CN215180980U

CN215180980U - 一种复合薄膜偏光片以及包括其的显示器件

Info

Publication number: CN215180980U
Application number: CN202121329665.9U
Authority: CN
Inventors: 邓树端; 郑文俊; 高艺洋; 钟建文; 郭海成
Original assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Current assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2031-06-15

Abstract

本实用新型提供了一种复合薄膜偏光片，所述复合薄膜偏光片包括基材；第一偏光层，位于所述基材之上；以及第二偏光层，其作为反射抑制层，位于所述第一偏光层之上；其中，所述第一偏光层具有比所述第二偏光层更高的二向色比，并且所述第一偏光层的吸收轴平行于所述第二偏光层的吸收轴。本实用新型在具有高二向色比的第一偏光层上形成具有低二向色比的第二偏光层作为反射抑制层，通过使第一偏光层的吸收轴平行于第二偏光层的吸收轴，使得第二偏光层可以有效地吸收反射光，从而最大程度地减少第一偏光层的反射。此外，本实用新型还提供了一种显示器件，所述显示器件包括本实用新型第一方面的复合薄膜偏光片。

Description

一种复合薄膜偏光片以及包括其的显示器件

技术领域

本实用新型涉及显示器件领域，具体地，涉及一种复合薄膜偏光片以及包括该复合薄膜偏光片的显示器件。

背景技术

偏光片是指一种从非偏振光(例如自然光)中提取具有特定振动方向的直线偏振光的光学器件，其作用是使自然光变成线偏振光，是当前液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器的必要组成部分。在标准的液晶显示器中，有两片偏光片，其中一片偏光片在液晶层下面，背光源的前面，另一个偏光片在液晶层的顶部，朝向观察者。对于OLED显示器，顶部有一块圆偏光片以抑制环境反射，从而增强OLED显示器在环境光下的对比度。

最常见的薄膜式偏光片仍是上世纪已发明的所谓的H膜，它由掺有吸收剂(例如碘或二向色性染料)的拉伸聚乙烯醇(PVA)聚合物膜制成。碘型偏光片具有优异的光学性能和相对较低的成本。但是，由于必须将PVA膜夹在三乙酰纤维素(TAC)膜层之间，以实现稳定的机械和光学性能，因此总厚度受限不能造得非常薄，这就使得它们不适用于in-cell或柔性应用。

为了制造薄且柔性的偏光片，研究人员提出了各种薄膜偏光片制造技术。一种尝试是二向色性宾主型偏光片，其中包括以定向的可聚合液晶主体和经取向的二向色性宾客。宾主型偏光片具有与宾主型LCD相同的原理，宾主型LCD由掺杂到向列型液晶中的二向色性染料组成。这种LCD不需要偏光片即可工作。然而，由于染料在液晶中的溶解度有限以及主体液晶的相对较低有序度，最大二向色比通常低于10。美国专利5,738,918描述了一种偏光片，其中包括液晶聚酯和二向色性材料。然而，其过低的二向色比限制了其在当今高性能显示器中的应用。为了获得更高的二向色比，Lub等人在美国专利7,763,330B2中提出了一种二向色性宾主型偏光片，该偏光片利用处于高度有序的近晶相中的液晶聚合物作为主体。

薄膜偏光片的另一种类型涉及溶致液晶的应用。在美国专利6,049,428中，有机染料在溶剂中以溶致液晶态存在。这些有机染料在溶剂蒸发时会自动排列。这种偏光片具有均匀性较差和机械强度较弱的问题。

还有另一种类型的薄膜偏光片，它依赖于可以光取向的二向色性材料(美国专利7,070,913B2)。一种二向色性材料首先在基材上形成薄涂层，然后用偏振光照射二向色性材料，形成具有明显吸收轴的偏光涂层，进行该层的聚合以稳定二向色性材料的取向。该光取向偏光膜不需要额外的取向层来确定其偏振轴。

假使需要将偏光片放在一种电子显示器例如LCD或OLED的外层，如果偏光片的表面具有高反射率，则会牺牲显示对比度。为了减少表面反射，通常的做法是添加抗反射(AR)膜。有效的增透膜可能涉及一层或多层具有精确定义的折射率和层厚的介电材料。对于较大面积的卷对卷偏光膜生产工艺，这可能是一个很大的挑战。涂覆过程还要求对偏光材料无害，以使其可以保持其偏振性质不变。另外，介电多层膜通过光的多重干涉原理来减少反射，获得宽带解决方案并不容易。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种具有低反射率的复合薄膜偏光片以及包括该复合薄膜偏光片的显示器件。基于该复合薄膜偏光片可以显著地降低复合薄膜偏光片的反射率，提高显示器件的对比度。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种复合薄膜偏光片，所述复合薄膜偏光片包括：基材；第一偏光层，位于所述基材之上；以及第二偏光层，其作为反射抑制层，位于所述第一偏光层之上；其中，所述第一偏光层具有比所述第二偏光层更高的二向色比，并且所述第一偏光层的吸收轴平行于所述第二偏光层的吸收轴。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供了一种显示器件，所述显示器件包括本实用新型第一方面的复合薄膜偏光片。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种复合薄膜偏光片，其在具有高二向色比的第一偏光层上形成具有低二向色比的第二偏光层作为反射抑制层，通过使第一偏光层的吸收轴平行于第二偏光层的吸收轴，使得第二偏光层可以有效地吸收反射光，从而最大程度地减少第一偏光层的反射。由于高反射仅沿着吸收轴发生，因此本实用新型提供的复合薄膜偏光片使得高二向色比的第一偏光层的高反射被低二向色比的第二偏光层吸收，从而获得具有较高的二向色比、同时又具有较低反射的复合薄膜偏光片。相比于传统的仅具有一层偏光层的普通偏光片，本实用新型提供的复合薄膜偏光片解决了高表面反射的问题。

此外，本实用新型通过在基材和第一偏光层之间形成第三偏光层作为反射抑制层来使得复合薄膜偏光片的前后都具有反射抑制层，从而将其应用于环境光可能来自顶部和底部方向的应用中。

此外，本实用新型通过在基材和第一偏光层之间形成相位补偿层，可以形成圆偏光片，其作为对比度增强片可以应用于OLED显示器上，也可以应用到3D电影院或显示屏中。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方案。

图1示意性地示出了在基材上形成的第一偏光层和第二偏光层的双层结构，其中，10代表第一偏光层，20代表作为反射抑制层的第二偏光层。

图2示意性地示出了仅具有第一偏光层的单层结构与具有第一偏光层和作为反射抑制层的第二偏光层的双层结构对入射光的反射的影响，其中，10代表第一偏光层，20代表作为反射抑制层的第二偏光层。

图3示意性地示出了具有第一偏光层和作为反射抑制层的第二偏光层的双层结构仅吸收一种线性偏振的光并且允许正交偏振的光透过。

图4示意性地示出了在基材上形成的第一偏光层、第二偏光层和第三偏光层的三层结构，其中，10代表第一偏光层，20代表作为反射抑制层的第二偏光层，60代表作为反射抑制层的第三偏光层。

图5示意性地示出了在基材上形成的第一偏光层、第二偏光层和相位补偿层的三层结构，其中，10代表第一偏光层，20代表作为反射抑制层的第二偏光层，50代表相位补偿层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的实施方案和附图，对本实用新型进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方案仅仅是本实用新型的一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本实用新型中的实施方案，本领域普通技术人员可以获得的所有其他实施方案，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中的所有术语和短语应根据本领域技术人员所理解的其通常含义进行解释。如无特别说明，本实用新型中所提及的术语具有相同的含义。在本实用新型中，仅对首次提及的术语、所使用的材料以及材料所具有的性质等进行详细地描述，如无特别说明，当在本实用新型中再次提及时，所述术语的含义、所使用的材料的种类、所述材料的性质等均与首次提及时相同，因此不再进行赘述。

偏光片是许多光学和显示器件中必不可少的组件，其广泛应用于有机发光二极管(OLED)显示器、液晶屏(LCD)、护目镜、太阳镜和摄影设备等装置。反射率是物体反射的辐射能量占总辐射能量的百分比。用于显示器表面的偏光片不应该有高的反射率，这会严重影响显示器在环境光下的对比度。对于一些新型的薄膜偏光片技术，由于材料的关系，却带有不利的高的反射率。基于此，本实用新型的目的在于提供一种具有低反射率的复合薄膜偏光片。

进一步观察到，来自薄膜偏光片的反射是偏振态相关的。沿吸收轴的偏振光反射比沿透射轴的偏振光反射高得多。这一事实提示，除了使用中性密度滤光片来减少反射之外，还可以使用一种选择性光吸收物来抑制环境反射，同时让来自显示器的透射光通过。因此，低反射偏光片可以包括多于一层的偏光材料，其中每个偏光层具有不同的功能。然而，常规的薄膜偏光片仅具有一个偏光层，其功能是吸收在一个空间方向上振荡的光并且让在正交方向上振荡的光通过。

因此，根据本实用新型的第一方面，提供了一种复合薄膜偏光片，所述复合薄膜偏光片包括：基材；第一偏光层，位于所述基材之上；以及第二偏光层，其作为反射抑制层，位于所述第一偏光层之上；其中，所述第一偏光层具有比所述第二偏光层更高的二向色比，并且所述第一偏光层的吸收轴平行于所述第二偏光层的吸收轴。

如本领域技术人员所理解的，“薄膜”指一种薄而软的透明薄片。薄膜科学上的解释为：由原子、分子或离子沉积在基材表面形成的2维材料，例如，光学薄膜、复合薄膜、超导薄膜、聚酯薄膜、尼龙薄膜、塑料薄膜等等。薄膜材料是指厚度介于单原子到几毫米间的薄金属或有机物层，其被广泛用于电子电器、机械、印刷等行业。

因此，在本实用新型中，“薄膜偏光片”是厚度介于单原子到几毫米之间的偏光片。

如本领域技术人员所理解的，“基材”是指对涂布于其之上的其他物质例如本实用新型涉及的偶氮染料起支撑作用的材料。在本实用新型中，所使用的“基材”可以为例如玻璃、塑料等。当然，也可以使用本领域技术人员已知的可用作偏光片的基材的其他材料，只要能够实现本实用新型目的即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在本实用新型中，在基材上形成第一偏光层和作为反射抑制层的第二偏光层，由于所述第一偏光层在吸收轴方向具有较大的表面反射，因此通过使所述第二偏光层的吸收轴平行于所述第一偏光层的吸收轴，使得第二偏光层可以有效地吸收反射光，从而最大程度地减少第一偏光层的反射。

如本领域技术人员所理解的，“二向色比”是指已取向的二向色性材料在平行和垂直方向上的吸收系数之比，其中，“垂直方向”和“平行方向”是相对于偶氮染料分子长轴的取向而定义的，二向色比越高，它作为偏光材料的作用就越好。在本实用新型中，第一偏光层具有比第二偏光层更高的二向色比，同时也具有更大的表面反射。

如本领域技术人员所理解的，“吸收轴”是指垂直于与该轴的光可以通过，平行于该轴的光基本通不过。偏光片的吸收轴是指在偏光片中在这个轴平行位置的光线绝大部分会被吸收掉，而垂直方向的光线则可以穿过去。偶氮染料分子的主吸收轴大约沿着其分子长轴。

图1示意性地示出了在基材上形成的第一偏光层和第二偏光层的双层结构，其中，10代表第一偏光层，20代表作为反射抑制层的第二偏光层。第一偏光层10和第二偏光层20的吸收轴都在相同的水平方向上。

图2示意性地示出了仅具有第一偏光层的单层结构与具有第一偏光层和作为反射抑制层的第二偏光层的双层结构对入射光的反射的影响，其中，10代表第一偏光层，20代表作为反射抑制层的第二偏光层。在仅具有第一偏光层10的单层结构中，当环境光30从第一偏光层10的顶部入射时，第一偏光片层沿着具有平行于吸收轴偏振的入射光30产生高反射40，反射率较高，这是不利的。在具有第一偏光层和第二偏光层的双层结构中，第二偏光层20是反射抑制层，当环境光30从第二偏光层的顶部入射时，由于来自第一偏光层的反射沿吸收轴要高得多，因此，在第二偏光层20的吸收轴平行于第一偏光层10的吸收轴时，作为反射抑制层的第二偏光层20可以有效地吸收反射光40，从而最大程度地减少反射。

在本实用新型中，第一偏光层是由偏光材料制得的。如本领域技术人员所理解的，“偏光材料”是指具有相对较高的二向色比的二向色材料。如本领域技术人员所理解的，“二向色性材料”是指其中以不同偏振态传播的光会经历不同吸收系数的材料。在一个实施方案中，第一偏光层的材料为偶氮染料。在一个具体的实施方案中，第一偏光层是由具有化学式(1)的偶氮染料AD1制得的：

当然，也可以使用本领域技术人员已知的可用作第一偏光层的其他材料，只要能够实现本实用新型目的即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在本实用新型中，第二偏光层也是由二向色性染料制得的，此二向色性染料相比于第一偏光层的偏光材料具有较低的二向色性比。在一个具体的实施方案中，第二偏光层是由来自Colour Synthesis Solutions公司的DDBLM-10制得的。当然，也可以使用本领域技术人员已知的可用作第二偏光层的其他材料(例如Mitsui S428 black dye)，只要能够实现本实用新型目的即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

发明人发现，一般宾主型液晶盒使用的二向色性染料没有高反射，因此可以作为低反射率的第二偏光层而发挥作用。因此，在一些实施方案中，使用一般液晶盒使用的二向色性染料偏光片材料制备第二偏光层。

在一些实施方案中，本实用新型的复合薄膜偏光片还包括第三偏光层，其作为反射抑制层，位于所述基材和所述第一偏光层之间；其中，所述第三偏光层具有比所述第一偏光层更低的二向色比，并且所述第三偏光层的吸收轴平行于所述第一偏光层的吸收轴。这种具有三层结构的复合薄膜偏光片由于前后都具有反射抑制层，因此非常适合于环境光可能来自顶部和底部方向的应用。

第三偏光层60和第二偏光层20均是作为反射抑制层，因此，可以使用具有类似性质的相同或不同材料来分别形成第三偏光层60和第二偏光层20，只要满足第三偏光层60和第二偏光层20具有比第一偏光层10更低的反射率，并且第三偏光层60和第二偏光层20的吸收轴平行于第一偏光层10的吸收轴这样的要求即可。

在本实用新型中，第三偏光层也是由二向色性染料制得的，此二向色性染料相比于第一偏光层的偏光材料具有较低的二向色性比。在一个具体的实施方案中，第三偏光层是由来自Colour Synthesis Solutions公司的DDBLM-10制得的。当然，也可以使用本领域技术人员已知的可用作第三偏光层的其他材料(例如Mitsui S428 black dye)，只要能够实现本实用新型目的即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在一些实施方案中，使用一般液晶盒使用的二向色性染料偏光片材料制备第三偏光层。

本实用新型通过采用具有较低二向色比的第二偏光层和/或第三偏光层，以及具有较高二向色比的第一偏光层。这种结构的复合薄膜偏光片的总二向色比会介于第一偏光层、第二偏光层和第三偏光层的二向色比之间。在一些实施方案中，第一偏光层、第二偏光层和/或第三偏光层的二向色比会影响复合薄膜偏光片的最终光学性能表现，例如偏光效率和单片透射率。

复合薄膜偏光片的二向色比可以用以下算式进行简单的估算：

其中，DR₁、DR₂和DR₁₂分别是第一偏光层、第二偏光层和复合偏光层的二向色比；h、k是常数，而h<1。大量的实验结果显示,本实用新型提供的复合薄膜偏光片的DR会介于DR₁和DR₂之间。

偏光材料的光学性能,主要指偏光效率(PE)和单片透射率(T_sp)，其与二向色比(DR)和层厚(d)有如下关系:

且

其中α₁与α₂分别是偏光材料在吸收轴和正交轴的吸收系数，d是层厚；T₁与T₂是吸收轴和正交轴的透过率，T_sp和PE是单片透射率和偏光效率。

一般规律是d越大，T_sp越小，PE越大。由于理想情况是T_sp和PE都要大，所以d要适中,过大过小都不可以。DR是二向色比，足够大的二向色比有利于同时获得较大的PE和T_sp。

在一些实施方案中，第一偏光层、第二偏光层以及第三偏光层各自包含两层或者更多层的内部结构。为了凸出本实用新型的特征功能的结构，在此未明确示出上述内部结构。

在一些实施方案中，本实用新型的复合薄膜偏光片包括基材；第一偏光层，位于所述基材之上；第二偏光层，其作为反射抑制层，位于所述第一偏光层之上；以及相位补偿层，位于所述基材和所述第一偏光层之间，其中，所述第一偏光层具有比所述第二偏光层更高的二向色比，并且所述第一偏光层的吸收轴平行于所述第二偏光层的吸收轴。在这种复合薄膜偏光片中，如果相位补偿层起到四分之一波膜的作用并以正确定向涂布，则此完整结构就是圆偏光片。这种圆偏光片可以作为对比度增强片应用于OLED显示器上。原则上，它也可以应用到3D电影院或显示屏中。

在一些实施方案中，相位补偿层的材料是由液晶单体例如具有化学式(2)的RM257制得的：

当然，也可以使用本领域技术人员已知的可用作相位补偿层的其他材料(例如来自DIC的UCL-P100)，只要能够实现本实用新型目的即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在一些实施方案中，第一偏光层、第二偏光层以及相位补偿层各自包含两层或者更多层的内部结构。为了凸出本实用新型的特征功能的结构，在此未明确示出上述内部结构。

在一些实施方案中，复合薄膜偏光片还包括辅助层。辅助层可以为例如取向层、粘合层和保护层中的一种、两种或者三种。为了凸出本实用新型的特征功能的结构，在此未明确示出上述辅助层。

在偏光片领域中，本实用新型第一方面的复合薄膜偏光片可以用于显示应用中。因此，根据本实用新型的第二方面，提供了一种显示器件，其中，所述显示器件包括本实用新型第一方面所述的复合薄膜偏光片。在一些实施方案中，所述显示器件为柔性或者可折叠显示器件。在一些实施方案中，所述显示器件为液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)显示器。

实施例

下面结合实施例对本实用新型进行更为具体和详细的描述。需要注意，在本实用新型中未明确记载的方法/实验步骤均可以通过本领域的常规方法/实验步骤来进行，同时可以参考相应的实验工具书。

实施例1：具有第一偏光层和第二偏光层的双层结构的复合薄膜偏光片

此实施例为一种两层结构的复合薄膜偏光片,结构如图1所示。已知具有化学式(1)的偶氮染料AD1可以用作一种能光取向的高二向色性偏光层的基础材料。但是，由这种材料制作出的偏光层在吸收轴方向上也具有高的反射率。在此，实施例1将AD1偏光材料作为基材上的第一偏光层。第二偏光层则由已商品化的二向色性染料制成，例如来自ColourSynthesis Solutions公司的黑色染料DDBLM-10。此种黑色染料可以通过一种液晶聚合物例如Merck公司的RM257进行取向。最终产品是包括两个偏光层的结构,两层的吸收轴在相同水平方向，如图1所示。同样图2和图3也示意性地示出此结构把来自环境(顶部)的反射光最小化，并允许来自底部的透射光通过。

实施例2：具有第一偏光层、第二偏光层和第三偏光层的三层结构的复合薄膜偏光片

实施例2为一种三层结构的复合薄膜偏光片,结构如图4所示。在此实施例中，首先在基材上形成实施例1中的低二向色比的反射抑制层作为第三偏光层，然后以与实施例1中所述相同的方式形成高二向色比的第一偏光层和另一个低二向色比的反射抑制层作为第二偏光层。结果形成如图4所示的三层结构的复合薄膜偏光片。这个顶部和底部都具有反射抑制层的偏光片非常适合于环境光可能来自顶部和底部方向的应用。

实施例3：具有第一偏光层、第二偏光层和相位补偿层的三层结构的复合薄膜偏光片

实施例3为一种三层结构的复合薄膜偏光片,结构如图5所示。在此实施例中，首先在基材上形成可涂布的一层或多层相位补偿层或相位差膜。相位补偿层可以由Merck公司的RM 257等液晶聚合物形成，并可以由光取向膜来取向。然后，如实施例1所述，依次形成高二向色比偏光层作为第一偏光层和低二向色比的反射抑制层作为第二偏光层。结果，形成了添加了相位补偿层的复合薄膜偏光片，如图5所示。如果相位补偿层起到四分之一波膜的作用并以正确定向涂布，则此完整结构就是圆偏光片。这种圆偏光片可以作为对比度增强片应用于OLED显示器上。原则上，它也可以应用于3D电影院或显示屏中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种复合薄膜偏光片，其特征在于，所述复合薄膜偏光片包括：

基材；

第一偏光层，位于所述基材之上；以及

第二偏光层，其作为反射抑制层，位于所述第一偏光层之上；

其中，所述第一偏光层具有比所述第二偏光层更高的二向色比，并且所述第一偏光层的吸收轴平行于所述第二偏光层的吸收轴。

2.根据权利要求1所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述复合薄膜偏光片还包括：

第三偏光层，其作为反射抑制层，位于所述基材和所述第一偏光层之间；

其中，所述第三偏光层具有比所述第一偏光层更低的二向色比，并且所述第三偏光层的吸收轴平行于所述第一偏光层的吸收轴。

3.根据权利要求2所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述第一偏光层、所述第二偏光层以及所述第三偏光层各自包含两层或者更多层的内部结构。

4.根据权利要求1所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述复合薄膜偏光片还包括：

相位补偿层，位于所述基材和所述第一偏光层之间。

5.根据权利要求4所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述第一偏光层、所述第二偏光层以及所述相位补偿层各自包含两层或者更多层的内部结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述第一偏光层是由具有化学式(1)的偶氮染料AD1制得的：

7.根据权利要求1-5任一项所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述第二偏光层是由来自Colour Synthesis Solutions公司的DDBLM-10制得的。

8.根据权利要求2-3任一项所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述第三偏光层是由来自Colour Synthesis Solutions公司的DDBLM-10制得的。

9.根据权利要求4-5任一项所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述相位补偿层是由具有化学式(2)的RM257制得的：

10.根据权利要求1-5任一项所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述复合薄膜偏光片还包括辅助层。

11.根据权利要求10所述的复合薄膜偏光片，其特征在于，所述辅助层为取向层、粘合层和保护层中的一种、两种或者三种。

12.一种显示器件，其特征在于，所述显示器件包括权利要求1-11中任一项所述的复合薄膜偏光片。

13.根据权利要求12所述的显示器件，其特征在于，所述显示器件为柔性或可折叠显示器件。

14.根据权利要求12或13所述的显示器件，其特征在于，所述显示器件为液晶显示器或有机发光二极管显示器。