DE4121861A1

DE4121861A1 - Gering absorbierender polarisator und herstellverfahren fuer einen solchen, sowie lichtquelle und displayvorrichtung mit einem solchen

Info

Publication number: DE4121861A1
Application number: DE4121861A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Kondo; Junichi Hirakata; Osamu Ito; Teruo Kitamura; Shuichi Ohara; Naoki Kikuchi; Masato Shimura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1992-01-16
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: KR940008668B1; DE4121861C2; US5157526A; KR920003072A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polarisator mit hoher Helligkeit sowie ein Herstellverfahren und Anwendungen eines solchen in einer Displayvorrichtung und einer Polari sationslichtquelle.

In einer bekannten LCD(= Liquid Crystal Display = Flüssig kristalldisplay)-Vorrichtung wird eine Polarisationsplatte mit dichroitischer Lichtabsorption (dichroitischer Polarisa tor) als Lichtpolarisationselement verwendet. Dabei wird das polarisierte Licht dadurch erhalten, daß der eine von zwei rechtwinklig zueinander polarisierten Lichtstrahlen durch geht, während der andere absorbiert wird. In diese zwei Polarisationsrichtungen kann unpolarisiertes Licht zerlegt werden, das von außen auf die Polarisationsplatte fällt und diese durchdringt. Da beim vorstehend beschriebenen Verfah ren eine Polarisationskomponente absorbiert wird, geht mehr als die Hälfte des Lichts verloren. Dementsprechend ist die maßgebliche Lichtdurchlässigkeit der derzeit im allgemeinen verwendeten Polarisationsplatte etwa 40%. Die Polarisa tionsplatte ist demgemäß der Flaschenhals in bezug auf die Helligkeitsausbeute bei optischen Geräten, bei denen es auf Helligkeit ankommt.

Zum Erzielen einer Anzeige mit hohem Kontrast durch Erhöhen des Polarisationsgrades (Erhöhen des Polarisiereffektes) der dichroitischen Polarisationsplatte ist es erforderlich, den absorbierten Anteil von Licht zu erhöhen, wodurch die Licht durchlässigkeit von Polarisationsplatten, wie sie in derzeit üblichen Vorrichtungen für Darstellung mit hohem Kontrast verwendet werden, noch weiter abnimmt. Diese Tendenz zur weiteren Abnahme wird insbesondere bei Farbdisplays deut lich. Um den Farbsättigungsgrad zu erhöhen, ist man gezwun gen, eine Polarisationsplatte mit geringer Lichtdurchlässig keit zu verwenden.

Aus JP-A-61-2 21 728 (1968) ist ein Versuch zum Verringern der Lichtverluste. wie sie bei Reflexion auftreten, bekannt, ge mäß dem die Anzahl von Grenzen verringert wird, indem die Polarisationsplatte als eines der Substrate einer Flüssig kristallzelle verwendet wird.

Weiterhin ist in JP-A-2-69 715 (1990) ein Verfahren vorge schlagen, das versucht, den Lichtverlust dadurch zu verrin gern, daß transmittierende und reflektierte Lichtstrahlen durch einen Strahlteiler in sich rechtwinklig schneidende polarisierende Lichtstrahlen aufgeteilt werden, die mit Hilfe einer Halbwellenlängenplatte dieselbe Polarisations richtung erhalten und dann durch Reflexion mit einem Spiegel in paralleler Richtung gesendet werden, wodurch der Polari sationsgrad erhöht wird, ohne daß Licht absorbiert wird.

Insoweit die dichroitische Polarisationsplatte derzeit in der Praxis verwendet wird, kann der Lichtverlust der Platte nicht verringert werden, wodurch verschiedene Probleme ent stehen.

Bei einer LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp, die natürliches Licht verwendet, besteht das Problem, daß eine weiße Anzeige nicht erhältlich ist, sondern wegen des Lichtverlusts an der Polarisationsplatte nur eine graue, selbst wenn das Display als helles Display ausgebildet ist. Bei einer LCD-Vorrich tung vom Transmissionstyp mit einer Lichtquelle besteht das Problem, daß ein Erhöhen der Leuchtdichte zum Erhalten aus reichender Helligkeit die aufgenommene Leistung erhöht und mehr Wärme erzeugt wird. Diese Probleme sind in Farbanzeige vorrichtungen, die Farbfilter benötigen, noch schwerwiegen der.

Das in JP-A-2-69 715 (1990) angegebene Verfahren erfordert optische Teile wie einen Strahlteiler, einen Reflexionsspie gel usw., und selbst beim Vergrößern der Vorrichtung ist es schwierig, eine großflächige Lichtquelle zu erhalten. Z. B. ist es schwierig, eine solche Lichtquelle für die Rücksei tenbeleuchtung einer LCD-Vorrichtung der Größe A5 zu verwen den. Dies gilt sowohl für den Typ mit direkter Betrachtung wie auch den Reflexionstyp.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Polarisator hoher optischer Durchlässigkeit, großer Fläche und geringer Dicke mit verringerter dichroitischer Absorption anzugeben, die der Hauptgrund für den Lichtverlust in optischen Bautei len wie einer LCD-Vorrichtung usw. ist.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Her stellverfahren für einen Polarisator anzugeben.

Eine weitere Aufgabe ist die, eine helle LCD-Vorrichtung an zugeben.

Eine vierte Aufgabe besteht darin, einen Polarisator und eine LCD-Vorrichtung mit erhöhter Helligkeit aber unverrin gertem Anzeigekontrast anzugeben.

Eine fünfte Aufgabe ist es, eine Polarisationslichtquelle mit einem Polarisator hoher optischer Durchlässigkeit und großer Fläche anzugeben, die eine Polarisationsplatte mit geringer optischer Absorption im Polarisator nutzt.

Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Display vorrichtung mit einer Polarisationslichtquelle der eben ge nannten Art anzugeben.

Die Erfindung ist für den Polarisator durch die Merkmale von Anspruch 1, für die LCD-Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 10, für das Herstellverfahren des Polarisators durch Anspruch 14, für die Polarisationslichtquelle durch die Merkmale von Anspruch 16 und für die LCD-Vorrichtung mit einer solchen Polarisationslichtquelle durch die Merkmale von Anspruch 18 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Als physikalische Phänomene zum Erzeugen polarisierten Lichts aus unpolarisiertem oder gering polarisiertem Licht sind folgende bekannt:

1. Doppelbrechung;
2. dichroitische Absorption;
3. Reflexion an einer dielektrischen Substanz.

Vorrichtungen zum Erzeugen polarisierten Lichts (also pola risierende Elemente oder Polarisatoren) auf Grundlage eines jeden der vorstehend genannten physikalischen Phänomene sind bekannt.

Ein doppelbrechender Polarisator erlaubt es, einen polari sierten Lichtstrahl dadurch auszustrahlen, daß Licht in einem optisch isomeren Medium in zwei polarisierte Licht strahlen getrennt wird. Ein Polarisator mit dichroitischer Absorption nutzt den Effekt, daß nur einer von mehreren po larisierten Lichtstrahlen absorbiert wird. Ein Polarisator wird in fast allen derzeitigen LCDs verwendet.

Licht, das in einer dielektrischen Substanz reflektiert wird, wird dann polarisiert, wenn der Auffallwinkel einen besonderen Wert (Brewsterwinkel) annimmt. Polarisatoren, die den vorstehend beschriebenen Effekt nutzen, können grob in reflektierende und transmittierende Polarisatoren unterteilt werden. Der erfindungsgemäße Polarisator nutzt das Phänomen der Doppelbrechung.

Für das Medium I wird ein Kristall hoher Doppelbrechung wir z. B. Calzit verwendet. Auch orientierte organische Polymere mit einer Struktur gemäß den folgenden Formeln können ver wendet werden (in denen n und m ganze Zahlen mindestens vom Wert 1 sind):

Was das Medium II betrifft, das nicht notwendigerweise eine so hohe Doppelbrechung wie das Medium I aufweisen muß, kön nen z. B. Filme aus Polycarbonaten, Polyester, Nylon und dergleichen verwendet werden. Sie müssen jedoch optische Aktivität aufweisen. Für beide Medium I und II werden orien tierte organische Hochpolymerfilme bevorzugt.

Ein Film mit den Medium I und II wird dadurch erhalten, daß die Medien abwechselnd aufeinander laminiert und miteinander verbunden werden, wodurch, wie weiter unten beschrieben, mehrere Schichten gebildet werden. Die Schichten werden zum Bilden des Films unter einem vorgegebenen Neigungswinkel ge schnitten. Zum Verbinden der Medien I und II miteinander ist es von Vorteil, wenn ein Medium II mit einer Kleberschicht mit vorgegebenem Brechungsindex als Oberflächenschicht ver wendet wird.

Die Erfindung und Vorteile und Wirkungen derselben werden im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausfüh rungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen erfin dungsgemäßen Polarisator.

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Polarisators von Fig. 1.

Fig. 3(a) und (b) sind Querschnittsbilder zum Erläutern der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Polarisators.

Fig. 4 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines anderen erfin dungsgemäßen Polarisators.

Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfin dungsgemäße LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp.

Fig. 6 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfin dungsgemäße LCD-Vorrichtung vom Transmissionstyp.

Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt durch einen weite ren erfindungsgemäßen Polarisator.

Fig. 8 ist ein schematischer Querschnitt einer weiteren er findungsgemäßen LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp.

Fig. 9 ist ein schematischer Querschnitt einer anderen er findungsgemäßen LCD-Vorrichtung vom Transmissionstyp.

Fig. 10 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen LCD-Vorrichtung mit einer Treiber schaltung.

Fig. 11(a) und (b) sind Zeichnungen zum Erläutern eines Her stellverfahrens für einen erfindungsgemäßen Polarisator.

Fig. 12 ist ein schematischer Teilquerschnitt durch eine Po larisationslichtquelle.

Fig. 13 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Polarisationslichtquelle von Fig. 12.

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung eines Overheadpro jektors mit einer erfindungsgemäßen Polarisationslichtquelle und

Fig. 15 ist eine schematische Darstellung eines Flüssigkri stallprojektors mit einer erfindungsgemäßen Polarisations lichtquelle.

Die Erfindung wird zunächst anhand von Fig. 3 erläutert. Eine Struktur besteht aus Medien I und II, die optisch aktiv sind. Sie sind gegeneinander laminiert und die Laminierebene ist gegenüber einer Grenzlinie AA′ des Polarisators (um einen Winkel Φ) geneigt. Es wird nun der Fall beschrieben, daß Licht unter beinahe rechtem Winkel auf die Grenze AA′ des Polarisators fällt.

Derartiges Licht durchdringt das Medium I und erreicht die Grenze zum Medium II. Wenn der Neigungswinkel Φ zur Grenze groß genug und der Brechungsindex n_II ausreichend klein ge genüber dem Brechungsindex n_I des Mediums I ist, wird das Licht total an der geneigten Grenze reflektiert, wie dies in Fig. 3(a) dargestellt ist. Das reflektierte Licht weitet sich genau in Vorwärtsrichtung aus und erreicht die Grenze zum Medium II′, wo das Licht wiederum ganz reflektiert wird. Anschließend durchdringt das Licht die Grenze BB′ und wird emittiert.

Die Gesamtreflexionsbedingung für diesen Fall ist durch fol gende Gleichung gegeben:

Φ<sin^-1(n_II/n_I) (1)

Wenn andererseits n_II größer ist als n_I oder die Differenz so klein ist, daß sie nicht der Totalreflexionsbedingung ge nügt, dringt Licht vom Medium I in das Medium II ein, wie in Fig. 3(b) dargestellt, woraufhin das Licht durch das Medium I′ durchdringt und abgestrahlt wird.

Wenn als Medium I ein solches mit Doppelbrechung verwendet wird, bei dem nur ein Brechungsindex die Totalreflexionsbe dingung erfüllt, und wenn angenommen wird, daß das Medium II optische Aktivität aufweist (hier bedeutet optische Aktivi tät die Eigenschaft, daß beim Einstrahlen und Durchstrahlen von polarisiertem Licht eine polarisierte Komponente erzeugt wird, deren Achse rechtwinklig zum einfallenden polarisier ten Licht steht), wird die polarisierte Lichtkomponente in dem auf den Polarisator fallenden Licht, die totalreflek tiert wird (Fig. 3(a)) ohne Änderung der Polarisationsrich tung abgestrahlt. Andererseits wird die durchgestrahlte Kom ponente des polarisierten Lichts (Fig. 3(b)) mit Änderung der Polarisationsrichtung abgestrahlt. Das heißt, daß das Licht mit derselben Polarisationsrichtung abgestrahlt wird, wie das totalreflektierte und abgestrahlte polarisierte Licht. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren kann der Polarisationsgrad des polarisierten Lichts erhöht werden, ohne daß die Lichtstärke durch Absorption verringert wird.

Um dafür zu sorgen, daß von zwei polarisierten Lichtstrah len, die sich einander rechtwinklig schneiden, der eine to talreflektiert wird der andere als polarisiertes Licht durchgestrahlt wird, muß die folgende Gleichung erfüllt sein:

sin^-1(n_II/n_I1)<Φ<sin^-1(n_II/n_I2) (1)

(wobei n_I1 und n_I2 das Maximum bzw. das Minimum der Bre chungsindizes des Mediums I bedeuten und n_I1 größer n_I2 gilt und n_II den Brechungsindex des Mediums II nahe einer Grenze der laminierten Schicht bedeutet).

Wie es aus Gleichung (1) hervorgeht, wird der zulässige Be reich für den Neigungswinkel um so größer, und die Grenze der Veränderungen in der Struktur des Polarisators wird um so weiter hinausgeschoben, je größer die Doppelbrechung Δ = (n_I1-n_I2) des Mediums I ist. Gleichzeitig verbreitert sich der Sichtbarkeitswinkel.

Vorstehend wurde die Wirkung auf Licht beschrieben, das in das Medium I einfällt, jedoch gilt diese Wirkung nicht für direkt in das Medium II einfallendes Licht. Wenn jedoch das Medium I ausreichend dick im Vergleich zum Medium II gemacht wird, kann fast das gesamte einfallende Licht in der vor stehend beschriebenen Weise verwendet werden, und es kommt zu einem beträchtlichen Effekt durch die vorliegende Erfin dung.

Wie es weiterhin aus der schematischen Zeichnung von Fig. 4 hervorgeht, werden dann, wenn die Dicke (Abstand p) sowohl des Mediums I wie auch II dünn genug im Vergleich zur Dicke (t) des Polarisators gemacht werden, beide Arten von Licht, also sowohl solches, das direkt auf das Medium II fällt, wie auch solches, das in das Medium II eingestrahlt wird, nach dem es zunächst auf das Medium I fiel, vielfach an den Gren zen zwischen den Medien I und II reflektiert (oder durchge strahlt). Durch Erhöhen der Anzahl von Malen, in denen Licht die Grenzen zwischen den Medien I und II in der vorstehend beschriebenen Weise erreicht, läßt sich der Polarisations grad erhöhen.

Obige Erläuterung gilt für den Fall, daß Licht unter rechtem Winkel auf den Polarisator fällt, jedoch wird derselbe Ef fekt mit Licht erhalten, das schräg einfällt, solange die Bedingungen für Totalreflexion und Transmission erfüllt sind, wie sie durch Fig. 3 dargestellt sind. Zum Beispiel gilt für den Fall eines LCD (Liquid Crystal Display = Füssigkristall display)-Geräts, daß dann, wenn sowohl die Lichtquelle wie auch das Flüssigkristallpanel jeweils eine große Fläche auf weisen und schräg betrachtet werden, die Anzeige genug Kon trast aufweist, solange die in Fig. 3 dargestellten Bedin gungen für Totalreflexion und Transmission erfüllt sind.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen kon kret beschrieben.

(Ausführungsbeispiel 1)

Ein Polarisator mit hoher optischer Transmission, wie er das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, ist in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt. Fig. 1 ist ein Teil einer schemati schen Seitenansicht eines plattenförmigen Polarisators. Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Polari sators, und Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch den vergrößerten Polarisator.

Der Polarisator ist aus den Medien I und II zusammengesetzt, die unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen und mit schrägen Grenzflächen gegeneinander laminiert sind. Das Medium I besteht aus Calzit, der für optische Zwecke poliert ist; die optische Achse des Mediums I steht rechtwinklig zur Papierfläche. Der Brechungsindex des Mediums I für außer ordentliches Licht ist n_I1=1,486, während der für ordent liches Licht n_I2=1,658 ist. Das Medium II besteht aus einem langgestreckten Film aus Polycarbonat und einem Kleb stoff (Kanadabalsam). Die Brechungsindizes des Polycarbo nats für außerordentliches bzw. ordentliches Licht sind N_I1=1,590 bzw. n_I2=1,585, der Brechungsindex des Klebstoffs ist n_III1=1,550, so daß alle Brechungsindizes kleiner sind als der Brechungsindex n_I2 des Mediums I. Der Einfallswinkel ist 75° und die Dicke des Polarisators 10 mm. Als Lichtquel le wurde eine plane Lichtquelle aus stabförmigen Leucht stoffröhren und Photoleitern aus Acrylharz verwendet.

Wie in Fig. 3 dargestellt, fällt Licht, das auf die Grenze AA′ des Polarisators rechtwinklig auftrifft, unter einem Einfallswinkel Φ auf die Grenze zwischen den Medien I und II. Da hierbei das ordentliche Licht die Bedingung für To talreflexion erfüllt, nicht jedoch das außerordentliche Licht, wird das ordentliche Licht totalreflektiert (Fig. 3a) und nur das außerordentliche Licht wird in das Medium II eingestrahlt (Fig. 3b). Hierbei ist der Polycarbonatfilm als das Medium II so angeordnet, daß die Lichtachse unter bei nahe 45° zur Papierebene steht. Die Dicke ist so gewählt, daß die Platte als Halbwellenlängenplatte auf das einfallen de und weitergeleitete Licht wirkt. Das heißt, daß die Pha sendifferenz dΔn so eingestellt ist, daß sie 0,275 µm beim Durchdringen durch das Medium II entspricht (d ist die Länge des optischen Pfads). Dementsprechend wird die Polarisa tionsrichtung beim Durchstrahlen des Mediums II um etwa 90° gedreht. Beim Ausführungsbeispiel wurde ein anorganischer Kristall (Calzit) als Medium I verwendet, jedoch ist es gleichgültig, ob das Medium I organisch oder anorganisch ist, solange die Substanz optische Eigenschaften aufweist, durch die der Effekt der Erfindung realisiert wird. Wie für das Medium II kann ein langgestreckter Hochpolymerfilm ver wendet werden.

Die Dicke des Polarisators von 10 mm ist erheblich dicker als diejenige herkömmlicher dichroitischer Polarisations platten von höchstens 1 mm, jedoch ist es auch möglich, den Polarisator insgesamt dünn auszugestalten, wenn mehrere dün ne gestreckte Hochpolymerfilme usw. laminiert werden.

In Fig. 1 ist ein flacher ebener Polarisator dargestellt, jedoch muß er nicht flach sein, sondern er kann, abhängig von der Anwendung z. B. auch in Form einer gebogenen oder kugeligen Fläche vorliegen.

(Ausführungsbeispiel 2)

Ein anderes Ausführungsbeispiel zum Lösen der ersten Aufgabe der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt.

Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 ist das Verhältnis (p/t) des Abstandes (p) der Medien zur Dicke (6) des Polari sators bemerkenswert klein (<1). Es ist t=5 mm und p=0,5 mm.

Das Material für das Medium I ist ein hochpolymerer Flüssigkristall, der durch Polymerisieren einer Flüssigkri stallverbindung folgender Struktur durch Bestrahlen mit ultraviolettem Licht erhalten wurde:

Das Verfahren zum Orientieren der hochpolymeren Substanz weist folgende Schritte auf:

- Einfügen der flüssigkristallinen Verbindung zwischen Glas substrate, die gerieben wurden;
- Heizen auf 80°C, damit die Verbindung die nematische Flüssigkristallphase annimmt;
- Verfestigen der Verbindung durch Photopolymerisation durch Einstrahlen ultravioletten Lichts und Aufrechterhalten der Temperatur von 80°C; und
- Erhalten des gleichförmig orientierten Films.

Anschließend wird der Film vom Glassubstrat abgezogen und laminiert.

Die Brechungsindizes des erhaltenen Films sind 1,72 für außerordentliches und 1,49 für ordentliches Licht. Was das Medium II und den Klebstoff angeht, wurden dieselben Mate rialien wie beim Ausführungsbeispiel I verwendet. Der Nei gungswinkel Φ an der Grenze zur Kleberebene war 70°.

Polarisatoren gemäß den Ausführungsbeispielen 1 und 2 weisen Helligkeiten auf, die etwa das 1,5fache herkömmlicher Pola risatoren sind.

(Ausführungsbeispiel 3)

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für ein helles Flüssigkristalldisplay als vierter Gegenstand der Erfindung erläutert.

Fig. 5 ist eine schematische Zeichnung, die ein Ausführungs beispiel der Vorrichtung für ein Flüssigkristalldisplay vom Reflexionstyp zeigt. Licht 11 fällt zunächst auf einen er findungsgemäßen Polarisator und wird beim Durchstrahlen in polarisiertes Licht mit erhöhtem Polarisationsgrad gewandelt bei geringer Schwächung durch Absorption, und anschließend fällt das Licht auf das Flüssigkristallpanel 8, woraufhin es von einer Reflexionsplatte 9 reflektiert wird und als re flektiertes Licht 12 zurückgestrahlt und schließlich emit tiert wird.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung für ein Ausfüh rungsbeispiel einer Vorrichtung für ein Flüssigkristalldis play vom Transmissionstyp. Der Polarisator ist zwischen der Lichtquelle 14 und dem Flüssigkristallpanel 8 angeordnet. Licht 16 von der Lichtquelle wird zunächst in einem Licht leiter 15 so reflektiert, daß es zunächst auf den Polarisa tor 7 fällt, und es wird dann beim Durchstrahlen in polari siertes Licht mit erhöhtem Polarisationsgrad bei geringem Absorptionsverlust, wie im Fall der Vorrichtung für ein Flüssigkristalldisplay vom Reflexionstyp, gewandelt, und an schließend fällt es auf das Flüssigkristallpanel 8.

Wenn als Polarisator 7 ein solcher gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel verwendet wird, kann die Leistung der Licht quelle um 30% erniedrigt werden, wenn dieselbe Helligkeit erzielt werden soll wie unter Verwendung eines herkömmlichen Polarisators.

(Ausführungsbeispiel 4)

Es wird nun das Ausführungsbeispiel eines Polarisators er läutert, der zusätzlich zu erhöhter Helligkeit auch erhöhten Kontrast aufweist. Es handelt sich um das vierte Beispiel der Erfindung.

Wie aus der schematischen Darstellung von Fig. 7 ersicht lich, ist eine dichroitische Polarisationsplatte 13 mit einem Polarisator 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu sammen laminiert. Die Polarisationsachse 19 des durch den Polarisator 7 gestrahlten Lichts und die Transmissionsachse 17 der dichroitischen Polarisationsplatte 13 sind parallel. Die dichroitische Polaristionslatte 13 ist der Lichtquelle gegenüber angeordnet, unabhängig davon, ob natürliches Licht von außen oder eine angefügte Lichtquelle verwendet wird.

Die Fig. 8 und 9 sind schematische Zeichnungen für eine LCD- Vorrichtung vom Reflexionstyp bzw. vom Transmissionstyp. Diese LCD-Vorrichtungen benutzen einen Polarisator 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der mit einer dichroiti schen Polarisationsplatte 13 zusammengefügt ist. Eine sche matische perspektivische Darstellung einer LCD-Vorrichtung mit Treiberschaltung ist durch Fig. 10 gegeben.

Eine Flüssigkristallzelle verfügt über einen Flüssigkri stall 10, der zwischen durchsichtigen Substraten 29 und 29′ gehalten wird, von denen jede durchsichtige Elektroden 27 bzw. 27′ aufweist. Außerhalb der Flüssigkristallzelle sind der erfindungsgemäße Polarisator 7 und die dichroitische Polarisationsplatte 13 angeordnet. Die durchsichtigen Elek troden 27 und 27′ werden durch die Treiberschaltungen 28 bzw. 28′ angesteuert und entsprechend einem darzustellenden Muster durchgetastet. Der Flüssigkristall wird dadurch be einflußt, daß eine Spannung an ihn angelegt wird. Die Anzei ge erfolgt durch Licht, das von der Unterseite des Polarisa tors 7 her durchgestrahlt wird.

Als LCD-Typen sind z. B. der Super-TN-Typ, der TFT-Typ, der Typ mit einem Flüssigkristall mit hoher Dielektrizitätskon stante, der superhomöotrope Typ usw. bekannt, jedoch ist die Erfindung auf alle Typen anwendbar, die einen Polarisator nutzen.

Vom Licht einer Lichtquelle, die den erfindungsgemäßen Pola risator nutzt, geht nur sehr wenig verloren. Die Lichtquelle kann daher z. B. als Beleuchtungseinrichtung für die Front strahler von Fahrzeugen verwendet werden. Wenn bei Front strahlern z. B. die Polarisationsrichtung um 45° nach rechts geneigt ist und der Fahrer eine Polarisationsbrille (mit di chroitischer Absorption) trägt, die nur das polarisierte Licht mit derselben Polarisationsrichtung durchläßt, wird die von einem entgegenkommenden Fahrzeug erkennbare Licht menge erheblich verringert, was die Fahrsicherheit erhöht. Derselbe Effekt wird erhalten, wenn ein dichroitischer po larisierter Film mit derselben Polarisationsrichtung wie ihn die Polarisationsbrille aufweist, an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs befestigt wird, anstatt daß eine Polarisa tionsbrille getragen wird.

Derselbe Effekt wird erhalten, wenn ein dichroitischer Po larisationsfilm am hinteren Fenster oder einem Seitenspiegel angebracht wird. Besonders dann, wenn aufeinanderfolgende Fahrzeuge Frontlichter vom selben Typ verwenden, läßt sich Blenden weitgehend vermeiden, wenn Polarisationsrichtungen gewählt werden, die um 45° nach rechts bzw. links stehen.

Der erfindungsgemäße Polarisator kann nicht nur für eine LCD-Vorrichtung, sondern auch z. B. als optischer Akzeptor für einen Polarisationsdetektor verwendet werden.

(Ausführungsbeispiel 5)

Es wird nun ein Herstellverfahren für ein drittes Ausfüh rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polarisators erläu tert.

Das Medium I und das Medium II werden aufeinander laminiert und aufgewickelt, wie in Fig. 11(a) dargestellt. Die Schich ten haften aufeinander und werden verfestigt, um den lami nierten walzenförmigen Körper 2 zu bilden, wie er in Fig. 11(b) dargestellt ist.

Anschließend wird die Walze entlang von Schnittebenen 30, 30′ geschnitten, die so gewählt sind, daß sie einen vorgege benen Winkel (Φ) mit der Grenze zwischen den Medien I und II bilden. Dabei wird der Schnitt so ausgeführt, daß die Scher kraft mit der Richtung der optischen Achse 4 übereinstimmt. Durch einen Schnitt auf diese Weise kann Verformen der opti schen Achse durch die Scherkraft weitgehend vermieden wer den.

Wenn ein solcher Polarisator bei einer LCD-Vorrichtung ver wendet wird, kann erhöhte Helligkeit erzielt werden.

(Ausführungsbeispiel 6)

Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen als sechstes Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung eine polarisierte Lichtquelle mit hohem Wirkungsgrad durch Verwenden des Polarisators mit hoher Lichtdurchlässigkeit. Die Polarisationslichtquelle verfügt über eine Lichtquelle, die unpolarisiertes Licht oder geringfügig polarisiertes Licht aussendet, sowie über einen Polarisator zum Erhöhen des Polarisationsgrades.

(Ausführungsbeispiel 7)

Fig. 14 stellt ein Beispiel für einen Overheadprojektor dar, der eine erfindungsgemäße Polarisationslichtquelle nutzt. Die Polarisationslichtquelle 10 ist im unteren Teil des Pro jektorgehäuses angebracht. Ihr Licht durchstrahlt ein Flüs sigkristallpanel 11, eine Vergrößerungslinse 12 und einen Reflexionsspiegel 13 und wird auf einen Schirm 14 proji ziert. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Projektor der selben Helligkeit ist der Leistungsbedarf um 30% verrin gert.

Abhängig vom Anwendungsfall kann die Projektion auch anders vorgenommen werden, z. B. so, daß die polarisierte Licht quelle im oberen Teil des Projektors angeordnet ist und ein Flüssigkristallpanel mit polarisiertem Licht bestrahlt, das unterhalb der Polarisationslichtquelle angeordnet ist. Das durch das Flüssigkristallpanel durchgestrahlte Licht wird mit Hilfe der Vergrößerungslinse 12 und des Reflexionsspie gels 13 projiziert.

In Fig. 15 ist ein Flüssigkristallprojektor dargestellt, der dieselbe erfindungsgemäße Polarisationslichtquelle nutzt wie der Overheadprojektor. In diesem Fall kann, ebenso wie beim Overheadprojektor, 30% an Energie für die Lichtquelle im Vergleich zur Verwendung eines herkömmlichen Flüssigkri stallprojektors eingespart werden.

Die erfindungsgemäße Polarisationslichtquelle weist hohe Durchlässigkeit für das Ursprungslicht auf. Daher kann bei selber Helligkeit wie bei einer herkömmlichen Lichtquelle die Leistungszufuhr beträchtlich verringert werden, was den weiteren Vorteil des Erhöhens der Lebensdauer der Lichtquel le nach sich zieht.

Claims

1. Gering absorbierender Polarisator, gekennzeichnet durch

- ein Medium (I), das doppelbrechend ist, um Licht mit zwei oder drei Polarisationsmoden zu erzeugen, die unterschied liche Brechung erfahren; und
- ein Medium (II), das optisch aktiv ist und eine Oberfläche oder eine Oberflächenschicht aufweist, deren Brechungsindex kleiner ist als der größte Brechungsindex unter den zwei oder drei Brechungsindizes des Mediums I,;
- wobei die Medien (I) und (II) abwechselnd aufeinander la miniert sind, um eine Mehrzahl von Schichten zu bilden; und
- wobei die Grenzen der laminierten Schichten unter einem solchen Winkel (Φ) angeordnet sind, daß vom Licht, das in das Medium (I) strahlt, solches einer der Polarisationsmoden an der Grenze zwischen den Medien I und II totalreflektiert wird und Licht einer anderen Polarisationsmode im wesent lichen durch das Medium II durchdringt.

2. Polarisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel Φ zwischen der Einfallsrichtung des Lichts in das Medium I und den Grenzen der laminierten Schichten folgender Gleichung (1) genügt: sin^-1(n_II/n_I1)<Φ<sin^-1(n_II/n_I2) (1)wobei n_I1 und n_I2 der maximale bzw. minimale Brechungsindex des Mediums I sind und n_I1<n_I2 gilt und n_II der Brechungs index des Mediums II nahe den Grenzen der laminierten Schichten ist.

3. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium II aus einer Schicht (IIa) mit vorgegebenem Brechungsindex und optischer Aktivität so wie einer Kleberschicht (IIb) mit einem vorgegebenen Bre chungsindex und Haftfestigkeit besteht.

4. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Mediums I dicker ist als die Schicht des Mediums II.

5. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium I und/oder das Medium II orientierte organische Hochpolymerschichten sind.

6. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium I ein flüssigkristalliner Hochpolymerfilm ist.

7. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine dichroitische Polarisationsplat te (13) aufweist, deren optisch durchlässige Achse so ange ordnet ist, daß sie im wesentlichen parallel zur Polarisa tionsrichtung des aus dem Polarisator ausgestrahlten Lichts steht.

8. Gering absorbierender Polarisator, dadurch gekennzeich net, daß er wie folgt aufgebaut ist und wie folgt arbeitet:

- mindestens zwei Medien (I und II) miteinander laminiert sind;
- mindestens eines der Medien (I) Doppelbrechung aufweist;
- mindestens das andere Medium (II) optisch aktiv ist;
- unpolarisiertes oder wenig polarisiertes Licht, das von außen einfällt, in zwei oder drei polarisierte Lichtstrahlen unterteilt;
- Licht mindestens einer Polarisationsrichtung ohne Trans mission durch das optisch aktive Medium abgestrahlt wird;
- Licht mindestens einer anderen Polarisationsrichtung nach Transmission durch das optisch aktive Medium abgestrahlt wird; und
- Licht der beiden Polarisationsrichtungen synthetisiert wird.

9. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der laminierten Schichten unter einem solchen Winkel angeordnet sind, daß Licht einer Polarisationsrichtung, das durch das Medium I durchstrahlt, an der Grenze zwischen den Medien I und II reflektiert wird, während Licht einer anderen Polarisationsrichtung das Medium II durchstrahlt, und die Filmdicke des Mediums I so gewählt wird, daß das reflektierte Licht mehrfach während seines Durchgangs durch den Polarisator reflektiert wird.

10. LCD(= Liquid Crystal Display = Flüssigkristalldisplay)- Vorrichtung mit:

- einem leitenden Film;
- einem Paar von Substraten, von denen mindestens eines durchsichtig ist;
- einem Flüssigkristallpanel (8) mit einer Flüssigkristall schicht zwischen dem Substratpaar;
- einer Polarisationseinrichtung (7) für Licht, das auf das Flüssigkristallpanel fällt; und
- einer Treibereinrichtung (28, 28′) zum Treiben der Flüs sigkristallschicht durch Spannungszufuhr zum leitenden Film; dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung eine solche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.

11. LCD-Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die Polarisationseinrichtung (7) und ein optischer Reflektor (9) zu beiden Seiten des Flüssigkristallpanels (8) angeordnet sind.

12. LCD-Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß eine dichroitische Polarisationsplatte (13) an die Polarisationseinrichtung (7) laminiert ist und letztere so angeordnet ist, daß die dichroitische Polarisationsplatte dem Flüssigkristallpanel (8) gegenübersteht.

13. LCD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine dichroitische Polarisa tionsplatte (13) an die Polarisationseinrichtung (7) lami niert ist und die Polarisationseinrichtung und ein optischer Reflektor zu den beiden Seiten des Flüssigkristallpanels (8) angeordnet sind.

14. Verfahren zum Herstellen eines Polarisators, gekenn zeichnet durch folgende Schritte:

- Herstellen eines Laminatkörpers durch abwechselndes Lami nieren und aneinander Befestigen zweier Medien I und II, von denen das Medium I Doppelbrechung aufweist, um mit unter schiedlichen Brechungsindizes zwei oder drei Polarisations moden zu erzielen, und das Medium II optische Aktivität auf weist, eine vorgegebene Dicke hat und über eine Oberfläche oder eine Oberflächenschicht verfügt, deren Brechungsindex geringer ist als der größte Brechungsindex von den zwei oder drei Brechungsindizes des Mediums I;
- Herausschneiden von Scheiben vorgegebener Dicke aus dem Laminatkörper unter einem Winkel, der in solcher Weise vor gegeben ist, daß die Grenzen des Laminatkörpers einen sol chen Winkel einnehmen, daß polarisiertes Licht der einen Mo de, das durch das Medium I dringt, an der Grenze zwischen den Medien I und II reflektiert wird und Licht der anderen Polarisationsmode im wesentlichen durch das Medium II durch dringt;
- ein Film erzeugt, in dem die Medien I und II streifenför mig angeordnet sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die Medien I und II für Orientierung behandelte organi sche Hochpolymere verwendet werden und beide Medien zusam mengefügt werden.

16. Polarisationslichtquelle mit:

- einer Lichtquelle (2), die nicht oder nur geringfügig po larisiertes Licht erzeugt; und
- einem Polarisator (1), der das Licht empfängt und hochpo larisiertes Licht ausgibt;

dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein solcher ge mäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.

17. Polarisationslichtquelle mit:

- einer Lichtquelle (2), die nicht oder nur geringfügig po larisiertes Licht erzeugt; und
- einem Polarisator (1), der das Licht empfängt und hochpo larisiertes Licht ausgibt; dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein solcher ge mäß Anspruch 8 ist.

18. Anzeigevorrichtung mit:

- einer Polarisationslichtquelle (10) und
- einer Einrichtung zum Fokussieren des durch eine LCD-Vor richtung erzeugten Bildes auf einen Schirm (14);

dadurch gekennzeichnet, daß

-die Polarisationslichtquelle eine solche gemäß Anspruch 16 ist und
- die Einrichtung zum Fokussieren des Bildes so arbeitet, daß sie das polarisierte Licht von der Polarisationslicht quelle sammelt und es durch die LCD-Vorrichtung leitet.