CN104995536B

CN104995536B - 吸收、反射和准直偏振片叠堆以及结合了此类偏振片叠堆的背光源

Info

Publication number: CN104995536B
Application number: CN201480009162.XA
Authority: CN
Inventors: 亚当·D·哈格; 蒂莫西·J·内维特; 迈克尔·F·韦伯; 罗伯特·D·泰勒; 卡尔·A·斯托弗
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: US20150378077A1; JP2016510903A; MX344848B; SG11201506508SA; BR112015019801A2; EP2959332A1; MX2015010665A; KR20150119868A; JP6507104B2; WO2014130283A1; TW201439611A; CN104995536A; US20210033766A1; KR102241661B1; US10838127B2

Abstract

本发明描述了偏振片叠堆。更具体地，描述了包括一个吸收式偏振片和多个反射式偏振片的偏振片叠堆，所述多个反射式偏振片包括至少一个准直反射式偏振片。此类偏振片叠堆能够发出既准直又有中性颜色的光。还描述了结合此类偏振片叠堆的背光源。

Description

吸收、反射和准直偏振片叠堆以及结合了此类偏振片叠堆的背光源

技术领域

本发明涉及偏振片叠堆。更具体地，本发明涉及包括反射式偏振片和吸收式偏振片二者并提供准直的和中性颜色的输出光的偏振片叠堆。另外，还描述了结合此类偏振片叠堆的背光源。

背景技术

显示装置诸如液晶显示器(LCD)装置用于多种应用中，包括例如电视机、手持装置、数码静态相机、摄像机和计算机监视器。因为LCD面板不是自发光的，所以一些显示器应用可能需要背光组件或“背光源”。背光源通常将来自一个或多个源(例如，冷阴极萤光管(CCFT)或发光二极管(LED))的光耦合至LCD面板。常见的显示装置通常包括偏振片。

反射式偏振片是已知的。通常，反射式偏振片可由结合大量不同透光材料薄层的多层光学膜构成，该薄层通常称为微层，因为它们足够薄，使得光学膜的反射和透射特性在很大程度上取决于从层界面反射的光的相长干涉或相消干涉。在此类反射式偏振片中，多个微层的面内折射率被选择以提供沿着面内阻光轴的相邻微层之间的显著的折射率失配，以及沿着面内透光轴的相邻微层之间的显著的折射率匹配。此类膜在(如)美国专利5,882,774(Jonza等人)中有所描述。此类反射式偏振片具有足够数量的层，以确保沿着阻光轴偏振的垂直入射光的高反射率，同时保持沿着透光轴偏振的垂直入射光的低反射率和高透射率。

在一些显示应用中，反射式偏振片可以与例如吸收式偏振片结合。此类构造在例如授予Ouderkirk等人的美国专利6,096,375、授予Weber等人的美国专利6,697,195和授予Weber等人的美国专利7,826,009中有所描述，所述专利中的每一个据此全文以引用方式并入。例如，通过将染料引入聚合物片中，然后将聚合物片沿一个方向拉伸来制备吸收式偏振片。吸收式偏振片的制造方法也可为：先单轴拉伸半结晶性聚合物诸如聚乙烯醇，然后使用碘络合物或二向色性染料或通过使用取向的二向色性染料涂覆聚合物来对聚合物进行染色。许多商用偏振片通常将聚乙烯醇用作染料的聚合物基体。吸收式偏振片通常具有较大的光吸量(并且在一些文献中还可被称为“二向色性偏振片”)。如果精心设计层的消光光谱，则使用此类“混合型偏振片”(结合了反射式偏振片和吸收式偏振片)可提供非常好的消光。

另外，3M公司最近开发了可结合光准直功能同时仍提供必需的反射偏振功能的反射式偏振片，光准直功能通常由结构化膜诸如增亮棱镜膜或珠膜提供。此类反射式偏振片在例如共同拥有和转让的国际申请PCT/US2012/060485和PCT/US2012/060483中有所描述，所述申请中的每一个申请据此全文以引用方式并入。这些申请中所述的膜提供独特的透射光谱形状，以便平衡反射和透射的颜色，并提供中性白色显示，同时还使光大致朝向观察者准直。作为针对中性白色背光输出色的这些光谱设计的结果，反射式偏振片的光的消光状态通常具有透射穿过膜的非中性颜色，然后这些颜色必须用单独的高性能碘吸收式偏振片元件进行中和(在到达液晶面板之前)。此类单独的元件也是必要的，因为反射式偏振片膜的阻光轴透射水平太高，以致不能充当紧邻液晶面板的唯一偏振元件，并且甚至在消光状态中的整体透射水平大体较低的情况下，颜色光谱的一个区域中可存在峰值。

本领域仍然需要充当偏振片并提供反射、吸收和准直特性同时还在透光和消光状态均提供中性色彩的单一膜叠堆。本发明试图满足这一需求。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种偏振片叠堆。偏振片叠堆包括具有透光轴透射光谱和阻光轴透射光谱的第一双折射反射式偏振片、具有随波长增大而减小的阻光轴透射率的准直双折射反射式偏振片、以及设置在第一双折射反射式偏振片和准直双折射反射式偏振片之间的吸收式偏振片层。偏振片叠堆的透光轴透射率在整个可见波长带上总体上是基本上中性的。偏振片叠堆还可包括定位在第一双折射反射式偏振片的与吸收式偏振片层相背对的侧上的第二吸收式偏振片层。

在一些实施例中，第一双折射反射式偏振片的阻光轴透射率随整个可见光谱上波长的增大而增大。在一些实施例中，准直反射式偏振片的透光轴透射率是中性的或随整个可见光谱上波长的增大而减小。在一些实施例中，偏振片叠堆满足：对于p偏振光或可能对于s偏振光而言，T^透光60/T^透光0<0.75或T^透光60/T^透光0<0.60。另外，可见光的T^透光可以大于0.3、0.4或0.5。此外，偏振片叠堆可以满足T^阻光0<10^-3。

在一些实施例中，吸收式偏振片层的对比率为100:1或更小。在一些实施例中，偏振片叠堆的对比率为6,000:1或更大。另外，第一双折射反射式偏振片的R_半球可以<0.50，并且准直双折射反射式偏振片的R_半球可以为至少0.60。

在不同的方面，本发明涉及包括光源和此前所述的偏振片叠堆的背光源。另外，本发明可以涉及包括显示器和所述背光源的背光源。

在另一个方面，本发明涉及背光源。背光源包括(1)光再循环腔，所述光再循环腔包括：前反射器、后反射器、透光强度光谱和阻光强度光谱，其中前反射器部分地反射并包括ARCP；以及(2)被设置为将光发射到光再循环腔内的一个或多个光源构件。透光强度光谱和阻光强度光谱在整个可见光波段上均是基本上中性的并在垂直入射下具有至少500:1的比率。在至少一些实施例中，ARCP包括具有透光轴透射光谱和阻光轴透射光谱的第一双折射反射式偏振片、具有随波长增大而减小的阻光轴透射率的准直双折射反射式偏振片、以及定位在第一双折射反射式偏振片和准直双折射反射式偏振片之间的吸收式偏振片层。

在一些实施例中，ARCP的透光轴透射率在整个可见波长带上是基本上中性的。另外，透光强度光谱和阻光强度光谱可以在整个可见波长带上均是基本上中性的并在垂直入射下具有至少1,000:1的比率。此外，ARCP可以满足：对于p偏振光或s偏振光而言，T^透光60/T^透光0<0.75，或T^透光60/T^透光0<0.60。

附图说明

图1为根据本发明的偏振片叠堆的剖视图；

图2为反射式偏振膜的示意性透视图；

图3为根据本发明的反射式偏振片的示意性透视图；

图4为根据本发明的偏振片叠堆的剖视图；

图5为各种偏振片叠堆的亮度数据对偏振片角度的曲线图。

图6为各种偏振片叠堆的亮度数据对偏振片角度的曲线图。

图7为具有背光源和LCD面板的显示系统的剖视图。

图8a-8d示出了根据本发明的偏振片的透射光谱。

图9示出了本发明的ARCP的透射光谱对标准吸收式偏振片的透射光谱。

图10示出了背光源反射器的R_BL(λ)光谱和ARCP R^f _半球(λ)光谱以及透光强度光谱。

图11a-11b示出了用ARCP前反射器从背光源射出的光的纯度数据。

图12示出了根据本发明的针对ARCP的计算的透射光谱。

图13示出了背光源反射器的R_BL(λ)光谱和ARCP R^f _半球(λ)光谱以及透光强度光谱。

图14a-14b示出了用ARCP前反射器从背光源射出的光的纯度数据。

图15示出了根据本发明的针对ARCP的计算的透射光谱。

图16示出了背光源反射器的R_BL(λ)光谱和ARCP R^f _半球(λ)光谱以及透光强度光谱。

图17a-17b示出了用ARCP前反射器从背光源射出的光的纯度数据。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参考了形成其一部分的附图，在这些附图中以例证的方式显示了器件、系统和方法的多个具体实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，设想并可做出其他实施例。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。

除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有本领域中常用的含义。本文给出的定义有利于理解本文中频繁使用的某些术语，且并不意味着限制本发明的范围。

本发明提供了充当吸收式、反射式和准直偏振片的偏振片叠堆。偏振片叠堆相比于与液晶背光源显示器一起使用的常规二向色性偏振片可提供更高的亮度，并还可以使光朝向垂直角度的观察者准直，同时在明亮和黑暗状态均保持中性颜色。在叠堆中使用二向色层使得多层光学膜具有中性颜色，否则该多层光学膜具有引起反对的颜色。此类偏振片叠堆尤其可用于电话、手机、平板电脑、笔记本电脑、监视器等应用的显示器，该显示器包括液晶显示器、触摸屏显示器、半透反射式显示器。单一叠堆中所述功能的独特组合允许获得更薄、更简单和更有效的显示器。

在另一个意义上，本发明提供了对与液晶显示器和相关联背光源一起使用的偏振元件的形成的问题的解决方案，该相关联背光源提供黑暗或阻光状态和中性白色或透光状态，而无需紧邻液晶面板使用的常规PVA碘偏振片。

参见图1，偏振片叠堆100包括第一双折射反射式偏振片106、吸收式偏振片104和定位在吸收式偏振片的与第一双折射反射式偏振片106相背对的侧上的准直双折射反射式偏振片102。如上文所指出，本发明提供光的准直，并且通常这是通过准直双折射反射式偏振片102实现的。偏振片叠堆100同时进行吸收、反射、准直和偏振，并在下文中被称为偏振片叠堆或吸收式、反射式、准直偏振片(“ARCP”)。两个术语应被理解为具有相同的含义。通过对准直双折射反射式偏振片102的以下描述可以更好地理解准直双折射反射式偏振片的一般功能。

在许多实施例中，准直双折射反射式偏振片具有通常随入射角而增大的反射率和通常随入射角而减小的透射率，其中所述反射率和透射率用于未偏振的可见光以及用于任何入射平面，以及/或者用于在一个平面中入射的可用偏振态的光，对于该平面而言，可用偏振态的斜光对于一个基准面是p-偏振的，对于正交的基准面则是s-偏振的。此外，准直双折射反射式偏振片优选地具有高的半球反射率R^f _半球值，同时还具有足够高的应用可用光的透射率。

在许多实施例中，准直双折射反射式偏振片具有相对较高的整体反射率，以支持腔或膜叠堆内相对较高的再循环。我们以“半球反射率”来表征这一点，意指在(所关注波长范围内的)光以所有可能方向的分布入射到组件(无论是表面、膜还是膜的集合)上时所述组件的总反射率。因此，使入射光从以法向为中心的半球内的所有方向(和所有偏振态，除非另外指明)照射该部件，并收集反射到同一个半球中的所有光。对于关注的波长范围而言，反射光总通量与入射光总通量的比率为半球反射率R_半球。特别值得注意的是，R_半球以离散波长表征，并且可将其视为所关注波长范围内的平均值。此外，不同于垂直入射的反射率，R_半球对反射率随入射角的变化性不敏感，并且已考虑到该变化性，该变化性对于某些部件(如棱镜膜)可能非常显著。

事实上，至少对在一个平面中入射的光而言，准直双折射反射式偏振片的一些实施例表现出随入射角远离法线而增大的(定向)反射率(和通常随入射角增大而减小的透射率)。此类反射特性使光优先从准直偏振片所在的腔或叠堆透射出来，通过角度更接近垂直(即，更靠近背光源的观看轴)的准直双折射反射式偏振片，并且这有助于提高观看角度处显示器的感知亮度，这一点在显示器行业是很重要的(代价是较高观看角度处感知亮度较低，这一点通常不太重要)。这种效应称为准直。之所以说“至少对在一个平面中入射的光”而言反射率随角度而增大，是因为有时会希望只在一个视平面内具有狭视角(更准直)，而又希望在正交平面内具有较广的视角(不太准直)。示例是某些液晶电视的应用，其中需要为在水平面内进行观察提供广视角，但又指定在垂直平面内提供较狭的视角。在其他情况下，两个正交平面均需要窄视角以最大化同轴亮度。这样，可以很大程度上将来自再循环腔或膜叠堆的光准直，并且可提供从单一膜构造输出的偏振光。

在反射率和透射率特性的以下讨论中，初始可假设将反射率和透射率确定为在波长范围内的广泛平均值。稍后的讨论将集中于整个可见谱带内的倾斜透射和反射光谱，反射率和透射率特性为波长相关的，并且需要在特定波长区域内进行表征。

当讨论倾斜角反射率时，牢记图2的几何考虑因素很有帮助。图中可见，表面110位于x-y平面内，该平面具有z轴法向。由于表面为偏振膜或部分偏振的膜(例如国际专利申请PCT/US2012/060485和PCT/US2012/060483中所述的那些)，根据该申请，我们将y轴指定为“透光轴”，将x轴指定为“阻光轴”。换句话说，与偏振轴平行于x轴的垂直入射光相比，偏振轴平行于y轴的垂直入射光优先透过。

光可以从任何方向入射到表面110上，但本文集中讨论平行于x-z平面的第一入射平面132和平行于y-z平面的第二入射平面122。“入射平面”是指包含光传播的表面法向和特定方向的平面。我们在图2中示出了入射到平面132中的一束斜光线130和入射到平面122中的另一束斜光线120。假设光线是非偏振的，它们将各自具有位于其各自入射平面的偏振分量(称为“p偏振”光)和垂直于各自入射平面取向的正交偏振分量(称为“s偏振”并在图2中标记为“s”)。值得注意的是，对于反射偏振膜而言，根据光线的方向，“s”和“p”可与透光轴或阻光轴对齐。在图2中，光线130的s偏振分量和光线120的p偏振分量与透光轴(y轴)对齐，并因此会优先地透射，而相对的偏振分量(光线130的p偏振和光线120的s偏振)与阻光轴(x轴)对齐。

鉴于此，考虑指定准直双折射反射式偏振片“表现具有大体随入射角而增大的反射率”的含义和后果。与再循环背光源配合使用的该反射特性在共同拥有和转让的美国专利公布2010/0156953和2010/0165660中进行了大体描述。具有增强的准直特性的准直双折射反射式偏振片还在PCT申请PCT/US2012/060485中有所描述，其中反射光谱是倾斜的。对于其中期望优选的偏振光的示例而言，准直双折射反射式偏振片包括多层构造(例如，共挤出的聚合物微层，其在合适的条件下取向以产生期望的折射率关系和期望的反射特性)，该构造在阻光偏振态对垂直入射光具有非常高的反射率，在透光偏振态对垂直入射光具有较低但仍显著的反射率(如20％至90％)。阻光态光(光线130的p偏振分量和光线120的s偏振分量)的非常高的反射率对于所有入射角通常都保持为非常高。更有意思的是透光态的光(光线130的s偏振分量和光线120的p偏振分量)，因为其在垂直入射处具有中间反射率。入射平面132中的透光态斜光将因s偏振光反射率的性质而表现出随着入射角增大而增大的反射率(然而，反射率的相对增加量将取决于垂直入射处透光态反射率的初始值)。因此，在平行于平面132的视平面中从具有准直双折射反射式偏振片前膜的再循环背光源发出的光的角度将被部分地准直或限制。然而，其他入射平面122中的透光态斜光(即光线120的p偏振分量)可根据微层之间的z轴折射率差值相对于面内折射率差值的大小和偏光性而表现出三种行为中任何一种。参见(如)美国专利5,882,774。

在一种情况下，存在布鲁斯特角，并且此光的反射率随入射角的增大而减小。这样会在平行于平面122的视平面中产生明亮的偏轴凸角，该凸角通常在LCD观看应用中是不可取的(虽然在其他应用中这种现象是可接受的，甚至就LCD观看应用而言，可使用棱镜膜等将该凸角输出重新导向至观察轴)。

在另一种情况下，布鲁斯特角不存在或非常大，并且p偏振光的反射率在入射角增大时相对恒定。这样在参考视平面内形成相对广的视角。

在第三种情况下，不存在布鲁斯特角，并且p偏振光的反射率随入射角而显著增大。这能够在参考视平面内产生相对狭的视角，其中可通过控制准直双折射反射式偏振片中的微层之间的z轴折射率差值大小来至少部分地调整准直度。

因此，准直双折射反射式偏振片中反射率随入射角而增大可以是指入射在一个平面上的可用偏振态的光，对于该平面而言，可用偏振态的斜光对于入射平面为p偏振，对于正交的入射平面则为s偏振。或者，反射率的这种增加可以是指任何入射平面中非偏振光的平均反射率。

在许多实施例中，再循环腔或膜叠堆的准直双折射反射式偏振片也具有倾斜透射光谱，并且对于任一可用偏振态的两个入射平面中的入射光或对于任何入射平面中未偏振的光而言通常为蓝色倾斜透射光谱。

再参见图1，可将吸收式偏振片104堆叠在准直双折射反射式偏振片102和第一双折射反射式偏振片106之间，并可以层合到反射式偏振片中的一者或多者上，与反射式偏振片中的一者或多者共挤出，或涂布到一个或多个反射式偏振片上并与一个或多个反射式偏振片一起取向。在一些示例性实施例中，图1中所示的整个叠堆100可以作为单个膜共挤出，或者单独挤出并层合它的各个部分，或者首先取向然后层合。

考虑移除位于循环背光源与像素化液晶显示器(LCD)结构所在的玻璃表面之间的ARCP，其中通常LCD的吸收式显示偏振片面向循环背光源。ARCP的光谱透射和反射特性可以便利地由以下来定义：其半球反射率光谱R^f _半球(λ)，以及由其沿着LCD系统的透光轴偏振的光的透射光谱T^透光(Ω,λ)，和沿着LCD系统的正交的阻光轴线性偏振的光的透射光谱T^阻光(Ω,λ)。

本发明的ARCP膜在用于循环背光源时可提供LCD白色状态的增强亮度，同时提供LCD的低强度黑暗状态。

更为普遍的是，应控制整个可见光光谱上的期望的ARCP特性(即，使穿过白色状态LC单元和叠置的偏振片的光的强度增大并使穿过黑暗状态LC单元和叠置的偏振片的光的强度接近零)，使得液晶显示器的感知颜色不会因ARCP/背光源系统而出现偏差或扭曲。如果ARCP/背光源系统将光递送至不符合显示器光源(如紧凑型荧光灯或显示器等级白色LED)的工程化色度平衡的LCD和每个LC单元中的颜色过滤器，那么LCD图像将具有扭曲的色调和白色点值，并且此外，会具有低光图像区域(黑色或非常暗的图像区域)，这些区域具有彩色色调，如蓝色、品红或微红色。

吸收式偏振片诸如吸收式偏振片104也适用于本公开。一种有用的偏振吸收元件为取向的包含染料的聚乙烯醇(PVA)膜。此类膜的示例以及它们作为偏振吸收元件的用途在例如美国专利4,895,769和4,659,523以及PCT公布WO 95/17691中有所描述，所述文献以引用方式并入本文。为用作吸收式偏振片，通常对聚乙烯醇膜进行拉伸，以对膜进行取向。当用偏振染料或颜料染色时，膜的取向决定膜的光学特性(例如，消光轴)。优选的是，吸收元件使得沿着阻光轴偏振的光的吸收不随入射角增大而减小(有时增大)。此类吸收式偏振片的一个示例为包括超分子溶致液晶材料的那些偏振片，如Lazarev等人的题为“Low-leakage off-angle in E-polarizers”,Journal of the SID 9/2,pp.101-105(2001)(“E偏振片中的低泄漏偏角”，《国际信息显示学会会志》，第9卷，第2期，第101-105页，2001年)中所述，该文献以引用方式并入本文。

吸收式偏振片中使用的合适的红外线和可见光吸收染料包括具有良好热稳定性的可以用(例如)聚酯(如PEN)熔融处理的染料。例如，可以基于诸如成本、加工性、稳定性、吸光材料的吸收光谱、和与光学滤波器中的其他元件的相容性等因素来选择吸光材料。

吸光材料可被选择为使得材料具有至少5:1、10:1或可能甚至20:1的二向色性比。二向色性比通常可被理解为阻光偏振中的吸收常数与透光偏振中的吸收常数的比率。应当理解，适用于宽带吸收元件的许多吸光材料在相对较宽的波长范围内具有很大的吸光度，或在透射波长范围和反射波长范围两者的各个部分内具有相对恒定的吸光度值。吸收式偏振片在两个反射式偏振片之间的组合的使用可使比单独使用吸收元件或吸收元件与单个反射元件一起使用时使用更少量的吸光材料。

本公开的示例性实施例中使用的吸收式偏振片具有小于1000:1的对比率，因此使反射式偏振片的贡献更重要。在一些示例性实施例中，吸收式偏振片的对比率可以为约500:1或更小、约100:1或更小、约10:1或更小，或约5:1或更小。在一些示例性实施例中，吸收式偏振片可以用约5:1至约100:1的对比率来表征。本领域的技术人员将会理解，对比率通常可被理解为平行于透光轴偏振的透射光的百分比与平行于阻光轴偏振的透射光的百分比的比率。

如果反射式/吸收式/反射式偏振片组合中的吸收式偏振片具有最高至约10:1的对比率，那么反射式偏振片中的至少一者优选地具有至少约100:1的对比率。在其他示例性实施例中，双轴反射式偏振片中的一者或两者可以用至少约50:1、至少约100:1或至少约200:1的对比率来表征。根据本公开的偏振片叠堆组合(诸如图1的叠堆100)可以具有约500:1或更大或约1000:1或更大的总对比率。在至少一个实施例中，偏振片叠堆(或ARCP)的对比率可以为5,000:1或更大，或可能6,000:1或更大。在一些示例性实施例中，根据本公开的偏振片叠堆的对比率可以高达约10,000:1。

再参见图1，偏振片叠堆100中还没有详细描述的第三个元件为第一双折射反射式偏振片106。可以使用任何数量的合适的双折射反射式偏振片。例如，图3示出了根据本公开的反射式偏振片的一个可能的示例性实施例，它为多层光学膜111，其包括第一材料113的第一层和第二材料115的第二层，该第一层设置(例如，通过共挤出)在第二层上。所示光学膜111可参照三个互相垂直的轴x、y和z进行描述。两个正交的轴x和轴y位于膜111的平面内(平面内，或x轴和y轴)，并且第三轴(z轴)在膜的厚度方向上延伸。第一材料和第二材料中的任何一者或两者可为双折射的。

尽管图3中示出的并且通常在本文中描述的仅有两个层，但是本公开的典型实施例包括与两个或更多个第二层交错的两个或更多个第一层。层的总数量可能是数百个或数千个或更多。在一些示例性实施例中，相邻的第一层和第二层可以称为光学重复单元。适用于本公开的示例性实施例的反射式偏振片在例如美国专利5,882,774、6,498,683、5,808,794中有所描述，所述各专利以引用方式并入本文。

光学膜111可以包括附加层。附加层可以是光学性的，例如，执行附加的光学功能，或可以是非光学性的，例如，因其机械性质或化学性质而被选择。正如以引用方式并入本文中的美国专利6179948所讨论的，这些附加层可在本文所述工艺条件下取向，并可有助于实现膜的整体光学性能和/或机械性能，但为清晰和简单起见，在本申请中将不对这些层进行进一步讨论。

在双折射反射式偏振片中，第一层113(n_1x,n_1y,n_1z)的折射率和第二层115(n_2x,n_2y,n_2z)的折射率沿着一个平面内轴(y轴)基本匹配，而沿着另一平面内轴(x轴)基本失配。匹配的方向(y)形成偏振片的透射(透光)轴或透射状态，使得沿着此方向偏振的光优先透射，并且失配的方向(x)形成偏振片的反射(阻光)轴或反射状态，使得沿着此方向偏振的光优先反射。通常，在反射方向上的折射率失配越大并且在透射方向上的折射率匹配越接近，则偏振片的性能会越好。

为良好地宽角度观察显示装置，显示偏振片应对于所有入射角保持高阻光态对比并还对所有入射角保持高透光透射。如已在共同拥有的美国专利5,882,774中示出的，当交替的第一层113和第二层115的折射率针对沿z轴偏振的光和沿y轴偏振的光匹配时，透光态透射增加。z-折射率匹配还确保阻光态透射在高入射角下不降低。

在示例性实施例中，偏振片叠堆中的准直双折射反射式偏振片或第一双折射反射式偏振片中的至少一者可以是双轴的，即，对于特定双折射反射式偏振片材料而言具有超过约0.05的Δn_yz。在其他示例性实施例中，Δn_yz可以为至少0.08、或取决于应用为另一个合适的值、或至少约0.1或更大。所有折射率值和折射率差值均是针对633nm报告的。

在至少一些实施例中，在吸收式偏振片1104的与准直双折射反射式偏振片102相背对的侧上的第一双折射反射式偏振片106实际上自身也可以是准直反射式偏振片。因此，第一双折射反射式偏振片106可以具有上文针对准直双折射反射式偏振片102所述的所有特性。

图4示出了根据本发明的合适偏振片叠堆的另一个示例。与偏振片叠堆100一样，偏振片叠堆400包括第一双折射反射式偏振片106和准直双折射反射式偏振片102。吸收式偏振片104定位在第一双折射反射式偏振片106和准直双折射反射式偏振片102之间。另外，图4所示的实施例包含第二吸收式偏振片108，第二吸收式偏振片108定位在第一双折射反射式偏振片106的与第一吸收式偏振片104相背对的侧上。通常，第二吸收式偏振片108可以具有与上文详细描述的吸收式偏振片104类似或相同的特性。使用第二吸收式偏振片的特别有用的情况是寻求提高黑暗状态消光的情况，或寻求降低来自显示器观察者一侧的炫光的情况。

目前LCD行业聚焦于高性能和低成本产品。可以通过将单独制造的高性能碘染色的PVA偏振片与合适的准直反射式偏振片(如上文所述的那些)层合来制造高性能的吸收、反射和准直偏振片叠堆。然而，高性能的碘染色的偏振片很昂贵，此外它们的取向方向即阻光轴方向通常为顺维方向(纵向或MD方向)，而基于取向的多层PEN的反射式偏振片最便利地是以横维方向(横向或“拉幅”方向)取向。为此，不能用低成本卷对卷层合法使它们连续连接在一起，但必须首先将至少一个切割成片部分，然后将它们旋转90度，然后单独层合到其他偏振膜上。可以在拉幅机中对多层取向之前将PVA涂层施加到多层偏振膜上，但发现PVA和PEN的优选取向温度的较大差异导致吸收和反射组件中的一者或另一者质量较差。本发明中，可以用性能较低和成本较低的碘/PVA偏振片取代本说明书中引用的另选染料，但这种取代不解决层合工艺的成本问题。因此，本领域仍存在对低成本、高性能的吸收反射准直偏振片的需要。如本文所公开，可将某些偏振染料混合到聚酯树脂诸如PEN和PET或它们的共聚物中，然后在处理聚酯的优选温度下挤出并取向。以这种方式，可以在无需其他处理的情况下制造作为偏振片叠堆的一体部分的低成本吸收式偏振片。

现在进一步讨论偏振片叠堆100、400等中的各个偏振片的相互作用。如共同拥有和转让的PCT申请PCT/US2012/060483(“PCT/US2012/060483”)中所提出，如果光谱是倾斜的，准直反射式偏振片(诸如偏振片102)可提供增强的准直，其中透射率随波长增大而减小。为了本说明书的目的，我们将这定义为负比降(如下文更详细地描述)。对于透光轴透射而言具有相对较大负比降的反射式偏振片公开于U.S.61/549,588中。尽管由于阻光轴和透光轴具有不同的折射率，并且还由于透射所依据的线性标度上透射率的绝对值差值很大，所以倾斜度不是完全相同的，当透光轴表现出大倾斜度时，阻光轴也将表现出类似的倾斜度。阻光轴透射偏振片上的较大负比降可导致蓝光大量泄漏，这会使LCD面板的黑暗状态基本上脱色。PCT/US2012/060483的准直偏振片用于包括高性能吸收式偏振片的LCD面板的背光源。标准LCD面板偏振片的阻光轴被选择用于最小化黑暗状态泄漏以及消除此类问题。

对于本文所公开的一体的反射吸收准直偏振片叠堆而言，面板上没有用于吸收任何光泄漏的另外的吸收式偏振片(惯常如此)。一体的偏振片在用于具有再循环背光源的LCD系统时必须提供良好的黑暗状态(即所有可见光波长处的低阻光轴透射)以及提供基本的准直效应。此外，透光轴必须透射白色状态亮度可接受的水平。对于后一个原因，只是在偏振片中通过使用更多的1/4波层或折射率更低的各向同性低折射率材料来降低阻光态透射率是无法接受的，因为这具有也将透光轴透射率降至无法接受的低水平的不利效果。低折射率材料一定程度地限制准直反射式偏振片，因为它优选地具有处于高折射率双折射层的y折射率和z折射率中间的折射率。

我们发现，如果第一双折射反射式偏振片106和准直反射式偏振片102的阻光透射光谱具有相反的倾斜光谱，可以同时获得可接受的颜色平衡的阻光态黑暗水平、可接受的准直和可接受的透光态透射水平。准直反射式偏振片的透光轴透射光谱可以是平的或稍微负的。

如PCT/US2012/060483中所述，针对以倾斜角度入射在准直偏振片上的光，红外光谱的一部分偏移到可见光谱内。主要负责反射和有效地准直倾斜入射的白光的光谱的一部分是绿色、红色并靠近在垂直入射处测量的光谱的红外部分。因此，对于各个反射式偏振片的阻光轴和透光轴而言，光谱的这些部分的倾斜度是最相关的。

对于作为整体的偏振片叠堆而言，只因为吸收染料光谱不随角度偏移来评估可见光谱的倾斜度测定是值得的。因此，还提供可见光倾斜度计算，以表征作为整体的偏振片叠堆或ARCP的“颜色中性”。

多层聚合物干涉滤光器(如准直反射式偏振片)的透射光谱可能通常看起来是相对杂乱的，例如，干涉效应会由于光谱中的振荡导致许多局部最低处和最高处。然而，存在若干方法来估计或计量光谱在宽波长范围内的平均倾斜度。曲线拟合至线性或低阶多项式函数是一种方法。更简单的方法是确定局部各组波长中的平均透射率值。例如，可以计算宽带可见光和红外光谱中针对红外、红色和绿色波长范围的子集的平均透射率：IR_平均、R_平均和G_平均。然后可以计算光谱倾斜度：

倾斜度＝(IR_平均–G_平均)/平均值，

其中平均值为三个波长平均值的简单算术平均值，由下式给出：

平均值＝(IR_平均+R_平均+G_平均)/3。

针对第一双折射反射式偏振片或准直双折射反射式偏振片的“倾斜度”的任何讨论将被理解为是指上述倾斜度计算(即，考虑到红外、红色和绿色波长)。

在另一个意义上，可以确定只包括可见光谱的光谱的倾斜度。在这种情况下，可以计算蓝色、红色和绿色波长范围的子集的平均透射率：B_平均、R_平均和G_平均。然后可以计算可见光倾斜度：

可见光倾斜度＝(B_平均–R_平均)/可见光平均值，

其中可见光平均值为三个波长平均值的简单算术平均值，由下式给出：

可见光平均值＝(B_平均+R_平均+G_平均)/3。

针对偏振片叠堆/ARCP的“可见光倾斜度”的任何讨论将被理解为是指上述倾斜度计算(即，考虑到蓝色、红色和绿色波长)。

局部颜色范围被选择为蓝色＝450nm至500nm：绿色＝500nm至560nm，红色＝600nm至650nm，IR＝700nm至750nm。本领域的技术人员将会理解，可将倾斜度表示为分数或百分比。

为了本说明书的目的，“中性”可见光倾斜度将被定义为具有以下的绝对值：15％、10％、5％或更小，或可能3％或更小并可能甚至接近0。本发明的偏振片叠堆或ARCP通常可被理解为对透射光而言具有中性可见光倾斜度(即，偏振片叠堆的透光轴透射在可见光波段总的来讲是基本上中性的)。

在本发明中，准直双折射反射式偏振片的透光态中的透射光谱的倾斜度(即T^透光(0,λ))可以小于0和小于-5％或小于-10％或小于-20％或小于-30％或小于-40％或小于-50％。阻光态中的透射光谱的倾斜度(即T^阻光(0,λ))可以小于0或小于-10％或小于-50％或小于-100％或小于-150％或小于-200％。

第一双折射反射式偏振片的透光态中的透射光谱的倾斜度(即T^透光(0,λ))可以大于0和大于5％或大于10％或大于20％或大于30％或大于40％或大于50％。阻光态中的透射光谱的倾斜度(即T^阻光(0,λ))可以大于0或大于10％或大于50％或大于100％或大于150％或大于200％。

对来自偏振片叠堆的光的潜在准直程度的指示可通过给定膜的垂直入射下的透射可见光与60度入射下的透射可见光的比率获得。在大部分LCD TV中，LCD面板上的后偏振片在水平方向上与其透光轴对准。因此，p偏振的透光轴光的入射平面沿着水平方向(左和右)。s偏振的透光轴光的入射平面因此在垂直方向上。因此，当从中心线上方或下方观察时s偏振光的背光源发射决定LCD面板的亮度，并且p偏振光的背光源发射决定从左或从右的观察亮度。为此，在60度入射下和在垂直入射下针对s偏振光和p偏振光显示了三个膜实例的透光轴光谱。

在本发明中，在60度入射角下透射在透光轴中的可见光(“T^透光60”)可以除以在0度入射角下透射在透光轴中的光(“T^透光0”)，以确定准直程度。可以对s-偏振光和p-偏振光采用此类测量。使用s-偏振光时，目前描述的偏振片叠堆表现出具有小于0.75且还小于0.60的T^透光60/T^透光0比率。相似地，使用p-偏振光时，目前描述的偏振片叠堆表现出具有小于0.75且还小于0.60的T^透光60/T^透光0比率。另外，可以根据在60度(“T^阻光60”)或0度(“T^阻光0”)下透射在阻光轴中的可见光来表征偏振片叠堆。在本发明的优选实施例中，偏振片叠堆将具有非常低的T^阻光0，可能小于10^-3或甚至0.5×10^-3或小于10^-4。

具有ARCP前元件的再循环背光源

为了进行示意性的说明，便利的是进一步定义液晶显示器面板以及具有形成再循环腔的前反射器和后反射器的背光源的光学元件。在一些情况下，本发明实际上涉及可包括除了光源之外本文通篇所述的偏振片叠堆或ARCP的再循环背光源。本发明还可以涵盖包括面板和此类背光源的显示器。

图7为包括背光源710和液晶面板730的显示系统700的示意性剖视图。背光源710被定位成向液晶面板730提供光。背光源710包括形成光再循环腔716的前反射器712和后反射器714，该光再循环腔具有腔体深度H和面积为A输出的输出区域718。前反射器712可具有设置在它与后反射器714之间的其他元件，例如，多个光控膜，诸如微结构化的小透镜阵列、棱镜膜和珠状增益漫射器711。可利用本文所述的任何合适的膜来提供前反射器712。通常，前反射器将为ARCP。

液晶面板730通常包括设置在面板738之间的液晶层736。板738通常由玻璃形成，并且可包括电极结构及其内表面上的用于控制液晶层736中液晶的取向的取向层。将这些电极结构进行常规排列，以便限定液晶面板的像素，即限定液晶层区域，使得可在该区域中独立于邻近区域来控制液晶的取向。滤色器阵列740也可与一个或多个面板738包括在一起，用于在由液晶面板730所显示的图像上附加颜色。

液晶面板730定位在前吸收式偏振片732和前反射器712之间。本领域中常见的操作是将液晶面板730定位在前吸收式偏振片和后吸收式偏振片之间，但在该实施例中，后吸收式偏振片被吸收、反射、准直和偏振元件712(也被描述为(再循环背光源的)前反射器)取代。应当理解，前反射器712可以直接附接到玻璃板738上。吸收式偏振片732、前反射器(ARCP)712和液晶面板730联合控制背光源710发出的光透过显示系统700到达观察者。例如，吸收式偏振片732和ARCP 712可被布置成使它们的透光透射轴彼此垂直。在未激活状态中，液晶层736的像素可能不会更改从其中通过的光的偏振。因此，穿过ARCP 712的光由前吸收式偏振片732吸收。当像素被激活时，从其中通过的光的偏振被旋转，使得透射穿过ARCP 712的至少一部分光也透射穿过前吸收式偏振片732。例如，通过(未示出的)控制器对液晶层736的不同像素的选择性激活，使光在某些期望的位置穿出显示系统700，从而形成观察者所见的图像。该控制器可包括例如计算机或接收并显示电视图像的电视机控制器。

例如，可在前吸收式偏振片732近侧提供一个或多个任选层(未示出)，从而向显示器表面提供机械保护和/或环境保护。在一个示例性实施例中，该层可包括前吸收式偏振片732上面的一层硬质涂膜。

应当理解，一些类型的液晶显示器可能以与上述不同的方式操作。例如，可平行对齐吸收式偏振片732和ARFC 712，并且在未激活状态下时，液晶面板可旋转光的偏振。无论如何，此类显示器的基本结构仍然与上述基本结构类似。

为了分析目的，其中我们认为前反射器和后反射器为基本上无限程度，我们可以将具有对可见非偏振光的有效反射率R_BL的后反射器定义为包括光再循环腔内部的除了限定输出表面的小孔之外的所有反射和损耗元件。就这一点而言，在面积比率意义上包括具有环绕的高反射率材料的损耗元件诸如LED晶粒、透镜、封装物、电路和外露的电路板，从而确定RBL。此外，反射表面之间的物理间隙也用于定义此有效反射率。然后可方便地拖曳此R_BL表面的物理位置使其与物理腔体内部的平均表面一致。通常，为了获得良好构造的再循环腔背光源，从后反射器材料的R^b _半球的测量值中减去R_BL为几个百分比或更小，因此此处将忽略不计。

此外，便利的是使用简单构造R^f _半球(λ)、T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)来定义ARCP的光学特性：T^透光(Ω,λ)为沿着LCD系统的任一透光轴偏振的光的透射率，T^阻光(Ω,λ)为沿着LCD系统的正交的阻光轴线性偏振的光的透射率，Ω表示所关注的立体角度，所述立体角度代表观察者相对于背光源输出表面的几何位置。Ω的具体值可以用定义的入射平面(22和24)与入射角θ的组合表示。

此外，便利的是将前反射器特性R^f _半球(λ)和后反射器特性R^b _半球(λ)以及T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)定义为波长特定光谱特性，或作为另一种选择，定义为整个可见光波段上的平均值，在这种情况下，将它们写为R^f _半球、R_BL以及T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)。为了本发明的目的，可见光平均值可以是450nm至650nm波长范围内的光谱平均值。此外，本发明中讨论的可见光谱应被理解为是指450nm至650nm的波长范围。

R^f _半球(λ)为可测量的量，其描述了ARCP的半球反射率。如所指出的那样，可将多个其他光学膜和光学元件设置在ARCP与背光源后反射器元件之间，背光源后反射器元件诸如棱镜膜、微透镜阵列膜和珠状增益漫射器。可将所述元件层合或间隔开，但一般来讲它们一起操作为使光从背光光源再循环的系统，以便在与重叠的ARCP/LCD面板相互作用之前彻底混合腔内的光或使腔内的光朝法向角度准直。ARCP下方的光学元件可包括漫射元件诸如漫射板、和表面结构漫射器、以及折射元件诸如透镜膜和/或棱镜膜。

T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)的值被定义为透射系数：在集中于所感兴趣的观察者角度Ω(相对于前反射器平面)的角度处使用前反射器和覆盖全角度光源的吸收式偏振片(例如，角度混合的光再循环腔)的透射强度与0角度下仅使用覆盖全角度光源的吸收式偏振片的透射强度的比率。针对该测量，前反射器的偏振特性与吸收式偏振片的透光轴适当地匹配。使用Perkin Elmer L-1050分光光度计测量了以下实例的T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)光谱。

ARCP的光谱透射率和反射特性由ARCP的每个光学部件的各光谱透射率和反射特性组成，光学部件如：最靠近再循环背光源元件设置的第一双折射反射式偏振片106、吸收式偏振片104和定位在吸收式偏振片的与第一双折射反射式偏振片106相背对的一侧上的准直双折射反射式偏振片102。任选地，附加的吸收式偏振片可被设置成与LCD结构相邻。

本领域应当理解，如果ARCP的MOF部件的反射和透射特性是已知的，并且二向色吸收元件的吸收特性是已知的，那么每个单独元件的数值组合将决定ARCP的整体光谱透射和反射特性。

通过参考以下关系可以看到ARCP光谱透射率、和反射特性、以及由ARCP/再循环背光源系统递送至上覆的LCD的每个正交线性偏振(透光和阻光)的光谱光强度之间的关系：

公式1：

公式2：

对于图7所示的构造，透光强度光谱和阻光强度光谱二者在整个可见光波段上是基本上中性的并在垂直入射处具有至少1,000:1的比率。

实例

材料

吸收式偏振片的制造

使用以下工艺形成吸收式偏振片层。在22.7千克/小时(50.1磅/小时(pph))的速率下将PEN球送入双螺杆挤出机。在以下速率下，将购自三井化工公司(Mitsui Chemical)的二向色性染料也送入双螺杆挤出机：PD-104：45克/小时(0.10pph)，PD-325H：59克/小时(0.13pph)，PD-335H：32克/小时(0.07pph)，以及PD-318H：77克/小时(0.17pph)。在22.7千克/小时(50pph)下将该混合物连同GN071PETg外皮一起喂送到每一侧上，穿过41厘米(16英寸)模具，在6.1米/分钟(20英尺/分钟)速度下形成浇注片材。在拉幅机中以5.6:1的比率拉伸浇注片材，其中温度为143℃(290℉)，速度为6.1米/分钟(20英寸/分钟)。

比较例C1

通过在层间使用光学透明的粘合剂OCA 8171将以下叠堆层合在一起来构造混合型偏振片：吸收式偏振片层、APF(高级偏振膜–多层光学膜)、第二吸收式偏振片层、和第二APF层。吸收式偏振片层如“吸收式偏振片的制造”中所述。

获得西屋电器(Westinghouse)LD-3240型电视机。TV中LCD面板后面的膜叠堆容纳有偏振片、覆盖片、扩散片和棱镜膜。将这些膜从LCD面板上取下并用于组装表1中所示的叠堆。用EZ contrast XL 88W锥光镜(EZ contrast XL 88W conoscope)(型号XL88W-R-111124，得自法国赫洛威尔圣卡拉的艾尔迪姆光学公司(Eldim-Optics,Herouville,Saint-Clair France))来测量具有表1所示膜叠堆的LCD面板的90度(方位角)亮度，该亮度作为极角的函数。亮度数据示于图6中。

表1

比较例C2

如下所述制备准直双折射反射式偏振片。如PCT专利申请US2012/060485的实例3中所述来共挤出两个多层光学膜封包，不同的是每个封包中使用325个层并且在顶表面共挤出吸收式偏振片层。吸收式偏振片层由上文在标题“吸收式偏振片的制造”下所述的材料制成。

实例1

使用2010年5月7日提交的名称为“Feedblock for Manufacturing MultilayerPolymeric Films”(用于制造多层聚合物膜的送料区块)的美国专利申请公布2011/0272849中所述的送料区块方法制造图4的ARCP偏振片。将具有交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的两个封包作为浇注幅材共挤出，并接着在连续膜生产线上在拉幅机中进行拉伸。将两个吸收式偏振片层连同两个封包共挤出，其中一个吸收式偏振片层放置在两个封包之间，另一个放置在ARCP叠堆的顶部。吸收式偏振片层由上文在标题“吸收式偏振片的制造”下所述的树脂制成。第一封包和第二封包各自为325个层的叠堆，其中高折射率层为约束的单轴PEN，低折射率层为GN701 PETg。所述封包被设计为使得第一封包为反射式偏振片，第二封包为准直反射式偏振片。

将对比率确定为平均透光透射率与平均阻光透射率的比率。还确定60度极角处的透光轴p-偏振透射率与垂直入射透光轴透射率的比率。低透射率比率表明较强准直效应。结果报告于表2中，其中可以看到，与两个比较例相比，实例1的ARCP偏振片同时提供低的T^透光(60p偏振光)/T^透光(0)透射率比率和高对比率。

表2

偏振片	T<sup>透光</sup>(60p偏振光)/T<sup>透光</sup>(0)	对比率
			混合型偏振片(比较例C1)	0.95	5170
CMOF偏振片(比较例C2)	0.54	10
			ARCP偏振片(实例1)	0.57	6755

获得LG Flatron IPS231P监视器。监视器中的LCD面板后面的膜叠堆容纳有偏振片、棱镜膜和微透镜膜。将这些膜从LCD面板上移除并用于组装表3中所示的叠堆。用EZcontrast XL 88W锥光镜(EZ contrast XL 88W conoscope)(型号XL88W-R-111124，得自法国赫洛威尔圣卡拉的艾尔迪姆光学公司(Eldim-Optics,Herouville,Saint-ClairFrance))来测量具有表3所示膜叠堆的LCD面板的90度(方位角)亮度，该亮度作为极角的函数。亮度数据示于图7中。

表3

实例2a

制造不具有图4的二向色吸收元件108和104的图4的吸收、反射准直偏振片，以及具有图4的二向色吸收元件108和104的图4的吸收、反射准直偏振片。首先考虑第一反射式偏振片和第二反射式偏振片之间或邻近它们没有二向色吸收元件的情况。第一双折射反射式偏振片为325个层的叠堆，其中高折射率层为约束的单轴PEN，低折射率材料为PETg，并且该第一双折射反射式偏振片被设置最接近液晶显示器。第二准直双折射反射式偏振片设置成面向(最接近)再循环背光源。该第二准直反射式偏振片也是325个层的叠堆，其中高折射率层为约束的单轴PEN，低折射率层为PETg。第一反射式偏振片和第二反射式偏振片中的每一个偏振片被构造和加工成提供合适的透光透射光谱和阻光透射光谱。

测量的第一反射式偏振片和第二反射式偏振片中的每一个偏振片的阻光透射光谱示于图8a中。图8a中还示出了第一反射式偏振片和第二反射式偏振片中的每一个偏振片的计算的阻光透射光谱。通过如下来获得计算的光谱：使用对325层结构中的每一个的原子力显微镜(AFM)测量、PEN和PETg多层材料的3个正交轴中的每一正交轴的测量的色散折射率值，并采用用于分层光学结构的4×4Berreman矩阵计算引擎。阻光偏振的计算的光谱与测量的光谱非常一致。对于本领域的技术人员而言，采用计算的光学光谱、采用来自AFM和色散折射率值的组合的输入的这种方法被证明是准确的和预测性的。

图8b示出了该实例的第一反射式偏振片和第二反射式偏振片的测量的和计算的透光光谱。一致性也非常好。

第一反射式偏振片元件和第二反射式偏振片元件中的每个偏振片元件的计算的倾斜度示于下表4中。

表4

总的来说，第一反射式偏振片的T^阻光(0,λ)的倾斜度为强正性(朝着红色向更高的透射率倾斜)，第二反射式偏振片的T^阻光(0,λ)的倾斜度为强负性(朝着蓝色向更高的透射率倾斜)。第一反射式偏振片的T^透光(0,λ)的计算倾斜度为“中性”，接近零倾斜度，第二准直反射式偏振片的T^透光(0,λ)的倾斜度为适度负性(朝着蓝色向更高透射率倾斜)。

图8c示出了图4的元件108的透射光谱，其中吸收式偏振片层108和104与上文所述以及图8a和图8b中所示的第一反射式偏振片和第二准直反射式偏振片一起形成。用上文所述的工艺形成吸收式偏振片层，并将它与ARCP分离，以便测量光谱T^阻光(0,λ)和T^透光(0,λ)，并随后通过拟合二向色性染料的吸收常数以匹配光谱数据来计算光谱T^阻光(0,λ)和T^透光(0,λ)。该实例中的染料的二向色性比在整个可见光谱上具有约6.5的平均值，并显示T^透光(0,λ)的轻微正性的倾斜度和T^阻光(0,λ)的中性的倾斜度。

图8d示出了图4的整个ARCP的测量的和计算的透射光谱，

其中吸收式偏振片层104设置在第一反射式偏振片和第二反射式偏振片之间，并且吸收式偏振片层108与第一反射式偏振片相邻。

图8d示出了测量的和计算的光谱T^阻光(0,λ)和T^透光(0,λ)之间的良好一致性，并且可以看到，整个可见光波段上的T^阻光(0,λ)的透射率均非常低，为大约10^-4，并且为基本上中性。同时，ARCP提供的准直水平和阻光透射率水平示于表5中，其中可见光平均值用于准直度量。

表5

T<sup>透光</sup>(60p偏振光)/T<sup>透光</sup>(0)	T<sup>透光</sup>(60s偏振光)/T<sup>透光</sup>(0)	T<sup>阻光</sup>(0)
			0.672	0.486	1.04e-04

图9中示出了制造的ARCP和图7的标准吸收型显示偏振片732的测量的T^阻光(0,λ)和T^透光(0,λ)光谱的直接对比。用符号注释的曲线用于标准吸收型显示偏振片，在这种情况下为Sanritz 5618，实线示出该实例的制造的ARCP的T^阻光(0,λ)和T^透光(0,λ)光谱。

然后使用上文所述的背光源关系，使用R_BL(λ)、R^f _半球(λ)、T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)的光谱来计算背光源强度光谱。然后分析背光源透光强度光谱和背光源阻光强度光谱，以便确定白色状态和黑暗状态的颜色结果，以及两者的比率。针对该实例，采用随波长保持恒定的并具有0.87的值的R_BL(λ)。

图10示出了背光源后反射器的R_BL(λ)的光谱(曲线A)和实例ARCP R^f _半球(λ)的光谱(曲线B)。还绘制了背光源透光强度光谱，其是针对如下计算的：0度视角(曲线C)、在图2的入射平面122中传播的p-偏振光的60度视角(曲线D)、和在图2的入射平面132中传播的s-偏振光的60度视角(曲线E)。

最后，针对在0度和正负60度视角处对于p-偏振透光轴(标为60P))和s-偏振透光轴(标为60S)中的每个而言背光源发出的颜色，来分析该实例的具有ARCP前反射器的背光源系统。背光源透光强度光谱的色度数据和背光源阻光强度光谱的色度数据示于图11a和图11b中。

对于垂直视角和倾斜视角二者而言，该实例的透光态颜色非常接近中性背光源颜色(由LED光谱和液晶面板中的滤色器决定)。同时，法向角度处的阻光态颜色也接近中性色点，表明显示器黑色像素区域没有有色的色调，但看起来为中性黑。阻光态颜色坐标与背光源中性色点不同，就y偏差而言不超过0.035，就x偏差而言为0.012。这些x和y色度偏差水平将被本领域的技术人员视为中性。此外，阻光态颜色坐标与中性背光源颜色坐标的偏差沿着黑体温度线，该黑体温度线穿过(0.3,0.3)色度坐标从右上方向左下方行进。

在这种情况下，可见光平均透光强度光谱与可见光平均阻光强度光谱的比率为约4000:1。

实例2b

生成第二ARCP，其中第一反射式偏振片和第二反射式偏振片均以与上文实例2a相同的方式构造：各自具有T^阻光(0,λ)的约-80％倾斜度的相同光谱特性，并各自具有T^透光(0,λ)的约-5％倾斜度的相同光谱特性。该ARCP的第一反射式偏振片和第二反射式偏振片的倾斜度列于表6中。

表6

图12示出在图4的构造中该实例2b的整个ARCP的计算的透射光谱，其中吸收式偏振片层104被设置在第一反射式偏振片和第二反射式偏振片之间，并且吸收式偏振片层108与第一反射式偏振片相邻。吸收式偏振片层104和吸收式偏振片层108与实例2a中所提供的那些相同。

从图12可以看出，T^阻光(0,λ)透射光谱非常低(在整个可见光波段上为大约10^-4)，但基本上为负性倾斜，其中蓝色光谱中透射率较高，红色和近红外光谱透射率较低。同时，由ARCP提供的准直水平和阻光透射率水平示于表7中，其中可见光平均值用于准直度量。

表7

T<sup>透光</sup>(60p偏振光)/T<sup>透光</sup>(0)	T<sup>透光</sup>(60s偏振光)/T<sup>透光</sup>(0)	T<sup>阻光</sup>(0)
			0.650	0.495	1.33e-04

再次，使用上文所述的背光源关系，使用R_BL(λ)、R^f _半球(λ)、T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)的光谱来计算背光源强度光谱。然后分析背光源透光强度光谱和背光源阻光强度光谱，以便确定白色状态和黑暗状态的颜色结果，以及两者的比率。针对该实例，采用随波长保持恒定的具有0.87的值的R_BL(λ)。

图13示出背光源后反射器的R_BL(λ)的光谱(曲线A)和实例2b ARCP R^f _半球(λ)的光谱(曲线B)。还绘制了背光源透光强度光谱，其针对如下来被计算：0度视角(曲线C)、在图2的入射平面122中传播的p-偏振光的60度视角(曲线D)、和在图2的入射平面132中传播的s-偏振光的60度视角(曲线E)。

图14a和图14b示出了该实例2b的在0度和正负60度视角处对p-偏振透光轴和s-偏振透光轴(标为60S和60P)中的每一个的背光源系统颜色响应。

对于垂直视角和倾斜视角二者，实例2b的透光态颜色又非常接近中性背光源颜色。然而，对于该实例2b，垂直角度处的阻光态颜色远离中性色点，表明显示器黑色像素区域将看起来为蓝色。阻光态颜色坐标与背光源中性色点不同，对于y偏差为0.178，对于x偏差为0.225。这些x和y色度偏差水平被视为非中性，并且对于背光源和液晶显示器而言是无法接受的。

在这种情况下，可见光平均透光强度光谱与可见光平均阻光强度光谱的比率为约2600:1。

实例2c

生成第三ARCP，其中第一反射式偏振片和第二反射式偏振片均以与上文实例2a相同的方式构造；各自具有T^阻光(0,λ)的约-80％倾斜度的相同光谱特性，并各自具有T^透光(0,λ)的约-5％倾斜度的相同光谱特性。该ARCP的第一反射式偏振片和第二反射式偏振片的倾斜度列于表8中。

表8

图15示出在图4的构造中该实例2c的整个ARCP的计算的透射光谱，其中吸收式偏振片层104设置在第一反射式偏振片和第二反射式偏振片之间，并且吸收式偏振片层108与第一反射式偏振片相邻。吸收式偏振片层104和吸收式偏振片层108与实例2a中所提供的那些相同。

从图15可以看出，T^阻光(0,λ)的透射光谱非常低，在整个可见光波段上小于10^-4，但基本上为正性倾斜，其中蓝色光谱中的透射率较低，红色和近红外光谱中的透射率较高。同时，ARCP提供的准直水平和阻光透射率水平示于表9中，其中可见光平均值用于准直度量。

表9

T<sup>透光</sup>(60p偏振光)/T<sup>透光</sup>(0)	T<sup>透光</sup>(60s偏振光)/T<sup>透光</sup>(0)	T<sup>阻光</sup>(0)
			0.734	0.547	6.89e-05

再次，使用上文所述的背光源关系，使用R_BL(λ)、R^f _半球(λ)、T^透光(Ω,λ)和T^阻光(Ω,λ)的光谱来计算背光源强度光谱，然后分析背光源透光强度光谱和背光源阻光强度光谱，以便确定白色状态和黑暗状态的颜色结果，以及两者的比率。对于该实例，再次采用随波长保持恒定的具有0.87的值的R_BL(λ)。

图16示出背光源后反射器的R_BL(λ)的光谱(曲线A)和实例2c的ARCP R^f _半球(λ)的光谱(曲线B)。还绘制了背光源透光强度光谱，其针对如下被计算：0度视角(曲线C)、在图2的入射平面122中传播的p-偏振光的60度视角(曲线D)、和在图2的入射平面132中传播的s-偏振光的60度视角(曲线E)。

图17a和图17b示出了该实例2c的在0度和正负60度视角处对p-偏振透光轴和s-偏振透光轴(标为60S和60P)中的每一个的背光源系统颜色响应。

对于垂直视角和倾斜视角二者，该实例2c的透光态颜色又非常接近中性背光源颜色。然而，对于该实例2c，垂直角度处的阻光态颜色从中性色点朝品红移动，表明显示器黑色像素区域将看起来为品红色调。阻光态颜色坐标与背光源中性色点不同，对于y偏差为0.052，对于x偏差为-0.003。这些x和y色度偏差水平被视为非中性(与背光源中性点的径向距离偏差大于0.025)，这对于背光源和液晶显示器来讲是无法接受的。

此外，阻光态颜色坐标与中性背光源颜色坐标的偏差几乎垂直于黑体温度线行进，该黑体温度线穿过(0.3,0.3)色度坐标从右上方向左下方行进。与那些平行于或沿着黑体色温线行进的色度坐标偏差如实例2a的情况相比，与黑体温度线垂直的色度坐标偏差已知具有显著更明显的颜色偏差。

在这种情况下，可见光平均透光强度光谱与可见光平均阻光强度光谱的比率为约9400:1。

不应当将本发明视为限于上述的特定实例和实施例，因为详细描述这种实施例是为了有助于说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为涵盖本发明的所有方面，包括落入由所附权利要求限定的本发明范围内的各种修改、等同方法和可供选择的装置。

以下是根据本发明的示例性实施例：

项1.一种偏振片叠堆，包括：具有透光轴透射光谱和阻光轴透射光谱的第一双折射反射式偏振片、具有随波长增大而减小的阻光轴透射率的准直双折射反射式偏振片、以及定位在所述第一双折射反射式偏振片和所述准直双折射反射式偏振片之间的吸收式偏振片层，其中所述偏振片叠堆的透光轴透射率在整个可见光波段上总体上是基本上中性的。

项2.根据项1所述的偏振片叠堆，其中所述第一双折射反射式偏振片的阻光轴透射率在整个所述可见光谱上随波长增大而增大。

项3.根据项1所述的偏振片叠堆，其中所述准直双折射反射式偏振片的透光轴透射率在整个可见光谱上是中性的或随波长增大而减小。

项4.根据项1所述的偏振片叠堆，其中偏振片叠堆满足：针对p-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.75。

项5.根据项4所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：针对p-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.60。

项6.根据项4或项5所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：T^阻光0<10^-3。

项7.根据项1所述的偏振片叠堆，其中可见光的T^透光大于0.3。

项8.根据项1所述的偏振片叠堆，其中可见光的T^透光大于0.4。

项9.根据项1所述的偏振片叠堆，其中可见光的T^透光大于0.5。

项10.根据项1所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：针对s-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.75，并且其中所述偏振片叠堆满足：T^阻光0<10^-3。

项11.根据项6所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：针对s-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.60。

项12.根据项7或项8所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：T^阻光0<10^-3。

项13.根据项1所述的偏振片叠堆，其中所述吸收式偏振片层的对比率为100:1或更小。

项14.根据项1所述的偏振片叠堆，其中偏振片叠堆的对比率为6,000:1或更大。

项15.根据项1所述的偏振片叠堆，其中第一双折射反射式偏振片的R_半球<0.50，准直双折射反射式偏振片的R_半球为至少0.60。

项16.根据项1所述的偏振片叠堆，还包括定位在所述第一双折射反射式偏振片的与所述吸收式偏振片层相背对的侧上的第二吸收式偏振片层。

项17.一种背光源，包括光源和根据项1所述的偏振片叠堆。

项18.一种包括面板和根据项17所述的背光源的显示器。

项19.一种背光源，包括：

(1)光再循环腔，所述光再循环腔包括：前反射器、后反射器、透光强度光谱和阻光强度光谱，其中所述前反射器部分地反射并包括ARCP；和

(2)一个或多个光源构件，所述一个或多个光源构件被设置为将光射入光再循环腔内；

其中所述透光强度光谱和所述阻光强度光谱在整个可见光波段上均是基本上中性的并在垂直入射处具有至少500:1的比率。

项20.根据项19所述的背光源，其中所述ARCP包括具有透光轴透射光谱和阻光轴透射光谱的第一双折射反射式偏振片、具有随波长增大而减小的阻光轴透射率的准直双折射反射式偏振片、以及定位在所述第一双折射反射式偏振片和所述准直双折射反射式偏振片之间的吸收式偏振片层。

项21.根据项20所述的背光源，其中所述ARCP的透光轴透射率在整个可见光波段上是基本上中性的。

项22.根据项21所述的背光源，其中所述透光强度光谱和所述阻光强度光谱在整个可见光波段上均是基本上中性的并在垂直入射处具有至少1,000:1的比率。

项23.根据项19所述的背光源，其中ARCP满足：针对p偏振光，T^透光60/T^透光0<0.75。

项24.根据项23所述的背光源，其中ARCP满足：针对p-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.60。

项25.根据项19所述的背光源，其中ARCP满足：针对s偏振光，T^透光60/T^透光0<0.75。

项26.根据项25所述的背光源，其中所述ARCP满足：针对s-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.75。

Claims

1.一种偏振片叠堆，包括：具有透光轴透射光谱和阻光轴透射光谱的第一双折射反射式偏振片、具有随波长增大而减小的阻光轴透射率的准直双折射反射式偏振片、以及定位在所述第一双折射反射式偏振片和所述准直双折射反射式偏振片之间的吸收式偏振片层，其中，可见光谱中针对蓝色、红色和绿色波长范围的子集的平均透射率计算为B_平均、R_平均和G_平均，可见光平均值计算为：可见光平均值＝(B_平均+R_平均+G_平均)/3，可见光倾斜度计算为：可见光倾斜度＝(B_平均–R_平均)/可见光平均值，对于所述偏振片叠堆，可见光倾斜度具有15％或更小的绝对值。

2.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中，所述可见光倾斜度具有10％或更小的绝对值。

3.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中，所述可见光倾斜度具有5％或更小的绝对值。

4.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中，所述可见光倾斜度具有3％或更小的绝对值。

5.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中所述第一双折射反射式偏振片的阻光轴透射率在整个可见光谱上随波长增大而增大。

6.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中所述准直双折射反射式偏振片的透光轴透射率在整个可见光谱上随波长增大而减小。

7.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：针对p-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.75，T^透光60表示可见光在60度入射角下的透光轴透射率，T^透光0表示可见光在0度入射角下的透光轴透射率。

8.根据权利要求7所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：T^阻光0<10^-3，T^阻光0表示可见光在0度入射角下的阻光轴透射率。

9.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中可见光的T^透光大于0.3，T^透光表示所述可见光的透光轴透射率。

10.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中所述偏振片叠堆满足：针对s-偏振光，T^透光60/T^透光0<0.75，T^透光60表示可见光在60度入射角下的透光轴透射率，T^透光0表示可见光在0度入射角下的透光轴透射率，并且其中所述偏振片叠堆满足：T^阻光0<10^-3，T^阻光0表示可见光在0度入射角下的阻光轴透射率。

11.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，其中所述吸收式偏振片层的对比率为100:1或更小。

12.根据权利要求1所述的偏振片叠堆，还包括定位在所述第一双折射反射式偏振片的与所述吸收式偏振片层相背对的侧上的第二吸收式偏振片层。

13.一种背光源，包括光源和根据权利要求1所述的偏振片叠堆。