DE69829332T2

DE69829332T2 - Strahlteiler zur Erzeugung von zirkular polarisiertem Licht, Verfahren zu seiner Herstellung und Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69829332T2
Application number: DE69829332T
Authority: DE
Inventors: Hironori Ibaraki-shi Motomura; Tadayuki Ibaraki-shi Kameyama; Naoki Ibaraki-shi Takahashi
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: KR19980087393A; DE69829332D1; US6016177A; KR100494001B1; TW494258B; JPH1144816A; JP3552084B2; EP0881510A2; EP0881510B1; EP0881510A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zirkulär polarisierte getrennte Platte und ein optisches Element, in denen cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten in engem Kontakt miteinander laminiert sind, die eine Polarisationslichtquellenvorrichtung ausbilden können, die in der Effizienz der Lichtausbeute exzellent ist, und eine Flüssigkristallanzeige, die in ihrer Helligkeit exzellent ist, um gute Sichtbarkeit zu ergeben.
Hintergrund der Erfindung
Konventionell sind zirkulär polarisierte getrennte Platten, die jeweils zwei oder mehr cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten umfassen, die sich in der Wellenlängenregion des reflektierten Lichts unterscheiden, die durch eine Haftschicht miteinander verklebt sind, aus der US-A-4725460 oder der JP-A-1-133003 bekannt (der Begriff „JP-A", wie er hierin verwendet wird, bedeutet eine „nicht geprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung"). Die Laminierung der cholesterischen Flüssigkristallschichten dient der Vergrößerung der Wellenlängenregion des reflektierten Lichts. Das bedeutet, die Wellenlänge (λ) des Lichts, das von einer cholesterischen Flüssigkristallschicht reflektiert wird, wird durch n_op cosϴ< λ > n_ep cosϴ, basierend auf den Refraktionsindexes des normalen Lichts und des außergewöhnlichen Lichts durch Doppelbrechung (n_o, n_e) und die helikale Neigung (p) beschrieben, wobei der Einfallwinkel e angenommen wird.
Jedoch sind die Werte von n_o und n_e, die oben beschrieben werden, nicht so groß. Der Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts ist daher enger als der von sichtbarem Licht, so dass Licht, das durch eine cholesterische Flüssigkristallmonoschicht durchgeleitet wird, und Licht, das daraus reflektiert wird, farbig aussieht, was selektive Reflektion oder zirkulär polarisierter Dichromatismus genannt wird. Dem entsprechend werden verschiedene Arten von cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten laminiert, um die Wellenlängenregion des reflektierten Lichts zu vergrößern, wodurch zirkulär polarisierte getrennte Platten ausgebildet werden, die neutrale Farbtöne aufzeigen.
Jedoch hat die Laminierung der cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten durch die Haftschicht die Probleme der Erhöhung der Dicke und der Erhöhung des Reflektionsverlustes bedingt durch den Unterschied in den Refraktionsindexes in einer Haftzwischenfläche. Zudem addiert die reine Laminierung der cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten nur die Wellenlängen des reflektierten Lichts. Dem entsprechend ist es, um zirkulär polarisierte getrennte Platten herzustellen, z. B. solche, die Reflektionseigenschaften über den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts aufzeigen, üblicherweise notwendig, drei oder mehr Arten von cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten zu kombinieren, so dass der Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts sich auf den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts erstreckt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zirkulär polarisierte getrennte Platte zur Verfügung zu stellen, in der eine Vielzahl von cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten ohne eine Haftschicht laminiert sind, und die einen großen Reflektionswellenlängenbereich durch die Laminierung einer kleinen Anzahl cholesterischer Flüssigkristallpolymerschichten aufzeigt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Element und eine Polarisationslichtquellenvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in ihrer Effizienz der Lichtausbeute exzellent sind, in denen die zirkulär polarisierte getrennte Platte verwendet wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige zur Verfügung zu stellen, die in ihrer Helligkeit exzellent ist, um eine gute Sichtbarkeit zu ergeben.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer zirkulär polarisierten getrennten Platte zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgaben werden durch die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen beschrieben wird, gelöst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der zirkulär polarisierten getrennten Platte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel der zirkulär polarisierten getrennten Platte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel des optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Flüssigkristallanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Grafik, die eine Transmissionscharakteristik einer cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht in Beispiel 1 zeigt;
6 ist eine Grafik, die eine Transmissionscharakteristik einer anderen cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht in Beispiel 1 zeigt;
7 ist eine Grafik, die eine Transmissionscharakteristik der zirkulär polarisierten Platte, die in Beispiel 2 erhalten wird, aufzeigt; und
8 ist eine Grafik, die eine Transmissionscharakteristik von rechts zirkulär polarisiertem Licht und links zirkulär polarisiertem Licht von einer zirkulär polarisierten getrennten Platte, die in Beispiel 2 erhalten wird, zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die zirkulär polarisierte getrennte Platte gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Laminat aus zwei oder mehr cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in direktem engen Kontakt miteinander, bei dem sich eine obere Schicht von einer unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet. Ausführungsformen davon werden in 1 und 2 gezeigt. Die Bezugszahl 1 zeigt eine zirkulär polarisierte getrennte Platte und die Bezugszahlen 11, 12 und 13 zeigen cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten.
Das Laminat aus zwei cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in direktem engen Kontakt miteinander kann z. B. durch das Beschichten einer orientierten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht mit einer unterschiedlichen Art eines cholesterischen Flüssigkeitkristallpolymers und die Wärmeorientierung der resultierenden beschichteten Lage hergestellt werden. Das Laminat aus drei oder mehr cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in engem Kontakt miteinander kann durch das Wiederholen des oben genannten Verfahrens hergestellt werden, das die Beschichtung der cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht mit dem oben erwähnten cholesterischen Flüssigkristallpolymer und die Wärmeorientierung der resultierenden beschichteten Lage umfasst.
Im oben genannten Sinne ist es, um die zirkulär polarisierte getrennte Platte zu erhalten, die in ihren optischen Eigenschaften, wie selektiver Reflektion und der Effizienz der Lichtausbeute, exzellent ist, bevorzugt, dass die zuvor orientierte cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht, die mit einem anderen cholesterischen Flüssigkristallpolymer beschichtet werden soll, eine Spiegelreflektionsfraktion von 60 % oder mehr, vorzugsweise 65 % oder mehr und mehr bevorzugt 70 % oder mehr aufzeigt. Der Begriff „Spiegelreflektionsfraktion", wie er hierin verwendet wird, bedeutet ein Verhältnis der Spiegelreflektionskomponenten (Komponenten in der Richtung der regulären Reflektion) zu dem gesamten reflektierten Licht, das selektiv reflektiert wird, und wird durch (Spiegelreflektion/Gesamtreflektion) × 100 berechnet.
Des weiteren ist es in Bezug auf die Effizienz der Orientierung durch Laminierung bevorzugt, dass cholesterische Flüssigkristallpolymere verwendet werden, die sich von den cholesterischen Flüssigkristallpolymeren, die die zuvor orientierten Schichten ausmachen, nur in den Verhältnissen der optisch aktiven Kohlenstoffatome wie asymmetrischen Kohlenstoffatomen, mesogenen Gruppen, Chiralitäten und chiralen Komponenten unterscheiden, als die cholesterischen Flüssigkristallpolymere der anderen Art verwendet werden, und dass sie als 10–50 %-Lösungen aufgetragen werden.
Des weiteren ist es in Bezug auf die Bildung hochorientierter laminierter Schichten bevorzugt, dass die beschichteten Lagen der cholesterischen Flüssigkristallpolymere der anderen Art mit Luft mit einer Temperatur von 30 °C oder weniger getrocknet werden, um die verbleibende Lösungsmittelmenge auf 20 % oder weniger zu verringern und dass die beschichteten Lagen der cholesterischen Flüssigkristallpolymere in solch einem getrocknetem Zustand einer Wärmeorientierungsbehandlung ausgesetzt werden.
Auf der anderen Seite umfassen andere Verfahren zur Herstellung des Laminats aus zwei oder mehreren cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in direktem engen Kontakt miteinander eine Prozedur des Verklebens einer spezifischen Anzahl von zwei oder mehr orientierten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten zueinander durch Wärmeverpressen und eine Prozedur des Verklebens einer spezifischen Anzahl von zwei oder mehr orientierten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten zueinander durch eine flüchtige Flüssigkeit oder eine flüchtige Flüssigkeit, in der ein cholesterisches Flüssigkristallpolymer aufgelöst ist.
Im oben genannten Sinne kann für die Wärmeverpressendruckbehandlung ein geeignetes Verfahren, wie ein Verfahren des Wärmeverpressens cholesterischer Flüssigkristallpolymerschichten durch Mittel zum Wärmeverpressen wie ein Rollenlaminator bei einer Temperatur gleich einer oder höher als eine Glasübergangstemperatur bis auf weniger als eine isotrope Phasenübergangstemperatur, eingesetzt werden.
Auf der anderen Seite können als die flüchtigen Flüssigkeiten, die zwischen den cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten verwendet werden, Alkohole, die die cholesterischen Flüssigkristallpolymere aufquellen oder auflösen können und geeignete, die als Lösungsmittel für die cholesterischen Flüssigkristallpolymere verwendet werden, wie Kohlenwasserstoffe, Ether und Ketone, verwendet werden. Insbesondere in Bezug auf die Beibehaltung des orientierten Zustandes werden schlecht lösliche flüchtige Flüssigkeiten vorzugsweise verwendet, in denen die Löslichkeit des cholesterischen Flüssigkristallpolymers 20 %-Gew. oder weniger beträgt.
Als die Flüssigkristallpolymere, die in den flüchtigen Flüssigkeiten aufgelöst werden, können geeignete verwendet werden. Insbesondere vom Gesichtspunkt der Haftung zwischen den cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten werden vorzugsweise eines oder beide der cholesterischen Flüssigkristallpolymere, die die oberen und unteren Schichten ausbilden, verwendet. Ein geeignetes Verfahren, wie ein Beschichtungsverfahren oder ein Sprühverfahren, kann zum Auftragen der flüchtigen Flüssigkeiten zwischen die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten eingesetzt werden.
Die zirkulär polarisierte getrennte Platte wird als eine Kombination von cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten ausgebildet, in denen sich die obere Schicht von der unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet. Dem entsprechend kann die zirkulär polarisierte getrennte Platte als ein Laminat ausgebildet werden, das zwei oder mehr cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten mit der gleichen helikalen Neigung umfasst. In diesem Fall sollte man jedoch zwischen den cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten mit der gleichen helikalen Neigung eine oder mehrere cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten, die sich davon in helikaler Neigung unterscheiden, einfügen.
In Bezug auf die Herstellungseffizienz der Platte mit stabilen optischen Eigenschaften, wird die oben erwähnte zirkulär polarisierte getrennte Platte vorzugsweise durch das oben genannte Verfahren hergestellt.
Zur Herstellung der zirkulär polarisierten getrennten Platte mit verringerten Änderungen in der Farbe des durchgeleiteten Lichts bedingt durch sichtbare Winkeländerungen ist es bevorzugt, dass die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten miteinander in der Lang-Kurz-Anordnung, basierend auf der zentralen Wellenlänge des reflektierten Lichts, laminiert werden.
Als die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten können solche geeigneten verwendet werden, die natürliches Licht in rechts zirkulär polarisiertes Licht und links zirkulär polarisiertes Licht durch Grandjean-Orientierung als durchgeleitetes Licht und reflektiertes Licht trennen. Die cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht kann als ein Monoschichtprodukt wie ein Film oder als Mehrschichtprodukt erhalten werden, in welchem sie mit einem Plastikfilm oder ähnlichem unterstützt wird.
Es ist bevorzugt, dass die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten so einheitlich wie möglich orientiert werden. Die einheitlich orientierten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten stellen Licht zur Verfügung, das keine Streuung aufzeigt, so dass diese vorteilhaft für die Vergrößerung des Sichtwinkels in Flüssigkristallanzeigen sind, insbesondere für die Herstellung von Direktsichtflüssigkristallanzeigen geeignet sind, die direkt auch aus anderen Richtungen eingesehen werden können.
In der zirkulär polarisierten getrennten Platte gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei oder mehr cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten miteinander laminiert, bei denen die obere Schicht sich von der unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet und dieses zielt auf die Vergrößerung des Wellenlängenbereichs der Trennfunktion. Das heißt, eine cholesterische Flüssigkristallmonoschicht weist üblicherweise eine Einschränkung für den Wellenlängenbereich auf, der eine selektive Reflektion zeigt (zirkulär polarisierter Dichromatismus) und die Einschränkung liegt in einem weiten Bereich vor, der sich in einigen Fällen auf ein Wellenlängenbereich von ungefähr 100 nm erstreckt. Jedoch erstreckt sich selbst ein solcher Wellenlängenbereich nicht auf den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts, das erwünscht ist, wenn es für Flüssigkristallanzeigen angewendet wird. Es ist daher gewollt, dass die cholesterischen Flüssigkristallschichten, die sich in der selektiven Reflektion (Reflektionswellenlänge) unterscheiden, miteinander laminiert werden, um den Wellenlängenbereich zu vergrößern, der den zirkulär polarisierten Dichromatismus aufzeigt.
Auf diese Art werden verschiedene Arten von cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten mit einer mittleren Wellenlänge der selektiven Reflektion im Bereich von 300 nm bis 900 nm unter Verwendung einer Kombination von Schichten laminiert, die zirkulär polarisiertes Licht in der gleichen Richtung reflektieren und sich in helikaler Neigung unterscheiden, wodurch sie in der Lage sind, effizient eine zirkulär polarisierte getrennte Platte auszubilden, die einen weiten Wellenlängenbereich, wie den sichtbaren Lichtbereich, abdecken kann. In diesem Fall produziert die Laminierung der cholesterischen Flüssigkristallschichten, die das zirkulär polarisierte Licht in der gleichen Richtung reflektieren, einen Phasenzustand des zirkulär polarisierten Lichts, das durch jede Schicht einheitlich reflektiert wird, um die Generierung eines unterschiedlichen polarisierten Zustandes in jeder Wellenlängenregion zu verhindern und um die Menge an polarisiertem Licht in einem verfügbaren Zustand zu erhöhen.
Es gibt keine besondere Einschränkung bezüglich der cholesterischen Flüssigkristallpolymere zur Ausbildung der zirkulär polarisierten getrennten Platten und es können geeignete Polymere verwendet werden. Dem entsprechend können verschiedene Polymere verwendet werden, wie hauptkettenartige oder seitenkettenartige Polymere, in denen konjugierte lineare atomare Gruppen (Mesogene) in die Hauptketten oder Seitenketten der Polymere eingeführt werden. Die cholesterischen Flüssigkristallpolymere mit größerer Verzögerung (Δn) werden in der Wellenlängenregion der selektiven Reflektion breiter und werden vorzugsweise dahingehend verwendet, eine Verringerung in der Schichtanzahl zur Verfügung zu stellen und ermöglichen eine Wellenlängenverschiebung bei einem breiteren Sichtwinkel. Als die Flüssigkristallpolymere können Polymere mit einer Glasübergangstemperatur von 30–150 °C, vorzugsweise in Bezug auf die Handhabung und Stabilität der Orientierung bei Durchführungstemperaturen, verwendet werden.
Nebenbei gesagt, Beispiele der oben genannten hauptkettenartigen Flüssigkristallpolymere umfassen Polymere wie Polyester, Polyamide, Polycarbonate und Polyesterimide, in denen Mesogengruppen, die para substituierte zyklische Komponenten umfassen, mit Abstandsbereichen zur Vermittlung einer Flexibilität, falls dies notwendig ist, verbunden werden.
Beispiele von Flüssigkristallpolymeren des Seitenkettentyps umfassen Polymere mit Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polysiloxanen oder Polymalonaten als Hauptketten und niedermolekulargewichtige Flüssigkristallverbindungen (mesogene Gruppen), die para-substituierte zyklische Verbindungen als Seitenketten durch Abstandsbereiche umfassen, die lineare konjugierte atomare Gruppen (Mesogene) umfassen, falls dies notwendig ist, nematische Flüssigkristallpolymere, die niedermolekulargewichtige Chiralitäten, Flüssigkristallpolymere mit eingeführten chiralen Komponenten und gemischte Flüssigkrstallpolymere der nematischen oder cholesterischen Polymere enthalten.
Wie hierin beschrieben, können sogar die Polymere mit den para-substituierten zyklischen Verbindungen, die nematische Orientierung vermitteln, die para-substituierte aromatische Einheiten oder substituierte Cyclohexylringeinheiten umfassen, wie Azomethin, Azo, Azoxy, Ester, Biphenyl, Phenylcyclohexan und Bicyclohexanformen in Polymere mit cholesterischer Orientierung durch das Einführen geeigneter chiraler Komponenten, die Verbindungen mit asymmetrischen Kohlenstoffatomen umfassen, oder gering molekulargewichtigen chiralen Agenzien (JP-A-55-21479 und US-Patent 5,332,522) umgewandelt werden. Terminale Substituentengruppen an den para-Positionen der para-substituierten zyklischen Verbindungen können geeignete Gruppen sein, wie Cyano-, Alkyl- und Alkoxylgruppen.
Die Abstandsbereiche umfassen z. B. Methylengruppen -(CH₂)_n- und Polyoxymethylenketten -(CH₂CH₂O)_m-. Die Anzahl der Wiederholungen der Struktureinheiten, die die Abstandsbereiche ausbilden, wird geeignet durch die chemische Struktur der mesogenen Bereiche bestimmt. Im Allgemeinen ist n 0 bis 20 und vorzugsweise 2 bis 12 für Methylenketten und m ist 0 bis 10 und vorzugsweise 1 bis 3 für Polyoxymethylenketten.
Die oben erwähnten Hauptkettentypflüssigkristallpolymere können durch geeignete Verfahren hergestellt werden, die auf üblicher Polymersynthese basieren, z. B. durch Copolymerisierung von Monomerkomponenten durch Radikalpolymerisation, kationische Polymerisation oder anionische Polymerisation. Die Seitenkettentypflüssigkristallpolymere können auch durch geeignete Verfahren wie Monomeradditionspolymerisation der Polymerisierung durch radikalische Polymerisationsmonomere hergestellt werden, in denen mesogene Gruppen in Vinylmonomere eingeführt werden zur Ausbildung von Hauptketten wie Acrylate oder Methacrylate durch Abstandsgruppen, falls dies notwendig ist, Additionspolymerisation der Vinyl-substituierten mesogenen Monomere durch Si-H-Bindungen von Polyoxymethylsilylenen in der Gegenwart von Platinkatalysatoren, die Einführung von mesogenen Gruppen durch Esterbildung unter Verwendung von Phasentransferkatalysatoren durch funktionelle Gruppen, die zu den Hauptpolymeren hinzugefügt werden, und Polykondensation von Monomeren, in denen mesogene Gruppen in einen Teil von Malonsäure durch Abstandsgruppen, falls dies notwendigist , und Diole eingeführt werden.
In dem oben genannten Sinne werden Copolymere, die Monomereinheiten umfassen, die durch die folgende allgemeine Formel (a) dargestellt werden, und Monomereinheiten, die durch die folgende allgemeine Formel (b) dargestellt werden, insbesondere Copolymere, die 60 % bis 95 Gew.% der Monomereinheiten, die durch die folgende allgemeine Formel (a) dargestellt werden, und 40 % bis 5 % der Monomereinheiten, die durch die folgende allgemeine Formel (b) dargestellt werden, vorzugsweise verwendet in Bezug auf filmbildende Eigenschaften, Grandjean-Orientierung in einem guten Einzeldomänenzustand, Orientierung für einen kurzen Zeitraum, stabile Fixierungseigenschaften im Glaszustand, Steuerbarkeit der helikalen Neigung der cholesterischen Phasen und Herstellungseigenschaften der zirkulär polarisierten getrennten Platten, die dünn, leicht, und im orientierten Zustand schwierig zu variieren sind, wie die Neigung mit den Arbeitstemperaturen und exzellent in Widerstandsfähigkeit und Lagerstabilität sind (japanische Patentanmeldung Nr. 7-251818).
worin R¹ Wasserstoff oder eine Methylgruppe ist, m ist eine ganze Zahl von 1–6, X¹ ist eine CO₂-Gruppe oder eine OCO-Gruppe und p und q sind jeweils eine ganze Zahl von 1 oder 2, die der Gleichung p + q = 3 entsprechen.
worin R² Wasserstoff- oder eine Methylgruppe ist, n ist eine ganze Zahl von 1–6, X² ist eine CO₂-Gruppe oder eine OCO-Gruppe und X³ ist -CO-R³ oder R⁴, worin R³
Acrylsäuremonomere, die die Monomereinheiten, die durch die oben gezeigten allgemeinen Formeln (a) und (b) dargestellt werden, ausbilden können, können durch geeignete Verfahren synthetisiert werden. Beispiele davon umfassen ein Verfahren zur Herstellung eines Monomers durch zuerst Erhitzen von Ethylenchlorhydrin und 4-Hydroxybenzoesäure in wässriger Alkalilösung unter Verwendung von Kaliumjodid als Katalysator unter Rückfluss, um eine Hydroxycarbonsäure zu erhalten, dann das Aussetzen dieser in einer Dehydrierungsreaktion mit Acrylsäure oder Methacrylsäure, um ein (Meth)acrylat zu erhalten, und das Verestern des (Meth)acrylats mit 4-Cyano-4'-hydroxybiphenyl in der Gegenwart von Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) und Dimethylaminopyridin (DMAP).
Synthesebeispiele von Acrylsäuremonomeren, die zu der allgemeinen Formel (b) gehören, umfassen ein Verfahren von zuerst dem Erhitzen eines Hydroxyalkylhalogenids und 4-Hydroxybenzoesäure in einer wässrigen Alkalilösung unter Verwendung von Kaliumiodid als Katalysator unter Rückfluss, um eine Hydroxycarbonsäure zu erhalten, dann das Aussetzen dieser an eine Dehydrienrungsreaktion mit Acrylsäure oder Methacrylsäure, um ein (Meth)acrylat zu erhalten, und das Verestern des (Meth)acrylats mit Phenol mit einer eine R³-Gruppe enthaltenden CO-Gruppe in der 4-Position in der Gegenwart von DCC und DMAP und ein Verfahren zur Veresterung des (Meth)acrylats mit Phenol mit einem asymmetrischen Kohlenstoffatom in der 4-Position in der Gegenwart von DCC und DMAP nach der oben genannten Dehydrierungsreaktion.
Dementsprechend können andere Monomere, die unter die oben erwähnten allgemeinen Formeln (a) und (b) fallen, gemäß den oben erwähnten Verfahren unter Verwendung geeigneter Rohmaterialien mit den gewünschten einzuführenden Gruppen synthetisiert werden. Das oben erwähnte Phenol mit einer R³-Gruppe enthaltenden CO-Gruppe in der 4-Position kann z. B. durch zuerst das Abreagieren von Methylchlorformat mit 4-Hydroxybenzoesäure in einer wässrigen Alkalilösung erhalten werden, um eine Carbonsäure zu erhalten, und das Umwandeln dieser in ein Säurechlorid unter Verwendung von Oxalylchlorid, dem Reagieren des Säurechlorids mit H-R³ in Pyridin/Tetrahydrofuran zur Einführung einer R³-Gruppe und dann das Behandeln des resultierenden Produkts mit wässrigem Ammoniak, um eine Schutzgruppe zu entfernen. Des Weiteren kann das Phenol mit einem asymmetrischen Kohlenstoffatom in der 4-Position zum Beispiel durch azeotrope Dehydrierung von 4-Hydroxybenzaldehyd und (S)-(-)1-phenylethylamin in Toluol erhalten werden.
Die oben erwähnten Copolymere können in der helikalen Neigung der cholesterschen Flüssigkristalle durch das Verändern des Anteils der Monomereinheiten, die durch die allgemeine Formel (b) dargestellt werden, geändert werden. Dem entsprechend kann die Wellenlänge, die den zirkulär polarisierten Dichromatismus auffzeigt, durch das Steuern des Gehalts der Monomereinheiten, die durch die allgemeine Formel (b) dargestellt werden, angepasst werden und es können leicht optische Elemente, die zirkulär polarisieren Dichromatismus für Licht in dem sichtbaren Lichtbereich aufzeigen, erhalten werden.
Die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten können durch Verfahren ausgebildet werden, die auf der konventionellen Orientierungsbehandlung basieren. Beispiele von solchen Verfahren umfassen ein Verfahren zur Entwicklung eines cholesterischen Flüssigkristallpolymers auf einem geeignet orientierten Film, wie einem orientierten Film, der durch das Reiben mit einem Kunstseidetuch auf einem Polyimid-, Polyvinylalkohol-, Polyester-, Polyarylat-, Polyamidimid- oder Polyetherimidfilm erhalten wird, der auf einem Träger ausgebildet ist, einer abgesetzten Schicht oder einem orientierten Film, der durch Zugbehandlung erhalten wurde, gefolgt durch das Erwärmen bei einer Temperatur gleich oder höher einer Glasübergangstemperatur auf weniger als eine isotrope Phasenübergangstemperatur und das Abkühlen des Polymers auf eine Temperatur von weniger als der Glasübergangstemperatur in einen Zustand, in dem Flüssigkristallpolymennoleküle Grandjean-orientiert sind, um einen Glaszustand zu erreichen, wodurch eine verfestigte Schicht ausgebildet wird, in der die Orientierung fixiert ist.
Als die oben erwähnten Trägersubstrate können geeignete Materialien verwendet werden, die Monoschicht- oder laminierte Filme umfassen, die Plastikmaterialien umfassen, wie Triacetylzellulose, Polyvinylalkohol, Polyimide, Polyarylate, Polyester, Polycarbonate, Polysulfone, Polyethersulfone, amorphe Polyolefine, modifizierte Acrylsäurepolymere und Epoxidharze und Glasplatten. Die Plastikfilme sind in Bezug auf eine Verringerung der Dicke bevorzugt und es ist bevorzugt, dass die Verzögerung durch Doppelbrechung so gering wie möglich ist in Bezug auf eine Verbesserung der Effizienz der Lichtausbeute durch Verhinderung von Änderungen in einem polarisiertem Zustand.
Die Flüssigkristallpolymere können z. B. durch Verfahren entwickelt werden, in denen Lösungen der Flüssigkristallpolymere in Lösungsmitteln in dünnen Lagen entwickelt werden, durch geeignete Verfahren wie Schleuderbeschichten, Rollbeschichten, Flussbeschichten, Drucken, Tauchbeschichten, Gussfilmbildung, Stabbeschichtung und Gravierdrucken, gefolgt von Trocknen, falls dies notwendig ist. Als die oben erwähnten Lösungsmittel können geeignete Lösungsmittel wie Methylenchlorid, Cyclohexanon, Trichlorethylen, Tetrachlorethan, N-Methylpynolidon und Tetrahydrofuran verwendet werden.
Die Flüssigkristallpolymere können auch durch Verfahren entwickelt werden, in denen erwärmte Schmelzen der Flüssigkristallpolymere, vorzugsweise erwärmte Schmelzen, die isotrope Phasen aufzeigen, gemäß dem oben genannten entwickelt werden, in dünne Schichten weiterentwickelt werden, während die Schmelztemperatur beibehalten wird, falls das notwendig ist, und dann verfestigt werden. Dieses Verfahren verwenden keine Lösungsmittel und stellen daher eine hygienische Arbeitsumgebung zur Verfügung.
Die Wärmebehandlung zur Orientierung entwickelter Schichten der Flüssigkristallpolymere kann durch Erwärmen der Schichten innerhalb des Temperaturbereichs der Glasübergangstemperatur bis zur isotropen Phasenübergangstemperatur durchgeführt werden, genau gesagt, innerhalb des Temperaturbereiches, in dem die Flüssigkristallpolymere Flüssigkristallphasen, wie sie oben beschrieben werden, aufzeigen. Des Weiteren kann der orientierte Zustand durch Abkühlen der Schichten auf weniger als die Glasübergangstemperatur fixiert werden und es gibt keinerlei besondere Einschränkung für die Kühlungsbedingungen. Üblicherweise kann die oben genannte Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 300 °C oder weniger durchgeführt werden, so dass das spontane Kühlverfahren im Allgemeinen eingesetzt wird.
Die verfestigten Schichten der Flüssigkristallpolymere, die auf den Trägem ausgebildet wurden, können entweder als mit den Trägem integriert verwendet werden oder als Filme, die davon abgetrennt wurden. Wenn die verfestigten Schichten als mit den Trägern integriert verwendet werden, werden die verfestigten Schichten der Flüssigkristallpolymere miteinander in einem Zustand engen Kontakts laminiert, wodurch die zirkulär polarisierten getrennten Platten der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Wenn die verfestigten Schichten als mit den Trägem, wie oben beschrieben, integriert ausgebildet werden, ist die Verzögerung des Trägers, der verwendet wird, vorzugsweise so gering wie möglich bezüglich der Verhinderung von Änderungen in dem Zustand des polarisierten Lichts.
Die Dicke von jeder cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht beträgt vorzugsweise 0,5–50 μm, mehr bevorzugt 1–30 μm und am meisten bevorzugt 2–10 μm in Bezug auf die Verhinderung der Veränderung der Orientierung und einer Verringerung in der Durchlässigkeit. Wenn Trägermaterialien enthalten sind, beträgt die Gesamtdicke einschließlich der Trägermaterialien vorzugsweise 2–500 μm, mehr bevorzugt 5–300 μm und am meisten bevorzugt 10– 200 μm. Wenn die zirkulär polarisierten getrennten Platten ausgebildet werden, können verschiedene Zusatzstoffe, wie Stabilisatoren, Weichmacher und Metalle, zu den cholesterischen Flüssigkristallpolymeren bei Bedarf hinzugefügt werden.
Die bevorzugte zirkulär polarisierte getrennte Platte gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Laminat aus zwei oder mehr cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in engem Kontakt miteinander, in dem sich eine obere Schicht von einer unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet, wobei besagtes Laminat eine gemischte Schicht aus cholesterischen Flüssigkristallpolymeren aufweist, die die oberen und unteren Schichten ausbilden, die sich von den oberen und unteren Schichten in helikaler Neigung unterscheidet, sich in engem Kontakt damit befindet, um mehrstufige Änderungen in helikaler Neigung in der richtigen Dicke zur Verfügung zu stellen.
Die oben erwähnte zirkulär polarisierte getrennte Platte kann durch Erwärmen des Laminats (zirkulär polarisierte getrennte Platte) aus cholesterischen Flüssigkristallpolymeren hergestellt werden, das durch das oben erwähnte Laminierungsbeschichtungsverfahren ausgebildet wird, Wärmeverpressverfahren oder das flüchtige Flüssigkeits-Einschubverfahren bei einer Temperatur gleich oder höher als eine Glasübergangstemperatur auf weniger als eine isotrope Phasenübergangstemperatur, um eine gemischte Schicht aus cholesterischen Flüssigkristallpolymeren auszubilden, die die oberen und unteren Schichten an der Zwischenschicht davon in engem Kontakt ausbilden.
Im oben genannten Sinne bilden die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten, die durch Vermischen der cholesterischen Flüssigkristallschichten der oberen und unteren Schichten ausgebildet wurden, die zirkulär polarisierte getrennte Platte, in der sich die obere Schicht von der unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet, um mehrstufige Änderungen in helikaler Neigung in Richtung der Dicke zur Verfügung zu stellen. Üblicherweise hat die helikale Neigung einen mittleren Wert aus denen der cholesterischen Flüssigkristallpolymere, die die oberen und unteren Schichten ausbilden.
Dementsprechend können, wenn die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in einer solchen Kombination verwendet werden, dass die Wellenlängenregion der oberen Schicht nicht mit der der unteren Schicht überlappt, genauer gesagt, in einer solchen Kombination, dass der Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts einen fehlenden Bereich bedingt durch Diskontinuität aufweist, die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten, die durch Mischen der oberen und unteren Schichten ausgebildet werden, den oben erwähnten fehlenden Bereich auffüllen, um die Wellenlänge des reflektierten Lichts kontinuierlich zu machen. Das bedeutet, dass die zirkulär polarisierte getrennte Platte, die einen breiteren Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts aufzeigt, durch Laminierung von wenigen cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten ausgebildet werden kann.
In der praktischen Anwendung der zirkulär polarisierten getrennten Platte gemäß der vorliegenden Erfindung kann sie als ein optisches Element verwendet werden, in dem eine oder zwei oder mehrere Arten von geeigneten optischen Schichten, wie 1/4 Wellenlängenplatten, Polarisatoren und Diffusionsplatten, wie in 3 gezeigt wird, angeordnet sind. In 3 ist eine 1/4 Wellenlängenplatte angeordnet.
In den zirkulär polarisierten getrennten Platten, die vorzugsweise zur Ausbildung von sichtbaren optischen Elementen verwendet werden können, verlängert sich der Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts um 150 nm oder mehr des sichtbaren Lichtbereichs, vorzugsweise 180 nm oder mehr und mehr bevorzugt 220 nm zum gesamten sichtbaren Lichtbereich.
Im oben genannten Sinne wird, wenn die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten miteinander in der Reihenfolge der Wellenlänge des reflektierten Lichts laminiert werden, die 1/4 Wellenlängenplatte oder ein Polarisator vorzugsweise auf der Seite der cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht angeordnet, an welcher die mittlere Wellenlänge des reflektierten Lichts, die als die ausgehende Seite des Lichts verwendet wird, am längsten ist, zur Hemmung von Änderungen in der Farbe, wie oben beschrieben wurde.
Die 1/4 Wellenlängenplatte wird zur Änderung der Phase von zirkulär polarisiertem Licht angeordnet, das aus der zirkulär polarisierten getrennten Platte ausgeht, um es in einen Zustand umzuwandeln, der reich an linear polarisierten Lichtkomponenten ist, wodurch Licht erhalten wird, das leicht durch den Polarisator durchleitbar ist. Das bedeutet im oben genannten Sinne, dass es möglich ist, eine Anzeige zu erhalten, durch das Eintreten von polarisiertem Licht, das aus der zirkulär polarisierten Platte herauskommt auf eine Flüssigkristallzelle als solches ohne Verwendung eines Polarisators. Jedoch kann die Verwendung des Polarisators die Anzeigenqualität verbessern, so dass der Polarisator bei Bedarf verwendet wird. In diesem Fall ist Licht, das in der Durchlässigkeit des Polarisators besser ist, vorteilhafter für eine helle Anzeige und seine Durchlässigkeit wird um höher, wenn mehr linear polarisierte Lichtkomponenten in der polarisierten Lichtrichtung, die mit der Polarisationsachse (Durchlässigkeitsachse) übereinstimmt, enthalten sind. Dem entsprechend wird für diesen Zweck polarisiertes Licht, das aus der zirkulär polarisierten getrennten Platte ausgeht, durch eine 1/4 Wellenlängenplatte linear polarisiert.
Als die 1/4 Wellenlängenplatte wird daher vorzugsweise eine Platte verwendet, die viel linear polarisiertes Licht aus dem zirkulär polarisierten Licht ausbilden kann, das aus der zirkulär polarisierten getrennten Platte ausgeht, was mit der Verzögerung der '/ Wellenlänge korrespondiert, und kann Licht von einer anderen Wellenlänge in elliptisch polarisiertes Licht mit einer Hauptachsenrichtung in einer Richtung, so parallel wie möglich, zu dem oben erwähnten linear polarisierten Licht und so nahe an dem linear polarisierten Licht wie möglich umwandeln.
Die 1/4 Wellenlängenplatten können auf geeigneten Materialien ausgebildet werden und sind bevorzugt transparente und ergeben eine einheitliche Verschiebung. Im Allgemeinen werden Retardationsplatten verwendet. Die Verschiebung, die durch 1/4 Wellenlängenplatten gegeben ist, kann geeignet gemäß dem Wellenlängenbereich des zirkulär polarisierten Lichts bestimmt werden, das aus den zirkulär polarisierten getrennten Platten ausgeht. Nebenbei gesagt können in dem sichtbaren Lichtbereich vorzugsweise die Retardationsplatten verwendet werden, die eine kleine Verschiebung ergeben, vorzugsweise eine Verschiebung von 100 bis 180 nm und mehr bevorzugt 110 bis 150 nm in Bezug auf den Wellenlängenbereich und die Umwandlungseffizienz.
Die Retardationsschichten sind in einigen Fällen durch den Sichtwinkel gefärbt und zur Verhinderung dieser Färbung können vorzugsweise die 1/4 Wellenlängenplatten von Ellipsoiden verwendet werden, in denen N_z durch die Gleichung (n_x – n_z)/(n_x – n_y) definiert wird, wobei N_z ≤ 1,1 ist. In der oben erwähnten Gleichung bedeutet n_x ein maximaler Refraktionsindex in einer Ebene einer Retardationsschicht, n_y bedeutet ein Refraktionsindex in einer Richtung, die in rechten Winkeln zu n_x kreuzt und n_z bedeutet ein Refraktionsindex in der Richtung der Dicke.
Die 1/4 Wellenlängenplatte kann als eine Retardationsplatte aus einer Schicht oder einem Laminat aus zwei oder mehr Retardationsplatten ausgebildet werden. In dem Falle der Retardationsplatte aus einer Schicht kann eine kleinere Wellenlängendispersion der Doppelbrechung den Polarisationszustand für jede Wellenlänge vorzugsweise mehr homogenisieren. Auf der anderen Seite ist die Laminierung der Retardationsplatten für die Vergrößerung des Wellenlängenbereichs wirksam, in dem sie als gewünschte 1/4 Wellenlängenplatte funktioniert, und Kombinationen davon können geeignet gemäß dem Wellenlängenbereich und Ähnlichen bestimmt werden.
Wenn zwei oder mehr Retardationsplatten für den sichtbaren Lichtbereich kombiniert werden, ist es für das Erhalten von vielen linear polarisierten Lichtkomponenten bevorzugt, dass eine Schicht oder Schichten, die eine Verschiebung von 100 bis 180 nm ergeben, als eine ungleiche Anzahl von Schichten enthalten sind. Es ist für die Verbesserung der Wellenlängeneigenschaften bevorzugt, dass Schichten, die andere als die Schichten sind, die eine Verschiebung von 100 bis 180 nm ergeben, üblicherweise aus Schichten bestehen, die z. B. eine Verschiebung von 200 nm oder mehr ergeben, aber sie sind nicht darauf eingeschränkt. Zur Herstellung der oben erwähnten Laminationstyp 1/4 Wellenlängenplatten, bei denen die Färbung durch den Sichtwinkel verhindert wird, wird vorzugsweise ein Laminat der Retardationsplatte, die eine 1/4 Wellenlängenverschiebung ergibt, die N_z ≤ 1,1 erfüllt, und eine oder mehrere Retardationsplatten, die eine 1/2 Wellenlängenverschiebung ergeben, verwendet.
Wie oben beschrieben, werden die 1/4 Wellenlängenplatten als Monoschichtretardationsplatten oder als Laminate erhalten, und z. B. werden Retardationsfilme zur Ausbildung von Retardationsplatten verwendet. Die Retardationsfilme können als Polymerfilme erhalten werden, die uniaxial oder biaxial orientiert sind und als Flüssigkristallpolymerfilme. Als die Polymerfilme und die Flüssigkristallpolymerfilme können geeignete verwendet werden.
Nebenbei gesagt, spezifische Beispiele der oben erwähnten Polymerfilme umfassen Filme, die aus transparenten Plastikmaterialien ausgebildet werden, wie Polycarbonate, Polyester, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyvinylalkohol, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyolefine wie Polypropylen, Zelluloseacetatpolymere, Polyvinylchlorid, Polyarylate und Polyamide.
In der vorliegenden Erfindung kann zudem ein Polarisator auf der 1/4 Wellenlängenplatte angeordnet sein, um ein optisches Element auszubilden. In diesem Fall wird zur Verhinderung eines Absorptionsverlustes der Polarisator vorzugsweise so angeordnet, dass die Polarisationsachse (Durchlässigkeitsachse) davon mit der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts durch die 1/4 Wellenlängenplatte so weit wie möglich übereinstimmt.
Als die oben erwähnten Polarisatoren können geeignete Platten wie orientierte Polyenfilme wie dehydrierte Produkte von Polyvinylalkohol und Dehydrochlorsäurebehandelte Produkte von Polyvinylchlorid verwendet werden, aber hydrophile Polymerfilme wie Polyvinylalkoholfilme, teilweise formalisierte Polyvinylalkoholfilme und teilweise saponifizierte Ethylenvinylacetatcopolymerfilme, denen ermöglicht wird, Jod und/oder dichromatische Farbstoffe zu adsorbieren, und orientierte, können vorzugsweise vom Gesichtspunkt der optischen Leistungsfähigkeit wie dem Grad der Polarisierung verwendet werden. Der Polarisator kann ein solcher sein, bei dem eine oder beide Seiten von solch einem polarisierten Film mit einer transparenten schützenden Schicht oder Schichten bedeckt sind.
Eine Diffusionsschicht oder Schichten werden optional auf einer oder beiden Seiten der zirkulär polarisierten getrennten Platte zur Verfügung gestellt zur Konvertierung einer Wanderungsrichtung von Licht, Glättung des ausgehenden Lichts zur Hemmung der Licht- und Schattenungleichheit und Verhinderung des Vorkommens von sichtbarem Glanz durch Interferenz mit Bildelementen, wenn es auf eine Flüssigkristallzelle aufgetragen wird. In Bezug auf die Beibehaltung des polarisierten Zustandes des Lichts, das von der zirkulär polarisierten getrennten Platte ausgeht, beträgt die Verschiebung der Diffusionsschichten) 30 nm oder weniger und vorzugsweise 0 bis 20 nm, basierend auf dem vertikal eingehenden Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm, vorzugsweise eingehendem Licht mit einem Eingangswinkel von 30° oder weniger.
Die Diffusionsschicht kann geeigneter Weise als eine Beschichtungslage oder eine Diffusionsfolie auf der zirkulär polarisierten getrennten Platte ausgebildet werden oder auf der 1/4 Wellenlängenplatte durch jegliche Verfahren wie Oberflächen-aufrauhende Verfahren durch Sandstrahlen oder chemisches Ätzen, Haarriss-Bildungsverfahren durch mechanische Belastungen oder Lösungsmittelbehandlungen und Transferbildungsverfahren unter Verwendung von Gussformen, die spezifische Diffusionsstrukturen zur Verfügung stellen. In Bezug auf die Diffusionsschichten) können eine oder mehrere Schichten auf geeigneten Positionen angeordnet sein, z. B. auf einer Seite oder beiden Seiten der zirkulär polarisierten getrennten Platte, zwischen der 1/4 Wellenlängenplatte und dem Polarisator des optischen Elements und den oberen Oberflächen davon.
Die zirkulär polarisierten getrennten Platten und die optischen Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung können vorzugsweise zur Herstellung von polarisierten Lichtquellen und Flüssigkristallanzeigen verwendet werden. Eine Ausführungsform davon wird in 4 gezeigt. 4 zeigt eine Flüssigkristallanzeige 5 und die Bezugszahl 3 zeigt eine polarisierte Lichtquellenvorrichtung. Gemäß einer solchen polarisierten Lichtquellenvorrichtung fällt Licht, das aus einer Licht-leitenden Platte 4 ausgeht, auf eine zirkulär polarisierte getrennte Platte 1, die auf der Ausgangsseite der Lichtleitung angeordnet ist, was es einfallendem Licht aus einer Seite davon ermöglicht, aus einer oberen und unteren Seite aus zu gehen. Ein rechts zirkulär polarisiertes Licht und links zirkulär polarisiertes Lichts wird durchgeleitet und das andere wird reflektiert und das reflektierte Licht geht wieder in die Lichtleitung als zurückkehrendes Licht. Das in die Lichtleitung wieder einfallende Licht wird als ein Reflektionsfunktionsanteil reflektiert, der eine Reflektionsschicht 41 umfasst, die auf der unteren Seite davon angeordnet ist und auf der zirkulär polarisierte getrennte Platte 1 wieder eingehend ist, was in der erneuten Trennung in durchgeleitetes Licht und reflektiertes Licht resultiert (das wiederum eingehend ist).
Dem entsprechend ist das oben als das reflektierte Licht benannte wieder einfallende Licht zwischen der zirkulär polarisierten getrennten Platte und der Lichtleitung eingeschränkt und die Reflektion wiederholt sich, bis es spezifiziertes zirkulär polarisiertes Licht wird, das durch die zirkulär polarisierte getrennte Platte durchleitbar ist. In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch mit Bezug auf die Effizienz der Verwendung des wieder einfallenden Lichts bevorzugt, dass das Licht eine möglichst geringe Anzahl von Wiederholungen durchläuft, insbesondere, dass das ursprünglich zurückgehende Licht ohne Wiederholung der Reflektion eingeht.
Als die oben erwähnte Lichtleitung kann eine geeignete verwendet werden, bei der das eingehende Licht von einer Seite zur oberen und unteren Seite ausgeht. Eine solche Lichtleitung kann z. B. als eine erhalten werden, bei der eine Lichtausgangsseite oder eine Rückseite davon von einer transparenten oder undurchsichtigen Harzplatte mit einem Diffuser in Punkt- oder Streifenform zur Verfügung gestellt wird, oder eine, bei der eine ungleichmäßige Struktur, insbesondere eine feine Prisma-Array-ähnliche ungleiche Struktur auf die Rückseite der Harzplatte gegeben ist.
Dem entsprechend umfasst die Lichtleitung ein tafelförmiges Material mit oberen und unteren Seiten, von denen eine als Ausgangsseite und eine als Eingangsseite wirkt, die aus mindestens einer Seitenendfläche zwischen den oberen und unteren Seiten bestehen. Ein Beispiel davon ist ein Seitenlicht-artiges Rücklicht, das in einer Flüssigkristallanzeige bekannt ist, in dem eine lineare Lichtquelle wie ein (kaltes oder heißes) Kathodenrohr oder eine Lichtquelle 42 wie eine Licht-emittierende Diode auf der Seite des Lichtrohrs 4 angeordnet ist, und Licht, das durch das Lichtrohr durchgeführt wird, kommt aus der Oberflächenseite der Platte durch Diffusion, Reflektion, Diffraktion und Interferenz, wie in 4 gezeigt wird.
Zur erneuten Einführung des zirkulär polarisierten eingehenden Lichts durch die zirkulär polarisierte getrennte Platte zu der unteren Seite unter Beibehaltung des zirkulär polarisierten Zustands davon, der ohne den Einfluss der Retardierung gut ist und ermöglicht, dass das wiederkehrende Licht an der unteren Fläche reflektiert wird, um auszugehen, während der zirkulär polarisierte Zustand davon als gut beibehalten wird, das Lichtrohr, in dem die Retardierung durch Doppelbrechung in einer Dickenrichtung so gering wie möglich ist, vorzugsweise 30 nm oder weniger und mehr bevorzugt 0 bis 20 nm, kann vorzugsweise verwendet werden.
Der oben erwähnte Lichtleiter, der es dem Licht ermöglicht, durch die eine Seite herauszugehen, kann die Funktion haben, dass die Platte selbst die Polarisation des Lichts umwandelt, das durch die zirkulär polarisierte getrennte Platte reflektiert wird. Jedoch kann das zur Verfügung stellen der Reflektionsschicht 41 auf der Rückseite des Lichtleiters einen Reflektionsverlust fast vollständig verhindern. Die Reflektionsschicht wie eine Diffusionsreflektionsschicht oder eine Spiegelreflektionsschicht ist exzellent in der Funktion zur Konvertierung der Polarisierung des Lichts, das durch die zirkulär polarisierte getrennte Platte reflektiert wird, so dass sie vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Nebenbei gesagt wird in der diffusionsreflektierenden Schicht, die durch die unebene Oberfläche dargestellt wird, der Polarisationszustand zufällig basierend auf seiner Diffusion vermischt, um im Wesentlichen den polarisierten Zustand zu beenden. Des weiteren wird in der spiegelreflektierenden Schicht, die durch eine abgelagerte Schicht aus Aluminium oder Silber dargestellt wird, eine Harzplatte, die damit zur Verfügung gestellt wird, oder eine Metalloberfläche, die aus Metallfolie besteht, das polarisierte Licht durch Reflektion des zirkulär polarisierten Lichts umgekehrt.
In der Herstellung des Lichtleiters werden eine Prismenfolie zur Steuerung der ausgehenden Richtung des Lichts, eine Diffusionsplatte zum Erhalten einer einheitlichen Lichtemission, ein Reflektionsmittel zur Rückführung von Streulicht und ein Hilfsmittel wie ein Lichtquellenhalter 43 zur Führung des ausgehenden Lichts aus einer linearen Lichtquelle zur Seitenfläche des Lichtleiters auf spezifischen Positionen in einer oder mehreren Schichten als geeignete Kombination, falls dieses notwendig ist, angeordnet. Flecken, die durch die Prismafolie oder die Diffusionsplatte gegeben sind, die auf der Oberflächenseite (lichtausgehende Seite) des Lichtrohres angeordnet sind oder durch den Lichtleiter gegeben sind, können als ein polarisationsumwandelndes Mittel unter Änderung der Phase des reflektierten Lichts durch die Diffusionswirkung fungieren.
In der Flüssigkristallanzeige 5, die in 4 gezeigt wird, wird die oben erwähnte polarisierte Lichtquellenvorrichtung 3 in einem Rücklichtsystem verwendet. Die Bezugszahl 51 bezeichnet einen unteren Polarisator, 52 bezeichnet eine Flüssigkristallzelle, 53 bezeichnet einen oberen Polarisator und 54 bezeichnet eine Diffusionsplatte. Der untere Polarisator 51 und die Diffusionsplatte 54 werden optional zur Verfügung gestellt und können auch als das optische Element angewendet werden, in dem sie mit der zirkulär polarisierten getrennten Platte, wie oben beschrieben, laminiert werden. Die polarisierte Lichtquellenvorrichtung unter Verwendung der zirkulär polarsierten getrennten Platte oder das optische Element gemäß der vorliegenden Erfindung sind exzellent in der Effizienz der Lichtausbeute zum zur Verfügung stellen von hellem Licht und bilden die Flüssigkristallanzeige, die leicht an Fläche erhöht werden kann, hell und exzellent in der Sichtbarkeit ist.
Flüssigkristallanzeigen werden im allgemeinen durch geeigneten Zusammenbau von Bestandteilen wie Flüssigkristallzellen hergestellt, die als Flüssigkristallblenden fungieren und Treibervorrichtungen, Polarisatoren, Rücklichter und optionale Retardierungsplatten zur Kompensation, die daran befestigt sind. In der vorliegenden Erfindung gibt es keinerlei Einschränkung, außer dass die oben erwähnten zirkulär polarisierten getrennten Platten, optische Elemente oder polarsierten Lichtquellenvorrichtungen verwendet werden, und die Flüssigkristallanzeige kann gemäß konventionellen Verfahren hergestellt werden. Insbesondere können Direktsichtflüssigkristallanzeigen hergestellt werden.
Dem entsprechend gibt es keinerlei Einschränkung bezüglich der zur verwendenden Flüssigkristallzellen und es können geeignete verwendet werden. Insbesondere können die zirkulär polarisierten getrennten Platten, optischen Elemente oder polarisierten Lichtquellenvorrichtungen vorzugsweise für Flüssigkristallzellen verwendet werden, auf denen Licht in polarisiertem Zustand zur Anzeige eingeht, wie Zellen, die verdrehte nematische Flüssigkristalle oder super-verdrehte nematische Flüssigkristalle verwenden. Jedoch können sie auch für Flüssigkristallzellen unter Verwendung von nicht-verdrehten Flüssigkristallen, Gastwirtflüssigkristallen, in denen dichromatische Substanzen dispergiert sind oder ferroelektrischen Flüssigkristallen verwendet werden. Es gibt zudem keinerlei besondere Einschränkung bezüglich des Treibersystems der Flüssigkristalle.
In der Herstellung der Flüssigkristallanzeige können geeignete optische Elemente wie eine Diffusionsplatte, eine Antiblendschicht, ein Reflektions-reduzierender Film, eine Schutzschicht und eine Schutzplatte, die auf dem Polarisator auf der sichtbaren Seite zur Verfügung gestellt ist oder eine Retardierungsplatte zur Kompensation, die zwischen der Flüssigkristallzelle und den Polarisator zur Verfügung gestellt wird, können geeignet angeordnet werden.
Die zuvor erwähnte Retardierungsplatte zur Kompensation wird zur Kompensation der Wellenlängenabhängigkeit der Doppelbrechung zur Verbesserung der Sichtbarkeit zur Verfügung gestellt. In der vorliegenden Erfindung wird sie zwischen dem Polarisator auf der sichtbaren Seite und/oder der Rücklichtseite und der Flüssigkristallzelle bei Bedarf angeordnet. Als die Retardierungsplatte zur Kompensation kann eine geeignete Retardierungsplatte gemäß der Wellenlängenregion verwendet werden und sie kann in einer Schicht oder als eine laminierte Schicht aus zwei oder mehreren Schichten ausgebildet sein. Die Retardierungsplatten zur Kompensation können als die orientierten Filme erhalten werden, die in Bezug auf die oben erwähnten 1/4 Wellenlängenplatten beispielhaft aufgeführt werden.
In der vorliegenden Erfindung können die optischen Elemente und Teile, die die oben erwähnten polarisierten Lichtquellenvorrichtungen und Flüssigkristallanzeigen ausmachen, vollständig oder teilweise durch Laminierung integriert sein und miteinander verklebt sein oder getrennt angeordnet sein. Bei der Herstellung der Flüssigkristallanzeigen werden vorzugsweise die polarsierten Lichtquellenvorrichtungen verwendet, die ausgehendes Licht zur Verfügung stellen, das exzellent in vertikalen und parallelen Eigenschaften ist, Licht wiederum ausgeben, das eingegangen ist, wiederum durch die zirkulär polarisierten getrennten Platten, in einem Zustand, bei dem der Verlust und Änderungen im Winkel bedingt durch Streuung verringert sind und die gut übereinstimmen mit einer Richtung des ursprünglich ausgehenden Lichts und effizient ausgehendes Licht in einer Richtung zur Verfügung stellen, die zur Verbesserung der Sichtbarkeit wirksam ist.
Die vorliegende Erfindung wird in mehr Detail durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, aber es sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht als darauf eingeschränkt ausgelegt werden sollte.
Beispiel 1
(vergleichendes Beispiel)
Eine Lösung von 20 Gew.-% eines Acrylsäure, thermotropen seitenkettenartigen Flüssigkristallpolymers mit einer Glasübergangstemperatur von 84 °C und einer isotropen Phasenübergangstemperatur von 210 °C und eine cholesterische Struktur zwischen den oben erwähnten Temperaturen in Tetrahydrofuran aufzeigend, wurde auf eine Oberfläche eines 80 μm dicken Zellulosetriacetatfilms mit einem Drahtbalken aufgetragen, dessen Oberfläche mit Polyvinylalkohol (ungefähr 0,1 μm Dicke) durch Reiben behandelt worden war. Nach der Wärmeorientierung bei 160 °C für 5 Minuten wurde der beschichtete Film bei Raumtemperatur abgekühlt, um eine cholesterische Flüssigkeitspolymerschicht mit einer Dicke von 4 μm auszubilden. Diese Schicht reflektierte links zirkulär polarisiertes Licht des blauen Lichts mit einer Wellenlänge von 430–500 nm als eine Spiegeloberfläche und die Transmissionscharakteristik davon wird in 5 gezeigt.
Dann wurde eine Lösung von 20 Gew.-% eines Acrylsäure, thermotropen seitenkettenartigen Flüssigkristallpolymers mit einer Glasübergangstemperatur von 90 °C und einer isotropen Phasenübergangstemperatur von 235 °C, der eine cholesterische Struktur zwischen den oben erwähnten Temperaturen aufzeigt, der sich nur von dem oben erwähnten Flüssigkristallpolymer in dem asymmetrischen Kohlenstoffgruppenverhältnis unterscheidet, in Tetrahydrofuran auf die oben erwähnte cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht mit einem Drahtstab aufgebracht. Nach Lufttrocknen mit kalter Luft wurde eine Wärmeorientierung bei 150 °C für 2 Minuten durchgeführt, gefolgt durch Kühlen bei Raumtemperatur, um die Orientierung des Flüssigkristallpolymers in einem Glaszustand zu fixieren, wodurch eine zirkulär polarisierte getrennte Platte erhalten wurde, die aus einem Laminat besteht, das die oben erwähnte cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht und eine neu gebildete 4 μm dicke cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht umfasst, dass daran in einem Zustand engen Kontakts haftet. Die Transmissionscharakteristik dieses Laminats in engem Kontakt miteinander wird in 6 gezeigt und das Laminat reflektierte als eine Spiegeloberfläche links zirkulär polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 430 bis ungefähr 520 nm und links zirkulär polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 570 bis ungefähr 670 nm.
Beispiel 2
Die zirkulär polarisierte getrennte Platte, die in Beispiel 1 erhalten wurde, wurde auf 130 °C für 15 Minuten erwärmt und dann bei Raumtemperatur abgekühlt, um eine zirkulär polarisierte getrennte Platte zu erhalten. Die Transmissionscharakteristik davon wird in 7 gezeigt und die Platte reflektierte als eine Spiegeloberfläche links zirkulär polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von 440 bis 660 nm. Die Transmissionscharakteristik des rechts zirkulär polarisierten Lichts und links zirkulär polarisierten Lichts wird in 8 gezeigt. Das Vermischen der cholesterischen Flüssigkristallpolymere der oberen und unteren Schichten an der Grenzfläche in engem Kontakt davon durch die Wärmebehandlung wurde durch Weiterführung von Änderungen in helikaler Neigung durch TEM-Querschnittbeobachtung bewertet.
Beispiel 3
Eine Lösung aus 20 Gew.-% eines Acrylsäure thermotropen cholesterischen Flüssigkristallpolymers in Tetrahydrofuran wurde auf eine Oberfläche eines 80 μm dicken Zellulosetriacetatfilms mit einem Drahtstab aufgetragen, dessen Oberfläche mit Polyvinylalkohol (ungefähr 0,1 μm Dicke) durch Einreiben behandelt worden war. Nach Wärmeorientierung bei 160 °C für 5 Minuten wurde der beschichtete Film bei Raumtemperatur abgekühlt, um eine 5 μm dicke cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht auszubilden, in der die Orientierung des Flüssigkristallpolymers in einem Glaszustand fixiert war. Diese Schicht reflektierte als Spiegeloberfläche links zirkulär polarisiertes Licht von blauem Licht mit einer Wellenlänge von 380–450 nm.
Dann wurde unter Verwendung eines cholesterischen Flüssigkristallpolymers, der sich nur von dem oben erwähnten Flüssigkristallpolymer in dem asymmetrischen Kohlenstoffgruppenverhältnis unterscheidet, eine cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht basierend auf dem oben erwähnten Verfahren ausgebildet. Diese cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht reflektierte als eine Spiegeloberfläche links zirkulär polarisiertes Licht von rotem Licht mit einer Wellenlänge von 650–750 nm.
Danach wurden die zwei cholesterischen Flüssigkrjstallpolymerschichten, die oben erhalten wurden, aufeinander platziert und zwischen Laminierrollen eingeführt, die auf 130 °C erhitzt waren, um eine zirkulär polarisierte getrennte Platte zu erhalten, die aus einem Laminat besteht, in dem die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten aufeinander in einem Zustand engen Kontakts laminiert wurden. Die Reflektions eigenschaften dieses Laminats in engem Kontakt miteinander waren im Wesentlichen die Summe der oben erwähnten Eigenschaften der zwei verwendeten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten.
Beispiel 4
Die zirkulär polarisierte getrennte Platte, die in Beispiel 3 erhalten wurde, wurde auf 130 °C für 10 Minuten erwärmt und dann bei Raumtemperatur abgekühlt, um eine zirkulär polarisierte getrennte Platte zu erhalten. Diese reflektierte links zirkulär polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von 400 – 700 nm als Spiegeloberfläche. Das Vermischen der cholesterischen Flüssigkristallpolymere der oberen und unteren Schichten an der Grenzfläche engen Kontakts damit durch die Wärmebehandlung wurde durch die weitere Durchführung von Änderungen in helikaler Neigung durch TEM-Querschnittsbeobachtung beurteilt,.
Beispiel 6
Zwei cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten, die basierend auf dem Verfahren aus Beispiel 3 erhalten wurden, wurden mit Ethanol beschichtet, übereinander platziert, zwischen Laminierrollen bei Raumtemperatur eingeführt und bei 50 °C für 3 Minuten getrocknet, um eine zirkulär polarisierte getrennte Platte zu erhalten, die aus einem Laminat besteht, in dem die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten aufeinander in einem Zustand engen Kontakts laminiert wurden. Die Reflektionseigenschaften dieses Laminats mit engem Kontakt, waren im Wesentlichen die Summe der oben erwähnten Eigenschaften der zwei verwendeten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten.
Beispiel 6
Die zirkulär polarisierte getrennte Platte, die in Beispiel 5 erhalten wurde, wurde bei 150 °C für 3 Minuten erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt, um eine zirkulär polarisierte getrennte Platte zu erhalten. Diese reflektierte links zirkulär polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von 400 – 700 nm als Spiegeloberfläche. Die Mischung der cholesterischen Flüssigkristallpolymere der oberen und unteren Schichten in der Grenzfläche in engem Kontakt davon durch die Wärmebehandlung wurde durch die weitere Durchführung von Änderungen in helikaler Neigung durch TEM-Querschnittsbeobachtung bewertet.
Beispiel 7
Eine zirkulär polarisierte getrennte Platte, die aus einem Laminat besteht, in dem die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten miteinander in einem Zustand engen Kontakts laminiert wurden, wurde gemäß Beispiel 5 erhalten, mit der Ausnahme, dass Ethanol zu einer Lösung von 20 Gew.-% eines Acrylsäure, thermotropen cholesterischen Flüssigkristallpolymers in Tetrahydrofuran hinzugefügt wurde, der basierend auf Beispiel 3 erhalten wurde, um eine Lösung mit einem Feststoffanteil von 1 Gew.-% zu erhalten und die resultierende Lösung wurde auf die Oberflächen der Flüssigkrtstallpolymerschichten aufgetragen. Die Reflektionseigenschaften dieses Laminats in engem Kontakt miteinander waren im Wesentlichen die Summe der zuvor erwähnten Charakteristiken der zwei verwendeten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten.
Beispiel 8
Eine zirkulär polarisierte getrennte Platte wurde gemäß Beispiel 6 erhalten, mit der Ausnahme, dass die zirkulär polarisierte getrennte Platte, die in Beispiel 7 erhalten wurde, verwendet wurde. Diese reflektierte links zirkulär polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von 400 – 700 nm als eine Spiegeloberfläche. Die Mischung der cholesterischen Flüssigkristallpolymere der oberen und unteren Schichten in dem Grenzbereich in engem Kontakt miteinander durch Wärmebehandlung wurde durch Weiterführung durch Änderungen in helikaler Neigung durch TEM-Querschnittsbeobachtung bewertet.
Während die Erfindung im Detail und mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird es einem Fachmann auf dem Gebiet nahe liegen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen davon gemacht werden können, ohne vom Umfang derselben abzuweichen.

Claims

Eine zirkulär polarisierte getrennte Platte, die ein Laminat aus zwei oder mehr cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in engem Kontakt miteinander umfasst, bei dem sich eine obere Schicht von einer unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet, wobei das Laminat zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht eine gemischte Schicht aus den cholesterischen Flüssigkristallpolymeren aufweist, die die oberen und unteren Schichten ausbilden, die sich von den oberen und unteren Schichten in helikaler Neigung unterscheidet und sich in engem Kontakt damit befindet, um mehrstufige Änderungen in helikaler Neigung in der Richtung der Dicke zur Verfügung zu stellen.
Die zirkulär polarisierte getrennte Platte, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird, worin der Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts ein Wellenlängenbereich von 150 nm oder mehr des sichtbaren Lichtbereichs ist.
Ein Verfahren zur Herstellung der zirkulär polarisierten getrennten Platte gemäß Anspruch 1 oder 2, das die folgenden Schritte umfasst: die Beschichtung einer orientierten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht mit einer unterschiedlichen Art von cholesterischem Flüssigkristallpolymer und die Wärmeorientierung der resultierenden beschichteten Lage, wodurch ein Laminat aus zwei oder mehreren cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in engem Kontakt miteinander ausgebildet wird, bei dem sich eine obere Schicht von einer unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet; und das Erwärmen der erhaltenen Platte bei einer Temperatur gleich einer oder höher als eine Glasübergangstemperatur bis auf weniger als eine isotrope Phasenübergangstemperatur, um eine gemischte Schicht der cholesterischen Flüssigkristallpolymere auszubilden, die die oberen und unteren Schichten bilden.
Ein Verfahren zur Herstellung der zirkulär polarisierten getrennten Platte gemäß Anspruch 1 oder 2, das die folgenden Schritte umfasst: das Hitzeverpressen orientierter cholesterischer Flüssigkristallpolymerschichten aufeinander oder das Verkleben orientierter cholesterischer Flüssigkristallpolymerschichten miteinander durch eine flüchtige Flüssigkeit oder eine flüchtige Flüssigkeit, in der ein cholesterisches Flüssigkristallpolymer aufgelöst ist, wodurch ein Laminat aus zwei oder mehreren cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten in engem Kontakt miteinander ausgebildet wird, bei dem sich eine obere Schicht von einer unteren Schicht in helikaler Neigung unterscheidet; und das Erwärmen der erhaltenen Platte bei einer Temperatur gleich einer oder höher als eine Glasübergangstemperatur bis auf weniger als eine isotrope Phasenübergangstemperatur, um eine gemischte Schicht der cholesterischen Flüssigkristallpolymere auszubilden, die die oberen und unteren Schichten bilden.
Ein optisches Element, bei dem die zirkulär polarisierte getrennte Platte gemäß Anspruch 1 oder 2 mit mindestens einer 1/4 Wellenlängenplatte und einem Polarisator zur Verfügung gestellt wird.
Eine Polarisationslichtquellenvorrichtung, die die zirkulär polarisierte getrennte Platte gemäß Anspruch 1 oder 2 oder das optische Element gemäß Anspruch 5 auf einer Lichtausgangsseite eines Lichtrohres umfasst.
Eine Flüssigkristallanzeige, die die zirkulär polarisierte getrennte Platte gemäß Anspruch 1 oder 2, das optische Element gemäß Anspruch 5 oder die Polarisationslichtquellenvorrichtung gemäß Anspruch 6 auf einer sichtbaren Rückseite einer Flüssigkristallzelle umfasst.