CN103097927A - 圆偏光片和包括该圆偏光片的反射式液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种圆偏光片和包括该圆偏光片的反射式液晶显示器。所述圆偏光片包括：偏光片，其包括其中吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°的角度的偏光膜，其中，在CIE坐标中，颜色“a”为约-1至约-0.6，以及颜色“b”为约0.3至约2.5；和1/4波长板，其中，光轴具有相对于液晶盒的液晶取向方向成约130°至约140°的角度。当使用所述圆偏光片时，可以提高所述反射式液晶显示器的可视性和色调。

Description

圆偏光片和包括该圆偏光片的反射式液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种用于反射式液晶显示器的圆偏光片(circular polarizer)，更具体而言，涉及具有优异的可视性和白平衡的圆偏光片和包括该圆偏光片的反射式液晶显示器。
背景技术
一般而言，液晶显示器(LCD)可以分为使用背光作为光源的透射式LCD和使用外部自然光或人造光作为光源而不使用背光的反射式LCD。
在透射式LCD的情况下，通过使用背光作为光源甚至在黑暗的外部环境下也可以实现明亮的图像。然而，难以辨别明亮地方的图像，并且可能消耗大量的电力。相反地，由于反射式LCD使用外部自然光或人造光作为光源，可以降低电力消耗。此外，由于反射式LCD不使用背光，所述反射式LCD可以变得薄且轻。因此，目前的趋势是在便携终端(例如移动电话)上采用反射式LCD的比例在增加。
根据现有技术的反射式LCD包括由透明材料形成的上基板和下基板，设置在所述上基板和下基板之间的液晶盒，设置在所述下基板的下面或在所述下基板和液晶盒之间的反射板，设置在所述上基板上的1/4相位差板和设置在所述1/4相位差板上的偏光片。
然而，根据现有技术的反射式LCD，由于存在反射光与透射光的光程差(path difference)，可能发生色差。因此，可能发生其中屏幕具有浅黄色色晕的黄化现象而使色调劣化。此外，与透射式LCD相比，会降低光透射率，从而降低亮度。
发明内容
本发明的一个方面提供了圆偏光片和包括该圆偏光片的反射式液晶显示器，其中，所述圆偏光片可以实现提高的透光率和色调。
根据本发明的一个方面，提供了用于反射式液晶显示器的圆偏光片，其包括：偏光片，其包括其中吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°的角度的偏光膜；和1/4波长板，其中，光轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约130°至约140°的角度。
在此，所述偏光膜可以由聚乙烯醇膜形成。所述偏光膜可以具有约43%至47%的透光率。在CIE坐标中，颜色“a”可以为约-1至约-0.6，以及颜色“b”可以为约0.3至约2.5。
所述1/4波长板可以包括在约550nm的波长下面内相位差为约120nm至170nm的单轴定向膜。
根据本发明的另一方面，提供了反射式液晶显示器，其包括：上基板；以预定的距离面向所述上基板的下基板；设置在所述上基板和下基板之间的液晶盒；设置在所述下基板和液晶盒之间或在所述下基板下的反射板；和设置在所述上基板上的圆偏光片，其中所述圆偏光片包括：偏光片，其包括其中吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°的角度的偏光膜；和1/4波长板，其中，光轴相对于所述液晶盒的液晶取向方向成约130°至约140°的角度。
在此，所述偏光膜可以由聚乙烯醇膜形成。所述偏光膜可以具有约43%至47%的透光率。在CIE坐标中，颜色“a”可以为约-1至约-0.6，以及颜色“b”可以为约0.3至约2.5。
所述1/4波长板可以包括在约550nm的波长下面内相位差为约120nm至170nm的单轴定向膜。
所述反射式液晶显示器可以以面内切换模式(in plane switching(IPS)mode)或电控双折射模式(electrically controlled birefringence(ECB)mode)运行。
附图说明
从下面的结合附图的详细描述中可以更加清楚地理解本发明的上述和其它方面，特征和其它优点，其中：
图1为显示在本发明的制备实施例中制备的圆偏光片中单体透光率(single transmittance)随碘浓度变化的的曲线图。
图2为显示色调随圆偏光片的排列而变化的图。
图3为显示视觉特征随圆偏光片的透光率和相位差变化的图。
具体实施方式
在进行提高反射式液晶显示器(LCD)的可视性和色调的研究之后，发现：当使用其中将偏光膜的吸收轴和1/4波长板的光轴相对于液晶盒的液晶取向方向成特定角度设置的圆偏光片时可以显著提高反射式LCD的可视性和色调。
根据该研究的报道结果，当将所述偏光膜的吸收轴和1/4波长板的光轴分别相对于所述液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°和约130°至约135°的角度设置时，发现白光的颜色由黄色区域偏移到蓝色区域，显著提高了可视性和色调。
参照附图，将详细地描述本发明的示例性的实施方式。本发明的圆偏光片包括：(i)包括偏光膜的偏光片和(ii)1/4波长板。根据本发明的偏光膜具有相对于液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°的角度，更特别地约90°的角度设置的吸收轴。所述1/4波长板具有相对于液晶盒的液晶取向方向成约130°至约140°的角度，更特别地约135°的角度设置的光轴。在此，所述偏光膜的吸收轴指的是这样的光轴：其中，当制备偏光膜时，以一个轴向拉伸其中用碘染色的聚乙烯醇(在下文中，称作PVA)膜以吸收光。所述1/4波长板的光轴指的是这样的轴：其中透过所述1/4波长板的光的两个正交分量(two orthogonal component)在其电场中具有相同的强度。例如，在相位差膜的情况下，所述1/4波长板的光轴指的是当相位差膜以一个轴或两个轴被拉伸以引起相位差时拉伸方向的轴。
所述偏光膜指的是仅透过在特定方向上偏振的光的光学器件。一般而言，所述偏光膜具有其中基于PVA的聚合物链以某一方向取向的结构。所述偏光膜包含基于碘的化合物或二色性偏光材料。基于PVA的膜被碘或二色性染料染色，然后被以某一方向拉伸并交联以制备这种偏光膜。在此，PVA的聚合度不受限制。然而，当考虑到自由分子运动和组分材料的顺利地混合，PVA的聚合度可以为约1,000至约10,000，且更特别地，约1,500至约5,000。
所述偏光膜可以具有约43%至约47%的透光率。在CIE坐标中，颜色“a”可以为约-1至约-0.6，以及颜色“b”可以为约0.3至约2.5。
在此，所述颜色“a”和颜色“b”指的是在CIE坐标中表示颜色的数值。此外，使用如下公式计算颜色“a”：a=500[(X/Xn)1/3-(Y/Yn)1/3]，其中，+a表示红色，以及–a表示绿色。此外，使用如下公式计算颜色“b”：b=200[(Y/Yn)1/3-(Z/Zn)1/3],其中，+b表示黄色，以及–b表示蓝色，(其中，Xn、Yn和Zn对应于X、Y和Z的白色参考坐标)。
通过适当地调节染色过程中的碘浓度可以控制偏光膜的透光率。在偏光片的制备工艺中的补色工艺(complementary color process)中可以调节KI浓度以制备吸收具有短波长的光的碘离子物种。此外，可以调节碘离子物种的量以控制所述偏光膜的颜色。
与现有技术相比，当使用具有上述透光率和颜色“a”和“b”的偏光膜时，白平衡优异。
由于所述偏光膜具有薄的厚度，可以将保护膜附着到所述偏光膜的一个或两个表面上以制备所述偏光片。在此，三乙酰纤维素(TAC)可以主要用作保护膜。或者，可以使用粘合剂将TAC附着到所述偏光膜上。此外，除了保护膜之外，可以额外地将功能膜(例如宽视角板或双折射增强膜)附着到所述偏光片上以增强其它功能。
所述1/4波长板将线性偏振光转化为圆偏振光。如上所述，本发明的1/4波长板的光轴可以以相对于液晶盒的液晶取向方向成约135°的角度设置。
所述1/4波长板可以包括一个轴向拉伸的基于环烯烃聚合物(COP)的膜、聚碳酸酯膜或液晶膜。特别地，在这些膜中，所述1/4波长板可以包括单轴定向膜。
在这种情况下，本发明的1/4波长板可以具有在约550nm的波长下约120nm至170nm的面内相位差。可以使用下面的公式计算所述面内相位差，其中，nz、ny和nz分别表示x-轴、y-轴和z-轴(厚度方向)的折射率，以及d表示所述1/4波长板的厚度。
面内相位差：Rin=(nx-ny)×d                公式
下面，将描述根据本发明的反射式LCD。
本发明的反射式LCD包括上基板、下基板、液晶盒、反射板和圆偏光片。
在此，所述上基板和下基板可以包括由透明材料形成的基板，例如，玻璃或光透过性塑料基板。
所述上基板和下基板以它们之间预定的距离彼此面对。此外，用于驱动液晶盒的开关器件被设置在所述上基板和下基板的面对的表面上。
所述液晶盒被设置在所述上基板和下基板之间。此外，所述液晶盒是由具有正介电各向异性的液晶形成的。驱动模式可以根据液晶盒内的液晶的排列和驱动状态而变化。所述反射式LCD可以以多种模式运行，例如，扭曲向列(TN)模式、超扭曲向列(STN)模式、聚合物分散液晶(PDLC)模式、电控双折射(ECB)模式和面内切换(IPS)模式。当比较视角时，所述反射式LCD可以以ECB或ISP模式运行，但不限于此。
在本发明中，所述LCD可以具有大约2.0μm至2.4μm的液晶盒间隙(liquid crystal cell gap)。当所述LCD具有约2.0μm至2.4μm的液晶盒间隙时，可以显著改善白色。
所述反射板将来自LCD外部的入射光反射为反射光作为光源。此外，将所述反射板设置在所述下基板和液晶盒之间或者所述下基板的下面。所述反射板可以通过沉积导电金属(例如，铝或银)来制备。
本发明的上述圆偏光板被用于反射式LCD。如上所述，本发明的圆偏光片包括：偏光片，其包括其中吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°的角度，更优选约90°的角度设置的偏光膜；和1/4波长板，其中，光轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约130°至约140°，更优选约135°的角度。在此，所述偏光膜可以由PVA膜形成，并且具有约43%至约47%的透光率。在CIE坐标中，颜色“a”可以为约-1至约-0.6，以及颜色“b”可以为约0.3至约2.5。此外，所述1/4波长板可以为在约550nm的波长下面内相位差为约120nm至约170nm的单轴定向膜。由于所述圆偏光片与上述的圆偏光片具有相同的功能和结构，将省略其详细的描述。
在下文中，将关于具体的实施方式详细描述本发明。
制备实施例
将PVA膜(由Kuraray有限公司（Kuraray Co.Ltd.）生产，以及聚合度为2400)浸渍在洗涤槽和溶胀槽(washing bath and a swelling bath)中并在包含I2和KI的水溶液中染色。然后，在包含硼酸和KI的水溶液中使PVA膜拉伸5倍以制备偏光元件。在此，I2浓度和染色浴温度示于下面的表1中。此外，调节KI溶液以在补偿性颜色工艺中具有约2%至约4%的浓度以控制各个偏光元件的颜色。
接着，将厚度为约60μm的TAC膜设置在所述偏光元件的两个表面上，将基于PVA的粘合剂溶液注入到所述偏光元件和TAC膜之间以使用层合机使它们层压在一起。接着，将所得的结构在约80℃的温度下干燥约8分钟制备偏光片。将1/4波长相位差膜设置在所制备偏光片的扁平表面上，然后使用粘合剂膜将所述1/4波长相位差膜的光轴相对于所述偏光片的吸收轴成约45°角设置。然后，层压所得的结构以制备具有高透光率的圆偏光片。
实验实施例1
使用分光光度计(由N&K技术公司（N&K Technology，Inc.）生产)测量由制备实施例中制备的偏光片的透光率和颜色。测量的结果示于下面的表1中。此外，图1为显示所述偏光片的单体透光率(Ts)随碘浓度变化的曲线图。
【表1】
Figure BDA00002149436000061
*Norm.I2:相对的碘浓度
I2：碘浓度
Ts：单体透光率
Tc：正交透光率
Ac=-log(Tc),吸收率
参考表1和图1，可以看出通过调节碘浓度可以适当调节所述偏光片的透光率。
实验实施例2
将各自具有约47%的透光率和在1/4相位差板中的面内相位差值为约130nm的两个圆偏光片样品以彼此不同的方向层压在反射式LCD的表面上，通过人眼目测比较并测量其色调。图2为显示测量结果的照片。图2(A)显示在如下情况下的测量结果：其中层压所述圆偏光片样品从而使得所述偏光片的吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约90°的角度倾斜，以及所述1/4波长板的光轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约135°的角度倾斜。图2(B)显示在如下情况下的测量结果：其中层压所述圆偏光片样品从而使得所述偏光片的吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约45°的角度倾斜，以及所述1/4波长板的光轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约90°的角度倾斜。
当向所述LCD提供电力时，如图2所示，在其中所述偏光片的吸收轴和1/4波长板的光轴相对于液晶取向方向的角度在上述范围内的情况下，即，在所述样品A的情况下保持了黑白色调。另一方面，在其中所述1/4波长板的光轴以以在上述范围之外的角度倾斜的情况下，即，在样品B的情况下，则黑白色调失真而具有淡蓝色色调。这可以解释为在其中1/4波长板的光轴没有充分对准以改变光的偏振状态的情况下发生的颜色偏移现象。
实验实施例3
将各自具有不同的透光率和在1/4相位差板的不同的面内相位差值的圆偏光片样品层压在反射式LCD的表面上，然后，通过人眼目测比较并测量其视觉特征。图3为显示测量结果的照片。
在图3中，设置在左边远侧的样品A表示现有技术的圆偏光片，其中，将1/4相位差板和1/4相位差板层压到透光率为约42%的偏光元件上。示于中间部分的样品B1至B3表示圆偏光片，其中，应用了根据本发明的具有高透光率的偏光片，以及将面内相位差为约130nm的1/4相位差板以从上至下的次序附着到透光率分别为约45%、46%和47%的偏光元件上。设置在最右侧的样品C1至C3表示圆偏光片，其中，将面内相位差各自为约110nm的1/4相位差板以从上至下的次序附着到透光率分别为约45%、46%和47%的偏光元件上。
如图3所示，在使用其中具有高透光率的圆偏光片B1至B3的情况下，可以发现：当与使用现有的圆偏光片的情形相比，可以实现更加中性的白色。然而，即使圆偏光片B1至B3各自具有高透光率，当所述圆偏光片的相位差为约110nm(C1至C3)时，可以看出：在淡红色方向发生颜色偏移而相对降低颜色的印象。
当与其中使用现有技术的偏光片的情形相比，当将本发明的圆偏光片应用于反射式LCD上时，可以提高对比率(contrast ratio)以提高可视性。此外，可以降低所述黄色色调以实现优异的白平衡。
尽管已经结合示例性的实施方式显示和描述了本发明，但是对于本领域的技术人员显而易见的是：在不偏离如在所附的权利要求所限定的本发明的实质和范围的情况下可以作出修改和变化。
[标记的描述]
图2(A)显示在如下情况下的测量结果：其中层压所述圆偏光片样品从而使得所述偏光片的吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约90°的角度倾斜，以及所述1/4波长板的光轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约135°的角度倾斜。图2(B)显示在如下情况下的测量结果：其中层压所述圆偏光片样品从而使得所述偏光片的吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约45°的角度倾斜，以及所述1/4波长板的光轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约90°的角度倾斜。
图3(A)表示现有技术的圆偏光片，其中，将1/4相位差板和1/4相位差板层压到透光率为约42%的偏光元件上。图3(B1)至3(B3)表示圆偏光片，其中，应用了根据本发明的具有高透光率的偏光片，以及将面内相位差为约130nm的1/4相位差板以从上至下的次序附着到透光率分别为约45%、46%和47%的偏光元件上。图3(C1)至图3(C3)表示圆偏光片，其中，将面内相位差各自为约110nm的1/4相位差板以从上至下的次序附着到透光率分别为约45%、46%和47%的偏光元件上。

Claims (11)

1.一种用于反射式液晶显示器的圆偏光片，其包括：
偏光片，其包括其中吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°的角度的偏光膜，其中，在CIE坐标中，颜色“a”为约-1至约-0.6，以及颜色“b”为约0.3至约2.5；和
1/4波长板，其中，光轴具有相对于液晶盒的液晶取向方向成约130°至约140°的角度。
2.根据权利要求1所述的圆偏光片，其中，所述偏光膜由聚乙烯醇膜形成。
3.根据权利要求1所述的圆偏光片，其中，所述偏光膜具有约43%至47%的透光率。
4.根据权利要求1所述的圆偏光片，其中，所述1/4波长板包括单轴定向膜。
5.根据权利要求4所述的圆偏光片，其中，所述1/4波长板在约550nm的波长下的面内相位差为约120nm至170nm。
6.一种反射式液晶显示器，其包括：
上基板；
以预定的距离面对所述上基板的下基板；
设置在所述上基板和下基板之间的液晶盒；
设置在所述下基板和液晶盒之间或者所述下基板的下面的反射板；
设置在所述上基板上的圆偏光片，
其中，所述圆偏光片包括：偏光片，其包括其中吸收轴相对于液晶盒的液晶取向方向成约85°至约95°的角度的偏光膜，其中，在CIE坐标中，颜色“a”为约-1至约-0.6，以及颜色“b”为约0.3至约2.5；和1/4波长板，其中，光轴具有相对于液晶盒的液晶取向方向成约130°至约140°的角度。
7.根据权利要求6所述的反射式液晶显示器，其中，所述偏光膜由聚乙烯醇膜形成。
8.根据权利要求6所述的反射式液晶显示器，其中，所述偏光膜具有约43%至47%的透光率。
9.根据权利要求6所述的反射式液晶显示器，其中，所述1/4波长板包括单轴定向膜。
10.根据权利要求9所述的反射式液晶显示器，其中，所述1/4波长板在约550nm的波长下的面内相位差为约120nm至170nm。
11.根据权利要求6所述的反射式液晶显示器，其中，所述反射式液晶显示器以面内切换模式(IPS)或电控双折射模式(ECB)运行。
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