光学器件制造技术

本发明专利技术涉及利用各向异性吸收作用和／或旋光性和／或双折射作用形成和／或变换偏振的电磁辐射的光学器件，它可用作不同（二向色的、反射的）的起偏器、延迟层（延迟器）、液晶显示器（ＬＣＤ）和指示器，也可用来制造房屋建筑用的偏振玻璃以及制造防晒和防眩玻璃、面罩（ｍａｓｋ）、防护物和面板。本发明专利技术光学器件基于至少一层低分子量或低聚物二向色材料的分子取向层，所述二向色材料可形成稳定的易溶液晶结构。至少在电磁辐射波长的一些范围内，二向色材料分子的至少一段各向异性片段在光学转换偶极矩的分子取向层表面上的投影平行于分子取向层的光轴。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域，即利用各向异性吸收作用和/或旋光性和/或双折射作用形成和/或变换偏振的电磁辐射的光学器件。本光学器件可用作各种类型(二向色的、反射的)的起偏器、相位延迟层或涂层(延迟器)、液晶显示器(LCD)和指示器、信息显示设备、制造光学仪器、制造房屋建筑用的偏振玻璃、照明设备以及制造防晒和遮光玻璃、面罩(mask)、防护物、护目镜、极化图像(polarization picture)、广告、商标或证券的防伪标志。相关技术的描述当前，为了把未偏振的电磁辐射(如可见光)变成偏振光，广泛使用由二向色起偏器组成的光学器件，所述二向色起偏器的工作原理基于一个偏振组件进行透射，而另一个组件进行吸收。目前最常用的二向色起偏器由拉伸聚合物薄膜制成，所述聚合物薄膜优选由用碘化合物或有机染料染色的聚乙烯醇(PVA)形成(参见美国专利5340504)。在所述二向色起偏器中，电磁辐射的各向异性吸收由染料或PVA-碘配合物的二向色发色团提供，该染料或配合物沿着拉伸方向的长轴取向，因此平行于二向色起偏器的光轴。PVA基碘染料起偏器具有高的偏振性能，且广泛用于制造显示器、手表、计算器、监视器、笔记本等用的LCD。基于PVA的未着色的单轴拉伸聚合物膜可用作相位延迟层、薄膜或波片(延迟器)。名为相位延迟层或延迟器(我们为了简明还会使用这个名字)的光学器件目前可用来提高对比度和扩大LCD的可视角，以及用于其它偏振光学器件(偏振计、光学纤维)中。延迟器的参数值根据器件的用途而变化。基本的延迟器参数是在法线方向上的波片(薄膜或涂层)的延迟R，R的波长相关性和R的入射角相关性。延迟可表示为R＝Δn*d，其中Δn-在法线方向上的双折射(Δn＝ne-n0)，d-延迟器层的厚度。最著名的延迟器是四分之-波片(当R＝λ/4，其中λ-波长，如500纳米(nm))，设计成把线偏振光转换成圆偏振光，反之亦然；半波片(当R＝λ/2)，设计成旋转偏振光平面180°。目前，用在LCD中的延迟器基于PVA或聚碳酸酯(PC)的拉伸聚合物未着色薄膜，其延迟R为20-1000纳米。所有的延迟器至少对于比工作波长范围短的波长的光具有各向异性吸收。当以不同方位角倾斜时，所用的一些延迟器就具有不同的延迟相关性，所述以不同方位角倾斜例如是由分子定向偶极子(director)，从而是其发色团的不对称(倾斜)定位造成的。但是，已知的二向色起偏器和延迟器具有许多缺点-高成本和低热稳定性(～80℃)，多层结构和高厚度(一直到200微米(μm))，这导致产生了图像的重影、可视角的降低以及降低视频信息显示系统用的光学器件的物理机械性能，所述视频信息显示系统即LCD，其形式是装有两块平行玻璃板的平板池(cuvette)，玻璃板内表面上涂有如二氧化锡的光学透明电极。对具有电极的板表面进行处理，以提供所需的液晶(LC)分子的均匀取向，所述液晶分子在板表面附近和在LC薄膜体中。在均匀取向时，LC分子的长轴平行于取向方向，它们通常被选作互相垂直的。池部件用LC进行填充形成5-20微米厚(thik)的层之后，该层是活性介质，能在电场作用下改变光学性质(偏振旋转角的平面)。光学性质的变化记录在附于池的外表面上的下交的偏振光(polarize)中(参见L.K.Vistin，GVHO，1983，卷XXVII，2，141-148页)。在这种情况下，没有电压施加到电极上的显示区域转换光，看上去较亮，没有电压的显示区域看上去较暗。为了提高角性能，LCD可包含其它元件-延迟器。为了得到彩色图像，LCD应包括其它特殊层，这些层用染料着色，并形成为一些图像元件(标记(simbol)和游戏屏幕)或者形成为RGB或CMY型的彩色滤波基质(基质屏幕)，该基质可根据彩色滤波元件提供彩色光。已知光学器件一起偏器包括薄膜，所述薄膜包含至少1重量％的取向二向色染料，该薄膜是通过在含氟塑料取向层上施加成膜材料形成的(参见美国专利5751389)。所述起偏器具有小的厚度(从1纳米到5微米)和高的偏振性能(最大吸收区的二向色比不小于25)。所述器件和根据此器件的LCD的主要不足(美国专利5751389)是由于技术的复杂性造成的限制的起偏器尺寸(2.5×8厘米2)和高成本，因此很难实现大量生产，因为必须使用高真空来形成具有染料的取向薄膜以及高温(一直到300℃)和高压来形成含氟塑料取向层。最密切的
技术实现思路
是一种光学器件-二向色起偏器，它包括具有偏振涂层的基材，所述涂层包括分子取向薄层(0.1-1.5微米)，该取向层是由大量由通式{发色团}(SO3M)n的有机染料的超分子配合物形成的，其中M-H+、Li+、Na+、K+、Cs+、NH4+，发色团-染料的发色团体系，能够形成稳定易溶液晶相。因此，分子取向层是通过在基材表面涂覆基于所述有机染料的稳定易溶液晶(LLC)组合物得到的，涂覆的方法是同时施加剪切力并随后除去溶剂。偏振涂层(PC)给所述器件提供了高的热稳定性(200-300℃)，其小的厚度能使PC基器件作为制造宽视角LCD和LC指示器的内起偏器。所述二向色起偏器及基于其的LCD的主要缺陷是较差的偏振性能，从而不能使用在高分辨率的信息显示器件中。因此，对于上述二向色起偏器，最佳状态下的二向色比Kd＝D⊥/D‖等于25-30，相对Kd＝D⊥/D‖＝60-80的PVA基起偏器来说这是非常低的(D⊥-当测量起偏器的偏振平面的取向垂直于偏振光的偏振平面时的光学密度，D‖-当测量起偏器的偏振平面的取向平行于偏振光的偏振平面时的光学密度)。PC二向色起偏器(美国专利5739296)的低二向色比的原因是染料分子和发色团平面的取向垂直于光轴。即与作为正型(positive type)起偏器的碘起偏器不同，上述美国专利5739296中的器件涉及负型(negative type)二向色起偏器。负起偏器提供了较好角度LCD性能，但是具有较差的偏振性能，尤其是低二向色比(比正起偏器约低2倍)不能给LCD提供高的分辨率和对比度。专利技术概述本专利技术的目的是一种光学器件(起偏器、延迟器、LCD、指示器或其它器件)，它能更有效的形成和/或转换偏振的电磁辐射，也能保证技术简便，所述器件具有高热稳定性、耐光性和小厚度。这个目的是在一种光学器件的帮助下达到的，所述光学器件包括至少一层低分子量或低聚物二向色材料的分子取向层，所述低分子量或低聚物二向色材料能够形成稳定易溶液晶(LLC)相，其中在所述层平面上，二向色材料的至少一段各向异性吸收片段的跃迁偶极矩的投影优选平行于所述层的光轴，至少在电磁辐射的特定波长范围内其二向色比不小于35。术语“二向色材料”指能够至少在一些波长范围内各向异性吸收电磁辐射的物质。术语“光”指可见、近紫外(UV)和近红外(IR)波长范围的电磁辐射，即在250-300纳米到13微米的范围内。术语“染料”指能够强烈吸收并转换可见、近紫外和近红外波长范围内的电磁辐射的物质。术语分子取向层的“光轴”指在层平面内光学上选择的方向。在这里光轴与涂层方向一致。本专利技术的一个明显特征是使用二向色材料的分子取向层，所述二向色材料包含至少一种各向异性吸收片段，在所述层平面上，在使用基于PVA的碘起偏器的情况下，至少在电磁辐射的特定波长范围内，跃迁偶极矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学器件，它包括至少一层低分子量或低聚物二向色材料的分子取向层，该二向色材料能够形成稳定的易溶的液晶相，其特征在于对于二向色材料分子的至少一段各向异性片段来说，至少在特定的电子辐射波长范围内，跃迁偶极矩在所述层平面上的投影基本上平行于所述具有不小于３５二向色比的层的光轴。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊尔格冯汗，SV贝尔耶夫，GN沃罗泽索夫，ML库库什基娜，NV马里莫那科，NN马莎诺娃，EY什什基娜，OA塔毕娃，
申请(专利权)人：伊尔格冯汗，
类型：发明
国别省市：RU[俄罗斯]