DE69920768T2

DE69920768T2 - Optische vorrichtungen unter verwendung von reflektierenden und polarisierenden materialien

Info

Publication number: DE69920768T2
Application number: DE69920768T
Authority: DE
Inventors: C. Richard ALLEN; Jr. Sanford COBB; M. Elisa CROSS; J. Timothy NEVITT; J. Andrew OUDERKIRK; J. Ronald TABAR; L. David WORTMAN; I. Susan KENT
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: TW444139B; US6515785B1; KR20020005702A; EP1173783B1; US20060001797A1; KR100642096B1; MY139007A; US20010036013A1; EP1471369A3; EP1471369A2; US6829071B2; MY125210A; WO2000065385A1; CA2367749A1; US20050002098A1; US6934082B2; CN1352751A; DE69920768D1; JP2002543448A; AU5324899A

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Einrichtungen, die reflektierende Polarisatoren verwenden, und insbesondere optische Einrichtungen, die diffus reflektierende polarisierende Materialien verwenden.
Allgemeiner Stand der Technik
Reflektierende Polarisatoren enthalten im allgemeinen Materialien, die Licht mit einer ersten Polarisation durchlassen und Licht mit einer zweiten, anderen Polarisation reflektieren. Zu reflektierenden Polarisatoren zählen, als Beispiel und nicht als Einschränkung, diffus reflektierende Polarisatoren, mehrschichtige reflektierende Polarisatoren und cholesterische reflektierende Polarisatoren. Zu Beispielen für diffus reflektierende polarisierende Materialien zählen die, die bekannt sind aus den US-Patenten Nr. 5,783,120 und 5,825,543 und in der PCT-Patentanmeldung mit den Veröffentlichungsnummern WO 97/32223, WO 97/32224, WO 97/32225, WO 97/32226, WO 97/32227 und WO 97/32230, wobei der Inhalt von allen durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Beispiele für mehrschichtige reflektierende Polarisatoren sind im US-Patent Nr. 5,882,774 beschrieben. Beispiele für cholesterische reflektierende Polarisatoren sind in EP 606 940 und US-Patent Nr. 5,325,218 beschrieben.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Displayvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit.
Die obige Zusammenfassung der Erfindung soll nicht jede dargestellte Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die Figuren und die ausführliche Beschreibung, die folgen, exemplifizieren diese Ausführungsformen eingehend.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung ergibt sich bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1A eine beispielhafte Displayvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1B eine beispielhafte Displayvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
1C eine beispielhafte Displayvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
2 eine beispielhafte Displayvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3A ein beispielhaftes Projektionsdisplaysystem;
3B ein beispielhaftes Projektionsdisplaysystem;
3C ein beispielhaftes Projektionsdisplaysystem;
3D ein beispielhaftes Mikrodisplaysystem;
3E ein beispielhaftes Mikrodisplaysystem;
3F ein beispielhaftes Mikrodisplaysystem;
3G ein beispielhaftes Mikrodisplaysystem;
4A-4B eine beispielhafte transflektive Displayvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5A ein Display mit einem herkömmlichen Kontrastverstärkungsfilter;
5B ein Display mit einem Kontrastverstärkungsfilter;
5C eine graphische Darstellung, die die relative Helligkeit als Funktion des Farbtons für konstrastverstärkende Displays veranschaulicht;
5D eine graphische Darstellung, die ein Kontrastverhältnis als Funktion des Farbtons für konstrastverstärkende Displays darstellt;
5E eine graphische Darstellung, die eine weitere Kontrastkennlinienkurve für kontrastverstärkende Displays darstellt;
6 eine beispielhafte Displayvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7A ein beispielhaftes Beleuchtungssystem;
7B ein beispielhaftes reflektierendes Material zur Verwendung in dem Beleuchtungssystem von 7A;
8A-8D beispielhafte Sicherungsetiketten unter Verwendung diffus reflektierender Polarisatoren und
9 eine beispielhafte Displayvorrichtung.
Wenngleich sich die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignet, sind Einzelheiten dieser in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt worden und werden ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Absicht nicht darin besteht, die Erfindung auf die beschriebenen besonderen Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil sollen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abgedeckt werden, die innerhalb des Gedankens und Schutzbereichs der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, fallen.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung soll sich auf eine Reihe verschiedener optischer Einrichtungen anwenden lassen, die reflektierende Polarisatoren verwenden. Aspekte der Erfindung eignen sich insbesondere für die Verwendung von diffus reflektierenden Polarisatoren. Wenngleich die vorliegende Erfindung nicht so eingeschränkt ist, kann man verschiedene Aspekte der Erfindung durch eine Erörterung der unten gelieferten Beispiele würdigen.
Diffus reflektierende Polarisatoren (DRPs) lassen in der Regel eine Komponente einfallenden Lichts mit einer ersten Polarisation spiegelnd durch und reflektieren diffus eine Komponente des Lichts mit einer zweiten Polarisation. Die Ausdrücke spiegelnd und diffus sind relative Ausdrücke, die je nach dem Kontext der Anwendung variieren können. Der Ausdruck „spiegelnd durchgelassenes Licht", wie er hier verwendet wird, bezieht sich allgemein auf Licht, das ohne wesentliche Abweichung von seinem Einfallsweg durchgelassen wird. Der Ausdruck „diffus reflektiertes Licht" bezieht sich allgemein auf Licht, das mit erheblicher Diffusion reflektiert wird. Als Beispiel und nicht als Einschränkung kann sich spiegelnd durchgelassenes Licht auf Licht beziehen, das um etwa 8 Grad oder weniger von seinem Einfallsweg abgelenkt worden ist, während diffus reflektiertes Licht sich auf Licht beziehen kann, das um etwa 8 Grad oder mehr von einem Reflektionswinkel gleich einem Einfallswinkel des Lichts abgelenkt worden ist.
Viele der beispielsweise veranschaulichen Displayvorrichtungen oder andere optische Einrichtungen, die Lichtquellen, Lichtleiter und/oder Lichthohlräume enthalten. Der Ausdruck Lichtquelle wird hier so verwendet, daß er sich auf eine Quelle von Licht wie etwa auf eine Glühlampe bezieht. Die Ausdrücke optischer Hohlraum und Lichthohlraum werden hier austauschbar verwendet und beziehen sich auf einen Hohlraum, der Licht liefert. Ein derartiger Hohlraum kann eines oder mehrere der folgenden Elemente enthalten: eine Lichtquelle, einen Lichtleiter oder ein anderes transparentes Medium und einen oder mehrere spiegelnde oder diffuse Reflektoren.
1A veranschaulicht eine Displayvorrichtung, die einen diffus reflektierenden Polarisator gemäß einer Ausführungsform verwendet. Die beispielhafte Displayvorrichtung 100 enthält ein Lichtmodulationssystem 130 und einen optischen Hohlraum 120 zum Liefern von Licht für das Lichtmodulationssystem 130 und Beleuchten der Displayvorrichtung 100. Bei dieser Ausführungsform enthält das Lichtmodulationssystem 130 einen ersten Polarisator 105, ein erstes transparentes Substrat 106, eine Lichtmodulationsschicht 107, ein zweites transparentes Substrat 108 und einen zweiten Polarisator 109. Bei der beispielhaften Displayvorrichtung 100 kann es sich beispielsweise um ein Flüssigkristalldisplay (LCD) mit einer Flüssigkristall-Lichtmodulationsschicht 107 handeln. Der erste Polarisator 105 ist in der Regel ein dichroitischer Polarisator, der Licht mit einer gewünschten Polarisation durchläßt und Licht mit einer unerwünschten Polarisation absorbiert. Der optische Hohlraum 120 enthält im allgemeinen eine Lichtquelle 111 und einen Lichtleiter 102 zum Empfangen von Licht von der Lichtquelle 111. Bei der Lichtquelle 111 kann es sich beispielsweise um eine geradlinige Lichtquelle wie etwa eine Kaltkathodenleuchtstoffröhre oder CCFT (Cold Cathode Fluorescent Tube) handeln. Der Lichtleiter 102 kann beispielsweise aus einem transparenten Kunststoffmaterial wie etwa Polymethyl methacrylat (PMMA) hergestellt sein. Der Lichtleiter 102 ist in der Regel keilförmig, wie in 1A gezeigt, doch können andere Formen verwendet werden.
Bei Betrieb wird Licht von der Lichtquelle 111 mit Hilfe eines Reflektors 112 in den Lichtleiter 102 gelenkt. Die meisten, sich durch den Lichtleiter 102 ausbreitenden Lichtstrahlen treffen unter Winkeln, die größer sind als der Grenzwinkel, auf die Oberflächen 114 und 116 auf und werden deshalb durch die Totalreflexion (TR) total reflektiert. Um Licht aus dem Lichtleiter 102 zu extrahieren, können in die Oberfläche 114 kleine Oberflächenunregelmäßigkeiten oder lokale Winkeländerungen eingebaut werden, um einen Teil der Totalreflexion zu frustrieren, ein Phänomen, das als frustrierte Totalreflexion (FTR) bezeichnet wird. Da der Leiter 102 in der Regel relativ dünn ist, kann sich Licht nur in einem schmalen Bereich von Richtungen durch ihn ausbreiten. Dadurch verläßt Licht (z.B. Strahlen 151 und 153), das den Leiter 102 verläßt, in der Regel mit relativ kleinen Winkeln α relativ zu der Oberfläche 118 der Lichtmodulationsschicht 107. Der Winkel α ist in der Regel kleiner als 20 Grad bei vielen Anwendungen und reicht bei einer Ausführungsform von 10 bis 20 Grad.
Um das Licht zur Lichtmodulationsschicht 107 umzulenken, kann eine Drehlinse 103 bereitgestellt werden, um den Lichtweg von beleuchtenden Strahlen wie etwa den Strahlen 151 und 153 zu falten, wodurch Licht vom optischen Hohlraum 120 zur Lichtmodulationsschicht 107 gelenkt wird. Die beispielhafte Drehlinse 103 enthält eine dem optischen Hohlraum 120 zugewandte strukturierte Oberfläche 103a und eine relativ planare Oberfläche 103b auf der gegenüberliegenden Seite. Die strukturierte Oberfläche 103a kann beispielsweise mehrere Prismen enthalten. Die Drehlinse 103 kann beispielsweise die einen kleinen Winkel aufweisenden Strahlen in eine Richtung beugen, die im wesentlichen senkrecht zu der Lichtmodulationsschichtoberfläche 118 verläuft, wie gezeigt. Der optische Hohlraum 120 kann weiterhin einen neben der Oberfläche 116 angeordneten Reflektor 101 enthalten, um aus der Oberfläche 116 entweichendes Licht zurück in den Leiter 102 zu reflektieren, wobei mindestens einiges davon schließlich nach einer oder mehreren Reflexionen den Leiter 102 durch die Oberfläche 114 verlassen wird. Ein Diffusor 104 kann wahlweise enthalten sein, um beispielsweise den Bereich von Richtungen der Betrachtbarkeit der Displayvorrichtung 100 zu vergrößern, da die Lichtstrahlen 151 und 153 bei einigen Lichtquellen zu einem relativ schmalen Bereich von Richtungen kollimiert werden können. Der optionale Diffusor 104 kann in einigen Fällen auch auf andere Weise das Erscheinungsbild des Displays 100 verbessern, wie etwa dem Display 100 ein gleichförmigeres Erscheinungsbild verleihen.
Die beispielhafte Displayvorrichtung 100 enthält weiterhin einen zwischen der Drehlinse 103 und der Lichtmodulationsschicht 107 angeordneten diffus reflektierenden Polarisator (DRP) zum Erhalten des umgelenkten Lichts und Durchlassen einer Komponente des umgelenkten Lichts mit einer ersten Polarisation zur Lichtmodulationsschicht 107 und diffus Reflektieren einer Komponente des umgelenkten Lichts mit einer zweiten Polarisation, die von der ersten Polarisation verschieden ist, zum Lichtleiter 102.
Bei einer Ausführungsform ist eine DRP-Schicht 110a zwischen der Drehlinse 103 und dem Diffusor 104 angeordnet, ohne an anderen Komponenten angebracht zu sein (wie auf der linken Seite von 1A gezeigt). Alternativ kann eine DRP-Schicht 110b an der Drehlinse 103 angebracht, z.B. laminiert, sein (wie auf der rechten Seite von 1A gezeigt). Bei anderen Ausführungsformen kann eine DRP-Schicht 110c an einem Diffusor 104 (wie im linken Abschnitt von 1B gezeigt) angebracht sein, oder eine DRP-Schicht 110d kann sowohl an der Drehlinse 103 als auch an der Diffusorschicht 104 angebracht sein (wie auf der rechten Seite von 1B gezeigt). Unter Bezugnahme auf 1C kann eine DRP-Schicht 110e in die Displayvorrichtung 100 integriert werden, indem sie an einem Diffusor 104 angebracht wird, der wiederum an einem Polarisator 105 angebracht ist (wie auf der linken Seite von 1C gezeigt). Eine DRP-Schicht 110f kann an der Drehlinse 103 und an einem Diffusor 104 angebracht sein, die wiederum an einem Polarisator 105 angebracht ist (wie auf der rechten Seite von 1C gezeigt). Wenn der Diffusor 104 entfällt, kann die DRP-Schicht beispielsweise an der Bodenseite des Lichtmodulationssystems angebracht sein (z.B. an einem Polarisator 105).
In den obigen Ausführungsformen kann ferner der Diffusor entfallen, wobei die DRP-Schicht ihre Diffusionsfunktionalität enthält. Wenn beispielsweise eine DRP-Schicht in Ausführungsformen ohne Diffusor verwendet wird, kann die Oberflächenrauheit der DRP-Schicht gesteuert werden, um eine Oberflächendiffusion bereitzustellen. Alternativ kann ein DRP justiert werden, um Volumendiffusion zu erhalten, indem der Grad spiegelnder Durchlässigkeit des durchgelassenen Polarisationszustands gegenüber der Diffusionstransmission des durchgelassenen Polarisationszustands justiert wird.
Der diffus reflektierende Polarisator 110a-f und der optische Hohlraum 120 können vorteilhafterweise für das Lichtrecycling optimiert werden. Bei einer Ausführungsform reflektiert der optische Hohlraum 120 Licht mit wenig Entpolarisataion, der diffus reflektierende Polarisator 110a-f reflektiert Licht mit wesentlicher Entpolarisation diffus. Mit anderen Worten reflektiert die DRP-Schicht 110a-f Licht mit der zweiten Polarisation derart diffus, daß das reflektierte Licht eine relativ große Menge von Licht mit der ersten Polarisation enthält. Beispielsweise kann das Verhältnis von Licht mit der ersten Polarisation zu Licht mit der zweiten Polarisation für viele Anwendungen 1:4 oder mehr betragen. Beim Betrieb läßt die DRP-Schicht 110a-f Licht mit einer gewünschten ersten Polarisation durch und reflektiert diffus Licht mit einer zweiten, unerwünschten Polarisation. Aufgrund der Entpolarisation enthält das reflektierte Licht eine relativ große Komponente mit der gewünschten ersten Polarisation. Das reflektierte Licht tritt durch die Drehlinse 103 hindurch und wird mit wenig Entpolarisation vom optischen Hohlraum 120 wieder reflektiert. Wieder reflektiertes Licht mit der ersten Polarisation wird im wesentlichen durch die DRP-Schicht 110a-f durchgelassen, und wieder reflektiertes Licht mit der zweiten Reflexion wird diffus reflektiert und teilweise entpolarisiert, um den Recyclingprozeß fortzusetzen. Dadurch wird von der Displayvorrichtung 100 mehr von dem von der Lichtquelle 111 erzeugten Lichten ausgenutzt. Mit anderen Worten gleicht das Recycling des von der DRP-Schicht 110a-f über eine Vielzahl verschiedener optischer Wege reflektierte Licht im allgemeinen Beleuchtungsschwankungen aus, die manchmal bei Hintergrundlichtleuchten auftreten.
Andere, stärker entpolarisierende Reflektoren und optische Hohlräume können mit oder ohne im wesentlichen entpolarisierende DRP-Schichten verwendet werden. Außerdem kann bei anderen Ausführungsformen die winkelmäßige Entpolarisationskennlinie des DRP und des Lichthohlraums so eingestellt werden, daß der optische Hohlraum Licht bei Einfallswinkeln wesentlich entpolarisiert, die relativ große Mengen nicht-entpolarisierten Lichts von dem DRP enthalten und umgekehrt.
Die Diffusion eines DRP ist in der Regel in der Ebene, die die Querdehnungs- und Normalachse enthält, im Vergleich zu der Ebene, die die Dehnungs- und Normalachse enthält, viel höher. Wenn die Diffusion das Extrahierungsmuster verdecken soll, sollte das Extrahierungsmuster zur Verwendung mit dem DRP optimiert werden. Wenn beispielsweise der DRP unter 45° orientiert ist, beträgt die optimale Orientierung beispielsweise des Extrahierungsmusters in der Regel 0°.
Bei einigen Ausführungsformen können im orientierten Film nichtpolarisierende Komponenten enthalten sein, um eine Diffusion zu erhalten. Beispielsweise kann der Vorläuferfilm vor dem Dehnen mit einer Zusammensetzung koextrudiert oder beschichtet werden, die unter Bedingungen, die zum Herstellen des DRP erforderlich sind, beim Dehnen keine wesentliche Doppelbrechung annimmt. Zu Beispielen für geeignete Zusammensetzungen zählen Acryl- und Styrol:Acryl-Copolymer-Makrokugeln in einem PMMA-Wirt.
2 veranschaulicht eine Displayvorrichtung, die eine DRP-Schicht mit einer ausgewählten Verstärkungsfaktorverteilung aufweist. Die beispielhafte Displayvorrichtung 200 enthält eine DRP-Schicht 220 und einen Lichthohlraum 230, der bei der dargestellten Ausführungsform eine Lichtquelle 232 und einen Reflektor 233 verwendet, um die diffusen Lichtstrahlen 231 zu erzeugen, die auf die DRP-Schicht 220 auftreffen. Die Displayvorrichtung 200 enthält weiterhin eine Lichtmodulationsschicht 210, die bei dem Ausführungsbeispiel eine zwischen zwei Polarisatoren 212 und 216 angeordnete Flüssigkristallschicht 214 enthält. Die DRP-Schicht 220 läßt Licht 221 mit einer Polarisation P1 durch, wobei sie es von Licht 223 trennt, das diffus zurück zum Hohlraum 230 reflektiert wird. Licht 221 (P1) fällt auf den ersten Polarisator 212 der Lichtmodulationsschicht 210, dessen Transmissionsachse parallel zur Transmissionsachse der DRP-Schicht 220 orientiert ist, um Licht 225 (P1') mit der Polarisation P1' in die Flüssigkristallschicht 214 durchzulassen. Die Polarisation P1' unterscheidet sich in der Regel dadurch von der Polarisation P1, daß sie üblicherweise dadurch reiner linear polarisiert ist, daß sie durch den Polarisator 212 hindurchgetreten ist, der in der Regel ein absorbierender dichroitischer Polarisator ist, der höhere Werte linearer Polarisation erzeugen kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel besteht die Flüssigkristallschicht 214 aus einem Array von elektronisch adressierbaren Flüssigkristallpixelelementen, die durch das Anlegen von elektrischen Feldern durch ein Array von Elektroden individuell adressiert werden, um das Flüssigkristallmaterial jedes Pixels entweder in einem optisch inaktiven Zustand (z.B. Spannung ein, das heißt, wenn das elektrische Feld angelegt ist) oder in einem optisch aktiven Zustand (z.B. Spannung aus oder wenn kein elektrisches Feld angelegt ist) auszurichten. Der Ausdruck „optisch aktiv" bedeutet, wie er hier verwendet wird, daß die Orientierung der Polarisationsebene von durch das optisch aktive Material hindurchtretendem Licht verändert wird. Der zweite Polarisator 216 fungiert als ein Analysator, um das von dem die Flüssigkristallschicht 214 bildenden Pixeln durchgelassene Licht durchzulassen oder zu blockieren, je nach der Polarisationsrichtung des durchgelassenen Lichts, wie dadurch bestimmt, ob sich jedes Pixel in einem optisch aktiven oder optisch inaktiven Zustand befindet. Indem eine Spannung bildmäßig an individuelle Pixel in dem Flüssigkristallarray entsprechend angelegt wird, wird durch das Display 210 ein betrachtbares Bild erzeugt. Während ein Flüssigkristalldisplay mit einer Flüssigkristallschicht veranschaulicht ist, ist die Erfindung nicht so eingeschränkt. Andere Arten von Displays können von dem Einsatz einer ausgewählten Verstärkungsfaktorverteilung profitieren.
Die DRP-Schicht 220 verbessert die Lichtausnutzung des Flüssigkristalldisplays 210, indem sie Licht 223 zurück zum reflektierenden Hohlraum 230 reflektiert, wo ein Teil davon wieder zur DRP-Schicht 220 zurückreflektiert wird, die wieder denjenigen Abschnitt mit der Polarisation P1 durchläßt und den verbleibenden Abschnitt im wesentlichen reflektiert, wodurch die Beleuchtung des Displays 210 erhöht wird. Dieser als Lichtrecycling bezeichnete Prozeß setzt sich fort, bis alles Licht 231 entweder von der DRP-Schicht 220 mit der Polarisation P1 durchgelassen worden ist oder aufgrund von Absorption verloren gegangen ist. Es hat sich herausgestellt, daß das Lichtrecycling die Lichtausnutzung erheblich vergrößert. Die vergrößerte Lichtausnutzung kann die Helligkeit eines Flüssigkristalldisplays für einen gegebenen Wert der Beleuchtung des optischen Hohlraums erhöhen oder kann alternativ einen niedrigeren Wert an Beleuchtung für den optischen Hohlraum gestatten, um die gleiche Helligkeit zu erzielen, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird. Die DRP-Schicht 220 und der Lichthohlraum können weiter optimiert werden, um Licht zu recyclen. Beispielsweise kann die DRP-Schicht 220 beispielsweise diffuse reflektiertes Licht im wesentlichen entpolarisieren, um ein Lichtrecycling mit einem Lichthohlraum mit einer kleineren Entpolarisationskennlinie zu erleichtern. Alternativ kann die winkelbezogene Entpolarisationskennlinie der beiden Komponenten so eingestellt sein, daß der Lichthohlraum Licht bei Einfallswinkeln erheblich entpolarisiert, die relativ große Mengen an nicht-entpolarisiertem Licht und umgekehrt enthalten, wie oben angemerkt.
Die beispielhafte DRP-Schicht 220 enthält eine ausgewählte Verstärkungsfaktorverteilung. Der Verstärkungsfaktor bezieht sich allgemein auf das Verhältnis der Luminanz eines Displays mit einer DRP-Schicht zu der Luminanz des Displays ohne die DRP-Schicht. Die ausgewählte Verstärkungsfaktorverteilung kann beispielsweise durch Auswahl der Konzentration der dispersen Phase relativ zu der Konzentration der kontinuierlichen Phase vorgesehen werden. Beispielsweise steigt durch Zunahme der Konzentration der dispersen Phase relativ zu der Konzentration der kontinuierlichen Phase in der Regel der Verstärkungsfaktor auf der Achse relativ zu dem Verstärkungsfaktor außerhalb der Achse. Umgekehrt nimmt durch Reduzierung der Konzentration der dispersen Phase relativ zu der Konzentration der kontinuierlichen Phase in der Regel der Verstärkungsfaktor auf der Achse relativ zu dem Verstärkungsfaktor außerhalb der Achse ab. Bei einem Film beispielsweise, der einen Verstärkungsfaktor auf der Achse von 1,35 und einen Verstärkungsfaktor bei 40 Grad (relativ zur Normalen) von 1,29 liefert, kann der Verstärkungsfaktor des Films auf der Achse durch Erhöhen seiner Konzentration der dispersen Phase und Reduzieren der Konzentration seiner kontinuierlichen Phase auf 1,44 ansteigen und sein Verstärkungsfaktor außerhalb der Achse bei 40 Grad kann auf 1,18 abnehmen. Je nach der gewünschten Verstärkungsfaktorverteilung kann die Konzentration der dispersen Phase ausgewählt werden.
Die nachstehende Tabelle veranschaulicht die Verstärkung auf der Achse und außerhalb der Achse (–60 Grad zur Normalen) von DRPs mit verschiedenen Konzentrationen der dispersen Phase.
Tabelle 1
Die ausgewählte Verstärkungsfaktorverteilung kann vorgesehen werden, um die Betrachtbarkeit des Displays 210 zu verbessern, indem die Lichtverteilung gesteuert wird, die Betrachter wie etwa 201 und 202, wie durch Strahlen 211 und 213 repräsentiert, gesehen wird. Ein nützlicher Parameter zum Beschreiben der Luminanzverteilung ist der halbe Höhenwinkel θ, d.h. der Winkel, bei dem die Luminanz die Hälfte der größten Luminanz beträgt (die in diesem Fall auf der Achse angenommen wird). Wenn beispielsweise Strahl 211 die Luminanz eines hellen Abschnitts des von dem Display 210 angezeigten Bilds darstellt, wenn es bei einem normalen Betrachtungswinkel betrachtet wird, und Strahl 213 einen Strahl darstellt, der von dem gleichen Punkt auf dem Bild mit der Hälfte der Luminanz von Strahl 211 ausgeht, dann ist der als der halbe Höhenwinkel bezeichnete Winkel θ ein Maß für die Breite der Lichtverteilung für das angezeigte Bild.
Es versteht sich, daß für einen gegebenen Beleuchtungswert von den Strahlen 221 eine Erhöhung von θ das zur Betrachtung verfügbare Licht gleichmäßiger verteilt, wodurch die maximale Luminanz gesenkt wird, was in der Regel bei einem normalen Betrachtungswinkel eintritt, wie durch Strahl 211 dargestellt. Bei einem Display, das aus einem großen Bereich von Winkeln betrachtet werden soll, kann dies eine erwünschte Situation sein. In Situationen jedoch, bei denen ein einziger Betrachter das Display unter im wesentlichen normalen Winkeln betrachtet, kann es wünschenswert sein, durch Reduzieren von θ Energie einzusparen, um das Display für diesen Betrachter aufzuhellen. Eine Zunahme der Konzentration der dispersen Phase reduziert in der Regel den Winkel θ, wodurch die Verteilung des Lichts eingeengt wird, das zur Betrachtung zur Verfügung steht und man ein helleres Display beispielsweise für den Betrachter 201 erhält, während die Helligkeit für den Betrachter 202 kompromittiert wird. Umgekehrt steigt durch Reduzieren der Konzentration der dispersen Phase in der Schicht 220 θ, wodurch die Verteilung des für die Betrachtung des Displays verfügbaren Lichts ausgeglichen wird.
Eine DRP-Schicht mit einer besonderen Verstärkungsfaktorverteilung kann hergestellt werden, indem die relativen Konzentrationen der dispersen Phase und der kontinuierlichen Phase so ausgewählt werden, daß man eine gewünschte Verstärkungsfaktorverteilung erhält. Diese Auswahl kann eine Konzentration einer Kompatibilitiererphase berücksichtigen. Es versteht sich, daß die Fähigkeit, die Lichtverteilung auf diese Weise auszulegen, ein erwünschtes Merkmal für Displaydesigner ist, das es ihnen ermöglicht, Displays für eine Vielzahl verschiedener Betrachtungsanwendungen herzustellen, indem einfach auf der Basis der Konzentration der in der Schicht 220 vorliegenden dispersen Phase verschiedene DRP-Materialien gewählt werden.
3A veranschaulicht ein beispielhaftes Projektionsdisplaysystem. Das beispielhafte Projektionsdisplaysystem 300 verwendet eine Leuchte 310 zum Beleuchten eines reflektierenden Bildwandlers 304, wobei das resultierende Bild von einem polarisierenden Strahlteiler 303 durch eine Projektionslinse 305 auf einen Schirm 320 reflektiert wird. Die Leuchte 310 enthält in der Regel eine Lichtquelle 301, eine optische Umhüllung 308 und einen Strahlkonditionierer 302. Der Strahlkonditionierer 302 kann Linsen und andere strahlformende Komponenten, optische Filter zum Entfernen von Infrarot- oder Ultraviolettwellenlängen des Lichts und reflektierende polarisierende Materialien wie etwa eine DRP-Schicht umfassen. Die optische Umhüllung 308 kann eine innere Fläche umfassen, die diffus reflektiert oder die polarisationsändernde Mittel wie etwa doppeltbrechende Schichten enthält. Die optische Umhüllung 308 ist nicht auf eine rechteckige Form begrenzt, kann aber jede geeignete Form aufweisen und kann ferner Strukturen auf ihrer inneren Fläche enthalten, die ihr noch weitere effektive interne optische Formen geben.
Der polarisierende Strahlteiler 303 umfaßt in der Regel ein reflektierendes polarisierendes Material. Es wird erwünscht, daß der Strahlteiler 303 Bildstrahlen 353 auf im wesentlichen spiegelnde Weise reflektiert, um das vom Bildwandler 304 erzeugte Bild beizubehalten. Es ist deshalb vorteilhaft, daß die disperse Phase eines beliebigen mehrphasigen reflektierenden Materials, das im Strahlteiler 303 verwendet wird, in Form von gleichförmig orientierten Teilchen vorliegt, die einen hohen, bevorzugt im wesentlichen unendlichen Krümmungsradius aufweisen, um die diffuse Komponente des reflektierten Lichts zu reduzieren. Zu geeigneten Teilchen könnten Flocken, Plättchen und andere Teilchen mit im wesentlichen flachen, orientierbaren Flächen zählen.
Bei Verwendung beleuchtet die Leuchte 310 den Bildwandler 304 durch einen polarisierenden Strahlteiler 303. Es ist oftmals erwünscht, daß Licht 350 von der Leuchte 310 durch den Strahlkonditionierer 302, der zusammen mit der Umhüllung 308 wirkt, um Licht unerwünschter Polarisation zu recyclen, beispielsweise auf die Polarisation P1 vorpolarisiert wird. Der Strahlteiler 303 polarisiert ferner Licht 350 und liefert polarisiertes Licht 351 an den reflektierenden Bildwandler 304, der beispielsweise ein Array von Flüssigkristallelementen enthalten kann, die Pixel eines digitalen Bilds darstellen. Je nach der an jedes Pixel angelegten Spannung ist die Polarisation von auf das Pixel auftreffendem Licht 351 entweder gedreht oder bleibt ungedreht und wird zum Strahlteiler 303 zurückreflektiert. Der Strahlteiler 303 reflektiert Licht 353, dessen Polarisation von Polarisation P1 zu Polarisation P2 gedreht worden ist, durch die Projektionslinse 305 und dann auf den Schirm 320, auf den das vom reflektierenden Bildwandler 304 erzeugte Bild projiziert wird. Der Strahlteiler 303 läßt licht 352 mit unveränderter Polarisation P1 zur Leuchte 310 zurück durch, so daß diese Polarisation darstellenden Pixel auf dem Schirm 320 dunkel erscheinen. Ein Abschnitt des zur Leuchte 310 zurück durchgelassenen Lichts kann reflektiert, neupolarisiert und recycled werden.
Eine alternative Ausführungsform des obigen Systems ist in 3B gezeigt, bei der das vom Strahlteiler 303 reflektierte Licht statt dem vom Strahlteiler 303 durchgelassenen Licht als Beleuchtung für den Bildwandler 304 verwendet wird. Der Bildwandler 304 reflektiert Licht 301 mit der Polarisation P1 oder P2 je nach seinen Pixelzuständen. Der Strahlteiler 303 läßt dann P2-polarisiertes Licht 353(P2) durch und reflektiert P1-polarisiertes Licht zurück zur Leuchte 310. In diesem Fall kann der Strahlteiler 303 ein diffus reflektierender Polarisator sein, der im wesentlichen spiegelnd durchläßt. Optische Layouts für Projektionsdisplays dieser Art können kompakter ausgeführt werden als einige herkömmliche Projektionsvorrichtungen, da es ein Merkmal der diffus reflektierenden polarisierenden Materialien ist, die in den oben aufgenommenen Literaturstellen offenbart sind, daß sie für den Einfallswinkel recht unempfindlich gemacht werden können und deshalb in die Lage versetzt werden können, stark divergierende oder konvergierende Strahlen zu polarisieren, ohne daß eine kollimierende Optik benötigt würde.
Unter Bezugnahme auf 3C wird ein alternatives Projektionssystem dargestellt, das einen transmissiven Bildwandler 306 anstelle des in den vorausgegangenen beiden Systemen verwendeten reflektiven Bildwandlers verwendet. Bei diesem System liefern der Strahlkonditionierer 302 und optional der absorbierende Polarisator 307 polarisiertes Licht 350 mit einer Polarisation P1, das den Bildwandler 306 beleuchtet. Der Bildwandler 306 kann wieder ein Array aus Flüssigkristallelementen enthalten, die Pixel eines digitalen Bilds darstellen, die Licht 350 bildmäßig entweder durchlassen oder blockieren, um das Bild zu erzeugen, das dann durch eine Projektionslinse 305 auf den Schirm 320 projiziert wird. Die Leuchte 310 kann weiterhin einen Reflektor zum Umlenken und Randomisieren von von dem Strahlkonditionierer 302 reflektiertem Licht zum Strahlkonditionierer 302 zur Transmission dort hindurch enthalten, wodurch Licht reclycled wird. Bei einer Ausführungsform ist der Strahlkonditionierer 302 ein DRP. In einem Fall entpolarisiert der DRP das diffus reflektierte Licht, und/oder der Reflektor kann Licht so entpolarisieren, daß durch den DRP nicht durchgelassenes Licht recycled und später dort hindurch durchgelassen werden kann.
Unter Bezugnahme auf 3D kann ein optisches Layout verwendet werden, das dem in 3A gezeigten ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß anstelle der Projektion eines realen Bilds auf einen Schirm der Betrachter 1 unter Verwendung einer Vergrößerungslinse 305' ein vergrößertes virtuelles Bild des Bildwandlers 304 sieht. Displays, die so arbeiten, werden im folgenden als Mikrodisplays bezeichnet. Unter Bezugnahme auf 3E kann ein optisches Layout verwendet werden, das dem in 3B gezeigten ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß anstatt ein reales Bild auf einen Schirm zu projizieren der Betrachter 1 unter Verwendung einer Vergrößerungslinse 305' ein von dem Bildwandler 304 erzeugtes vergrößertes virtuelles Bild betrachtet. Dieses Layout weist außerdem den Vorteil auf, daß der Strahlteiler 303 ein DRP sein kann, da der Strahlteiler 303 nicht spiegelnd reflektierend sein muß, sondern nur spiegelnd durchlässig.
Bei einer 3E ähnlichen alternativen Ausführungsform ist der polarisierende Strahlteiler 303 auf einen transparenten Würfel 306 laminiert oder auf andere Weise daran angebracht, um ein kompakteres Layout zu erhalten, wie in 3F gezeigt. Bei noch einer weiteren Ausführungsform, die in 3G dargestellt ist, tritt Licht 350 von der Leuchte 310 in einen Lichtleiter 307 ein, wo es durch den diffus reflektierenden Polarisator 303 polarisiert wird, während es zum reflektierenden Bildwandler 304 reflektiert wird. Der Bildwandler 304, der in der Regel aus einem Array von Flüssigkristallelement besteht, die Pixel in einem digitalen Bild darstellen, reflektiert polarisiertes Licht 351 mit entweder unveränderter Polarisation P1 oder gedrehter Polarisation P2, wie durch Spannungen bestimmt, die an die Pixelelemente des Bildwandlers 304 angelegt sind. Licht 353 mit der Polarisation P2 ist der vom Bildwandler 304 reflektierte Abschnitt des Lichts, dessen Polarisation vom reflektierenden Polarisator 303 durchgelassen werden kann, so daß es durch den Polarisator 303 zu einem optionalen Polarisator 308 hindurchtritt. Der Polarisator 308 kann beispielsweise ein absorbierender Polarisator sein, der alles Licht mit der Polarisation P1 herausfiltert, wodurch verhindert wird, daß falsch polarisiertes Licht den Betrachter 1 erreicht. Der Betrachter 1 betrachtet dann ein von dem reflektierenden Bildwandler 304 erzeugtes, durch die Vergrößerungslinse 309 vergrößertes virtuelles Bild.
Die 4A-4B veranschaulichen eine transflektive Lichtmodulationsdisplayvorrichtung unter Verwendung einer DRP-Schicht. Allgemein enthält ein transflektives Display in der Regel eine Lichtmodulationsschicht, die aus einem Array von Lichtventilen oder Pixeln besteht, von denen jedes ein Pixel eines digitalen Bilds darstellt. Transflektive Displays können entweder in einem reflektierenden Modus, in dem das Display zur Beleuchtung hauptsächlich auf von der Betrachtungsseite eintretendem Umgebungslicht basiert, oder in einem transmissiven oder hintergrundbeleuchteten Modus, in dem das Display zur Beleuchtung hauptsächlich auf Licht basiert, das von einem optischen Hohlraum gegenüber der Betrachtungsseite kommt, arbeiten. Zu Beispielen für transflektive Lichtmodulationsdisplays zählen solche, die „twisted" oder „supertwisted nematic" Flüssigkristallschichten verwenden. Diese Arten von Flüssigkristalldisplays arbeiten in der Regel dadurch, daß sie die Polarisationsebene eines Strahls aus linear polarisiertem Licht entweder drehen oder ungedreht lassen.
Die beispielhafte transflektive Lichtmodulationsdisplayvorrichtung 400 enthält einen absorbierenden Polarisator 401, eine Lichtmodulationsschicht 402, die auf einer Seite des absorbierenden Polarisators 401 angeordnet ist, einen diffus reflektierenden Polarisator 404, der auf einer Seite der Lichtmodulationsschicht 402 gegenüber dem absorbierenden Polarisator 401 angeordnet ist, eine Lichteinfangsschicht 405, die auf einer Seite des diffus reflektierenden Polarisators 404 gegenüber der Lichtmodulationsschicht 402 angeordnet ist, und einen optischen Hohlraum 406, der auf einer Seite der Lichteinfangschicht 405 gegenüber dem diffus reflektierenden Polarisator 404 angeordnet ist. Die beispielhafte Displayvorrichtung 400 enthält ferner eine optionale polarisationsbewahrende Diffusorschicht 403.
Es wird nun die Funktionsweise des beispielhaften Displays 400 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 4A wird ein Pixel 402a eines Lichtmodulationsdisplays 400 in dem Spannung-aus-Zustand dargestellt, was bei Beleuchtung mit Umgebungslicht ein helles Pixel erzeugt. In diesem Zustand tritt unpolarisiertes Umgebungslicht durch den absorbierenden Polarisator 401, der denjenigen Abschnitt des Lichts mit der Polarisation P1 durchläßt, der durch Strahl 451 dargestellt ist, in das Display ein. Der Strahl 451 tritt dann durch die Lichtmodulationspixelschicht 402 hindurch, wo die Polarisation dadurch, daß sich das Display in dem Spannung-aus-Zustand befindet, gedreht wird. Dies erzeugt Licht 453 mit der Polarisation P2. Licht 453 kann dann durch den polarisationsbewahrenden Diffusor 403 hindurchtreten, der die Polarisation P2 beibehält, und läuft weiter zur DRP-Schicht 404, wo es rückwärts diffundiert wird als Strahl 455, da die DRP-Schicht 404 unter einer Orientierung ausgerichtet worden ist, die Licht mit der Polarisation P2 diffus reflektiert. Die Entpolarisierung des diffus reflektierten Strahls 455 ist in der Regel minimiert, um das Ausmaß der Polarisation P2 zu erhöhen. Der Strahl 455 tritt wieder durch den Diffusor 403 hindurch und dann durch die Lichtmodulationspixelschicht 402a, wo seine Polarisation wieder zu P1 gedreht wird, wodurch er durch den absorbierenden Polarisator hindurchtreten und vom Betrachter 1 als ein helles Pixel gesehen werden kann.
Auf der rechten Seite von 4A ist ein Pixel 402b der Lichtmodulationsschicht 402 in dem Spannung-aus-Zustand dargestellt, der bei Beleuchtung mit Umgebungslicht ein dunkles Pixel erzeugt. In diesem Zustand tritt unpolarisiertes Umgebungslicht durch den absorbierenden Polarisator 401, der denjenigen Abschnitt des Lichts mit der Polarisation P1 durchläßt, der durch Strahl 451 dargestellt ist, in das Display ein. Der Strahl 451 tritt dann durch die Lichtmodulationspixelschicht 402 hindurch, wo seine Polarisation unverändert bleibt, weil sich das Pixel 402b in dem Spannung-ein-Zustand befindet, wodurch der Strahl 463 erzeugt wird, der immer noch die Polarisation P1 hat. Der Strahl 463 kann dann durch den polarisationbewahrenden Diffusor 403 hindurch laufen und läuft weiter zur DRP-Schicht 404, wo er als Strahl 465 durchgelassen wird, da die DRP-Schicht 404 unter einer Orientierung ausgerichtet worden ist, so daß Licht mit der Polarisation P1 durchgelassen wird.
Der Strahl 465 tritt dann in die Lichteinfangschicht 405 ein, die das Licht 465 einfängt, um dem Betrachter 1 ein dunkles Pixel zu zeigen. Die Lichteinfangsschicht 405 kann lichtabsorbierende Farbstoffe oder Pigmente oder polarisationsdrehende Komponenten umfassen. In vielen Fällen wird etwas Licht 465 von der Lichteinfangsschicht 405 zu der DRP-Schicht 404 reflektiert. Etwas Licht kann auch durch die Einfangsschicht 405 hindurchtreten, vom Hohlraum 406 reflektiert werden und dann wieder durch die Einfangsschicht 405 zur DRP-Schicht 404 hindurchtreten. In letzterem Fall ist die Lichtmenge wegen der mehrfachen Durchgänge durch die Einfangsschicht 405 in der Regel recht klein. Mit beiden Lichtkomponenten kann die DRP-Schicht 404 und die darunterliegende Einfangsschicht 405 und Hohlraum 406 optimiert werden, um die Polarisation des Lichts zu P2 zu drehen, so daß es von der DRP-Schicht 404 zurückreflektiert wird, anstatt dort hindurch durchgelassen zu werden.
Unter Bezugnahme auf 4B wird ein im Hintergrund im beleuchteteten Modus betriebenes Pixel 402a im Spannung-ein-Zustand (linke Seite) dargestellt. In dem hintergrundbeleuchteten Modus erzeugt der Spannung-ein-Zustand ein helles Pixel. Unpolarisiertes Licht wird vom optischen Hohlraum 406 erzeugt, wonach es mit einer gewissen möglichen Dämpfung durch die Lichteinfangschicht 405 zur DRP-Schicht 404 hindurchtritt. Die DRP-Schicht 404 reflektiert den Abschnitt des Strahls 471 mit der Polarisation P2 diffus zurück zu der Lichteinfangsschicht 405 und von dort zum optischen Hohlraum 406, wo es reflektiert, seine Polarisation geändert und es zurück recycled werden kann für einen weiteren Versuch, durch die DRP-Schicht 404 hindurchzukommen. Alles Licht, was auf diese Weise erfolgreich recycled wird, trägt zu der Verbesserung der Lichtausnutzungseffizienz des Displaysystems bei. Der Abschnitt des Strahls 471 mit der Polarisation P1 wird von der DRP-Schicht 404 durchgelassen und läuft weiter durch den optionalen Diffusor 403 zur Lichtmodulations-Pixelschicht 402a. Da sich das Pixel 402 im Spannung-ein-Zustand befindet, läßt es den Strahl 473 ohne Änderung seiner Polarisation zum absorbierenden Polarisator 401 durch. Da der absorbierende Polarisator 401 Licht mit der Polarisation P1 durchläßt, verläßt der Strahl 473 das Display 400 und wird vom Betrachter 1 als ein helles Pixel gesehen.
Auf der rechten Seite von 4B ist ein im Hintergrundbeleuchteten Modus betriebenes Pixel 402b im Spannung-aus-Zustand dargestellt. Im Hintergrundbeleuchteten Modus erzeugt ein Spannung-aus-Zustand ein dunkles Pixel. Das vom optischen Hohlraum 406 erzeugte Licht erreicht das Pixel 402b auf die gleiche Weise wie im Spannung-ein-Zustand, doch wird in diesem Fall, da sich das Pixel 402b im Spannung-aus-Zustand befindet, die Polarisation des Strahls 403 zur Polarisation P2 gedreht, wonach er von dem absorbierenden Polarisator 401 absorbiert wird, so daß das Pixel in diesem Fall als ein dunkles Pixel gesehen wird. Auf diese Weise wird ein transflektives Display bereitgestellt, bei dem sich der Zustand, d.h. heller oder dunkler Zustand, eines Pixels zwischen hintergrundbeleuchtetem Modus und Umgebungsmodus für einen gegebenen Spannungszustand, z.B. ein oder aus, ändert. Außerdem können die diffus reflektierenden Eingenschaften des DRP in transflektiven Displays verwendet werden, um eine beleuchtete matte Oberfläche zu liefern, die als ein Lichthintergrund fungiert, wenn das Display durch Umgebungslicht beleuchtet wird, und dabei Lichtrecycling bereitstellt, wenn das Display in dem Hintergrundbeleuchteten Modus mit schwachem Umgebungslicht arbeitet.
Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Kontrastverstärkungsfilter unter Verwendung eines reflektierenden Polarisators wie etwa eines diffus reflektierenden Polarisators vorgesehen. Ein derartiger Kontrastverstärkungsfilter kann beispielsweise eine höhere Displayhelligkeit bei gleichem Kontrast im Vergleich zu herkömmlichen Kontrastverstärkungsfiltern liefern. Kontrastvestärkungsfilter werden oftmals auf emittierenden Informationsdisplays verwendet, von denen viele auf einem anorganischen oder organischen lichtemittierenden Material basieren, das zur Erzeugung eines Bilds in einer adressierbaren Matrix angeregt wird. Das lichtemittierende Material, z.B. Leuchtstoff, und Unterlage ist in der Regel ein guter Reflektor für sichtbares Licht. Ohne Kontrastverstärkungsfilter kann infolgedessen der Reflexionsgrad des lichtemittierenden Materials ein „Auswaschen" des Displays unter Bedingungen mit hoher Umgebungsbeleuchtung bewirken.
Ein mit einem emittierenden Element gezeigter herkömmlicher CE-Filter ist in 5A dargestellt. Der herkömmliche CE-Filter 500 enthält in der Regel ein transparentes Material, z.B. einen getönten Polarisator 510, mit einem moderat hohen Absorptionsgrad für sichtbares Licht. Von dem emittierenden Element 512 emittiertes Licht läuft einmal durch den getönten Absorber 510 hindurch, wohingegen Umgebungslicht zweimal durch ihn hindurchlaufen muß. Als Beispiel reduziert eine Folie 510, die 50% des sichtbaren Lichts absorbiert, emittiertes Licht um 50% und diffuses Umgebungsblendlicht und nichtdiffuses Umgebungsblendlicht um 75%. In der Praxis ist die Reduktion etwas höher, da der effektive Reflexionsgrad des emittierenden Elements 512 üblicherweise unter 100% liegt (z.B. aufgrund von Phosphoreszenz und Wellenlängenverschiebung). Bei dem obigen Beispiel ist der Kontrast um das 2fache höher. Der herkömmliche CE-Filter 500 kann weiterhin einen absorbierenden Polarisator 514 mit oder ohne Farbton enthalten. Das Funktionsprinzip ist sehr ähnlich der einfachen getönten Situation.
Wenngleich absorbierende Polarisatoren verwendende herkömmliche CE-Filer den Kontrast verbessern, so reduzieren sie doch auch die Helligkeit wesentlich. Die Helligkeitsreduzierung kann das Erscheinungsbild des Displays signifikant verschlechtern. In der Displayindustrie besteht deshalb ein Bedarf an einer Kontrastverstärkungsschicht, die eine relativ hohe Helligkeit aufweist.
5B veranschaulicht ein beispielhaftes Display, das einen Kontrastverstärkungsfilter (CE - contrast enhancing) mit einem reflektierenden Polarisator enthält. Der reflektierende Polarisator kann beispielsweise ein diffus reflektierender Polarisator sein. Das beispielhafte Display 550 enthält ein emittierendes Element 560 wie etwa beispielsweise einen Leuchtstoff und ein CE-Filter 570 zusammen mit einer fakultativen getönten Schicht 572. Der beispielhafte CE-Filter 570 enthält einen absorbierenden Polarisator 574 und einen reflektierenden Polarisator 576, in der Regel für höchste Transmission ausgerichtet. Der absorbierende Polarisator 574 und der reflektierende Polarisator 576 können beispielsweise als ein Laminat bereitgestellt werden. Das Laminat ist in der Regel eng an dem emittierenden Element angebracht, wobei sich der reflektierende Polarisator auf der Seite zum emittierenden Element befindet. Das emittierende Element 560 ist in der Regel direkt auf dem reflektierenden Polarisator 576 aufgebaut. Bewerkstelligt werden kann dies in evakuierten Displays durch geeignetes Entgasen des reflektierenden Polarisatorfilms vor seiner Versiegelung im Display.
Eine oder mehrere fakultative getönte Schichten 572 können über und/oder unter dem reflektierenden Polarisator 576 angeordnet sein. Durch die Bereitstellung einer getönten Schicht 572 über dem reflektierenden Polarisator 576, wie in 5B gezeigt, wird in der Regel der Displaykontrast mit dem kleinsten Effekt auf die Helligkeit erhöht. Auch eine unter dem reflektierenden Polarisator 576 angeordnete getönte Schicht 572 erhöht in der Regel den Kontrast mit einer höheren Auswirkung auf die Helligkeit. Die erstere Position weist den Vorteil auf, daß sie den Abstand zwischen Element 560 und DRP 576 reduziert.
5B zeigt zwei Lichtstrahlen, die mit dem kontrastverstärkten Display interagieren. Ein Strahl ist der vom Display emittierte Lichtstrahl d. Der Strahl d interagiert zuerst mit dem reflektierenden Polarisator 576, wobei der Strahl in einen durchgelassenen Strahl d und einen reflektierten Strahl e aufgeteilt wird. Strahl d wird von der fakultativen Abtönschicht 572 gedämpft und wird von dem absorbierenden Polarisator 574 durchgelassen. Der reflektierte Strahl e wird von dem emittierenden Element 560 gestreut, wodurch ein reflektierter Strahl f erzeugt wird. Strahl f folgt dann dem gleichen Prozeß wie Strahl d. Die Displayhelligkeit beträgt dann Strahl d plus Strahl f usw. Der Umgebungsstrahl a wird zuerst von dem absorbierenden Polarisator 574 absorbiert, was etwa 50% des durchgelassenen Strahls a zurückläßt. Der Strahl wird durch den getönten Absorber 572 weiter gedämpft und durch den reflektierenden Polarisator 576 zu dem emittierenden Element 560 durchgelassen. Nach der Reflexion von dem emittierenden Element 560 folgt der gedämpfte Strahl b dem gleichen Prozeß wie Strahl d.
Der reflektierende Polarisator 576 ist in der Regel näher an dem emittierenden Element positioniert als der absorbierende Polarisator 574. Dies kann das Bild verbessern, indem die Entfernung zwischen dem reflektierenden Polarisator und dem emittierenden Element reduziert wird. Da das emittierende Element in der Regel Licht über einen großen Bereich von Winkeln hinweg emittiert, könnte das Bild diffus erscheinen, wenn die Entfernung zwischen dem reflektierenden Polarisator 576 wesentlich größer ist als die seitlichen Abmesusngen des emittierenden Elements 560. Bei einer Ausführungsform beträgt die Entfernung zwischen dem reflektierenden Polarisator 576 und dem emittierenden Element das 3fache der seitlichen Entfernung des emittierenden Elements oder weniger. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Entfernung zwischen dem emittierenden Polarisator und dem emittierenden Element das 2fache der seitlichen Entfernung des emittierenden Elements oder weniger. Bei einer weiteren Ausführungsform ist diese Entfernung höchstens genauso groß wie die seitliche Entfernung des emittierenden Elements.
Die Farbe des Abtönabsorbers, falls gegeben, und des absorbierenden Polarisators, falls getönt, kann mit Displays optimiert werden, die farbiges Licht erzeugen. Wenn beispielsweise ein Display grünes Licht erzeugt, wird der Farbton idealerweise eine relativ hohe Absorption bei Rot und Blau und eine relativ geringe Absorption bei Grün aufweisen. Dieses Konzept kann in Vollfarbdisplays verwendet werden, indem eine Matrix der Farbe der getönten Folie bereitgestellt wird entsprechend der Farbe der einzelnen emittierenden Elemente.
Ein emittierendes Element kann beispielsweise ein Pixel oder ein Teilpixelelement sein, das eine bestimmte Farbe emittiert. Der einen reflektierenden Polarisator und einen absorbierenden Polarisator verwendende CE-Filter kann in einer Reihe verschiedener Systeme mit emittierenden Elementen verwendet werden. Zu solchen Systemen zählen beispielsweise fluoreszierende beleuchtete Displays, Elektrolumineszenzdisplays, organische und anorganische Leuchtdiodendisplays, Vakuumfluoreszenzdisplays, feldemittierende Displays (FED) und Plasmadisplays.
Wenngleich diffus reflektierende Polarisatoren besonders gut funktionieren, ist die Erfindung außerdem nicht so eingeschränkt. Es können andere Arten von reflektierenden Polarisatoren verwendet werden, die ein linear polarisiertes Licht liefert. Zu diesen anderen reflektierenden Polarisatoren zählen beispielsweise der mehrschichtige reflektierende Polarisator und der cholesterische reflektierende Polarisator (oben erörtert).
Bei Verwendung eines CE-Filters mit einem reflektierenden Polarisator (z.B. einem DRP) kann eine höhere Displayhelligkeit bei einem gegebenen Kontrast als mit herkömmlichen CE-Filtern ohne reflektierende Polarisatoren erzielt werden. Die 5C-5E veranschaulichen verschiedene Kennlinien des CE-Filters mit einem reflektierenden Polarisator (im weiteren RP-CE-Filter) von 5B und dem herkömmlichen CE-Filter von 5A. 5C ist eine graphische Darstellung, die die relative Helligkeit von diffusem Umgebungs- und spiegelndem Blendlicht gegenüber emittierter Helligkeit als Funktion des Farbtons darstellt. Die Kurven 582 und 586 zeigen die relative Helligkeit von emittiertem bzw. Umgebungslicht unter Verwendung des RP-CE-Filters. Die Kurven 584 und 588 zeigen die relative Helligkeit von emittiertem bzw. Umgebungslicht unter Verwendung des herkömmlichen CE-Filters. Wie zu sehen ist, erzeugt der RP-CE-Filter bei allen Farbtonhöhen eine höhere Helligkeit.
5D ist eine graphische Darstellung, die das Kontrastverhältnis (d.h. das Verhältnis der Displayhelligkeit zur Umgebungshelligkeit) als Funktion des Farbtons für den RP-CE-Filter (Kurve 590) und den herkömmlichen Filter (Kurve 592) darstellt. Um die graphische Darstellung zu erzeugen, wurden das Umgebungslicht und das Displaylicht jeweils willkürlich auf 1 gesetzt, wobei sich das Kontrastverhältnis mit Änderungen beim Umgebungslicht änderte. Wie man aus der graphischen Darstellung sehen kann, wird der höchste Kontrast mit dem höchsten Pegel des Farbtons erzielt. Außerdem überlappen sich die Kurven 590 und 592 wesentlich, was zeigt, daß ein RP-CE-Filter beim gleichen Kontrastverhältnis eine höhere Displayhelligkeit liefert.
5E ist eine graphische Darstellung, die eine weitere Kontrastkennlinie, Umgebungshelligkeit minus Emissionshelligkeit, als Funktion einer Farbtontransmission mit einem Durchlauf für die beiden CE-Filter darstellt. Mit diesem Kontrastverhältnis kann man eine Angabe über die Lesbarkeit eines Displays liefern (z.B. die Geschwindigkeit und die Anstrengung beim Lesen von Informationen). Kurve 594 zeigt diese Kennlinie für den RP-CE-Filter, und die Kurve 596 zeigt die Kennlinie des herkömmlichen CE-Filters. Wie man sehen kann, liefert der RP-CE-Filter bei allen Pegeln einen höheren Kontrast als der herkömmliche CE-Filter.
Diffus reflektierende Polarisatoren der vorliegenden Erfindung können auch dazu verwendet werden, das Erscheinungsbild und die Betrachtbarkeit von existierenden hintergrundbeleuchteten Lichtventil- oder -modulationsdisplays zu ändern und zu verbessern, wie etwa hintergrundbeleuchtete „twisted pneumatic" und „supertwisted pneumatic" Displays. 6 zeigt eine hintergrundbeleuchtete Displayvorrichtung 600, die eine Lichtmodulationsschicht 606, einen Lichthohlraum 610 zum Liefern von Licht zum Beleuchten der Lichtmodulationsschicht 606 und eine auf einer Betrachtungsseite der Lichtmodulationsschicht 606 angeordnete DRP-Schicht 603 enthält. Bei der Displayvorrichtung 600 kann es sich beispielsweise um eine LCD mit einer Flüssigkristall-Lichtmodulationsschicht handeln, die aus einem Array von Flüssigkristallelementen besteht, die Pixel eines digitalen Bilds darstellen. Der Lichthohlraum 610 kann beispielsweise eine Lichtquelle und üblicherweise einen Lichtleiter enthalten (als Beispiel).
Die Lichtstrahlen 651 und 653 von der Leuchte 610 sind in der Regel unpolarisiert, können aber einen gewissen Polarisationsgrad aufweisen, und die Displayvorrichtung 600 ist in der Regel mit absorbierenden Polarisatoren 605 und 604 versehen. Die Lichtmodulationsschicht 606 läßt dann entweder den Strahl 651 bildmäßig durch oder blockiert ihn, je nach dem, ob an individuelle Pixelelemente eine Spannung angelegt ist oder nicht. Es hat sich herausgestellt, daß durch das Anordnen einer diffus reflektierenden Polarisatorschicht 603 zwischen dem Display 620 und dem Betrachter 1 das Erscheinungsbild des Displays 620 so verändert wird, daß es im Vergleich zu anderen Displays einzigartig erscheint. Es ist auch möglich, ein geeignetes Ausmaß an richtungsmäßig variierender Transmissionsdiffusität in die Schicht 603 einzubauen, um die Winkel, unter denen das Display betrachtet werden kann, zu justieren, um die Helligkeit des Displays auf einen unannehmbaren Wert zu verringern. Dies kann beispielsweise durch Steuern des Ausmaßes der dispersen Phase wie oben beschrieben geschehen.
Die verbesserte Betrachtbarkeit von Informationsdisplays ist nicht auf Elektronikdisplays beschränkt. In einem umfassenderen Sinne sind Drucksachen und graphische Darstellungen wie etwa Zeichen und Reklametafeln ebenfalls Informationsdisplays. Noch allgemeiner ist bekannt, daß das Betrachten von vielen Objekten, insbesondere solchen, die eine detaillierte Betrachtung erfordern, durch die Verwendung von polarisiertem Licht unterstützt werden kann, da Licht, das in der Einfallsebene von auf das Objekt auftreffendem Licht polarisiert ist, als p-polarisiertes Licht bezeichnet, wahrscheinlich einen geringeren Reflexionsgrad aufweist und somit eine geringere Tendenz, Blendlicht zu erzeugen als s-polarisiertes Licht, das Licht ist, das senkrecht zu der Einfallsebene relativ zu der Oberfläche des betrachteten Objekts polarisiert ist. Wegen des Verlustes an Licht, der der Erzeugung von polarisiertem Licht zu eigen ist, ist es jedoch manchmal schwierig, polarisiertes Licht auf wirtschaftlich gangbare Weise in den Mengen zu erzeugen, die für das Betrachten großer Displays wie etwa Zeichen oder Reklametafeln oder zur allgemeinen Raumbeleuchtung benötigt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diffus reflektierende Polarisatoren zur Erzeugung von Licht verwendet werden können, das viele der Vorzüge von polarisiertem Licht beibehält und dennoch im wesentlichen alles ursprüngliche unpolarisierte Licht verwendet.
7A-B veranschaulichen eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung 700 kann beispielsweise ein über dem Kopf befindliches Beleuchtungssystem sein, wie es in einem Raum wie etwa einem Büro verwendet wird. Die beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung 700 enthält eine Lichtquelle 707 und einen Reflektor 708. Die Lichtquelle 707 liefert in der Regel unpolarisiertes Licht an den Reflektor 708. Die Lichtquelle 707 kann einen reflektierenden Träger enthalten und kann so ausgelegt sein, daß sie Beleuchtung im wesentlichen nur in Richtungen auf den Reflektor 708 lenkt. Der dargestellte Reflektor 708 reflektiert Licht 705 mit einer ersten Polarisation (P1) spiegelnd, um P1-Licht mit einer ersten Verteilung zu liefern, und reflektiert Licht 706 mit einer zweiten, anderen Polarisation (P2) diffus, um P2-Licht mit einer von der ersten Verteilung verschiedenen zweiten Verteilung zu liefern. Die verschiedenen Polarisationen und Verteilungen können je nach der Anwendung auf unterschiedliche Weise verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält, wie am besten in 7B dargestellt, der Reflektor 708 einen näher an der Lichtquelle 707 angeordneten, diffus reflektierenden Polarisator 701 und einen weiter von der Lichtquelle 707 angeordneten spiegelnden Reflektor 702. Die beiden Komponenten 701, 702 des Reflektors können beispielsweise (z.B. durch Laminierung) fest angebracht sein. Der diffus reflektierende Polarisator ist so angeordnet, daß er P2-Licht 706 diffus reflektiert und P1-Licht 705 spiegelnd durchläßt.
Bei Verwendung beleuchtet die Lichtquelle 707 den DRP-Reflektor 708 mit Licht, z.B. einem einfallenden Strahl 750. Eine Komponente 703 des Lichts mit einer ersten Polarisation P2 wird von dem diffus reflektierenden Polarisator 701 durchgelassen, von dem spiegelnden Reflektor 702 spiegelnd reflektiert und spiegelnd wieder durch den diffus reflektierenden Polarisator 701 durchgelassen, um spiegelnd reflektiertes P1-Licht 705 bereitzustellen. Ein Komponente 704 des Lichts mit einer zweiten, anderen Polarisations P2 wird von dem diffus reflektierenden Polarisator 701 diffus reflektiert, um diffus reflektiertes Licht 206 mit einer von der ersten Verteilung verschiedenen zweiten Verteilung zu liefern.
Der Reflektor 708 kann so angeordnet sein, daß er sich derart um die Lichtquelle 707 krümmmt, daß das spiegelnd reflektierte P2-Licht 705 eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung aufweist und das diffus reflektierte P1-Licht eine gestreute Verteilung aufweist. Der Reflektor 708 kann um die Lichtquelle 707 derart herum angeordnet sein, daß er Licht in einem konzentrierten Bereich fokussiert oder lenkt. In diesem Fall kann P1-Licht 705 dazu verwendet werden, eine konzentrierte polarisierte Beleuchtung mit einer Polarisierung zu liefern, während diffus reflektiertes P2-Licht 706 verwendet werden kann, um eine allgemeine Raumbeleuchtung mit einer orthogonalen Polarisierung zu liefern. Auf diese Weise werden beide Polarisationen des Lichts von der Quelle 707 ausgenutzt, während die Vorzüge der Polarisierung für Beleuchtung für eine bestimmte Aufgabe, die in einem kleineren Bereich eine höhere Lichtintensität erfordert, beibehalten werden.
Bei einer bestimmten Ausführungsform ist diffus reflektiertes Licht mit der ersten Polarisation p-polarisiertes Licht (vertikal-polarisiertes Licht) und das spiegelnd reflektierte Licht der zweiten, anderen Polarisation ist s-polarisiertes Licht (horizontal-polarisiertes Licht). Bei Verwendung als Deckenlicht kann der Reflektor 708 so angeordnet sein, daß er das s-polarisierte Licht zum Boden lenkt. Auf diese Weise wird das s-polarisierte Licht, das zu Blendlicht beiträgt, zu einer Stelle gerichtet, die Blendlicht minimiert. Andererseits wird das p-polarisierte Licht gestreut, um ein allgemeines Umgebungslicht für den Raum zu liefern.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann ferner reflektierende Lamellen 709 enthalten, die so angeordnet sind, daß sie P1-Licht spiegelnd reflektieren und P2-Licht diffus reflektieren. Jede reflektierende Lamelle 709 kann auf einer oder beiden Seiten eine DRP-Schicht enthalten, die so angeordnet ist, daß sie P1-Licht diffus reflektiert und P2 spiegelnd durchläßt, und einen hinter der DRP-Schicht angeordneten spiegelnden Reflektor, der so ausgelegt ist, daß er P2-Licht spiegelnd reflektiert, ähnlich wie der Reflektor 708. Die Lamellen 709 sind in der Regel schwenkbar an dem Beleuchtungsvorrichtungsrahmen montiert, damit die Richtung des reflektierten Lichts und insbesondere des spiegelnd reflektierten Lichts gesteuert werden kann.
Wenn die Blenden 709 (und Reflektor 708 wie oben angemerkt) so konfiguriert sind, daß sie s-polarisiertes Licht spiegelnd reflektieren und p-polarisiertes Licht diffus reflektieren, können die Blenden 709 so geschwenkt werden, daß das Blendlicht verursachende s-polarisierte Licht in einer Richtung spiegelnd reflektiert werden, die Blendlicht minimiert, z.B. zum Boden. Das p-polarisierte Licht, das wenig zum Blendlicht beiträgt, wird vorteilhafterweise diffus durchgelassen, um z.B. eine allgemeine Raumbeleuchtung zu liefern.
Die Blenden 709 sind in der Regel so positioniert, daß sie Licht von der Lichtquelle 707 über den Reflektor 708 erhalten. Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Licht über einen Reflektor 708 mit einer DRP-Schicht zum diffusen Reflektieren von P2-Licht (z.B. p-polarisiertem Licht) und einem spiegelnden Reflektor zum spiegelnden Reflektieren von P1-Licht (z.B. s-polarisiertem Licht) erhalten. Bei alternativen Ausführungsformen kann ein Reflektor, der einfach spiegelnd reflektiert, verwendet werden, wobei die Blenden 709 als das nur diffus reflektierende und spiegelnd reflektierende Element fungieren.
Wenngleich ein DRP/spiegelnder Reflektorlamellen 709 und Reflektoren 708 oben dargestellt und erörtert sind, ist die Erfindung nicht derart beschränkt. Andere Kombinationen aus spiegelnd und diffus reflektierendem Material können für den Reflektor 708 und/oder Lamellen 709 verwendet werden und sollen in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Bei einer alternativen Ausführungsform enthalten eine oder beide der Komponenten (d.h. der Reflektor 708 und/oder Blenden 709) einen näher an der Lichtquelle angeordneten mehrschichtigen reflektierenden Film und eine weiter weg von der Lichtquelle angeordnete diffus reflektierende Oberfläche. Bei Verwendung reflektiert der mehrschichtige reflektierende Film P1-Licht (z.B. s-polarisiertes Licht) spiegelnd und läßt P2-Licht (z.B. p-polarisiertes Licht) durch. Die diffus reflektierende Oberfläche reflektiert P2-Licht diffus, was von dem mehrschichtigen reflektierenden Film wieder durchgelassen wird, um diffus reflektiertes P2-Licht zu liefern. Die diffus reflektierende Oberfläche kann beispielsweise eine texturierte Metalloberfläche sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält eine oder beide der Komponenten einen mehrschichtigen reflektierenden Film mit einer oder zwei strukturierten Oberflächen zum diffusen Reflektieren von P2-Licht (z.B. p-polarisiertem Licht) und einem spiegelnden Reflektor, der weiter weg von der Lichtquelle angeordnet ist, zum spiegelnden Reflektieren von P1-Licht (z.B. s-polarisiertem Licht). Das P1-Licht wird dann von dem mehrschichtigen Film wieder durchgelassen, um spiegelnd reflektiertes P1-Licht zu liefern.
8A-8D zeigen Sicherungsetiketten, die eine oder mehrere DRP-Schichten verwenden. Nunmehr unter Bezugnahme auf 8A umfaßt das beispielhafte Sicherungsetikett 890 einen Etikettenabschnitt 800 und einen Sicherungsabschnitt 810. Der Etikettenabschnitt 800 umfaßt einen Informationsabschnitt 804, der beispielsweise ein Papier- oder Filmsubstrat sein kann, das gedruckte, graphische oder andere Informationen trägt. Eine Informationsschicht 804 kann mit Hilfe einer Klebeschicht 805 an einer Schutzschicht 806 angebracht sein (als Beispiel). Die Schutzschicht 806 kann permanent an der Informationsschicht 804 angebracht sein, wenn z.B. die Klebeschicht 805 ein Permanentkleber ist. Alternativ kann die Klebeschicht 805 ein druckempfindlicher Kleber sein und die Schicht 806 kann ein entfernbarer Klebeliner sein, der die Schicht 805 schützt, bis das Etikett 890 dafür bereit ist, an einem Paket oder anderen Substrat angebracht zu werden. Falls die Schutzschicht 806 eine permanente Schutzschicht ist, kann eine zusätzliche Klebeschicht 807 vorgesehen sein, damit das Etikett an dem zu etikettierenden Substrat angebracht werden kann.
Der Sicherungsabschnitt 810 des Etiketts 890 umfaßt eine erste diffus reflektierende polarisierende Schicht 801a, die in einer ersten Richtung ausgerichtet ist, und eine zweite diffus reflektierende polarisierende Schicht 801b, die in einer orthogonalen Richtung ausgerichtet ist, um ein Paar überkreuzter diffus reflektierender Polarisatoren zu bilden. Außerdem kann eine Schutzschicht 803 vorgesehen sein.
Bei Verwendung kann die Authentizität des Etiketts 890 bestimmt werden, indem das Etikett von einer ersten Position 1 betrachtet wird, was eine verschwommene Ansicht der auf der Informationsschicht 804 getragenen Informationen erzeugt, und dann das Etikett unter einem streifenden Winkel betrachtet wird, wie durch die zweite Position 3 angegeben, wobei dann die Informationen viel klarer werden. Die Authentisierung kann weiter unterstützt werden, indem in die Informationsschicht 804 kleiner oder verwickelter Druck oder andere Graphik integriert werden, die für die Verschwommenheit empfindlich wären, die man bei Betrachtung eines authentischen Etiketts aus Position 1 erfährt.
Unter Bezugnahme auf 8B ergibt sich eine alternative Ausführungsform aus dem Einfügen einer klaren Abstandshalterschicht 809 zwischen der Informationschicht 804 und der ersten diffus reflektierenden Polarisatorschicht 801a. Bevorzugt ist die Schicht 809 Luft oder ein anderes Fluidmaterial, das aus dem Raum zwischen der polarisierenden Schicht 801a und der Informationsschicht 804 durch die Ausübung von Druck auf die Schutzschicht 803 ausgeschlossen werden kann. Vor der Ausübung von Druck wird die Betrachtung der Informationsschicht 804 entweder von Position 1 oder von Position 3 durch den Sicherheitsabschnitt 820 blockiert, der die klare Schicht 809 enthält. Bei ausgeübtem Druck, so daß die Schicht 809 eliminiert wird, tritt die in 8A dargestellte Situation ein, bei der die Informationsschicht 804 eines authentischen Etiketts aus Position 1 verschwommen, aber sichtbar und aus Position 3 deutlich sichtbar ist. Ein geeigneter Druck kann auf eine transparente Platte oder durch einen geeigneten Ring oder eine andere Einrichtung ausgeübt werden, die eine Öffnung enthält, durch die die Informationsschicht 804 während der Ausübung von Druck betrachtet werden kann. Zu geeigneten Fluidmaterialien für die Schicht 809 zählen Luft und andere Gase, sowie klare Flüssigkeiten. Die Schichten 804 und 801a können, wenn kein Druck ausgeübt wird, durch mechanische Mittel beabstandet gehalten werden, wie etwa durch Integrieren einer geringfügigen Welligkeit in diese Schichten oder durch Fluiddruck, wenn die Schicht 809 aus einem Fluid hergestellt ist, das unter Druck gesetzt werden kann. Es versteht sich, daß das Vorsehen einer geeigneten Lüftungsöffnung eines Behälters für Fluid, die von der Schicht 809 ausgeschlossen wird, ebenfalls nützlich ist.
Es können auch Sicherheitsetiketten unter Verwendung von DRPs hergestellt werden, die eine separate Betrachtungseinrichtung verwenden, die mit dem Etikett von der es authentisierenden Person verwendet wird. Unter Bezugnahme auf 8C kann die Betrachtungsschicht 802 eine beliebige Art von polarisierender Schicht sein, wie etwa ein absorbierender Polarisator oder ein anderers polarisierendes Material. Die Entfernung d zwischen der Betrachtungsschicht 802 und der Schutzschicht 804 ist unkritisch und kann jede zweckmäßige Entfernung sein, die es dem Betrachter 1 gestattet, die Informationsschicht 804 zu lesen. Da die Betrachtungsschicht 802 wiederverwendet werden kann, unterliegt sie nicht den gleichen Kosteneinschränkungen, denen eine mit dem Etikett versehene wegwerfbare Schicht unterliegen würden. Die Sicherungsschicht 830 umfaßt eine diffus reflektierende Polarisatorschicht 801 und eine Schutzschicht 803. Der Betrachter 1 betrachtet die Informationsschicht 804 durch eine Betrachtungsschicht 802 und betrachtet zunächst die Informationsschicht 804 beispielsweise in einer Orientierung, in der die Transmissionsachse der Betrachtungsschicht 802 orthogonal zu der Transmissionsachse der Schicht 801 verläuft. Wenn die Informationsschicht 804 eines authentischen Etiketts auf diese Weise betrachtet wird, erscheint sie verschwommen. Die Betrachtungsschicht 802 wird dann zu einer Orientierung gedreht, in der ihre Transmissionsachse parallel zu der Transmissionsachse der Schicht 801 verläuft, woraufhin die Informationsschicht 804 eines authentischen Etiketts klar erscheint.
Bei noch einer weiteren, in 8D dargestellten Ausführungsform umfaßt der Sicherungsabschnitt 840 eine klare Abstandshalterschicht 809, eine diffus reflektierende Polarisatorschicht 801 und eine Schutzschicht 803. Der Betrachter 1 betrachtet dann die Informationsschicht 804 durch die Betrachtungsschicht 802, die beispielsweise mit ihrer Transmissionsachse orthogonal zu der Transmissionsachse der Schicht 801 orientiert ist. In diesem Fall ist die Sicht auf die Informationsschicht 804 vollständig blockiert, anstatt lediglich verschwommen zu sein, wie sie es war, wenn die Abstandshalterschicht 809 fehlte, wie dies bei dem vorausgegangenen Beispiel der Fall war, das in 8C dargestellt wurde. Die Betrachtungsschicht 802 wird dann zu einer Orientierung gedreht, in der ihre Transmissionsachse parallel zu der Transmissionsachse der Schicht 801 verläuft, woraufhin die Informationsschicht 804 klar erscheint, wie dies in dem vorausgegangenen Beispiel der Fall war.
Es versteht sich, daß die Schutzschicht bei den obigen Ausführungsformen fakultativ ist und daß bei einigen Anwendungen der Erfindung die Schicht 801 ausreichend dauerhaft sein kann, um ohne zusätzlichen Schutz verwendet zu werden. Andere Abwandlungen an den obigen Ausführungsformen ergeben sich dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres.
Elektrolumineszenztafeln sind wegen ihrer Kompaktheit und wegen ihres geringen Gewichts eine zweckmäßige und effiziente Lichtquelle für viele Anwendungen. Viele derartige Anwendungen erfordern außerdem, daß die Lichttafel polarisiertes Licht erzeugt. Ein Beispiel für diese Anforderung ist das Flüssigkristalldisplay. Es besteht somit ein Bedarf daran, unter Verwendung derartiger Quellen polarisierte Strahlen zu erzeugen, ohne dem System übermäßiges Gewicht oder Größe hinzuzufügen.
Unter Bezugnahme auf 9 wird eine Elektrolumineszenztafel 900 bereitgestellt, die eine diffus reflektierende Polarisationsschicht 901 zum Bereitstellen von polarisiertem Licht verwendet. Bei Betrieb emittiert eine lichtemittierende Schicht 903 (z.B. Leuchtstoffschicht) Licht, wenn beispielsweise mit Hilfe einer Stromquelle 910 eine Spannung zwischen transparenten Elektroden 902 und 903 angelegt wird. Die Schicht 903 emittiert Licht in alle Richtungen, so daß der Reflektor 905 hinzugefügt werden kann, um Licht in der allgemeinen Richtung der DRP-Schicht 901 zu lenken. Es versteht sich, daß die Elektrode 904 eine metallische reflektierende Elektrode sein könnte, wodurch die Notwendigkeit für einen separaten Reflektor 905 entfällt. Von der emittierenden Schicht 903 emittiertes Licht wird durch die transparente Elektrode 902 zu der diffus reflektierenden polarisierenden Schicht 901 hindurchgelassen, die Licht 906 mit einer Polarisation P1 durchläßt und Licht 907 mit einer Polarisation P2 diffus reflektiert. Licht 907 wird dann weiter gestreut und reflektiert mit Änderungen an der Polarität, wobei Abschnitte davon schließlich aus der Schicht 903 als Licht 906' auftreten, das ebenfalls die Polarität P1 aufweist. Ein Abschnitt 907' wird wieder diffus zurück in die Schicht 903 reflektiert, wo es aufgrund von Diffusion, Reflexion und anderen polarisationsändernden Phänomenen solange wieder Polarisationsänderungen erfährt, bis es schließlich aus der Schicht 903 austritt und als Licht 906' durchgelassen wird. Infolge dieses Recyclens von Licht wird die Menge ordnungsgemäß polarisierten Lichts, das von der Elektrolumineszenztafel 900 emittiert wird, erhöht. Es kann in einigen Fällen auch nützlich sein, zusätzlich zu dem emittierenden Leuchtstoffmaterial in die Schicht 903 Materialien einzubauen, um die reflexions- und polarisationsändernden Effekte der emittierenden Schicht 903 zu erhöhen.
Die DRP-Schicht 901 und die emittierende Schicht/der Reflektor können weiter optimiert werden, um Licht zu recyclen. Beispielsweise kann die DRP-Schicht 901 diffus reflektiertes Licht im wesentlichen entpolarisieren, um das Lichtrecycling mit einer emittierenden Schicht mit einer geringeren Entpolarisierungseigenschaft zu erleichtern. Alternativ können die winkelbezogenen Entpolarisierungseigenschaften der beiden Komponenten so eingestellt werden, daß die emittierende Schicht Licht bei Einfallswinkeln, die relativ große Mengen von nicht-entpolarisiertem Licht enthalten, wesentlich entpolarisieren und umgekehrt, wie oben erörtert.
Wie oben angemerkt läßt sich die vorliegende Erfindung auf eine Reihe verschiedener Einrichtungen anwenden, die diffus reflektierende Polarisatoren verwenden. Die vorliegende Erfindung sollte deshalb nicht so angesehen werden, daß sie auf die oben beschriebenen besonderen Beispiele beschränkt ist, sondern sollte vielmehr so verstanden werden, daß sie alle Aspekte der Erfindung abdeckt, wie sie in den beigefügten Ansprüchen recht gut dargelegt sind. Dem Fachmann ergeben sich bei Betrachtung der vorliegenden Patentschrift verschiedene Modifikationen, gleichwertige Prozesse sowie zahlreiche Strukturen, auf die sich die vorliegende Erfindung anwenden läßt. Die Ansprüche sollen derartige Modifikationen und Einrichtungen abdecken.

Claims

Displayvorrichtung, die folgendes umfaßt: eine Lichtmodulationsschicht (107, 210, 402); einen Lichthohlraum (120, 230, 406), der dafür ausgelegt ist, Licht für die Lichtmodulationsschicht bereitzustellen, wobei der Lichthohlraum einfallendes Licht mit einem ersten Entpolarisationsgrad des einfallenden Lichts reflektiert; und einen zwischen der Lichtmodulationsschicht und dem Lichthohlraum angeordneten, diffus reflektierenden Polarisator (110a-f, 220, 404) zum Übertragen einer Komponente des Lichts, die von dem Lichthohlraum mit einer ersten Polarisation bereitgestellt wird, zum Betrachten und diffusen Reflektieren einer vom Lichthohlraum empfangenen Komponente des Lichts mit einer zweiten Polarisation, wobei der Polarisator das Licht mit der zweiten Polarisation diffus mit einem zweiten Entpolarisationsgrad reflektiert, der größer ist als der erste Entpolarisationsgrad, um Licht mit der ersten Polarisation bereitzustellen; wobei mindestens ein Teil des diffus reflektierten Lichts mit der ersten Polarisation von dem Lichthohlraum ohne Entpolarisierung zu dem diffus reflektierenden Polarisator zur Übertragung dort hindurch reflektiert wird.
Displayvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichthohlraum einen Lichtleiter (102, 307) umfaßt, der so angeordnet ist, daß er Licht mit einem kleinen Winkel relativ zur Lichtmodulationsschicht ausgibt.
Displayvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Drehlinse (103), die so angeordnet ist, daß sie die Lichtausgabe vom Lichthohlraum erhält und das Licht zur Lichtmodulationsschicht umlenkt.
Displayvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Lichtausgabe vom Lichthohlraum relativ zur Lichtmodulationsschicht einen kleinen Winkel bildet.
Displayvorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, wobei der kleine Winkel unter 20 Grad groß ist.
Displayvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, weiterhin mit einer zwischen dem diffus reflektierenden Polarisator und der Lichtmodulationsschicht angeordneten Diffusionsschicht (104, 403) zum Streuen von vom diffus reflektierenden Polarisator übertragenem Licht.
Displayvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der diffus reflektierende Polarisator eine Konzentration einer dispersen Phase aufweist, die so ausgewählt ist, daß eine gewünschte Verstärkungsfaktorverteilung bereitgestellt wird.
Displayvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Konzentration der dispersen Phase 30 Gew.-% oder mehr beträgt.
Displayvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Konzentration der dispersen Phase 35 Gew.-% oder mehr beträgt.
Displayvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Konzentration der dispersen Phase 40 Gew.-% oder mehr beträgt.