DE60006570T2

DE60006570T2 - Zweifarbige gast/wirt-polarisatoren und gast/wirt-polarisatoren enthaltende vorrichtungen

Info

Publication number: DE60006570T2
Application number: DE60006570T
Authority: DE
Inventors: Hassan Sahouani; M. Kim VOGEL; B. Martin WOLK
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: US6538714B1; EP1226458B1; US20030147043A1; WO2001031370A1; JP2003513298A; DE60006570D1; KR20020053828A; CN1252494C; EP1226458A1; AU3497800A; CN1413303A; US6730446B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen gefärbte zweifarbige bzw. dichroitische Polarisatoren und deren Anwendung in elektronischen Anzeigen.
Hintergrund
Dichroitische Materialien sind nützlich, um bevorzugt in einer ersten Richtung polarisiertes Licht in Bezug auf in anderen Richtungen polarisiertes Licht durchzulassen. Wenn ein dichroitisches Material in dem Pfad eines Strahls eines zufällig polarisierten Lichts plaziert wird und die Komponente von in einer Ebene polarisiertem, durchgelassenen Licht einen geringen oder vernachlässigbaren Lichtfluß im Vergleich zu dem Lichtfluß von in der orthogonalen Ebene polarisiertem Licht aufweist, wird das durchgelassene Licht als linear polarisiert bezeichnet, und die Schicht des dichroitischen Materials wird als linearer dichroitischer Polarisator bezeichnet. Dichroitische Polarisatoren können Licht einer speziellen Polarisation über ein relativ breites Spektrum, wie z. B. das sichtbare Spektrum, durchlassen, und können zusätzlich eine Farbfilterungsfunktion durchführen, indem Licht einer speziellen Polarisation nur in eingeschränkten Wellenbereichen durchgelassen wird.
Eine Klasse von Materialien, die für die Herstellung dichroitischer Effekte geeignet sind, ist die als mehrfarbige bzw. pleochroitische Farbstoffe bekannte Klasse. Ein pleo chroitisches Farbstoffmolekül ist ein Molekül mit einem Lichtabsorptionssprektrum, das als eine Funktion der Orientierung des Moleküls in Bezug auf die Polarisation von einfallendem Licht variiert. Dichroitische Polarisatoren können durch die Erzeugung einer Schicht aus orientierten pleochroitischen Farbstoffmolekülen auf einem Substrat hergestellt werden. Pleochroitische Farbstoffmoleküle, die selbst-orientierend sind, wenn sie auf ein geeignetes Substrat aufgebracht werden, sind bekannt, wie auch pleochroitische Farbstoffmoleküle, welche die Anwendung eines bestimmten weiteren Orientierungsmittels erfordern, wie z. B. eine Vermischung mit oder anderweitiges Kombinieren mit einem orientierten Matriximaterial, um eine geeignete Orientierung zu erzeugen.
Orientierte pleochroitische Farbstoffe lassen typischerweise orthogonal zu der Farbstoffmolekülorientierung polarisiertes Licht durch und absorbieren das gesamte andere Licht mit der Ausnahme, daß der Farbstoffmolekülorientierung entsprechend polarisiertes und die Farbe des Farbstoffes aufweisendes Licht durchgelassen wird. Da die optische Funktion der meisten Polarisatoren darin besteht, im wesentlichen das gesamte Licht mit der nicht gewünschten Polarisation zu blockieren, sind einzelne pleochroitische Farbstoffe von eingeschränktem Nutzen als Polarisatoren. Eine vollständigere Polarisation kann durch Einbeziehen mehrerer pleochroitischer Farbstoffe in den Polarisator erzielt werden, so daß ein größerer Abschnitt des sichtbaren Spektrums abgedeckt wird, um dadurch beispielsweise einen Neutraldichte-Polarisator zu erzeugen. Jede gewünschte Farbfilterung kann durch ein getrenntes Farbfilter bereitgestellt werden.
EP-A-0 397 263 offenbart den Oberbegriff des Anspruches 1 der vorliegenden Anmeldung.
EP-A-0 605 191 betrifft ein Farbfilter mit Polarisierbarkeit, welches einen Farbstoff mit einer spektralen Durchläs sigkeit, einen dichroitischen Farbstoff mit einer Polarisierbarkeit, welche dem ersteren Farbstoff entspricht, und ein Basisharz aufweist. Der eine spektrale Durchlässigkeit aufweisende Farbstoff kann einen oder mehrere Cyanin-Farbstoffe, Phtalocyanin-Farbstoffe, Anthrachinon-Farbstoffe, Azo-Farbstoffe, Chinophtalon-Farbstoffe, Perylen-Farbstoffe und Cumarin-Farbstoffe aufweisen. Der dichroitische Farbstoff kann einen oder mehrere Anthrachinon-Farbstoffe, Azo-Farbstoffe, Chinophtalon-Farbstoffe, Perylen-Farbstoffe und Cumarin-Farbstoffe aufweisen, wobei jedoch jeder bekannte dichroitische Farbstoff verwendet werden kann.
US-A-2 554 659 betrifft dichroitische (einschließlich pleochroitische) Materialien mit orientierter molekularer Anordnung, die zum Polarisieren von Licht angepaßt ist. Im allgemeinen dürfen die Farbstoffe der US-A-2 554 659 dieselben Polarisations- und Absorptionsachsen besitzen, aber in bestimmten Fällen, wo es erwünscht ist, den Extinktionswinkel zu verbreitern, können deren Achsen unterschiedlich orientiert sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
Es besteht derzeit ein Bedarf nach gefärbten Polarisatoren, welche Licht einer spezifischen Farbe und einer Polarisation durchlassen können und entweder im Wesentlichen das gesamte sichtbare Lichtspektrum blockieren, oder eine unterschiedliche Farbe von Licht der anderen Polarisation durchlassen. Wie in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben, können derartige Polarisatoren strukturiert und als ein verbessertes Farbfilter verwendet werden. Derartige Polarisatoren können zur Erzielung stilisierter Farbeffekte in reflektierenden bzw. reflektiven, durchlässigen bzw. transmissi ven, oder durchlässigen/reflektierenden bzw. transflektiven Anzeigen verwendet werden.
In einer exemplarischen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Gast/Wirt-Polarisator bereit, der eine Wirtsmatrix, und wenigstens einen ersten Gastfarbstoff und einen zweiten Gastfarbstoff aufweist. Der erste Gastfarbstoff ist in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert, daß er einen ersten Anteil des sichtbaren Lichts mit einem ersten Polarisationszustand absorbiert, und der zweite Gastfarbstoff ist in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert, daß er einen zweiten Anteil des sichtbaren Lichts mit einem zweiten Polarisationszustand orthogonal zu dem ersten Polarisationszustand absorbiert.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine transflektive Flüssigkristall-Anzeige bereit, die eine Hintergrundbeleuchtung, ein zwischen einem oberen Substrat und einem unteren Substrat angeordnetes Flüssigkristallmaterial, um selektiv eine Polarisation eines dadurch durchgelassenen Lichts zu verändern, einen zwischen der Hintergrundbeleuchtung und dem Flüssigkristallmaterial angeordneten Transflektor, einen zwischen dem Transflektor und dem Flüssigkristallmaterial angeordneten unteren Polarisator, und einen angrenzend an das obere Substrat angeordneten oberen Polarisator aufweist. Einer oder beide von dem unteren Polarisator und dem oberen Polarisator weisen einen Gast/Wirt-Polarisator auf, der eine Wirtsmatrix, eine oder mehrere Gastfarbstoffe, die in der Hostmatrix angeordnet und so orientiert sind, daß sie einen ersten Anteil von sichtbarem Licht mit einem ersten Polarisationszustand absorbieren, und einen oder mehrere zweite Gastfarbstoffe, die in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert sind, daß sie einen zweiten Anteil von sichtbarem Licht mit einem zweiten Polarisationszustand ortho gonal zu dem ersten Polarisationszustand absorbieren, aufweist.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Polarisatoraufbau bereit, der einen reflektiven Polarisator und einen oder mehrere gefärbte dichroitische Polarisatoren aufweist. Der reflektive Polarisator ist auf einer Seite des Aufbaus angeordnet und der bzw, die gefärbten Polarisatoren ist/sind auf der anderen Seite des Aufbaus angeordnet. Der eine oder die mehreren gefärbten dichroitischen Polarisatoren sind so angeordnet, daß, wenn der Aufbau von der ersten Seite aus beleuchtet wird, ein Betrachter, der den Aufbau von der zweiten Seite aus betrachtet, eine erste spektrale Verteilung des sichtbaren Lichts beobachtet, und wenn der Aufbau von der zweiten Seite aus beleuchtet wird, ein den Aufbau von der zweiten Seite aus betrachtender Beobachter eine zweite spektrale Verteilung von sichtbarem Licht unterschiedlich zu der ersten spektralen Verteilung beobachtet.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Farb-Flüssigkristall-Anzeige bereit, die ein zwischen zwei parallelen Anzeigetafelsubstraten angeordnetes Flüssigkristallmaterial aufweist, wobei wenigstens eines von den Anzeigetafelsubstraten eine Anordnung von darauf angeordneten Farbfiltern aufweist. Wenigstens eines von den Farbfiltern weist einen Gast/Wirt-Polarisator auf, der eine Wirtsmatrix, einen oder mehrere erste Gastfarbstoffe, die in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert sind, daß sie einen ersten Anteil von sichtbarem Licht mit dem ersten Polarisationszustand absorbieren, und einen oder mehrere zweite Gastfarbstoffe, die in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert sind, daß sie einen zweiten Anteil des sichtbaren Lichts mit dem zweiten Polarisationszu stand orthogonal zu dem ersten Polarisationszustand absorbieren, aufweist.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Projektorsystem bereit, welches eine Projektorvorrichtung, die eine oder mehrere Farben von Licht mit einer Polarisation und eine oder mehrere weitere Farben von Licht mit einer orthogonalen Polarisation emittiert, einen Schirm, der für die Darstellung des aus der Projektorvorrichtung emittierten Lichts angeordnet ist, und einen zwischen dem Schirm und der Projektionsvorrichtung angeordneten gefärbten Polarisator aufweist. Der gefärbte Polarisator kann so angeordnet sein, daß er im wesentlichen dieselben Farben und Polarisationen des von der Projektorvorrichtung emittierten Lichts hindurchläßt, so daß die Intensität des auf dem Schirm erzeugten Bildes nicht wesentlich durch den Polarisator reduziert wird, während gleichzeitig der Polarisator Umgebungslicht filtert.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum bildweisen Anordnen von polarisierenden Elementen bereit. Das Verfahren weist die Bereitstellung eines Donatorelementes, das eine Basisunterlage, eine Gast/Wirt-Polarisatortransferschicht, und eine Licht/Wärme-Umwandlungsschicht, welche zwischen der Basisunterlage und der Gast/Wirt-Polarisatortransferschicht angeordnet ist, auf. Anschließend wird die Transferschicht des Donatorelementes mit einem Empfängersubstrat in Kontakt gebracht und Abschnitte der Transferschicht werden von dem Donatorelement auf das Empfängersubstrat übertragen, indem ausgewählte Bereiche des Donatorelementes einer abbildenden Bestrahlung ausgesetzt werden. Zum Schluß wird das Donatorelement von dem Empfängersubstrat entfernt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Seitenansicht eines in der vorliegenden Erfindung nützlichen gefärbten Polarisators.
2 ist eine schematische Seitenansicht eines optischen Aufbaus, der einen gefärbten Polarisator aufweist.
3 ist eine schematische Ansicht eines optischen Aufbaus, der einen gefärbten Polarisator aufweist.
4 ist eine schematische Seitenansicht einer Anzeige, die einen oder mehrere gefärbte Polarisatoren aufweist.
5 ist eine schematische Seitenansicht einer Anzeige, die eine oder mehrere gefärbte Polarisatoren aufweist.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer FarbFlüssigkristall-Anzeige, die einen oder mehrere gefärbte Polarisatoren aufweist.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer FarbFlüssigkristall-Anzeige, die einen oder mehrere gefärbte Polarisatoren aufweist.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht einer FarbFlüssigkristall-Anzeige, die einen oder mehrere gefärbte Polarisatoren aufweist.
9 stellt Transmissionsspektren für einen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Neutraldichte-Polarisator dar.
10 stellt Transmissionsspektren für einen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Neutraldichte-Polarisator dar.
Detaillierte Beschreibung
1 stellt einen in der vorliegenden Erfindung nützlichen gefärbten Polarisator 100 dar. Der gefärbte Polarisator 100 enthält eine einzige Schicht, die einfallendes Licht mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften abhängig von der Polarisationsebene durchläßt. Beispielsweise kann, wenn zufällig polarisiertes Licht 102 auf den gefärbten Polarisator 100 einfällt, Licht mit einem ersten linearen Polarisationszustand 104 ("<->" zeigt die Polarisation in der Ebene der Seite an) mit einer ersten spektralen Verteilung durchgelassen werden, und Licht mit einem zweiten, orthogonalen linearen Polarisationszustand 106 ("•" zeigt eine Polarisation senkrecht zu der Ebene der Seite an) mit einer von der ersten unterschiedlichen zweiten spektralen Verteilung durchgelassen werden. Licht, das sich nicht in dem Transmissionsspektrum für einen gegebenen Polarisationszustand befindet, wird im wesentlichen durch den Polarisator 100 absorbiert. Beispielsweise kann der gefärbte Polarisator 100 eine Farbe von Licht mit einem ersten Polarisationszustand und eine weitere Farbe von Licht mit dem orthogonalen Polarisationszustand durchlassen (Farbe/Farbe, oder Doppelfarbe). Der gefärbte Polarisator 100 kann auch so hergestellt werden, daß er eine erste Farbe von Licht mit einem Polarisationszustand durchläßt und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht mit dem anderen Polarisationszustand absorbiert (Farbe/Schwarz). Der gefärbte Polarisator 100 kann auch so hergestellt werden, daß er im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht mit einem Polarisationszustand durchläßt und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht mit dem anderen Polarisationszustand absorbiert (Weiß/Schwarz, oder Neutraldichte). Die Tabelle 1 zeigt Beispiele einiger möglicher Farbkombinationen für jeden von den zwei orthogonalen linearen Polarisationszuständen, die durch den Polarisator 100 durchgelassen werden können. Weitere erwünschte. Farbkombinationen werden ebenfalls von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen.
Tabelle 1 ("X" bezeichnet eine mögliche Farbkombination)
So wie er hierin verwendet wird, bezeichnet der Begriff "Farbe" eine spektrale Verteilung von weniger als dem gesamten sichtbaren Spektrum, wie es erwartet wird, wenn einer oder mehrere Farbstoffe verwendet werden, um Licht in einem oder mehreren Abschnitten des sichtbaren Spektrums zu absorbieren, und dadurch eine Farbe des Lichts durchzulassen. Farbe kann in dem Kontext der verschiedenen Farbstoff-bezogenen Techniken verstanden werden. Diesbezüglich bedeutet das Durchlassen einer Farbe von Licht das Durchlassen einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbänder von Licht in dem sichtbaren Spektrum, oder in dem Falle von Schwarz, im wesentlichen keiner Wellenlängen in dem sichtbaren Spektrum. Der Spezialfall von Schwarz enthält auch dunkle Schattierungen von Grau, in welchen kleine Anteile (z. B. nicht mehr als etwa 10% oder 15%) von irgendwelchen oder allen sichtbaren Wellenlän gen durchgelassen werden könnten, aber immer noch nicht zu einer dominanten Färbung führen.
In der vorliegenden Erfindung nützliche gefärbte Polarisatoren können auf verschiedene Arten hergestellt werden. Gefärbte Polarisatoren, die einen breiten Bereich spektraler Eigenschaften entweder für einen oder beide Polarisationszustände zeigen, können hergestellt werden, die eine Wirtsmatrix und wenigstens zwei Arten von Gastfarbstoffen in nur einer Schicht enthalten. In einer exemplarischen Ausführungsform kann ein gefärbter Polarisator der vorliegenden Erfindung eine Molekularmatrix enthalten, die zwei oder mehr Arten von Farbstoffmolekülen festhält, wovon wenigstens einige von diesen Arten pleochroitische Farbstoffmoleküle sind, die in einer oder mehreren vorbestimmten Orientierungen angeordnet sind, so daß sie einfallendes Licht abhängig von der Farbe polarisieren.
Es können Molekularmatrizen verwendet werden, die unterschiedliche pleochroitische Farbstoffe in unterschiedlichen Richtungen abhängig von dem chemischen Aufbau des zu orientierenden speziellen Farbstoffs orientieren. Kombinationen unterschiedlicher Farbstoffe können in die dichroitischen Schichten eingebaut werden, wodurch unterschiedliche Farben in Bezug auf die gewählte Molekularmatrix unterschiedlich orientiert werden können. Auf diese Weise können Kombinationen von zwei oder mehr gleich-orientierender oder unterschiedlich-orientierender Farbstoffe verwendet werden, um eine einzige Schicht eines gefärbte Polarisators bereitzustellen, der Farbe/Farbe (eine Farbe von Licht eines ersten Polarisationszustandes und eine Farbe von Licht eines unterschiedlichen Polarisationszustandes durchläßt), Farbe/Schwarz (eine Farbe eines ersten Polarisationszustandes durchläßt und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht des anderen Polarisationszustandes absorbiert), oder Weiß/Schwarz (im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht des einen Polarisationszustandes durchläßt und im wesentlichen das gesamte andere sichtbare Licht absorbiert) ist.
Gefärbte Polarisatoren können unter Verwendung eines oder mehrerer pleochroitischer Farbstoffe hergestellt werden, die sich in derselben Richtung zusammen mit einem oder mehreren nicht-orientierenden Farbstoffen, welche alle in der Molekularmatrix angeordnet sind, orientieren. In einer derartigen Anordnung ist die Farbe von Licht einer ersten Polarisation durch die Wellenlänge des durch den orientierten pleochroitischen Farbstoff oder die Farbstoffe absorbierten Lichts, und durch die Wellenlänge von durch den nicht-orientierten Farbstoff oder Farbstoffe absorbiertem Licht bestimmt, während die Farbe von Licht der orthogonalen Polarisation durch die Wellenlängen von Licht bestimmt ist, das durch den nicht-orientierenden Farbstoff oder die Farbstoffe absorbiert wird. Beispielsweise kann ein gelb/grün gefärbter Polarisator unter Verwendung eines blauen orientierenden Farbstoffes und eines gelben nicht-orientierenden Farbstoffes hergestellt werden, so daß beide Farbstoffe so orientiert sind, daß sie grünes Licht für einen ersten Polarisationszustand ergeben und nur der gelbe Farbstoff so orientiert ist, daß er gelbes Licht für den orthogonalen Polarisationszustand ergibt.
Die Verwendung einer Kombination von orientierenden und nicht-orientierenden Farbstoffen zum Erzeugen eines gefärbten Polarisators kann eine größere Flexibilität in der Auswahl von Farbstoffen bereitstellen. Beispielsweise können, sobald einer oder mehrere geeignete orientierende erste und zweite Gastfarbstoffe für eine Anwendung gemäß der Erfindung ausgewählt worden sind, einer oder mehrere nicht-orientierende Farbstoffe frei gewählt und der Formation hinzugefügt werden, um eine Vielzahl von Farbkombinationen zu erzeugen. Unterschiedliche Farbkombinationen können erzielt werden, indem die nicht-orientierenden Farbstoffe ohne Veränderung der für die Anwen dung ausgewählten orientierenden Farbstoffe geändert werden. Zusätzlich können nicht-orientierende Farbstoffe leichter kommerziell erhältlich sein, insbesondere wenn Farbstoffe höherer Reinheit erwünscht sind.
Dichroitische polarisierende Schichten, die zur Verwendung als gefärbte Polarisatoren in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können durch Schichtaufbringung einer wässrigen Lösung aus einem oder mehreren pleochroitischen Gastfarbstoffen und eines lyotropen Flüssigkristall-Wirtsmaterial auf ein festes Substrat und Trocknen der Beschichtung hergestellt werden. Exemplarische Substrate umfassen Glas und starre polymerische Substrate, sowie flexible Polymerfilme, mehrlagige Filme, optische Stapel, strukturierte Filme oder Substrate oder dergleichen. Exemplarische Substrate können auch andere in Anzeigen nützliche Komponenten umfassen, wie z. B. Polarisatoren, Farbfilter, eine Schwarzmatrix, elektronisch adressierbare aktive oder passive Vorrichtungen (z. B. transparente Elektroden, Dünnfilmtransistoren) und dergleichen. Exemplarische Substrate können auch teilweise oder vollständig zusammengebaute Anzeigetafeln enthalten.
Gast/Wirt-Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung können eine überraschend verbesserte Wärmebeständigkeit insbesondere dann aufweisen, wenn sie auf ein Glassubstrat aufgebracht sind. Die Wärmebeständigkeit kann insbesondere für Aufbauten wichtig sein, die einer Verarbeitung bei erhöhten Temperaturen unterworfen werden, oder für Anzeigen, welche während des Betriebs Wärme erzeugen können.
In einer exemplarischen Ausführungsform können lyotrope nematische Flüssigkristallmaterialien als die Molekular- oder Wirtsmatrix von Gast/Wirt-Polarisatoren verwendet werden. Flüssigkristall-Matrixmaterialien, welche wenigstens eine Triazingruppe enthalten, können besonders nützlich sein. Matrixmaterialien in dieser Klasse können als Wirte für eine Viel zahl von Gastfarbstoffen dienen, wobei sie dieselbe oder unterschiedliche Orientierungen unterschiedlichen Farbstoffen verleihen. Dieses kann die Erzeugung von polarisierenden Einzelschichten unter Anwendung einer geeigneten Auswahl von Farbstoffen ermöglichen, welche eine Transmission unterschiedlicher Farben in unterschiedlichen Polarisationsebenen ermöglichen.
Wenn eine flüssige Lösung der Wirtsverbindung mit einem oder mehreren geeigneten Gastfarbstoffen als Schicht aufgebracht wird, kann eine Scherung auf die flüssige Schicht ausgeübt werden, um dem Flüssigkristall-Wirtsmaterial eine geordnete Struktur zu verleihen. Bei einer ausreichend aufgebrachter Scherung kann die orientierte Flüssigkristallstruktur den pleochroitischen Gastfarbstoff bzw. die Farbstoffe so orientieren, daß sie eine orientierte Schichtlage erzeugen, die getrocknet werden kann, um eine Einzelschicht zu erzeugen, welche dichroitische Polarisationseigenschaften besitzt. Da die Werte der in der Flüssigkeitsschicht während der Beschichtung erzeugten Scherspannung gering zu den Scherspannungen sind, welche eine mechanische Verformung von starren Substraten bewirken könnten, besitzt der Prozeß der Ausbildung der dichroitischen Schicht eine verringerte Tendenz, Spannungen zu erzeugen, welche die optischen Eigenschaften des Substrates stören könnten. Für bestimmte Anwendungen, wie z. B. solche, bei welchen das Substrat für die Beschichtung ein temporärer Träger eines gefärbten Polarisators ist, oder solche, bei denen es erwünscht ist, auch das Substrat durch die Aufbringung einer Scherung zu orientieren, können flexiblere Substrate ohne spezielle Berücksichtigung der Verschlechterung der optischen Eigenschaften verwendet werden.
Ein spezieller Typ von Gastfarbstoff kann einzeln verwendet werden, um dichroitische Effekte über einen eingeschränkten Bereich von Wellenlängen zu erzeugen, oder in Kombination mit anderen Gastfarbstoffen, um dichroitische Effekte über einen breiten Bereich von Wellenlängen zu erzeugen, wie es beispielsweise bei der Erzeugung eines Neutraldichte-Polarisators oder eines Zweifarben-Polarisators nützlich sein könnte. Die Richtung der Orientierung der Farbstoffe ist im allgemeinen eine Funktion der Richtung, in welcher die Beschichtung ausgeführt wird. Einige Arten von Farbstoffen erzeugen Polarisatoren mit Transmissionsachsen in der Richtung der Beschichtung, während andere Typen von Farbstoffen Polarisatoren mit Transmissionsachsen senkrecht zu der Richtung der Beschichtung erzeugen. Farbstoffe aus diesen zwei Klassen können in nur einem Gast/Wirt-Polarisator kombiniert werden, um unterschiedliche Farbkombinationen zu erzeugen.
Für die vorliegende Erfindung geeignete molekulare Matrixmaterialien umfassen lyotrope nematische FlüssigkristallWirtsverbindungen des in dem U. S. Patent Nr. 5,948,487 und in der auf denselben Anmelder übertragene U.S. Patentanmeldung 09/172440 offenbarten Typs, deren Offenbarungen vollständig durch Bezugnahme in diesem Dokument enthalten sind. Die Strukturen exemplarischer Wirtsverbindungen umfassen die nachstehenden mit Verbindung A und Verbindung B bezeichneten Strukturen.
Verbindung A
Verbindung B
Eine Klasse von Farbstoffen kann sich, wenn sie in Wirtsverbindungen der vorliegenden Erfindung in wässriger Lösung eingesetzt wird, selbst in Bezug auf die Wirtsverbindungen in einer solchen Weise ausrichten, daß sie im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht, das in einer Ebene parallel zu der Richtung der Beschichtung polarisiert ist, durchläßt. Diese Farbstoffe werden als parallel-farblose Farbstoffe bezeichnet. Eine exemplarische Klasse von Gastfarbstoffen, welche sich in dieser Weise verhalten, sind Triazin-Farbstoffe, welche üblicherweise auch als reaktive Farbstoffe bezeichnet werden. Beispiele dieser Farbstoffe umfassen "Reactive Red 187", das als "Reactive Red KB" von Keystone Corp., Chicago, IL erhältlich ist, und "Reactive Red 120", das im Handel unter verschiedenen Handelsbezeichnungen erhältlich ist.
Farbstoffe, welche sich selbst in Bezug auf die Gastfarbstoffe ausrichten können, um so im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht, das in einer Ebene senkrecht zu der Richtung der Beschichtung polarisiert ist, durchzulassen, werden als senkrecht-farblose Farbstoffe bezeichnet. Eine exemplarische Klasse von Farbstoffen, welche sich in dieser Weise verhält, ist die als Direktfarbstoffe bekannte Klasse. Beispiele von im Handel erhältlichen Direktfarbstoffen sind "Black RPM" (im Handel von Crompton & Knowles Colors, Inc., Charlotte, NC), "Black SP" (im Handel von Keystone Corp. erhältlich) und "Direct Yellow 86" (im Handel von Crompton & Knowles Colors, Inc. unter der Handelsbezeichnung "Intrajet Yellow DJR" erhältlich).
Gast/Wirt-Beschichtungslösungen, welche Wirts- und Gastverbindungen gemäß vorstehender Beschreibung enthalten, können hergestellt werden, indem zuerst eine wässrige Lösung aus Wasser und einer pH-einstellenden Verbindung wie z. B. NH₄OH erzeugt wird. Die Beschichtungslösung kann dann durch Lösen der Wirtsverbindung und der Gastverbindung zusammen mit weiteren Zusätzen, wie z. B. Tensiden, zur Verbesserung der Beschichtbarkeit in der wässrigen Lösung hergestellt werden. Geeignete wasserlösliche polymerische Binder können ebenfalls in kleinen Mengen den Wirtslösungen in Mengen von weniger als 1 bis 5 Gewichtsprozent oder mehr zugesetzt werden. Polymere, welche sich für diesen Zweck als nützlich erwiesen haben, schließen Dextran-Polymere oder deren Sulfate oder sulfoniertes Polystyrol ein. Die Wirtsverbindung kann typischerweise in Mengen zugesetzt werden, die ausreicht, um eine lyotrope Lösung mit einer Wirtsverbindungskonzentration von etwa 8 bis 20 Gewichtsprozent der Lösung zu erzeugen, obwohl Konzentrationen von etwa 10 bis 16 Gewichtsprozent oft zu bevorzugen sind. Wirtslö sungskonzentrationen außerhalb dieses Bereichs können ebenfalls angewendet werden, vorausgesetzt, daß ein gewünschter Pegel an Funktionalität eingehalten wird. Beispielsweise sollte die sich ergebende Lösung eine ausreichende Ordnung der Gast/Wirt-Struktur nach der Beschichtung bereitstellen, um als ein Polarisator zu arbeiten, und die sich ergebende Beschichtungslösung sollte ausreichend konzentriert sein, um eine angemessene Beschichtungsdicke und Trockenbarkeit bereitzustellen, jedoch nicht so konzentriert, daß sie zu schwierig zu beschichten und nach dem Beschichten zu orientieren ist.
Wenn es erwünscht ist, Licht nur in einem ausgewählten Bereich von Wellenlängen zu polarisieren, kann nur ein Farbstoff in der Gast/Wirts-Lösung verwendet werden. Wenn es gewünscht ist, einen Neutraldichte-Polarisator zu erzeugen, d. h. einen Polarisator, welcher Licht in einer im wesentlichen gleichen Weise über das sichtbare Spektrum polarisiert, können mehrere Gastfarbstoffe mit unterschiedlichen Farben, aber ähnlichen Orientierungen, der Wirtslösung zugesetzt werden. Polarisatoren mit im wesentlichen neutraler Dichte können beispielsweise hergestellt werden, indem ähnlich orientierende Cyan-, Magenta- und Gelb-Farbstoffe der Wirtslösung zugesetzt werden, oder alternativ, indem ähnlich orientierende Violett- und Gelb-Farbstoffe der Wirtslösung zugesetzt werden. Viele weitere Farbstoffkombinationen sind ebenfalls möglich. Wenn es erwünscht ist, eine Farbe von Licht einer ersten Polarisation und eine weitere Farbe von Licht (oder nicht-sichtbares Licht) einer weiteren Polarisation durchzulassen, können zwei oder mehr Gastfarbstoffe verwendet werden, von denen sich wenigstens zwei nach der Beschichtung unterschiedlich orientieren. Für die Zwecke dieser Offenbarung sind nicht-orientierende Farbstoffe und Farbstoffe, die sich in einer speziellen Richtung nach der Beschichtung oder Scherung orientieren als sich unterschiedlich orientierende Farbstoffe zu betrachten.
Eine besonders nützliche Kombination von Gastfarbstoffen kann erhalten werden, wenn parallel-farblose Farbstoffe mit senkrecht-farblosen Farbstoffen so kombiniert werden, daß ein gefärbter Polarisator erzeugt wird, welcher im wesentlichen das gesamte Licht einer Polarisation blockiert und nur eine spezifische Farbe von Licht der orthogonalen Polarisation durchläßt. Beispielsweise kann eine geeignete Kombination von senkrecht-farblosen Gastfarbstoffen verwendet werden, um einen Neutraldichte-Polarisator zu erzeugen, welcher Licht senkrecht zu der Beschichtungsrichtung durchläßt, aber Licht parallel dazu blockiert. Ein parallel-farbloser Farbstoff mit einer spezifischen Farbe kann beispielsweise der Gast/Wirt-Kombination zugesetzt werden, um dadurch Licht mit einer spezifischen Farbe, das senkrecht zu der Beschichtungsrichtung polarisiert ist, durchzulassen. Derart gefärbte Polarisatoren können als Farbfilter beispielsweise in den Farb-Flüssigkristall-Anzeigen nützlich sein.
Eine weitere nützliche Kombination von paralell-farblosen Farbstoffen und senkrecht-farblosen Farbstoffen ist eine, die einen zweifarbigen Polarisator erzeugt, der eine Farbe von parallel zu der Beschichtungsrichtung polarisierten Licht durchläßt und der eine weitere Farbe von senkrecht zu der Beschichtungsrichtung polarisierten Licht durchläßt. Beispielsweise könnten ein gelber parallel-farbloser Farbstoff und ein roter senkrecht-farbloser Farbstoff in demselben Wirt kombiniert werden, um einen einlagigen zweifarbigen Polarisator zu erzeugen. Wie nachstehend detaillierter diskutiert, können zweifarbige Polarisatoren verwendet werden, um besondere Effekte insbesondere in transflektiven Flüssigkristall-Anzeigen oder einfach in Kombination mit einem reflektiven Polarisator zu erzielen.
Eine weitere nützliche Kombination von unterschiedlich orientierenden Farbstoffen umfaßt einen oder mehrere parallel farblose Farbstoffe und/oder einen oder mehrere senkrechtfarblose Farbstoffe zusammen mit einem oder mehreren nicht-orientierenden Farbstoffen. Solche Kombinationen können bei der Erzeugung von Farbe/Farbe-Polarisatoren sowie als Farbe/Schwarz-Polarisatoren nützlich sein.
Im allgemeinen verbessert sich das Polarisatorverhalten mit verbesserter Farbstoffreinheit, da Verunreinigungen wie z. B. Salze oder organische nicht-ionische Materialien, welche man in einigen im Handel erhältlichen Farbstoffen findet, dazu tendieren, das gesamte sichtbare Licht unabhängig von der Polarisation zu absorbieren, und dadurch den Wirkungsgrad des Polarisators reduzieren, und dadurch dem Filter eine dunklere Tönung selbst in der transmissiven Polarisation verleihen. Es ist oft erwünscht, daß der Verunreinigungspegel in den Farbstoffen in dem Bereich von 1 Gewichtsprozent oder darunter des vorhandenen Farbstoffes liegt. Die Anzahl von Gastfarbstoffmolekülen, die in der Gast/Wirt-Lösung vorhanden sind, kann die Anzahl von Wirtsmolekülen erreichen, wobei es jedoch bevorzugt wird, daß etwas weniger Gastfarbstoffmoleküle als Wirtsmoleküle vorhanden sind.
Die Schichtaufbringung der Gast/Wirt-Lösung auf feste Substrate kann durch jede geeignete Einrichtung durchgeführt werden, obwohl Beschichtungsverfahren, welche der beschichteten Schicht während der Beschichtung etwas Scherspannung verleihen, bevorzugt werden können. Beschichtungstechniken, welche Scherspannungen verleihen können, reichen von der Verwendung drahtumwickelter Beschichtungsstäbe bis zu herkömmlichen Extrusionsfarbstoffen. Eine der beschichteten Schicht während der Beschichtung verliehene Scherspannung kann dazu dienen, die molekulare Ordnung der Gast- und Wirts-Moleküle voranzutreiben.
Das Trocknen der aufgebrachten Schicht kann durch jede Einrichtung durchgeführt werden, die für das Trocknen wässri ger Beschichtungen geeignet ist, welche die Beschichtung nicht beschädigt oder signifikant jede molekulare Ordnung der aufgebrachten Schicht unterbricht, welche durch die Scherspannung oder andere während der Beschichtung angewendete Ordnungseffekte erzeugt worden sein kann.
Gast/Wirt-Polarisatoren der vorliegenden Erfindung können auch auf einem Substrat unter Verwendung von photolithographischen Techniken, thermische Massenübertragungstechniken und/oder andere geeignete Strukturierungstechniken strukturiert werden. Beispielsweise kann eine dichroitische polarisierende Schicht auf einem Trägersubstrat aufgebracht werden, um ein Donatorelement zu erzeugen. Die polarisierende Schicht kann dann in einer bildweisen Art durch einen Thermokopf, lichtinduziert oder andere Formen von thermischer Massenübertragung von dem Donatorelement auf ein Empfängerelement, wie z. B. eine Anzeigetafel, oder ein anderes geeignetes Substrat übertragen werden. Ein exemplarisches Verfahren einer thermischen Masseübertragung gefärbter polarisierender Schichten von einem Donatorelement umfaßt die lichtinduzierte thermische Übertragung eines Donatorelementes, das in der nachstehenden Reihenfolge enthält: eine Basisunterlage (typischerweise einen flexiblen Polymerfilm, wie z. B. ein Polyesterfilm) eine Licht/Wärme-Umwandlungsschicht (typischerweise einen Strahlungsabsorber, wie z. B. Ruß oder einen Infrarot-absorbierenden Farbstoff, der in einem Binder gelöst ist), eine optionale Zwischenschicht und eine Transferschicht, welche die gefärbte polarisierende Schicht enthält. Wie in dem U.S. Patent Nr. 5,693,446 offenbart, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme in diesem Dokument beinhaltet ist, können polarisierende Materialien bildweise übertragen werden, indem Donatorelemente mit einem Empfängersubstrat in Kontakt gebracht werden und ausgewählte Bereiche des Donatorelementes mit bildgebender Strahlung bestrahlt werden, wie z. B. mit einem Laser oder ei ner Blitzlampe durch eine Maske hindurch. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, kann die Strukturierung gefärbter Polarisatoren insbesondere bei der Herstellung von Farbfiltern in Flüssigkristall-Anzeigen nützlich sein, die in einer Schicht die Funktion eines Farbfilters und eines Polarisators kombinieren, und können besondere Farbveränderungsfähigkeiten begünstigen.
Ein weiteres Strukturierungsverfahren umfaßt selektives Bleichen gefärbter Polarisatoren, indem einer oder mehrere Farbstoffe in ausgewählten Bereichen gebleicht werden. Auf diese Weise können ausgewählte Bereiche eines ausgewählten Polarisators einer Lösung oder einem Material ausgesetzt werden, das einen oder mehrere Farbstoffe bleicht. Beispielsweise kann ein gefärbter Polarisator einen speziellen Farbstoff aufweisen, der in einem Muster ausgebleicht ist, um Buchstaben oder andere Zeichen zu formen, die für eine ersten Polarisation von Licht sichtbar sind, die aber für eine andere Polarisation von Licht nicht sichtbar sind. Eine derartige Funktion kann beispielsweise in Sicherheitselementen nützlich sein.
Für eine Beschichtung und/oder Strukturierung von Gast/ Wirt-Polarisatoren verwendete Substrate können eine breite Vielfalt von geeigneten Substraten umfassen. Beispielsweise können Substrate Glas oder Kunststoffsubstrate, die transparent oder teilweise transparent sind, die gefärbt oder klar sind, die doppelbrechend oder nicht-doppelbrechend sind, welche zusätzliche optisch aktive Schichten enthalten oder nicht, die aktive oder passive elektronische Vorrichtungen enthalten oder nicht, oder die irgendwelche weitere Schichten oder Materialien enthalten, die mit den Substraten in einem Stück ausgeführt oder diesen hinzugefügt sind, und insbesondere diejenigen umfassen, die dazu genutzt werden können, die Transmission, Reflexion, oder Absorption von Licht durch einen gesamten Anzeigungsaufbau hindurch zu beeinflussen oder zu steuern.
In exemplarischen Ausführungsformen können Gast/Wirt-Polarisatoren auf Substrate als Schicht aufgebracht oder strukturiert werden, welche strukturierte Elektroden (z. B. transparente leitende Oxidstreifen, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO)) aufweisen, und/oder eine Matrix aus Dünnfilmtransistoren (TFTs) oder andere aktive Vorrichtungen besitzen. Dieses beinhaltet die Schichtaufbringung oder Strukturierung von Gast/Wirt-Polarisatoren direkt auf der Oberseite von Elektroden und/oder TFTs, auf der Oberseite einer Zwischenschicht, wie z. B. einer Planarisierungsschicht, die auf den Elektroden und/oder TFTs vorgesehen ist, oder auf einer Oberfläche des Substrates gegenüber der die Elektroden und/oder TFTs aufweisenden Oberfläche. Alternativ können Gast/Wirt-Polarisatoren auf Substrate als Schicht aufgebracht oder strukturiert werden, welche später mit Elektroden und/oder aktiven Vorrichtungen ausgestattet werden. In weiteren exemplarischen Ausführungsformen können Gast/Wirt-Polarisatoren auf Polarisatoren (oder auf Substrate, die polarisierende Schichten enthalten) als Schicht unabhängig davon, ob die Polarisatoren absorbierend oder reflektiv sind, aufgebracht oder strukturiert werden. Im allgemeinen wird die Schichtaufbringung oder Strukturierung auf Polarisatoren oder auf Aufbauten, die Polarisatoren enthalten, so durchgeführt, daß eine Transmissionsachse der Gast/Wirt-Polarisatoren in einer gewünschten Beziehung mit einer Transmissions-, Reflexions- oder Absorptions-Achse von einem oder mehreren weiteren in dem Aufbau enthaltenden Polarisatoren positioniert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte gefärbte Polarisatoren können in verschiedenen optischen Anwendungen entweder alleine oder in Kombination mit weiteren Polarisatoren und optischen Komponenten und in verschiedenen Anzeigeaufbauten verwendet werden. Beispielsweise stellt 2 einen Aufbau 200 dar, welcher zum Laminieren oder anderweitigem Befes tigen an einem Substrat für eine Anzeigeanwendung geeignet ist. Der Aufbau 200 weist eine optionale Oberseitenbehandlung 202, einen Polarisator 204 und einen optionalen Kleber 206 auf. Der Polarisator 204 kann ein gefärbter Polarisator gemäß der vorliegenden Erfindung sein. Die Schicht 202 kann jede geeignete Oberflächenbehandlung sein, welche wegen ihrer optischen oder physikalischen Eigenschaften ausgewählt wird. Die Schicht 202 kann beispielsweise eine Antireflexionsbeschichtung, eine Antiverschmutzungsbeschichtung, oder eine andere Beschichtung mit niedriger Oberflächenenergie, eine texturierte Beschichtung oder dergleichen sein. Derartige Oberflächenbehandlungen können insbesondere nützlich sein, wenn die Oberfläche eine Außenoberfläche ist. Beispielsweise können Antireflexionsbeschichtungen und texturierte Oberflächen dazu beitragen, reflektierendes Licht zu steuern und ein Blenden zu reduzieren. Antiverschmutzungs- und Beschichtungen mit niedriger Oberflächenenergie können ein leichtes Reinigen der Oberfläche möglich machen und können die Haltbarkeit und die Handhabungseigenschaften verbessern. Eine optionale Kleberschicht 206 kann vorgesehen sein, um eine Laminierung des Aufbaus 200 beispielsweise auf einem Substrat oder einer Anzeigetafel zu ermöglichen. Die Schicht 206 kann ein optisch klarer Haftkleber, ein Ultraviolettlicht-(UV-)gehärteter Flüssigkleber, oder ein Wärme-gehärteter Kleber, ein Autoklavkleber, ein optisch diffuser Kleber oder dergleichen sein. Wenn der Aufbau 200 unter Bedingungen genutzt werden soll, in welchen polarisiertes Licht auf den Aufbau 200 einfällt, kann es zu bevorzugen sein, daß die optionale Kleberschicht 206, wenn sie verwendet wird, die Polarisation des einfallenden Lichts beibehält. Der Aufbau 200 kann auf verschiedene geeignete Substrate geklebt werden, welche Flüssigkristall-Anzeigen, Spiegel, reflektierende Polarisatoren, dichroitische Polarisatoren, Verzögerungsfilme oder weitere Beleuchtungssysteme umfaßt.
Ein exemplarischer Aufbau enthält einen angrenzend an einen (nicht dargestellten) Projektorschirm angeordneten Polarisator 204. Ein derartiger Aufbau kann als ein den Kontrast verbessernder Schirm zur Verwendung mit einer Projektorvorrichtung dienen, beispielsweise einer, die eine oder mehrere Farben von Licht (z. B. blaues Licht) mit einem ersten Polarisationszustand und eine oder mehrere weitere Farben von Licht (z. B. rotes und grünes Licht) mit einem orthogonalen Polarisationszustand emittiert. In einem derartigen Fall kann ein gefärbter Polarisator, der dafür ausgelegt ist, dieselbe oder ähnliche Farben und Polarisationszustände eines Lichts, wie es von der Projektionsvorrichtung emittiert wird, durchzulassen, angrenzend an den Projektorschirm zwischen dem Schirm und der Projektorvorrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise kann der gefärbte Polarisator dazu verwendet werden, einen Anteil des Umgebungslichts herauszufiltern, ohne deutlich die Intensität des auf den Schirm projizierten Lichts zu reduzieren, um dadurch den Kontrast zu verbessern.
3 stellt einen weiteren optischen Aufbau 300 dar, der einen gefärbten Polarisator 302, eine optionale Kleberschicht 304 und eine reflektive oder transflektive Schicht 306 aufweist. Optional kann die Kleberschicht 304 ein optisch klarer Haftkleber, ein UV-gehärteter Flüssigkleber, ein thermisch gehärteter Kleber, ein Autoklavkleber oder ein diffuser Kleber sein. In einer exemplarischen Ausführungsform behält die Kleberschicht 304 im wesentlichen die Polarisation des dadurch durchgelassenen Lichts bei. Der Reflektor/Transflektor 306 kann jede geeignete reflektive Schicht sein, die wenigstens teilweise Licht reflektiert, das von der Seite des gefärbten Polarisators des Aufbaus 300 aus einfällt. Beispielsweise kann die reflektive Schicht 306 ein Spiegel sein, der entweder spiegelnd oder diffus reflektiv ist, ein Teilreflektor, oder ein teilweise metallisierter Spiegel, ein mehrlagiger Reflek tor, ein gefärbter Spiegel, ein reflektiver Polarisator, eine gekippte Spiegelanordnung, eine Mikroprismenanordnung, ein holographischer Transflektor oder dergleichen sein. Die reflektive Schicht 306 kann so ausgewählt werden, daß sie im wesentlichen das gesamte oder einen Anteil des sichtbaren Spektrums reflektiert. Beispiele diffuser Spiegel, welche für eine reflektive Beschichtung 306 geeignet sind, enthalten eine texturierte Metalloberfläche oder spiegelnde Plättchen, die in einer optisch klaren Matrix verteilt sind. Beispiele von reflektiven Polarisatoren, die als reflektive Schicht 306 geeignet sind, umfassen mehrlagige doppelbrechende reflektive Polarisatoren, diffus reflektive Polarisatoren und cholesterische Polarisatoren.
Die Verwendung eines reflektiven Polarisators als ein Reflektor/Transflektor 306 in Kombination mit einem Zweifarben-Gast/Wirt-Polarisator 302 im Aufbau 300 kann zu besonderen Farb-Veränderungseigenschaften abhängig von der Richtung des einfallenden Lichts führen. Beispielsweise kann der Aufbau 300, wenn er von der Seite des gefärbten Polarisators aus betrachtet wird, mit einer ersten Farbe beobachtet werden, wenn er von der Vorderseite (Betrachterseite) beleuchtet wird, und mit einer anderen Farbe, wenn er von der Rückseite aus beleuchtet wird. Durch Verwendung eines reflektiven Polarisators als Element 306, das einen ersten Polarisationszustand reflektiert und einen weiteren Polarisationszustand durchläßt, kann von der Vorderseite einfallendes Licht durch den reflektiven Polarisator in einem ersten Polarisationszustand reflektiert werden, so daß, wenn der dichroitische Polarisator richtig ausgerichtet ist, nur eine Farbe beobachtet wird. In der umgekehrten Situation kann von der Rückseite aus einfallendes Licht durch den reflektiven Polarisator in dem orthogonalen Polarisationszustand übertragen werden, so daß, wenn es durch den dichroitischen Polarisator durchgelassen wird, eine andere Farbe beobachtet wird.
Eine Farbveränderung mit der Richtung des einfallenden Lichts kann beispielsweise unter Verwendung eines reflektiven Polarisators erzielt werden, der linear polarisiertes Licht mit orthogonalen Polarisationen (z. B. ein mehrlagiger doppelbrechender reflektiver Polarisator) reflektiert oder durchläßt, oder unter Verwendung eines cholesterischen reflektiven Polarisators, der zirkular polarisiertes Licht mit orthogonalen Polarisationen, (eine Rechtspolarisation wird als orthogonal zu einer Linkspolarisation betrachtet) reflektiert oder durchläßt. Wenn cholesterische reflektive Polarisatoren mit gefärbten dichroitischen Polarisatoren verwendet werden, um Farbveränderungseffekte zu erzielen, kann eine Viertelwellenlängenplatte zwischen dem gefärbten Polarisator und dem cholesterischen reflektiven Polarisator hinzugefügt werden, um zwischen den cholesterischen und den gefärbten Polarisatoren übertragenes Licht aus zirkular polarisiertem in linear polarisiertes und umgekehrt abhängig von der Richtung des einfallenden Lichts umzuwandeln.
Der optische Aufbau 300 kann auch einen optionalen Diffusor (bevorzugt einen polarisationserhaltenden Diffusor) der auf jeder Seite des gefärbten Polarisators 302 angeordnet ist, oder einen optionalen Verzögerer, Kompensator oder eine Viertelwellenlängenplatte, welche zwischen dem gefärbten Polarisator 302 und dem Reflektor/Transflektor 306 angeordnet ist, enthalten. Eine Viertelwellenlängenplatte kann beispielweise insbesondere nützlich sein, wenn der Reflektor/Transflektor 306 ein cholesterischer reflektiver Polarisator wie vorstehend diskutiert ist.
Ein optischer Aufbau 300 kann beispielsweise in einer reflektiven oder transflektiven Flüssigkristall-Anzeige als ein rückwärtiges Lichtverwaltungselement verwendet werden. Ein (nicht dargestellter) optisch klarer Laminatkleber kann zum Verbinden und optischen Koppeln des optischen Aufbaus 300 an eine Flüssigkristallzelle verwendet werden. Der optische Aufbau 300 kann mit einer Flüssigkristallzelle entweder mit dem gefärbten Polarisator 302 der Flüssigkristallzelle zugewandt oder mit der reflektierenden Schicht 306 der Flüssigkristallzelle zugewandt verbunden werden.
In exemplarischen Ausführungsformen kann die reflektive Schicht 306 ein mehrlagiger doppelbrechender reflektiver Polarisator oder ein cholesterischer reflektiver Polarisator sein, der Licht mit einem ersten Polarisationszustand reflektiert und Licht mit einem orthogonalen Polarisationszustand durchläßt. Wenn reflektive Polarisatoren für die Schicht 306 verwendet werden, kann es erwünscht sein, den optischen Aufbau 300 mit einer Flüssigkristallzelle so zu kombinieren, daß die gefärbte polarisierende Schicht 302 der Flüssigkristallzelle gegenüberliegt. In einem derartigen Aufbau kann ein optionales Hintergrundlicht hinter dem reflektiven Polarisator dem optischen Aufbau 300 so hinzugefügt werden, daß die Flüssigkristall-Anzeige sowohl im transmissiven Modus als auch im reflektiven Modus verwendet werden kann. Unter Verwendung derartiger Aufbauten können verschieden stilisierte Effekte und besonderes Aussehen erzielt werden. Beispielsweise kann der gefärbte Polarisator 302 gemäß der vorliegenden Erfindung so gewählt werden, daß er eine erste Farbe von Licht (z. B. rotes Licht) mit einem ersten Polarisationszustand durchläßt, und daß er eine weitere Farbe von Licht (z. B. grünes Licht) mit einem zweiten orthogonalen Polarisationszustand durchläßt. Im Transmissionsmodus könnte, wenn das Hintergrundlicht zum Beleuchten der Flüssigkristall-Anzeige verwendet wird, dieser Aufbau beispielsweise dazu verwendet werden, roten Text und Zeichen auf schwarzem Hintergrund darzustellen. Wenn die Anzeige im reflektiven Modus verwendet wird, könnte die Anzeige eine Bild umkehrung und eine Farbveränderung zeigen, um Text und Zeichen darzustellen, die beispielsweise auf einem grünen Hintergrund dunkel sind. Die Konzepte der Bildumkehr und Farbveränderung für transflektive Flüssigkristallanzeigen unter Verwendung gefärbter Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung können für jede spezielle Farbkombination für Zeichen und Hintergrund, wie z. B. für die in Tabelle 1 angezeigten Farbkombinationen, verallgemeinert werden.
Die Konzepte der Bildumkehr und Farbveränderung können auch auf Systeme verallgemeinert werden, die einen reflektiven Polarisator (cholesterisch oder anderweitig) und zwei oder mehr getrennte farbdichroitische Polarisatoren verwenden, die auf derselben Seite des reflektiven Polarisators angeordnet sind, wobei wenigstens zwei von den farbdichroitischen Polarisatoren so gewählt werden, daß sie unterschiedliche Farben durchlassen und so angeordnet sind, daß sie gekreuzte Extinktionsachsen aufweisen. In dieser Konfiguration können ähnliche Farbveränderungs- und Bildumkehreffekte, wie vorstehend für einlagige dichroitische Gast/Wirt-Polarisatoren beschrieben, jedoch statt dessen unter Verwendung von zwei oder mehr einfarbig dichroitischen Polarisatoren, erzielt werden. Daher zieht die vorliegende Erfindung die Verwendung von zwei oder mehr einfarbig dichroitischen Polarisatoren in Kombination mit einem reflektiven Polarisator (und falls erwünscht einer Viertelwellenlängenplatte, wie beschrieben) in Betracht, um einen optischen Aufbau zu erzielen, der polarisiertes Licht einer ersten Farbe zeigt, wenn er von einer ersten Seite aus beleuchtet wird und polarisiertes Licht mit einer anderen Farbe, wenn er von der anderen Seite aus beleuchtet wird. Dieser Aufbau könnte in eine Flüssigkristall-Anzeige eingefügt werden, um beispielsweise spezielle Farbveränderungs- und/oder Bildumkehreffekte bereitzustellen.
Derzeit kann in Anzeigen, die einen Bildumkehrschalter von dunklen Zeichen auf hellem (weißem) Hintergrund zu hellen (weißen) Zeichen auf einem dunklen Hintergrund bei einer Umschaltung zwischen reflektiven und transmissiven Modi zeigen, in bestimmten Umgebungen, in welchen sowohl Vordergrund- als auch das Hintergrundlicht die Anzeige beleuchtet, der Anzeigekontrast als ausgewaschen erscheinen. Ein Vorteil der dichroitischen Bildumkehr gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Verwendung von Farbe-auf-Farbe- oder Farbe-auf-Dunkelheit-Kontrast weniger empfindlich gegen das Kontrastauswaschen gemacht werden kann.
4 stellt eine Flüssigkristall-Anzeige 400 mit zwei Polarisatoren dar, die gefärbte Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten kann. Die Flüssigkristall-Anzeige 400 kann einen oberen Polarisator 402, einen optionalen Verzögerer oder Kompensator 404, eine Flüssigkristallzelle, die ein oberes Substrat 406, ein unteres Substrat 410 und ein dazwischen angeordnetes Flüssigkristallmaterial 408, einen unteren Polarisator 412, eine optionale reflektierende Schicht oder Transflektor 414 und eine optionale Hintergrundbeleuchtung 416 aufweisen. Einer oder beide von dem oberen Polarisator 402 und dem unteren Polarisator 412 kann eine gefärbte polarisierende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten. Eine reflektive oder transflektive Schicht 414 kann bereitgestellt werden, um das Leuchten der Flüssigkristall-Anzeige 400 unter Verwendung von Umgebungslicht oder Licht von einer vorderen (nicht dargestellten) Lichtführung zu ermöglichen. Eine optionale Hintergrundbeleuchtung 416 kann vorgesehen werden, um eine Hintergrundbeleuchtung der Flüssigkristall-Anzeige 400 mit oder ohne optionale reflektive Schicht oder Transflektor 414 zu ermöglichen.
Eine besondere Gestaltung und Eindrücke können erzielt werden, indem gefärbte Polarisatoren in eines oder beide Pola risierungselemente 402 und 412 in der Flüssigkristall-Anzeige 400 eingefügt werden. Beispielsweise kann das Polarisatorelement 402 eine gefärbte Polarisierungsschicht enthalten, die eine erste Farbe von Licht mit einer ersten linearen Polarisation und eine zweite Farbe von Licht mit einer zweiten orthogonalen linearen Polarisation durchläßt. Im Betrieb mit Umgebungsbeleuchtung kann ein derartiger Aufbau beispielsweise Zeichen darstellen, welche mit der durch den ersten gefärbten Polarisator durchgelassenen Farbe gefärbt sind, und die gegen einen mit der von dem Polarisator durchgelassenen zweiten Farbe gefärbten Hintergrund erscheinen. Weitere ähnliche visuelle Effekte einschließlich Bildumkehreffekten und Farbveränderungseffekten können erzeugt werden, indem ein gefärbter Polarisator der vorliegenden Erfindung für den Polarisator 412 verwendet wird, und indem auch ein reflektiver Polarisator für den Transflektor 414 verwendet wird, der Licht eines ersten Polarisationszustandes durchläßt und Licht eines weiteren, orthogonalen Polarisationszustandes reflektiert.
Gefärbte Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung können auch in Einzelpolarisator-Flüssigkristall-Anzeigekonfigurationen verwendet werden. 5 stellt eine reflektive Einzelpolarisator-Flüssigkristall-Anzeige 500 dar, welche eine optionale Vorderseitenlichtführung 502, einen Vorderseitenpolarisator 504, einen optionalen Verzögerer oder Kompensator 506, eine Flüssigkristallzelle, die ein oberes Substrat 508, ein unteres Substrat 512 und ein dazwischen angeordnetes Flüssigkristallmaterial 510 aufweist, und ein hinteres Reflektorelement 514 enthält. Die reflektive Flüssigkristall-Anzeige 500 kann unter Verwendung von Umgebungslicht, oder unter Verwendung einer optisch mit der Vorderseitenlichtführung 502 gekoppelten Zusatzlichtquelle beleuchtet werden, um die Anzeige zu beleuchten, wenn die Umgebungsbeleuchtungsbedingungen unzureichend sind. Der Polarisator 504 kann eine gefärbte Polari sierungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten. Der Reflektor 514 kann ein Spiegel sein, der entweder diffus oder spiegelnd reflektiv ist, oder kann eine teilweise reflektive Schicht sein, einschließlich eines Teilspiegels oder eines gefärbten Spiegels, oder kann eine transflektive Schicht sein, wie z. B. ein reflektiver Polarisator.
Die Flüssigkristall-Anzeige 500 kann auch als eine transflektive Anzeige unter Verwendung eines Transflektors für das Element 514 unter Bereitstellen einer (nicht dargestellten) optionalen Hintergrundbeleuchtung, welche hinter dem Transflektor 514 angeordnet ist, eingesetzt werden. In exemplarischen Ausführungsformen kann der Transflektor 514 ein reflektiver Polarisator sein, der einen ersten Polarisationszustand reflektiert und den orthogonalen Polarisationszustand durchläßt, und ein Vorderseitenpolarisator 504 kann einen oder mehrere dichroitische Polarisatoren enthalten, die so angeordnet sind, daß sie eine Farbe von Licht mit einem ersten Polarisationszustand und eine weitere Farbe von Licht mit einem zweiten orthogonalen Polarisationszustand durchlassen. Beispielsweise kann der Vorderseitenpolarisator 504 einen zweifarbigen Gast/Wirt-Polarisator enthalten, oder kann zwei gefärbte dichroitische Polarisatoren mit gekreuzten Extinktionsachsen enthalten. Indem ein reflektiver Polarisator als Transflektor 514 und ein zweifarbiger Polarisator oder eine Kombination von gefärbten Polarisatoren als Vorderseitenpolarisator 504 verwendet wird, können besondere Färbungseffekte realisiert werden. Beispielsweise könnte, wenn der Vorderseitenpolarisator 504 so angeordnet wäre, daß er blaues Licht mit einem ersten Polarisationszustand und grünes Licht mit dem orthogonalen Polarisationszustand durchläßt, die Anzeige 500 mit einem reflektiven Polarisator 514 versehen werden, so daß die Anzeige, wenn sie von der Vorderseite aus beleuchtet wird, schwarze Zeichen auf blauem Hintergrund zu haben scheint, und die Anzeige, wenn sie von hinten beleuchtet wird, blaue Zeichen auf grünem Hintergrund zu haben scheint. Verschiedene weitere Farbkombinationen können verwendet werden, um Anzeigen zu erzeugen, welche eine Farbveränderung und Bildumkehr von Schwarz-auf-Farbe zu Farbe-auf-Farbe zeigen, wenn sie zwischen von vorne beleuchteten reflektiven und hinten beleuchteten transmissiven Modi umgeschaltet wird.
Farbänderungseffekte können auch in einer transflektiven Flüssigkristall-Anzeige mit einem Aufbau ähnlich dem in 5 dargestellten erzielt werden, der ein (nicht dargestelltes) gefärbtes Hintergrundlicht, um die Anzeige in einem transmissiven Modus zu beleuchten, einen reflektiven Polarisator für das Element 514 und einen gefärbten Vorderseitenpolarisator 504 verwendet, der gefärbtes Licht mit einer ersten Polarisation und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht mit der orthogonalen Polarisation durchläßt. Durch Wählen eines gefärbten Polarisators 504, welcher eine andere Farbe als die von der Hintergrundlichtwelle emittierte durchläßt, kann eine besondere Farbgestaltung erzielt werden. Beispielsweise kann, wenn die Hintergrundlichtquelle grünes Licht emittiert und der gefärbte Polarisator blaues Licht mit einem ersten Polarisationszustand und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht mit dem orthogonalen Polarisationszustand durchläßt, die Anzeige dazu verwendet werden, daß sie blaue Zeichen auf einem weißen Hintergrund im reflektiven Modus (von der Vorderseite aus beleuchtet) zeigt, und grüne Zeichen auf einem dunklen Hintergrund im transmissiven Modus (von hinten unter Verwendung des gefärbten Hintergrundlichts beleuchtet) zeigt. Wie vorstehend beschrieben, können weitere andere Farbkombinationen und Bildumkehrverfahren ebenfalls angewendet werden.
Die Verwendung eines gefärbten Hintergrundlichts in Kombination mit gefärbten Polarisatoren der vorliegenden Erfindung in transflektiven Anzeigen kann auch stark das Auswaschen der Anzeige reduzieren, wenn diese im Hintergrundbeleuchtungsmodus eingesetzt wird. Bei einem Einsatz im Hintergrundbeleuchtungsmodus kann, wenn ein signifikantes Umgebungslicht vorhanden ist, ein Wettstreit zwischen den reflektiven und transmissiven Modi der transflektiven Anzeigen vorliegen, welche eine Bildumkehr verwenden (der reflektive Modus zeigt dunkel was der transmissive Modus hell zeigt und umgekehrt). Dieses kann zu einem reduzierten Kontrast und einem ausgewaschenen Aussehen der Anzeige führen. Die Verwendung eines gefärbten Hintergrundlichts kann jedoch Auswaschungseffekten entgegenwirken, wenn es in Kombination mit gefärbten Polarisatoren angewendet wird, da die Farbkombinationen für den Hintergrundbeleuchtungsmodus anders als die Farbkombinationen für den Vorderseitenbeleuchtungsmodus sein können. Bei einer Bildumkehr müssen die unterschiedlichen Farbkombinationen nicht zu einem reduzierten Kontrast führen, sondern können tatsächlich eine Bildverbesserung ergeben. Die Bildverstärkung kann am besten gesteigert werden, wenn eine Hintergrundlichtquelle so gewählt wird, daß sie Licht in einem Band von Wellenlängen emittiert, das sich nicht wesentlich mit dem Wellenlängenband oder Bändern überlappt, die von den gefärbten Polarisatoren durchgelassen werden.
Gefärbte Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in 1 dargestellt sind, können in Anzeigeaufbauten wie den in 2 bis 5 dargestellten verwendet werden, um verschiedene visuelle Effekte in monochromen oder zweifarbigen Anzeigen zu erzeugen. Zusätzlich können gefärbte Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung in vollfarbigen Flüssigkristall-Anzeigen als primäre oder sekundäre Polarisationselemente oder als die Farbfilter selbst verwendet werden. Wenn sie als Farbfilter verwendet werden, können die gefärbten Polarisatoren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Farbfilterung und lineare Polarisierungsfunktionen in einzelnen Schich ten oder Elementen zu kombinieren. Farbfilter, die auch eine Polarisierungsfunktion durchführen, können zusätzliche Polarisatoren eliminieren, während sie gleichzeitig einen verbesserten Anzeigenkontrast bereitstellen und/oder dieselben oder ähnliche besondere Farbveränderungseigenschaften gemäß vorstehender Diskussion bereitstellen.
In 6 ist eine Farb-Flüssigkristall-Anzeige 600 dargestellt, die einen oberen Polarisator 602, ein oberes Substrat 604, eine obere Anpassungsschicht 606, eine Flüssigkristallschicht 608, eine untere Anpassungsschicht 610, eine Farbfilterschicht 612, ein unteres Substrat 614, einen unteren Polarisator 616 und ein optionale Hintergrundleuchtung 618 enthält. Gefärbte Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung können in jeder Kombination des oberen Polarisators 602, des unteren Polarisators 616 und/oder der Farbfilter 612 enthalten sein.
Verschiedene Farbkombinationen und Anordnungen können für die Farbfilteranordnung 612 verwendet werden. Üblicherweise verwenden vollfarbige Anzeigen ein regelmäßiges Muster von primären Farbfiltern für die Farbfilteranordnung 612. Beispielsweise können die Farbfilter eine regelmäßige Anordnung von drei Farben, typischerweise Rot, Grün und Blau oder Cyan, Magenta und Gelb sein. Die verwendeten Farbfilter können herkömmliche Farbfilter sein oder können gefärbte Polarisatoren der vorliegenden Erfindung sein. Wenn gefärbte Polarisatoren der vorliegenden Erfindung als Farbfilter in einer Anzeige verwendet werden, können die Polarisatoren von der Art sein, die eine Farbe in einem ersten Polarisationszustand durchlassen, und im wesentlichen das gesamte andere Licht dieses Polarisationszustandes absorbieren, und im wesentlichen das gesamte Licht des orthogonalen Polarisationszustandes durchlassen. Alternativ können die Polarisatoren von der Art sein, die nur eine Farbe von Licht mit einem ersten Polarisationszustand durchlassen und im wesentlichen das gesamte andere sichtbare Licht absorbieren. Wenn die Farbfilter 612 gefärbte Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung sind, die jeweils eine Farbe in dem ersten Polarisationszustand durchlassen und das andere sichtbare Licht absorbieren, kann der untere Polarisator 616 optional sein, obwohl er immer noch verwendet werden kann, um einen verbesserten Anzeigenkontrast bereitzustellen. Wenn die Farbfilter 612 gefärbte Polarisatoren der vorliegenden Erfindung der Art sind, die Licht einer ersten Farbe des ersten Polarisationszustandes durchlassen und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht des zweiten orthogonalen Polarisationszustandes durchlassen, wird dann der Rückseitenpolarisator 616 insbesondere dann bevorzugt verwendet, wenn die Anzeige unter Verwendung einer Hintergrundbeleuchtung 618 von hinten beleuchtet wird.
Die Verwendung gefärbter Polarisatoren als Farbfilter kann die Ausbildung von Kombinationsunterpixeln ermöglichen, um die Auflösung der Anzeige zu steigern. Beispielsweise können rot und grün orientierende Farbstoffe in nur einem Polarisationsfarbfilter kombiniert werden, und dadurch Pixel erzeugt werden, welche zwei Unterpixel statt drei enthalten. Die Pixel können somit kleiner gemacht werden, was die Gesamtauflösung der Anzeige steigert. Zusätzlich können in demselben Beispiel blau polarisierende Farbfilter für die zweiten Unterpixel verwendet und so strukturiert werden, daß sie einen kleinen überlappenden Bereich mit den Rot/Grün-Polarisationsfarbfiltern besitzen. Die überlappenden Bereiche würden dunkel erscheinen und könnten als eine schwarze Matrix verwendet werden.
Gefärbte Gast/Wirt-Polarisatoren können auf Anzeigesubstraten zur Verwendung als Farbfilter mittels herkömmlicher Photolithographietechniken, sowie selektiver thermischer Masseübertragungstechniken wie vorstehend beschrieben strukturiert werden.
Zusätzlich zur Verwendung gefärbter Polarisatoren in Farbfiltern 612 kann der Vorderseitenpolarisator 602 eine gefärbte polarisierende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, um verschiedene visuelle Effekte ähnlich den vorstehend beschriebenen zu erhalten. Der Rückseitenpolarisator 616 kann ebenfalls eine gefärbte polarisierende Schicht der vorliegenden Erfindung enthalten, um verschiedene visuelle Effekte zu erzielen, und kann auch zusätzlich oder alternativ einen dichroitischen Polarisator mit neutraler Dichte enthalten, einen reflektiven Polarisator, wie z. B. einen mehrlagigen doppelbrechenden reflektiven Polarisator und/ oder andere gewünschte Komponenten.
7 stellt einen weiteren Farb-Flüssigkristall-Anzeigenaufbau 700 dar, welcher ein oberes Substrat 702, eine Farbfilterschicht 704, eine obere Anpassungsschicht 706, eine Flüssigkristallschicht 708, eine untere Anpassungsschicht 710, einen unteren Polarisator 712, ein unteres Substrat 714, einen optionalen Reflektor, Transflektor, reflektiven Polarisator oder anderen Lichtverwaltungsfilm 716 und eine optionale Hintergrundbeleuchtung 718 enthält. Die Anzeige 700 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten Anzeige 600 in wenigstens zwei Hinsichten. Erstens ist die Farbfilterschicht 704 auf dem oberen Substrat 702 aufgebracht, während in 6 die Farbfilterschicht 612 auf dem unteren Substrat aufgebracht dargestellt war. Abhängig von dem speziellen Anzeigenaufbau kann es nützlicher sein, die Farbfilterschicht auf dem oberen Substrat statt auf dem unteren Substrat (oder umgekehrt) anzuordnen. Zweitens enthält die Anzeige 700 einen unteren Polarisator 712, der auf der Innenseite (der Flüssigkristallseite) des Substrates 714 angeordnet ist. Die Farbfilter 704 können gefärbte polarisierende Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten oder können herkömmliche Farbfilter sein. Der untere Polarisator 712 kann auch eine gefärbte polarisierende Schicht der vorliegenden Erfindung enthalten oder kann ein herkömmlicher dichroitischer Polarisator sein.
8 stellt noch einen weiteren Farbflüssigkristallanzeigenaufbau 800 dar, welcher ein oberes Substrat 802, einen oberen Polarisator 804, eine obere Anpassungsschicht 806, eine Flüssigkristallschicht 808, eine untere Anpassungsschicht 810, eine Farbfilterschicht 812, ein unteres Substrat 814, eine optionale Lichtverwaltungsschicht oder -schichten 816, und eine optionale Hintergrundbeleuchtung 818 enthält. Die in 8 dargestellte Anzeige ist ähnlich der in 7 dargestellten Anzeige mit der Ausnahme, daß die in 8 dargestellten Farbfilter 812 auf dem unteren Substrat 814 angeordnet sind.
Wie vorstehend beschrieben, können gefärbte Polarisatoren der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Anzeigenaufbauten und bei verschiedenen anderen optischen Komponenten verwendet werden. Eine besonders nützliche Kombination ist eine gefärbte Polarisierungsschicht der vorliegenden Erfindung mit einem dichroitischen Polarisator, in welchem die Transmissionsachse des dichroitischen Polarisators zu einer Transmissionsachse des gefärbten Polarisators ausgerichtet ist. Im allgemeinen können Polarisatoren in Hinblick auf ein Extinktionsverhältnis charakterisiert werden. Für einen beliebigen Polarisator mit einer Transmissionsachse und einer Extinktionsachse ist das Extinktionsverhältnis als eine Funktion der Wellenlänge proportional zu der Transmission als eine Funktion der Wellenlänge für Licht, das entlang der Transmissionsachse polarisiert ist, dividiert durch die Transmission als eine Funktion der Wellenlänge für Licht, das entlang der Extinktionsachse polarisiert ist. Das Extinktionsverhältnis kann beispielsweise über das sichtbare Spektrum gemittelt sein, um ein numerisches Verhältnis zu erhalten. Für ein Paar benachbarter dichroitischer Polarisatoren, deren entsprechenden Transmissionsachsen ausgerichtet sind, ist das Gesamtextinktionsverhältnis des Paares gleich deren einzelnen miteinander multiplizierten Extinktionsverhältnissen. Beispielsweise kann, wenn ein Gast/Wirt-Polarisator der vorliegenden Erfindung ein Extinktionsverhältnis in der Größenordnung von 2 : 1 bis 100 : 1 für eine spezielle Wellenlänge oder Bereich von Wellenlängen besitzt, das Gesamtextinktionsverhältnis eines Polarisators in einer Anzeige durch Kombinieren des gefärbten Polarisators mit einem herkömmlichen Polarisator gesteigert werden.
Beispiele
In den nachstehenden nicht-einschränkenden Beispielen wurden Farbstofflösungen durch Hinzufügen verschiedener Kombinationen von Farbstoffen zu einer wässrigen Wirtslösung hergestellt. Die Wirtslösung wurde hergestellt, indem zuerst eine Basisverbindung, wie z. B. NH₄OH, einer Menge von deionisiertem Wasser zugesetzt wurde, um so eine zum Lösen einer Verbindung A oder Verbindung B geeignete basische Lösung zu erzeugen. Es wurde herausgefunden, daß eine Lösung von 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent von NH₄OH in Wasser für das Lösen der Verbindungen A und B geeignet war. Zu dieser Lösung wurde entweder die Verbindung A oder die Verbindung B zusammen mit etwa 0, 1 Gewichtsprozent eines Tensids, wie z. B. Triton X-100, das im Handel von Rohm & Haas, Philadelphia, PA erhältlich ist, zur Verbesserung der Beschichtbarkeit hinzugefügt. Das Beispiel 1 ergibt eine spezielle Wirtslösung. Weitere Wirtslösungen in nachfolgenden Beispielen unterscheiden sich von der Wirtslösung des Beispiels 1 nur in dem Typ und der Menge der verwendeten Wirtslösung. Wirtslösungen werden in den nachstehenden Beispielen durch die Wirtsverbindung und Konzentration spezifiziert. Beispielsweise bedeutet eine 16-prozentige Wirtslösung der Verbindung A, daß die Verbindung A in einer Menge von 16 Gewichtsprozent der Wirtslösung vorhanden ist. Wirtslösungen, welche 10 bis 20 g der Wirtsverbindung pro 100 g Wasser (9 bis 17 Gewichtsprozent der Lösung) enthalten, wurden in den Beispielen verwendet und als für die vorliegende Erfindung geeignet befunden, obwohl auch andere Konzentrationen verwendet werden können.
Beispiel 1
Wirtslösungen wurden durch Auflösen von 16 g der Verbindung A in 84 g einer NH₄OH enthaltenden wässrigen Lösung, und von 16 g einer Verbindung B in 84 g einer NH₄OH enthaltenden äquivalenten wässrigen Lösung hergestellt. Zu jeder von diesen Lösungen wurden dann 0,1 Gewichtsprozent eines von Rohm & Haas unter der Handelsbezeichnung Triton X-100 erhältliches Tensid hinzugefügt, um die Beschichtbarkeit der Lösung auf polymerischen Substraten zu verbessern. Die Wirtslösungen werden hierin nachstehend als eine 16-prozentige Lösung der Verbindung A bzw. B bezeichnet.
Beispiel 2
Ein grauer parallel-farbloser Polarisator (läßt parallel zu der Beschichtungsrichtung polarisiertes sichtbares Licht durch und absorbiert im wesentlichen das gesamte andere sichtbare Licht) wurde in der nachstehenden Weise hergestellt: 10 g einer 16-prozentigen Wirtslösung der Verbindung A wurden hergestellt. Das Nachstehende wurde dann der Wirtslösung hinzugefügt, um eine Gast/Wirt-Lösung zu erzeugen: 0,24 g gereinigtes "Reaktiv Red KB" (Keystone Corp.), 1,62 g "Intrajet Blue JE"-Flüssigkeit (Crompton & Knowles Colors, Inc.) und 0,20 g gereinigtes "Reaktive Yellow 27" (Golden Yellow EG 150 von Keystone Corp.). Die Gast/Wirt-Lösung wurde auf ein Kunststoffsubstrat mit einer Naßdicke von etwa 13 um mittels Scherungsbeschichtung aufgebracht. Die Beschichtung wurde getrocknet und die Transmissionseigenschaften des Polarisators wurden über das sichtbare Spektrum (400 nm bis 700 nm) unter Verwendung eines Spektrophotometers gemessen. 9 stellt die Transmissionsspektren für parallel zu der Beschichtungsrichtung 900 polarisiertes Licht und für senkrecht zu der Beschichtungsrichtung 902 polarisiertes Licht dar. Ein weiterer grauer parallel-farbloser Polarisator wurde in derselben Weise unter Verwendung einer 16-prozentigen Wirtslösung der Verbindung B hergestellt. Die sich ergebenden Transmissionsspektren waren ähnlich denen in 9 dargestellten.
Beispiel 3
Ein grauer senkrecht-farbloser Polarisator (läßt senkrecht zu der Beschichtungsrichtung polarisiertes sichtbares Licht durch und absorbiert im wesentlichen das gesamte andere sichtbare Licht) wurde in der nachstehenden Weise hergestellt: 10 g einer 16-prozentigen Wirtslösung der Verbindung A wurden hergestellt. Das Nachstehende wurde dann der Wirtslösung hinzugefügt, um eine Gast/Wirt-Lösung zu erzeugen: 0,1 g gereinigtes "Intrajet Black RPM" (Crompton & Knowles), 0,03 g "Intrajet Blue JE"-Flüssigkeit (Crompton & Knowles) und 0,12 g "Intrajet Yellow DJR"-Flüssigkeit (Crompton & Knowles). Die Gast/Wirt-Lösung wurde wie im Beispiel 2 mittels Scherungsbeschichtung aufgebracht. Die Beschichtung wurde getrocknet und die Transmissionseigenschaften des Polarisators wurden über das sichtbare Spektrum gemessen. 10 stellt die Transmissionsspektren für senkrecht zu der Beschichtungsrichtung 1000 polarisiertes Licht und für parallel zu der Beschichtungsrichtung 1002 polarisiertes Licht dar. Ein weiterer grauer parallelfarbloser Polarisator wurde in derselben Weise unter Verwendung einer 16-prozentigen Wirtslösung der Verbindung B hergestellt. Die sich ergebenden Transmissionsspektren waren ähnlich denen in 9 dargestellten.
Beispiel 4
Ein grün/schwarz gefärbter Polarisator wurde durch Kombination nicht-orientierender Farbstoffe mit orientierenden Farbstoffen in Molekularmatrix wie folgt hergestellt (angegeben in Gewichtsanteilen) hergestellt:
1,5 Teile der Verbindung A oder B
0,6 Teile Ammoniakhydroxid
7 Teile Wasser
0,1 Teile nicht-orientierender blauer Triarylmethanfarbstoff (C. I. Food Blue 2, im Handel von Warner Jenkinson Co. erhältlich)
0,1 Teile "Intrajet Blue JE" (Crompton und Kowles Colors Inc.)
0,3 Teile "Keyreact Red KB" (Keystone Co.)
0,1 Teile "Keystone Yellow EG 150" (Keystone Co.)
0,2 Teile "Direct Yellow DJR" (Crompton and Kowles Colors Inc.).
Wenn sie auf ein Glassubstrat als Schicht aufgebracht wurde, erzeugte diese Formulierung einen gefärbten Polarisator, der grünes Licht mit einem ersten Polarisationszustand durchließ und im wesentlichen kein Licht des orthogonalen Polarisationszustands durchließ.
Ähnlich gefärbte Polarisatoren wurden auch durch Ersetzung des nicht-orientierenden blauen Farbstoffs (C. I. Food Blue 2) durch andere nicht-orientierende blaue Farbstoffe erzielt, wie z. B. ein Methylenblau aus der Thiazingruppe von Farbstoffen.
Beispiele 5, 6 und 7
Eine Anzeige kann, wie sie in den 6, 7 und 8 dargestellt ist, durch Kombination gefärbter Polarisatoren, wie z. B. den gemäß den Beispielen 5, 6 und/oder 7 erzeugten als Farbfiltern hergestellt werden.
Beispiel 5
Ein Gast/Wirt-Cyan-durchlassender gefärbter Polarisator (läßt parallel zur Beschichtungsrichtung polarisiertes Cyanfarbenes Licht durch und absorbiert im wesentlichen das gesamte andere sichtbare Licht) wurde durch Kombination der nachstehenden Zutaten in Lösung hergestellt (angegeben in Gewichtsanteilen):
20 Teile 16-prozentige Wirtslösung der Verbindung B
0,8 Teile "Black RPM" (Crompton & Knowles)
0,2 Teile "Yellow DJR" (Crompton & Knowles)
2,5 Teile "Blue JE" (Crompton & Knowles)
Die Gast/Wirt-Lösung wurde auf ein Glassubstrat als Schicht mit einer Naßdicke von 25 um aufgebracht und getrocknet, um einen Cyan-durchlässigen Farbfilter zu erzeugen.
Beispiel 6
Ein Gast/Wirt-Magenta-durchlassender gefärbter Polarisator (läßt parallel zur Beschichtungsrichtung polarisiertes Magenta-farbenes Licht durch und absorbiert im wesentlichen das gesamte andere sichtbare Licht) wurde durch Kombination der nachstehenden Zutaten in Lösung hergestellt (angegeben in Gewichtsanteilen):
20 Teile 16-prozentige Wirtslösung der Verbindung B
0,8 Teile "Black RPM" (Crompton & Knowles)
0,2 Teile "Yellow DJR" (Crompton & Knowles)
0,24 Teile "Reactive Red KB" (Keystone Corp.)
Diese Gast/Wirt-Lösung wurde auf ein Glassubstrat als Schicht mit einer Naßdicke von 25 um aufgebracht und getrocknet, um einen Magenta-durchlässigen Farbfilter zu erzeugen.
Beispiel 7
Ein Gast/Wirt-Gelb-durchlassender gefärbter Polarisator (läßt parallel zur Beschichtungsrichtung polarisiertes Gelb farbenes Licht durch und absorbiert im wesentlichen das gesamte andere sichtbare Licht) wurde durch Kombination der nachstehenden Zutaten in Lösung hergestellt (angegeben in Gewichtsanteilen):
20 Teile 16-prozentige Wirtslösung der Verbindung B
0,8 Teile "Black RPM" (Crompton & Knowles)
0,2 Teile "Yellow DJR" (Crompton & Knowles)
0,2 Teile "Golden Yellow EG 150" (Keystone Corp.)
Diese Gast/Wirt-Lösung wurde auf ein Glassubstrat als Schicht mit einer Naßdicke von 25 um aufgebracht und getrocknet, um einen Gelb-durchlässigen Farbfilter zu erzeugen.
Beispiel 8
Ein Donatorelement für eine lichtinduzierte thermische Übertragung gefärbter Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch Schichtaufbringung einer 2 um dicken Licht/Wärme-Umwandlungsschicht, welche in einem thermoplastischen Binder verteilten Ruß enthielt, auf eine 100 um dicke Polyethylenterephthalat-(PET-)Basisunterlage aufgebracht, durch Schichtaufbringung einer 1,5 um dicken Polymerzwischenschicht auf die Licht/Wärme-Umwandlungsschicht aufgebracht, und durch Schichtaufbringung der Cyan-farbenen Gast/Wirt-Lösung von Beispiel 4 auf die Zwischenschicht als die Transferschicht des Donatorelementes aufgebracht. Die Cyan-farbene Gast/Wirt-Polarisatortransferschicht wurde auf eine Dicke von 2 bis 5 μm getrocknet.
Das Donatorelement wurde auf einem Glasaufnehmersubstrat mit der Cyan-farbenen Transferschicht den Aufnehmer kontaktierend angeordnet und durch Vakuum in seiner Lage festgehalten. Streifen der gefärbten Polarisatortransferschicht wurden bildweise von dem Donatorelement auf den Empfänger übertragen, wenn das Donatorelement mit Licht von 1064 nm aus einem Nd:YAG-Laser mit einer Strahlpunktgröße von 140 μm × 150 μm und 8 Watt Leistung und einer variablen Verweilzeit abgebildet wurde.

Claims

Gast/Wirt-Polarisator, mit: einer Wirtsmatrix; einem oder mehreren ersten Gastfarbstoffen, die in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert sind, daß sie einen ersten Anteil von sichtbarem Licht mit einem ersten Polarisationszustand absorbieren; und einem oder mehreren zweiten Gastfarbstoffen, die in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert sind, daß sie einen zweiten Anteil von sichtbarem Licht mit einem zweiten Polarisationszustand absorbieren; dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Polarisationszustand orthogonal zu dem ersten Polarisationszustand ist.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der Gast/ Wirt-Polarisator eine Farbe von Licht des ersten Polarisationszustandes durchläßt und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht des zweiten Polarisationszustandes absorbiert.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der Gast/ Wirt-Polarisator eine erste Farbe von Licht des ersten Polarisationszustandes und eine zweite Farbe von Licht des zweiten Polarisationszustandes durchläßt.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei die Wirtsmatrix ein Flüssigkristallmaterial aufweist.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 4, wobei das Flüssigkristallmaterial einen lyotropen Flüssigkristall aufweist.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 4, wobei das Flüssigkristallmaterial einen nematischen Flüssigkristall aufweist.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 4, wobei das Flüssigkristallmaterial eine Triazingruppe aufweist.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren ersten Gastfarbstoffe einen parallelfarblosen Farbstoff aufweisen.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren ersten Gastfarbstoffe einen reaktiven Farbstoff aufweisen.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren ersten Gastfarbstoffe eine Triazingruppe aufweisen.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren ersten Gastfarbstoffe wenigstens zwei unterschiedliche Farbstoffverbindungen aufweisen.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren zweiten Gastfarbstoffe einen senkrechtfarblosen Farbstoff aufweisen.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren zweiten Gastfarbstoffe einen Direktfarbstoff aufweisen.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei jeder von dem einem oder mehreren ersten und dem einem oder mehreren von dem zweiten Gastfarbstoffen wenigstens zwei unterschiedliche Farbstoffverbindungen aufweisen.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren ersten Gastfarbstoffe einen parallelfarblosen Farbstoff und der zweite Gastfarbstoff einen senkrecht-farblosen Farbstoff aufweist.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, wobei der Gast/ Wirt-Polarisator in einer Transferschicht eines Donatorelementes angeordnet ist, das eine Basisunterlage, einen Licht/Wärme-Wandler und die Transferschicht aufweist, wobei die Transferschicht in einer bildweisen Art auf ein Empfängersubstrat nach einer selektiven Beleuchtung des Donatorelementes übertragbar ist, wenn die Transferschicht in einem Kontakt mit dem Empfänger angeordnet ist.
Gast/Wirt-Polarisator nach Anspruch 1, welcher ferner einen dichroitischen Polarisator aufweist, welcher angrenzend an den Gast/Wirt-Polarisator angeordnet ist und eine Transmissionsachse besitzt, die so ausgerichtet ist, daß sie Licht mit einem von dem ersten Polarisationszustand oder dem zweiten Polarisationszustand durchläßt.
Verfahren zum bildweisen Plazieren polarisierender Elemente mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Donatorelementes, das eine Basisunterlage, eine Transferschicht und eine Licht/Wärme-Umwandlungsschicht, welche zwischen der Basisunterlage und der Transferschicht angeordnet ist, aufweist, wobei die Transferschicht einen Gast/Wirt-Polarisator aufweist, wobei der Gast/Wirt-Polarisator eine Wirtsmatrix, einen oder mehrere erste Farbstoffe, die in der Wirtsmatrix angeordnet und so orientiert sind, daß sie einen ersten Anteil von sichtbarem Licht mit einem ersten Polarisationszustand absorbieren, und einen oder mehrere zweite Gastfarbstoffe enthält, die in der Wirtsmatrix angeordnet und so orien tiert sind, daß sie einen zweiten Anteil von sichtbarem Licht mit einem zweiten Polarisationszustand orthogonal zu dem ersten Polarisationszustand absorbieren; b) Anordnen der Transferschicht des Donatorelementes in Kontakt mit einem Empfängersubstrat; c) Übertragen von Abschnitten der Transferschicht von dem Donatorelement auf ausgewählte Bereiche des Empfängersubstrats, indem ausgewählte Bereiche des Donatorelementes einer Abbildungsstrahlung ausgesetzt werden; und d) Entfernen des Donatorelementes von dem Empfängersubstrat.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die abbildende Strahlung Licht aus einem Laser aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Empfänger Glas aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Empfänger einen Polymerfilm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Empfänger ein Anzeigesubstrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Gast/Wirt-Polarisator eine Farbe von Licht des ersten Polarisationszustandes durchläßt und im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht des zweiten Polarisationszustandes absorbiert.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Gast/Wirt-Polarisator eine erste Farbe von Licht des ersten Polarisationszustandes und eine zweite Farbe von Licht des zweiten Polarisationszustandes durchläßt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Wirtsmatrix ein Flüssigkristallmaterial aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner die Wiederholung der Schritte a), b), c) und d) unter Verwendung eines zweiten Donatorelementes mit einer zweiten Transferschicht aufweist, welche einen zweiten Gast/Wirt-Polarisator aufweist.
Farb-Flüssigkristall-Anzeige, welche ein Flüssigkristallmaterial aufweist, das zwischen zwei parallelen Anzeigeplattensubstraten angeordnet ist, wobei wenigstens einer von den Anzeigeplattensubstraten eine Anordnung von darauf angeordneten Farbfiltern aufweist, wobei wenigstens einer von den Farbfiltern einen Gast/Wirt-Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.