吸收、反射和准直偏振片叠堆以及结合了此类偏振片叠堆的背光源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及偏振片叠堆。更具体地，本发明涉及包括反射式偏振片和吸收式偏振 片二者并提供准直的和中性颜色的输出光的偏振片叠堆。另外，还描述了结合此类偏振片 叠堆的背光源。
【背景技术】
[0002] 显示装置诸如液晶显示器（IXD)装置用于多种应用中，包括例如电视机、手持装 置、数码静态相机、摄像机和计算机监视器。因为LCD面板不是自发光的，所以一些显示器 应用可能需要背光组件或"背光源"。背光源通常将来自一个或多个源（例如，冷阴极萤光 管（CCFT)或发光二极管（LED))的光耦合至IXD面板。常见的显示装置通常包括偏振片。
[0003] 反射式偏振片是已知的。通常，反射式偏振片可由结合大量不同透光材料薄层的 多层光学膜构成，该薄层通常称为微层，因为它们足够薄，使得光学膜的反射和透射特性在 很大程度上取决于从层界面反射的光的相长干涉或相消干涉。在此类反射式偏振片中， 多个微层的面内折射率被选择以提供沿着面内阻光轴的相邻微层之间的显著的折射率失 配，以及沿着面内透光轴的相邻微层之间的显著的折射率匹配。此类膜在（如）美国专利 5, 882, 774 (Jonza等人）中有所描述。此类反射式偏振片具有足够数量的层，以确保沿着阻 光轴偏振的垂直入射光的高反射率，同时保持沿着透光轴偏振的垂直入射光的低反射率和 高透射率。
[0004] 在一些显示应用中，反射式偏振片可以与例如吸收式偏振片结合。此类构造在例 如授予Ouderkirk等人的美国专利6, 096, 375、授予Weber等人的美国专利6, 697, 195和授 予Weber等人的美国专利7, 826, 009中有所描述，所述专利中的每一个据此全文以引用方 式并入。例如，通过将染料引入聚合物片中，然后将聚合物片沿一个方向拉伸来制备吸收式 偏振片。吸收式偏振片的制造方法也可为：先单轴拉伸半结晶性聚合物诸如聚乙烯醇，然后 使用碘络合物或二向色性染料或通过使用取向的二向色性染料涂覆聚合物来对聚合物进 行染色。许多商用偏振片通常将聚乙烯醇用作染料的聚合物基体。吸收式偏振片通常具有 较大的光吸量（并且在一些文献中还可被称为"二向色性偏振片"）。如果精心设计层的消 光光谱，则使用此类"混合型偏振片"（结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公司最近开发了可结合光准直功能同时仍提供必需的反射偏振功能的反 射式偏振片，光准直功能通常由结构化膜诸如增亮棱镜膜或珠膜提供。此类反射式偏振片 在例如共同拥有和转让的国际申请PCT/US2012/060485和PCT/US2012/060483中有所描 述，所述申请中的每一个申请据此全文以引用方式并入。这些申请中所述的膜提供独特的 透射光谱形状，以便平衡反射和透射的颜色，并提供中性白色显示，同时还使光大致朝向观 察者准直。作为针对中性白色背光输出色的这些光谱设计的结果，反射式偏振片的光的消 光状态通常具有透射穿过膜的非中性颜色，然后这些颜色必须用单独的高性能碘吸收式偏 振片元件进行中和（在到达液晶面板之前）。此类单独的元件也是必要的，因为反射式偏振 片膜的阻光轴透射水平太高，以致不能充当紧邻液晶面板的唯一偏振元件，并且甚至在消 光状态中的整体透射水平大体较低的情况下，颜色光谱的一个区域中可存在峰值。
[0006]本领域仍然需要充当偏振片并提供反射、吸收和准直特性同时还在透光和消光状 态均提供中性色彩的单一膜叠堆。本发明试图满足这一需求。
【发明内容】
[0007]在一个方面，本发明涉及一种偏振片叠堆。偏振片叠堆包括具有透光轴透射光谱 和阻光轴透射光谱的第一双折射反射式偏振片、具有随波长增大而减小的阻光轴透射率的 准直双折射反射式偏振片、以及设置在第一双折射反射式偏振片和准直双折射反射式偏振 片之间的吸收式偏振片层。偏振片叠堆的透光轴透射率在整个可见波长带上总体上是基本 上中性的。偏振片叠堆还可包括定位在第一双折射反射式偏振片的与吸收式偏振片层相背 对的侧上的第二吸收式偏振片层。
[0008] 在一些实施例中，第一双折射反射式偏振片的阻光轴透射率随整个可见光谱上波 长的增大而增大。在一些实施例中，准直反射式偏振片的透光轴透射率是中性的或随整个 可见光谱上波长的增大而减小。在一些实施例中，偏振片叠堆满足：对于P偏振光或可能对 于S偏振光而言，T?* 60/T?*0〈0. 75或T?* 60/T?* 0〈0. 60。另外，可见光的T?*可以大 于0. 3、0. 4或0. 5。此外，偏振片叠堆可以满足0〈1(T3。
[0009] 在一些实施例中，吸收式偏振片层的对比率为100:1或更小。在一些实施例中，偏 振片叠堆的对比率为6, 000:1或更大。另外，第一双折射反射式偏振片的可以〈0. 50， 并且准直双折射反射式偏振片的可以为至少0. 60。
[0010] 在不同的方面，本发明涉及包括光源和此前所述的偏振片叠堆的背光源。另外，本 发明可以涉及包括显示器和所述背光源的背光源。
[0011] 在另一个方面，本发明涉及背光源。背光源包括（1)光再循环腔，所述光再循环腔 包括：前反射器、后反射器、透光强度光谱和阻光强度光谱，其中前反射器部分地反射并包 括ARCP;以及（2)被设置为将光发射到光再循环腔内的一个或多个光源构件。透光强度光 谱和阻光强度光谱在整个可见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。在至少一些实施例中，ARCP包括具有透光轴透射光谱和阻光轴透射光谱的第一双 折射反射式偏振片、具有随波长增大而减小的阻光轴透射率的准直双折射反射式偏振片、 以及定位在第一双折射反射式偏振片和准直双折射反射式偏振片之间的吸收式偏振片层。
[0012] 在一些实施例中，ARCP的透光轴透射率在整个可见波长带上是基本上中性的。另 外，透光强度光谱和阻光强度光谱可以在整个可见波长带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可以满足：对于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。
【附图说明】
[0013] 图1为根据本发明的偏振片叠堆的剖视图；
[0014] 图2为反射式偏振膜的示意性透视图；
[0015] 图3为根据本发明的反射式偏振片的示意性透视图；
[0016] 图4为根据本发明的偏振片叠堆的剖视图；
[0017] 图5为各种偏振片叠堆的亮度数据对偏振片角度的曲线图。
[0018] 图6为各种偏振片叠堆的亮度数据对偏振片角度的曲线图。
[0019] 图7为具有背光源和IXD面板的显示系统的剖视图。
[0020] 图8a_8d示出了根据本发明的偏振片的透射光谱。
[0021] 图9示出了本发明的ARCP的透射光谱对标准吸收式偏振片的透射光谱。
[0022] 图10示出了背光源反射器的RBJA)光谱和ARCPRfw (A)光谱以及透光强度 光谱。
[0023] 图lla-llb示出了用ARCP前反射器从背光源射出的光的纯度数据。
[0024] 图12示出了根据本发明的针对ARCP的计算的透射光谱。
[0025] 图13不出了背光源反射器的RBIj(A)光谱和ARCPRfw (A)光谱以及透光强度 光谱。
[0026] 图14a_14b示出了用ARCP前反射器从背光源射出的光的纯度数据。
[0027] 图15示出了根据本发明的针对ARCP的计算的透射光谱。
[0028] 图16不出了背光源反射器的RBIj(A)光谱和ARCPRfw (A)光谱以及透光强度 光谱。
[0029] 图17a_17b示出了用ARCP前反射器从背光源射出的光的纯度数据。
【具体实施方式】
[0030] 在以下【具体实施方式】中，参考了形成其一部分的附图，在这些附图中以例证的方 式显示了器件、系统和方法的多个具体实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的 情况下，设想并可做出其他实施例。因此，以下的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0031] 除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有本领域中常用的含义。本文给 出的定义有利于理解本文中频繁使用的某些术语，且并不意味着限制本发明的范围。
[0032] 本发明提供了充当吸收式、反射式和准直偏振片的偏振片叠堆。偏振片叠堆相比 于与液晶背光源显示器一起使用的常规二向色性偏振片可提供更高的亮度，并还可以使光 朝向垂直角度的观察者准直，同时在明亮和黑暗状态均保持中性颜色。在叠堆中使用二向 色层使得多层光学膜具有中性颜色，否则该多层光学膜具有引起反对的颜色。此类偏振片 叠堆尤其可用于电话、手机、平板电脑、笔记本电脑、监视器等应用的显示器，该显示器包括 液晶显示器、触摸屏显示器、半透反射式显示器。单一叠堆中所述功能的独特组合允许获得 更薄、更简单和更有效的显示器。
[0033] 在另一个意义上，本发明提供了对与液晶显示器和相关联背光源一起使用的偏振 元件的形成的问题的解决方案，该相关联背光源提供黑暗或阻光状态和中性白色或透光状 态，而无需紧邻液晶面板使用的常规PVA碘偏振片。
[0034] 参见图1，偏振片叠堆100包括第一双折射反射式偏振片106、吸收式偏振片104 和定位在吸收式偏振片的与第一双折射反射式偏振片106相背对的侧上的准直双折射反 射式偏振片102。如上文所指出，本发明提供光的准直，并且通常这是通过准直双折射反射 式偏振片102实现的。偏振片叠堆100同时进行吸收、反射、准直和偏振，并在下文中被称 为偏振片叠堆或吸收式、反射式、准直偏振片（"ARCP")。两个术语应被理解为具有相同的 含义。通过对准直双折射反射式偏振片102的以下描述可以更好地理解准直双折射反射式 偏振片的一般功能。
[0035] 在许多实施例中，准直双折射反射式偏振片具有通常随入射角而增大的反射率和 通常随入射角而减小的透射率，其中所述反射率和透射率用于未偏振的可见光以及用于任 何入射平面，以及/或者用于在一个平面中入射的可用偏振态的光，对于该平面而言，可用 偏振态的斜光对于一个基准面是P-偏振的，对于正交的基准面则是s-偏振的。此外，准直 双折射反射式偏振片优选地具有高的半球反射率R%#值，同时还具有足够高的应用可用光 的透射率。
[0036] 在许多实施例中，准直双折射反射式偏振片具有相对较高的整体反射率，以支持 腔或膜叠堆内相对较高的再循环。我们以"半球反射率"来表征这一点，意指在（所关注波 长范围内的）光以所有可能方向的分布入射到组件（无论是表面、