DE69932272T2

DE69932272T2 - Optische Verzögerungsschicht

Info

Publication number: DE69932272T2
Application number: DE69932272T
Authority: DE
Inventors: Nicholas Heavitree Exeter Sharples; Gabrielle Poole Egan; David Coates; Young Calabasas Chung; Zhiming Thousands Oaks Zhuang; Zili Barrington Li; Bruce K. Thousands Oaks Winker; Jane H. Thousands Oaks Hanamoto
Original assignee: Merck Patent GmbH; Rockwell International Corp
Current assignee: Merck Patent GmbH; Boeing North American Inc
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-02-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2019-02-28
Also published as: WO1999045082A1; KR20010024952A; TWI273113B; KR100581655B1; DE69932272D1; JP4879378B2; JP2000098133A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Verzögerungsfolie enthaltend eine Schicht eines anisotropen Polymermaterials mit einer optischen Achse, die weitgehend parallel zur Schichtebene liegt, wobei die optische Verzögerungsfolie durch ein Verfahren erhältlich ist, das die folgenden Schritte umfasst:

A) schichtförmiges Auftragen einer polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung, die im Wesentlichen besteht aus a) 10 bis 50 Gew.-% von einer oder zwei polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel Ia und 5 bis 35 Gew.-% von einer oder zwei polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel Ib
worin W H oder CH₃ bedeutet, n eine ganze Zahl von 3 bis 6 bedeutet und R Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen bedeutet, b) 15 bis 60 Gew.-% einer polymerisierbaren mesogenen Verbindung der Formel II
worin W H oder CH₃ bedeutet, n eine ganze Zahl von 3 bis 6 bedeutet, Z¹ und Z² jeweils unabhängig -COO- oder -OCO- bedeuten und X¹ und X² jeweils unabhängig H oder CH₃ bedeuten, und c) 0,1 bis 8 Gew.-% eines Photoinitiators, wobei die Zusammensetzung gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel in einer Konzentration von bis zu 50 Gew.-% gelöst ist, auf eine PET- oder TAC-Folie als Substrat, wobei die der polymerisierbaren mesogenen Verbindung benachbarte Folienoberfläche vor dem Auftragen unidirektional gerieben oder mit einer unidirektional geriebenen Polyimidschicht überzogen wurde,
B) Orientieren der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung in eine homogene Ausrichtung,
C) Polymerisieren der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung durch Einwirkung von UV-Licht und
D) gegebenenfalls Entfernen des Substrates vom polymerisierten Material, dadurch gekennzeichnet, dass 50 bis 2500 ppm eines Gemisches von nichtionischen Fluoralkylalkoxylat-Tensiden ausgewählt aus den folgenden Formeln C_nF_2n+1SO₂N(C₂H₅)(CH₂CH₂O)_xCH₃ III C_nF_2n+1(CH₂CH₂O)_xH IVwobei n eine ganze Zahl von 4 bis 12 und x eine ganze Zahl von 5 bis 15 bedeutet, vor oder während Schritt A) des Verfahrens zu der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung hinzugegeben werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Verzögerungsfolie wie oben beschrieben, die Verwendung einer solchen optischen Verzögerungsfolie in Flüssigkristallanzeigen und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthaltend eine Flüssigkristallzelle und eine solche optische Verzögerungsfolie.
Optische Verzögerungsfolien werden in verschiedenen optischen Anwendungen zur Lichtmodulierung verwendet. Beispielsweise kann eine λ/4-Verzögerungsfolie (quarter wave retardation film – QWF) zirkular polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umwandeln. Weiterhin lassen sich optische Verzögerungsfolien als Kompensatoren zur Verbesserung der optischen Eigenschaften von Flüssigkristallanzeigen, wie Kontrastverhältnis oder Graustufen bei großen Blickwinkeln, verwenden. Für spezifische Anwendungen sind doppelbrechende optische Folien mit einer außerordentlichen optischen Achse parallel zur Folienebene erforderlich, die auch als A-Platten bezeichnet werden.
Zur Verwendung als A-Platten werden im Stand der Technik uniaxial verstreckte Folien aus einen vorgefertigten isotropen oder FK-Polymer vorgeschlagen. Die WO 98/04651 beschreibt eine optische Verzögerungsfolie enthaltend eine Schicht eines anisotropen Polymermaterials mit einer optischen Achse, die relativ zur Schichtebene einen gieringen Neigungswinkel aufweist, die durch schichtförmiges Auftragen eines polymerisierbaren mesogenen Gemisches auf ein Substrat, Orientieren und Härten des Gemisches hergestellt wird.
Bei der Herstellung einer solchen optischen Verzögerungsfolie ist es jedoch häufig schwierig, eine planare Orientierung des anisotropen Polymermaterials mit einem geringen Neigungswinkel zwischen der optischen Achse und der Folienebene zu erzielen, vor allem bei einem Neigungswinkel, der nahezu oder weitgehend null beträgt.
Es ist daher noch immer wünschenswert, eine optische Verzögerungsfolie für A-Platten zur Verfügung zu haben, die verwendet werden kann, um die optischen Eigenschaften einer Flüssigkristallanzeige zu verbessern, im großen Maßstab als großflächige flexible Folie einfach herzustellen ist und eine optische Achse besitzt, die weitgehend parallel zur Folienebene ist, mit einem Neigungswinkel von weitgehend null.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen optischen Verzögerungsfolie. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen optischen Verzögerungsfolie. Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung sofort deutlich.
Es wurde gefunden, dass diese Ziele durch Bereitstellung einer optischen Verzögerungsfolie gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine optische Verzögerungsfolie enthaltend eine Schicht eines anisotropen Polymermaterials mit einer optischen Achse weitgehend parallel zur Schichtebene, wobei die optische Verzögerungsfolie nach einem Verfahren umfassend die Schritte A) bis D) wie oben beschrieben erhältlich ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen

• eine optische Verzögerungsfolie, worin der Neigungswinkel zwischen der optischen Achse und der Schichtebene des anisotropen Polymermaterials 0 bis 1 Grad beträgt,
• eine optische Verzögerungsfolie, die nach einen Verfahren wie oben beschrieben erhältlich ist, worin das Gemisch von nichtionischen Fluoralkylalkoxylat-Tensiden 50 bis 2500, vorzugsweise 100 bis 1200 ppm von mindestens zwei Verbindungen der Formel III enthält,
• eine optische Verzögerungsfolie, die nach einen Verfahren wie oben beschrieben erhältlich ist, worin das Gemisch von nichtionischen Fluoralkylalkoxylat-Tensiden 50 bis 2500, vorzugsweise 800 bis 1800 ppm von mindestens zwei Verbindungen der Formel IV enthält,
• eine optische Verzögerungsfolie, die nach einen Verfahren wie oben beschrieben erhältlich ist, worin in der Verbindung der Formel II X¹ für H, X² für CH₃, Z¹ für -COO- und Z² für -OCO- steht,
• eine optische Verzögerungsfolie, die nach einen Verfahren wie oben beschrieben erhältlich ist, worin die polymerisierbare mesogene Zusammensetzung zusätzlich 5 bis 55 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 45 Gew.-% einer oder mehrerer, vorzugsweise einer oder zweier Verbindungen der Formel V
worin W, n und R die in Formel I angegebene Bedeutung haben, enthält,
• eine optische Verzögerungsfolie, die nach einen Verfahren wie oben beschrieben erhältlich ist, worin W in den Formeln Ia, Ib, II und V für H steht,
• eine optische Verzögerungsfolie, die nach einen Verfahren wie oben beschrieben erhältlich ist, worin in Schritt A) des Verfahrens eine PET-Folie als Substrat verwendet wird, wobei deren der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung benachbarte Oberfläche vor Schritt A) unidirektional gerieben wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Verzögerungsfolie enthaltend eine Schicht eines anisotropen Polymermaterials mit einer optischen Achse weitgehend parallel zur Schichtebene, worin das Verfahren die Schritte A) bis D) wie oben und unten beschrieben umfasst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer optischen Verzögerungsfolie wie oben und unten beschrieben in Flüssigkristallanzeigen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthaltend eine Flüssigkristallzelle und eine optische Verzögerungsfolie wie oben und unten beschrieben.
Die Verzögerung der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie erstreckt sich vorzugsweise von 20 bis 600 nm. Besonders bevorzugt sind Folien mit einer Verzögerung von 25 bis 170 nm, weiterhin Folien mit einer Verzögerung von 300 bis 600 nm.
Die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie eignet sich für die Verwendung als Phasenverzögerer oder als Kompensator in elektrooptischen Anzeigen, insbesondere für Anzeigen des TN- (twisted nematic), STN- (super twisted nematic), ECB (electronically controlled birefrigence), OCB- (optically compensated birefringence), DAP- (deformation of aligned phases), CSH (colour super homeotropic VAN/VAC- (vertically aligned nematic/cholesteric), OMI- (optical mode interference) oder SBE- (super birefringence effect) Typs, einschließlich Anzeigen des Aktiv- und Passivmatrixtyps, weiterhin in Anzeigen des Guest/Host-Typs, des IPS- (in plane switching) Typs, des ferroelektrischen oder antiferroelektrischen Typs.
Es ist beispielsweise auch möglich, eine erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie als QWF zusammen mit einem reflexiven Breitband-Polarisator zu verwenden, worin die Verzögerung der optischen Verzögerungsfolie weitgehend das 0,25fache der zentralen Wellenlänge des durch den reflexiven Polarisator reflektierten Wellenlängenbandes beträgt.
Die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie enthält eine Schicht eines polymerisierten mesogenen Materials und ist durch eine bemerkenswert hohe Doppelbrechung gekennzeichnet. Weiterhin lassen sich die optischen Eigenschaften der optischen Verzögerungsfolie, wie z.B. die Doppelbrechung, durch Änderung der Art und des Verhältnisses der polymerisierbaren mesogenen Verbindungen im polymerisierbaren Material steuern.
Die optische Verzögerungsfolie gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Schicht eines anisotropen Polymers mit einer optischen Hauptachse, die weitgehend parallel zur Schichtebene verläuft. Der Neigungswinkel zwischen der optischen Achse der Schicht und der Schichtebene liegt vorzugsweise im Bereich von 0 bis 1 Grad, insbesondere 0 bis 0,5 Grad, ganz bevorzugt von 0 bis 0,3 Grad. Besonders bevorzugt beträgt der Neigungswinkel etwa 0 Grad.
Unter dem Neigungswinkel einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie wie vorstehend und im Folgenden angegeben versteht man den Neigungswinkel durch die gesamte Folie, der einen Mittelwert der Neigungswinkel in verschiedenen Folienbereichen darstellt. Der so definierte Neigungswinkel ist nicht notwendig identisch mit dem Neigungswinkel an der Außenfläche, d.h. der Luftoberfläche, der Folie oder mit dem Neigungswinkel an der Innenfläche, d.h. der Oberfläche, die dem Substrat, auf dem die Folie hergestellt ist, benachbart ist.
Die erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie ist durch Auftragen einer polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung auf ein Substrat in Form einer Schicht, Orientieren des Materials und Polymerisieren des orientierten Materials erhältlich.
Als Substrat wird eine Folie aus PET (Polyethylenterephthalat) oder TAC (Triacetylcellulose) verwendet. Besonders bevorzugt wird eine PET-Folie als Substrat verwendet. PET-Folien sind im Handel erhältlich, z.B. unter dem Handelsnamen Melinex von ICI Corp.. TAC-Folien sind im Handel z.B. von Lonza AG (Schweiz) oder Fuji Film (Japan) erhältlich.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die planare Orientierung in der aufgetragenen Schicht der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung, d.h. eine Ausrichtung, worin die mesogenen Moleküle in der Zusammensetzung weitgehend parallel zur Schichtebene orientiert werden, mit einem geringen Neigungswinkel relativ zur Schichtebene, insbesondere erreicht durch

– Verwendung eines PET- oder TAC-Substrates,
– Zugeben eines Tensids zur polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung,
– Reiben der Oberfläche des Substrates oder alternativ Überziehen des Substrates mit einer Polyimidschicht und Reiben der Polyimidschicht vor dem schichtförmigen Auftragen der polymerisierbaren Zusammensetzung auf das Substrat.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Tenside sind ein Gemisch aus nichtionischen Fluoralkylalkoxylat-Tensiden ausgewählt aus Formel III und IV C_nF2_n+1SO₂N(C₂H₅)(CH₂CH₂O)_xCH₃ III C_nF2_n+1(CH₂CH₂O)_xH IVwobei n eine ganze Zahl von 4 bis 12 und x eine ganze Zahl von 5 bis 15 bedeutet. Bei Verwendung dieser Tenside ist es möglich, polymerisierte Folien mit einem sehr geringen Neigungswinkel herzustellen.
Die Tenside der Formel III sind im Handel unter dem Handelsnamen Fluorad 171 (Firma 3M Corp.) erhältlich, die Tenside der Formel IV unter dem Handelsnamen Zonyl FSN (Firma DuPont).
Die Menge an Tensiden beträgt vorzugsweise 500 bis 2500 ppm, insbesondere 1000 bis 2500 ppm, ganz bevorzugt 1500 bis 2500 ppm.
Neben den oben genannten Mitteln zum Erzielen eines geringen Neigungswinkels hängt die Qualität der Orientierung auch vom Reibwinkel, d.h. dem Winkel zwischen der Hauptreibrichtung und der optischen Hauptachse des Substrates bzw. der Polyimidschicht ab. Vorzugsweise wird das Reiben unidirektional in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur optischen Hauptachse des Substrates durchgeführt.
Reiben lässt sich zum Beispiel mit einem Reibtuch oder mit einem mit einem Reibtuch überzogenen Flachstab erreichen oder durch eine Reibwalze, wie z.B. eine sich schnell drehende Walze, die über das Substrat streicht, oder indem man das Substrat zwischen zwei Walzen legt, wobei jeweils eine oder beide der Walzen gegebenenfalls mit einem Reibtuch überzogen sind.
Es ist auch möglich, Reiben durchzuführen, indem man das Substrat mindestens teilweise unter einem bestimmten Winkel um eine Walze wickelt, die mit einem Reibtuch überzogen ist.
Als Reibtuch lassen sich alle Materialien verwenden, die dem Fachmann für diesen Zweck bekannt sind. Man kann beispielsweise Samt eines handelsüblichen Standardtyps als Reibtuch verwenden.
Die Fähigkeit eines Substrates, in der auf diesem Substrat schichtförmig aufgetragenen polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung nach dem Reiben des Substrates Orientierung zu induzieren, hängt des Weiteren ab von den Verfahrensparametern des Reibvorgangs, wie dem Reibdruck und der Reibgeschwindigkeit und, bei Verwendung einer Reibwalze, von der Drehgeschwindigkeit der Walze, dem Umfang der Reibwalze und der Spannung auf dem Substrat ab.
Die Reiblänge im Reibverfahren gemäß den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beträgt vorzugsweise 0,2 bis 5 Meter, insbesondere 0,5 bis 3 Meter, am meisten bevorzugt 1,0 bis 2,5 Meter.
Die polymerisierbare mesogene Zusammensetzung wird durch Photopolymerisation gehärtet, die dadurch durchgeführt wird, dass man die Zusammensetzung UV-Licht in Gegenwart eines UV-absorbierenden Photoinitiators aussetzt, der unter UV-Strahlung zerfällt und freie Radikale bildet, welche die Polymerisationsreaktion starten.
Die Polymerisation kann an der Luft oder in einer Inertgasatmosphäre, z.B. einer Stickstoffatmosphäre stattfinden. Zum Härten an der Luft kann man z.B. den handelsüblichen Photoinitiator Irgacure 906 verwenden, während zum Härten unter einer Stickstoffatmosphäre z.B. das handelsübliche Irgacure 651 oder 184 (alle von Ciba Geigy AG) geeignet ist.
Die Menge an Photoinitiator in der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung beträgt 0,1 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 6 Gew.-%, ganz bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% des Gesamtgemisches.
Die polymerisierbare mesogene Zusammensetzung wird vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel gelöst, bevor sie schichtförmig auf das Substrat aufgetragen wird. Geeignete Lösungsmittel sind organische Lösungsmittel wie Methylethylketon, Toluol, Cyclohexanon oder Cyclopentan, die vorzugsweise mit einem Hilfslösungsmittel wie Xylol oder Isopropylalkohol verwendet werden, oder Gemische von zwei oder mehr dieser Lösungsmittel.
Um Polymerfolien mit guter Orientierung zu erhalten, muss die Polymerisation in der Flüssigkristallphase der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung durchgeführt werden. Vorzugsweise liegt die Härtungstemperaturen mindestens 40°C unterhalb der Klärtemperatur der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung. Besonders bevorzugt sind Härtungstemperaturen von 30 bis 60°C.
Vorzugsweise verwendet man Hochdruck- oder Mitteldruck-UV-Licht, wobei die Bestrahlungswellenlänge vorzugsweise 250 bis 420 nm, insbesondere 320 bis 390 nm beträgt.
Als Quelle für aktinische Strahlung lässt sich z.B. eine einzelne UV-Lampe oder ein Satz von UV-Lampen verwenden. Bei Verwendung einer hohen Lampenstärke kann die Härtungszeit verkürzt werden. Die Bestrahlungsstärke der in der Erfindung verwendeten Lampe beträgt vorzugsweise 0,01 bis 100 mW/cm², besonders bevorzugt 10 bis 50 mW/cm².
Die erfindungsgemäße Härtungszeit ist vorzugsweise nicht länger als 1 Minute, besonders bevorzugt weniger als 30 Sekunden, ganz bevorzugt weniger als 5 Sekunden.
Die Dicke der nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie beträgt vorzugsweise 0,5 bis 30 μm, insbesondere 0,5 bis 20 μm, am meisten bevorzugt 0,5 bis 15 μm.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie verwendete polymerisierbare mesogene Zusammensetzung umfasst die folgenden polymerisierbaren mesogenen Verbindungen

a) 10 bis 50 Gew.-% von einer oder zwei polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel Ia und 5 bis 35 Gew.-% von einer oder zwei polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel Ib
worin W H oder CH₃ bedeutet, n eine ganze Zahl von 3 bis 6 bedeutet und R Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen bedeutet,
b) 15 bis 60 Gew.-% einer polymerisierbaren mesogenen Verbindung der Formel II
worin W H oder CH₃ bedeutet, n eine ganze Zahl von 3 bis 6 bedeutet, Z¹ und Z² jeweils unabhängig -COO- oder -OCO- bedeuten und X¹ und X² jeweils unabhängig H oder CH₃ bedeuten.

Vorzugsweise verwendet man Zusammensetzungen, die eine Verbindung der Formel Ia, eine Verbindung der Formel Ib und eine Verbindung der Formel II enthalten.
R in Formel Ia bedeutet vorzugsweise geradkettiges Alkyl.
W in Formel Ia, Ib und II bedeutet vorzugsweise H.
Vorzugsweise bedeuten in Formel II X¹ H und X² CH₃.
Durch Variieren der Konzentration der difunktionalen mesogenen Verbindungen der Formel II und der monofunktionalen Verbindungen der Formel Ia und Ib ist es möglich, die Vernetzungsdichte der Polymerfolie zu beeinflussen. Es ist dadurch möglich, die Eigenschaften der Folie, wie die optischen Parameter und ihre Temperaturabhängigkeit, die Glasübergangstemperatur, die thermische und mechanische Stabilität und die Lösungsmittelbeständigkeit, zu steuern.
Die Menge der Verbindungen der Formel Ia in der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung beträgt vorzugsweise 20 bis 45 Gew.-%, insbesondere 30 bis 40 Gew.-% des Gesamtgemisches.
Die Menge der Verbindungen der Formel Ib beträgt vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, insbesondere 15 bis 25 Gew.-% des Gesamtgemisches.
Die Menge der Verbindungen der Formel II beträgt vorzugsweise 20 bis 55 Gew.-%, insbesondere 35 bis 50 Gew.-% des Gesamtgemisches.
Die polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel Ia, Ib und II lassen sich nach Verfahren herstellen, die an sich bekannt und in den obengenannten Dokumenten und beispielsweise in Standardwerken der organischen Chemie wie zum Beispiel Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart beschrieben sind.
Die Verbindungen der Formel II sind z.B. in D.J. Broer et al., Makromol. Chem. 190, 3201-3215 (1989) beschrieben. Die Verbindungen der Formel Ia sind in der WO 97/00843 beschrieben.
Ohne weitere Ausführungen kann ein Fachmann die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der obigen Beschreibung im weitesten Umfang nutzen. Die folgenden Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibend und keineswegs als den Rest der Offenbarung in irgendeiner Weise limitierend aufzufassen.
Vorstehend und in den folgenden Beispielen sind alle Temperaturen unkorrigiert in Grad Celsius angegeben und bedeuten alle Teile und Prozente Gewichtsteile und -prozent, wenn nicht anders angegeben.
Beispiel 1 – Vergleichsbeispiel
Es wird die folgende polymerisierbare Zusammensetzung formuliert

Verbindung (1) 45%

Verbindung (2) 35%

Verbindung (3) 20%
Die Verbindungen (1) bis (3) können nach oder in Analogie zu den in D.J. Broer et al., Makromol. Chem. 190, 3201-3215 (1989) und in der WO 97/00843 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Zu dieser polymerisierbaren Zusammensetzung gibt man 6 Gew.-% des radikalischen Photoinitators Irgacure 906 (erhältlich von Ciba Geigy). Die den Photoinitiator enthaltende polymerisierbare Zusammensetzung wird dann in einer Konzentration von 20 Gew.-% in einem organischen Lösungsmittelgemisch von Toluol/Xylol/Isopropylalkohol 2:1:1 gelöst. Die Lösung wird filtriert, um Verunreinigungen und Kleinteilchen zu entfernen.
Zwei PET-Folien (Melinex 4021, erhältlich von ICI Corp) werden unidirektional mit einem samtüberzogenen Aluminium-Flachstab gerieben. Die Reiblänge beträgt ca. 1000 mm für die erste Folie und 2000 mm für die zweite Folie.
Die Lösung wird als Film mit einer Dicke von ca. 12 um auf jede der oben genannten ersten und zweiten PET-Folien aufgetragen und das Lösungsmittel bei 55°C verdampfen gelassen. Das Gemisch wird dann an der Luft bei 30 bis 40°C durch Bestrahlen mit UV-Licht mit einer Wellenlänge von 360 und einer Bestrahlungsstärke von 20 mW/cm² einige Sekunden gehärtet. Auf diese Weise erhält man zwei Polymerfolien A1 und A2, die sich als optische Verzögerungsfolien verwenden lassen.
Folie A1 erhielt man auf der PET-Folie mit 1000 mm Reiblänge und Folie A2 auf der PET-Folie mit 2000 mm Reiblänge.
Beispiel 2
Es werden zwei Polymerfolien B1 und B2 wie in Beispiel A beschrieben hergestellt, mit dem Unterschied, dass man zur polymerisierbaren Zusammensetzung jeweils 1000 ppm des nichtionischen Fluorkohlenwasserstoff-Tensids Fluorad FC171 (Firma 3M Co.) hinzugibt, bevor die polymerisierbare Zusammensetzung im organischen Lösungsmittelgemisch gelöst wird.
Folie B1 wurde auf einer PET-Folie mit 1000 mm Reiblänge und Folie B2 auf einer PET-Folie mit 2000 mm Reiblänge hergestellt.
Beispiel 3 – Anwendungsbeispiel
Die Verzögerung R der Folien A1, A2, B1 und B2 der Beispiele A und B wurde unter verschiedenen Einfallswinkeln θ mit der und gegen die Reibrichtung unter Verwendung eines Berek-Kompensators in einem Olympus-Polarisationsmikroskop gemessen. Für diese Messung wurde jede Folie von den PET-Substraten entfernt und auf TAC-Substrate geklebt, die dann auf einen gläsernen Objektträger wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten dargestellt. Tabelle 1 – Verzögerung R (nm) unter verschiedenen Einfallswinkeln θ
Die Verzögerung R einer erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsfolie, die vom Einfallswinkel des Lichtes θ und vom Neigungswinkel ϕ zwischen der optischen Achse der Folie und der Folienebene abhängt, lässt sich als das Produkt der Doppelbrechung Δn und der Foliendicke d nach der Gleichung (1) R(θ,ϕ) = Δn(θ,ϕ)d (1)ausdrücken, worin Δn(θ,ϕ) die Doppelbrechung der Folie ist, die definiert ist als
wobei n_e und n_o der außerordentliche bzw. der ordentliche Brechungsindex des polymerisierten mesogenen Materials sind.
Die Werte von n_e und n_o können mit einem Abbe-Refraktometer gemessen werden, während die Verzögerung R(θ,ϕ) wie oben beschrieben unter verschiedenen Einfallswinkeln θ gemessen werden kann.
Damit lässt sich für eine wie in Beispiel 1 und 2 beschriebene erfindungsgemäße optische Verzögerungsfolie mit einer gegebenen Dicke d nach den Gleichungen (1) und (2) aus der gemessenen Verzögerung R, dem Einfallswinkel θ von auf die Folie fallendem Licht und den gemessenen Werten für n_e und n_o der durchschnittliche Neigungswinkel Φ berechnen.
Für die Polymerfolien A1, A2, B1 und B2 beträgt n_e 1,64 und n_o 1,50, gemessen in einem Abbe-Refraktometer. Die gemessenen Werte für R bei verschiedenen Einfallswinkeln θ sind in Tabelle 1 angegeben. Die sich ergebenden durchschnittlichen Neigungswinkel sind in Tabelle 2 unten angegeben. Tabelle 2 – Neigungswinkel ϕ der optische Verzögerungsfolien der Beispiele 1 und 2
Die obigen Ergebnisse zeigen deutlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das die Verwendung eines Tensids enthält, eine optische Folie hergestellt werden kann, die eine hochwertige planare Orientierung des polymerisierten mesogenen Materials aufweist, wobei der Neigungswinkel auf nahezu null abgesenkt wird.
Beispiel 4
Es wird die folgende polymerisierbare Zusammensetzung formuliert

Verbindung (1) 35%

Verbindung (2) 10%

Verbindung (3) 15%

Verbindung (4) 40%
Die Verbindungen (1) bis (4) können nach oder in Analogie zu den in D.J. Broer et al., Makromol. Chem. 190, 3201-3215 (1989) und in der WO 97/00843 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Zu dieser polymerisierbaren Zusammensetzung gibt man 0,5 Gew.-% des Tensids Fluorad FC171 (Firma 3M Co.) und 6 Gew.-% des radikalischen Photoinitators Irgacure 906 (erhältlich von Ciba Geigy). Die den Photoinitiator und das Tensid enthaltende polymerisierbare Zusammensetzung wird dann in einer Konzentration von 25 Gew.-% in einem organischen Lösungsmittelgemisch von Cyclohexanon/Toluol 3:7 gelöst. Die Lösung wird durch ein 0,2-μm-Filter filtriert, um Verunreinigungen und Kleinteilchen zu entfernen.
Die Lösung wird auf eine geriebene PET-Folie wie in Beispiel 1 beschrieben schichtförmig aufgetragen und gehärtet, so dass sich eine Polymerfolie mit 1 μm Dicke und planarer Orientierung ergibt, worin der nematische Direktor im Wesentlichen parallel zur Folienebene liegt.
Die vorstehenden Beispiele können mit ähnlichem Erfolg wiederholt werden, wenn man die in den vorstehenden Beispielen verwendeten Reaktionspartner und/oder Betriebsbedingungen durch die gattungsmäßig oder spezifisch beschriebenen der Erfindung ersetzt.

Claims

Optische Verzögerungsfolie enthaltend eine Schicht eines anisotropen Polymermaterials mit einer optischen Achse, die weitgehend parallel zur Schichtebene liegt, wobei die optische Verzögerungsfolie durch ein Verfahren erhältlich ist, das die folgenden Schritte umfasst: A) schichtförmiges Auftragen einer polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung, die im Wesentlichen besteht aus a) 10 bis 50 Gew.-% von einer oder zwei polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel Ia und 5 bis 35 Gew.-% von einer oder zwei polymerisierbaren mesogenen Verbindungen der Formel Ib
worin W H oder CH₃ bedeutet, n eine ganze Zahl von 3 bis 6 bedeutet und R Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen bedeutet, b) 15 bis 60 Gew.-% einer polymerisierbaren mesogenen Verbindung der Formel II
worin W H oder CH₃ bedeutet, n eine ganze Zahl von 3 bis 6 bedeutet, Z¹ und Z² jeweils unabhängig -COO- oder -OCO- bedeuten und X¹ und X² jeweils unabhängig H oder CH₃ bedeuten, und c) 0,1 bis 8 Gew.-% eines Photoinitiators, wobei die Zusammensetzung gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel in einer Konzentration von bis zu 50 Gew.-% gelöst ist, auf eine PET- oder TAC-Folie als Substrat, wobei die der polymerisierbaren mesogenen Verbindung benachbarte Folienoberfläche vor dem Auftragen unidirektional gerieben oder mit einer unidirektional geriebenen Polyimidschicht überzogen wurde, B) Orientieren der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung in eine homogene Ausrichtung, C) Polymerisieren der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung durch Einwirkung von UV-Licht und D) gegebenenfalls Entfernen des Substrates vom polymerisierten Material, dadurch gekennzeichnet, dass 50 bis 2500 ppm eines Gemisches von nichtionischen Fluoralkylalkoxylat-Tensiden ausgewählt aus den folgenden Formeln C_nF2_n+1SO₂N(C₂H₅)(CH₂CH₂O)_xCH₃ III C_nF2_n+1(CH₂CH₂O)_xH IVwobei n eine ganze Zahl von 4 bis 12 und x eine ganze Zahl von 5 bis 15 bedeutet, vor oder während Schritt A) des Verfahrens zu der polymerisierbaren mesogenen Zusammensetzung hinzugegeben werden.
Optische Verzögerungsfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel zwischen der optischen Achse und der Schichtebene des anisotropen Polymermaterials 0 bis 1 Grad beträgt.
Optische Verzögerungsfolie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von nichtionischen Fluoralkylalkoxylat-Tensiden 100 bis 1200 ppm von mindestens zwei Verbindungen der Formel III enthält.
Optische Verzögerungsfolie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von nichtionischen Fluoralkylalkoxylat-Tensiden 800 bis 1800 ppm von mindestens zwei Verbindungen der Formel IV enthält.
Optische Verzögerungsfolie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung der Formel II X¹ für H, X² für CH₃, Z¹ für -COO- und Z² für -OCO- steht.
Optische Verzögerungsfolie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare mesogene Zusammensetzung zusätzlich 5 bis 50 Gew.-% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel V
worin W, n und R die in Formal I angegebene Bedeutung haben, enthält,
Optische Verzögerungsfolie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass W in den Formeln Ia, Ib, II und V für H steht.
Optische Verzögerungsfolie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A) des Verfahrens eine PET-Folie als Substrat verwendet wird, wobei die der polymerisier baren mesogenen Zusammensetzung benachbarte Oberfläche der PET-Folie vor Schritt A) unidirektional gerieben wird.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Verzögerungsfolie wie in mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 beschrieben.
Verwendung einer optische Verzögerungsfolie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 in Flüssigkristallanzeigen.
Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthaltend eine Flüssigkristallzelle und eine optische Verzögerungsfolie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.