NL8902805A - Polarisatiegevoelige bundeldeler. - Google Patents

Description

T.n.v. N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Polarisatiegevoelige bundeldeler."

De uitvinding heeft betrekking op een polarisatiegevoelige bundeldeler met een polarisatiescheidende laag tussen twee doorzichtige elementen, welke polarisatiescheidende laag een dubbelbrekend materiaal omvat.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een polarisatiegevoelige bundeldeler, waarbij tussen twee doorzichtige elementen een polarisatiescheidende laag wordt aangebracht.

Een polarisatiegevoelige bundeldeler kan volgens de stand der techniek worden vervaardigd in de vorm van een Wollaston prisma, zoals beschreven in de McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology, deel 10, op pagina 449 (1960). Om de toepassing van dubbelbrekende prisma's te vermijden is het bekend, om voor hetzelfde doel een polarisatiescheidende laag tussen twee doorzichtige elementen toe te passen, welke elementen dan uit gewoon glas of uit een kunststof met dezelfde enkelvoudige brekingsindex kunnen bestaan, zie het Amerikaanse octrooi schrift US 4702557. De polari satiescheidende, dubbelbrekende laag bestaat daarbij uit een vloeibaar kristallijne laag met een dikte van 5 tot 10 pm. Een van de brekingsindices van deze laag moet gelijk zijn aan die van de genoemde elementen terwijl de andere brekingsindex kleiner moet zijn dan die van de genoemde elementen.

Een dunne vloeibaar kristallijne laag wordt volgens de stand der techniek door middel van capillaire krachten tussen twee substraten (de doorzichtige elementen) aangebracht. Daarbij moeten middelen ter afsluiting van de dunne laag van de omgeving aangebracht worden. Ook is het nodig de twee substraten op een vaste onderlinge afstand van elkaar te positioneren en te bevestigen. Een ander bezwaar van de bekende inrichtingen bestaat uit de moeilijkheid om geschikte vloeibaar kristallijne materialen t.e verschaffen met de hiervoor beschreven brekingsindices. Bovendien is de temperatuurbestendigheid van vloeibaar kristallijne lagen is in het algemeen gering.

De uitvinding beoogt ondermeer een polarisatiegevoelige bundeldeler te verschaffen met een vereenvoudigde constructie. De uitvinding beoogt daarbij middelen te verschaffen om de brekingsindices van de polarisatiescheidende laag en van de doorzichtige elementen op eenvoudige wijze op elkaar af te stemmen. De uitvinding beoogt eveneens een van de temperatuur weinig afhankelijke en ook temperatuurbestendige bundeldeler te verschaffen. Daarnaast beoogt de uitvinding een eenvoudige en doelmatige werkwijze voor het vervaardigen van een polarisatiegevoelige bundeldeler te verschaffen.

Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door een polarisatiegevoelige bundeldeler zoals in de aanhef is beschreven, welke bundeldeler is gekenmerkt doordat de polarisatiescheidende laag een dubbelbrekende lijmlaag is. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de polarisatiegevoelige bundeldeler volgens de uitvinding is de polarisatiescheidende laag een uniaxiaal georienteerde polymeerlaag.

Een bijzonder temperatuurbestendige bundeldeler wordt volgens de uitvinding verkregen, als de polymeerlaag is gevormd uit een uitgeharde vloeibaar kristallijne monomeersamenstelling. De polymeerlaag is bij voorkeur gevormd uit een polymeer netwerk met nematische groepen in de molecuulketens.

Om door middel van wrijven over het oppervlak van de doorzichtige elementen een oriëntatie in de polymeerlaag te kunnen aanbrenger, is het doelmatig dat zich tussen de polymeerlaag en elk van de doorzichtige elementen een laag polyimide bevindt.

Aan de opgave om een werkwijze voor het vervaardigen van een polarisatiegevoelige bundeldeler te verschaffen, wordt volgens de uitvinding voldaan door een werkwijze zoals in de aanhef is beschreven, welke werkwijze is gekenmerkt doordat de polarisatiescheidende laag wordt vervaardigd uit een hardbare kunststofsamenstelling welke vloeibaar kristallijne monomeren of oligomeren omvat, waarbij de moleculen in de hardbare kunststofsamenstelling uniaxiaal worden georienteerd, waarna de kunststofsamenstelling wordt uitgehard.

Een bijzonder temperatuurbestendige polarisatiegevoelige bundeldeler wordt verkregen als de vloeibaar kristallijne monomeren of oligomeren bestaan uit verbindingen met twee of meer acrylaatestergroepen.

Een bijkomstig voordeel van de polarisatiegevoelige bundeldeler volgens de uitvinding is dat deze voor een breed gebied van golflengtes kan worden toegepast. Bij een voldoende grote laagdikte van de polarisatiescheidende laag is de werking ook vrijwel onafhankelijk van de gekozen laagdikte. De laagdikte moet groot genoeg zijn om volledige reflectie van de gewone lichtstraal te bewerkstelligen, bijvoorbeeld meer dan 1 pm. De toelaatbare laagdikte wordt anderzijds beperkt door materiaalkosten en absorptie van de buitengewone lichtstraal.

In een geschikte uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de oriëntatie verkregen door elk van de oppervlakken die in aanraking komen met de hardbare kunststofsamenstelling in één richting te wrijven. In een voorkeursuitvoeringsvorm van een dergelijke werkwijze worden de te wrijven oppervlakken bekleed met een laag polyimide.

In een alternatieve uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de oriëntatie verkregen door middel van een elektrisch of magnetisch veld waarvan de veldlijnen loodrecht op de optische as van de bundel de]er lopen.

Een bijzonder voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is gelegen in de mogelijkheid om de brekingsindices van de polarisatiescheidende laag te beïnvloeden door de keus van de temperatuur waarbij de hardbare kunststofsamenstelling wordt uitgehard. Een vrije keus van de uithardingstemperatuur is mogelijk als de kunststofsamenstelling door middel van actinische straling tot uitharden wordt, gebracht. Daarbij wordt bovendien de aangebrachte oriëntatie snel vasi.gelegd. Het is daarnaast ook mogelijk om de kunststofsamenstelling thermisch uit te harden, bijvoorbeeld door toepassing van een thermische initiator zoals benzoylperoxide.

In de niet-voorgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage NL 8802683 is de toepassing van een lijm beschreven, welke bestaat uit vloeibaar kristallijne monomeren, die desgewenst voor het uitharden worden georienteerd, met het doel om een lijmverbinding met een grote positioneernauwkeurigheid te verschaffen. De beschreven lijmsamenstellingen zijn geschikt om in de bundeldeler en in de werkwijze volgens de uitvinding te worden toegepast.

In het Amerikaanse octrooischrift US 4293435 worden vloeibaar kristallijne polymeren beschreven. Deze polymeren vormen geen netwerk, en de nematische groepen bevinden zich uitsluitend in zijketens van de polymeermoleculen. De temperatuurbestendigheid van dergelijke verbindingen is weliswaar hoger dan die van laag-moleculaire vloeibaar kristallijne verbindingen, maar als de temperatuur eenmaal boven de glasovergangstemperatuur is geweest, is de oriëntatie in het materiaal voorgoed verloren.

Voor de duidelijkheid wordt nog opgemerkt, dat een polarisatiegevoelige bundeldeler op bekende wijze ook kan worden toegepast als bundelopteller, zie ook het Amerikaanse octrooischrift US 4702557.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een tekening, waarin

Figuur 1 een geschikte uitvoeringsvorm van een polarisatiegevoelige bundeldeler volgens de uitvinding weergeeft,

Figuur 2 de structuurformule van een geschikt vloeibaar kristallijn monomeer weergeeft, en waarin

Figuur 3 de brekingsindices van een uitgehard vloeibaar kristallijn materiaal weergeeft.

Uitvoeringsvoorbeeld.

Figuur 1 toont een doorsnede door een polarisatiegevoelige bundeldeler 10, bestaande uit twee glazen prisma's 11 en 12. Tussen de prisma's bevindt zich een dubbelbrekende lijmlaag 13, waarvan de buitengewone brekingsindex gelijk is aan de brekingsindex van het materiaal van de prisma's. De gewone brekingsindex van de dubbelbrekende lijmlaag is kleiner dan de buitengewone brekingsindex, en dus ook kleiner dan die van de prisma's. Volgens het voorbeeld zijn de moleculen in de dubbelbrekende lijmlaag uniaxiaal georienteerd in de richting loodrecht op het vlak van de tekening.

Een binnenkomende lichtstraal 14 wordt gesplitst in een buitengewone lichtstraal 16, die volgens het uitvoeringsvoorbeeld rechtdoor gaat, en in een gewone lichtstraal 15 die totaal wordt gereflecteerd aan het grensvlak met de polarisatiescheidende laag. De lichtstralen 15 en 16 zijn in onderling loodrechte richtingen gepolariseerd. In tegenstelling tot polarisatoren die berusten op absorptie van een van de principale lichtstralen, gaat er geen licht verloren. Ook is van belang dat er in de polarisatiegevoelige bundeldeler volgens de uitvinding geen opwarming als gevolg van zulke absorptie optreedt.

Geschikte dubbelbrekende lijmsamenstellingen zijn vloeibaar kristallijne acrylaten, epoxiden en vinyl ethers, zoals bijvoorbeeld beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage NL 8802683. In het bijzonder zijn netwerkvormende monomeersamenstellingen geschikt, zoals diacrylaten, volgens dit uitvoeringsvoorbeeld de in Figuur 2 weergegeven verbinding, waarmee een product wordt vervaardigd met een geringe temperatuurafhankelijkheid.

Volgens het voorbeeld bedraagt de dikte van laag 13 tussen de 5 en 10 pm. Op het deel van de oppervlakken van de prisma's 11 en 12 dat in contact komt met de lijmlaag 13 wordt een orientatielaag uit polyimide aangebracht, met een dikte van 50 nm. De oppervlakken worden gewreven met een doek, waarna de vloeibaar kristallijne monomeren zich oriënteren in de wrijfrichting. De oriëntatie kan desgewenst ook worden verkregen door het samenstel van prisma's te plaatsen in een magnetisch veld, bijvoorbeeld met een sterkte van 15 kGauss, loodrecht op de optische as van de bundeldeler.

De vloeibaar kristallijne monomeren worden in georienteerde toestand tot uitharden gebracht door bestraling met actinische straling, volgens het voorbeeld met UV licht. Voor dat doel wordt aan de monomeersamenstelling 1 tot 2 gewichts % van een lichtgevoelige initiator zoals 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenon toegevoegd.

Figuur 3 toont de brekingsindex n van de uitgeharde lijmlaag in afhankelijkheid van de temperatuur T. nQ is de gewone, ng is de buitengewone brekingsindex. De brekingsindices zijn weergegeven voor een uithardingstemperatuur van 90°C en voor een uithardingstemperatuur van 140°C. Uit de grafiek blijkt dat met name de buitengewone brekingsindex, die dient te worden aangepast aan de brekingsindex van het materiaal van de prisma's, kan worden beïnvloed door de keuze van de temperatuur waarbij de monomeersamenstelling tot uitharden wordt gebracht door middel van bestraling met ÜV licht.

Claims (11)

1. Polarisatiegevoelige bundeldeler met een polarisatiescheidende laag tussen twee doorzichtige elementen, welke polarisatiescheidende laag een dubbelbrekend materiaal omvat, met het kenmerk, dat de polarisatiescheidende laag een dubbelbrekende lijmlaag is.

2. Polarisatiegevoelige bundeldeler volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de polarisatiescheidende laag een uniaxiaal georienteerde polymeerlaag is.

3. Polarisatiegevoelige bundeldeler volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de polymeerlaag is gevormd uit een uitgeharde vloeibaar kristallijne monomeersamenstelling.

4. Polarisatiegevoelige bundeldeler volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de polymeerlaag is gevormd uit een polymeer netwerk met nematische groepen in de molecuulketens.

5. Polarisatiegevoelige bundeldeler volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat zich tussen de polymeerlaag en elk van de doorzichtige elementen een laag polyimide bevindt.

6. Werkwijze voor het vervaardigen van een polarisatiegevoelige bundeldeler, waarbij tussen twee doorzichtige elementen een polarisatiescheidende laag wordt aangebracht, met hei kenmerk, dat de polarisatiescheidende laag wordt vervaardigd uit een hardbare kunststofsamenstelling welke vloeibaar kristallijne monomeren of oligomeren omvat, waarbij de moleculen in de hardbare kunststofsamenstelling uniaxiaal worden georienteerd, waarna de kunststofsamenstelling wordt uitgehard.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de vloeibaar kristallijne monomeren of oligomeren bestaan uit verbindingen met twee of meer acrylaatestergroepen.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de oriëntatie wordt verkregen door elk van de oppervlakken die in aanraking komen met de hardbare kunststofsamenstelling in één richting te wrijven.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de te wrijven oppervlakken worden bekleed met een laag polyimide.

10. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de oriëntatie wordt verkregen door middel van een elektrisch of magnetisch veld waarvan de veldlijnen loodrecht op de optische as van d>‘· bundeldeler lopen.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 6 tot en met 10, met het kenmerk, dat de kunststofsamenstelling wordt uitgehard door middel van actinische straling.