Breedband polarisatiefilter voor helderder LCD

Onderzoekers van het Philips Natuurkundig Laboratorium in Eindhoven hebben een techniek ontwikkeld om de werking van polarisatiefilters op basis van vloeibare kristallen aanzienlijk te verbeteren. Vloeibare kristallen zijn verbindingen die zich gedragen als een vloeistof, maar ook eigenschappen hebben die karakteristiek zijn voor kristallen, zoals dubbele breking. Filters op basis van deze kristallen worden onder andere gebruikt in displays die werken met actief aangestuurde vloeibare kristallen (liquid crystal displays: LCD's).

De vloeibaar kristal-moleculen die voor de polarisatiefilters worden gebruikt, zijn zogeheten cholesterische moleculen. De lengte-assen van deze moleculen hebben in één laag dezelfde richting, maar die richting is in iedere volgende laag een beetje anders. De voorkeursrichting verandert zodanig, dat in een groot aantal opeenvolgende molecuul-lagen een helix-structuur ontstaat. Cirkelvormig gepolariseerd licht met dezelfde 'draairichting' als de helix wordt door het filter teruggekaatst, terwijl licht met een tegengestelde rotatie wordt doorgelaten.

Deze scheiding op basis van polarisatierichting vindt echter alleen plaats met licht waarvan de golflengte overeen komt met die van de 'spoed' van de helix. Alleen licht in een smal golflengtegebied wordt dus gescheiden c.q. gefilterd. Onderzoekers van het NatLab zijn er nu in geslaagd een polarisatiefilter te maken dat werkzaam is in het gehele spectrum van zichtbaar licht: van het infrarood tot het ultraviolet. Dit is mogelijk door in het slechts 15 micron dikke filter de spoed van de helix een geleidelijk verloop te geven (Nature 378, p. 467). Deze geleidelijke verandering wordt bewerkstelligd door als uitgangsstof voor het filter een mengsel van cholesterische en nematische moleculen te nemen. Deze laatste moleculen, waarvan de lengte-assen overal evenwijdig aan elkaar liggen, hebben tot gevolg dat de spoed van de helixstructuur wordt vergroot. Tijdens het verharden van de film - door middel van polymerisatie onder invloed van UV-licht - wordt er voor gezorgd dat de concentraties van beide soorten moleculen in de film een tegengesteld verloop hebben. Dit heeft uiteindelijk tot gevolg dat de spoed van de cholesterische moleculen door de film heen een lineair verloop vertoont.

De onderzoekers hebben deze nieuwe reflecterende polarisatoren gebruikt in het prototype van een nieuw type vloeibaar kristal display (LCD). Op zo'n LCD wordt het contrast tussen de verschillende beeldelementen veroorzaakt door het al dan niet doorlaten van gepolariseerd licht onder invloed van een elektrische spanning. Doordat de nieuwe polarisatoren veel meer licht terugkaatsen, kan nu een helderheidstoename van maar liefst 40 procent worden bereikt. Daardoor kan zo'n display ook bij een zwak omgevingslicht nog een duidelijk beeld produceren.