der Erfindung besteht, zwischen der transparenten Elektrode 3 und der isolierenden Ausrichtungsschicht 4 der Flüssigkristallzelle positioniert.
Die transparenten Elektroden sind mit einer externen Antriebsschaltung 12 über die Leitungsdrähte 14 und 16 verbunden.
Wie im vorhergehenden beschrieben, wird der einen Farbstoff enthaltende Film der Erfindung ohne weiteres so gefertigt, dass er eine passende Dicke, ein hohes dichroitisches Verhältnis und eine hervorragende Einzelschichtdurchlässigkeit, die zur Verwendung als Polarisator geeignet sind, aufweist. Der Polarisator oder Mikropolarisator und die Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die diese nutzen, besitzen günstige Kontrasteigenschaften.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter beschrieben. Da es viele Modifikationen, Änderungen und Veränderungen der in diesen Beispielen angegebenen speziellen Ausführungsformen ohne Abweichen von der Idee und dem Schutzumfang der wesentlichen Eigenschaften dieser Erfindung geben kann, dienen die Beispiele nur der Erläuterung und sollen nicht als Beschränkung des Umfangs dieser Erfindung betrachtet werden.
Das in diesen Beispielen genannte dichroitische Verhältnis wird als A1/A2 ausgedrückt, wobei A1 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung eines einen Farbstoff enthaltenden Films parallelen Richtung bedeutet und A2 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films senkrechten Richtung bedeutet. Die Extinktionen A1 und A2 werden bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Absorption ermittelt und jeweils durch Subtraktion der einem Substrat zugeordneten Extinktion von dem gemessenen Wert bestimmt.
Beispiel 1
Bildung einer Ausrichtungsschicht
Eine PTFE-Ausrichtungsschicht wurde gemäß dem in US-Patent Nr. 5 180 470 offenbarten Verfahren hergestellt. Ein PTFE-Stab mit einem Durchmesser von 1,0 cm wurde gegen ein auf etwa 300°C erhitztes Glassubstrat (2,5 cm × 8,0 cm) unter Anlegen eines Drucks von etwa 0,7 MPa gepresst. Eine PTFE-Ausrichtungsschicht mit einer Breite von 1,0 cm und einer Länge von 7,0 cm wurde durch Bewegen des Substrats mit einer Geschwindigkeit von 0,1 cm/Sekunde hergestellt.
Bildung eines einen Farbstoff enthaltenden Films
Ein Azofarbstoff G205 (Nihon Kanko Shikiso Co., Ltd.) wurde auf der auf diese Weise hergestellten PTFE-Ausrichtungsschicht aus der Dampfphase abgeschieden. Das Vakuum betrug weniger als 10^–5 Torr und die Geschwindigkeit der Ablagerung betrug 1 nm/Sekunde. Die Dicke des auf diese Weise erhaltenen einen Farbstoff enthaltenden Films betrug 53 nm.
Bewertung des dichroitischen Verhältnisses
Die Extinktion des erhaltenen G205-Films wurde im Bereich von 300 bis 700 nm mit polarisiertem Licht ermittelt. Das dichroitische Verhältnis beim Absorptionsspitzenwert betrug 86, wie in 3 gezeigt ist.
Wie oben hergestellte, einen Farbstoff enthaltende Filme werden mit einer Orientierung einer Verdrillung von 90 Grad auf beiden Seiten einer verdrillten nematischen (TN) Flüssigkristallzelle platziert. Die TN-Flüssigkristallzelle weist eine Variation zwischen keiner Farbe und rot auf, wodurch sich ein günstiger Kontrast zeigt, wenn die Zelle angesteuert wird.
Beispiel 2
Bildung eines einen Farbstoff enthaltenden Films
Ein Azofarbstoff G232 (Nihon Kanko Shikiso Co., Ltd.) wurde auf einer PTFE-Ausrichtungsschicht, die wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt wurde, abgeschieden. Das Vakuum betrug weniger als 10^–5 Torr und die Geschwindigkeit der Ablagerung betrug 1 nm/Sekunde. Die Dicke des auf diese Weise erhaltenen, einen Farbstoff enthaltenden Films betrug 164 nm.
Bewertung des dichroitischen Verhältnisses
Die Extinktion des erhaltenen G232-Films wurde im Bereich von 300 bis 700 nm mit polarisiertem Licht ermittelt. Das dichroitische Verhältnis beim Absorptionsspitzenwert betrug 40, wie in 4 gezeigt ist.
Wie oben hergestellte, einen Farbstoff enthaltende Filme werden mit einer Orientierung einer Verdrillung von 90 Grad auf beiden Seiten einer TN-Flüssigkristallzelle platziert. Die TN-Flüssigkristallzelle weist eine Variation zwischen keiner Farbe und gelb auf, wodurch sich ein günstiger Kontrast zeigt, wenn die Zelle angesteuert wird.
Beispiel 3
Bildung eines ein Mikromuster umfassenden, einen Farbstoff enthaltenden Films
Ein positiver Photoresist MICROPOSIT Photoresist (Shiplay Far East Ltd.) wurde durch Schleuderbeschichtung mit 4000 rpm auf eine PTFE-Ausrichtungsschicht, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, aufgetragen und 30 min bei 90°C wärmebehandelt (vorgebrannt). Die Dicke des Photoresists betrug 1,2 Mikrometer. Die Ausrichtungsschicht mit einer Maske wurde dann mit Licht, das von einer Ultraviolettlichtquelle emittiert wurde, (436 nm und 405 nm, 50 mJ/cm²) belichtet. Die Ausrichtungsschicht wurde dann mit einem Entwickler MICROPOSIT Developer (Shiplay Far East Ltd.) zur Entfernung des Photoresists auf dem bestrahlten Bereich gewaschen. Die minimale Breite des Photoresists und die minimale Breite der belichteten Ausrichtungsschicht betrugen 3 Mikrometer bzw. 5 Mikrometer.
Ein Azofarbstoff G205 (Nikon Kanko Shikiso Co., Ltd.) wurde auf der auf diese Weise hergestellten, ein Mikromuster umfassenden Ausrichtungsschicht abgeschieden. Der Vakuumgrad betrug weniger als 10^–5 Torr und die Ablagerungsgeschwindigkeit betrug 1 nm/Sekunde. Die Dicke des auf diese Weise erhaltenen, einen Farbstoff enthaltenden Films betrug 45 nm.
Bewertung des dichroitischen Verhältnisses
Die Extinktion des erhaltenen G205-Films wurde im Bereich von 300 bis 700 nm mit polarisiertem Licht ermittelt. Das dichroitische Verhältnis beim Spitzenwert der Absorption betrug 14.
Drei Sätze von Messungen wurden gemacht. Ein Satz von Messungen wurde an der ausgerichteten Farbstoffschicht, die in dem Mikromuster zwischen den Photoresistbereichen vorhanden war, durchgeführt. Diese Messungen sind in 5 als Kurve 17 (Extinktion von polarisiertem Licht parallel zu den orientierten PTFE-Ketten) und Kurve 18 (Extinktion von polarisiertem Licht senkrecht zu den orientierten PTFE-Ketten) angegeben. Das dichroitische Verhältnis wurde aufgrund dieser Daten berechnet.
Der zweite Satz von Messungen wurde an dem ein Mikromuster aufweisenden Photoresist selbst durchgeführt. Diese Messungen sind in 5 als Kurve 19 (Extinktion von polarisiertem Licht senkrecht zu den orientierten PTFE-Ketten) und Kurve 20 (Extinktion von polarisiertem Licht parallel zu den orientierten PTFE-Ketten) angegeben.
Der dritte Satz von Messungen wurde an der orientierten PTFE-Schicht selbst durchgeführt. Diese Messungen sind in 5 als Kurve 21 (Extinktion von polarisiertem Licht senkrecht zu den orientierten PTFE-Ketten) und Kurve 22 (Extinktion von polarisiertem Licht parallel zu den orientierten PTFE-Ketten) angegeben. Die Daten aus dem zweiten und dritten Satz von Messungen zeigen, dass das hohe dichroitische Verhältnis weder das Ergebnis des Substrats allein noch des Photoresists allein ist, sondern vielmehr das Ergebnis des Farbstoffs, der auf dem ein Mikromuster umfassenden ausgerichteten PTFE-Substrat vorhanden ist, ist.
Der wie oben hergestellte, ein Mikromuster umfassende, einen Farbstoff enthaltende Film wird zwischen eine Elektrode und eine isolierende Ausrichtungsschicht einer TN-Flüssigkristallzelle platziert, während der einen Farbstoff enthaltende Film von Beispiel 1 mit einer Orientierung einer Verdrillung von 90 Grad auf einer Seite der TN-Flüssigkristallzelle platziert wird. Die TN-Flüssigkristallzelle weist eine Variation zwischen keiner Farbe und rot auf, wodurch ein günstiger Kontrast gezeigt wird, wenn die Zelle angesteuert wird.
Die in 1 oder 2 gezeigte Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird durch Kombination eines Polarisators, der aus einem einen Farbstoff enthaltenden Film besteht, oder eines Mikropolarisators, der aus einem ein Mikromuster umfassenden, einen Farbstoff enthaltenden Film besteht, mit einer Flüssigkristallzelle, die ein Paar von transparenten Substraten mit darauf befindlichen Elektroden und einer zwischen den Substraten positionierten nematischen Flüssigkristallschicht enthält, hergestellt. Die Kristallschicht enthält einen nematischen Flüssigkristall, der eine positive dielektrische Anisotropie aufweist und dessen Helixachse vertikal zum Substrat ausgerichtet ist. Die Kristallschicht ist im wesentlichen horizontal in einem Verdrillungswinkelbereich von nicht weniger als 90 Grad und nicht größer als 270 Grad, wenn keine Spannung angelegt ist, orientiert. Die auf diese Weise hergestellte Flüssigkristallanzeigevorrichtung hat hervorragende Displayeigenschaften, die einen günstigen Kontrast umfassen.
Wie im vorhergehenden beschrieben, wird der einen Farbstoff enthaltende Film der Erfindung, der ein Fluorharz als Ausrichtungsfilm umfasst, ohne weiteres so hergestellt, dass er eine passende Dicke, ein hohes dichroitisches Verhältnis und eine hervorragende Einzelschichtdurchlässigkeit, die für einen Polarisator günstig sind, aufweist. Der Polarisator oder Mikropolarisator und die Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die den einen Farbstoff enthaltenden Film verwenden, weisen günstige Kontrasteigenschaften auf.

Claims

Uniaxial orientierter Film, der eine Schicht, die mindestens 1 Gew.-% an einem dichroitischen Farbstoff aufweist, und eine Fluorharz-Ausrichtungsschicht zur Ausrichtung der Farbstoffmoleküle umfasst, wobei die Farbstoffschicht eine Dicke von 1 Nanometer bis 1 Mikrometer, eine Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion von 400 bis 800 Nanometern und ein als A1/A2 ausgedrücktes dichroitisches Verhältnis, wobei A1 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films parallelen Richtung bedeutet und A2 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films senkrechten Richtung bedeutet, von nicht weniger als 25 bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion aufweist.
Film gemäß Anspruch 1, wobei die Farbstoffschicht ein Mikromuster mit einer Länge und Breite in der Filmebene umfasst, wobei die Breite 1 bis 200 Mikrometer beträgt.
Film gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Farbstoffschicht im wesentlichen aus einem dichroitischen Farbstoff besteht.
Film gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Farbstoffschicht ein Gemisch aus einem Polymerbindemittel und mindestens 10 Gew.-% eines dichroitischen Farbstoffs umfasst.
Film gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Farbstoffschicht 90 bis 100 Gew.-% an einem dichroitischen Farbstoff umfasst.
Film gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Farbstoff ein Aspektverhältnis von nicht weniger als 2 aufweist.
Film gemäß Anspruch 2, wobei die Fluorharz-Ausrichtungsschicht eine ein Mikromuster aufweisende Fluorharz-Ausrichtungsschicht ist.
Film gemäß Anspruch 1 oder 7, wobei das Fluorharz Polytetrafluorethylen ist.
Polarisator, der einen transparenten Träger mit einer planaren Oberfläche, der einen uniaxial orientierten Film gemäß der Definition in Anspruch 1 trägt, umfasst.
Polarisator gemäß Anspruch 9, der ein Mikropolarisator ist, der einen transparenten Träger mit einer planaren Oberfläche, der einen uniaxial orientierten Film gemäß der Definition in Anspruch 2 trägt, umfasst.
Polarisator gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Träger ein Polymerfilm ist.
Polarisator gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Träger eine Glasplatte ist.
Polarisator gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Träger eine transparente Elektrode ist.
Flüssigkristallanzeigevorrichtung (10, 20), die umfasst: eine Flüssigkristallzelle, die ein Paar getrennter transparenter Substrate (2) mit darauf befindlichen Elektroden (3) und eine zwischen den Substraten (2) positionierte nematische Flüssigkristallschicht (5) enthält, wobei die nematische Flüssigkristallschicht (5) eine positive dielektrische Anisotropie und eine senkrecht zu den Substraten (2) ausgerichtete Schraubenachse und ohne das Anlegen einer Spannung eine im wesentlichen horizontale Orientierung mit einem Verdrillungswinkel von 90 bis 270 Grad aufweist, und einen Polarisator (1, 1') gemäß der Definition in Anspruch 9 oder 10, der angrenzend an eine transparente Elektrode (3) der Flüssigkristallzelle positioniert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei sich der Polarisator (1, 1') außerhalb der Zelle befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei sich der Polarisator (1, 1') zwischen der Flüssigkristallschicht (5) und einer transparenten Elektrode (3) befindet.
Verfahren zur Herstellung eines uniaxial orientierten Films gemäß der Definition in Anspruch 1, das umfasst: a) Beschaffen einer festen Fluorharz-Ausrichtungsschicht mit einer Dicke von etwa 1 Nanometer bis etwa 2 Mikrometer und b) Bilden eines Films aus einem filmbildenden Material, der mindestens 1 Gew.-% an einem dichroitischen Farbstoff umfasst und eine Dicke von 1 Nanometer bis 1 Mikrometer und eine Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion von 400 bis 800 Nanometer aufweist, auf der Fluorharz-Ausrichtungsschicht, wodurch ein uni axial orientierter Film mit einem als A1/A2, wobei A1 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films parallelen Richtung bedeutet und A2 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films senkrechten Richtung bedeutet, ausgedrückten dichroitischen Verhältnis von nicht weniger als 25 bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion erhalten wird.
Verfahren zur Herstellung eines uniaxial orientierten Films gemäß der Definition in Anspruch 2, das umfasst: a) Beschaffen einer festen Fluorharz-Ausrichtungsschicht mit einer Dicke von etwa 1 Nanometer bis etwa 2 Mikrometer und einer festgelegten Breite in der Filmebene von 1 bis 200 Mikrometern und b) Bilden eines Films aus einem filmbildenden Material, der mindestens 1 Gew.-% an einem uniaxial orientierten dichroitischen Farbstoff umfasst und eine Dicke von 1 Nanometer bis 1 Mikrometer und eine Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion von 400 bis 800 Nanometer aufweist, auf der Fluorharz-Ausrichtungsschicht, wodurch ein Körper eines uniaxial orientierten Films mit einer festgelegten Breite von 1 bis 200 Mikrometern und einem als A1/A2, wobei A1 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films parallelen Richtung bedeutet und A2 die Extinktion von polarisiertem Licht in einer zur Ausrichtung des einen Farbstoff enthaltenden Films senkrechten Richtung bedeutet, ausgedrückten dichroitischen Verhältnis von nicht weniger als 25 bei der Wellenlänge des Spitzenwerts der Extinktion erhalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei das film bildende Material zusätzlich ein filmbildendes Polymer umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines uniaxial orientierten Films, wobei das Verfahren ein Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18 und die zusätzlichen Stufen c) Abnehmen des Films von der Ausrichtungsschicht und d) Applizieren des Films auf ein Trägersubstrat umfasst.