專利名稱：偏振部件，偏振光源及使用其的圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振部件，本發(fā)明尤其涉及這樣一種偏振部件，該偏振部件在使用從光源射出的漫射光方面具有極好的效率，并且適用于高亮度偏振光源和各種圖像顯示裝置，如高度可見(jiàn)的液晶顯示器裝置，有機(jī)EL顯示裝置，PDP和CRT。
背景技術(shù)：
為了提高圖像顯示裝置的可見(jiàn)性等，通常使用將光源發(fā)射的光束朝正面方向聚焦以增加亮度的技術(shù)。更具體地，例如為了利用聚焦和平行化光束的折射和反射而使用透鏡、鏡子(反射層)、棱鏡等，由此增加亮度。
例如，在液晶顯示器裝置中，光源發(fā)射的光束通過(guò)棱鏡片等沿正面方向聚焦，從而使光束有效地進(jìn)入液晶顯示器裝置以增加亮度。但是，由于當(dāng)借助于棱鏡片聚焦時(shí)原則上需要大的折射率差，因此該棱鏡片必須經(jīng)由空氣層等進(jìn)行布置。這可能導(dǎo)致因不必要的反射或散射引起的光損耗。另一個(gè)問(wèn)題是需要大量的零件。
對(duì)于增大偏振中發(fā)射亮度的另一種技術(shù)，已經(jīng)提出使用回歸反射(retro-reflection)的亮度增加系統(tǒng)。具體地，該亮度增加系統(tǒng)包括在導(dǎo)光板的底面上布置反射層，在光發(fā)射表面上布置反射偏振器。進(jìn)入該系統(tǒng)的光束根據(jù)其偏振態(tài)分成透射光和反射光，反射光經(jīng)導(dǎo)光板底面上的反射層反射，并從發(fā)射表面再次發(fā)射以增加亮度。例如，通過(guò)膽甾型液晶的圓偏振光的反射和分離在例如JP03(1991)-45906A，JP06(1994)-324333A和JP07(1995)-36032A中詳述。但是，與應(yīng)用于具有強(qiáng)烈擴(kuò)散性的光源的情況相比，這樣一種亮度增加系統(tǒng)相對(duì)于通過(guò)利用棱鏡片等預(yù)先改進(jìn)聚焦性質(zhì)的光源不能提供足夠的作用。
為了解決上述問(wèn)題，已經(jīng)在研究用于增加亮度的技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)利用特殊光學(xué)薄膜來(lái)代替透鏡，鏡子，棱鏡等使來(lái)自光源的光束平行化。典型的例子是利用線光譜光源和帶通濾波器組合的方法。更具體的例子包括將帶通濾波器置于線發(fā)光(line-luminescent)光源上的方法，所述光源如CRT或電致發(fā)光或顯示裝置，如Philips的申請(qǐng)或已授予的專利，例如，JP 06(1994)-235900A，JP 02(1990)-158289A，Tokuhyo 10(1998)-510671A(專利申請(qǐng)的PCT國(guó)際公開(kāi)的
公開(kāi)日語(yǔ)譯文)，US6307604，DE3836955，DE4220289，EP578302，US2002-0034009，WO002/25687，或者日本特表2001-521643和日本特表2001-16066。如US2002-0036735(Fuji照相膠片有限公司)中所記載技術(shù)的另一個(gè)例子包括設(shè)置低通濾波器對(duì)應(yīng)于有關(guān)線光譜型冷陰極射線管的三個(gè)波長(zhǎng)。但是，這些技術(shù)具有以下缺點(diǎn)，即它們不能對(duì)非線光譜的光源起作用，或者它們?cè)谠O(shè)計(jì)和制造相對(duì)于特定波長(zhǎng)有選擇性起作用的薄膜中存在問(wèn)題。此外，蒸鍍干涉膜經(jīng)常用于帶通濾波器，但是其具有以下缺點(diǎn)，例如在潮濕的大氣中由于薄膜的折射率發(fā)生變化，所以波長(zhǎng)性質(zhì)可能發(fā)生變化。
利用基于全息圖材料的光平行化系統(tǒng)的例子包括在US4984872A(Rockwell國(guó)際公司)中描述的系統(tǒng)。但是，該材料具有較高的正面透射率，而其對(duì)于傾斜入射光束的反射-消除比(reflection-elimination rate)不是很高。當(dāng)向該系統(tǒng)提供平行光束用以計(jì)算直線透射率(straight transmittance)時(shí)，由于光沿正面方向穿過(guò)，因此沿正面方向的透射率測(cè)得為較高，而傾斜入射光束被散射，從而使透射率的測(cè)量值很低。但是在漫射光源上不會(huì)出現(xiàn)這種差別。因此，對(duì)于在使用中將系統(tǒng)置于朝向漫射背照明光源的情況，未必能充分地表現(xiàn)出其聚焦功能。此外，基于全息圖的材料在其物理性質(zhì)方面存在如耐久性，可靠性等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種偏振部件，該偏振部件能夠朝光源有效地反射傾斜透射的光，而不降低垂直入射光的透射-偏振(transmission-polarization)性質(zhì)。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的偏振部件至少包括兩層反射偏振器以及置于這兩層反射偏振器之間的延遲層，其中這兩層反射偏振器是反射圓偏振器層，其有選擇性地透射順時(shí)針圓偏振光或反時(shí)針圓偏振光中之一，同時(shí)有選擇性地反射另一個(gè)，其中這兩層反射圓偏振器具有用于偏振光的有選擇反射的多個(gè)有選擇反射波長(zhǎng)帶，這些波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，并且延遲層滿足公式(I)和(II)的條件。
R≤(λ/10) (I)R’≥(λ/8) (II)其中在公式(I)和(II)中，λ表示進(jìn)入延遲層的光的波長(zhǎng)；R表示相對(duì)于來(lái)自Z-軸方向(法線方向)的入射光，在X-軸方向和Y軸-方向之間的延遲的絕對(duì)值(面內(nèi)延遲)，這里，X-軸方向是顯示延遲層平面內(nèi)最大折射率的方向(面內(nèi)慢軸方向)，Y-軸方向是延遲層平面內(nèi)與X-軸方向垂直的方向(面內(nèi)快軸方向)，Z-軸方向是延遲層的厚度方向，且與X-軸方向和Y-軸方向垂直；R’表示相對(duì)于來(lái)自關(guān)于Z-軸方向至少傾斜30°方向的入射光，X’-軸方向和Y’-軸方向之間的延遲的絕對(duì)值，這里，X’-軸方向是與入射光的入射方向相垂直的延遲層平面內(nèi)的軸向方向，該入射光關(guān)于Z-方向至少傾斜30°，Y’-軸方向是與入射方向和X’-軸方向相垂直的方向。


圖1示出的結(jié)構(gòu)同時(shí)表示本發(fā)明偏振部件一個(gè)具體實(shí)施例中的聚焦和亮度增強(qiáng)，這里，將反射圓偏振器和C-板組合；圖2是根據(jù)本發(fā)明，示出代表自然光、圓偏振光和線偏振光的多個(gè)符號(hào)的說(shuō)明性視圖；圖3是通過(guò)組合線偏振器和四分之一波長(zhǎng)板的圓偏振的示意圖；
圖4示出本發(fā)明偏振部件一個(gè)具體實(shí)施例中同時(shí)表示聚焦和亮度增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，這里，將反射線偏振器，C-板和四分之一波長(zhǎng)板組合；圖5是顯示由圖4偏振部件中各層所形成的角度的示意圖；圖6示出本發(fā)明偏振部件一個(gè)具體實(shí)施例中同時(shí)表示聚焦和亮度增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，這里，將反射線偏振器和四分之一波長(zhǎng)板(Nz≥2)組合；圖7是顯示由圖6偏振部件中各層所形成的角度的示意圖；圖8示出本發(fā)明偏振部件一個(gè)具體實(shí)施例中同時(shí)表示聚焦和亮度增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，這里，將反射線偏振器和半波長(zhǎng)板(Nz≥1.5)組合；圖9是顯示由圖8偏振部件中各層所形成的角度的示意圖；圖10是顯示負(fù)C-板的光學(xué)性質(zhì)的一個(gè)例子的示意圖；圖11是包括垂直(homeotropically)取向的液晶分子的延遲層的示意圖；圖12是包括圓盤(pán)形(discotic)液晶的延遲層的示意圖；圖13是包括無(wú)機(jī)成層化合物的延遲層的示意圖；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的偏振部件在組合反射線偏振器，C-板和四分之一波長(zhǎng)板的情況下各層之間的結(jié)合角(bonding angle)的一個(gè)例子；圖15是用Poincare球體表示的說(shuō)明性視圖，示出圖14的偏振部件中光束的轉(zhuǎn)換路徑；圖16是示出例子1的偏振部件的聚焦和亮度增加性能的曲線圖；圖17是示出例子5和6的偏振部件的聚焦和亮度增加性能的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
接著，將要在下面描述本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施例。
作為敏銳的研究的結(jié)果，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的偏振部件實(shí)現(xiàn)了對(duì)朝向光源傾斜地透射的光的有效反射，同時(shí)不會(huì)降低對(duì)正面亮度作貢獻(xiàn)的垂直入射光的透射-偏振性質(zhì)。通過(guò)使朝向光源反射的傾斜透射光(反射偏振)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驗(yàn)樵鰪?qiáng)正面亮度作貢獻(xiàn)的光束，還可以進(jìn)一步增強(qiáng)亮度。此外，由于本發(fā)明的偏振部件因聚焦和回歸反射而具有亮度增強(qiáng)功能，因此就聚焦功能和光平行化功能而論，本發(fā)明的偏振部件較小程度地依賴于光源的類型。
在本發(fā)明的延遲層中，如上所述，面內(nèi)延遲R不超過(guò)(λ/10)，從保持來(lái)自Z-軸方向(法線方向)入射光的偏振態(tài)的方面來(lái)看，最好應(yīng)該盡可能多地減小面內(nèi)延遲，優(yōu)選λ/20或更小，更優(yōu)選λ/50或更小，理想為零。這種沒(méi)有或只有極小面內(nèi)延遲并僅僅在厚度方向具有延遲的延遲層被稱為C-板，在該板中光軸位于垂直于面內(nèi)方向的厚度方向上。當(dāng)C-板的光學(xué)性質(zhì)條件(optical property condition)滿足下面公式(VI)時(shí)，將其稱為正C-板，當(dāng)C-板的光學(xué)性質(zhì)條件滿足下面公式(VII)時(shí)，將其稱為負(fù)C-板。典型的負(fù)C-板的例子包括雙軸拉伸的聚碳酸酯(PC)和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的膜，具有將有選擇反射波長(zhǎng)帶設(shè)置為比可見(jiàn)光短的膽甾型液晶膜，具有相對(duì)于平面平行取向的圓盤(pán)形液晶的膜，以及可通過(guò)具有負(fù)延遲的無(wú)機(jī)晶體化合物的面內(nèi)取向得到的產(chǎn)物。典型的正C-板的例子包括垂直取向的液晶膜。
nx≈ny＜nz(VI)nx≈ny＞nz(VII)在本發(fā)明中，nx，ny和nz表示在如上述C-板的每個(gè)光學(xué)層中沿X-軸，Y-軸和Z-軸方向的折射率。X-軸方向是顯示在該層平面內(nèi)最大折射率的方向(面內(nèi)慢軸方向)，Y-軸方向是在該層平面內(nèi)與X-軸方向垂直的方向(面內(nèi)快軸方向)，Z-軸方向是該層的厚度方向，且與X-軸方向和Y-軸方向垂直。
本發(fā)明中的延遲層不受限制，尤其是只要其滿足公式(I)和(II)的光學(xué)性質(zhì)條件。例如，延遲層優(yōu)選包括在平面取向狀態(tài)下固定的膽甾型液晶化合物，并具有在不同于可見(jiàn)光區(qū)(380nm至780nm)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)存在的有選擇反射波長(zhǎng)帶。這里，該有選擇反射波長(zhǎng)帶設(shè)置為不同于可見(jiàn)光區(qū)(380nm至780nm)的波長(zhǎng)范圍，以避免在可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)的顯色(coloration)等。膽甾型液晶層的有選擇反射波長(zhǎng)帶可以根據(jù)液晶的膽甾型手性間距(cholesteric chiral pitch)和折射率明確確定，而有選擇反射的中心波長(zhǎng)λ能夠通過(guò)下面的公式(VIII)來(lái)表示。
λ＝np (VIII)
在公式(VIII)中，n表示膽甾型液晶分子的平均折射率，p表示手性間距。
有選擇反射波長(zhǎng)帶的中心波長(zhǎng)的值位于比可見(jiàn)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，例如，可以位于近紅外線輻射區(qū)內(nèi)。但是，該值更優(yōu)選位于不超過(guò)350nm的紫外區(qū)內(nèi)，因?yàn)樵谛庑缘扔绊懙那闆r下，那里基本上不會(huì)出現(xiàn)任何復(fù)雜的現(xiàn)象。
雖然這種膽甾型液晶不受特別的限制，并且能夠適當(dāng)?shù)剡x擇，但是其例子包括通過(guò)使液晶單體聚合得到的聚合液晶、在高溫顯示膽甾型液晶性質(zhì)的液晶聚合物、及其混合物。雖然膽甾型液晶性質(zhì)可以是溶致的或者是熱致的，但是從易于控制和易于形成單域(monodomain)的方面看，優(yōu)選熱致液晶。類似地，尤其制造膽甾型液晶的方法不受限制，而是可以適當(dāng)?shù)夭捎萌魏我阎姆椒āＳ绕淠軌蛴糜谏a(chǎn)部分交聯(lián)的聚合物材料的材料不受限制，該聚合物材料具有膽甾型液晶性質(zhì)。任意的例子包括如Tokuhyo2002-533742(WO00/37585)，EP358208(US5211877)，和EP66137(US4388453)中描述的材料。膽甾型液晶也可以通過(guò)例如將向列型液晶單體或可聚合的液晶元(mesogenic)化合物與手性試劑混合和反應(yīng)而得到。該可聚合的液晶元化合物尤其不受限制，其例子可以是在WO93/22397，EP0261712，DE19504224，DE4408171和GB2280445中所公開(kāi)的化合物。可以使用非手性化合物或手性化合物，這些化合物可以是單、雙或多反應(yīng)的，能夠以一種已知的方式合成?？删酆系囊壕г衔锏木唧w例子包括商品名稱LC242(由BASF AG生產(chǎn))，商品名稱E7(由Merck有限公司生產(chǎn))和商品名稱LC-Sillicon-CC3767(由Wacker-Chemie GmbH生產(chǎn))。尤其是對(duì)于手性試劑也沒(méi)有限制，而是可以通過(guò)例如在WO98/00428中描述的方法進(jìn)行合成。更具體地，可以使用非可聚合的手性化合物，如商品名稱S101，商品名稱R811，商品名稱CB15(由Merck有限公司生產(chǎn))，或者使用手性試劑，如商品名稱LC756(由BASF AG生產(chǎn))。
用于制造含有膽甾型液晶化合物的延遲層的方法不受特別限制，而是可以適當(dāng)?shù)厥褂弥圃炷戠扌鸵壕拥某Ｒ?guī)已知的方法。其一個(gè)例子包括在表面上具有取向膜的基底(base)上或者在獨(dú)立地具有液晶取向能力的基底上涂覆膽甾型液晶化合物，將該化合物取向，并固定該取向狀態(tài)。
例如，該基底可以是通過(guò)在具有盡可能小的雙折射延遲的基底如三醋酸纖維素或無(wú)定形聚烯烴上形成聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚酯、多芳基化合物、聚酰胺-酰亞胺、聚醚酰亞胺等的膜，并且用人造纖維織物等摩擦該膜的表面而得到的取向?qū)樱蛘呤峭ㄟ^(guò)在類似的基底上形成偏斜沉積的SiO2層而得到的取向?qū)?。其他例子包括通過(guò)拉伸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜而具有液晶取向能力的基底，通過(guò)進(jìn)一步用磨料如褐紅色鐵氧化物或摩擦織物處理拉伸膜的表面而具有精確取向控制力的粗糙度精細(xì)的基底，或者通過(guò)在拉伸膜上形成如偶氮苯化合物的取向?qū)佣玫降幕?，該取向?qū)油ㄟ^(guò)光輻射產(chǎn)生取向控制力。
在基底上形成含有膽甾型液晶化合物的延遲層的具體方法如下。首先，將液晶聚合物的溶液涂覆在具有液晶取向能力的基底表面上，并為了形成液晶層而進(jìn)行干燥。關(guān)于溶劑沒(méi)有特別的限制，其例子包括氯化溶劑，如二氯甲烷，三氯乙烯和四氯乙烷；酮類溶劑，如丙酮，甲基乙基酮(MEK)和環(huán)己酮；芳香族溶劑，如甲苯；環(huán)鏈烷，如環(huán)庚烷；酰胺類溶劑，如N甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone)，以及醚類溶劑，如四氫呋喃。上述溶劑可以單獨(dú)使用或者組合使用。此外，涂覆法也不受限制，而可以是一種常規(guī)已知的方法，如旋涂，輥涂，流涂，印刷，浸涂，薄膜流動(dòng)擴(kuò)張(film flow-expanding)，桿涂(barcoating)或照相凹版印刷。在另外可適用的方法中，以類似的方式涂覆液晶聚合物的熱熔融產(chǎn)物，最好是顯示各向同性相的狀態(tài)中的熱熔融產(chǎn)物來(lái)代替上述溶液，然后根據(jù)需要在保持熔融溫度時(shí)使其擴(kuò)展形成更薄的層并使其凝固。這種方法在不使用溶劑時(shí)在良好的工作環(huán)境衛(wèi)生方面是有利的。
然后，液晶層中膽甾型液晶分子的取向狀態(tài)固定，以得到所需的延遲層。固定方法沒(méi)有特別限制，而是可以選擇與本發(fā)明的目的相對(duì)應(yīng)的任何合適的方法。例如，將液晶層至少加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)且低于各向同性相轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，從而產(chǎn)生液晶聚合物分子的平面取向，然后將其冷卻到低于玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，從而形成玻璃態(tài)，由此使這種取向固定?；蛘?，還可以在形成取向狀態(tài)的階段通過(guò)能量如紫外線或離子束的輻照使這種取向固定。在上述過(guò)程中，還可以利用液晶單體來(lái)代替液晶聚合物或與液晶聚合物一起，通過(guò)如電子束和紫外線或熱輻射的電離輻射進(jìn)行取向和聚合，從而提供聚合液晶。同時(shí)，可以根據(jù)需要添加手性試劑或取向助劑。
例如，當(dāng)基底具有較小的雙折射時(shí)，該基底能夠與用于偏振部件的含有膽甾型液晶化合物的延遲層相結(jié)合。例如，在基底的厚度或雙折射可以抑制偏振部件的功能的情況下，可以從該基底剝?nèi)パ舆t層，或者將延遲層轉(zhuǎn)移到使用中的另一個(gè)基底。
對(duì)于延遲層，最好也含有在垂直取向狀態(tài)中凝固的桿狀液晶化合物的延遲層。雖然這種垂直液晶不受特別的限制，并可以適當(dāng)?shù)剡x擇，但是其例子包括通過(guò)使液晶單體聚合形成的聚合液晶，顯示高溫下向列型液晶性質(zhì)的液晶聚合物，及其混合物?？梢酝ㄟ^(guò)根據(jù)需要向液晶單體中添加取向助劑等，并通過(guò)以諸如電子束和紫外線或以熱輻射的電離輻射進(jìn)行聚合而獲得聚合液晶。雖然液晶的性質(zhì)可以是溶致或熱致的，但是從易于控制和易于形成單域的方面來(lái)看，最好是熱致液晶。盡管對(duì)于液晶單體沒(méi)有特別的限制，但是其例子包括可聚合的液晶元化合物。盡管對(duì)于可聚合的液晶元化合物沒(méi)有特別的限制，但是其例子類似于膽甾型液晶。
對(duì)于形成這種延遲層的方法沒(méi)有特別的限制，而是可以適當(dāng)?shù)夭捎靡环N已知的方法。例如，在膽甾型液晶的情況下，可以利用取向膜等形成延遲層。例如通過(guò)在預(yù)先形成的垂直取向膜(例如長(zhǎng)鏈烷基硅烷)上涂覆垂直(homeotropic)液晶，表示和凝固液晶狀態(tài)以獲得垂直取向。
此外，最好也含有在向列相或柱狀相(columnar phase)取向態(tài)中固定的圓盤(pán)形液晶化合物的延遲層。例如可以通過(guò)表示在具有負(fù)單軸性的圓盤(pán)形液晶材料中的向列相或柱狀相(例如，具有平面內(nèi)擴(kuò)展的分子的酞菁或苯并菲的化合物)，并固定該狀態(tài)以形成這種延遲層。具體形成方法沒(méi)有特別的限制，并可以適當(dāng)使用已知的方法。
此外，延遲層最好包含具有負(fù)單軸性的無(wú)機(jī)分層化合物，該無(wú)機(jī)分層化合物處于使延遲層的光軸方向固定為垂直于該平面(法線方向)的取向狀態(tài)。形成該延遲層的方法沒(méi)有特別的限制，可以適當(dāng)?shù)夭捎靡阎姆椒?。?fù)單軸性無(wú)機(jī)分層化合物在JP06(1994)-82777A中詳細(xì)說(shuō)明。
圖11-13的示意圖分別示出具有固定的垂直取向狀態(tài)的延遲層，利用圓盤(pán)狀液晶的延遲層以及由無(wú)機(jī)分層化合物構(gòu)成的延遲層。在圖中，參考標(biāo)記1101，1201和1301分別表示垂直液晶分子，圓盤(pán)狀液晶分子以及負(fù)單軸性無(wú)機(jī)分層復(fù)晶的薄片。
此外，含有雙軸取向的非液晶聚合物的延遲層也是優(yōu)選的。形成這種延遲層的方法沒(méi)有特別的限制，而是可以適當(dāng)?shù)厥褂靡阎姆椒?。其例子包括以達(dá)到良好平衡的方式雙軸拉伸具有正折射各向異性的聚合物膜的方法，按壓熱塑性樹(shù)脂的方法，以及切開(kāi)平行取向晶體的方法。或者，將一定的非液晶聚合物涂覆到基底上并干燥，形成為薄膜，從而得到C-板。雖然非液晶聚合物沒(méi)有特別的限制，但是其優(yōu)選的例子包括聚酯類聚合物，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯；纖維素類聚合物，如雙乙酰纖維素和三醋酸纖維素；丙烯酸系聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯；苯乙烯類聚合物，如聚苯乙烯和苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS樹(shù)脂)；聚碳酸酯類聚合物，如雙酚A和碳酸的共聚物；線性或支化聚烯烴，如聚乙烯，聚丙烯，和乙烯-丙稀共聚物；包括環(huán)結(jié)構(gòu)的聚烯烴，如聚降冰片烯；氯乙烯類聚合物；酰胺類聚合物，如尼龍和芳香族聚酰胺；酰亞胺類聚合物；砜類聚合物；聚醚砜類聚合物；聚醚醚酮類化合物；聚苯硫醚類化合物；乙烯醇類化合物；偏二氯乙烯類聚合物；乙烯丁縮醛類聚合物；芳基化物類聚合物；聚甲醛類聚合物；以及環(huán)氧類聚合物。這些聚合物可以單獨(dú)使用或者組合使用。此外，為了任意目的，例如提供延展性和可收縮性質(zhì)，可以向這些聚合物材料添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?br> 此外，非液晶聚合物的例子包括一種樹(shù)脂合成物，該樹(shù)脂合成物包含支鏈具有已取代的或未取代的一個(gè)或多個(gè)酰亞胺基，和支鏈具有已取代的或未取代的一個(gè)或多個(gè)苯基和一個(gè)或多個(gè)氰基的熱塑性樹(shù)脂。該例子是具有包括異丁烯和N-甲基順丁烯二酰亞胺(N-methylmaleimide)的交替共聚物以及苯乙烯丙烯腈共聚物的樹(shù)脂合成物。此外，對(duì)于聚酰亞胺類膜材料，例如可以適當(dāng)?shù)厥褂肬S5880950和US5580964中描述的材料作為由非液晶聚合物構(gòu)成的延遲層。
接著，由于本發(fā)明的偏振部件包括兩個(gè)偏振器層(反射圓偏振器)，它們有選擇性地透射順時(shí)針圓偏振光或反時(shí)針圓偏振光中之一，并有選擇性地反射另一個(gè)，因此，例如對(duì)于以廣角入射的自然光具有偏振分離功能是有利的，從而可以很容易地設(shè)計(jì)和制造。
雖然對(duì)于反射圓偏振器沒(méi)有特別的限制，但是進(jìn)一步優(yōu)選的是將膽甾型液晶的平面取向狀態(tài)固定。雖然對(duì)這種膽甾型液晶可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選擇而沒(méi)有特別的限制，但是當(dāng)在延遲層的情況下，例如可以使用通過(guò)聚合液晶單體而形成的聚合液晶，顯示高溫下膽甾型液晶性質(zhì)的液晶聚合物，及其混合物。聚合液晶可以通過(guò)根據(jù)需要向液晶單體中加入手性試劑，取向助劑等，并通過(guò)諸如以電子束和紫外線或以熱的電離輻射而得到。雖然膽甾型液晶的液晶性質(zhì)可以是溶致的或熱致的，但是從易于控制和易于形成單域的方面來(lái)看，優(yōu)選為熱致液晶。
反射圓偏振器的例子包括，更具體地，包括具有一層膽甾型液晶聚合物的薄板，通過(guò)在玻璃板等上對(duì)所述層疊置而形成的薄板，以及膽甾型液晶聚合物薄膜，盡管反射圓偏振器并不限于此。類似地，雖然對(duì)于形成這些膽甾型液晶層的方法沒(méi)有特別的限制，但是例如可以通過(guò)與包括膽甾型液晶化合物的延遲層的情況類似的方法來(lái)形成這些層。更優(yōu)選地，膽甾型液晶盡可能均勻地在層中取向。
關(guān)于反射圓偏振器，更優(yōu)選的是，從偏振部件的性能方面來(lái)看，該有選擇反射波長(zhǎng)帶覆蓋可見(jiàn)光區(qū)和光源發(fā)射波長(zhǎng)帶，該有選擇反射波長(zhǎng)帶能夠根據(jù)上述液晶的膽甾手性間距和折射率明確確定。與這些目的相對(duì)應(yīng)，例如，組成反射圓偏振器的膽甾型液晶層可以通過(guò)將有選擇反射波長(zhǎng)帶中彼此不同的多個(gè)層疊置而形成?；蛘撸戠扌鸵壕涌梢杂蓡我粚訕?gòu)成，在該層中，間距沿厚度方向改變。為了疊置多個(gè)層，還可以制備幾個(gè)基底，將膽甾型液晶層預(yù)先疊置在上述基底上，然后再將這些基底疊置。但是，從減小厚度等方面來(lái)看，進(jìn)一步優(yōu)選的方法包括在膽甾型液晶層上形成一個(gè)取向膜，并將另一個(gè)膽甾型液晶層疊置在其上。
本發(fā)明的偏振部件優(yōu)選還至少包括沿正面方向具有四分之一波長(zhǎng)板功能的層，該層置于兩個(gè)偏振器層之一且位于可視側(cè)的那個(gè)反射圓偏振器的外面。由于這種結(jié)構(gòu)，可以將穿過(guò)反射圓偏振器的圓偏振光束變?yōu)榫€偏振光束，以便有效地利用光。特別優(yōu)選的是偏振部件包括另一個(gè)吸收二向色偏振板，該吸收二向色偏振板置于至少在正面方向上具有四分之一波長(zhǎng)板功能的附加層之外。
雖然對(duì)于吸收二向色偏振板沒(méi)有特別的限制，但是其例子包括通過(guò)在親水聚合物膜中吸附如碘或二向色染料的二向色材料，并對(duì)其拉伸而形成的吸收偏振板，以及由已經(jīng)處理為除去鹽酸的脫水聚乙烯醇或聚氯乙稀制成的多烯取向膜，所述親水聚合物膜如聚乙烯醇類膜，部分定型(formalized)的聚乙烯醇類膜和基于乙烯-醋酸乙烯共聚物的部分皂化膜。偏振板的另一個(gè)例子是為了保持防水等目的，通過(guò)在這種膜的至少一個(gè)表面上提供由例如塑料涂層或疊置薄膜層制成的透明保護(hù)層而形成。另一個(gè)例子是通過(guò)在透明保護(hù)層中含有透明微粒以便在表面上產(chǎn)生細(xì)微不平整而形成。例如，該透明微粒是平均粒子直徑為0.5至5μm的無(wú)機(jī)微粒，如硅石，礬土，二氧化鈦，氧化鋯，氧化錫，氧化銦，氧化鎘和氧化銻。這些微?？梢允菍?dǎo)電性的。此外，也可以使用諸如交聯(lián)或未交聯(lián)的聚合物的有機(jī)微粒。
(第一實(shí)施例)下面將要參考圖1和2來(lái)描述同時(shí)表示本發(fā)明偏振部件中聚焦和亮度增強(qiáng)的機(jī)構(gòu)。但是，下面的說(shuō)明僅僅涉及本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明不受該說(shuō)明的限制。
圖1示出本發(fā)明的偏振部件的實(shí)施例。如該圖所示，該偏振部件通過(guò)依次疊置膽甾型液晶圓偏振器201(在下文可將其稱為‘層1’)，C-板202(在下文可將其稱為‘層2’)，和膽甾型液晶圓偏振器203(在下文可將其稱為‘層3’)的主要部件而形成，光束從層1側(cè)進(jìn)入。在該圖中示出的實(shí)施例中，穿過(guò)兩層反射圓偏振器的圓偏振光束的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。由于圓偏振器或延遲層均不具有沿面內(nèi)方向存在的任何光軸，因此可以任意確定圓偏振器和延遲層的接合方向(bondingdirection)。為此，限制光平行化的角的范圍具有各向同性和對(duì)稱特性。
圖2是根據(jù)本發(fā)明示出代表自然光、圓偏振光和線偏振光的多個(gè)符號(hào)的說(shuō)明性視圖。圓偏振光‘a(chǎn)’和圓偏振光‘b’沿相反方向旋轉(zhuǎn)，線偏振光‘c’和線偏振光‘d’彼此成直角相交。
下面參考附圖順序說(shuō)明光束進(jìn)入圖1的偏振部件時(shí)理想的操作原理。
(1)首先，在從背光模塊(光源；未示出)送入的光束中，通過(guò)圓偏振器201(層1)使垂直入射的自然光1起偏并分成兩個(gè)圓偏振光束，即透射光束3和反射光束2。兩個(gè)圓偏振光束的旋轉(zhuǎn)方向彼此相反。
(2)透射光束3穿過(guò)延遲層202(層2)成為透射光束4。
(3)透射光束4穿過(guò)圓偏振器203(層3)成為透射光束5。
(4)透射光束5用于置于其上的液晶顯示裝置。
(5)接著，在從背光模塊送入的光束中，通過(guò)圓偏振器201使斜入射的自然光6起偏，并分成透射光束8和反射光束7的兩個(gè)圓偏振光束。該兩個(gè)圓偏振光束以相反的方向旋轉(zhuǎn)。
(6)當(dāng)透射光束8穿過(guò)延遲層202時(shí)，其具有1/2波長(zhǎng)的延遲值，并變?yōu)橥干涔馐?。
(7)在延遲的影響下，透射光束9的圓偏振旋轉(zhuǎn)方向相對(duì)于光束8變?yōu)榉聪颉?br> (8)透射光束9由圓偏振器203反射，成為光束10。
已知圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向通常在反射時(shí)翻轉(zhuǎn)(例如參見(jiàn)“偏振光產(chǎn)生和使用”(“Polarized lightProduction and Use”)，W.A.Schurcliff，Harvard University Press，Cambridge，Mass.，1966)。但是，也已經(jīng)知道，作為例外，在由膽甾型液晶層反射的情況下旋轉(zhuǎn)方向不會(huì)改變(例如，參見(jiàn)“Ekisho Jiten(液晶詞典(Dictionary for Liquid Crystal))”，pulishedby Baihuukan)。由于該圖中的反射在膽甾型液晶表面上進(jìn)行，因此圓偏振光束9和10的旋轉(zhuǎn)方向不發(fā)生變化。
(9)當(dāng)反射光束10穿過(guò)延遲層202時(shí)，受到延遲的影響，其變?yōu)橥干涔馐?1。
(10)透射光束11的旋轉(zhuǎn)方向在延遲的影響下翻轉(zhuǎn)。
(11)光束11的旋轉(zhuǎn)方向再次變?yōu)榕c光束8的旋轉(zhuǎn)方向一致，所述光束11穿過(guò)圓偏振器201，成為透射光束12。
(12)光束7和光束12返回到背光模塊一側(cè)并再循環(huán)。這些返回的光束被反復(fù)地反射，直到它們變?yōu)槟軌蛟诜ň€方向附近穿過(guò)偏振部件的光束，同時(shí)通過(guò)置于背光模塊上面的漫射板等隨機(jī)地改變傳播方向和偏振方向，由此有助于增強(qiáng)亮度。
(13)透射的圓偏振光束5通過(guò)四分之一波長(zhǎng)板(未示出)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光束，從而使其能夠用在液晶顯示器等中，而不會(huì)產(chǎn)生任何吸收損耗。按照這種方式，通過(guò)圖1的偏振部件實(shí)現(xiàn)了聚焦和亮度增強(qiáng)。
接著，說(shuō)明反射偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶。
根據(jù)本發(fā)明的兩層反射偏振器具有彼此相同或不同的有選擇反射波長(zhǎng)帶。例如，雖然反射偏振器之一可以在整個(gè)可見(jiàn)光波帶中反射，而另一個(gè)反射一部分，但是有選擇反射波長(zhǎng)帶必須至少彼此部分重疊。反射偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶例如可以與偏振部件的使用以及使用中要組合的元件和光源的類型相對(duì)應(yīng)而適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)選地，例如相對(duì)于在550nm波長(zhǎng)附近具有高可見(jiàn)性的光束實(shí)現(xiàn)有選擇反射。具體地，兩層反射偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶的重疊區(qū)域最好包括540nm至560nm的波長(zhǎng)范圍。在如上所述包括膽甾型液晶化合物的反射偏振器的情況下，該有選擇反射波長(zhǎng)帶可以根據(jù)液晶的膽甾手性間距和折射率而明確確定；有選擇反射的中心波長(zhǎng)用公式(VIII)(λ＝np)來(lái)表示。
此外，由于在需要彩色顯示時(shí)需要白光，因此進(jìn)一步優(yōu)選的是這些波帶在可見(jiàn)光波帶中具有一致的特性，或者至少可以覆蓋光源的發(fā)射光譜區(qū)(在許多情況下，435nm至610nm)。當(dāng)考慮對(duì)于斜入射光束膽甾型液晶的有選擇反射波長(zhǎng)譜移動(dòng)到短波長(zhǎng)側(cè)(藍(lán)色偏移)時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選的是重疊區(qū)覆蓋波長(zhǎng)大于610nm的區(qū)域。由于該長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)要求的有選擇反射波長(zhǎng)帶顯著依賴于來(lái)自光源的入射光束的角度和波長(zhǎng)，因此將長(zhǎng)波長(zhǎng)末端對(duì)應(yīng)于要求的規(guī)格而任意地設(shè)置。例如，具體在使用經(jīng)常用于液晶顯示器中的楔形導(dǎo)光板的背光模塊中，從導(dǎo)光板射出的光具有距離法線方向大約60°的角度。當(dāng)入射角變大時(shí)，上述藍(lán)色偏移的量趨于增大，在大約60°的角度處約為100nm。因此，當(dāng)將三波長(zhǎng)冷陰極射線管用于背光模塊時(shí)，并且當(dāng)紅色亮線光譜(bright-line spectrum)是610nm時(shí)，有選擇反射波長(zhǎng)帶的上述重疊區(qū)到達(dá)更接近于波長(zhǎng)大于710nm的一側(cè)是可接受的。此外，從液晶顯示裝置等其中的顯色分辨率和RGB的方面來(lái)看，特別優(yōu)選的是選擇反射波長(zhǎng)帶在整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)即380nm至780nm范圍內(nèi)彼此重疊。
當(dāng)背光模塊僅僅發(fā)射指定波長(zhǎng)的光時(shí)，例如對(duì)于使用彩色冷陰極射線管的情況，如果僅僅遮蔽能獲得的亮線光譜也是足夠的。此外，當(dāng)背光模塊射出的光束因移動(dòng)對(duì)象上突起(processed)的微透鏡、點(diǎn)和棱鏡的設(shè)計(jì)而沿正面方向被阻擋使其從開(kāi)始下降到一定程度時(shí)，因?yàn)榭梢院雎砸源蠼嵌热肷涞耐干涔馐?，因此不需要將有選擇反射波長(zhǎng)延伸到長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)。
接著，描述用于延遲層的延遲值。
對(duì)于反射偏振器來(lái)說(shuō)，延遲層傾斜方向理想的延遲值R’(參見(jiàn)上面的公式(II))應(yīng)該是λ/2(λ表示入射光的波長(zhǎng))，從而完全反射穿過(guò)延遲層的光束，但是實(shí)際上，即使該值不是精確的λ/2也能實(shí)現(xiàn)該目的。此外，由于傾斜方向延遲值R’因入射角而改變，即，該值一般隨著入射角的增大而趨于增大，因此為了使偏振有效轉(zhuǎn)換，必須通過(guò)考慮完全反射(entire reflection)等的角度來(lái)適當(dāng)?shù)卮_定該延遲值R’。例如，對(duì)于偏離法線大約60°的角度處的完全反射，該值應(yīng)該設(shè)置為使在60°測(cè)量的延遲大約為λ/2。對(duì)于調(diào)整傾斜方向延遲值R’的方法沒(méi)有特別的限制，可以適當(dāng)?shù)夭捎靡阎姆椒?。例如，?dāng)延遲層是雙軸拉伸膜時(shí)，可以利用延伸比，膜厚度等進(jìn)行調(diào)整。
此外，由于像C-板一樣起作用的反射偏振器本身的雙折射等，使透射過(guò)反射偏振器的光束可以改變其偏振態(tài)。例如，包括膽甾型液晶層的反射圓偏振器因膽甾型液晶化合物的扭曲結(jié)構(gòu)可以具有如負(fù)C-板的延遲層的一些性質(zhì)。因此，通過(guò)考慮反射偏振器的延遲可以將延遲層的傾斜方向延遲值R’調(diào)整為小于λ/2。具體地，R’應(yīng)該至少是如公式(II)表示的λ/8。R’的上限沒(méi)有特別確定，可以對(duì)應(yīng)于目的而對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。如上所述，面內(nèi)延遲R(參見(jiàn)公式(I))優(yōu)選為更小。
僅供參考，圖10示出了清楚地表示C-板的入射角和延遲與C-板的光學(xué)各向異性之間關(guān)系的折射率橢球。但是，這僅僅是一個(gè)例子，因此不意味著限制本發(fā)明。圖10示出了在雙折射樹(shù)脂具有正面延遲≈0、斜延遲＝1/2波長(zhǎng)的雙軸取向的情況下的例子，在這種情況下，在±40度位置處得到1/2波長(zhǎng)。
如上所述，關(guān)于使用反射圓偏振器的實(shí)施例不限于此，而是能夠在許多方面進(jìn)行修改。例如，在本發(fā)明中，用于延遲層的C-板可以由二分之一波長(zhǎng)板(也稱為半波長(zhǎng)延遲板)來(lái)代替。即，本發(fā)明的偏振部件可以至少包括兩層反射圓偏振器和置于這兩層反射圓偏振器之間的半波長(zhǎng)板，其中反射圓偏振器層具有用于偏振光的有選擇反射的多個(gè)有選擇反射波長(zhǎng)帶，這些有選擇反射波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊。在這種情況下，穿過(guò)兩層反射圓偏振器中每一個(gè)的圓偏振光束的旋轉(zhuǎn)方向最好彼此相反，半波長(zhǎng)板中的傾斜方向延遲值理想為0或λ。當(dāng)設(shè)置傾斜方向延遲值時(shí)，反射圓偏振器層的延遲值應(yīng)該被認(rèn)為是在使用C-板時(shí)的情況。當(dāng)使用半波長(zhǎng)板時(shí)，根據(jù)傾斜軸的方位角可能出現(xiàn)各向異性或顯色的問(wèn)題。但是，例如，對(duì)于兩層反射圓偏振器的各層和延遲層來(lái)說(shuō)，這種顯色可以通過(guò)利用波長(zhǎng)漫射特性彼此不同的層進(jìn)行補(bǔ)償。
(第二實(shí)施例)下面將要描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。
在本發(fā)明的偏振部件中，反射偏振器可以是反射線偏振器。更具體地，本發(fā)明的偏振部件可以至少包括兩層反射偏振器和置于這兩層反射偏振器之間的中間層，這兩層反射偏振器是反射線偏振器層，其有選擇地透射彼此相交成直角的線偏振光中之一，同時(shí)選擇性地反射另一個(gè)，這兩層反射線偏振器具有用于偏振光的有選擇反射的多個(gè)有選擇反射波長(zhǎng)帶，這些波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，
中間層包括單一光學(xué)層或者至少兩個(gè)光學(xué)層的疊置，且中間層具有根據(jù)入射方向在改變或不改變偏振方向時(shí)透射入射的線偏振光束的功能，這兩層反射線偏振器成角度放置，以便具有面內(nèi)慢軸方向，用于透射包括在入射線偏振光中且沿垂直于入射表面的方向(法線方向)進(jìn)入的光束，同時(shí)有效地反射從傾斜方向進(jìn)入的光束。
這種偏振部件例如可以通過(guò)組合反射線偏振器和四分之一波長(zhǎng)板(也稱為四分之一波長(zhǎng)延遲板)以將C-板夾在中間而制備。更具體地，偏振部件最好至少包括兩層反射線偏振器，延遲層和置于這兩層反射線偏振器之間的兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層；其中一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層置于一個(gè)反射線偏振器層和延遲層之間，另一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板置于另一個(gè)反射線偏振器層和延遲層之間；這兩層反射線偏振器具有用于偏振光的有選擇反射的多個(gè)有選擇反射波長(zhǎng)帶，這些有選擇反射波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，位于延遲層一個(gè)表面上的四分之一波長(zhǎng)板具有一個(gè)面內(nèi)慢軸，其相對(duì)于放置在延遲層同一側(cè)上的反射線偏振器層的偏振軸成40°至50°的角度；位于延遲層另一個(gè)表面上的另一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板具有一個(gè)面內(nèi)慢軸，其相對(duì)于放置在延遲層同一側(cè)上的反射線偏振器層的偏振軸成-40°至-50°的角度；任意確定由兩層反射線偏振器的面內(nèi)慢軸形成的角度。在這種情況下，延遲層必須滿足下面的公式(I)和(III)。
R≤(λ/10) (I)R’≥(λ/4)(II)上面說(shuō)明了公式(I)和(III)中λ，R和R’的定義。
已經(jīng)知道，自然光可以通過(guò)線偏振器和四分之一波長(zhǎng)板的組合而變?yōu)閳A偏振光。如圖3所示，將進(jìn)入線偏振器302的自然光束301轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光束303，進(jìn)一步將穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板304的線偏振光束303轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光束305。反射圓偏振器層和反射線偏振器層與基于如布儒斯特角原理的棱鏡型反射偏振器相比是有利的，因?yàn)槠漭^少地依賴入射角。
當(dāng)通過(guò)反射線偏振器層簡(jiǎn)單地將C-板夾在中間時(shí)，關(guān)于從傾斜方向進(jìn)入C-板的光束的光軸將與光束的方向總是以直角相交，因此表示沒(méi)有延遲，并且不會(huì)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)變換。在這種情況下，由四分之一波長(zhǎng)板將線偏振光束變?yōu)閳A偏振光束，該四分之一波長(zhǎng)板的慢軸方向相對(duì)于反射線偏振器層的偏振軸為45°或-45°，隨后，所述線偏振光束通過(guò)利用C-板的延遲變?yōu)榉D(zhuǎn)的圓偏振光束，然后由四分之一波長(zhǎng)板再次變?yōu)榫€偏振光束。
根據(jù)本發(fā)明的四分之一波長(zhǎng)板和半波長(zhǎng)板沒(méi)有特別的限制，并可以適當(dāng)?shù)厥褂萌魏我阎陌?。具體的例子包括單軸拉伸或雙軸拉伸的聚合物膜，通過(guò)使液晶化合物混合取向(hybrid aligning)(即，在平面方向單軸取向，在厚度方向進(jìn)一步取向)而形成的層等。關(guān)于控制四分之一波長(zhǎng)板和半波長(zhǎng)板中的面內(nèi)延遲的方法沒(méi)有特別的限制，例如，可以通過(guò)調(diào)整拉伸比，膜厚度等控制拉伸的聚合物膜。
雖然可以用于聚合物膜的聚合物沒(méi)有特別限制，但是其優(yōu)選例子包括聚酯類聚合物，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯；纖維素類聚合物，如雙乙酰纖維素和三乙酰纖維素；丙烯酸系聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯；苯乙烯類聚合物，如聚苯乙烯和苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS樹(shù)脂)；聚碳酸酯類聚合物，如雙酚A和碳酸的共聚物；線性或支化聚烯烴，如聚乙烯，聚丙烯，和乙烯-丙稀共聚物；包括環(huán)結(jié)構(gòu)的聚烯烴，如聚降冰片烯；氯乙烯類聚合物；酰胺類聚合物，如尼龍和芳香族聚酰胺；酰亞胺類聚合物；砜類聚合物；聚醚砜類聚合物；聚醚醚酮類化合物；聚苯硫醚類化合物；乙烯醇類化合物；偏二氯乙烯類聚合物；乙烯丁縮醛類聚合物；芳基化物類聚合物；聚甲醛類聚合物；以及環(huán)氧類聚合物。這些聚合物可以單獨(dú)使用或者組合使用。此外，為了任意目的，例如提供延展性和收縮性質(zhì)，可以向這些聚合物材料中添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?br> 類似地，制造聚合物膜的方法沒(méi)有特別的限制，而是可以利用通過(guò)澆注(擠壓)制成的聚合物膜和通過(guò)使聚合物材料熔化，成形為膜并拉伸而制成的聚合物膜。從機(jī)械強(qiáng)度等方面看后者的例子是優(yōu)選的。
聚合物膜的另一個(gè)例子在JP2001-343529A(WO01/37007)中描述。對(duì)于聚合物膜的材料，例如，可以使用樹(shù)脂合成物，該樹(shù)脂合成物包含支鏈具有取代或未取代的一個(gè)或多個(gè)酰亞胺基的熱塑性樹(shù)脂，和支鏈具有取代或未取代的一個(gè)或多個(gè)苯基和一個(gè)或多個(gè)氰基的熱塑性樹(shù)脂。該例子是具有包括異丁烯和N-甲基順丁烯二酰亞胺(N-methyl maleimide)的交替共聚物以及苯乙烯丙烯腈共聚物的樹(shù)脂合成物。
類似地，本發(fā)明的反射線偏振器沒(méi)有特別的限制，可以使用已知的產(chǎn)品。例如，具體是可以使用具有光學(xué)各向異性的拉伸膜，其層壓制品等，拉伸膜的材料可以與四分之一波長(zhǎng)板和半波長(zhǎng)板的材料類似。
圖4是示出該實(shí)施例的偏振部件的示意圖，雖然本實(shí)施例不限于該例子。如該圖中所示，該偏振部件通過(guò)依次疊置主要部件，即反射線偏振器404(在下文可將其稱為‘層4’)、四分之一波長(zhǎng)板405(在下文可將其稱為‘層5’)、C-板406(在下文可將其稱為‘層6’)、四分之一波長(zhǎng)板407(在下文中可將其稱為‘層7’)、和反射線偏振器408(在下文可將其稱為‘層8’)而形成，光束從層4一側(cè)進(jìn)入。
圖5是顯示用于使圖4的偏振部件中各主要元件結(jié)合的角度的示意圖。由線偏振器404的偏振軸和四分之一波長(zhǎng)板405的面內(nèi)慢軸形成的角在40°至50°的范圍內(nèi)，線偏振器408的偏振軸和四分之一波長(zhǎng)板407的面內(nèi)慢軸形成的角在-40°至-50°的范圍內(nèi)。除此之外，關(guān)于各個(gè)元件形成的角度沒(méi)有特別的限制，甚至通過(guò)任意旋轉(zhuǎn)集合1(線偏振器404和四分之一波長(zhǎng)板405的組合)和集合2(線偏振器408和四分之一波長(zhǎng)板407的組合)也能夠獲得類似的性能，同時(shí)保持上述角度。例如，圖14示出如圖4和5中所示集合2旋轉(zhuǎn)90°時(shí)的例子。甚至該例子可以顯示出正如圖4和5中所示的性能。由于C-板不具有面內(nèi)的光軸，因此可以任意決定用于結(jié)合的角度。
下面通過(guò)參考圖4說(shuō)明光束進(jìn)入本發(fā)明的偏振部件時(shí)的理想操作原理。
(1)首先，自然光束14從背光模塊(光源)發(fā)射，以使垂直進(jìn)入反射線偏振器404(層4)。
(2)將光束14分成以直角相交的線偏振光束15和線偏振光束16。光束15穿過(guò)層4，光束16反射。
(3)線偏振光束15穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板405(層5)，并轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光束17。
(4)圓偏振光束17穿過(guò)C-板406(層6)成為圓偏振光束18，但不改變其偏振態(tài)。
(5)圓偏振光束18穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板407(層7)，并轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光束19。
(6)線偏振光束19穿過(guò)C-板408(層8)成為線偏振光束20，但不改變其偏振態(tài)。
(7)線偏振光束20進(jìn)入裝置(液晶顯示裝置等)，并且無(wú)損失地透射。
(8)除了來(lái)自垂直方向的自然光束14以外，從背光模塊發(fā)射的自然光束21傾斜地進(jìn)入層4。
(9)將光束21分成以直角相交的線偏振光束22和線偏振光束23。光束22穿過(guò)層4(反射線偏振器)，將光束23反射。
(10)線偏振光束22穿過(guò)層5(反射線偏振器)并轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光束24。
(11)圓偏振光束24穿過(guò)層6(C-板)時(shí)經(jīng)歷1/2波長(zhǎng)的延遲，從而翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)閳A偏振光束25。
(12)圓偏振光束25穿過(guò)層7(四分之一波長(zhǎng)板)并轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光束26。
(13)線偏振光束26由層8(反射線偏振器)反射并成為線偏振光束27。
(14)線偏振光束27穿過(guò)層7(四分之一波長(zhǎng)板)并轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光束28。
(15)圓偏振光束28在穿過(guò)層6(C-板)時(shí)經(jīng)歷半波長(zhǎng)板的延遲，從而翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)閳A偏振光束29。
(16)圓偏振光束29穿過(guò)層5(四分之一波長(zhǎng)板)，并轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光束30。
(17)線偏振光束30穿過(guò)層4(反射線偏振器)成為線偏振光束31，但不改變其偏振態(tài)。
(18)反射光束16，23和31返回到背光模塊一側(cè)并再循環(huán)。再循環(huán)機(jī)構(gòu)與第一實(shí)施例的機(jī)構(gòu)相同。
在該實(shí)施例中，集合1和2(圖5)中反射線偏振器的偏振軸與四分之一波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸所成的角度在理想的系統(tǒng)中理論上應(yīng)該是45°和-45°。但是，由于反射偏振器和波長(zhǎng)板的特性實(shí)際上在可見(jiàn)光范圍并非理想，并且對(duì)于各個(gè)波長(zhǎng)具有微小變化，因此可能出現(xiàn)如顯色的一些問(wèn)題。像顯色這樣的問(wèn)題可以通過(guò)將角度改變一定的度數(shù)補(bǔ)償色調(diào)而解決，從而合理地優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。由于在角度顯著偏離45°或-45°時(shí)會(huì)出現(xiàn)如透射率下降的其他問(wèn)題，因此將調(diào)整限制為±5°的范圍。
反射線偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶的優(yōu)選范圍與反射圓偏振器的相似。正如反射圓偏振器的情況，透射光束的波長(zhǎng)性質(zhì)相對(duì)于以傾斜方向入射的光束朝短波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，最好在可見(jiàn)光范圍之外的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)具有足夠的偏振性質(zhì)和延遲性質(zhì)，從而使反射線偏振器對(duì)于以大角度入射的光束可充分地發(fā)揮作用。
此外，對(duì)于該實(shí)施例中延遲層(C-板)中的傾斜方向延遲值R’的優(yōu)選范圍(公式(III))，可以根據(jù)與使用反射圓偏振器情況的類似思想進(jìn)行調(diào)整。但是，由于典型的反射線偏振器與反射圓偏振器相比本身具有更小的延遲性質(zhì)，因此至少1/8波長(zhǎng)的R’是不夠的，應(yīng)該為1/4波長(zhǎng)或更大。
在圖15中，對(duì)于傾斜入射的光束進(jìn)入圖14的偏振元件的情況，由置于兩個(gè)反射偏振器之間的四分之一波長(zhǎng)板，C-板和另一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板引起的偏振態(tài)的變化在Poincare球體上表示出。該圖示出從第一反射偏振器進(jìn)入的線偏振光束轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光束和轉(zhuǎn)變?yōu)榉D(zhuǎn)的線偏振光束。但這是示出本發(fā)明一個(gè)例子的示圖，并不限制本發(fā)明。
(第三實(shí)施例)下面將描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，通過(guò)成直角或平行地疊置正面延遲(面內(nèi)延遲)為λ/4、厚度方向延遲至少為λ/2的兩個(gè)雙軸膜來(lái)代替使用通過(guò)將C-板夾在兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層中間形成的結(jié)構(gòu)，可以獲得類似的效果。在這種情況下，Nz系數(shù)(厚度方向延遲/面內(nèi)延遲)為2或更大可以滿足這一要求。
即，本發(fā)明的偏振部件可以至少包括兩層反射線偏振器和置于該兩層反射線偏振器之間的兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層，其中這兩層反射線偏振器具有用于偏振光的有選擇反射的多個(gè)有選擇反射波長(zhǎng)帶，這些有選擇反射波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸相對(duì)于放置在偏振部件同一側(cè)上的反射線偏振器層的偏振軸成40°至50°的角度，另一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸相對(duì)于偏振部件同一側(cè)上的反射線偏振器層的偏振軸成-40°至-50°的角度，任意確定由兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層的面內(nèi)慢軸形成的角度，以及四分之一波長(zhǎng)板層分別滿足下面公式(IV)的條件Nz≥2.0 (IV)其中Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)。
在公式(IV)中，nx，ny和nz分別是四分之一波長(zhǎng)板中沿X-軸方向，Y-軸方向和Z-軸方向的折射率，這里，X-軸方向是顯示四分之一波長(zhǎng)板平面內(nèi)最大折射率的方向(面內(nèi)慢軸方向)，Y-軸方向是四分之一波長(zhǎng)板平面內(nèi)與X-軸垂直的方向(面內(nèi)快軸方向)，Z-軸方向是四分之一波長(zhǎng)板的厚度方向，且與X-軸方向和Y-軸方向垂直。
關(guān)于四分之一波長(zhǎng)板和反射線偏振器層的材料，或者控制面內(nèi)延遲和厚度方向延遲的方法沒(méi)有具體的限制，可以使用第二實(shí)施例中的描述。
圖6是示出該實(shí)施例的偏振部件的示意圖，盡管本實(shí)施例不限于此。如該圖中所示，該偏振部件通過(guò)依次疊置主要元件，即反射線偏振器609(在下文可將其稱為‘層9’)、四分之一波長(zhǎng)板610(在下文可將其稱為‘層10’)、四分之一波長(zhǎng)板611(在下文可將其稱為‘層11’)、反射線偏振器612(在下文可將其稱為‘層12’)而形成，光束從層9側(cè)進(jìn)入。
圖7是顯示用于使圖6的偏振部件中各主要部件結(jié)合的角度的示意圖。由線偏振器609的偏振軸和四分之一波長(zhǎng)板610的面內(nèi)慢軸形成的角在40°至50°的范圍內(nèi)，線偏振器612的偏振軸和四分之一波長(zhǎng)板611的面內(nèi)慢軸形成的角在-40°至-50°的范圍內(nèi)。除此之外，對(duì)于各個(gè)元件形成的角度沒(méi)有特別的限制，甚至通過(guò)任意旋轉(zhuǎn)集合1(線偏振器609和四分之一波長(zhǎng)板610的組合)和集合2(線偏振器612和四分之一波長(zhǎng)板611的組合)也能夠獲得類似的性能，同時(shí)保持上述角度。為了說(shuō)明的方便，圖6和7示出上和下線偏振器的軸平行并且四分之一波長(zhǎng)板層的軸彼此成直角相交的例子，但是該實(shí)施例不是限制性的。
下面通過(guò)參考圖6說(shuō)明光束進(jìn)入本實(shí)施例的偏振部件時(shí)的理想操作原理。
(1)首先，從背光模塊(光源)發(fā)射的自然光束32垂直入射。
(2)自然光束32由層9(反射線偏振器)分成以直角相交的線偏振光束33和線偏振光束34。線偏振光束33穿過(guò)層9，將線偏振光束34反射。
(3)線偏振光束33穿過(guò)層10和層11(四分之一波長(zhǎng)板)。由于在如圖中所示的例子中，層10的面內(nèi)慢軸與層11的面內(nèi)慢軸成直角相交，因此當(dāng)考慮層10和層11的組合時(shí)，正面延遲(面內(nèi)延遲)為0。因此，當(dāng)穿過(guò)層10和11時(shí)，線偏振光束33變?yōu)榫€偏振光束35，但不改變其偏振態(tài)。
(4)線偏振光束35穿過(guò)層12(反射線偏振器)，但不改變其偏振態(tài)，成為線偏振光束36。
(5)線偏振光束36沒(méi)有損失地透射到裝置(例如液晶顯示裝置)。
(6)除了垂直入射的自然光束32之外，從背光模塊發(fā)射的自然光37傾斜入射。
(7)自然光束37由層9(反射線偏振器)分成以直角相交的線偏振光束38和線偏振光束39。線偏振光束38穿過(guò)層9，線偏振光束39反射。
(8)線偏振光束38傾斜進(jìn)入層10和層11，并且當(dāng)穿過(guò)這些層時(shí)，在厚度方向延遲的影響下，其偏振軸方向改變90°而變?yōu)榫€偏振光40。
(9)線偏振光束40進(jìn)入層12(反射線偏振器)。
(10)由于層12具有與層9相同的軸向，因此線偏振光束40由層12反射，成為線偏振光束41。
(11)當(dāng)線偏振光束41穿過(guò)層10和11時(shí)，經(jīng)歷由上面(9)中所述的延遲的影響，因此偏振軸方向改變90°，變?yōu)榫€偏振光42。
(12)線偏振光束42穿過(guò)層9(反射線偏振器)，但不改變其偏振態(tài)，成為線偏振光束43。
(13)反射光束34，39和43返回到背光模塊一側(cè)并再循環(huán)。再循環(huán)機(jī)構(gòu)與第一和第二實(shí)施例中描述的相同。
該實(shí)施例的偏振部件能夠表現(xiàn)出與第二實(shí)施例的偏振部件類似的性能。此外，由于省略了C-板，因此該實(shí)施例中的偏振部件在生產(chǎn)效率方面優(yōu)于第二實(shí)施例的偏振部件。雖然對(duì)于該實(shí)施例中的四分之一波長(zhǎng)板沒(méi)有特別的限制，例如可以使用一種上述四分之一波長(zhǎng)板，但是更優(yōu)選雙軸拉伸的聚碳酸酯(PC)和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的膜，或者雜化取向的液晶化合物的層。
關(guān)于反射線偏振器和四分之一波長(zhǎng)板形成的角度范圍，可以使用上述描述，可以根據(jù)如第二實(shí)施例中的概念輕微地調(diào)整。
類似地，關(guān)于反射線偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶，可以使用第一和第二實(shí)施例。
此外，在該實(shí)施例中，可以通過(guò)改變Nz的值(公式(IV))來(lái)改變傾斜入射光束的使用效率。該優(yōu)選范圍沒(méi)有特別的限制，可以根據(jù)如第一和第二實(shí)施例中的概念進(jìn)行調(diào)整，以獲得光利用的最佳效率。該實(shí)施例與必須考慮反射偏振器的延遲的上述各實(shí)施例類似。
(第四實(shí)施例)下面將描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
可以通過(guò)使用正面延遲(面內(nèi)延遲)為λ/2、厚度方向延遲至少為λ/2的雙軸膜來(lái)代替如第二實(shí)施例中通過(guò)將C-板夾在兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層中間形成的結(jié)構(gòu)來(lái)獲得類似的效果。在這種情況下，Nz系數(shù)為1.5或更大可以滿足這一要求。
即，本發(fā)明的偏振部件可以至少包括兩層反射線偏振器和置于這兩層反射線偏振器之間的半波長(zhǎng)板，其中這兩層反射線偏振器具有用于偏振光的有選擇反射的多個(gè)有選擇反射波長(zhǎng)帶，這些有選擇反射波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，
半波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸相對(duì)于一個(gè)反射線偏振器層的偏振軸成40°至50°的角度，并且也相對(duì)于另一個(gè)反射線偏振器層的偏振軸成-40°至-50°的角度，以及半波長(zhǎng)板滿足下面的公式(V)Nz≥1.5 (V)其中Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)。
在公式(V)中，nx，ny和nz分別是半波長(zhǎng)板中沿X-軸方向，Y-軸方向和Z-軸方向的折射率，這里，X-軸方向是顯示半波長(zhǎng)板平面內(nèi)最大折射率的方向(面內(nèi)慢軸方向)，Y-軸方向是半波長(zhǎng)板平面內(nèi)與X-軸方向垂直的方向(面內(nèi)快軸方向)，Z-軸方向是半波長(zhǎng)板的厚度方向，且與X-軸方向和Y-軸方向垂直。
關(guān)于制造反射線偏振器和波長(zhǎng)板的材料和方法沒(méi)有具體的限制，可以使用在前實(shí)施例中的說(shuō)明。
圖8是示出該實(shí)施例的偏振部件的示意圖，盡管本實(shí)施例不限于此。如該圖中所示，該偏振部件通過(guò)依次疊置主要部件，即反射線偏振器813(在下文可將其稱為‘層13’)，半波長(zhǎng)板814(在下文可將其稱為‘層14’)，反射線偏振器815(在下文可將其稱為‘層15’)而形成，光束從層13一側(cè)進(jìn)入。
圖9是顯示用于使圖8的偏振部件中各主要部件結(jié)合的角度的示意圖。由線偏振器813的偏振軸和半波長(zhǎng)板814的面內(nèi)慢軸形成的角在40°至50°的范圍內(nèi)，由線偏振器815的偏振軸和半波長(zhǎng)板814的面內(nèi)慢軸形成的角在-40°至-50°的范圍內(nèi)。因此，兩個(gè)線偏振器層的面內(nèi)慢軸必定基本上以直角相交。
該實(shí)施例的偏振部件能夠表現(xiàn)出正如第二和第三實(shí)施例的偏振部件的性能，由于疊層的數(shù)量減少，因此在生產(chǎn)效率方面更加有優(yōu)勢(shì)。
下面通過(guò)參考圖8說(shuō)明自然光束進(jìn)入本發(fā)明的偏振部件時(shí)的理想操作原理。
(1)首先，從背光模塊(光源)射出的自然光束47垂直入射。
(2)由層13將自然光束47分成以直角相交的線偏振光束48和線偏振光束49。線偏振光束48穿過(guò)層13，線偏振光束49被反射。
(3)當(dāng)線偏振光束穿過(guò)層14(半波長(zhǎng)板)時(shí)，經(jīng)歷正面延遲(面內(nèi)延遲)的影響，因此使其偏振軸方向旋轉(zhuǎn)90°而變?yōu)榫€偏振光50。
(4)線偏振光束50穿過(guò)層15(反射線偏振器)，但不改變其偏振態(tài)，成為線偏振光束51。
(5)線偏振光束51無(wú)損失地透射到裝置(例如，液晶顯示裝置等)。
(6)除了垂直入射的自然光束47以外，從背光模塊發(fā)射的自然光束52傾斜地入射。
(7)由層13將自然光束52(反射線偏振器)分成以直角相交的線偏振光束53和線偏振光束54。線偏振光束53穿過(guò)層13，線偏振光束54反射。
(8)線偏振光束53傾斜進(jìn)入層14(半波長(zhǎng)板)，穿過(guò)層14成為線偏振光束55而不改變其偏振軸方向。
(9)線偏振光束55被層15(反射線偏振器)反射，并成為線偏振光束56。
(10)線偏振光束56進(jìn)入層14，不改變其偏振軸方向地穿過(guò)，成為線偏振光束57。
(11)線偏振光束57穿過(guò)層13而不改變其偏振態(tài)，成為線偏振光束58。
(12)反射光束49，54和58返回到背光模塊一側(cè)并再循環(huán)。再循環(huán)機(jī)構(gòu)與在前實(shí)施例中所描述的相同。
由反射線偏振器和半波長(zhǎng)板形成的角度范圍如上所述。由反射線偏振器和半波長(zhǎng)板所成角的范圍的微調(diào)可以根據(jù)與第二和第三實(shí)施例中相同的思想而進(jìn)行。
類似地，關(guān)于反射線偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶，可以使用第一至第三實(shí)施例。
此外在該實(shí)施例中，通過(guò)改變Nz的值(公式(V))來(lái)改變傾斜入射光束的使用效率。優(yōu)選的范圍沒(méi)有特別的限制，可以根據(jù)與第一至第三實(shí)施例相同的思想進(jìn)行調(diào)整，以獲得最佳的光效率。該實(shí)施例與必須考慮反射偏振器的延遲的上述各實(shí)施例類似。
雖然上面關(guān)于第一至第四實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于上述描述，而是可以在不脫離本發(fā)明界限的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。例如，本發(fā)明的偏振部件除了如上所述的各個(gè)元件之外還可以包括在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的范圍內(nèi)的任何其他光學(xué)層或任何其他元件。
(制造方法等等)接著，將要描述用于制造本發(fā)明的偏振部件的方法等。用于制造各個(gè)元件的材料和方法如上所述，所述元件如C-板，反射偏振器和波長(zhǎng)板。
雖然制造本發(fā)明的偏振部件的方法沒(méi)有特別的限制，但是該偏振部件可以通過(guò)將上述各個(gè)元件和根據(jù)需要的任何其他元件疊置而進(jìn)行制造。雖然疊層的形成沒(méi)有特別的限制，并且各個(gè)元件只能夠疊置，但是從可用性和光效率的方面來(lái)看，這些元件最好由半透明粘接劑或壓敏粘接劑來(lái)疊置。雖然在本發(fā)明中“粘接劑”和“壓敏粘接劑”之間沒(méi)有具體的區(qū)別，但是為了方便起見(jiàn)，將比較容易剝離并再次粘合的粘接劑稱為“壓敏粘接劑”。
從抑制表面反射等的方面來(lái)看，雖然沒(méi)有特別的限制，但是粘接劑或壓敏粘接劑最好是透明的并且在可見(jiàn)光范圍內(nèi)沒(méi)有吸收，折射率盡可能接近各個(gè)層的折射率。因此，例如最好使用基于丙烯酸，環(huán)氧和異氰酸鹽物質(zhì)的粘接劑或壓敏粘接劑。這些適當(dāng)使用的粘接劑或壓敏粘接劑可以是溶劑型，或者例如是紫外線聚合型，熱聚合型，兩液體混合物型等等。疊置各個(gè)元件的方法可以根據(jù)特性適當(dāng)?shù)剡x擇，沒(méi)有任何特別的限制。例如，可以利用在取向?qū)拥壬戏謩e形成單域并將其傳送到半透明基底的方法按一定順序疊置這些層。
例如，當(dāng)各個(gè)元件是含有液晶化合物的層時(shí)，還可以適當(dāng)?shù)匦纬扇∠驅(qū)拥葋?lái)代替使用粘接劑或壓敏粘接劑的層，并可以按照一定順序直接形成各個(gè)元件(稱為‘直接和連續(xù)涂覆’)。這種方法例如從減小偏振部件厚度的方面來(lái)看是有利的。當(dāng)使用反射圓偏振器和C-板時(shí)，由于各個(gè)元件在平面內(nèi)沒(méi)有光軸，并且由于結(jié)合角可以任意確定，因此在制造過(guò)程中可以使用通過(guò)滾動(dòng)條式(roll-to-roll)過(guò)程以及上述直接連續(xù)涂覆的結(jié)合，從而提高生產(chǎn)率。
各個(gè)元件和粘接劑層(壓敏粘接劑層)根據(jù)需要可以進(jìn)一步包括各種粘接劑等等。例如，可以添加用于擴(kuò)散率調(diào)整的微粒，用以提供各向同性色散，或者可以適當(dāng)?shù)靥砑颖砻婊钚詣┑龋靡栽谀ば纬蓵r(shí)提供流平性(leveling property)。除此以外，可以適當(dāng)?shù)靥砑幼贤饩€吸收劑或抗氧化劑等。
(偏振光源和圖像顯示裝置)下面將要描述利用本發(fā)明偏振部件的偏振光源和圖像顯示裝置。
本發(fā)明的偏振光源(偏振光源裝置)包括光源，反射層和本發(fā)明的偏振部件，該偏振部件經(jīng)反射層而疊置在光源上。雖然用于制造偏振光源的方法沒(méi)有特別的限制，但是例如可以使用JPH10(1998)-321025A中所描述的方法。
此外，本發(fā)明的圖像顯示裝置是一種包括本發(fā)明偏振部件的圖像顯示裝置。雖然利用本發(fā)明的偏振部件或偏振光源的圖像顯示裝置可以沒(méi)有任何特別限制優(yōu)選地用于如有機(jī)EL顯示裝置，PDP和CRT的圖像顯示裝置，但是其特別優(yōu)選地用于液晶顯示器裝置中。
下面描述本發(fā)明的液晶顯示器裝置。
本發(fā)明的液晶顯示器裝置包括本發(fā)明的偏振光源，液晶晶元(cell)進(jìn)一步疊置在偏振光源上。關(guān)于元件和制造本發(fā)明的液晶顯示器裝置的方法沒(méi)有特別的限制，可以適當(dāng)?shù)厥褂霉脑椭圃旆椒?。本發(fā)明的偏振光源具有極好的光效率，因此能夠提供的明亮光具有極好的發(fā)射光垂直度，且沒(méi)有亮度不均勻。此外，可以將偏振光源的規(guī)模擴(kuò)大(upsize)。因此，偏振光源可以在各種液晶顯示器裝置的形成中優(yōu)選用作背光模塊系統(tǒng)，尤其是，優(yōu)選用于直視型液晶顯示器裝置。
關(guān)于用在本發(fā)明的液晶顯示器裝置中的液晶晶元，可以使用任何適當(dāng)?shù)囊壕Ьг鴽](méi)有任何特別的限制。尤其是，適當(dāng)?shù)厥褂檬钩势駪B(tài)的光束進(jìn)入以提供顯示的液晶晶元。例如，優(yōu)選使用扭轉(zhuǎn)向列液晶或超扭轉(zhuǎn)向列液晶的液晶晶元。但是，不限于這些例子，利用非扭轉(zhuǎn)液晶，具有分散在液晶中的二向色染料的客-主類(guest-host base)液晶，鐵電液晶等的液晶晶元同樣是適合的。類似地，關(guān)于驅(qū)動(dòng)液晶的系統(tǒng)沒(méi)有特別的限制。
關(guān)于與液晶晶元以外的元件沒(méi)有特別的限制，可以適當(dāng)?shù)厥褂靡壕э@示器裝置的已知元件。例如，適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)層可以適當(dāng)?shù)夭贾茫@些光學(xué)層包括漫射板，防閃光層，抗反射膜，保護(hù)層，保護(hù)板，上面任何一種都將置于觀察側(cè)的偏振板上，光學(xué)層還包括置于液晶晶元和偏振板之間的補(bǔ)償延遲板。
接著，在下面將要描述有機(jī)電致發(fā)光裝置(有機(jī)EL顯示裝置)。
雖然本發(fā)明的偏振部件和偏振光源可以用于液晶顯示器裝置之外的各種圖像顯示裝置，但是它們適合于例如有機(jī)EL顯示裝置。關(guān)于本發(fā)明的有機(jī)EL顯示裝置，除了使用本發(fā)明的偏振部件或偏振光源外沒(méi)有特別限制，可以使用公知的結(jié)構(gòu)和制造方法。關(guān)于有機(jī)EL顯示裝置的下列說(shuō)明不是為了限制本發(fā)明。
一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)EL顯示裝置具有一個(gè)發(fā)光體(有機(jī)電致發(fā)光體)，該發(fā)光體通過(guò)在透明基底上按一定順序疊置透明電極、有機(jī)發(fā)光體層和金屬電極而制成。這里，有機(jī)發(fā)光體層是各種有機(jī)薄膜的疊層體。其已知的例子包括由一個(gè)或多個(gè)三苯胺衍生物等制成的空穴注入層和諸如蒽的熒光有機(jī)固體制成的發(fā)光體層的疊層；發(fā)光體層和由二萘嵌苯衍生物等制成的電子注入層的疊層；或者空穴注入層，發(fā)光體層和電子注入層的疊層。
一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)EL顯示裝置根據(jù)向透明電極和金屬電極施加電壓以便將空穴和電子注入有機(jī)發(fā)光體層的系統(tǒng)的原理而發(fā)射光，由這些空穴和電子的再結(jié)合產(chǎn)生的能量激發(fā)熒光物質(zhì)，受激的熒光物質(zhì)在返回其基態(tài)時(shí)發(fā)射光。在該過(guò)程中再結(jié)合的機(jī)理與普通二極管的相似。這意味著電流和光發(fā)射強(qiáng)度相對(duì)于所加電壓表現(xiàn)出伴有整流的相當(dāng)大的非線性。
對(duì)于有機(jī)EL顯示裝置，最好至少一個(gè)電極是透明的，以便獲得有機(jī)發(fā)光體層的發(fā)光。一般來(lái)說(shuō)，將透明導(dǎo)電材料如氧化銦錫(ITO)的透明電極用作陽(yáng)極。對(duì)陰極使用具有較小功函的物質(zhì)對(duì)于促進(jìn)電子注入并由此提高發(fā)光效率是有效的，一般來(lái)說(shuō)，可以使用如Mg-Ag和Al-Li的金屬電極。
在如上所述結(jié)構(gòu)的有機(jī)EL顯示裝置中，有機(jī)發(fā)光體層由諸如大約10nm的極薄的膜制成。因此，有機(jī)發(fā)光體層如透明電極一樣基本上可以透射所有的光。因此，當(dāng)該層沒(méi)有照亮?xí)r，來(lái)自透明基底表面并穿過(guò)透明電極和有機(jī)發(fā)光體層的入射光在被金屬層反射之前再次射出到達(dá)透明基底的表面。因此，有機(jī)EL顯示裝置的顯示表面從外部觀察時(shí)看來(lái)像一面鏡子。
如上所述，典型的有機(jī)EL顯示裝置具有在施加電壓時(shí)發(fā)射光的有機(jī)發(fā)光體層，該有機(jī)發(fā)光體層在表面?zhèn)染哂型该麟姌O，在后部具有金屬電極。將有機(jī)發(fā)光體層，透明電極和金屬電極結(jié)合以形成有機(jī)電發(fā)光體。在這種有機(jī)EL顯示裝置中，可以將偏振板置于透明電極的表面?zhèn)?，同時(shí)，可以將延遲板置于透明電極和偏振板之間。
延遲板和偏振板對(duì)從外面入射并由金屬電極反射的光起到起偏的作用，由此該偏振具有不能從外面觀察到金屬電極的鏡子的作用。尤其是該金屬電極的鏡子可以通過(guò)下列步驟而被完全遮擋，即形成具有四分之一波長(zhǎng)板的延遲板并將延遲板和偏振板的偏振方向形成的角度調(diào)整為π/4。
即，偏振板僅僅透射進(jìn)入有機(jī)EL顯示裝置的外界光中的線偏振光成分。一般來(lái)說(shuō)，線偏振光由偏振板變?yōu)闄E圓偏振光。當(dāng)延遲板是四分之一波長(zhǎng)板時(shí)，并且當(dāng)偏振板和延遲板的偏振方向所成的角度是π/4時(shí)，光變?yōu)閳A偏振光。
通常，此圓偏振光穿過(guò)透明基底，透明電極和有機(jī)薄膜。在經(jīng)金屬電極反射之后，光再次穿過(guò)有機(jī)薄膜，透明電極和透明基底，在延遲板處變成線偏振光。此外，由于線偏振光與偏振板的偏振方向相交成直角，因此不能穿過(guò)偏振板。因此，金屬電極的鏡子完全被遮擋。
雖然上面已經(jīng)描述了利用本發(fā)明偏振部件的偏振光源和圖像顯示裝置，但是本發(fā)明不限于上述描述。利用滿足本發(fā)明要求的反射偏振器和延遲層的本發(fā)明的偏振部件可以表現(xiàn)出僅僅透射正面方向光同時(shí)反射和消除傾斜方向的光的效果。此外，通過(guò)調(diào)整反射偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶，可以在具有較小波長(zhǎng)依賴性的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出這些效果。此外，由于與如常規(guī)技術(shù)中組合干涉濾光片和亮線發(fā)射光源而提供的平行化和聚焦系統(tǒng)相比，對(duì)光源特性的依賴性降低，因此其可以用于各種偏振光源和圖像顯示裝置。
(例子)下面是參考例子和比較例對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)該注意，本發(fā)明不僅僅限于這些例子。
(儀器)下面描述在這些例子和比較例中所用的設(shè)備。冷陰極射線管(CCFL)是Elevam公司的產(chǎn)品。背光模塊是Stanley電氣有限公司和Tama電氣有限公司的產(chǎn)品，看版臺(tái)是HAKUBA的產(chǎn)品。
所用的測(cè)量裝置如下。
(1)為了測(cè)量有選擇反射波長(zhǎng)帶，使用瞬時(shí)多路測(cè)光系統(tǒng)(商品名稱由Otsuka電子儀器有限公司生產(chǎn)的MCPD 2000)。
(2)對(duì)于混濁度測(cè)量，使用濁度計(jì)(商品名稱由Murakami彩色研究試驗(yàn)室生產(chǎn)的HM 150)。
(3)對(duì)于透射/反射的光譜特性的測(cè)量，使用分光光度計(jì)(商品名稱由Hitachi有限公司生產(chǎn)的U4100)。
(4)對(duì)于偏振板的特性測(cè)量，使用由Murakami彩色研究試驗(yàn)室生產(chǎn)的DOT3(商品名稱)。
(5)對(duì)于延遲板等的延遲的測(cè)量，使用雙折射測(cè)量裝置(商品名稱由Oji科學(xué)儀器生產(chǎn)的KOBRA21D)。
(6)對(duì)于亮度測(cè)量，使用亮度光度計(jì)(商品名稱由Topcon公司生產(chǎn)的BM7)。
(例子1)如下所述制造包括反射圓偏振器和負(fù)C-板的偏振部件，并測(cè)量特性。
首先，通過(guò)利用市場(chǎng)上可獲得的可聚合向列型液晶聚合物(可聚合的液晶元化合物)和手性試劑來(lái)制造包括膽甾型液晶層的反射偏振器(反射圓偏振器)。確定類型和混合比，從而使這樣得到的膽甾型液晶層具有中心值為550nm、寬度大約為60nm的有選擇反射波長(zhǎng)帶。具體地，將BASF生產(chǎn)的LC242(商品名稱)用于可聚合的液晶元化合物，并將BASF生產(chǎn)的LC756(商品名稱)用于可聚合的手性試劑，混合比如下。
液晶元化合物∶手性試劑＝4.9∶95.1(重量比)具體地，反射圓偏振器通過(guò)下列操作制造。首先，使可聚合的手性試劑和可聚合的液晶元化合物的混合物在環(huán)戊烷中溶解，然后調(diào)整為具有20wt％的溶質(zhì)密度(solute consistency)。將1wt％的初始試劑(initiating reagent)(商品名稱由Ciba-Geigy有限公司生產(chǎn)的Irg907)添加到該溶液中，從而制備涂層溶液。
制備具有75μm厚的PET膜(商品名稱由Toray工業(yè)生產(chǎn)的Lumirror)，為了取向，將其表面用摩擦織物進(jìn)行處理，由此提供取向基底。接著，在取向基底的已處理表面上，通過(guò)使用拉絲錠涂覆涂層溶液。同時(shí)，調(diào)整溶液的量，使涂層厚度在干燥之后為5μm。然后在90℃干燥2分鐘，進(jìn)一步一次加熱到作為液晶各向同性轉(zhuǎn)變溫度的130℃，然后緩慢冷卻以保持一致的取向狀態(tài)。通過(guò)在80℃(10mW/cm2×1min)利用紫外線照射將其固化，得到包括膽甾型液晶化合物的反射偏振器A。制備玻璃板，在該玻璃板上涂覆半透明異氰酸鹽類粘接劑(商品名稱由Tokushiki有限公司生產(chǎn)的AD249)，以具有5μm的厚度，反射偏振器A轉(zhuǎn)移到上面，從而得到所需的反射圓偏振器。在測(cè)量中，該反射圓偏振器具有已經(jīng)設(shè)計(jì)的520nm至580nm的有選擇反射波長(zhǎng)帶。
接著，制造包括聚合液晶化合物的負(fù)C-板，從而使膽甾型有選擇反射波長(zhǎng)帶的中心值是350nm。具體地，將BASF生產(chǎn)的LC242(商品名稱)和BASF生產(chǎn)的LC756(商品名稱)用于可聚合的液晶元化合物和可聚合的手性試劑，混合比如下。
液晶元化合物∶手性試劑＝11.0∶88.0(重量比)具體地，負(fù)C-板通過(guò)下列操作制造。首先，使可聚合的手性試劑和可聚合的液晶元化合物的混合物在環(huán)戊烷中溶解，然后調(diào)整為具有30wt％的溶質(zhì)密度。將1wt％的初始試劑(商品名稱由Ciba-Geigy有限公司生產(chǎn)的Irg907)和0.013wt％的表明活性劑(商品名稱由BYK-Chemie Japan生產(chǎn)的BYK-361)添加到該溶液中。
制備具有75μm厚的PET膜(商品名稱由Toray工業(yè)生產(chǎn)的Lumirror)，為了取向?qū)⑵浔砻嬗媚Σ量椢镞M(jìn)行處理，由此提供取向基底。接著，在取向基底的已處理表面上，通過(guò)使用拉絲錠涂覆涂層溶液。同時(shí)，調(diào)整溶液的量，使涂層厚度在干燥之后為6μm。然后在90℃干燥2分鐘，進(jìn)一步一次加熱到作為液晶各向同性轉(zhuǎn)變溫度的130℃，然后緩慢冷卻以保持一致的取向狀態(tài)。通過(guò)在80℃(10mW/cm2×1min)利用紫外線照射將其固化，得到包括膽甾型液晶且在取向基底上形成的所需負(fù)C-板的疊層。
在測(cè)量中，該負(fù)C-板對(duì)于具有550nm波長(zhǎng)的光束具有沿正面方向2nm的延遲(基本上能夠認(rèn)為是0)。該延遲沿著30°傾斜的方向是160nm(＞λ/8)。
由此獲得的反射圓偏振器和負(fù)C-板用于制造偏振部件。首先，制備包括在玻璃板上形成反射圓偏振器A的反射圓偏振器。接著，將負(fù)C-板轉(zhuǎn)移到反射圓偏振器A。更具體地，涂覆半透明粘接劑(商品名稱由Tokushiki有限公司生產(chǎn)的AD249)以在反射圓偏振器A上具有5μm的厚度，在取向基底(PET膜)上形成的負(fù)C-板粘著于該反射圓偏振器A。然后，將取向基底剝離，只留下負(fù)C-板。進(jìn)一步以相同的方式將另一個(gè)反射圓偏振器A轉(zhuǎn)移到負(fù)C-板上，由此得到所需的偏振部件。這種偏振部件包括依次疊置在玻璃板上的第一反射圓偏振器A，負(fù)C-板和第二反射圓偏振器A，各層通過(guò)粘接劑層粘合。
接著，評(píng)價(jià)所得到偏振部件的性能。首先，該偏振部件與亮線光譜在544nm的綠色擴(kuò)散光源相結(jié)合，以便制作偏振光源。具體地，將Elevam公司生產(chǎn)的G0型冷陰極射線管和光散射板(混濁度至少90％)結(jié)合以提供擴(kuò)散光源，偏振部件進(jìn)一步與該擴(kuò)散光源結(jié)合以提供偏振光源，并將光源置于直下式(direct-type)背光模塊裝置內(nèi)部。光漫射板置于偏振部件和冷陰極射線管之間。
在偏振光源的特性的檢查中，光束沿法線方向射出，但是當(dāng)斜角為30°或更大時(shí)透射光束減少，當(dāng)斜角大約為45°時(shí)基本上沒(méi)有光束射出。圖16示出對(duì)于只使用擴(kuò)散光源和結(jié)合本例子的偏振部件以提供偏振光源的任一種情況下發(fā)射角和相對(duì)亮度之間的關(guān)系。
圖16示出本例子的偏振部件可以沿正面方向使光束有效地聚焦。這可以認(rèn)為是偏振部件的一個(gè)特性，因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)為在直下式背光模塊中很難通過(guò)透鏡或棱鏡沿正面方向使光束聚焦，不像側(cè)光型背光模塊的情況。
接著，將本例子的偏振部件置于包括三波長(zhǎng)冷陰極射線管的背光模塊(由Stanley電氣有限公司生產(chǎn)的側(cè)光-楔型背光模塊)上，并用于液晶顯示器裝置，由此評(píng)價(jià)其特性。類似地，在這種情況下，光束沿法線方向射出，但是當(dāng)斜角為30°或更大時(shí)透射光束減少。因?yàn)槠癫考](méi)有與整個(gè)可見(jiàn)光范圍對(duì)應(yīng)，由于角度的不完全收縮(stop-down)，所以使藍(lán)色(435nm)和紅色(610nm)的光束漏過(guò)，但是可以消除具有最高可見(jiàn)性的綠色光譜(545nm)。因此，作為聚焦裝置的作用得到證實(shí)。
(例子2)除了使用正C-板代替負(fù)C-板之外，按照與例子1相同的方式制造偏振部件。首先，通過(guò)使用由下面化學(xué)式表示的液晶單體(稱為可聚合的向列型單體A)來(lái)制造含有聚合液晶化合物的正C-板。
制造正C-板的具體操作如下。首先，使聚合向列型單體A在環(huán)戊烷中溶解，并調(diào)整為具有30wt％的溶質(zhì)密度。此外，將1wt％的初始試劑(商品名稱由Ciba-Geigy有限公司生產(chǎn)的Irg907)添加到該溶液中以提供涂層溶液。制備PET膜(商品名稱由Toray工業(yè)生產(chǎn)的Lumirror，厚度75μm)，在該膜上形成隔離劑(release agent)(十八烷基三甲氧基硅烷(octadecyl trimethoxysilane))的環(huán)己烷溶液(0.1wt％)的薄涂層，然后將其干燥形成垂直取向膜，由此形成取向基底。在形成垂直取向膜的取向基底的表面上，通過(guò)使用拉絲錠涂覆上述涂層溶液。同時(shí)，調(diào)整溶液的量，使膜厚度在干燥之后為2μm。然后將其在90℃干燥2分鐘，一次加熱到作為液晶各向同性轉(zhuǎn)變點(diǎn)的130℃，然后緩慢冷卻以保持一致的取向狀態(tài)。接著，通過(guò)在80℃(10mW/cm2×1min)利用紫外線照射將其固化，由此形成具有在取向基底上形成的所需正C-板的疊層。在測(cè)量中，對(duì)于具有550nm波長(zhǎng)的光束，該正C-板的延遲在正面方向上為0，該延遲在傾斜30°的測(cè)量中大約為170nm(＞λ/8)。
除了使用正C-板來(lái)代替例子1中的負(fù)C-板之外，按照與例子1相同的方式獲得一種偏振部件。在通過(guò)利用如例子1中這樣獲得的偏振部件的評(píng)估中，關(guān)于性能的結(jié)果基本上與例子1的相同。
(例子3)下面描述制造包括反射線偏振器，四分之一波長(zhǎng)板和C-板的偏振部件，并評(píng)估其性能。
首先，制造反射線偏振器。即，將聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和萘二羧酸-對(duì)苯二甲酸共聚多酯(co-PEN)(naphthalene dicarboxylicacid-terephthalic acid copolyester)交替疊置，同時(shí)通過(guò)饋送-阻礙(feed-block)法調(diào)整薄膜厚度，由此獲得20層的多層膜。然后單軸拉伸該多層膜。在拉伸時(shí)，溫度為大約140℃，沿TD方向的拉伸比大約為3。在這樣獲得的拉伸膜中，每一個(gè)薄膜具有大約0.1μm的厚度。將五個(gè)這種包括20層的膜的層合薄膜疊置，從而提供總共包括100層的產(chǎn)品，由此獲得所需的反射線偏振器(反射偏振器B)。由于全部的反射能力，反射偏振器B對(duì)于不小于500nm且不大于600nm的波長(zhǎng)帶中的線偏振光具有反射功能。
此外，利用反射偏振器B制造偏振部件。即，將聚碳酸酯的單軸拉伸膜制成的四分之一波長(zhǎng)板(商品名稱由Nitto Denko公司生產(chǎn)的NRF膜，在550nm處具有135nm的延遲(面內(nèi)延遲))粘著于在例子1中制造的負(fù)C-板的兩個(gè)表面，而且，將反射偏振器B粘著于最外的表面，以獲得所需的偏振部件。將各個(gè)層結(jié)合從而使四分之一波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸方向在入射側(cè)為45°，C-板沒(méi)有軸向，四分之一波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸方向在出射側(cè)為-45°，并且當(dāng)反射偏振器B的透射偏振軸向在入射側(cè)為0°時(shí)，在出射側(cè)偏振器的透射偏振軸向?yàn)?0°。各個(gè)層通過(guò)涂覆25μm厚的丙烯酸壓敏粘接劑(由Nitto Denko公司生產(chǎn)的No.7)來(lái)粘合，并且為了只利用含液晶的層而將取向基底從負(fù)C-板剝離。在評(píng)估中，按照與例子1基本上相同的方式使用由此獲得的偏振部件，其表現(xiàn)出與例子1基本上相同的性能。
(例子4)下面描述制造包括反射線偏振器和半波長(zhǎng)板的偏振部件，并評(píng)估其性能。首先，按照與例子3相同的方式制造兩個(gè)反射線偏振器B，并且制備延遲膜(半波長(zhǎng)板)，該延遲膜通過(guò)雙軸拉伸聚碳酸酯膜(由KANEKA公司生產(chǎn))而獲得，并具有270nm的正面延遲(測(cè)量的波長(zhǎng)550nm)和具有2.0的Nz系數(shù)。然后，將半波長(zhǎng)板夾在兩個(gè)反射偏振器B中間，從而粘合這些層并獲得所需的偏振部件。關(guān)于各個(gè)層的結(jié)合角，當(dāng)反射偏振器B的透射偏振軸向在入射側(cè)為0°時(shí)，半波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸方向?yàn)?5°，偏振器的透射偏振軸向在出射側(cè)為90°。通過(guò)涂覆各層之間具有25μm厚的丙烯酸壓敏粘接劑(由Nitto Denko公司生產(chǎn)的No.7)來(lái)粘合各層。在類似于例子3的評(píng)估中，發(fā)現(xiàn)該偏振部件與例子3中的偏振部件具有基本上相同的性能。
(例子5)下面描述制造在寬波長(zhǎng)區(qū)具有有選擇反射波長(zhǎng)帶的反射圓偏振器(寬頻帶反射圓偏振器)。該反射圓偏振器與C-板一起使用以制造偏振部件，并評(píng)估其性能。
首先，制造寬頻帶反射圓偏振器。即，制備由下面的結(jié)構(gòu)式表示的向列型單體A(如上所述)和手性單體B。
向列型單體A

手性單體B接著，將向列型單體A和手性單體B以預(yù)定比例混合并聚合，用于制造膽甾型液晶層。此外，通過(guò)改變向列型單體A與手性單體B的混合比，可制造出具有各種有選擇反射波長(zhǎng)帶的四個(gè)膽甾型液晶層。在制造中，參考EP申請(qǐng)0834754。具體說(shuō)明如下。
下面的表1示出用于混合向列型單體A和手性單體B的比例，以及由此計(jì)算出來(lái)的各反射膽甾層的有選擇反射波長(zhǎng)帶和中心波長(zhǎng)。
(表1)

接著，將向列型單體A和手性單體B聚合以合成膽甾型液晶化合物。也就是說(shuō)，如表1所示組分的每種混合物溶解在四氫呋喃中以制備33wt％的溶液，進(jìn)一步添加0.5wt％的初始試劑(偶氮二異丁腈)。將該溶液在60℃進(jìn)行氮?dú)馇逑?nitrogen-purge)，然后以通常的方式聚合。這樣獲得的產(chǎn)品用二乙醚再沉淀分離并進(jìn)行精煉以獲得所需的膽甾型液晶化合物。
制備80μm厚的三醋酸纖維素(TAC)膜(商品名稱由Fuji照相膠片有限公司生產(chǎn)的TD-TAC)，在其上涂覆大約0.1μm厚的聚酰亞胺層，用人造纖維摩擦織物摩擦該聚酰亞胺層表面以提供取向基底。接著，在該摩擦表面上，通過(guò)使用拉絲錠涂覆膽甾型液晶化合物的10wt％二氯甲烷溶液，從而使涂覆膜干燥之后具有1.5μm的厚度。將其在140℃加熱15分鐘，隨后在室溫下保持和冷卻，以便使膽甾型液晶化合物的取向狀態(tài)固定，由此獲得膽甾型液晶層。對(duì)每個(gè)這樣合成的膽甾型液晶化合物都進(jìn)行上述操作，以獲得分別具有如表1中所示有選擇反射波長(zhǎng)帶的膽甾型液晶層。
這樣獲得的四個(gè)膽甾型液晶層按照一定的順序從短波長(zhǎng)側(cè)粘合，以獲得具有大約10μm厚的液晶組合層，由此形成所需的寬頻帶反射圓偏振器。通過(guò)在每個(gè)液晶層的表面上涂覆透明異氰酸鹽類粘接劑(商品名稱由Tokushiki有限公司生產(chǎn)的AD244)進(jìn)行粘合，隨后剝?nèi)ヒ粋?cè)的取向表面(TAC膜)。在測(cè)量中，這樣獲得的寬頻帶反射圓偏振器具有在430nm至710nm范圍內(nèi)的有選擇反射功能。
C-板按照與例子1相同的方式制造，將寬頻帶反射圓偏振器粘合在兩個(gè)表面上，從而獲得所需的偏振部件。關(guān)于粘附，將25μm厚的透明壓敏粘接劑(由Nitto Denko公司生產(chǎn)的No.7)涂覆在各層之間，進(jìn)行如例子1中的操作。設(shè)置上和下反射圓偏振器，從而使透射(反射)圓偏振光按相同的方向旋轉(zhuǎn)。
接著，如例子1中一樣評(píng)定本例子中偏振部件的性能。在利用綠色擴(kuò)散光源的評(píng)估中，證實(shí)聚焦性能類似于例子1中偏振部件的聚焦性能。在利用用于具有三波長(zhǎng)冷陰極射線管的液晶顯示裝置的背光模塊的評(píng)估中，該實(shí)施例中的聚焦性能與例子1中的一樣好。本例子的偏振部件與例子1相比是極好的，其在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)表現(xiàn)出相同程度的聚焦性能。
此外，將本例子的偏振部件置于另一個(gè)背光模塊(利用冷陰極射線管的直下式背光模塊，由Tama電氣有限公司生產(chǎn))上，并評(píng)估其聚焦性能。類似地，在這種情況下，光束沿法線方向射出，但是當(dāng)斜角為30°或更大時(shí)，透射光束減少。因此，在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)顯示出類似的聚焦性能。
(例子6)按照與例子5相同的方式制造偏振部件，除了改變C-板的厚度和延遲值，聚焦性能如例子5中所評(píng)估。在本例子的測(cè)量中，C-板具有4μm的厚度，正面延遲為1nm，在30°傾斜的延遲是100nm(＞λ/8)。
圖17示出對(duì)于下面兩種情況下出射光束的發(fā)射角和相對(duì)亮度之間的關(guān)系，所述情況為利用通過(guò)將例5子和6中每個(gè)偏振部件與擴(kuò)散光源結(jié)合而制備的偏振光源的情況，以及只使用擴(kuò)散光源的情況。該圖表示，雖然任一偏振部件表現(xiàn)出極好的聚焦性能，但是例子5的偏振部件具有更尖銳的聚焦角以及在正面亮度方面更大的增加。
(例子7)例子5的偏振部件裝配在液晶顯示器裝置中，并評(píng)估該顯示性能。具體描述如下。首先，對(duì)于液晶顯示器裝置，制備由Toshiba公司生產(chǎn)的Dynabook SS3430(商品名稱)獲得的TFT液晶顯示器裝置(對(duì)角線11.3英寸)。該裝置利用側(cè)光型導(dǎo)光的光源，借助于棱鏡片將光束聚焦到正面。接著，將棱鏡片從該液晶顯示器裝置移開(kāi)，將四分之一波長(zhǎng)板(商品名稱由Nitto Denko公司生產(chǎn)的NRF-140)相對(duì)于偏振軸成45°粘著到該裝置后部的偏振器上，此外，將例子5中獲得的偏振部件粘附到表面上。關(guān)于粘附，使用25μm厚的半透明壓敏粘接劑(由Nitto Denko公司生產(chǎn)的No.7)。按照這種方式，可以對(duì)市場(chǎng)上可得的液晶顯示器裝置進(jìn)行處理，以獲得所需的液晶顯示器裝置，其中將例子5的偏振部件裝配到該裝置中。在這樣獲得的具有偏振部件的液晶顯示器裝置與利用棱鏡片的未處理的液晶顯示器裝置之間的性能比較中，用于朝正面聚焦的性質(zhì)基本上等于利用棱鏡片的顯示器裝置，在處理之后正面亮度增加了20％。這一結(jié)果表明本發(fā)明的偏振部件優(yōu)于常規(guī)的技術(shù)，如棱鏡片。
(比較例1)除了將兩層反射圓偏振器彼此直接結(jié)合而不使用C-板，按照與例子1相同的方式制造偏振部件。在這種偏振部件的性能的評(píng)估中，光學(xué)功能被限制為與單一反射圓偏振器層相同的級(jí)別，同時(shí)不會(huì)觀察到如有選擇反射比增大，且沿傾斜方向的透射率下降的現(xiàn)象。
(比較例2)除了利用四分之一波長(zhǎng)板來(lái)代替C-板，按照與例子1相同的方式制造偏振部件。所用的四分之一波長(zhǎng)板是由正面延遲為λ/4且Nz系數(shù)＝1.0的拉伸聚碳酸酯膜制成的A-板(商品名稱由Nitto Denko公司生產(chǎn)的NRF-140膜，厚度50μm)。在對(duì)這樣獲得的偏振部件的評(píng)估中，與例子1相比正面透射降低大約1/2。此外，沿傾斜入射方向的透射不會(huì)降低，偏振部件不會(huì)表現(xiàn)出聚焦和光平行化功能。
(比較例3)按照與例子3相同的方式獲得偏振部件，除了使用市場(chǎng)上可以獲得的碘類吸收二向色偏振器(商品名稱由Nitto Denko公司生產(chǎn)的NPF-EG1425DU)來(lái)代替反射偏振器B。在這種偏振部件的評(píng)估中，由于沿正面方向透射性能和沿傾斜方向的吸收特性得到限制可視角(visibility angle)的作用，但是由于顯著的吸收損失使得正面亮度沒(méi)有提高。
(通過(guò)利用看版臺(tái)的亮度評(píng)估)將例子1-6和比較例1-3中的每個(gè)偏振部件置于市場(chǎng)上可以得到的看版臺(tái)(HAKUBA的產(chǎn)品，三波長(zhǎng)熒光燈，直下式擴(kuò)散光源)上，垂直上升(2°的可視角)的亮度通過(guò)利用亮度光度計(jì)(商品名稱由Topcon公司生產(chǎn)的BM7)來(lái)測(cè)量。通過(guò)將只利用看版臺(tái)測(cè)得的值設(shè)置為100而使測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)化。測(cè)量結(jié)果在圖2中示出。
(表2)

如表2所示，即使在用于看版臺(tái)時(shí)，各個(gè)例子的偏振部件表現(xiàn)出沿正面方向極好的亮度增強(qiáng)效果。如圖16和17中所示，雖然對(duì)于用于液晶顯示器裝置的直下式背光模塊來(lái)說(shuō)，在每個(gè)例子中偏振部件的正面相對(duì)亮度在使用中超過(guò)100(原始背光模塊的正面亮度)，但是在表2中相對(duì)亮度稍低于100，因?yàn)閷?duì)于這種市場(chǎng)上可以得到的看版臺(tái)，與使用直下式背光模塊的情況相比，由反射偏振器反射而沿法線方向返回的光束的效率稍低。盡管如此，表2示出與每個(gè)比較例中的偏振部件相比，每個(gè)例子的偏振部件在增強(qiáng)沿正面方向的亮度方面具有特別好的作用。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，本發(fā)明的偏振部件可以朝光源有效反射傾斜透射的光束，而不會(huì)降低為正面亮度作貢獻(xiàn)的垂直入射光束的透射-偏振性質(zhì)。此外，可以通過(guò)將朝光源反射的傾斜透射光束(即，反射偏振光)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驗(yàn)樵鰪?qiáng)正面亮度作貢獻(xiàn)的光束來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)亮度。并且，通過(guò)調(diào)整反射偏振器的有選擇反射波長(zhǎng)帶，可以在具有較小波長(zhǎng)依賴性的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出這些效果。此外，由于與常規(guī)技術(shù)中組合干涉濾光片和亮線光譜光源而提供的光平行化和聚焦系統(tǒng)等相比，本發(fā)明的偏振部件較少依賴于光源的特性，因此可以用于各種偏振光源和圖像顯示裝置。例如，當(dāng)用作液晶顯示器部件背光模塊側(cè)的偏振器時(shí)，可以獲得極好可見(jiàn)性的亮度顯示。此外，由于利用光源射出的漫射光具有極好效率，因此能夠用于形成高亮度偏振光源裝置，以及如有機(jī)EL顯示裝置，PDP和CRT的圖像顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種偏振部件，其中至少包括兩層反射偏振器以及置于這兩層反射偏振器之間的中間層，所述兩層反射偏振器是反射線偏振器層，其有選擇性地透射彼此相交成直角的線偏振光其中之一，同時(shí)有選擇性地反射另一個(gè)，所述兩層反射線偏振器具有用于偏振光的選擇性反射的多個(gè)選擇性反射波長(zhǎng)帶，這些波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，所述中間層包括單一光學(xué)層或者兩層以上的光學(xué)層的疊置構(gòu)造，所述中間層具有根據(jù)入射方向在改變或不改變偏振方向的同時(shí)透射入射的線偏振光的功能，所述兩層反射線偏振器被配置為，其面內(nèi)慢軸方向的角度配置為，透射包括在入射線偏振光中且沿垂直于入射表面方向、即法線方向進(jìn)入的光，并且有效地反射從傾斜方向進(jìn)入的光。
2.一種偏振部件，其中至少包括兩層反射線偏振器，以及置于這兩層反射線偏振器之間的延遲層和兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層，所述四分之一波長(zhǎng)板層之一置于所述反射線偏振器層之一和所述延遲層之間，另一個(gè)所述四分之一波長(zhǎng)板層置于另一個(gè)所述反射線偏振器層和所述延遲層之間，所述兩層反射線偏振器具有用于偏振光的選擇性反射的多個(gè)選擇性反射波長(zhǎng)帶，所述選擇性反射波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，位于該延遲層的一個(gè)的面?zhèn)鹊乃姆种徊ㄩL(zhǎng)板層，其面內(nèi)慢軸相對(duì)于位于同一側(cè)的反射線偏振器層的偏振軸成40°至50°的角度，位于該延遲層的另一個(gè)的面?zhèn)鹊乃姆种徊ㄩL(zhǎng)板層，其面內(nèi)慢軸相對(duì)于位于同一側(cè)的反射線偏振器層的偏振軸成-40°至-50°的角度，任意確定由所述兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層的面內(nèi)慢軸形成的角度，以及所述延遲層滿足下面的公式I和III的條件R≤λ/10 IR’≥λ/4III其中在公式I和III中，λ表示進(jìn)入延遲層的光的波長(zhǎng)；R表示相對(duì)于來(lái)自Z軸方向、即法線方向的入射光的X軸方向和Y軸方向的延遲、即面內(nèi)延遲的絕對(duì)值，這里，X軸方向是顯示延遲層平面內(nèi)最大折射率的方向、即面內(nèi)慢軸方向，Y軸方向是延遲層平面內(nèi)與X軸方向垂直的方向、即面內(nèi)快軸方向，Z軸方向是垂直于X軸方向和Y軸方向的延遲層的厚度方向；R’表示相對(duì)于來(lái)自關(guān)于Z軸方向至少傾斜30°方向的入射光，在X’軸方向和Y’軸方向之間的延遲的絕對(duì)值，這里，X’軸方向是延遲層平面內(nèi)與入射光的入射方向相垂直的軸向方向，該入射光關(guān)于Z軸方向至少傾斜30°，Y’軸方向是與入射方向和X’軸方向相垂直的方向。
3.一種偏振部件，其中至少包括兩層反射線偏振器和置于所述兩層反射線偏振器之間的兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層，所述兩層反射線偏振器具有用于偏振光的選擇性反射的多個(gè)選擇性反射波長(zhǎng)帶，所述選擇性反射波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，所述四分之一波長(zhǎng)板層之一的面內(nèi)慢軸，相對(duì)于位于同一側(cè)的所述反射線偏振器層的偏振軸成40°至50°的角度，另一個(gè)所述四分之一波長(zhǎng)板層的面內(nèi)慢軸，相對(duì)于位于同一側(cè)的所述反射線偏振器層的偏振軸成-40°至-50°的角度，任意確定由兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層的面內(nèi)慢軸形成的角度，以及所述四分之一波長(zhǎng)板層分別滿足下面的公式IV的條件Nz≥2.0IV其中Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)，其中，在公式IV中，nx，ny和nz分別表示四分之一波長(zhǎng)板層中X軸方向，Y軸方向和Z軸方向的折射率，這里，X軸方向是該四分之一波長(zhǎng)板平面內(nèi)折射率成為最大的方向、即面內(nèi)慢軸方向，Y軸方向是該四分之一波長(zhǎng)板層平面內(nèi)與X軸方向垂直的方向、即面內(nèi)快軸方向，Z軸方向是與X軸方向和Y軸方向垂直的該四分之一波長(zhǎng)板層的厚度方向。
4.一種偏振部件，其中至少包括兩層反射線偏振器和置于所述兩層反射線偏振器之間的半波長(zhǎng)板，所述兩層反射線偏振器具有用于偏振光的選擇性反射的多個(gè)選擇性反射波長(zhǎng)帶，所述選擇性反射波長(zhǎng)帶至少部分地彼此重疊，所述半波長(zhǎng)板的面內(nèi)慢軸相對(duì)于所述反射線偏振器層之一的偏振軸成40°至50°的角度，并且還相對(duì)于另一個(gè)所述反射線偏振器層的偏振軸成-40°至-50°的角度，所述半波長(zhǎng)板滿足下面公式V的條件Nz≥1.5V其中Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)，在公式V中，nx，ny和nz分別表示所述半波長(zhǎng)板中X軸方向，Y軸方向和Z軸方向的折射率，這里，X軸方向是該半波長(zhǎng)板平面內(nèi)折射率成為最大的方向、即面內(nèi)慢軸方向，Y軸方向是該半波長(zhǎng)板平面內(nèi)與X軸方向垂直的方向、即面內(nèi)快軸方向，Z軸方向是與X軸方向和Y軸方向垂直的該半波長(zhǎng)板的厚度方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的偏振部件，其中在所述兩層反射線偏振器中選擇性反射波長(zhǎng)帶的重疊區(qū)域包括540至560nm的波長(zhǎng)范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振部件，其中所述延遲層包括以平面取向狀態(tài)進(jìn)行固定的膽甾型液晶化合物，所述延遲層的選擇性反射波長(zhǎng)帶存在于與380nm至780nm的可見(jiàn)光區(qū)不同的波長(zhǎng)區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振部件，其中所述延遲層包括以垂直取向狀態(tài)進(jìn)行固定的桿狀液晶化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振部件，其中所述延遲層包括以向列相或柱狀相取向狀態(tài)進(jìn)行固定的圓盤(pán)形液晶化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振部件，其中所述延遲層包括雙軸取向的非液晶聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振部件，其中所述延遲層包括具有負(fù)單軸性的無(wú)機(jī)成層化合物，該無(wú)機(jī)成層化合物的取向狀態(tài)被固定為，使得該延遲層的光軸方向?yàn)榇怪庇谄矫娴姆较颉⒓捶ň€方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的偏振部件，其中所述各個(gè)元件通過(guò)透光性的粘接劑或壓敏性粘接劑的層來(lái)疊置。
12.一種偏振光源，包括光源，反射層和根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的偏振部件，其中通過(guò)該反射層將該偏振部件疊置在光源上。
13.一種液晶顯示器裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振光源，在該偏振部件上還疊置有液晶元件。
14.一種圖像顯示裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的偏振部件。
全文摘要
提供一種偏振部件，能夠朝光源有效地反射傾斜透射光束而不會(huì)降低垂直入射光束的透射－偏振性質(zhì)。將C－板置于至少兩層反射圓偏振器之間，所述C－板相對(duì)于傾斜至少30°的光束至少具有λ/8的傾斜延遲，所述反射圓偏振器層具有彼此重疊的偏振光的選擇反射波長(zhǎng)帶?？梢允褂梅瓷渚€偏振器和四分之一波長(zhǎng)板的組合來(lái)代替反射圓偏振器。另外，兩層反射線偏振器和置于這兩層反射線偏振器之間的兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)板層(Nz≥2)的組合可以提供類似的效果。此外，可以使用兩層反射線偏振器和置于這兩層反射線偏振器之間的半波長(zhǎng)板(Nz≥1.5)的組合。當(dāng)使用反射線偏振器層時(shí)，必須將其結(jié)合，同時(shí)將其光軸成一定角度設(shè)置。該偏振部件優(yōu)選用于各種圖像顯示裝置中，如液晶顯示裝置和有機(jī)EL顯示裝置。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1900749SQ200610108468
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月23日
發(fā)明者原和孝, 宮武稔 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社