RU2143128C1

RU2143128C1 - Polarizer

Info

Publication number: RU2143128C1
Application number: RU98103710A
Authority: RU
Inventors: С.В. Беляев; Н.В. Малимоненко; А.А. Мирошин; И.Г. Хан
Original assignee: Мирошин Александр Александрович; Государственный научный центр РФ "НИОПИК"
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-12-20

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: invention refers to optical polarizers that can be used in liquid-crystal displays, projection type included, in lighting fixtures, in optical instrumentation. Proposed polarizer has aid to convert incoming non-polarized light into assemblage of identical light beams, polarizing aid to split non-polarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams having opposite polarization, aid to change polarization of light beams reflected from polarizing aid and reflecting aid guiding light beams coming out of polarizer along one and same direction. Polarizer is manufactured in the form of at least one film or plate and above-mentioned aids are deposited on its surface. Mentioned polarizing aid includes at least one birefrigent layer whose surface is substantially perpendicular to axis of light beams. Aid to change polarization of light beams reflected from polarizing aid and reflecting aid guiding light beams coming out of polarizer along substantially one and same direction are integrated and include sectionalized metal mirror which surface is substantially perpendicular to axis of light beams. Polarizing aid has at least one layer of cholesteric liquid crystal or birefrigent layer with directions of optical axes constant over thickness of layer. EFFECT: enhanced degree of polarization of light coming out of polarizer with keeping of high energy coefficient of conversion of non-polarized light into polarized one, simplified design of polarizer. 17 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к оптике, а именно к оптическим поляризаторам, которые могут быть использованы в жидкокристаллических дисплеях, в том числе проекционного типа, в осветительной аппаратуре, в оптическом приборостроении. The invention relates to optics, namely to optical polarizers that can be used in liquid crystal displays, including projection type, in lighting equipment, in optical instrument making.

Используемые в настоящее время поляризаторы дихроичного типа представляют собой ориентированную одноосным растяжением полимерную пленку, окрашенную в массе дихроичными органическими красителями или соединениями иода [1] . При прохождении неполяризованного света через поляризатор дихроичного типа [1] одна линейно-поляризованная компонента, плоскость колебаний которой параллельна оси поглощения, практически полностью поглощается и не используется соответственно в дальнейшем. Другая ортогональная линейно-поляризованная компонента, т. е. та, в которой плоскость колебаний перпендикулярна оси поглощения, проходит через поляризатор, испытывая значительно меньшее поглощение. Таким образом, осуществляется поляризация проходящего света. The dichroic type polarizers currently used are a polymer film oriented by uniaxial tension and colored in bulk by dichroic organic dyes or iodine compounds [1]. When non-polarized light passes through a dichroic type polarizer [1], one linearly polarized component, the plane of oscillation of which is parallel to the absorption axis, is almost completely absorbed and is not subsequently used accordingly. Another orthogonal linearly polarized component, i.e., one in which the plane of oscillations is perpendicular to the absorption axis, passes through the polarizer, experiencing significantly less absorption. Thus, the transmitted light is polarized.

Недостатком указанного пленочного поляризатора дихроичного типа является то, что в нем используется не более 50% энергии падающего света. The disadvantage of this film dichroic type polarizer is that it uses no more than 50% of the incident light energy.

Известны также оптические поляризаторы, "работающие" за счет других, чем дихроизм, физических явлений, например, за счет различного коэффициента отражения света, имеющего различные поляризации. Поляризаторы такого типа называются отражательными, в них используются явления линейной поляризации света как при падении и отражении световых пучков от поверхности любых диэлектрических материалов под наклонными углами, близкими к углу Брюстера, так и при нормальном (перпендикулярном к поверхности) падении и отражении света от поверхности двулучепреломляющих материалов. Улучшение поляризующих свойств достигается при использовании многослойных конструкций отражательных поляризаторов. Отражательными поляризаторами можно называть также слои холестерических жидких кристаллов, при падении неполяризованного света, на которые одна циркулярно поляризованная компонента света (например, правая) проходит через слой ХЖК, а другая (левая) отражается от слоя ХЖК, оставаясь левой циркулярно поляризованной. Optical polarizers are also known that “work” due to physical phenomena other than dichroism, for example, due to different light reflection coefficients having different polarizations. Polarizers of this type are called reflective, they use the phenomena of linear polarization of light both during the incidence and reflection of light beams from the surface of any dielectric materials at oblique angles close to the Brewster angle, and during normal (perpendicular to the surface) incidence and reflection of light from the birefringent surface materials. Improving polarizing properties is achieved using multilayer structures of reflective polarizers. Reflecting polarizers can also be called layers of cholesteric liquid crystals, when unpolarized light is incident, onto which one circularly polarized component of light (for example, the right one) passes through the CLC layer, and the other (left) is reflected from the CLC layer, while remaining left circularly polarized.

Известен поляризатор отражательного типа [2], включающий по крайней мере один двулучепреломляющий слой, например ориентированную одноосным растяжением полимерную пленку. Преимущественным является пример выполнения этого поляризатора, в котором двулучепреломляющие слои чередуются с оптически изотропными слоями. При падении неполяризованного света на такой поляризатор отражательного типа одна линейно поляризованная компонента света существенно отражается, а другая проходит через поляризатор. Таким образом, осуществляется поляризация проходящего либо отраженного света. Known polarizer of the reflective type [2], comprising at least one birefringent layer, for example, oriented by uniaxial tension polymer film. An advantageous example is the implementation of this polarizer, in which birefringent layers alternate with optically isotropic layers. When unpolarized light is incident on such a reflective type polarizer, one linearly polarized light component is substantially reflected, and the other passes through the polarizer. Thus, the polarization of transmitted or reflected light.

Недостатком известного поляризатора отражательного типа [2] является то, что в нем также используется не более 50% энергии падающего света. A disadvantage of the known polarizer of the reflective type [2] is that it also uses no more than 50% of the incident light energy.

Аналогом заявляемого поляризатора может служить также источник циркулярно поляризованного излучения и проекционная система [3]. Этот источник циркулярно поляризованного излучения включает по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла (ХЖК), зеркало и источник неполяризованного излучения, расположенный между зеркалом и слоем ХЖК. Указанный слой холестерического жидкого кристалла является поляризатором отражательного типа, т. е. средством для разделения падающих на него неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, имеющие различные поляризации. При падении неполяризованного света на слой ХЖК одна циркулярно поляризованная компонента света (например, правая) проходит через слой ХЖК, а другая (левая) отражается от слоя ХЖК, оставаясь левой циркулярно поляризованной. При падении на зеркало левая циркулярно поляризованная компонента отражается, становится правой и также проходит через слой ХЖК. В этом источнике в поляризованное излучение превращается практически вся энергия источника неполяризованного излучения. An analogue of the claimed polarizer can also serve as a source of circularly polarized radiation and a projection system [3]. This circularly polarized radiation source includes at least one layer of cholesteric liquid crystal (CLC), a mirror and an unpolarized radiation source located between the mirror and the CLC layer. The indicated layer of a cholesteric liquid crystal is a polarizer of the reflective type, i.e., a means for separating the non-polarized light beams incident on it into polarized transmitted and reflected light beams having different polarizations. When unpolarized light falls on a CLC layer, one circularly polarized light component (for example, the right one) passes through the CLC layer, and the other (left) is reflected from the CLC layer, while remaining left circularly polarized. When it falls onto a mirror, the left circularly polarized component is reflected, becomes right, and also passes through the CLC layer. In this source, almost all the energy of the source of unpolarized radiation is converted to polarized radiation.

Недостатком этого источника является то, что его конструкция объемная, а не плоская, в виде пленки или пластины. The disadvantage of this source is that its design is voluminous, and not flat, in the form of a film or plate.

Наиболее близким по технической сущности является известный поляризатор [4] , включающий средство для преобразования входящего неполяризованного света во множество одинаковых световых пучков, поляризующее средство для разделения неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящие и отраженные световые пучки, имеющие различные поляризации, средство для изменения поляризации отраженных от поляризующего средства световых пучков и отражающее средство, направляющее выходящие из поляризатора световые пучки по существенно одному и тому же направлению. В известном поляризаторе /4/ средство для разделения неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, имеющие различные поляризации, включает пару диэлектрических поверхностей, расположенных под существенно наклонными углами к оси световых пучков (под углами, близкими к углу Брюстера), а средство для изменения поляризации включает полуволновую пластинку, помещенную между названными поверхностями. В известном поляризаторе [4] отражающее средство включает пару диэлектрических поверхностей, расположенных под существенно наклонными углами к оси световых пучков (под углами, большими угла полного внутреннего отражения). Известный поляризатор имеет высокий энергетический коэффициент преобразования неполяризованного света в поляризованный, т. е. в выходящий поляризованный свет превращается практически вся энергия неполяризованного света, и сравнительно плоскую конструкцию. The closest in technical essence is the known polarizer [4], which includes means for converting incoming unpolarized light into many identical light beams, polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams having different polarizations, means for changing the polarization reflected from polarizing means of light beams and reflecting means directing light beams emerging from the polarizer in essentially one to the same direction. In the known polarizer / 4 /, the means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams having different polarizations includes a pair of dielectric surfaces located at substantially oblique angles to the axis of the light beams (at angles close to the Brewster angle), and to change the polarization includes a half-wave plate placed between these surfaces. In the known polarizer [4], the reflective means includes a pair of dielectric surfaces located at substantially oblique angles to the axis of the light beams (at angles greater than the angle of total internal reflection). The known polarizer has a high energy coefficient for converting unpolarized light into polarized light, i.e., almost all the energy of unpolarized light is converted into outgoing polarized light, and it has a relatively flat design.

Недостатком известного поляризатора [4] является невысокая степень поляризации выходящего света, а также сравнительная сложность его изготовления. A disadvantage of the known polarizer [4] is the low degree of polarization of the emerging light, as well as the comparative complexity of its manufacture.

Задачей изобретения является повышение степени поляризации выходящего из поляризатора света при сохранении высокого энергетического коэффициента преобразования неполяризованного света в поляризованный, а также упрощение конструкции поляризатора. The objective of the invention is to increase the degree of polarization emerging from the polarizer of light while maintaining a high energy coefficient of conversion of unpolarized light to polarized, as well as simplifying the design of the polarizer.

Поставленная задача решается в поляризаторе, отличающемся тем, что он выполнен в виде по крайней мере одной пленки или пластины, названные средства нанесены на ее поверхности, названное поляризующее средство включает по крайней мере один двулучепреломляющий слой, поверхность которого существенно перпендикулярна оси световых пучков, средство для изменения поляризации отраженных от поляризующего средства световых пучков и отражающее средство, направляющее выходящие из поляризатора световые пучки по существенно одному и тому же направлению, выполнены совмещенными и содержат секционированное металлическое зеркало, поверхность которого существенно перпендикулярна оси световых пучков. The problem is solved in a polarizer, characterized in that it is made in the form of at least one film or plate, said means are deposited on its surface, said polarizing means include at least one birefringent layer, the surface of which is substantially perpendicular to the axis of the light beams, means for changes in the polarization of light beams reflected from the polarizing means and a reflecting means directing the light beams emerging from the polarizer along essentially the same direction They are made combined and contain a sectioned metal mirror, the surface of which is substantially perpendicular to the axis of the light beams.

Существенными признаками изобретения являются: средство для преобразования входящего неполяризованного света во множество одинаковых световых пучков, поляризующее средство для разделения названных неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящие и отраженные световые пучки, имеющие различные поляризации, средство для изменения поляризации отраженных от поляризующего средства световых пучков и отражающее средство, направляющее выходящие из поляризатора световые пучки по одному и тому же направлению. The essential features of the invention are: means for converting incoming unpolarized light into a plurality of identical light beams, polarizing means for dividing said non-polarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams having different polarizations, means for changing the polarization of light beams reflected from the polarizing means, and reflective means directing light beams emerging from the polarizer in the same direction.

Отличительным признаком изобретения является то, что поляризатор выполнен в виде по крайней мере одной пленки или пластины, указанные средства нанесены на ее поверхности, названное поляризующее средство включает по крайней мере один двулучепреломляющий слой, поверхность которого существенно перпендикулярна оси световых пучков, средство для изменения поляризации отраженных от поляризующего средства световых пучков и отражающее средство, направляющее выходящие из поляризатора световые пучки по существенно одному и тому же направлению, выполнены совмещенными и содержат секционированное металлическое зеркало, поверхность которого существенно перпендикулярна оси световых пучков. A distinctive feature of the invention is that the polarizer is made in the form of at least one film or plate, said means are deposited on its surface, said polarizing means include at least one birefringent layer, the surface of which is substantially perpendicular to the axis of the light beams, means for changing the polarization of the reflected from the polarizing means of the light beams and the reflecting means directing the light beams emerging from the polarizer along essentially the same direction w, made coincident and partitioned contain metal mirror surface is substantially perpendicular to the axis of the light beams.

Предпочтительным является поляризатор по изобретению, отличающийся тем, что поляризующее средство для разделения неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящие и отраженные световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой, содержит по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. Preferred is a polarizer according to the invention, characterized in that the polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, comprising at least one birefringent layer, contains at least one layer of cholesteric liquid crystal.

Более предпочтительным является поляризатор по изобретению, отличающийся тем, что по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла изготовлен из полимерного холестерического жидкого кристалла. More preferred is the polarizer according to the invention, characterized in that at least one layer of cholesteric liquid crystal is made of a polymer cholesteric liquid crystal.

Еще более предпочтительным является поляризатор по изобретению, отличающийся тем, что по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла имеет по толщине градиент шага холестерической спирали и в результате спектральную ширину полосы селективного отражения света не менее 100 нм. Even more preferred is the polarizer according to the invention, characterized in that at least one layer of the cholesteric liquid crystal has a thickness gradient of the step of the cholesteric helix and, as a result, the spectral bandwidth of the selective reflection of light is not less than 100 nm.

Предпочтительным также является поляризатор по изобретению, отличающийся тем, что поляризующее средство для разделения неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, выполненное в виде по крайней мере одного двулучепреломляющего слоя, включает по крайней мере три слоя холестерических жидких кристаллов, имеющих полосы селективного отражения света в трех различных спектральных диапазонах. Also preferred is a polarizer according to the invention, characterized in that the polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams made in the form of at least one birefringent layer includes at least three layers of cholesteric liquid crystals having selective reflection bands light in three different spectral ranges.

Предпочтителен поляризатор, отличающийся тем, что поляризующее средство для разделения неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящие и отраженные световые пучки, включает по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей, а перед секционированным металлическим зеркалом расположена четвертьволновая пластинка. A polarizer is preferred, characterized in that the polarizing means for separating non-polarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams includes at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant in the thickness of the layer, and a quarter-wave plate is located in front of the sectioned metal mirror.

Предпочтительным также является поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один двулучепреломляющий слой является анизотропно поглощающим и имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне из рабочих длин волн. A polarizer is also preferred, characterized in that at least one birefringent layer is anisotropically absorbing and has at least one refractive index that increases with increasing wavelength of polarized light in at least a certain range of operating wavelengths.

Примером изобретения служит поляризатор, отличающийся тем, что средство для преобразования входящего неполяризованного света во множество одинаковых световых пучков выполнено в виде системы микролинз, фокусирующих выходящие из них световые пучки внутрь поляризатора. В частности, система микролинз может быть выполнена в виде положительных цилиндрических микролинз, полностью покрывающих поверхность поляризатора. An example of the invention is a polarizer, characterized in that the means for converting the incoming unpolarized light into many identical light beams is made in the form of a system of microlenses focusing the light beams emerging from them into the polarizer. In particular, the system of microlenses can be made in the form of positive cylindrical microlenses that completely cover the surface of the polarizer.

Другой пример предлагаемого поляризатора отличается тем, что средство для преобразования входящего неполяризованного света во множество одинаковых световых пучков выполнено в виде системы микропризм, полностью покрывающих поверхность поляризатора. Another example of the proposed polarizer is characterized in that the means for converting incoming unpolarized light into many identical light beams is made in the form of a system of microprisms that completely cover the surface of the polarizer.

Здесь и далее под понятием свет и "оптический" (поляризатор) имеется в виду электромагнитное излучение видимого, ближнего ультрафиолетового и ближнего инфракрасного диапазонов длин волн, т.е. диапазона от 250-300 нм до 1.000-2.000 нм (от 0,25-0,3 до 1-2 мкм). Hereinafter, the term light and “optical” (polarizer) refers to electromagnetic radiation from the visible, near ultraviolet and near infrared wavelength ranges, i.e. range from 250-300 nm to 1.000-2.000 nm (from 0.25-0.3 to 1-2 microns).

Здесь и далее говорится про плоский поляризатор исключительно для простоты понимания. Без потери общности мы имеем в виду также поляризатор, имеющий различную форму: цилиндрическую, сферическую и других более сложных форм. Кроме того, предлагаемый поляризатор может быть выполнен как конструкционно единым и изолированным, так и нанесенным на различные подложки или между подложками. Hereinafter, it is said about a flat polarizer solely for ease of understanding. Without loss of generality, we also mean a polarizer having a different shape: cylindrical, spherical, and other more complex shapes. In addition, the proposed polarizer can be made as structurally uniform and isolated, and applied to various substrates or between substrates.

Одним из существенных элементов предлагаемого поляризатора является поляризующее средство для разделения неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящие и отраженные световые пучки. Такое средство другими словами называют отражательным поляризатором или трансфлекторным полярижзатором. Отличительным признаком предлагаемого поляризатора является то, что поляризующее средство включает по крайней мере один двулучепреломляющий слой, поверхность которого существенно перпендикулярна оси световых пучков. В зависимости от вида используемого двулучепреломляющего слоя разделение неполяризованных световых пучков может осуществляться либо на линейно поляризованные проходящий и отраженный с ортогональными поляризациями, либо на циркулярно поляризованные проходящий и отраженный с противоположными знаками вращения поляризации. One of the essential elements of the proposed polarizer is a polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams. Such a tool in other words is called a reflective polarizer or a transflector polarizer. A distinctive feature of the proposed polarizer is that the polarizing agent includes at least one birefringent layer, the surface of which is substantially perpendicular to the axis of the light beams. Depending on the type of birefringent layer used, the separation of unpolarized light beams can be either linearly polarized transmitted and reflected with orthogonal polarizations, or circularly polarized transmitted and reflected with opposite signs of rotation of polarization.

Двулучепреломляющими называют слои, имеющие по крайней мере два различных показателя преломления: необыкновенный n_e для одной линейно поляризованной компоненты света и обыкновенный n_o для другой ортогональной линейно поляризованной компоненты света. В простейшем случае оптические оси, которым соответствуют необыкновенный и обыкновенный показатели преломления, ортогональны и расположены в плоскости слоя. Оптическая ось, которой соответствует необыкновенный показатель преломления n_e, выделена тем или иным способом. Например, этой осью может быть направление вытяжки слоя полимерного материала или директор в ориентированном нематическом жидком кристалле. Такой двулучепреломляющий слой в смысле кристаллооптики соответствует оптически одноосной пластинке, вырезанной параллельно главной оси. Здесь и далее рассматриваются для примера оптически положительные двулучепреломляющие слои, в которых n_e > n_o. Без потери общности все выводы относятся также к оптически отрицательным двулучепреломляющим слоям, в которых n_e < n_o. В более общем случае, например, для оптически двуосных слоев существуют три различных показателя преломления n_x = n_e, n_y = n_o, n_z. Показатель преломления n_x соответствует направлению колебаний в световой волне, параллельному плоскости слоя и направленному вдоль выделенного тем или иным способом направления X в плоскости слоя, n_y - направлению Y колебаний в световой волне, также параллельному плоскости слоя, но перпендикулярному направлению X, n_z - направлению Z колебаний в световой волне, перпендикулярному плоскости слоя. В зависимости от способа изготовления двулучепреломляющих слоев и типа используемых материалов соотношение величин показателей преломления n_x, n_y, n_z может быть различным.Birefringent layers are those having at least two different refractive indices: extraordinary n _e for one linearly polarized light component and ordinary n _o for another orthogonal linearly polarized light component. In the simplest case, the optical axes, which correspond to the extraordinary and ordinary refractive indices, are orthogonal and are located in the layer plane. The optical axis, which corresponds to an extraordinary refractive index n _e , is highlighted in one way or another. For example, this axis may be the direction of drawing of the layer of polymer material or the director in an oriented nematic liquid crystal. Such a birefringent layer in the sense of crystal optics corresponds to an optically uniaxial plate cut parallel to the main axis. Hereinafter, we will consider, for example, optically positive birefringent layers in which n _e > n _o . Without loss of generality, all conclusions also apply to optically negative birefringent layers in which n _e <n _o . In the more general case, for example, for optically biaxial layers, there are three different refractive indices n _x = n _e , n _y = n _o , n _z . The refractive index n _x corresponds to the direction of oscillations in the light wave parallel to the plane of the layer and directed along the X direction selected in one way or another in the plane of the layer, n _y to the direction Y of oscillations in the light wave, also parallel to the plane of the layer, but perpendicular to the direction X, n _z - the direction Z of the oscillations in the light wave perpendicular to the plane of the layer. Depending on the method of manufacturing birefringent layers and the type of materials used, the ratio of the refractive indices n _x , n _y , n _z can be different.

Существенным отличием настоящего изобретения является использование в предлагаемом поляризаторе поляризующего средства, включающего по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой с по крайнем мере одним показателем преломления, возрастающим при увеличении длины волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне из рабочих длин волн. A significant difference of the present invention is the use in the proposed polarizer of a polarizing agent comprising at least one anisotropically absorbing birefringent layer with at least one refractive index, increasing with increasing wavelength of polarized light in at least a certain range of operating wavelengths.

Наиболее предпочтительно использовать анизотропно поглощающие двулучепреломляющих слои с по крайней мере одним показателем преломления, прямо пропорциональным длине волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне из рабочих длин волн. It is most preferable to use anisotropically absorbing birefringent layers with at least one refractive index directly proportional to the wavelength of the polarized light in at least a certain range of operating wavelengths.

Двулучепреломляющий слой может иметь постоянные по толщине слоя направления оптических осей, или направления оптических осей могут меняться по определенному закону. The birefringent layer may have directions along the thickness of the layer of the optical axes, or the directions of the optical axes may vary according to a certain law.

Характерными примерами двулучепреломляющих слоев с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей являются ориентированные одноосным или двухосным растяжением полимерные пленки, жидкие или отвержденные ориентированные слои нематических жидких кристаллов и ориентированные молекулярно упорядоченные слои дихроичных красителей, способных к образованию лиотропной жидкокристаллической фазы. Typical examples of birefringent layers with optical axis directions constant over the thickness of the layer are polymer films oriented by uniaxial or biaxial stretching, liquid or cured oriented layers of nematic liquid crystals, and oriented molecularly ordered layers of dichroic dyes capable of forming a lyotropic liquid crystal phase.

Примером двулучепреломляющих слоев с направлениями оптических осей, меняющимися по толщине слоя по определенному закону являются слои холестерических жидких кристаллов. В таких слоях оптическая ось, соответствующая длинным осям палочкообразных молекул и соответственно большему показателю преломления, вращается при мысленном движении по толщине, оставаясь параллельной плоскости слоя. Расстояние по толщине, на котором оптическая ось делает полный оборот в 360 ^o, называют шагом холестерической спирали. Направление вращения оптической оси может быть как по часовой стрелке, и такая спираль называется правой, так и против часовой стрелки, и такая спираль называется левой. Такая структура (текстура) двулучепреломляющего слоя холестерических жидких кристаллов называется планарной или текстурой Гранжана. Основными оптическими свойствами двулучепреломляющего слоя холестерических жидких кристаллов с планарной текстуры являются:
1. При падении света на слой существует область селективного отражения света, спектральное положение которой пропорционально шагу холестерической спирали.An example of birefringent layers with optical axis directions that vary along the layer thickness according to a certain law are the layers of cholesteric liquid crystals. In such layers, the optical axis, corresponding to the long axes of the rod-shaped molecules and, correspondingly, a higher refractive index, rotates with a mental movement through the thickness, remaining parallel to the plane of the layer. The thickness distance at which the optical axis makes a full rotation of 360 ^o is called the step of the cholesteric spiral. The direction of rotation of the optical axis can be either clockwise, and such a spiral is called right, or counterclockwise, and such a spiral is called left. Such a structure (texture) of a birefringent layer of cholesteric liquid crystals is called a planar or Grangean texture. The main optical properties of the birefringent layer of cholesteric liquid crystals with planar texture are:
1. When light is incident on a layer, there is a region of selective reflection of light, the spectral position of which is proportional to the pitch of the cholesteric spiral.

2. Спектральная ширина области селективного отражения света пропорциональна анизотропии показателя преломления (т.е. разнице между необыкновенным и обыкновенным показателями преломления). 2. The spectral width of the region of selective light reflection is proportional to the anisotropy of the refractive index (ie, the difference between the extraordinary and ordinary refractive indices).

3. В пределах области селективного отражения света одна циркулярно поляризованная компонента неполяризованного света, направление вращения которой совпадает с направлением вращения холестерической спирали, полностью отражается, другая циркулярно-поляризованная компонента неполяризованного света, направление вращения которой противоположно направлению вращения холестерической спирали, полностью проходит через слой. 3. Within the region of selective light reflection, one circularly polarized component of non-polarized light, the direction of rotation of which coincides with the direction of rotation of the cholesteric spiral, is completely reflected, another circularly polarized component of non-polarized light, the direction of rotation of which is opposite to the direction of rotation of the cholesteric spiral, completely passes through the layer.

Таким образом слой холестерических жидких кристаллов с планарной текстуры является циркулярным поляризатором отражательного типа как для проходящего, так и для отраженного света. Такой слой может служит или быть включенным в состав поляризующего средства для разделения неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, имеющие различные поляризации. При необходимости для превращения циркулярных поляризаций в линейные может быть использована известная четвертьволновая пластинка. Thus, a layer of cholesteric liquid crystals with a planar texture is a circular polarizer of the reflective type for both transmitted and reflected light. Such a layer can serve or be included in the composition of the polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams having different polarizations. If necessary, the known quarter-wave plate can be used to convert circular polarizations to linear ones.

Для изготовления двулучепреломляющего слоя с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей могут быть использованы:
1. Ориентированные одноосным или двухосным растяжением полимерные пленки, прозрачные (не поглощающие свет) в диапазоне рабочих длин волн.For the manufacture of a birefringent layer with constant along the thickness of the layer directions of the optical axes can be used:
1. Oriented uniaxial or biaxial stretching polymer films, transparent (not absorbing light) in the range of operating wavelengths.

2. Слои низкомолекулярных термотропных жидкокристаллических веществ или их смесей, в том числе представляющих собой дихроичные красители или содержащих в качестве компоненты жидкокристаллические и/или нежидкокристаллические дихроичные красители. 2. Layers of low molecular weight thermotropic liquid crystalline substances or mixtures thereof, including those which are dichroic dyes or containing liquid crystalline and / or non-liquid dichroic dyes as components.

3. Слои полимерных термотропных жидкокристаллических и/или нежидкокристаллических веществ или их смесей, содержащих растворенные в массе и/или химически связанные с полимерной цепью дихроичные красители. 3. Layers of polymer thermotropic liquid crystalline and / or non-liquid crystalline substances or mixtures thereof, containing dichroic dyes dissolved in the mass and / or chemically bonded to the polymer chain.

4. Ориентированные пленки нежидкокристаллических полимерных материалов с регулируемой степенью гидрофильности, окрашенных дихроичными красителями и/или соединениями иода. 4. Oriented films of non-liquid crystalline polymeric materials with an adjustable degree of hydrophilicity, stained with dichroic dyes and / or iodine compounds.

5. Слои дихроичных органических красителей полимерного строения. 5. Layers of dichroic organic dyes of polymer structure.

6. Ориентированные молекулярно упорядоченные слои органических солей дихроичных анионных красителей. 6. Oriented molecularly ordered layers of organic salts of dichroic anionic dyes.

7. Ориентированные молекулярно упорядоченные слои дихроичных красителей, способных к образованию лиотропной жидкокристаллической фазы, например, толщиной менее 0.1 мкм, в том числе полимерного строения. 7. Oriented molecularly ordered layers of dichroic dyes capable of forming a lyotropic liquid crystalline phase, for example, with a thickness of less than 0.1 μm, including a polymer structure.

8. Анизотропно поглощающие двулучепреломляющие слои, сформированные из ассоциатов дихроичных красителей, содержащих ионногенные группы, по крайней мере с одним молем органического иона. 8. Anisotropically absorbing birefringent layers formed from associates of dichroic dyes containing ionic groups with at least one mole of an organic ion.

9. Анизотропно поглощающие двулучепреломляющие слои, сформированные из смешанных солей дихроичных анионных красителей, содержащих различные катионы. 9. Anisotropically absorbing birefringent layers formed from mixed salts of dichroic anionic dyes containing various cations.

10. Анизотропно поглощающие двулучепреломляющие слои, сформированные из ассоциатов дихроичных красителей, содержащих ионногенные группы, по крайней мере с одним молем поверхностно-активных ионов. 10. Anisotropically absorbing birefringent layers formed from associates of dichroic dyes containing ionic groups with at least one mole of surface-active ions.

При этом дихроичные красители могут быть из класса азокрасителей, антрахиноновых, полициклических, гетероциклических, триарилметановых и т.п., которые в свою очередь относятся к анионным (прямым, активным и кислотным) и катионным. In this case, dichroic dyes can be from the class of azo dyes, anthraquinone, polycyclic, heterocyclic, triarylmethane, etc., which in turn belong to anionic (direct, active and acid) and cationic.

Перечисленными примерами не ограничиваются возможности использования других материалов для формирования двулучепреломляющих слоев для предлагаемого оптического поляризатора. The listed examples are not limited to the possibility of using other materials to form birefringent layers for the proposed optical polarizer.

Двулучепреломляющий слой в предлагаемом оптическом поляризаторе может быть как твердым, так и жидким. Использование по крайней мере одного анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя хотя и вызывает небольшие потери света в оптическом поляризаторе, однако эти потери малы, особенно в слоях толщиной менее 0,1 мкм, и достигаемый технический результат - повышение степени поляризации выходящего из поляризатора света при сохранении высокого энергетического коэффициента преобразования неполяризованного света в поляризованный компенсирует эти потери. The birefringent layer in the proposed optical polarizer can be either solid or liquid. The use of at least one anisotropic absorbing birefringent layer, although it causes small losses of light in the optical polarizer, however, these losses are small, especially in layers less than 0.1 μm thick, and the technical result achieved is an increase in the degree of polarization of the light emerging from the polarizer while maintaining a high energy the conversion factor of unpolarized light to polarized compensates for these losses.

Выбор методов изготовления поляризатора по изобретению зависит от вида материалов, используемых для двулучепреломляющих слоев, и не влияет на суть изобретения. Для формирования на поверхности предлагаемого поляризатора поляризующего покрытия, включающего по крайней мере один двулучепреломляющий слой, могут быть применены следующие стандартные способы: ламинирование предварительно ориентированных вытяжкой полимерных пленок, нанесение используемых материалов в жидкой форме валиком, ракельным ножом, ракелем в форме невращающегося цилиндра, нанесение с помощью щелевой фильеры и другие. В ряде случаев после нанесения слой подвергается сушке с целью удаления растворителей. В других случаях, например для термопластичных полимерных материалов и стеклующихся материалов, нанесенный слой охлаждается после нанесения. The choice of methods for manufacturing the polarizer according to the invention depends on the type of materials used for birefringent layers, and does not affect the essence of the invention. To form a polarizing coating on the surface of the proposed polarizer, which includes at least one birefringent layer, the following standard methods can be applied: laminating pre-stretched polymer films, applying the materials used in liquid form with a roller, doctor blade, doctor blade in the form of a non-rotating cylinder, applying with using slotted dies and others. In some cases, after application, the layer is dried to remove solvents. In other cases, for example for thermoplastic polymeric materials and glass materials, the applied layer is cooled after application.

Другими методами, которые можно использовать для получения двулучепреломляющих слоев из материалов, образующих в процессе нанесения жидкокристаллической фазу, является нанесение этого материала на подложку, изначально подготовленную для ориентации жидкокристаллической фазы [5]. Одним из таких методов служит однонаправленное натирание подложки или предварительно нанесенного на нее тонкого полимерного слоя, известное и применяемое для ориентации термотропных низкомолекулярных жидкокристаллических смесей при изготовлении ЖК-дисплеев. Other methods that can be used to obtain birefringent layers from materials that form a liquid crystal phase during deposition are applying this material to a substrate that was originally prepared to orient the liquid crystal phase [5]. One of these methods is the unidirectional rubbing of a substrate or a pre-applied thin polymer layer, known and used to orient thermotropic low molecular weight liquid crystal mixtures in the manufacture of LCD displays.

Еще один метод получения двулучепреломляющих слоев - это известный метод фотоориентации предварительно нанесенного тем или иным способом слоя с помощью облучения его линейно поляризованным ультрафиолетовым светом. Another method for producing birefringent layers is the well-known method of photoorienting a layer previously applied in one way or another by irradiating it with linearly polarized ultraviolet light.

Для нанесения двулучепреломляющих слоев из термотропных полимерных материалов могут быть применены экструдеры, в том числе имеющие несколько плоских фильер и позволяющие наносить за один проход сразу несколько слоев разных полимерных материалов требуемой толщины. Extruders can be used for applying birefringent layers of thermotropic polymeric materials, including those having several flat dies and allowing several layers of different polymeric materials of the required thickness to be deposited at once.

Для изготовления слоя холестерических жидких кристаллов с планарной текстуры могут использоваться эфиры холестерина, нематические жидкие кристаллы с введенной в них добавкой оптически активных соединений, так называемые хиральные нематики, в которых оптически активный центр химически соединен с молекулами нематического жидкого кристалла, полимерные холестерические жидкие кристаллы, лиотропные холестерические жидкие кристаллы, например, полипептидов и эфиров целлюлозы. For the manufacture of a layer of cholesteric liquid crystals with a planar texture, cholesterol esters, nematic liquid crystals with the addition of optically active compounds introduced into them, the so-called chiral nematics, in which the optically active center is chemically bonded to the nematic liquid crystal molecules, polymer cholesteric liquid crystals, lyotropic can be used cholesteric liquid crystals, for example, polypeptides and cellulose ethers.

Изготовленные слои могут быть жидкими и твердыми. Отверждение слоев может происходить при понижении температуры, испарении растворителя, полимеризации, в том числе при фотоиндуцированной полимеризации. Fabricated layers can be liquid and solid. Curing of the layers can occur upon lowering the temperature, evaporation of the solvent, polymerization, including photo-induced polymerization.

В качестве средства для преобразования входящего неполяризованного света во множество одинаковых световых пучков могут быть использованы система микролинз, как объемных, так и плоских линз Френеля, а также другие средства для фокусировки световых лучей, система микропризм, объемных, например треугольной формы, или плоских, например с распределенным по толщине и по поверхности показателем преломления, а также другие средства для отклонения световых лучей. As a means for converting incoming unpolarized light into many identical light beams, a microlens system of both volumetric and flat Fresnel lenses can be used, as well as other means for focusing light rays, a system of microprisms, volumetric, for example, triangular, or flat, for example with a refractive index distributed over the thickness and surface, as well as other means for deflecting light rays.

Для изготовления системы микролинз и микропризм могут быть использованы методы прессования, литья, например заливка предварительно выдавленных углублений нужной формы в полимерной пленке полимерным материалом с большим показателем преломления, методы фотоиндуцированной полимеризации и другие методы. For the manufacture of microlenses and microprisms systems, pressing and casting methods can be used, for example, pouring pre-extruded recesses of the desired shape in a polymer film with a polymer material with a high refractive index, photoinduced polymerization methods, and other methods.

Для нанесения секционированного металлического зеркала могут быть применены следующие стандартные способы: термическое испарение в вакууме, нанесение в парах с последующей термической обработкой, магнетронное распыление и другие. Для нанесения зеркала могут использоваться алюминий (Al), серебро (Ag) и другие металлы. The following standard methods can be applied for applying a sectioned metal mirror: thermal evaporation in a vacuum, vapor deposition followed by heat treatment, magnetron sputtering, and others. Aluminum (Al), silver (Ag) and other metals can be used to apply the mirror.

Примеры выполнения поляризатора по изобретению иллюстрируется на фиг. 1-9. Examples of the implementation of the polarizer according to the invention is illustrated in FIG. 1-9.

На фиг. 1 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, отличающегося тем, что он выполнен в виде одной пленки или пластины, на первой поверхности которой нанесены система микролинз и секционированное металлическое зеркало, а на второй - поляризующее средство, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. На фиг. 2 - схематично показан общий вид предлагаемого поляризатора по фиг. 1. На фиг. 3 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, отличающегося тем, что он выполнен в виде одной пленки или пластины, на первой поверхности которой нанесены система микролинз, секционированное металлическое зеркало и четвертьволновая пластинка, а на второй - поляризующее средство, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. На фиг. 4 и 5 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, отличающегося тем, что он выполнен в виде одной пленки или пластины, на первой поверхности которой нанесены секционированное металлическое зеркало, а на второй - поляризующее средство и система микролинз. На фиг. 6 и 7 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде двух ламинированных пленок или пластин, на внешних поверхностях которых нанесены поляризующее средство и две системы микролинз, на внутренних поверхностях - секционированное металлическое зеркало 3. На фиг. 8 и 9 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде двух ламинированных пленок или пластин, на внешних поверхностях которых нанесены поляризующее средство и система микропризм, на внутренних поверхностях - секционированное металлическое зеркало 3. In FIG. 1 schematically shows a cross section of the proposed polarizer, characterized in that it is made in the form of a single film or plate, on the first surface of which a microlens system and a partitioned metal mirror are applied, and on the second a polarizing agent comprising at least one layer of cholesteric liquid crystal. In FIG. 2 - schematically shows a General view of the proposed polarizer of FIG. 1. In FIG. 3 schematically shows a cross-section of the proposed polarizer, characterized in that it is made in the form of one film or plate, on the first surface of which a microlens system, a sectioned metal mirror and a quarter-wave plate are deposited, and on the second a polarizing agent comprising at least one birefringent layer with constant along the thickness of the layer directions of the optical axes. In FIG. 4 and 5 schematically shows a cross section of the proposed polarizer, characterized in that it is made in the form of one film or plate, on the first surface of which a sectioned metal mirror is applied, and on the second - a polarizing agent and a microlens system. In FIG. 6 and 7 schematically show the cross section of the proposed polarizer, made in the form of two laminated films or plates, on the external surfaces of which are applied a polarizing agent and two microlens systems, on the internal surfaces - a sectioned metal mirror 3. In FIG. 8 and 9 schematically shows the cross section of the proposed polarizer, made in the form of two laminated films or plates, on the outer surfaces of which are applied a polarizing agent and a microprism system, on the inner surfaces - a sectioned metal mirror 3.

На фиг. 1 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде одной пленки или пластины 1, на первой поверхности которой нанесены последовательно система микролинз 2 и секционированное металлическое зеркало 3, оптически совмещенное с указанной системой микролинз, а на второй поверхности пленки или пластины нанесено средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. In FIG. 1 schematically shows a cross section of the proposed polarizer, made in the form of a single film or plate 1, on the first surface of which are applied sequentially a microlens system 2 and a sectioned metal mirror 3, optically combined with the specified microlens system, and on the second surface of the film or plate means 4 for the division of unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one layer of cholesteric liquid crystal.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 1 ход лучей показан упрощенно, без учета преломления на границах различных слоев и только для одной микролинзы). Неполяризованный свет 5 падает на первую поверхность поляризатора и фокусируется микролинзами внутрь поляризатора, образуя световые пучки 6. Секционированное металлическое зеркало 3 практически не экранирует неполяризованный свет 5, т. к. поперечные размеры его светоотражающих элементов выбираются много меньше поперечных размеров микролинз (например, поперечные размеры светоотражающих элементов составляют 10 мкм, а поперечные размеры микролинз - 100-200 мкм). Сфокусированные микролинзами 2 световые пучки 6 попадают на средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. При этом приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6 превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с правой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации проходящих световых пучков противоположно знаку спирали используемого холестерического жидкого кристалла). Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6 превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с левой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации отраженных световых пучков совпадает со знаком спирали используемого холестерического жидкого кристалла). Отраженные световые пучки 8 с левой циркулярной поляризацией фокусируются в точку на светоотражающих элементах металлического зеркала 3 (для этого фокусное расстояние или, другими словами, оптическая сила микролинз 2 выбирается соответствующим образом). Отраженные от металлического зеркала 3 световые пучки 9 имеют правую циркулярную поляризацию, т.е. противоположную поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами металлического зеркала. Световые пучки 9, имеющие правую циркулярную поляризацию, проходят через слой холестерического жидкого кристалла без изменения. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой циркулярной поляризацией высокой степени. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 1, the ray path is shown simplified, without taking into account refraction at the boundaries of various layers and for only one microlens). Non-polarized light 5 falls on the first surface of the polarizer and is focused by microlenses into the polarizer, forming light beams 6. The partitioned metal mirror 3 practically does not shield non-polarized light 5, since the transverse dimensions of its reflective elements are chosen much smaller than the transverse dimensions of the microlenses (for example, the transverse dimensions reflective elements are 10 microns, and the transverse dimensions of microlenses are 100-200 microns). The light beams 6 focused by microlenses 2 enter the means 4 for dividing the unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one layer of cholesteric liquid crystal. In this case, approximately half of the light energy of non-polarized light beams 6 is converted into the energy of transmitted light beams 7, for example, with right circular polarization (the direction of circular polarization of transmitted light beams is opposite to the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). The other half of the light energy of unpolarized light beams 6 is converted into the energy of the reflected light beams 8, in this example, with the left circular polarization (the direction of the circular polarization of the reflected light beams coincides with the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). The reflected light beams 8 with left circular polarization are focused to a point on the reflective elements of the metal mirror 3 (for this, the focal length or, in other words, the optical power of the microlenses 2 is selected accordingly). The light beams 9 reflected from the metal mirror 3 have a right circular polarization, i.e. opposite to the polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the known optical properties of the metal mirror. Light beams 9 having a right circular polarization pass through the cholesteric liquid crystal layer without change. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same circular polarization of a high degree.

Для расширения диапазона рабочих длин волн поляризатора средство для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, выполненное в виде по крайней мере одного двулучепреломляющего слоя, включает по крайней мере три слоя холестерических жидких кристаллов, имеющих полосы селективного отражения света в трех различных спектральных диапазонах. To expand the range of operating wavelengths of the polarizer, the means for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams made in the form of at least one birefringent layer includes at least three layers of cholesteric liquid crystals having selective light reflection bands in three different spectral ranges.

В этом же или другом примере поляризатора с расширенным диапазоном рабочих длин волн по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла имеет по толщине градиент шага холестерической спирали и в результате спектральную ширину полосы селективного отражения света не менее 100 нм. In the same or another example of a polarizer with an extended range of operating wavelengths, at least one layer of the cholesteric liquid crystal has a step gradient in thickness of the cholesteric spiral and, as a result, the spectral bandwidth of selective light reflection is not less than 100 nm.

Предпочтителен поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла изготовлен из полимерного холестерического жидкого кристалла. A polarizer is preferred, characterized in that at least one layer of the cholesteric liquid crystal is made of a polymer cholesteric liquid crystal.

Для превращения без потерь энергии выходящего из поляризатора циркулярно поляризованного света в линейно поляризованный на выходе поляризатора может быть дополнительно установлена четвертьволновая пластинка. To convert the energy of circularly polarized light emerging from the polarizer into linearly polarized output of the polarizer, an additional quarter-wave plate can be installed without loss of energy.

На фиг. 2 схематично показан общий вид предлагаемого поляризатора, поперечное сечение которого показано на фиг. 1. Поляризатор выполнен в виде одной пленки или пластины 1, на первой поверхности которой нанесены последовательно система микролинз 2 и секционированное металлическое зеркало 3, оптически совмещенное с указанной системой микролинз, а на второй поверхности пленки нанесено средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. В результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой циркулярной поляризацией. In FIG. 2 schematically shows a General view of the proposed polarizer, the cross section of which is shown in FIG. 1. The polarizer is made in the form of a single film or plate 1, on the first surface of which a microlens system 2 and a sectioned metal mirror 3 are optically aligned with the specified microlens system, and on the second surface of the film is applied a means 4 for dividing non-polarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams comprising at least one layer of cholesteric liquid crystal. As a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of polarized beams 7 and 9 with the same circular polarization.

На фиг. 3 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде одной пленки или пластины 1, на первой поверхности которой нанесены система микролинз 2 и секционированное металлическое зеркало 3, оптически совмещенное с указанной системой микролинз. Перед секционированным металлическим зеркалом 3 помещена четвертьволновая пластинка 10, секционированная, т.е. покрывающая по крайней мере всю поверхность секционированного металлического зеркала 3, как показано на фиг. 3, либо несекционированная, т. е. полностью покрывающая первую поверхность поляризатора. На второй поверхности пленки 1 нанесено средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. In FIG. 3 schematically shows a cross section of the proposed polarizer, made in the form of a single film or plate 1, on the first surface of which a microlens system 2 and a sectioned metal mirror 3 are applied, optically combined with the specified microlens system. A quarter-wave plate 10, sectioned, i.e. covering at least the entire surface of the partitioned metal mirror 3, as shown in FIG. 3, or non-sectioned, i.e., completely covering the first surface of the polarizer. On the second surface of the film 1, a means 4 is deposited for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant in the thickness of the layer.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 3 ход лучей показан упрощенно, без учета преломления на границах различных слоев и только для одной микролинзы). Неполяризованный свет 5 падает на первую поверхность поляризатора и фокусируется микролинзами внутрь поляризатора, образуя световые пучки 6. Секционированное металлическое зеркало 3 практически не экранирует неполяризованный свет, т. к. поперечные размеры его светоотражающих элементов выбираются много меньше поперечных размеров микролинз (например, поперечные размеры светоотражающих элементов составляют 10 мкм, а поперечные размеры микролинз - 100-200 мкм). Сфокусированные микролинзами 2 световые пучки 6 попадают на средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. При этом приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6 превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с линейной поляризацией, перпендикулярной плоскости рисунка. Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6 превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с линейной поляризацией, параллельной плоскости рисунка. Отраженные световые пучки 8 с линейной поляризацией, параллельной плоскости рисунка, проходят четвертьволновую пластинку 10 и фокусируются в точку на светоотражающих элементах металлического зеркала 3 (для этого фокусное расстояние или, другими словами, оптическая сила микролинз 2 выбирается соответствующим образом). Отраженные от металлического зеркала 3 и прошедшие вновь через четвертьволновую пластинку 10 световые пучки 9 имеют линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, т.е. ортогональную линейной поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами комбинации четвертьволновой пластинки и металлического зеркала. Световые пучки 9, имеющие линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, проходят через двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей без изменения. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой линейной поляризацией (в данном примере перпендикулярной плоскости рисунка) высокой степени. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 3, the ray path is shown simplified, without taking into account refraction at the boundaries of various layers and for only one microlens). Non-polarized light 5 falls on the first surface of the polarizer and is focused by micro lenses into the polarizer, forming light beams 6. The partitioned metal mirror 3 practically does not shield non-polarized light, since the transverse dimensions of its reflective elements are chosen much smaller than the transverse dimensions of the microlenses (for example, the transverse dimensions of reflective elements are 10 microns, and the transverse dimensions of microlenses are 100-200 microns). The light beams 6 focused by microlenses 2 are incident on the means 4 for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant along the layer thickness. In this case, approximately half the light energy of unpolarized light beams 6 is converted into the energy of transmitted light beams 7, for example, with linear polarization perpendicular to the plane of the picture. The other half of the light energy of the unpolarized light beams 6 is converted into the energy of the reflected light beams 8, in this example with linear polarization parallel to the plane of the figure. Reflected light beams 8 with linear polarization parallel to the plane of the pattern pass the quarter-wave plate 10 and focus to a point on the reflective elements of the metal mirror 3 (for this, the focal length or, in other words, the optical power of the microlenses 2 is selected accordingly). Reflected from the metal mirror 3 and transmitted again through the quarter-wave plate 10, the light beams 9 have a linear polarization perpendicular to the plane of the figure, i.e. orthogonal to the linear polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the well-known optical properties of the combination of a quarter-wave plate and a metal mirror. Light beams 9 having linear polarization perpendicular to the plane of the pattern pass through a birefringent layer with directions of the optical axes that are constant along the thickness of the layer without change. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same linear polarization (in this example, a perpendicular plane of the picture) of a high degree.

На фиг. 4 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде одной пленки или пластины 1, на первой поверхности которой нанесено секционированное металлическое зеркало 3, а на второй поверхности пленки нанесены последовательно система микролинз 2, оптически совмещенная с секциями металлического зеркала 3, и средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. In FIG. 4 schematically shows a cross section of the proposed polarizer, made in the form of a single film or plate 1, on the first surface of which a sectioned metal mirror 3 is applied, and on the second surface of the film a microlens system 2, optically combined with sections of the metal mirror 3, and means 4 are applied the division of unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one layer of cholesteric liquid crystal.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 4 ход лучей показан упрощенно, без учета преломления на границах различных слоев и только для одной микролинзы). Неполяризованный свет 5 проходит через пленку 1 и систему микролинз 2, которая преобразует за счет фокусировки входящий неполяризованный свет 5 во множество одинаковых световых пучков. Эти пучки попадают на средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. Секционированное металлическое зеркало 3 практически не экранирует неполяризованный свет 5, т. к. поперечные размеры его светоотражающих элементов выбираются много меньше поперечных размеров микролинз (например, поперечные размеры светоотражающих элементов составляют 10 мкм, а поперечные размеры микролинз - 100-200 мкм). Поэтому приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков, пройдя поляризующее средство 4, превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с правой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации проходящих световых пучков противоположно знаку спирали используемого холестерического жидкого кристалла). Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с левой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации отраженных световых пучков совпадает со знаком спирали используемого холестерического жидкого кристалла). Отраженные от поляризующего средства 4 и еще раз прошедшие систему микролинз 2 световые пучки 8 с левой циркулярной поляризацией фокусируются в точку на светоотражающих элементах металлического зеркала 3 (для этого фокусное расстояние или, другими словами, оптическая сила микролинз 2 выбирается соответствующим образом). Отраженные от металлического зеркала 3 световые пучки 9 имеют правую циркулярную поляризацию, т.е. противоположную поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами металлического зеркала. Световые пучки 9, имеющие правую циркулярную поляризацию, проходят через слой холестерического жидкого кристалла без изменения. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой циркулярной поляризацией высокой степени. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 4, the ray path is shown simplified, without taking into account refraction at the boundaries of various layers and for only one microlens). Unpolarized light 5 passes through the film 1 and the microlens system 2, which converts the incoming unpolarized light 5 into many identical light beams due to focusing. These beams fall on the means 4 for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one layer of cholesteric liquid crystal. The partitioned metal mirror 3 practically does not shield unpolarized light 5, since the transverse dimensions of its reflective elements are chosen much smaller than the transverse dimensions of microlenses (for example, the transverse dimensions of reflective elements are 10 μm, and the transverse dimensions of microlenses are 100-200 μm). Therefore, approximately half of the light energy of unpolarized light beams, after passing the polarizing means 4, is converted into the energy of the passing light beams 7, for example, with right circular polarization (the direction of the circular polarization of the passing light beams is opposite to the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). The other half of the light energy of unpolarized light beams is converted into the energy of reflected light beams 8, in this example, with left circular polarization (the direction of circular polarization of the reflected light beams coincides with the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). The light beams 8 with left circular polarization reflected from the polarizing means 4 and once again passing through the microlenses 2 system are focused to a point on the reflective elements of the metal mirror 3 (for this, the focal length or, in other words, the optical power of microlenses 2 is selected accordingly). The light beams 9 reflected from the metal mirror 3 have a right circular polarization, i.e. opposite to the polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the known optical properties of the metal mirror. Light beams 9 having a right circular polarization pass through the cholesteric liquid crystal layer without change. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same circular polarization of a high degree.

Более предпочтительным является поляризатор по изобретению, отличающийся тем, что по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла имеет по толщине градиент шага холестерической спирали и в результате спектральную ширину полосы селективного отражения света не менее 100 нм. More preferred is the polarizer according to the invention, characterized in that at least one layer of the cholesteric liquid crystal has a step gradient in thickness of the cholesteric spiral and as a result the spectral bandwidth of the selective reflection of light is not less than 100 nm.

На фиг. 5 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде одной пленки или пластины 1, на первой поверхности которой нанесено секционированное металлическое зеркало 3. Перед секционированным металлическим зеркалом 3 нанесена четвертьволновая пластинка 10, секционированная, т.е. покрывающая по крайней мере всю поверхность секционированного металлического зеркала 3, как показано на фиг. 5, либо несекционированная, т. е. полностью покрывающая первую поверхность поляризатора. На второй поверхности пленки нанесены последовательно система микролинз 2, оптически совмещенная с секциями металлического зеркала 3, и средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. In FIG. 5 schematically shows a cross-section of the proposed polarizer, made in the form of a single film or plate 1, on the first surface of which a sectioned metal mirror 3 is applied. A quarter-wave plate 10 is applied in front of the sectioned metal mirror 3, i.e. covering at least the entire surface of the partitioned metal mirror 3, as shown in FIG. 5, or non-sectioned, i.e., completely covering the first surface of the polarizer. A system of microlenses 2, optically combined with sections of a metal mirror 3, and means 4 for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant in thickness, are sequentially deposited on the second surface of the film.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 5 ход лучей показан упрощенно, без учета преломления на границах различных слоев и только для одной микролинзы). Неполяризованный свет 5 проходит через пленку или пластину 1 и систему микролинз 2, которая преобразует за счет фокусировки входящий неполяризованный свет 5 во множество одинаковых световых пучков. Эти пучки попадают на средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. Секционированное металлическое зеркало 3 практически не экранирует неполяризованный свет 5, т. к. поперечные размеры его светоотражающих элементов выбираются много меньше поперечных размеров микролинз (например, поперечные размеры светоотражающих элементов составляют 10 мкм, а поперечные размеры микролинз - 100-200 мкм). Поэтому приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков, пройдя поляризующее средство 4, превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с линейной поляризацией, перпендикулярной плоскости рисунка. Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с линейной поляризацией, параллельной плоскости рисунка. Отраженные от поляризующего средства 4 и еще раз прошедшие систему микролинз 2 световые пучки 8 проходят через четвертьволновую пластинку 10 и фокусируются в точку на светоотражающих элементах металлического зеркала 3 (для этого фокусное расстояние или, другими словами, оптическая сила микролинз 2 выбирается соответствующим образом). Прошедшие через четвертьволновую пластинку 10, отраженные от металлического зеркала 3 и прошедшие еще раз через четвертьволновую пластинку 10 световые пучки 9 имеют линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, т.е. ортогональную поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами комбинации четвертьволновой пластинки и металлического зеркала. Световые пучки 9, имеющие линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, проходят через двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей без изменения. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой линейной поляризацией (в данном примере перпендикулярной плоскости рисунка) высокой степени. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 5, the ray path is shown simplified, without taking into account refraction at the boundaries of various layers and for only one microlens). Unpolarized light 5 passes through the film or plate 1 and the microlens system 2, which converts the incoming unpolarized light 5 into many identical light beams due to focusing. These beams enter the means 4 for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant along the layer thickness. The partitioned metal mirror 3 practically does not shield unpolarized light 5, since the transverse dimensions of its reflective elements are chosen much smaller than the transverse dimensions of microlenses (for example, the transverse dimensions of reflective elements are 10 μm, and the transverse dimensions of microlenses are 100-200 μm). Therefore, approximately half of the light energy of non-polarized light beams, having passed the polarizing means 4, is converted into the energy of the transmitted light beams 7, for example, with linear polarization perpendicular to the plane of the picture. The other half of the light energy of unpolarized light beams is converted into the energy of reflected light beams 8, in this example with linear polarization parallel to the plane of the picture. The light beams 8 reflected from the polarizing means 4 and once again passing through the microlens 2 system pass through the quarter-wave plate 10 and are focused to a point on the reflective elements of the metal mirror 3 (for this, the focal length or, in other words, the optical power of the microlenses 2 is selected accordingly). The light beams 9 passing through the quarter-wave plate 10, reflected from the metal mirror 3 and passing once more through the quarter-wave plate 10 have a linear polarization perpendicular to the plane of the figure, i.e. orthogonal to the polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the known optical properties of the combination of a quarter-wave plate and a metal mirror. Light beams 9 having linear polarization perpendicular to the plane of the pattern pass through a birefringent layer with directions of the optical axes that are constant along the thickness of the layer without change. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same linear polarization (in this example, a perpendicular plane of the picture) of a high degree.

На фиг. 6 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде двух, например, ламинированных пленок или пластин 1 и 11, на внешней поверхности первой пленки или пластины нанесена первая система микролинз 2, на внутренней поверхности первой или второй пленки или пластины нанесено секционированное металлическое зеркало 3, а на внешней поверхности второй пленки или пластины нанесены последовательно вторая система микролинз 2, оптически совмещенная с секциями металлического зеркала 3 и с первой системой микролинз, и средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. In FIG. 6 schematically shows a cross section of the proposed polarizer, made in the form of two, for example, laminated films or plates 1 and 11, on the outer surface of the first film or plate the first microlens system 2 is applied, on the inner surface of the first or second film or plate a sectioned metal mirror 3 is applied and on the outer surface of the second film or plate, a second microlens 2 system is applied sequentially, optically combined with sections of the metal mirror 3 and the first microlens system, means 4 for dividing the non-polarized light beams into polarized passing and reflected light beams, including at least one layer of a cholesteric liquid crystal.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 6 ход лучей показан упрощенно, только для одной микролинзы). Неполяризованный свет 5 проходит через первую систему микролинз 2, которая преобразует входящий неполяризованный свет 5 во множество одинаковых световых пучков 6 и фокусирует их на тех местах внутренней поверхности первой пленки или пластины, которые не покрыты секциями металлического зеркала 3. После прохождения фокуса пучки 6 проходят вторую систему микролинз и попадают на средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. Приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков, пройдя поляризующее средство 4, превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с правой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации проходящих световых пучков противоположно знаку спирали используемого холестерического жидкого кристалла). Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с левой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации отраженных световых пучков совпадает со знаком спирали используемого холестерического жидкого кристалла). Отраженные от поляризующего средства 4 и еще раз прошедшие вторую систему микролинз 2 световые пучки 8 с левой циркулярной поляризацией имеют параллельные лучи, т.е. пучки 8 фокусируются в бесконечности (для этого фокусное расстояние или, другими словами, оптическая сила второй системы микролинз 2 выбирается соответствующим образом). После отражения от металлического зеркала 3 световые пучки 8 превращаются в световые пучки 9, которые имеют правую циркулярную поляризацию, т. е. противоположную поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами металлического зеркала. Секционированное металлическое зеркало 3 практически полностью отражает пучки 8, т.е. не происходит потерь световой энергии, т. к. поперечные размеры мест, в которых отсутствуют светоотражающие элементы, выбираются много меньше поперечных размеров микролинз (например, поперечные размеры этих мест составляют 10 мкм, а поперечные размеры микролинз - 100-200 мкм). Световые пучки 9, имеющие правую циркулярную поляризацию и параллельные лучи, проходят через вторую систему микролинз и слой холестерического жидкого кристалла без изменения состояния поляризации и интенсивности, но превращаются в сходящиеся пучки за счет прохождения через вторую систему микролинз. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой циркулярной поляризацией высокой степени. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 6, the ray path is shown simplified, only for one microlens). Non-polarized light 5 passes through the first system of microlenses 2, which converts the incoming non-polarized light 5 into many identical light beams 6 and focuses them on those places on the inner surface of the first film or plate that are not covered by sections of the metal mirror 3. After passing the focus, the beams 6 pass the second a system of microlenses and get into the means 4 for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one layer of cholesteric th liquid crystal. Approximately half of the light energy of non-polarized light beams, passing the polarizing means 4, is converted into the energy of the passing light beams 7, for example, with the right circular polarization (the direction of the circular polarization of the passing light beams is opposite to the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). The other half of the light energy of unpolarized light beams is converted into the energy of reflected light beams 8, in this example, with left circular polarization (the direction of circular polarization of the reflected light beams coincides with the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). The light beams 8 with left circular polarization reflected from the polarizing means 4 and once again passing through the second system of microlenses 2 have parallel beams, i.e. the beams 8 are focused at infinity (for this, the focal length or, in other words, the optical power of the second system of microlenses 2 is selected accordingly). After reflection from the metal mirror 3, the light beams 8 turn into light beams 9 that have a right circular polarization, i.e., opposite to the polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the known optical properties of the metal mirror. The partitioned metal mirror 3 almost completely reflects the beams 8, i.e. there is no loss of light energy, since the transverse dimensions of places where there are no retroreflective elements are chosen much smaller than the transverse sizes of microlenses (for example, the transverse dimensions of these places are 10 microns, and the transverse dimensions of microlenses are 100-200 microns). Light beams 9 having right circular polarization and parallel rays pass through the second microlens system and the cholesteric liquid crystal layer without changing the polarization state and intensity, but turn into converging beams due to passage through the second microlens system. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same circular polarization of a high degree.

На фиг. 7 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде двух ламинированных пленок или пластин 1 и 11. На внешней поверхности первой пленки или пластины нанесена первая система микролинз 2, на внутренней поверхности, например, первой пленки нанесено секционированное металлическое зеркало 3, на которое нанесена четвертьволновая пластинка, покрывающая с необходимостью все секции металлического зеркала 3 и, возможно, для упрощения технологии нанесения и места, не закрытые секциями зеркала 3. На внешней поверхности второй пленки или пластины нанесены последовательно вторая система микролинз 2, оптически совмещенная с секциями металлического зеркала 3 и с первой системой микролинз, и средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. In FIG. 7 schematically shows the cross section of the proposed polarizer, made in the form of two laminated films or plates 1 and 11. On the outer surface of the first film or plate, the first microlens system 2 is applied, on the inner surface of, for example, the first film, a sectioned metal mirror 3 is applied, on which is applied quarter-wave plate, covering, if necessary, all sections of the metal mirror 3 and, possibly, to simplify the application technology and places not covered by the sections of the mirror 3. On the outer surface The second film or plate is sequentially coated with a second microlens system 2, optically combined with sections of a metal mirror 3 and with a first microlens system, and means 4 for dividing unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with constant along the layer thickness by the directions of the optical axes.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 7 ход лучей показан упрощенно, только для одной микролинзы). Неполяризованный свет 5 проходит систему микролинз 2, которая преобразует входящий неполяризованный свет 5 во множество одинаковых световых пучков 6 и фокусирует их на тех местах внутренней поверхности первой пленки, которые не покрыты секциями металлического зеркала 3. После прохождения фокуса пучки 6 проходят вторую систему микролинз и попадают на средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. Приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков, пройдя поляризующее средство 4, превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с линейной поляризацией, перпендикулярной плоскости рисунка. Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с линейной поляризацией, параллельной плоскости рисунка. Прошедшие через четвертьволновую пластинку 10, отраженные от металлического зеркала 3 и прошедшие еще раз через четвертьволновую пластинку 10, световые пучки 9 имеют линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, т.е. ортогональную поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами комбинации четвертьволновой пластинки и металлического зеркала. Секционированное металлическое зеркало 3 практически полностью отражает пучки 8, т.е. не происходит потерь световой энергии, т.к. поперечные размеры мест, в которых отсутствуют светоотражающие элементы, выбираются много меньше поперечных размеров микролинз (например, поперечные размеры этих мест составляют 10 мкм, а поперечные размеры микролинз - 100-200 мкм). Световые пучки 9, имеющие линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, проходят через двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей без изменения состояния поляризации и интенсивности, но превращаются в сходящиеся пучки за счет прохождения через вторую систему микролинз. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой линейной поляризацией (в данном примере перпендикулярной плоскости рисунка) высокой степени. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 7, the ray path is shown simplified, only for one microlens). Non-polarized light 5 passes through the microlenses system 2, which converts the incoming non-polarized light 5 into many identical light beams 6 and focuses them on those places on the inner surface of the first film that are not covered by sections of the metal mirror 3. After passing the focus, the beams 6 pass through the second microlenses system and get means 4 for dividing non-polarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with constant t lschine layer directions of the optical axes. Approximately half of the light energy of non-polarized light beams, having passed the polarizing means 4, is converted into the energy of the passing light beams 7, for example, with linear polarization perpendicular to the plane of the picture. The other half of the light energy of unpolarized light beams is converted into the energy of reflected light beams 8, in this example with linear polarization parallel to the plane of the picture. Passing through the quarter-wave plate 10, reflected from the metal mirror 3 and passing once again through the quarter-wave plate 10, the light beams 9 have linear polarization perpendicular to the plane of the figure, i.e. orthogonal to the polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the known optical properties of the combination of a quarter-wave plate and a metal mirror. The partitioned metal mirror 3 almost completely reflects the beams 8, i.e. there is no loss of light energy, because the transverse dimensions of places in which there are no retroreflective elements are chosen much smaller than the transverse dimensions of microlenses (for example, the transverse dimensions of these places are 10 microns, and the transverse dimensions of microlenses are 100-200 microns). Light beams 9 having a linear polarization perpendicular to the plane of the figure pass through a birefringent layer with directions of the optical axes that are constant along the thickness of the layer without changing the state of polarization and intensity, but turn into converging beams due to passage through the second system of microlenses. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same linear polarization (in this example, a perpendicular plane of the picture) of a high degree.

На фиг. 8 схематично показано поперечное сечение предлагаемого, поляризатора, выполненного в виде двух, например, ламинированных пленок или пластин 1 и 11. На внешней поверхности первой пленки или пластины нанесена система микропризм 12, на внутренней поверхности первой или второй пленки или пластины нанесено секционированное металлическое зеркало 3, оптически совмещенное с системой микропризм 12. На внешней поверхности второй пленки или пластины нанесено поляризующее средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. In FIG. 8 schematically shows a cross section of the proposed polarizer, made in the form of two, for example, laminated films or plates 1 and 11. On the outer surface of the first film or plate, a microprism system 12 is applied, on the inner surface of the first or second film or plate, a sectioned metal mirror 3 is applied optically combined with a system of microprisms 12. On the outer surface of the second film or plate, polarizing means 4 are applied to divide unpolarized light beams into polarized singing and reflected light beams comprising at least one layer of cholesteric liquid crystal.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 8 ход лучей показан упрощенно). Неполяризованный свет 5 проходит через систему микропризм 12, которая преобразует входящий неполяризованный свет 5 во множество одинаковых световых пучков 6 с параллельными лучами. Пучки 6 отклоняются от перпендикуляра к плоскости пленки левым и правым склоном призм 12 на одинаковые углы вправо и влево соответственно (в этом примере показатель преломления материала микропризм выбирается больше показателя преломления материала пленки) и проходят через места в секционированном металлическом зеркале 3, не занятые светоотражающими элементами зеркала 3. Затем неполяризованные пучки 6 попадают на поляризующее средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один слой холестерического жидкого кристалла. Приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6, пройдя поляризующее средство 4, превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с правой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации проходящих световых пучков противоположно знаку спирали используемого холестерического жидкого кристалла). Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6 превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с левой циркулярной поляризацией (направление циркулярной поляризации отраженных световых пучков совпадает со знаком спирали используемого холестерического жидкого кристалла). После отражения от металлического зеркала 3 световые пучки 8 превращаются в световые пучки 9, которые имеют правую циркулярную поляризацию, т.е. противоположную поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами металлического зеркала. Секционированное металлическое зеркало 3 полностью отражает пучки 8, т. е. не происходит потерь световой энергии, т. к. поперечные размеры светоотражающих элементов выбираются равными и немного большее поперечных размеров пучков 8. Световые пучки 9, имеющие правую циркулярную поляризацию, проходят через слой холестерического жидкого кристалла без изменения состояния поляризации и интенсивности. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой циркулярной поляризацией высокой степени. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 8, the ray path is shown simplified). Unpolarized light 5 passes through a system of microprisms 12, which converts the incoming unpolarized light 5 into many identical light beams 6 with parallel beams. The bundles 6 deviate from the perpendicular to the film plane by the left and right slopes of the prisms 12 to the same angles to the right and left, respectively (in this example, the refractive index of the microprism material is chosen higher than the refractive index of the film material) and pass through places in the partitioned metal mirror 3 that are not occupied by reflective elements mirrors 3. Then the non-polarized beams 6 fall on the polarizing means 4 for dividing the unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams ki comprising at least one layer of cholesteric liquid crystal. Approximately half of the light energy of non-polarized light beams 6, having passed the polarizing means 4, is converted into the energy of the passing light beams 7, for example, with right circular polarization (the direction of the circular polarization of the passing light beams is opposite to the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). The other half of the light energy of unpolarized light beams 6 is converted into the energy of the reflected light beams 8, in this example, with the left circular polarization (the direction of the circular polarization of the reflected light beams coincides with the spiral sign of the cholesteric liquid crystal used). After reflection from the metal mirror 3, the light beams 8 are converted into light beams 9, which have a right circular polarization, i.e. opposite to the polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the known optical properties of the metal mirror. The sectioned metal mirror 3 fully reflects the beams 8, i.e., there is no loss of light energy, since the transverse dimensions of the retroreflective elements are chosen equal to and slightly larger than the transverse dimensions of the beams 8. Light beams 9 having a right circular polarization pass through a cholesteric layer liquid crystal without changing the state of polarization and intensity. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same circular polarization of a high degree.

Система микропризм 12, нанесенная на внешней поверхности первой пленки, может быть обращена вершинами микропризм наружу пленки. Микропризмы могут иметь также иную форму, чем треугольная. The microprism system 12, deposited on the outer surface of the first film, can be turned by the tips of the microprisms to the outside of the film. Microprisms can also have a different shape than triangular.

На фиг. 9 схематично показано поперечное сечение предлагаемого поляризатора, выполненного в виде двух, например, ламинированных пленок или пластин 1 и 11. На внешней поверхности первой пленки или пластины нанесена система микропризм 12, на внутренней поверхности первой пленки или пластины последовательно нанесены секционированное металлическое зеркало 3, оптически совмещенное с системой микропризм 12, и четвертьволновая пластинка 10, покрывающая с необходимостью все секции металлического зеркала 3 и, возможно, для упрощения технологии нанесения, и места, не закрытые секциями зеркала 3. На внешней поверхности второй пленки нанесено поляризующее средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. In FIG. 9 schematically shows the cross section of the proposed polarizer, made in the form of two, for example, laminated films or plates 1 and 11. On the outer surface of the first film or plate, a microprism system 12 is applied, on the inner surface of the first film or plate, a sectioned metal mirror 3 is sequentially applied, optically combined with the system of microprisms 12, and a quarter-wave plate 10, covering, if necessary, all sections of the metal mirror 3 and, possibly, to simplify the application technology, and places not covered by sections of the mirror 3. On the outer surface of the second film, polarizing agent 4 is applied to divide unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant in the thickness of the layer.

Работу предлагаемого поляризатора можно пояснить следующим образом (для ясности понимания на фиг. 9 ход лучей показан упрощенно). Неполяризованный свет 5 проходит через систему микропризм 12, которая преобразует входящий неполяризованный свет 5 во множество одинаковых световых пучков 6 с параллельными лучами. Пучки 6 отклоняются от перпендикуляра к плоскости пленки левым и правым склоном призм 12 на одинаковые углы вправо и влево соответственно и проходят через места в секционированном металлическом зеркале 3, не занятые светоотражающими элементами зеркала 3. The operation of the proposed polarizer can be explained as follows (for clarity of understanding in Fig. 9, the ray path is shown simplified). Unpolarized light 5 passes through a system of microprisms 12, which converts the incoming unpolarized light 5 into many identical light beams 6 with parallel beams. The beams 6 deviate from the perpendicular to the film plane by the left and right slopes of the prisms 12 at equal angles to the right and left, respectively, and pass through places in the partitioned metal mirror 3 that are not occupied by the reflective elements of the mirror 3.

Затем неполяризованные пучки 6 попадают на поляризующее средство 4 для деления неполяризованных световых пучков на поляризованные проходящий и отраженный световые пучки, включающее по крайней мере один двулучепреломляющий слой с постоянными по толщине слоя направлениями оптических осей. Приблизительно половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6, пройдя поляризующее средство 4, превращается в энергию проходящих световых пучков 7, например, с линейной поляризацией, перпендикулярной плоскости рисунка. Другая половина световой энергии неполяризованных световых пучков 6 превращается в энергию отраженных световых пучков 8, в данном примере с линейной поляризацией, параллельной плоскости рисунка. Прошедшие через четвертьволновую пластинку 10, отраженные от металлического зеркала 3 и прошедшие еще раз через четвертьволновую пластинку 10 световые пучки 9 имеют линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, т.е. ортогональную поляризации световых пучков 8, падающих на металлическое зеркало 3. Такое изменение поляризации обусловлено известными оптическими свойствами комбинации четвертьволновой пластинки и металлического зеркала. Секционированное металлическое зеркало 3 полностью отражает пучки 8, т.е. не происходит потерь световой энергии, т. к. поперечные размеры светоотражающих элементов выбираются равными и немного большее поперечных размеров пучков 8. Световые пучки 9, имеющие линейную поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка, проходят через поляризующее средство 4 без изменения состояния поляризации и интенсивности. Таким образом, в результате действия поляризатора энергия неполяризованного света 5 практически полностью превращается в энергию выходящих поляризованных пучков 7 и 9 с одинаковой линейной поляризацией высокой степени. Then, the non-polarized beams 6 fall onto the polarizing means 4 for dividing the non-polarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant along the layer thickness. Approximately half of the light energy of non-polarized light beams 6, having passed the polarizing means 4, is converted into the energy of the passing light beams 7, for example, with linear polarization perpendicular to the plane of the picture. The other half of the light energy of the unpolarized light beams 6 is converted into the energy of the reflected light beams 8, in this example with linear polarization parallel to the plane of the figure. The light beams 9 passing through the quarter-wave plate 10, reflected from the metal mirror 3 and passing once more through the quarter-wave plate 10 have a linear polarization perpendicular to the plane of the figure, i.e. orthogonal to the polarization of the light beams 8 incident on the metal mirror 3. This change in polarization is due to the known optical properties of the combination of a quarter-wave plate and a metal mirror. The partitioned metal mirror 3 fully reflects the beams 8, i.e. there is no loss of light energy, since the transverse dimensions of the retroreflective elements are chosen equal to and slightly larger than the transverse dimensions of the beams 8. Light beams 9 having linear polarization perpendicular to the plane of the picture pass through polarizing means 4 without changing the state of polarization and intensity. Thus, as a result of the action of the polarizer, the energy of unpolarized light 5 is almost completely converted into the energy of the emerging polarized beams 7 and 9 with the same linear polarization of a high degree.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными конкретными примерами конкретного выполнения предлагаемого поляризатора. The present invention is not limited to the specific examples described for a specific embodiment of the proposed polarizer.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Патент США N 5,007,942, G 02 B 5/30, 1991.Sources of information taken into account when preparing the application:
1. US patent N 5,007,942, G 02 B 5/30, 1991.

2. Заявка PCT/WO 95/17691, G 02 B 5/30, 1995. 2. Application PCT / WO 95/17691, G 02 B 5/30, 1995.

3. Патент РФ N 2068573, G 02 F 1/13, 1996. 3. RF patent N 2068573, G 02 F 1/13, 1996.

4. Патент США N 5,566,367, G 02 B 5/30, 1996. 4. U.S. Patent No. 5,566,367, G 02 B 5/30, 1996.

5. Патент США N 2,524,286, 350-155, 1950. 5. US patent N 2,524,286, 350-155, 1950.

Claims

1. A polarizer comprising means for converting incoming unpolarized light into a plurality of identical light beams, polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams having different polarizations, means for changing the polarization of light beams reflected from the polarizing means, and reflective means, directing light beams emerging from the polarizer in the same direction, characterized in that it is made in the form of extreme of at least one film or plate, said means are deposited on its surface, the polarizing agent includes at least one birefringent layer, the surface of which is perpendicular to the axis of the light beams, means for changing the polarization of the light beams reflected from the polarizing means, and reflective means directing the light coming out of the polarizer the beams in the same direction are made aligned and contain a sectioned metal mirror, the surface of which is perpendicular to the axis of light O beams.

2. The polarizer according to claim 1, characterized in that the polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams contains at least one layer of cholesteric liquid crystal as a birefringent layer.

3. The polarizer according to claim 2, characterized in that at least one layer of cholesteric liquid crystal is made of a polymer cholesteric liquid crystal.

4. The polarizer according to claim 2, characterized in that at least one layer of the cholesteric liquid crystal has a step gradient of cholesteric spiral in thickness and as a result the spectral bandwidth of selective light reflection is not less than 100 nm.

5. The polarizer according to claim 2, characterized in that the polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams contains at least three layers of cholesteric liquid crystals having selective light reflection bands in three different spectral ranges.

6. The polarizer according to claim 1, characterized in that the birefringent layer included in the polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams has directions of optical axes that are constant in thickness, and a quarter-wave plate is located in front of the sectioned metal mirror.

7. The polarizer according to claim 6, characterized in that at least one birefringent layer is anisotropically absorbing and has at least one refractive index that increases with increasing wavelength of polarized light in at least a certain range of operating wavelengths.

8. The polarizer according to claim 1, characterized in that the means for converting the incoming unpolarized light into a plurality of identical light beams is made in the form of a system of microlenses focusing the light beams emerging from them into the polarizer.

9. The polarizer of claim 8, wherein the microlens system is made in the form of positive cylindrical microlenses that completely cover the surface of the polarizer.

10. The polarizer according to claim 1, characterized in that the means for converting the incoming unpolarized light into many identical light beams is made in the form of a microprism system that completely covers the surface of the polarizer.

11. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a single film or plate, on the first surface of which a microlens system and a partitioned metal mirror are applied, optically combined with a microlens system, and a polarizing agent is applied to the second surface of the film or plate the division of unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one layer of cholesteric liquid crystal.

12. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a single film or plate, on the first surface of which a microlens system is applied, a partitioned metal mirror optically combined with a microlens system, and a quarter-wave plate, and on the second surface of the film or plate applied polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with constant directional thicknesses of the layer optical axes.

13. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a single film or plate, on the first surface of which a sectioned metal mirror is applied, and on the second surface of the film or plate, a microlens system, optically combined with sections of the metal mirror, is applied sequentially, and polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, comprising at least one layer of cholesteric liquid crystal.

14. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a single film or plate, on the first surface of which a sectioned metal mirror and a quarter-wave plate are deposited, and on the second surface of the film or plate, a microlens system, optically combined with metal sections, is applied sequentially mirrors, and polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one birefringent layer with a constant directions of the optical axes determined by the layer thickness.

15. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of at least two laminated films or plates, a first microlens system is deposited on the outer surface of the first film or plate, and a sectioned metal mirror is applied on the inner surface of the first or second film or plate and, on the outer surface of the second film or plate, a second microlens system is additionally applied, optically combined with sections of the metal mirror and the first microlens system, and a polarizing means for Nia unpolarized light beams into polarized passing and reflected light beams, that includes at least one layer of a cholesteric liquid crystal.

16. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of at least two laminated films or plates, the first microlens system is deposited on the outer surface of the first film or plate, and a sectioned metal mirror on the inner surface of the first or second film or plate and a quarter-wave plate, on the outer surface of the second film or plate, a second microlens system is additionally applied, optically combined with sections of the metal mirror and the first microlens system, and polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, which includes at least one birefringent layer with optical axis directions that are constant along the thickness of the layer.

17. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of two laminated films or plates, a microprism system is deposited on the outer surface of the first film or plate, and a sectioned metal mirror optically combined with the surface of the first or second film or plate a microprism system, on the outer surface of the second film or plate, a polarizing means for separating unpolarized light beams into polarized transmitted and reflected light beams, including at least one layer of cholesteric liquid crystal.

18. The polarizer according to claim 1, characterized in that it is made in the form of two laminated films or plates, a microprism system is deposited on the outer surface of the first film or plate, and a sectioned metal mirror optically aligned with the system is sequentially deposited on the inner surface of the first film or plate a microprism, and a quarter-wave plate, on the outer surface of the second film or plate a polarizing agent is applied to separate unpolarized light beams into polarized transmitted and expressions light beams, comprising at least one birefringent layer with constant thickness directions of the optical axes.