DE60204320T2

DE60204320T2 - Optischer mehrschichtfilm mit einer doppelbrechenden schicht

Info

Publication number: DE60204320T2
Application number: DE60204320T
Authority: DE
Inventors: I. Pavel LAZAREV; V. Michael PAUKSHTO
Original assignee: Optiva Inc
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: KR100657725B1; ATE296454T1; CN1639594A; AU2002322582A1; RU2226288C2; DE60204320D1; WO2003007025A2; EP1407296A2; WO2003007025A3; EP1407296B1; CN100406925C; JP2005526262A; KR20040031770A; JP4133809B2

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft anisotrope mehrlagige Dünnfilmbeschichtungen und kann bei der Herstellung von verschiedenen optischen Elementen verwendet werden, beispielsweise Polarisatoren, Strahlenteiler, Interferenzpolarisierlichtfilter, polarisierenden Spiegeln usw.
Hintergrund der Erfindung
Die gegenwärtig verwendeten Polarisatoren sind Polymerfilme, die durch monoaxiales Recken ausgerichtet und mit organischen Farbstoffen oder Jodverbindungen gefärbt werden. Als Polymer wird bei diesen Filmen üblicherweise Polyvinylalkohol (PVA) verwendet [ US 5007942 ]. Zusätzliche Schichten, beispielsweise eine Lackschicht, üben bei einem solchen Polarisator Schutz- und andere Funktionen aus und sind nicht für eine Optimierung des Lichttransports durch den Polarisator (der Lichtreflexion bei einem reflektierenden Polarisator) vom Gesichtspunkt der Lichtinterferenz aus vorgesehen.
Bekannt ist ein Polarisator [WO 95/17691], der einen vielschichtigen Aufbau mit wenigstens einer doppeltbrechenden Schicht auf der Dicke und wenigstens einem Interferenzextremum am Austritt des optischen Polarisators für wenigstens eine linear polarisierte Lichtkomponente aufweist. Dieser Polarisator hat abwechselnde Schichten aus zwei transparenten (im Arbeitswellenlängenbereich nicht absorbierenden) Polymermaterialien, von denen das eine doppelbrechend ist, während das andere optisch isotrop ist. Die Doppelbrechung bei dem polymeren Material wird dadurch erreicht, dass es in eine Richtung zwei bis zehn Mal gereckt wird.
Das Arbeitsprinzip eines solchen Polarisators ist wie folgt: Eine linear polarisierte Lichtkomponente, welcher der außerordentliche (größere) Brechungsindex der doppeltbrechenden Schicht entspricht, wird von dem mehrschichtigen optischen Polarisator aufgrund der Differenz in den Brechungsindices an den Grenzen zwischen der isotropen und der anisotropen Schicht stark reflektiert. Bei entsprechender Wahl der Dicke und der Brechungsindices der Schichten hat der optische Wegunterschied zwischen den von den Grenzen der Schichten reflektierten Wellenlängen eine ganze Zahl von Wellenlängen, d. h. es gibt ein Interferenzmaximum. In diesem Fall nimmt die Reflexion der linear polarisierten Lichtkomponente beträchtlich zu, der der außerordentliche (größere) Brechungsindex der anisotropen Schicht entspricht.
Der ordentliche (kleinere) Brechungsindex der anisotropen Schicht wird nahe bei dem Brechungsindex der isotropen Schicht liegend gewählt, so dass die andere linear polarisierte Komponente des einfallenden Lichts, welcher der ordentliche (kleinere) Brechungsindex entspricht, durch den mehrschichtigen optischen Polarisator ohne Reflexionen hindurchgeht.
Somit wird beim Einfall von nicht polarisiertem Licht auf den bekannten Polarisator eine linear polarisierte Lichtkomponente reflektiert, während die andere praktisch ohne Verluste durchgeht (der Polarisator funktioniert im Wesentlichen wie ein Strahlenteiler).
Ein mehrschichtiger Polarisator kann auch einen zusätzlichen dichroitischen Polarisator (mit schwachem Absorbtionsvermögen) enthalten, dessen Achse parallel zur Achse des reflektierenden Polarisators ist. Die Rolle des dichroitischen Polarisators besteht grundsätzlich in der Beseitigung von Reflexionen des Außenlichts, wenn ein solcher Kombinationspolarisator "in Transmission" arbeitet.
Einer der Nachteile des bekannten mehrschichtigen Polarisators ist die Notwendigkeit, eine große Anzahl von abwechselnden Schichten aufgrund des geringen Anisotropiegrads (der Differenz zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Brechungsindex) bei den transparenten Polymermaterialien zu verwenden. Üblicherweise überschreitet dieser Wert 0,2 nicht. Deshalb ist der Reflexionskoeffizient aus den Grenzen der Schichten klein und zur Erzielung eines hohen Reflexionskoeffizienten benötigt man im Allgemeinen 100 bis 600 Schichten, deren Ablage eine schwierige technische Herausforderung ist und spezielles Präzisionsgerät erfordert.
Bekannt ist ein Polarisator [WO 99/311535] mit wenigstens einer anisotrop absorbierenden Schicht, bei der wenigstens ein Brechungsindex mit der Wellenlänge zunimmt. Zur Steigerung der Effektivität der Lichtpolarisation hat man die Verwendung eines Mehrschichtpolarisators vorgeschlagen, bei dem die Dicke der Schichten und ihre Brechungsindices so gewählt werden, dass sich ein Interferenzextremum für wenigstens eine linear polarisierte Lichtkomponente ergibt. Dies ist der Polarisator in der sogenannten "Interferenzbauweise". Eine anormale Verteilung von wenigstens einem Brechungsindex in der anisotropen Schicht ermöglicht es, in einem weiten Spektralbereich Licht wirksam zu polarisieren. Bei der Kapazi tät des Materials der anisotropen Schicht wurde vorgeschlagen, entsprechende dichroide Farben, ihre Mischungen und Farben mit verschiedenen modifizierten Zusatzstoffen zu verwenden. Der Anisotropiegrad dieser Materialien ist beträchtlich höher als der von gereckten Polymerfilmen. Das moderne Niveau der technologischen Erfindung, insbesondere bei Displays, erfordert jedoch, Beschichtungen mit einem höheren Anisotropiegrad und perfekter Struktur zu erhalten.
Das Patent [ RU 2155978 ] beschreibt Polarisatoren mit einem Film aus dichroitischem organischem Material, dessen Moleküle oder Molekülfragmente eine flache Struktur haben und bei dem wenigstens ein Teil des Films eine kristalline Struktur hat. Insbesondere können solche Filme aus verschiedenen Farben und ihren Mischungen hergestellt werden. Die kristalline Struktur dieser Filme ermöglicht es, einen hohen Grad von Anisotropie und Homogenität der optischen Eigenschaften zu erhalten.
Versuche haben jedoch gezeigt, dass solche Filme hygroskopisch sind und einen zusätzlichen Schutz oder eine zusätzliche Behandlung erfordern, um ihre chemischen Eigenschaften zu modifizieren. Für diesen Zweck werden insbesondere die bereits fertig gestellten Filme mit Ionen der 2x- und 3x-Valenzmetallen behandelt.
Optische Eigenschaften der bekannten Filme werden durch den Ordnungsparameter bestimmt, der in diesem Fall die gemittelte Eigenschaft ist, wobei die spezielle Situation der optischen Achse der Kristallstruktur bezüglich des Substrats nicht berücksichtigt wird, was wiederum die Möglichkeit beschränkt "Film -Substrat"- Strukturen mit den gegebenen optischen Eigenschaften zu erhalten.
Weitere Literatur beschreibt auch andere vielschichtige Aufbauten mit einer optisch anisotropen Schicht, die einen anderen funktionellen Zweck haben (nicht nur auf das Polarisieren von Licht begrenzt). Ein Beispiel sind Interferenz-Polarisierungs-(IFP)-Lichtfilter, deren Funktion auf der Interferenz der polarisierten Strahlen basiert [Gvozdeva et al, Fisichaskaya optika, M. Mashinostroenie, 1991]. Die Besonderheit dieser Filter liegt in der Möglichkeit, sehr schmale spektrale Bereiche (auf bis zu 10^–2 nm) ohne irgendein Hintergrundgeräusch zu extrahieren. Zur Herstellung gesonderter Schichten von IFP verwendet man häufig dünne Platten verschiedener Kristalle, beispielsweise von Kristallquarz oder Islandspat.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf die Herstellung eines vielschichtigen optisch anisotropen Aufbaus gerichtet, der wenigstens eine Schicht mit einem hohen Anisotropiegrad und einem perfekten Aufbau hat, während die Brechungsindices und die Dicken aller Schichten und ihrer Kombination nach dem bekannten Gesetz entsprechend dem Zweck des Aufbaus so ausgewählt werden, dass ein Interferenzextremum für wenigstens eine Lichtpolarisierung bereitgestellt wird. Der Zweck eines solchen vielschichtigen optisch anisotropen Aufbaus ist nicht allein auf die Funktionen von "herkömmlichen Polarisatoren" begrenzt.
Durch Ablegen abwechselnder dielektrischer Filme mit hohem und niedrigem Brechungsindex und mit der erforderlichen optischen Dichte (gewöhnlich gleich oder teilbar durch λ/4) einschließlich auch wenigstens einer optisch anisotropen Schicht auf der Oberfläche des Substrats kann man die folgenden Hauptinterferenzbeschichtungen für wenigstens eine linear polarisierte Schichtkomponente erhalten:

– reflexionsverhindernd: Verringern der Reflexion für den schmalen oder breiten Bereich des Spektrums,
– spiegelartig: Steigern der Reflexion des einfallenden Lichts bis zu 80 bis 95% und mehr,
– Interferenzlichffilter: Extrahieren von Strahlbereichen verschiedener Breite aus dem kontinuierlichen Strahlungsspektrum, usw. [Gvozdeva et al., Fisichaskaya optika, M.: Mashinostroenie, 1991].

Das technische Ergebnis der hier geoffenbarten Erfindung ist die Steigerung der Effektivität bei der Transformation des einfallenden Lichtes entsprechend dem funktionellen Zweck des vielschichtigen optisch anisotropen Aufbaus aufgrund des produzierbaren hohen Grads an Anisotropie von wenigstens einer Schicht in dem Aufbau. Die Auswahl des Materials der anisotropen Schicht aus dem breiten Spektrum von organischen Verbindungen und ihren Mischungen, die eine stabile lyotrope Flüssigkristallphase bilden, ermöglicht das Erhalten einer Kristallschicht mit einem bestimmten vorgegebenen Verhältnis der Hauptwerte der Achsen der Ellipse des Imaginärteils und des Realteils des Brechungskoeffizienten. Das technische Ergebnis der Erfindung besteht auch in der gleichzeitigen Erhöhung der Haltbarkeit und Lagerfähigkeit dieses Aufbaus, während seine Dicke beibehalten oder verringert wird, in der Optimierung des vielschichtigen Aufbaus, in der Vereinfachung seiner Konstruktion und des Verfahrens zur Herstellung aufgrund der Möglichkeit der Wahl von Materialien mit den erforderlichen optischen Eigenschaften für gesonderte Schichten und in der Einstellung ihrer Di cke sowie in der Verarbeitbarkeit und Umweltfreundlichkeit wenigstens eines Teils der Fertigungsabläufe.
Bei Verwendung von zwei oder mehreren anisotropen kristallinen Schichten in dem erwähnten Aufbau mit dem Verhältnis der Hauptwerte der Achsen der Ellipse des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der Schichten gibt es neben dem einfachen Endergebnis einen zusätzlichen Effekt, der aus der Kombination der Kristallgitter und der Schichten resultiert und die Winkelverteilung der Effektivität der Transformation der einfallenden Strahlung steigert.
Die erforderliche Komponente des offenbarten Aufbaus, die die Anisotropie seiner Eigenschaften bestimmt, ist die optisch anisotrope wenigstens teilweise kristalline Schicht. Die anfängliche Materialauswahl für die Herstellung solcher Schichten wird durch das Vorhandensein eines Entwicklungssystems aus π-konjugierten Bindungen in den aromatischen konjugierten Zyklen und durch das Vorhandensein in Molekülgruppen, wie Amin-, Phenol-, ketonisch usw. bestimmt, die in der Ebene der Moleküle liegen und Teil des aromatischen Systems von Bindungen sind. Die Moleküle selbst oder ihre Fragmente haben eine flache Form. Beispielsweise können es organische Materialien sein, wie Indanthron (Küpenblau 4), Dibenzoimidazol-1,4,5,8-Naphthalentetrakarbonsäure (Küpenrot 14), Dibenzoimidazol-3,4,9,10-Perylentetrakarbonsäure, Chinacridon (Pigment Violett 19) und andere, wobei ihre Derivate sowie ihre Mischungen eine stabile lyotrope Flüssigkristallphase bilden.
Beim Auflösen einer solchen organischen Verbindung in dem geeigneten Lösungsmittel bildet sich ein Kolloidsystem (Flüssigkristalllösung), bei dem sich die Moleküle zu supramolekularen Komplexen zusammenballen, die kinetische Einheiten des Systems darstellen. LC scheint als der vorgeordnete Zustand des Systems von dem aus durch den Prozess der Ausrichtung der supramolekularen Komplexe und des darauf folgenden Entfernens des Lösungsmittels der anisotrope kristalline Film (oder mit anderen Worten der Filmkristall) erzeugt wird.
Das Verfahren zum Erzielen von dünnen anisotropen kristallinen Filmen aus kolloiden Systemen mit supramolekularen Komplexen umfasst

– das Ablegen dieses kolloiden Systems auf dem Substrat (oder auf einer Ware oder auf einer der Schichten des vielschichtigen Aufbaus), wobei das kolloide System auch thixotrop sein sollte, wofür das kolloide System sich auf einer bestimmten Temperatur befinden und eine bestimmten Konzentration der Dispersionsphase haben sollte;
– die Umformung des abgelegten oder des sich abscheidenden kolloiden Systems in den Zustand erhöhter Fluidität über irgendeinen äußeren Einfluss, der eine verringerte Viskosität des Systems bereitstellt (dies kann Erhitzen, Scherverformung usw. sein), wobei der äußere Einfluss während des gesamten darauffolgenden Prozesses der Ausrichtung fortdauern oder den geeigneten Zeitraum dauern kann, so dass das System nicht genug Zeit hat, sich in den Zustand höherer Viskosität während der Zeit des Ausrichtens zu entspannen;
– einen externen Ausrichteinfluss auf das System, der mechanisch oder mit irgendeinem anderen Verfahren ausgeführt werden kann, wobei das Ausmaß dieses Einflusses ausreichen sollte, dass die kinetischen Einheiten des kolloiden Systems die erforderliche Ausrichtung erhalten und den Aufbau bilden, der die Basis für das zukünftige kristalline Gitter der sich bildenden Schicht ist;
– die Umwandlung des ausgerichteten Bereichs der sich bildenden Sicht aus dem Zustand mit verringerter Viskosität, die durch den anfänglichen externen Einfluss erreicht wurde, in den Zustand mit der ursprünglichen oder sogar höheren Viskosität des Systems, wobei dies so erfolgt, dass keine Desorientierung des Aufbaus der sich formenden Schicht erfolgt und keine Defekte an seiner Oberfläche auftreten; und
– der abschließende Vorgang des Trocknens (Entfernen des Lösungsmittels) in dem Prozess, bei dem der kristalline Aufbau der Schicht gebildet wird.

In der erhaltenen Schicht sind die Molekülebenen parallel zueinander und die Moleküle bilden einen dreidimensionalen Kristall in wenigstens einem Teil der Schicht. Bei einer Optimierung dieses Herstellungsverfahrens kann man monokristalline Schichten erhalten. Die optische Achse in diesem Kristall ist senkrecht zu den Molekülebenen. Eine solche Schicht besitzt einen hohen Grad an Anisotropie und hat einen hohen Brechungsindex in wenigstens einer Richtung.
Die optische Anisotropie der Schicht wird durch Ellipsen des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex beschrieben, die die Winkelabhängigkeit des Absorptions- und Brechungskoeffizienten entsprechend charakterisieren, (den Imaginärteil und den Realteil des anisotropen Brechungsindex). Die folgenden Beziehungen sollten gleichzeitig für Komponenten des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der optisch anisotropen Schicht nach der Erfindung gültig sein: K1 ≥ K2 > K3, (n1 + n2)/2 > n3.
Die Komponenten des Realteils und des Imaginärteils des anisotropen Brechungsindex sowie die Richtung der Achsen der Ellipse können experimentell durch vorhandene ellipsometrische oder spektrophotometrische Verfahren bestimmt werden.
Die Bereitstellung der erforderlichen Anisotropie des Absorptions- und Brechungskoeffizienten sowie die Ausrichtung der Hauptachsen, d. h. der optischen Eigenschaften der anisotropen kristallinen Schicht in einem vielschichtigen Aufbau, ist dadurch möglich, dass eine bestimmte Winkelverteilung der Moleküle in dem polarisierenden Film auf der Oberfläche des Substrats aufgezwungen wird.
Es ist auch möglich, kolloide Systeme zu mischen (in diesem Fall bilden sich gemischte supramolekulare Komplexe in Lösung), um Schichten mit dazwischen liegenden optischen Eigenschaften zu erhalten. Die Absorption und die Brechung in Schichten, die aus Mischungen von kolloiden Lösungen erhalten werden, können verschiedene Werte innerhalb der Grenzen annehmen, die durch die ursprünglichen Komponenten bestimmt werden. Das Mischen verschiedener kolloider Systeme und die Ausbildung gemischter supramolekularer Komplexe ist aufgrund der Koinzidenz einer der Parameter der Moleküle aus den unterschiedlichen organischen Verbindungen möglich (0,34 nm (3,4A). Die weitere Bildung eines dreidimensionalen Kristalls in einer nassen Schicht während des Trocknens verläuft beträchtlich leichter.
Die Kontrolle über die Dicke der Beschichtung erfolgt durch Regulieren des Gehalts an Feststoff in der Abscheidelösung. Der technologische Parameter bei der Bildung solcher Schichten ist die Konzentration der Lösung, die herkömmlich während der Herstellung reguliert wird.
Der Grad der Kristallinität der Schicht kann mit einem Röntgenogramm oder mit optischen Methoden überwacht werden.
Die anderen Schichten in dem vielschichtigen Aufbau können aus verschiedenen Materialien – organisch oder anorganisch, mit einem bestimmten Brechungsparameter: Al₂O₃ (Brechungsindex n = 1,59), SiO₂ (1,46), TiO₂ (2,2 bis 2,6), MgF₂ (1,38) und anderen – gebildet werden. Die Schichten werden aus unterschiedlichen Substraten unter Verwendung der thermischen Verdampfung des Materials mit seiner darauffolgenden Abscheidung auf der Oberfläche des Substrats, einer chemischen Abscheidung aus Lösung, einer Kathodendispersion oder von chemischen Reaktionen des Substratmaterials mit einem ausgewählten Material erhalten. Daneben können diese Schichten zusätzliche Funktionen in dem Aufbau übernehmen, beispielsweise Schutz, Glättung, Haftung und andere.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung lässt sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstehen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen
1 und 2 schematisch einige der möglichen Varianten der Richtungen von Dipolmomenten der optischen Transitionen von Molekülen in dem kristallinen Aufbau der optisch aniostropen Schicht und entsprechende Ellipsen des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der Schicht zeigen,
3 den Vielschicht-Aufbau nach der offenbarten Erfindung zeigt, wie er in dem Ausführungsbeispiel beschrieben wird,
4 und 5 die spektralen Abhängigkeiten des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der anisotropen Schicht in dem Vielschicht-Aufbau zeigen und
6 die Reflexionsspektren des Lichts aus dem Vielschicht-Aufbau für die beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen zeigt.
Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Ein wesentliches Element des offenbarten Vielschicht-Aufbaus, aufgrund dessen das technische Ergebnis erzielt wird, ist wenigstens eine optisch anisotrope Schicht, die wenigstens teilweise kristallin ist. Die optische Anisotropie der Schicht wird durch die Ellipsen des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex beschrieben. Die Hauptachsen der Ellipsen des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex sind hier gleichgerichtet, sind jedoch im Allgemeinen willkürlich bezüglich des Koordinatensystems (1) X, Y, Z ausgerichtet, das dem Substrat (oder der vorhergehenden Schicht in dem Vielschicht-Aufbau zugeordnet ist). In dem Koordinatensystem X, Y und Z ist die Z-Achse längs der Senkrechten zu dem Substrat 1 ausgerichtet, während die X-Achse längs der Richtung der externen Ausrichtaktion 2 gerichtet ist. Die Y-Achse ist senkrecht zu der Ebene XZ gerichtet. Die Richtung der X-Achse fällt nicht notwendigerweise mit der Richtung der kleinen Achse (n₃, k₃) des Ellipsoids zusammen. Die kleine Achse ist in der Regel senkrecht zur Ebene der Moleküle oder der flachen Fragmente der Moleküle gerichtet. Die große Achse (n₁, k₁) ist dann längs der Primärausrichtung der Dipolmomente der optischen Transition der Moleküle gerichtet. Im Falle einer polykristallinen Struktur der Schicht kann die Richtung der Achsen (n₁, k₁), (n₂, k₂) und (n₃, k₃) der Ellipsoide sich für unterschiedliche Bereiche der Schicht (unterschiedliche Domänen) ändern.
Der Absorptionskoeffizient k₃ längs der Achse (n₃, k₃) hat einen Minimalwert. Für den Mehrschichtaufbau, der bei der Kapazität der Polarisators verwendet wird, wird bevorzugt, dass er sich Null nähert. Die Achse (n₁, k₁) fällt mit der Richtung zusammen, längs derer der Absorptionskoeffizient k₁ ein Maximum ist. Zu erwähnen ist auch, dass eine Verringerung von k, zu einer Erhöhung von k₂ führt, da dies die Reorientierung der Dipolmomente der optischen Transition einschließt, die von einer bestimmten Desorientierung der Moleküle in der Ebene (n₁, k₁ – n₂, k₂) begleitet wird.
Die Bereitstellung der erforderlichen Anisotropie des Absorptions- und Brechungskoeffizienten sowie die Ausrichtung der Hauptachsen ist dadurch möglich, dass dem polarisierenden Film auf der Oberfläche des Substrats eine bestimmte Winkelverteilung der Moleküle aufgeprägt wird. Wenn die Verteilungsfunktion bezüglich der Richtung der Ablage des Polarisators symmetrisch und senkrecht zum Substrat (2) ist, fallen die Achsen (n₁, k₁) und (n₃, k₃) der Ellipse des Absorptionskoeffizienten mit diesen Richtungen zusammen, d. h. der X- und der Z-Achse, während die dritte Achse (Y-Achse) senkrecht zu ihnen ausgerichtet ist. Die Achse der minimalen Absorption ist dann die X-Achse, während die Y-Achse die maximale Absorptionsachse ist. Im Falle einer asymmetrischen Winkelverteilung kann die Richtung der Achsen nicht mit den erwähnten Richtung zusammenfallen. Somit kann man durch Wählen des Fertigungsbereichs der anisotropen Schicht eine kristalline Schicht mit verschiedenen optischen Eigenschaften erhalten.
Die vorliegende Erfindung wurde bei der Herstellung eines vielschichtigen optischen Aufbaus ausgeführt, der gleichzeitig als reflektierender Polarisator und als Farbrandfilter in einer Anzeige wirkt. Der vielschichtige Aufbau hat drei Schichten (3), wobei die erste Schicht längs der Richtung des einfallenden Lichts die optisch anisotrope kristalline Schicht (TCF-R) 3, die zweite Schicht SiO₂ 4 und die dritte Schicht die optisch anisotrope Schicht 5 analog zur ersten war. Die Anordnung wurde von Glasplatten 6 auf beiden Seiten umschlossen. Die optisch anisotropen Schichten 3 und 5 wurden aus einer 7,5%igen wässrigen Lösung (LLC) einer Mischung von Cis- und Trans-Isomeren der Dibenzoimidazolnaphthalentetrakarbonsäure gebildet. Die 4 und 5 zeigen entsprechend die spektralen Abhängigkeiten des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der anisotropen Schicht 3.
Der vielschichtige Aufbau (3) wurde wie folgt erhalten. Zunächst wurde die anisotrope Schicht 5 TCF-R mit einer Dicke von 60 nm auf dem Glassubstrat 6 durch Abscheiden von LLC, seine Ausrichtung und das darauffolgende Entfernen des Lösungsmittels gebildet. Dann wurde die Schicht 4 aus SiO₂ (n = 1,51) mit einer Dicke von 100 nm abgeschieden, wobei eine weitere anisotrope Schicht 3 TCF-R mit einer Dicke von 60 nm so abgeschieden wurde, dass die Richtungen der optischen Achsen der ersten und zweiten anisotropen Schicht zusammenfallen. Auf der Oberseite wurde der optisch anisotrope vielschichtige Aufbau mit der anderen Glasplatte 6 abgedeckt.
6 zeigt die Spektren des Reflexionslichts durch den oben beschriebenen Aufbau mit zwei unterschiedlichen Polarisationsrichtungen der einfallenden Strahlung (R_per und R_par).
Der hier beschriebene optische anisotrope Aufbau ist ein wirksamer reflektierender Polarisator von grünem Licht (Wellenlängenbereich 530 bis 590 nm) mit einer scharfen Unterbrechung im Langwellenlängenbereich des Spektrums. Darüber hinaus beruhen die niedrigen Reflexionskoeffizienten im Langwellenlängenbereich ( λ > 600 nm) auf der Verringerung der Differenzen zwischen den Brechungsindices in den unterschiedlichen Schichten des Aufbaus im Bereichs des Spektrums, während sie in dem Kurzwellenlängenbereich ( λ < 500 nm) auf dem Vorhandensein des Absorptionsbands in der anisotropen Schicht beruhen. Daneben dient dieser Aufbau seinem Funktionszweck bei Einfallswinkeln, die beträchtlich von der Senkrechten abweichen.
Das vorstehende Beispiel ist ein spezieller Fall einer Ausgestaltung und begrenzt alle Möglichkeiten der Ausführung der offenbarten Erfindung, wie sie hier in den Ansprüche charakterisiert ist, nicht. Deshalb ist es möglich, vielschichtige Aufbauten mit optisch anisotropen Schichten herzustellen, die einen hohen Grad an Anisotropie und hohe Brechungsindices aufweisen (für wenigstens eine Richtung der optischen Achse) bei der Möglichkeit, die erforderlichen optischen Eigenschaften durch Verwendung von technologisch einfachen und umweltfreundlichen Methoden auszuwählen. Die hergestellten Schichten erscheinen als dichte Filme mit glatten Oberflächen, die eine zusätzliche Behandlung erfordern.
Referenzen:

[1] N.P. Gvozdeva et al., Fisichaskaya optika, M.: Mashinostroenie, 1991.
[2] US 5007942
[3] WO 95/17691
[4] WO 99/31535
[5] RU 2155978 (PCT Veröffentlichung in Russisch – WO 00/25155)

Claims

Optisch anisotropischer vielschichtiger Aufbau mit wenigstens mehreren Schichten, deren Brechungsindizes in wenigstens einem Bereich des Lichtspektrums, deren Dicke und deren Kombination so ausgewählt sind, dass ein Interferenzextremum für wenigstens eine Polarisation von Licht in dem Bereich des Spektrums und auf wenigstens einer Seite des optischen mehrschichtigen Aufbaus gebildet wird, wobei wenigstens eine der Schichten optisch anisotrop ist und aus wenigstens einem organischen Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Moleküle oder Molekülfragmente des organischen Materials eine flache Form haben und wenigstens ein Teil der Schicht eine kristalline Struktur hat, während die folgenden Beziehungen für die Hauptachsen von Ellipsoiden des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der anisotropen Schicht in dem Bereich von wenigstens einem der Absorptionsbänder des Schichtmaterials in dem Bereich mit linearen Abmessungen gelten, die nicht kleiner als die Wellenlänge des Maximums von wenigstens einem Absorptionsband ist, wobei K1 ≥ K2 > K3, (n1 + n2)/2> n3,wenn K₁, K₂, K₃ und n₁, n₂, n₃ entsprechend die Hauptwerte der Achsen der Ellipsoide des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der Schicht sind.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach Anspruch 1, bei welchem die folgende Beziehung für die Hauptwerte der Achsen der Ellipsoide des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex gilt: K3 < 0,2 · K1.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Richtungen, die dem maximalen und/oder minimalen Wert der Hauptwerte der Achsen der Ellipsoide des Imaginärteils und des Realteils des Brechungsindex der anisotropen Schicht entsprechen, in der Ebene liegen, die parallel zur Ebene des Substrats oder zu wenigstens einer der Schichten in dem Aufbau ist.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem man als organisches Material der optisch anisotropen Schicht wenigstens ein organisches Material verwendet, dessen chemische Formel wenigstens eine Ionen bildende Gruppe, die ihre Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln bereitstellt, um eine stabile lyotrope Flüssigkristallphase zu bilden, und/oder wenigstens eine keine Ionen bildende Gruppe, die ihre Löslichkeit in nichtpolaren Lösungsmitteln bereitstellt, um eine stabile lyotrope Flüssigkristallphase zu bilden, und/oder wenigstens ein Anti-Ion enthält, das im Verlauf der Bildung des anisotrop absorbierenden Films entweder in der Struktur von Molekülen verbleibt oder nicht.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem man als organisches Material wenigstens einen organischen Farbstoff verwendet, der in der Lage ist, Licht in wenigstens einem der spezifizierten Spektralbereiche von 200 bis 400 nm, von 400 bis 700 nm und von 0,7 bis 13 μm zu absorbieren.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die anisotrope Schicht von einer Vielzahl von supramolekularen Komplexen eines oder mehrer organischer Materialien gebildet wird.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das verwendete organische Material eine Mischung aus wenigstens zwei Farbstoffen ist, deren Moleküle oder deren Molekülfragmente eine Abmessung haben, die gleich 0,34 ± 0,02 nm (3,4 ± 0,2) ist.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als optisch anisotrope Schichten) wenigstens eine polarisierende Schicht und/oder wenigstens eine Schicht eines leitenden Materials und/oder wenigstens eine Phasenverschiebungsschicht und/oder wenigstens eine Ausrichteschicht und/oder wenigstens eine Schutzschicht und/oder wenigstens eine spiegelartig oder diffus reflektierende Schicht und/oder wenigstens eine Schicht enthält, die gleichzeitig als Kombination von wenigstens zwei dieser Schichten wirkt.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zusätzlich wenigstens eine polarisierende Schicht und/oder wenigstens eine Schicht eines leitenden Materials und/oder wenigstens eine Phasenverschiebungsschicht und/oder wenigstens eine Ausrichteschicht und/oder wenigstens eine Schutzschicht und/oder wenigstens eine LC-Schicht und/oder wenigstens eine spiegelartig oder diffus reflektierende Schicht und/oder wenigstens eine Schicht enthält, die gleichzeitig als Kombination von wenigstens zwei dieser Schichten wirkt.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dicke jeder der Schichten in dem Aufbau 10 μm nicht überschreitet.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die anisotrope Schicht an zwei andere Schichten in dem Aufbau oder an eine Schicht und das Substrat angrenzt.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens ein Brechungsindex der anisotropen Schicht größer als 2,2 im Bereich der Schichttransparenz ist.
Optisch anisotroper mehrschichtiger Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher einen Polarisator oder eine Reflex mindernde Schicht oder einen Interferenz-Polarisierungs-Lichtfilter oder einen Strahlenteiler oder einen polarisierenden Spiegel darstellt.