CN1282879C - 半透射反射器和半透射型偏振器及其液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种形成在经单轴拉伸而得到单轴取向特性的光透射聚合物衬底上的半透射反射层，从而形成了半透射反射器。

Description

半透射反射器和半透射型偏振器及其液晶显示装置
本发明基于日本特许公报No.2001-109918，此公报在本发明中用作参考。
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示装置(下文中称为“LCD”)的半透射反射器、半透射型偏振器，以及一种采用这些器件制成的液晶显示装置。
背景技术
LCD应用在个人计算机或类似装置中。近年来对LCD的需求增长得很快。LCD的用途得到拓宽，使得近年来LCD开始用作显示器。
例如，LCD中采用的偏振器如下所述地生产。在用二色的碘或染料对聚乙烯醇(下文中称为“PVA”)薄膜进行染色的染色工序后，再进行用硼酸、硼砂或类似物交联薄膜的交联工序以及单轴拉伸薄膜的拉伸工序，干燥聚乙烯醇薄膜，并将其贴在三乙酸纤维素(下文中称为“TAC”)或类似物的保护层上。
迄今为止，在LCD中采用双轴取向的聚合物衬底或具有填料的聚合物衬底作为半透射反射器的衬底。
然而，当由这种衬底构成的半透射反射器和具有偏振特性的背光一起使用时，存在着这么一个问题，即由于光程差(retardation)的影响减小了特定波长的光透射率，产生了变色(coloring)。单色液晶显示装置允许轻微均匀的变色，但不允许不均匀的变色。彩色液晶显示装置甚至不允许均匀的变色。因此，如何防止这种变色是一个难题。为解决这一问题，当半透射型偏振器和具有偏振特性的背光一起使用时，由背光光源发出并用作透射光线的光线的透射率的减小应被抑制到最多不超过10％，较理想是不超过5％，最好不超过1％。
发明内容
因此，为了解决相关技术中的问题，本发明的目的之一是提供一种半透射反射器和半透射型偏振器，其中由于光透射率的减小引起的变色最小，并提供一种采用这些器件制成的液晶显示装置。
为了达到本发明的上述目的，提供了一种半透射反射器，其包括经单轴拉伸而得到单轴取向特性的光透射聚合物衬底，以及形成在光透射聚合物衬底上的半透射反射层。
在根据本发明的半透射反射器中，半透射反射层最好是由金属气相沉积薄膜或具有光透射性的薄金属薄膜制成。
根据本发明提供了一种半透射型偏振器，其包括上述半透射反射器以及贴在半透射反射器上的偏振器。
在根据本发明的半透射型偏振器中，半透射反射器的光透射聚合物衬底的光程差轴与偏振器的吸收轴之间的夹角不大于9度，偏振器贴在半透射反射器上。
根据本发明提供了一种液晶显示装置，其包括液晶盒，至少一个设置在液晶盒的至少一个相对表面上的如上述的半透射型偏振器，以及具有偏振特性并与半透射型偏振器相连接的背光。
在根据本发明的液晶显示装置中，最好用反射偏振元件作为背光。
附图说明
从下文中对优选实施例的详细介绍并结合附图，可以清楚本发明的特征及优点。
图1显示了根据本发明的液晶显示的侧视图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的半透射型反射器1包括经单轴拉伸而得到单轴取向特性的光透射聚合物衬底3，以及形成在光透射聚合物衬底3上的半透射反射层2。光透射聚合物衬底可以采用树脂，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚碳酸酯(PC)，聚醚砜(PES)，聚乙烯醇(PVA)或三乙酸纤维素(TAC)。
半透射反射层是由金属气相沉积薄膜或具有光透射性的金属薄膜制成。用于金属气相沉积薄膜或金属薄膜的金属的例子包括铝、银、银钯合金和铬。
根据本发明的半透射型偏振器4包括上述的半透射反射器1，以及贴在半透射反射器上的偏振器5，如图1所示。
本发明中采用的偏振器5的基本形状如下所述。作为保护层的透明保护膜通过适当的粘结层粘结在偏振元件的一个或每一相对表面上，偏振元件由含二色性物质的聚乙烯醇聚合物薄膜制成。例如，粘结层可由聚乙烯醇聚合物制成。
一种合适的材料当自然光入射时这种材料可以透射线偏振光，并且可以由适当的方法通过适当步骤来制备，就可以用作偏振元件(偏振膜)。适当的步骤包括：染色步骤，拉伸步骤，交联步骤等。在染色步骤中，根据相关技术，适当的乙烯醇聚合物薄膜，如聚乙烯醇或部分缩甲醛化的聚乙烯醇，由二色性物质如碘或二色的染料进行染色。特别地，最好用透光率和偏振程度均优良的材料作为偏振元件。
可以用适当的透明薄膜作为位于偏振元件(偏振膜)的一个或每一相对表面上的保护性薄膜材料，从而充当透明保护层。通常采用乙酸盐树脂如三乙酸纤维素作为透明薄膜的聚合物，但聚合物并不限于此。
顺便提及，当反射层用作可以反射部分光并透射另一部分光的半面涂银镜或类似物的半透射型反射层时，可以得到半透射型偏振器。半透射型偏振器通常设置在液晶盒的后表面上，从而可以形成一种液晶显示装置，在此装置中，当在相对明亮的环境下使用液晶显示装置时，偏振器可以反射来自可见侧(显示侧)的入射光，从而显示图像；当在相对较暗的环境下使用液晶显示装置时，可以用内部光源如半透射型偏振器的背侧的背光来显示图像。这就是说，在获得一种可以在较亮环境下使用内部光源如背光以节约能源，且在较暗环境下使用内部光源的液晶显示装置时，这种半透射型偏振器十分有用。
在半透射型偏振器中，半透射反射器中光透射聚合物衬底的光程差轴和贴在半透射反射器上的偏振器的吸收轴之间的夹角不大于9度，较理想是不大于6.4度，最好是不大于2.8度。
另外，根据本明的液晶显示装置6包括液晶盒7，至少一个设置在液晶盒7的至少一个相对表面上的如上述的半透射型偏振器4，以及具有偏振特性并与半透射型偏振器4相连接的背光8，如图1所示。顺便提及，在液晶盒7上可附加地设置上偏振器9和下偏振器10。
根据相关技术，液晶显示装置可以组成具有适当结构的装置，其中偏振器设置在液晶盒的一个或每一相对表面上。因此，任何适当的液晶盒都可以用作形成液晶显示装置的液晶盒。液晶盒可以是任何适当的类型，例如，由薄膜晶体管型所代表的有源矩阵驱动型，由螺旋或超螺旋向列型所代表的无源矩阵驱动型，等等。
在根据本发明的液晶显示装置中，可以用反射偏振元件作为背光。
可以采用的反射偏振元件的例子包括胆甾醇型液晶聚合物薄膜(PCF)，聚合物分散液晶薄膜(散射偏振器)，无机液晶分散取向薄膜(散射偏振器)，光程差各向异性多层叠层拉伸薄膜(D-BEF)，等等。
本发明将通过下面的示例和比较示例来进行详细的介绍。
示例1
将降冰片烯树脂(由JSR公司生产的“ARTON”)制成薄膜的形式，然后再进行单轴拉伸，从而制备出光程差为140nm，厚度为60μm的光透射聚合物衬底。在聚合物衬底上沉积气态铝，形成厚度为200nm的铝层。这样便生产出本发明的半透射反射器。半透射反射器的透光率为15％，反射率约为40％。
然后，将的聚合度为2400、原料膜厚度为75μm且宽度为800mm的未拉伸PVA薄膜在以水为主要成分的第一池中拉伸/扩张到3倍。接着，薄膜在含有碘和碘化钾的水溶液的染色池中拉伸/扩张到1.1倍。之后，薄膜浸在具有硼酸和碘化钾混合物的交联池中，并在水溶液的洗涤槽中拉伸/扩张到1.8倍。在染色之后，薄膜卷起来成为偏振元件。然后，偏振元件上贴上两层作为保护膜的TAC薄膜，使得偏振元件夹在TAC薄膜之间。这样就生产出了偏振器。
然后，半透射反射器和偏振器相互贴在一起，形成了半透射型偏振器。贴合是在半透射反射器的光透射聚合物衬底的光程差轴方向和偏振器的吸收轴方向相重合时进行的。半透射反射器的光程差轴的平面内偏差为±2度。
然后，半透射型偏振器贴在液晶盒的后表面上，并和采用反射偏振元件(Nitto Denko公司生产的“PCF薄膜”)且具有偏振特性的背光相连接，这样便生产出了液晶显示装置。
在液晶显示装置中观察了在使用背光的条件下透射光线的显示，结果并未发现有显著的变色。
示例2
将由Teijin Chemicals公司生产的聚碳酸酯制成薄膜的形式，然后再进行单轴拉伸，从而制备出光程差为450nm，厚度为50μm的光透射聚合物衬底。在薄膜上沉积气态铝，形成厚度为200nm的铝层。这样便生产出本发明的半透射反射器。半透射反射器的透光率为10％，反射率约为50％。
然后将半透射反射器和以示例1所述方式生产出的偏振器相互贴合，得到半透射型偏振器。贴合是在半透射反射器的光透射聚合物衬底的光程差轴方向和偏振器的吸收轴方向相重合时进行的。半透射反射器的光程差轴的平面内偏差为±2度。
然后，半透射型偏振器贴在液晶盒的后表面上，并和采用反射偏振元件(3M公司生产的“D-BEF”)且具有偏振特性的背光相连接，这样便生产出了液晶显示装置。
在液晶显示装置中观察了在使用背光的条件下透射光线的显示，结果并未发现有显著的变色。
示例3
以示例1所示方式生产出液晶显示装置，不同之处在于在半透射反射器和偏振器之间设置了表面具有细微棱镜结构(浮凸结构)并由丙烯酸类树脂制成的漫射板，用于保留偏振光。
在液晶显示装置中观测了采用背光透射光线的显示，结果并未发现有显著的变色。
示例4
以示例1所示方式生产出液晶显示装置，不同之处在于在半透射型偏振器和液晶盒后表面之间设置了表面具有细微棱状结构(浮凸结构)并由未拉伸聚碳酸酯制成的漫射板，用于保留偏振光。
在液晶显示装置中观察了在使用背光的条件下透射光线的显示，结果并未发现有显著的变色。
示例5
以示例1所示方式生产出液晶显示装置，不同之处在于光透射聚合物衬底的表面通过化学蚀刻而变粗糙，以及气态铝沉积在粗糙表面上，形成了一厚度为200nm的铝层。顺便提及，在此示例中，光透射聚合物衬底的粗糙表面贴在偏振器上。
在液晶显示装置中观察了在使用背光的条件下透射光线的显示，结果并未发现有显著的变色。
比较示例1
将由Teijin Chemicals公司生产的聚碳酸酯制成薄膜的形式，并进行单轴拉伸，从而制备出光程差为450nm，厚度为50μm的光透射聚合物衬底。气态铝沉积在衬底上，形成厚度为300nm的铝层。这样便生产出比较示例1的半透射反射器。半透射反射器的透光率为10％，反射率约为50％。
然后，半透射反射器和以示例1所述方式制成的偏振器相互贴在一起，形成了半透射型偏振器。贴合是在半透射反射器的光透射聚合物衬底的光程差轴方向和偏振器的吸收轴方向的夹角为30度时进行的。
然后，半透射型偏振器贴在液晶盒的后表面上，并和采用反射偏振元件(3M公司生产的“D-BEF”)且具有偏振特性的背光相连接，这样便生产出了液晶显示装置。
在液晶显示装置中观察了在使用背光的条件下透射光线的显示，结果发现存在均匀的变色。
比较示例2
将PET树脂(由Mitsubishi Rayon公司生产的“T600”)制备成光程差为1000nm的双轴拉伸光透射聚合物衬底。在衬底上沉积气态铝，形成厚度为200nm的铝层。这样便生产出比较示例2的半透射反射器。半透射反射器的透光率为15％，反射率约为40％。
然后，半透射反射器和以示例1所述方式制成的偏振器相互贴在一起，形成了半透射型偏振器。贴合是在半透射反射器的光透射聚合物衬底的光程差轴方向和偏振器的吸收轴方向的夹角约为15度时进行的。
然后，半透射型偏振器贴在液晶盒的后表面上，并和采用反射偏振元件(3M公司生产的“D-BEF”)且具有偏振特性的背光相连接，这样便得到了液晶显示装置。
在液晶显示装置中观察了在使用背光的条件下透射光线的显示，结果发现存在不均匀的变色。
如上所述，根据本发明，由于半透射反射层是形成在经单轴拉伸而得到单轴取向特性的光透射聚合物衬底上，因此，可以得到一种半透射型偏振器，这种偏振器的光透射聚合物衬底的光程差对入射在偏振器上的光线的影响很小。另外，当半透射型偏振器和具有偏振特性的背光一起使用时，从背光光源发出的作为被透射的光线的透射率减小可以被抑制到最大不超过10％，更理想是不超过5％，最好可不超过1％。因此，由于透射率减小带来的变色问题可以变得最小。
虽然本发明是通过具有一定特殊性的优选形式来介绍的，可以理解，在不脱离如权利要求所述的本发明精神和范围的前提下，可以对本发明的优选形式的结构、组合及构件设置进行修改。

Claims (4)

1.一种半透射型偏振器，包括半透射反射器以及贴在所述半透射反射器上的偏振器；该半透射反射器包括经单轴拉伸而得到单轴取向特性的光透射聚合物衬底，以及形成在所述光透射聚合物衬底上的半透射反射层；所述半透射反射器上的所述光透射聚合物衬底的光程差轴与所述偏振器的吸收轴之间的夹角不大于9度。
2.根据权利要求1所述半透射型偏振器，其特征在于，所述半透射反射层由金属气相沉积薄膜或具有光透射性的金属薄膜制成。
3.一种液晶显示装置，包括液晶盒，至少一个设置在所述液晶盒的至少一个相对表面上的如权利要求1所述的半透射型偏振器，以及具有偏振特性并与所述半透射型偏振器相连接的背光。
4.根据权利要求3所述液晶显示装置，其特征在于，所述背光可采用反射偏振元件。
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