CN1095164A - 胆甾型偏振器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种宽带胆甾型偏振器，以及制造 这种偏振器的方法。所说偏振器包括具有胆甾型排 列的聚合材料旋光层，所说材料的定向使分子螺旋线 的轴横跨该层延伸。按照本发明，偏振器的特征在于 该层中分子螺旋线的螺距变化使得最大螺距和最小 螺距之差至少达100nm。最好将该旋光层设在基片 上，该基片能使圆偏振光转变成线偏振光。还描述了 制造这种宽带偏振器的三种方法。

Description

本发明涉及一种胆甾型偏振器，它包含具有胆甾型排列状态的聚合材料的旋光层，该材料的定向方式是使分子螺旋线的轴横向于该层而延伸。本发明也涉及制造这种偏振器的方法。本发明还涉及一种包括电光源插座，反射器和这样的一种胆甾型偏振器的照明装置，其中的偏振器最好带有四分之一波片。
偏振器用来将非偏振光转变成偏振光。迄今，所谓的“偏振片”一直被用于这个目的。当所说偏振片受非偏振光照射时它们能让光的两种正交的线偏振成分之一透过，而其它的成分被吸收在该偏振器中。这样的偏振器有缺点，在最佳条件下，最多也只有50%的入射光量转变成偏振光。因此，这种形式的偏振器的效率比较低。另一个缺点涉及非透过成分的吸收。这可能导致偏振器显著地发热，而引起偏振器偏振特性的不希望有的改变，而在高强度入射光下，甚至可能导致偏振器的毁坏。
借助胆甾型偏振器将非偏振光极有效的转变成偏振光是可能的。这种偏振器包含一种胆甾型（即手性向列型的）材料的旋光层。在这种类型的液晶材料中，手性分子具有使它们自发地呈现类似螺旋形或螺旋线的结构。将这样的一种混合物作成薄的，夹在两平行基片之间的旋光层之后，所说的螺旋线结构就以该螺旋线轴对该旋光层横向延伸的方式而定向。如果在基片的彼此相对的表面上设置所谓的定向层则可获得螺旋线的更佳定向。若这种偏振器受一束非偏振光辐照，则光的那些与螺旋线的（右旋或左旋的）方向和螺距“相容”的部分被反射，而剩下的光被透射。利用反射镜，可使反射光的“相容”偏振倒转，之后，使所说的“不相容”偏振的光再射到该偏振器上。从理论上说，用这种方法并采用这种类型的偏振器，可将具有“相容”波长的入射非偏振光100%的转变成圆偏振光。
这样的一种胆甾型偏振器可从Maurer等人发表在SID    90    Digests，1990，pp.110-113的题目为“Polarizing    Color    Filters    Made    From    Cholesteric    LC    Silicones”的文章中了解到。在该文章中给出了一种胆甾型偏振片，它的旋光层由具有胆甾型排列以硅氧烷为基础的聚合材料构成。通过使处在两玻璃基片之间的手性硅氧烷单体和向列液晶型硅氧烷单体的混合物定向来制造出该层，之后借助紫外光使它们聚合成旋光层。聚合材料中两种单体的比例控制着分子螺旋线的螺距及与此相关的反射波长（＝反射光的颜色）。螺距p如波长λ之间的比例关系由公式λ＝1/2（n′+n″）p给出，这里n′和n″分别为聚合材料的非常折射率和正常折射率。
这种已知的胆甾型偏振器的一个严重缺点是偏振光的带宽△λ大大小于可见光谱的带宽。其带宽由公式△λ＝λ·△n/
Figure 941017710_IMG2
决定，这里△n＝n′-n″代表该层的双折射，而
Figure 941017710_IMG3
＝（n′+n″）/2代表平均折射指数。光谱在可见区的带宽主要由胆甾型材料的双折射所控制。提高所说双折射的可能性相对地受到限制。实践中已发现，△n小于0.3，所以相应的带宽小于100nm。通常，带宽的数值范围在30和50nm之间。这样小的带宽对许多应用是成问题的。实践中，要求至少有100nm的带宽，而最好要有150nm的带宽或更宽。尤其是，覆盖可见光谱重要部分的带宽对产业应用说来是十分感兴趣的。
上述文章中的这个已知问题是通过采用许多具有不同反射波长的旋光层构成的偏振器来克服的。以这种方法，可以获得具有300nm带宽的，基本上覆盖整个可见光谱区的偏振器。但是，这种解决问题的方法有一系列严重缺点。首先，由于胆甾型物质典型的误差使得由多旋光层构成的胆甾型偏振器的光品质迅速恶化。所说误差尤指所谓的“聚焦成锥状的”光斑线，“格朗吉恩（Grandjean）”光斑线和平面分子序的消失。其次，这样一种组合的偏振器的厚度也成问题。因为单层厚度最小不会小于6微米，所以这样的组合偏振器具有近似20微米的最小厚度。这样厚度的光学层，使偏振器变得过份地依赖于观察角。
本发明的目的在于提供一种克服了上述缺点的偏振器。本发明的目的尤其在于提供一种紧凑的，结构简单的而能以简单方法制造的偏振器。这种预期的偏振器的带宽应该比已知偏振器的带宽大，而且最好应包括可见光谱的主要部分。本发明的目的还在于提供一种有效地，成本效益高的偏振器的制造方法，以及包含这样一种偏振器的照明装置。
本发明的上述和其它目的是通过在开头段落提到的那种类型的偏振器来实现的，按照本发明，这种偏振器的特征是层中的分子螺旋线的螺距以这样一种方式变化而使最大螺距和最小螺距之差至少为100nm。
在已知的单层胆甾型偏振器中跨过旋光层的螺距实际上是不变的。因本发明偏振器的旋光层中的螺距变化，而能实现至少160nm的带宽。如下面将要说明的，具有超过250nm带宽的偏振器已被制造出来，这种偏振器的带宽实际上覆盖了整个可见光谱区（400-640nm）。这样的带宽对许多应用是足够的。而因本发明的偏振器仅仅包含一个旋光层，因此不存在上述的已知的多层偏振器的缺点。
按照本发明的优选实施例，这种有创造性的偏振器的特征在于分子螺旋线的螺距实际上是从在该层的一表面上的最小值连续地增加到在该层的另一表面上的最大值。借助这种特殊构型获得的胆甾型材料的螺旋结构，从与该层垂直的方向看来是逐步改变的。这消除了光学层中材料应力的存在而对所说层的强度产生有利的影响。
根据本发明的偏振器的另一个适宜的实施例，其特征在于聚合材料形成一种三维网络。由这种三维网络组成的旋光层是格外牢固的。实践中它们可适于作为自承的偏振薄膜使用。就是说，所说的旋光层不必带有基片。在这种胆甾型偏振器制造出来之后，可将作为定向和聚合所需用的基片去掉。这对于偏振器的紧凑性具有良好的影响。而且，已经发现这种特殊类型的偏振器具有使偏振特性受温度的影响极小的附加优点。
根据本发明的胆甾型偏振器的另一个有意义的实施例，其特征在于旋光层是设置在伸张的人造树脂薄膜基片上，薄膜的伸张程度和厚度选择使薄膜的光学延迟接近该偏振器工作时所反射谱带波长的0.25倍。
通过胆甾型偏振器的光是圆偏振的。对许多应用说来希望出射光是线偏振而不是圆偏振的。在这时，根据最后所述的优选实施例的偏振器是装在一伸张的合成树脂薄膜基片上的。由于基片是沿一个方向在平面中受拉伸的，因此，在所说方向与平面的垂直于伸张方向的折射率是不同的。可以按这样一种方法来选择薄膜的折射率差和厚度以使这些量（光学延迟）的乘积实际上与偏振器所反射带宽（的中心）波长的0.25倍相对应。结果，这种基片就充当将圆偏振光转变成线偏振光的四分之一波片。人造树脂薄膜可以由诸如，由聚对苯二酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚乙烯酮或聚丙烯来制造。
如果本发明的偏振器是构成一自承层，则可将所说的层直接装在这样的一种拉伸的人造树脂膜的基片上，该基片可以充当偏振器的附加支承。由于这样一种偏振器不必装有独立的基片，因此以这种方法而获得了一种紧凑的“线偏振器”。但是，在旋光层的制造中，事先将拉伸的人造树脂薄膜作为基片也是可能的。这样做的好处是容易制造。
根据本发明胆甾型偏振器的另一个有用的实施例，其特征在于旋光层是设置在两种不同组成的拉伸人造树脂薄膜的基片上，两薄膜的拉伸方向基本上是相互正交，而两薄膜的拉伸程度以这样一种方式选择，使之由于薄膜间色散的不同，而使基片的净得延迟实际上等于该偏振器所反射带宽主要部分的波长的0.25倍。
借助本实施例，对于反射带宽的主要部分来说，可能实现光学延迟实际上等于波长的0.25倍。当使用单一拉伸的人造树脂薄膜时，光学延迟在整个带宽部分保持相同。结果，由圆偏振光转变成线偏振光并不最完善的覆盖着整个带宽。这是一个缺点，尤其在宽带偏振器中更是如此。
本发明还涉及制造本发明偏振器的方法。第一种方法的特征在于在两平行基片之间以一层形式提供各有不同活性的手性和向列液晶型的单体的混合物，之后，根据辐射分布的强度变化将光化辐射施加到该层上，以便使该混合物聚合成一种具有胆甾型排列的聚合材料的旋光层，在此之后，如果需要可将基片从旋光层去掉。
根据本发明的制造有创造性的偏振片的第二个方法的特征是，将各有不同活性的手性和向列液晶单体的混合物以单层形式提供在一个基片上，之后，根据辐射分布的强度变化将光化辐射施加到该层上，从而使混合物聚合成具有胆甾型排列的聚合材料旋光层，然后，如果需要，就将基片从旋光层去掉。
通常，由聚合材料中的手性和内消旋型单体的比率在很大程上控制分子螺旋线的螺距是成立的。由于两种单体之间活性的不同，最大活性的单体的俘获几率比最小活性单体的俘获几率更大。如果在混合物聚合期间，受光化辐射激发的混合物，在整个要形成的旋光层实现辐射强度的变化，则最大活性的单体就优先在最高辐射强度区结合成聚合物。结果，在所说的聚合过程中就形成了一个或多个游离单体的浓度梯度。这使得单体从低单体浓度区向高单体浓度区扩散。高活性的单体将扩散到辐射强度最高的地方。而低活性的单体就扩散到辐射强度最低的地方。这使得在聚合过程中，在辐射强度最高处形成的聚合材料的区域中活性单体增加。结果，聚合物材料的组成就沿跨过聚合层的方向变化。这引起层中分子螺旋线螺距的变化，层中分子螺距是由聚合物形成的。这种螺距的变化提供了具有大带宽的旋光层，带宽的数值是与螺距变化的数值成正比的。在第一种方法中，可借助滴管和真空技术将混合物提供在基片之间。在第二种方法中，可以借助所谓的“刮浆刀”或借助网版印刷将混合物涂在基片上。第二种方法显然更适合批量生产。第二种方法免除了在两基片之间狭窄空间的费时充填。
应该注意，理论上，分子螺旋线螺距的变化可以根据胆甾型聚合物的螺距对温度的依赖来实施。在此时，必须跨越单体混合物的旋光层提供温度梯度，之后，光聚合作用必定发生。由于旋光层的厚度很小，通常只有几微米至几十微米，这种方法使得在实践中由于所要求的温度梯度的变化陡度而引起严重问题。
应进一步注意到，在所说的创造性方法中，使用在面对旋光层的表面上设有定向层的基片并不是绝对必要的。特别是在（十分）薄的旋光层制造中，通常发生向列液晶型基团的自发定向。但是，在聚合作用时定向层的存在将改善旋光层的定向，从而使偏振器的光学特性得以显著改善。
活性的单体可以用包含基本成分为丙烯酸酯，环氧化合物，乙烯基醚和硫代链烯（thiolene）体系反应基团的化合物制出，特别是US5，188，760所描述的。具有不同活性基团的单体通常活性不同。所说的活性也是由所进行的聚合反应操作的反应条件，诸如温度，所用的光化辐射的波长等控制的。
上述方法的另一种有意义的变换形式，按照本发明，其特征在于手性单体活性基团的数目与向列液晶型单体的活性基团的数目不同。当对这样一种单体混合物进行光化聚合时，因为两种单体中至少有一种包含二或多个活性基团而形成了三维网络。如上所指出的，这样一种聚合物网络使光学层有更大强度，所以在聚合反应过程完成之后，如果必要，可将所用基片，包括任何定向层都可从光学层去掉，从而得到了自承的宽带偏振滤光片。单体混合物，最好是其中一种单体包含一个活性基团而另一种单体包含二个活性基团。
使用这样的只包含一种相同类型的活性基团的单体混合物有附加的优点。由于较小的俘获几率，使得具有一个活性基团的单体比具有两个活性基团的单体反应活性更小。由于其优点，尽管采用一种相同类型的活性基团，使得在光聚反应过程中能够实现浓度梯度。在混合物中使用所说的两种类型的活性单体带来了改善这些单体混合的优点。使用一种单体含有一个丙烯酸根而另一种单体含有两个丙烯酸根基团的单体混合物，可获得很好的结果。
通过光化辐射而产生光聚反应。这应该明白，指的是用光，最好是紫外光，X射线，γ射线进行照射，或用高能粒子，诸如电子或离子照射。聚合反应可以用多种方法进行。例如，借助相干辐射源（激光）可以获得分子螺旋线螺距的周期性变化。
采用相长和相消干涉在旋光层中形成干涉条纹，以便在聚合反应进行期间，使直接通过该层的光强度发生周期性变化。
如果采用一非相干辐射源，且该辐射源的波长被选在能找到所用的单体和光引发剂的吸收率总和的最大值的范围中，则可获得一种更简单的聚合反应方法。这时，不用采取其它措施就可获得相当大的跨过旋光层的光强度的梯度。
根据本发明的一种很方便的方法，其特征是使混合物也包含一种具有波长与所用光化辐射的波长基本相对应的吸收峰值的染料。这种方法的一个重要的优点在于当进行层厚，光引发系体，聚合反应波长和聚合反应速度选择时，它提供了很大的自由度。由于可选择的染料量将在某限度之内，它与要聚合的混合物中其它组份无关，通过对染料浓度的控制可以很准确地对跨过旋光层的辐射的（线性）强度梯度进行调节。最好，所选用的染料其吸收峰应落在偏振器必定工作的波长范围之外。以这种方式，排除了所制成的偏振器在使用期间的不希望有的吸收。
制造本发明偏振器的第三种有意义的方法，其特征在于，具有胆甾型排列的聚合的液晶材料的旋光层表面带有一活性单体薄膜，这些单体聚合后，由于扩散而在层中形成单体浓度梯度。
所说的方法是建立在已知的胆甾型排列的聚合液晶材料的旋光层的基础上的，如int特别是US5，132，147和US4，410，570所说明的。在这些已知的旋光层中，跨过层的分子螺旋线的螺距基本上是恒定的。旋光层中单体的扩散引起该层稍微膨胀。而这种膨胀导致分子螺旋线螺距的增大。而所说的增大在原有位置引起反射波长值的增加。因此，跨过旋光层厚度提供的单体浓度梯度引起分子螺旋线螺距的变化。结果，获得了宽带的胆甾型偏振器。
由于单体的聚合反应使旋光层中扩散停止。进一步扩散最终会产生窄带偏振器，它的反射波长超出了初始旋光层的反射波长。活性单体可以用包含向列液晶基团的分子来制造。但是，这不是必需的。由于扩散引起分子螺旋线螺距的增大，而最初的旋光层应该具有与最小要求波长相应的反射。因此，为了制造必须在整个可见光谱范围工作的宽带偏振器，应该采用在可见光谱的蓝色区中有反射带的胆甾型层。
根据本发明的第三种方法的有用的变通方法，其特征在于，该薄膜包含一种在层中具有不同扩散速率的单体混合物。已经发现，采用单一类型的单体并不能经常得到满意的结果。这可能是归因于形成尖锐的反射峰。采用两种或多种具有不同扩散速率的单体使反射峰重叠。这导致了偏振器的宽带特性。
本发明第三种方法的另一个变型其特征在于至少部分单体包含两个或多个可聚合的基团。这种措施可获得一种宽带的，强度相当大的旋光层。该单体的聚合反应形成一个三维的网络。由此，在聚合反应操作之后，这些单体的进一步扩散的可能性进一步降低。
本发明还涉及包含着一个电光源插座，一反射器和一胆甾型偏振器的照明装置，该偏振器最好带有一四分之一波片。这种装置的特征在于其中采用了本发明的胆甾型偏振器。借助这样一种照明装置可高效地产生偏振光。如果该偏振器包括有一片四分之一波片，则所产生的光是线偏振的。产生线偏振光的装置特别适宜于室内应用（例如办公室和商店照明）和室外应用（例如汽车和道路照明）。本发明的装置也可用于液晶显示器。在线偏振光中，反射和漫射发生的程度比圆偏振光的要小。在不带四分之一波片时，本发明装置产生圆偏振光。
在本发明装置中，可用放电灯作电光源，其中，当工作时，在放电管的两个电极之间产生放电电弧。这种类型光源的例子是高压放电灯，诸如高压钠、汞或金属卤化物灯。低压放电灯，诸如荧光灯或低压钠灯，也可以应用。另外，作为本发明照明装置的光源也可以用处在气密灯壳中的白炽体。灯壳可以抽真空，也可以包含一种充填气体。所说的充填气体可以是惰性气体或以卤素为基础的气体。卤素灯是最后指出的那种电光源的好例子。应注意到，装置中的光源可以是可拆卸的，例如借助螺旋或卡口固定。当然，将光源和用于所说光源的插座以不可拆卸方式连接起来也是可能的。
反射器用来使在本发明装置工作期间由光源产生的光朝偏振器方向反射。反射器朝光源的表面由对所用光源的光有高反射系数的材料组成。对用于可见光说来，具有良好的反射率的金属和合金适宜采用，诸如最好为金、银和铝，后者最便宜。反射器可以是自承的，但通常是由在罩体上汽相淀积的金属层组成的。
本发明装置的胆甾型偏振器最好包含一四分之一波片以将圆偏振光转换成线偏振光。所说的四分之一波片可作为一分离的光学元件连接到胆甾型偏振器。最好将偏振器和四分之一波片集成起来而使它们形成一单独的光学元件。在后一种情况，所说四分之一波片可由一伸张的人造树脂薄膜组成，在偏振器制造中该薄膜也用作旋光层的基片。
本发明将借助典型的实施例和附图作出更详细地说明。其中，
图1简要示出一系列的本发明胆甾型偏振器的实施例。
图2示出可用于制造本发明的胆甾型偏振器的两种单体的化学结构式。
图3示出一种可用于制造本发明的胆甾型偏振器的染料的化学结构。
图4示出胆甾型偏振器的反射光谱，分子螺旋线的螺距（a）恒定，（b）变化。
图5示出一条描绘图1（a）偏振器的旋光层中螺距变化的曲线。
图6表示本发明图1（b）偏振器的透射光谱。
图7表示本发明图1（c）偏振器的透射光谱，（a）是扩散前的，而（b）是扩散后的。
图8是本发明第一照明装置的断面图。
图9是本发明第二照明装置的断面图。
应该指出，为了清楚明了，图中各部件是没有按比例画出的。
图1a表示本发明偏振器的第一实施例。所说偏振器包括两片平的、透明玻璃基片1和2，它们互相平行延伸并互相间隔一定距离。基片的相对表面分别带有定向层3和4，例如经摩擦的聚酰亚胺或溅射的SiOx，边缘处是垫片5。
旋光层6夹在两基片之间。所说的层由具有胆甾型排列的聚合材料构成。胆甾型材料的分子螺旋线的轴横穿该层延伸。分子螺旋线的螺距在层中变化。所说螺距从旋光层的一表面至另一表面连续地增加。这种情况借助两根螺线型结构7表示出来。旋光层厚度的通常范围是3至40微米，最佳为5至25微米。
本发明的上述实施例的胆甾型偏振器按下述过程制造。首先，制备活性单体的混合物。这种混合物包括按60重量%的手性组份A和40重量%的向列液晶型组份B。组份A的每个分子包含两个活性丙烯酸根基团，而组份B的每个分子包含一个活性丙烯酸根基团。成份A和B的确切结构式示于图2中。由于每个分子的活性基团数目不同，两种单体有不同的活性。然后，将按0.5重量%的光激发剂Igacure-651（Ciba    Geigy）和50ppm的对甲氧基酚（稳定剂）和一定量的染料加入该混合物中。这种染料的化学结构示于图3中。这种染料在334nm附近呈最大吸收且有315241/mol.cm的消光系数。
然后，将这样制造的混合物夹在两透明基片之间。所说的基片带有一经过摩擦的聚酰亚胺层。所说的层是用来使在胆甾型混合物中自发形成的分子螺旋线定向的。
为了防止发生光斑线将两基片在小距离之内进行切变，直至获得平面的排列。接着，在室温下利用紫外光对活性混合物作8分钟的光聚反应。由于两种活性单体之一每个分子包含两个活性基团，故在聚合反应期间就形成了三维的聚合物网络。由此形成的光学层有适当的强度而可将光学层从基片拆下，作为自承的胆甾型偏振器使用。
随所添入的染料量及紫外光的波长（λ）和入射功率（I0）不同可制造出一系列的上述偏振器。接着，对这种偏振器的带宽进行测量。表1表示相应于一定量染料添入量的带宽。
表1
染料浓度（重％） 带宽（nm）
IO=0.62mW/cm2 IO=0.058mW/cm2 IO=0.15mW/cm2
00.330.661.02.04.06.0 415570114158316362 41133255261380>400 45126233319>400
不加染料时带宽小于50nm。当使用染料时带宽迅速增加，甚至数值超过400nm。带宽的中心总是接近555nm。由于具有这样的带宽及其在光谱中所处位置，实际上覆盖了光谱的整个可见区。因此，这样一种胆甾型偏振器可适合用作整个可见光谱的宽带偏振器。
图4表示一种偏振器的反射光谱，其中，螺距是（a）为常数而（b）是根据本发明的第一实施例。偏振器产生圆偏振光。光谱（a）是在没有染料时获得的。因此，光谱的带宽只近似45nm。光谱（b）是在聚合反应过程中采用染料获得的。该偏振器的带宽约230nm。
表2说明本发明的一系列的其它胆甾型偏振器的带宽。代替上述染料，而采用偶氮-染料SI-486（Mitsui Toatsu染料公司制造），以一定浓度加入而制造出这些偏振器。所说染料在约400nm有最大吸收。这里，用具有5mW/cm2入射功率的紫外源（365nm）使反应混合物进行聚合达8分钟。表2同样表示出带宽随染料的量增加。
图5表示螺距作为从一个18微米厚的偏振器的一个表面至另一表面距离的函数的变化。该图是借助SEM照相由该偏振器的横断断裂面取得的。该偏振器含0.72重量%的上述偶氮染料。该偏振器的反射带大约为350至800nm。由于该染料在偏振器可能工作的范围中有吸收带，使所说偏振器呈现在约400nm的不理想的吸收。
图1-b表示本发明偏振器的第二实施例。所说偏振器包括带有旋光层14的基片11。所说基片11由伸张的聚丙烯第一合成树脂薄膜12和伸张的聚碳酸酯第二合成树脂薄膜13组成。两薄膜的伸张方向基本上是互相成直角延伸。两薄膜的拉伸程度以这样一种方式来选择，使之在波长590nm处，聚丙烯薄膜的光学延迟为518nm，而聚碳酸酯的光学延迟为370nm。由于所说的选择条件，两薄膜之间的色散差使得在整个400-700nm波长范围内，相交薄膜的光学延迟基本上等于0.25倍的波长。
第二实施例的胆甾型偏振器按如下过程制造。借助刮刀刀片，提供带有活性单体混合物薄层（层厚20微米）的前面一段中所描述组合基片。一系列对照试验表明，这一薄层也可通过丝网印刷方法提供。混合物既包含手性的也包含向列液晶型的单体。所说的两种单体有不同的活性。单体组合物的组成如下：按重量58.8%的组份A，39.2%的组分B，1%的按图3所示结构的染料，1%的Igacure651（Ciba Geigy）和100ppm的对甲氧基酚。在制备出该层之后，将该层曝露在100℃，辐射强度从0.06至0.6mW/cm2范围的紫外光源（365nm）之下约60分钟使该层聚合。聚合反应之后，旋光层的厚度约18微米。
图6表示本发明第二实施例的胆甾型偏振器的作为波长函数画出的透过率T的光谱。线（a）表示P-偏振光的透过率，而线（b）表示S-偏振光的透过率。该滤光片的带宽接近220微米。已发现，在整个带宽范围内圆偏振光转变成线偏振光达到最佳。
图1C表示本发明偏振器的第三个实施例。所说偏振器包含一拉伸的合成树脂薄膜的基片21。在这里，采用聚碳酸酯。薄膜拉伸程度以这样一种方式选定以便使它在室温时的双折射率为0.0029。基片厚度为50微米。用该基片在波长约580nm处可获得圆偏振光到线偏振光的最理想的转换。这个波长位于宽带偏振器的反射带的中心。
将胆甾型排列的液晶材料的旋光层22放在基片上。层22的厚度为20微米。层22带有聚合材料的顶层23。所说顶层有约2微米的厚度，充当旋光层的防护层。
所说的本发明宽带偏振器的第三实施例按如下步骤制造。在基片上设置胆甾型排列的聚合液晶材料的旋光层。这样一种层的涂镀技术特别在US5，132，147有所记载。在这样一种层中，胆甾型材料的分子螺旋线横过该层延伸。所说螺旋线的螺距是基本上不变的。
在该旋光层上设置活性单体混合物的薄层。在这里，三种不同单体以1∶1∶1的体积比的混合物使用。所用的单体是由二丙烯酸丁二醇酯，丙烯酸辛二醇酯和乙氧基化双酚-A二丙烯酸酯制成的。将按4重量%的光引发剂加入该混合物中。在旋光层中，各单体以不同的速率扩散。这使得在旋光层中形成单体的浓度梯度。而浓度梯度又造成螺距的增大，所说的增大与旋光层中该位置的单体浓度成正比。在60℃经10分钟的扩散时间之后，通过用365nm波长的紫外光曝光使活性单体聚合以形成网络。所说的曝光在60℃进行并以0.5mW/cm2的辐射强度持续5分钟。这使得单体完全固定而浓度梯度稳定不变。由于在聚合反应过程中单体混合物并不完全扩散到旋光层中，因此在旋光层上形成一聚合的顶层（厚2微米）。
图7表示胆甾型偏振器的光谱，其中透过率T是作为波长函数画出的。入射光是园偏振的。光谱（a）表示单体扩散前旋光层的透过特性。光谱（b）表示单体扩散并聚合之后所形成偏振器的特性。进一步测量表明，圆偏振光向线偏振光的转变在本发明偏振器的整个带宽并不是最优的。尤其在带的两边缘，转变不能令人满意。通过采用包括两片拉伸的人造树脂薄膜的组合基片可获得较好的转变，该两薄膜的拉伸方向基本上是相互垂直交叉延伸的。
图8是本发明照明装置第一实施例的断面图。所说照明装置包括一箱形外罩1，例如可以是合成树脂制的，一个带有铝汽相淀积反射器的内表面。外罩中装有作为电光源的三支荧光灯3。所说的灯通过螺旋连接装在相应的灯座（未示出）上并可卸下。另外，也可用一个弯曲的荧光管灯代替几个分离的宽光灯。该装置还包括一个带有四分之一波片5的偏振器4。该偏振器构成一宽带偏振器，如前面实施例所述的。
当图8所示装置工作时，三支荧光灯产生非偏振光。这些光的一部分直接射在偏振器4上，它使相互正交的线偏振成分之一通过，而另外的，“可相容的”成分被反射。反射成分部分地在反射器2上转变成“不相容的”成分，并沿偏振器方向反射，偏振器让这些“不相容的”成分通过，然后由四分之一波片转变成线偏振光。就这样，原先的非偏振光就高效地转变成线偏振光（转变效率近80%）。
图9是本发明照明装置的另一实施例的断面图。所说装置包含一抛物面形的，铝的自承反射器1。所说反射器包括一电光源的插座2，这里，电光源是可拆卸的卤素灯3。该装置还包含一具有四分之一波片5的反射偏振器4。本装置基本上以与前面实施例的装置相同的方式工作。图9所示实施例尤其适宜用于汽车照明或摄影室照明。

Claims (13)

1、一种胆甾型偏振器，包括具有胆甾型排列的聚合材料的旋光层，所说材料的定向方式是使分子螺旋线的轴对该层横向延伸，其特征在于该层中分子螺旋线的螺距以这样一种方式变化而使最大螺距与最小螺距之间的差至少为100nm。
2、按照权利要求1所限定的胆甾型偏振器，其特征在于分子螺旋线的螺距基本上是从所说层的一侧表面上的最小值向层的另一侧表面连续增加至一最大值。
3、按照权利要求1或2的胆甾型偏振器，其特征在于该聚合材料形成一个三维网络。
4、按照权利要求1，2或3的胆甾型偏振器，其特征在于该旋光层呈现在拉伸合成树脂薄膜基片上，拉伸程度和薄膜厚度选择使偏振器工作期间薄膜的光学延迟大约为反射带波长的0.25倍。
5、按照权利要求1，2或3的胆甾型偏振器，其特征在于该旋光层呈现在不同组成的两张拉伸合成树脂薄膜构成的基片上，两薄膜的拉伸方向基本上互相交叉成直角，角延伸，而两膜拉伸程度应使得由于薄膜之间的色散差异，形成基片的净延迟基本上等于包括偏振器反射带的大部分的波长的0.25倍。
6、按照前述任一权利要求中所限定的胆甾型偏振器的制造方法，其特征在于将分别具有不同活性的手性和向列液晶型单体的混合物以层状形式提供在两平行基片之间，然后，按照强度变化的辐射分布对该层施加光化辐射，以便使混合物聚合成具有胆甾型排列的聚合材料的旋光层，之后，如有必要，可将基片从旋光层去掉。
7、按照权利要求1至5的任一权利要求所限定的胆甾型偏振器的制造方法，其特征在于将分别具有不同活性的手性和向列液晶型单体的混合物提供在成一层形式的基片上，然后，按照强度变化的辐射分布对该层施加光化辐射，以便使混合物聚合成具有胆甾型排列的聚合材料的旋光层，之后，如有必要，可将基片从旋光层去掉。
8、按权利要求6或7所限定方法，其特征在于手性单体的活性基团数目与向列液晶型单体的活性基团数目不同。
9、按照权利要求6，7或8所限定方法，其特征在于该混合物还包含一种染料，该染料具有基本上与所用的光化辐射波长相应的最大吸收波长。
10、按照权利要求1至5的任一项所限定的胆甾型偏振器的制造方法，其特征在于对具有胆甾型排列的聚合液晶材料的旋光层的表面提供一活性单体薄膜，由于扩散作用使该单体在层中形成浓度梯度，然后再使该单体聚合。
11、按照权利要求10的方法，其特征在于所说薄膜包含在层中具有不同扩散速率的单体的混合物。
12、按照权利要求10或11的方法，其特征在于至少有一部分单体包含两个或多个可聚合的基团。
13、一种照明装置，包括电光源的插座，一反射器和一  胆甾型偏振器，该偏振器最好装有一个四分之一波片，其特征在于所说的偏振器是采用权利要求1至5所要求的偏振器。
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