CN1222789C - 偏振元件和液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏振元件，该元件至少由一个胆甾型液晶层(1)，一个四分之一波片(2)，一个旋光层(3)组成。通过根据本发明的偏振元件，由胆甾型液晶层和四分之一波片的结合线性起偏的光线的偏振面被旋光层旋转，以致于给吸收型偏振器(4)提供线性偏振光，而且线性偏振光的偏振平面与吸收型偏振器的偏振轴之间和好的符合。因此，得到的液晶显示装置其亮度因为阻止了吸收损失而改善，并且显示品质非常出色。也就是说，在一个通过使用胆甾型液晶层而在亮度上改善的液晶显示装置中，可以在所有倾斜观察方位上均匀地抑制着色，同时在正面方向上得到很好的观察特性。

Description

偏振元件和液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种偏振元件，该元件可以在一个倾斜的观察方向上，在一个通过使用胆甾型液晶层而亮度得到改进的液晶显示装置上抑制着色。

背景技术

迄今为止了解到的是这样一种液晶显示装置，即从背光中射出的光线通过胆甾型液晶层和四分之一波片的组合被线性起偏，使得线性偏振光被以较小的吸收损耗等提供给一个吸收型偏振器，达到亮度上的改善，以便使实现液晶显示器的厚度减少以及尺寸增大成为可能。在这样一种设备中，通常调节被胆甾型液晶层等线性起偏的光线的偏振平面和吸收型偏振器的偏振轴之间的轴向关系，使得在正面(垂直)方向上得到很好的观察特性，其中，该正面方向形成一个主观察点。线性偏振光的偏振平面和吸收型偏振器的偏振轴通常被设置成相交45°角。

因此，光轴被从正面方向移动到斜观察方向。这就有一个问题，即根据光轴的移位显示被着色。虽然可以提出这样一个***，在该***中通过控制显示器厚度方向的延迟或通过控制胆甾型液晶层采用的波长范围来抑制着色问题，但难以在所有斜观察角上均匀抑制着色，并还有一个缺点，即着色特别易于留在偏振器的轴向。

本发明的目的是提供一种这样的偏振元件，该元件可以在所有的斜观察视角均匀地抑制着色，同时在通过使用胆甾型液晶层而改善亮度的液晶显示器的正面方向上得到很好的观察特性。

发明内容

本发明提供一种偏振元件，该元件至少由一个胆甾型液晶层、一个四分之一波片和一个光学旋光层构成。

本发明还提供一种偏振元件，包括：胆甾型液晶层，四分之一波片和旋光层，所述的四分之一波片设置在所述的胆甾型液晶层和所述旋光层之间，所述旋光层邻近所述四分之一波片；在所述四分之一波片侧表面中的所述旋光层的主轴或次轴平行于由所述胆甾型液晶层和所述四分之一波片组合起线性偏振光的偏振面。

附图说明

图1是表示偏振元件的一个实例的截面图；

图2是表示偏振元件的另一个实例的截面图；

图3是表示液晶显示器的一个实例的截面图。

具体实施方式如图1所示，根据本发明的偏振元件至少由一个胆甾型液晶层1、一个四分之一波片2和一个光学旋光层3组成。如图2所示，偏振元件可以额外由一个吸收型偏振器4构成。

作为胆甾液晶层，可以使用任何能把入射的自然光分成反射的圆偏振光和透射的圆偏振光的合适的液晶层，由此获得有左和右圆偏振光成分组成的透射光。胆甾液晶层在类型上没有特别的限定。例如胆甾液晶层包括：胆甾液晶聚合物的准直膜；支撑在薄膜基材上的胆甾液晶聚合物的准直液晶层等等。

因此，根据胆甾液晶层，从光源例如背光等发射的光可以入射到胆甾液晶层上，由此获得透射的圆偏振光。而且，反射的圆偏振光可以通过一个反射层等被反射或反转，以便再入射到胆甾液晶层上。因此，在预定的状态下，部分或全部光线可以透射成圆偏振光，通过胆甾液晶层获得透射光强度的增大，由此获得亮度的改善。

胆甾液晶层可以作为这样一种结构提供，在该结构中，两层、三层或多层反射波长不同的层被组合设置，以便一层可以叠放在另一层上。在这种情况下，可以在一个很宽的波长范围内、如可见光范围等得到反射的或/和透射的圆偏振光。因此，使用的胆甾液晶层可以由这样的叠置体构成。

另一方面，提供四分之一波片，使得通过胆甾液晶层圆起偏的光被线性起偏为不能被吸收型偏振器吸收的光。因此，四分之一波片与胆甾液晶层相结合，得到线性偏振光，以便可以把线性偏振光以受抑制的吸收损耗提供给吸收型偏振器。因此，允许用于液晶显示器等的光强度可以增加，并且可以实现亮度的改进。

顺便提一下，在一个很宽的波长范围内例如可见光波长范围内起着四分之一波片作用的相位延迟器可以通过适当的***获得，其中，在适当的***中，对单色光如波长为550nm的光起着四分之一波片作用的延迟层叠加在显示另一延迟特性的、如用作单色光的半波片的延迟层上。因此，设置在胆甾液晶层上的四分之一波片可以由一个延迟层或两层、更多层延迟层的结合物构成。

旋光层被提供用于控制从四分之一波片中发射的线性偏振光的偏振平面。因此，作为旋光层，使用任何能够旋转线性偏振光偏振平面的合适的旋光层。旋光层的种类并没有特定地限制。尤其是可以从减小厚度和重量、增大面积、旋光特性的均匀性方面优选旋光层，其中旋光层由包含向列相液晶单体的聚合物和做为组分的光学活性单体组成。

向列相液晶单体的一个实例是能够形成主链型或侧链型液晶聚合物的单体，在该单体中引入给予液晶排列特性的共轭线性原子团。顺便提一句，单体的一个具体实例是一种能够形成一个主链型向列型液晶聚合物的单体，如聚酯聚合物、聚酰胺聚合物、聚碳酸酯聚合物或聚酯酰亚胺聚合物，具有这样一种结构，在该结构中，原子集团通过提供挠性的间隔物部分彼此结合在一起。

单体的另一个具体实例是能够形成一个侧链型向列液晶聚合物的单体，该液晶聚合物包含作为主链的骨架的聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚丙二酸，并包含做为侧链的由对位替代循环混合物单元制成的MESOGEN部分，该部分通过由共轭原子团组成的间隔物部分给予向列相排列特性。

另一方面，光学活性单体的实例包括：一个拥有光学活性炭的单体，该光学活性炭可以通过一个共聚***等进入前述的向列型液晶单体的主链型液晶聚合物的主链中；一个拥有光学活性炭的单体，该光学活性炭可以通过一个共聚***或类似的***进入前述的向列型液晶单体的侧链型液晶聚合物的侧链中，等等。

包含作为组份的向列型液晶单体和光学活性单体的前述聚合物的旋光层可以按如下方式形成。例如，通过一个适当的***、如加热***等由这些聚合物形成一种聚合物。然后，在通过摩擦处理获得的准直膜上，通过适当的方法、如旋转涂敷法、滚动涂敷法、流动涂敷法、印刷法等把溶剂中的聚合物溶液生成一个薄层。对薄膜加热以便准直。把由此获得准直的聚合物薄膜从准直膜上剥去。因而得到聚合物薄膜。旋光层的厚度可以根据光旋转度或根据向列准直的扭曲角决定。以便把旋光层的厚度选在1～100μm的范围，尤其在2～50μm的范围。

如图2所述，偏振元件可以额外地具有一个设置在旋光层3上侧的吸收型偏振器4。在这种情况下，最好从在所有的斜观察方位角上均匀抑制着色的观点出发来设置各个层之间的轴向关系，使得旋光层的主轴或次轴(即形成旋光层的液晶的主轴或次轴)与从四分之一波片出射的线性偏振光的偏振面重合(平行)，并尽可能多地在旋光层的每个相对表面(四分之一波片侧面和吸收型偏振器侧面)与吸收型偏振器的偏振轴重合(平行)。即，最好把轴向关系设置成：从四分之一波片出射的线性偏振光的偏振面被旋光层旋转之后旋光层的主轴和次轴与吸收型偏振器的偏振轴尽可能多地重合。

吸收型偏振器最好摆放成相对于从四分之一波片出射的线性偏振光的偏振面调节吸收型偏振器的偏振轴，以便使得在形成液晶显示器的情况下使正面观察特性良好。在此种布局中，偏振面和偏振轴之间的交角通常约为45度。

因此，从获得具有出色显示品质的观点出发采用的旋光层表现出满足下面表达式的旋转角度，其中在所有斜观察方位角的着色被均匀地抑制，同时在正面方向实现很好的观察特性：

(2n+1)π/4，

其中，n是整数。

旋转角可根据用于形成旋光层的材料种类、旋光层的厚度等来控制。

顺便提一句，当在偏振元件中设置吸收型偏振器时，可以省去液晶单元背面(相对于可视面)上设置的任何其他偏振器。而且，当单独地在液晶单元的背面上设置一个吸收型偏振器而不在偏振元件中设置任何吸收型偏振器时，也最好满足前述的轴向关系和旋转角度。

作为吸收型偏振器，可以使用合适的、能够透射具有预定偏振轴而吸收其它光束的偏振轴。吸收型偏振器的种类没有特定限制。吸收型偏振器材料的实例包括：一个通过拉亲水性的高分子薄膜例如聚乙烯乙醇而获得的偏振膜，在对于亲水性的高分子薄膜吸收碘酊和/或二色染料之后的一个部分定型的聚乙烯乙醇薄膜或一个部分皂化的乙烯醋酸乙烯酯共聚多醚薄膜；一个适合多烯取向的偏振膜例如聚乙烯乙醇脱水薄膜或聚氯乙烯脱(化合物)氯化氢薄膜等等。

吸收型偏振器可以由前述的偏振薄膜构成，其中前述的偏振膜配置有设置在偏振膜相对表面的其中一个上的透明保护层，或配置有设置在偏振膜相对表面上的透明保护层。这种透明保护层的设置是出于保护的目的，例如改进防水，加强等。最好用在透明性、机械强度、热稳定性、潮气密封性等方面表现出色的聚合物形成透明保护层。聚合物的实例包括：聚酯聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯；纤维素聚合物，如纤维素双醋酸酯或纤维素三醋酸酯；聚碳酸脂聚合物；丙烯酸聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯；和苯乙烯聚合物，如聚苯乙烯或丙烯腈-苯乙烯共聚物。

聚合物的实例还包括：烯烃聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、环型或降冰片烯结构、或乙烯-丙烯共聚物的聚烯烃；氯乙烯聚合物；酰胺聚合物，例如尼龙或芳香烃；酰亚胺聚合物；砜聚合物；聚醚-砜聚合物；聚醚-醚-酮聚合物；聚苯硫聚合物；乙烯醇聚合物；偏氯乙烯聚合物；乙烯基丁聚合物；丙烯基聚合物；聚甲醛聚合物；环氧聚合物；这些聚合物的混合等等。

构成偏振元件的各个层可根据需要通过粘合层而相互粘接。每个粘合层可以由适当的粘和剂组成，例如粘和材料，粘和剂，热熔粘和剂或类似的材料，作为基础聚合物，包括：合适的聚合物，例如丙烯酸聚合物、硅酮聚合物、聚酯、聚氨酯、聚醚、人造橡胶，或类似的物质。特别地，例如丙烯酸胶粘剂的材料在光学透明性、防风化、阻热等方面表现出色，被最优先选择，因为在加热和湿润条件下，浮动、剥落等问题不会发生。

丙烯酸粘和剂的一个具体实例是一种包含100,00或更高平均分子量的作为基础聚合物的丙烯酸聚合物的粘和剂，并且通过包括烷基集团、例如碳原子数不超高20个的甲基集团，乙基集团、丁基集团等的(甲基)丙烯酸烷基酯共聚组成；和由(甲基)丙烯酸、羟乙基(甲基)丙烯酸酯或类似的物质的改进的元件制成的丙烯酸单体；结合得到不高于0℃的玻璃转变温度。使用的丙烯酸粘和剂不限于这些特例。

在胆甾型液晶层、四分之一波片、旋光层、吸收型偏振器等上设置粘和剂或粘和层可以通过适当的***实现，例如通过直接连接粘接剂或粘接剂溶液到四分之一波片的***、或适当的生成***如铸造、涂覆等或根据上述形成粘合层并把粘合层传递到四分之一波片的***。

粘和剂的厚度可以根据粘合力等来确定，通常选定在1到500μm范围。可以根据偏振元件与另一个元件如液晶单元的粘结需要把粘合层设置到偏振元件的外表面上。而且，可以根据需要把透明的精细粒子与粘和层混合，从而形成作为光扩散型粘和层的粘和层。顺便说一下，当粘和层由其表面裸露在外面的粘和层组成时，在实际使用用于保护目的、例如防污染物或类似的物质之前，粘和层的表面最好用分离器临时覆盖。

根据本发明的偏振元件可以根据背景技术例如液晶显示设备亮度的改善或类似的目的用于各种目的。如图3所示，液晶显示装置可以通过在液晶单元5的背面(与可视面相对)、即在设置面光源8的那一侧上布置偏振元件而形成。顺便说一下，如图3所示的装置通过在穿过光扩散板7和聚光板的面光源(背光)8上放置液晶单元5而形成。吸收型偏振器41连接到液晶单元5的可视面。偏振元件的旋光层3经过吸收型偏振器4连接到液晶单元5的背面(与可视面相对)。

面光源8是侧背光，在侧背光中反射层9设置在光导板81的底面，而被支架83包围的光源82设置在光导向板81的侧表面。在平面光源81上面的聚光板6由棱镜板组成。而且，可视侧吸收型偏振器41被配置有一个布置在吸收型偏振器41外表面上的防眩光层。

根据前面提到的液晶显示装置，从面光源8发射的光线通过光散射板7散射，并且，光路由聚光板6控制，使得光入射到胆甾型液晶层1上。光被胆甾型液晶层1分成反射光和透射光。透射的圆偏振光被四分之一波片2线性起偏，使得线性偏振光入射到旋光层3上。

入射到旋光层3上的线性偏振光的偏振面被旋光层3旋转，使得光入射到吸收型偏振器4上，并且在光线几乎不被吸收型偏振器4吸收的情况下透过吸收型偏振器4。透射光进入液晶单元5，以致于显示光线经视觉侧吸收型偏振器41从液晶单元5出射。在这种情况下，达到亮度的改善，因为由于吸收型偏振器4的吸收损耗很小，并且因为被胆甾型液晶层1反射的光被反射层9反转到光导板的下表面一侧，而且再入射到胆甾型液晶层1上透过胆甾型液晶层1，以致于光利用率可以通过反射光的使用而改进。

在偏振元件的实际应用中，可以把一种、两种或更多种适合的光学层结合到偏振元件中，以用于在组装液晶显示装置等中提高效率。如上所述地在背侧(与可视面相对)上设置的吸收型偏振器就是光学层的一个实例。而且，可以根据补偿液晶单元导致的延迟的需要提供相位延迟器等，以便改善观察特性。

光学补偿相延迟器可以设置在吸收型偏振器4等的光透射侧。根据背景技术可以获得适当的相延迟器。适当的相延迟器可以按照与四分之一波片相似的方式形成。即，适当的相延迟器的实例包括：由任何种类的聚合物制成的拉制膜构成的的双折射膜；液晶聚合物如DISCOTIC聚合物或向列相聚合物的准直膜；通过把准直的液晶层制成在薄膜基材而得到的薄膜，等等。在把准直的液晶层制成在薄膜基材而得到薄膜的情况下，各向同性特性表现出色的材料如纤维素薄膜优选用作片基材料。

顺便说一句，用于形成双折射膜的聚合物可以是在描述形成透明保护层的聚合物时举例的适合的聚合物。特别是，结晶性表现出色的聚合物如聚酯、聚合物或聚醚-醚-酮聚合物可以优选使用。拉制的薄膜可以通过适当的方法如单轴拉制、双轴拉制等方法形成。双折射膜可以是这样一种薄膜，在薄膜厚度方向上的折射率通过粘附到热缩薄膜时提供收缩力或/和伸展力的***控制。光学补偿相延迟可以通过层叠两个或更多延迟层构成，目的是控制光学特性例如延迟或其他特性。

如上所述，当形成液晶显示装置时，在面光源等发出的照明光入射到起始的液晶单元的侧面上设置片状元件。液晶显示装置可以根据背景技术形成，除实用根据本发明的偏振元件外，没有任何特殊限制。

因此，可以用任何合适的液晶单元形成液晶显示装置。例如，可以用适合类型的液晶单元如由薄膜晶体管型液晶单元代表的有源矩阵驱动型液晶单元、由TN型或STN型液晶单元代表的无源矩阵驱动型液晶单元、配置有滤光片的液晶单元等可以用于形成各种液晶显示装置。

在液晶显示装置中，可以在一个适当的位置或多个适当的位置设置一层或两层或更多层合适的部件，如由棱镜片或透镜片组成的聚光镜，一个散光片，背光，等等。顺便说一句，可以把作为聚光片的棱镜片设置成两层或多层的叠置。在这种情况下，从改进观察特性的观点或类似的观点看，设置两层或多层，以便使上层和下层中的棱镜的脊线彼此交叉。

实例

实例1

把具有45旋转角的旋光膜通过一个丙烯酸粘结层粘结到亮度改进膜的四分之一波片上(Nitto Electric Industrial Co.，Ltd制造的PCF350)。亮度改进的薄膜由胆甾型液晶层和四分之一波片的叠层构成。吸收型偏振器(Nitto Electric Industrial Co.，Ltd制造的SEG1425ADU)通过一个丙烯酸粘和层接合到旋光膜上，使得吸收型偏振器的偏振轴对于从亮度改进的薄膜出射而产生的线性偏振光的偏振面以45度角倾斜从而制成光学元件。

顺便说一句，旋光膜的厚度为6μm并且制备如下。由丙烯酸向列液晶单体和做为光学活性单体的丙烯酸手性试剂的组合构成的聚合物溶液在设置于玻璃板上的摩擦过的聚乙烯乙醇薄膜上生成薄膜。对聚合物溶液在160℃下烘干两分钟。从摩擦薄膜上剥离/收集由此获得的旋光膜。

实例2

除了采用光旋转角为135度的18μm厚的旋光膜以外，按照与例1相同的方式获得一个偏振元件。

比较实例

除了不设置旋光膜以外，按照与例1相同的方式获得一个叠层。

评价测试

对在实例1、实例2和比较实例中得到的偏振元件或叠层测量在正面方向的外观特性、在斜观察方向的外观特性以及之间的色度变化量。在偏振器设置在照明器光出射侧、以致于轴向角度调节到一个显示最大亮度的值的情况下，通过下面的表达式来计算色度的改变量：

色度改变的数量＝√{(X₀-X₅₀)²+(Y₀-Y₅₀)

其中，(X₀，Y₀)是在正面(垂直)方向上的色度坐标，而(X₅₀，Y₅₀)是在50度角的斜观察方向的色度坐标。

测量结果示于下表。顺便说一句，倾斜视角是基于与吸收型偏振器成50度角的方向。

	正面方向	倾斜观察方向	色度改变	总的评价
					实例1	白	白	0.002	好
实例2	白	白	0.001	好
					比较实例	白	兰	0.014	差

从上述的结果很明显地发现，例1中和例2中斜观察时在吸收型偏振器的偏振轴方向的着色被抑制，而这种着色在比较例中发生。

工业实用性

根据上述的偏振元件，通过胆甾型液晶层和四分之一波片的组合线性起偏的偏振面可以通过旋光层旋转。由此控制旋转的角度，使得可以给吸收型偏振器提供线性偏振光，线性偏振光的偏振面与吸收型偏振器的偏振轴良好地重合。由此可以避免吸收损耗，获得亮度的改善。另外，还可以在正面方向实现良好的观察特性。而且，由于斜视的光轴位移可以被抑制，使得可以在所视的斜视方位角上均匀地抑制着色。因此，可以获得显示质量优良的液晶显示装置。

Claims (9)

1.一种偏振元件，包括：胆甾型液晶层，四分之一波片和旋光层，所述的四分之一波片设置在所述的胆甾型液晶层和所述旋光层之间，所述旋光层邻近所述四分之一波片；在所述四分之一波片侧表面中的所述旋光层的主轴或次轴平行于由所述胆甾型液晶层和所述四分之一波片组合起线性偏振光的偏振面。

2.根据权利要求1的偏振元件，其特征在于，还包括设置在所述旋光层上面的吸收型偏振器，在所述旋光层的每个相对表面中的所述旋光层主轴或次轴与所述吸收型偏振器的偏振轴平行。

3.根据权利要求1或2的偏振元件，其特征在于所述的旋光层由聚合物制成，其中，聚合物包括作为组份的一种向列液晶单体和一种光学活性单体。

4.根据权利要求1或2的偏振元件，其特征在于所述的旋光层显示出满足下列表达式的旋转角度：

             (2n+1)π/4，其中，n是整数。

5.根据权利要求3的偏振元件，其特征在于，所述旋光层显示出满足下列表达式的旋转角度：

             (2n+1)π/4，其中，n是整数。

6.一种液晶显示装置，包括：如权利要求1或2的偏振元件和液晶单元，所述的偏振元件设置在所述液晶单元的背面，即与可视面相对。

7.一种液晶显示装置，包括：如权利要求3的偏振元件和液晶单元，所述的偏振元件设置在所述液晶单元的背面，即与可视面相对。

8.一种液晶显示装置，包括：如权利要求4的偏振元件和液晶单元，所述的偏振元件设置在所述的液晶单元的背面，即与可视面相对。

9.一种液晶显示装置，包括：如权利要求5的偏振元件和液晶单元，所述的偏振元件设置在所述的液晶单元的背面，即与可视面相对。

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