DE69733987T2

DE69733987T2 - Kompensator

Info

Publication number: DE69733987T2
Application number: DE69733987T
Authority: DE
Inventors: Peter Van De Witte; Albertus Johannes VAN HAAREN; Jan Dirk BROER; Sjoerd Stallinga
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: JPH11509650A; US5978055A; EP0840904B1; MY126383A; WO1997044702A1; KR100508194B1; EP0840904A1; KR19990029026A; DE69733987D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompensator.
Unter einer optisch anisotropen Schicht (oder Retardationsfolie) soll in diesem Zusammenhang eine Schicht verstanden werden, die selbsttragend sein kann oder nicht und die aus einem doppelbrechenden Material hergestellt ist, oder eine Schicht mit einer optisch kompensierenden oder verzögernden Wirkung. Im Fall von Doppelbrechung verändert sich die Brechzahl als Funktion der Richtung des Vektors des elektrischen Feldes, welche Richtung mit einem Lichtstrahl zusammenhängt. Doppelbrechendes Material hat nur eine Achse, für die gilt, dass ein Lichtstrahl, dessen elektrischer Feldvektor entlang dieser Achse verläuft, mit einer außerordentlichen Brechzahl n_e gebrochen wird. Die genannte Achse wird auch als optische Hauptachse des Materials bezeichnet. Im Fall von Lichtstrahlen, deren elektrischer Feldvektor senkrecht zu dieser Achse verläuft, kann die Brechzahl in allen Richtungen gleich sein (ordentliche Brechzahl n_o). Wenn senkrecht zu dieser Achse sich die Brechzahl verändert, dann wird das Material als zweiachsiges Material bezeichnet. In dieser Anmeldung soll unter der optischer Hauptachse einer Schicht (Folie) die mittlere optische Hauptachse entlang der Dicke der Schicht (der Folie) verstanden werden. Abhängig vom Materialtyp und der Struktur der Schicht kann die optische Hauptachse des Materials beispielsweise nur in einer Ebene senkrecht zur Schicht variieren. Die Veränderung tritt beispielsweise in dem Winkel auf, den die optische Hauptachse mit der Ebene der Schicht bildet, so dass sich die effektive Brechzahl über die Dicke der genannten Schicht verändert. Senkrecht zur Schicht gesehen ist: es jedoch auch möglich, dass die Richtung der optischen Hauptachse sich in der Ebene der Schicht ändert. Im erstgenannten Fall kann zwischen Polarisatoren, die einander unter 90° schneiden, eine vollständige Auslöschung zustande gebracht werden; im letztgenannten Fall gibt es immer eine gewisse Restdurchlässigkeit.
Die Anzeigeeinrichtungen werden im Allgemeinen beispielsweise in Monitoren, Fernsehgeräten und beispielsweise Anzeigeeinrichtungen in Kraftfahrzeugen und für Messinstrumente verwendet. Die Kompensatoren können auch in Polarisationsstrahlteilern oder in laseroptischen Systemen für optische Aufzeichnung verwendet werden.
Ein Kompensator der eingangs erwähnten Art wird in der PCT-Anmeldung WO 96/06380 (PHN 15.171 oder US-Anmeldung Nr. 8.516.904) beschrieben. In diesem Kompensator wird eine optisch anisotrope Schicht aus einem cholesterisch geordneten Polymermaterial verwendet, um Grauskala-Inversion in einer verdrillten nematischen Anzeigeeinrichtung entgegenzuwirken. Das Polymermaterial ist in solcher Weise geordnet, dass eine Molekularhelix wahrgenommen werden kann, wobei die Achse der Helix mit einer Oberfläche und mit der Normalen zu einem der Substrate einen Winkel bildet.
In der genannten Patentanmeldung wird die Möglichkeit angedeutet, eine Vielzahl von anisotropen Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften hintereinander anzuordnen. Ein in einer derartigen Struktur möglicherweise auftretendes Problem ist, dass unterschiedliche anisotrope Schichten einander über die Grenzfläche beeinflussen. Außerdem ist die Herstellung einer solchen Gesamtheit aus anisotropen Schichten komplex, weil eine Schicht erst aufgebracht werden kann, nachdem die vorhergehende Schicht ausgehärtet ist.
Es wird auch vorgeschlagen, auf einer oder beiden Oberflächen eines Substrats eine Vorneigung herbeizuführen, wenn flüssiges cholesterisches Material aufgebracht wird. Bei anschließendem Befrieren (Vernetzen) der Struktur wird die Struktur beibehalten, sodass eine Anzahl von Direktoren mit einer Ebene parallel zum Substrat einen Winkel bildet.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen oder mehrere der genannten Nachteile zu beseitigen. Die Erfindung strebt weiterhin danach, einen Kompensator zu verschaffen, der unter anderem in Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen verwendet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßer Kompensator entsprechend dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Die Retardationsfolien können aus anorganischem oder organischem Material hergestellt sein.
Da der lichtdurchlässige Träger (Substrat) zwischen den Retardationsfolien (optisch anisotropen Schichten) liegt, können die optischen Eigenschaften jeder einzelnen Retardationsfolie vollständig unabhängig von den anderen Retardationsfolien eingestellt werden, insbesondere wenn auch die zweite Retardationsfolie zumindest eine optische Hauptachse hat, die relativ zur Oberfläche und zur Normalen der Oberfläche der zweiten Retardationsfolie geneigt ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn über einen Ausrich tungseffekt des Trägers (beispielsweise durch Reiben oder die Verwendung einer Vorneigungsschicht) den anisotropen Schichten eine bevorzugte Richtung der optischen Hauptachse auferlegt wird, weil sich ein solcher Ausrichtungseffekt beispielsweise im Fall von anisotropen Schichten aus polymerisiertem flüssigkristallinem Material über eine Vielzahl von Monoschichten dieses Materials erstreckt. Die auf die Monoschichten der ersten Retardationsfolie ausgeübte Ausrichtkraft des Trägers kann über die Monoschichten der ersten Retardationsfolie auch auf die Monoschichten einer zweiten Retardationsfolie eine Wirkung haben. Dadurch kann der Einfluss einer auf die ersten Monoschichten einer zweiten Retardationsfolie wirkenden Ausrichtkraft ungünstig beeinflusst werden. Auch wenn eine der Retardationsfolien eine optische Hauptachse hat, die nicht relativ zur Oberfläche und der Normalen der Oberfläche der betreffenden Retardationsfolie geneigt ist, ist es vorteilhaft, die Retardationsfolien auf beiden Seiten des Trägers anzubringen, da beispielsweise beide Seiten vorher und gleichzeitig durch Reiben bearbeitet werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompensators ist dadurch gekennzeichnet, dass, senkrecht zum Träger gesehen, die optischen Hauptachsen der Retardationsfolien einander nahezu unter rechtem Winkel schneiden.
Bei der Herstellung einer Retardationsfolie kann der Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle (Direktorprofil) durch Verwendung eines Polymermaterials erhalten werden, das aus einem Flüssigkristallmonomer gebildet worden ist.
Im Prinzip können als Material für die Retardationsfolien alle flüssigkristallinen Polymermaterialien verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch flüssigkristalline Polymermaterialien verwendet, die das Reaktionsprodukt von Monomeren oder einer Mischung aus Monomeren sind, die eine reaktive Gruppe aufweisen. Solche Polymermaterialien haben den Vorteil, dass die flüssigkristallinen Gruppen vor der Polymerisation orientiert werden können. Polymerisation bewirkt, dass eine solche Orientierung gleichsam eingefroren wird. Es sei bemerkt, dass eine solche Mischung zusätzlich nichtreaktive (flüssigkristalline) Materialien und/oder nichtflüssigkristalline Monomere umfassen kann. Die reaktiven Monomere umfassen vorzugsweise eine flüssigkristalline Gruppe.
Für die reaktive Gruppe können Vinylether, Thiolensysteme oder Epoxidgruppen verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch reaktive Gruppen in Form von (Meth)Acrylatgruppen eingesetzt. Monomere mit einer (Meth)Acrylatgruppe erwiesen sich als hervorragend verarbeitbar. Im Prinzip können die Monomere thermisch polymerisiert werden. In der Praxis ist Radikalpolymerisation unter dem Einfluss von aktinischer Strah lung, insbesondere UV-Licht, die beste Möglichkeit, die Monomere zu polymerisieren. Dies hat den Vorteil, dass Fachkundige die Temperatur, bei der die Mischung polymerisiert werden sollte, selbst wählen können. Die Wahl der Temperatur ist häufig sehr wichtig, da die flüssigkristallinen Eigenschaften der zu polymerisierenden Mischung in wesentlichem Maße durch die Temperatur bestimmt werden.
Vorzugsweise umfasst die zu polymerisierende Mischung auch Monomere, die zwei oder mehr reaktive Gruppen des oben genannten Typs haben. Während der Polymerisation führt das Vorhandensein solcher Monomere zur Bildung eines dreidimensionalen Netzes. Dies bewirkt, dass die optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Retardationsfolie weniger empfindlich gegen Temperaturveränderungen werden. Insbesondere für Folien, die bei unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt werden, ist eine solche geringe Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften sehr günstig.
Flüssigkristallmoleküle, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, entsprechen der allgemeinen Formel A-B-M-(B)-(A).
In dieser Formel stellt M eine Gruppe da, deren chemische Struktur und starrer Bau bewirken, dass das Molekül sehr anisotrop wird. Geeignete M-Gruppen werden unter anderen in dem US-Patent 4.398.803 und in WO 95/24454 offenbart. B stellt eine so genannte Spacergruppe da. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften umfassen die verwendeten Monomere eine oder zwei Spacergruppen. Spacergruppen sind auch aus den oben genannten Patentschriften bekannt. A repräsentiert eine reaktive Gruppe des oben erwähnten Typs. Die Flüssigkristallmoleküle können eine oder zwei reaktive Gruppen umfassen. Wie oben festgestellt, kann ein Teil der Flüssigkristallmoleküle in der Mischung nicht reaktiv sein. In diesem Fall umfassen diese Moleküle keine A-Gruppen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das polymerisierte Material Flüssigkristallmoleküle umfasst, die an dem einen Ende mit einer unpolaren Gruppe und an den anderen Ende mit einer polaren Gruppe versehen sind. Das Vorhandensein dieser Art von Flüssigkristallmolekülen bewirkt, dass das flüssigkristalline Material der zu polymerisierenden Mischung in kurzem Abstand vom Substrat die homeotrope Phase annimmt. Daher findet die gewünschte Ordnung der Neigung in dem flüssigkristallinen Material der Retardationsfolie nahezu spontan statt. Folglich sind in diesem Fall Behandlungen mit elektrischen Feldern zum Herbeiführen der genannten Neigung überflüssig. Dies vereinfacht die Herstellung solcher Folien.
Flüssigkristallmoleküle mit einem polaren Ende und einem unpolaren Ende entsprechen der allgemeinen Formel R-B-M-Z wobei B und M die oben erwähnte Bedeutung haben. In diesem Fall dient die Spacergruppe B als unpolare Gruppe des Moleküls und Z repräsentiert eine polare Gruppe, wie z.B. -CN, -OH, -NO₂, -COOH oder -C(O)O-CH₃, aber auch Phosphate, Phosphonate und Sulphonate sind möglich. R repräsentiert einen weiteren Substituenten.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem mit der unpolaren Gruppe versehenen Ende die Flüssigkristallmoleküle kovalent an das polymerisierte Material gebunden sind. Dies wird erreicht, wenn für R eine reaktive Gruppe des oben erwähnten Typs verwendet wird. Dank dieser Maßnahme nimmt die Empfindlichkeit der optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Retardationsfolie gegen Veränderungen der Temperatur ab. Insbesondere für Folien, die bei unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt werden, ist eine solche geringe Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften sehr günstig. Dank dieser Maßnahme können die Folien auch kurzzeitig (beispielsweise bei der Lagerung oder beim Transport oder bei Automobilanwendungen) sehr hohe Temperaturen aushalten, ohne dass die molekulare Ordnung verloren geht.
Die Neigung kann im Wesentlichen einheitlich sein. Alternativ kann während der Herstellung der Anzeigeeinrichtung in einer oder beiden Grenzflächen eine Vorneigung herbeigeführt werden, beispielsweise mit Hilfe des in US-Patent 5.155.610 beschriebenen Verfahrens. In Abhängigkeit von dieser Vorneigung kann die optisch anisotrope Schicht beispielsweise eine kombinierte „Splay and Bend"-Verformung (Spreizung und Biegung) aufweisen. Während der Herstellung ist es auch möglich, das endgültige Direktorprofil mit Hilfe von elektrischen und/oder magnetischen Feldern zu beeinflussen. Dies kann beispielsweise zu einer bevorzugten Richtung für die Direktoren führen. Eine solche bevorzugte Richtung kann auch während der Polymerisation in der smektischen C-Phase von flüssigkristallinen Materialien erhalten werden.
Vorzugsweise wird ein Kompensator (mit Retardationsfolien versehener Träger) als ein einziger Körper hergestellt und dann mit der Anzeigeeinrichtung kombiniert. Die Retardationsfolien können jedoch auch einzeln aufgebracht werden. Eine bevorzuge Ausführungsform einer solchen Retardationsfolie ist dadurch gekennzeichnet, dass das flüssigkristalline Material Flüssigkristallmoleküle umfasst, die am Ort des Trägers na hezu parallel zum Träger oder unter einem kleinen Winkel relativ zum Träger und an einer freien Oberfläche des flüssigkristallinen Materials überwiegend senkrecht zu der genannten Oberfläche orientiert sind (so genannte homeotrope Ausrichtung).
In Abhängigkeit von der Dicke der Schicht wird in dieser Schicht eine nahezu homeotrope Ausrichtung an der Oberfläche erreicht; in der Praxis ist der Neigungswinkel an der Oberfläche der Schichten für die Mehrzahl der Flüssigkristallmoleküle kleiner als 90°.
Die homeotrope Ausrichtung bewirkt, dass die Moleküle auf eine als nächstes aufzubringende Schicht eine Ausrichtkraft ausüben, sodass die bevorzugte Ausrichtung von Molekülen in dieser Schicht beispielsweise anfangs homeotrop ist. In diesem Fall wird jedoch eine horizontale Ausrichtkraft, die beispielsweise durch mechanisches Scheren verursacht wird, durch die darunter liegende Schicht nicht beeinflusst.
Somit ist ein weiterer erfindungsgemäßer Kompensator dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (der genannten Retardationsfolie) mit einer zweiten Schicht versehen ist, die vollständig oder teilweise polymerisiertes oder glasiertes flüssigkristallines Material umfasst, das Flüssigkristallmoleküle enthält, die am Ort der ersten Schicht überwiegend senkrecht zum Träger orientiert sind und am Ort der freien Oberfläche des Materials der zweiten Schicht überwiegend parallel zur Oberfläche der zweiten Schicht orientiert sind. In einer Variante ist die erste Schicht mit einer zweiten Schicht versehen, die vollständig oder teilweise polymerisiertes oder glasiertes flüssigkristallines Material umfasst, das Flüssigkristallmoleküle enthält, die am Ort der ersten Schicht überwiegend senkrecht zum Träger und an der Oberfläche der zweiten Schicht überwiegend parallel zur freien Oberfläche des Materials der zweiten Schicht orientiert sind.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen deutlich und sollen anhand dieser Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung,
2, 3 und 4 schematisch Kompensatoren gemäß der Erfindung,
5, 6 und 7 Varianten des Kompensators von 2,
8 einen anderen Kompensator gemäß der Erfindung,
9 die Strukturformeln einer Anzahl von verwendeten Materialien und
10 noch einen anderen erfindungsgemäßen Kompensator.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung, die eine Flüssigkristallzelle 1 umfasst, mit in diesem Beispiel einem verdrillten nematischen flüssigkristallinen Material 2, das sandwichartig zwischen zwei Substraten 3, 4 auf beispielsweise Glas liegt, die mit Elektroden 5, 6 versehen sind. Die Anordnung umfasst weiterhin zwei Polarisatoren 7, 8, deren Polarisationsrichtungen einander unter rechten Winkeln schneiden. Die Zelle enthält weiterhin Orientierungsschichten (nicht abgebildet), die das flüssigkristalline Material an den Innenflächen der Substrate ausrichten, in diesem Beispiel in Richtung der Polarisationsachsen der Polarisatoren, so dass die Zelle einen Drillwinkel von 90° hat. In diesem Fall hat das flüssigkristalline Material eine positive optische Anisotropie und eine positive dielektrische Anisotropie. Somit richten sich bei an die Elektroden 5, 6 angelegter Spannung die Moleküle und damit die Direktoren dem Feld entsprechend aus. Daher verlaufen alle Moleküle im Idealfall nahezu senkrecht zu beiden Substraten. In der Praxis erfordert diese Situation jedoch eine zu hohe Spannung; bei üblichen Spannungen bilden die Moleküle mit der Normalen auf die Substrate 3, 4 einen kleinen Winkel. Infolge dessen schaut der Betrachter unter bestimmten Winkeln praktisch in Richtung der Moleküle und unter anderen Winkeln eher senkrecht auf die Moleküle, sodass Licht, das noch bei dieser Spannung durchgelassen wird, einer wesentlichen und zudem asymmetrischen Winkelabhängigkeit unterliegt. Diese Winkelabhängigkeit kann mit Hilfe eines Kompensators verringert werden, der aus einer oder mehreren Retardationsfolien gebildet ist, in diesem Beispiel zwei Retardationsfolien 9^a , 9^b , die überwiegend polymerisiertes flüssigkristallines Material umfassen, das Flüssigkristallmoleküle mit einem Neigungswinkel relativ zu den Substraten enthalt, wobei die mittleren Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in beiden Retardationsfolien, senkrecht zu den Substraten gesehen, miteinander einen Winkel von 90° bilden. Die polymerisierten Flüssigkristallmoleküle der Retardationsfolie 9^a verlaufen in diesem Beispiel parallel zur Polarisationsrichtung des Polarisators 8 und haben einen mittleren Neigungswinkel von 30°. In diesem Beispiel verlaufen die polymerisierten Flüssigkristallmoleküle der Retardationsfolie 9^b parallel zur Polarisationsrichtung des Polarisators 9 und haben auch einen mittleren Neigungswinkel von 30°.
Einerseits ist der mittlere Neigungswinkel in den Retardationsfolien 9^a , 9^b vorzugsweise größer als 5°, weil kleinere Winkel kaum zu einer Verbesserung der Grauska la-Inversion und Winkelabhängigkeit führen. Andererseits sollte dieser Neigungswinkel vorzugsweise 70° nicht überschreiten, weil anderenfalls die Retardationsfolien zu viel axiale Symmetrie als Funktion des Betrachtungswinkels bekommen. Die besten Ergebnisse werden bei Werten zwischen 10° und 40° erhalten.
Die Retardationsfolien können hergestellt werden, indem beispielsweise beide Seiten einer Trägerplatte oder eines Substrats 10 mit Orientierungsschichten 11, beispielsweise in antiparallelen Richtungen geriebenes Polyimid oder Polyvinylalkohol, versehen werden, so dass eine große Neigung erhalten wird. Anstelle von geriebenem Polyimid kann auch ein geeignetes linear polarisiertes photoempfindliches Material verwendet werden (beispielsweise ein Polymer wie Poly(Vinyl 4-Methoxy-Cinnamat), um die Flüssigkristallmoleküle auszurichten. Vorzugsweise wird jedoch ein Substrat 10 aus einer einzelnen Schicht von Triacetatzellulose verwendet, auf der nötigenfalls eine Ausrichtungsschicht (Orientierungsschicht) 11 aus Polyvinylalkohol aufgebracht ist, wobei das Substrat an beiden Seiten in zueinander senkrechten Richtungen gerieben ist.
Das auf dem so vorbereiteten Substrat aufgebrachte flüssigkristalline Material umfasst Flüssigkristallmoleküle, die am Ort des Substrats den Ausrichtungseffekt des Substrats annehmen (durch Reiben und auf andere Weise in einer Orientierungsschicht 11 erzeugt) und an einer freien Oberfläche in einer Richtung orientiert werden, die überwiegend senkrecht zu der genannten Oberfläche steht (homeotrope Ausrichtung). Daher wird die Orientierung der Moleküle am Substrat nahezu planar oder mit einem kleinen Neigungswinkel sein (in 2 durch die Direktoren 12 in der Retardationsfolie 9^a angedeutet). In einer darauf folgenden Schicht wird der Ausrichteinfluss der Orientierungsschicht geringfügig verringert sein, so dass diese Schicht mehr homeotrop ausrichtende Moleküle enthält und der mittlere Neigungswinkel der Direktoren 12' geringfügig größer ist. Die Ausrichtung der Moleküle an der Oberfläche ist nahezu ausschließlich homeotrop (Direktoren 12''). Auch in der Retardationsfolie 9^b nimmt der mittlere Neigungswinkel durch die Folie hindurch von nahezu 0° an der Orientierungsfläche bis auf eine spezielle Größe an der freien Oberfläche zu (bis zu 90°, abhängig von der Dicke der Folie). Ein mittlerer Neigungswinkel von 90° ist jedoch nicht absolut notwendig.
Nötigenfalls kann die Retardationsfolie 9^b auch die Form eines Retardationsfilters haben, dessen Hauptachse nicht geneigt ist.
Eine geeignete Mischung für das flüssigkristalline Material umfasst 40 Gew.-% eines reaktiven LC-Materials (eine Mischung aus 25 Gew.-% 296 (siehe a, 9) und 75 Gew.-% 716 (siehe b, 9)) und 60% einer nichtreaktiven Cyanbiphenyl-Mischung. Diese Mischung wurde durch Eintauchen des gesamten Substrats oder durch Aufschleudern auf die geriebenen Oberflächen aufgebracht, woraufhin es mit Hilfe von UV-Strahlung in einer Stickstoffatmosphäre polymerisiert oder glasiert wurde. Da einerseits die Moleküle mit einem kleinen Neigungswinkel an der Trägerfläche orientiert werden und sich andererseits mehr Moleküle nahezu homeotrop an der freien Oberfläche ausrichten, wird ein mittlerer Neigungswinkel a erhalten (2). Eine gleichartige Struktur wird mit Molekülen erhalten, die eine homeotrope Ausrichtung auf dem Substrat und eine planare Ausrichtung an der Oberfläche annehmen. Dies kann auch mit anderen Verfahren (Aufbringen mit einer Rakel) und Substraten (direkt auf Glas) erreicht werden. Eine andere Mischung, die kein nichtreaktives flüssigkristallines Material umfasst, so dass die Festigkeit der Schicht erhöht wurde, war aus 25 Gew.-% 296 (siehe a, 9) und 75 Gew.-% 76 (siehe c, 9) zusammengesetzt.
Der Kompensator 9 wird gebildet, indem beide Seiten des Substrats mit zwei derartigen Retardationsfolien mit veränderlichen Neigungswinkeln versehen werden.
Eine Abwandlung, in der beide Retardationsfolien auf einer Seite des Substrats liegen, wird in 3 gezeigt. Da in diesem Beispiel die Moleküle 12'' der Retardationsfolie 9^a an der Grenzfläche zwischen den Retardationsfolien 9^a und 9^b homeotrop ausgerichtet sind, kann die homeotrope Ausrichtung in einfacher Weise in der Retardationsfolie 9^b herbeigeführt werden, die über der Retardationsfolie 9^a liegt. Wenn die Mischung genügend viele Moleküle enthält, die dazu neigen, eine planare Ausrichtung anzunehmen, dann nimmt der Neigungswinkel wieder ab, so dass ein mittlerer Winkel von ungefähr 25° gebildet wird. Die bevorzugte Richtung in der Retardationsfolie 9^b wird beispielsweise durch mechanisches Scheren oder durch Überdecken des gesamten Kondensators während der Polymerisationsoperation mit einer dünnen Schicht (Film), die mit einer Orientierungsschicht versehen ist, eingebracht.
In der in 4 gezeigten Retardationsfolie ist der Neigungswinkel in Folie 9^b an der Grenzfläche zwischen den Retardationsfolien 9^a und 9^b mit Hilfe einer Reibbehandlung nahezu parallel zur Grenzfläche gemacht worden. Eine dünne transparente, optisch isotrope Schutzschicht 15 ist aufgebracht, um die darunter liegende senkrechte Ausrichtung nicht zu stören.
Die Richtungen der Orientierung, wie sie in 2 für die Schichten 9 gezeigt werden (kombinierte Spreizungs- (Splay) und Biegungs- (Bend)-Konfiguration), wo bei der Neigungswinkel an der freien Oberfläche auch kleiner als 90° sein kann, können auch durch Verwendung eines flüssigkristallinen Ausgangsmaterials erhalten werden, das spontan eine solche Konfiguration annimmt, weil das Verhältnis K₁₁/W zwischen der elastischen Konstante K₁₁ und dem (polaren) Verankerungsenergiekoeffizienten W kleiner als 300 nm gewählt ist.
Nachdem ein Substrat orientiert worden ist, wird es mit Hilfe der oben beschriebenen Verfahren mit dem flüssigkristallinen Material beschichtet, woraufhin ein Polymerisationsschritt ausgeführt wird.
5 zeigt eine Variante des in 2 gezeigten Kompensators, in dem die Retardationsfolien 9^a , 9^b Teilschichten 19, 19', 19'' und 19''' umfassen. In diesem Fall sind die Neigungswinkel in jeder der Teilschichten 19 nahezu gleich. Hinsichtlich der Retardationsfolie 9^a verlaufen die Orientierungsrichtungen der zugehörigen Moleküle (mit Hilfe der Direktoren 12, 12', 12'' und 12''' angedeutet) und damit die optischen Hauptachsen in diesem Beispiel in der Zeichenebene und hinsichtlich der Retardationsfolie 9^b in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene. Die optische Hauptachse der Retardationsfolie 9^a kann auch in einer anderen geeigneten Ebene verlaufen, die nicht gleich der Zeichenebene ist.
In der in 6 gezeigten Einrichtung bilden die Orientierungsrichtungen der zugehörigen Moleküle (mit Hilfe der Direktoren 12, 12', 12'' und 12''' angedeutet) in aufeinander folgenden Teilschichten 19, 19', 19'', 19''' der Retardationsfolie 9^a miteinander einen kleinen Winkel. Daher verläuft die optische Hauptachse der Retardationsfolie 9^a in einer Ebene, die mit der Zeichenebene einen Winkel bildet. In gleicher Weise bilden die Orientierungsrichtungen der zugehörigen Moleküle (mit den Direktoren 12, 12', 12'' und 12''' angedeutet) in aufeinander folgenden Teilschichten 19, 19', 19'', 19''' der Retardationsfolie 9^b miteinander einen kleinen Winkel. Daher verläuft die optische Hauptachse der Retardationsfolie 9^b in einer Ebene, die mit der Ebene senkrecht zur Zeichenebene einen Winkel bildet. Beide optischen Hauptachsen schneiden einander beispielsweise unter einem Winkel zwischen 60 und 120°.
In der in 6 gezeigten Einrichtung sind die Orientierungsrichtungen der Moleküle in aufeinander folgenden Teilschichten 19 an der Grenze zwischen zwei Teilschichten unterschiedlich, während sie in der in 7 gezeigten Einrichtung nahezu gleich sind. Trotzdem unterscheidet sich die Orientierungsrichtung von Direktor 12' in der Retardationsfolie 9^a von der von Direktor 12 infolge der Tatsache, dass eine kleine Menge einer chiralen Komponente der zu polymerisierenden oder glasierenden Mischung aus flüs sigkristallinen Materialien hinzugefügt worden ist. Die polymerisierte (glasierte) Teilschicht 19 dient als Orientierungsschicht für die Teilschicht 19' in einem nachfolgenden Prozessschritt. Nötigenfalls kann das Material der Teilschicht 19' wieder eine kleine Menge einer chiralen Komponente enthalten. Die betreffende chirale Komponente kann die gleiche Chiralität haben, so dass der Winkel, den die optische Hauptachse der vollständigen Retardationsfolie mit der Zeichenebene bildet, hinsichtlich des Winkels, den die optische Hauptachse der Teilschicht 19 mit der Zeichenebene bildet, zugenommen hat. Bei einer entgegengesetzten Chiralität ist der Winkel, den die optische Hauptachse der Retardationsfolie mit der Zeichenebene bildet, verringert; abhängig von der Menge der chiralen Komponente und der Dicke der Teilschicht 19' kann die optische Hauptachse der vollständigen Retardationsfolie wieder in der Zeichenebene verlaufen. Natürlich sind auch viele Zwischenformen möglich.
8 zeigt einen Kompensator 9 mit einem transparenten Träger 9 und Retardationsfolien 9^a , 9^b auf den zwei unterschiedlichen Seiten des Trägers 10, wobei die optischen Hauptachsen der genannten Retardationsfolien mit dem Träger (beispielsweise a) einen Winkel bilden und einander (rechtwinklig) schneiden. Die Retardationsfolien 9^a , 9^b können erhalten werden, indem ein geeignetes Material, wie z.B. Tantaloxid oder Wolframoxid, schräg aufgedampft wird. Da in diesem Fall die Richtung der optischen Hauptachse ausschließlich durch die Aufdampfrichtung bestimmt wird, können die Retardationsfolien so auf beiden Seiten von Substrat 10 aufgebracht werden, dass sie zwischen den optischen Hauptachsen einen Winkel umschließen. Es ist auch möglich, Teilschichten zu verwenden, ähnlich wie in 3. Andere geeignete Materialien sind Siliciumoxid oder Titanoxid. Diese Materialien können beispielsweise auf einer transparenten Sägezahnstruktur aufgebracht werden.
Obwohl in oben genannten Beispielen die Retardationsfolien 9^a , 9^b auf den beiden unterschiedlichen Seiten der Träger 10 eine solche Struktur haben, dass die optische Achse der Retardationsfolie relativ zur Normalen zur Oberfläche der Retardationsfolie geneigt ist, kann eine der zwei Retardationsfolien als einachsige Folie ausgebildet sein, beispielsweise mit einer optischen Hauptachse, die parallel zum Träger verläuft. In 10 wird ein mögliches Beispiel dargestellt. Auf einer Seite des Trägers 10 ist eine Retardationsfolie 9^a aufgebracht, während auf der anderen Seite eine einachsige Folie 9^c vorgesehen ist.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung einen Kompensator (beispielsweise für eine Flüssigkristallanzeigeeinrichtung), welcher Kompensator eine Retardationsfolie umfasst, die eine geneigte optische Hauptachse hat und zusätzlich eine zweite optische Schicht, die auf unterschiedlichen Seiten eines transparenten Trägers aufgebracht ist, was eine einfachere Fertigung ermöglicht.

Claims

Kompensator (9) mit: einem lichtdurchlässigen Träger (10), einer auf dem Träger aufgebrachten ersten Orientierungsschicht (11), einer ersten optisch anisotropen Schicht (9a), von der zumindest eine mittlere optische Hauptachse (12¹) über die Dicke der anisotropen Schicht relativ zur Oberfläche der ersten Orientierungsschicht geneigt ist und die auf der ersten Orientierungsschicht aufgebracht ist, einer zweiten Orientierungsschicht (11, 15) und einer zweiten optisch anisotropen Schicht (9b), von der zumindest eine mittlere optische Hauptachse (12¹ ) über die Dicke der anisotropen Schicht relativ zur Oberfläche der zweiten Orientierungsschicht geneigt ist und die auf der zweiten Orientierungsschicht aufgebracht ist, wobei die beiden optisch anisotropen Schichten auf unterschiedlichen Seiten der zweiten Orientierungsschicht aufgebracht sind.
Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optisch anisotrope Schicht (9b) zumindest eine mittlere optische Hauptachse hat, die relativ zu einer Oberfläche der zweiten optisch anisotropen Schicht (9b) geneigt ist.
Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optisch anisotrope Schicht (9b) eine einachsige Folie ist, deren optische Hauptachse parallel zur Oberfläche des Trägers verläuft.
Kompensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, senkrecht zum Träger gesehen, die optischen Hauptachsen der optisch anisotropen Schichten (9a, b) einander nahezu unter rechtem Winkel schneiden.
Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine optisch anisotrope Schicht überwiegend polymerisiertes oder glasiertes, nematisches flüssigkristallines Material umfasst, wobei die Flüssigkristallmoleküle in dem polymerisierten oder glasierten flüssigkristallinen Material parallel zur optischen Hauptachse orientiert sind und einen Neigungswinkel relativ zu einer Oberfläche des Trägers aufweisen.
Kompensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkelgröße in den optisch anisotropen Schichten, vom gemeinsamen Träger aus gesehen, von den Oberflächen des Trägers aus zunimmt.
Kompensator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass, senkrecht zur Retardationsfolie gesehen, die Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle in dem polymerisierten oder glasierten, nematischen flüssigkristallinen Material in zumindest einer der optisch anisotropen Schichten zunehmen oder abnehmen.
Kompensator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle in dem polymerisierten oder glasierten, nematischen flüssigkristallinen Material in einer optisch anisotropen Schicht einen nahezu konstanten Wert haben.
Kompensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle in dem polymerisierten oder glasierten, nematischen flüssigkristallinen Material in der optisch anisotropen Schicht zwischen zumindest 5 Grad und maximal 70 Grad liegen.
Kompensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle in dem polymerisierten oder glasierten, nematischen flüssigkristallinen Material in der optisch anisotropen Schicht zwischen zumindest 10 Grad und maximal 40 Grad liegen.
Kompensator nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssigkristalline Material Flüssigkristallmoleküle umfasst, die am Ort des Trägers überwiegend senkrecht zum Träger und an einer freien Oberfläche des flüssigkristallinen Materials parallel zur Oberfläche oder unter einem kleinen Winkel relativ zu der genannten Oberfläche orientiert sind.
Kompensator nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das nematische, polymerisierte oder glasierte Material Flüssigkristallmoleküle umfasst, die an dem einen Ende mit einer unpolaren Gruppe und an den anderen Ende mit einer polaren Gruppe versehen sind.
Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine optisch anisotrope Schicht ein Material aus der von Tantaloxid, Wolframoxid, Siliciumoxid und Titanoxid gebildeten Gruppe umfasst.