MXPA97010382A - Sistema de proyeccion de pantalla de cristal liquido que utiliza polarizadores de pelicula optica de capas multiples - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema de proyección de pantalla de cristal líquido (LCD) (50) que incluye un panel de proyección (52), una fuente luminosa (56) y un reflector (58). El panel de proyección incluye una LCD (60) y un polarizador (64) sobre un lado de la LCD, y el polarizador reflectivo es una pila de capas múltiples de pares (44) de capas de material adyacentes (41, 43). Cada uno de los pares de capas muestra una diferencia en elíndice de refracción entre las capas adyacentes en una primera dirección en el plano del polarizador de reflexión, y no muestra esencialmente diferencia en elíndice de refracción entre las capas adyacentes, en una segunda dirección en el plano del polarizador reflectivo y ortogonal a la primera dirección. Una placa (66) de un cuarto de onda es asegurada al polarizador reflectivo. Los rayos luminosos provenientes de la fuente de luz pasan ya sea a través del polarizador refelctivo y sobre la LCD, o son reflejados nuevamente hacia la fuente luminos, dependiendo de su polarización. La luz que es reflejada por el reflector nuevamente hacia la LCD. El uso de la placa de uncuarto de onda y el reflector, ayudan a reciclar que la que pudiera ser típicamente considerada como luz desechada, mientras que al mismo tiempo se reduce la constitución de calor dentro de la LCD.

Description

SISTEMA DE PROYECCIÓN DE PANTALLA DE CRISTAL LIQUIDO QUE UTILIZA POLARIZADORES DE PELÍCULA ÓPTICA DE CAPAS MÚLTIPLES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a los sistemas de proyección en pantalla de cristal liquido y, más específicamente, a tales sistemas los cuales incorporan polarizadores de película óptica de capas múltiples.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas de proyección en pantalla de cristal liquide !LCD) ofrecen las ventajas de áreas de imagen grandes, son compactos, fáciles de instalar, de peso ligero, y de bajo costo en comparación con las tecnologías competi ivas. Una LCD está comprendida de miles de pequeños elementos de imagen, o "pixeles", los cuales son ya sea "encendidos", "apagados" o "parcialmente encendidos". Una imagen es mostrada por la LCD mediante la manipulación apropiada, usualmente mediante la aplicación de un campo eléctrico, sobre los pixeles individuales. En este caso de una LCD nemática REF: 26420 torcida (TN) , si un pixel particular está "encendido", entonces la fase, y de este modo la polarización, de un rayo de luz linealmente polarizado, permanecerá sin cambio conforme pasa a través del pixel. No obstante, si el pixel está "apagado" entonces el rayo de luz será rotado, por ejemplo, su fase será modulada de modo que su ángulo de polarización es cambiado por 90 grados. Si el pixel está "parcialmente encendido", entonces el rayo de luz seré rotado por menos de 90 grados. Un pixel "encendido" puede ser designado para representar ya sea blanco o negro. Si el pixel "encendido" es designado como negro, entonces el pixel "apagado" es designado como blanco, y viceversa. Un pixel "parcialmente encendido" representa una sombra de gris. Los polari zadores son luego proporcionados sobre la LCD, de modo que el estado de polarización de la luz que pasa a través del pixel, es convertido a la cantidad apropiada de transmisión (negro, blanco o gris). En el caso de una LCD nemática super retorcida tSTNJ, el efecto óptico surge de los efectos de birrefringencia de modo que los pixeles "encendido", "apagado" y "parcialmente encendido" tienen cada uno un color de birrefringencia característico. Si se utiliza el "modo azul", el pixel "apagado" tendrá un color azul, mientras que el pixel "encendido" será de color crema.

Si se utiliza el "modo amarillo", el pixel "apagado" será amarillo y el pixel "encendido" será azul-gris. Puede ser agregada una película entre la LCD STN y uno de sus polarizadores, para neutralizar el color de la pantalla, por ejemplo, para convertir la pantalla de color a una pantalla de blanco y negro. Los sistemas actuales de proyección por LCD, emplean aire forzado o enfriamiento liquido para proteger al material de cristal liquido sensible a la temperatura. Incluso cuando se utilizan espejos "calientes" o "frios" para retirar sustancialmente el componente infrarrojo de la iluminación, aproximadamente 55 a 60o de la luz visible absorbida por el primero de dos polarizadores dicroicos convencionales, calienta la LCD laminada a éste. En muchos proyectores de LCD en los cuales la lámpara, la LCD, los elementos electrónicos y los elementos ópticos de proyección son incorporados en una unidad compacta, el primer polarizador no es laminado a la LCD, para reducir el calentamiento por conducción de la LCD, pero el polarizadcr mismos debe de ser todavía enfriado: Ademas, todos los sistemas de proyección de LCD sufren de baja utilización de luz (LCDs de color que son típicamente 3-5° transmisivas), de este modo se necesitan usualmente lámparas más brillantes para distribuir buena iluminación de pantalla. No obstante, las lámparas más brillantes no solamente incrementan el costo y el consumo de energia, sino que también exacerban el problema de calentamiento descrito anteriormente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En consecuencia, la presente invención incluye un sistema de proyección por pantalla de cristal liquido que tiene un panel de pantalla, el cual es más fácilmente enfriado, el cual tiene iluminación mejorada, y el cual acepta un ángulo más ancho de luz que los sistemas actualmente disponibles. El sistema incluye un panel de proyección que tiene una LCD con polapzadores dicroicos proporcionados sobre ambos lados del mismo. Un prepolarizador reflectivc es proporcionado adyacente a uno de los polap .-adores dicroicos. Los rayos de luz son dirigidos a través del prepolapzador reflectivo y a través de la LCD y los pe larmadores dicroicos. En una modalidad, una placa de un cuarto de onda es proporcionada entre la fuente luminosa y el prepola izador reflectivo, y se proporciona un reflector por detras de la fuente luminosa.

El prepolarizador reflectivo es preferentemente una película polimérica óptica, de capas múltiples, que tiene varios pares de capas alternadas. Cada uno de los pares de capas muestra una diferencia de Índice de refracción entre las capas adyacentes en una primera dirección en el plano del polarizador reflectivo, y no muestra esencialmente diferencia de índice de refracción entre las capas adyacentes en una segunda dirección en el plano del polarizador reflectivo, y ortogonal a la primera dirección. Una película de este tipo tiene una pluralidad de capas alternadas de poliésteres de ácido naftalen-dicarboxí lico semi-cristalinos, y otro polímero. Los polarizadores dicroicos son preferentemente asegurados a la pantalla. El prepolarizador reflectivo es preferentemente asegurado a uno de los polarizadores dicroicos. Una lente de condensación, tal como la lente Fresnel, puede ser proporcionada entre el prepolarizador reflectivo y la fuente luminosa. Otra modalidad más de la presente invención incluye un sistema de proyección por LCD que incluye un panel de proyección, la fuente luminosa y el reflector. El panel de proyección incluye una LCD que tiene un polarizador, tal como un polarizador dicroico sobre un lado, y un polarizador reflectivo sobre el lado de cara a la fuente luminosa. Una placa de un cuarto de onda es asegurada al polarizador reflectivo, el cual es similar al prepolarizador reflectivo descrito anteriormente. La presente invención también incluye un panel de LCD que incluye una LCD que tiene un polarizador sobre un lado y un polarizador reflectivo sobre el otro, y que tiene una placa de un cuarto de onda asegurada al polarizador reflectivo. La invención está también dirigida a un proyector aéreo que incluye una lámpara de proyección, una lente Fresnel, una placa de un cuarto de onda asegurada a la lente Fresnel, y un polarizador de reflexión (como se describe anteriormente) asegurado a la placa de un cuarto de onda. Esto permite recibir los beneficios de la invención, al tiempo que se utiliza un panel de LCD estándar para la proyección. En otra modalidad más, la invención está dirigida a un sistema de proyección por LCD que incluye un proyector aereo, ur. panel adaptador colocado sobre el proyector, y un panel de LCD colocado sobre el panel adaptador. El panel adaptador incluye una placa de un cuarto de onda, y el polarizador de reflexión descrito anteriormente. Ei panel adaptador permite recibir los beneficios de la invención, al tiempo que utiliza un proyector estándar y un panel de LCD estándar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura es una vista lateral esquemática de acuerdo a una modalidad de la presente invención.

La Figura 2 es una vista lateral esquemática de acuerdo a otra modalidad más de la presente invención.

Las Figuras 3-4 son vistas laterales esquemáticas de acuerdo a modalidades adicionales de la presente invención.

La Figura 5 es una vista lateral esquemática que demuestra cómo fue medida la brillantez de una pantalla de acuerdo a la invención.

La Figura 6 es una gráfica generada por la modelación óptica, que muestra el amplio intervalo de aceptación angular del sistema mostrado en la Figura 5, de acuerdo a la presente invención.

La Figura 7 es una vista esquemática en perspectiva del polarizador de reflexión para el uso con la presente invención.

La Figura 8 muestra el funcionamiento óptico del polarizador de reflexión descrito en el Ejemplo 1.

Las Figuras 9 y 10 muestran el funcionamiento óptico de los polarizadores de reflexión descritos en los Ejemplos 3 y 4, respec ivamente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En la Figura 1 se muestra un sistema de proyección por pantalla de cristal líquido, de acuerdo a la presente invención. El sistema 10 comprende un panel 12, lentes convergentes 14, la fuente luminosa 16, el reflector opcional 18, el espejo opcional 30, y la lente de proyección 32. El panel 12 comprende una pantalla de cristal líquido (LCD) 20, el primer polarizador dicroico 22, el segundo polapzador dicroico 24, el prepolarizador de reflexión 26, y la placa de un cuarto de onda 28, opcional. Los polarizadores dicroicos 22 y 24 se proporcionan sobre lados opuestos de la LCD 20. El prepolarizador 26 es colocado entre el primer poiarizador dicroicc 22 y la fuente luminosa 16, y la placa 28 opcional de un cuarto de onda es colocada entre el prepolarizador de reflexión 26 y la fuente luminosa. Sea a el estado de polarización que se hace pasar por el primer polarizador dicroico 22. El prepolarizador de reflexión 26 es también alineado, de modo que éste pasa la luz polarizada a. Los rayos de luz divergentes emitidos de la fuente luminosa 16 se hacen converger por la lente convergente 14. Los rayos luminosos que tienen una polarización a pasan a través del prepolarizador de reflexión 26 y el primer polarizador dicroico 22, y luego son modulados, por ejemplo, cambiados en fase, por los pixeles de la LCD 20, y luego transmitidos por el segundo polarizador dicroico 24 al grado hecho posible por el cambio de fase en la LCD. Los rayos luminosos son luego reflejados por el espejo 30 a través de la lente de proyección 32, hacia una pantalla de observación (no mostrada). Los rayos luminosos que tienen una polarización b perpendicular a la polarización a son parcialmente reflejados por el prepolarizador de reflexión 26. Si el prepolarizador de reflexión 26 fuera un polarizador "ideal", éste reflejaría 100% de los rayos luminosos que tienen polarización b, y de este modo harían obvia la necesidad para el primer polarizador 22. No obstante, el prepolarizador de reflexión 26 es usualmente menos que ideal, la eficacia de polarización del prepolarizador 26 puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 80%. Incluso si el prepolarizador de reflexión 26 es menos que ideal, al grado en que la eficiencia de polarización es mayor de cero, éste contribuye a reducir la constitución de calor dentro del panel 12, mediante la reducción de la cantidad de luz absorbida por el primer polarizador 22 (por la reflexión de algo de la luz polarizada b antes de que ésta alcance al primer polarizador). El arreglo anterior es ventajoso, ya que es reducida la cantidad de calor absorbido por el primer polarizador 22 y, de este modo, el panel 12. Esto es cierto incluso aunque los rayos luminosos que pasan a través del prepolarizador de reflexión 26 no son paralelos uno al otro, sino más bien son convergentes. De este modo, únicamente es necesario un elemento de lente convergente. En una modalidad alternativa, se puede proporcionar un segundo polarizador de reflexión (no mostrado) entre ei polarizador dicroico 24 y la LCD . No obstante, como se describe anteriormente, ios rayos luminosos reflejados por el prepolarizador de reflexión 26 pueden ser desechados. Estos rayos luminosos pueden ser "reciclados" mediante la colocación de una placa 28 de un cuarto de longitud de onda (l/4?) adyacente al iado del prepolarizador de reflexión 26, opuesto a la LCD 20, con los ejes ópticos de la placa 28 de l/4? orientados a un ángulo de 45° a los ejes ópticos del prepolarizador 26, y mediante la provisión del reflector 18 sobre el lado de la fuente luminosa 16 opuesta al panel. En este caso, la luz polarizada b reflejada por el prepolarizador de reflexión 26, se vuelve luz circularmente polarizada de una cierta disposición (derecha o izquierda) después de atravesar la placa 28 de l/4?. Cuando esta luz circularmente polarizada es reflejada por el reflector 18, ésta cambia a luz circularmente polarizada de la disposición opuesta. Cuando ésta atraviesa nuevamente la placa 28 de l/4? en la dirección delantera, ésta se vuelve luz línea polarizada a y de este modo pasa a través del prepolarizador de reflexión 26 y del primer polarizador dicroico 22, para contribuir a la luminaria incrementada del sistema 10.- Otra modalidad más de un sistema de proyección de pantalla de cristal líquido de acuerdo a la presente invención, se muestra en la Figura 2. El sistema 50 comprende un panel 52, la lente convergente 54, la fuente luminosa 56, el reflector opcional 58, el espejo opcional 70, y la lente de proyección 72. El panel 52 comprende la LCD 60, el polarizador dicroico 64, el polarizador de reflexión 62, y la placa 66 de un cuarto de onda, opcional. El polarizador dicroico 64 y el polarizador de reflexión 62 se proporcionan sobre lados opuestos de la LCD 60. La placa 66 de un cuarto de onda está colocada entre el polarizador de reflexión 62 y la fuente luminosa 56, con los ejes ópticos de la placa 66 de l/4?, orientados a un ángulo de 45° a los ejes ópticos del polarizador de reflexión 62. Los rayos de luz divergentes emitidos de la fuente luminosa 56 se hacen converger por la lente convergente 54. Los rayos luminosos que tienen una polarización a pasan a través de una placa 66 de un cuarto de onda y del polarizador de reflexión 62, y luego son modulados, por ejemplo, cambiados en fase, por los pixeles en la LCD 60, y luego transmitidos por el polarizador dicrcicc 64 al grado hecho posible por el cambio de fase en ia LCD. Esos rayos luminosos son luego reflejados por el espejo 70 a través de la lente de proyección 72 hacia una pantalla de observación (no mostrada) . Los rayos luminosos que tienen una polarización b perpendicular a la polarización a son reflejados por el polarizador de reflexión 62, y se vuelven rayos luminosos de una cierta disposición (derecha o izquierda) después de atravesar la placa 66 de l/4?. Como se explica anteriormente, cuando esta luz circularmente polarizada es reflejada por el reflector 58, ésta cambia a luz circularmente polarizada de la disposición opuesta. Cuando ésta atraviesa nuevamente la placa 66 de l/4? en la dirección delantera, ésta se vuelve luz lineal polarizada a, y de este modo pasa a través del polarizador de reflexión 62 para contribuir a la iluminación incrementada del sistema 50. En una modalidad alternativa, se puede proporcionar un segundo polarizador de reflexión (no mostrado) entre el polarizador dicroico 64 y la LCD 60. En otra modalidad más, el polarizador dicroico 64 puede ser reemplazado por un polarizador de reflexión. Una tercer modalidad de la presente invención es mostrada como el sistema de proyección 120 en la Figura 3. El sistema 120 está comprendido del panel 130 de LCD (el cual incluye los polarizadores dicroicos sobre cada lado de una LCD) y un proyector aéreo 132. El proyector 132 incluye la lampara de proyección 122, el reflector 132, la lente convergente 124, la placa de un cuarto de onda 126, y el polarizador de reflexión 128, como se muestran en la Figura 3. El polarizador de reflexión 128 y el panel 130 de la LCD deben de ser orientados de modo que los ejes de polarización del polarizador de reflexión y el polarizador dicroico en el panel de LCD, estén de cara al polarizador de reflexión y sean paralelos. El polarizador de reflexión 128 y la placa de un cuarto de onda 126, deben de ser orientados de modo que sus ejes de polarización difieran por 45°. El sistema 120 es ventajoso, ya que permite que un panel LCD estándar sea utilizado con un proyector elaborado de acuerdo a la presente invención. Y cuando se coloca una transparencia convencional (en vez de un panel LCD) sobre la plataforma proyectora, el proyecto proporciona transmisiones de luz incrementada sobre los proyectores, los cuales tienen polarizadores dicroicos integrales . Una cuarta modalidad de la presente invención es mostrada como el sistema de proyección 140 en la Figura 4. El sistema 140 está comprendido del proyector aéreo 142, el panel adaptador 150, y el panel de LCD 148 (el cual incluye los polarizadores dicroicos sobre cada lado de una LCD) . El panel adaptador 150 está comprendido de una placa 144 de un cuarto de onda y del poiarizador de reflexión 146, como se muestra en la Figura 4, cuyos ejes ópticos están a 45° uno con respecto al otro. El polarizador de reflexión 146, el panel de LCD 148, y ia placa 144 de un cuarto de onda deben de ser orientados de la manera discutida anteriormente para el sistema 120. El sistema 140 es ventajoso, ya que permite que un panel de LCD estándar sea utilizado con un proyector estándar debido al uso del panel adaptador de acuerdo a la presente invención. Las LCDs en las modalidades anteriores pueden ser cualquier tipo de pantalla de cristal líquido dependientes de la polarización, las cuales pueden incluir dos sustratos rígidos o flexibles, tales como plástico o vidrio. Los polarizadores 22, 24 y 64, así como los polarizadores incluidos dentro de los paneles LCD 130 y 148, son preferentemente polarizadores dicroicos del tipo colorante de absorción, y deben de ser orientados uno con respecto al otro, de modo que la pantalla de cristal líquido 20 ó 60 opere en el modo deseado (normalmente blanco o normalmente negro). Las lentes convergentes 14, 54, y 124 son preferentemente lentes Fresnel que comprenden plástico óptico tal como butirato de acetato de celulosa, policarbonato o acrílico. El proyector aéreo 142 incorpora preferentemente tal lente convergente. Las fuentes luminosas 16, 56 y 122, así como la fuente luminosa utilizada en el proyector aéreo 142, pueden ser aquellas típicamente utilizadas, tales como fuentes incandescentes c de descarga de gas. Los reflectores 18 y 58 y los espejos 30 y 70 son aquellos típicamente utilizados, tales como los metales o los materiales dieléctricos de capas múltiples. Los reflectores 18 y 58 pueden ser esféricos o elípticos. Las lentes de proyección 32 y 72 y las placas de un cuarto de onda 28, 66, 126 y 144, son también estándares . La Figura 7 es un diagrama esquemático en perspectiva de un segmento de un polarizador reflectivo 36, preferido, para el uso como un polarizador reflectivo en la presente invención. La Figura 7 incluye un sistema de coordenadas que define direcciones x> Y z . El polarizador reflectivo 36 es una pila de capas múltiples de capas alternadas de dos materiales diferentes. Los dos materiales son denominados como el material "A" y material "B" en los dibujos y en la descripción. Las capas adyacentes 41 y 43 del material A y material B comprenden un par 44 de capas ejemplares. El par de capas 44 muestra una diferencia de índice de refracción entre las capas adyacentes 41 y 43, asociada con la dirección x, y esencialmente no hay diferencia de Índice de refracción entre las capas 41 y 43 asociadas con la dirección y. En una modalidad preferida del dispositivo de esta invención, los poiap zadores reflectivos comprenden cada uno una hoja de capas múltiples de capas alternadas de materiales A y B, en las cuales cada una de las capas tiene un espesor promedio de menos 0.5 µm. Una capa de material A adyacente a una capa de material B comprende un par de capas. El número de pares de capas está preferentemente en el intervalo de aproximadamente 10 a 2000, y más preferentemente de aproximadamente 200 a 5 1000. La hoja de capas múltiples es formada mediante la coextrusión de los materiales A y B en una hoja, seguido por el estiramiento uniaxial en la dirección x . La proporción de estiramiento es definida como la 0 dimensión después del estiramiento, dividida por la dimensión antes del estiramiento. La proporción de estiramiento está preferentemente en el intervalo de 2:1 a 10:1, más preferentemente 3:1 a 8:1, todavía más preferentemente 4:1 a 7:1, por ejemplo 6:1. La hoja no 5 es apreciablemente estirada en la dirección y. El material A es un material polimérico elegido para mostrar una birrefringencia inducida por la tensión, o un cambio en el índice de refracción con el estiramiento. Por ejemplo, una hoja uniaxialmente i~? estirada de material A tendrá un índice de refracción, n.-., asociado con la dirección de estiramiento (nA,=1.88, por ejemplo) y un índice diferente de refracción, n?,., asociado con la dirección transversal (nAy=1.64, por ejemplo) . El material A muestra una diferencia en el 5 índice de refracción entre las direcciones de estiramiento y transversal (nAx-nAy) de al menos 0.05, preferentemente al menos 0.10, y más preferentemente al menos 0.20. El material B es un material elegido tal que su índice de refracción, nBV/ es sustancialmente igual a n-.,, después de que la película de capas múltiples es estirada. Después del estiramiento, el valor de nP, preferentemente disminuye. Después del estiramiento la hoja de capas múltiples de esta modalidad muestra una diferencia grande en el índice de refracción entre las capas adyacentes asociadas con la dirección de estiramiento (definida como ?n=n-.-n-. ). En la dirección transversal, nc obstante, el índice de la diferencia de refracción entre las capas adyacentes es sustancialmente cero (definido como ?n =n., -n .! . Estas características ópticas provocan que la pila de capas múltiples actúe como un poíarizador refiectivo que transmitirá el componente de polarización de luz aleatoriamente polarizada, que es paralela ai eje de transmisión 40 mostrado en la Figura 7. La porción de luz que es transmitida por ei poiarizador reflectivo 36, es denominada como poseedora dei estado de polarización a. La porción de luz que no pasa a través del polarizador reflectivo 36, tiene el estado de polarización b, el cual corresponde al eje de extinción 42 mostrado en la Figura 7. El eje de extinción 42 es paralelo a la dirección de estiramiento x. Por lo tanto, la luz polarizada b encuentra el índice de la diferencia de refracción, ?n?, lo cual da como resultado su reflexión. El polarizador reflectivo es preferentemente al menos 50% reflectivo de la luz polarizada b y más preferentemente al menos 90%. La tercera diferencial del índice de refracción, ?n , es importante para controlar la reflectividad fuera de eje del polarizador reflectívo. Para altas proporciones de extinción de la luz polarizada b y la alta transmisión de la luz polarizada a, a ángulos grandes de incidencia, se prefiere que ?n. =n,-.. -n... <0.5 ?n , más preferentemente menor de 0.2 ?n, , y más preferentemente menor de 0.01 ?n.. El comportamiento óptico y el diseño de tales polarizadores reflectivos se describe con más detalle en la solicitud copendiente de la Cesionaria, Patente Norteamericana No. de Serie 08/402041, presentada el 10 de marzo 1995, intitulada "Película Óptica". Alguien de experiencia ordinaria en la técnica será capaz de seleccionar materiales apropiados para lograr las relaciones deseadas del índice de refracción. En general, el Material A puede ser seleccionado a partir de un material polimérico semi-cristalino, tal como un poliéster de ácido naftalen-dicarboxílico, semi-cristalino o naftalato de polietileno (PEN) e isómeros de los mismos (por ejemplo, 2,6- 1,4-, 1,5-, 2,7- y 2,3-PEN) . El Material A puede también ser seleccionado de otros materiales poliméricos semi-cristalinos, tales como tereftalato de polietileno (PET) , isoftalato de polietileno (PEÍ), y copolímeros de PEN, PET, y PEÍ. Como se utiliza en la presente, coPEN incluye copolímeros de PEN y coPET incluye copolímeros de PET. El Material B puede ser un material polimérico se i-cristalino o amorfo, tal como el poliestireno sindiotáctico (sPS), y copolímeros, por ejemplo, coPEN, coPET, y copoiímeros de Eastar, el cual es un tereftalato de policiclohexandimetileno comercialmente disponible de Eastman Chemical Company. El coPEN descrito puede también ser una mezcla de esferas, donde al menos un componente es un polímero basado en el ácido na alen-dicarboxí i ico, y otros componentes son otros pciiesteres o poiicarbonatos, tales como un PET, un PEN o un co-PEN. Los Materiales A y B son preferentemente elegidos para tener propiedades reológicas similares (por ejemplo, viscosidades del fundido) tales que éstos pueden ser coextruidos. El polarizador reflectivo se prepara mediante la coextrusión del material A y del material B, para formar una película de capas múltiples, y luego orientando la película mediante estiramiento sustancialmente en una dirección (uniaxialmente) a una temperatura seleccionada, opcionalmente seguido por el ajuste del calor a una temperatura seleccionada. Se puede dejar que la película se relaje dimensionalmente en la dirección transversal al estiramiento (ortogonal a la dirección del estiramiento) en el intervalo de reducción natural en la dimensión transversal al estiramiento (igual a la raíz cuadrada de la proporción de estiramiento) a la no reducción en la dimensión transversal al estiramiento (correspondiente a la restricción completa) . La película puede ser estirada en la dirección de la máquina, como con un orientador de longitud, o en la dirección de la anchura, como con un tensor . Será aparente para alguien de experiencia ordinaria en la técnica, el seleccionar una combinación de variables del proceso, tal como la temperatura del estiramiento, la proporción de estiramiento, la temperatura de ajuste de calor y la relajación transversal al estiramiento, para producir un polarizador reflectivo que tenga la relación deseada del índice de refracción.

En una modalidad particularmente preferida, la hoja de capas múltiples comprende una hoja de capas múltiples comprende una pila de pares de hoja de material A y B como se describe anteriormente, en las cuales la pila es dividida en uno o más segmentos de los pares de capas. Cada segmento es diseñado para tener una reflectividad máxima de luz, teniendo una anchura de banda dada por tener pares de capas que tienen cada uno un espesor combinado de aproximadamente un medio de la longitud de onda en el centro de la anchura de banda para ese segmento. La combinación de segmentos que tienen diferentes espesores de pares de capas, permite que el polarizadcr reflectivo refleje la luz que tiene una anchura de banda relativamente grande. Por ejemplo, la hoja de capas múltiples puede incluir 10 segmentos que tienen pares de capas con un espesor combinado en el intervalo de 100 nm a 200 nm. Cada segmento puede incluir entre 10 y 50 pares de capas. Este polarizador es capaz de reflejar la luz que tiene longitudes de onda, en el intervalo de 400 a 800 nm. Alternativamente, el espesor de los pares de capas puede ser con inuamente regulado de 100 a 200 nm. La invención será ahora descrita con referencia a los siguientes ejemplos no limitantes. Todas las mediciones son aproximadas.

Ejemplo 1 La ganancia de luminaria obtenida por la característica de reciclamiento de la presente invención, fue medida mediante la construcción de un sistema 100, ilustrado esquemáticamente en la Figura 5. El sistema 10 estuvo comprendido de un proyector 102, una placa 104 de un cuarto de onda proporcionada sobre la plataforma proyectora, un polarizador de reflexión 106, y un polarizador dicroico 108, como se muestra en la Figura 5. La placa 104 de un cuarto de onda fue una película de retardo de 30 por 30 cm por 140 nm de espesor (por ejemplo, para un cuarto de onda a 560 nm) de Polaroid Corporation, Norwood, Massachusetts, U.S.A. El polarizador dicroico 108 fue un polarizador de 30 por 30 cm HN42 de Polaroid Corporation. El proyector 102 fue un proyector aéreo, transmisivo, estándar de 3M Company, Saint Paul, Minnesota ( 3M Modelo 2150). El polarizador de reflexión 106 contenía 601 capas y fue producido por la extrusión de la red y mediante la orientación de la película dos días más tarde sobre un tensor. Se distribuyó naftalato de polietileno (PEN) con una viscosidad intrínseca de 0.55 dl/g (60% en peso de fenol/40% en peso de diclorobenceno) mediante un extrusor a una velocidad de 34 kg por hora y se distribuyó CoPEN (70% mol, 2,6-NDC (ácido naftalen-dicarboxílico ) , y 30% mol de DMT (tereftalato de dimetilo)) con una viscosidad intrínseca de 0.55 dl/g (60% en peso de fenol/40% en peso de diclorobenceno) mediante otro extrusor a una velocidad de 30 kg por hora. PEN estuvo sobre las capas superficiales, las cuales son coextruidas como capas exteriores gruesas, a través del mismo bloque de alimentación y son plegadas como capas internas y externas por los multiplicadores. Las películas superficiales interna y externa comprendieron 8% del espesor total dei polarizador. El método del material de alimentación fue utilizado para generar 151 capas las cuales se hicieron pasar a través de dos multiplicadores produciendo un extruidc de 601 capas. La Patente Norteamericana No. 3,565,985 describe multiplicadores de coextrusión similares. Todo el estiramiento fue realizado en el tensor. La película fue precalentada a aproximadamente 140°C en aproximadamente 20 segundos, y estirado en la dirección transversal a una proporción de estiramiento de aproximadamente 4.4 a una proporción de aproximadamente 6% por sequndo. La película fue luego relajada aproximadamente 2% de su anchura máxima en un horno de endurecimiento por calor, ajustado a 240°C. El espesor de película acabada fue de 46 µm. La transmisión de la película se muestra en la Figura 8. La curva a muestra la transmisión de la luz polarizada a a la incidencia normal, la curva b muestra la transmisión de la luz polarizada a a una incidencia de 60°, y la curva c muestra la transmisión de la luz polarizada b a incidencia normal. Nótese la transmisión no uniforme de la luz polarizada a a la incidencia normal y a 60°. También nótese la extinción no uniforme de la luz polarizada b en el intervalo visible (400-700 nm) mostrados por la curva c. El polarizador dicroico 108 y el polarizador de reflexión 106 fueron orientados de modo que sus ejes de polarización estuvieron paralelos y fueron colocados en la parte superior de la placa 104, de un cuarto de onda, cuyos ejes ópticos están a 45° a aquellos de los polapzadores . La luz proyectada a la pantalla (los elementos ópticos y la pantalla no se muestran) se midió cor. ?n fotómetro. La intensidad de la pantalla para el caso cuando la placa 104 de un cuarto de onda estuvo en la posición descrita anteriormente, se midió como de 15% mayor que para el caso cuando la placa 104 de ?/4 fue retirada del sistema 100. En otras palabras, la inserción de la placa ?/4 en conjunto con el polarizador de reflexión, permite el uso de 15% de la luz polarizada que podría de otro modo ser perdida sin el uso del polarizador de reflexión. Se compara favorablemente con el incremento del 7% reportado por los sistemas que utilizan un polarizador microestructurado MacNeille como el polarizador de reflexión. Ver Solicitud de Patente Europea No. 0,573,905 Al, columna 11, por Michael F. Weber, publicada el 15 de diciembre de 1993, cedida a 3M Company. Se espera que un sistema de iluminación más sofisticado pueda incrementar esta velocidad o proporción de reciclamiento del 15%. De manera similar, los polarizadores de reflexión que tienen funcionamiento mejorado tales como aquellos en el Ejemplo 3 y 4, podrían incrementar la velocidad de reciclamiento.

E emplo 2 Ei arregle mostrado en la Figura 5 fue ópticamente modelado para demostrar la dependencia angular sobre la luz incidente para dos diferentes poiarizadores reflectivos; una película óptica de capas múltiples y un polarizador microestructurado MacNeille. Los resultados del modelamiento óptico se muestran como la gráfica 160 en la Figura 6. La transmisión de la polarización deseada por la película óptica de capas múltiples, fue mayor de 90% sobre un amplio intervalo angular de luz incidente de -45° hasta +45°. (Ver línea 62 en Figura 6). En contraste, la transmisión de la polarización deseada por el polarizador MacNeille cayó por debajo de 90% fuera del intervalo angular angosto desde -5° hasta +5°. (Ver línea 164 en Figura 6) .

Ejemplo 3 Fue construido otro polarizador reflectivo para el uso en la presente invención. El polarizador de reflexión contenía 603 capas y fue elaborado sobre una línea de elaboración de películas planas, secuencial, vía un proceso de coextrusión. Se distribuyó naftalato de poiietileno (PEN) con una viscosidad intrínseca de 0.47 dl/g (en 60% en peso de fenol más 40% en peso de diclorobenceno) por un extrusor a una velocidad de 38 kg por hora y CoPEN por otro extrusor a 34 kg por hora. El CoPEN fue un copolímero de 70% mol de éster metílico de dicarboxilato de 2, ó-naf taleno, 15% de DMT, y 15% mol de isoftaiato de dimetilo con etilenglicol. El método de alimentación de bloque fue utilizado para generar 151 capas. El bloque de alimentación fue diseñado para producir una distribución en gradiente de capas, con una proporción de espesores de las capas ópticas de 1.22 para el PEN y 1.22 para el CoPEN. Esta pila o rimero óptico fue multiplicada por dos multiplicadores secuenciales. La proporción de multiplicación nominal de los multiplicadores fue de 1.2 y 1.4, respectivamente. Entre el multiplicador final y el troquel, se agregaron capas superficiales compuestas del mismo CoPEN descrito anteriormente, distribuido por un tercer extrusor a una velocidad total de 48 kg por hora. La película fue subsecuentemente precalentada a 150°C en aproximadamente 30 segundos, y estirada en la dirección transversal a una proporción de estiramiento de aproximadamente 6 a una velocidad inicial de aproximadamente 20% por segundo. El espesor de la película acabada fue de aproximadamente 89 µm.

La Figura 9 muestra el funcionamiento óptico de este polarizador de reflexión. La curva a muestra la transmisión de la luz polarizada en la dirección de no estiramiento a la incidencia normal, la curva b muestra ia transmisión de ia luz que tiene el plano de incidencia y el plano de polarización paralelos a la dirección de no estiramiento a un ángulo de incidencia de 50°, y la curva c muestra la transmisión de la luz polarizada en la dirección de estiramiento a incidencia normal. Nótese la muy alta transmisión de luz polarizada en la dirección de no estiramiento. La transmisión promedio para la curva a sobre 400-700 nm es de 87%. También nótese la muy alta extinción de la luz polarizada en la dirección estirada en el intervalo visible (400-700 nm) mostrado por la curva c. La película tiene una transmisión promedio de 2.5% para la curva c entre 400 y 700 nm. El % de color RMS para la curva b es de 5%.

El % de color RMS es la ra í z cuadrada media de la transmisividad sobre el intervalo de longitud de onda de interés.

Ejemplo 4 Se construyó otro polarizador de reflexión para ei use en la presente invención. El polarizador de reflexión comprendía una película coextruida que contenía 481 capas elaboradas mediante la extrusión de la red vaciada en una operación, y posteriormente orientando la película en un aparato de laboratorio de estiramiento de película. El método de bloque de alimentación fue utilizado con un bloque de alimentación de 61 capas y tres multiplicadores (2x) . Se agregaron capas superficiales gruesas entre el multiplicador final y el troquel. Se distribuyó naftalato de polietileno (PEN) con una viscosidad intrínseca de 0.47 dl/g (60% en peso de fenol/40% en peso de diclorobenceno) al bloque de alimentación por un extrusor, a una velocidad de 11.4 kg por hora. Se agregó luego tereftalato de polietilen-ciclohexan-dimetano modificado con glicol (PCTG 5445 de Eastman) mediante otro extrusor a una velocidad de 11.4 kg por hora. Otra corriente de PEN proveniente del extrusor anterior fue agregada como las capas superficiales a una proporción de 11.4 kg. La red vaciada de 0.2 mm de espesor y de 30 cm de anchura. La red fue ?n x a . ment e orientada utilizando ?n dispositivo de estiramiento de laboratorio que utiliza ur. pantógrafo para sujetar una sección de la película y estirarla en una dirección, a una velocidad uniforme mientras que ésta es dejada relajarse libremente en la otra dirección. La muestra de la red cargada fue de aproximadamente 5.40 cm de anchura (la dirección no constreñida) y de .45 m de longitud entre los sujetadores y ei par.toaraíc. La red fue cargada dentro del estirador a aproximadamente 100°C y calentada a 135°C por 45 segundos. El estiramiento fue luego comenzado a 20% por segundo (basado en las dimensiones originales) hasta que la muestra se estiró aproximadamente 6:1 (basado en las mediciones sujetador a sujetador) . Inmediatamente después del estiramiento, la muestra fue enfriada al soplarle aire a temperatura ambiente. En el centro, se encontró que la muestra se relaja por un factor de 2.0. la Figura 10 muestra la transmisión de esta película de capas múltiples donde la curva a muestra la transmisión de la luz polarizada en la dirección de no estiramiento a incidencia normal, y la curva b muestra la transmisión de la luz que tiene el plano de incidencia y el plano de polarización paralelos a la dirección no estirada, a un ángulo de 60% de incidencia (luz polarizada p) y la curva c muestra la transmisión de la luz polarizada en la dirección de estiramiento a incidencia normal. La transmisión promedio para la curva de 400-700 nm es de 89.7%, la transmisión promedio para la curva b de 400-700 nm es 96.9%, y la transmisión promedio para la curva c de 400-700 nm es de 4.0%. El % de color RMS para la curva a es 1.05%, y el % de color RMS para la curva b es 1.44%.

Aunque la presente invención ha sido descrita con referencia a un panel de LCD proporcionado entre el proyector y la pantalla, aquellos de experiencia en la técnica apreciarán que la presente invención también incluye el uso de paneles de LCD adicionales, tales como un total de tres para lograr color completo.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes :

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de proyección de pantalla de cristal líquido, caracterizado porque comprende: - un panel de proyección, que comprende una pantalla de cristal líquido y un par de polarizadores dicroicos, en donde un polarizador dicroico se proporciona adyacente a cada lado de la pantalla de cristal líquido, - una fuente luminosa para dirigir la luz hacia el panel, un primer polarizador reflectivo entre la fuente luminosa y el polarizador dicroico frente a la fuente luminosa, y - un segundo polarizador reflectivo entre la pantalla de cristal líquido y el polarizador dicroico, sobre el lado de la pantalla de cristal líquido opuesta a la fuente luminosa, en donde el primero y segundo polarizadores reflectivos comprenden cada uno una pila de capas múltiples de pares de capas de material adyacentes, y cada uno de los pares de capas muestra una diferencia de índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en una primera dirección en el plano de los polarizadores, y esencialmente no existe diferencia en el índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en una segunda dirección en el plano de los polarizadores, y ortogonal a la primera dirección.

2. Un sistema de proyección de pantalla de cristal líquido, caracterizado porque comprende: un panel de proyección, que comprende: una pantalla de cristal líquido, - un polarizador dicroico, una fuente luminosa para dirigir luz hacia el panel, un primer polarizador reflectivo entre la fuente luminosa y la pantalla de cristal líquido, y - un segundo poiarizador reflectivo entre la pantalla de cristal líquido y el polarizador dicroico sobre el lado de la pantalla de cristal líquido, opuesto a ia fuente luminosa, en donde ei primero y segundo polarizadores reflectivos comprenden cada uno una pila de capas múltiples de pares de capas de material adyacentes, y cada uno de los pares de capas muestra una diferencia en el índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en la primera dirección en el plano de los polarizadores, y esencialmente no existe diferencia en el índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en una segunda dirección en el plano de los polarizadores, y ortogonal a la primera dirección.

3. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque comprende una placa de un cuarto de onda entre la fuente luminosa y el primer polarizador reflectivo, y un reflector proporcionado sobre el lado de la fuente luminosa opuesta al panel.

4. Un sistema proyector aéreo, caracterizado porque comprende: - una pantalla de cristal líquido y un polarizador dicroico sobre cada lado de una pantalla de cristal liquido, y un proyector aéreo que comprende una lámpara de proyección, una lente convergente, una placa de un cuarto de onda asegurada a la lente convergente, un primer polarizador reflectivo entre la lámpara y la pantalla de cristal líquido, y un segundo polarizador reflectivo entre la pantalla de cristal líquido y el polarizador dicroico, sobre el lado de la pantalla de cristal líquido opuesta a la pantalla luminosa, en donde el primero y segundo polarizadores reflectivos comprenden cada uno una pila de capas múltiples de pares de capas de material adyacente, y cada uno de los pares muestra una diferencia en el índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en una primera dirección en el plano de los polarizadores, y esencialmente no existe diferencia en el índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en una segunda dirección en el plano de los polarizadores, y ortogonal a la primera dirección .

5. Un sistema de proyección de pantalla de cristal líquido, caracterizado porque comprende en orden : un proyector aéreo, ur. panel adaptador sobre el proyector, que comprende una placa de un cuarto de onda y un primer polarizador de reflexión, y un panel de proyección de pantalla de cristal líquido proporcionado sobre el panel adaptador, que comprende un poiapzador dicroico sobre cada lado de una pantalla ae cristal líquido, y un segundo polarizador reflectivo entre la pantalla de cristal líquido y el polarizador dicroico, sobre el lado de la pantalla de cristal líquido opuesto a la pantalla luminosa, - en donde el primero y segundo polarizadores reflectivos comprenden cada uno una pila de capas múltiples de pares de capas de material adyacentes, y cada uno de los pares de capas muestra una diferencia en el índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en una primera dirección en el plano de los polarizadores, y esencialmente no existe diferencia en el índice de refracción entre al menos dos capas adyacentes en una segunda dirección en el plano de los polarizadores, y ortogonal a la primera dirección.

6. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 5, caracterizado porque la diferencia en el índice de refracción entre las capas de material adyacentes en la primera dirección, excede la diferencia en el índice de refracción entre las capas adyacentes en la segunda dirección, por al menos 0.05.

7. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 6, caracterizado porque el primer material en una capa de material adyacente, es un poliéster de ácido naftalen-dicarboxílico, y el segundo material en la capa se selecciona del grupo que consiste de poliestireno, naftalato de polietileno, tereftalato de polietileno y tereftalato de ciclohexandimetileno .

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el primer material se selecciona del grupo que consiste de naftalato de polietileno, tereftalato de polietileno, isoftalato de polietileno, y copolímeros de los mismos.

9. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 8, caracterizado porque la diferencia en el índice de refracción entre las capas adyacentes en una tercera dirección ortogonal al plano del polarizador, es menor de aproximadamente 0.2 veces ía diferencia en el índice de refracción entre las capas adyacentes en la primera dirección. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se describe un sistema de proyección de pantalla de cristal líquido (LCD) (50) que incluye un panel de proyección (52), una fuente luminosa (56) y un reflector (58). El panel de proyección incluye una LCD (60) y un polarizador (64) sobre un lado de la LCD, y el polarizador reflectivo (62) sobre el otro lado. El polarizador reflectivo es una pila de capas múltiples de pares (44) de capas de material adyacentes (41, 43). Cada uno de los pares de capas muestra una diferencia en el índice de refracción entre las capas adyacentes en una primera dirección en el plano del polarizador de reflexión, y no muestra esencialmente diferencia en el índice de refracción entre las capas adyacentes, en una segunda dirección en el plano del polarizador reflectivo y ortogonal a ía primera dirección. Una placa (66) de un cuarto de onda es asegurada al polarizador ref lectivo. Los rayos luminosos provenientes de la fuente de luz pasan ya sea a través del polarizador reflectivo y sobre ía LCD, c son reflejados nuevamente hacia ia fuente luminosa, dependiendo de su polarización. La luz que es reflejada por el poiarizador refiectivo es reflejada por el reflector nuevamente hacia la LCD. Ei uso de la placa de un cuarto de onda y el reflector, ayudan a reciclar que la que pudiera ser típicamente considerada como luz desechada, mientras que al mismo tiempo se reduce la constitución de calor dentro de la LCD.