оптически анизотропная пленка и способ ее получения

Формула изобретения

1. Оптически анизотропная пленка из молекулярно ориентированного органического вещества, в качестве которого использован, по крайней мере, один органический краситель, имеющий в структурной формуле, по крайней мере, одну ионогенную и/или неионогенную группу, обеспечивающую его растворимость для образования лиотропной жидкокристаллической фазы, пленка имеет изменяющееся по толщине пленки направление оптической(-их) оси(-ей), по крайней мере на части толщины пленки, по крайней мере, для одной области спектра и, по крайней мере, на части площади пленки.

2. Оптически анизотропная пленка по п.1, отличающаяся тем, что пленка является анизотропно поглощающей свет и/или фазозадерживающей, по крайней мере, в одной области спектра.

3. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что первая производная функции, описывающей изменение угла поворота оптической оси по толщине пленки не имеет разрывов.

4. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что функция, описывающая изменение угла поворота оптической оси по толщине пленки, не симметрична относительно плоскости любого сечения пленки, параллельного ее поверхности.

5. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что пленка получена из жидкого кристалла, по крайней мере, одного органического вещества, образующего лиотропную жидкокристаллическую фазу, путем нанесения жидкого кристалла на подложку с использованием внешнего ориентирующего воздействия, по крайней мере, часть поверхности подложки обладает поверхностной анизотропией, воздействующей на ЖК, причем направление внешнего ориентирующего воздействия не совпадает с направлением, задаваемым, по крайней мере, частью поверхности подложки.

6. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что закон изменения направления оси поляризации по толщине пленки определен анизотропией поверхности подложки, и/или направлением и силой внешнего ориентирующего воздействия, и/или толщиной формируемой пленки, и/или вязкостью используемого жидкого кристалла, и/или условиями его нанесения и сушки.

7. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в качестве органического красителя использован, по крайней мере, один органический краситель формулы

{K}(M)_n,

где К - краситель, химическая формула которого содержит ионогенную группу или группы, одинаковые или разные, которая(-ые) обеспечивает(-ют) его растворимость в полярных растворителях для образования лиотропной жидкокристаллической фазы;

М - противоион;

n - количество противоионов в молекуле красителя, в том числе и дробное,

при условии принадлежности одного противоиона нескольким молекулам, а в случае n>1 противоионы могут быть различные.

8. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что пленка образована множеством надмолекулярных комплексов одного или нескольких органических веществ, причем надмолекулярные комплексы ориентированы определенным образом для обеспечения поляризации проходящего света.

9. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что пленка состоит из, по крайней мере, двух фрагментов, находящихся в одной плоскости, оси, поляризации которых на поверхности пленки и/или в приповерхностном слое направлены относительно друг друга под углом из интервала от 0 до 90 град.

10. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что на ее поверхности сформирована и/или нанесена, по крайней мере, одна оптически изотропная пленка, и/или, по крайней мере, одна фазозадерживающая пленка, и/или, по крайней мере, одна двулучепреломляющая пленка, и/или, по крайней мере, одна ориентирующая пленка, и/или, по крайней мере, одна защитная пленка, и/или, по крайней мере, одна пленка, одновременно выполняющая функции любого сочетания, по крайней мере, двух из указанных пленок.

11. Оптически анизотропная пленка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она является поляризационной пленкой, и/или фазозадерживающей пленкой, и/или ориентирующей пленкой, и/или защитной пленкой, и/или пленкой, одновременно выполняющей функции любого сочетания, по крайней мере, двух из указанных пленок, по крайней мере, на части толщины пленки, и/или, по крайней мере, в одной области спектра, и/или, по крайней мере, на части площади пленки.

12. Оптически анизотропная пленка по любому из пп.5-11, отличающаяся тем, что подложка выполнена из полимерного материала или стекла, имеет плоскую, или выпуклую, или вогнутую, или изменяющуюся по определенному закону форму поверхности, а анизотропные свойства поверхности подложки, по крайней мере, на части ее поверхности обусловлены либо химическими связями, либо рельефом или текстурой, сформированными на поверхности подложки, либо из материала самой подложки, либо из нанесенного на поверхность подложки материала.

13. Способ получения оптически анизотропной пленки по п.1, предусматривающий формирование пленки путем нанесения лиотропного жидкого кристалла, по крайней мере, одного органического вещества с удалением растворителя, в процессе и/или после формирования слоя жидкого кристалла осуществляют внешнее ориентирующее воздействие, а пленку формируют на анизотропной поверхности подложки или ориентирующем слое, причем направление внешнего ориентирующего воздействия и направление поверхностной ориентации подложки или слоя находятся под углом из интервала от 0 до 90.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что поверхность подложки и/или ориентирующего слоя состоит из, по крайней мере, двух участков с различным направлением поверхностной ориентации.

15. Способ по любому из пп.13 и 14, отличающийся тем, что для получения поверхностной анизотропии на поверхности подложки формируют регулярную текстуру или рельеф либо из материала подложки, либо из наносимого на подложку материала, путем механической, и/или химической, и/или ионной обработки.

16. Способ по любому из пп.13-15, отличающийся тем, что для обеспечения дополнительного изменения направления оси поляризации по толщине пленки, в процессе формирования пленки изменяют направление ориентирующего воздействия по поверхности пленки.

17. Способ по любому из пп.13-16, отличающийся тем, что на поверхности подложки создают участки с различными свойствами, в том числе с различным направлением поверхностной ориентации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано для изготовления устройств различного назначения, в том числе устройств отображения информации на жидких кристаллах, в осветительной аппаратуре, декоративных изделиях, для изготовления товарных знаков и знаков обслуживания и т.д.

Известна оптически анизотропная пленка, которая используется в качестве поляризатора, с изменением направления оптической оси материала пленки в плоскости поляризатора (RU 2110818, G 02 B, 10.05.98). В известном поляризаторе поляризующий слой (пленка) состоит из отдельных элементов, оптические оси которых направлены относительно друг друга под некоторым углом, изменяющимся в пределах от 0 до 90.

Известен также способ получения оптически анизотропной пленки, которая является поляризатором, предусматривающий нанесение на подложку раствора органического красителя, находящегося в состоянии лиотропного жидкого кристалла (ЛЖК), с последующим удалением растворителя (там же). В процессе нанесения осуществляют ориентирующее воздействие, которое направляют вдоль плоскости подложки под разными углами к одной из ее сторон (угол меняется от 0 до 70).

В известном поляризаторе не предусмотрено изменение направления оптической оси по толщине пленки, что сужает область его применения. Получить переменное направление оптической оси по толщине поляризатора традиционными методами возможно лишь последовательным нанесением нескольких анизотропно поглощающих слоев с различным направлением оптических осей. Такой процесс сложен технологически и, кроме того, при нанесении каждого последующего слоя в предыдущем слое могут возникать дефекты молекулярно упорядоченной структуры, что приводит к снижению поляризационной эффективности и однородности свойств по всей площади поляризатора. В связи с этим, получаемые слои, для обеспечения необходимой степени ориентирования, должны быть отделены друг от друга промежуточным защитным слоем из прозрачного материала, что еще больше усложняет процесс производства, увеличивает толщину поляризатора и ухудшает его оптические свойства.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей использования оптически анизотропных пленок, полученных из ЛЖК, а именно совмещение свойств поляризующей и фазосдвигающей пленки, при упрощении способа производства и одновременно возможность управления степенью эллипитичности поляризации света и осей эллипса; неинвариантность оптических свойств пленки относительно направления распространения света (т.е. преобразование светового потока будет зависеть от того на какую сторону пленки он падает); а также обеспечение воспроизводимости оптических параметров по всей поверхности и объему пленки и достижение высокой степени анизотропии.

Технический результат достигается тем, что оптически анизотропная пленка из молекулярно ориентированного органического вещества имеет изменяющееся по толщине пленки направление оптической(-их) оси(-ей), по крайней мере, на части толщины пленки, по крайней мере, для одной области спектра и, по крайней мере, на части площади пленки.

Технический результат достигается также тем, что пленка является анизотропно поглощающей свет и/или фазозадерживающей, по крайней мере, в одной области спектра.

Технический результат достигается также тем, что первая производная функции, описывающей изменение угла поворота оптической оси по толщине пленки, не имеет разрывов. Иными словами указанная функция гладкая. Кроме того, функция, описывающая изменение утла поворота оптической оси по толщине пленки, не симметрична относительно плоскости любого сечения пленки, параллельного ее поверхности.

Технический результат достигается также тем, что пленка получена из жидкого кристалла, по крайней мере, одного органического вещества, образующего лиотропную или термотропную жидкокристаллическую фазу, путем нанесения жидкого кристалла на подложку с использованием внешнего ориентирующего воздействия, и сушки, при этом, по крайней мере, часть поверхности подложки обладает поверхностной анизотропией, причем направление внешнего ориентирующего воздействия не совпадает с направлением задаваемым, по крайней мере, частью поверхности подложки.

Технический результат достигается также тем, что изменение направления оптической оси пленки по толщине обеспечено в процессе получения пленки путем воздействия на ЖК анизотропной поверхности подложки и внешнего ориентирующего воздействия, при этом направления указанных ориентирующих воздействий не совпадают.

Технический результат достигается также тем, что закон изменения направления оси поляризации по толщине пленки определен анизотропией поверхности подложки, и/или направлением и силой внешнего ориентирующего воздействия, и/или толщиной формируемой пленки, и/или вязкостью используемого жидкого кристалла, и/или условиями его нанесения и сушки.

Технический результат достигается также тем, что в качестве органического вещества для получения жидкого кристалла использован, по крайней мере, один органический краситель, имеющий в структурной формуле, по крайней мере, одну ионогенную группу, обеспечивающую его растворимость в полярных растворителях для образования лиотропной жидкокристаллической фазы, и/или, по крайней мере, одну неионогенную группу, обеспечивающую его растворимость в полярных или неполярных растворителях для образования жидкокристаллической фазы, и/или, по крайней мере, один противоион, которые в процессе формирования оптически анизотропной пленки либо остаются в структуре молекулы, либо нет.

Технический результат достигается также тем, что в качестве органического красителя использован, по крайней мере, один органический краситель формулы {К}(М)_n, где К - краситель, химическая формула которого содержит ионогенную группу или группы, одинаковые или равные, которая(-ые) обеспечивает(-ют) его растворимость в полярных растворителях для образования лиотропной жидкокристаллической фазы, М - противоион, n - количество противоионов в молекуле красителя, в том числе и дробное, при условии принадлежности одного противоиона нескольким молекулам, а в случае n>1 противоионы могут быть различные.

Технический результат достигается также тем, что пленка образована множеством надмолекулярных комплексов одного или нескольких органических веществ, причем надмолекулярные комплексы ориентированы определенным образом для обеспечения поляризации проходящего света.

Технический результат достигается также тем, что пленка состоит из, по крайней мере, двух фрагментов, находящихся в одной плоскости, оси поляризации которых на поверхности пленки (в приповерхностном слое) направлены относительно друг друга под углом из интервала от 0 до 90.

Технический результат достигается также тем, что на поверхности пленки сформирована и/или нанесена, по крайней мере, одна оптически изотропная пленка, и/или, по крайней мере, одна фазозадерживающая пленка, и/или, по крайней мере, одна двулучепреломляющая пленка, и/или, по крайней мере, одна ориентирующая пленка, и/или, по крайней мере, одна защитная пленка, и/или, по крайней мере, одна пленка, одновременно выполняющая функции любого сочетания, по крайней мере, двух из указанных пленок.

Технический результат достигается также тем, что пленка является поляризационной пленкой, и/или фазозадерживающей пленкой, и/или ориентирующей пленкой, и/или защитной пленкой, и/или пленкой, одновременно выполняющей функции любого сочетания, по крайней мере, двух из указанных пленок, по крайней мере, на части толщины пленки, и/или, по крайней мере, в одной области спектра, и/или, по крайней мере, на части площади пленки.

Технический результат достигается также тем, что подложка выполнена из полимерного материала или стекла, имеет плоскую, или выпуклую, или вогнутую, или изменяющуюся по определенному закону форму поверхности, а анизотропные свойства поверхности подложки, по крайней мере, на части ее поверхности обусловлены либо химическими связями, либо рельефом или текстурой, сформированными на поверхности подложи либо из материала самой подложки, либо из нанесенного на поверхность подложки материала.

Технический результат достигается также тем, что оптически анизотропную пленку получают способом, предусматривающим нанесение жидкого кристалла, по крайней мере, одного органического вещества, с удалением растворителя, в процессе и/или после формирования пленки на жидкий кристалл осуществляют ориентирующее воздействие, а пленку формируют на анизотропной поверхности подложки или ориентирующем слое, причем направление ориентирующего воздействия и направление поверхностной ориентации подложки или слоя находятся под углом из интервала от 0 до 90.

В указанном способе поверхность подложки и/или ориентирующего слоя может состоять из, по крайней мере, двух участков с различным направлением поверхностной ориентации.

В указанном способе для получения поверхностной анизотропии на поверхности подложки могут формировать регулярную текстуру или рельеф либо из материала подложки, либо из наносимого на подложку материала, путем механической, и/или химической, и/или ионной обработки.

В указанном способе для обеспечения дополнительного изменения направления оси поляризации по толщине пленки, в процессе формирования пленки могут изменять направление ориентирующего воздействия по поверхности пленки.

В указанном способе на поверхности подложки могут создавать участки с различными свойствами, в том числе с различным направлением поверхностной ориентации.

Конкретные органические вещества, на основе которых могут быть получены пленки с оптической анизотропией, известны. К ним относятся, например, следующие красители:

- полиметиновые красители, например, “псевдоизоцианин”, “пинацианол”, триарилметановые красители, например, “основный бирюзовый”, “кислотный ярко-голубой З”;

- диаминоксантеновые красители, например, “сульфородамин С”;

- акридиновые красители, например, “основный желтый К”, продукты сульфирования акридиновых красителей, например, “транс-хинакридона”;

- водорастворимые производные антрахиноновых красителей, например “активный ярко-голубой КХ”;

- продукты сульфирования кубовых красителей, например, “флавантрона”, “индантренового желтого”, “кубового желтого 4К”, “кубового темно-зеленого Ж”, “кубового фиолетового С”, “индантрона”, периленового синего, кубового алого 2Ж;

- азокрасители, например, “бензопурпурина 4Б”, “прямого желтого светопрочного О”, “прямого желтого светопрочного”;

- водорастворимые диазиновые красители, например, “кислотный темно-голубой З”;

- продукты сульфирования диоксазиновых красителей, например, “пигмента фиолетового диоксазинового”;

- растворимые тиазиновые красители, например, “метиленовый голубой”;

- водорастворимые производные фталоцианинов, например, соли октакарбоксифталоцианина меди;

- флуоресцентные отбеливатели;

- а также другие органические вещества, например, динатрий хромогликат и т.д.

Оптически анизотропная пленка является пленкой материала, обладающего анизотропией оптических свойств, которые в общем случае характеризуются комплексным показателем преломления N_j=n_j-ik_j, где n_j и k_j являются главными компонентами тензоров коэффициента преломления и коэффициента поглощения соответственно. Величина коэффициента преломления для большинства органических материалов варьирует в пределах 1,3-2,5; коэффициент поглощения может меняться в пределах от 0 до 1,5. Анизотропия параметра n_j определяет фазозадерживающие свойства пленки, а анизотропия k_j - поляризующие. Таким образом, оптически анизотропная пленка в общем случае является одновременно и фазозадерживающей и поляризующей. В частном случае, когда коэффициент поглощения близок к 0 в видимом диапазоне света, пленка в этом спектральном диапазоне является только фазозадерживающей, при этом она может поглощать свет (являться поляризатором) в УФ-области спектра.

В зависимости от строения молекул полосы поглощения могут находиться в разных спектральных диапазонах: УФ, видимом и ИК или сразу в нескольких спектральных диапазонах. Таким образом, пленка в одной области спектра может проявлять поляризующие и фазозадерживающие свойства, а в других областях только фазозадерживающие.

Создавая изменение направления оптической(-их) оси(-ей) материала пленки по ее толщине, можно менять не только направление оси поляризации для поляризующей пленки, но и направление "быстрой" и/или "медленной" оси для фазозадерживающей пленки. Это оказывает влияние не только на интенсивность проходящего линейно поляризованного света в зависимости от ориентации его плоскости поляризации, но и на степень эллиптичности его поляризации и направление осей этого эллипса на выходе из пленки. Например, в случае, когда поглощение мало и выполняется условие условия (n_о-n_е)d>/4, где n_о и n_е - показатели преломления обыкновенного и необыкновенного луча, a d - толщина пленки, закрученная структура будет вращать плоскость поляризации на заданный угол, если его плоскость поляризации при падении на пластину параллельна или перпендикулярна направлению быстрой оси на этой поверхности. Величина двулучепреломления n=n_o-n_е для материалов, используемых для получения заявляемого устройства (органических красителей, образующих лиотропную жидкокристаллическую фазу), лежит в пределах от 0,1 до 0,9. Поэтому указанное выше условие достигается уже при толщине пленки от 0,15 до 1,30 мкм, что лежит в пределах обычно получаемой толщины. Изменение ориентации плоскости поляризации света или наличие поглощения обыкновенного или необыкновенного луча будет сказываться на эллиптичности выходящего из пленки света Все эти эффекты, в конечном счете, влияют на оптические свойства заявляемого устройства и зависят от степени оптической анизотропии пленки, направления распространения поляризованного света, толщины пленки и закона изменения ориентации.

Сущность заявляемого изобретения поясняется на фиг.1 и 2. На фиг.1 схематически показано строение оптически анизотропной пленки с закрученной структурой; на фиг.2 представлена зависимость изменения ориентации оптической оси (угла закручивания) по толщине пленки.

На фиг.1 оптически анизотропная пленка 1 представлена в системе координат XYZ, где ось Х совпадает с направлением внешнего ориентирующего воздействия, прикладываемого при формировании пленки; ось Z расположена по нормали к поверхности пленки. В слое пленки 1, прилегающем к подложке 2, оптическая ось 3 материала пленки 1 направлена под некоторым углом к оси X, и это направление сохраняется до некоторой толщины d₁. Это направление задается направленной обработкой поверхности пластины 2 или предварительно нанесенного на него дополнительного органического слоя. Направленная обработка осуществляется путем натирки, фотоориентирования или иным способом. Затем оптическая ось поворачивается на участке d₁-d₂ до направления, совпадающего с осью X (направлением внешнего ориентирующего воздействия), и на остальной толщине пленки сохраняет свое новое направление вплоть до границы пленки d. Поворот оси осуществляется за счет сил вязкости при нанесении пленки каким-либо известным способом. При этом оптическая ось сохраняет свою ориентацию параллельно плоскости подложки. Толщина d₁ приповерхностного слоя и промежуточного слоя d₂-d₁ зависит от реологических свойств материала при его нанесении на подложку, материала поверхностного слоя подложки, способа нанесения и других технологических факторов. Толщина слоя 0-d₁ может составлять величину от нескольких процентов до десятков процентов общей толщины пленки.

Если зависимость изменения ориентации оптической оси не является симметричной относительно середины толщины пленки, то оптические свойства такой пластины также не симметричны относительно направления распространения света. Коэффициент пропускания света будет зависеть от того, с какой стороны падает поляризованный свет на пластину: со стороны подложки или со стороны пленки.

Рассмотрим случай, когда слои 0-d₁ и d₁-d₂ - тонкие, по сравнению с общей толщиной пленки (d₁d₂<<d) (фиг.2). В случае, когда линейно поляризованный свет падает на пленку 1 со стороны В таким образом, что его плоскость поляризации перпендикулярна оптической оси слоя d₂-d, он будет поглощаться в нем и при достаточной толщине интенсивность света может составить 1-2% от первоначальной. Дальнейшее прохождение через слои 0-d₁ и d₁-d₂ слабо повлияет на интенсивность проходящего пучка из-за малой их толщины и интенсивность поглощения на единицу длины в слое 0-d₁ и d₁-d₂ будет меньше, чем в слое d₂-d из-за поворота оптической оси. Прохождение света через слои 0-d₁ и d₁-d₂ делает его эллиптически поляризованным. Однако, из-за отсутствия между наблюдателем и пластиной дополнительного поляризатора, эффект линейной деполяризации остается ненаблюдаемым. Таким образом, на выходе из пластины мы будем иметь интенсивность света <1-2% от первоначальной, которая будет определяться в основном толщиной пленки d. При падении плоско поляризованного света с той же самой ориентацией плоскости поляризации, но со стороны А часть пленки 0-d₁ будет действовать как двулучепреломляющая фазозадерживающая пластина и на выходе из нее свет будет иметь эллиптическую поляризацию, которая дальше анализируется поляризатором, которым является в данном случае слой d₂-d. Оптическое пропускание такой пленки эквивалентно пропусканию системы двулучепреломляющей пластины, находящейся между двумя скрещенными поляризаторами. Ее пропускание будет зависеть от угла и толщины d₁, как периодическая функция, причем максимальное пропускание может достигать 50%. Наличие переходного слоя d₁-d₂ в нашем случае не меняет принципиально физической картины. Таким образом, пропускание поляризованного света заявляемого оптически анизотропной пластины будет зависеть от того, с какой стороны падает на нее свет.

Для иллюстрации заявленного изобретения рассмотрим следующие возможные примеры его реализации, которые не исчерпывают всех применений заявленного изобретения.

Как уже было отмечено, анизотропно поглощающую свет, по крайней мере, одной определенной длины волны, пленку формируют на подложке, в качестве которой может быть использована как однослойная, прозрачная пластина (стекло, пластик и т.д.), так и сформированная из нескольких, по крайней мере, из двух, также прозрачных, слоев структура. Форма подложки также может быть различной. Выбор ее будет определяться назначением получаемого изделия.

Особое внимание необходимо уделить обработке поверхности подложки для того, чтобы создать требуемые параметры поверхностной анизотропии. На подложке, по крайней мере, на той ее части, где будет получена оптически анизотропная пленка с изменяющимся по толщине пленки направлением оптической оси, необходимо создать условия для ориентирования молекул и/или надмолекулярных комплексов ЖК материала. Для этой цели можно использовать различные методы:

- метод активации поверхности подложки, когда в результате химической, или ионной, или любой другой обработки происходит активация химических связей молекул, находящихся на поверхности подложки, при этом создаются преимущественные ориентирующие направления,

- метод формирования направленного поверхностного рельефа, когда на поверхности подложки либо из материала самой подложки, либо из дополнительно наносимого на подложку материала, формируют определенным образом ориентированный рельеф, элементы текстуры, определенные фигуры, желобки и т.д.; для этого может быть использован как метод фотолитографии для формирования более мелких элементов, так и широко используемый для подобных целей метод механического натирания поверхности специально подобранным абразивным материалом (при механической обработке следует обратить внимание на необходимость последующей обработки для удаления возможно образовавшихся на поверхности подложки частиц и трещин, которые могут привести к искажению заданного направления ориентирования).

Поскольку в данном случае используется свойство жидких кристаллов ориентироваться в канале при течении (нанесении) вдоль оси канала, то необходимая степень ориентирования надмолекулярных комплексов на поверхности подложки будет определяться глубиной и направленностью созданного на поверхности подложки рельефа. Иными словами на подложке создается определенная степень поверхностной анизотропии.

При необходимости рельеф может быть сформирован на одном или нескольких участках подложки, причем разные участки подложки могут иметь разные поверхностные свойства. На разных участках могут быть созданы разные ориентирующие направления. Также могут быть участки, не создающие условий для ориентации жидкого кристалла.

Нанесение пленки жидкого кристалла осуществляется известными способами, подробно описанными в патенте US 5739296, в основе которых лежат ракельный, фильерный и валковый методы. В этих методах процесс нанесения слоя жидкокристаллического раствора сочетается с одновременным ориентированием уже имеющихся надмолекулярных комплексов под действием вязкостных сил, возникающих в процессе нанесения при растяжении слоя жидкости, или сдвиге одного слоя относительно другого. Для придания пространственно изменяющейся ориентации оси поляризации по площади поляризатора, наносящий инструмент может изменять направление движения по поверхности подложки. Скорость движения и закон изменения направления движения будут определять ориентацию надмолекулярных комплексов жидкого кристалла.

Для придания пространственно изменяющейся ориентации оси поляризации при нанесении поляризующей пленки вращающимся цилиндрическим валиком, на его поверхности под заданным углом к направлению движения формируют канавки, задающие направление ориентации надмолекулярных комплексов, а, следовательно, и направление оси поляризации по поверхности. Канавки могут быть созданы намоткой на вал проволоки (преимущественный диаметр 20-150 мкм) под определенным углом к образующей валика, или методами механической или химической гравировки. При гравировке профиль канавок может быть прямоугольной, ромбической, полукруглой или другой формы. Ширина канавок предпочтительно задается в пределах 50-500 мкм, глубина 10-100 мкм, ширина стенки по верху канавки 10-50 мкм.

Применение растрового вала с заданным направлением канавок позволяет формировать поляризующие рисунки различной формы с различным направлением оси поляризации по поверхности, а последовательное применение нескольких валов и красителей разных цветов - также и разноцветные рисунки. При этом направление оптической оси формируемой пленки на ее поверхности будет совпадать с направлением, задаваемым канавками на валу.

Сочетание двух описанных выше воздействий на жидкий кристалл (ориентирующего воздействия подложки и внешнего ориентирующего воздействия наносящего инструмента) в зависимости от того, вклад какого из них больше для ориентирования молекулярных комплексов, при условии несовпадения направлений ориентирования, будет определять закон изменения направления оптической(-их) оси(-ей) по толщине формируемой пленки.

Используя различные жидкокристаллические растворы различных концентраций и вязкости можно получать пленки различной толщины, что также будет определять степень изменения оси поляризации по толщине пленки. При всех прочих равных условиях формирования, получая пленки разной толщины, можно получить пленки с более или менее резким поворотом оси поляризации.

Нами экспериментально было установлено, что в результате такого двухстороннего ориентирующего воздействия ни только не происходит разориентирования надмолекулярных комплексов в объеме пленки, а наоборот становится возможным получить пленку поляризатора с более высокой степенью ориентации. Поворот оптической оси по толщине пленки происходит без нарушения порядка структуры. В результате степень поляризации получаемой пленки не ниже, а в некоторых случаях выше, известных аналогов, в которых нет изменения направления оси поляризации по толщине пленки.

В качестве молекулярно ориентированных органических веществ, образующих жидкие кристаллы, могут быть использованы известные органические вещества, образующие, термотропные или лиотропные жидкокристаллические фазы, молекулы которых образуют надмолекулярные комплексы (WO 94/28073).

Основным условием получения оптически анизотропной пленки с изменяющимся направлением оптической оси по толщине пленки являются:

- наличие анизотропной поверхности подложки, при этом поверхностная анизотропия подложки должна быть достаточна для обеспечения результативного ориентирующего воздействия на надмолекулярные комплексы наносимого ЖК;

- наличие внешнего ориентирующего воздействия, достаточного для обеспечения результативного ориентирования надмолекулярных комплексов наносимого ЖК;

- несовпадение направлений этих двух воздействий (при этом степень и характер каждого ориентирующего воздействия будет определять закон изменения оптической оси материала по толщине и по поверхности получаемой пленки).

Пример реализации.

На стеклянную пластину известным способом наносят слой полиимида толщиной 50-100 нм.

Натирают его с помощью ткани под углом 45 к стороне пластины. Наносят на него известным способом (с внешним ориентирующим воздействием на жидкий кристалл) водный 8 вес.% ЖК раствор сульфированного индантрона в воде. В растворе молекулы организованы в стопки, составляющие супрамолекулярные комплексы. При нанесении ЖК раствора происходит ориентация комплексов вдоль направления воздействия.

Толщина пленки до операции сушки 5-10 мкм. Образец сушат на воздухе при комнатной температуре. При сушке происходит дополнительная ориентация супрамолекулярных комплексов.

После сушки молекулы в приповерхностном слое ориентированны таким образом, что их плоскость направлена перпендикулярно направлению ориентирования поверхности, а в верхних слоях - перпендикулярно направлению нанесения пленки.

Измерение пропускания полученного образца осуществляют на спектрофотометре в поляризованном свете на длине волны 640 нм. Плоскость поляризации света ориентируют перпендикулярно направлению нанесения пленки. Измерение пропускания делают последовательно при двух положениях образца. Вначале образец ориентируют к источнику поляризованного света пленкой, а затем - подложкой. В зависимости от толщины пленки пропускание в первом случае находится в пределах от 0,5 до 5%, во втором - от 20 до 40%.

Поляризаторы, полученные описанным способом согласно изобретению, характеризовались наличием анизотропно поглощающей пленки с изменяющимся по толщине направлением оси поляризации. Способ получения такой пленки прост, получаемая пленка целостная, не имеет разрывов. Возможен выбор оптимальной толщины пленки. Толщина поляризатора минимальна. При этом поляризационная эффективность полученных поляризаторов не ниже известных аналогов, в которых использованы аналогичные органические красители. Данная пленка может быть использована там, где необходимо получить указанное свойство, которое заключается в изменяющемся направлении оси поляризации по толщине пленки.

Возможность получения оптически анизотропных пленок с изменяющейся по толщине пленки направлением оптической оси, при упрощении способа их производства и обеспечении при этом воспроизводимых оптических параметров, значительно расширит область использования таких пленок в науке и технике.

Источники информации

1. RU 2110818, G 02 B, 1998.

2. US 5739296.

3. WO 94/28073.