CN101490588A - 背光模组以及包括该模组的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明总体涉及用于显示器设备的背光模组以及包括该模组的液晶显示器，更具体而言，涉及用于产生具有单一偏振态的光的背光模组。本发明提供一种背光模组，包括一个光学共振腔，其用于反射和去偏振入射到所述光学共振腔前表面的光，以及一个包含多个层的多层偏振片。所述多层偏振片朝向光学共振腔的前表面，并且其多个层被安装为以下方式，即在可见光波长范围的至少一个预定的波长子范围内，所述多层偏振片基本透射与该多层偏振片的透射轴基本平行的偏振光，并基本反射基本正交偏振的光。所述层中的至少一个包括杆状超分子，其在层中形成至少部分三维结构。本发明还提供一种液晶显示器，包括一个液晶盒、一个前偏振片以及一个根据本发明第一方面的背光模组。所述背光模组的多层偏振片朝向后显示面板并用作液晶显示器的后偏振片。

Description

背光模组以及包括该模组的液晶显示器
技术领域
本发明总体涉及用于显示器设备的背光模组和包括该模组的液晶显示器。
背景技术
平板显示器由于其厚度小、重量轻和功率消耗低的特点，越来越多地被用作便携式设备的显示器。在各种类型的平板显示器中，液晶显示器(LCD)设备因其较高的分辨率、彩色图像和显示质量而被最广泛地应用于便携式计算机和台式终端机中。
LCD设备利用液晶分子的光学各向异性和偏振特性产生预定图像。液晶分子有一定的取向，这取决于它们的特殊性能。这种取向可通过沿液晶分子的轴施加的电场进行改变。换言之，沿分子轴施加电场可改变液晶分子的取向。由于光学各向异性，入射光根据液晶分子的取向被折射。
LCD设备包括带电极的上基板(upper substrate)和下基板(lowersubstrate)，其被分开放置并且彼此相向，并在这些基板之间容纳有一层液晶物质。当借助于安装在每个基板上的电极向液晶层施加电压时，液晶分子的排列方向根据所施加的电压而改变，从而显示所期望的图像。通过控制所施加的电压，可提供LCD设备中光束的可变透射从而显示数据图像。
LCD设备自身不能发射光，而仅能控制入射光的透射。因此，每个LCD设备都需要一个附加光源。特别地，LCD设备常使用背光模组形式的光源。根据一个灯(或多个灯)的布置，背光模组分为“直接背光”(或简称“直接”)型和“边缘背光”(或简称“边缘”)型。当直接型背光模组用于液晶显示器设备时，由灯所发射的光束被直接入射到LCD显示面板(panel)。当使用边缘型背光模组时，由灯所发射的光束通过光导向装置(light guide)或反射体输入LCD显示面板。光导向装置由依靠完全内反射沿其长度方向透射光的光透明材料组成。最后，光束从光导向装置的后表面以一定角度反射向前表面，使其从光导向装置的前部边缘逸出。各种反射装置被用来将从光导向装置中出来的光均匀分布在显示面板上，包括反射点、沟槽、小面等。
使用诸如荧光灯的非平行光源的背光模组通常包括至少两个反射体。灯共振腔反射体(lamp cavity reflector)被用于将以一定方向发射自光导向装置的光反射回该光导向装置。这种反射体可以是镜面反射式或漫射式的，尽管最常使用的是镜面反射式反射体。
光导向装置的后表面附近提供有第二反射体，用于反射来自该光导向装置后表面的光，并将其引导向该光导向装置的前表面，在此其可被透射给观看者(到LCD设备)。
在灯共振腔中和在光导向装置后表面使用的传统反射体的主要缺点是入射光的光吸收率和透射率相对较高。通常的反射体吸收或透射大约4到15％的入射光。这部分光显然不能提供给观看者；因此吸收和/或透射导致背光模组性能的降低。
随着信息技术时代的到来，对高品质LCD的需求不断增加。高品质成像要求更加高效地利用光源所发射的照射光。通常，为从LCD背光模组获得单偏振光束输出，在LCD设备和背光模组之间安装偏振片以抑制不希望偏振的光束通过。实际上，所得具有单偏振态的光束的强度低于最初光束照明强度的一半。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种背光模组，包括一个光学共振腔以及一个多层偏振片，所述光学共振腔反射和去偏振入射到所述光学共振腔前表面的光。所述多层偏振片包括多个层。所述多层偏振片朝向光学共振腔的前表面，并且其多个层被安装为以下方式，即在可见光波长范围的至少一个预定的波长子范围内，所述多层偏振片基本透射与该多层偏振片的透射轴基本平行的偏振光，并基本反射基本正交偏振的光。所述层中的至少一个包括杆状超分子，其在层中形成至少部分三维结构。
在第二方面，本发明提供一种液晶显示器，包括一个液晶盒(cell)、一个前偏振片和一个根据本发明第一方面的背光模组。所述液晶盒包括一个含有功能层的前显示面板、一个液晶层、以及一个含有功能层的后显示面板。所述前偏振片朝向前显示面板。背光模组的多层偏振片朝向后显示面板并用作液晶显示器的后偏振片。
现已对本发明进行了概述，可通过参考具体的优选实施方案获得对本发明的更进一步理解，具体优选实施方案在这里仅为了示例性目的给出，而不意在限制所附权利要求的范围。
本发明提供一种背光模组，包括一个光学共振腔和一个多层偏振片，所述光学共振腔反射并去偏振入射到该光学共振腔前表面的光。所述多层偏振片包含多个层。其朝向光学共振腔的前表面，并且其多个层被安装为以下方式，即在可见光波长范围的至少一个预定的波长子范围内，所述多层偏振片基本透射与该多层偏振片的透射轴基本平行的偏振光，并基本反射基本正交偏振的光。所述层中的至少一个包括杆状超分子，其在层中形成至少部分三维结构。
该超分子是一种平面
Figure A200780020926D0022152451QIETU
-共轭分子的堆叠缔合体，缔合分子的数量由诸如温度、压力、添加剂等形成条件限定，而并非由分子结构或官能团的组成精确控制。
在本发明的一个优选实施方案中，该杆状超分子包括至少一种具有共轭
Figure A200780020926D0022152451QIETU
体系和能够在所述超分子之间形成非共价键的官能团的多环有机化合物。一个分子的官能团以下述方式设计，即它们可彼此相互作用形成堆层内部的非共价键，形成完全饱和的非共价键三维网络。该多个层可仅在可见光波长的部分范围内对于电磁辐射是透明的，而非在整个范围内，并且该部分所述波长范围将被称为子范围。对于每个带共轭
Figure A200780020926D0022152451QIETU
体系和官能团的多环有机化合物，可通过实验确定该子范围。
在本发明的另一优选实施方案中，至少一种所述有机化合物是杂环的。在本发明的再一优选实施方案中，所述层中的至少一个是不溶于水的。一个分子中官能团的组合被设计为使非共价键网络能够抑制作为超分子的一部分的分子晶体结构的三维结构内包含水。
在本发明的另一优选实施方案中，所述层中的至少一个是光学双轴的。在本发明的另一优选实施方案中，杆状超分子被定向为基本平行于或垂直于所述光学共振腔的前表面。在本发明的再一优选实施方案中，至少一个所述非共价键是H键。在本发明的又一优选实施方案中，至少一个所述非共价键是配位键。
在所述背光模组的一个实施方案中，有机化合物具有通式I的结构
Figure A200780020926D00231
其中Het是至少部分共轭的基本为平面的杂环分子体系；X是羧基-COOH；m是0、1、2、3或4；Y是磺基-SO3H；n是0、1、2、3或4；Z是羧酰胺基团；p是0、1、2、3或4；Q是磺酰胺基团；v是0、1、2、3或4；K是平衡离子；s是提供分子中性状态的平衡离子的个数；R是选自CH3、C2H5、NO2、Cl、Br、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、NH2和NHCOCH3的取代基；w是0、1、2、3或4；并且如果整数m等于0，那么n和p都不等于零，并且如果整数n等于0，那么整数m等于或大于1。优选地，K选自以下离子：H+、NH4 +、Na+、K+、Li+、Ba++、Ca++、Mg++、Sr++、Zn++。一价平衡离子(H+、NH4 +、Na+、K+、Li+)被用于提供有机化合物的电中性。多价平衡离子(Ba++、Ca++、Mg++、Sr++、Zn++)被用于稳定有机化合物并提供其不溶性。
在所述背光模组的一个实施方案中，Het在可见光谱范围内基本透明。在本发明中，假定可见光谱范围有约等于400nm的下限和约等于700nm的上限。表1示出了至少部分共轭的杂环分子系统，但并不限于表中所给出的示例性结构通式II-XL II：
表1.在可见光谱范围内基本透明的 至少部分共轭的基本为平面的杂环分子体系(Het)
Figure A200780020926D00241
Figure A200780020926D00251
Figure A200780020926D00261
Figure A200780020926D00271
Figure A200780020926D00281
Figure A200780020926D00291
在所公开背光模组的一个优选实施方案中，该有机化合物是一种苊并喹喔啉(acenaphthoquinoxaline)衍生物。包含至少一个羧基(其中m等于1、2、3或4)并具有相应于结构1-7的结构通式的苊并喹喔啉磺酰胺衍生物的实例如表2所示。
表2.包含羧基的苊并喹喔啉磺酰胺衍生物的实例
Figure A200780020926D00292
Figure A200780020926D00301
在所公开背光模组的另一实施方案中，有机化合物包括至少一个磺基，其中n等于1、2、3或4。含一个或两个磺基并具有相应于结构8-19的结构通式的苊并喹喔啉磺酰胺衍生物的实例列于表3。
表3.包含磺基的苊并喹喔啉磺酰胺衍生物的实例
Figure A200780020926D00302
Figure A200780020926D00311
Figure A200780020926D00321
在所述背光模组的另一优选实施方案中，有机化合物是6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物。所述衍生物可包括至少一个羧基或者至少一个酰胺基作为官能团。在这些实施方案中，所述衍生物包括至少一个羧基，整数m可以是1、2、3或4。
包括一个或两个羧基-COOH的6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物的实例列于表4，其中所述衍生物具有结构20到32的结构通式。
表4 包含羧基的6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物的 实例
Figure A200780020926D00322
Figure A200780020926D00331
在6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物包括至少一个酰胺基的这些实施方案中，所述至少一个酰胺基可以是羧酰胺基(CONH2)。在其中6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物包括至少一个酰胺基的其他优选实施方案中，所述至少一个酰胺基可以是磺酰胺基团(SO2NH2)。
在所公开背光模组的另一优选实施方案中，该6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物包括至少一个磺基-SO3H。在那些其中所述衍生物包括至少一个磺基的实施方案中，整数n可以是1、2、3或4。在表5中给出了包括磺基-SO3H的6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物的实例，其中所述衍生物具有结构33到41的结构通式。
表5 包含磺基的6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物的 实例
Figure A200780020926D00351
在本发明所公开的一个优选实施方案中，所述多个层包括交替的光学双轴和各向同性的层。在本发明的另一优选实施方案中，至少一个各向同性的层包括至少两个由具有不同折射系数的材料制成的亚层(sublayer)。在本发明的再一优选实施方案中，所述多层偏振片能够偏振整个入射角度范围内的光。在本发明的又一优选实施方案中，所述多个层的总厚度不超过约5微米，其中每层的厚度约等于四分之一波。在本发明的另一优选实施方案中，所述多个层的总厚度不超过约3微米，其中每层的厚度约等于四分之一波。在本发明的另一实施方案中，所述多个层的层数不超过20。在本发明的另一优选实施方案中，层数不超过10。在本发明的再一优选实施方案中，层数不超过5。
在本发明的一个实施方案中，所述杆状超分子包括两种或更多种所述多环有机化合物。
在所公开背光模组的一个实施方案中，所述多层偏振片的至少一层由能够将紫外线辐射转化为可见光的荧光材料制成。在所公开背光模组的另一实施方案中，所述多层偏振片的至少一层具有低于400nm的基本吸收限。在所公开背光模组的另一实施方案中，所述多层偏振片具有不低于0.98的透射系数。在所公开背光模组的再一实施方案中，所述多层偏振片的至少一层在可见光谱范围内是均匀透明的。
在所公开背光模组的一个实施方案中，所述光学共振腔包括一个具有朝向该光学共振腔的前表面的脊形后表面的背板，一个沉积在所述背板的脊形后表面上的反射延迟膜(reflective retardation film)，一个与所述背板相对放置的双面电致发光显示面板(其用作光源)，以及一个位于所述双面电致发光显示面板上的具有侧表面的透明基板。在一个实施方案中，该背光模组还包括沉积在所述基板的所述侧表面上的反射薄膜。
在所公开背光模组的再一实施方案中，该光学共振腔包括一散射结构，其具有一个朝向所述光学共振腔前表面的前表面和一个后表面，一个沉积到所述散射结构后表面上的反射膜，以及一个朝向所述散射结构前表面的双面电致发光显示面板。
在所公开背光模组的另一实施方案中，所述光学共振腔包括一散射结构，其具有一个朝向所述光学共振腔前表面的前表面和一个后表面，一个位于该散射结构的一个前表面上的基板，以及一个位于该散射结构后表面上的单面电致发光显示面板。在再一实施方案中，所述背光模组包括一个双面电致发光显示面板，所述显示面板包括一个照明层、一个绝缘层和两个透明电极。所述照明层和绝缘层是相邻的，并且位于所述透明电极之间。在所公开的本发明的一个实施方案中，所述背光模组还包括沉积到所述基板侧表面上的反射薄膜。在再一实施方案中，所述背光模组包括一个沉积到多层偏振片上的波状薄膜(undulated film)，用以控制光束的输出角度和扩散角度。
在所公开背光模组的另一实施方案中，光学共振腔还包括(i)一个光导向装置，其具有一个朝向所述光学共振腔前表面的前表面、一个后表面和一个侧面(edge)，(ii)一个光源，其光学连接到所述光导向装置的侧面从而将光发射到所述光导向装置，(iii)一个位于所述光导向装置前表面上方的延迟膜，(iv)一个邻近所述光导向装置后表面的后反射体，其包括一个反射至少约80％的法向入射光以及至少80％的与法线成60°角的入射光的反射膜。
本发明也提供一种液晶显示器，包括一个液晶盒(cell)、一个前偏振片和一个根据本发明第一方面的背光模组。所述液晶盒包括一个包含功能层的前显示面板、一个液晶层，以及一个包含功能层的后显示面板。所述前偏振片朝向所述前显示面板。所述背光模组的多层偏振片朝向所述后显示面板并作为液晶显示器的后偏振片。在本发明的一个实施方案中，所公开的液晶显示器进一步包括一个位于前偏振片上的抗反射涂层。在本发明的另一实施方案中，所公开的液晶显示器进一步包括一个位于所述后显示面板和背光模组之间的偏振片，其具有基本平行于所述多层偏振片的透射轴的透射轴。
在所公开的液晶显示器的再一实施方案中，所述前显示面板的功能层包括至少一个选自以下的层：电极层、校准层(alignment layer)、平面化层、延迟层、光反射层、滤色层、保护层、同时起上述层中至少两种的作用的层，以及其组合。在所公开的液晶显示器的另一个实施方案中，所述后显示面板的功能层包括至少一个选自以下的层：电极层、校准层、平面化层、延迟层、光反射层、滤色层、保护层、同时起上述层中至少两种的作用的层，以及其组合。在所公开的液晶显示器的再一实施方案中，当存在至少一个电极层时，其由ITO制成。在所公开的液晶显示器的又一实施方案中，所述至少一个保护层是导电的。在所公开的液晶显示器的一个可能的实施方案中，至少一个保护层由二氧化硅和/或一种或多种重金属氧化物或一种或多种聚合物制成。
在本发明的一个实施方案中，液晶显示器包括垂直排列模式的液晶盒。在本发明的另一实施方案中，液晶显示器包括平面转换(in-planeswitching)模式的液晶盒。在本发明的再一实施方案中，该液晶显示器包括超扭曲(super-twisted)模式的液晶盒。在本发明的一个实施方案中，该液晶显示器包括扭曲模式的液晶盒。
附图说明
阅读以下所附的权利要求书并参阅附图，本发明的其他目的和优点将更为清楚，所述附图中：
图1示出根据本发明一个实施方案的背光模组的横截面。
图2是根据本发明另一实施方案的背光模组的示意图。
图3是根据本发明另一实施方案的背光模组的示意图；所述背光模组包括多层偏振片、一个双面电致发光显示面板以及一个透明基板。
图4是根据本发明另一实施方案的背光模组的示意图，包括多层偏振片和一个双面电致发光显示面板。
图5是根据本发明另一实施方案的背光模组的示意图；该背光模组包括多层偏振片、一个单面电致发光显示面板，以及一个光散射结构。
图6是根据本发明另一实施方案的背光模组的示意图；该背光模组包括一组光源。
图7是根据本发明另一实施方案的背光模组的示意图；该背光模组包括一组光源。
图8是根据本发明的液晶显示器的示意图。
图9-12示出在偏振平面内高和低折射系数之间差值被设定在0.3和1.0之间的某一固定值的情况下，多层偏振片的模拟反射光谱。图中所示为一种包含2、3、4和5个H-层的四分之一波共振腔结构的偏振片反射率随波长的变化。
图9示出模拟反射光谱，其中高折射系数被设为1.8，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。
图10示出模拟反射光谱，其中高折射系数被设为1.85，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。
图11示出模拟反射光谱，其中高折射系数被设为2.0，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。
图12示出模拟反射光谱，其中高折射系数被设为2.5，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。
具体实施方式
图1示出根据本发明一个实施方案的背光模组的横截面。在该实施方案中，边缘背光型的光学共振腔1包括一个被灯共振腔反射体3半包围的光源2。光源2可以是任何类型，例如荧光灯、白炽灯、固态光源、电致发光(EL)设备等。尽管下述实施方案通常包括一个这样的光源，但应理解的是，本发明的背光系统可包括两个或更多个位于相同或不同位置的光源，并且这些光源相互组合以便提供所需量的光。在优选实施方案中，光源2包括发射随机偏振的光的光源。从光源2发射的光被耦合到光导向装置4，其在光导向装置4中传播直至遇到诸如斑点5的漫反射结构。该光导向装置4有一个朝向光源的侧面和一个朝向多层偏振片的前表面。设置间断阵列的斑点从而提取光并将其导向观看者6。用于将光从光导向装置4中提取出来的机制不限于通过在光导向装置的后表面7上使用漫反射斑点，而可使用任何其他合适的机制。提取机制的实例包括(但不限于)在后表面7上形成沟槽，与拟楔形(pseudo-wedge)光导向装置4以及在该楔形光导向装置内增加的反射角相关的不连续性，以及将一个反射体连接到该光导向装置并确保漫射光在该导向装置内散射的杆(posts)。进入光学共振腔1的周围光可照射至一个斑点，或者其可通过斑点之间的空隙区域从光导向装置中逃逸出。一个镜面层8位于光导向装置4的下面，用于阻挡和反射这种光束。所述镜面层可以是漫反射的。在通常情况下，所有从光学共振腔1中出来的光束都用箭头9表示。这些光束都入射到一个多层偏振片10上，该多层偏振片透射具有第一偏振态(a)的光并有效反射具有正交偏振态(b)的光。因此，用箭头11表示的一定量的光将被多层偏振片10透射，而大量的剩余光将被反射回来，正如用箭头12所表示的。优选的多层偏振片材料是高度有效的，并且在多层偏振片10内因吸收产生的总损耗很低(为1％量级)。该损耗用箭头13表示。被多层偏振片10反射的具有偏振态(b)的光重新进入光学共振腔1，在此其照射诸如斑点5或镜面层8的漫反射结构。该漫反射表面使光学共振腔1所反射的光的偏振态随机化。该再循环和随机化过程用路径14表示。光学共振腔1不是理想的反射体：在光学共振腔内因扩散和吸收造成的光损耗用箭头15表示。这些损耗也很低。由光学共振腔1和多层偏振片10的组合所实施的多重再循环提供了一种将光从偏振态(b)转化为偏振态(a)从而最终透射给观看者6的有效机制。
图2示出根据本发明一个实施方案的背光模组的横截面。在该实施方案中边缘背光型的光学共振腔1包括一个被灯共振腔反射体3半包围的光源2。光源2可以是任何类型，诸如荧光灯、白炽灯、固态光源、电致发光(EL)设备等。尽管以下描述的实施方案通常包括一个这样的光源，但应理解的是，本发明的背光系统可包括两个或多个位于相同或不同位置的光源，并且这些光源相互组合以便提供所需量的光。在优选实施方案中，光源2包括一个发射随机偏振的光的光源。从光源2发射的光被耦合到光导向装置4，该光在光导向装置4中传播。所述光学共振腔包括一个四分之一波延迟层31和镜面层32。该镜面层可以是漫反射层。
图3示出根据本发明另一实施方案的背光模组的横截面。该背光模组是包括一个光学共振腔1和一个多层偏振片10的层状结构。该光学共振腔包括一个背板16、一个双面电致发光显示面板17和一个透明基板18。背板16具有涂覆反射延迟薄膜19的脊形后表面，该背板改变照射到其上的入射光束的偏振态，并将改变后的光束反射到多层偏振片10。在该实施方案中，在背板16的脊形后表面上的任何两个相邻脊之间的凹槽角度是90°。但是可使用任何其他适于反射光束的凹槽角度。多层偏振片10允许具有预定偏振态的光束透射通过并且反射具有其他偏振态的光束。例如，根据本发明，堆叠层的结构可用作多层偏振片，从而使具有一种预定偏振态的偏振光束可透射穿过所述堆叠层结构，并且反射具有另一预定偏振态的偏振光束。考虑到生产技术，基板18可由任一合适的光学材料制成，诸如塑料或任何类型的玻璃。
图4示出根据本发明另一实施方案的背光模组的横截面。该背光模组是包括光学共振腔1和多层偏振片10的层状结构。所述光学共振腔包括一个背板16和一个双面光致发电显示面板17。背板16具有涂覆有反射延迟薄膜19的脊形下表面，其转化照射到其上的入射光束的偏振，并将转化的光束反射到多层偏振片10。在该实施方案中，在背板16的脊形下表面上的任何两个相邻脊之间的凹槽角度为90°。然而，可使用任何其他适合反射光束的凹槽角度。多层偏振片10允许具有预定偏振态的光束透射通过并且反射具有其他偏振态的光束。
图5示出根据本发明另一实施方案的背光模组；该背光模组包括一个双面电致发光显示面板17和一个光散射结构20。在该散射结构20的后表面提供高反射度的反射薄膜21。多层偏振片10位于观看者6和双面电致发光显示面板17之间。因此，根据本发明之前的实施方案的对光束偏振态的改变可基于散射结构20的散射效应而实现。应指出，所述散射结构可通过涂覆工艺形成或者由具有不同光学系数的材料制成。另外，从该结构中散射的效应也可通过粗糙表面实现。
图6示出根据本发明再一实施方案的背光模组。在该实施方案中，光散射结构20位于单面电致发光显示面板22的前表面和基板18之间，但省略了背板。类似地，光束偏振态的改变可通过由结构20散射实现。多层偏振片10位于观看者6和基板18之间。在另一个实施方案中，也可省略基板18从而进一步简化背光模组的构造。
在图7中示出的背光模组包括一个光学共振腔1以及位于观看者6和光学共振腔1之间的多层偏振片10。该光学共振腔包括一个光源23、反射体24和位于光源和反射体之上的延迟板25。光源23是光源的组合，表示诸如荧光灯或LED点阵(matrix)。反射体24放置在所述背光系统后面，可使光源发射更加有效地被使用。该反射体可以是任何类型-镜面反射的或漫射的。
图8示出根据本发明一个实施方案的液晶显示器的横截面。在该实施方案中，光学共振腔1类似于在图1中所描述的光学共振腔。多层偏振片10朝向光学共振腔1的前表面。该液晶显示器包括液晶盒26，该液晶盒包含前显示面板27，液晶层28和后显示面板29。所述背光模组的多层偏振片10朝向后显示面板29并用作液晶显示器的后偏振片。前偏振片30朝向液晶盒的前显示面板27。
为了更加容易地理解本发明，现参考下面的实施例，其仅意图示例性说明本发明，而非意图限制其范围。
所述多层偏振片的预期性能可通过调节每个层的折射系数和厚度以及总层数来实现。所述多层偏振片的设计的一个重要方面是选择基本结构。通常，宽频带的多层偏振片可被设计为在入射光偏振平面内具有高和低折射系数的双层的循环结构形式。重复增加这样的一对层直到产生满意性能。该结构的形式是：(HL)j-1H，其中H和L代表高和低折射系数的层，分别是双轴层和各向同性透明漆(lacquer)，并且j是成对的数目。这里，我们将这样一种结构称为共振腔，其含有总共j个高折射系数层。当光学厚度(物理厚度乘以折射系数)等于四分之一光波长(四分之一波长的厚度)的奇数倍时，该结构在某一特定波长产生最大反射。
图9-12示出一个多层偏振片的模拟反射光谱，代表当偏振平面内的高和低折射系数之间的差值被设定为0.3至1.0范围内的某一数值时的情况。尽管其目的不是为了设计针对单个波长的偏振片，但其结果提供了用于设计宽频带反射体的启示和原则。
图9示出对于一包含2、3、4和5个H-层(分别参见曲线a、b、c和d)的四分之一波长共振腔结构，偏振片反射率随波长的变化。高折射系数x被设定为1.8，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。因此，图9示出层的数目对于如此设计的系统的性能的影响。假设材料被沉积到折射系数为1.5的玻璃基板上，并且从空气中入射的光穿过多层结构并从基板射出。其光学厚度是550nm的四分之一。仅使用4个高折射系数层，该反射率可达到接近52％。当层数增加时，反射率迅速增加，接着更加突然地从高数值减小到振荡级。例如，如果高折射系数层的数目增加到7，那么偏振片反射率将变为高达80％。高折射系数层的数目进一步增加到10，会导致反射率再增加到约93％。需要指出的是，层的厚度可能太薄而不能进行准确的生产控制。在从400到700nm的可见光波长范围内，对于折射系数1.8，其物理层厚度是55到97nm。光学厚度可增加到四分之一波长的奇数倍(例如3或5)。然而，层厚度从四分之一波长的1倍增加到3或5倍减少了带宽。
图10到12示出高折射系数层的数目从2变化到5的多层偏振片的模拟反射频谱。
图10示出对于一包含2、3、4和5个H-层(分别参见曲线a、b、c和d)的四分之一波长共振腔结构，偏振片反射率随波长的变化。高折射系数设定为1.85，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。
图11示出对于一包含2、3、4和5个H-层(分别参见曲线a、b、c和d)的四分之一波长共振腔结构，偏振片反射率随波长的变化。高折射系数设定为2.0，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。
图12示出对于一包含2、3、4和5个H-层(分别参见曲线a、b、c和d)的四分之一波长共振腔结构，偏振片反射率随波长的变化。高折射系数设定为2.5，低折射系数为1.5，基板的折射系数是1.52。与图9光谱的对比表明反射率和带宽都随着折射系数差别的增加而增加。

Claims (56)

1.一种背光模组，包括：
一个光学共振腔，用于反射和去偏振入射到所述光学共振腔前表面的光；
一个包含多个层的多层偏振片，
其中所述多层偏振片朝向光学共振腔的前表面，并且其多个层被安装为以下方式，即在可见光波长范围的至少一个预定的波长子范围内，所述多层偏振片基本透射与该多层偏振片的透射轴基本平行的偏振光，并基本反射基本正交偏振的光，并且
其中所述层中的至少一个包括杆状超分子，其在层中形成至少部分三维结构。
2.根据权利要求1所述的背光模组，其中所述杆状超分子包括至少一种带有共轭π体系和能够在所述超分子之间形成非共价键的官能团的多环有机化合物。
3.根据权利要求2所述的背光模组，其中所述至少一种有机化合物是杂环的。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的背光模组，其中所述层中的至少一个是不溶于水的。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的背光模组，其中所述层中的至少一个是光学双轴的。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的背光模组，其中所述杆状超分子被定向为基本平行于或垂直于所述光学共振腔的前表面。
7.根据权利要求2到6中任一项所述的背光模组，其中所述非共价键中的至少一个是H键。
8.根据权利要求2到7中任一项所述的背光模组，其中所述非共价键中的至少一个是配位键。
9.根据权利要求2到8中任一项所述的背光模组，其中所述有机化合物具有结构通式I：
Figure A200780020926C00021
其中Het是至少部分共轭的基本为平面的杂环分子体系，
X是羧基-COOH；
m是0、1、2、3或4；
Y是磺基-SO3H；
n是0、1、2、3或4；
Z是羧酰胺基团；
p是0、1、2、3或4；
Q是磺酰胺基团；
v是0、1、2、3或4；
K是平衡离子；
s是提供分子中性状态的平衡离子的个数；
R是选自CH3、C2H5、NO2、Cl、Br、F、CF3、CN、OH、OCH3、OC2H5、OCOCH3、OCN、SCN、NH2和NHCOCH3的取代基；
w是0、1、2、3或4；
其中如果整数m等于0，那么n和p都不等于零，并且如果整数n等于0，那么整数m等于或大于1。
10.根据权利要求9所述的背光模组，其中Het在可见光谱范围内基本透明。
11.根据权利要求9或10的任一项所述的背光模组，其中Het具有以下列表中结构II到XLII的结构通式：
Figure A200780020926C00031
Figure A200780020926C00041
Figure A200780020926C00051
Figure A200780020926C00061
12.根据权利要求9到11中任一项所述的背光模组，其中所述平衡离子选自H+、NH4 +、Na+、K+、Li+、Ba++、Ca++、Mg++、Sr++、Zn++。
13.根据权利要求2到12中任一项所述的背光模组，其中所述有机化合物是一种苊并喹喔啉衍生物。
14.根据权利要求13所述的背光模组，其中所述苊并喹喔啉衍生物包括羧基、并且具有相应于结构1到7之一的结构通式：
Figure A200780020926C00101
15.根据权利要求13所述的背光模组，其中所述苊并喹喔啉衍生物包含一个或两个磺基，并且具有相应于结构8-19的结构通式：
Figure A200780020926C00111
16.根据权利要求2到12中任一项所述的背光模组，其中所述有机化合物是一种6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物。
17.根据权利要求16所述的背光模组，其中所述6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物包括一个或两个羧基-COOH，并且具有相应于结构20到32之一的结构通式：
Figure A200780020926C00121
18.根据权利要求17所述的背光模组，其中所述6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物包括磺基-SO3H，并且具有以下列表中结构33到41之一的结构通式：
Figure A200780020926C00132
Figure A200780020926C00141
Figure A200780020926C00151
19.根据权利要求16所述的背光模组，其中所述6，7-二氢苯并咪唑[1，2-c]喹唑啉-6-酮衍生物包括至少一个酰胺基团。
20.根据权利要求19所述的背光模组，其中所述至少一个酰胺基是羧酰胺基团(CONH2)。
21.根据权利要求19所述的背光模组，其中所述至少一个酰胺基是磺酰胺基团(SO2NH2)。
22.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述多个层包括交替的光学双轴和各向同性的层。
23.根据权利要求22所述的背光模组，其中至少一个各向同性的层包括至少两个由不同折射系数的材料制成的亚层。
24.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述多层偏振片能够偏振整个入射角度范围内的光。
25.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中每层的厚度约等于四分之一波，并且所述多个层的总厚度不超过约5微米。
26.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中每层的厚度约等于四分之一波，并且所述多个层的总厚度不超过约3微米。
27.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述多个层的层数不超过20。
28.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述层数不超过10。
29.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述层数不超过5。
30.根据权利要求2到29中任一项所述的背光模组，其中所述超分子包括两个或多个所述多环有机化合物。
31.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述多层偏振片的至少一层是由能够将紫外线辐射转化为可见光的荧光材料制成的。
32.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述多层偏振片的至少一层具有低于400nm的基本吸收限。
33.根据上述权利要求中任一项所述的背光模组，其中所述多层偏振片具有不低于0.98的透射系数。
34.根据权利要求1到33中任一项所述的背光模组，其中所述光学共振腔还包括：
至少一个光源，其被一个灯共振腔反射体半包围；
一个光导向装置，其具有一个朝向所述光源的侧面和一个朝向所述多层偏振片的前表面；
一个漫反射结构，其被放置在所述光导向装置的后表面上；以及
一个位于所述漫反射结构下面的镜面层。
35.根据权利要求34所述的背光模组，其中所述光源选自荧光灯、白炽灯、固态光源和电致发光(EL)设备。
36.根据权利要求34或权利要求35中任一项所述的背光模组，其中所述镜面层是漫反射层。
37.根据权利要求1到33中任一项所述的背光模组，其中所述光学共振腔还包括：
至少一个光源，其被一个灯共振腔反射体半包围；
一个光导向装置，其具有一个朝向所述光源的侧面和一个朝向所述多层偏振片的前表面；
一个四分之一波延迟层，其被放置在所述光导向装置的后表面上；以及
一个位于所述四分之一波延迟层下面的镜面层。
38.根据权利要求37所述的背光模组，其中所述光源选自荧光灯、白炽灯、固态光源和电致发光(EL)设备。
39.根据权利要求37或38中任一项所述的背光模组，其中所述镜面层是漫反射层。
40.根据权利要求1到33中任一项所述的背光模组，其中所述光学共振腔还包括：
一个背板，其具有一个朝向所述光学共振腔前表面的前表面和一个脊形后表面；
一个在所述背板的脊形后表面上的反射延迟薄膜；以及
一个朝向所述背板的前表面的两面电致发光显示面板。
41.根据权利要求40所述的背光模组，其中一个透明基板被设置在所述两面电致发光显示面板上。
42.根据权利要求1到33中任一项所述的背光模组，其中所述光学共振腔还包括：
一个散射结构，其具有一个朝向所述光学共振腔前表面的前表面和一个后表面；
一个反射薄膜，其位于所述散射结构的后表面上；以及
一个两面电致发光显示面板，其朝向所述散射结构的前表面。
43.根据权利要求1到33中任一项所述的背光模组，其中所述光学共振腔还包括：
一个具有一个前表面和一个后表面的散射结构，其中所述前表面朝向所述光学共振腔的前表面；
一个位于所述散射结构前表面上的基板；以及
一个单面电致发光显示面板，其位于所述散射结构的后表面上。
44.根据权利要求1到33中任一项所述的背光模组，其中所述光学共振腔还包括：
一个光导向装置，其具有一个朝向所述光学共振腔前表面的前表面、一个后表面和一个侧面；
一个光源，其光学连接至所述光导向装置的侧面从而将光发射到所述光导向装置；
一个延迟薄膜，其位于所述光导向装置的前表面；以及
一个后反射体，其邻近所述光导向装置的后表面并且包括一个反射薄膜，该反射薄膜反射至少约80％的法向入射光以及至少约80％的与法线成60°角的入射光。
45.一种液晶显示器，包括：
一个液晶盒，其包括
一个包含功能层的前显示面板，
一个液晶层，以及
一个包含功能层的后显示面板，
一个朝向所述前显示面板的前偏振片，
一个根据权利要求1到44中任一项所述的背光模组，
其中所述背光模组的多层偏振片朝向后显示面板，并用作所述液晶显示器的后偏振片。
46.根据权利要求45所述的液晶显示器，还包括位于所述前偏振片上的抗反射涂层。
47.根据权利要求45或46所述的液晶显示器，还包括一个位于所述后显示面板和所述背光模组之间的偏振片，其透射轴基本平行于所述多层偏振片的透射轴。
48.根据权利要求45到47中任一项所述的液晶显示器，其中所述前显示面板的功能层包括至少一个选自以下的层：电极层、校准层、平面化层、延迟层、光反射层、滤色层、保护层、同时起上述层中至少两种层的作用的层，以及其组合。
49.根据权利要求45到48中任一项所述的液晶显示器，其中所述后显示面板的功能层包括至少一个选自以下的层：电极层、校准层、平面化层、延迟层、光反射层、滤色层、保护层、同时起上述层中至少两种层的作用的层，以及其组合。
50.根据权利要求48到49中任一项所述的液晶显示器，其中当存在至少一个电极层时，其由ITO制成。
51.根据权利要求48到50中任一项所述的液晶显示器，其中当存在至少一个保护层时，其是导电的。
52.根据权利要求48到51中任一项所述的液晶显示器，其中当存在至少一个保护层时，其由选自以下的材料制成：二氧化硅、重金属氧化物、聚合物，及其组合。
53.根据权利要求45到52中任一项所述的液晶显示器，包括垂直排列模式的液晶盒。
54.根据权利要求45到52中任一项所述的液晶显示器，包括平面转换模式的液晶盒。
55.根据权利要求45到52中任一项所述的液晶显示器，包括超扭曲模式的液晶盒。
56.根据权利要求45到52中任一项所述的液晶显示器，包括扭曲模式的液晶盒。
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