DE69734929T2

DE69734929T2 - Reflektierende polarisatoren mit erweitertem roten spektralbereich zur kontrolle der ausseraxialen farben

Info

Publication number: DE69734929T2
Application number: DE69734929T
Authority: DE
Inventors: F. Michael WEBER; D. Brian CULL; M. Kevin HOFFMAN; J. Andrew OUDERKIRK
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2017-01-14
Also published as: JP2000515994A; JP2009058943A; EP0916103A1; KR100451528B1; US6449092B1; WO1998004938A1; JP4410290B2; KR20000029721A; US6088159A; EP1666931A1; US5808794A; AU1694797A; DE69734929D1; EP0916103B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Dies betrifft allgemein reflektierende Polarisatoren, die eine Polarisation transmittieren und die andere Polarisation reflektieren. Insbesondere betrifft diese Anmeldung reflektierende Polarisatoren mit einer erweiterten Bandkante im roten Spektralbereich in dem außeraxialen Spektrum zur Verringerung des außeraxialen Farbtons oder zur Auswahl eines bestimmten Farbtons.
Eine bedeutende Anwendung reflektierender Polarisatoren ist diejenige in einem lichtrezyklierenden Modus, um für Helligkeitssteigerung (Verstärkung) in Flüssigkristallanzeigesystem-(LCD)-Anwendungen zu sorgen. In diesen Anwendungen wird der reflektierende Polarisator in Verbindung mit einer lichtrezyklierenden Kavität, einer Lichtquelle und einer Flüssigkristalltafel benutzt. Eine maximale Leuchtdichte wird erzielt, wenn der reflektierende Polarisator in einem helligkeitsverstärkenden Modus benutzt wird, derart, daß Licht mit der reflektierten Polarisation mittels des reflektierenden Polarisators in Kombination mit der lichtrezyklierenden Kavität zu der transmittierten Polarisation „rezykliert" wird. Beispiele für derartige lichtrezyklierende Systeme sind in der US-Patentschrift Nr. 6,025,897 beschrieben.
Das Problem der außeraxialen Farbe (off-axis color, OAC) bei reflektierenden Mehrschicht-Polarisatoren ist in der US-Patentschrift Nr. 5,882,774 beschrieben. Die OAC ist auch bei anderen Typen reflektierender Polarisatoren ein Problem, wie z.B. bei cholesterischen reflektierenden Polarisatoren. Die mehrschichtigen reflektierenden Polarisatoren, die in der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 5,882,774 beschrieben sind, zeigen eine stark rote oder gelbe OAC. Mit anderen Worten: Die OAC weist einen ausgeprägten rötlichen oder gelblichen "Farbton" auf. Dies kommt daher, daß die Bandkante im roten Spektralbereich des außeraxialen Transmissionsspektrums zum Blauen hin verschoben ist. Infolgedessen wird bei nichtsenkrechtem Einfall fast das gesamte p-polarisierte rote Licht (600 nm und größer) transmittiert, aber etwas von dem blauen und grünen reflektiert, was dem Licht bei nichtsenkrechtem Einfall ein deutlich rötliches Aussehen verleiht. Dieser Farbton ist in einigen Anwendungen sehr unerwünscht, wie z.B. in von hinten beleuchteten LCD-Systemen, in denen eine Farbregelung äußerst wichtig ist.
KURZFASSUNG
Um die oben beschriebenen Nachteile in dem Fachgebiet zu beseitigen und um verschiedene andere Vorteile zu schaffen, die beim Lesen und Verstehen der vorliegenden Beschreibung offensichtlich werden, stellt die vorliegende Erfindung einen reflektierenden Polarisator mit einer erweiterten Bandkante im roten Spektralbereich zur Verringerung der außeraxialen Farbe (OAC) bereit. Der reflektierende Polarisator weist bei einem Einfallswinkel von 45° eine OAC-Bandkante im roten Spektralbereich von mindestens 600 nm und eine mittlere Transmission von 400 bis 800 nm von weniger als 20 % für Licht auf, das parallel zu der Extinktionsachse bei senkrechtem Einfall polarisiert ist. Dies ergibt ein farblich ausgewogeneres System, in dem die Farbbänder über das sichtbare Spektrum hinweg gleichmäßiger reflektiert werden, wodurch der Farbton der OAC gesteuert wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die einen Bestandteil hiervon bilden und in denen mittels Veranschaulichung eine spezielle Ausführungsform dargestellt ist, in welche die Erfindung praktisch umgesetzt werden kann. Es versteht sich, daß andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Gedanken und den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Reflektierende Polarisatoren wirken, indem sie Licht mit einer Polarisation transmittieren und Licht mit einer anderen Polarisation reflektieren. Das Licht, das transmittiert wird, ist parallel zu der sogenannten Transmissionsachse polarisiert, und das Licht, das reflektiert wird, ist parallel zu der sogenannten Extinktionsachse polarisiert. Reflektierende Polarisatoren können als ein lichtrezyklierender Film wirken, um für eine Steigerung der Helligkeit (Verstärkung) zu sorgen, wenn sie in Verbindung mit einer lichtrezyklierenden Kavität, einer Lichtquelle und einem absorbierenden Polarisator, wie z.B. in einer Flüssigkristallanzeige (LCD) benutzt wird, benutzt werden. Diese maximale Leuchtdichte ist der bevorzugte Zustand, wenn der mehrschichtige reflektierende Polarisator als eine Lichtverstärkungsfolie benutzt wird.
Die außeraxiale Farbe (OAC) oder das farbige, schillernde Aussehen eines reflektierenden Polarisators bei nichtsenkrechtem Einfall resultiert aus der unvollständigen und ungleichmäßigen Transmission von p-polarisiertem Licht durch die Transmissionsachse des Polarisators bei Winkeln, die von dem senkrechten Einfall abweichen. Die OAC wird sich mit dem Einfallswinkel ändern; daher ist eine bestimmte OAC spezifisch für einen bestimmten Einfallswinkel. Die OAC kann graphisch durch Messen der Transmission von p-polarisiertem Licht, das parallel zu der Transmissionsachse des Polarisators polarisiert ist, bei nichtsenkrechten Einfallswinkeln erkannt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird das Spektrum bei nichtsenkrechtem Einfall, das die Transmission von Licht, das parallel zu der Transmissionsachse des Polarisators polarisiert ist, als das OAC-Spektrum bezeichnet. Dieses Kennzeichen des OAC-Spektrums ist eine der Ursachen für das farbige oder schillernde Aussehen eines reflektierenden Polarisators bei Winkeln, die von der Senkrechten abweichen.
Bei reflektierenden Mehrschicht-Polarisatoren ist die OAC teilweise durch die Indexfehlanpassung in der Raumachse (z) zwischen benachbarten Schichten bedingt, wie beschrieben in der US-Patentschrift Nr. 5,882,774. In dieser Anmeldung ist beschrieben, daß der mehrschichtige reflektierende Polarisator zur Verringerung der OAC eine minimierte z-Indexfehlanpassung in der Raumachse aufweisen sollte, um für die Transmissionsachse für p-polarisiertes Licht bei jedem Einfallswinkel ein hohes Transmissionsspektrum aufweisen.
Die mehrschichtigen reflektierenden Polarisatoren, die in der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 5,882,774 als Beispiele dargestellt sind, zeigten eine stark rote oder gelbe OAC. Mit anderen Worten: Die OAC dieser Polarisatoren wiesen einen ausgeprägten gelblich oder rötlichen Farbstich oder „Farbton" auf, wie er hierin zu Zwecken der Veranschaulichung bezeichnet wird. Dieser OAC-Farbton ist durch die „Verschiebung" des OAC-Spektrums gegenüber demjenigen des Extinktionsspektrums bei senkrechtem Einfall bedingt, wenn von dem senkrechten zu größeren Einfallswinkeln übergegangen wird. Beispielsweise weisen die Spektren eines mehrschichtigen reflektierenden Polarisators bei senkrechtem Einfall für die Extinktionsachse eine Bandkante von 670 nm und bei einem 60-Grad-Einfallswinkel für das OAC-Spektrum eine Bandkante von 565 nm auf. Diese ORC-Bandkante "verschiebt" sich somit gegen Blau, wenn man von senkrechtem Einfall zu größeren Einfallswinkeln übergeht. Der OAC-Farbton bei diesem mehrschichtigen reflektierenden Polarisator ist sehr unerwünscht. Dies kommt daher, daß die Farbbänder über das sichtbare Spektrum hinweg nicht gleichmäßig reflektiert werden. Fast das gesamte p-polarisierte rote Licht (600 nm und größer) und viel von dem p-polarisierten gelben Licht (565 nm und größer) werden transmittiert, aber etwas von dem blauen und grünen wird reflektiert, was dem Licht, das bei nichtsenkrechtem Einfall transmittiert wird, ein deutliches rötliches oder gelbliches Aussehen verleiht.
Der OAC-Farbton eines reflektierenden Polarisators kann in LCD-Systemen ein Problem sein, weil die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich für vorherig beschriebene reflektierende Polarisatoren tiefer ist als der Emissionspeak im roten Spektralbereich für die typische Lichtquelle, die benutzt wird, um die LCD zu beleuchten. Die Lichtquelle, die am häufigsten für die Anwendung in tragbaren Computern und anderen LCD-Anzeigen benutzt wird, ist eine Kaltkathodenröhre (cold-cathode fluorescent tube, CCFT). Obwohl die Spektren für CCFT, die von verschiedenen Herstellern hergestellt werden, variieren werden, ist ein typisches, für CCFT kennzeichnendes Emissionsspektrum eines Apple-540c-TFT-Computers ein Beispiel. Der Ort und die relative Größe der Emissionspeaks im roten, grünen und blauen Spektralbereich von CCFT werden mittels Auswahl spezifischer Leuchtstoffe auf Basis der gewünschten Farbtemperatur bestimmt. Bei diesem bestimmtem CCFT befindet sich der Peak im roten Spektralbereich bei etwa 610 nm, der Peak im grünen Spektralbereich bei etwa 550 nm, und mehrere Peaks im blauen Spektralbereich befinden sich zwischen 420 und 500 nm.
Es kann erkannt werden, daß der Emissionspeak im roten Spektralbereich (610 nm) für die oben beschriebene CCFT höher ist als die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich des reflektierenden Polarisators (565 nm). Da die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich tiefer liegt als der Emissionspeak für die CCFT, wird das meiste des roten und des grünen Lichts, das von der CCFT emittiert wird, durch den reflektierenden Polarisator bei Winkeln transmittiert, die von der Senkrechten abweichen. Diese hohe Transmission für das Rote und Grüne, zusammen mit dem geringen Grad an Transmission für das Blaue, resultiert in einer gelb aussehenden OAC. Diese Farbe ist in einigen Anwendungen sehr unerwünscht, insbesondere in von hinten beleuchteten LCD-Anzeigen, in denen das Farbgleichgewicht und Helligkeit der Anzeige äußerst wichtig sind.
Erweiterte OAC-Bandkante im roten Spektralbereich
Obwohl erkannt worden ist, daß die OAC im allgemeinen für viele Anwendungen unerwünscht ist, ist in der vorliegenden Erfindung ferner erkannt, daß der Farbton der OAC ebenfalls ein wichtiger Faktor ist, der berücksichtigt werden muß. In der vorliegenden Erfindung ist ferner erkannt, daß der Farbton durch die Bandkante im roten Spektralbereich des OAC-Spektrums bei nichtsenkrechtem Einfall und durch die relative Transmission von rotem gegenüber grünem und blauem Licht beeinflußt wird. Insbesondere der Farbton des transmittierten Lichtes bei nichtsenkrechtem Einfall wird durch die Position dieser Bandkante im roten Spektralbereich in hohem Maße beeinflußt.
In Flüssigkristallanzeigeanwendungen wird die OAC im allgemeinen vorzugsweise so abgestimmt, daß sich die Farbe von Weiß nach Blau und nicht von Weiß nach Rot verschiebt. Unter Vorgabe dieser Bevorzugung sind bestimmte Farbtöne der OAC stärker bevorzugt als andere, wenn ein reflektierender Polarisator in einem Anzeigesystem benutzt wird. Ein Spektrum bei abweichendem Winkel, das bei 60 Grad flach ist, ist am stärksten bevorzugt, da dabei, bedingt durch die Hinzufügung des reflektierenden Polarisators, unter einem Winkel keine wahrgenommene Farbe vorhanden ist. Falls ein flaches OAC-Spektrum nicht erreicht werden kann, ist blaue OAC weniger bevorzugt, aber immer noch akzeptabel, während grüne OAC noch weniger bevorzugt ist und rote OAC am wenigsten bevorzugt ist, insbesondere wenn der reflektierende Polarisator in einem helligkeitsverstärkenden Modus in einer LCD-Anwendung benutzt wird.
Die meisten Kaltkathodenröhren weisen keine Emissionslinien im roten Spektralbereich über 630 nm auf. In der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, daß ein besseres Farbgleichgewicht der Anzeige möglich ist, wenn das OAC-Spektrum über den gesamten Bereich des Lampenspektrums gleichmäßig reflektiert wird. Oder, wenn dies nicht möglich ist, sollte die OAC mehr rotes Licht als blaues oder grünes Licht reflektieren. Um dies zu erreichen, ist in der vorliegenden Erfindung erkannt worden, daß das OAC-Spektrum wünschenswerterweise weiter ins Rote erweitert wird. Vorzugsweise wird das OAC-Spektrum über die Grenze für rotes Licht oder mindestens 600 nm hinaus verschoben. Noch stärker bevorzugt, wird das OAC-Spektrum wünschenswerterweise weiter ins Rote erweitert als jeglicher Emissionspeak im roten Spektralbereich einer verbundenen Lichtquelle, die Licht in ein System sendet, in dem der reflektierende Polarisator benutzt wird.
Zur Verminderung des Farbtons jeglicher OAC in einem reflektierenden Polarisator ist in der vorliegenden Erfindung ein nützlicher Parameter identifiziert worden, der hierin als die „OAC-Bandkante im roten Spektralbereich" bezeichnet wird. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich als diejenige Wellenlänge definiert, bei der das Reflexionsvermögen des Polarisators längs der Transmissionsachse bei nichtsenkrechtem Einfall (das OAC-Spektrum) für p-polarisiertes Licht von einem Basiswert aus auf 10 Prozent des OAC-Spektrum-Spitzenreflexionswertes ansteigt. Obwohl hier nur Transmission (T) gezeigt ist, kann angenommen werden, daß die Reflexion (R) durch 1 – T gegeben ist, da die Absorption in der Größenordnung von 1 Prozent liegt. Der Basiswert des Reflexionsvermögens kann im fernen Roten oder im Infraroten genommen werden, worauf keine optischen Schichten abgestimmt werden, um Reflexion zu verursachen. Als Bandkante im roten Spektralbereich wird dann die Kante im roten Spektralbereich des Bandes mit der größten Wellenlänge in dem OAC-Spektrum genommen.
Ein anderer erfindungsgemäßer reflektierender Polarisator ist unten beschrieben. Die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich bei einem Einfallswinkel von 60 Grad ist etwa 670 nm. Die mittlere Transmission von 400 bis 700 nm für die Extinktionsachse bei senkrechtem Einfall beträgt etwa 1,4 %. Das untenstehende Beispiel beschreibt, wie dieser Polarisator hergestellt wurde. Reflektierende Polarisatoren wie dieser sind für Anwendungen wie LCD vorteilhaft, weil der Farbton jeglicher OAC über den benutzbaren Betrachtungswinkel der LCD hinweg nicht rot oder gelb erscheinen wird. Die bevorzugte Wellenlänge bei einem gegebenem Winkel der OAC-Bandkante im roten Spektralbereich wird in Abhängigkeit von der Anwendung variieren, in welcher der reflektierende Polarisator benutzt werden soll. Die Schlüsselfaktoren sind die zu berücksichtigenden Wellenlängen und der nützliche Betrachtungswinkel, der für die betreffende Anwendung notwendig ist. Um jedoch die wünschenswerte Steuerung des Farbtons jeglicher OAC, die in einem beliebigen reflektierenden Polarisator vorhanden sein kann, zu erzielen, ist die OAC-Bandkante bei einem Einfallswinkel von 45 Grad im roten Spektralbereich im allgemeinen mindestens 600 nm, vorzugsweise bei 60 Grad mindestens 620 nm, stärker bevorzugt bei 60 Grad mindestens 650 nm und am stärksten bevorzugt bei einem Einfallswinkel von 75 Grad mindestens 650 nm. Bei LCD-Anwendungen, in denen Gleichmäßigkeit der Anzeige von allergrößter Bedeutung ist, ist die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich bei vorzugsweise einem Einfallswinkel von 60 Grad mindestens 630 nm, vorzugsweise bei einem Einfallswinkel von 80 Grad mindestens 630 nm und noch stärker bevorzugt bei einem Einfallswinkel von 80 Grad mindestens 650 nm.
Bei reflektierenden Mehrschicht-Polarisatoren vom Typ, der in der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 5,882,774 beschrieben ist, war die Verschiebung der Bandkante im roten Spektralbereich des OAC-Spektrums von derjenigen des Extinktionsspektrums größer als aufgrund der herkömmlichen Formel n·d·cos(theta) für isotrope Materialien erwartet wurde. Bei dem reflektierenden Mehrschicht-Polarisator, der im untenstehenden Beispiel 1 beschrieben ist, ist die Verschiebung durch die biaxiale Doppelbrechung der PEN-Schicht bedingt. Zunächst sollen nur die Indizes in der Ebene berücksichtigt werden. Längs der Extinktionsachse ist der PEN-Index groß, etwa 1,83 bei 870 nm. Der Index längs der Transmissionsachse, der Index in der Ebene, ist jedoch viel niedriger, etwa 1,60. Dies macht die PEN-Schichten in der Nichtverstreckungsrichtung optisch viel dünner als in der Verstreckungsrichtung. Das OAC-Spektrum ist durch eine Kombination aus sowohl der y- als auch der z-Indexdifferenz bedingt und im Grenzfall senkrechten Einfalls nur durch die y-Indexdifferenz bedingt, sofern vorhanden. Ein kleine y-Indexdifferenz in Beispiel 1 ermöglicht, in diesem Grenzfall bei senkrechtem Einfall die Bandkante im roten Spektralbereich vorzufinden. Ein kleiner Peak in dem Spektrum, das längs der Transmissionsachse aufgenommen wird, ist die Bandkante im roten Spektralbereich für die Probe im Grenzfall senkrechten Einfalls. Dieser Peak ist von der Bandkante im roten Spektralbereich des Spektrums, das längs der Extinktionsachse aufgenommen wird, aufgrund des großen Unterschieds des PEN-Indexes (etwa 0,23) längs der Extinktions- und der Transmissionsachse bei diesem speziellen Polarisator verschoben. Die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich bei einem Einfallswinkel von 60 Grad ist von der Bandkante im roten Spektralbereich des Spektrums aus, das bei senkrechtem Einfall längs der Extinktionsachse aufgenommen wird, nach Blau verschoben.
Bei den reflektierenden Mehrschicht-Polarisatoren, die im untenstehenden Beispiel beschrieben sind, trägt der niedrige z-Index der PEN-Schicht weiter zu der Blauverschiebung bei. Und zwar deshalb, weil das p-polarisierte Licht bei großen Einfallswinkeln den niedrigen z-Indexwert von 1,49 erfährt anstatt lediglich den Wert in der Ebene von 1,62 bei 633 nm, was in einem weiter verringerten effektiven Brechungsindex der PEN-Schichten resultiert. Längs der Extinktionsachse ist dieser letztgenannte Effekt stärker ausgeprägt, da der Unterschied des PEN-Indexes in der Ebene gegenüber demjenigen des PEN-Indizes in der z-Achse viel größer ist: 1,83 – 1,49 bei 850 nm, was für p-polarisiertes Licht eine stärkere Blauverschiebung ergibt als diejenige herkömmlicher isotroper mehrschichtiger Filmstapel. Für biaxial orientierte Filme aus mehrschichtigem PEN/(isotrope Polymere mit niedrigem Index) oder jedes beliebige Polymer, das zum Herstellen von Spiegeln benutzt wird, ist die Verschiebung ebenfalls wesentlich. Bei Spiegeln, die aus PEN mit der gleichen Verstreckung längs der beiden Hauptachsen hergestellt sind, beträgt die Indexdifferenz in der Ebene/z-Achse etwa 1,74 – 1,49. Dieser Effekt muß beim Entwerfen von Spiegeln berücksichtigt werden, die das gesamte sichtbare Licht unter allen Einfallswinkeln reflektieren müssen, d.h., die Bandkante im roten Spektralbereich bei senkrechtem Einfall muß bei einer größeren Wellenlänge angeordnet werden als derjenigen, die aus den Indizes in der Ebene allein erwartet werden.
Um bei bestimmten reflektierenden Polarisatoren, wie z.B. dem reflektierenden Mehrschicht-Polarisator des Beispiels, die optische Bandbreite der OAC eines reflektierenden Polarisators zu vergrößern, muß die Extinktionsbandbreite des Polarisators ebenfalls vergrößert werden. Mit anderen Worten: Um die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich zu vergrößern, muß die Extinktionsbandkante ebenfalls vergrößert werden. Um dies bei einem reflektierenden Mehrschicht-Polarisator mit den gleichen Werten der Extinktion längs der x-Achse zu erreichen, können mehr Filmschichten hinzugefügt werden, die spezifisch auf die größeren Wellenlängen abgestimmt sind. Die genaue Anzahl an Schichten in dem Film wird von der Doppelbrechung der Materialien abhängen, die zur Herstellung des Films benutzt werden. Die Leistungsfähigkeit eines PEN/Co-PEN-Polarisators mit akzeptabler Extinktion im gesamten sichtbaren Spektrum, aber rötlicher OAC, wird mit etwa 600 Schichten erzielt, wobei ein Feedblock von 150 Schichten und zwei Vervielfacher einbezogen werden. Eine ausführlichere Beschreibung dieses Polarisators findet sich in der US-Patentschrift Nr. 6,368,699. Die mittlere Transmission längs der Transmissionsachse bei senkrechtem Einfall von 400 bis 700 nm beträgt etwa 86,2 %. Die mittlere Transmission von Kurve b von 400 bis 700 nm beträgt etwa 84,2 %. Die mittlere Transmission von Kurve c von 400 bis 800 nm beträgt etwa 11,8 %. Die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich längs der Transmissionsachse bei einem Einfallswinkel von 60 Grad ist etwa 605 nm. Die Bandkante im roten Spektralbereich längs der Extinktionsachse bei senkrechtem Einfall ist etwa 745 nm. Um die OAC-Bandbreite zu vergrößern und gute Extinktion zu bewahren, wurde die Anzahl an Schichten auf etwa 832 erhöht. Dies wurde mit einem Feedblock von 209 Schichten und zwei Vervielfachern erreicht. Die resultierende Leistungsfähigkeit des Polarisators sorgte sowohl für gute Extinktion als auch für eine farblich besser ausgewogene OAC.
Wenn die Extinktionsbandkante bei einem reflektierenden Polarisator erweitert wird, beträgt die Extinktionsbandkante wünschenswerterweise mindestens 800 nm, vorzugsweise mindestens 830 nm und stärker bevorzugt mindestens 850 nm und noch stärker bevorzugt 900 nm. Die genaue Extinktionsbandkante im roten Spektralbereich wird jedoch in Abhängigkeit von den Verhältnissen zwischen den x-, y- und z-Brechungsindices einzelner Schichten des Films und von ihren Verhältnissen zwischen Filmschichten variieren.
Ein anderes, jedoch weniger wünschenswertes Verfahren zum Herstellen eines Polarisators mit einer erweiterten OAC-Bandkante im roten Spektralbereich ohne Benutzung weiterer Schichten ist, lediglich die vorhandene Schichtdickenverteilung umzugestalten, d.h., Schichten zu nehmen, die Wellenlängen im mittleren Spektrum zugeordnet sind, und diese auf größere Wellenlängen abzustimmen. Die Spektren eines derartigen Films wurden in der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 5,882,774 beschrieben. Dieses Verfahren ist jedoch für viele Anwendungen inakzeptabel, weil der resultierende Polarisator aus 600 Schichten sowohl im mittleren Spektrum als auch im nahen IR bedeutende spektrale Lecks zeigt. Diese Lecks sind durch die kleinere Anzahl an Schichten, die auf eine gegebene Wellenlänge abgestimmt sind, und durch die Schwierigkeit bedingt, die Schichtdicken so zu regulieren, daß der reflektierende Polarisator Licht aller Wellenlängen gleichmäßig reflektiert. Die mittlere Transmission längs der Extinktionsachse bei senkrechtem Einfall beträgt von 400 bis 700 nm etwa 9 %. Die mittlere Transmission von 700 bis 800 nm beträgt jedoch mehr als 20 %. Dies ist beträchtlich, weil bei einem Einfallswinkel von 60 Grad dieser Teil des Spektrums von 700 bis 800 nm sich in den roten Bereich des sichtbaren Spektrums blauverschiebt, was in einer mittleren Transmission der roten Wellenlängen von 20 % resultiert. Solche Lecks werden das Farbgleichgewicht eines von hinten beleuchteten LCD-Systems ernsthaft durcheinanderbringen. Außerdem ist das Farbgleichgewicht derart, daß weniger rotes Licht reflektiert wird als blaues oder grünes, und die OAC wird bei kleinen Winkeln einen roten Farbton und bei großen Winkeln einen gelben Farbton aufweisen, die in einer LCD-Anwendung beide inakzeptabel sind.
Werden die oben beschriebenen Prinzipien angewendet, so verbindet ein bevorzugter reflektierender Polarisator das gewünschte Transmissions- und Extinktionsverhalten mit der geringsten OAC und der geringsten OAC-Bandkante im roten Spektralbereich. Mittlere Transmissionswerte wie hierin beschrieben umfassen sowohl die Reflexionen an der Vorder- als auch der Rückseite in Luft. Die mittlere Transmission von 400 bis 700 nm für die Transmissionsachse bei senkrechtem Einfall beträgt wünschenswerterweise mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 85 %, stärker bevorzugt mindestens 90 %. Die mittlere Transmission von 400 bis 700 nm für die Transmissionsachse bei einem Einfallswinkel von sechzig Grad beträgt wünschenswerterweise mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, stärker bevorzugt mindestens 85 % und noch stärker bevorzugt mindestens 95 %.
Die mittlere Transmission von 400 bis 800 nm für die Extinktionsachse bei senkrechtem Einfall beträgt wünschenswerterweise weniger als 12 %, vorzugsweise weniger als 10 %, stärker bevorzugt weniger als 5 % und noch stärker bevorzugt weniger als 2 %. Die mittlere Transmission von 400 bis 700 nm für die Extinktionsachse bei einem Einfallswinkel von sechzig Grad beträgt wünschenswerterweise weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 15 %, stärker bevorzugt weniger als 10 % und noch stärker bevorzugt weniger als 5 %.
Und, wie oben erörtert, die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich bei einem reflektierenden Polarisator ist bei einem Einfallswinkel von 45 Grad wünschenswerterweise mindestens 600 nm, bei 60 Grad vorzugsweise mindestens 620 nm, bei 60 Grad stärker bevorzugt mindestens 650 nm und bei einem Einfallswinkel von 75 Grad am stärksten bevorzugt mindestens 650 nm. Bei LCD-Anwendungen, in denen Farbgleichgewicht der Anzeige von allergrößter Bedeutung ist, ist die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich bei einem Einfallswinkel von 60 Grad wünschenswerterweise mindestens 630 nm, vorzugsweise bei einem Einfallswinkel von 80 Grad mindestens 630 nm und noch stärker bevorzugt bei einem Einfallswinkel von 80 Grad mindestens 650 nm. Ebenfalls ist das Reflexionsvermögen für rotes Licht vorzugsweise größer als das Reflexionsvermögen für blaues oder grünes Licht.
Das Konzept der OAC-Bandkante im roten Spektralbereich ist nicht auf reflektierende Mehrschicht-Polarisatoren begrenzt. Das Konzept ist auf jeden beliebigen Typ von reflektierendem Polarisator anwendbar. Beispielhafte reflektierende Mehrschicht-Polarisatoren sind beispielsweise in der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 5,882,774, der EP-Patentanmeldung 0 488 544 A1, der US-Patentschrift Nr. 3,610,729 (Rogers) und US-Patentschrift Nr. 4,446,305 (Rogers) beschrieben. Zu anderen Typen von reflektierenden Polarisatoren gehören cholesterische reflektierende Polarisatoren oder die retroreflektierenden Polarisatoren, die in der US-Patentschrift Nr. 5,422,756 (Weber) beschrieben sind. Gleichgültig welcher Typ von reflektierendem Polarisator benutzt wird, wird es immer wichtig sein sicherzustellen, daß die Bandkante im roten Spektralbereich des OAC-Spektrums den hierin beschriebenen Anforderungen genügt, um den OAC-Farbton zu steuern. Die hierin beschriebenen reflektierenden Polarisatoren sind auch für eine breite Vielfalt an Anwendungen nützlich. Die reflektierenden Polarisatoren sind nützlich für von hinten beleuchtete reflektierende und transflektive LCD-Anwendungen, Fensterfilm zur Polarisation und/oder Energiekontrolle und viele andere Anwendungen, die dem Fachmann offensichtlich werden.
Ein typisches von hinten beleuchtetes LCD-System kann einen reflektierenden Polarisator der vorliegenden Erfindung aufweisen. Das System wird von einem Beobachter betrachtet. Das LCD-System weist auch eine LCD-Tafel, einen Lichtleiter, eine Lampe und einen Reflektor auf. Das System könnte u.a. auch Lichtverstärkungsfolien, prismatische oder strukturierte Oberflächen-Lichtverstärkungsfolien, Ausgleichs- und/oder Verzögerungsfilme, Diffusoren, absorbierende Polarisatoren und dergleichen aufweisen. Obwohl das System, das in 6 gezeigt ist, von hinten beleuchtet wird, ist der reflektierende Polarisator auch für reflektierende und transflektive Anzeigen nützlich. Andere beispielhafte LCD-Systeme, mit denen die vorliegenden reflektierenden Polarisatoren benutzt werden könnten, sind in ebenfalls abhängigen und gemeinsam übertragenen US-Patenten Nr. 6,025,897, 5,831,375 und 6,124,971 beschrieben.
BEISPIEL
Ein coextrudierter Film, der etwa 833 Schichten enthielt, wurde durch Extrudieren einer Bahn auf ein gekühltes Gießrad und kontinuierliches Ausrichten des Films in einem Streckwerk hergestellt. Ein Polyethylennaphthalat (PEN) mit einer Grenzviskosität von 0,48 dl/g (60 Gew.% Phenol/40 Gew.% Dichlorbenzol) wurde von einem Extruder mit einer Geschwindigkeit von 75 Pound pro Stunde (34,1 kg/h) geliefert, und 70/0/30-Co-PEN (70 Mol% 2,6 NDC und 30 Mol% DMI) mit einer GV von 0,58 dl/g wurde von einem anderen Extruder mit einer Geschwindigkeit von 85 Pound pro Stunde (38,6 kg/h) geliefert. Diese Schmelzeströme wurden zu dem Feedblock geführt, um die optischen Co-PEN- und PEN-Schichten zu erzeugen. Der Feedblock erzeugte 209 abwechselnde Schichten von PEN und Co-PEN 70/0/30, wobei die beiden Außenschichten aus Co-PEN als die schützenden Grenzschichten (SGS) durch den Feedblock dienten. Der Feedblock erzeugte für jedes Material einen annähernd linearen Gradienten der Schichtdicke, wobei das Verhältnis der dicksten zu den dünnsten Schichten etwa 1,30 betrug. Nach dem Feedblock lieferte ein dritter Extruder dasselbe 70/0/30-Co-PEN als symmetrische SGS (die gleiche Dicke auf beiden Seiten des Stromes optischer Schichten) mit etwa 28 Pound pro Stunde (12,7 kg/h). Der Materialstrom durchlief einen asymmetrischen Zweifach-Vervielfacher (wie denjenigen, der in den US-Patentschriften Nr. 5,094,788 und 5,094,793 beschrieben ist) mit einem Vervielfacherverhältnis von etwa 1,25. Das Vervielfacherverhältnis ist als die mittlere Schichtdicke von Schichten, die in dem Hauptkanal erzeugt werden, geteilt durch die mittlere Schichtdicke in dem Nebenkanal, definiert. Der Materialstrom durchlief dann einen asymmetrischen Zweifach-Vervielfacher mit einem Vervielfacherverhältnis von etwa 1,5. Nach dem Vervielfacher wurde eine dicke symmetrische SGS mit etwa 113 Pound pro Stunde (51,4 kg/h) hinzugefügt, die ebenfalls von dem dritten Extruder zugeführt wurde. Dann trat der Materialstrom durch eine Filmdüse hindurch und auf ein wassergekühltes Gießrad mit einer Einlaß-Wassertemperatur von etwa 56 Grad F (13 °C). Die optischen Schichten wiesen von der Gießradseite zur Luftseite des Films ein monoton steigendes Dickeprofil auf. Die dünnsten optischen Schichten waren dem Gießrad am nächsten. Die Ausrüstung des Co-PEN-Schmelzverfahrens wurde bei etwa 530 °F gehalten (277 °C); die Ausrüstung des PEN-Schmelzverfahrens wurde bei etwa 545 °F gehalten (285 °C), und der Feedblock, die Vervielfacher, Außenschichtmodule und Düse wurden bei etwa 540 °F gehalten (282 °C).
Das gesamte Verstrecken wurde in dem Streckwerk durchgeführt. Der Film wurde in etwa 20 Sekunden auf etwa 303 °F (150 °C) vorgewärmt und mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 % pro Sekunde in der Querrichtung auf ein Ziehverhältnis von etwa 6,7 gezogen. Der fertige Film wies eine Enddicke von etwa 0,005 Inch (0,125 mm) auf. Die Kurve a bezieht sich auf die Transmission bei senkrechtem Einfall von Licht, das parallel zu der Nichtverstreckungsrichtung (d.h. die Transmissionsrichtung oder Transmissionsachse) polarisiert war. Die Kurve b bezieht sich auf die Transmission von p-polarisiertem Licht längs derselben Richtung, jedoch bei einem Einfallswinkel von 60 Grad. Die Kurve c stellt die Transmission bei senkrechtem Einfall von Licht dar, das parallel zu der Verstreckungsrichtung (d.h. die Extinktionsrichtung oder die Extinktionsachse) polarisiert war. Die Bandkante im roten Spektralbereich für die Extinktionsachse (Kurve c), wie definiert durch die Wellenlänge, bei der der Transmissionswert den 10-%-Wert übersteigt, ist etwa 870 nm. Die Bandkante im roten Spektralbereich des OAC-Spektrums (Kurve b), definiert als diejenige Wellenlänge, bei der das Reflexionsvermögen für die Transmissionsachse bei nichtsenkrechtem Einfall von einem Basiswert aus auf 10 Prozent des Spitzen-Reflexionswertes des Bandes ansteigt, ist etwa 670 nm. Die mittlere Transmission von Kurve a von 400 bis 700 nm beträgt 87 %. Die mittlere Transmission von Kurve b von 400 bis 700 nm beträgt 70 %. Die mittlere Transmission von Kurve c von 400 bis 800 nm beträgt 1,4 %.
Falls der reflektierende Polarisator ein reflektierender Mehrschicht-Polarisator ist, gehören zu geeigneten Materialien, die als Schichten in dem Film benutzt werden könnten, Polyethylennaphthalat (PEN) und Isomere davon (z.B. 2,6-, 1,4-, 1,5-, 2,7- und 2,3-PEN), Polyalkylenterephthalate (z.B. Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Poly-1,4-cyclohexandimethylenterephthalat), Polyimide (z.B. Polyacrylimide), Polyetherimide, ataktisches Polystyrol, Polycarbonate, Polymethacrylate (z.B. Polyisobutylmethacrylat, Polypropylmethacrylat, Polyethylmethacrylat und Polymethylmethacrylat), Polyacrylate (z.B. Polybutylacrylat und Polymethylacrylat), syndiotaktisches Polystyrol (sPS), syndiotaktisches Poly-alpha-methylstyrol, syndiotaktisches Polydichlorstyrol, Copolymere und Abmischungen aus beliebigen dieser Polystyrole, Cellulosederivate (z.B. Ethylcellulose, Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Celluloseacetatbutyrat und Cellulosenitrat), Polyalkylenpolymere (z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polyisobutylen und Poly(4-methyl)penten), fluorierte Polymere (z.B. Perfluoralkoxyharze, Polytetrafluorethylen, fluorierte Ethylen-Propylen-Copolymere, Polyvinylidenfluorid und Polychlortrifluorethylen), chlorierte Polymere (z.B. Polyvinylidenchlorid und Polyvinylchlorid), Polysulfone, Polyethersulfone, Polyacrylnitril, Polyamide, Siliconharze, Epoxidharze, Polyvinylacetat, Polyetheramide, ionomere Harze, Elastomere (z.B. Polybutadien, Polyisopren und Neopren) und Polyurethane. Ebenfalls geeignet sind Copolymere, z.B. Copolymere von PEN (z.B. Copolymere von 2,6-, 1,4-, 1,5-, 2,7- und/oder 2,3-Naphthalindicarbonsäure oder Ester davon mit (a) Terephthalsäure oder Estern davon; (b) Isophthalsäure oder Estern davon; (c) Phthalsäure oder Estern davon; (d) Alkanglycolen; (e) Cycloalkanglycolen (z.B. Cyclohexandimethanoldiol); (f) Alkandicarbonsäuren; und/oder (g) Cycloalkandicarbonsäuren (z.B. Cyclohexandicarbonsäure)), Copolymere von Polyalkylenterephthalaten (z.B. Copolymere von Terephthalsäure oder Estern davon mit (a) Naphthalindicarbonsäure oder Estern davon; (b) Isophthalsäure oder Estern davon; (c) Phthalsäure oder Estern davon; (d) Alkanglycolen; (e) Cycloalkanglycolen (z.B. Cyclohexandimethanoldiol); (f) Alkandicarbonsäuren; und/oder (g) Cycloalkandicarbonsäuren (z.B. Cyclohexandicarbonsäure)), Styrolcopolymere (z.B. Styrol-Butadien-Copolymere und Styrol-Acrylnitril-Copolymere) und Copolymere von 4,4'-Dibenzoesäure und Ethylenglycol. Außerdem kann jede einzelne Schicht Abmischungen von zwei oder mehr der oben beschriebenen Polymere oder Copolymere (z.B. Abmischungen aus SPS und ataktischem Polystyrol) aufweisen. Das beschriebene Co-PEN kann auch eine Abmischung von Pellets sein, in der mindestens eine Komponente ein Polymer auf Basis von Naphthalindicarbonsäure ist und andere Komponenten andere Polyester oder Polycarbonate, wie z.B. PET, ein PEN oder ein Co-PEN, sind.
Zu besonders bevorzugten Kombinationen von Schichten bei Polarisatoren gehören PEN/Co-PEN, Polyethylenterephthalat (PET)/Co-PEN, PEN/sPS, PET/sPS, PEN/Eastar und PET/Eastar, wobei „Co-PEN" sich auf ein Copolymer oder eine Abmischung auf Basis von Naphthalindicarbonsäure (wie oben beschrieben) bezieht und Eastar Polycyclohexandimethylenterephthalat, im Handel erhältlich von der Eastman Chemical Co., ist.
Obwohl hierin zu Zwecken der Veranschaulichung beispielhafter Ausführungsformen spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, wird der Durchschnittsfachmann verstehen, daß die spezifischen Ausführungsformen, die gezeigt und beschrieben worden sind, durch eine breite Vielfalt an alternativen und/oder äquivalenten Verwirklichungen, die entworfen werden, um dieselbe Zwecke zu erfüllen, ersetzt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Durchschnittsfachmann wird leicht verstehen, daß die vorliegende Erfindung in einer breiten Vielfalt an Ausführungsformen, einschließlich anderer Typen von reflektierenden Polarisatoren, verwirklicht werden kann. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der bevorzugten Ausführungsformen, die hierin erörtert sind, umfassen. Daher soll diese Erfindung durch die Ansprüche und deren Entsprechungen definiert werden.

Claims

Reflektierender Polarisator, der Licht mit einer Polarisation transmittiert und Licht mit einer anderen Polarisation reflektiert, wobei der reflektierende Polarisator für Licht mit einem Einfallswinkel von 45 Grad eine Bandkante außeraxialer Farbe (OAC) im roten Spektralbereich von mindestens 600 nm aufweist und für Licht, das parallel zur Extinktionsachse polarisiert ist, bei senkrechtem Einfall eine mittlere Transmission von 400 bis 800 nm von weniger als etwa 12 % aufweist, wobei die OAC-Bandkante im roten Spektralbereich als eine Wellenlänge definiert ist, bei der das Reflexionsvermögen für die Transmissionsachse bei nichtsenkrechtem Einfall für p-polarisiertes Licht von einem Basiswert auf 10 Prozent eines OAC-Spektrum-Spitzenreflexionswertes ansteigt.
Reflektierender Polarisator nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Polarisator ein mehrschichtiger reflektierender Polarisator ist.
Reflektierender Polarisator nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Polarisator ein cholesterischer reflektierender Polarisator ist.
Reflektierender Polarisator nach Anspruch 1, wobei das Extinktionsspektrum bei senkrechtem Einfall eine Bandkante im roten Spektralbereich von mindestens 800 nm aufweist.
Flüssigkristallanzeigesystem, aufweisend den reflektierenden Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Flüssigkristallanzeigesystem nach Anspruch 5, wobei das Flüssigkristallanzeigesystem ein von hinten beleuchtetes Flüssigkristallanzeigesystem ist.
Flüssigkristallanzeigesystem nach Anspruch 5, wobei das Flüssigkristallanzeigesystem ein reflektierendes Flüssigkristallanzeigesystem ist.
Flüssigkristallanzeigesystem nach Anspruch 5, wobei das Flüssigkristallanzeigesystem ein transflektives Flüssigkristallanzeigesystem ist.