吸收、反射和準(zhǔn)直偏振片疊堆以及結(jié)合了此類偏振片疊堆的背光源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及偏振片疊堆。更具體地，本發(fā)明涉及包括反射式偏振片和吸收式偏振 片二者并提供準(zhǔn)直的和中性顏色的輸出光的偏振片疊堆。另外，還描述了結(jié)合此類偏振片 疊堆的背光源。
【背景技術(shù)】
[0002] 顯示裝置諸如液晶顯示器（IXD)裝置用于多種應(yīng)用中，包括例如電視機(jī)、手持裝 置、數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、攝像機(jī)和計算機(jī)監(jiān)視器。因?yàn)長CD面板不是自發(fā)光的，所以一些顯示器 應(yīng)用可能需要背光組件或"背光源"。背光源通常將來自一個或多個源（例如，冷陰極螢光 管（CCFT)或發(fā)光二極管（LED))的光耦合至IXD面板。常見的顯示裝置通常包括偏振片。
[0003] 反射式偏振片是已知的。通常，反射式偏振片可由結(jié)合大量不同透光材料薄層的 多層光學(xué)膜構(gòu)成，該薄層通常稱為微層，因?yàn)樗鼈冏銐虮。沟霉鈱W(xué)膜的反射和透射特性在 很大程度上取決于從層界面反射的光的相長干涉或相消干涉。在此類反射式偏振片中， 多個微層的面內(nèi)折射率被選擇以提供沿著面內(nèi)阻光軸的相鄰微層之間的顯著的折射率失 配，以及沿著面內(nèi)透光軸的相鄰微層之間的顯著的折射率匹配。此類膜在（如）美國專利 5, 882, 774 (Jonza等人）中有所描述。此類反射式偏振片具有足夠數(shù)量的層，以確保沿著阻 光軸偏振的垂直入射光的高反射率，同時保持沿著透光軸偏振的垂直入射光的低反射率和 高透射率。
[0004] 在一些顯示應(yīng)用中，反射式偏振片可以與例如吸收式偏振片結(jié)合。此類構(gòu)造在例 如授予Ouderkirk等人的美國專利6, 096, 375、授予Weber等人的美國專利6, 697, 195和授 予Weber等人的美國專利7, 826, 009中有所描述，所述專利中的每一個據(jù)此全文以引用方 式并入。例如，通過將染料引入聚合物片中，然后將聚合物片沿一個方向拉伸來制備吸收式 偏振片。吸收式偏振片的制造方法也可為：先單軸拉伸半結(jié)晶性聚合物諸如聚乙烯醇，然后 使用碘絡(luò)合物或二向色性染料或通過使用取向的二向色性染料涂覆聚合物來對聚合物進(jìn) 行染色。許多商用偏振片通常將聚乙烯醇用作染料的聚合物基體。吸收式偏振片通常具有 較大的光吸量（并且在一些文獻(xiàn)中還可被稱為"二向色性偏振片"）。如果精心設(shè)計層的消 光光譜，則使用此類"混合型偏振片"（結(jié)合了反射式偏振片和吸收式偏振片）可提供非常 好的消光。
[0005] 另外，3M公司最近開發(fā)了可結(jié)合光準(zhǔn)直功能同時仍提供必需的反射偏振功能的反 射式偏振片，光準(zhǔn)直功能通常由結(jié)構(gòu)化膜諸如增亮棱鏡膜或珠膜提供。此類反射式偏振片 在例如共同擁有和轉(zhuǎn)讓的國際申請PCT/US2012/060485和PCT/US2012/060483中有所描 述，所述申請中的每一個申請據(jù)此全文以引用方式并入。這些申請中所述的膜提供獨(dú)特的 透射光譜形狀，以便平衡反射和透射的顏色，并提供中性白色顯示，同時還使光大致朝向觀 察者準(zhǔn)直。作為針對中性白色背光輸出色的這些光譜設(shè)計的結(jié)果，反射式偏振片的光的消 光狀態(tài)通常具有透射穿過膜的非中性顏色，然后這些顏色必須用單獨(dú)的高性能碘吸收式偏 振片元件進(jìn)行中和（在到達(dá)液晶面板之前）。此類單獨(dú)的元件也是必要的，因?yàn)榉瓷涫狡?片膜的阻光軸透射水平太高，以致不能充當(dāng)緊鄰液晶面板的唯一偏振元件，并且甚至在消 光狀態(tài)中的整體透射水平大體較低的情況下，顏色光譜的一個區(qū)域中可存在峰值。
[0006]本領(lǐng)域仍然需要充當(dāng)偏振片并提供反射、吸收和準(zhǔn)直特性同時還在透光和消光狀 態(tài)均提供中性色彩的單一膜疊堆。本發(fā)明試圖滿足這一需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個方面，本發(fā)明涉及一種偏振片疊堆。偏振片疊堆包括具有透光軸透射光譜 和阻光軸透射光譜的第一雙折射反射式偏振片、具有隨波長增大而減小的阻光軸透射率的 準(zhǔn)直雙折射反射式偏振片、以及設(shè)置在第一雙折射反射式偏振片和準(zhǔn)直雙折射反射式偏振 片之間的吸收式偏振片層。偏振片疊堆的透光軸透射率在整個可見波長帶上總體上是基本 上中性的。偏振片疊堆還可包括定位在第一雙折射反射式偏振片的與吸收式偏振片層相背 對的側(cè)上的第二吸收式偏振片層。
[0008] 在一些實(shí)施例中，第一雙折射反射式偏振片的阻光軸透射率隨整個可見光譜上波 長的增大而增大。在一些實(shí)施例中，準(zhǔn)直反射式偏振片的透光軸透射率是中性的或隨整個 可見光譜上波長的增大而減小。在一些實(shí)施例中，偏振片疊堆滿足：對于P偏振光或可能對 于S偏振光而言，T?* 60/T?*0〈0. 75或T?* 60/T?* 0〈0. 60。另外，可見光的T?*可以大 于0. 3、0. 4或0. 5。此外，偏振片疊堆可以滿足0〈1(T3。
[0009] 在一些實(shí)施例中，吸收式偏振片層的對比率為100:1或更小。在一些實(shí)施例中，偏 振片疊堆的對比率為6, 000:1或更大。另外，第一雙折射反射式偏振片的可以〈0. 50， 并且準(zhǔn)直雙折射反射式偏振片的可以為至少0. 60。
[0010] 在不同的方面，本發(fā)明涉及包括光源和此前所述的偏振片疊堆的背光源。另外，本 發(fā)明可以涉及包括顯示器和所述背光源的背光源。
[0011] 在另一個方面，本發(fā)明涉及背光源。背光源包括（1)光再循環(huán)腔，所述光再循環(huán)腔 包括：前反射器、后反射器、透光強(qiáng)度光譜和阻光強(qiáng)度光譜，其中前反射器部分地反射并包 括ARCP;以及（2)被設(shè)置為將光發(fā)射到光再循環(huán)腔內(nèi)的一個或多個光源構(gòu)件。透光強(qiáng)度光 譜和阻光強(qiáng)度光譜在整個可見光波段上均是基本上中性的并在垂直入射下具有至少500:1 的比率。在至少一些實(shí)施例中，ARCP包括具有透光軸透射光譜和阻光軸透射光譜的第一雙 折射反射式偏振片、具有隨波長增大而減小的阻光軸透射率的準(zhǔn)直雙折射反射式偏振片、 以及定位在第一雙折射反射式偏振片和準(zhǔn)直雙折射反射式偏振片之間的吸收式偏振片層。
[0012] 在一些實(shí)施例中，ARCP的透光軸透射率在整個可見波長帶上是基本上中性的。另 外，透光強(qiáng)度光譜和阻光強(qiáng)度光譜可以在整個可見波長帶上均是基本上中性的并在垂直入 射下具有至少1，〇〇〇:1的比率。此外，ARCP可以滿足：對于P偏振光或S偏振光而言， 60/T透光 0〈0? 75,或T透*60/T透光 0〈0? 60。
【附圖說明】
[0013] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的偏振片疊堆的剖視圖；
[0014] 圖2為反射式偏振膜的示意性透視圖；
[0015] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的反射式偏振片的示意性透視圖；
[0016] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的偏振片疊堆的剖視圖；
[0017] 圖5為各種偏振片疊堆的亮度數(shù)據(jù)對偏振片角度的曲線圖。
[0018] 圖6為各種偏振片疊堆的亮度數(shù)據(jù)對偏振片角度的曲線圖。
[0019] 圖7為具有背光源和IXD面板的顯示系統(tǒng)的剖視圖。
[0020] 圖8a_8d示出了根據(jù)本發(fā)明的偏振片的透射光譜。
[0021] 圖9示出了本發(fā)明的ARCP的透射光譜對標(biāo)準(zhǔn)吸收式偏振片的透射光譜。
[0022] 圖10示出了背光源反射器的RBJA)光譜和ARCPRfw (A)光譜以及透光強(qiáng)度 光譜。
[0023] 圖lla-llb示出了用ARCP前反射器從背光源射出的光的純度數(shù)據(jù)。
[0024] 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的針對ARCP的計算的透射光譜。
[0025] 圖13不出了背光源反射器的RBIj(A)光譜和ARCPRfw (A)光譜以及透光強(qiáng)度 光譜。
[0026] 圖14a_14b示出了用ARCP前反射器從背光源射出的光的純度數(shù)據(jù)。
[0027] 圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的針對ARCP的計算的透射光譜。
[0028] 圖16不出了背光源反射器的RBIj(A)光譜和ARCPRfw (A)光譜以及透光強(qiáng)度 光譜。
[0029] 圖17a_17b示出了用ARCP前反射器從背光源射出的光的純度數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 在以下【具體實(shí)施方式】中，參考了形成其一部分的附圖，在這些附圖中以例證的方 式顯示了器件、系統(tǒng)和方法的多個具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本公開的范圍或?qū)嵸|(zhì)的 情況下，設(shè)想并可做出其他實(shí)施例。因此，以下的【具體實(shí)施方式】不具有限制性意義。
[0031] 除非另外指明，否則本文所用的所有科技術(shù)語具有本領(lǐng)域中常用的含義。本文給 出的定義有利于理解本文中頻繁使用的某些術(shù)語，且并不意味著限制本發(fā)明的范圍。
[0032] 本發(fā)明提供了充當(dāng)吸收式、反射式和準(zhǔn)直偏振片的偏振片疊堆。偏振片疊堆相比 于與液晶背光源顯示器一起使用的常規(guī)二向色性偏振片可提供更高的亮度，并還可以使光 朝向垂直角度的觀察者準(zhǔn)直，同時在明亮和黑暗狀態(tài)均保持中性顏色。在疊堆中使用二向 色層使得多層光學(xué)膜具有中性顏色，否則該多層光學(xué)膜具有引起反對的顏色。此類偏振片 疊堆尤其可用于電話、手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、監(jiān)視器等應(yīng)用的顯示器，該顯示器包括 液晶顯示器、觸摸屏顯示器、半透反射式顯示器。單一疊堆中所述功能的獨(dú)特組合允許獲得 更薄、更簡單和更有效的顯示器。
[0033] 在另一個意義上，本發(fā)明提供了對與液晶顯示器和相關(guān)聯(lián)背光源一起使用的偏振 元件的形成的問題的解決方案，該相關(guān)聯(lián)背光源提供黑暗或阻光狀態(tài)和中性白色或透光狀 態(tài)，而無需緊鄰液晶面板使用的常規(guī)PVA碘偏振片。
[0034] 參見圖1，偏振片疊堆100包括第一雙折射反射式偏振片106、吸收式偏振片104 和定位在吸收式偏振片的與第一雙折射反射式偏振片106相背對的側(cè)上的準(zhǔn)直雙折射反 射式偏振片102。如上文所指出，本發(fā)明提供光的準(zhǔn)直，并且通常這是通過準(zhǔn)直雙折射反射 式偏振片102實(shí)現(xiàn)的。偏振片疊堆100同時進(jìn)行吸收、反射、準(zhǔn)直和偏振，并在下文中被稱 為偏振片疊堆或吸收式、反射式、準(zhǔn)直偏振片（"ARCP")。兩個術(shù)語應(yīng)被理解為具有相同的 含義。通過對準(zhǔn)直雙折射反射式偏振片102的以下描述可以更好地理解準(zhǔn)直雙折射反射式 偏振片的一般功能。
[0035] 在許多實(shí)施例中，準(zhǔn)直雙折射反射式偏振片具有通常隨入射角而增大的反射率和 通常隨入射角而減小的透射率，其中所述反射率和透射率用于未偏振的可見光以及用于任 何入射平面，以及/或者用于在一個平面中入射的可用偏振態(tài)的光，對于該平面而言，可用 偏振態(tài)的斜光對于一個基準(zhǔn)面是P-偏振的，對于正交的基準(zhǔn)面則是s-偏振的。此外，準(zhǔn)直 雙折射反射式偏振片優(yōu)選地具有高的半球反射率R%#值，同時還具有足夠高的應(yīng)用可用光 的透射率。
[0036] 在許多實(shí)施例中，準(zhǔn)直雙折射反射式偏振片具有相對較高的整體反射率，以支持 腔或膜疊堆內(nèi)相對較高的再循環(huán)。我們以"半球反射率"來表征這一點(diǎn)，意指在（所關(guān)注波 長范圍內(nèi)的）光以所有可能方向的分布入射到組件（無論是表面、