DE4121861A1 - Gering absorbierender polarisator und herstellverfahren fuer einen solchen, sowie lichtquelle und displayvorrichtung mit einem solchen - Google Patents
Gering absorbierender polarisator und herstellverfahren fuer einen solchen, sowie lichtquelle und displayvorrichtung mit einem solchenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polarisator mit
hoher Helligkeit sowie ein Herstellverfahren und Anwendungen
eines solchen in einer Displayvorrichtung und einer Polari
sationslichtquelle.
In einer bekannten LCD(= Liquid Crystal Display = Flüssig
kristalldisplay)-Vorrichtung wird eine Polarisationsplatte
mit dichroitischer Lichtabsorption (dichroitischer Polarisa
tor) als Lichtpolarisationselement verwendet. Dabei wird das
polarisierte Licht dadurch erhalten, daß der eine von zwei
rechtwinklig zueinander polarisierten Lichtstrahlen durch
geht, während der andere absorbiert wird. In diese zwei
Polarisationsrichtungen kann unpolarisiertes Licht zerlegt
werden, das von außen auf die Polarisationsplatte fällt und
diese durchdringt. Da beim vorstehend beschriebenen Verfah
ren eine Polarisationskomponente absorbiert wird, geht mehr
als die Hälfte des Lichts verloren. Dementsprechend ist die
maßgebliche Lichtdurchlässigkeit der derzeit im allgemeinen
verwendeten Polarisationsplatte etwa 40%. Die Polarisa
tionsplatte ist demgemäß der Flaschenhals in bezug auf die
Helligkeitsausbeute bei optischen Geräten, bei denen es auf
Helligkeit ankommt.
Zum Erzielen einer Anzeige mit hohem Kontrast durch Erhöhen
des Polarisationsgrades (Erhöhen des Polarisiereffektes) der
dichroitischen Polarisationsplatte ist es erforderlich, den
absorbierten Anteil von Licht zu erhöhen, wodurch die Licht
durchlässigkeit von Polarisationsplatten, wie sie in derzeit
üblichen Vorrichtungen für Darstellung mit hohem Kontrast
verwendet werden, noch weiter abnimmt. Diese Tendenz zur
weiteren Abnahme wird insbesondere bei Farbdisplays deut
lich. Um den Farbsättigungsgrad zu erhöhen, ist man gezwun
gen, eine Polarisationsplatte mit geringer Lichtdurchlässig
keit zu verwenden.
Aus JP-A-61-2 21 728 (1968) ist ein Versuch zum Verringern der
Lichtverluste. wie sie bei Reflexion auftreten, bekannt, ge
mäß dem die Anzahl von Grenzen verringert wird, indem die
Polarisationsplatte als eines der Substrate einer Flüssig
kristallzelle verwendet wird.
Weiterhin ist in JP-A-2-69 715 (1990) ein Verfahren vorge
schlagen, das versucht, den Lichtverlust dadurch zu verrin
gern, daß transmittierende und reflektierte Lichtstrahlen
durch einen Strahlteiler in sich rechtwinklig schneidende
polarisierende Lichtstrahlen aufgeteilt werden, die mit
Hilfe einer Halbwellenlängenplatte dieselbe Polarisations
richtung erhalten und dann durch Reflexion mit einem Spiegel
in paralleler Richtung gesendet werden, wodurch der Polari
sationsgrad erhöht wird, ohne daß Licht absorbiert wird.
Insoweit die dichroitische Polarisationsplatte derzeit in
der Praxis verwendet wird, kann der Lichtverlust der Platte
nicht verringert werden, wodurch verschiedene Probleme ent
stehen.
Bei einer LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp, die natürliches
Licht verwendet, besteht das Problem, daß eine weiße Anzeige
nicht erhältlich ist, sondern wegen des Lichtverlusts an der
Polarisationsplatte nur eine graue, selbst wenn das Display
als helles Display ausgebildet ist. Bei einer LCD-Vorrich
tung vom Transmissionstyp mit einer Lichtquelle besteht das
Problem, daß ein Erhöhen der Leuchtdichte zum Erhalten aus
reichender Helligkeit die aufgenommene Leistung erhöht und
mehr Wärme erzeugt wird. Diese Probleme sind in Farbanzeige
vorrichtungen, die Farbfilter benötigen, noch schwerwiegen
der.
Das in JP-A-2-69 715 (1990) angegebene Verfahren erfordert
optische Teile wie einen Strahlteiler, einen Reflexionsspie
gel usw., und selbst beim Vergrößern der Vorrichtung ist es
schwierig, eine großflächige Lichtquelle zu erhalten. Z. B.
ist es schwierig, eine solche Lichtquelle für die Rücksei
tenbeleuchtung einer LCD-Vorrichtung der Größe A5 zu verwen
den. Dies gilt sowohl für den Typ mit direkter Betrachtung
wie auch den Reflexionstyp.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Polarisator
hoher optischer Durchlässigkeit, großer Fläche und geringer
Dicke mit verringerter dichroitischer Absorption anzugeben,
die der Hauptgrund für den Lichtverlust in optischen Bautei
len wie einer LCD-Vorrichtung usw. ist.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Her
stellverfahren für einen Polarisator anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist die, eine helle LCD-Vorrichtung an
zugeben.
Eine vierte Aufgabe besteht darin, einen Polarisator und
eine LCD-Vorrichtung mit erhöhter Helligkeit aber unverrin
gertem Anzeigekontrast anzugeben.
Eine fünfte Aufgabe ist es, eine Polarisationslichtquelle mit
einem Polarisator hoher optischer Durchlässigkeit und großer
Fläche anzugeben, die eine Polarisationsplatte mit geringer
optischer Absorption im Polarisator nutzt.
Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Display
vorrichtung mit einer Polarisationslichtquelle der eben ge
nannten Art anzugeben.
Die Erfindung ist für den Polarisator durch die Merkmale von
Anspruch 1, für die LCD-Vorrichtung durch die Merkmale von
Anspruch 10, für das Herstellverfahren des Polarisators
durch Anspruch 14, für die Polarisationslichtquelle durch
die Merkmale von Anspruch 16 und für die LCD-Vorrichtung mit
einer solchen Polarisationslichtquelle durch die Merkmale
von Anspruch 18 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und
Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Als physikalische Phänomene zum Erzeugen polarisierten
Lichts aus unpolarisiertem oder gering polarisiertem Licht
sind folgende bekannt:
- 1. Doppelbrechung;
- 2. dichroitische Absorption;
- 3. Reflexion an einer dielektrischen Substanz.
Vorrichtungen zum Erzeugen polarisierten Lichts (also pola
risierende Elemente oder Polarisatoren) auf Grundlage eines
jeden der vorstehend genannten physikalischen Phänomene sind
bekannt.
Ein doppelbrechender Polarisator erlaubt es, einen polari
sierten Lichtstrahl dadurch auszustrahlen, daß Licht in
einem optisch isomeren Medium in zwei polarisierte Licht
strahlen getrennt wird. Ein Polarisator mit dichroitischer
Absorption nutzt den Effekt, daß nur einer von mehreren po
larisierten Lichtstrahlen absorbiert wird. Ein Polarisator
wird in fast allen derzeitigen LCDs verwendet.
Licht, das in einer dielektrischen Substanz reflektiert
wird, wird dann polarisiert, wenn der Auffallwinkel einen
besonderen Wert (Brewsterwinkel) annimmt. Polarisatoren, die
den vorstehend beschriebenen Effekt nutzen, können grob in
reflektierende und transmittierende Polarisatoren unterteilt
werden. Der erfindungsgemäße Polarisator nutzt das Phänomen
der Doppelbrechung.
Für das Medium I wird ein Kristall hoher Doppelbrechung wir
z. B. Calzit verwendet. Auch orientierte organische Polymere
mit einer Struktur gemäß den folgenden Formeln können ver
wendet werden (in denen n und m ganze Zahlen mindestens vom
Wert 1 sind):
Was das Medium II betrifft, das nicht notwendigerweise eine
so hohe Doppelbrechung wie das Medium I aufweisen muß, kön
nen z. B. Filme aus Polycarbonaten, Polyester, Nylon und
dergleichen verwendet werden. Sie müssen jedoch optische
Aktivität aufweisen. Für beide Medium I und II werden orien
tierte organische Hochpolymerfilme bevorzugt.
Ein Film mit den Medium I und II wird dadurch erhalten, daß
die Medien abwechselnd aufeinander laminiert und miteinander
verbunden werden, wodurch, wie weiter unten beschrieben,
mehrere Schichten gebildet werden. Die Schichten werden zum
Bilden des Films unter einem vorgegebenen Neigungswinkel ge
schnitten. Zum Verbinden der Medien I und II miteinander ist
es von Vorteil, wenn ein Medium II mit einer Kleberschicht
mit vorgegebenem Brechungsindex als Oberflächenschicht ver
wendet wird.
Die Erfindung und Vorteile und Wirkungen derselben werden im
folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausfüh
rungsbeispielen näher beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen erfin
dungsgemäßen Polarisator.
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung des
Polarisators von Fig. 1.
Fig. 3(a) und (b) sind Querschnittsbilder zum Erläutern der
Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Polarisators.
Fig. 4 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines anderen erfin
dungsgemäßen Polarisators.
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfin
dungsgemäße LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp.
Fig. 6 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfin
dungsgemäße LCD-Vorrichtung vom Transmissionstyp.
Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt durch einen weite
ren erfindungsgemäßen Polarisator.
Fig. 8 ist ein schematischer Querschnitt einer weiteren er
findungsgemäßen LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp.
Fig. 9 ist ein schematischer Querschnitt einer anderen er
findungsgemäßen LCD-Vorrichtung vom Transmissionstyp.
Fig. 10 ist eine schematische perspektivische Darstellung
einer erfindungsgemäßen LCD-Vorrichtung mit einer Treiber
schaltung.
Fig. 11(a) und (b) sind Zeichnungen zum Erläutern eines Her
stellverfahrens für einen erfindungsgemäßen Polarisator.
Fig. 12 ist ein schematischer Teilquerschnitt durch eine Po
larisationslichtquelle.
Fig. 13 ist eine schematische perspektivische Darstellung
der Polarisationslichtquelle von Fig. 12.
Fig. 14 ist eine schematische Darstellung eines Overheadpro
jektors mit einer erfindungsgemäßen Polarisationslichtquelle
und
Fig. 15 ist eine schematische Darstellung eines Flüssigkri
stallprojektors mit einer erfindungsgemäßen Polarisations
lichtquelle.
Die Erfindung wird zunächst anhand von Fig. 3 erläutert.
Eine Struktur besteht aus Medien I und II, die optisch aktiv
sind. Sie sind gegeneinander laminiert und die Laminierebene
ist gegenüber einer Grenzlinie AA′ des Polarisators (um
einen Winkel Φ) geneigt. Es wird nun der Fall beschrieben,
daß Licht unter beinahe rechtem Winkel auf die Grenze AA′
des Polarisators fällt.
Derartiges Licht durchdringt das Medium I und erreicht die
Grenze zum Medium II. Wenn der Neigungswinkel Φ zur Grenze
groß genug und der Brechungsindex nII ausreichend klein ge
genüber dem Brechungsindex nI des Mediums I ist, wird das
Licht total an der geneigten Grenze reflektiert, wie dies in
Fig. 3(a) dargestellt ist. Das reflektierte Licht weitet
sich genau in Vorwärtsrichtung aus und erreicht die Grenze
zum Medium II′, wo das Licht wiederum ganz reflektiert wird.
Anschließend durchdringt das Licht die Grenze BB′ und wird
emittiert.
Die Gesamtreflexionsbedingung für diesen Fall ist durch fol
gende Gleichung gegeben:
Φ<sin-1(nII/nI) (1)
Wenn andererseits nII größer ist als nI oder die Differenz
so klein ist, daß sie nicht der Totalreflexionsbedingung ge
nügt, dringt Licht vom Medium I in das Medium II ein, wie in
Fig. 3(b) dargestellt, woraufhin das Licht durch das Medium
I′ durchdringt und abgestrahlt wird.
Wenn als Medium I ein solches mit Doppelbrechung verwendet
wird, bei dem nur ein Brechungsindex die Totalreflexionsbe
dingung erfüllt, und wenn angenommen wird, daß das Medium II
optische Aktivität aufweist (hier bedeutet optische Aktivi
tät die Eigenschaft, daß beim Einstrahlen und Durchstrahlen
von polarisiertem Licht eine polarisierte Komponente erzeugt
wird, deren Achse rechtwinklig zum einfallenden polarisier
ten Licht steht), wird die polarisierte Lichtkomponente in
dem auf den Polarisator fallenden Licht, die totalreflek
tiert wird (Fig. 3(a)) ohne Änderung der Polarisationsrich
tung abgestrahlt. Andererseits wird die durchgestrahlte Kom
ponente des polarisierten Lichts (Fig. 3(b)) mit Änderung
der Polarisationsrichtung abgestrahlt. Das heißt, daß das
Licht mit derselben Polarisationsrichtung abgestrahlt wird,
wie das totalreflektierte und abgestrahlte polarisierte
Licht. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren kann der
Polarisationsgrad des polarisierten Lichts erhöht werden,
ohne daß die Lichtstärke durch Absorption verringert wird.
Um dafür zu sorgen, daß von zwei polarisierten Lichtstrah
len, die sich einander rechtwinklig schneiden, der eine to
talreflektiert wird der andere als polarisiertes Licht
durchgestrahlt wird, muß die folgende Gleichung erfüllt
sein:
sin-1(nII/nI1)<Φ<sin-1(nII/nI2) (1)
(wobei nI1 und nI2 das Maximum bzw. das Minimum der Bre
chungsindizes des Mediums I bedeuten und nI1 größer nI2 gilt
und nII den Brechungsindex des Mediums II nahe einer Grenze
der laminierten Schicht bedeutet).
Wie es aus Gleichung (1) hervorgeht, wird der zulässige Be
reich für den Neigungswinkel um so größer, und die Grenze
der Veränderungen in der Struktur des Polarisators wird um
so weiter hinausgeschoben, je größer die Doppelbrechung
Δ = (nI1-nI2) des Mediums I ist. Gleichzeitig verbreitert sich
der Sichtbarkeitswinkel.
Vorstehend wurde die Wirkung auf Licht beschrieben, das in
das Medium I einfällt, jedoch gilt diese Wirkung nicht für
direkt in das Medium II einfallendes Licht. Wenn jedoch das
Medium I ausreichend dick im Vergleich zum Medium II gemacht
wird, kann fast das gesamte einfallende Licht in der vor
stehend beschriebenen Weise verwendet werden, und es kommt
zu einem beträchtlichen Effekt durch die vorliegende Erfin
dung.
Wie es weiterhin aus der schematischen Zeichnung von Fig. 4
hervorgeht, werden dann, wenn die Dicke (Abstand p) sowohl
des Mediums I wie auch II dünn genug im Vergleich zur Dicke
(t) des Polarisators gemacht werden, beide Arten von Licht,
also sowohl solches, das direkt auf das Medium II fällt, wie
auch solches, das in das Medium II eingestrahlt wird, nach
dem es zunächst auf das Medium I fiel, vielfach an den Gren
zen zwischen den Medien I und II reflektiert (oder durchge
strahlt). Durch Erhöhen der Anzahl von Malen, in denen Licht
die Grenzen zwischen den Medien I und II in der vorstehend
beschriebenen Weise erreicht, läßt sich der Polarisations
grad erhöhen.
Obige Erläuterung gilt für den Fall, daß Licht unter rechtem
Winkel auf den Polarisator fällt, jedoch wird derselbe Ef
fekt mit Licht erhalten, das schräg einfällt, solange die
Bedingungen für Totalreflexion und Transmission erfüllt
sind, wie sie durch Fig. 3 dargestellt sind. Zum Beispiel gilt für
den Fall eines LCD (Liquid Crystal Display = Füssigkristall
display)-Geräts, daß dann, wenn sowohl die Lichtquelle wie
auch das Flüssigkristallpanel jeweils eine große Fläche auf
weisen und schräg betrachtet werden, die Anzeige genug Kon
trast aufweist, solange die in Fig. 3 dargestellten Bedin
gungen für Totalreflexion und Transmission erfüllt sind.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen kon
kret beschrieben.
Ein Polarisator mit hoher optischer Transmission, wie er das
erste Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, ist in den Fig.
1, 2 und 3 dargestellt. Fig. 1 ist ein Teil einer schemati
schen Seitenansicht eines plattenförmigen Polarisators. Fig.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Polari
sators, und Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch
den vergrößerten Polarisator.
Der Polarisator ist aus den Medien I und II zusammengesetzt,
die unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen und
mit schrägen Grenzflächen gegeneinander laminiert sind. Das
Medium I besteht aus Calzit, der für optische Zwecke poliert
ist; die optische Achse des Mediums I steht rechtwinklig zur
Papierfläche. Der Brechungsindex des Mediums I für außer
ordentliches Licht ist nI1=1,486, während der für ordent
liches Licht nI2=1,658 ist. Das Medium II besteht aus
einem langgestreckten Film aus Polycarbonat und einem Kleb
stoff (Kanadabalsam). Die Brechungsindizes des Polycarbo
nats für außerordentliches bzw. ordentliches Licht sind
NI1=1,590 bzw. nI2=1,585, der Brechungsindex des Klebstoffs
ist nIII1=1,550, so daß alle Brechungsindizes kleiner sind
als der Brechungsindex nI2 des Mediums I. Der Einfallswinkel
ist 75° und die Dicke des Polarisators 10 mm. Als Lichtquel
le wurde eine plane Lichtquelle aus stabförmigen Leucht
stoffröhren und Photoleitern aus Acrylharz verwendet.
Wie in Fig. 3 dargestellt, fällt Licht, das auf die Grenze
AA′ des Polarisators rechtwinklig auftrifft, unter einem
Einfallswinkel Φ auf die Grenze zwischen den Medien I und
II. Da hierbei das ordentliche Licht die Bedingung für To
talreflexion erfüllt, nicht jedoch das außerordentliche
Licht, wird das ordentliche Licht totalreflektiert (Fig. 3a)
und nur das außerordentliche Licht wird in das Medium II
eingestrahlt (Fig. 3b). Hierbei ist der Polycarbonatfilm als
das Medium II so angeordnet, daß die Lichtachse unter bei
nahe 45° zur Papierebene steht. Die Dicke ist so gewählt,
daß die Platte als Halbwellenlängenplatte auf das einfallen
de und weitergeleitete Licht wirkt. Das heißt, daß die Pha
sendifferenz dΔn so eingestellt ist, daß sie 0,275 µm beim
Durchdringen durch das Medium II entspricht (d ist die Länge
des optischen Pfads). Dementsprechend wird die Polarisa
tionsrichtung beim Durchstrahlen des Mediums II um etwa 90°
gedreht. Beim Ausführungsbeispiel wurde ein anorganischer
Kristall (Calzit) als Medium I verwendet, jedoch ist es
gleichgültig, ob das Medium I organisch oder anorganisch
ist, solange die Substanz optische Eigenschaften aufweist,
durch die der Effekt der Erfindung realisiert wird. Wie für
das Medium II kann ein langgestreckter Hochpolymerfilm ver
wendet werden.
Die Dicke des Polarisators von 10 mm ist erheblich dicker
als diejenige herkömmlicher dichroitischer Polarisations
platten von höchstens 1 mm, jedoch ist es auch möglich, den
Polarisator insgesamt dünn auszugestalten, wenn mehrere dün
ne gestreckte Hochpolymerfilme usw. laminiert werden.
In Fig. 1 ist ein flacher ebener Polarisator dargestellt,
jedoch muß er nicht flach sein, sondern er kann, abhängig
von der Anwendung z. B. auch in Form einer gebogenen oder
kugeligen Fläche vorliegen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zum Lösen der ersten Aufgabe
der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt.
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 ist das Verhältnis
(p/t) des Abstandes (p) der Medien zur Dicke (6) des Polari
sators bemerkenswert klein (<1). Es ist t=5 mm und p=0,5 mm.
Das Material für das Medium I ist ein hochpolymerer
Flüssigkristall, der durch Polymerisieren einer Flüssigkri
stallverbindung folgender Struktur durch Bestrahlen mit
ultraviolettem Licht erhalten wurde:
Das Verfahren zum Orientieren der hochpolymeren Substanz
weist folgende Schritte auf:
- - Einfügen der flüssigkristallinen Verbindung zwischen Glas substrate, die gerieben wurden;
- - Heizen auf 80°C, damit die Verbindung die nematische Flüssigkristallphase annimmt;
- - Verfestigen der Verbindung durch Photopolymerisation durch Einstrahlen ultravioletten Lichts und Aufrechterhalten der Temperatur von 80°C; und
- - Erhalten des gleichförmig orientierten Films.
Anschließend wird der Film vom Glassubstrat abgezogen und
laminiert.
Die Brechungsindizes des erhaltenen Films sind 1,72 für
außerordentliches und 1,49 für ordentliches Licht. Was das
Medium II und den Klebstoff angeht, wurden dieselben Mate
rialien wie beim Ausführungsbeispiel I verwendet. Der Nei
gungswinkel Φ an der Grenze zur Kleberebene war 70°.
Polarisatoren gemäß den Ausführungsbeispielen 1 und 2 weisen
Helligkeiten auf, die etwa das 1,5fache herkömmlicher Pola
risatoren sind.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für
ein helles Flüssigkristalldisplay als vierter Gegenstand der
Erfindung erläutert.
Fig. 5 ist eine schematische Zeichnung, die ein Ausführungs
beispiel der Vorrichtung für ein Flüssigkristalldisplay vom
Reflexionstyp zeigt. Licht 11 fällt zunächst auf einen er
findungsgemäßen Polarisator und wird beim Durchstrahlen in
polarisiertes Licht mit erhöhtem Polarisationsgrad gewandelt
bei geringer Schwächung durch Absorption, und anschließend
fällt das Licht auf das Flüssigkristallpanel 8, woraufhin es
von einer Reflexionsplatte 9 reflektiert wird und als re
flektiertes Licht 12 zurückgestrahlt und schließlich emit
tiert wird.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung für ein Ausfüh
rungsbeispiel einer Vorrichtung für ein Flüssigkristalldis
play vom Transmissionstyp. Der Polarisator ist zwischen der
Lichtquelle 14 und dem Flüssigkristallpanel 8 angeordnet.
Licht 16 von der Lichtquelle wird zunächst in einem Licht
leiter 15 so reflektiert, daß es zunächst auf den Polarisa
tor 7 fällt, und es wird dann beim Durchstrahlen in polari
siertes Licht mit erhöhtem Polarisationsgrad bei geringem
Absorptionsverlust, wie im Fall der Vorrichtung für ein
Flüssigkristalldisplay vom Reflexionstyp, gewandelt, und an
schließend fällt es auf das Flüssigkristallpanel 8.
Wenn als Polarisator 7 ein solcher gemäß dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel verwendet wird, kann die Leistung der Licht
quelle um 30% erniedrigt werden, wenn dieselbe Helligkeit
erzielt werden soll wie unter Verwendung eines herkömmlichen
Polarisators.
Es wird nun das Ausführungsbeispiel eines Polarisators er
läutert, der zusätzlich zu erhöhter Helligkeit auch erhöhten
Kontrast aufweist. Es handelt sich um das vierte Beispiel
der Erfindung.
Wie aus der schematischen Darstellung von Fig. 7 ersicht
lich, ist eine dichroitische Polarisationsplatte 13 mit
einem Polarisator 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu
sammen laminiert. Die Polarisationsachse 19 des durch den
Polarisator 7 gestrahlten Lichts und die Transmissionsachse
17 der dichroitischen Polarisationsplatte 13 sind parallel.
Die dichroitische Polaristionslatte 13 ist der Lichtquelle
gegenüber angeordnet, unabhängig davon, ob natürliches Licht
von außen oder eine angefügte Lichtquelle verwendet wird.
Die Fig. 8 und 9 sind schematische Zeichnungen für eine LCD-
Vorrichtung vom Reflexionstyp bzw. vom Transmissionstyp.
Diese LCD-Vorrichtungen benutzen einen Polarisator 7 gemäß
dem ersten Ausführungsbeispiel, der mit einer dichroiti
schen Polarisationsplatte 13 zusammengefügt ist. Eine sche
matische perspektivische Darstellung einer LCD-Vorrichtung
mit Treiberschaltung ist durch Fig. 10 gegeben.
Eine Flüssigkristallzelle verfügt über einen Flüssigkri
stall 10, der zwischen durchsichtigen Substraten 29 und 29′
gehalten wird, von denen jede durchsichtige Elektroden 27
bzw. 27′ aufweist. Außerhalb der Flüssigkristallzelle sind
der erfindungsgemäße Polarisator 7 und die dichroitische
Polarisationsplatte 13 angeordnet. Die durchsichtigen Elek
troden 27 und 27′ werden durch die Treiberschaltungen 28
bzw. 28′ angesteuert und entsprechend einem darzustellenden
Muster durchgetastet. Der Flüssigkristall wird dadurch be
einflußt, daß eine Spannung an ihn angelegt wird. Die Anzei
ge erfolgt durch Licht, das von der Unterseite des Polarisa
tors 7 her durchgestrahlt wird.
Als LCD-Typen sind z. B. der Super-TN-Typ, der TFT-Typ, der
Typ mit einem Flüssigkristall mit hoher Dielektrizitätskon
stante, der superhomöotrope Typ usw. bekannt, jedoch ist die
Erfindung auf alle Typen anwendbar, die einen Polarisator
nutzen.
Vom Licht einer Lichtquelle, die den erfindungsgemäßen Pola
risator nutzt, geht nur sehr wenig verloren. Die Lichtquelle
kann daher z. B. als Beleuchtungseinrichtung für die Front
strahler von Fahrzeugen verwendet werden. Wenn bei Front
strahlern z. B. die Polarisationsrichtung um 45° nach rechts
geneigt ist und der Fahrer eine Polarisationsbrille (mit di
chroitischer Absorption) trägt, die nur das polarisierte
Licht mit derselben Polarisationsrichtung durchläßt, wird
die von einem entgegenkommenden Fahrzeug erkennbare Licht
menge erheblich verringert, was die Fahrsicherheit erhöht.
Derselbe Effekt wird erhalten, wenn ein dichroitischer po
larisierter Film mit derselben Polarisationsrichtung wie ihn
die Polarisationsbrille aufweist, an der Windschutzscheibe
des Fahrzeugs befestigt wird, anstatt daß eine Polarisa
tionsbrille getragen wird.
Derselbe Effekt wird erhalten, wenn ein dichroitischer Po
larisationsfilm am hinteren Fenster oder einem Seitenspiegel
angebracht wird. Besonders dann, wenn aufeinanderfolgende
Fahrzeuge Frontlichter vom selben Typ verwenden, läßt sich
Blenden weitgehend vermeiden, wenn Polarisationsrichtungen
gewählt werden, die um 45° nach rechts bzw. links stehen.
Der erfindungsgemäße Polarisator kann nicht nur für eine
LCD-Vorrichtung, sondern auch z. B. als optischer Akzeptor
für einen Polarisationsdetektor verwendet werden.
Es wird nun ein Herstellverfahren für ein drittes Ausfüh
rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polarisators erläu
tert.
Das Medium I und das Medium II werden aufeinander laminiert
und aufgewickelt, wie in Fig. 11(a) dargestellt. Die Schich
ten haften aufeinander und werden verfestigt, um den lami
nierten walzenförmigen Körper 2 zu bilden, wie er in Fig.
11(b) dargestellt ist.
Anschließend wird die Walze entlang von Schnittebenen 30,
30′ geschnitten, die so gewählt sind, daß sie einen vorgege
benen Winkel (Φ) mit der Grenze zwischen den Medien I und II
bilden. Dabei wird der Schnitt so ausgeführt, daß die Scher
kraft mit der Richtung der optischen Achse 4 übereinstimmt.
Durch einen Schnitt auf diese Weise kann Verformen der opti
schen Achse durch die Scherkraft weitgehend vermieden wer
den.
Wenn ein solcher Polarisator bei einer LCD-Vorrichtung ver
wendet wird, kann erhöhte Helligkeit erzielt werden.
Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen als sechstes Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung eine polarisierte Lichtquelle
mit hohem Wirkungsgrad durch Verwenden des Polarisators mit
hoher Lichtdurchlässigkeit. Die Polarisationslichtquelle
verfügt über eine Lichtquelle, die unpolarisiertes Licht
oder geringfügig polarisiertes Licht aussendet, sowie über
einen Polarisator zum Erhöhen des Polarisationsgrades.
Fig. 14 stellt ein Beispiel für einen Overheadprojektor dar,
der eine erfindungsgemäße Polarisationslichtquelle nutzt.
Die Polarisationslichtquelle 10 ist im unteren Teil des Pro
jektorgehäuses angebracht. Ihr Licht durchstrahlt ein Flüs
sigkristallpanel 11, eine Vergrößerungslinse 12 und einen
Reflexionsspiegel 13 und wird auf einen Schirm 14 proji
ziert. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Projektor der
selben Helligkeit ist der Leistungsbedarf um 30% verrin
gert.
Abhängig vom Anwendungsfall kann die Projektion auch anders
vorgenommen werden, z. B. so, daß die polarisierte Licht
quelle im oberen Teil des Projektors angeordnet ist und ein
Flüssigkristallpanel mit polarisiertem Licht bestrahlt, das
unterhalb der Polarisationslichtquelle angeordnet ist. Das
durch das Flüssigkristallpanel durchgestrahlte Licht wird
mit Hilfe der Vergrößerungslinse 12 und des Reflexionsspie
gels 13 projiziert.
In Fig. 15 ist ein Flüssigkristallprojektor dargestellt, der
dieselbe erfindungsgemäße Polarisationslichtquelle nutzt wie
der Overheadprojektor. In diesem Fall kann, ebenso wie beim
Overheadprojektor, 30% an Energie für die Lichtquelle im
Vergleich zur Verwendung eines herkömmlichen Flüssigkri
stallprojektors eingespart werden.
Die erfindungsgemäße Polarisationslichtquelle weist hohe
Durchlässigkeit für das Ursprungslicht auf. Daher kann bei
selber Helligkeit wie bei einer herkömmlichen Lichtquelle
die Leistungszufuhr beträchtlich verringert werden, was den
weiteren Vorteil des Erhöhens der Lebensdauer der Lichtquel
le nach sich zieht.
Claims (20)
1. Gering absorbierender Polarisator, gekennzeichnet durch
- - ein Medium (I), das doppelbrechend ist, um Licht mit zwei oder drei Polarisationsmoden zu erzeugen, die unterschied liche Brechung erfahren; und
- - ein Medium (II), das optisch aktiv ist und eine Oberfläche oder eine Oberflächenschicht aufweist, deren Brechungsindex kleiner ist als der größte Brechungsindex unter den zwei oder drei Brechungsindizes des Mediums I,;
- - wobei die Medien (I) und (II) abwechselnd aufeinander la miniert sind, um eine Mehrzahl von Schichten zu bilden; und
- - wobei die Grenzen der laminierten Schichten unter einem solchen Winkel (Φ) angeordnet sind, daß vom Licht, das in das Medium (I) strahlt, solches einer der Polarisationsmoden an der Grenze zwischen den Medien I und II totalreflektiert wird und Licht einer anderen Polarisationsmode im wesent lichen durch das Medium II durchdringt.
2. Polarisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Neigungswinkel Φ zwischen der Einfallsrichtung des
Lichts in das Medium I und den Grenzen der laminierten
Schichten folgender Gleichung (1) genügt:
sin-1(nII/nI1)<Φ<sin-1(nII/nI2) (1)wobei nI1 und nI2 der maximale bzw. minimale Brechungsindex
des Mediums I sind und nI1<nI2 gilt und nII der Brechungs
index des Mediums II nahe den Grenzen der laminierten
Schichten ist.
3. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Medium II aus einer Schicht (IIa)
mit vorgegebenem Brechungsindex und optischer Aktivität so
wie einer Kleberschicht (IIb) mit einem vorgegebenen Bre
chungsindex und Haftfestigkeit besteht.
4. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht des Mediums I dicker ist als
die Schicht des Mediums II.
5. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Medium I und/oder das Medium II
orientierte organische Hochpolymerschichten sind.
6. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Medium I ein flüssigkristalliner
Hochpolymerfilm ist.
7. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß er eine dichroitische Polarisationsplat
te (13) aufweist, deren optisch durchlässige Achse so ange
ordnet ist, daß sie im wesentlichen parallel zur Polarisa
tionsrichtung des aus dem Polarisator ausgestrahlten Lichts
steht.
8. Gering absorbierender Polarisator, dadurch gekennzeich
net, daß er wie folgt aufgebaut ist und wie folgt arbeitet:
- - mindestens zwei Medien (I und II) miteinander laminiert sind;
- - mindestens eines der Medien (I) Doppelbrechung aufweist;
- - mindestens das andere Medium (II) optisch aktiv ist;
- - unpolarisiertes oder wenig polarisiertes Licht, das von außen einfällt, in zwei oder drei polarisierte Lichtstrahlen unterteilt;
- - Licht mindestens einer Polarisationsrichtung ohne Trans mission durch das optisch aktive Medium abgestrahlt wird;
- - Licht mindestens einer anderen Polarisationsrichtung nach Transmission durch das optisch aktive Medium abgestrahlt wird; und
- - Licht der beiden Polarisationsrichtungen synthetisiert wird.
9. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Grenzen der laminierten Schichten
unter einem solchen Winkel angeordnet sind, daß Licht einer
Polarisationsrichtung, das durch das Medium I durchstrahlt,
an der Grenze zwischen den Medien I und II reflektiert wird,
während Licht einer anderen Polarisationsrichtung das Medium
II durchstrahlt, und die Filmdicke des Mediums I so gewählt
wird, daß das reflektierte Licht mehrfach während seines
Durchgangs durch den Polarisator reflektiert wird.
10. LCD(= Liquid Crystal Display = Flüssigkristalldisplay)-
Vorrichtung mit:
- - einem leitenden Film;
- - einem Paar von Substraten, von denen mindestens eines durchsichtig ist;
- - einem Flüssigkristallpanel (8) mit einer Flüssigkristall schicht zwischen dem Substratpaar;
- - einer Polarisationseinrichtung (7) für Licht, das auf das Flüssigkristallpanel fällt; und
- - einer Treibereinrichtung (28, 28′) zum Treiben der Flüs sigkristallschicht durch Spannungszufuhr zum leitenden Film; dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung eine solche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
11. LCD-Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Polarisationseinrichtung (7) und ein optischer
Reflektor (9) zu beiden Seiten des Flüssigkristallpanels (8)
angeordnet sind.
12. LCD-Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß eine dichroitische Polarisationsplatte (13) an die
Polarisationseinrichtung (7) laminiert ist und letztere so
angeordnet ist, daß die dichroitische Polarisationsplatte
dem Flüssigkristallpanel (8) gegenübersteht.
13. LCD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine dichroitische Polarisa
tionsplatte (13) an die Polarisationseinrichtung (7) lami
niert ist und die Polarisationseinrichtung und ein optischer
Reflektor zu den beiden Seiten des Flüssigkristallpanels (8)
angeordnet sind.
14. Verfahren zum Herstellen eines Polarisators, gekenn
zeichnet durch folgende Schritte:
- - Herstellen eines Laminatkörpers durch abwechselndes Lami nieren und aneinander Befestigen zweier Medien I und II, von denen das Medium I Doppelbrechung aufweist, um mit unter schiedlichen Brechungsindizes zwei oder drei Polarisations moden zu erzielen, und das Medium II optische Aktivität auf weist, eine vorgegebene Dicke hat und über eine Oberfläche oder eine Oberflächenschicht verfügt, deren Brechungsindex geringer ist als der größte Brechungsindex von den zwei oder drei Brechungsindizes des Mediums I;
- - Herausschneiden von Scheiben vorgegebener Dicke aus dem Laminatkörper unter einem Winkel, der in solcher Weise vor gegeben ist, daß die Grenzen des Laminatkörpers einen sol chen Winkel einnehmen, daß polarisiertes Licht der einen Mo de, das durch das Medium I dringt, an der Grenze zwischen den Medien I und II reflektiert wird und Licht der anderen Polarisationsmode im wesentlichen durch das Medium II durch dringt;
- - ein Film erzeugt, in dem die Medien I und II streifenför mig angeordnet sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
für die Medien I und II für Orientierung behandelte organi
sche Hochpolymere verwendet werden und beide Medien zusam
mengefügt werden.
16. Polarisationslichtquelle mit:
- - einer Lichtquelle (2), die nicht oder nur geringfügig po larisiertes Licht erzeugt; und
- - einem Polarisator (1), der das Licht empfängt und hochpo larisiertes Licht ausgibt;
dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein solcher ge
mäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
17. Polarisationslichtquelle mit:
- - einer Lichtquelle (2), die nicht oder nur geringfügig po larisiertes Licht erzeugt; und
- - einem Polarisator (1), der das Licht empfängt und hochpo larisiertes Licht ausgibt; dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein solcher ge mäß Anspruch 8 ist.
18. Anzeigevorrichtung mit:
- - einer Polarisationslichtquelle (10) und
- - einer Einrichtung zum Fokussieren des durch eine LCD-Vor richtung erzeugten Bildes auf einen Schirm (14);
dadurch gekennzeichnet, daß
- -die Polarisationslichtquelle eine solche gemäß Anspruch 16 ist und
- - die Einrichtung zum Fokussieren des Bildes so arbeitet, daß sie das polarisierte Licht von der Polarisationslicht quelle sammelt und es durch die LCD-Vorrichtung leitet.
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