專利名稱：對比度增強(qiáng)的光學(xué)疊堆的制作方法
對比度增強(qiáng)的光學(xué)疊堆
背景技術(shù)：
本發(fā)明整體涉及用于顯示器的光學(xué)疊堆，并尤其涉及提高液晶顯示器 的對比度的光學(xué)疊堆。
包括用于向觀察者傳輸信息的電子顯示器在內(nèi)的基于微處理器的裝置 已變得幾乎無處不在。移動電話、手持計算機(jī)、個人數(shù)字助理、電子游戲 機(jī)、汽車音響和指示器、公共顯示器、自動柜員機(jī)、商店內(nèi)商亭、家用電 器、計算機(jī)監(jiān)控器、電視機(jī)、以及其它裝置都是包括每日觀看的信息顯示 器的裝置的實(shí)例。在這樣的裝置上設(shè)置的顯示器許多是液晶顯示器
(1CD，，)。
不像陰極射線管(CRT)顯示器那樣，LCD不發(fā)射光線，因此需要獨(dú)立 的光源用于觀看在這種顯示器上形成的圖像。例如，光源可以布置于顯示 器的后方，這種光源一般被稱為"背光源"。 一些傳統(tǒng)的背光源包括具有 線性棱柱表面結(jié)構(gòu)的一個或多個增亮膜，例如可得自3M公司的Vikuiti 增亮膜(BEF)。在背光源內(nèi)通常還包括一個或多個反射型偏振薄膜，例如 都可得自3M公司的VikuitiTM雙增亮膜(DBEF)或者VikuitiT"曼反射型偏 振薄膜(DRPF) 。 DBEF和/或DRPF透射具有預(yù)定偏振態(tài)的光。偏振態(tài)與上 述預(yù)定偏振態(tài)不同的光被反射回到背光源內(nèi)，在該背光源中通常例如使用 擴(kuò)散片和其它"隨機(jī)"偏振態(tài)轉(zhuǎn)換元件擾亂該光的偏振狀態(tài)，并且將光反 饋回到反射型偏振器內(nèi)。這個過程通常被稱為"偏振回收"。
例如扭轉(zhuǎn)向列型(TN)、單疇垂直配向型(VA)、光學(xué)補(bǔ)償雙折射型 (0CB)液晶顯示器等液晶顯示器固有地具有窄的和不均一的視角特性。這 種視角特性可以至少部分地描述顯示器的光學(xué)性能。對于不同的視角，諸 如對比度、顏色和灰度強(qiáng)度分布等特性會在未補(bǔ)償?shù)娘@示器上顯著地改 變。期望修改那些未補(bǔ)償?shù)娘@示器的這些特性，以便當(dāng)觀察者水平地、豎 直地或者同時水平地和豎直地改變位置時，以及對在不同的水平和豎直位 置上的觀察者，提供期望的一組特性。重要的視角的范圍可能取決于液晶顯示器的應(yīng)用場合。例如，在一些 應(yīng)用場合下，可能需要寬范圍的水平位置，而相對較窄范圍的豎直位置可 能是足夠的。在其它應(yīng)用中，可能期望從窄范圍的水平角度或者豎直角度 (或者兩者)來觀看。因此，不均一的視角特性所需的光學(xué)補(bǔ)償可能取決 于觀看位置的期望范圍。 一個視角特性是液晶顯示器的亮態(tài)和暗態(tài)之間的 對比度。該對比度可能受多個因素影響。

發(fā)明內(nèi)容
在一個示例性實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種光學(xué)薄膜疊堆，包括線性 吸收型偏振層，其具有第一偏振透光軸；線性反射型偏振層，其具有與第
一偏振透光軸大致平行的第二偏振透光軸；以及延遲層，其具有80納米或 者更大的面外延遲值，或者具有10納米或者更大的面內(nèi)延遲值和大于面內(nèi) 延遲值的0.6倍的面外延遲值。延遲層設(shè)置在線性吸收型偏振層和線性反
射型偏振層之間。
在另一個示例性實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種液晶顯示器，其包括液晶 層、光源以及設(shè)置在液晶層和光源之間的光學(xué)薄膜疊堆。光學(xué)薄膜疊堆包
括線性吸收型偏振層，其具有第一偏振透光軸并且面向液晶層設(shè)置；線 性反射型偏振層，其具有與第一偏振透光軸大致平行的第二偏振透光軸并 且設(shè)置為從光源接收光；以及延遲層，其具有80納米或者更大的面外延遲 值，或者具有10納米或者更大的面內(nèi)延遲值和大于面內(nèi)延遲值的0. 6倍的 面外延遲值。延遲層設(shè)置在線性吸收型偏振層和線性反射型偏振層之間。
在另一個示例性實(shí)施例中，描述了一種用于提高液晶顯示器的軸上對 比度的方法。該方法包括提供液晶顯示器，所述液晶顯示器包括液晶層、
光源、以及設(shè)置在液晶層和光源之間的光學(xué)疊堆。光學(xué)疊堆包括線性吸 收型偏振層，其具有第一偏振透光軸并面向液晶層設(shè)置；以及線性反射型
偏振層，其具有與第一偏振透光軸大致平行的第二偏振透光軸，并且設(shè)置 為從光源接收光。液晶顯示器具有第一軸上對比度。然后在線性吸收型偏 振層和線性反射型偏振層之間設(shè)置延遲層，以形成改進(jìn)的液晶顯示器，該 改進(jìn)的液晶顯示器具有大于第一軸上對比度的第二軸上對比度。延遲層具有80納米或者更大的面外延遲值，或者具有10納米或者更大的面內(nèi)延遲 值和大于面內(nèi)延遲值的0. 6倍的面外延遲值。
通過下面詳細(xì)的說明以及附圖，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)薄膜疊堆和液晶顯 示器的這些和其它方面對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將是顯而易見的。


為了使本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更易理解如何制作和使用本發(fā) 明，下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述其示例性實(shí)施例，其中
圖1示出了用于描述本發(fā)明的光學(xué)元件的坐標(biāo)軸系統(tǒng)；以及
圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性顯示裝置和示例性光學(xué)薄膜疊堆的示
意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式
諸如LCD等顯示裝置的性能通常通過其亮度來進(jìn)行評價。使用更多的 光源和/或更亮的光源是提高顯示器的亮度的一種方式。然而，附加的光源 和/或更亮的光源消耗更多的能量，這通常要求向顯示裝置分配更多的功 率。對于便攜裝置，這可能與電池壽命的降低相關(guān)。向顯示裝置添加光源 或者使用更亮的光源可能會增加顯示裝置的成本和重量。
提高顯示裝置的亮度的另一個方式涉及更有效地利用在顯示裝置內(nèi)或 者在諸如背光源等照明裝置內(nèi)可獲得的光。例如，可以使用反射型偏振器 來對顯示裝置或者照明裝置內(nèi)的光進(jìn)行"偏振回收"，從而使反射型偏振 器透射具有期望偏振特性的光的至少相當(dāng)一部分，并且反射具有不同偏振 特性的光的至少相當(dāng)一部分。然后可以由照明裝置內(nèi)的其它元件改變被反 射(即阻擋)的光的偏振態(tài)，并且使該光反饋回到反射型偏振器中，并在 該偏振器處重復(fù)回收過程。
雖然如上所述的偏振回收機(jī)理在提供具有相同功率配置的更亮的顯示 器方面很有效，但是每個重復(fù)的回收過程通常損失至少一些光。例如，傾 斜方向的光趨向于從顯示面板內(nèi)的結(jié)構(gòu)和濾色片內(nèi)的粒子發(fā)生散射，并且 這種散射光的一部分最終變?yōu)檠卮怪?軸線)方向，從而導(dǎo)致在顯示器的 暗態(tài)下發(fā)生漏光。因此，本發(fā)明涉及顯示器的光學(xué)薄膜疊堆，尤其涉及通過減少傾斜照 明來提高液晶顯示器的軸上對比度的光學(xué)薄膜疊堆。然而本發(fā)明并不局限 于此，因此通過對下文提供的實(shí)例進(jìn)行討論將認(rèn)識到本發(fā)明的各個方面。應(yīng)結(jié)合附圖來閱讀以下描述，其中不同附圖中的類似元件以類似方式 來標(biāo)記。附圖未必按比例繪制，附圖只繪制了所選擇的示例性實(shí)施例，且 并不意欲限制本發(fā)明的范圍。盡管針對各種元件示出了構(gòu)造、尺寸及材料 方面的實(shí)例，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將認(rèn)識到所提供的許多實(shí)例都存在 可能利用到的合適替代物。除非另外指明，否則應(yīng)當(dāng)將說明書和權(quán)利要求書中用來表述特征尺 寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字理解為在任何情況下都由術(shù)語"約"來修 改。因此，除非有相反的指示，否則上述說明書和所附權(quán)利要求書中提出 的數(shù)值參數(shù)均為近似值，并且根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本文所公開的 說明內(nèi)容獲得的所需特性，這些近視值可以有所不同。用端點(diǎn)來描述的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)字(例如，l至5包括l、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4和5)及該范圍內(nèi)的任意范圍。除非本文另外明確指明，否則在本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的 單數(shù)形式"一"、"一個"和"該個"涵蓋了具有多個指示物的實(shí)施例。 例如，"一層薄膜"涵蓋了具有一層、兩層或多層薄膜的實(shí)施例。除非本 文另外明確指明，否則在本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"或" 的含義通常包括"和/或"。術(shù)語"偏振態(tài)"是指光束的電矢量不會隨機(jī)地改變方向而是保持固定 的取向或以系統(tǒng)的方式變化的平面偏振態(tài)或線性偏振態(tài)、圓偏振態(tài)、橢圓 偏振態(tài)、或任何其它非隨機(jī)偏振狀態(tài)。對于面內(nèi)偏振態(tài)，電矢量保持在單 個平面內(nèi)，而在圓偏振態(tài)或者橢圓偏振態(tài)下，光束的電矢量以系統(tǒng)的方式 旋轉(zhuǎn)。術(shù)語"雙折射"表示正交的x方向、y方向和z方向上的折射率不完 全相同。對于本文所述的聚合物層，軸線的選擇原則是x軸和y軸在層所 在的平面中，而z軸對應(yīng)于層的厚度或高度。術(shù)語"面內(nèi)雙折射率"應(yīng)當(dāng) 理解為面內(nèi)折射率(nx和ny)的差值。術(shù)語"面外雙折射率"應(yīng)當(dāng)理解為 面內(nèi)折射率(nx或者rO中一者與面外折射率n.,.之間的差值。雙折射薄膜的延遲量是當(dāng)光通過厚度(d)的介質(zhì)時基于沿著慢軸與沿 著垂直于慢軸的軸線或者方向偏振的光的前進(jìn)速度的差值而引入的相差， 所述慢軸是與光傳播方向正交的軸線并且特征為折射率值較大。在使用光 垂直或者近乎垂直入射的取向聚合物薄膜的一些示例性實(shí)施例中，慢軸與 薄膜的拉伸方向共線，并且厚度d變?yōu)楸∧さ暮穸?。通過乘積An，d來表示 延遲值或延遲量，其中，An是沿著慢軸的折射率和沿著與慢軸垂直的方向 的折射率的差，而d是光穿過的介質(zhì)厚度。術(shù)語"面內(nèi)延遲量"指的是兩個正交的面內(nèi)折射率之間的差乘以光學(xué) 元件的厚度所得的乘積。面內(nèi)延遲量的值可以是正值或者負(fù)值，然而，該 值在本文中總是報告為絕對值。術(shù)語"面外延遲量"指的是光學(xué)元件的厚度乘以仏與nx之間的差值或 者n,與nx和ny的平均值之間的差值所得的乘積。面外延遲量的值可以是正 值或者負(fù)值，然而，該值在本文中總是報告為絕對值。"雙軸延遲片"表示雙折射光學(xué)元件，例如沿著所有三個軸具有不同 折射率(即，n#n#nz)的板或者薄膜?？梢岳缤ㄟ^對塑料薄膜進(jìn)行雙軸 取向來制造雙軸延遲片。當(dāng)雙軸延遲片的面內(nèi)延遲量接近0時，雙軸延遲 片元件的作用更像c板(c-plate)。 一般來講，本文所定義的雙軸延遲片 對于550nm的光具有至少3nm的面內(nèi)延遲量。具有較低的面內(nèi)延遲量的延 遲片被用作c板。在許多實(shí)施例中，雙軸延遲片對于550nm的光具有至少 10nm的面內(nèi)延遲量，并且該雙軸延遲片的面外延遲量大于面內(nèi)延遲量與 0.6的乘積。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，當(dāng)光以相對于具有面內(nèi)雙折射 和面外雙折射特征的介質(zhì)的表面法線成一定角度入射時，光受到面內(nèi)雙折 射和面外雙折射的分量影響。 一般來講，延遲量是下述部分的函數(shù)(i) 例如薄膜等光學(xué)元件的厚度；(ii) nx、 ny、 nz; (iii)光的入射角；以 及(iv)入射平面在薄膜上的投影與薄膜的慢軸之間的角度。在Brehat等 人的J. Phys. D: Appl. Phys. 26 (1993) 293-301頁中考慮了在入射平 面在薄膜上的投影與薄膜的慢軸重合的情況下，作為入射角的函數(shù)的有效 折射率和折射光線方向的計算，其內(nèi)容在此以引用方式并入本文。在 Simon M. C.的J. Opt. Soc. Am. A4 (1987) 2201中考慮了入射平面在薄膜上的投影相對于薄膜的慢軸成一定角度的一般情況，其內(nèi)容在此以引用 方式并入本文。在任何情況下，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以使用市售的軟件來確定對于 任何給定入射角的最佳延遲量，所述軟件允許人們模擬一系列實(shí)驗(yàn)以確定 雙折射薄膜對于透射光的偏振狀態(tài)的影響。這樣的軟件的一個實(shí)例是可得自Autronic-Melchers GmbH的DIM0S品牌的軟件。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，當(dāng)光以銳角或者鈍角入射到具 有面內(nèi)雙折射和面外雙折射特征的介質(zhì)上時，光受到面內(nèi)延遲和面外延遲 的分量影響。通過將延遲層布置在反射型偏振器和例如液晶顯示器的入口偏振器 (entrance polarizer)等吸收型偏振器之間，延遲層可以改變具有一定 傾斜入射角的光的偏振狀態(tài)。另外，可能不會以可察覺的方式影響軸上入 射光的偏振狀態(tài)。因?yàn)槲招推衿鞯钠裢腹廨S平行于或者大致平行于 反射型偏振器的透光軸，所以改變具有一定光傳播傾斜角的光的偏振狀態(tài) 將減少具有這些傾斜角度的光通過吸收型偏振器的透射。這可以有效地使 顯示器的照明光錐變窄。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用較窄的光錐來照明液晶顯示器會提 高顯示器的軸上對比度。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用較窄的光錐來照明液晶顯示 器會改進(jìn)液晶顯示器的暗態(tài)。圖1示出了用于描述光學(xué)元件的坐標(biāo)軸系統(tǒng)。 一般來講，對于顯示裝 置，x軸和y軸對應(yīng)于顯示器的寬度和長度，z軸通常沿著顯示器的厚度方 向。除非另外說明，將在全文中使用上述約定。在圖1的坐標(biāo)軸系統(tǒng)中，x 軸和y軸定義為與例如延遲片160等光學(xué)元件的主表面102平行，并且可 以對應(yīng)于正方形或者矩形表面的寬度和長度方向。z軸垂直于主表面，并 且通常沿著光學(xué)元件的厚度方向。圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性顯示裝置100和示例性光學(xué)薄膜疊堆 110、顯示面板180以及特定應(yīng)用場合所需的可選的一個或多個附加光學(xué)薄 膜和/或部件(未示出)的示意性剖視圖。合適的顯示面板包括液晶顯示面 板(LCD板)，例如扭轉(zhuǎn)向列型(TN)、單疇垂直配向型(VA)、光學(xué)補(bǔ) 償雙折射型(OCB)液晶顯示器面板和其它面板。顯示面板和照明裝置190 布置成將顯示面板180設(shè)置在照明裝置190和觀察者(未示出)之間，從而使照明裝置190向顯示面板180提供光。在該示例性實(shí)施例中，照明裝
置190可以稱為背光源。光學(xué)薄膜疊堆110設(shè)置在照明裝置190和顯示面 板180之間。光學(xué)薄膜疊堆110從照明裝置190接收光，并且將光透射到 顯示面板180。
示例性光學(xué)薄膜疊堆110包括線性吸收型偏振層150，其具有第一
偏振透光軸，并且該偏振層面向顯示面板180設(shè)置；線性反射型偏振層
170，其具有大致平行于第一偏振透光軸的第二偏振透光軸，并且該偏振層 面向照明裝置190設(shè)置；延遲層160，其具有3納米或者更小的面內(nèi)延遲 值，或者延遲層的平均慢軸與第一偏振透光軸或第二偏振透光軸形成在±5 度內(nèi)或者從85度到95度的角度。延遲層160設(shè)置在線性吸收型偏振層 150和線性反射型偏振層之間。在一些實(shí)施例中，延遲層160具有與第一 偏振透光軸或第二偏振透光軸大致平行的平均慢軸。在其它實(shí)施例中，延 遲層160具有與第一偏振透光軸或第二偏振透光軸大致正交的平均慢軸。 在一些實(shí)施例中，根據(jù)需要，延遲層160包括兩個或更多個延遲層、或者 三個或更多個延遲層。具有3納米或者更小(即3納米到0納米)的面內(nèi) 延遲值的延遲層160可以稱為"c板"。在一些實(shí)施例中，延遲層160具 有100nm或更大、或者200nm或更大的面外延遲值。
示例性光學(xué)疊堆包括線性反射型偏振器170。線性反射型偏振器170 具有光輸入表面和光輸出表面，并且設(shè)置成使得光輸出表面面向延遲片 160。線性反射型偏振器170設(shè)置在延遲片160和照明裝置190之間。線性 反射型偏振器170透射具有第一偏振特性的光的至少相當(dāng)大一部分，并且 反射具有與第一偏振特性不同的第二偏振特性的光的至少相當(dāng)大一部分。 在許多實(shí)施例中，線性反射型偏振器170透射具有第一偏振特性的垂直入 射光的至少50%、或者至少70%、或者至少90%，并且透射具有第二偏 振特性的垂直入射光的小于50%、或者小于30%、或者小于10%。
示例性的光學(xué)疊堆包括線性吸收型偏振器150。在一些實(shí)施例中，線 性吸收型偏振器150是入口偏振器，并且是顯示面板180的一部分。線性 吸收型偏振器150具有光輸入表面和光輸出表面，并且設(shè)置成使得光輸出 表面面向顯示面板180。線性吸收型偏振器150設(shè)置在延遲片160和顯示 面板180之間。線性吸收型偏振器150透射具有第一偏振特性的光的至少相當(dāng)大一部分，并且吸收具有與第一偏振特性不同的第二偏振特性的光的 至少相當(dāng)大一部分。在許多實(shí)施例中，線性吸收型偏振器150透射具有第一偏振特性的垂直入射光的至少50%、或者至少70%、或者至少90%， 并且透射具有第二偏振特性的垂直入射光的小于50%、或者小于30%、或 者小于10%。在一些實(shí)施例中，(一個或多個)延遲層160層合到線性反射型偏振 器170上。在一些實(shí)施例中，延遲層160層合到線性吸收型偏振器150 上。在一些實(shí)施例中，在延遲層160和線性反射型偏振器170之間存在空 氣間隙。在一些實(shí)施例中，在延遲層160和線性吸收型偏振器150之間存 在空氣間隙。在另外的實(shí)施例中，延遲層160層合在線性吸收型偏振器 150和線性反射型偏振器170兩者之間。再參照圖2，照明裝置190還可以包括背面反射器120，該反射器設(shè)置 在照明裝置190的背向顯示面板180和光學(xué)疊堆110的一側(cè)。合適的背面 反射器包括鏡面反射器，例如反射鏡。合適的反射鏡包括但不限于金屬 涂覆的反射鏡，例如銀涂覆的或者鋁涂覆的反射鏡或者鏡薄膜；聚合物反 射鏡薄膜，例如多層聚合物反射薄膜。其它合適的背面反射器包括漫反射 器和具有鏡面反射部件和漫反射部件的反射器。漫反射器包括但是不限于 填充顆粒的塑料薄膜、填充顆粒的有間隙薄膜、和背面散射的反射器。具 有鏡面反射部件和漫反射部件的反射器包括但不限于涂覆了漫反射涂層 的鏡面反射器、具有結(jié)構(gòu)化表面的反射器、具有珠狀涂層或者間歇涂層的 反射器。照明裝置190還包括光耦合于(即用于照明)光學(xué)疊堆110的光源 132。任何合適的一個或多個光源在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如，光源132可以 是寬帶光源或者一個或多個光源組件。適用于本發(fā)明的光源包括一個或多 個CCFL、 LED、或者包括LED的光源組件。光源132優(yōu)選地光耦合于(即 射入)光分配元件134，在一些示例性實(shí)施例中光分配元件134可以是大 致平面的或者楔形的、實(shí)心或者中空的光導(dǎo)裝置。在這樣的示例性實(shí)施例 中，來自光源132的光耦合于(即射入)光分配元件134的邊緣134a內(nèi)， 并且在光分配元件134內(nèi)傳播(例如經(jīng)由TIR)后，該光朝向光學(xué)疊堆110 的方向通過輸出側(cè)134b耦合(即射出)到外側(cè)。雖然在圖2中所示的示例性實(shí)施例示出了在顯示裝置100和照明裝置190中使用的一個光源，但是 其它示例性實(shí)施例可以包括兩個或者更多個光源、或者光源陣列。如果使 用多于一個的光源，則一個或多個光源可以設(shè)置在光分配元件134的不同 邊緣處。
照明裝置190還可以包括設(shè)置在光學(xué)疊堆110和背面反射器120之間 的一個或多個光學(xué)元件140。示例性的附加光學(xué)薄膜包括但不限于結(jié)構(gòu)化 表面薄膜和一個或多個擴(kuò)散片。在示例性照明裝置190中，附加光學(xué)元件 可以包括兩個結(jié)構(gòu)化表面薄膜，這兩個結(jié)構(gòu)化表面薄膜具有設(shè)置在薄膜的 面向光學(xué)疊堆110的表面上的線性棱柱表面結(jié)構(gòu)。根據(jù)應(yīng)用情況，其它的 附加光學(xué)薄膜可以用于取代或者補(bǔ)充如上所述的光學(xué)薄膜。
在圖2中所示的示例性顯示裝置的操作期間，耦合出光分配元件134 的輸出側(cè)134b之外并且透射通過任何可選的光學(xué)元件140的光入射在光學(xué) 疊堆110的反射型偏振器170的輸入表面上。反射型偏振器170從光源接 收這樣的光，并且通過該反射型偏振器的輸出表面朝向延遲片160透射具 有第一偏振狀態(tài)的光的至少相當(dāng)大一部分，并且朝向背面反射器120反射 具有第二偏振狀態(tài)的光的至少相當(dāng)大一部分。所透射的光通過延遲片 160，在該延遲片中垂直光或者軸上光以不可察覺的方式改變，并且傾斜光 以可察覺的方式改變，從而使透射到吸收型偏振器150的傾斜光隨后被吸 收型偏振器150吸收。例如，在一些實(shí)施例中，對于以相對于z方向(薄 膜平面的法向)的45度傾斜角和相對于吸收型偏振器的透光軸或透射軸的 45度方位角穿過延遲片160的傾斜光，應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生至少50nm的延遲量。
可以使用多種材料和方法來制造延遲片160。在一些實(shí)施例中，延遲 片包括如下的同時雙軸拉伸的聚合物薄膜層該層對于可見光的至少一個 偏振狀態(tài)是基本上不吸收和不散射的；并且具有x、 y和z正交折射率，其 中，正交折射率中的至少兩者不相等，面內(nèi)延遲量在從100nm或者更大起 的范圍內(nèi)，并且面外延遲量是100nm或者更大，或者面內(nèi)延遲量從200nm 或者更大起，而面外延遲量是200nm或者更大。在一些實(shí)施例中，延遲片 160具有在從3納米或者更小起的范圍內(nèi)的面內(nèi)延遲量和100nm或者更大 的面外延遲量，或者從3納米或者更小起的面內(nèi)延遲量和200nm或者更大 的面外延遲量。在其它實(shí)施例中，延遲片160具有在50nm到100nm的范圍內(nèi)的面內(nèi)延遲量和100nm或者更大的面外延遲量，或者從50nm到200nm的 面內(nèi)延遲量和200nm或者更大的面外延遲量。設(shè)想了能夠被拉伸和處理本文描述的光學(xué)特性的任何聚合物材料。這 些聚合物的部分列表例如包括聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚酯、聚碳酸酯、含 氟聚合物等。可以組合一種或多種聚合物以形成延遲片。聚烯烴包括例 如環(huán)烯烴聚合物(例如聚苯乙烯、降冰片烯等)；非環(huán)狀烯烴聚合物 (例如聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚戊烯等)。 一種具體的聚丁烯是聚 (l-丁烯)。 一種具體的聚戊烯是聚(4-甲基-1-戊烯)。聚丙烯酸酯例如 包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等。具體的聚丙烯酸酯的實(shí)例包括聚(甲基丙 烯酸甲酯)和聚(甲基丙烯酸正丁酯)。具體地講，含氟聚合物包括但是不限 于聚(偏二氟乙烯)。延遲片的面內(nèi)延遲量和面外延遲量可以是如下的任何可用值改變不 垂直或者傾斜入射到延遲片上的光從而使得不垂直或者傾斜入射的光的至 少一部分延遲并且轉(zhuǎn)換為隨后被線性吸收型偏振器吸收的偏振態(tài)。在一些 實(shí)施例中，延遲片是面內(nèi)延遲量在從0到3納米的范圍內(nèi)的c板。在其它 實(shí)施例中，延遲片是面內(nèi)延遲量為10nm或者更大并且面外延遲值為面內(nèi)延 遲量的0.6倍的雙軸延遲片。在其它實(shí)施例中，雙軸延遲片具有大于 3nm、 50nm或更大、100nm或更大、200nm或更大、或者300nm或更大、或 者50nm到1000nm、 100nm到1000nm、 200nm到1000nm、或者300nm到 1000nm的面內(nèi)延遲量。延遲片或者雙軸延遲片的面外延遲量可以是如下的 任何可用值改變不垂直或者傾斜入射到延遲片上的光從而使得不垂直或 者傾斜入射的光的至少一部分延遲并且轉(zhuǎn)換為隨后被線性吸收型偏振器吸 收的偏振態(tài)，例如50nm或更大、100nm或更大、200nm或更大、或者 300nm或更大、或者50nm到1000nm、 100nm到1000nm、 200nm至lj 1000nm、 或者300nm到1000nm。延遲片可以具有任何可用的厚度(z方向)，例如5微米或者更大、 或者5微米到200微米、或者5微米到100微米、或者7微米到75微米或 者10微米到50微米。結(jié)晶調(diào)節(jié)劑可以添加到延遲片中并且包括例如澄清劑和成核劑。結(jié)晶 調(diào)節(jié)劑可以有助于減小被拉伸的聚合物光學(xué)薄膜中的"霧度"。結(jié)晶調(diào)節(jié)劑可以以對于減少"霧度"有效的任何量存在，例如10ppm到 500000卯m、或者100卯m到400000pm、或者100ppm到350000ppm、或者 250ppm至lj 300000卯m。在一些示例性實(shí)施例中，在光學(xué)疊堆110中可以存在兩個或者更多個 雙折射延遲片160。在一些這樣的示例性實(shí)施例中，兩個或者更多個雙折 射延遲片160可以具有相對于彼此成一定角度設(shè)置的慢軸，使得組合的延 遲片160具有如上所述布置的平均慢軸。例如，延遲片160可以包括具有 第一慢軸的第一雙折射光學(xué)元件和具有第二慢軸的第二雙折射光學(xué)元件， 第一慢軸設(shè)置為相對于第二慢軸成一定角度。在其它實(shí)施例中，延遲片 160包括一個、兩個、三個或者更多個c板延遲片。在許多實(shí)施例中，延遲片160是雙折射薄膜或者在光的整個波長范圍 上提供平衡水平的延遲量的薄膜的組合。"平衡水平的延遲量"指的是如 果對于650nm的紅光有1/3波長的延遲量，則對于550nm的藍(lán)光和450nm 的綠光也有大約1/3波長的延遲量。保持平衡水平的延遲量可以減少來自 延遲片160的色移。 一種提供平衡的延遲量的方法包括選擇材料或者材 料的共混物，該材料或材料的共混物的雙折射色散使得材料的z折射率與 面內(nèi)折射率之間的差隨著波長的增大而增加。另一種方法包括使用具有不 同色散特性的兩個或者更多個光學(xué)延遲層的組合，并且將這些延遲層組合 成使得材料的凈效應(yīng)給出平衡水平的延遲量。在一個示例性實(shí)施例中，顯示裝置與在圖2中所示的顯示裝置100類 似。使用和不使用延遲片160來確定對比度。反射型偏振器170是可得自 明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司的Vikuiti Dual Brightness Enhancement Film (雙增亮膜)(DBEF)，吸收型偏振器150是顯示面板180的入口偏 振器，并且延遲片是同時雙軸拉伸的聚丙烯薄膜層，該聚丙烯薄膜層對于 可見光的至少一個偏振狀態(tài)是不吸收和不散射的，并且具有50nm的面內(nèi)延 遲量絕對值和200nm的面外延遲量絕對值。美國專利申請公開No. 2004/0156106和2004/0184150描述了一些合適的延遲薄膜，該申請的內(nèi) 容在此以引用方式并入本文。以45度的入射角和以對應(yīng)于在入口偏振器的 平面上的投影與入口偏振器的透射軸成45度的方位入射角來自這種延遲薄 膜的光的偏振狀態(tài)的延遲量是大約lOOnm。使用一層、兩層和三層上述延遲薄膜的17英寸TN顯示器的對比度提
高試驗(yàn)測量表明，與沒有如本文描述地設(shè)置延遲薄膜的17英寸TN顯示器 的對比度相比，在對比度上的提高分別為+6%、 +11.5%和+13%。
不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明局限于上述具體實(shí)例，而應(yīng)理解為本發(fā)明涵蓋如所 附權(quán)利要求書中明確說明的本發(fā)明的所有方面。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人 員在閱讀本發(fā)明的說明書之后，適用于本發(fā)明的各種更改形式、等同工藝 以及多種結(jié)構(gòu)將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)薄膜疊堆，包括線性吸收型偏振層，其具有第一偏振透光軸；線性反射型偏振層，其具有與所述第一偏振透光軸大致平行的第二偏振透光軸；以及延遲層，其具有80納米或者更大的面外延遲值，或者具有10納米或者更大的面內(nèi)延遲值和大于0.6乘以所述面內(nèi)延遲值所得的乘積的面外延遲值，所述延遲層設(shè)置在所述線性吸收型偏振層和所述線性反射型偏振層之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層具有平均慢 軸，所述平均慢軸與所述第一偏振透光軸或者所述第二偏振透光軸 形成在士5度內(nèi)或者從85度到95度的角度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層具有100nm 或者更大的面外延遲值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層具有200nm 或者更大的面外延遲值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層包括兩個或 者更多個延遲層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層具有與所述 第一偏振透光軸或者所述第二偏振透光軸大致平行的平均慢軸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層具有與所述 第一偏振透光軸或者所述第二偏振透光軸大致正交的平均慢軸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層包括環(huán)聚烯 烴或者非環(huán)狀聚烯烴。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜疊堆，其中所述延遲層包含聚碳酸 酯或者聚丙烯。
10. —種液晶顯示器，包括 液晶層；光源；以及光學(xué)薄膜疊堆，其設(shè)置在所述液晶層和所述光源之間；其中所述光 學(xué)薄膜疊堆包括線性吸收型偏振層，其具有第一偏振透光軸并且面向所述液晶線性反射型偏振層，其具有與所述第一偏振透光軸大致平行的 第二偏振透光軸并且設(shè)置為從所述光源接收光；以及延遲層，其具有80納米或者更大的面外延遲值，或者具有10 納米或者更大的面內(nèi)延遲值和大于0.6乘以所述面內(nèi)延遲值所得的乘積的面外延遲值，所述延遲層設(shè)置在所述線性吸收型偏 振層和所述線性反射型偏振層之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述延遲層具有平均慢軸，所述平均慢軸與所述第一偏振透光軸或者所述第二偏振透光軸形成在士5度內(nèi)或者從85度到95度的角度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述延遲層具有100nm或 者更大的面外延遲值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述延遲層具有200nm或 者更大的面外延遲值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述延遲層包括兩個或者 更多個延遲層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述延遲層具有與所述第 一偏振透光軸或者所述第二偏振透光軸大致平行的平均慢軸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述延遲層具有與所述第 一偏振透光軸或者所述第二偏振透光軸大致正交的平均慢軸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述延遲層包括環(huán)聚烯烴 或者非環(huán)狀聚烯烴。
18. —種用于提高液晶顯示器的軸上對比度的方法，包括 提供液晶顯示器，所述液晶顯示器包括液晶層； 光源；以及光學(xué)疊堆，其設(shè)置在所述液晶層和所述光源之間；其中所述光 學(xué)疊堆包括線性吸收型偏振層，其具有第一偏振透光軸并且面向所述 液晶層設(shè)置；以及線性反射型偏振層，其具有與所述第一偏振透光軸大致平 行的第二偏振透光軸并且設(shè)置為從所述光源接收光； 所述液晶顯示器具有第一軸上對比度；以及在所述線性吸收型偏振層和所述線性反射型偏振層之間設(shè)置延遲 層，從而形成改進(jìn)的液晶顯示器，所述改進(jìn)的液晶顯示器具有大于 所述第一軸上對比度的第二軸上對比度，所述延遲層具有80納米或 者更大的面外延遲值，或者具有10納米或者更大的面內(nèi)延遲值和大 于0. 6乘以所述面內(nèi)延遲值所得的乘積的面外延遲值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中設(shè)置延遲層的步驟包括在所述 線性吸收型偏振層和所述線性反射型偏振層之間設(shè)置延遲層，形成 第二軸上對比度比所述第一軸上對比度至少大5%的改進(jìn)的液晶顯示 器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中設(shè)置延遲層的步驟包括在所述線性吸收型偏振層和所述線性反射型偏振層之間設(shè)置延遲層，形成第二軸上對比度比所述第一軸上對比度至少大10%的改進(jìn)的液晶顯示器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光學(xué)薄膜疊堆，所述光學(xué)薄膜疊堆包括線性吸收型偏振層，其具有第一偏振透光軸；線性反射型偏振層，其具有與所述第一偏振透光軸大致平行的第二偏振透光軸；以及延遲層，其具有80納米或者更大的面外延遲值，或者具有10納米或者更大的面內(nèi)延遲值和大于0.6乘以所述面內(nèi)延遲值所得的乘積的面外延遲值。所述延遲層設(shè)置在所述線性吸收型偏振器層和所述線性反射型偏振層之間。本發(fā)明還公開了包括該光學(xué)薄膜疊堆的液晶顯示器和使用該光學(xué)薄膜疊堆提高液晶顯示器的軸上對比度的方法。
文檔編號G02F1/1335GK101410738SQ200780011541
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者理查德·C·艾倫, 菲利普·E·沃森 申請人:3M創(chuàng)新有限公司