ITBO20090502A1

ITBO20090502A1 - Filtro polarizzatore lineare con particolare efficienza di polarizzazione

Info

Publication number: ITBO20090502A1
Application number: IT000502A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Barberi; Roberto Bartolino; Michele Giocondo; Francesco Rambaldi; Aronne Righi
Original assignee: Michele Giocondo; Francesco Rambaldi; Aronne Righi
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-01-31

Description

Descrizione dell’Invenzione avente per Titolo:

Filtro polarizzatore lineare con particolare efficienza di polarizzazione.

Testo della descrizione

La presente invenzione riguarda un filtro polarizzatore lineare a bassa efficienza di polarizzazione e alcuni possibili i modi per la sua realizzazione, I filtri polarizzatori lineari sono alla base di una moltitudine di applicazioni in campo ottico ed elettroottico, quali ad esempio: schermi dì varia dimensione utilizzati nelle televisioni a schermo piatto, nei telefoni cellulari, negli orologi digitali e in molti strumenti per la visualizzazione di numeri o immagini. Ulteriori impieghi si hanno in campo automobilistico (specchi retrovisori con dispositivo anti-abbagliamento automatico) e protezione personale, quali ad esempio visiere ad oscuramento variabile per caschi automobilistici, motociclistici e per vari campi sportivi (sci, pattinaggio ecc.), occhiali “da sole" ad oscuramento variabile.

Lo stato dell’arte

Qualunque stato di polarizzazione della luce può considerarsi come la sovrapposizione di due polarizzazioni lineari perpendicolari tra di loro (le componenti) con una opportuna differenza di fase. Un filtro polarizzatore è un elemento ottico passivo che consente di assorbire completamente (oppure di riflettere) una delle due componenti dei campo elettrico (componente S) e di lasciare passare l'altra inalterata (componente P). Nella pratica, a causa delle proprietà ottiche dei materiali, la componente S non è mai assorbita (o riflessa) completamente (cioè la sua intensità in uscita dal filtro non può essere in nessun caso pari a zero, anche se resa talmente piccola da poter essere considerata nulla), così come la componente P non attraversa il filtro completamente inalterata, ma la sua intensità all’uscita del filtro sarà necessariamente più bassa del valore posseduto in origine. La qualità di un filtro polarizzatore lineare è misurata dal rapporto di estinzione, definito come il rapporto tra le intensità delle due componenti F e S all'uscita del filtro. Normalmente 1 filtri polarizzatori lineari sono realizzati in modo da fornire un rapporto dì estinzione quanto più alto possibile. In altri termini, essi sono realizzati in modo da assorbire (o riflettere) quanto più possibile la componente S del campo elettromagnetico, e da lasciare passare con il minore assorbimento possibile l'altra componente (P). Valori tipici del rapporto di estinzione per tali dispositivi, secondo la definizione di cui sopra, sono compresi nell’intervallo 500:1 - 1.000.000:1.

1. I metodi e ìe tecniche rea lizzati ve attuali sono molteplici, filtri polarizzatori lineari basati sull’uso di molecole dicroiche, in particolare coloranti organici, applicati sotto forma di una sottile pellicola sulla superficie di un substrato trasparente, in modo da formare una struttura cristallina ordinata;

2. Filtri polarizzatori lineari basati su pellicole di polimeri, quale ad esempio l’alcoi polivinilico (polyvinyil alcohol), rese anisotrope attraverso uno stiramento uniassiale (US Patent No. 5, 007, 942).

3. Filtri polarizzatori lineari basati su sulfo-acidi di azo-composti e di composti poìiciclici, o di loro miscele o di loro sali (WO 94/28073).

4. Filtri polarizzatori lineari basati sulla tecnologia wire-grió, che consiste di un insieme regolare di sottilissimi fili metallici paralleli, giacenti su un piano perpendicolare alla radiazione incidente, la cui spaziatura sia inferiore alia lunghezza d’onda della radiazione, e la cui sezione una piccola frazione di questa distanza.

5. Filtri polarizzatori lineari basati sull’uso di nanoparticelle di argento, di forma elongata, incorporate all'interno di una sottile lastra di vetro ("Polarcor glass polarizers: Produci Information" - Coming.com. December 2006).

6. Filtri polarizzatori lineari basati su film di coloranti dicroici allineati per mezzo di matrici liquido-cristalline liotropiche o termotropiche

Esistono altre tecniche per realizzare filtri polarizzatori lineari, non interessanti ai fini della presente invenzione. Tali tecniche sono basate sulle proprietà della materia di riflettere, sotto opportune condizioni di incidenza (angolo di Brewster), soltanto una sola componente della radiazione luminosa incidente. Infine altre tecniche sfruttano la stessa proprietà in materiali bì rifrangenti (Gian-Thompson, Glan-Taylor, Gian-Foucauit, Rochon, Sénarmont, Nicol, Wollaston, Nomarski).

L’invenzione

La presente invenzione riguarda la realizzazione di filtri polarizzatori lineari parziali, quindi con un rapporto di estinzione inferiore a 500:1, ricadente in un intervallo di valori tipici 50:1 - 1:1 secondo la definizione fornita all'inizio del capitolo precedente “Lo Stato dell· Arte".

Un tale polarizzatore parziale è fondato sulla caratteristica di assorbire (o riflettere) soltanto parzialmente la componente S del campo elettromagnetico, e di lasciare passare praticamente inalterata la componente F. In tal modo, lo stato della radiazione uscente dal filtro sarà dato dalla sovrapposizione di una componente polarizzata linearmente e di una componente non polarizzata.

L’utilità della presente invenzione consiste nella possibilità di realizzare dispositivi per la modulazione dell'Intensità luminosa, caratterizzati da un basso contrasto ottico e da un valore massimo della trasmittanza superiore al 50%, contrariamente a quanto consentito dai filtri polarizzatori lineari convenzionali. Questi ultimi permettono di realizzare dispositivi ad alto contrasto, ma con un valore massimo di trasmittanza largamente inferiore al 50%, legato al fatto che il filtro polarizzatore convenzionale assorbe la componente S in modo praticamente completo,

I modi in cui un filtro polarizzatore lineare a bassa o a bassissima efficienza di polarizzazione può essere realizzato sono molteplici, alcuni analoghi a quelli attraverso t quali si realizzano i filtri convenzionali che sono stati elencati nella A titolo esemplificativo e in forma non esaustiva si fornisce il seguente elenco:

1. Filtri polarizzatori lineari basati sull’uso di molecole dicroiche, in particolare coloranti organici, applicati sotto forma di una sottile pellicola sulla superficie di un substrato trasparente, in modo da formare una struttura cristallina ordinata; tale pellicola deve avere uno spessore oppure una concentrazione del materiale dicroico inferiori a quelli necessari per la realizzazione di un filtro polarizzatore lineare convenzionale, in modo che la componente assorbita del campo elettromagnetico venga assorbita solo parzialmente.

2. Filtri polarizzatori lineari basati su pellicole di polimeri, quale ad esempio l'alcol polivinìlico (polyvìnyil alcohol), rese anisotrope attraverso uno stiramento uniassiale (US Patent No, 5, 007, 942). Una bassa efficienza di polarizzazione in questo caso può essere ottenuta attraverso uno stiramento parziale.

3. Filtri polarizzatori lineari basati su suifo-acidi di azo-composti e di composti poli cicli et, o di loro miscele o di loro sali (WO 94/28073). Una bassa efficienza di polarizzazione può essere ottenuta con lo stesso metodo descritto al punto 1

4. Filtri polarizzatori lineari basati sulla tecnologìa wire-grid , che consiste di un insieme regolare di sottilissimi fili metallici paralleli, giacenti su un piano perpendicolare alla radiazione incidente, la cui spaziatura sia inferiore alla lunghezza d’onda della radiazione, e la cui sezione una piccola frazione di questa distanza. Una bassa efficienza di polarizzazione può essere ottenuta in una banda di lunghezze d’onda diversa da quella per la quale il filtro è stato progettato. Ad esempio: un filtro polarizzatore lineare utilizzante la tecnologia wire-grìd ottimizzato per la banda dell’infrarosso, avrà ancora un effetto polarizzante nella banda del visìbile, ma con un’efficienza più bassa.

5. Filtri polarizzatori lineari basati sull’uso di nanoparticelie di argento, di forma elongata, incorporate all’interno dì una sottile lastra di vetro ("Poiarcor glass polarizers: Product Information" - Coming.com. December 2006). Una bassa efficienza dì polarizzazione può essere ottenuta con lo stesso metodo descritto al punto 4.

6. Filtri polarizzatori lineari basati su film di coloranti dicroici allineati per mezzo di matrici liquido-cristalline liotropiche o termotropiche. Una bassa efficienza di polarizzazione può essere ottenuta con lo stesso metodo descritto al punto 1 . I filtri polarizzatori lineari a bassa efficienza realizzati secondo ì metodi descritti ai punti 1, 3 e 6 presenterebbero inoltre il vantaggio di un valore maggiore della trasmittanza della componente non assorbita, molto prossimi al 100% in quanto, come noto all’uomo dell’arte, l’assorbimento cresce esponenzialmente con lo spessore del materiale e gli spessori in gioco possono essere notevolmente ridotti rispetto a quelli degli usuali polarizzatori dicroici.

Claims

Rivendicazioni 1- Filtro polarizzatore lineare caratterizzato da bassa efficienza derivante del fatto che la componente de! campo elettromagnetico maggiormente assorbita viene assorbita solo parzialmente (<99, 8%) o comunque tale che l’efficienza di polarizzazione, espressa dal rapporto di estinzione, sia inferiore a 500:1. 2- Filtro polarizzatore lineare a bassa efficienza come da rivendicazione 1 che fa uso di molecole dicroiche, in particolare coloranti organici, applicati sotto forma dì una sottile pellicola sulla superficie di un substrato trasparente caratterizzato dal fatto che tale pellicola ha uno spessore e/o una concentrazione del materiale dicroico inferiori a quelli necessari per la realizzazione di un filtro polarizzatore lineare convenzionale. 3- Filtro polarizzatore lineare a bassa efficienza come da rivendicazione 1 che fa uso di sulfo-acidi di azo-com posti e di composti policiclici, o di loro miscele o di loro sali, applicati sotto forma di una sottile pellicola sulla superficie di un substrato trasparente caratterizzato dai fatto che tale pellicola ha uno spessore e/o una concentrazione di sulfo-acidi di azo-composti e di composti policiclici, o di loro miscele o di loro sali, inferiori a quelli necessari per la realizzazione di un filtro polarizzatore lineare convenzionale. 4- Filtro polarizzatore lineare a bassa efficienza come da rivendicazione 1 che fa uso di pellicole di molecole coloranti dicroiche allineate per mezzo di matrici iiquidocristalline ! iotropiche o termotropiche caratterizzato dal fatto di avere una concentrazione del materiale dicroico inferiore a quella necessaria per la realizzazione di un filtro polarizzatore lineare convenzionale. 5- Filtro polarizzatore lineare a bassa efficienza come da rivendicazione 1 che fa uso di pellicole di polimeri, quale ad esempio i’alcohol pofivinilico (polyvinyìl alcohol), oppure altro, caratterizzate dal fatto di essere rese anisotrope attraverso un stiramento uniassiale limitato. 6- Filtro polarizzatore lineare a bassa efficienza come da rivendicazione 1 che fa uso della tecnologìa wire-grid (descritta ai punto 4 del paragrafo “l'invenzione"), caratterizzato dal fatto che i suoi parametri sono ottimizzati per la banda di lunghezze d’onda interessata alla polarizzazione parziale. 7- Filtro polarizzatore lineare a bassa efficienza come da rivendicazione 1 che fa uso di nanoparticelle di argento, oppure di altro materiale conduttore, (descritta ai punto 5 del paragrafo “l'invenzione”), i cui parametri sono ottimizzati per la banda di lunghezze d’onda interessata alla polarizzazione parziale. 8- Filtro polarizzatore lineare come da rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, applicato a dispositivi con caratteristiche ottiche quali, ad esempio: schermi a cristalli liquidi per televisioni, telefoni cellulari, orologi digitali, qualunque strumento per la visualizzazione di numeri o immagini, luci e proiettori, strumenti per la visione e l'ingrandimento, specchi retrovisori con dispositivo anti-abbagliamento automatico, visiere a trasmittanza variabile per caschi automobilistici, motociclistici e per impieghi sportivi (sci, pattinaggio, equitazione...), occhiali “da sole", schermi e finestre a trasmittanza variabile, etc...