專利名稱：具有用于發(fā)射顯示器的高耐久性圓極化器的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓極化器，更明確地說(shuō)是涉及用于發(fā)射顯示器的高耐久性圓極化器。
(2)背景技術(shù)非極化的環(huán)境光波在許多方向上振動(dòng)，而無(wú)需一個(gè)單一特性的電磁輻射矢量。相反地，平面極化的光由具有沿著單一特性的電磁輻射矢量的一個(gè)振動(dòng)方向的光波組成。同樣，圓極化的光波也具有一個(gè)沿著一個(gè)電磁輻射矢量的振動(dòng)方向，該方向隨著光波在空間內(nèi)的傳播而旋轉(zhuǎn)。極化的光在電光設(shè)備中有許多應(yīng)用，譬如用平面和圓極化的濾波器來(lái)降低顯示中的閃光。
許多商業(yè)上的注意被引導(dǎo)到平板顯示器的發(fā)展和改進(jìn)，尤其是比需要背光照明的平板顯示器更薄和更小的平板顯示器。這樣的平板顯示器可以用發(fā)射的或電致發(fā)光的顯示器，即，不要求背光的自發(fā)光的顯示器。
合成極化薄膜形式的極化器是理想的，因?yàn)樗鼈兊闹圃旌吞幚硐鄬?duì)容易并且相對(duì)易于結(jié)合在像平板顯示器這樣的電光設(shè)備中。通常地，平面極化薄膜基于發(fā)送薄膜媒質(zhì)的各向異性特性具有的性能有，沿著一個(gè)給定的電磁輻射矢量選擇性地傳遞輻射振動(dòng)以及吸收沿著第二電磁輻射矢量的電磁輻射振動(dòng)。平面極化薄膜包括二向色極化器，它是利用吸收入射光波矢量的各向異性來(lái)吸收的平面極化器。術(shù)語(yǔ)“二向色性”指對(duì)入射光成分的不同吸收的性質(zhì)，這取決于分光波的振動(dòng)方向。進(jìn)入二向色平面極化薄膜的光沿著橫向的平面遇到兩個(gè)不同的吸收系數(shù)，一個(gè)系數(shù)為高而另一個(gè)為低。從二向色薄膜出射的光主要在具有低吸收系數(shù)特征的平面上振動(dòng)。
二向色平面極化薄膜包括碘、染料和H型極化器。H型極化器是一個(gè)合成二向色偏光片，包括聚乙烯碘酒合成物。這樣的化學(xué)合成物稱為發(fā)色團(tuán)。H型極化器的基本材料是可溶于水的高分子量物質(zhì)，產(chǎn)生的薄膜有較低的抗?jié)窈涂篃嵝圆⑶耶?dāng)暴露在周圍大氣條件下時(shí)會(huì)卷曲、剝脫或彎曲。
與H型極化器和其它合成二向色平面極化器相反的是K型極化器。K型極化器是一個(gè)合成二向色平面極化器，它基于分子鍵定向的聚乙烯醇薄片或薄膜，具有光吸收發(fā)色團(tuán)的平衡的濃度。K型極化器從其基質(zhì)的光吸收性質(zhì)中得到其二色性，而非從染料添加劑、著色劑或懸浮的晶體材料的光吸收性質(zhì)中得到。因此，K型極化器可以既具有好的極化效率又具有好的抗熱和抗?jié)裥浴?br> 3M Corp.，Norwood，Massachusetts制造出一個(gè)改善的K型極化器，稱作KE極化器。KE極化器在像高溫和高濕度這樣的惡劣的環(huán)境條件下具有改善的極化穩(wěn)定性。H型極化器中光吸收性質(zhì)是由PVA和三碘化物離子之間形成的發(fā)色團(tuán)引起的，而與H型極化器相反，KE極化器的形成是使PVA和用一種酸來(lái)催化的加熱脫水反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。所得到的稱為聚亞乙烯基的發(fā)色團(tuán)和所得到的聚合物可以視為乙烯基醇和亞乙烯基的一個(gè)塊狀共聚物。
對(duì)于H型極化器來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性通過(guò)把極化器夾在如兩層三乙酸纖維素(CTA)這樣的兩個(gè)塑料基片之間來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)基片在極化器的一側(cè)。然而，即便在這些結(jié)構(gòu)中，熱量、濕度和/或真空應(yīng)用會(huì)反面影響極化器的性能。相反地，像KE極化器這樣的K型極化器無(wú)需被夾在CTA的薄片之間。KE極化器的聚亞乙烯基發(fā)色團(tuán)是一個(gè)非常穩(wěn)定的化學(xué)實(shí)體，因?yàn)榘l(fā)色團(tuán)是聚合物分子內(nèi)在固有的。這個(gè)發(fā)色團(tuán)既是熱穩(wěn)定的，也能抵御來(lái)自多種溶劑和化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
像KE極化器這樣的K型極化器與如碘和染料極化器等其它類型的極化器相比有若干優(yōu)勢(shì)。K型極化器具有更耐久的發(fā)色團(tuán)，更薄，并且以多種發(fā)送水平設(shè)計(jì)。最為顯著的是，像KE極化器這樣的K型極化器可以應(yīng)用于在擴(kuò)展的時(shí)間周期中要求高性能的惡劣環(huán)境條件下，包括高溫和高濕，譬如85℃和85％的相對(duì)濕度。在這種極端的環(huán)境條件下，碘和染料極化器的穩(wěn)定性大大降低，因此限制了它們?cè)谌绨l(fā)射平板顯示器這樣的應(yīng)用中的有效性。由于K型極化器固有的化學(xué)穩(wěn)定性，許多粘合劑可直接用于K型極化器，其中包括壓力敏感的粘合劑。此外，一個(gè)單側(cè)塑料支座可以為K型極化器提供足夠的物理支撐，因?yàn)樵撝ё梢晕挥陲@示模塊外部，因此它無(wú)需是光學(xué)上各向同性的并且像聚乙烯對(duì)酞酸鹽(PET)這樣的低耗基片是可接受的替代物。此外，考慮到設(shè)計(jì)和制造平板顯示單元中的額外的適應(yīng)性，構(gòu)造單側(cè)薄片的能力使光結(jié)構(gòu)更薄。K型極化器的這些優(yōu)勢(shì)可以用在像平板顯示器這樣的光學(xué)應(yīng)用中。
圓極化器可以由一個(gè)平面極化器和一個(gè)四分之一波長(zhǎng)的延遲器構(gòu)成。四分之一波長(zhǎng)的延遲器使沿著延遲器的一個(gè)平面?zhèn)鞑サ墓獠ǖ南辔灰苿?dòng)四分之一個(gè)波長(zhǎng)，但并不移動(dòng)沿著延遲器的一個(gè)橫向平面?zhèn)鞑サ墓獠ǖ南辔?。相位差四分之一波長(zhǎng)并在垂直平面上振動(dòng)的光波的組合結(jié)果是圓極化的光，電磁輻射矢量隨著組合光在空間中的行進(jìn)而旋轉(zhuǎn)。
圓極化光可用兩種各別的極化狀態(tài)來(lái)描述左旋(L)和右旋(R)的圓極化光。圓極化器吸收這些極化狀態(tài)之一的光并且發(fā)送另一種極化狀態(tài)的光。使用圓極化器來(lái)降低顯示中的閃光是眾所周知的。具體地說(shuō)，發(fā)射顯示器發(fā)出的光可以選擇性地在圓極化器中發(fā)送，而引起閃光的顯示器反射的背景環(huán)境光被降低或消除。
圖1示出典型的薄膜圓極化器10。像碘極化器這樣的二向色平面極化器12通常有3密耳的三乙酸纖維素(CTA)涂層14、16，它們?cè)诎褬O化器迭在四分之一波長(zhǎng)延遲器18上之前施加在極化器的兩個(gè)面。該構(gòu)造中的三乙酸纖維素涂層防止二向色平面極化器接觸到會(huì)損壞該極化器的熱量和潮濕。
(3)發(fā)明內(nèi)容一般地，在一個(gè)方面，本發(fā)明的特點(diǎn)在于一個(gè)高耐久性的圓極化器，它包含無(wú)保護(hù)的K型極化器和四分之一波長(zhǎng)延遲器。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)也包含一個(gè)或多個(gè)下列特性。該K型極化器可以包含一個(gè)KE極化薄片。該K型極化器和四分之一波長(zhǎng)延遲器可以是薄膜。
K型極化器具有第一表面，四分之一波長(zhǎng)延遲器具有一個(gè)下表面，圓極化器可包含置于K型極化器的第一表面之上的第一附著層，以使K型極化器固定在四分之一波長(zhǎng)延遲器的下表面上。K型極化器可具有第二表面，圓極化器可包含一個(gè)置于K型極化器第二表面之上的支撐層。該支撐層可包含聚乙烯對(duì)酞酸鹽。四分之一波長(zhǎng)延遲器可具有一個(gè)頂面，圓極化器可包含一個(gè)置于四分之一波長(zhǎng)延遲器表面上的第二附著層以使圓極化器附著在顯示表面上。第二附著層之上需放置一個(gè)可移除的襯墊。
一般地，在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特點(diǎn)在于一個(gè)高耐久性的圓極化器，它包含一個(gè)其中缺少保護(hù)涂層的K型極化器和一個(gè)四分之一波長(zhǎng)延遲器。
一般地，在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特定在于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，它包括一個(gè)發(fā)射顯示器模塊和一個(gè)圓極化器，所述圓極化器包括一個(gè)未保護(hù)的K型極化器和一個(gè)四分之一波長(zhǎng)延遲器。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)也可以包括一個(gè)或多個(gè)下面的特性。發(fā)射顯示器可以是有機(jī)光發(fā)射二極管或等離子顯示器件。圓極化器可以用顯示模塊發(fā)射的光信號(hào)來(lái)吸收環(huán)境光以降低環(huán)境光的干擾。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以構(gòu)造一個(gè)在如高溫和高濕這樣的惡劣環(huán)境條件下也能保持穩(wěn)定的高耐久性的圓極化器。本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于用該高耐久性的圓極化器可以構(gòu)成發(fā)射顯示器。
附圖和下文的描述給出本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。從描述、附圖和權(quán)利要求中來(lái)看，本發(fā)明的其它特性、目的和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。
(4)


圖1是包括二向色性平面極化器的先前的薄膜圓極化器的截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的高耐久性圓極化器的截面圖。
圖3是不具有圓極化器的OLED發(fā)射顯示模塊的截面圖。
圖4是具有按照本發(fā)明的有圓極化器的OLED發(fā)射顯示模塊的截面圖。
圖5是具有按照本發(fā)明的有圓極化器的等離子顯示器件發(fā)射顯示模塊的截面圖。
各圖中的相同符號(hào)表示相同的單元。
(5)具體實(shí)施方式
圖2示出用于本發(fā)明的高耐久性圓極化器20。圓極化器20包含K型極化器22和四分之一波長(zhǎng)延遲器24。K型極化器最好是由3M Corp.，Norwood，Massachusetts制造的KE極化器薄片型。四分之一波長(zhǎng)延遲器最好是一個(gè)薄膜、寬帶四分之一波長(zhǎng)延遲器，它有效于整個(gè)或一大部分可見的電磁光譜上，譬如Teijin制造的寬帶四分之一波長(zhǎng)延遲器。
該K型極化器在極化器的一個(gè)表面(即頂面)上可包含一個(gè)覆蓋的附著層26，以使極化器固定在四分之一波長(zhǎng)延遲器上。K型極化器也可以在它另一個(gè)表面(即底面)上包含一個(gè)PET支撐層28，該P(yáng)ET層的厚度最好是1密耳。PET支撐層28上也可以放置一個(gè)具有抗反射的薄膜或涂層29。也可以構(gòu)造一個(gè)不具有支撐襯底層的K型極化器。
如上所述，K型極化器22可由覆蓋附著層26固定在四分之一波長(zhǎng)延遲器的一個(gè)表面上，如底面。四分之一波長(zhǎng)延遲器的另一個(gè)表面，即頂面，也可以用第二附著層30來(lái)覆蓋，以使該合成的圓極化器20附著在像玻璃這樣的顯示表面上。第二附著層在把圓極化器附著在顯示表面之前，先由一個(gè)可移除的襯墊覆蓋。
高耐久性的圓極化器20可用在一個(gè)發(fā)射顯示模塊中，譬如有機(jī)光發(fā)射二極管(OLED)。如圖3和4所示，典型的OLED顯示器40包含金屬陰極材料層42、有機(jī)層44、透明的陽(yáng)極傳導(dǎo)材料層46和顯示表面48。陰極材料層42可以由鋁構(gòu)成。陽(yáng)極材料層46可以由銦錫氧化物構(gòu)成。顯示表面48可以由玻璃構(gòu)成。置于陰極材料層42和陽(yáng)極材料層46之間的有機(jī)層44包含空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)射層和電子傳輸層。當(dāng)一個(gè)幾伏的電壓施加在陽(yáng)極和陰極層上時(shí)，空穴傳輸層和電子傳輸層中注入的正電荷和負(fù)電荷在發(fā)射層中重新結(jié)合以產(chǎn)生光，即電致發(fā)光。OLED的構(gòu)成在平板顯示器領(lǐng)域中是眾所周知的。
在OLED顯示器40中，含鋁的陰極材料層42是高度反射的，OLED顯示器中環(huán)境光的反射會(huì)干擾將被觀看的OLED顯示器發(fā)射的光信號(hào)52。圖3示出環(huán)境光54怎樣從高度反射的陰極材料層42反射而干擾發(fā)射信號(hào)52的光。在環(huán)境亮度高的情況下，OLED顯示器中環(huán)境光的反射光足夠高而和發(fā)射信號(hào)的亮度競(jìng)爭(zhēng)，從而使發(fā)射信號(hào)形成的圖像的觀察對(duì)比度變壞。
高耐久性圓極化器20和像OLED顯示器40這樣的發(fā)射顯示器的組合大大降低了不期望的發(fā)射環(huán)境光的強(qiáng)度，因此提高了來(lái)自O(shè)LED顯示器的發(fā)射信號(hào)形成的圖像的對(duì)比度。如圖4所示，未極化的環(huán)境光54可以表示為左旋(L)56和右旋(R)58圓極化分光的組合。當(dāng)未極化的環(huán)境光54進(jìn)入OLED顯示器40時(shí)，環(huán)境光的一個(gè)圓極化分量，如，左旋圓極化光56，被圓極化器20吸收，而另一個(gè)分量右旋圓極化光58被發(fā)送到OLED顯示器中。該發(fā)送的右旋圓極化光從OLED顯示器中的反射陰極材料層進(jìn)行鏡面反射。然而，圓極化光的旋性在鏡面反射上被反轉(zhuǎn)，該發(fā)送的右旋圓極化光58變成左旋圓極化光。該反射的左旋圓極化光反射到圓極化器20上，在其中以與環(huán)境光的左旋圓極化分量56相同的方式被吸收。從而，在OLED顯示器40內(nèi)的傳輸和反射過(guò)程中，圓極化器20既吸收環(huán)境光的左旋圓極化分量又吸收環(huán)境光的右旋圓極化分量，所以它們不會(huì)干擾發(fā)射光信號(hào)52。
此外，在全彩色光發(fā)射二極管的情況下，可以在四分之一波長(zhǎng)延遲器上放置一個(gè)彩色濾波器元件，這可以通過(guò)如印刷、微光刻技術(shù)和激光淀積這樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該彩色濾波器可以放置在圓極化之上或之內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置，于是它可以是單色或多色的。
等離子體顯示屏是發(fā)射顯示器模塊的另一種類型，它可以與高耐久性的圓極化器組合來(lái)提高視圖效果。圖5示出發(fā)射顯示器模塊60，它包含等離子體顯示器件62、顯示表面64、高耐久性的圓極化器66。在典型的氣體等離子體顯示屏中，顯示器的每個(gè)單獨(dú)像素或像元包括能產(chǎn)生不同色彩光的三個(gè)小燈泡。這些燈泡產(chǎn)光是使一個(gè)高電壓的電流通過(guò)一種氣體來(lái)把該氣體轉(zhuǎn)化成發(fā)光物質(zhì)的等離子狀態(tài)。用于等離子體顯示屏的圓極化器必需能持久地承受等離子體顯示屏的操作溫度，它高于正常的室溫。包含像KE極化器這樣的K型平面極化器的圓極化器理想地用于這樣的等離子顯示屏中。
本發(fā)明的高耐久性的圓極化器的另一個(gè)應(yīng)用是在光學(xué)薄膜的對(duì)卷(roll-to-roll)結(jié)構(gòu)中，例如，用在顯示器中。這個(gè)對(duì)卷組件工藝要求在二極管K型平面極化器的傳輸平面和四分之一波長(zhǎng)延遲器使光波相位漂移四分之一波長(zhǎng)的平面之間保持適當(dāng)?shù)慕嵌?，以確保該組合如圓極化器一樣有效地起作用。如果不在該平面極化器和四分之一波長(zhǎng)延遲器之間保持適當(dāng)?shù)慕嵌?，這樣的圓極化器就不能用一個(gè)對(duì)卷工藝來(lái)裝配，于是單獨(dú)的平面極化器和四分之一波長(zhǎng)延遲器只能手動(dòng)地調(diào)整。
至此已描述本發(fā)明的若干實(shí)施例。盡管如此，在不超出本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種修改是可以理解的。例如，本發(fā)明的高耐久性的圓極化器可用于任何類型的發(fā)射顯示器模塊，包括除這里揭示之外的OLED的其它組態(tài)。由此，其它實(shí)施例在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)射顯示器模塊，具有用于反射環(huán)境光的反射層，所述反射層通過(guò)鏡面反射將圓極化光的旋性進(jìn)行反轉(zhuǎn)；以及由無(wú)保護(hù)的K型極化器和四分之一波長(zhǎng)延遲器組成的圓極化器，所述圓極化器鄰近于發(fā)射顯示器模塊放置；其中，所述圓極化器對(duì)從所述發(fā)射顯示器模塊的反射層所反射的環(huán)境光進(jìn)行吸收。
2.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述K型極化器具有第一表面，而四分之一波長(zhǎng)延遲器具有下表面；并且還包括置于K型極化器的第一表面上的第一附著層，用于使K型極化器固定在四分之一波長(zhǎng)延遲器的下表面上。
3.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述K型極化器具有第二表面；并且還包括置于K型極化器的第二表面上的一個(gè)支撐層。
4.按照權(quán)利要求3的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該支撐層由聚乙烯對(duì)酞酸鹽構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該四分之一波長(zhǎng)延遲器具有一個(gè)頂面；并且還包括置于四分之一波長(zhǎng)延遲器的頂面上的第二附著層，使圓極化器附著在顯示平面上。
6.按照權(quán)利要求5的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于還包括置于第二附著層上的一個(gè)可移除釋放襯墊。
7.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該K型極化器是一個(gè)KE極化器薄片。
8.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該K型極化器和四分之一波長(zhǎng)延遲器是薄膜。
9.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)射顯示器模塊是一個(gè)有機(jī)光發(fā)射二極管。
10.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)射顯示器模塊是一個(gè)等離子體顯示器件。
11.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，圓極化器吸收環(huán)境光來(lái)以降低環(huán)境光與顯示器模塊發(fā)射的光信號(hào)的干擾。
全文摘要
高耐久性的圓極化器包括無(wú)保護(hù)的K型極化器，譬如一個(gè)KE偏振片，和四分之一波長(zhǎng)的延遲器。使用圓極化器的光學(xué)系統(tǒng)還包括一個(gè)發(fā)射顯示模塊，譬如有機(jī)光發(fā)射二極管或等離子顯示器件。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1924636SQ20061013177
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者G·特拉帕尼, R·帕夫拉克, G·R·卡爾森, J·N·喬登 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司