DE69832185T2

DE69832185T2 - Dichroischer polarisator

Info

Publication number: DE69832185T2
Application number: DE69832185T
Authority: DE
Inventors: Pavel Ivanovich Lazarev; Sergei Vasilievich Belyaev; Nkolai Vladimirovich Malimonenko; Alexandr Alexandrovich Miroshin
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: US6942925B1; WO1999008140A1; DE69832185D1; JP3792510B2; EP1014119A1; CN1109903C; RU2124746C1; EP1014119B1; CN1271422A; EP1014119A4; JP2001512845A

Description

Die Erfindung betrifft Polarisierungselemente und kann in Beleuchtungseinrichtungen, bei der Herstellung von Glasbaustoffen und optischen Geräten, zum Beispiel von Spektrophotometern und Sichtgeräten, eingesetzt werden.
Die Wirkungsweise dichroitischer Polarisatoren, betrachtet im Rahmen der vorgeschlagenen Erfindung, basiert auf der Eigenschaft einer Reihe von gewöhnlich als dichroitisch bezeichneten Materialien, orthogonale linear polarisierte Komponenten elektromagnetischer Strahlung unterschiedlich zu absorbieren.
Dichroitische Folienpolarisatoren genannt Polaroide oder polarisierende Lichtfilter sind die am häufigstens gebraucht. Gewöhnlich werden, um diese herzustellen, Molekülen oder Partikeln (zum Beispiel Mikrokristalle) enthaltenden Materialien eingesetzt, die zusammen mit starker Absorption einen starken Dichroismus in einem breiten Wellenlängenbereich aufweisen. In der Regel weisen diese Moleküle oder Teilchen langgestreckte Formen auf; daher erfolgt während der Herstellung eines Polarisators eine Orientierung von Molekülen oder Teilchen in der bestimmten (gewählten) Richtung, die auch als Absorptionsachse bekannt ist. Die Durchgangsebene des Polarisators (die Polarisatorebene) liegt dann senkrecht zur Absorptionsachse. Der Absorptionsgrad der Komponenten ist von der Schwingungsorientierung des elektrischen Vektors bezüglich der gewählten Richtung abhängig. Bei Betrachtung der Funktionsweise von Polarisatoren ist es zweckmäßig, die orthogonal polarisierten Komponenten nach ihrem Absorptionsgrad zu kennzeichnen. Ferner werden die Begriffe absorbierte (parasitäre) Komponente und nicht absorbierte (nutzbare) Komponente benutzt.
Zur Einschätzung des Wirkungsgrads (der Güte) von Polarisatoren, einschließlich dichroitischer Polarisatoren, und zu ihrem Vergleich werden normalerweise ihre Polarisationsfähigkeiten (ihr Polarisationsgrad) benutzt, die mit Hilfe verschiedener Verfahren bestimmt werden (A. I. Vanyurikhin, V. P. Gerchanovskaya, "Optical polarizing devices" (Optische Polarisationselemente), Kiew, Tekhnika, 1984 [1], S. 23, auf russisch). Ferner bedeutet der Polarisationsgrad den Wert, der für einen Durchlichtpolarisator mittels der Energiedurchlässigkeitsfaktoren T₁ bzw. T₂ für die nicht absorbierte bzw. die absorbierte orthogonal polarisiere Komponente bestimmt wird: P = (T1 – T2)/(T1 + T2),während er für den Reflexionspolarisator durch die energiebezogenen Reflexionskoeffizienten R₁ bzw. R₂ für die nicht absorbierte bzw. die absorbierte orthogonal polarisierte Komponente bestimmt wird: P = (R1 – R2)/(R1 + R2)
Dichroitische Polarisatoren bestehen bekanntlich aus Polymerfolien, die in einer Richtung stark gestreckt werden und dichroitische Moleküle enthalten, die beim Strecken orientiert werden, zum Beispiel die auf Polyvinylalkohol basierenden Iod-Polyvinyl-Polarisatoren ([1],S. 37-42). Diese Polarisatoren sind mehrschichtige Folien, die zusammen mit der polarisierenden Schicht auch die Verstärkungs-, Klebe- und Schutzschichten aufweisen. Der Grundnachteil der spezifizierten Folienpolarisatoren ist der für ihre Herstellung erforderliche, ziemlich hohe Arbeitsaufwand.
Der Polarisator, der dem hierin beschriebenen in seiner technischen Basis am nächsten kommt, ist der dichroitische Polarisator mit einem Substrat, auf dem eine molekular orientierte Schicht abgeschieden wird, die aus organischem Farbstoff im lyotropen Flüssigkristallzustand gewonnen wurde (PCT-Anmeldung 94/05493, CI. C09B31/147, 1994). Die Verwendung derartiger Farbstoffe ermöglicht es, die Technologie der Herstellung dichroitischer Polarisatoren erheblich zu vereinfachen und ihre Kosten entsprechend zu senken, aber die so erhaltenen dichroitischen Polarisatoren weisen keinen ausreichenden Polarisationsgrad auf.
WO 97/08692 beschreibt ein optisches Aufzeichnungsmedium mit einem Substrat und einer Aufzeichnungsschicht, die ein flüssigkristallines Material mit hohem Molekulargewicht aufweist, das ein zumindest teilweise homöotrop orientierter dichroitischer Farbstoff ist. Der Kontrast wird durch Anwendung des Fabry-Perotschen Prinzips verbessert. In diesem Fall müssen zwei reflektierende Schichten vorhanden sein, von denen eine auf der Substratseite teildurchlässig ist. Die Dicke des flüssigkristallinen Materials zwischen den beiden reflektierenden Schichten muß so eingestellt werden, daß der Fabry-Perot-Resonator im unbeschriebenen Zustand abgestimmt (in Resonanz) und im beschriebenen Zustand verstimmt ist, oder umgekehrt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wirkungsgrad eines dichroitischen Polarisators durch Erhöhen des Polarisationsgrades elektromagnetischer Strahlung zu steigern und dabei den hohen Durchlässigkeitsfaktor (Reflexionskoeffizienten) für die nicht absorbierte Komponente aufrechtzuerhalten.
Die hier gestellte Aufgabe wird gelöst, da in einem dichroitischen Polarisator, wie in Anspruch 1 dargelegt, eine derartige mehrschichtige Struktur die Erzielung einer Mehrwegeinterferenz ermöglicht und dem Fabry-Perot-Interferometer ähnlich ist.
Der dichroitische Polarisator kann als Reflexionspolarisator implementiert werden, und eine der Reflexionsschichten wird in diesem Fall vollständig reflektierend ausgeführt, während die zweite teildurchlässig ist. Dann kann die erste aufzubringende Schicht von der Substratseite her entweder die reflektierende (vollständig reflektierende) Schicht oder die teildurchlässige Schicht sein.
Die Mehrwegeinterferenz führt dazu, daß man am Austritt des dichroitischen Polarisators Interferenzmaxima, -minima sowie dazwischenliegende Intensitätswerte erhält, in Abhängigkeit von den Dicken und Materialien der Schichten und Beschichtungen, die den Polarisator bilden.
Die Analyse des Einflusses des Interferenzbilds am Austritt des vorgeschlagenen Polarisators auf den Polarisationsgrad der Strahlung hat gezeigt, daß, wenn man ein Interferenzmaximum der Intensität erhält, ein Anstieg entweder des energiebezogenen Durchlässigkeitsfaktors oder, im anderen Polarisatortyp (Reflexions- statt Durchlichtpolarisator) des Reflexionskoeffizienten sowohl für die absorbierte als auch für die nichtabsorbierte Komponente auftritt. Daher nimmt das Intensitätsverhältnis der durchgelassenen (oder reflektierten) Strahlung der orthogonal polarisierten Komponenten ab, und der Polarisationsgrad nimmt entsprechend ab. Obwohl dadurch die Durchlässigkeit (Reflexion) des Polarisators erhöht wird, ist dies nicht so wichtig wie die Verminderung des Polarisationsgrades.
Wenn man am Austritt eines Polarisators ein Interferenzminimum erhält, vermindert sich die Intensität beider orthogonal polarisierten Komponenten. Jedoch haben sowohl die Berechnungen als auch die experimentellen Daten gezeigt, daß die Intensität der absorbierten Komponenten stärker reduziert werden kann als die der nicht absorbierten Komponenten. Obwohl dies eine gewisse Verminderung der Durchlässigkeit (Reflexion) des Polarisators verursacht, nimmt der Polarisationsgrad erheblich zu.
Es ist daher relevant, die Materialien und Schichtdicken des dichroitischen Polarisators nach der Bedingung auszuwählen, am Austritt des Polarisators ein Interferenzminimum für die absorbierten Komponenten für mindestens eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung zu erhalten.
Die Wellenlänge, für die man ein Interferenzminimum erhalten sollte, kann zum Beispiel auf die Wellenlänge festgesetzt werden, die der Mitte des verwendeten Spektralbereichs entspricht.
Die Breite des verwendeten Spektralbereichs wird dann nach den folgenden Überlegungen bestimmt.
Die Bedingung, am Austritt eines dichroitischen Polarisators ein Interferenzminimum zu erhalten, läßt sich wie folgt schreiben: Δ = mλ + λ/2,wobei Δ die Weglängendifferenz der beiden von den Reflexionsschichten reflektierten Strahlen beim Austritt der Strahlen aus dem Polarisator, m die Ordnung der Interferenz und λ die Lichtwellenlänge ist. Mit ausreichendem Genauigkeitsgrad tritt das Interferenzminimum auch für die benachbarten Wellenlängen auf, für welche die Weglängendifferenz Δ um nicht mehr als 10% abweicht. Für höhere Interferenzordnungen (m = 10-50), d. h. bei ausreichend großer Dicke der Schicht, die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbiert, ist die Bedingung einer Weglängendifferenz von 10% für einen sehr schmalen Wellenlängenbereich erfüllt, so daß der Polarisator nur als Schmalbandpolarisator eingesetzt werden kann. Wenn die Interferenzordnung gleich null ist (m = 0), d. h. bei ausreichend kleiner Dicke der Schicht, die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbiert, ist diese Bedingung für einen breiteren Wellenlängenbereich erfüllt. Wenn zum Beispiel 550 nm als die Grundwellenlänge angenommen wird, für welche die Gleichung (3) gültig ist, ist die Anforderung, ein Interferenzminimum zu erhalten, praktisch für den gesamten sichtbaren Bereich erfüllt. Wenn daher die Dicke der dichroitisch absorbierenden Schicht mit der Strahlungswellenlänge vergleichbar ist, dann kann man einen Breitbandpolarisator erhalten.
Aus der Theorie der Interferenz ist bekannt, daß zum Erzielen eines Interferenzminimums die optische Weglängendifferenz zwischen interferierenden Strahlen gleich (λ/2+mλ) sein sollte, das heißt gleich einer ungeraden Halbwellenzahl.
Um eine solche Weglängendifferenz sicherzustellen, wird die Dicke der dichroitisch absorbierenden Schicht für mindestens eine Wellenlänge aus der Gleichung λ/4 + λ/2 = λ/4(1 + 2m) bestimmt.
Das Interferenzergebnis wird weitgehend durch das Verhältnis der Amplitudenwerte der interferierenden Strahlen beeinflußt. Bekannt ist, daß man den minimalen Intensitätswert erhalten kann, wenn die Amplituden gleich sind. Daher ist es wichtig, die Amplitudenwerte der interferierenden Strahlen für die absorbierten Komponenten so genau wie möglich aneinander anzugleichen, wodurch man die maximale gegenseitige Auslöschung der Strahlen dieser Komponenten erhält. Gleichzeitig ist für die nicht absorbierten Komponenten eine erhebliche Differenz zwischen den Amplituden der interferierenden Strahlen sicherzustellen, die für diese Strahlen die Möglichkeit der Interferenz praktisch ausschließt, d. h. Intensitäten der nicht absorbierten Komponenten werden nicht merklich reduziert. Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird eine Erhöhung des Polarisationsgrades sichergestellt, was wichtiger ist als eine gewisse Verringerung der Durchlässigkeit (Reflexion) des Polarisators.
Nach den obigen Überlegungen ist es wichtig, die Dicke h der dichroitisch absorbierenden Schicht nach der Bedingung zu wählen, daß die folgende Gleichung für mindestens eine Wellenlänge λ gilt: hn = mλ + λ/4 = (2m + 1)·λ/4wobei n der Brechungskoeffizient der dichroitisch absorbierenden Schicht und m eine ganze Zahl ist, während die Dicke und das Material der reflektierenden Schichten nach der Bedingung gewählt werden, daß für die absorbierten Komponenten Gleichheit oder annähernde Gleichheit (innerhalb von 10-20%) der Amplituden für mindestens zwei interferierende Strahlen mindestens einer Wellenlänge sichergestellt wird.
Die reflektierenden Schichten können entweder aus Metall bestehen oder aus mehrschichtigen dielektrischen Spiegeln hergestellt werden, die aus abwechselnden Materialschichten mit hohen und niedrigen Brechungskoeffizienten bestehen.
Die Metallschichten sind ziemlich leicht aufzubringen, zum Beispiel durch thermisches Aufdampfen im Vakuum. Andererseits wird Licht in solchen Schichten absorbiert, wodurch sich die Durchlässigkeit (Reflexion) des Polarisators verringert. Für diese Schichten können Aluminium (Al), Silber (Ag) und andere Metalle verwendet werden.
Im Fall von mehrschichtigen dielektrischen Spiegeln wird darin kein Licht absorbiert, aber ihr Abscheidungsverfahren ist ziemlich komplex und arbeitsaufwendig. Für diese Schichten können TiO₂, MgO, ZnS, ZnSe oder ZrO₂ oder Polymere als Materialien mit hohem Brechungskoeffizient eingesetzt werden. Als Materialien mit niedrigem Brechungskoeffizient können SiO₂, Al₂O₃, CaF₂, BaF₂, AIN, BN oder Polymere eingesetzt werden.
Zum Aufbringen reflektierender Schichten können die folgenden Standardverfahren angewandt werden: thermisches Aufdampfen im Vakuum, Abscheidung aus der Dampfphase mit anschließender thermischer Verarbeitung, Magnetronzerstäubung und andere.
Ein molekular orientierter organischer Farbstoff im Iyotropen flüssigkristallinen Zustand kann als dichroitischer Farbstoff aus der folgenden Reihe ausgewählt werden:
Die aufgeführten organischen Farbstoffe ermöglichen eine direkte Orientierung der dichroitischen Farbstoffmoleküle während der Abscheidung der Schicht. Daher wird das technologische Verfahren der Gewinnung dichroitischer Polarisatoren erheblich einfacher, und infolgedessen vermindern sich seine Kosten.
Zum Aufbringen einer Schicht, die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbiert, können die folgenden Standardverfahren angewandt werden: Auftrag durch eine Walze, durch ein Rakelmesser, durch eine Rakel in Form eines nichtrotierenden Zylinders, Auftrag mit Hilfe einer Schlitzdüse oder eines Schlitzmundstücks usw.
Die Erfindung wird durch die 1-3 veranschaulicht. 1 zeigt ein Schema eines dichroitischen Polarisators gemäß dem Prototyp. In 2 ist ein Schema eines erfindungsgemäßen dichroitischen Reflexionspolarisators dargestellt. In 3 ist ein Schema eines erfindungsgemäßen dichroitischen Durchlichtpolarisators dargestellt.
In 1 ist das Schema eines dichroitischen Polarisators gemäß dem Prototyp dargestellt, der eine Schicht 1 enthält, die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbiert und auf ein Substrat 2 aufgebracht ist. In dem dichroitischen Polarisator gemäß dem Prototyp passiert nichtpolarisierte elektromagnetische Strahlung 3 die auf dem Substrat 2 aufgebrachte Schicht 1, die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbiert, und wird zu linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung 4.
Die Analyse der Eigenschaften des Prototyps des dichroitischen Polarisators hat gezeigt, daß bei einer Dicke der elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierenden Schicht 1 von 50 nm bei einem Polarisationsgrad von 80% die Durchlässigkeit des dichroitischen Polarisators für die nutzbare polarisierte Komponente 90% beträgt. Bei einer Dicke von 500 nm der elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierenden Schicht 1 beträgt für einen Polarisationsgrad von 90% die Durchlässigkeit des dichroitischen Polarisators für die nutzbare polarisierte Komponente 80%. Bei einer Dicke von 2000 nm der elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierenden Schicht 1 beträgt für einen Polarisationsgrad von 99% die Durchlässigkeit des dichroitischen Polarisators für die nutzbare polarisierte Komponente 50%.
In 2 ist ein Schema eines erfindungsgemäßen dichroitischen Polarisators vom Reflexionstyp dargestellt, der eine elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierenden Schicht 1, eine elektromagnetische Strahlung vollständig reflektierende Schicht 5 und eine elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Schicht 6 enthält. Alle Schichten werden nacheinander auf ein Substrat 2 aufgebracht.
Die Wirkungsweise des vorgeschlagenen dichroitischen Reflexionspolarisators läßt sich wie folgt erläutern. Die nichtpolarisierte elektromagnetische Strahlung besteht aus zwei linear polarisierten Komponenten 7 und 8 mit zueinander senkrechten Polarisationsebenen (diese beiden Komponenten sind wie üblich zur besseren Darstellung und zum besseren Verständnis in den 2 und 3 getrennt voneinander dargestellt). Die absorbierte und nicht weiter genutzte Komponente 7, die parallel zur Absorptionsachse der elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierenden Schicht 1 polarisiert ist, wird von der elektromagnetische Strahlung teilreflektierenden Schicht 6 teilreflektiert und bildet den Strahl 9. Der andere Energieanteil der Komponente 7 passiert die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierende Schicht 1 und durchläuft nach einer Reflexion an der elektromagnetische Strahlung vollständig reflektierenden Schicht 5 nochmals die Schicht 1 und dann die Schicht 6 und bildet den Strahl 10. Die reflektierten Strahlen 9 und 10 weisen die gleiche Polarisierung auf wie die ursprüngliche bzw. Anfangskomponente 7. Die Dicke der Schicht 1 wird so gewählt, daß die optische Weglängendifferenz zwischen den Strahlen 9 und 10 zu einer ungeraden Halbwellenzahl der polarisierten elektromagnetischen Strahlung wird, wobei die Wellenlänge der Mitte des verwendeten Spektralbereichs entspricht. In diesem Fall führt die Interferenz der Strahlen 9 und 10 zu ihrer gegenseitigen Abschwächung und im Optimalfall zur völligen Auslöschung. Völlige gegenseitige Auslöschung der Strahlen 9 und 10 wird erreicht, wenn die Intensitäten (Amplituden) der Strahlen 9 und 10 entweder gleiche oder nahezu gleiche Werte aufweisen, was durch optimale Auswahl der Reflexionskoeffizienten der reflektierenden Schichten 5 und 6 erreicht werden kann. Die reflektierenden Schichten 5 und 6 können aus Metall, Halbleiter oder Dielektrikum bestehen und entweder einschichtig oder mehrschichtig sein.
Die andere, weiter genutzte, in der Schicht 1 nicht absorbierte linear polarisierte Komponente 8, die senkrecht zur optischen Achse (Absorptionsachse) der Schicht 1 polarisiert ist, wird von der elektromagnetische Strahlung teilreflektierenden Schicht 6 teilweise reflektiert und bildet den Strahl 11. Der andere Energieanteil der Komponente 8 passiert die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierende Schicht 1, und durchläuft nach Reflexion an der Schicht 5 nochmals die Schicht 1 und dann die Schicht 6 und bildet den Strahl 12. Die reflektierten Strahlen 11 und 12 weisen die gleiche Polarisierung auf wie die Anfangskomponente 8. Interferenz führt zu einer wesentlich geringeren Abschwächung der Strahlen 11 und 12 als bei den Strahlen 9 und 10. Dies wird dadurch verursacht, daß sich ihre Intensitäten wegen der vernachlässigbar geringen Absorption des Strahls 12 in der Schicht 1 beträchtlich unterscheiden.
In 3 ist das Schema eines erfindungsgemäßen dichroitischen Durchlichtpolarisators dargestellt. Der Polarisator enthält eine elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierende Schicht 1 und elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Schichten 6 und 13. Alle Schichten sind auf ein Substrat 2 aufgebracht.
Die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen dichroitischen Durchlichtpolarisators für elektromagnetische Strahlung läßt sich wie folgt erläutern. Die nichtpolarisierte elektromagnetische Strahlung besteht aus zwei linear polarisierten Komponenten 7 und 8 mit zueinander senkrechten Polarisationsebenen. Diese beiden Komponenten passieren die elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Schicht 6 und dann die Schicht 1, die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbiert. Ein Teil der Energie der Komponenten 7 bzw. 8 tritt durch eine elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Schicht 13 hindurch und bildet die Strahlen 14 bzw. 15. Der andere Energieanteil der Komponenten 7 bzw. 8 wird an der elektromagnetische Strahlung teilreflektierenden Schicht 13 reflektiert, passiert die Schicht 1, wird an der Schicht 6 reflektiert, passiert nochmals die Schichten 1 und 13 und bildet die Strahlen 16 bzw. 17. Die Strahlen 15 und 17 weisen die gleiche Polarisierung auf wie die Anfangskomponente 8, d. h. senkrecht zu den Absorptionsachsen. Die durchgelassenen Strahlen 14 und 16 weisen die gleiche Polarisierung auf wie die Anfangskomponente 7, d. h. parallel-senkrecht zu den Absorptionsachsen.
Als Ergebnis der Interferenz der beiden in einer Schicht absorbierten Strahlen 14 und 16 werden diese gegenseitig abgeschwächt oder unter optimalen Bedingungen völlig ausgelöscht.
Die völlige Auslöschung der Strahlen 14 und 16 wird in dem Fall erreicht, wo die Intensitäten (Amplituden) der Strahlen 14 und 16 entweder gleiche oder nahezu gleiche Werte aufweisen, was durch optimal ausgewählte Reflexionskoeffizienten der reflektierenden Schichten 6 und 13 erreicht werden kann. Die reflektierenden Schichten 6 und 13 können aus Metall oder Dielektrikum bestehen und entweder einschichtig oder mehrschichtig sein.
Als Ergebnis der Interferenz werden die in der Schicht 1 nicht absorbierten Strahlen 15 und 17 viel weniger als die Strahlen 14 und 15 gegenseitig abgeschwächt. Dies wird dadurch verursacht, daß sich ihre Intensitäten wegen der vernachlässigbar geringen Absorption der Strahlen 15 und 17 in der Schicht 1 beträchtlich unterscheiden.
Als Ergebnis der unterschiedlichen Abschwächung der absorbierenden und nicht absorbierenden Komponenten enthält die Strahlung beim Austritt aus der Polarisatorschicht einen niedrigeren Anteil einer (absorbierenden) linear polarisierten Komponente und einen höheren Anteil einer (absorbierenden) orthogonal polarisierten Komponente. Dies verursacht den beträchtlichen Anstieg des Polarisationsgrades.
Nachstehend werden Beispiele konkreter Ausführungsformen des dichroitischen Polarisators angegeben.
BEISPIEL 1
Ein erfindungsgemäßer dichroitischer Polarisator vom Reflexionstyp (2) für Polarisation im sichtbaren (Licht-) Wellenlängenbereich, d. h. für den Wellenlängenbereich von 400-700 nm, wird wie folgt hergestellt. Auf ein Glassubstrat werden nacheinander die folgenden Schichten aufgebracht: eine stark reflektierende Aluminiumschicht von 100 nm Dicke (aufgebracht durch thermisches Aufdampfen im Vakuum); dann eine 50 nm dicke, elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierende Schicht aus einem Farbstoffgemisch mit den Formeln I, II, III; und dann eine 2 nm dicke, elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Aluminiumschicht.
Messungen haben gezeigt, daß die Polarisationsfähigkeit in dem so hergestellten dichroitischen Polarisator 92% beträgt, wobei die Reflexion der nutzbaren polarisierten Komponente durch den dichroitischen Polarisator 90% beträgt. Ein ähnlicher Polarisationsparameter in dem auf einen Spiegel aufgebrachten Prototyp betrug 80% für die gleichen Farbstoffe bei gleicher Dicke, und die Reflexion der nutzbaren polarisierten Komponente durch den dichroitischen Polarisator betrug 90%.
BEISPIEL 2
Ein im sichtbaren (Licht-) Wellenlängenbereich polarisierender dichroitischer Reflexionspolarisator für elektromagnetische Strahlung (2) wird wie folgt hergestellt. Eine stark reflektierende Schicht mit einem Reflexionskoeffizient von 98% im Wellenlängenbereich von 490-510 nm wird auf eine Glasplatte als mehrschichtiger dielektrischer Überzug aufgebracht. Diese Beschichtung besteht aus abwechselnden MgF₂- und Kryolith-Schichten. Auf diese stark reflektierende Schicht wird eine 120 nm dicke Schicht aufgebracht, die elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbiert und aus orientiertem Farbstoff mit der Formel II besteht. Dann wird eine elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Schicht mit einem Reflexionskoeffizient von 28% aufgebracht, die gleichfalls aus MgF₂- und Kryolith-Schichten besteht.
Messungen haben gezeigt, daß die Polarisationsfähigkeit in dem so hergestellten dichroitischen Polarisator 95% im Wellenlängenbereich von 490-510 nm beträgt, wobei die Reflexion der nutzbaren polarisierten Komponente durch den dichroitischen Polarisator 90% beträgt. Die Polarisationsfähigkeit bei dem auf einen Spiegel aufgebrachten Prototyp war 85%, die Reflexion der nutzbaren polarisierten Komponente durch den dichroitischen Polarisator betrug 90%.
BEISPIEL 3
Ein im Wellenlängenbereich von 620-640 polarisierender dichroitischer Durchlichtpolarisator für elektromagnetische Strahlung (3) wird wie folgt hergestellt. Eine 20 nm dicke, teilreflektierende Aluminiumschicht wird auf eine Glasplatte aufgebracht (Abscheidung durch thermisches Aufdampfen im Vakuum). Dann wird eine 140 nm dicke, elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierende Schicht aus orientiertem Farbstoff gemäß Formel IV aufgebracht. Schließlich wird die zweite, 20 nm dicke, elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Aluminiumschicht aufgebracht.
Messungen haben gezeigt, daß die Polarisationsfähigkeit in dem so hergestellten dichroitischen Polarisator 98% beträgt, wobei die Reflexion der nutzbaren polarisierten Komponente durch den dichroitischen Polarisator 80% beträgt. Die Polarisationsfähigkeit bei dem Prototyp war 86%, bei einer Durchlässigkeit von 82% des dichroitischen Polarisators für die nutzbare polarisierte Komponente.
BEISPIEL 4
Ein erfindungsgemäßer, im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich polarisierender dichroitischer Durchlichtpolarisator für elektromagnetische Strahlung (3) wird wie folgt hergestellt. Eine im Wellenlängenbereich von 700-1200 nm teilreflektierende Schicht mit einem Reflexionskoeffizient von 40-55% wird als mehrschichtiger dielektrischer Überzug aus Zinksulfit- und Ammoniumphosphatschichten auf eine Glasplatte aufgebracht. Auf diese stark reflektierende Schicht wird eine 180 nm dicke, elektromagnetische Strahlung dichroitisch absorbierende Schicht aus orientiertem Farbstoff gemäß Formel X aufgebracht, und dann eine elektromagnetische Strahlung teilreflektierende Schicht mit einem Reflexionskoeffizient von 28%, die gleichfalls aus Zinksulfit- und Ammoniumphosphatschichten besteht.
Messungen haben gezeigt, daß die Polarisationsfähigkeit in dem hergestellten dichroitischen Polarisator 92% im Wellenlängenbereich von 700-1200 nm beträgt, bei einer Reflexion von 80% der nutzbaren polarisierten Komponente durch den dichroitischen Polarisator.
Die Polarisationsfähigkeit des Prototyps war 75%, bei einer Reflexion von 80% der nutzbaren polarisierten Komponenten durch den dichroitischen Polarisator.
Folglich demonstrieren alle Beispiele die Erhöhung des Wirkungsgrades des dichroitischen Polarisators aufgrund der Erhöhung des Polarisationsgrades der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung und bei gleichem Wert des Durchlässigkeitsfaktors (Reflexionskoeffizienten) für die nicht absorbierte Komponente.

Claims

Dichroitischer Polarisator, der aufweist: ein Substrat (2); zwei reflektierende Beschichtungen (5, 6); und eine Schicht (1), die dichroitisch elektromagnetische Strahlung absorbiert, wobei mindestens eine reflektierende Beschichtung teilweise durchlässig ist, und wobei die Schicht, die dichroitisch elektromagnetische Strahlung absorbiert, aus einer ausgerichteten Schicht von mindestens einem dichroitischen Farbstoff besteht, der aus einem lyotropen, flüssigen, kristallinen Zustand aufgebracht und zwischen den zwei reflektierenden Beschichtungen angeordnet wird.
Dichroitischer Polarisator nach Anspruch 1, bei dem beide reflektierenden Beschichtungen teilweise durchlässig ausgeführt sind.
Dichroitischer Polarisator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Materialien und die Dicken der Schicht, die dichroitisch elektromagnetische Strahlung absorbiert, ebenso wie die reflektierenden Beschichtungen nach Forderungen ausgewählt werden, um am Austritt des dichroitischen Polarisators ein Interferenzminimum für die absorbierende Komponente der elektromagnetischen Strahlung für mindestens einen Wellenlängenwert zu erhalten.
Dichroitischer Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens eine reflektierende Beschichtung aus Metall besteht.
Dichroitischer Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens eine reflektierende Beschichtung aus einem mehrschichtigen dielektrischen Spiegel von abwechselnden Schichten von Materialien mit hohem und niedrigem Brechungskoeffizienten besteht.
Dichroitischer Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der dichroitische Farbstoff aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Molekülen mit den folgenden Formeln I – X besteht:
worin n eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 4 und M ein Kation sind;
worin n eine ganze Zahl gleich 2 und M ein Kation sind;
worin n eine ganze Zahl gleich 2 oder 3 und M ein Kation sind;
worin R gleich H oder CF₃ ist, X individuell aus der Gruppe von H, Br und SO₃M ausgewählt wird; n eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 3 ist, M ein Kation ist, R' individuell aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus H,
worin n eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 4 und M ein Kation sind;
worin n eine ganze Zahl gleich 2 und M ein Kation sind;
worin n eine ganze Zahl gleich 2 und M ein Kation sind;
worin n eine ganze Zahl gleich 2 oder 3 und M ein Kation sind;
worin R individuell aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus H, Cl, Alk und OAlk besteht; n eine ganze Zahl gleich 2 ist und M ein Kation ist; und
worin R individuell aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus H, OAlk, NHR', Cl und Br besteht, X individuell aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus O, NH und CH₂ besteht; n eine ganze Zahl gleich 2 ist und M ein Kation ist.