CN105793748B - 具有嵌入式吸收元件的多层反射偏振片 - Google Patents

具有嵌入式吸收元件的多层反射偏振片 Download PDF

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Abstract

本发明描述混合偏振片。更具体地，本发明描述了包括反射偏振片部分和混合偏振片部分的混合偏振片，所述混合偏振片部分包括嵌入式吸收型偏振元件。所述混合偏振片可用于背光源或显示装置中。

Description

具有嵌入式吸收元件的多层反射偏振片
背景技术
包括共挤出的和拉伸的交替热塑性双折射层的多层光学膜被用作反射偏振片和反光镜。常规的背光叠堆，包括存在于液晶显示器中的那些，可包括一个或多个吸收型偏振片—其通常可为包括吸收型偏振染料的聚合物(诸如聚乙烯醇)体—作为防反射层。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种混合偏振片。更具体地，本公开涉及具有反射偏振片部分和混合部分的混合偏振片。所述反射偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中反射偏振片部分基本上不含吸收型偏振片元件。所述混合偏振片部分设置在反射偏振片部分上，并且包括交替高折射率层和低折射率层，其中混合偏振片部分的高折射率层中的至少一些包括吸收型偏振片元件。
在一些实施方案中，混合偏振片部分的高折射率层中的每个包括吸收型偏振片元件。在一些实施方案中，吸收型偏振元件是染料。所述染料可为偏振染料。在一些实施方案中，混合偏振片还包括设置在混合偏振片部分上的吸收型偏振片。在一些实施方案中，混合偏振片还包括设置在混合偏振片部分或反射偏振片部分上的四分之一波片。在一些实施方案中，反射偏振片部分和混合偏振片部分具有基本上相同的厚度。在一些实施方案中，混合偏振片不包含厚于200nm的层。反射偏振片部分和混合偏振片部分可为独立的包。在一些实施方案中，反射偏振片部分和混合偏振片部分由保护界面层隔开。反射偏振片部分和混合偏振片部分可包括热塑性层。
在另一方面，本公开涉及一种混合偏振片。更具体地，本公开涉及具有反射偏振片部分、吸收型偏振片和混合偏振片部分的混合偏振片。所述反射偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中反射偏振片部分基本上不含吸收型偏振片元件。吸收型偏振片设置在反射偏振片部分上。所述混合偏振片部分设置在吸收型偏振片上，并且包括交替的高折射率层和低折射率层，其中混合偏振片部分的高折射率层中的至少一些包括吸收型偏振片元件。
在一些实施方案中，混合偏振片可被包括于具有观察区域的背光源中。混合偏振片被设置成使得混合偏振片比反射偏振片部分接近观察区。
附图说明
图1是现有技术的混合偏振片的横截面正视图。
图2是混合偏振片的分解横截面正视图。
图3是示出对于示例性混合偏振片和两个对比偏振片的90°亮度横截面的图。
图4是示出对于示例性混合偏振片和对比偏振片的135°亮度横截面的图。
具体实施方式
混合偏振片可用于若干类型的显示装置中，诸如液晶显示器装置(LCD)和基于有机发光二极管(OLED)的显示器。它们可用作对于在显示面板的观察侧或背侧上的高性能吸收型偏振片的替换。“混合”是指包括来自反射和吸收型偏振片中的每个的元件的偏振片的功能。因为这些功能可结合成单个构造，所以混合偏振片可导致比独立的反射偏振和吸收型偏振元件另外需要的薄的光学叠堆、背光源和显示器。混合偏振片可不仅用于提供对显示面板的对比度，还用于提供用于增强亮度的偏振循环。
某些混合偏振片先前已经描述于(例如)美国专利号7,826,009(Weber等人)中。这些混合偏振片包括具有第一主表面和第二主表面的吸收元件，设置在吸收元件的第一主表面上的第一反射偏振片和设置在吸收元件的第二主表面上的第二反射偏振片。描述于Weber等人中的混合偏振片的一个实施方案的基本构造在图1中示出。图1是现有技术的偏振片100的横截面正视图，其包括具有高折射率层112和低折射率层114的交替层的第一反射偏振片110、具有高折射率层122和低折射率层124的交替层的第二反射偏振片120以及吸收元件130。需注意，对于具有双折射层的反射偏振片，诸如描述于本公开中的那些，“高折射率”和“低折射率”层是指沿着平面内轴线中的一个的折射率的不同，因为在许多情况下在层之间另一平面内折射率将是相同或相似的。吸收元件可为吸收型偏振片，包括诸如包括吸收染料的聚乙烯醇膜的吸收型偏振片。
由于包括吸收元件，现有技术的混合偏振片100可比期望的厚。另外，吸收元件可不可以以与反射偏振片相同的制造工艺装配或取向，需要一个或多个层合步骤。
图2是本公开的混合偏振片的分解横截面正视图。混合偏振片200包括混合偏振片部分210和反射偏振片部分220。混合偏振片部分210具有高折射率层212和低折射率层214的交替层。反射偏振片部分220具有高折射率层222和低折射率层222的交替层。
混合偏振片部分210可为多层反射偏振片。在一些实施方案中，所述多层反射偏振片包括热塑性双折射层。在混合偏振片部分210内，高折射率层212的至少一些实例可包括吸收型偏振元件。这些吸收型偏振元件可为吸收有利于具有另一偏振的光的一个偏振的光的任何合适的材料。在一些情况下，这些材料可被称为二色性。在一些实施方案中，这些吸收型偏振元件可为染料，包括(例如)二色性染料。在一些情况下，高折射率层212的实例中的所有可包括吸收型偏振元件。在一些实施方案中，染料或吸收型偏振元件可为可取向的，即当拉伸时，吸收型偏振元件可优先吸收平行于拉伸方向的偏振。如果所述层包括可取向热塑性层，那些热塑性层可以如取向吸收型偏振元件相同的步骤被取向(即，拉伸)。根据热塑性层的材料是否为正双折射还是负双折射；即折射率沿着拉伸方向增加还是减小，归因于在交替层中的双折射的阻光轴可平行于或垂直于归因于吸收型偏振元件的阻光轴。低折射率层214反而基本上不含吸收型偏振元件。混合偏振片部分210，由于其平面内折射率差异而反射光的某些偏振并且由于其吸收型偏振元件而吸收光的某些偏振。
反射偏振片部分220也可为多层反射偏振片。反射偏振片部分220的高折射率层和低折射率层基本上不含任何吸收型偏振元件。在一些实施方案中，反射偏振片部分220在许多方面可为与混合偏振片部分210相同的基本上相同的膜或具有基本上与混合偏振片部分210相同的特征。例如，反射偏振片部分220和混合偏振片部分210可具有相同或类似的层数、总厚度、层厚度剖面，并且可使用相同的材料组。因为混合偏振片部分210包含吸收型偏振元件，然而混合偏振片部分210和反射偏振片部分220将决不是绝对相同的。在一些实施方案中，层数、层厚度剖面、包数和构造和材料组在混合偏振片部分和反射偏振片部分之间可为不同的。在一些实施方案中，每个包的层剖面可明确设计以优化校准或另外选择性反射高角光，优先传输在期望角范围内的光。
混合偏振片部分210被设置在反射偏振片部分220上。在一些实施方案中，混合偏振片部分210通过任何合适的附接方法(包括任选的透明粘合剂、压敏粘合剂等)层合或附着到反射偏振片部分。在一些实施方案中任何粘合剂可具有靠近混合偏振片部分210和反射偏振片部分220两者的相邻层的折射率的折射率以避免或最小化折射或菲涅耳反射反射效应。在一些实施方案中，混合偏振片部分210和反射偏振片部分220为光学耦合的。在一些实施方案中，混合偏振片部分210与反射偏振片部分220共挤出，并且混合偏振片部分210和反射偏振片部分220可由较厚非光学层，诸如保护界面层(PBL)隔开。在一些实施方案中，混合偏振片部分210和反射偏振片部分220由厚或尺寸上稳定的层隔开以改善抗翘曲性(warpresistance)或其它物理特性。
在一些实施方案中，吸收型偏振片层可包括在混合偏振片中。例如，吸收型偏振片层可包括在混合偏振片部分210和反射偏振片部分220之间。在一些实施方案中，特别在具有发出圆偏振光的OLED的应用中，四分之一波片可被附接或设置在混合偏振片200的顶表面或底表面之一上，或在一些情况下在两者上。在一些实施方案中，吸收型偏振片可被附接或设置在混合偏振片200的顶表面或底表面之一上，或在一些情况下在两者上。
美国专利号6,096,375(Ouderkirk等人)描述了通过添加二色性染料到多层反射偏振片的表层中或通过添加染料到多层堆叠中的一或多个层中引入具有反射偏振片的二色性偏振片。然而，Ouderkirk并未描述选择性地在高折射率层中包括吸收型偏振元件或混合偏振片部分和反射偏振片部分，其中反射偏振片部分基本上不含吸收型偏振元件。
本公开的混合偏振片可与任何合适的光学元件或光学元件组组合，所述光学元件包括但不限于镜面反射器、半镜面反射器或漫反射器、液晶模块、反射偏振片(包括多层反射偏振片)、反光镜和多层反光镜、转向膜、棱镜膜和其它增亮膜、包括珠状的漫射器(diffusers included beaded)或体漫射器、一个或多个光导、图形、反光层或合适的光学涂层。
实施例
材料
比较例C1
使用描述于2010年5月7日提交的且以引用方式并入本文的题为“用于制造多层聚合物膜的送料区块(Feedblock for Manufacturing Multilayer Polymeric Films)”的美国专利申请公开号2011/0272849中的送料区块方法来制造类似于图1中的混合偏振片但在外表面具有除了吸收层130之外的吸收层的混合偏振片。将交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的两个包共挤出为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。第一包和第二包各自为275层的叠堆，其中高折射率层为约束单轴PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)(constrained uniaxial PEN)，并且低折射率层为各50％的CoPEN 55/45(包含55％PEN单元和45％聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)单元的共聚物)和GN071 PETg。包被设计使得第一包和第二包中的每个为反射偏振片。用以下方法将吸收型偏振片层共挤出在第一包的外表面上和在第一包和第二包之间。PEN球剂以58kg/hr(128磅每小时(pph))的速率送到双螺杆挤出机中。二色性染料以以下速率也被送到双螺杆挤出机中：PD-104：95.3g/hr(0.21pph)，PD-325H：162.4g/hr(0.36pph)，PD-335H：64.6g/hr(0.14pph)，PD-318H：209g/hr(0.46pph)。该混合物连同多层包一起以6.1m/min(20英尺每分钟)的速度被送入通过41cm(16英寸)模具以形成浇铸片材。将浇铸片材在拉幅机中以5.6:1的比率在148℃(299℉)的温度下用6.1m/min(20英尺每分钟)拉伸。
比较例C2
如在比较例C1中制备比较例C2，不同的是所有二色性染料的流速均增加50％。
比较例C3
使用2010年5月7日提交的题为“用于制造多层聚合物膜的送料区块(Feedblockfor Manufacturing Multilayer Polymeric Films)”的美国专利申请公开号2011/0272849中所述的送料区块方法来制造混合偏振片。将交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的两个包共挤出为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。第一包和第二包各自为275层叠堆，其中高折射率层为约束单轴PEN，以58kg/hr(128pph)的速率送到双螺杆挤出机中而二色性染料以以下塑料送入：PD-104：95.3g/hr(0.21pph)，PD-325H：162.4g/hr(0.36pph)，PD-335H：64.6g/hr(0.14pph)，PD-318H：209g/hr(0.46pph)。低折射率层为CoPEN 55/45和GN071PETg各自以50％重量比的混合物。包被设计使得第一包和第二包中的每个为反射偏振片。
表1示出相对于常规碘偏振片(Sanritz-5618)示出的以上讨论的偏振片的白色亮度和黑色亮度。还示出用于每个膜的通过态和阻挡态的单程透射率。这些数据用在LG 23英寸(58cm)显示器中的PR705光谱辐射计(加拿大查茨沃思的照片研究公司(Photo Research,Inc.,Chatsworth,CA))和用Lambda 1050分光光度计(美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市的Perkin-Elmer(Perkin-Elmer,Waltham,MA))来测量。
表1
比较例C4
使用2010年5月7日提交的题为“用于制造多层聚合物膜的送料区块(Feedblockfor Manufacturing Multilayer Polymeric Films)”的美国专利申请公开号2011/0272849中所述的送料区块方法来制造具有类似于比较例C1的结构的结构的混合偏振片。将交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的两个包共挤出为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。第一包和第二包各自为325层叠堆，其中高折射率层为约束单轴PEN，且低折射率层为GN071PETg。包被设计使得第一包和第二包中的每个为反射偏振片。用以下方法将吸收型偏振片层共挤出在第一包的外表面上和在第一包和第二包之间。PEN球剂以40.8kg/hr(90pph)的速率被送到双螺杆挤出机中。购买的二色性染料以以下速率也被送到双螺杆挤出机中：PD-104：37.7g/hr(0.08pph)，PD-325H：97.8g/hr(0.21pph)，PD-335H：16.1g/hr(0.04pph)，PD-318H：156.2g/hr(0.34pph)。该混合物连同多层包一起以6.5m/min(21.3英尺每分钟)的速度被送入通过41cm(16英寸)模具以形成浇铸片材。将浇铸片材在拉幅机中以5.6:1的比率在146℃(295℉)的温度下用6.5m/min(21.3英尺每分钟)拉伸。
比较例C5
制备类似于在图1中示出的混合偏振片的混合偏振片。如在比较例C1中所描述的制造混合偏振片，不同的是没有吸收层挤出在外表面上。将交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的两个包共挤出为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。第一包和第二包各自为325层叠堆，其中高折射率层为约束单轴PEN，且低折射率层为GN071PETg。包被设计使得第一包和第二包中的每个为反射偏振片。用以下方法将吸收型偏振片层共挤出在第一包和第二包之间。PEN球剂以40.8kg/hr(48pph)的速率被送到双螺杆挤出机中。购买的二色性染料以以下速率也被送到双螺杆挤出机中：PD-104：23g/hr(0.05pph)，PD-325H：73g/hr(0.16pph)，PD-335H：4g/hr(0.009pph)，PD-318H：124g/hr(0.27pph)。
实施例1
使用2010年5月7日提交的题为“用于制造多层聚合物膜的送料区块(Feedblockfor Manufacturing Multilayer Polymeric Films)”(的美国专利公开号2011/0272849中所述的送料区块方法来制造混合偏振片。将交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的两个包共挤出为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。第一包和第二包各自为325层叠堆。在混合偏振片包中，高折射率层为约束单轴PEN，以15.21kg/hr的速率送到双螺杆挤出机中而二色性染料以以下速率送入：PD-104：7.8g/hr(0.02pph)，PD-325H：20.3g/hr(0.04pph)，PD-335H：3.3g/hr(0.01pph)，PD-318H：32.5g/hr(0.07pph)。低折射率层为GN071PETg。用PEN作为高折射率树脂且GN071PETg作为低折射率树脂制备反射偏振片包。将吸收型偏振片层共挤出在混合偏振片和反射偏振片包之间，其中PEN以32kg/hr(70.8pph)的速率且二色性染料以以下速率：PD-104：29.3g/hr(0.06pph)，PD-325H：76.2g/hr(0.17pph)，PD-335H：12.5g/hr(0.03pph)，PD-318H：121.7g/hr(0.27pph)。该混合物连同多层包一起以6.5m/min(18.5英尺每分钟)的速度被送入通过41cm(16英寸)模具以形成浇铸片材。将浇铸片材在拉幅机中以5.6:1的比率在146℃(295℉)的温度下用6.5m/min(18.5英尺每分钟)拉伸。
如在比较例C3中描述的收集亮度数据。表2示出对于实施例1和对比偏振片的轴向白色亮度和黑色亮度。对于实施例1，白色亮度类似，黑色亮度较低，并且对比率与比较例C1相比是较高的。
表2
比较例C1和实施例1的偏振片在各种显示器中测试。使用Autronic锥光镜Conostage 3(Autronic Conoscope Conostage 3)(购自德国卡尔斯鲁厄的奥拖力克梅尔彻公司(Autronic-Melchers GmbH,Karlsruhe,Germany))测量锥光数据。在一些显示器中，沿比较例C1的偏振片的主轴看到漏光。发生在偏振片的主轴之间的最高漏光通常在69度视角左右。在一些情况下，观察到暗态中的漏光在垂直观察方向上50度左右。在这个位置处，观察到对于显示器不期望的明亮如同彩虹一样的颜色。同样，在60度和80度视角处沿45度和135度方位角方向发生增加的暗态亮度。此类亮度的强烈变化是不期望的。比较例C4和比较例C5示出类似的不期望的效应。
通过比较，发现实施例1的偏振片去除这些不期望的延迟效应。在图3中，示出对于引入比较例C1的偏振片的显示器、引入Sanritz-5618偏振片的显示器和引入实施例1的偏振片的显示器的90度亮度横截面数据。
图4示出对于实施例1和比较例C5的在高视角(135°方位角)处的暗态漏光。还观察到比较例C4的偏振片示出与实施例1相比偏轴暗态的增加的亮度。结果指示在实施例1的嵌入式吸收器MOF中的吸收偏振片元件充当用于观察侧环境光线的减反射层，并且还充当整理(clean-up)偏振片以减少高角度漏光。
以下是根据本公开的示例性实施方案：
项目1.一种混合偏振片，包括：
反射偏振片部分，其包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述反射偏振片部分基本上不含吸收型偏振片元件；和
设置在所述反射偏振片部分上的混合偏振片部分，所述混合偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述混合偏振片部分的所述高折射率层中的至少一些高折射率层包括吸收型偏振片元件。
项目2.根据项目1所述的混合偏振片，其中所述混合偏振片部分的所述高折射率层中的每个高折射率层包括吸收型偏振片元件。
项目3.根据项目1或2的所述的混合偏振片，其中所述吸收型偏振片元件为染料。
项目4.根据项目3所述的混合偏振片，其中所述染料为偏振染料。
项目5.根据项目1所述的混合偏振片，还包括设置在所述混合偏振片部分上的吸收型偏振片。
项目6.根据项目1所述的混合偏振片，还包括设置在所述混合偏振片部分或所述反射偏振片部分上的四分之一波片。
项目7.根据项目1所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分具有基本上相同的厚度。
项目8.根据项目1所述的混合偏振片，其中所述混合偏振片不包含厚于200nm的层。
项目9.根据项目1所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分为独立的包。
项目10.根据项目4所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分由保护界面层隔开。
项目11.根据项目1所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分包括热塑性层。
项目12.一种混合偏振片，包括：
反射偏振片部分，所述反射偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述反射偏振片部分基本上不含吸收型偏振片元件；
设置在所述反射偏振片部分上的吸收型偏振片；和
设置在所述吸收型偏振片上的混合偏振片部分，所述混合偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述混合偏振片部分的所述高折射率层中的至少一些高折射率层包括吸收型偏振片元件。
项目13.一种具有观察区的背光源，所述背光源包括项目1或12所述的混合偏振片，其中所述混合偏振片被设置成使得所述混合偏振片部分比所述反射性偏振片部分更靠近所述观察区。
除非另外指明，否则对于图中元件的描述应被理解为等同地应用于其它图中对应的元件。不应当将本发明视为限于上述的特定实施方案，因为详细描述此类实施方案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，包括落在所附权利要求书及其等同物所定义的本发明的范围之内的各种修改、等同工艺和替代装置。

Claims (12)

1.一种混合偏振片，包括：
反射偏振片部分，所述反射偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述反射偏振片部分不含吸收型偏振片元件；和
设置在所述反射偏振片部分上的混合偏振片部分，所述混合偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述混合偏振片部分的所述高折射率层中的每个高折射率层包括吸收型偏振片元件。
2.根据权利要求1所述的混合偏振片，其中所述吸收型偏振片元件为染料。
3.根据权利要求2所述的混合偏振片，其中所述染料为偏振染料。
4.根据权利要求1所述的混合偏振片，还包括设置在所述混合偏振片部分上的吸收型偏振片。
5.根据权利要求1所述的混合偏振片，还包括设置在所述混合偏振片部分或所述反射偏振片部分上的四分之一波片。
6.根据权利要求1所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分具有相同的厚度。
7.根据权利要求1所述的混合偏振片，其中所述混合偏振片不包含厚于200nm的层。
8.根据权利要求1所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分为独立的包。
9.根据权利要求8所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分由保护界面层隔开。
10.根据权利要求1所述的混合偏振片，其中所述反射偏振片部分和所述混合偏振片部分包括热塑性层。
11.一种混合偏振片，包括：
反射偏振片部分，所述反射偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述反射偏振片部分不含吸收型偏振片元件；
设置在所述反射偏振片部分上的吸收型偏振片；和
设置在所述吸收型偏振片上的混合偏振片部分，所述混合偏振片部分包括交替的高折射率层和低折射率层，其中所述混合偏振片部分的所述高折射率层中的至少一些高折射率层包括吸收型偏振片元件。
12.一种具有观察区的背光源，所述背光源包括根据权利要求1或11所述的混合偏振片，其中所述混合偏振片被设置成使得所述混合偏振片部分比所述反射偏振片部分更靠近所述观察区。
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