RU2147759C1 - Polarizer - Google Patents
Polarizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2147759C1 RU2147759C1 RU98104984A RU98104984A RU2147759C1 RU 2147759 C1 RU2147759 C1 RU 2147759C1 RU 98104984 A RU98104984 A RU 98104984A RU 98104984 A RU98104984 A RU 98104984A RU 2147759 C1 RU2147759 C1 RU 2147759C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- birefringent
- optical polarizer
- polarizer according
- refractive index
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптике, а именно к поляризаторам света, которые могут быть использованы в производстве поляризационных пленок и стекол, в том числе ламинированных для автомобильной промышленности, строительства и архитектуры. Кроме того, заявляемые поляризаторы могут быть также использованы в производстве жидкокристаллических дисплеев и индикаторов. The invention relates to optics, namely to polarizers of light, which can be used in the manufacture of polarizing films and glasses, including laminated for the automotive industry, construction and architecture. In addition, the inventive polarizers can also be used in the manufacture of liquid crystal displays and indicators.
Поляризаторы света, преобразующие естественный свет в поляризованный, являются одним из необходимых элементов современных устройств отображения информации на жидких кристаллах (ЖК), системах контроля и световой блокировки. Polarizers of light, converting natural light into polarized light, are one of the necessary elements of modern liquid crystal display (LCD) information devices, control systems and light blocking.
Используемые в настоящее время поляризаторы представляют собой ориентированную одноосным растяжением полимерную пленку, окрашенную в массе органическими красителями или соединениями иода. В качестве полимера используют в основном поливиниловый спирт (ПВС) [1]. Currently used polarizers are oriented uniaxial stretching polymer film, colored in bulk by organic dyes or iodine compounds. Polyvinyl alcohol (PVA) is mainly used as a polymer [1].
Поляризаторы на основе ПВС, окрашенного иодом, имеют высокие поляризационные характеристики и находят широкое применение в производстве жидкокристаллических индикаторов для экранов, часов, калькуляторов, персональных компьютеров и т.п. Polarizers based on PVA, stained with iodine, have high polarization characteristics and are widely used in the manufacture of liquid crystal indicators for screens, watches, calculators, personal computers, etc.
В то же время высокая стоимость и низкая термостойкость поляризаторов на основе ПВС не позволяют применять их в производстве товаров массового потребления, в частности при изготовлении многослойных стекол и пленок для автомобильной промышленности, строительства и архитектуры. At the same time, the high cost and low heat resistance of PVA-based polarizers do not allow their use in the production of consumer goods, in particular in the manufacture of laminated glasses and films for the automotive industry, construction and architecture.
Аналогом заявляемого поляризатора является поляризатор, представляющий собой подложку с нанесенным на нее молекулярно ориентированным слоем дихроичного материала, способного к образованию нематической фазы [2]. An analogue of the claimed polarizer is a polarizer, which is a substrate with a molecularly oriented layer of dichroic material deposited on it, capable of forming a nematic phase [2].
Для получения поляризующей свет пленки дихроичный материал наносят в виде истинного раствора на непроницаемую поверхность подложки, которой предварительно придается анизотропия за счет механического натирания с помощью различных материалов (кожа, бумага, ткань и др.). В процессе последующего частичного испарения растворителя раствор дихроичного материала проходит через стадию нематического жидкокристаллического состояния, во время которого под влиянием анизотропии поверхности происходит ориентация молекул дихроичного материала. При испарении остаточного растворителя в контролируемых условиях, предотвращающих разориентацию, на поверхности подложки образуется молекулярно-ориентированная поляризующая пленка, состоящая из параллельно расположенных и ориентированных в одном направлении молекул дихроичного вещества, в качестве которого были использованы дихроичные красители [2]. To obtain a light-polarizing film, a dichroic material is applied in the form of a true solution on the impermeable surface of the substrate, which is previously anisotroped by mechanical rubbing using various materials (leather, paper, fabric, etc.). In the process of subsequent partial evaporation of the solvent, the solution of the dichroic material passes through the stage of a nematic liquid crystal state, during which the molecules of the dichroic material undergo the surface anisotropy. Upon evaporation of the residual solvent under controlled conditions that prevent misorientation, a molecular-oriented polarizing film is formed on the surface of the substrate, consisting of molecules of a dichroic substance arranged in parallel and oriented in the same direction, using dichroic dyes [2].
Аналогичного типа поляризатор [3] представляет собой поляризующую пластину, которую изготавливают при нанесении раствора некоторых водорастворимых азокрасителей на предварительно натертую поверхность подложки с последующей сушкой. A similar type of polarizer [3] is a polarizing plate, which is made by applying a solution of some water-soluble azo dyes to a pre-rubbed surface of a substrate, followed by drying.
Поляризаторы [2] или [3] имеют более высокую термостойкость по сравнению с поляризатором на основе поливинилового спирта, поскольку молекулярно ориентированная пленка красителя обладает высокой термостабильностью и может быть сформирована на таких стойких материалах, как, например, стекло. Polarizers [2] or [3] have higher heat resistance compared to a polarizer based on polyvinyl alcohol, since the molecularly oriented dye film has high thermal stability and can be formed on such resistant materials as, for example, glass.
К числу недостатков поляризаторов [2] или [3] следует отнести прежде всего недостаточную поляризующую способность и невысокий контраст, а также необходимость предварительной ориентации подложки за счет многократного натирания, реализация которого в промышленном масштабе представляет значительные сложности. The disadvantages of polarizers [2] or [3] include, first of all, insufficient polarizing ability and low contrast, as well as the need for preliminary orientation of the substrate due to repeated rubbing, the implementation of which on an industrial scale presents significant difficulties.
Наиболее близким по технической сущности является поляризатор, представляющий собой подложку с нанесенной на нее тонкой пленкой молекулярно упорядоченного слоя водорастворимых красителей, представляющих собой сульфокислоты или их неорганические соли азо- и полициклических соединений или их смеси общей формулы (I):
{Хромоген} (SO3M)n,
где Хромоген - хромофорная система красителя; M - H+, Li+, Na+, K+, Cs+, NH4 +;
которые способны к образованию стабильной лиотропной жидкокристаллической фазы, что позволяет получать на их основе стабильные лиотропные жидкие кристаллы (ЛЖК) и композиции на их основе [4].The closest in technical essence is a polarizer, which is a substrate coated with a thin film of a molecularly ordered layer of water-soluble dyes, which are sulfonic acids or their inorganic salts of azo and polycyclic compounds or their mixtures of the general formula (I):
{Chromogen} (SO 3 M) n ,
where Chromogen is a chromophore dye system; M is H + , Li + , Na + , K + , Cs + , NH 4 + ;
which are capable of forming a stable lyotropic liquid crystal phase, which allows one to obtain stable lyotropic liquid crystals (VFAs) and compositions based on them [4].
Для изготовления известного поляризатора [4] на поверхность подложки наносят ЛЖК красителя при одновременном механическом ориентировании с последующим испарением растворителя. При этом на поверхности подложки образуется тонкая пленка молекулярно упорядоченного слоя красителя - поляризующее покрытие (ПП), способное поляризовать свет. To make the known polarizer [4], VFA dye is applied onto the surface of the substrate with simultaneous mechanical orientation followed by evaporation of the solvent. In this case, a thin film of a molecularly ordered dye layer is formed on the surface of the substrate — a polarizing coating (PP) capable of polarizing light.
Поляризатор [4] обладает наряду с высокой термо- и светостойкостью более высокой поляризационной эффективностью по сравнению с поляризаторами [2] или [3] , поскольку способ ориентации, основанный на механическом упорядочении ЛЖК, является более эффективным способом для создания молекулярной упорядоченности красителя, находящегося в нематическом жидкокристаллическом состоянии, по сравнению с влиянием поверхностной анизотропии. The polarizer [4], along with high thermal and light fastness, has a higher polarization efficiency compared to polarizers [2] or [3], since the orientation method based on mechanical ordering of VFA is a more efficient way to create the molecular ordering of the dye located in nematic liquid crystal state, compared with the effect of surface anisotropy.
К числу недостатков поляризатора [4] следует отнести высокую электропроводность, которая обусловлена наличием подвижных неорганических катионов или протона. В связи с этим при использовании указанных поляризаторов [4] в качестве внутренних для изготовления жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) возникает необходимость применения дополнительных защитных слоев поверх внутренних поляризаторов, поскольку в противном случае наблюдается многократное увеличение энергопотребления, что в свою очередь снижает срок службы ЖКИ. The disadvantages of the polarizer [4] include high electrical conductivity, which is due to the presence of mobile inorganic cations or protons. In this regard, when using these polarizers [4] as internal for the manufacture of liquid crystal indicators (LCDs), it becomes necessary to use additional protective layers on top of the internal polarizers, since otherwise there is a multiple increase in energy consumption, which in turn reduces the life of the LCDs.
Кроме того, поляризатор [4] обладает низкой влагостойкостью, так как в основе его лежит поляризующее покрытие, сформированное из водорастворимых красителей. Устойчивость к действию влаги поляризатора [4] можно повысить путем перевода ПП в водонерастворимую форму. Однако наличие гидрофильных групп в молекулах красителя приводит к тому, что при повышенных температурах даже после перевода в нерастворимую форму ПП все таки отслаивается от подложки и разрушается под действием влаги. Поэтому для повышения влагостойкости известного поляризатора [4] необходимо использование дополнительных защитных влагостойких слоев, что усложняет конструкцию поляризатора. In addition, the polarizer [4] has low moisture resistance, since it is based on a polarizing coating formed from water-soluble dyes. Resistance to the action of moisture of the polarizer [4] can be increased by converting PP to a water-insoluble form. However, the presence of hydrophilic groups in the dye molecules leads to the fact that, at elevated temperatures, even after the transfer to the insoluble form, the PP nevertheless peels off from the substrate and is destroyed by moisture. Therefore, to increase the moisture resistance of the known polarizer [4], it is necessary to use additional protective moisture resistant layers, which complicates the design of the polarizer.
Задачей настоящего изобретения является создание поляризатора на основе поляризующих покрытий (ПП), обладающих наряду с диэлектрическими свойствами высокой устойчивостью к действию влаги и улучшенными поляризационными характеристиками. The objective of the present invention is to provide a polarizer based on polarizing coatings (PP), which, along with dielectric properties, have high resistance to moisture and improved polarization characteristics.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в поляризаторе, включающем подложку и по крайней мере один двулучепреломляющий анизотропно поглощающий слой, по крайней мере один двулучепреломляющий анизотропно поглощающий слой имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн, и сформирован на основе по крайней мере одного нерастворимого в воде дихроичного красителя, представляющего собой кубовый краситель или пигмент. При этом по крайней мере один кубовый краситель или пигмент выбран из ряда полициклических соединений, или периноновых красителей, или гетероциклических производных антрона, или антрахиноновых красителей, или индигоидных красителей, или азосоединений, или ароматических гетероциклических соединений. Кроме того, по крайней мере один кубовый краситель или пигмент может являться люминесцентным. The problem is solved due to the fact that in a polarizer including a substrate and at least one birefringent anisotropic absorbing layer, at least one birefringent anisotropic absorbing layer has at least one refractive index, which increases with increasing wavelength of polarized light at least in some wavelength range, and is formed on the basis of at least one water-insoluble dichroic dye, which is a vat dye or pigment. At the same time, at least one cubic dye or pigment is selected from a number of polycyclic compounds, or perinone dyes, or heterocyclic derivatives of anthrone, or anthraquinone dyes, or indigo-like dyes, or azo compounds, or aromatic heterocyclic compounds. In addition, at least one vat dye or pigment may be luminescent.
Предлагаемый поляризатор может обеспечивать поляризацию не только в видимой части спектра, но и в УФ области, а также ближней ИК области. В случае использования дихроичных красителей или пигментов с поглощением только в УФ области ПП может быть использовано в качестве фазозадерживающего слоя. The proposed polarizer can provide polarization not only in the visible part of the spectrum, but also in the UV region, as well as in the near infrared region. In the case of using dichroic dyes or pigments with absorption only in the UV region, PP can be used as a phase-holding layer.
В анизотропно поглощающем двулучепреломляющем слое предлагаемого поляризатора плоскости хромофорных систем молекул дихроичного красителя и лежащие в них дипольные моменты оптического перехода однородно ориентированы относительно направления, которое задается либо поверхностной анизотропией, либо направлением механической ориентации, либо под воздействием электростатических, магнитных или электромагнитных полей. При этом отсутствие ионов обеспечивает диэлектрические свойства покрытий, что приводит к снижению энергопотребления и высокую устойчивость к действию влаги и, тем самым, увеличивает срок службы жидкокристаллических устройств. В то же время, для изготовления заявляемого поляризатора не требуется синтез специальных красителей или пигментов, а могут быть использованы серийно выпускаемые красители или пименты. In the anisotropic absorbing birefringent layer of the proposed polarizer, the planes of the chromophore systems of the dichroic dye molecules and the dipole moments of the optical transition lying in them are uniformly oriented relative to the direction defined by either surface anisotropy, the direction of mechanical orientation, or under the influence of electrostatic, magnetic or electromagnetic fields. Moreover, the absence of ions provides the dielectric properties of the coatings, which leads to lower energy consumption and high resistance to moisture and, thereby, increases the service life of liquid crystal devices. At the same time, for the manufacture of the inventive polarizer does not require the synthesis of special dyes or pigments, but commercially available dyes or pimentos can be used.
Для обеспечения необходимых физико-механических, адгезионных, выравнивающих и других свойств по крайней мере одно поляризующее покрытие поляризатора дополнительно может содержать связующие и пленкообразующие добавки и/или модификатор, в качестве которого могут быть использованы гидрофильные и/или гидрофобные полимеры различного типа, включая жидкокристаллические, кремнийорганические и/или пластификаторы и лаки, включая кремнийорганические и/или также неионогенные поверхностно-активные вещества. To provide the necessary physicomechanical, adhesive, leveling and other properties, at least one polarizing coating of the polarizer may additionally contain binders and film-forming additives and / or a modifier, which can be used hydrophilic and / or hydrophobic polymers of various types, including liquid crystal, organosilicon and / or plasticizers and varnishes, including organosilicon and / or also nonionic surfactants.
Введение модификатора, которое может быть осуществлено как на стадии формирования анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, так и за счет обработки уже полученного поляризующего покрытия, позволяет также уменьшить рассеяние света, которое возможно из-за наличия микродефектов в поляризующем покрытии. The introduction of a modifier, which can be carried out both at the stage of formation of an anisotropic absorbing birefringent layer, and by processing the already obtained polarizing coating, can also reduce light scattering, which is possible due to the presence of microdefects in the polarizing coating.
В зависимости от толщины ПП и конструктивных особенностей возможны несколько разновидностей заявляемого поляризатора, отличающихся принципом действия. Depending on the thickness of the PP and design features, several varieties of the claimed polarizer are possible, differing in the principle of action.
Так, принцип действия оптического поляризатора с произвольной толщиной ПП основан на том, что неполяризованный свет при прохождении через ПП частично поглощается хромофорной системой красителя. При этом через ПП проходит только та часть световых волн, в которых направление колебаний электрической составляющей электромагнитного поля перпендикулярно дипольному моменту оптического перехода (фиг. 1). Thus, the principle of operation of an optical polarizer with an arbitrary thickness of the PP is based on the fact that unpolarized light, when passing through the PP, is partially absorbed by the chromophore dye system. In this case, only that part of the light waves passes through the PP, in which the direction of oscillation of the electric component of the electromagnetic field is perpendicular to the dipole moment of the optical transition (Fig. 1).
Использование в качестве поляризующего покрытия анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя нерастворимого в воде дихроичного красителя позволяет получить поляризатор, в котором по крайней мере один двулучепреломляющий анизотропно поглощающий слой состоит из нескольких фрагментов произвольной формы, которые могут отличаться цветом и направлением вектора поляризации, что позволяет получать таким образом поляризационные рисунки с различным направлением поляризации каждого фрагмента. The use of an anisotropic absorbing birefringent layer of a water-insoluble dichroic dye as a polarizing coating allows one to obtain a polarizer in which at least one birefringent anisotropic absorbing layer consists of several fragments of any shape that can differ in color and direction of the polarization vector, which allows one to obtain polarization drawings with different directions of polarization of each fragment.
Поляризатор может быть выполнен многослойным и содержать по крайней мере два нанесенных друг на друга поляризующих покрытия, каждое из которых состоит из нескольких фрагментов произвольной формы, которые могут отличаться цветом и направлением вектора поляризации, при этом цвет и направление вектора поляризации разных слоев могут не совпадать. При этом между поляризующими покрытиями дополнительно могут содержаться слои из прозрачных бесцветных или окрашенных материалов, а между подложкой и поляризующим покрытием может быть ориентирующий слой, который может быть сформирован как из неорганических материалов, так и на основе различных полимеров. The polarizer can be multilayer and contain at least two polarizing coatings applied to each other, each of which consists of several fragments of arbitrary shape, which may differ in color and direction of the polarization vector, while the color and direction of the polarization vector of different layers may not coincide. Moreover, layers of transparent, colorless or colored materials may additionally be contained between polarizing coatings, and there may be an orientation layer between the substrate and the polarizing coating, which can be formed both from inorganic materials and based on various polymers.
Кроме того, между подложкой и по крайней мере одним поляризующим покрытием дополнительно может быть введен диффузно отражающий слой, который может служить одновременно в качестве электропроводящего слоя. In addition, between the substrate and at least one polarizing coating, an additionally diffuse reflective layer can be introduced, which can simultaneously serve as an electrically conductive layer.
При использовании в качестве подложки четвертьволновой двулучепреломляющей пластины или пленки и нанесении ПП под углом 45o к основной оптической оси подложки может быть изготовлен циркулярный поляризатор (фиг. 2, a и b - направление обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно, n - направление вектора поляризации ПП).When using a quarter-wave birefringent plate or film as a substrate and applying PP at an angle of 45 ° to the main optical axis of the substrate, a circular polarizer can be made (Fig. 2, a and b are the directions of the ordinary and extraordinary rays, respectively, n is the direction of the polarization vector of the PP) .
Использование различных клеев позволяет изготавливать поляризатор в виде самоклеющихся поляризационных пленок, а также при нанесении слоя клея на ПП в виде рисунка с последующим переносом получать поляризатор на любой поверхности, что может быть использовано как при производстве ЖК индикаторов с внешним расположением поляризаторов, так и при различных видах защиты товарных знаков или для получения всевозможных цветовых эффектов, например в рекламе. При изготовлении поляризатора по клеевой технологии возможен и метод обратного переноса: нанесение слоя клея необходимой формы на требуемую поверхность, наложение пленки с нанесенным на нее ПП на клей и отрыв. С поверхности пленки на требуемую поверхность будет удаляться слой ПП, соответствующий только форме клеевого слоя. The use of various adhesives makes it possible to produce a polarizer in the form of self-adhesive polarizing films, as well as applying a layer of glue on PP in the form of a pattern with subsequent transfer to obtain a polarizer on any surface, which can be used both for the manufacture of LCD indicators with an external arrangement of polarizers, and for various types of trademark protection or to obtain all kinds of color effects, for example in advertising. In the manufacture of a polarizer using adhesive technology, a reverse transfer method is also possible: applying a layer of glue of the required shape to the desired surface, applying a film with PP applied to it on the adhesive and peeling. A PP layer corresponding only to the shape of the adhesive layer will be removed from the film surface to the desired surface.
Применение влагостойкого поляризующего покрытия на основе анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя нерастворимых в воде дихроичных красителей и/или пигментов позволяет также реализовать технологию послойного нанесения ПП. При этом в отличие от прототипа здесь не требуется нанесение промежуточного защитного слоя, особенно при использовании в качестве последующего слоя поляризующего покрытия на основе водорастворимых красителей, например по технологии [4]. The use of a moisture-resistant polarizing coating based on an anisotropic absorbing birefringent layer of water-insoluble dichroic dyes and / or pigments also allows implementing the technology of layer-by-layer deposition of PP. Moreover, unlike the prototype, the application of an intermediate protective layer is not required, especially when using a polarizing coating based on water-soluble dyes as a subsequent layer, for example, using technology [4].
При вращении плоскости поляризованного света в поляризаторе может происходить просветление одних участков и окрашивание других (в случае монохромных оптических поляризаторов, в которых разные участки одного цвета имеют различное направление вектора поляризации). В случае использования разных красителей при вращении плоскости поляризованного света будет происходить либо исчезновение окрашенного в разные цвета рисунка (в случае, когда участки разного цвета имеют одинаковое направление вектора поляризации), либо последовательное исчезновение участков разного цвета, отличающихся направлением вектора поляризации. В случае многослойных ПП и особенно с применением промежуточных прозрачных окрашенных материалов количество вариантов возрастает. When the plane of polarized light rotates in the polarizer, some areas can be clarified and others stained (in the case of monochrome optical polarizers, in which different parts of the same color have different directions of the polarization vector). In the case of using different dyes during the rotation of the plane of polarized light, either the pattern painted in different colors disappears (in the case when the sections of different colors have the same direction of the polarization vector), or the successive disappearance of sections of different colors that differ in the direction of the polarization vector. In the case of multilayer PP and especially with the use of intermediate transparent colored materials, the number of options increases.
Перечисленные примеры поляризаторов представляют интерес при создании специальных цветовых эффектов (реклама, шоу-бизнес), для защиты товарных знаков и ценных видов бумаг и т.д. The listed examples of polarizers are of interest when creating special color effects (advertising, show business), to protect trademarks and securities, etc.
Другая разновидность заявляемого поляризатора основана на явлении интерференции, для чего используется двулучепреломление анизотропно поглощающего слоя, который имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны поляризуемого света. Наиболее оптимальным при этом является случай, когда по крайней мере один показатель преломления прямо пропорционален длине волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн. Another variation of the inventive polarizer is based on the phenomenon of interference, which uses birefringence of an anisotropic absorbing layer, which has at least one refractive index, increasing with increasing wavelength of polarized light. The most optimal case is when at least one refractive index is directly proportional to the wavelength of polarized light in at least a certain wavelength range.
Например, если в формуле 2dne+λ/2 = λ/2+mλ (где d - толщина анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, λ - длина волны света, m - порядок интерференции, Δe= 2dne+λ/2 - оптическая разность хода отраженных интерферирующих лучей), соответствующей условию интерференционного минимума для отраженного света в оптической системе, где двулучепреломляющий слой с показателями преломления ne и n0, находится между диэлектриками с показателями преломления, меньшими по значению, чем ne, необыкновенный показатель преломления ne будет прямо пропорционален длине волны света, т.е. ne = A λ (где A - коэффициент пропорциональности), то длина волны λ в приведенной формуле "сокращается", а это означает, что условие, в данном случае интерференционного минимума, выполняется для всех длин волн и, более того, для всех порядков интерференции, т.е. для всех значений m. Сверх того, при другой толщине слоя этого же материала можно аналогично получить независимость от длины волны света условия интерференционного максимума 2dne+λ/2 = mλ. Прямая пропорциональность показателя преломления длине волны света является более строгим требованием (условием), чем простое возрастание показателя преломления при увеличении длины волны света.For example, if in the formula 2dn e + λ / 2 = λ / 2 + mλ (where d is the thickness of the anisotropic absorbing birefringent layer, λ is the wavelength of light, m is the order of interference, Δ e = 2dn e + λ / 2 is the optical difference path of reflected interfering rays), corresponding to the condition of the interference minimum for reflected light in the optical system, where a birefringent layer with refractive indices n e and n 0 is between dielectrics with refractive indices smaller than n e , an unusual refractive index n e will be in direct proportion at the wavelength of light, i.e. n e = A λ (where A is the coefficient of proportionality), then the wavelength λ in the above formula is “reduced”, which means that the condition, in this case the interference minimum, is satisfied for all wavelengths and, moreover, for all orders interference i.e. for all values of m. Moreover, with a different layer thickness of the same material, one can similarly obtain the independence of the light wavelength of the interference maximum condition 2dn e + λ / 2 = mλ. Direct proportionality of the refractive index to the wavelength of light is a more stringent requirement (condition) than a simple increase in the refractive index with increasing wavelength of light.
Перечисленные особенности позволяют получить поляризатор, по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой которого имеет толщину, при которой реализуется интерференционный экстремум на выходе оптического поляризатора по крайней мере для одной линейно поляризованной компоненты света. These features make it possible to obtain a polarizer, at least one anisotropically absorbing birefringent layer which has a thickness at which an interference extremum is realized at the output of the optical polarizer for at least one linearly polarized light component.
Принцип действия такого поляризатора основан на том, что одна линейно поляризованная компонента неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, существенно отражается от поляризатора за счет различия показателей преломления на границах анизотропно поглощающего двулучепреломляющего и оптически изотропного слоев. При толщинах слоев порядка длины волны света световые лучи, отраженные от границ слоев, интерферируют друг с другом. При соответствующем подборе толщин слоев и их показателей преломления оптическая разность хода между волнами, отраженными от границ слоев, составляет целое число длин волн, т.е. результатом интерференции отраженных волн будет интерференционный максимум, приводящий к их взаимному усилению. В этом случае отражение линейно поляризованной компоненты неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, значительно усиливается. The principle of operation of such a polarizer is based on the fact that one linearly polarized component of non-polarized light, which corresponds to an unusual (larger) refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer, is significantly reflected from the polarizer due to the difference in refractive indices at the boundaries of the anisotropic absorbing birefringent and optically isotropic layers. At layer thicknesses of the order of the wavelength of light, light rays reflected from the boundaries of the layers interfere with each other. With an appropriate selection of layer thicknesses and their refractive indices, the optical path difference between the waves reflected from the boundaries of the layers is an integer number of wavelengths, i.e. the result of the interference of the reflected waves will be the interference maximum, leading to their mutual amplification. In this case, the reflection of the linearly polarized component of unpolarized light, which corresponds to an extraordinary (larger) refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer, is significantly enhanced.
Обыкновенный (меньший) показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя выбирается существенно равным показателю преломления оптически изотропного слоя, т.е. нет различия (скачков) показателей преломления на границах анизотропно поглощающего двулучепреломляющего и оптически изотропного слоев. Поэтому другая линейно поляризованная компонента падающего неполяризованного света, которой соответствует обыкновенный (меньший) показатель преломления двулучепреломляющего слоя, проходит через многослойный поляризатор полностью, без каких-либо отражений. The ordinary (lower) refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer is chosen to be substantially equal to the refractive index of the optically isotropic layer, i.e. there are no differences (jumps) in the refractive indices at the boundaries of the anisotropically absorbing birefringent and optically isotropic layers. Therefore, another linearly polarized component of the incident unpolarized light, which corresponds to an ordinary (lower) refractive index of the birefringent layer, passes through the multilayer polarizer completely, without any reflections.
Таким образом, при падении неполяризованного света на поляризатор одна линейно поляризованная компонента отражается, а другая линейно поляризованная компонента проходит через поляризатор, т.е. происходит поляризация света как для проходящего, так и для отраженного света. Thus, when unpolarized light is incident on a polarizer, one linearly polarized component is reflected, and the other linearly polarized component passes through the polarizer, i.e. polarization of light occurs for both transmitted and reflected light.
Использование по крайней мере одного анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя хотя и вызывает небольшие потери света в поляризаторе, однако эти потери малы, особенно в слоях толщиной менее 0,1 мкм. При этом высокие поляризационные характеристики в широкой спектральной области обеспечиваются при использовании количества слоев не более 10. The use of at least one anisotropic absorbing birefringent layer, although it causes small losses of light in the polarizer, however, these losses are small, especially in layers less than 0.1 microns thick. In this case, high polarization characteristics in a wide spectral region are ensured when using the number of layers no more than 10.
При использовании анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя значительно уменьшается и в оптимальном варианте полностью устраняется зависимость условий получения интерференционных экстремумов (максимумов и минимумов) от длины волны света, что обеспечивает высокие поляризационные характеристики поляризатора в широкой спектральной области. When an anisotropic absorbing birefringent layer is used, the dependence of the conditions for obtaining interference extrema (maxima and minima) on the wavelength of light is completely eliminated in the optimal variant, which ensures high polarization characteristics of the polarizer in a wide spectral region.
Предпочтительным является вариант, в котором по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет максимальную величину по крайней мере одного показателя преломления не менее 1,9. При этом необходимое число слоев не превышает 10, а спектральная область с высокими поляризационными характеристиками расширяется более чем в три раза по сравнению с поляризаторами подобного типа. It is preferable that at least one anisotropically absorbing birefringent layer has a maximum value of at least one refractive index of at least 1.9. In this case, the required number of layers does not exceed 10, and the spectral region with high polarization characteristics expands by more than three times in comparison with polarizers of this type.
Предпочтительным также является поляризатор, имеющий по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой с максимальным показателем поглощения не менее 0,1 в диапазоне рабочих длин волн. Also preferred is a polarizer having at least one anisotropically absorbing birefringent layer with a maximum absorption index of at least 0.1 in the range of operating wavelengths.
Поляризатор с высокими параметрами может быть получен при условии, что толщина по крайней мере одного анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя удовлетворяет условию получения на выходе оптического поляризатора интерференционного минимума для одной линейно поляризованной компоненты света и, одновременно, интерференционного максимума для другой ортогональной линейно поляризованной компоненты света. Действительно, особенностью двулучепреломляющих слоев является сам факт существования по крайней мере двух различных по значению показателей преломления, например nx и ny, соответствующих осям X и Y, расположенным в плоскости слоя. Благодаря этому факту, можно выбрать толщину слоя так, чтобы на выходе поляризатора получался интерференционный минимум m-го порядка для одной линейно поляризованной компоненты и, одновременно, максимума для другой ортогональной к ней линейно поляризованной компоненты света. Интерференционный минимум может соответствовать обыкновенному показателю преломления, при этом интерференционный максимум обусловлен, соответственно, необыкновенным показателем преломления. Возможна также обратная ситуация, когда интерференционный минимум соответствует необыкновенному показателю преломления, при этом интерференционный максимум обусловлен, соответственно, обыкновенным показателем преломления.A polarizer with high parameters can be obtained provided that the thickness of at least one anisotropically absorbing birefringent layer satisfies the condition that the output of the optical polarizer has an interference minimum for one linearly polarized light component and, at the same time, an interference maximum for another orthogonal linearly polarized light component. Indeed, a feature of birefringent layers is the very fact of the existence of at least two different refractive indices, for example, n x and n y , corresponding to the X and Y axes located in the plane of the layer. Due to this fact, it is possible to choose the layer thickness so that at the output of the polarizer an m-th order interference minimum is obtained for one linearly polarized component and, at the same time, a maximum for another linearly polarized light component orthogonal to it. The interference minimum may correspond to an ordinary refractive index, while the interference maximum is due, respectively, to an unusual refractive index. The opposite situation is also possible, when the interference minimum corresponds to an extraordinary refractive index, while the interference maximum is due, respectively, to an ordinary refractive index.
Предпочтителен также поляризатор, являющийся многослойным и содержащий по крайней мере два слоя, по крайней мере один из которых является анизотропно поглощающим двулучепреломляющим слоем, а другой слой - оптически изотропным, причем один показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя отличается от показателя преломления оптически изотропного слоя, а другой показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя совпадает или близок с показателем преломления оптически изотропного слоя. A polarizer is also multilayer and contains at least two layers, at least one of which is an anisotropically absorbing birefringent layer, and the other layer is optically isotropic, and one refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer differs from the refractive index of the optically isotropic layer, and another refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer coincides or is close to the refractive index of an optically isotropic layer I.
В этом варианте одна линейно поляризованная компонента падающего неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, существенно отражается от многослойного поляризатора за счет различия показателей преломления на границах слоев. При соответствующем подборе толщин слоев и их показателей преломления оптическая разность хода между волнами, отраженными от границ одного и того же анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, составляет целое число длин волн, т.е. результатом их интерференции будет интерференционный максимум, приводящий к взаимному усилению отраженных волн. При этом оптические толщины слоев оптически изотропного материала могут быть как значительно больше длины волны, так и порядка длины волны. В результате отражение линейно поляризованной компоненты неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев, значительно усиливается. In this embodiment, one linearly polarized component of the incident non-polarized light, which corresponds to an extraordinary (larger) refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer, is substantially reflected from the multilayer polarizer due to the difference in the refractive indices at the layer boundaries. With an appropriate selection of the layer thicknesses and their refractive indices, the optical path difference between the waves reflected from the boundaries of the same anisotropic absorbing birefringent layer is an integer number of wavelengths, i.e. The result of their interference will be the interference maximum, leading to the mutual amplification of the reflected waves. In this case, the optical thicknesses of the layers of an optically isotropic material can be both significantly larger than the wavelength and of the order of the wavelength. As a result, the reflection of the linearly polarized component of unpolarized light, which corresponds to an extraordinary (larger) refractive index of anisotropically absorbing birefringent layers, is significantly enhanced.
Обыкновенный (меньший) показатель преломления анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев совпадает или максимально близок показателю преломления оптически изотропного слоя, т.е. нет различия (скачков) показателей преломления на границах слоев. Поэтому другая линейно поляризованная компонента падающего неполяризованного света, которой соответствует обыкновенный (меньший) показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, проходит через многослойный поляризатор полностью, без каких-либо отражений. The ordinary (lower) refractive index of anisotropically absorbing birefringent layers coincides or is as close as possible to the refractive index of an optically isotropic layer, i.e. there are no differences (jumps) in the refractive indices at the boundaries of the layers. Therefore, another linearly polarized component of the incident unpolarized light, which corresponds to an ordinary (lower) refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer, passes through the multilayer polarizer completely, without any reflections.
Кроме того, многослойный поляризатор может содержать по крайней мере два различных двулучепреломляющих слоя, по крайней мере один из которых анизотропно поглощающий, причем первый показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя отличается от первого показателя преломления другого двулучепреломляющего слоя, а второй показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя совпадает или близок со вторым показателем преломления другого двулучепреломляющего слоя. In addition, the multilayer polarizer may contain at least two different birefringent layers, at least one of which is anisotropically absorbing, the first refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer being different from the first refractive index of the other birefringent layer, and the second refractive index of the anisotropic absorbing birefringent layer or is close to the second refractive index of another birefringent layer.
Поляризатор может быть выполнен работающим как "на отражение", так и "на пропускание", так и для работы только "на отражение". В этих случаях на одну его сторону дополнительно наносят светоотражающее покрытие. Предпочтительным является поляризатор, в котором светоотражающее покрытие выполнено металлическим. Нанесение светоотражающего покрытия позволяет также выбирать оптимальные для интерференции коэффициенты отражения от границ поляризатора. При изготовлении поляризатора на подложку первым со стороны подложки может быть нанесено как светоотражающее покрытие (зеркало полностью или частично отражающее), так и поляризующее покрытие. The polarizer can be made working both "for reflection", and "for transmission", and for work only "for reflection". In these cases, one side of it is additionally coated with a reflective coating. A polarizer is preferred in which the reflective coating is metallic. The application of a reflective coating also makes it possible to choose reflection coefficients optimal for interference from the boundaries of the polarizer. In the manufacture of a polarizer, both a retroreflective coating (a fully or partially reflecting mirror) and a polarizing coating can be applied first to the substrate from the substrate.
Большое влияние на результат интерференции оказывает соотношение интенсивностей, а значит, и амплитуд электрических полей интерферирующих лучей. Известно, что минимальное значение интенсивности в интерференционном минимуме (теоретически равное нулю) может быть получено в случае их равенства. Поэтому целесообразно обеспечить максимально достижимое выравнивание амплитуд интерферирующих лучей для условиях интерференционного минимума, что обеспечивает максимальное "гашение" лучей соответствующей компоненты неполяризованного света. Для получения оптимального результата интерференции для условия интерференционного максимума необходимо увеличивать коэффициенты отражения от каждой границы слоев. The ratio of intensities, and hence the amplitudes of the electric fields of the interfering rays, has a great influence on the result of interference. It is known that the minimum value of intensity in the interference minimum (theoretically equal to zero) can be obtained if they are equal. Therefore, it is advisable to ensure the maximum achievable alignment of the amplitudes of the interfering rays for the conditions of the interference minimum, which ensures the maximum "damping" of the rays of the corresponding component of unpolarized light. To obtain the optimal result of interference for the condition of the interference maximum, it is necessary to increase the reflection coefficients from each layer boundary.
Отражающее покрытие может быть выполнено как из металла, так и в виде многослойных диэлектрических зеркал из чередующихся слоев материалов с высоким и низким показателями преломления. The reflective coating can be made both of metal, and in the form of multilayer dielectric mirrors from alternating layers of materials with high and low refractive indices.
Металлические покрытия достаточно просто наносятся, например термическим испарением в вакууме, но при этом в них имеет место поглощение света, что уменьшает протекание (отражение) поляризатора. Для получения отражающих металлических покрытий могут использоваться алюминий (Al), серебро (Ag) и другие металлы. Metal coatings are quite simply applied, for example, by thermal evaporation in vacuum, but at the same time light absorption occurs in them, which reduces the leakage (reflection) of the polarizer. To obtain reflective metal coatings, aluminum (Al), silver (Ag), and other metals can be used.
В случае многослойных диэлектрических зеркал поглощение света в них отсутствует, но процесс их нанесения довольно сложен и трудоемок. Для этих покрытий могут использоваться TiO2, MgO, ZnS, ZnSe, ZrO2, криолит и полимеры в качестве материалов с высоким показателем преломления, а в качестве материалов с низким показателем преломления - SiO2, Al2O3, CaF2, BaF2, MgF2, AlN, BN или полимеры.In the case of multilayer dielectric mirrors, there is no absorption of light in them, but the process of applying them is rather complicated and time-consuming. For these coatings, TiO 2 , MgO, ZnS, ZnSe, ZrO 2 , cryolite and polymers can be used as materials with a high refractive index, and as materials with a low refractive index - SiO 2 , Al 2 O 3 , CaF 2 , BaF 2 , MgF 2 , AlN, BN or polymers.
Для нанесения отражающих покрытий на подложку или на оптический поляризатор могут быть применены следующие стандартные способы: термическое испарение в вакууме, нанесение в парах с последующей термической обработкой, магнетронное распыление и другие. The following standard methods can be applied to deposit reflective coatings on a substrate or on an optical polarizer: thermal evaporation in vacuum, vapor deposition followed by heat treatment, magnetron sputtering, and others.
В качестве материала подложки, на которую может быть нанесен оптический поляризатор, работающий на "просвет" и, возможно, дополнительно на "отражение", могут быть использованы любые материалы, прозрачные в диапазоне рабочих длин волн, например кварц, стекло, полимеры и другие. As the substrate material, onto which an optical polarizer can be applied, which operates on the “lumen” and, possibly, additionally on the “reflection”, any materials that are transparent in the range of working wavelengths, for example, quartz, glass, polymers, and others, can be used.
В качестве материала подложки, на которую может быть нанесен оптический поляризатор, работающий только на "отражение", наряду с материалами, прозрачными в диапазоне рабочих длин волн, например кварц, стекло, полимеры, и могут быть использованы также любые другие материалы, непрозрачные в диапазоне рабочих длин волн, например металлы, полупроводниковые материалы, ситаллы, пластмассы и другие. As the substrate material, on which an optical polarizer operating only on “reflection” can be applied, along with materials transparent in the range of working wavelengths, for example quartz, glass, polymers, any other materials that are opaque in the range can also be used working wavelengths, for example metals, semiconductor materials, glass materials, plastics and others.
Некоторые разновидности интерференционного поляризатора иллюстрируется отдельными примерами конкретного выполнения на фиг. 3-5. На фиг. 3 показана схема однослойного поляризатора по изобретению отражательного типа. На фиг. 4 схематично представлены виды зависимостей показателя преломления слоев поляризаторов от длины волны света. На фиг. 5 показана схема многослойного поляризатора по изобретению. Some varieties of the interference polarizer are illustrated by separate examples of the specific embodiment in FIG. 3-5. In FIG. 3 shows a diagram of a single layer polarizer according to the invention of a reflective type. In FIG. Figure 4 schematically shows the types of dependences of the refractive index of the layers of polarizers on the wavelength of light. In FIG. 5 shows a diagram of a multilayer polarizer according to the invention.
На фиг. 3 показана схема однослойного оптического поляризатора по изобретению отражательного типа, включающего анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой 1, отличающийся тем, что оба его показателя преломления (необыкновенный ne и обыкновенный n0) пропорциональны длине волны поляризуемого света. В простейшем варианте слой 1 граничит с двух сторон с воздухом. В более сложных вариантах на одну его сторону дополнительно нанесено светоотражающее покрытие. Слой 1 может быть нанесен также на подложку, например, из прозрачного стекла (показана на фиг. 3 пунктиром).In FIG. 3 shows a diagram of a single-layer optical polarizer according to the invention of the reflective type, comprising an anisotropically absorbing
Работу поляризатора отражательного типа можно пояснить следующим образом. Неполяризованный свет состоит из двух линейно поляризованных компонент 2 и 3, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны (эти две компоненты условно разнесены на фиг. 3 для наглядности и лучшего понимания). Компонента 2, поляризованная параллельно оптической оси слоя 1, анизотропно поглощающего двулучепреломляющего материала, частично отражается от границы слоя 1, образуя луч 4. Частичное отражение света от границы раздела слоя 1 и среды происходит за счет скачка (разницы) показателей преломления на этой границе. Для частичного отражения света может быть использовано также дополнительно нанесенное на слой 1 светоотражающее покрытие. Другая часть энергии компоненты 2, проходя через анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой 1, отражается от второй границы слоя 1 и проходит еще раз слой 1, образуя луч 5. Отраженные лучи 4 и 5 поляризованы так же, как и входящая компонента 2. The work of the polarizer of the reflective type can be explained as follows. Unpolarized light consists of two linearly
Толщина слоя 1 выбирается такой, чтобы оптическая разность хода Δe для лучей 4 и 5, соответствующая большему показателю преломления ne, составляла нечетное число полуволн поляризуемого света, Δe= λ/2+mλ, где λ - длина волны света, m - порядок интерференции. Если среды с обеих сторон слоя 1 прозрачные (непоглощающие) и имеют показатели преломления меньшие, чем показатели преломления слоя 1, то оптическая разность хода Δe= 2dne+λ/2, где d - толщина слоя 1, а величина λ/2 - скачок фазы при отражении от первой границы как от оптически более плотной среды (при металлических светоотражающих покрытиях скачок фазы будет другой). В этом случае результатом интерференции лучей 4 и 5 является их взаимное ослабление и в оптимальном варианте их полное гашение. Полное гашение лучей 4 и 5 достигается, если интенсивности (амплитуды) лучей 4 и 5 одинаковы или близки по величине, что может быть достигнуто оптимальным подбором коэффициентов отражения от границ слоя 1 за счет дополнительно нанесенного светоотражающего покрытия. Светоотражающее покрытие может быть выполнено металлическим или диэлектрическим и быть однослойным или многослойным. При выполнении условия пропорциональности необыкновенного показателя преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя 1 длине волны света (ne~ λ) равенство Δe= 2dne+λ/2 = λ/2+mλ выполняется для всего диапазона рабочих длин волн света, что означает устранение спектральной зависимости поляризационных характеристик оптического поляризатора.The thickness of
Другая линейно поляризованная компонента 3, которая поляризована перпендикулярно оптической оси анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя 1, частично отражается от первой границы слоя 1, образуя луч 6. Другая часть энергии компоненты 3, проходя через слой 1, отражается от второй границы слоя 1, проходит еще раз слой 1, образуя луч 7. Отраженные лучи 6 и 7 поляризованы так же, как и входящая компонента 3. Результатом интерференции лучей 6 и 7 является их взаимное усиление, т.е. интерференционный максимум, т.к. оптическая разность хода между ними Δo, соответствующая обыкновенному (меньшему) показателю преломления n0, составляет целое число длин волн Δo= 2dno+λ/2 = mλ (скачок фазы λ/2 при отражении луча 6 от первой границы слоя 1 для этой компоненты также происходит). При выполнении условия пропорциональности обыкновенного показателя преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя 1 длине волны света (no~ λ) условие интерференционного максимума Δo= 2dno+λ/2 = mλ также выполняется для всего диапазона рабочих длин волн света, что означает устранение спектральной зависимости поляризационных характеристик оптического поляризатора.Another linearly
Таким образом, в широкой области спектра в результате интерференции суммарное отражение компоненты 2, поляризованной параллельно оптической оси слоя 1 двулучепреломляющего материала, значительно меньше, чем отражение компоненты 3, поляризованной перпендикулярно оптической оси слоя 1. Thus, in the wide spectral region, as a result of interference, the total reflection of
Возможна реализация и обратной ситуации, когда в результате интерференции суммарное отражение компоненты 2, поляризованной параллельно оптической оси слоя двулучепреломляющего материала 1, значительно больше, чем отражение компоненты 3, поляризованной перпендикулярно оптической оси слоя 1. Эта ситуация имеет место, когда толщина слоя 1 выбирается такой, чтобы оптическая разность хода Δe для лучей 4 и 5, соответствующая необыкновенному (большему) показателю преломления ne, составляла четное число полуволн поляризуемого света Δe= mλ. В этом случае результатом интерференции лучей 4 и 5 является интерференционный максимум, т.е. их взаимное усиление. В то же время оптическая разность хода Δo для лучей 6 и 7, соответствующая обыкновенному (меньшему) показателю преломления n0, составляет нечетное число полуволн поляризуемого света Δo= λ/2+mλ. В этом случае результатом интерференции лучей 9 и 10 является интерференционный минимум, т.е. их взаимное ослабление. Теперь в результате интерференции суммарное отражение компоненты 2, поляризованной параллельно оптической оси слоя 1 двулучепреломляющего материала, значительно больше, чем отражение компоненты 3, поляризованной перпендикулярно оптической оси слоя 1 двулучепреломляющего материала.The reverse situation is also possible when, as a result of interference, the total reflection of
На фиг. 4 схематично представлены зависимости показателя преломления слоев в оптических поляризаторах от длины волны видимого света, т.е. в области 400-700 нанометров. Кривая 1 соответствует уменьшению показателя преломления слоев при увеличении длины волны света. Такая зависимость в оптике называется нормальной дисперсией и свойственна прозрачным материалам. Кривая 2 соответствует поляризатору по изобретению, т.е. случаю возрастания показателя преломления слоев при увеличении длины волны света. Такая зависимость в оптике называется аномальной дисперсией, и для получения такой зависимости поляризатор должен быть специальным образом сконструирован. Предпочтительным для этого является поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет максимальный показатель поглощения не менее 0,1 в диапазоне рабочих длин волн. Здесь, как и в оптике, показатель поглощения изготовленного слоя k определяется (см. также ГОСТ 7601-78) как коэффициент при мнимой части в комплексном показателе преломления изготовленного слоя материала Z = n - ik. In FIG. Figure 4 schematically shows the dependences of the refractive index of the layers in optical polarizers on the wavelength of visible light, i.e. in the region of 400-700 nanometers.
Кривая 3 соответствует варианту интерференционной разновидности поляризатора по изобретению, отличающемуся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет по крайней мере один показатель преломления, прямо пропорциональный длине волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне рабочих длин волн. Прямая пропорциональность показателя преломления длине волны света является более строгим требованием (условием), чем простое возрастание показателя преломления при увеличении длины волны света.
На фиг. 5 показана схема многослойного поляризатора по изобретению, включающего 4 анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев 1, отличающегося тем, что необыкновенный показатель преломления ne этих слоев возрастает при увеличении длины волны поляризуемого света. Указанные слои 1 нанесены, чередуясь с четырьмя слоями 8 оптически изотропного материала, причем обыкновенный показатель преломления n0 двулучепреломляющего материала совпадает или максимально близок с показателем преломления ni оптически изотропного материала. Анизотропно поглощающие двулучепреломляющие слои 1 могут быть выполнены одинаковыми или из разных материалов, отличающихся, например, спектральными диапазонами, в которых необыкновенный показатель преломления ne возрастает при увеличении длины волны.In FIG. 5 shows a diagram of a multilayer polarizer according to the invention, comprising 4 anisotropically absorbing
Работу интерференционной разновидности предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом. Неполяризованный свет состоит из двух линейно поляризованных компонент 2 и 3, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны (эти две компоненты условно разнесены на фиг. 4 для наглядности и лучшего понимания). Компонента 2, поляризованная параллельно оптической оси анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев 1, частично отражается от границ слоев 1 и оптически изотропных слоев 8, образуя лучи 4. Отраженные лучи 4 поляризованы так же, как и входящая компонента 2. The work of the interference variety of the proposed polarizer can be explained as follows. Unpolarized light consists of two linearly
Толщина слоев 1 выбирается такой, что результатом интерференции всех лучей 4 является интерференционный максимум, т.е. их взаимное усиление. Коэффициент отражения при этом достигает 98 - 99,9%, что означает, что линейно поляризованная компонента 2 практически полностью отражается от поляризатора, образуя луч 9. При выполнении условия, более строгого, чем просто возрастание, а именно условия прямой пропорциональности необыкновенного показателя преломления анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев 1 длине волны света (ne~ λ) условие интерференционного максимума выполняется для более широкой области длин волн, распространяющейся на весь диапазон рабочих длин волн света.The thickness of the
Другой компоненте 3 неполяризованного света, линейно поляризованной перпендикулярно оптической оси слоев 1, соответствует обыкновенный показатель преломления n0 слоев 1, равный показателю преломления ni оптически изотропного слоя (n0 = ni). При этом никакого отражения от границ слоев 1 и 8 нет, и линейно поляризованная компонента 3 проходит через многослойный поляризатор полностью, без каких-либо отражений, образуя луч 10. Отражение компоненты 3 от внешних поверхностей поляризатора может быть устранено обычным способом "просветления", т.е. нанесением на внешние поверхности оптически изотропных слоев с оптической толщиной в четверть длины волны и показателем преломления, равным n0 1/2.Another
Таким образом, неполяризованный свет при падении на многослойный поляризатор разделяется на две части и превращается в линейнополяризованный луч 10, проходящий через поляризатор, и ортогонально линейно поляризованный луч 9, отраженный от поляризатора. При этом обеспечиваются высокие поляризационные характеристики поляризатора в широкой спектральной области. Thus, non-polarized light when incident on a multilayer polarizer is divided into two parts and turns into a linearly polarized
Для формирования поляризующего покрытия из нерастворимых в воде дихроичных красителей и/или пигментов, которые, как правило, плохо растворимы, и в большинстве органических растворителей могут быть использованы различные методы. To form a polarizing coating from water-insoluble dichroic dyes and / or pigments, which are usually poorly soluble, various methods can be used in most organic solvents.
Так, формирование поляризующих покрытий на основе кубовых красителей, антрахиноновых производных, периноновых и полициклохиноновых соединений может быть осуществлено следующими способами. So, the formation of polarizing coatings based on vat dyes, anthraquinone derivatives, perinone and polycycloquinone compounds can be carried out in the following ways.
1. Нанесение на поверхность подложки с одновременным ориентирующим воздействием растворов неорганических и органических сернокислых эфиров восстановленных форм указанных красителей (типа кубозолей), которые могут находиться в лиотропном жидкокристаллическом состоянии. Сформированный таким образом ориентированный слой сернокислых эфиров подвергают далее окислительному гидролизу. При этом на поверхности образуется ориентированный слой уже нерастворимого в воде красителя. 1. Application to the surface of the substrate with the simultaneous orienting effect of solutions of inorganic and organic sulfate esters of reduced forms of these dyes (such as cubosols), which may be in a lyotropic liquid crystal state. The oriented layer of sulfate esters thus formed is then subjected to oxidative hydrolysis. In this case, an oriented layer of a water-insoluble dye is formed on the surface.
2. Нанесение на поверхность подложки с одновременным ориентирующим воздействием восстановленных форм указанных красителей (типа лейко-соединений) в виде растворов различных солей (неорганических и органических), которые также могут находиться в лиотропном жидкокристаллическом состоянии. Сформированный таким образом слой далее подвергается химическому или электрохимическому окислению с образованием ориентированного слоя уже нерастворимого в воде красителя. 2. Application to the surface of the substrate with simultaneous orienting action of the reduced forms of these dyes (such as leuko compounds) in the form of solutions of various salts (inorganic and organic), which can also be in a lyotropic liquid crystal state. The layer thus formed is then subjected to chemical or electrochemical oxidation to form an oriented layer of a water-insoluble dye.
3. Для получения поляризующего покрытия на основе нерастворимых в воде производных дифенилдиимидов и дибензимидазолов 3,4,9,10-перилентетракарбоновой кислоты (ПТКК) могут быть использованы соответствующие производные 1,1'-бинафтил-4,4',5,5',8,8'-гексакарбоновой кислоты (БГКК) в виде растворов неорганических и органических солей, которые также могут находиться в лиотропном жидкокристаллическом состоянии. При дальнейшей химической и электрохимической восстановительной обработке или УФ облучении производные БГКК циклизуются с образованием ориентированного слоя производных ПТКК. 3. To obtain a polarizing coating based on water-insoluble derivatives of diphenyl diimides and dibenzimidazoles of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid (PTCC), the corresponding 1,1'-binaphthyl-4,4 ', 5,5' derivatives can be used, 8,8'-hexacarboxylic acid (BGCC) in the form of solutions of inorganic and organic salts, which can also be in a lyotropic liquid crystal state. With further chemical and electrochemical reduction treatment or UV irradiation, the derivatives of CBCC are cyclized to form an oriented layer of derivatives of PTCC.
4. Следующий способ, пригодный также и для формирования поляризующих покрытий на основе пигментов, заключается в нанесении на поверхность подложки с одновременным ориентирующим воздействием лиотропных жидкокристаллических растворов дихроичных красителей и/или пигментов в серной кислоте или олеуме различной концентрации. Образование нерастворимого в воде ориентированного слоя происходит при последующем осторожном разбавлении кислоты водой, которое может происходить при создании над слоем 100% влажности. 4. The next method, also suitable for the formation of polarizing coatings based on pigments, is applied to the surface of the substrate with the simultaneous orienting effect of lyotropic liquid crystal solutions of dichroic dyes and / or pigments in sulfuric acid or oleum of various concentrations. The formation of a water-insoluble oriented layer occurs upon subsequent careful dilution of the acid with water, which can occur when 100% humidity is created above the layer.
Формирование ПП на поверхности подложки под действием сдвигового усилия может осуществляться при нанесении растворов с помощью фильеры или ракеля, последний может быть ножевого или цилиндрического типа. The formation of PP on the surface of the substrate under the action of shear can be carried out when applying solutions using a die or doctor blade, the latter can be knife or cylindrical type.
При формировании ПП в качестве дополнительного ориентирующего воздействия могут быть использованы магнитные, электромагнитные и электростатические поля, которые могут применяться в случаях, когда время нанесения не ограничено или для изготовления поляризующего покрытия используются разбавленные растворы по методу [2]. When forming PP, magnetic, electromagnetic and electrostatic fields can be used as an additional orienting effect, which can be used in cases where the application time is unlimited or diluted solutions are used for the manufacture of a polarizing coating according to the method [2].
Для получения поляризующего покрытия на основе металлокомплексных красителей может быть использована металлизация красителей непосредственно на поверхности подложки. С этой целью на подложку предварительно наносят (например, направленным напылением) ориентированный слой окислов металлов, после чего поверхность обрабатывается раствором соответствующего красителя. При этом могут быть получены ультратонкие ориентированные слои нерастворимых в воде металлокомплексных красителей, особенно пригодные для изготовления интерференционной разновидности заявляемого поляризатора. To obtain a polarizing coating based on metal complex dyes, metallization of dyes directly on the surface of the substrate can be used. For this purpose, an oriented layer of metal oxides is preliminarily deposited (for example, by directional spraying) on the substrate, after which the surface is treated with a solution of the corresponding dye. In this case, ultrathin oriented layers of water-insoluble metal complex dyes can be obtained, which are especially suitable for the manufacture of the interference variety of the claimed polarizer.
Более универсальный способ получения поляризующих покрытий на основе нерастворимых в воде дихроичных красителей и/или пигментов заключается в приготовлении специальных выпускных форм, которые получают диспергированием указанных красителей до получения анизометричных частиц размером не более 0.5 мкм и отношением длины к диаметру частиц не менее 20. Для стабилизации таких выпускных форм используются различные поверхностно-активные вещества. На основе полученных выпускных форм готовятся высококонцентрированные (содержание дихроичного красителя и/или пигмента или их смесей не менее 10%) системы в различных растворителях, включая воду, в мономерах или расплавах полимеров. При этом полученные системы могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. При нанесении таких высококонцентрированных систем на поверхность подложки при одновременном ориентирующем воздействии с последующей соответствующей обработкой образуется анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой. В случае удаления растворителя (испарением или разбавлением с последующей промывкой) образуется поляризующее покрытие, состоящее в основном из дихроичного красителя и/или пигмента. В случае применения мономера или расплавленного полимера образуются поляризующие покрытия с большей толщиной (до 5 мкм). A more universal way to obtain polarizing coatings based on water-insoluble dichroic dyes and / or pigments is to prepare special outlet forms, which are obtained by dispersing these dyes to obtain anisometric particles with a size of no more than 0.5 microns and a ratio of length to particle diameter of at least 20. For stabilization of such outlet forms, various surfactants are used. Based on the obtained final forms, highly concentrated (dichroic dye and / or pigment or mixtures thereof at least 10%) systems are prepared in various solvents, including water, in monomers or polymer melts. In this case, the resulting systems may be in a liquid crystal state. When such highly concentrated systems are applied to the surface of the substrate with simultaneous orienting action followed by appropriate treatment, an anisotropic absorbing birefringent layer is formed. If solvent is removed (by evaporation or dilution, followed by washing), a polarizing coating is formed, consisting mainly of a dichroic dye and / or pigment. In the case of using a monomer or a molten polymer, polarizing coatings with a larger thickness (up to 5 μm) are formed.
Выбор способа нанесения определяется также и типом подложки, в качестве которой может быть твердая плоская, сферическая или цилиндрическая, прозрачная или отражающая поверхность органического или неорганического стекла, силикатного стекла с напыленным полупроводниковым слоем, пластины кремния с напыленным слоем алюминия. The choice of the application method is also determined by the type of substrate, which can be a solid flat, spherical or cylindrical, transparent or reflective surface of organic or inorganic glass, silicate glass with a sprayed semiconductor layer, silicon wafers with a sprayed layer of aluminum.
На поверхности подложки перед нанесением ПП может быть сформирован ориентирующий слой по технологии, используемой для нанесения ориентирующих слоев при изготовлении жидкокристаллических ячеек. An orienting layer can be formed on the surface of the substrate before applying the PP according to the technology used for applying the orienting layers in the manufacture of liquid crystal cells.
Таким образом может быть изготовлен оптический поляризатор, который между подложкой и поляризующим покрытием дополнительно содержит ориентирующий слой, сформированный как из неорганических материалов, так и на основе различных полимеров. In this way, an optical polarizer can be made which, between the substrate and the polarizing coating, further comprises an alignment layer formed from both inorganic materials and various polymers.
Поверхность подложки при формировании ПП дополнительно может быть также модифицирована с помощью различных подслоев, в том числе и оптически активных, например диффузно отражающих, двулучепреломляющих или фазозадерживающих покрытий. Таким образом, получают оптический поляризатор, отличающийся тем, что между подложкой и поляризующим покрытием дополнительно содержит диффузно отражающий слой, который может служить одновременно в качестве электропроводящего слоя. The surface of the substrate during the formation of PP can also be additionally modified using various sublayers, including optically active ones, for example, diffusely reflecting, birefringent, or phase-retentive coatings. Thus, an optical polarizer is obtained, characterized in that between the substrate and the polarizing coating further comprises a diffusely reflecting layer, which can simultaneously serve as an electrically conductive layer.
При формировании ПП на основе нерастворимых в воде дихроичных красителей и/или пигментов на полимерных пленках (полиэтилентерефталат, поликарбонат, триацетилцеллюлоза, другие прозрачные пленочные материалы) могут быть получены поляризаторы в виде гибких поляризующих пленок, в том числе самоклеющихся. When PP is formed on the basis of water-insoluble dichroic dyes and / or pigments on polymer films (polyethylene terephthalate, polycarbonate, triacetyl cellulose, and other transparent film materials), polarizers in the form of flexible polarizing films, including self-adhesive, can be obtained.
При изготовлении заявляемого поляризатора на основе нерастворимых в воде дихроичных красителей и/или пигментов могут быть также использованы различные клеи, в том числе поливинилбутираль, для получения разного рода ламинированных структур, например триплексных стекол или многослойных пленок, что представляет интерес для автомобильной промышленности и архитектуры. In the manufacture of the inventive polarizer based on water-insoluble dichroic dyes and / or pigments, various adhesives, including polyvinyl butyral, can also be used to obtain various kinds of laminated structures, for example, triplex glasses or multilayer films, which is of interest to the automotive industry and architecture.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Пат. США 5,007,942, кл. G 02 B 5/30, опубл. 1991.Sources of information taken into account when preparing the application:
1. Pat. USA 5,007,942, CL G 02
2. Пат. США 2,544,659; кл. 350-148, опубл. 11 марта 1951 г. 2. Pat. US 2,544,659; class 350-148, publ. March 11, 1951
3. Пат. Японии 1-183602 (A), кл. G 02 B 5/30, G 02 B 1/08, опубл. 21 июля 1989 г. 3. Pat. Japan 1-183602 (A), cl. G 02
4. Заявка PCT WO 94/28073, кл. C 09 B 31/147, опубл. 8 декабря 1994 г. - прототип. 4. PCT Application WO 94/28073, CL C 09 B 31/147, publ. December 8, 1994 - a prototype.
Claims (23)
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98104984A RU2147759C1 (en) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Polarizer |
| DE69825251T DE69825251T2 (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | POLARIZER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT |
| CNB2004100024110A CN100409043C (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | Polarizing plate and liquid crystal display element |
| EP04011720A EP1450200A3 (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | A polarizer and liquid crystal display element |
| US09/367,543 US6767594B1 (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | Polarizer and liquid crystal display element |
| JP53241599A JP2001517329A (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | Polarizer and liquid crystal display device |
| CNB988036835A CN1142451C (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | Polarizing plate and liquid crystal display element |
| PCT/RU1998/000415 WO1999031535A1 (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | Polariser and liquid crystal display element |
| KR1019997007424A KR100607739B1 (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | Polariser and liquid crystal display element |
| EP98964580A EP0961138B1 (en) | 1997-12-16 | 1998-12-15 | Polariser and liquid crystal display element |
| US10/864,461 US7232594B2 (en) | 1997-12-16 | 2004-06-10 | Polarizer and liquid crystal display element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98104984A RU2147759C1 (en) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Polarizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98104984A RU98104984A (en) | 2000-01-27 |
| RU2147759C1 true RU2147759C1 (en) | 2000-04-20 |
Family
ID=20203546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98104984A RU2147759C1 (en) | 1997-12-16 | 1998-03-16 | Polarizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2147759C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7132138B2 (en) | 2000-12-06 | 2006-11-07 | Nitto Denko Corporation | Liquid crystal information displays |
| RU2522656C2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-07-20 | Владимир Иванович Думицкий | Luminaire |
-
1998
- 1998-03-16 RU RU98104984A patent/RU2147759C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7132138B2 (en) | 2000-12-06 | 2006-11-07 | Nitto Denko Corporation | Liquid crystal information displays |
| RU2522656C2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-07-20 | Владимир Иванович Думицкий | Luminaire |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0961138B1 (en) | Polariser and liquid crystal display element | |
| JP4681628B2 (en) | Polarizer | |
| US7110178B2 (en) | Polarizers coated with optically functional layers | |
| EP1394575A1 (en) | Optical device | |
| US7132138B2 (en) | Liquid crystal information displays | |
| EP1605296A2 (en) | Liquid crystal display including o-type and e-type dichroic polarisers | |
| US7113337B2 (en) | Multilayer optical coating | |
| Sasaki et al. | Liquid crystal cells with subwavelength metallic gratings for transmissive terahertz elements with electrical tunability | |
| RU2147759C1 (en) | Polarizer | |
| KR20000006507A (en) | Color reflection type polarizer | |
| JP2001002797A (en) | Cholesteric liquid crystal film | |
| KR100657725B1 (en) | Multilayer optical coating | |
| US20040028839A1 (en) | Optical anisotropic film | |
| RU2140094C1 (en) | Optical polarizer | |
| Lazarev et al. | P‐6: Submicron Thin Retardation Coating | |
| KR20220067538A (en) | A retardation plate, and a circularly polarizing plate provided with the same, a liquid crystal display device, and an organic electroluminescent display device | |
| JP2003337337A (en) | Optical element, surface light source device using the same and liquid crystal display device | |
| Kozenkov et al. | Thin film polarizers: properties and technologies. Part 2: lyotropic LC and photoanisotropic materials | |
| EP1340117A2 (en) | Liquid crystal information displays | |
| Khan et al. | 46.4: Ultra‐Thin O‐Polarizers' Superiority over E‐Polarizers for LCDs | |
| Kasianova et al. | New transparent birefringent material for interference polarizer fabrication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150317 |