DE69914362T2

DE69914362T2 - Gast/wirt-polarisatoren

Info

Publication number: DE69914362T2
Application number: DE69914362T
Authority: DE
Inventors: Hassan Sahouani; M. Kim VOGEL
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-02-11
Also published as: AU2867599A; EP1129372A1; TW552301B; KR20010087372A; KR100614160B1; WO2000022463A1; DE69914362D1; CN1322304A; US6245399B1; EP1129372B1; CN1141605C; JP2002527786A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft dichroitische Polarisatoren, wobei pleochroitische Farbstoffmoleküle in einer molekularen Matrix in vorherbestimmten Orientierungen gehalten werden. In einer anderen Ausführungsform betrifft die Erfindung dichroitische polarisierende Materialien, die Gast/Wirt-Effekte zwischen Flüssigkristallmaterialien und pleochroitischen Farbstoffen verwenden.
Dichroitische Materialien sind verwendbar, um vorzugsweise Licht, das in einer Richtung polarisiert ist, durchzulassen. Wenn eine Schicht aus dichroitischem Material in den Weg eines Strahls von willkürlich polarisiertem Licht gestellt wird, und die Komponente des durchfallenden Lichtes, das in einer Ebene polarisiert ist, verglichen mit der Intensität des Lichtes, das in der orthogonalen Ebene polarisiert ist, von geringer oder vernachlässigbarer Intensität ist, dann sagt man, dass das durchfallende Licht linear polarisiert ist, und die Schicht aus dichroitischem Material wird als linearer dichroitischer Polarisator bezeichnet. Dichroitische Polarisatoren können Licht einer bestimmten Polarisierung über ein relativ breites Spektrum, wie das Spektrum des sichtbaren Lichts, durchlassen, oder sie können Licht bestimmter Polarisierungen in begrenzteren Wellenlängenbereichen durchlassen.
Eine Materialklasse, die zum Erzeugen von dichroitischen Effekten geeignet ist, ist die Klasse, die als pleochroitische Farbstoffe bekannt ist. Ein pleochroitisches Farbstoffmolekül ist ein Molekül mit einem Lichtabsorptionsspektrum, das sich als Funktion der Orientierung des Moleküls in Bezug auf die Polarisierung von einfallendem Licht ändert. Dichroitische Polarisatoren können durch Erzeugen einer Schicht aus orientierten pleochroitischen Farbstoffmolekülen auf einem Substrat hergestellt werden. Pleochroitische Farbstoffmoleküle, die selbst-orientierend sind, wenn sie auf ein geeignetes Substrat aufgetragen werden, sind bekannt, ebenso wie pleochroitische Farbstoffmoleküle, die die Anwendung von einigen anderen Orientierungsvorrichtungen, wie Mischen mit oder anderweitigem Kombinieren mit einem zweiten Material, um eine geeignete Orientierung zu erzeugen, erfordern.
Pleochroitische Moleküle können durch Aufbringen auf eine Oberfläche, die mit einem milde abschleifenden Material in eine Richtung gerieben wurde, orientiert werden, wodurch eine dichroitische polarisierende Schicht hergestellt wird, wie von Dreyer in U.S.-Patent Nr. 2,400,877 offenbart. Dreyer offenbart weiterhin, dass eine flexible polymere Folie, die geeigneterweise gestreckt worden ist, auch Oberflächenorientierung erzeugen kann, die pleochroitische Moleküle orientieren kann. Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung 53-126951 offenbart das Reiben einer Glasoberfläche mit einem Papier oder Tuch, das mit einem pleochroitischen Farbstoff imprägniert ist, wodurch der Oberflächenvorbereitungsschritt mit dem Beschichtungsschritt kombiniert wird. Ein alternatives Verfahren zur Oberflächenvorbereitung ist in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 3-294802 offenbart, wobei durch Aussetzen einer Schicht aus Fotolack einem holografisch erzeugten Linienmuster, Entwickeln des Fotolacks, Spülen und Aufbringen von Iod oder einem dichroitischen Farbstoff auf die so erhaltene strukturierte Schicht Rillen oder Gräben erzeugt werden. Oberflächenorientierungsverfahren haben den Nachteil, zusätzliche, manchmal schwierige Bearbeitungsschritte zu benötigen, die in einer Produktionsanlage besonders lästig sein können. Außerdem sind nicht alle Materialien, die als Substrate für dichroitische Schichten verwendbar sein könnten, notwendigerweise der bestimmten Art von Oberflächenorientierung zugänglich, die eine bestimmte dichroitische Schicht erfordern könnte.
Substrate, die bestimmte Farbstoffe ausrichten können, können auch durch Strecken eines Polymers, wie Polyvinylalkohol, mit anschließendem Färben des Polymers, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 62-65727 offenbart, hergestellt werden. Wie in U.S.-Patent Nr. 5,639,809 offenbart, können Materialien mit polarisierenden Eigenschaften auch durch Färben einer Folie aus Polyvinylalkohol vor dem Strecken statt danach und anschließendes Strecken der gefärbten Folie, um den Farbstoff zu orientieren, hergestellt werden.
Dichroitische Polarisatoren, die durch Vereinigen eines dichroitischen Farbstoffs mit einem Monomer, Auftragen des Gemisches auf ein Substrat und Härten mit Hilfe von Strahlung erzeugt werden, sind in U.S.-Patent Nr. 5,024,850 offenbart. Wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 56-064301 offenbart, kann der dichroitische Farbstoff selbst ein Polymer sein. Wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 56-051701 offenbart, können einige weithin bekannte pleochroitische Farbstoffe mit geeigneten Polymeren, wie jenen, die tertiäre und quartäre Stickstoffatome enthalten, kombiniert werden, um nach dem Strecken eine polarisierende Folie zu erzeugen. Die Notwendigkeit, das Substrat entweder vor oder nach dem Aufbringen der farbstoffhaltigen Schicht zu strecken, beschränkt die Anwendung von solchen polarisierenden Schichten auf jene Substrate, die gestreckt werden können, und die als Ergebnis des Streckens die gewünschte Oberflächenorientierung eingehen. Glas ist zum Beispiel wegen seiner Dimensionsstabilität und Haltbarkeit ein sehr nützliches Substrat für viele optische Anwendungen, aber Glas ist nicht einfach durch Strecken orientierbar. Überdies erfordert das Strecken eines Substrats auf eine geeignet gesteuerte Weise beträchtliche Investition in Ausrüstung und Aufwendungen für Betriebsmittel.
Es sind Farbstoffe bekannt, die geordnete Strukturen mit dichroitischen Eigenschaften bilden, ohne sich mit anderen Materialien zu vereinigen. Farbstoffe, die, induziert durch Schereffekte während des Beschichtungsverfahrens, stabile flüssigkristalline Phasen bilden können, sind in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 94/28073 offenbart, wobei während des Beschichtens eine ausreichende Ausrichtung erzeugt und während des Trocknens beibehalten wird, um eine Schicht mit polarisierenden Eigenschaften herzustellen. Auf diese Weise erzeugte dichroitische Schichten haben den Nachteil, dass nur eine begrenzte Klasse von Farbstoffverbindungen sich selbst auf diese Weise anordnen können, wohingegen es sehr viele andere pleochroitische Farbstoffe gibt, die nützliche Farb- und andere Eigenschaften haben, die nützlich wären, wenn Wege gefunden werden könnten, sie in geeigneten Orientierungen zu halten.
Farbstoffmoleküle, die Licht bei geeigneten Wellenlängen absorbieren, aber nicht selbst geordnete oder polarisierende Schichten bilden, können in einigen Fällen mit flüssigkristallinen Verbindungen kooperieren, um dichroitische Materialien zu erzeugen. Dieser Effekt ist verwendet worden, um Flüssigkristallanzeigen herzustellen, wie zum Beispiel von Heilmeier et al., „Guest-Host Interactions in Nematic Liquid Crystals", MOLECULAR CRYSTALS AND LIQUID CRYSTALS, 8 (1969), 293–304 diskutiert wurde. Gast/Wirt-Phänomene in wässrigen Lösungen von Dinatriumcromoglykat, das in wässrigen Lösungen geordnete nematische Strukturen bildet, wurden von Bostwick et al., „Polarized Absorption Spectroscopy as a Tool in Studying Guest-Host Interactions in a Nematic Lyotropic Liquid Crystal", MOLECULAR CRYSTALS AND LIQUID CRYSTALS, 147 (1987), 179–186 untersucht. Die offenbarten Gast/Wirt-Materialien sind allerdings Flüssigkeiten, was ein Nachteil bei Anwendungen ist, bei denen eine feste polarisierende Schicht gewünscht wird.
Die vorliegende Erfindung stellt dichroitische Schichten bereit, die Molekülmatrices umfassen, die pleochroitische Farbstoffmoleküle in vorherbestimmten Orientierungen halten, um Polarisierung von einfallendem Licht zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden dichroitische Schichten durch Aufbringen einer wässrigen Lösung eines oder mehrerer pleochroitischer Gastfarbstoffe und eines lyotropen Flüssigkristall-Wirtsmaterials auf ein festes Substrat hergestellt. Die vorliegende Erfindung stellt eine deutliche Verbesserung für Polarisatoren bereit, die in einer Flüssigkristallanzeige (LCD, liquid crystal display), insbesondere solchen mit einer großen Bildschirmgröße, verwendet werden. Insbesondere ist festgestellt worden, dass viele der Einschränkungen der Bildqualität, die in solchen Vorrichtungen vorkommen, auf die begrenzte Dimensionsstabilität der verwendeten Polarisatoren zurückgeführt werden können. Die vorliegende Erfindung stellt Polarisatoren bereit, die durch einen relativ einfachen Beschichtungsarbeitsgang unter Verwendung einer breiten Auswahl von Substraten erzeugt werden, wobei Glas wegen seiner Dimensionsstabilität ein stark bevorzugtes Substrat ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden lyotrope nematische flüssigkristalline Materialien als Molekülmatrix verwendet. Es ist festgestellt worden, dass flüssigkristalline Materialien, die mindestens eine Triazingruppe enthalten, besonders nützlich sind, und dass Materialien in dieser Klasse für eine Vielzahl von Gastfarbstoffen aus der Klasse der sauren Farbstoffe, basischen Farbstoffe, Direktfarbstoffen und Reaktivfarbstoffe als Wirte fungieren können. Dichroitische polarisierende Schichten können durch Aufbringen einer wässrigen Lösung einer lyotropen flüssigkristallinen Gastverbindung, die mindestens eine Triazineinheit pro Molekül enthält, zusammen mit einer oder mehreren Gastfarbstoffverbindungen auf ein festes Substrat und Trocknen der Beschichtung erzeugt werden. Es ist festgestellt worden, dass während des Beschichtens ausreichend Scherkräfte auf die wässrige Schicht angewandt werden können, um dem flüssigkristallinen Wirtsmaterial eine geordnete Struktur mitzugeben, und dass diese geordnete Struktur dann eine ausreichende Ausrichtung auf den pleochroitischen Gastfarbstoff überträgt, um eine orientierte Beschichtung herzustellen, die nach dem Trocknen dichroitische polarisierende Eigenschaften besitzt. Weil die Niveaus an Scherbelastung, die während der Beschichtung in der flüssigen Schicht erzeugt werden, verglichen mit den Scherbelastungen, die mechanische Verformung des Substrats verursachen könnten, niedrig sind, besitzt das Verfahren der Herstellung der dichroitischen Schicht eine verminderte Tendenz, Spannungen im Substrat zu erzeugen, die seine optischen Eigenschaften stören könnten. Die Gastfarbstoffe können entweder allein verwendet werden, um dichroitische Effekte über einen begrenzten Wellenlängenbereich zu erzeugen, oder in Kombination, um dichroitische Effekte über einen breiteren Bereich zu erzeugen, wie zum Beispiel beim Herstellen eines Polarisators neutraler Dichte nützlich sein könnte. Farbstoffe, von denen festgestellt wurde, dass sie besonders geeignet als Gastfarbstoffe sind, sind jene Farbstoffe, die mindestens eine Triazingruppe enthalten. Gast/Wirt-Schichten, die nur bei bestimmten relativ engen Wellenlängenbereichen einen dichroitischen Effekt zeigen, können insbesondere als Korrektur- oder Cleanup-Polarisatoren für andere nicht-dichroitische Polarisatoren, wie reflektierende Polarisatoren, die manchmal wegen Lichtdurchlässigkeit bei bestimmten Wellenlängen unter verminderter Effektivität leiden, verwendbar sein. Die dichroitischen Polarisatoren der vorliegenden Erfindung zeigen eine überraschenderweise verbesserte Hitzebeständigkeit, insbesondere wenn sie auf ein Glassubstrat aufgetragen werden. Hitzebeständigkeit kann in Flüssigkristallanzeigen wichtig sein, die hohe Beleuchtungsgrade erfordern, da etwas von dem Licht, das zur Beleuchtung verwendet wird, unvermeidlicherweise von den Komponenten der Anzeige absorbiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann vollständiger verstanden werden unter Berücksichtigung der nachstehenden detaillierten Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
die 1a–1c Transmissionsspektren von Polarisatoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutern;
2 einen verbesserten reflektierenden Polarisator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert;
3 einen verbesserten reflektierenden Polarisator gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung erläutert;
4 eine Flüssigkristallanzeige gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erläutert;
5 einen Projektionsbildschirm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert;
6 einen Polarisator gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung erläutert; und
7 einen anderen Polarisator gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die dichroitischen Schichten der vorliegenden Erfindung umfassen ein Wirtsmaterial und ein pleochroitisches Gastfarbstoffmaterial, wobei die Gast/Wirt-Schicht vorzugsweise auf einem dimensions- und thermisch stabilen Substrat getragen wird. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Gast/Wirt-Schicht auf eine Weise auf das Substrat aufgetragen wird, die das Substrat relativ wenig mechanischer oder thermischer Belastung aussetzt, um nicht durch Spannung hervorgerufene optische Effekte in der Gast/Wirt-Schicht oder im Substrat hervorzurufen. Ein bevorzugtes Verfahren zum Auftragen der Gast/Wirt-Schicht auf das Substrat ist, sie als flüssige Beschichtungslösung aufzutragen, die während der Beschichtung orientiert und zu einer festen Schicht, die die Orientierung des pleochroitischen Gastfarbstoffmaterials beibehält, getrocknet werden kann. Die Orientierung der flüssigen Schicht während der Beschichtung kann bei einigen Beschichtungsmaterialien durch Verwendung eines Beschichtungsverfahrens erreicht werden, das ein Scherfeld in der aufgebrachten flüssigen Schicht erzeugt. Es ist bekannt, dass viele Beschichtungsverfahren, wie Messerstreichbeschichtung, Mayer-Stabbeschichtungen und bestimmte Arten von Walzen- oder Gravurbeschichtungen diesen Effekt erzeugen, wenn sie mit geeigneten Beschichtungsmaterialien verwendet werden. Eine allgemeine Klasse von Beschichtungsmaterialien, die auf diese Weise orientierbarbar sind, sind die lyotropen Flüssigkristallmaterialien, insbesondere solche, die nematische Strukturen bilden. Es ist bevorzugt, dass die Gastmaterialien, insbesondere pleochroitische Farbstoffe, in die Beschichtungslösung, die das Wirtsmaterial enthält, eingebracht werden, so dass die Orientierung der aufgebrachten flüssigen Schicht durch das während der Beschichtung erzeugte Scherfeld auch den darin eingebrachten Gastfarbstoff orientiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die dichroitischen Schichten der vorliegenden Erfindung lyotrope flüssigkristalline Wirtsverbindungen, die mindestens eine Triazingruppe pro Molekül enthalten, und pleochroitische Gastfarbstoffverbindungen, die durch die Wirtsverbindung orientiert werden können. Eine Anzahl von pleochroitischen Farbstoffen sind zur Verwendung in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeignet, mit der Maßgabe, dass die Farbstoffe (a) nicht die Orientierung der Wirtsverbindung stören, (b) durch die Wirtsverbindung orientierbar sind, (c) mit der Beschichtungslösung verträglich sind, und (d) den gewünschten optischen Effekt bereitstellen. Geeignete Farbstoffe können aus Klassen von sauren Farbstoffen, basischen Farbstoffen, Direktfarbstoffen und Reaktivfarbstoffen ausgewählt werden. Es ist bevorzugt, dass die Wirtsverbindungen und die Gastfarbstoffe beide in wässriger Lösung löslich sind, und dass das Verfestigen der Schicht durch Trocknen der wässrigen Lösung erfolgt. Eine Klasse von Wirtsverbindungen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, schließt solche ein mit der Struktur:
In vorstehender Formel I ist der Rest R¹, der gleich oder verschieden sein kann, ein hydrophiler Rest. Zum Beispiel kann R¹ aus Carboxyl- (COOH), Sulfonsäure- (SO₃H), Sulfinsäure- (SO₂H), Phosphonamid- (PO(NH₂)₂), Sulfonamid- (SO₂NH₂) oder Phosphatgruppen (PO(OH)₂) ausgewählt werden. R¹ ist vorzugsweise eine Carboxylgruppe oder eine Sulfonsäuregruppe und ist am stärksten bevorzugt eine Carboxylgruppe. Die am stärksten bevorzugte Stellung für R¹ ist para bezogen auf die Aminobindung zum Triazingerüst der Verbindung.
Für diese Klasse von Wirtsverbindungen können die R²-Reste, die gleich oder verschieden sein können, aus elektronenspendenden Resten, elektronenziehenden Resten oder elektronisch neutralen Resten ausgewählt werden. R² ist vorzugsweise ein Wasserstoffatom oder ein substituierter oder unsubstituierter Alkylrest und am stärksten bevorzugt ist R² ein Wasserstoffatom.
In Formel I kann R³ aus substituierten oder unsubstituierten, positiv geladenen Ringen mit Heteroatomen, die von Pyridin, Pridazin, Pyrimidin, Pyrazin, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol, Thiadiazol, Pyrazol, Triazol, Triazin, Chinolin und Isochinolin abgeleitet sind, ausgewählt werden. Geeignete Substituenten für R³ schließen substituierte Amino-, Pyrrolidino- und Piperidinoreste ein. Es ist in einigen Fällen nützlich, dass R³ zum Zweck der Verbesserung oder des Entfernens der Farbe der Verbindung mit elektronenspendenden Resten substituiert ist. R³ ist vorzugsweise ein substituierter Pyridinring und am stärksten bevorzugt ist R³4-Dimethylaminopyridin.
Das Gegenion X^– kann abhängig vom gewählten Lösungsmittel und von der beabsichtigten Anwendung breit variieren. Das bevorzugte Gegenion X^– ist Bisulfat, aber andere Gegenionen sind ebenfalls möglich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf CH₃COO^–, CF₃COO^–, BF₄ ^–, PF₆ ^–, SbF₆ ^–, CH₃SO₃ ^–, CF₃SO₃ ^–, PhCO₂ ^–, Cl^– und OH^–.
Diese Klasse von Wirtsverbindungen kann als wässrige Lösungen hergestellt werden, oder kann als Salze, die später wieder gelöst werden können, um eine wässrige Lösung zu erzeugen, hergestellt werden. Die Verbindungen in dieser Klasse sind typischerweise in basischen wässrigen Lösungen mit einem geeigneterweise eingestellten pH-Wert löslich. Obwohl festgestellt wurde, dass sich NH₄OH als Base zum Einstellen des pH-Wertes auf ein geeignetes Niveau eignet, ist die Erfindung nicht auf diese Base beschränkt, und andere geeignete Basen, wie Cäsiumhydroxid, können ebenfalls verwendet werden.
Verschiedene Verfahren zur Herstellung der Wirtsverbindungen, die besonders zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in der anhängigen U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/924189, eingereicht am 5. September 1997, ebenfalls dem vorliegenden Anmelder zugeordnet und hier durch Bezugnahme aufgenommen, offenbart.
Gast/Wirt-Beschichtungslösungen, die die hier vorstehend offenbarten Wirts- und Gastverbindungen umfassen, können hergestellt werden, indem zuerst eine wässrige Lösung, die Wasser und eine Verbindung zum Einstellen des pH-Werts, wie NH₄OH, umfasst, hergestellt wird. Die Beschichtungslösung wird dann durch Lösen der Wirtsverbindung und der Gastverbindung zusammen mit anderen Zusatzstoffen, wie einem oberflächenaktiven Mittel, um die Auftragbarkeit zu verbessern, in der wässrigen Lösung hergestellt. Die Wirtsverbindung kann typischerweise in Mengen zugegeben werden, die ausreichen, um eine lyotrope Lösung mit einer Konzentration der Wirtsverbindung von etwa 8 bis 20 Gewichts-% der Lösung zu erzeugen, obwohl Konzentrationen im Bereich von etwa 10% bis 16% oft bevorzugt sind. Konzentrationen der Wirtslösung außerhalb dieses Bereichs können verwendet werden, mit der Maßgabe, dass einerseits die so erhaltene Lösung nach dem Beschichten ausreichende Ausrichtung der Gast/Wirt-Struktur bereitstellt, und mit der Maßgabe, dass die so erhaltene Beschichtungslösung ausreichend konzentriert ist, um adäquate Beschichtungsdicke und Trocknungsfähigkeit zu liefern, aber andererseits nicht so konzentriert, um untragbar schwierig aufzubringen und nach dem Beschichten zu orientieren zu sein.
Wenn es gewünscht wird, Licht nur in einem ausgewählten Wellenlängenbereich zu polarisieren, kann ein einzelner Farbstoff in der Gast/Wirt-Lösung verwendet werden. Wenn es gewünscht wird, einen Neutraldichtepolarisator bereitzustellen, das heißt, einen Polarisator, der Licht auf eine im wesentlichen gleiche Weise über das sichtbare Spektrum polarisiert, können mehrere Gastfarbstoffe mit verschiedenen Farben zu der Wirtslösung gegeben werden. Polarisatoren, die im wesentlichen neutrale Dichte aufweisen, können zum Beispiel durch Zugeben eines cyanfarbenen Farbstoffs, eines magentafarbenen Farbstoffs und eines gelben Farbstoffs zur Wirtslösung, oder in einer anderen Ausführungsform durch Zugeben eines violetten und eines gelben Farbstoffs zur Wirtslösung hergestellt werden. Es ist festgestellt worden, dass höhere Grade von Farbstoffreinheit wünschenswert sind, da Verunreinigungen, wie Salze und organische, nicht ionische Materialien, die in einigen im Handel erhältlichen Farbstoffen gefunden wurden, dazu neigen, alles sichtbare Licht ohne Rücksicht auf die Polarisierung abzuschwächen und dadurch die Wirksamkeit der Polarisierung zu verringern und dem Filter eine dunkle Farbe zu verleihen. Es ist insbesondere wünschenswert, dass der Verunreinigungsgrad in den Farbstoffen bezogen auf das Gewicht des vorliegenden Farbstoffs im Bereich von 1% oder niedriger liegt. Die Anzahl von Gastfarbstoffmolekülen, die in der Gast/Wirt-Lösung vorhanden ist, kann an die Zahl der Wirtsmoleküle heranreichen, aber es ist bevorzugt, dass es etwas weniger Gastfarbstoffmoleküle als Wirtsmoleküle gibt, so dass das Verhältnis von Gastmolekülen zu Wirtsmolekülen vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 0,8 liegt. Im allgemeinen ist es wünschenswert, die Gesamtfarbstoffkonzentration in der Lösung kleiner als etwa 50 Gewichts-% zu machen. In bestimmten Fällen kann es wünschenswert sein, eine Konzentration zu haben, die kleiner als etwa 20% ist, und unter anderen Umständen ist es wünschenswert, die Konzentration kleiner als etwa 10% zu haben. Für viele Polarisatoranwendungen ist es wünschenswert, eine Konzentration zu haben, die von etwa 5 bis 10 Gewichts-% reicht.
Aufbringen der Gast/Wirt-Lösung auf feste Substrate kann mit jeder beliebigen Vorrichtung durchgeführt werden, obwohl Beschichtungsverfahren, die während des Beschichtens der aufgebrachten Schicht eine gewisse Scherbelastung mitgeben, bevorzugt sind. Scherbelastung, die der aufgebrachten Schicht während der Beschichtung mitgegeben wird, dient dazu, die molekulare Anordnung der Gast- und Wirtsmoleküle anzutreiben.
Das Trocknen der aufgebrachten Schicht kann mit Mitteln durchgeführt werden, die zum Trocknen wässriger Beschichtungen geeignet sind, die die Beschichtung nicht beschädigen oder jede molekulare Anordnung der aufgetragenen Schicht, die durch Scherbelastung oder andere ausrichtende Effekte, die während der Beschichtung angewendet wurden, erzeugt worden sein kann, erheblich stören. Eine Schicht, die aus einer polymeren Schicht besteht, die ein Metallsalz enthält (z. B. ein wasserlösliches Polymer, das Zinkchlorid oder andere zweiwertige Kationen enthält), kann auf die getrocknete Beschichtung aufgetragen werden, um ihre Transmission zu verbessern und sie gegen mechanische Beschädigung zu schützen. Andere Polymermatrices können als Träger für die zweiwertigen Kationen verwendet werden.
BEISPIEL 1
Wenn R¹ eine -COOH-Gruppe ist, R² ein Wasserstoffatom ist, R³ ein Pyridiniumrest ist, und X^– ein Sulfatrest ist, ist die so erhaltene Verbindung 1-[4,6-Di(4-carboxyanilino)-1,3,5-triazin-2-yl]-pyridiniumhydrogensulfat, das auf die nachstehende Art, gemäß der aufgeführten Reaktion hergestellt wurde.
Ein Gemisch aus 117 ml Pyridin und 39 g 4,4'-[(6-Chlor-1,3,5-triazin-2,4-diyl)diimino]bisbenzoesäure (1, die Herstellung dieser Verbindung ist in Beispiel 3 beschrieben) wurde langsam auf 85°C erhitzt und 1 h bei dieser Temperatur gehalten. Das Gemisch wurde auf 15°C abgekühlt, und der Feststoff wurde aufgenommen, mit Pyridin gewaschen und getrocknet, und ergab 47,69 g eines gelben Feststoffs. Eine 4,44 g-Probe des Feststoffs wurde in 115 ml Wasser, das 1,62 ml 30%ige wässrige Ammoniumhydroxidlösung enthielt, gelöst. Eine verdünnte wässrige Schwefelsäurelösung (4 Gewichts-%) wurde langsam tropfenweise zugegeben, bis der pH-Wert 3,5 erreichte. Der Feststoff wurde aufgenommen, mit Wasser und Aceton gewaschen und getrocknet. Die NMR-Analyse zeigte eine Struktur, die mit 1-[4,6-Di(4-carboxyanilino)-1,3,5-triazin-2-yl]pyridiniumhydrogensulfat (2) übereinstimmte, das nachstehend Verbindung A genannt wird.
BEISPIEL 2
Durch Lösen von 10 g der Verbindung A in 100 g einer 0,5 bis 2,0%igen wässrigen Lösung von NH₄OH wurde eine Wirtslösung von Verbindung A hergestellt. Zu dieser Lösung wurde dann 0,1 Gewichts-% eines oberflächenaktiven Mittels, das bei Rohm & Haas, Philadelphia, PA unter dem Handelsnamen Triton x-100 erhältlich ist, gegeben, um die Aufbringbarkeit auf polymere Substrate zu erhöhen.
BEISPIEL 3
Wenn R³ ein Pyridiniumrest ist, der Substituent für R³ eine 4-Dimethylaminogruppe ist und X^– Bisulfat ist, ist in Formel I die so erhaltene Verbindung 1-[4,6-Di(4-carboxyanilino)-1,3,5-triazin-2-yl]-4-(dimethylamino)pyridiniumhydrogensulfat, das mit der nachstehenden Reaktion und dem nachstehenden Verfahren hergestellt wurde.
Zu 350 g 4-Aminobenzoesäure und 7437,5 g Wasser bei 11°C wurde gleichzeitig tropfenweise mit einer solchen Geschwindigkeit, dass die Temperatur unter 15°C gehalten wurde, eine Lösung von 157,1 g Cyanurchlorid in 739,93 g Aceton und eine Lösung von 135,2 g Natriumcarbonat in 993,5 g Wasser zugegeben. Nach der Zugabe ließ man die Charge 1 h bei 15°C mischen und dann auf Raumtemperatur erwärmen. Der Feststoff wurde aufgenommen, mit Wasser und Aceton gewaschen und getrocknet, und ergab 335 g 4,4'-[(6-Chlor-1,3,5-triazin-2,4-diyl)diimino]bis-benzoesäure (1) als einen weißen gelbbraunen Feststoff.
Ein Gemisch aus 325 g 4,4'-[(6-Chlor-1,3,5-triazin-2,4-diyl)diimino]bis-benzoesäure, 102,92 g 4-Dimethylaminopyridin und 3220,4 g Dimethylsulfoxid wurde 5 h auf 90°C erhitzt. Das Gemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, und 1185 g Aceton wurden zugegeben. Der Feststoff wurde aufgenommen und mit Aceton gewaschen. Der Feststoff wurde in einer Lösung aus 2000 g Wasser und 404 g 30%iger wässriger Ammoniumhydroxidlösung gelöst. Durch Lösen von 310 g konzentrierter Schwefelsäure in 3100 g Wasser wurde eine Vormischung hergestellt. Diese Vormischung wurde langsam zum Reaktionsgemisch gegeben, bis ein pH-Wert von 3,3 erhalten wurde. Der Feststoff wurde gesammelt, ausgiebig mit Wasser gewaschen und getrocknet, und ergab 220 g 1-[4,6-Di(4-carboxyanilino)-1,3,5-triazin-2-yl]-4-pyridiniumhydrogensulfat (3), das nachstehend Verbindung B genannt wird.
BEISPIEL 4
Durch Lösen von 10 g von Verbindung B in 100 g 2%iger wässriger Lösung von NH₄OH, die etwa 0,1 Gewichts-% eines bei Rohm & Haas, Philadelphia, PA unter dem Handelsnamen Triton x-100 erhältlichen oberflächenaktiven Mittels enthielt, um seine Aufbringbarkeit auf polymere Substrate zu verbessern, wurde eine Wirtslösung hergestellt.
BEISPIEL 5
Durch gleichzeitiges Lösen von 1,5 g von Verbindung B, 0,6 g Ammoniumhydroxid, 0,3 g Crompton and Knowles Intrajet Blue JE (einem Direktfarbstoff), 0,3 g Kayaku Gelb P-N3R (einem reaktiven Farbstoff), 0,3 g Keystone Rot 6B (einem Reaktivfarbstoff), 7 g Wasser und 0,1 g einer 10%igen Lösung von Triton x-100 wurde eine graue Gast/Wirt-Lösung hergestellt. Kleine Mengen, im allgemeinen weniger als 5 Gewichts-% Lösung eines wasserlöslichen Polymers wie Polyethylenglykol oder einem anderen Polymer, können zu der Lösung von Beispiel 5 gegeben werden, um der Beschichtung etwas strukturelle Festigkeit zu verleihen.
BEISPIEL 6
Durch Aufbringen einer 12 μm dicken nassen Schicht der grauen Gast/Wirt-Lösung aus Beispiel 5 auf ein geeignetes Substrat und anschließendes Trocknen der Beschichtung unter Verwendung eines Luftstroms wurde ein Neutraldichtepolarisator hergestellt. Die Dicke der so erhaltenen getrockneten Beschichtung betrug etwa 2–3 μm. Eine polymere Schicht, die ein wasserlösliches Polymer, wie sulfoniertes Polystyrol, Dextransulfat oder irgendein anderes geeignetes Polymer in der Konzentration von 20 bis 50% und ein Metallsalz, wie CdCl₂, CdI₂, 2NCl₂ oder ZnCl₂ in der Konzentration von 10 bis 30% enthielt, wurde dann oben auf die getrocknete Beschichtung aufgebracht, um verbesserte Transmission und Schutz gegen mechanische Beschädigung bereitzustellen. Der erhaltene Polarisator zeigt Transmission von p-polarisiertem Licht im Bereich von etwa 80% und eine Extinktion von weniger als etwa 3%.
BEISPIEL 7
Die Gast/Wirt-Polarisatoren der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um einige häufig auftretende Mängel von reflektierenden Polarisatoren zu korrigieren. Bezugnehmend auf 1a zeigt die spektrale Kurve P die Transmission eines reflektierenden mehrschichtigen optischen Folien-Polarisators des Typs, der in den veröffentlichten PCT-Patentanmeldungen WO95/17303 und WO96/19347 (durch Bezugnahme hier aufgenommen) offenbart ist, im sichtbaren Wellenlängenbereich für Licht, das in der Transmissionsebene des Polarisators polarisiert ist. Die spektrale Kurve S zeigt die Transmission für Licht, das in einer Ebene senkrecht zur Transmissionsebene des reflektierenden Polarisators polarisiert ist, über den gleichen Spektralbereich. Für die meisten Polarisierungsanwendungen ist es wünschenswert, dass Kurve P so genau wie möglich eine flache Linie bei 100% Transmission ist, und dass Kurve S so genau wie möglich eine flache Linie bei 0% Transmission ist. In 1a ist zu beobachten, dass Kurve S bei mehreren Wellenlängen deutlich von einer 0%-Transmissionslinie abweicht, insbesondere um 500 nm (Nanometer) und zwischen 600 und etwa 625 nm (Nanometer). Diese Abweichungen stellen Lichtdurchlässigkeiten dar, die als verminderte Reinheit der Polarisierung des durchfallenden Lichts erscheinen und auch in Situationen, wobei Licht einer bestimmten Polarisierung blockiert werden muss, wie es zum Beispiel in bestimmten Arten von Flüssigkristallanzeigen auftreten kann, Farbabweichungen verursachen können. Zusätzlich kann das reflektierte Licht ebenfalls eine geringfügig andere Farbe haben, auch wenn für das reflektierte Licht wahrscheinlich kein schädlicher Einfluss auf die Polarisierungsreinheit zu sehen ist, da das durchgelassene Licht Licht ist, das reflektiert werden sollte.
Bezugnehmend auf 2 wird durch Laminieren des in Beispiel 6 hergestellten Gast/Wirt-Neutraldichtepolarisators 24, der das in 1b gezeigte Transmissionsspektrum aufweist, mit dem reflektierenden Mehrschichtfolien-Polarisator 22, wobei die Transmissionsrichtungen der zwei Polarisatoren in einer im wesentlichen parallelen Weise orientiert sind, der hinsichtlich Durchlässigkeit korrigierte Polarisator 26 hergestellt, der die in 1c gezeigten spektralen Kurven P' uns S' besitzt, wobei P' die Transmission für Licht ist, das in der Transmissionspolarisierungsebene der kombinierten reflektierenden und Gast/Wirt-Polarisatoren linear polarisiert ist, und S' die Transmission für Licht ist, das in der Reflektionspolarisierungsebene des reflektierenden Polarisators polarisiert ist. Es ist beim Vergleichen der 1a und 1b ersichtlich, das die Transmission von Licht, wie durch die Kurven P und P' dargestellt, nur geringfügig reduziert wird, von etwas weniger als 90% für den Fall, wo nur der reflektierende Polarisator verwendet wird, auf etwa 80% Transmission für die kombinierten Polarisatoren, die in 1c gezeigt sind. Bezugnehmend auf 1a und 1c, zeigt der Vergleich der S- und S'-Kurven allerdings, dass die Zugabe des Gast/Wirt-Polarisators die Lichtdurchlässigkeit von etwa 25% Transmission um 500 nm auf weniger als 2% bei denselben Wellenlängen verringert, wie durch Kurve S' in 1c angezeigt wird. Es sollte auch ersichtlich werden, dass die Gast/Wirt-Polarisatoren der vorliegenden Erfindung wegen ihres dünnen Profils einen breiteren Extinktionswinkel zeigen als typische Polarisatoren, die CTA-Schichten verwenden, die dazu neigen, Licht bei größeren Sichtwinkeln durchtreten zu lassen.
Bezugnehmend auf 3 ist das einfallende Licht 31 nicht auf senkrechten Einfall beschränkt, sondern kann unter dem Winkel θ, der nicht 0 ist, einfallen, wodurch eine strahlenteilende wie auch eine polarisierende Wirkung erzeugt wird, wie durch die Strahlen 33 und 35 dargestellt, die sich in unterschiedlichen Richtungen fortbewegen und unterschiedliche Polarisierung besitzen. Da reflektierende Mehrschichtpolarisatoren für Änderungen der Leistung und Lichtdurchlässigkeiten mit Änderungen des Einfallswinkels θ anfällig sind, versteht es sich, dass die spezielle An der Korrektur hinsichtlich Durchlässigkeit, die in Gast/Wirt-Polarisator 24 bevorzugt ist, angepasst werden können muss, um sich dem vorherrschenden Einfallswinkel, den man in einer bestimmten Anwendung vorfindet, anzupassen. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass wegen der Anzahl leicht verfügbarer Farbstoffe mit verschiedenen Farben, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, eine Vielzahl solcher Anpassungen möglich ist.
Es versteht sich, dass obwohl das vorliegende Beispiel einen Gast/Wirt-Polarisator verwendet, der eine Kombination aus Farbstoffen enthält, die gewählt sind, um einen Neutraldichtepolarisator herzustellen, ein farbkorrigierender Polarisator nur einen Farbstoff enthalten könnte, der gewählt ist, um Lichtdurchlässigkeit in nur einem bestimmten begrenzten Wellenlängenbereich zu eliminieren, oder mehr als einen Farbstoff enthalten könnte, wobei die Farbstoffe ausgewählt sind, um ein bestimmtes, nicht notwendigerweise neutrales Korrekturspektrum zu erzeugen, das in Kombination mit einem reflektierenden Polarisator einen Polarisator mit vorbestimmten spektralen Eigenschaften herstellen würde.
BEISPIEL 8
Bezugnehmend auf 4 kann ein hinsichtlich Lichtdurchlässigkeit korrigierter reflektierender Polarisator 26 der vorstehend beschriebenen An auf eine Flüssigkristallanzeige 400 aufgetragen werden, um eine Flüssigkristallanzeige zu erzeugen, die Anteil 402 des einfallenden Lichts 401 reflektiert und den polarisierten Lichtanteil 403 mit Korrektur hinsichtlich Durchlässigkeit durchlässt. Der reflektierte Anteil 402 wird typischerweise durch Zurückreflektieren zum Polarisator 26 zurückgeführt, zum Beispiel unter Verwendung eines Lichtquellengehäuses, das nicht gezeigt ist, das etwas Polarisierungsumwandlung oder Zufallsverteilung bereitstellt, wodurch der Beleuchtungswirkungsgrad der Anzeige 400 verbessert wird. Eine typische Flüssigkristallanzeige hat durch einen rückführenden reflektierenden Polarisator 22, verbunden mit einem hinsichtlich Durchlässigkeit korrigierenden Polarisator 24, um Lichtdurchlässigkeit zu eliminieren, um einen hinsichtlich Durchlässigkeit korrigierten reflektierenden Polarisator 26 zu erzeugen, Vorteile. Solch ein System kann den Kontrast und das Erscheinungsbild der Flüssigkristallanzeige 400 wesentlich verbessern. Es versteht sich, dass die zwei polarisierenden Elemente (d. h. der reflektierende Polarisator 22 und der hinsichtlich Durchlässigkeit korrigierende Polarisator 24) nicht in der gezeigten Anordnung verwendet werden müssen. Ein Gast/Wirt-Polarisator könnte in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen anderswo im System angebracht werden, direktes Beschichten auf dem Flüssigkristallglassubstrat, auf einem Lichtleiter eines Rücklichts, auf anderen helligkeitserhöhenden Folien (z. B. strukturierten Winkelverbesserungsfolien, wie BEF, erhältlich bei der Firma 3M) und als eigenständiges Produkt und so weiter einschließend.
Während der Gast/Wirt-Polarisator im vorstehend Beispiel mit einem reflektierenden Polarisator kombiniert wird, können die Gast/Wirt-Polarisatoren der vorliegenden Erfindung in Flüssigkristallanzeigen, die keine reflektierenden Polarisatoren verwenden, in einer Vielzahl von Positionen, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden.
BEISPIEL 9
Die Polarisatoren der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um Umgebungslicht-Verblassen von Rückseitenprojektionsbildschirmen zu verringern. Bezugnehmend auf 5 projiziert das Projektionsgerät 50 ein Bild zum Ansehen durch Betrachter 1 auf die Diffusorschicht 56 der Rückseitenprojektionsbildschirmanordnung 52. Wenn das Umgebungslicht 57 ein hohes Niveau hat, wie es in einem hell erleuchteten Raum der Fall sein kann, trifft dieses Licht von der Betrachterseite auf den Diffusor 56 auf und verringert den Kontrast des projizierten Bildes. Durch Einführen des Gast/Wirt-Polarisators 58 zwischen Betrachter 1 und Diffusorschicht 56 wird mindestens eine Polarisierungskomponente des unpolarisierten Umgebungslichts 57 absorbiert, wodurch die Menge des auf Diffusor 56 einfallenden Umgebungslichts stark verringert wird. Außerdem kann etwas von dem polarisierten Umgebungslicht, das die Diffusorschicht 56 erreicht und zum Betrachter zurückgestreut wird, seine Polarisierung durch die Diffusorschicht geändert haben, so dass ein Teil dieses Lichts vom Polarisator 58 absorbiert wird, wodurch die Menge an Umgebungslicht, das den Betrachter 1 von der Diffusorschicht 56 erreicht, weiter verringert wird. Es versteht sich, dass, wenn das projizierte Licht 51 polarisiert ist, wie es oft in Flüssigkristallprojektionssystemen der Fall ist, die Transmissionsachse der polarisierenden Schicht 58 so angeordnet werden sollte, dass sie im allgemeinen parallel zur Polarisierungsebene des projizierten Lichts 51 liegt. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die polarisierende Schicht 58 direkt als eine dünne Schicht auf eine Vielzahl von festen Substraten, wie in diesem Fall die Diffusorschicht 56, aufgebracht werden kann. Weil die polarisierende Schicht 58 relativ dünn und haltbar ist, hat sie einen relativ geringen mechanischen Einfluss auf die Bildschirmanordnung 52, so dass es unwahrscheinlich ist, dass sie Verziehen verursacht oder andere nachteilige mechanische Auswirkungen für die Bildschirmanordnung 52 erzeugt. In anderen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, den Gast/Wirt-Polarisator auf ein Glas, ein polymeres oder anderes gerieftes Substrat, wobei der Diffusor an der entgegengesetzten Seite des Substrats befestigt ist, aufzubringen.
Zusätzliche Verringerung von Umgebungslichteffekten kann durch Verwendung von polarisiertem Licht als Raumbeleuchtung erreicht werden. Zum Beispiel wird im wesentlichen alles Umgebungslicht, das auf Bildschirm 52 einfällt, absorbiert, bevor es die Diffusorschicht 56 erreicht, wenn das einfallende Licht 57 in der Absorptionsrichtung von Polarisator 58 polarisiert ist, wodurch die Sichtbarkeit von Bildern, die auf die Diffusorschicht 56 projiziert werden, weiter erhöht wird.
BEISPIEL 10
Die vorliegende Erfindung ist zur Polarisierung von nichtparallelen Lichtstrahlenbündeln nützlich. Polarisatoren sind typischerweise effektiver, wenn das Licht, das polarisiert werden soll, ein parallel ausgerichtetes Strahlenbündel ist, so dass alle auf den Polarisator einfallenden Strahlen den selben Einfallswinkel haben, der typischerweise senkrechter Einfall ist. Wenn verschiedene Strahlen unter verschiedenen Winkeln durch einen Polarisator gehen, haben sie verschiedene Einfallsebenen und wandern unterschiedliche Strecken durch den Polarisator. In Interferenzpolarisatoren können diese Unterschiede der Einfallsebenen für verschiedene Strahlen des selben Strahlenbündels zu deutlich unterschiedlichen Polarisierungsebenen führen. Im Fall von Absorptionspolarisatoren können die unterschiedlichen Wanderstrecken durch die polarisierende Schicht zu sich unterscheidenden Polarisierungsniveaus oder zu unterschiedlichen Farben des vom Polarisator erzeugten Lichts führen. Bezugnehmend auf 6 fallen die unpolarisierten Lichtstrahlen 61 wegen der divergierenden Art der Lichtstrahlenbündels unter einer Vielzahl von Winkeln von der Lichtquelle 60 auf den Polarisator 64. Es versteht sich aus geometrischen Überlegungen, dass die Lichtstrahlen 61b, die die äußeren Teile des Lichtkegels 61 darstellen und deshalb größere Einfallswinkel haben, einen längeren Weg durch Polarisator 64 haben als Strahlen mit kleineren Einfallswinkeln, wie Strahl 61a. Weil die Gast/Wirt-Polarisatoren der vorliegenden Erfindung eine sehr vollständige Polarisierung innerhalb einer sehr kurzen Lichttransmissionsstrecke erreichen können, kann der Polarisator 64 sehr dünn sein, so dass der Unterschied der Wegstrecke durch die polarisierende Schicht 64 zwischen Strahlen unter verschiedener Einfallswinkel relativ klein ist, so dass die Einheitlichkeit der Polarisierung sogar für relativ breite Kegel aus divergierendem Licht gegenüber einigen anderen Polarisatoren verbessert ist.
BEISPIEL 11
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Anwendungen nützlich, die eine polarisierende Schicht erfordern, die hohen Temperaturen widerstehen kann. Diese Stabilität beruht teilweise auf der thermischen Stabilität des Gast/Wirt-Materials selbst und auch teilweise auf der Fähigkeit des Gast/Wirt-Materials, seine Polarisierungswirkung auf einer relativ kurzen Strecke zu erreichen, so dass die Gast/Wirt-Schicht relativ dünn sein kann und auf thermisch stabile Substrate, wie Glas, aufgetragen werden kann. Die vorliegende Erfindung ist spezieller als Hitzefilter für glühende Lichtquellen verwendbar. Bezugnehmend auf 7 erzeugt die Glühlampe 70 die Strahlen 71 elektromagnetischer Strahlung, die sichtbares Licht zusammen mit einer erheblichen Menge an Infrarotstrahlung enthält. Wenn eine Erzeugung von polarisiertem Licht gewünscht ist, kann der Gast/Wirt-Polarisator 72 der vorliegenden Erfindung vor den Infrarotfilter 74 platziert werden, um die Infrarotheizbelastung dieses Filters zu verringern. In diesem Fall kann der Gast/Wirt-Polarisator 72 pleochroitische Farbstoffe enthalten, die sowohl im Infrarotbereich als auch im sichtbaren Bereich des Spektrums absorbieren. Gast/Wirt-Material 72 kann als eine dünne Schicht auf Substrat 76, das vorzugsweise ein thermisch stabiles Material, wie Glas, ist, aufgetragen werden. In einer anderen Ausführungsform kann es wünschenswert sein, den Gast/Wirt-Polarisator auf ein stark wärmeleitendes Material, wie Saphir, aufzubringen. Filter 74 kann ein Infrarot absorbierendes Material sein, das während der Verwendung deutliches Erwärmen erfährt. Durch Aufteilen der Hitzebelastung zwischen Gast/Wirt-Polarisator 72, der viel von der Wärme, die er absorbiert, auf Substrat 76 ableiten kann, und Infrarotabsorber 74 wird das Kühlen dieser Elemente wegen der vergrößerten Oberfläche, die durch die zwei Filter anstelle des einen bereitgestellt wird, wirkungsvoller. In einer anderen Ausführungsform kann der Infrarotfilter 74 ein Hitzespiegel sein, das heißt ein Spiegel, der im Infrarotbereich reflektiert, aber Licht im sichtbaren Bereich durchlässt. Da sowohl das sichtbare als auch das Infrarotlicht einer Polarisierung von Gast/Wirt-Polarisator 72 absorbiert werden, bevor Licht 71 den Hitzespiegel 74 erreicht, wird die Menge an zurückreflektiertem und schließlich von einer Oberfläche, die von diesem reflektierten Licht getroffen wird, absorbiertem Infrarotlicht verringert.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Luftstrom 78 durch den Kanal, der von Polarisator 72 und Infrarotfilter 74 gebildet wird, bereitgestellt werden, um das Kühlen weiter zu verstärken.
Im vorstehenden Beispiel wurden verschiedene Farbstoffe verwendet. Wie vorstehend angemerkt, schließt die Klasse von Farbstoffen, die zur Verwendung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, saure Farbstoffe, basische Farbstoffe, Direktfarbstoffe und indirekte Farbstoffe ein. Repräsentative Polarisationsproben sind aus solchen Farbstoffen hergestellt worden, einschließend:

Direktfarbstoffe – Zu 10 g einer 10 bis 15%igen Gast-Lösung wurden 0,3 g Direct Blue 199 von Crompton and Knowles gegeben, und man erhielt einen Polarisator im Cyanbereich des Spektrums.
Reaktivfarbstoffe (auf Triazinbasis) – Zu 10 g einer 10 bis 15%igen Gast-Lösung wurden 0,3 g Reactive Yellow 2 von Nippon Kayaku gegeben, und man erhielt einen Polarisator im gelben Bereich des Spektrums.
Reaktivfarbstoffe (auf Vinylsulfonbasis) – Zu 10 g einer 10 bis 15%igen Gast-Lösung wurden 0,3 g Reactive Yellow 17 von Crompton and Knowles gegeben, und man erhielt einen Polarisator im gelben Bereich des Spektrums.
Saure Farbstoffe – Zu 10 g einer 10 bis 15%igen Gast-Lösung wurden 0,3 g Acid Orange 7 von Crompton and Knowles gegeben, und man erhielt einen Polarisator im gelben Bereich des Spektrums.
Basische Farbstoffe – Zu 10 g einer 10 bis 15%igen Gast-Lösung wurden 0,3 g Basic Blue 9 von Kodak gegeben, und man erhielt einen Polarisator im grünblauen Bereich des Spektrums.
Fluoreszierende Farbstoffe – Zu 10 g einer 10 bis 15%igen Gast-Lösung wurden 0,3 g Fluorescent Yellow AA216 von der Keystone-Corporation gegeben, und man erhielt einen Polarisator im gelben Bereich des Spektrums.

Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf spezielle Beispiele beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung ist dazu gedacht, den vollen Umfang abzudecken, wie er sich für Fachleute auf dem Gebiet erschließt und wie in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt ist.

Claims

Polarisationsvorrichtung, umfassend eine dichroitische Schicht, wobei die Schicht umfaßt: (a) eine molekulare Matrix, um pleochroitische Farbstoffmoleküle in einer vorherbestimmten Orientierung zu halten, und (b) mindestens einen pleochroitischen Farbstoff, wobei die Matrix ein lyotropes nematisches flüssigkristallines Material ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dichroitische Schicht auf ein dimensionsstabiles Substrat aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die molekulare Matrix aus einer auf ein festes Substrat aufgebrachten wäßrigen Lösung gebildet wird, um eine geordnete flüssige Schicht, die nachfolgend verfestigt wird, zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Anordnen der flüssigen Schicht durch Anwenden einer Scherkraft auf die flüssige Schicht durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Matrix umfasst: eine lyotrope nematische flüssigkristalline Wirtsverbindung, welche mindestens eine Triazingruppe enthält; und der Farbstoff ein pleochroitischer Gastfarbstoff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Wirtsverbindung
ist, wobei X^– ein Gegenion ist; R¹, welche gleich oder verschieden sein können, ein hydrophiler Rest ist; R², welche gleich oder verschieden sein können, ausgewählt ist aus elektronenspendenden Resten, elektronenziehenden Resten und elektronisch neutralen Resten; R³ ausgewählt ist aus: (a) unsubstituierten, positiv geladenen Ringen mit Heteroatomen, die an das Triazinrückgrat durch ein Stickstoffatom im Ring R³ gebunden sind, wobei X^– ein Gegenion ist; und (b) substituierten, positiv geladenen Ringen mit Heteroatomen, die an das Triazinrückgrat durch ein Stickstoffatom im Ring R³ gebunden sind, wobei X^– ein Gegenion ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei: (a) R¹, welche gleich oder verschieden sein können, ausgewählt ist aus COOH, SO₃H, SO₂H, SO₂NH₂, PO(NH₂)₂ und PO(OH)₂; (b) R², welche gleich oder verschieden sein können, ausgewählt ist aus Wasserstoff, substituierten Alkyl- und unsubstituierten Alkylresten.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei R³ ausgewählt ist aus substituierten Ringen, die von Pyridin, Pyridazin, Pyrimidin, Pyrazin, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol, Thiadiazol, Pyrazol, Triazol, Triazin, Chinolin und Isochinolin abgeleitet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei R³ ausgewählt ist aus unsubstituierten Ringen, die von Pyridazin, Pyrimidin, Pyrazin, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol, Thiadiazol, Pyrazol, Triazol, Triazin, Chinolin und Isochinolin abgeleitet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei R¹ COOH und R² Wasserstoff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei X^– ausgewählt ist aus SO₄H^–, CH₃COO^–, CF₃COO^–, BF₄ ^–, PF₆ ^–, SbF₆ ^–, CH₃SO₃ ^–, CF₃SO₃ ^– und PhCO₂ ^–.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei X^– Cl^– ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei X^– SO₄H^– ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei R³ ein substituierter Pyridinring ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei R³ substituiert ist und X^– ausgewählt ist aus SO₄H^–, CH₃COO^–, CF₃COO^–, BF₄ ^–, PF₆ ^–, SbF₆ ^–, CH₃SO₃ ^–, CF₃SO₃ ^– und PhCO₂ ^–.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Substituenten für R³ ausgewählt sind aus substituierten Amino-, Piperidino- und Pyrrolidinoresten.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Substituenten für R³ ausgewählt sind aus substituierten Amino-, Piperidino- und Pyrrolidinoresten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Substituenten für R³ ausgewählt sind aus 4-Dimethylamino- und 4-Pyrrolidinoresten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Substituent für R³ ein 4-Dimethylaminorest ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff ausgewählt ist aus sauren, basischen, direkten oder reaktiven Farbstoffen.
Optisches System, umfassend: eine Lichtquelle; und einen Polarisator, welcher angeordnet ist, um Licht von einer Lichtquelle zu empfangen, wobei der Polarisator eine lyotrope nematische flüssigkristalline Wirtsmatrix mit einer vorherbestimmten Wirtsorientierung und einen innerhalb der lyotropen nematischen flüssigkristallinen Wirtsmatrix angeordneten pleochroitischen Gastfarbstoff einschließt, wobei der pleochroitische Gastfarbstoff durch die Wirtsorientierung orientiert ist.
Optisches System nach Anspruch 21, wobei die Lichtquelle einen Rücklicht-Lichtleiter umfaßt.
Optisches System nach Anspruch 22, wobei der Polarisator auf den Lichtleiter aufgebracht ist.
Optisches System nach Anspruch 22, weiterhin umfassend einen Lichtmodulator, wobei der Polarisator zwischen dem Rücklicht-Lichtleiter und dem Lichtmodulator angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 24, wobei der Lichtmodulator eine Flüssigkristallanzeige ist.
Optisches System nach Anspruch 24, ferner umfassend einen reflektierenden Polarisator, der zwischen der Lichtquelle und dem Polarisator angeordnet ist.