SI20291A - Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika - Google Patents

Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika Download PDF

Info

Publication number
SI20291A
SI20291A SI9900164A SI9900164A SI20291A SI 20291 A SI20291 A SI 20291A SI 9900164 A SI9900164 A SI 9900164A SI 9900164 A SI9900164 A SI 9900164A SI 20291 A SI20291 A SI 20291A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
optical
layer
polymer
switch
negative
Prior art date
Application number
SI9900164A
Other languages
English (en)
Inventor
Janez Pir�
Silva Pir�
Bojan Marin
Robert Blinc
Martin �opi�
Rok Petkov�ek
Original Assignee
In�titut "Jo�ef Stefan"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by In�titut "Jo�ef Stefan" filed Critical In�titut "Jo�ef Stefan"
Priority to SI9900164A priority Critical patent/SI20291A/sl
Priority to EP00944563A priority patent/EP1192499B1/en
Priority to US10/018,049 priority patent/US7132133B1/en
Priority to AT00944563T priority patent/ATE324613T1/de
Priority to AU58643/00A priority patent/AU5864300A/en
Priority to PCT/SI2000/000017 priority patent/WO2000077561A2/en
Priority to DE60027565T priority patent/DE60027565T2/de
Publication of SI20291A publication Critical patent/SI20291A/sl

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133634—Birefringent elements, e.g. for optical compensation the refractive index Nz perpendicular to the element surface being different from in-plane refractive indices Nx and Ny, e.g. biaxial or with normal optical axis
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

Predlagani izum rešuje tehnični problem kompenzacije kotne odvisnosti kontrasta pri optičnih napravah s tekočekristalnimi zasloni (LC optičnih svetlobnih preklopnikih, ki delujejo na principu električno kontrolirane optične dvolomnosti) s pomočjo kompenzacijske plasti z negativno optično dvolomnostjo, ki omogoča optično kompenzacijo kotne odvisnosti dvolomnosti LC plasti v stanju, v katerem so LC molekule homeotropno urejene (tipično optično pozitivna dvolomnost). Postopek izdelave optično negativno-dvolomne kompenzacijske plasti je zasnovan na nadzorovani spontani deformaciji molekul polimera med procesom polimerizacije. Postopek izdelave je mogoč z uporabo znanih in dobro obvladovanih tehnoloških postopkov in omogoča masovno proizvodnjo kompenzacijskih plasti. Izum rešuje tako postopek izdelave kompenzacijske plasti s potrebno optično negativno-dvolomnostjo kot tudi konstrukcijo/postopek izdelave optičnega svetlobnega preklopnika, ki uporablja tak kompenzacijski film.ŕ

Description

POSTOPEKIZDELA VE KOMPENZACIJSKE POLIMERNE PLASTI ZA LCD OPTIČNE PREKLOPNIKE IN KONSTRUKCIJA TAKEGA PREKLOPNIKA
Predmet izuma je postopek izdelave kompenzacijske plasti z negativno dvolomnostjo, zasnovan na nadzorovani spontani deformaciji polimernih makromolekul med postopkom polimerizacije, ter konstrukcija optičnega svetlobnega preklopnika, ki tako kompenzacijsko plast uporablja.
Tehnično področje, kamor se uvršča predloženi izum, je kompenzacija kotne odvisnosti intenzitete prepuščene svetlobe pri optičnih napravah s tekočekristalnimi svetlobnimi preklopniki. V nadaljevanju bo za tekoče kristale uporabljana oznaka LC (Liquid Crystal).
Tehnični problem, ki ga rešuje predlagani izum, je povečanje vidnega kota oz. kompenzacija kotne odvisnosti intenzitete prepuščene svetlobe pri tekočekristalnih preklopnih elementih bodisi kot samostojnih elementih, to je LCD prikazalniki, bodisi kot sestavnih delih optičnih naprav s tekočekristalnimi filtri. Točneje gre za kompenzacijo LC optičnih svetlobnih preklopnikov, ki delujejo na principu električno kontrolirane dvolomnosti in se uporabljajo za modulacijo intenzitete vpadajoče svetlobe v zaščitnih napravah, kot so LCD zaščitni filtri v varilskih čeladah, optičnih sistemih laserskih varilnih naprav, itd. Predlagani izum omogoča kotno kompenzacijo takega preklopnika v tipično zaprtem stanju, v katerem so tekočekristalne molekule homeotropno urejene. Izum rešuje tako postopek izdelave kompenzacijske plasti z negativno dvolomnostjo, ki ima optično os orientirano pravokotno na površino optičnega svetlobnega preklopnika, to je vzporedno s homeotropno orientiranimi molekulami, kot tudi konstrukcijo in postopek izdelave LC elektrooptičnega preklopnega elementa, ki uporablja tak kompenzacijski film.
Osnovni principi in naravne zakonitosti, na katerih je zasnovan zgoraj omenjeni postopek kotne kompenzacije LC optičnih svetlobnih preklopnikov, ki je predmet izuma, so dobro poznani in opisani v vrsti patentov, kot so Clerc et al. US 4,001,028, Yamamoto et al. US 4,984,874, Bos US 5,187,603 in podobnih. Prav tako je bila do sedaj razvita vrsta uspešnih tehničnih rešitev za izdelavo kompenzacijskih plasti za LCD optične preklopnike.
Prvo uspešno rešitev (#1) zgoraj omenjenega tehničnega problema je leta 1989 pokazal Uchida
-2z univerze Tohoku (Uchida et al. SID 89 Digest, p378-381) in nato leta 1991 Clerc iz firme Stanley (SID Digest 91 p758-761; US 4,889,412; US 5,298,199). Obe rešitvi sta osnovani na dvodimenzionalni mehanski deformaciji oz. raztezanju nekaterih termoplastičnih polimernih materialov med termičnim cikliranjem skozi steklasti fazni prehod. Nekaj let kasneje so funkcionalno podoben rezultat dosegli Eblen in sodelavci iz firme Rockvvell (SID94 Digest p245248: US 5,196,953) z uporabo večplastnih tankoplastnih oksidnih filtrov z negativnimi dvolomnimi lastnostmi.
Nov tehnološko zelo zanimiv pristop (#2) sta razvila Harris in Cheng na univerzi Akron, ZDA ter nekoliko kasneje Shin-Tson-Wu iz firme Hughes, ZDA (J.Appl. Phys. 76, 10, 1994; SID Digest 94, p 923-926; US 5,344,916; US 5,580,950; US 5,480,964). Pokazali so, da se pri centrifugalnem nanosu tanke plasti preimidiziranih poliimidov dolgi molekulski segmenti prednostno orientirajo v ravnini nanesene plasti, s čimer pride do močnih negativnih dvolomnih lastnosti takih plasti, ki predstavljajo ceneno in tehnološko sorazmerno enostavno rešitev zgoraj opisanega tehničnega problema.
Vsekakor je treba omeniti tudi vrsto tehničnih rešitev, razvitih za računalniške terminale (#3) s strani firm, kot so Nito Denko (Fujimura et al. SID Digest 91, p 739, SID Digest 92, p397-400; US 5,245,456,..), Sumitomo (Nakamura et al. US 5,061,042,..) ter (#4) Fuji Film (Mori et al., US 5,559,618; Mori et al. Display and Imaging 5, pl (96); Kamada et al. US 5,646,703; Mori et al. US 5,583,679) in Akzo Nobel (Picken et al. US 5,382,648, US 5,525,265,..). Pri tem sta firmi Nitto in Sumitomo (#3) razvili večplastni kompenzacijski film na osnovi enodimenzionalne deformacije oz. raztezanja, firma Fuji (#4) polimerni diskotični tekočekristalni kompenzacijski film, ki mu je mogoče spreminjati optične kompenzacijske lastnosti glede na vidni/opazovalni kot računalniškega monitoija, firma Akzo Nobel (#4) pa polimerne holesterinske tekočekristalne kompenzacijske filme na različnih polimernih osnovah, ki so idealno prilagojeni za kotno kompenzacijo STN računalniških monitorjev. Vse zgoraj omenjene rešitve so v prvi vrsti namenjene kotni kompenzaciji kontrasta pri multipleksno krmiljenih LC monitorjih, pri katerih ni mogoče v celoti zagotoviti homeotropne orientacije LC molekul v krmiljenem segmentu. Zato te rešitve niti tehnično zlasti pa ne cenovno niso primerne za rešitev zgoraj omenjenega tehničnega problema kotne kompenzacije LC optičnih svetlobnih preklopnikov, ki delujejo na principu električno kontrolirane dvolomnosti, v stanju, v katerem so LC molekule povsem homeotropno
-3urejene.
Zanimive so tudi tehnične rešitve zgoraj predstavljenega tehničnega problema kotne kompenzacije LC optičnih svetlobnih preklopnikov, ki delujejo na principu električno kontrolirane dvolomnosti in ki so osnovane na uporabi več tekočekristalnih celic (#5). Tehnične rešitve osnovane na komplementarni orientaciji dveh standardnih TN celic (twist nematic - zasuk LC strukture je enak 90°), ki sta prirejeni tako, da se njuni kotni odvisnosti kompenzirata, uporablja v svoji proizvodnji večina proizvajalcev (Optrel, Xelux, Jackson,..). Vsekakor je pomembna tudi tehnična rešitev firme ESAB (Homell, US 4,240,709), ki uporablja dve TN celici, od katerih ena deluje v pasivnem (bistveno manjša kotna odvisnost kontrasta), druga pa v aktivnem režimu, pri čemer uporablja “pasivna” TN celica kot zasuka LC strukture od 60° - 90°. V svojem patentu firma Speedglass (Homel et al., EP 706,674, WO 9,529,428, US 5,825,441) ščiti uporabo dveh komplementarnih TN celic, ki uporabljata zasuk LC strukture manjši od 90°, v patentnih prijavah (Homell et al., EP 805,661, WO 9,715,254) in (Hornell et al, EP 858,305, WO 9,715,255) pa ista firma osnovno idejo uporabe dveh komplementarnih TN celic, ki uporabljata zasuk LC strukture manjši od 90°, nadgrajuje z uporabo nizkofrekvenčnega krmiljenja LCD preklopnikov ter dodatne retardacijske plasti. Z uporabo več LC celic rešuje problem kotne kompenzacije tudi US 5,515,186 (Fergasson et al.). Vsekakor je takšen način kompenzacije kotne odvisnosti sorazmerno drag, saj vsaka dodatna LC celica pomembno podraži izdelavo svetlobnih preklopnikov.
Ob tem se je treba tudi zavedati, da se problem kotne kompenzacije plasti homeotropno orientiranih LC molekul neposredno navezuje tudi na problem kotne odvisnosti samih prekrižanih polarizatorjev, ki so sestavni del vsakega LC elektrooptičnega preklopnega elementa, ki deluje na principu električno kontrolirane optične dvolomnosti. Vrsta avtorjev je v zadnjih letih predstavila osnovne principe reševanja tega problema. Predlagane rešitve so osnovane na uporabi najmanj dveh dodatnih dvolomnih plasti, vgrajenih med LC celico ter vstopnim in izstopnim polarizatorjem. Tako je K. Ohmuro s sodelavci iz firme Fujitsu, Japonska, pokazal (SID'97,1 ,p845), daje problem mogoče precej uspešno rešiti z uporabo treh dvolomnih plasti, od katerih sta dve negativno dvolomni in imata hitro optično os usmerjeno pravokotno na plast tekočega kristala (vzporedno s homeotropno orientiranimi LC molekulami!), ena pa je pozitivno dvolomna in ima optično os usmerjeno vzporedno s tekočekristalno plastjo (pravokotno na homeotropno orientirane LC molekule!). Večina ostalih avtorjev, kot so H.Mori, P.Bos (IDRC'97, p.M-88), J.Chen s sodelavci
-4iz firme Samsung, Koreja (SID98 Digest, p.315), ima svoje tehnične rešitve osnovane na uporabi efektivno dveh dodatnih negativno-dvolomnih plasti, od katerih ena, katere hitra osje vzporedna s polarizacijsko osjo analizatoija, povzroči relativni fazni zamik med rednim in izrednim žarkom za 1/4 valovne dolžine svetlobe in se imenuje λ/4 ploščica. Kombinacija takšne in tako orientirane λ/4 ploščice z ustrezno debelo dodatno dvolomno ploščico z istim predznakom optične dvolomnosti in optično osjo, orientirano v smeri pravokotno na plast tekočega kristala, to je vzporedno s homeotropno orientiranimi LC molekulami, pomembno izboljša kotno odvisnost atenuacije prekrižanih polarizatoijev.
Predlagana tehnična rešitev se od dosedaj najboljših že uporabljanih rešitev:
- Skupina rešitev #1: Uchida, Stanley,..
- Skupina rešitev #2: Harris in Cheng, Hughes,..
- Skupina rešitev #3: NITO Denko, Sumitomo Chemicals,..
ki jim je na nek način podobna v smislu deformacije sicer izotropnih polimernih molekul, se pomembno razlikuje v načinu, ki ga uporablja za doseganje ustrezne deformacije polimernih molekul.
Uchida, Stanley (#1) ter NITO in Sumitomo Chemicals (#3) uporabljajo princip dvo- ali enodimenzionalnega raztezanja že formirane, to je polimerizirane termoplastne polimerne folije, medtem ko Harris in Cheng ter Hughes (#2) uporabljajo postopek urejanja dolgih segmentov molekul s posebnim postopkom nanosa raztopine predpolimeriziranega polimera, na primer nanos preimidiziranega poliimida na vrteči se plošči.
Postopek po izumu je osnovan na izkoriščanju volumske kontrakcije polimera med samim postopkom polimerizacije tako, da je plast monomera med polimerizacijo v stiku vsaj z eno togo površino ali prednostno ujeta med dve plasti termično in mehansko stabilnih, togih materialov, na primer stekla. Na ta način se v materialu pojavijo napetosti v ravnini, ki jo določajo toge mejne površine in ki povzročijo ustrezno deformacijo sicer izotropnih makromolekul. Ker do take deformacije makromolekul pride med postopkom polimerizacije, navzkrižna polimerizacija trajno zamrzne deformirano obliko molekul, kar je nadvse pomembno za dolgočasovno in termično stabilnost tako izdelanih dvolomnih filmov. Terminus zamrzne je uporabljen v smislu otrdi oziroma otrpne. Prav ta, z navzkrižno polimerizacijo zamrznjena deformiranost makromolekul,
-5daje predlaganemu postopku pomembne prednosti pred do sedaj znanimi postopki raztezanja že formiranih, toje polimeriziranih polimernih folij. Le-ta je po dosedaj znanih postopkih dosežena, bodisi z neposrednim več ali manj enodimenzionalnim mehanskim raztezanjem, kot ga uporablja zgoraj omenjena skupina #3 tehničnih rešitev (Nitto, Sumitomo, ...), bodisi s homogenim dvodimenzionalnim raztezanjem termoplastne polimerne folije v okolici steklastega faznega prehoda uporabljenega polimera kot je značilno za skupino #1 zgoraj naštetih znanih tehničnih rešitev - Uchida, Stanley,... Postopek ne zahteva tehnično zelo zahtevne opreme za kontrolirano mehansko raztezanje. Omogoča po eni strani masovno proizvodnjo, po drugi pa gaje mogoče prilagoditi tako, da predstavlja tako dobljena plast polimera z negativno dvolomnostjo istočasno tudi povezovalno vlogo, toje lepljenje in optični stik med LCD celico in polarizacij skim filtrom.
V primerjavi s tehničnimi rešitvami #2 predlagani postopek omogoča bistveno manjšo deformacijo molekul, zaradi česar so potrebne debelejše plasti. Vendar je proizvodni postopek cenejši, fleksibilnejši in omogoča znatno širši izbor materialov kot tudi večjo natančnost in ponovljivost. Pomembna prednost je tudi to, daje proizvodni postopek mogoče prirediti tako, da omogoča sprotno prilagajanje debeline kompenzacijske polimerne plasti posameznim LCD optičnim preklopnikom, to je prilagajanje debelini in dvolomnosti plasti tekočega kristala, izbranim polarizatoijem itd. To pri vseh treh znanih postopkih, ki zahtevajo bodisi izredno zahtevno eno ali večdimenzionalno raztezanje (tehnične rešitve #1 in #3), bodisi izredno zahteven postopek nanosa kompenzacijske plasti (tehnične rešitve #2), ni mogoče. Možna je le masovna proizvodnja kompenzacijskega filma z določeno izbrano retardacijsko vrednostjo, ki ni neobhodno optimalna za izbrano konfiguracijo LCD optičnega preklopnika. Na lastnosti izbrane konfiguracije vplivajo predvsem debelina in lomni količnik plasti tekočega kristala, izbrani polarizatoiji itd.
Rešitev je povsem drugačna od skupine tehničnih rešitev #4 (Fuji, Akzo-Nobel,...). Te rešitve so sicer tehnično kvalitetne, vendar so postopki zelo zahtevni in dragi. Gre za masovno proizvodnjo kompenzacijske plasti s točno določenimi lastnostmi, ki v principu onemogoča prilagajanja specifičnim lastnostim posameznih LCD preklopnikov. Prav tako se teh materialov ne more istočasno uporabiti za povezovanje posameznih sestavnih delov LCD preklopnika v funkcionalno celoto.
V primerjavi z znanimi tehničnimi rešitvami, ki so osnovane na uporabi več LC celic (#5),
-6predlagani postopek omogoča znatno cenejšo in enostavnejšo izvedbo. Uporaba vsake dodatne
LC celice namreč znatno podraži izdelek, po drugi strani pa poslabša ostale pomembne optične lastnosti, kot je sipanje svetlobe,...
Naloga in cilj izuma je postopek izdelave optične kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in ustrezna konstrukcija takega preklopnika. Postopek naj omogoča izdelavo optične negativno-dvolomne kompenzacijske plasti na osnovi nadzorovane, spontane deformacije polimernih makromolekul med procesom polimerizacije polimerne plasti. Deformiranost polimernih makromolekul naj nastane kot posledica volumskega krčenja polimera med procesom polimerizacije, če je plast polimera med polimerizacijo ves čas v stiku z vsaj eno togo površino, prednostno pa se nahaja med dvema togima površinama, pod pogojem, da se lahko polimerna plast neovirano krči v smeri, kije pravokotna na njeno površino. Izraz “neovirano” pomeni dejansko neovirano ali da so mehanske napetosti v smeri pravokotno na površino znatno manjše kot v ravnini plasti. Optično dvolomna kompenzacijska polimerna plast, izdelana po postopku v smislu izuma, naj omogoča enostavno prilagajanje specifičnim lastnostim posameznih LCD optičnih preklopnikov s tem, da se prilagaja debelino same plasti oziroma pogoje polimerizacijskega procesa. Poleg kompenzacije kotne odvisnosti optičnih lastnosti (atenuacija svetlobe,...) LCD optičnega preklopnika tako izdelana optično-negativno dvolomna plast hkrati lahko služi kot optično kontaktno lepilo, ki povezuje posamezne podsestave LCD optičnega preklopnika v funkcionalno celoto.
Po izumu je naloga rešena po neodvisnih patentnih zahtevkih.
V nadaljevanju je izum kot izvedbeni primer prikazan in opisan s pomočjo slik, ki prikazujejo: Slika 1: Shematski prikaz nedeformirane polimerne makromolekule in makromolekule deformirane po postopku, ki je predmet patenta
Slika 2: Shematska ilustracija postopka izdelave polimerne optično negativno-dvolomne plasti z uporabo mehkih distančnikov
Slika 3: Shematska ilustracija postopka izdelave polimerne optično negativno-dvolomne plasti z dvostopenjsko polimerizacijo polimerne kompenzacijske plasti in s trdimi distančniki, ki se jih pred drugo stopnjo polimerizacije odstrani
-7Slika 4: Shematski prikaz konstrukcije kotno kompenziranega LC optičnega preklopnika, ki omogoča kotno kompenzacijo dvolomnosti LC plasti:
a - primer mehansko stabilnih polarizatorjev b - z dodatno stekleno ploščo, ki ščiti mehansko občutljive polarizatorje
Slika 5: Shematski prikaz konstrukcije kotno kompenziranega LC optičnega preklopnika, ki omogoča kotno kompenzacijo dvolomnosti LC plasti in prekrižanih polarizatorjev.
Predlagana rešitev v smislu izuma je osnovana na spontani deformaciji molekul nekaterih polimernih materialov, na primer poliuretanov, polikarbonatov, različnih polimernih materialov za plastične leče kot so na primer allyl-diglycol-carbonate (ADC), materialov za laminacijo polarizacij skih filmov kot so cellulose-aceto-butyrate (CAB) oziroma materialov, cellulosetriacetate (TAC), itd., do katere pride zaradi volumskega krčenja materiala med termično ali UV aktivirano polimerizacijo pod pogojem, daje plast monomera med polimerizacijo v neposrednem stiku vsaj z eno togo površino ali ujeta med dve plasti togih, termično in mehansko stabilnih materialov, na primer stekla.
Za tako tehnično rešitev so primerni predvsem monomemi in predpolimerni materiali, ki imajo zaradi svoje kemijske strukture tendenco, da že polimerizirani med linearnim raztezanjem postanejo pozitivno optično dvolomni z glavno osjo tenzoija lomnega količnika, to je optično osjo orientirano v smeri mehanske deformacije, to je raztezanja.
Med polimerizacijo se polimerna masa prilepi na togo mejno površino. Ob spontanem volumskem krčenju polimera med polimerizacijo tako pride do mehanskih napetosti v materialu. Če je pri tem omogočeno prosto krčenje materiala v smeri pravokotno na polimerno plast (po debelini), to je osi z, preostanejo le napetosti v ravnini polimerne plasti, to so osi x,y, v smeri osi z pa so mehanske napetosti znatno manjše. Te napetosti povzročijo, da so sicer izotropne molekule polimera deformirane tako, da so sploščene v smeri osi z oz. enakomerno raztegnjene v vseh smereh v ravnini x,y polimerne plasti, kot to prikazuje Sl. 1. Pri uporabi materialov z zgoraj omenjenimi pozitivnimi razteznimi lastnostmi tako nastane plast z negativno optično dvolomnostjo.
Efekt deformacije makromolekul med postopkom polimerizacije je mogoče dodatno povečati
-8tako, da se proces polimerizacije sproži pri povišani temperaturi. S tem tudi razlike v termičnem raztezanju polimera in mejnih togih površin dodatno prispevajo k deformaciji makromolekul.
Z izbiro ustreznih parametrov tehnološkega postopka, predvsem debeline plasti, kemijske sestave mejnih površin, časovnega profila hitrosti polimerizacije, temperature itd., dobi tako pripravljena polimerna plast željene negativne dvolomne optične lastnosti. Te optične lastnosti omogočajo kotno kompenzacijo intenzitete prepuščene svetlobe za homeotropno urejene plasti LC molekul v LC optičnem preklopniku, ki ima v splošnem pozitivno optično dvolomnost. S primemo izbiro debeline kompenzacijske polimerne plasti je mogoče kompenzirati kotno odvisnost kontrasta/atenuacije LC preklopnika tako, daje optična debelina kompenzacijske plasti, to je produkt dvolomnosti ( Δη) in debeline plasti (d) => ( Δη|Μηη,„ x dpOiin,er) enaka optični debelini tekočekristalne plasti, to je produkta dvolomnosti in debeline plasti Δηι,ε x dLc
Glede na to, daje krčenje med polimerizacijskim postopkom 3-dimenzionalno, je treba celoten postopek izpeljati tako, da se pojavijo napetosti le v x, y ravnini polimerne kompenzacijske plasti, medtem ko morajo biti v smeri z (po debelini), ki je pravokotna na plast, napetosti minimalne. Napetostim v smeri osi z se izognemo tako, da omogočimo prosto spreminjanje debeline kompenzacijske plasti, torej premikanje vsaj ene od mejnih plasti v smeri osi z med postopkom polimerizacije.
To je mogoče doseči na več načinov, ki temeljijo na naslednjih treh osnovnih idejah:
- Z uporabo mehkih distančnikov, ki se pod obremenitvijo lahko deformirajo, med mejnima površinama polimerne kompenzacijske plasti, s katerimi določimo debelino plasti predpolimera pred polimerizacijo, hkrati pa se pod pritiskom sil, ki nastanejo pri krčenju materiala med polimerizacijo z lahkoto deformirajo in tako omogočijo prosto krčenje v smeri osi z.
- S postopno oz. polimerizacijo v več, prednostno v dveh stopnjah, kjer je debelina plasti med dvema togima mejnima površinama polimerne mase / monomera oz. predpolimera v začetku določena s trdimi distančniki, polimerizacija pa se najprej izvede le do stopnje, ko viskoznost naraste do take mere, da zaradi nje in površinske napetosti iztekanje polimerne mase ni več možno. Trdi distančniki, ki zagotavljajo ustrezno debelino polimerne plasti, se nato odstranijo in postopek polimerizacije se izpelje do konca tako, da se plast polimera v smeri z, ki je pravokotna na plast, lahko neovirano krči.
-9- Z nalivanjem ustrezne, kontrolirano debele plasti predpolimera na togo nosilno podlogo, kar omogoča, da se polimerna plast v svoji debelini med postopkom polimerizacije lahko neovirano krči v smeri osi z. Polimerizacijski proces predpolimeme mase torej poteka ob stiku z vsaj eno togo mejno površino.
Postopki izdelave polimerne plasti z optično negativno dvolomnostjo kot tudi sama konstrukcija LC optičnega preklopnika, ki uporablja tako polimerno plast za kompenzacijo kotne odvisnosti atenuacije svetlobe, so opisani v naslednjih izvedbenih primerih.
Primer 1
A. Postopek izdelave polimerne plasti z optično negativno dvolomnostjo
a) Enostopenjska polimerizacija - mehki distančniki
Polimerno, negativno-dvolomno kompenzacijsko plast se izdela med dvema togima površinama, prednostno steklenima ploščama kot prikazuje sl. 2. Prostor med tema mejnima ploskvama 1, 2, ki sta razmaknjeni za debelino d, se napolni z monomemo oziroma predpolimerno maso 3. Primerni so monomemi in predpolimemi materiali, ki imajo zaradi svoje kemijske strukture tendenco, da v že polimerizirani obliki med linearnim raztezanjem postanejo pozitivno optično dvolomni z glavno osjo tenzoija lomnega količnika, to je optično osjo, orientirano v smeri mehanskega raztezanja, na primer kopolimer poliuretan-epoksi z aktivatorjem za UV svetlobo,..
. Razmik med ploskvama oz. debelino predpolimeme plasti določajo med ploskvi vstavljeni distančni elementi 4, tako imenovani mehki distančniki, ki so izdelani v posebnem postopku iz primernega materiala, na primer iz silikonskega gela z ustreznimi dimenzijami in s tako trdoto, da ostanejo nedeformirani pri obremenitvah zaradi teže mejne ploskve 1 in površinske napetosti v plasti nepolimeriziranega materiala.
Plast se segreje na povišano temperaturo, da se zaradi termičnih raztezkov dodatno poveča napetosti, ki povzročajo deformacijo polimernih makromolekul, na primer 60°C do 80°C. Z intenzivno, zelo homogeno UV svetlobo, ki jo daje prednostno 300 -1000 W svetlobni izvor pretežno v UVA delu spektra, se sproži proces polimerizacije plasti predpolimeme mase 3 po sliki
-102., ki je zaključen v primernem času Že med samim postopkom polimerizacije se lahko začne zniževati temperaturo polimerne plasti tako, da do končnega zamreženja, to je do navzkrižne polimerizacije lahko pride v že več ali manj ohlajenem materialu. Med polimerizacijo se zaradi volumskega krčenja polimerne plasti pojavijo napetosti v plasti. Pod pritiskom teh sil se mehki distančniki 4 deformirajo in omogočijo prosto krčenje polimera 3 v smeri pravokotno na plast, oziroma v smeri osi z, medtem ko zaradi lepljenja na togi mejni površini 1, 2 napetosti v plasti v oseh x, y ostanejo. Polimerne makromolekule dobijo tako značilno deformirano obliko, kot je prikazana na sliki 1. Navzkrižna polimerizacija trajno “zamrzne” deformirano obliko molekul, kar je nadvse pomembno za dolgočasovno in termično stabilnost tako izdelanih dvolomnih polimernih filmov.
Izraz zamrzne je uporabljen v smislu otrdi oziroma otrpne. Po končani polimerizaciji se po potrebi lahko odstrani toge mejne ploskve, tako dobljena optično negativno- dvolomna polimerna plast paje uporabna kot samostojen optičen negativno-dvolomen element v različnih aplikacijah. V zahtevnejših izdelkih, na primer zaščitnih varilskih filtrih, ki so večinoma večplastni laminati različnih plasti kot so reflektorji infrardeče svetlobe, polarizacij ski filtri, in podobno, kot mejne plasti lahko nastopajo posamezni sestavni elementi takega optičnega sestava in zgoraj opisana polimerna plast poleg optične kotne kompenzacije homeotropno orientiranih LC molekul igra istočasno tudi vlogo povezovalne plasti in optičnega kontakta.
b) Dvostopenjska polimerizacija - trdi distančniki
Začetek postopka je enak kot v primeru a), le da je razmik med ploskvama 1, 2 določen s trdimi distančniki 5 po sliki 3, ki hkrati skozi odprtino 9 v zgornjem nosilcu 8 omogoča osvetlitev plasti predpolimera 3 z UV svetlobo. Polimerizacija se izvede v dveh stopnjah. Prva stopnja polimerizacije je prednostno aktivirana pri sobni temperaturi s sorazmerno šibko UV svetlobo, ki jo zagotavlja prednostno 150 W svetlobni izvor 6 v UV A spektralnem območju. Predpolimema masa 3 se čimbolj homogeno osvetli po celotni vidni površini, osvetljevanje pa se prekine takoj oziroma po nekaj sekundah, ko viskoznost naraste do take mere, da zaradi nje in površinske napetosti iztekanje delno polimerizirane mase ni več možno.
Po končani prvi stopnji delne polimerizacije se umakne trde distančnike 5, ki zagotavljajo pravilno
-11debelino polimerne plasti. Enako kot v primeru a) se plast nato v drugi stopnji, ki je lahko bodisi termično ali UV aktivirana segreje na povišano temperaturo, prednostno 60 do 80°C, da se zaradi termičnih raztezkov dodatno poveča napetosti, ki povzročajo deformacijo polimernih makromolekul. Z intenzivno, zelo homogeno UV svetlobo, ki jo zagotavlja prednostno 300 - 1000 W svetlobni izvor, pretežno v UVA delu spektra, se sproži proces končne polimerizacije plasti predpolimeme mase, ki je zaključen v nekaj deset sekundah. Že med samim postopkom polimerizacije se lahko začne zniževati temperaturo polimerne plasti tako, da do končnega zamreženja, to je do navzkrižne polimerizacije, lahko pride v že več ali manj ohlajenem materialu. Navzkrižna polimerizacija trajno zamrzne deformirano obliko molekul, kar je nadvse pomembno za dolgočasovno in termično stabilnost tako izdelanih dvolomnih polimernih filmov. Povsem enako kot v primeru a) se po končani polimerizaciji po potrebi lahko odstrani toge mejne ploskve, tako dobljena optično negativno-dvolomna polimerna plast pa je uporabna kot samostojen optičen negativno-dvolomen element v različnih aplikacijah. V zahtevnejših izdelkih, na primer zaščitnih varilskih filtrih, ki so večinoma večplastni laminati različnih plasti kot so reflektoiji infrardeče svetlobe, polarizacij ski filtri in podobno, kot mejne plasti lahko nastopajo posamezni sestavni elementi takega optičnega sestava. Tako zgoraj opisana polimerna plast poleg optične kotne kompenzacije homeotropno orientiranih LC molekul igra istočasno tudi vlogo povezovalne plasti in optičnega kontakta.
Opcijsko se predpolimema masa v prvi stopnji osvetli le na robovih polimerne plasti, izven uporabne, to je vidne površine kasnejše optične negativno-dvolomne kompenzacijske plasti. Polimerizacija, to je osvetljevanje z UV svetlobo, se prekine takoj, ko v osvetljenem delu trdota materiala narase do take mere, da lahko polimerizirani del opravlja funkcijo mehkih distančnikov.
Postopki izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LC optične preklopnike, ki ima optično os pravokotno na svojo površino, so v osnovi torej naslednji:
- da se monomema ali predpolimema masa nalije na togo mejno površino in poteka polimerizacijski proces predpolimeme mase ob stiku z vsaj eno togo mejno površino
- da se monomema ali predpolimema masa nalije med dve togi mejni površini, ločenimi z mehkimi distančniki, ki se pod pritiskom lahko deformirajo in poteka polimerizacijski proces predpolimeme mase ob stiku z dvema togima mejnima površinama
- da se monomema ali predpolimema masa nalije med dve togi površini, ločenimi s trdimi
-12distančniki in poteka polimerizacijski proces predpolimerne mase ob stiku z dvema togima mejnima površinama najprej do stopnje, ko viskoznost mase naraste do te mere, da ne izteka, nakar se trdi distančniki odstanijo in se polimerizacijski proces izvede do konca.
Izraz “nalije” se razume v najširšem smislu, kar pomeni, da se lahko dejansko nalije na togo mejno površino ali uvede s pomočjo površinske napetosti med dve togi mejni površini ali pa se nalije na eno togo mejno površino ter se druga toga površina doda na plast po nalitju.
Polimerizacija poteka pri povišani temperaturi bodisi termično ali UV aktivirano pri temperaturi, ki je vsaj nekoliko nižja od temperature steklastega faznega prehoda polimera. V večini primerov je po potrebi mogoče doseženo optično dvolomnost polimerne plasti ustrezno, kontrolirano zmanjšati s ponovnim segrevanjem polimerne plasti v bližino steklastega faznega prehoda polimera. Polimerizacija je prednostno vsaj v začetku aktivirana z UV svetlobo. Opcijsko aktivacija polimerizacije z UV svetlobo 6 poteka v dveh stopnjah tako, da v prvi stopnji, ko je debelina plasti določena s trdimi distančniki 5, poteče le do stopnje, ko povečana viskoznost stabilizira debelino plasti 3 do take mere, daje mogoče trde distančnike 5 odstraniti in nato v naslednji fazi UV aktivirane polimerizacije omogočiti, da polimerizacija poteka brez napetosti v smeri, ki je pravokotna na kompenzacijsko polimerno plast 3.
B. Konstrukcija kotno kompenziranega LCD optičnega preklopnika
Postopek izdelave optično negativno dvolomne plasti v smislu izuma omogoča povsem nove konstrukcijske rešitve za izdelavo kotno kompenziranih optičnih LC preklopnikov svetlobe. Takšna plast poleg osnovne funkcije kompenzacije kotne odvisnosti pozitivne optične dvolomnosti homeotropno orientirane plasti tekočega kristala lahko tudi povezuje sestavne dele v mehansko in optično enoten sklop ter zagotavlja optični stik, česar ne omogoča nobena od do sedaj znanih tehničnih rešitev.
Konstrukcija v smislu izuma je izvedena tako, da eden ali oba polarizatoija, ki skupaj z LC celico tvorita optični preklopnik, ni laminiran neposredno na LC celico, ampak na eno od zunanjih zaščitnih plasti, na primer na steklo ali IR/UV filter in se nato z uporabo optično negativnodvolomne polimerne plasti po izumu poveže z LC celico v mehansko in optično enoten sklop. V splošnem gre za dva koncepta optične kompenzacije LC preklopnikov svetlobe:
-13a. Kompenzacija kotne odvisnosti optično pozitivne dvolomnosti homeotropno orientirane plasti tekočega kristala v LC celici.
b. Kompenzacija tako kotne odvisnosti optično pozitivne dvolomnosti homeotropno orientirane plasti tekočega kristala v LC celici kot tudi kotne odvisnosti pravokotno prekrižanih polarizatoijev, ki skupaj s LC celico tvorita LC optični preklopnik.
Ad a. V večini primerov kompenzacija kotne odvisnosti optično pozitivne dvolomnosti homeotropno orientirane plasti tekočega kristala v LC celici 13 sama po sebi povsem zadošča tehničnim zahtevam. S tem se konstrukcija takega LC optičnega preklopnika, prikazanega na sliki 4, poenostavi. Kolikor zunanje plasti polarizacijskih filtrov lahko prenesejo mehanske obremenitve v ravnini x,y polarizacij skega filtra, ki nastanejo med zgoraj opisanim procesom polimerizacije (po izvedbenih primerih Aa in Ab) optično negativno-dvolomne plasti 3, je prednostno najprimernejša konstrukcija taka, da se najprej s standardnim izotropnim lepilom 17 poveže polarizator 15 in eno od zunanjih zaščitnih plasti 2, kot je na primer steklo ter LC celico 13, polarizator/analizator 12 in IR/UV reflektor 11 v dva samostojna sklopa. Na ta način dobljena sestavna elementa LC preklopnika se združi v enoto tako, da se ju po zgoraj opisanem postopku poveže s plastjo ustreznega polimera 3, kot je na primer kopolimer poliuretan-epoksi z aktivatorjem za UV svetlobo. Taka konstrukcija optičnega preklopnika je prikazana na sliki 4a.
Pri tem je treba natančno kontrolirati zunanje pogoje izdelave preklopnika v skladu z opisanim postopkom izdelave optično negativno-dvolomne polimerne plasti po izumu v smislu izvedbenih primerov Aa in Ab tako v smislu mehanske konstrukcije, ki mora zagotavljati točno določeno in kontrolirano debelino plasti, na primer 300 pm, kot tudi polimerizacijske pogoje: temperaturni profil, postopek osvetljevanja z UV svetlobo tako, da se v polimeru 3 med polimerizacijo inducira optična negativna-dvolomnost,.... Z ustrezno izvedbo celotnega postopka, to je z mehkimi distančniki ali večstopenjsko polimerizacijo, je mogoče doseči, daje glavna os tenzorja lomnega količnika orientirana pravokotno na plast. Če se istočasno zagotovi, daje njena optična debelina taka, daje vsota optične debeline, to je produkta dvolomnosti in debeline plasti (Anpoiin,er x dpoiimer), te plasti in optične debeline obeh polarizacij skih filtrov, ki imata lahko sama po sebi tudi rahle optično negativno-dvolomne lastnosti, enaka optični debelini homeotropno orientirane tekočekristalne plasti, to je produkta dvolomnosti in debeline plasti (AnLc x dLc), je na ta način izpolnjen pogoj za kompenzacijo kotne odvisnosti kontrasta/atenuacije LC preklopnika. Poleg te
-14osnovne funkcije takšna plast tudi povezuje oba sestavna dela v mehansko in optično enoten sklop ter zagotavlja optični stik.
Če zunanje plasti polarizacij skih filtrov ne prenesejo mehanskih obremenitev v ravnini x-y polarizacij skega filtra, ki nastanejo med zgoraj opisanim procesom polimerizacije optično negativno-dvolomne plasti, je prednostno najprimernejša konstrukcija, prikazana na sliki 4b. V tem primeru se optično negativno-dvolomna kompenzacijska polimerna plast 3 formira med eno od površin LC celice 13 in dodatno, prednostno stekleno ploščo 18, ki predstavlja učinkovito zaščito za polarizator/analizator 15. Na tako izdelan sklop LC celice 13 in optično-negativno dvolomne polimerne plasti 3, ki se nahaja med eno od zunanjih stekel LC celice 13 in dodatno, prednostno stekleno ploščo 18, se na obe zunanji površini laminira prekrižana polarizatorja 12 in 15 s standardnim izotropnim lepilom 17, kot je slikonski gel ali podobno. Tak optični preklopnik ima pomembno boljše lastnosti od standardnega LC optičnega preklopnika.
Opcijsko je seveda mogoče oba polarizatorja povezati z LC celico z negativno-dvolomnim polimernim kompenzacijskim slojem po izumu namesto s standardnim optično izotropnim lepilom. V tem primeru seveda velja, da mora biti vsota optičnih debelin obeh polimernih plasti in optične debeline obeh polarizacij skih filtrov, ki imata lahko sama po sebi tudi rahle optično negativnodvolomne lastnosti, enaka optični debelini homeotropno orientirane tekočekristalne plasti, to je produkta dvolomnosti in debeline plasti (AnLc x dLc), da je na ta način izpolnjen pogoj za kompenzacijo kotne odvisnosti kontrasta/atenuacije LC preklopnika.
Ad b. Konstrukcije kotno kompenziranega LC optičnega preklopnika, opisane v izvedbenem primeru a), rešujejo izključno problem kotno odvisne dvolomnosti plasti homeotropno orientiranih LC molekul, ne rešujejo pa problema kotne odvisnosti samih prekrižanih polarizatorjev, ki so sestavni del vsakega LC elektrooptičnega preklopnega elementa, ki deluje na principu električno kontrolirane optične dvolomnosti. Uporaba optično negativno dvolomne plasti, ki je predmet predlaganega izuma, omogoča optimalno izvedbo konstrukcije, ki istočasno zagotavlja tako kotno kompenzacijo dvolomnosti homeotropno orientiranih LC molekul, kot tudi kompenzacijo kotne odvisnosti prekrižanih polarizatorjev z uporabo dodatne λ/4 ploščice. Glede na to, da so optične retardacijske plasti izrazito odvisne od valovne dolžine svetlobe, predstavlja zaščitni filter za varilce, ki zaradi dodatne zaščite oči pred UV in IR svetlobo potrebuje dodaten filter samo za
-15rumeno-zeleno svetlobo dolžine približno 550 nm, idealen primer za uporabo omenjenega principa kotne kompenzacije. Na sliki 5 je prikazana konstrukcija takega preklopnika, ki je večplastni laminat. Sestavljen je iz tankoplastnega IR/UV filtra 11, ki istočasno zagotavlja tako zaščito pred nevarnim IR in UV delom svetlobe, kot tudi selektivno prepušča svetlobo z valovno dolžino 550 nm, kakršna ustreza λ?4 ploščici, dveh prekrižanih polarizatoijev 12, 15, LC celice 13 v zaprtem stanju s homeotropno orientiranimi molekulami, ki ima optično pozitivno dvolomnost AnLc in debelino Člc, polimerne plasti 3 z optično negativno-dvolomnostjo Δηι in z debelino 1 ter z optično osjo, usmerjeno pravokotno na samo plast, λ/4 ploščice 19 za svetlobo z valovno dolžino 550 nm z optično pozitivno dvolomnostjo, katere počasna osje usmerjena vzporedno s polarizacij sko prepustno osjo polarizatorja/analizatoija 15 in zaščitnega stekla 2. Osnovna ideja je, da se optična debelina (Δηι x 1) polimerne negativno-dvolomne plasti 3 v tem primeru ne prilagaja neposredno optični debelini tekočekristalne plasti kot v izvedbenem primeru Ba. V tem primeru je treba zagotoviti, daje debelina (1) optično negativno-dvolomne plasti 3 polimernega optičnega lepila skupaj z negativno dvolomnostjo obeh polarizatorjev taka, daje razlika lomnih količnikov za redni in izredni žarek (Δηι) takšna, daje optična razlika poti za redni in izredni žarek (Δηι x 1) manjša od razlike optičnih poti za redni in izredni žarek v LC celici 13 s homeotropno orientiranimi molekulami ( AnLc x dLc)· Tako optično nekompenzirani del LC plasti 13 deluje kot optično pozitivno-dvolomna ploščica, katere optična osje pravokotna na os λ/4 ploščice 19, optična razlika poti v tem delu plasti pa je taka, da skupaj z λ/4 ploščico 19 zagotavlja kotno kompenzacijo obeh polarizatoijev 12, 15 LC svetlobnega preklopnika.
Prednostne konstrukcije so torej sledeče:
- Vsaj eden od polarizatorjev 12, 15 je namesto neposredno na LC celico z izotropnim kontaktnim lepilom laminiran na zunanjo zaščitno površino 2 preklopnika tako, daje vsaj med enim od polarizatorjev 12, 15 in vsaj eno od obeh mejnih površin LC preklopnika plast polimera 3. Polimer je polimeriziran po postopku v smislu izuma tako, da istočasno opravlja funkcijo povezovanja sestavnih delov preklopnika v funkcionalno enoto, hkrati pa zagotavlja kotno kompenzacijo LC optičnega preklopnika v stanju, v katerem so molekule homeotropno orientirane na mejne površine LC celice 13.
- Na eno od mejnih površin LC celice 13 je nanesena polimerna optično negativno-dvolomna plast 3, ki je ujeta med površino LC celice 13 in togo, prozorno, prednostno stekleno ploščo
18. Na obe mejni površini tako dobljenega sklopa sta laminirana z izotropnim optičnim lepilom
-1617 pravokotno prekrižana polarizatoija 12, 15, na katera sta prav tako z izotropnim optičnim lepilom 17 prilepljena zaščitno zunanje steklo 2 in IR/UV filter 11.
- Konstrukcija LC svetlobnega preklopnika z uporabo polimernega optično negativnodvolomnega lepila 3 opcijsko vsebuje tudi dodatno optično pozitivno-dvolomno plast med polarizatoijem in LC celico, katere debelina ustreza pogoju za λ/4 ploščico 19 in katere počasna osje vzporedna s polarizacij sko (prepustno) osjo polarizatorja/analizatoija 15, pri čemer je debelina (1) optično negativno-dvolomne plasti polimernega optičnega lepila 3 taka, daje razlika lomnih količnikov za redni in izredni žarek (Δη) takšna, daje optična razlika poti za redni in izredni žarek (Δηι χ 1) manjša od razlike optičnih poti za redni in izredni žarek v LC celici s homeotropno orientiranimi molekulami (AnLC x dLc). Tako z negativno-dvolomno plastjo polimernega optičnega lepila 3 in negativno optično dvolomnostjo polarizatoija 12 optično nekompenzirani del LC plasti v LC celici 13 deluje kot pozitivno-dvolomna ploščica, katere optična osje pravokotna na os λ/4 ploščice 19, optična razlika poti v tem delu plasti pa je taka, da skupaj z λ/4 ploščico 19 zagotavlja kotno kompenzacijo prekrižanosti obeh polarizatoijev LC svetlobnega preklopnika.
- Konstrukcija LC svetlobnega preklopnika z uporabo polimernega optično negativnodvolomnega lepila 3 alternativno opcijsko uporablja dodatno optiččno negativno-dvolomno plast med polarizatorjem in LC celico, katere debelina ustreza pogoju za λ/4 ploščico 19 in katere hitra osje vzporedna s polarizacij sko osjo polarizatoija/analizatorja 15. Debelina (1) negativno dvolomne plasti polimernega optičnega lepila 3 je v tem primeru taka, daje razlika optičnih poti za redni in izredni žarek (Δηι xl) večja od razlike optičnih poti za redni in izredni žarek v LC celici 13 s homeotropno orientiranimi molekulami (AnLcx dLc) tako, da z LC plastjo in negativno dvolomnostjo polarizatoija 12 optično nekompenzirani del negativnodvolomne plasti optičnega lepila 3 deluje kot negativno-dvolomna ploščica, katere optična os je pravokotna na os λ/4 ploščice 19, optična razlika poti v tem delu plasti pa je taka, da skupaj z λ/4 ploščico 19 zagotavlja kotno kompenzacijo prekrižanosti obeh polarizatoijev 12, 15 LC svetlobnega preklopnika.
Treba je poudariti, da opisani izvedbeni primeri predstavljajo le nekatere od možnih izvedb predlaganega izuma. Vsekakor so v okviru tega izuma možne različne spremembe in variacije, na primer uporaba λ/4 ploščice z negativno optično dvolomnostjo, uporaba dodatne steklene plošče, ki mehansko loči/zaščiti polarizator oziroma λ/4 ploščico od optično negativno-dvolomne polimerne kompenzacijske plasti 3 in podobno.

Claims (8)

  1. PATENTNI ZAHTEVKI
    1. Postopek izdelave optične kompenzacijske polimerne plasti za LC optične preklopnike, ki ima optično os pravokotno na svojo površino, označen s tem, da izkorišča mehanske napetosti, ki nastanejo zaradi krčenja polimera med polimerizacijskim procesom ob stiku z vsaj eno togo mejno površino, prednostno pa med dvema togima mejnima površinama tako, da se monomema ali predpolimema masa nalije kot plast med dve togi površini, ki sta med seboj ločeni z mehkimi distančniki, ki se pod pritiskom, ki se pojavi v plasti zaradi krčenja med procesom polimerizacije, lahko deformirajo tako, da so mehanske napetosti v smeri pravokotno na površino znatno manjše kot v ravnini polimerne plasti ali da se monomema ali predpolimerina masa nalije med dve togi površini, ločenimi z trdimi distančniki in polimerizacijski proces predpolimerne mase poteka ob stiku z dvema togima mejnima površinama najprej do stopnje, ko viskoznost mase naraste do te mere, da ne izteka, nakar se trdi distančniki umaknejo in se polimerizacijski proces izvede do konca tako, da se polimerna plast med nadaljnim procesom polimerizacije lahko neovirano krči v smeri pravokotno na plast.
  2. 2. Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LC optične preklopnike po zahtevku 1, označen s tem, da polimerizacija poteka termično aktivirano pri temperaturi, kije nekoliko nižja od steklastega faznega prehoda polimera in daje kasneje po potrebi mogoče doseženo optično dvolomnost polimera ustrezno, kontrolirano zmanjšati s ponovnim segrevanjem v bližino temperature steklastega faznega prehoda polimera.
  3. 3. Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LC optične preklopnike po zahtevku 1 označen s tem, daje polimerizacija vsaj v začetku aktivirana z UV svetlobo.
  4. 4. Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LC optične preklopnike po zahtevkih 1 in 3 označen s tem, da polimerizacija poteka pri povišani temperaturi, kije nižja od temperature steklastega faznega prehoda uporabljanega polimera.
  5. 5. Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike po zahtevkih 1, 3 in 4 označen s tem, da aktivacija polimerizacije z UV svetlobo (6) poteka v dveh stopnjah tako, da v prvi stopnji, ko je debelina plasti določena s trdimi distančniki (5), poteče le do stopnje, ko povečana viskoznost stabilizira debelino plasti (3) do take mere, daje mogoče trde distančnike (5) odstraniti in nato v naslednji fazi UV aktivirane polimerizacije omogočiti, da
    -18polimerizacija poteka skoraj brez mehanskih napetosti v smeri pravokotno na kompenzacijsko polimerno plast (3).
  6. 6. Konstrukcija LC svetlobnega preklopnika, označena s tem, daje vsaj eden od polarizatorjev (12, 15) z izotropnim kontaktnim lepilom namesto na LC celico (13) neposredno laminiran na zunanjo zaščitno površino (2) preklopnika tako, daje vsaj med enim od polarizatorjev (12,15) in vsaj eno od obeh mejnih površin LC preklopnika plast polimera (3), polimeriziranega po postopku v smislu izuma tako, da istočasno opravlja funkcijo povezovanja sestavnih delov preklopnika v funkcionalno enoto, hkrati pa zagotavlja kotno kompenzacijo LC optičnega preklopnika v stanju, v katerem so molekule homeotropno orientirane na mejne površine LC celice (13).
  7. 7. Konstrukcija LC optičnega preklopnika, označena s tem, daje na eno od mejnih površin LC celice (13) nanesena polimerna optično negativno-dvolomna plast (3), ki je ujeta med površino LC celice (13) in togo, prozorno, prednostno stekleno ploščo (18), ter da sta na obe mejni površini tako dobljenega sklopa laminirana z izotropnim optičnim lepilom (17) pravokotno prekrižana polarizatorja (12, 15), na katera sta prav tako z izotropnim optičnim lepilom (17) prilepljena zaščitno zunanje steklo (2) in IR/UV filter (11).
  8. 8. Konstrukcija LC svetlobnega preklopnika z uporabo polimernega, optično negativnodvolomnega lepila (3) in dodatne optično pozitivno-dvolomne plasti med enim od polarizatorjev in LC celico, katere debelina ustreza pogoju za λ/4 ploščico (19) za izbrano spektralno področje uporabe LC optičnega preklopnika in katere počasna os je vzporedna s polarizacij sko (prepustno) osjo polarizator] a/analizatorj a (15), označena s tem, da uporablja dodaten svetlobni barvni filter (11), ki prednostno selektivno odbija/absorbira IR/UV svetlobo ter hkrati dodatno omejuje omplitudo prepuščene vidne svetlobe samo na spektralno področje navečje občutljivosti človeškega očesa in je debelina (1) negativno-dvolomne plasti polimernega optičnega lepila (3) taka, daje razlika lomnih količnikov za redni in izredni žarek (Δη) takšna, daje optična razlika poti za redni in izredni žarek (Δηι χ 1) manjša od razlike optičnih poti za redni in izredni žarek v LC celici s homeotropno orientiranimi molekulami (Δη^ x dLc) tako, da z negativno-dvolomno plastjo polimernega optičnega lepila (3) in optično negativno dvolomnostjo polarizatorja (12) optično nekompenzirani del LC plasti v LC celici (13) deluje kot optično pozitivno-dvolomna ploščica, katere optična osje pravokotna na os λ/4 ploščice (19), optična razlika poti v tem delu plasti pa je taka, da skupaj z λ/4 ploščico (19) zagotavlja kotno kompenzacijo prekrižanosti obeh polarizatorjev LC svetlobnega preklopnika.
    -199. Konstrukcija LC svetlobnega preklopnika z uporabo polimernega optično negativnodvolomnega lepila (3) in dodatne optično negativno-dvolomne plasti med polarizatoijem in LC celico, katere debelina ustreza pogoju za λ/4 ploščico (19) za izbrano spektralno področje uporabe LC optičnega preklopnika in katere počasna os je vzporedna s polarizacij sko (prepustno) osjo polarizatoija/analizatoija (15), označena s tem, da uporablja dodaten svetlobni barvni filter (11), ki prednostno selektivno odbija/absorbira IR/UV svetlobo ter hkrati dodatno omejuje amplitudo prepuščene vidne svetlobe samo na spektralno področje navečje občutljivosti človeškega očesa in je debelina (1) optično negativno dvolomne plasti polimernega optičnega lepila taka, daje razlika optičnih poti za redni in izredni žarek (Δηι χ 1) večja od razlike optičnih poti za redni in izredni žarek v LC celici (13) s homeotropno orientiranimi molekulami (Δη^χ dLc) tako, da z LC plastjo in optično negativno dvolomnostjo polarizatorja (12) optično nekompenzirani del negativno-dvolomne plasti optičnega lepila (3) deluje kot negativno-dvolomna ploščica, katere optična osje pravokotna na os λ/4 ploščice (19), optična razlika poti v tem delu plasti pa je taka, da skupaj z λ/4 ploščico (19) zagotavlja kotno kompenzacijo “prekrižanosti” obeh polarizatoijev (12, 55) LC svetlobnega preklopnika.
SI9900164A 1999-06-15 1999-06-15 Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika SI20291A (sl)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI9900164A SI20291A (sl) 1999-06-15 1999-06-15 Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika
EP00944563A EP1192499B1 (en) 1999-06-15 2000-06-12 Process for manufacturing a polymer compensation layer for an lcd
US10/018,049 US7132133B1 (en) 1999-06-15 2000-06-12 Process for the manufacturing of the polymer compensation layer for LCD optical light shutter and the construction thereof
AT00944563T ATE324613T1 (de) 1999-06-15 2000-06-12 Verfahren zur herstellung einer polymerischen kompensatorschicht für eine flüssigkristallanzeigevorrichtung
AU58643/00A AU5864300A (en) 1999-06-15 2000-06-12 Process for the manufacturing of the polymer compensation layer for lcd optical light shutter and the construction thereof
PCT/SI2000/000017 WO2000077561A2 (en) 1999-06-15 2000-06-12 Process for manufacturing a polymer compensation layer for an lcd, and construction of an lcd
DE60027565T DE60027565T2 (de) 1999-06-15 2000-06-12 Verfahren zur herstellung einer polymerischen kompensatorschicht für eine flüssigkristallanzeigevorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI9900164A SI20291A (sl) 1999-06-15 1999-06-15 Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI20291A true SI20291A (sl) 2000-12-31

Family

ID=20432499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI9900164A SI20291A (sl) 1999-06-15 1999-06-15 Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7132133B1 (sl)
EP (1) EP1192499B1 (sl)
AT (1) ATE324613T1 (sl)
AU (1) AU5864300A (sl)
DE (1) DE60027565T2 (sl)
SI (1) SI20291A (sl)
WO (1) WO2000077561A2 (sl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SI21526A (sl) * 2003-05-16 2004-12-31 Institut "Jožef Stefan" Visoko kontrastni tekočekristalni svetlobno preklopni element s širokim vidnim kotom

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB758136A (en) * 1953-05-22 1956-09-26 Gen Aniline & Film Corp Production of polymeric ª -chloroacrylate sheets
JPS5518638A (en) * 1978-07-27 1980-02-08 Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai Ionized radiation sensitive positive type resist
EP0226123A3 (en) * 1985-12-03 1988-08-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing transparent plastic article
NL8802683A (nl) * 1988-11-02 1990-06-01 Philips Nv Werkwijze voor het onderling verbinden van twee lichamen met een lijm alsmede een samengesteld lichaam.
US5178710A (en) 1988-11-02 1993-01-12 U.S. Philips Corporation Bonding using a difunctional liquid crystalline monomer adhesive under an applied force field
JP2619288B2 (ja) 1989-06-15 1997-06-11 大日精化工業株式会社 着色合せガラスの製造方法
NL8902805A (nl) * 1989-11-14 1991-06-03 Philips Nv Polarisatiegevoelige bundeldeler.
JPH07104450B2 (ja) * 1990-10-17 1995-11-13 スタンレー電気株式会社 二軸性光学素子とその製造方法
EP0482620B1 (en) 1990-10-24 1997-03-05 Nitto Denko Corporation Birefringent film, process for producing the same, retardation film, elliptically polarizing plate, and liquid crystal display
AU6711694A (en) * 1993-04-21 1994-11-08 University Of Akron, The Negative birefringent polyimide films
JP2640083B2 (ja) * 1993-09-22 1997-08-13 富士写真フイルム株式会社 光学補償シート及びそれを用いた液晶表示装置
US5986734A (en) 1994-04-04 1999-11-16 Rockwell International Corporation Organic polymer O-plate compensator for improved gray scale performance in twisted nematic liquid crystal displays
JP3044681B2 (ja) * 1994-06-08 2000-05-22 富士写真フイルム株式会社 液晶表示装置
DE69531284T2 (de) * 1994-08-23 2004-06-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Flüssigkristall-anzeigevorrichtung und verzögerungsfolie
KR100376378B1 (ko) * 1994-09-30 2003-06-09 로크웰 인터내셔널 코포레이션 트위스티드네마틱액정표시장치에서의그레이스케일성능개선을위한유기폴리머o-판보상기
US5731050A (en) * 1995-02-14 1998-03-24 Bridgestone Corporation Adhesive compositions for liquid crystal displays
WO1997011978A1 (fr) 1995-09-27 1997-04-03 Nippon Shokubai Co., Ltd. Matiere premiere destinee a la production d'une resine resistante a la chaleur, resine resistante a la chaleur et procede de production de cette resine
GB2314642A (en) * 1996-06-26 1998-01-07 Sharp Kk Twisted nematic liquid crystal device
JP4223394B2 (ja) * 2001-07-09 2009-02-12 サウスウェスト リサーチ インスティテュート 新規メソゲン及びそれらの合成及び使用
CN1732472A (zh) * 2002-12-30 2006-02-08 皇家飞利浦电子股份有限公司 可控双层双折射光学部件

Also Published As

Publication number Publication date
US7132133B1 (en) 2006-11-07
DE60027565T2 (de) 2007-04-05
WO2000077561A2 (en) 2000-12-21
DE60027565D1 (de) 2006-06-01
WO2000077561A3 (en) 2002-05-23
ATE324613T1 (de) 2006-05-15
EP1192499A1 (en) 2002-04-03
AU5864300A (en) 2001-01-02
EP1192499B1 (en) 2006-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11347080B2 (en) Light modulation device
US7388636B2 (en) Optical film and liquid crystal display
US7586569B2 (en) IPS mode liquid crystal display
US7446830B2 (en) Method for aligning polymer network liquid crystal
CN101365979B (zh) 液晶显示装置
EP2239625A1 (en) Method for manufacturing liquid crystal display, and liquid crystal display
JPS62210423A (ja) 液晶セル
KR20080006500A (ko) 광학 보상층 부착 편광판, 그 제조 방법, 및 액정 패널,액정 디스플레이, 및 그를 포함한 이미지 디스플레이
KR20020070856A (ko) 광학 보상 편광판 및 액정표시 장치
WO2007135797A1 (ja) 透過型液晶表示装置
US7619818B2 (en) Elliptically polarizing plate and image display
KR20090080136A (ko) 액정 패널 및 그것을 사용한 액정 표시 장치
EP4239400A1 (en) Optical device
SI20291A (sl) Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika
KR100431052B1 (ko) 표면 굴곡에 의하여 형성된 다중 영역 효과를 가지는 액정표시 장치
US20230229050A1 (en) Optical Device
US8184246B2 (en) Transparent film, polarizing plate, and liquid crystal display device
KR101605032B1 (ko) 옥외용 액정표시장치
JP2011039176A (ja) 液晶パネル及び液晶表示装置
JP3810969B2 (ja) 光学補償偏光板及び液晶表示装置の各製造方法
TWI841875B (zh) 光學元件以及包括其的汽車
EP4239399A1 (en) Optical device
WO2023191548A1 (ko) 액정셀 및 광학 디바이스
KR20230141631A (ko) 광학 디바이스
KR20220057151A (ko) 광학 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
IF Valid on the event date
KO00 Lapse of patent

Effective date: 20090212