DE69632523T2

DE69632523T2 - Beleuchtungssystem, linearer polarisator für ein solches beleuchtungssystem und anzeigevorrichtung mit einem solchen beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE69632523T2
Application number: DE69632523T
Authority: DE
Inventors: Jan Dirk BROER; Albertus Johannes VAN HAAREN; Neeltje Grietje MOL; Frans Leenhouts
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: CN1130590C; WO1997019385A1; EP0804749B1; JP3916667B2; JPH10513578A; CN1169188A; DE69632523D1; US5825444A; EP0804749A1; TW392051B; ATE267411T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem mit einer fluoreszierenden Lampe und einem cholesterischen Breitbandpolarisator. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen linearen Polarisator, der auf geeignete Art und Weise in einem derartigen Beleuchtungssystem verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Wiedergabeanordnung mit einem derartigen Beleuchtungssystem.
Ein Beleuchtungssystem der eingangs beschriebenen Art ist an sich aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A 606.940 auf den Namen der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung bekannt. In 8 der genannten Veröffentlichung wird eine Beschreibung eines Beleuchtungssystems in Form eines Gehäuses mit drei Leuchtstofflampen und einem cholesterischen Breitbandpolarisator gegeben. Leuchtstofflampen sind mit einer Schicht aus einem fluoreszierenden Material versehen, das im Allgemeinen aus drei verschiedenen fluoreszierenden Verbindungen zusammengesetzt ist, die je eine spezifische Fluoreszenzwellenlänge haben. Im Allgemeinen werden Gemische aus fluoreszierenden Verbindungen verwendet, deren wichtigsten Fluoreszenzbänder bei etwa 435 nm (blau), etwa 545 nm (grün) und etwa 610 nm (rot) liegen. Die Bandbreite des Emissionsspektrums der Leuchtstofflampen ist viel kleiner als die von Glühlampen oder von dem Standard-Sonnenlicht.
Der bei dem bekannten Beleuchtungssystem verwendete Polarisator umfasst eine Schicht aus einem polymeren Material mit einer cholesterischen Ordnung, der sog. cholesterischen Schicht. Mit Hilfe dieser Schicht wird der Polarisationszustand des durch den polarisator hindurch gehenden Lichtes beeinflusst. Das polymere Material der cholesterischen Schicht ist derart geordnet, dass eine Molekülspirale unterschieden werden kann, wobei die Achse dieser Spirale sich senkrecht zu der genannten cholesterischen Schicht erstreckt. Der oben beschriebene Polarisator hat eine große Bandbreite, weil die Steigung der Molekülspirale von einem minimalen Wert an einer ersten Fläche der cholesterischen Schicht zu einem maximalen Wert an der zweiten Fläche der Schicht ansteigt. In dem Fall schmalbandiger Polarisatoren ist die Steigungslänge der Molekülspirale im Wesentlichen durch die ganze Schicht hindurch konstant.
In Versuchen hat es sich herausgestellt, dass das bekannte Beleuchtungssystem mit den Leuchtstofflampen einen wesentlichen Nachteil in Bezug auf Die Sehwinkelabhängigkeit des Systems hat. Es hat sich herausgestellt, dass es unter vielen Umständen eine relativ große Variation in der Helligkeit und Farbe des übertragenen Lichtes gibt, wenn die Sehrichtung gegenüber dem System geändert wird. Dieses Nachteil ist problematisch, insbesondere, wenn ein derartiges Beleuchtungssystem in einer Wiedergabeanordnung verwendet wird.
Es ist daher u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung den oben genannten Nachteil zu überwinden. Die vorliegende Erfindung hat insbesondere die Aufgabe, ein Beleuchtungssystem und eine Wiedergabeanordnung mit einer geringen Sehwinkelabhängigkeit von der Helligkeit und Farbe zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen linearen Polarisator zu schaffen, der es ermöglicht, dass diese Aufgabe in einer Wiedergabeanordnung und in einem Beleuchtungssystem erfüllt werden.
Diese und andere Aufgabe werden erfüllt mit Hilfe eines Beleuchtungssystems, das eine Leuchtstofflampe und einen cholesterischen Breitbandpolarisator mit einer Schicht aus einem polymeren Material mit einer cholesterischen Ordnung aufweist, wobei das genannte Material derart geordnet ist, dass die Achse der Molekülspirale sich senkrecht zu der Schicht erstreckt und die Steigung der Molekülspirale von einem minimalen Wert an einer ersten Fläche der cholesterischen Schicht zu einem maximalen Wert an der zweiten Fläche der Schicht zunimmt, mit dem Kennzeichen, dass der Polarisator in dem Beleuchtungssystem derart vorgesehen ist, dass die cholesterische Schicht mit der ersten Fläche der Strahlungsquelle zugewandt ist und dass der Wert des Produktes p_maxn_e aus dem Maximalwert der Steigung in der cholesterischen Schicht p_max und der außergewöhnlichen Brechzahl n_e zwischen 0,61 μm und 0,76 μm liegt.
Der Erfindung liegt u. a. die versuchsweise erhaltene Erkenntnis zugrunde, dass die Bandbreite des cholesterischen Polarisators genau an die Bandbreite des Emissionsspektrums der verwendeten Leuchtstofflampe(n) angepasst werden soll. Im Falle eines genau angepassten Polarisators hat es sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Sehwinkelabhängigkeit des Beleuchtungssystems gering ist was die Intensität und die Verfärbung des kreuzweise übertragenen Lichtes anbelangt. Dies gilt sogar wenn der Akzeptanzwinkel 30° oder mehr gegenüber der Normalen auf der cholesterischen Schicht beträgt.
Es hat sich herausgestellt, dass das Produkt p_max·n_e der cholesterischen Schicht genau auf die Bandbreite der verwendeten Leuchtstofflampen abgestimmt sein soll. Einerseits soll der Wert dieses Produktes maximal 0,76 μm sein. Bei größeren Werten nimmt die Sehwinkelabhängigkeit der Intensität des übertragenen Lichtes unakzeptierbar große Werte an. Andererseits soll der Wert dieses Produktes minimal 0,61 μm betragen. Bei kleineren Werten nimmt Verfärbung im Falle kreuzweise auftreffenden Lichtes mit einem Akzeptanzwinkel von beispielsweise über 30° unerwünscht große Werte an. Eine optimale Anpassung der cholesterischen Schicht an herkömmliche Leuchtstofflampen wird erhalten, wenn das oben genannte Produkt zwischen 0,63 μm und 0,74 μm liegt. Unter herkömmlichen Leuchtstofflampen soll in diesem Zusammenhang Lampen verstanden werden, deren wichtigste Fluoreszenzbänder bei 435 nm, 545 nm und 610 nm liegen.
In dem Beleuchtungssystem nach der vorliegenden Erfindung soll der cholesterische Breitbandpolarisator gegenüber der Strahlungsquelle derart angeordnet werden, dass die Fläche des Polarisators mit der kleinsten Steigung der Leuchtstofflampe zugewandt ist. Es hat sich herausgestellt, dass in dieser Konfiguration eine unerwünschte Färbung des Lichtes, das in einem Winkel ausgestrahlt wird, wesentlich geringer ist als in der Konfiguration, wobei die Strahlungsquelle sich an der anderen Seite des Polarisators befindet. Die genannte Farbverteilung tritt auf, wenn das System in einem (polaren) Winkel betrachtet wird, der größer ist als ein spezifischer minimaler Wert oder diesem Wert entspricht. Außerdem haben Versuche gezeigt, dass die Konfiguration nach der vorliegenden Erfindung eine viel geringere Sehwinkelabhängigkeit von der Intensität des hinduchgegangen Lichtes hat als die Konfiguration, wobei die Fläche des Polarisators mit der größten Steigung der Leuchtstofflampe zugewandt ist.
Es sei bemerkt, dass in der internationalen Patentanmeldung WO 96/02016 auf den Namen der Anmelderin der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung eines Beleuchtungssystems gegeben worden ist, das eine Strahlungsquelle und einen cholesterischen Breitbandpolarisator aufweist. Bei diesem System ist die Fläche des Polarisators mit der maximalen Steigungslänge der Strahlungsquelle zugewandt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Beleuchtungssystems nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das Beleuchtungssystem ebenfalls eine Viertel-Lambda-Platte aufweist, die auf der Seite des Polarisators liegt, die von der Lichtquelle abgewandt ist. Durch das Vorhandensein dieser Viertel-Lambda-Platte wird das Licht, das von dem Beleuchtungssystem ausgestrahlt wird, linear polarisiert. Beim Fehlen einer derartigen Viertel-Lambda-Platte wird kreisförmig polarisiertes Licht erhalten. Insbesondere Beleuchtungssysteme, die linear polarisiertes Licht erzeugen, sind geeignet zur Verwendung in kommerziell verfügbaren Wiedergabeanordnungen. Es sei bemerkt, dass in diesem Zusammenhang unter einer Viertel-Lambda-Platte eine doppelbrechende Schicht verstanden werden soll, die ggf. laminiert sein kann, deren optische Verzögerung bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm zwischen 125 und 150 nm liegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Beleuchtungssystems nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Viertel-Lambda-Platte auf der zweiten Fläche des Breitbandpolarisators liegt. Durch die Tatsache, dass die Viertel-Lambda-Platte und der Polarisator aufeinander vorgesehen sind, so dass sie in direktem Kontakt miteinander sind, zeigt das Beleuchtungssystem nach dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geringere Reflexionsverluste.
Eine weitere interessante Ausführungsform des Beleuchtungssystems nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Viertel-Lambda-Platte aus einer Folie aus orientiertem polymerem Material hergestellt ist. In Theorie können Viertel-Lambda-Platten verwendet werden, die aus anorganischem Material, wie Kalzit, hergestellt sind. Der Unterschied aber zwischen der gewöhnlichen und der außergewöhnlichen Brechzahl dieses Materials ist relativ groß. Dadurch muss die Dicke der Viertel-Lambda-Platte etwa 0,8 μm betragen, damit sie geeignet ist für ein Beleuchtungssystem zur Verwendung in einem sichtbaren Teil des Spektrums. In der Praxis aber kann eine derartige geringe Dicke für Platten mit einer Oberfläche von 10 cm² oder mehr kaum, oder vielleicht überhaupt nicht verwirklicht werden. Außerdem Viertel-Lambda-Platten auf Basis von orientierten Folien sind viel preisgünstiger als Viertel-Lambda-Platten, hergestellt aus anorganischem Material. Derartige orientierte Folien können dadurch erhalten werden, dass bestimmte monomere Gemische auf einer orientierten Fläche polymerisiert werden zum Bilden einer Folie. Eine derartige Oberfläche kann durch Reibung in einer bestimmten Richtung orientiert werden. Die Herstellung derartiger Folien erfolgt üblicherweise durch Straffung einer fertig gestellten Folie in einer bestimmten Richtung. Sehr gute Ergebnisse wurden erzielt durch Verwendung einer gestrafften Folie aus substituiertem oder nicht substituiertem Polystyrol oder einem Kopolymer daraus. Befriedigende Ergebnisse wurden ebenfalls erhalten durch Verwendung einer Folie aus Polycarbonat.
Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform umfasst das Beleuchtungssystem nach der vorliegenden Erfindung einen dichroitischen Polarisator, der sich auf der Seite der Viertel-Lambda-Platte befindet, die von dem cholesterischen Polarisator abgewandt ist. Das Vorhandensein eines derartigen Polarisators führt zu einem höheren Kontrast des betreffenden Beleuchtungssystems. Der dichroitische Polarisator befindet sich vorzugsweise auf der Viertel-Lambda-Platte. Diese Konfiguration führt zu geringeren Reflexionsverlusten des auftreffenden Lichtes.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen linearen Polarisator zur Verwendung in einem Beleuchtungssystem. Dieser lineare Polarisator weist nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass er einen cholesterischen Breitbandpolarisator sowie eine Viertel-Lambda-Platte aufweist, wobei der genannte Polarisator eine Schicht aus einem polymeren Material mit einer cholesterischen Ordnung aufweist, wobei dieses Material derart geordnet ist, dass die Achse der Molekülspirale senkrecht zu der Schicht gerichtet ist, und die Steigung der Molekülspirale von einem Minimalwert an einer ersten Fläche der cholesterischen Schicht zu einem Maximalwert an der zweiten Fläche der Schicht zunimmt, dadurch gekennzeichnet, wobei die Viertel-Lambda-Platte sich auf der zweiten Fläche des Polarisators befindet, und der Wert des Produktes p_max·n_e aus dem Maximalwert der Steigung in der cholesterischen Schicht p_max und der außergewöhnlichen Brechzahl n_e zwischen 0,61 μm und 0,76 μm liegt.
In dem linearen Polarisator nach der vorliegenden Erfindung befindet sich der cholesterische Breitbandpolarisator derart gegenüber der Viertel-Lambda-Platte, dass die Fläche des Polarisators mit der größten Steigung die genannte Platte physikalisch berührt. Die Verwendung eines linearen Polarisators dieser Konfiguration in einem Beleuchtungssystem mit einer herkömmlichen Leuchtstofflampe gewährleistet, dass die unerwünschte Verfärbung des ausgestrahlten Lichtes als eine Funktion des Sehwinkels wesentlich geringer ist als in der Konfiguration, wobei der cholesterische Polarisator die Viertel-Lambda-Platte mit der gegenüber liegenden Fläche physikalisch kontaktiert. Außerdem haben Versuche gezeigt, dass in der Konfiguration des linearen Polarisators nach der vorliegenden Erfindung die Sehwinkelabhängigkeit von der Intensität des übertragenen Lichtes des Beleuchtungssystems viel geringer ist als bei der anderen Konfiguration. Diese geringe Sehwinkelabhängigkeit kann weitgehend ein Beitrag sein von der Tatsache, dass die Bandbreite des Polarisators an die Bandbreite der verwendeten Leuchtstofflampe angepasst wird.
Eine andere günstige Ausführungsform des linearen Polarisators nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Viertel-Lambda-Platte aus einer Folie aus einem orientierten polymeren Material hergestellt ist. Die Verwendung derartiger Kunststofffolien steigert die leichte Herstellung, weil dieser Typ von Folien relativ einfach verarbeitet werden kann. Weiterhin sind derartige Folien relativ preisgünstig. Ein linearer Polarisator, der sehr befriedigend funktioniert, wird erhalten, wenn gestraffte Folien aus substituiertem oder nicht substituiertem Polystyrol oder Kopolymeren davon verwendet werden. Gute Ergebnisse können ebenfalls durch Verwendung von Polycarbonat erhalten werden.
Noch eine andere vorteilhafte Ausführungsform des linearen Polarisators nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass auf der Fläche der Viertel-Lambda-Platte, die von dem cholesterischen Breitbandpolarisator abgewandt ist, ein dichroitischer Polarisator vorhanden ist. Die Verwendung eines linearen Polarisators nach der vorliegenden Erfindung in einem Beleuchtungssystem führt zu einer Steigerung des Kontrastes.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Wiedergabeanordnung. Die Wiedergabeanordnung umfasst ein Beleuchtungssystem, wie oben beschriebe, sowie eine Wiedergabeplatte. Die genannte Wiedergabeplatte umfasst zwei transparente Substrate, zwischen denen, wie bei einem Sandwich, ein Flüssigkristallmaterial vorgesehen ist, ein Elektrodenmuster und ein Antriebsmittel für diese Elektroden. Dadurch, dass örtlich elektrische Felder an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden, wird ein Bild geschaffen. Die Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung kann von dem ferroelektrischen, dem antiferroelektrischen, nicht verdrillt nematischen, verdrillt nematischen oder superverdrillt nematischen Typ sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Beleuchtungssystems nach der vorliegenden Erfindung,
2 Strukturformeln von Verbindungen, die bei der Herstellung des linearen Polarisators nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können,
3 eine Graphik, wobei die Steigung P und die Reflexionswellenlänge R eines cholesterischen Polarisators als eine Funktion des Mischverhältnisses der verwendeten nematischen und cholesterischen Monomere aufgetragen sind,
4 eine Graphik, wobei die minimale Reflexion und die minimale Transmission als eine Funktion des Produktes p_max·n_e eines cholesterischen Polarisators aufgetragen sind,
5 einen Schnitt durch zwei Ausführungsformen eines linearen Polarisators nach der vorliegenden Erfindung,
6 einen schematischen Schnitt durch eine Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
Es sei bemerkt, dass der Deutlichkeit halber die Teile in den Figuren nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind.
1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Ausführungsform des Beleuchtungssystems nach der vorliegenden Erfindung. Das genannte System umfasst eine Strahlungsquelle 1 und eine Form von Leuchtstofflampen, einen Reflektor 4 und einen Diffusor 5. Es sei bemerkt, dass statt einer Anzahl einzelner Leuchtstofflampen, auf alternative Weise eine einzelne Leuchtstoffröhre verwendet werden kann, insbesondere von dem Meander-Typ. Das von der Lichtquelle 3 erzeugte nicht polarisierte Licht wird, nötigenfalls über Reflexion an einem Reflektor 4, über den Diffusor in der Richtung des Breitbandpolarisators geführt. Der genannte Reflektor 4 kann aus Gummi, gefüllt mit einem weißen Pigment, wie Titandioxid oder Bariumsulfat, hergestellt sein. Der genannte Reflektor kann auch aus einem Metallfilm bestehen. Der Diffusor 5 kann aus einer Streufolie bestehen. Die hier beschriebene Strahlungsquelle 1 sorgt dafür, dass das nicht polarisierte Licht auf eine sehr einheitliche Art und Weise auf den cholesterischen Polarisator 2 trifft. Es sei bemerkt, dass der Ausdruck "Strahlungsquelle" in breitem Sinne aufgefasst werden soll. Dieser Ausdruck umfasst beispielsweise auch eine Lichtleiterschicht, die Strahlung reflektiert, erzeugt mit Hilfe einer Leuchtstofflampe, die in der Nähe des Beleuchtungssystems vorgesehen ist, durch den Breitbandpolarisator hindurch. Die genannte Konstruktion wird auch als "Seitenbeleuchtung" bezeichnet.
Der Breitbandpolarisator 2 umfasst eine Schicht aus einem polymeren Material mit einer cholesterischen Ordnung, wobei das Material derart geordnet ist, dass die Molekülspirale senkrecht auf die cholesterische Schicht gerichtet ist. Die Steigung der Mole külspirale nimmt von einem Minimalwert an einer ersten Fläche der cholesterischen Schicht zu einem Maximalwert an der zweiten Fläche der Schicht zu. In diesem Fall befindet sich der Polarisator derart in dem Beleuchtungssystem, dass die cholesterische Schicht der Strahlungsquelle mit der ersten Fläche zugewandt ist. Weiterhin wird der maximale Wert der Steigung derart selektiert, dass diese optimal an herkömmliche Leuchtstofflampen angepasst wird. Dies bedeutet, dass der Wert des Produktes p_max·n_e aus dem maximalen Wert der Steigung in der cholesterischen Schicht p_max und der außergewöhnlichen Brechzahl n_e zwischen 0,61 μm und 0,76 μm liegt. Im Allgemeinen liegt die außergewöhnliche Brechzahl n_e con cholesterischen Schichten zwischen 1,6 und 1,7.
Die Europäische Patentanmeldung EP-A 606.940 beschreibt eine Anzahl Möglichkeiten der Herstellung eines cholesterischen Breitbandpolarisators. In dem vorliegenden Fall wurde ein Gemisch aus einem cholesterischen Diacrylat Cr70Ch921 verwendet, dessen Struktur der Formel (1) nach 2 entspricht, und einem nematischen Monoacrylat Cr100N1751, dessen Struktur der Formel (2) nach 2 entspricht. Eine geringe Menge eines Farbstoffes wurde diesem Gemisch hinzugefügt. Die chemische Struktur dieses Farbstoffes ist als (3) in 2 angegeben. Dieser Farbstoff hat eine maximale Extinktion von 32524 l/mol·cm bei einer Wellenlänge von 334 nm. Es wurde auch eine geringe Menge eines Photoinitiators (Formel 4 in 2) hinzugefügt. Das Gemisch wurde wie ein Sandwich zwischen zwei parallelen Substraten vorgesehen und danach mit Hilfe aktinischer Strahlung zum Aushärten gebracht. Beim Aushärten wurde ein Strahlungsprofil auf der zu polymerisierenden Schicht angebracht. Dadurch wurde eine kontinuierliche Variation in der Steigung der Molekülspirale des cholesterischen Materials erhalten. Beim Aushärten wird ein dreidimensionales polymeres Netzwerk gebildet. Die Molekülspirale mit einer variablen Steigung wird durch das Vorhandensein dieses Netzwerkes fixiert.
Die maximale und die minimale Steigung der cholesterischen Schicht kann durch Änderung des Mischverhältnisses des cholesterischen und des nematischen Monomers geändert werden. 3 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, bei denen das Mischverhältnis der Monomere (1) und (2) variiert wurde. In dieser Figur ist die Steigung P als eine Funktion der Menge an Monomer (1) gegenüber der Gesamtmenge an Monomeren (1) und (2) aufgetragen. Die Figur zeigt ebenfalls die relevante Reflexionswellenlänge R. Der Deutlichkeit halber wurde bei diesem Versuch beim Aushärten der cholesterischen Schicht kein Strahlungsprofil vorgesehen. Unter Verwendung der in dem genannten Patentdokument EP-A 606.940 gegebenen Daten kann eine cholesterische Schicht, deren Produkt p_max·n_e zwischen 0,61 μm und 0,76 μm liegt, vom Fachmann auf einfache Art und Weise hergestellt werden.
Die Sehwinkelabhängigkeit eines Beleuchtungssystems mit der oben genannten Struktur wurde überprüft. Es hat sich herausgestellt, dass die genannte Sehwinkelabhängigkeit viel kleiner war als die eines Systems, bei dem der cholesterische Breitbandpolarisator der Strahlungsquelle mit derjenigen Fläche zugewandt ist, welche die größte Steigung hat.
Das Beleuchtungssystem nach der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise auch eine Viertel-Lambda-Platte sowie einen dichroitischen Polarisator. Das Vorhandensein dieser Elemente aber ist nicht wesentlich für die Wirkung der vorliegenden Erfindung. Die Viertel-Lambda-Platte 6 und der dichroitische Polarisator 7 sind ebenfalls in 1 dargestellt. Sie sind vorzugsweise in dem Beleuchtungssystem als eine Drei-Schicht-Struktur einverleibt. Die genannten drei optischen Elemente können aber auf alternative Weise in dem System als einzelne Elemente einverleibt werden.
Ein Beleuchtungssystem der oben genannten Struktur wurde einer Anzahl Messungen ausgesetzt. Die zu diesem Zweck verwendeten Breitbandpolarisatoren umfassen eine 20 μm dicke Schicht aus einem cholesterischen Material, dessen Struktur oben angegeben ist. In jedem Polarisator war die Steigung der Molekülspirale an der Fläche der Schicht, die der Lichtquelle zugewandt war, 0,22 μm (Mindestwert). An der Fläche, die von der Lichtquelle abgewandt ist, variierte die Steigung der jeweiligen Polarisatoren von 0,60 bis 0,80 μm (Maximalwert). An dieser anderen Fläche der Breitbandpolarisatoren wurde nacheinander eine Viertel-Lambda-Platte aus Polycarbonat und ein dichroitischer Polarisator vorgesehen.
In 4 wird die Helligkeit der in dem oben stehenden Abschnitt beschriebenen linearen Polarisatoren ermittelt. Die Helligkeit L wurde in Transmission (L_t) und in Reflexion (L_r) als eine Funktion des Produktes P (nm) aus der maximalen Steigung in der cholesterischen Schicht (P_max) und der außergewöhnlichen Brechzahl (n_e) dieser Schicht ermittelt. Dieses Produkt entspricht der maximalen Wellenlänge in dem reflektierten Spektrum für senkrecht auftreffendes Licht und kann auf diese Weise für jeden beliebigen cholesterischen Reflektor gemessen werden. Für die Lichtquelle wird eine herkömmliche Leuchtstofflampe des oben definierten Typs verwendet.
Die Helligkeit (L) wird als psychometrische Helligkeit gegeben. Dieses Maß der Helligkeit wird derart konstruiert, dass Variationen in dieser Größe genau den Variationen entsprechen, wie diese von dem menschlichen Sehsystem als relevant erfahren werden. Zwischen der psychometrischen Helligkeit und der Lichthelligkeit gibt es eine nicht lineare Beziehung, weil die Empfindlichkeit des menschlichen Sehsystems für Variationen in der Intensität nicht linear sind.
4 zeigt, dass die minimale Helligkeit des übertragenen Lichtes L_t abnimmt, je nachdem das Produkt P_max·n_e zunimmt. Dies wird verursacht durch Änderungen in dem Zustand der Polarisation des Lichtes, das durch die cholesterische Schicht hindurch geht. In dieser Hinsicht sei es bemerkt, dass der Wert von n_e für dieselbe Schicht konstant ist. Wenn das Produkt p_max·n_e den Wert 0,76 μm übersteigt, nimmt die Helligkeit einen unakzeptabel niedrigen Wert ein. Vorzugsweise wird dieses Produkt kleiner als 0,74 μm gewählt.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Verringerung des Produktes p_max·n_e mit einer Steigerung der Sehwinkelabhängigkeit der Färbung des reflektierten Lichtes L_r. Wenn der Wert dieses Produktes zu klein ist, findet die Aufteilung des nicht polarisierten Lichtes in zwei Strahlen mit komplementären Polarisationszuständen nicht statt für den roten Teil des auftreffenden Lichtes. Dadurch wird der rote Anteil des Lichtes nicht reflektiert und folglich wird das Licht, das reflektiert wird, weniger hell und mehr gefärbt. Das reflektierte Licht wird depolarisiert und in dem Diffusor wieder reflektiert. Daraufhin wird das Licht wieder der cholesterischen Schicht zugeführt. Nun wird ein Teil dieses Lichtes durch den cholesterischen Polarisator hindurch geführt. Auf diese Weise wird eine Zunahme der Färbung in dem ursprünglich reflektierten Strahl für den Benutzer der Anordnung sichtbar. Es hat sich herausgestellt, dass diese Färbung unakzeptabel wird, wenn das Produkt p_max·n_e unterhalb 0,61 μm liegt. Vorzugsweise wird dieses Produkt derart gewählt, dass es über 0,63 μm liegt.
5 zeigt eine Anzahl linearer Polarisatoren nach der vorliegenden Erfindung. Der Polarisator 10 aus 5a umfasst einen cholesterischen Breitbandpolarisator 11 sowie eine Viertel-Lambda-Platte 12. Der cholesterische Breitbandpolarisator 11 umfasst eine Schicht aus einem polymeren Material mit einer cholesterischen Ordnung. Das Material ist derart geordnet, dass die Achse der Molekülspirale sich senkrecht zu der Schicht erstreckt. Weiterhin nimmt die Steigung der Molekülspirale von einem Mindestwert bei einer ersten Fläche 13 der cholesterischen Schicht zu einem Maximalwert an der zweiten Fläche 14 der genannten Schicht. Die Viertel-Lambda-Platte 12 befindet sich an der zweiten Fläche des Polarisators.
5b zeigt eine andere Ausführungsform des linearen Polarisators nach der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich zu einem cholesterischen Breitbandpolarisator 11 und einer Viertel-Lambda-Platte 12 umfasst der Polarisator 16 einen dichroitischen Polarisator 15. Dieser dichroitische Polarisator befindet sich an derjenigen Fläche der Viertel-Lambda-Platte, die von dem cholesterischen Polarisator angewandt ist.
Die linearen Polarisatoren aus 5 können dadurch hergestellt werden, dass einzelne Folien eines cholesterischen Breitbandpolarisators, eine Viertel-Lambda-Platte und nötigenfalls ein dichroitischer polarisator miteinander verbunden werden. Nötigenfalls kann der cholesterische Polarisator sich auf einem transparenten Substrat befinden. Der Polarisator kann auf alternative Weise zwischen zwei Substraten eingebettet sein. Es ist aber auf alternative Weise auch möglich, selbsttragende cholesterische Polarisatoren zu verwenden. Der dichroitische Polarisator besteht beispielsweise aus einer Schicht aus Polyvinylalkohol (PVA), wobei diese Schicht sich zwischen zwei Substraten aus Zelluloseazetat befindet. Die genannte PVA-Schicht wird gestrafft bis etwa das 6-fache der ursprünglichen Länge. Daraufhin wird sie mit einem Jodidkomplex oder einem organischen Farbstoff imprägniert. Die gestraffte PVA-Schicht und die Hinzufügungen bilden zusammen eine Schicht, die Licht mit einer Polarisation parallel zu der Richtung der Straffung absorbiert und Licht mit einer Polarisation, die senkrecht auf der genannten Richtung steht durchlässt. In dem linearen Polarisator soll die Hauptachse der Viertel-Lambda-Platte einen Winkel von 45° mit der Richtung der Lichtübertragung des dichroitischen Polarisators einschließen.
6 zeigt eine Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Die genannte Wiedergabeanordnung umfasst ein Beleuchtungssystem 20, wie in 1 detailliert beschrieben. Die jeweiligen Elemente dieses Beleuchtungssystems tragen die gleichen Bezugszeichen wie die aus 1. Das Beleuchtungssystem der Wiedergabeanordnung umfasst eine Strahlungsquelle 3 in Form einer meanderförmigen Leuchtstofflampe, einen Reflektor 4 und einen Diffusor 5. Das System umfasst ebenfalls einen cholesterischen Breitbandpolarisator 2, eine Viertel-Lambda-Platte 6 und einen dichroitischen Polarisator 7. In diesem Fall sind sie als ein Stapel auf einem Substrat 8 angebracht.
Die Wiedergabeanordnung umfasst ebenfalls eine Wiedergabeplatte 30. Diese Platte besteht aus zwei transparenten Substraten 21, die mit je einer Anordnung von Elektroden 22 und einer Orientierungsschicht 23 versehen sind. Die Elektroden bestehen aus einem transparenten elektrisch leitenden Material, wie Indiumzinnoxid (ITO). Die Orientierungsschichten können aus geriebenem polymerem Material, wie Polyimid oder PVA, oder aus kreuzweise gesprühtem Siliziumoxid bestehen. Zum Schluss befindet sich zwischen den Substraten eine Schicht 24 aus smektischem oder nematischem Flüssigkristallmaterial. Die Ordnung dieses Materials kann durch elektrische Felder beeinflusst werden, die örtlich mit Hilfe von Elektroden erzeugt werden können. Die Wiedergabeanordnung umfasst ebenfalls ein elektronisches Antriebsmittel für diese Elektroden. Der Deutlichkeit halber ist dieses Antriebsmittel in der Figur nicht dargestellt.
Für die Effektivität der vorliegenden Erfindung ist es von wesentlicher Bedeutung, dass die Wiedergabeanordnung einen cholesterischen Breitbandpolarisator aufweist, der richtig orientiert ist. Die Fläche des Polarisators, an der die Steigung des cholesterischen Materials am kleinsten ist, muss der (den) Leuchtstofflampe(n) zugewandt sein. Der Maximalwert und der Minimalwert des Produktes p_maxn_e aus der maximalen Steigung p_max und der außergewöhnlichen Brechzahl n_e soll wenigstens 0,61 μm und höchstens 0,76 μm betragen. Polarisatoren, die dieser Anforderung entsprechen, versehen die Wiedergabeanordnung mit einer überraschend niedrigen Sehwinkelabhängigkeit von der Helligkeit und der Farbe.

Claims

Beleuchtungssystem (20), das die nachfolgenden Elemente umfasst: eine fluoreszierende Lampe (3) und einen cholesterischen Breitbandpolarisator (2) mit einer Schicht aus einem polymeren Materials mit einer cholesterischen Ordnung, wobei das genannte Material derart geordnet ist, dass die Achse der Molekülspirale sich senkrecht zu der Schicht erstreckt, und wobei die Steigung der Molekülspirale von einem Minimalwert bei einer ersten Fläche der cholesterischen Schicht zu einem Maximalwert bei einer zweiten Fläche der Schicht zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator in dem Beleuchtungssystem derart vorgesehen ist, dass die cholesterische Schicht mit der ersten Fläche der Strahlungsquelle zugewandt ist und dass der Wert des Produktes p_maxn_e aus dem Maximalwert der Steigung in der cholesterischen Schicht p_max und der außergewöhnlichen Brechzahl n_e zwischen 0,61 μm und 0,76 μm liegt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, das ebenfalls eine Viertel-Lambda-Platte (6) aufweist, die auf der Seite des Polarisators liegt, die von der Lichtquelle abgewandt ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei die Viertel-Lambda-Platte auf der zweiten Fläche des Breitbandpolarisators liegt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Viertel-Lambda-Platte aus einer Folie aus orientiertem polymerem Material hergestellt ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ebenfalls einen dichroitischen Polarisator (7) aufweist, der sich auf derjenigen Seite der Viertel-Lambda-Platte befindet, die von dem cholesterischen Breitbandpolarisator abgewandt ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei der dichroitische Polarisator sich auf der Viertel-Lambda-Platte befindet.
Linearer Polarisator (10), der auf geeignete Art und Weise in einem Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 3–6 verwendet werden kann, mit einer Viertel-Lambda-Platte (11), die sich auf einer Fläche eines cholesterischen Breitbandpolarisators (12) befindet, wobei der Polarisator eine Schicht aus einem polymeren Material mit einer cholesterischen Ordnung aufweist, wobei dieses Material derart geordnet ist, dass die Achse der Molekülspirale senkrecht zu der Schicht gerichtet ist, und sie Steigung der Molekülspirale von einem Minimalwert an einer ersten Fläche (13) der cholesterischen Schicht zu einem Maximalwert an der zweiten Fläche (14) der Schicht zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Viertel-Lambda-Platte sich auf der zweiten Fläche des Polarisators befindet, und dass der Wert des Produktes p_max·n_e aus dem Maximalwert der Steigung in der cholesterischen Schicht p_max und der außergewöhnlichen Brechzahl n_e zwischen 0,61 μm und 0,76 μm liegt.
Linearer Polarisator nach Anspruch 7, wobei die Viertel-Lambda-Platte aus einer Folie aus einem orientierten polymeren Material hergestellt ist.
Linearer Polarisator nach Anspruch 8, wobei auf derjenigen Fläche der Viertel-Lambda-Platte, die von dem cholesterischen Breitbandpolarisator abgewandt ist, ein dichroitischer Polarisator (15) vorhanden ist.
Wiedergabeanordnung mit einem Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–6, sowie mit einer Wiedergabeplatte (30).