JP4163414B2

JP4163414B2 - 二色性偏光子及び材料

Info

Publication number: JP4163414B2
Application number: JP2001562250A
Authority: JP
Inventors: ユーリエイボブロフ; レオニドワイイグナトフ; パヴェルアイラザレフ; アーラワイサカロヴァ
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: EP1269250B1; US7031053B2; JP2003524207A; HK1052748A1; JP4681628B2; CN1210604C; JP2008225485A; EP1269250A1; CN1411566A; WO2001063346A1; AU2001241695A1; EP1269250A4; RU2178900C2; US20010029638A1

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、二色性有機物質、特に、基板の表面上に塗布され、二色性分子が結晶構造に並んでいる有機染料の薄膜に基づく耐熱性及び耐光性2色性偏光子に関する。本発明の偏光子は、厳しい操作条件における適用に使用し得る。広い適用領域としては、例えば、液晶ディスプレイが含まれるがこれに限定されない。
【０００２】
発明の背景
光学偏光膜は、様々な工業において広く用いられてきた。多くの偏光子が研究され、ポリマー、例えば、ポリビニルアルコールに基づく偏光子があり、これらはそのポリマーの薄膜の一軸延伸により光学的異方性にするものである。光学異方性の発現は、米国特許第5,007,942号に記載されるようにポリマー分子の延伸と続いて起こる延伸の方向に沿った配向によるものである。
ヨウ素気体、ヨウ素含有溶液又は有機染料に暴露したときに、膜は着色される。色の強度は、延伸軸に相対して電磁波Ｅの電場ベクトルの方向に左右される。
その膜の偏光効率は、ポリマー膜中のヨウ素又は他の染料の濃度とポリマー分子の配向度によって求められる。
現在一般的に用いられている材料から得られた偏光子の偏光効率が高いにもかかわらず、2つの直交する偏光子に対してある方位角、特に偏光軸に相対して±45°の方位角で入射する光の透過が高いという点でかなりの欠点がある。
【０００３】
従来の他の偏光子は、国際出願第94/28073号に記載されているように非環式又は多環式化合物のチオ酸又はその混合物に基づくものである。既知の材料の溶液は、安定なリオトロピック液晶相を生成させることができ、光学的異方性膜を製造することができる。この既知の材料に基づく膜を得るために、リオトロピック液晶染料を基板上に塗布し配向させる。溶媒は後に蒸発させ、秩序分子の薄膜は基板上に保たれている。膜の構造は、既知材料の平らな分子の秩序複合体から構成されている。分子の平面と光遷移の双極子モーメントは、膜の巨視的配向軸に垂直に配向している。その構造の生成には、相互に相対して配向した1次元又は2次元準結晶群が存在しつつ分子がすでに局部的に配向している染料の液晶条件が使われる。同時外部配向力と共にその構造を適用したときに、巨視的配向は乾燥工程中の結晶化作用により保たれるだけでなく改善され得る。生じた偏光軸は、塗布の方向に沿っている。
この材料に基づく偏光子は、多くの欠点があり、適用が制限される。特に、偏光効率が不十分であり、角特性が低い。これにより、本明細書に記載されるタイプの2つの平行な偏光子を用いている様々な部材に用いられる場合、それらの表面に斜めに入射する偏光しない光の望ましくない透過があるという事実が生じる。この作用は、偏光子の一方がほとんどの液晶ディスプレイに用いられる拡散反射コーティングである場合に特に著しい。上記欠点の理由の1つは、偏光子の面に対して垂直面に沿った吸収度について制御しないという事実である。従って、一方が基板の平面で配向方向に垂直な面にあり、もう一方が基板に対して垂直面と一致している2つの軸に沿った吸収係数の比率が最適でない。従って、改善された偏光子を提供することは望ましいことである。
【０００４】
発明の要約
本発明は、改善された二色性偏光子及びそれを製造するための材料を提供する。更に詳細には、本発明は、二色性有機材料、特に基板の表面上に塗布された有機染料の薄膜に基づく二色性偏光子を提供する。該二色性分子は結晶構造に並んでいる。
本発明の態様においては、有機物質の配向分子を有する少なくとも1種の異方性吸収膜を含む二色性偏光子であって、該異方性吸収膜が、少なくとも1つのバンドの吸収波長の範囲内で異方性屈折率の実部と虚部の楕円体（エリプソイド）の半長軸について少なくとも1つの吸収バンドの最大波長以上の寸法をもつ領域で次の関係:
【０００５】
【数３】
【０００６】
（ここで、K₁、K₂、K₃とn₁、n₂、n₃は各々異方性屈折率の虚部と実部の楕円体（エリプソイド）の半軸の主値である。）
を満たすことを特徴とする、前記偏光子を提供する。更に、該異方性吸収膜は、直交する偏光軸をもつ2つの異方性吸収膜の光透過が偏光子に対して垂直面から伝搬がずれる場合に少なくともある範囲の波長については入射角と共に増加しないことを特徴とすることができる。
本発明の他の態様においては、有機物質の配向分子に基づく異方性吸収膜の材料であって、該分子が、少なくとも1つのバンドの吸収波長の範囲内で異方性屈折率の実部と虚部の楕円体（エリプソイド）の半長軸について少なくとも1つの吸収バンドの最大波長以上の線寸法をもつ領域で次の関係:
【０００７】
【数４】
【０００８】
（ここで、K₁、K₂、K₃とn₁、n₂、n₃は各々異方性屈折率の虚部と実部の楕円体（エリプソイド）の半軸の主値である。）
を満たすように配向している、前記材料を提供する。更に、該分子は、この材料で形成された直交する偏光軸をもつ2つの異方性吸収膜の光透過が偏光子に対して垂直面から光伝搬の方向がずれる場合に少なくともある範囲の波長については増加しないように配向していることができる。
本発明は、添付の図面と共に読取られるときに次の詳細な説明から明確に理解されるであろう。
【０００９】
本発明の詳細な説明
ここで、本発明を図によって詳述する。
偏光子の光学的性質は、下記の複素異方性屈折率:
【００１０】
【数５】
【００１１】
（ここで、ε_i,jとμ_i,jは誘電体透過率と磁気透過率のテンソルである。）
を特徴とする。座標系においては、誘電体透過率のテンソルは対角であり、Ｎ_m ＝ n_m − i・k_m（ここで、n_mは物質における光の速度と軸mに平行な偏光面を特徴づけている屈折率であり、k_mは虚部であり、軸mに沿った偏光面をもつ光の吸収を特徴づける）、下記の吸収係数:
Ｋ_m ＝ 2π・k_m ／λ
（ここで、λは光の波長である。）
に関係している。屈折率の実部と虚部の角度依存性は、楕円体（エリプソイド）において記載することができる。
ヨウ素偏光子は、Ｎ_mの成分の軸対称性を特徴とする。ここで楕円体（エリプソイド）の主軸は、延伸の方向と一致している。また、屈折率の実部と虚部の2つの成分は等しく、常光線の屈折率は異常光線の屈折率より小さく、虚部の2つの成分はゼロに近い。そのような膜は、いわゆる正の誘電異方性と正の二色性を有する。これは、光の吸収に関与する分子の光遷移の双極子モーメントがポリマー延伸の方向に沿って配向していることを意味する。常光線と異常光線の屈折率間の比率が反対の場合には、特に常光線の屈折率が異常光線の屈折率より大きく、虚部の2つの成分がある有限値に等しく、第3の成分がゼロである場合には、膜は負の一軸二色性と誘電異方性をもつと言われる。従って、最初の場合には屈折率の実部と虚部の角度依存性の楕円体（エリプソイド）は伸長した（針状の）形であり、第2の場合にはディスク状の形である。
【００１２】
屈折率の虚部の楕円体（エリプソイド）の形の態様は、偏光子のパラメーター、特に角特性にかなり影響する。本発明者らは、配向の方向に垂直であるＹ軸に沿った係数Ｋyと比較しうる垂直軸Ｋzに沿った屈折率の大きな値については、偏光子の偏光効率が比較的小さく、2つの平行方向偏光子による透過率、特に一方がほとんどの液晶ディスプレイに一般的である拡散屈折コーティングをもつ場合には小さいことがわかった。この具体的な状況は、本発明の偏光子に固有のものである。このことは、斜めに入射する偏光しない光の吸収強度が入射ビームの偏光面のすべての方向について増加するという事実と関係がある。一方、Ｋz値が小さいとき、2つの直交する偏光子による斜めに入射する光の透過率は、第1偏光子を出る光偏光度が減少するために非常に大きい。我々は、異方性吸収膜の異方性屈折率の実部と虚部の楕円体（エリプソイド）の主軸間の具体的な関係及び/又はその製造が下記の技術的結果を得ることを可能にしかつ種々の段階で確実に制御し得る2つの直交する異方性吸収膜による透過率の依存性を経験的に求めた。
特に有利には、本発明は、偏光子の角特性の向上、更に最初の厚さを保持しつつ1つ又は2つの平行方向偏光子による偏光しない光の透過率の低下、及び２つの直交する偏光子の角特性の向上と偏光効率の増大を提供する。
この結果は、有機材料或いは有機物質の配向分子を有する少なくとも1種の異方性吸収膜を含んでいる二色性偏光子において、該異方性吸収膜が少なくとも1つのバンドの吸収波長の範囲内で異方性屈折率の実部と虚部の楕円体（エリプソイド）の主軸について少なくとも1つの吸収バンドの最大波長以上の寸法をもつ領域については次の関係:
【００１３】
【数６】
【００１４】
（ここで、K₁、K₂、K₃とn₁、n₂、n₃は各々異方性屈折率の虚部と実部の楕円体（エリプソイド）の軸の主値である。）
が言えるという事実を特徴とすることから得られる。
吸収係数の次の関係:
Ｋ₁ ≧ Ｋ₂ ＞＞Ｋ₃
Ｋ₃ ＜ 0.2×Ｋ₁
が可能である。
屈折率の虚部の最大値及び/又は最小値に相当する方向は、基板の平面に平行な面にあり得る。
実施態様においては、有機物質或いは材料は、少なくとも1種の有機物質によって構成され、その化学式は、リオトロピック液晶相を生成するように極性溶媒に可溶性である少なくとも1種のイオン形成基、及び少なくとも1種の対イオンを有し、異方性吸収膜の生成工程において分子の構造内に保たれているか又は保たれていない。
【００１５】
他の実施態様においては、有機物質は、少なくとも1種の有機物質によって構成され、その化学式は、リオトロピック液晶相を生成させるように非極性溶媒に可溶性である少なくとも1種の非イオン形成基を有し、異方性吸収膜の形成工程において分子の構造内に保たれているか又は保たれていない。
他の実施態様においては、更に、有機物質は、次のスペクトル範囲: 200〜400 nm、又は400〜700 nm、又は0.7〜13μmの少なくとも1つで光吸収可能な少なくとも1種の有機染料で構成されている。
実施態様においては、更に、該有機物質が式{Ｋ}(Ｍ)n（式中、｛Ｋ｝は染料であり、その化学式はリオトロピック液晶相を生成するように極性溶媒に可溶性であるイオン形成基又は同じか又は異なる数種のイオン形成基を有し、（Ｍ）は｛Ｋ｝の対イオンであり、nは染料｛Ｋ｝が1つの対イオン（Ｍ）を数種の分子で共有する場合には分数であってもよく、n＞1の対イオンの場合には異なってもよい染料分子の対イオン数である。）を有する少なくとも1種の有機染料によって構成されている。
【００１６】
実施態様において本発明の異方性吸収膜は、1種又は数種の有機物質からなる多くの超分子複合体によって形成され、該超分子複合体は一様に配向されて入射光を偏光する。
異方性吸収膜の少なくとも1種は、安定なリオトロピック液晶相又はサーモトロピック液晶相を生成する少なくとも1種の有機物質の溶液から、基板の等方性又は異方性表面又は構造にその溶液を塗布する工程、外部配向力を適用する工程、及び引き続き乾燥する工程によって得ることができる。
偏光子は、ポリマー、ガラス、金属又は半導体から製造された基板をもつことができ、その表面は、平面、凸面、凹面、球面、円錐形、円筒形であってもよく、周期的表面を含む、ある規則に従って異なってもよい。基板の表面及びその容積の性質は等方性又は異方性であり得る。基板の表面上の組織は、周期的又は非周期的であり得る。
偏光子は、少なくとも1種の偏光膜、及び/又は少なくとも1種の導電膜、及び/又は少なくとも1種の位相差膜、及び/又は少なくとも1種の複屈折膜、及び/又は少なくとも1種の（前記液晶を配向させる）配向膜、及び/又は少なくとも1種の保護膜、及び/又は少なくとも1種の液晶膜、及び/又は少なくとも1種の拡散反射膜又は鏡面反射膜、及び/又は少なくとも2種以上の上記膜として同時に作用する少なくとも1種の膜を含むことができ、それらの膜の少なくとも1種が異方性又は等方性吸収及び/又は複屈折を示すことができる。
技術的結果は、異方性吸収膜の材料の分子が、少なくとも1つのバンドの吸収波長の範囲内で異方性屈折率の実部と虚部の楕円体（エリプソイド）の主軸について少なくとも1つの吸収バンドの最大波長以上の寸法をもつ領域で次の関係:
【００１７】
【数７】
【００１８】
（ここで、K₁、K₂、K₃とn₁、n₂、n₃は各々異方性屈折率の虚部と実部の楕円体（エリプソイド）の軸の主値である。）
が言えるように配向している事実、及び/又はこの材料で形成された直交する偏光軸をもつ2つの膜による光透過が偏光面に対して垂直面から光伝搬の方向がずれたときに少なくともある範囲の波長については増加しないように配向している事実があることから得られる。
吸収係数については次の関係:
Ｋ₁ ≧ Ｋ₂ ＞＞Ｋ₃
Ｋ₃ ＜ 0.2×Ｋ₁
が可能である。
実施態様においては、有機物質は、少なくとも1種の有機物質によって構成され、その化学式は、リオトロピック液晶相を生成するように極性溶媒に可溶性である少なくとも1種のイオン形成基、及び/又は少なくとも1種の対イオンを有し、異方性吸収膜の形成工程において分子の構造内に保たれているか又は保たれていない。
【００１９】
他の実施態様においては、有機物質は、少なくとも1種の有機物質によって構成され、その化学式は、リオトロピック液晶相を生成するように非極性溶媒に可溶性である少なくとも1種の非イオン形成基有し、異方性吸収膜の形成工程において分子の構造内に保たれているか又は保たれていない。
実施態様においては、更に、有機物質は、次のスペクトル範囲: 200〜400 nm、又は400〜700 nm、又は0.7〜13μmの少なくとも1つで吸収可能な少なくとも1種の有機染料で構成されている。
有機物質は、式{Ｋ}(Ｍ)n（式中、｛Ｋ｝は染料であり、その化学式はリオトロピック液晶相を生成するように極性溶媒に可溶性であるイオン形成基又は同じか又は異なる数種のイオン形成基を有し、（Ｍ）は｛Ｋ｝の対イオンであり、nは染料｛Ｋ｝が1つの対イオン（Ｍ）を数種の分子で共有する場合には分数であってもよく、n＞1の対イオンの場合には異なってもよい染料分子の対イオン数である。）を有する少なくとも1種の有機染料に基づいていることもできる。
【００２０】
水は、極性溶媒として使用し得る。
材料は、1種又は複数種の有機物質からなる多くの超分子複合体によって形成することができ、超分子複合体は入射光を偏光させるために一様に配向している。
材料は、安定なリオトロピック液晶相又はサーモトロピック液晶相を生成する少なくとも1種の有機物質の溶液から、基板の等方性又は異方性表面又は構造にその溶液を塗布する工程、外部配向力を適用する工程及び引き続き乾燥する工程によって得ることができる。
材料は、偏光膜、及び/又は位相差膜、及び/又は複屈折膜、及び/又は（前記液晶を配向させる）配向膜、及び/又は保護膜、及び/又は液晶膜、及び/又は少なくとも2種以上の膜の組合わせとして同時に機能する膜を得ることを企図しうるがこれらに限定されない。
材料は、更に、膜の少なくとも単一領域についてこの材料から得られる膜の厚さ全体に偏光軸の方向を変化させることを特徴とすることができる。
図1aを参照すると、偏光していない光ビームＳ₀が偏光子1の表面に対して垂直面に沿った表面に当たり、その吸収軸はポリマー膜の延伸方向と一致しているＸ方向に沿っている。その軸に沿った吸収係数はＫ_xに等しく、ＹとＺはゼロである。軸Ｚは、垂直面に沿って平面に向い、Ｙは偏光軸と一致している。偏光しないビーム光Ｓ₀はすべての可能な配向の任意の偏光と等しい振幅の電場Ｅ₀をもつ平らな偏光光線を有し、それゆえにＥベクトルの先端は半径Ｅ₀の円周にある。垂直入射の場合には、入射ビームの円周は、平らな偏光ビームへの光の変化を意味する射出ビームＳ' の長さ2Ｅ₀の直線に変化する。
【００２１】
図1ｂに示されるように入射光ビームが中間方位角にそれている場合には、吸収軸に垂直な偏光面をもつ光線の部分が影響しない（減衰でなく）偏光子を通過するので、平らな偏光ビームは部分的に偏光されたビームに変化する。他の光線は、配向と偏光軸間の角度によって種々の程度まで減衰される。従って、偏光子を出るビームＳ' は部分的に偏光されるだけであり、偏光度は方位角が45°であるときに最小である。Ｅベクトルの先端にある円周は主軸がＥ₀に等しい楕円面に変化する。偏光軸が第1偏光子の偏光軸と平行である第2偏光子をビームが通過するときに、楕円面の短軸のみが追加の吸収のために影響される。半長軸はそのまま残る。第2偏光子の偏光軸が第1偏光子に垂直である場合には、楕円面の長軸は減衰し、短軸はそのまま残り、第2偏光子から出る合成ビームは偏光が不十分である。この合成ビームの強度は、増加極角度Ωと45°に近い方位角Φと共に増加する。これにより、正の異方性をもつ直交する偏光子の不十分な角特性が示される。
【００２２】
図2に示される光遷移の分布双極子モーメントの場合には、偏光子に垂直に入射する偏光しない光の円周は長さ2Ｅ₀の直線に変化する。ビームＳ₀が垂直面からずれると、偏光ビームＳ' は楕円に変化するが、入射ビームにおいてすべての吸収双極子に垂直であるＥベクトルがないので半長軸はＥ₀より小さくなる。第1偏光子と平行な第2偏光子を通過するとき、楕円軸の両軸は更に小さくなり、合成光の強度は全双極子モーメントが最初の場合のように単一方向に配向した場合には更に小さい。光が2つの直交する偏光子を通過する場合には、Ｅベクトルのすべての方向で光吸収が増加し、図1aと図1bに示される場合と比べて光の吸収がより完全になる。
従って、あらゆるタイプの2つの偏光子について、一方の配向が角特性に有利であることはもう一方の配向に不利であることに対応する。上記分析から、偏光面に垂直面に沿った吸収係数の大きさは偏光子の角特性にかなり影響すると我々は結論する。従って、Ｋ_yとＫ_zの比率が正又は負の二色性をもつ偏光子の特性の最適組合わせを与えるように集めることが可能である。
【００２３】
図3は楕円体（エリプソイド）であり、提案された偏光子の屈折係数と吸収係数（異方性屈折率の実部と虚部）の角度依存性を特徴づけるものである。屈折率nと吸収係数Ｋの主軸は、相互に共方向性であるが基板と関連があるＸ、Ｙ、Ｚ座標に相対して任意に向けられている（一般的な場合）。Ｚ軸は、偏光子のＸ、Ｙ、Ｚ面に対して垂直な面に沿って向けられている。Ｘ軸は、染料膜を塗布する基板と部材の運動方向に沿って向いている。Ｙ軸はＸＺ面に垂直である。Ｘ軸の方向は、楕円体（エリプソイド）の短軸3の方向と必ずしも一致していない。短軸は、偏光層を含む超分子複合体の長軸の配向に沿って向けられている。これらの複合体は、溶液中に存在するリオトロピック液晶状態の構造単位である。分子のセルフアセンブリの結果として形成される。主軸1は光遷移の分子の双極子モーメントの配向の方向に沿って配向している。更に、これらの軸の方向は、偏光子の異なる領域で変動し得る。
軸3に沿った吸収係数Ｋ₃は、最小の大きさを有する。理想的な偏光子ではゼロにすべきである。軸1は、吸収係数Ｋ₁が最大である方向と一致している。Ｋ₁の減少がＫ₂の増加を引き起こすことを言及することは必要である。平面1〜2において分布状態から単一配向に光遷移の双極子モーメントの再配向に関係するからである。
これにより、同じ厚さを維持しつつ偏光効率が高められる。屈折率の実部と虚部の成分については、次の関係が言えなければならない。
【００２４】
【数８】
【００２５】
異方性屈折率の実部と虚部の成分及び楕円体（エリプソイド）の軸の方向は、現在の偏光解析法とスペクトル光度測定法により実験的に求め得る。
基板表面上の偏光膜に分子のある角度分布をつくることにより必要な異方性と吸収係数の主軸の配向を与えることが可能である。分布の関数が偏光子の塗布の方向及び基板面に対する垂直面に相対して対称である場合には、軸1と3はこれらの方向、即ち、軸ＸとＺと一致し、Ｙ軸はそれらに垂直である。そのとき、Ｘ軸は最小吸収軸であり、Ｙ軸は最大吸収軸である。非対称角度分布においては、軸の配向は上記方向と一致しなくてもよい。
図4は、Ｋ₂とＫ₁の比率に等しい0〜1の範囲内の係数Ｒの種々の値に対する方位角が45°に固定された極角度について偏光効率Ｅ_pと2つの直交する偏光子による透過Ｈ₉₀の角度依存性のプロットを示すグラフである。Ｒ＝0においては、偏光効率は低下し、透過は偏光子に対して垂直面からビームがずれるにつれて増加する。しかしながら、Ｒ＝Ｒ₀の場合依存性は逆転する。即ち、偏光効率は増加し、透過は減少する。これは、本発明の偏光子によって示される角特性の向上を意味する。
【００２６】
分子の対称又は非対称角度分布は、異なった方法により得ることができる。図5は、分子の充填物の一例を示す図であり、その光遷移の双極子モーメントは主軸に沿って向けられている。偏光子の形成においては、双極子モーメントは、基板の表面に対して斜めに配向していると思われる。図に示される分子の理想的な充填物の場合には、吸収係数の主軸は偏光子表面に対して斜めに向けられている。
図6に示される分子の充填物においては、対称分布が得られ、主軸が分子の平面に対して直交し、沿い、垂直である。更に、係数Ｋ_yとＫ_zの比率は、光遷移の双極子モーメントの方向と分子軸間の角度に依存している。従って、例えば、この角度が45°である場合には、相互に等しく（図7a）、角度がゼロである場合には、Ｋ_zはゼロである。分子の平面に垂直ならせん軸の存在によりＫ_yとＫ_zが同等になることは明らかである。この例は、図7bに示されている。方向性の秩序の乱れにより、垂直面に沿った吸収が増加し、楕円体（エリプソイド）が配向の方向に垂直な面で対称になる。
【００２７】
図8及び図9は、各々偏光子の塗布の方向に垂直な面において分子の部分的ミスアラインメントによる角度分布の対称又は非対称例を示す図である。
分子の角度分布、結果として異方性吸収係数の成分の比率及び偏光子容積における楕円体（エリプソイド）の主軸の配向の分布による制御は、様々な方法、下記のいずれか1つの方法:
偏光子が形成される領域に外部電場又は磁場を印加する方法、粘性流を進める方法、
表面の性質を修飾により変化させる方法、表面エネルギーとその異方性を変化させる方法、
偏光子形成工程中の乾燥条件を調整する方法、追加基の挿入又は現在の基を他の基に交換することにより有機分子を変性する方法、
リオトロピック液晶組成物中の異性体の量の比率を変える方法、
又は、他の方法
で行われ得る。
【００２８】
言及したパラメーターが制御下にある膜領域の最も短い長さは、具体的な偏光子の波長の使用範囲の下限によって決まる。小さな構造は平均され、光学的方法によって検出することは不可能である。偏光子の作用するスペクトル範囲は、有機分子の吸収バンドのスペクトル範囲に左右され、紫外、可視又は赤外範囲を含む約0.2〜13μmの範囲にある。
有機物質の方向的かつ空間的秩序層を得るために液晶相やリオトロピック液晶相を形成し得る様々な種類の有機分子が使用し得る。適切な有機分子の例としては、ポリマー液晶（LC）、溶融温度の高いLC、溶液中でリオトロピック液晶状態に集合及び遷移しやすい低分子量化合物が挙げられる。後者のほとんどは、必要な角特性を有する偏光子を得ることができることに基づく水溶性染料である。
本発明に用いるのに適した有機物質の構造式を次に示す。
染料: - ポリメチン染料、例えば、“プソイドイソシアニン”
【００２９】
【化１】
【００３０】
トリアリールメタン染料、例えば、“osnovnoi biriuzovii”(C.I. Basic Dye, 42035（Turquoise Blue BB(By))):
【００３１】
【化２】
【００３２】
“kislotnii yarko-goluboi 3”(C.I. Acid Blue 1, 4204):
【００３３】
【化３】
【００３４】
ジアミノキサンテン染料、例えば、“スルホローダミンS”（C.I. Acid Red 52, 45100(Sulforhodamine B)):
【００３５】
【化４】
【００３６】
アクリジン染料、例えば、“osnovnoi zholtii K”(C.I. Basic Dye, 46025(Acridine Yellow G & T(L))):
【００３７】
【化５】
【００４２】
バット染料のスルホン化生成物、例えば、“フラバントロン”(C.I. Vat Yellow 1, 70600(Flavanthrone)):
【００４３】
【化８】
【００４４】
“indantrenovii zholtii”(C.I. Vat Yellow 28, 69000):
【００４５】
【化９】
【００４６】
“kubovii zholtii 4K”(C.I. Vat Orange 11, 70805):
【００４７】
【化１０】
【００５０】
“kubovii fioletovii S”(C.I. Vat Violet 13, 68700):
【００５１】
【化１２】
【００６２】
“Pryamoy zheltii svetoprochniy”(C.I. Direct Yellow 28, 19555):
【００６３】
【化１８】
【００６４】
水溶性ジアジン染料、例えば、“Kislotnii temno-goluboi Z”(C.I. Acid Blue 102, 50320):
【００６５】
【化１９】
【００６６】
ジオキサジン染料のスルホン化生成物、例えば、“顔料fioletovii dioxazinovii”(C.I. Pigment Violet 23, 51319):
【００６７】
【化２０】
【００６８】
水溶性チアジン染料、例えば、C.I. Basic Blue 9, 52015(Methylene Blue):
【００６９】
【化２１】
【００７０】
フタロシアニン染料の水溶性誘導体、例えば、オクタカルボキシフタロシアニン銅塩:
【００７１】
【化２２】
【００７２】
蛍光増白剤、例えば、
【００７３】
【化２３】
【００７４】
他の無色の有機物質、例えば、ジソジウムクロモグリケート:
【００７５】
【化２４】
【００７６】
平面、球面、円錐形、円筒形又は他の形のポリマー、ガラス、金属、又は半導体材料から製造され得る偏光層と基板のほかに、偏光子は、必要な特性を与えかつ偏光子の技術的特性を高める導電層、複屈折層、反射層、保護層、接着層又は他の層を含むことができる。
【００７７】
偏光子の作用、実施例
本発明に従って偏光子の操作を考えると、3つの軸に沿った吸収係数は等しくなく、平均値の吸収係数は基板面に垂直な面に沿ったものである。偏光子が不完全なために、係数Ｋ_xはゼロに近いが等しくない。偏光子の面に直交する偏光しない光ビームを入射する際に、Ｅベクトルの円周（偏光しないビームの電場ベクトルの先端によって形成されている円周）は、偏光子の厚さと吸収係数Ｋ_xとＫ_yによって決まる軸の長さをもつ楕円面に変化する。偏光子の厚さは、射出光ビームが直線的に偏光するように選ばれる。ビームが垂直面からそれる場合、直線的偏光は電場振幅の楕円分布がビーム内で偏光面の配向に左右されることを特徴とする部分偏光に変化する。また、伝搬の極角と方位角に左右される主軸と副軸の変化速度は等しくなく、係数Ｋ_yとＫ_zの比率に左右され、通過光の強度と偏光度の最適組合わせを与えるように設定される。特に、最適性能の条件の1つはビームが垂直角と方位角が４５°それるときに偏光効率レベルを少なくとも維持することである。少なくとも1つの波長に対して2つの交差又は平行方向偏光子の透過に従って最適が調整される。
【００７８】
本発明の実現、実施例
本発明の二色性偏光子は、有機物質の配向分子から構成される少なくとも1種の異方性吸収膜の形成によって得られる。言及した膜の材料は、既知の方法の1つによって得ることができる。上記化合物の1種が用いられる。次に、染料が液晶（LC）溶液に変換される。得られたLC溶液をガラス板（10×10 cm²）に細長い形にガラス板の端から2 cm離して塗布される。ガラス板を直線的に移動するステージに固定する。直径2 cmの回転していないローラをガラス板に対して押圧する。ローラに固定されている2つのスペーサによって所望の染料溶液膜の厚さを制御する。ガラス板を留めたステージを10 cm/secの速度で動かす。膜を室温で乾燥する。LC溶液からの超分子複合体の配向は、工程中及び/又は膜形成後に外部配向力を変えることにより制御される。外部配向力は、種々の電磁力、機械的力等であり得る。具体的なLC溶液（化学的含量、濃度、温度等）の性質によって決まる外部配向力の必要な強度において、独立のクレイムとして言及されたパラメータを特徴とする異方性吸収膜が得られる。
【００７９】
実験データによって示されるように、本発明に従って得られた二色性偏光子は、厚さ及び2つの直交する偏光子の角特性の向上及び偏光効率の増加を保持しつつ、1つ又は2つの平行偏光子による角特性の向上、特に偏光しない光の透過増加を与える。得られた偏光子すべてについて、偏光効率は98.8％以上であり、単一偏光子による偏光しない光の透過率は同じ厚さの通常の偏光子より高かった。
本発明の個々の実施態様及び実施例の上記説明は、図示と説明のために示されている。本発明はある種の上記実施例によって具体的に説明してきたが、それにより限定されるものとして解釈されるべきではない。それらは、網羅的なものではなく、本発明を開示された正確な形に限定するものでもなく、上記教示を考慮して多くの修正、実施態様、及び変更が可能であることは明らかである。本発明の範囲は本明細書に開示され、前述の特許請求の範囲及びそれらの同等物による包括的な領域を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】理想的な一軸方向偏光子の場合の偏光子の面に垂直に入射する光の透過を示す図である。
【図１ｂ】理想的な一軸方向偏光子の場合の偏光子の面に斜めに入射する光の透過を示す図である。
【図２ａ】垂直面に沿った吸収係数が配向方向に垂直な吸収係数に等しく、第3の係数がゼロである偏光子の同様の図である。
【図２ｂ】垂直面に沿った吸収係数が配向方向に垂直な吸収係数に等しく、第3の係数がゼロである偏光子の同様の図である。
【図３】本発明の偏光子において吸収係数の角度依存性を特徴とする楕円体（エリプソイド）を示す図である。
【図４】固定入射方位角が45°の極角度の関数として本発明の偏光子の偏光効率Ｅ_p及び2つの直交する偏光子による透過率H₉₀の角度依存性を示すグラフである。
【図５】吸収係数の必要な異方性を与える本発明の偏光子に充填している分子の様々な実施態様を示す図である。
【図６】吸収係数の必要な異方性を与える本発明の偏光子に充填している分子の様々な実施態様を示す図である。
【図７】吸収係数の必要な異方性を与える本発明の偏光子に充填している分子の様々な実施態様を示す図である。
【図８】吸収係数の必要な異方性を与える本発明の偏光子に充填している分子の様々な実施態様を示す図である。
【図９】吸収係数の必要な異方性を与える本発明の偏光子に充填している分子の様々な実施態様を示す図である。

Claims

有機物質の配向分子を有する少なくとも1種の異方性吸収膜を含む二色性偏光子であって、該有機物質が、下記一般式で表される化合物からなる群より選ばれる一種または二種以上である偏光子。
前記有機物質の化学式が、リオトロピック液晶相を生成するように極性溶媒に可溶性である少なくとも1種のイオン形成基、及び/又はリオトロピック液晶相を生成するように非極性溶媒に可溶性である少なくとも1種の非イオン形成基、及び/又は少なくとも1種の対イオンを有する、請求項１に記載の偏光子。
前記有機物質が次のスペクトル範囲: 200〜400 nm、又は400〜700 nm、又は0.7〜13μｍの少なくとも1つで光吸収可能な少なくとも1種の有機染料によって形成される、請求項1または２に記載の偏光子。
前記異方性吸収膜が1種又は数種の有機物質からなる多くの超分子複合体によって形成され、該超分子複合体が入射光を偏光させるために特定の方向に配向している、請求項1〜３のいずれか1項に記載の偏光子。
ポリマー、ガラス、金属又は半導体から製造され、平面、凸面、凹面、球面、円錐形、円筒形であるか又は周期的表面形を含む、請求項1〜４のいずれか1項に記載の偏光子。
少なくとも1種の偏光膜、及び/又は少なくとも1種の導電膜、及び/又は少なくとも1種の位相差膜、及び/又は少なくとも1種の複屈折膜、及び/又は少なくとも1種の配向膜、及び/又は少なくとも1種の保護膜、及び/又は少なくとも1種の液晶膜、及び/又は少なくとも1種の拡散反射膜又は鏡面反射膜、及び/又は少なくとも2種以上の上記膜として作用する少なくとも1種の膜を含む、請求項1〜５のいずれか1項に記載の偏光子。
下記一般式で表される化合物からなる群より選ばれる、有機物質の配向分子に基づく異方性吸収膜用の材料。
前記有機物質の化学式が、リオトロピック液晶相を生成するように極性溶媒に可溶性である少なくとも1種のイオン形成基、及び/又はリオトロピック液晶相を生成するように非極性溶媒に可溶性である、請求項７記載の材料。
前記極性溶媒が水である、請求項８記載の材料。
前記有機物質が次のスペクトル範囲: 200〜400 nm、又は400〜700 nm、又は0.7〜13 μｍの少なくとも1つで吸収可能な少なくとも1種の有機染料によって形成される、請求項７〜９のいずれか1項に記載の材料。