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CN1761893A - 双折射光学元件、具有双折射光学元件的lcd装置和双折射光学元件的制造方法 - Google Patents

双折射光学元件、具有双折射光学元件的lcd装置和双折射光学元件的制造方法 Download PDF

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CN1761893A
CN1761893A CNA2004800075816A CN200480007581A CN1761893A CN 1761893 A CN1761893 A CN 1761893A CN A2004800075816 A CNA2004800075816 A CN A2004800075816A CN 200480007581 A CN200480007581 A CN 200480007581A CN 1761893 A CN1761893 A CN 1761893A
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CN
China
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compound
photoisomerization
optical element
lcd device
potpourri
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Application number
CNA2004800075816A
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Inventor
约翰·吕巴
比安卡·M·I·范德桑德
埃米耶尔·佩特斯
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

一种双折射光学元件，包括液晶化合物和可光致异构化的化合物的聚合和/或交联混合物(301)。通过操纵所述混合物的秩序参数和偏振各向异性可以高精度地确定该元件的双折射。为此目的，在制造过程中通过照射将该可光致异构化的化合物从反式变换为顺式。优选的是，该可光致异构化的化合物是肉桂酸酯化合物。辐照之后使受辐照的混合物聚合和/或交联。优选通过灰度掩模(305)进行辐照，使得规定该混合物(301)中的多个部分(302R，302G，302B)获得不同的双折射值。该方法例如适合于制造液晶显示器(LCD)装置的液晶盒内部的延迟器层或补偿箔，特别适合于制造带图案的延迟器层，所述带图案的延迟器层有与彩色LCD装置的原色相关联的具有不同延迟的多个部分。

Description

双折射光学元件、具有双折射光学元件的LCD装置和 双折射光学元件的制造方法
发明领域
本发明涉及一种双折射光学元件。
本发明进一步涉及用于光学双折射聚合物的制造方法。
本发明进一步涉及一种包括液晶盒的液晶显示器(LCD)装置，该液晶盒具有包括这种双折射光学元件的延迟器层。
技术背景
液晶显示器(LCD)日益成为广泛应用中选择的显示器，如电视接收机、计算机监视器、手持和自动装置。
LCD的工作基于在包括液晶材料的有源层的液晶(LC)盒中的光调制，该盒夹在前基板和后基板中间。通过在有源层两端施加电场，对穿过LC材料层的光进行调制。
LCD通常可在两种模式的一种或两种模式下工作，这两种模式即透射模式和反射模式。在透射LCD中，LC层调制由背面光产生的光。透射LCD的固有缺陷是光学特性对视角的依赖性，视角即观察者观察显示器时的角度。特别是以倾斜的视角观察时，所显示的图像的对比度比减小，并且该显示图像的灰度等级反转。
在反射LCD中，LC层调制环境光，且该环境光朝观察者反射回来。但是，该反射LCD具有相对有限的亮度和对比度。
通过施加显示光学双折射的一个或多个层，可提高LCD装置的光学特性。在反射LCD中，使用通常所说的延迟器层(或箔)。现今在例如用于手持装置和移动式电话中的反射或透射LCD板中使用延迟器层是很常见的。通常这种装置中采用的延迟器层的一个例子是四分之一波长延迟器，由线偏振光形成圆偏振光，反之亦然。
按照惯例，该延迟器在LC盒外部形成。那么延迟器厚度d决定延迟，因此依照所需的延迟选择补偿层的厚度。光学有源层必须夹在保护层中间，或者施加于载体薄板(carrier sheet)上。这样形成的光学元件粘到LC盒的基板上。因此，LCD装置变为不希望的厚，并且由于视差而限制了其光学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种双折射光学元件，可以相对较高精度地确定其双折射。光学双折射Δn通常规定为材料在寻常光方向和异常光方向的折射率之差。
借助于根据如独立权利要求1中说明的本发明的光学元件实现上述目的。在从属权利要求2-9中列出该光学元件的更加有利的实施例。
本发明的另一个目的是提供一种用于双折射聚合物的制造方法，在该制造方法中可以特别适当地控制所制造的聚合物的双折射。
借助于如独立权利要求10中说明的方法实现上述目的。在从属权利要求11-14中描述了该方法的更加有利的实施例。
本发明的再一个目的是提供一种具有延迟箔的液晶显示器(LCD)装置，该装置具有相对较好的光学性能。
借助于如独立权利要求15中说明的LCD装置实现上述目的。在从属权利要求16-19中描述了该LCD装置的更加有利的实施例。
因此，根据本发明的光学元件具有带非扭转向列相或近晶相的液晶化合物和至少以反式存在的可光致异构化(photo-isomerizable)的化合物。该光学元件的双折射取决于该可光致异构化的化合物的顺反比，即，取决于混合物中顺式的量与反式的量之比。
本发明尤其基于以下认识，即可光致异构化的化合物的异构化可有利地用于设置包括所述化合物的聚合混合物的光学双折射Δn。如从公式(1)显而易见的，改变光学双折射Δn影响由这种聚合物形成的层的延迟R。
在该制造方法中，首先使液晶化合物和可光致异构化的化合物的混合物取向，从而使这些混合物的分子导向器(director)基本上沿同一个方向排列。因此，取向的混合物显示相对较高的偏振各向异性和高的秩序参数(order parameter)。
液晶材料的秩序参数S规定为
S = 1 2 < 3 cos 2 &Theta; - 1 > - - - ( 1 )
其中Θ代表分子的导向器和法向矢量之间的角度。对于各向同性材料来说S＝0，秩序参数S＝1表示精确取向，即基本上每个分子的轴都与法向矢量取向。
例如借助于基板摩擦(rubbing)、光致取向或离子束取向来进行该取向步骤。优选的是，取向是平面的，但是如果需要具有倾斜光轴的光学元件，那么应该进行相应的取向。
优选的是，该混合物的可光致异构化的化合物也具有非扭转向列相或近晶相。在这种情况下，混合物的偏振各向异性和秩序参数特别高。
任选的是，可光致异构化的化合物和液晶化合物是相同的材料，即可以很容易地使用具有可光致异构化基的单一液晶化合物。
对于适合于供本发明使用的混合物，当该混合物的可光致异构化的化合物基本上仅仅包括E-异构体(反式)时，偏振各向异性以及因此光学双折射Δn具有其最高值。这是该混合物在根据本发明的制造方法的取向步骤之后的优选构造。
然后，借助于变换步骤来改变该混合物的光学性质，由此发生光致异构化。特别是，异构化改变混合物的偏振各向异性。在上下文中，如该专利申请中使用的动词“变换”应该理解为允许发生异构化，由此通常将至少部分可光致异构化的化合物从E-异构体变为Z-异构体(顺式)。这种变换通常受到利用电磁辐射辐照可光致异构化的化合物的影响，所述电磁辐射优选是UV光。优选的是，当Z-异构体和E-异构体的量之间的顺反比增大时偏振各向异性减小。
接着，借助于混合物的聚合和/或交联来固定改变的光学性质。获得的聚合物具有光学双折射Δn，并可用作双折射光学元件。
假定通过与E-异构体分子相比Z-异构体分子的更加弧形的形状引起偏振各向异性的变化。通过将可光致异构化的化合物的Z-异构体引入到混合物中来破坏该混合物的秩序。通常，假定引入Z-异构体导致偏振各向异性减小。优选的是，可光致异构化的化合物中的至少20％是以Z-异构体的形式，即顺反比至少为0.25。在这种情况下，偏振各向异性的减小是明显的。
但是，发明人已经发现本发明依赖于附加的效果。即，在照射时该混合物的清除温度(clearing temperature)降低。该清除温度是偏振完全变为各向同性时所处的温度。通过等温异构化降低该系统的秩序参数S，因为该秩序参数尤其是清除温度的函数。除了偏振各向异性改变之外还产生这种效果。
通过选择进行光致异构化的温度从而使上述两种效果结合出现，发明人已经出乎意料地获得光学双折射的较大变化。
在优选实施例中，除了光致异构化之外还发生部分混合物的环加成，这进一步影响光学双折射。
在等温异构化过程中，双折射直接取决于照射时间。通常，双折射按照分钟的时间比例逐渐减小。并且，聚合物的双折射和制造的光学元件的延迟得到特别适当地控制，并能够以相对较高精度确定双折射值。
利用具有烯烃基即不饱和碳氢化合物基的可光致异构化的化合物获得良好的结果。优选的是，烯烃基是肉桂酸酯化合物。该肉桂酸酯化合物可进一步具有芳族基，或者优选具有提供较高温度稳定性的脂环基。作为一种可替换的可光致异构化的化合物，可以使用1，2二苯乙烯。
该加工过程应该在比可光致异构化的化合物的E-异构体的清除温度(在图1中用Tc1表示)更低的温度进行，对于更高的加工温度，甚至在开始从E-异构体向Z-异构体变换之前，混合物的秩序参数和光学双折射已经是零。
优选的是，加工温度比E-异构体的清除温度低0和50度之间。
对于比该清除温度低50度以上的过程的温度，混合物清除温度降低的有益效果比较不显著，光学双折射的变化最主要由偏振各向异性的变化决定。这是图1中温度Ta的例子。但是，当清除温度具有相对较高的值时，如200或300摄氏度，比清除温度低50度以上的加工温度可能是有用的。
更优选的是，加工温度比E-异构体的清除温度低20和40度之间。图1中温度Tb的例子应该被认为是包含在该加工温度范围内。在这种情况下，在开始异构化步骤之前，该混合物的光学双折射相对较高，在该异构化过程中可获得双折射的最大变化。
例如，清除温度大约为70摄氏度，加工温度大约为35或40摄氏度。在该例子中，可通过选择照射时间适当地控制双折射，所需的加工温度仅仅略高于室温。
优选的是，在含氧的大气中进行该变换步骤。氧的存在抑制了由照射引起的预聚合和/或混合物的交联。因此，光致异构化是主要的过程。
制造的双折射光学元件特别适合于以层的形式尤其用在LCD装置中。使用这种层在本领域是公知的。例如，在反射LCD中，使用四分之一波长延迟器来将圆偏振光变为线偏振光，反之亦然。
这种层也可以用作透射LCD中的补偿箔，以提高该设备的这种的视角性质。现代的计算机监视器和膝上型电脑的面板通常都采用这种补偿箔。
双折射层的延迟R由下面的公式给出：
R＝dΔn      (2)
其中d是延迟器层的厚度，Δn是延迟器材料的光学双折射。
为了制造LCD装置中的延迟器层或补偿箔，优选在LCD装置中的表面上提供一层该混合物。更优选的是，当为了可能的最好的光学性能时，在液晶盒中设置该延迟器层。那么，例如在前基板的表面上提供该延迟器，所述表面面对有源层。在彩色LCD装置中，其可以直接施加于面向有源层的那一侧的滤色器上。
根据本发明的制造方法在混合物层上进行。该层的厚度是已知的，在根据本发明的方法中可以特别适当地控制双折射，从而获得延迟器层，其延迟非常精确地匹配所需的延迟。这样，该延迟可以与液晶盒的光学模式尽可能好地匹配。
可替换的是，延迟器层可以与液晶盒分开制造，随后将其粘在该盒的基板上。
根据本发明，混合物的照明可以是均匀的或不均匀的。在后一种情况下，混合物的不同部分接受不同的辐照量。因此，可光致异构化的化合物的顺式和反式之比可以在制造的光学元件中改变，导致双折射的差异。
例如，混合物层的不同表面区域接收不同量的光，因此在聚合和/或交联之后，形成表面区域具有光学双折射的不同值的双折射聚合物层。
优选的是，利用对于所用辐射具有不同透射率部分的带图案的掩模来实现这种非均匀照明。通过带图案的掩模照射该混合物层，随后使该层交联和/或聚合，可以制造具有与该掩模类似图案的层。发明人已经成功地制造出区域大小为100微米的带图案的延迟器层，但是利用根据本发明的方法形成具有甚至更高分辨率的图案应该是可行的。
该区域大小可与液晶盒的图像元素的尺寸相比。因此，通过将带图案的延迟器层的区域与LCD装置的(子)像素相联系可将具有这种构图的延迟器层有利地用在LCD中。由于该带图案的延迟器层可施加于液晶盒内部，因此这不会导致LCD的视差效应。带图案的延迟器层提供了LCD装置的特别好的光学性能。
在一个优选实施例中，该LCD装置是包括滤色器的彩色LCD装置，该滤色器包括许多区域，这些区域设置为用于由所产生的光形成与区域对应的一种原色的光，带图案的延迟器层的每个部分都与一种原色相关联。
延迟器的工作通常取决于延迟R和入射光的波长λ之比。对于良好的性能来说，延迟应该与该波长匹配。例如，如果延迟是550nm/4＝138nm，那么延迟箔是与绿光(550nm)的波长匹配的四分之一波长(λ/4)延迟器。在这种情况下，该延迟箔为绿光提供良好的对比度和亮度，但是其对于红光和蓝光的性能较差。
优选的是，一部分带图案的延迟器层的延迟因此取决于相关联的原色光的波长。如果带图案的延迟器的每部分都与一种原色相匹配，那么所有原色的亮度和对比度都尽可能的好。
更优选的是，每个部分都充当与该部分相关联的原色光的四分之一波长(λ/4)延迟器。
可以利用根据本发明的方法制造这种延迟器，可以对其进行控制从而使取向的混合物的各个部分接收不同的辐射量。这样，每一部分的双折射变得不同。对该结构进行聚合和/或交联，由此固定不同的双折射值，并获得带图案的延迟器层。
在另一个优选实施例中，LCD装置是透射LCD装置，所述LCD装置的液晶盒包括反射部分和透射部分，一部分带图案的延迟器层与所述反射部分相关联，一部分带图案的延迟器层与所述透射部分相关联。例如，该带图案的延迟器对反射部分具有四分之一波长(λ/4)延迟器，对于透射部分具有零延迟。
在申请人的国际专利申请WO 2003/019276中公开了具有类似结构的透射LCD。
也可以将这些优选实施例结合，得到彩色的半透半反式(transflective)LCD，其中使用的延迟器层对于彩色子像素的透射部分具有零延迟，对于彩色子像素的反射部分具有四分之一波长(λ/4)延迟，该四分之一波长延迟与对应的原色光的波长相匹配。
附图简述
现在将参照公开的附图进一步解释本发明，这些图是示意性而不是按比例绘制的。在图中：
图1是接收不同辐射量的混合物的秩序参数比温度的相图；
图2示出根据本发明的LCD装置的第一实施例；
图3示出根据本发明的制造过程的第一实施例；
图4是根据本发明的LCD装置的第二实施例；
图5A和5B显示特别适合于用作本发明中的可光致异构化的化合物的液晶肉桂酸混合物，以及
图6A和6B显示借助于本发明的过程制造的带图案的延迟器层的照片。
发明详述
首先参照图1进一步解释在变换步骤中出现的组合效果，即通过可光致异构化的化合物的异构化使偏振各向异性降低，秩序参数减小，其中，对照(against)系统的温度绘制混合物的秩序参数。
由A表示的曲线代表在取向步骤之后的非照射混合物，其中可光致异构化的化合物基本上完全处于其反式。与在其反式中的可光致异构化的化合物取向的混合物具有可达到的最高偏振各向异性和最高清除温度Tc1。照射该混合物使得该可光致异构化的化合物的异构化。这样，部分所述化合物变换为顺式。由B、C和D表示的曲线代表接收按此顺序增大的辐射量的混合物。这样，由B表示的曲线的照射时间最短，由D表示的曲线其照射时间最长。
在相对于远离E-异构体的清除温度Tc1的温度，通过照射混合物很难影响光学双折射。例如在温度Ta，曲线A到D的光学双折射在彼此的10％之内。
但是，对于照射的混合物来说，清除温度已经降低。由曲线B表示的混合物的清除温度Tc2低于E-异构体的清除温度Tc1，由曲线C表示的混合物的清除温度Tc3又低于Tc2，由曲线D表示的最长照射的混合物的清除温度Tc4又低于Tc3。
例如，对于加工温度Tb，在图1中可以看到，照射之前的光学双折射是Δn1，通过照射该混合物并因此变换可光致异构化的化合物来降低光学双折射。
在该例子中，由曲线B表示的混合物的光学双折射是Δn2，由曲线C表示的混合物的光学双折射是Δn3。选择温度Tb高于由曲线D表示的混合物的清除温度Tc4，因此在这种情况下发生各向同性转变。因此光学双折射为零。
当可光致异构化的化合物完全是反式时，清除温度Tc1例如大约为70摄氏度，合适的加工温度Tb例如是35或40摄氏度。
在下文中解释执行根据本发明的制造方法的特定实施例。
实施例1
通过在70℃的温度将0.5克1，4-二(4，(3-丙烯酰基氧基丙氧基)-苯甲酸基)-2-甲苯(Merck)、0.5克4-(6-丙烯酰基氧基-己氧基)-2-甲基-苯基-4-(6-丙烯酰氧基己氧基)肉硅酸酯、0.05克Ciba Geigy、Switzerland的Irgacure 651(α，α-二甲氧基脱氧苯偶姻)和0.05克含100ppm抑制剂的(2-正-乙基全氟代-辛烷亚磺酰氨基)-乙基丙烯酸酯溶解于4克二甲苯中来制成活性液晶混合物。
1，4-二(4，(3-丙烯酰基氧基丙氧基)-苯甲酸基)-2-甲苯是活性液晶单体。
4-(6-丙烯酰基氧基-己氧基)-2-甲基-苯基-4-(6-丙烯酰氧基己氧基)肉硅酸酯是光致异构化的活性液晶单体。图5A中示出处于反式的该化合物，在该图中以及在下面的文字中称作“1543”。
而且，该混合物包括光敏引发剂、Irgacure 651和表面活性剂以获得液晶单体，(2-正-乙基全氟代-辛烷亚磺酸氨基)-丙烯酸乙酯的平面取向，其在商业上可从Across获得。
该混合物旋涂在取向层的顶部，成为涂的(rubbed)聚酰亚胺。以1000rpm旋涂30秒，随后以3000rpm再旋涂30秒。涂的聚酰亚胺沿擦的方向在LC单体的单域中形成平面取向。获得LC单体的最大秩序参数，产生大约100nm的延迟。
随后通过在空气中暴露于波长为365nm的UV光的掩模使该秩序参数呈图案的样子减少(HPA灯，4mW/cm2)。曝光过程中的温度大约为35-40℃。辐照持续大约20分钟。
借助于利用UV光进行辐照，使1543肉桂酸酯化合物异构化。氧的存在抑制了任何聚合，允许仅仅发生异构化。
结果，在该混合物中，通过引入肉桂酸酯化合物的顺式破坏了液晶原(mesogens)的秩序，在该例子化合物中是可光致异构化的化合物。
此外，并且很可能是作为定向损失(orientation loss)的最重要的参数，清除温度如图1中所示降低，在该实施例中从75℃到50℃。由于清除温度的逐渐变化，可以用曝光时间高精度地控制混合物的双折射。如果希望延迟值是零，那么应该继续辐照更长时间，直到达到各向同性状态。那么，清除温度变为低于执行该方法所处的温度。
最后，通过在氮气层下通过UV曝光10分钟来永久地固定在曝光和未曝光部分中所获得的秩序。由于快速的光致聚合方法，在该步骤中施加的UV光对光学性质没有显著的影响。如有必要，光致聚合后面可以有另一个热异构化。
最后获得的结构是带图案的双折射层，具有测得的不同双折射值的多个区域。层的图案与掩模曝光过程中所施加的掩模的图案相匹配。
实施例2-8
制备与实施例1中相类似的混合物，其中用图5B中所示处于其反式的1602肉桂酸酯化合物代替1543肉桂酸酯化合物。用1602化合物的脂环基取代1543化合物的芳族基。
在实施例2至8的每个实施例中，在取向之后对具有1602肉桂酸酯化合物的混合物辐照不同的辐照时间。辐照的混合物按照与实施例1类似的方式聚合。
对获得的延迟和在辐照的混合物中的顺式(Z-异构体)的量进行测量。表1中给出结果。延迟也取决于通过上文中陈述的通过旋涂条件适当定的层厚度。
表1
  UV辐照时间@4mW/cm2  延迟(nm)   1602-顺式(Z-异构体)的相对出现率
 例2   0分钟  171   0％(纯1602-反式)
 例3   2分钟  130   29％
 例4   5分钟  75   38％
 例5   10分钟  62   41％
 例6   15分钟  48   41％
 例7   20分钟  24   41％
 例8   30分钟  0(各向同性混合物)   44％
可以看到在辐照时间的范围内延迟逐渐减小。从171nm的初始值，利用该混合物组成成分、层厚度和辐射强度，30分钟之后获得各向同性混合物。
按照这种方式制造的双折射光学元件特别适用于液晶显示器中。双折射材料的层可用作反射LCD中的延迟器层，或者用作透射LCD中的补偿箔。图2中示出用于LCD的液晶盒的第一实施例。该LCD装置进一步包括驱动器电子设备，图中未示出该驱动器电子设备。要注意，附图仅仅示出一个彩色像素，即三原色子像素，而实际的液晶显示器具有大量像素，例如320×240个彩色像素，由此具有960×240个子像素。
这里说明的LC盒是基于扭转向列(TN)效应的反射盒。可通过在反射电极215和透射电极216两端施加电压差而垂直于液晶(LC)层230施加电场，所述电极通常是氧化铟锡(ITO)电极。
当施加零电压或最小驱动电压时，入射到该装置上的非偏振环境光在进入LC层230之前穿过基板211上的线偏振器213、滤色器220和λ/4延迟器层201。滤色器220有选择性地允许不同原色的线偏振光穿过与该原色相关联的滤色器区域(由图中的R、G和B表示)。
这样，获得分离成各个原色的线偏振光。然后该线偏振光在进入LC层230之前由延迟器层201使其变成圆偏振。在LC层230的另一侧，包括所谓内部漫射反射器(IDR)的反射电极215设置为将穿过LC层230的入射光向回朝观察者反射和漫射。
液晶分子的初始扭转角例如是90度。不施加任何电压时，扭转的LC层230使圆偏振光在到达延迟器215时变为线偏振光。然后该光反射回来，当其到达λ/4延迟器201时重新回到其原始的圆偏振状态。该λ/4延迟器201将圆偏振光变回为具有其原始偏振方向的线偏振光，从而使其能够穿过偏振器213并朝观察者射出该盒。
但是，当在电极215和216之间施加最大驱动电压时，该液晶盒变为其暗态。
液晶分子与所施加的电场取向，这些分子的初始扭转角消失。这样，从λ/4延迟器201射出的圆偏振光穿过LC层230，由此有效地经历低双折射。因此，当该光到达反射器215时其仍然是圆偏振的。在反射时，该圆偏振反向，使该光具有相反的圆偏振。当该光到达λ/4延迟器201时其仍然具有此相反的圆偏振，因此，此时该λ/4延迟器201将该光变为偏振方向垂直于原始线偏振方向的线偏振状态。这样，该线偏振光具有与偏振器213的偏振轴垂直的偏振方向，并由偏振器213所吸收。没有光从液晶盒射出，因此观察者观察到暗态。
在该实施例中，延迟器层201是具有三个区域202R、202G、202B的带图案的延迟器层。在每个区域中，四分之一波长延迟器的延迟都与原色红、绿、蓝中之一的波长相匹配。特别是，延迟与邻近滤色器区域相关联的原色的波长相匹配。在下文中，这种结构将称作“彩色图案的延迟器层”。
当使用具有恒定延迟的延迟器时，该延迟器通常对绿光是最优的，例如延迟是(550/4)＝138nm。包括这种延迟器的电控双折射(ECB)型的液晶盒例如对绿色的对比度比为17。但是，对红色的对比度比仅仅为7，对蓝色的对比度比仅仅为6。该ECB盒包括具有平面取向的非扭转向列液晶材料的有源层。
在根据本发明的LCD装置的第一实施例中，延迟器层201的延迟适宜于每种原色，即对绿色区域202G来说延迟为138nm，对红色区域202R来说延迟为(650/4)＝163nm，对蓝色区域202B来说延迟为(450/4)＝112nm。
现在，ECB盒的对比度比对所有原色来说都相对较高。例如，对绿色的对比度比仍然为17，但是对红色的对比度比增大为11，对蓝色的对比度比增大为9。因此，对红色和蓝色子像素来说，获得的对比度比增加了50％。
借助于根据本发明的方法可以很容易地制造这种彩色图案的延迟器，其中所用的带图案的掩模包括白色区域(完全透射施加的辐射)、灰色区域(部分透射/反射)和黑色区域(完全反射施加的辐射)。
图3A-3C中说明该方法的合适实施例。将液晶化合物和可光致异构化的化合物的混合物的层301旋涂在磨光的基板311上，从而使其取向(图3A)。该混合物组成成分和旋涂条件与较早阐述的例子中的混合物组成成分和旋涂条件相应。
现在，在变换步骤过程中(图3B)，层301的不同区域302R、302G、302B接收施加的UV光的不同辐射量。特别是，对应于红色的区域302R基本上不接收辐射，因此在该区域302R中的可光致异构化的化合物基本上保持其反式。为此目的，带图案的掩模305的黑色区域与对应于原色红色(波长650nm)的区域302R相关联。
掩模305的白色区域与对应于原色蓝色(波长450nm)的区域302B相关联。选择辐射量，使区域302B中的混合物的双折射减少大约1.45倍。该掩模的灰色区域与对应于原色绿色的区域302G相关联。选择掩模305的灰色区域的灰度，使区域302G只接收部分辐射量，使得在所述区域302G中的混合物双折射减少大约1.2倍。
在辐照之后，混合物层301交联和聚合(图3C)。空气变为氮或者可替换地变为惰性气体，如氩。现在借助于大量UV辐照开始光致聚合。该光致聚合方法通常跟随有热聚合，在这种情况下，进行焙烤步骤，在该焙烤步骤中将层加热到150摄氏度并持续大约2小时。
这样，能够仅利用单个掩模步骤而制造LCD装置的彩色图案的延迟器层。在该例子中，使用具有不同透射率的三个区域的掩模，这三个区域对应于常规彩色LCD装置的三原色。但是，通过利用相应数量的不同折射率的区域，很容易制造多原色LCD装置的彩色图案的延迟器，所述多原色LCD装置即具有多于三原色的LCD装置。
一般来说，利用类似的方法，可以设想具有任何所需构图的延迟器层，其中不同区域的双折射可在相对较大的范围内变化。在延迟器层的情况下，不同区域的层厚度基本上是相同的。不同区域的不同延迟主要由不同双折射值来确定。
具有进一步改进的对比度比的四分之一波长延迟器的例子是基于已经公知了几十年的宽带四分之一波长延迟器[S.Pancharatnam，Proc.Indian Ac.Sci.XLI，no.4，sec.A(1955)]。
宽带四分之一延迟器包括其光轴相对于偏振器方向成15°的半波片和光轴相对于偏振器方向成75°的四分之一波长延迟器的组合。在这种情况下，暗态的漏损与单个四分之一波长延迟器相比已经大大减小。包括这种宽带延迟器的ECB盒例如对绿色的对比度比为155，而对红色的对比度比可能仅为60，对蓝色的对比度比可能为46。
同样在该例子中，通过为每个彩色子像素优化半波长延迟器和四分之一波长延迟器的延迟值来增大对比度。通过修改对每种原色的延迟，对绿色来说对比度比仍然为155，但是对红色来说对比度比增大到107，对蓝色来说对比度比增大到88。
LCD装置的第二实施例具有所说的半反半透液晶盒，在图4中示出。该半反半透LC盒包括反射部分和透射部分，该透射部分通常装入反射部分中。图4示出半反半透LC盒的一个原色子像素(在这种情况下是绿色)。反射部分的工作与第一实施例中LC盒反射部分的工作类似。反射器415设置在平面层418的顶部，其使得对于反射和透射部分而言该LC盒的盒间隙不同。此外，这些部分的光学性质能够适当地匹配。
对于透射部分来说，来自背面光440的光入射在LCD装置上，并通过其偏振轴垂直于前偏振器413偏振轴的后偏振器414发生线偏振。该线偏振光然后穿过基板412进入液晶层430中。该层例如具有90度的扭转，因此该线偏振光的偏振矢量在LC层430中旋转90度。该光然后穿过延迟器层401、滤色器420和前基板411。由于LC层430的扭转角，现在该线偏振光的偏振矢量与前偏振器413的偏振轴匹配。因此，该线偏振光能够穿过偏振器413，并从该液晶盒朝观察者射出。
取而代之的是，如果垂直于LC层430施加电场(图中未示出电极)，那么LC层430不会使从后偏振器414射出的线偏振光的偏振矢量旋转。这样，该线偏振光的偏振矢量垂直于前偏振器413的偏振轴，并因此该光被前偏振器413阻挡。
对于透射部分来说，在这种情况下不需要双折射层。因此，盒内的延迟器层401是带图案的延迟器层，其具有带λ/4延迟的反射部分403R和各向同性即具有零延迟的透射部分403T。
借助于根据本发明的制造方法可以很容易获得这种结构。在取向步骤之后，遮住延迟器层401的反射部分403R，并辐照透射部分403T，使得发生光致异构化。继续辐照，直到透射部分403T中混合物的清除温度降低到加工温度下面。那么该混合物的该部分变为各向同性，借助于聚合和/或交联再次固定延迟器层401的图案形成。
为了证明其可行性，在交叉的偏振器之间放置这种结构，并从后面照射该结构。在这种情况下，透射部分403T吸收所有入射光，反射部分403R透射一部分入射光。图6示出其照片，该结构的图案尺寸为1mm(图6A)和100μm(图6B)。
在LC盒的第二实施例中，可替换的是，补偿箔可粘到背面光一侧上的基板412上，透射部分403T可具有非零延迟。
这些附图都是示意性的，且并没有按照比例绘制。尽管已经结合优选实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不应解释为限于这些优选实施例。而是，本发明包括所附权利要求书的范围内本领域技术人员能够进行的所有变化。在本专利申请中公开的双折射光学元件的使用并不限于LCD装置，可以设想其包括使用双折射元件的任何光学系统。
总之，公开了一种双折射光学元件，其包括液晶化合物和可光致异构化的化合物的聚合和/或交联混合物(301)。通过操纵所述混合物的秩序参数和偏振各向异性可以高精度地确定该元件的双折射。为此目的，在制造过程中优选借助于辐照将可光致异构化的化合物从反式变换为顺式。优选的是，该可光致异构化的化合物是肉桂酸酯化合物。在辐照之后使辐照的混合物聚合和/或交联。优选通过灰度掩模(305)进行辐照，从而规定混合物(301)中的部分(302R、302G、302B)获得不同的双折射值。该方法例如适合于制造液晶显示器(LCD)装置的液晶盒内部的延迟器层或补偿箔，特别适合于制造带图案的延迟器层，所述延迟器层具有与彩色LCD装置的原色相关联的，具有不同延迟的部分。

Claims (20)

1.一种双折射光学元件，包括下列化合物的交联和/或聚合混合物：
具有非扭转向列相或近晶相的液晶化合物，以及
可光致异构化的化合物，
至少一种该化合物包括可聚合的基，
其中，该可光致异构化的化合物至少以反式存在，双折射值取决于该可光致异构化的化合物的顺反比。
2.根据权利要求1的光学元件，其中
该双折射值基本上随该顺反比的增大而减小。
3.根据权利要求1的光学元件，其中
借助于进一步影响该双折射值的环加成过程对部分该可光致异构化的化合物进行变换。
4.根据权利要求1的光学元件，其中
顺反比至少为0.25。
5.根据权利要求1的光学元件，其中
该可光致异构化的化合物具有非扭转向列相或近晶相。
6.根据权利要求1的光学元件，其中
该可光致异构化的化合物和该液晶化合物是相同的材料。
7.根据权利要求1或5的光学元件，其中
该可光致异构化的化合物包括烯属基。
8.根据权利要求7的光学元件，其中
该可光致异构化的化合物是肉桂酸酯化合物。
9.根据权利要求8的光学元件，其中
该肉桂酸酯化合物进一步包括芳族基或脂环基。
10.一种用于光学双折射聚合物的制造方法，包括以下步骤：
提供具有非扭转向列相或近晶相的液晶化合物和可光致异构化的化合物的混合物(301)，至少一种该化合物包括可聚合的基；
使该混合物(301)取向；
使该可光致异构化的化合物在比该可光致异构化的化合物的反式清除温度更低的温度处进行变换；
在该变换步骤之后使该混合物(301)交联和/或聚合。
11.根据权利要求10的制造方法，其中在比该可光致异构化的化合物的E-异构体清除温度低0和50度之间的温度处进行该变换步骤。
12.根据权利要求11的制造方法，其中在比该可光致异构化的化合物的E-异构体清除温度低20和40度之间的温度处进行该变换步骤。
13.根据权利要求10的制造方法，其中使该可光致异构化的化合物变换的步骤包括：
通过带图案的掩模(305)辐照该混合物，所述掩模对于所用辐射具有不同透射率的多个部分。
14.根据权利要求10的制造方法，其中在含氧的环境下进行该变换步骤。
15.一种液晶显示器(LCD)装置，包括
用于容纳并有选择性地透射入射光的液晶盒，所述盒夹在前基板(211；411)和后基板(212；412)中间，其中所述LCD装置进一步包括延迟器层(201；401)，该延迟器层包括根据权利要求1-8中任一项的双折射光学元件。
16.根据权利要求15的LCD装置，其中
该延迟器层(201；401)是带图案的延迟器层，其包括多个部分(202R，403R，403T)，每个部分都具有不同的光学双折射。
17.根据权利要求16的LCD装置，其中
该LCD装置是彩色LCD装置，包括滤色器(220)，该滤色器具有多个区域(R，G，B)，设置为由该入射光形成与此区域对应的原色的光，该带图案的延迟器层(201)的每个部分(202R，202G，202B)都与一种原色相关联。
18.根据权利要求17的LCD装置，其中部分该带图案的延迟器层的延迟取决于该相关联原色的光的波长。
19.根据权利要求16的LCD装置，其中该LCD装置是半反半透LCD装置，所述LCD装置的液晶盒包括反射部分和透射部分，该带图案的延迟器层(401)的一部分(403R)与所述反射部分相关联，且该带图案的延迟器层的一部分(403T)与所述透射部分(401)相关联。
20.肉桂酸酯化合物在制造双折射光学元件中的应用。
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