CN1209667C - 改善液晶投影机对比度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善液晶投影机投射在屏幕上的图象对比度的方法；以及一种使用该方法的液晶投影机，该投影机具有至少一个光源、一个具有电极和含有至少一个向列液晶的扭曲向列液晶单元，和两个偏振器，这两个偏振器被安置成：液晶单元被夹在它们中间，该方法具有以下特征：在两偏振器之间，至少将两片HBLC光学膜排列成使薄膜的慢轴大致互相垂直，以在垂直于薄膜表面的方向上不产生相位差。

Description

改善液晶投影机对比度的方法
技术领域
本发明涉及一种改善液晶投影机的显示图像对比度的方法，以及使用该方法的液晶投影机。
背景技术
具有使用TFT(薄膜晶体管)的活性驱动扭曲向列液晶单元等的液晶投影机(在下文中被简称为液晶投影机)小巧、重量轻、易于携带并能够进行宽屏显示，对于宽屏电视机和适用于很多人聚集的场所的图像显示装置来说，液晶投影机的使用已经变的非常流行了。这种液晶投影机形成的图像，因为所看到的图像被投射在屏幕上，所以常常受到周围外来光的影响。因此，与带有背光灯(由发光器发出的光可直接看见)的液晶显示器，例如，与用在笔记本个人电脑或监视器中的液晶显示器相比，要求液晶投影机产生的图像具有更高的对比度。
图1表示一个传统液晶投影机的例子，显示了三元件式液晶投影机的结构。在图1中，由光源1发出的光经由第一积分器透镜3通过偏振分束器(PBS)4发生偏振。接着，通过第二积分透镜5的偏振光被全反射镜6反射，然后被两个二向色镜7分离成与红、绿和蓝各自的波长区相对应的偏振成分。在这样被分离的偏振成分中，对应于红色区的成分被全反射镜6反射，然后被聚光透镜8聚光，进入到彩色椭圆偏振器9(相位差膜位于与聚光透镜8相邻的一侧)中，偏振器9将光偏振成对应于红光区的波长区。然后，已经被彩色椭圆偏振器9线性化的偏振光被微透镜阵列35聚集，进入到扭曲向列液晶单元10，该液晶单元10含有一对透明的衬底以及被衬底夹在中间的向列液晶并具有TFT回路。对于那样条件下的亮显示，穿过单元10的光再一次通过彩色椭圆偏振器11(相位差膜位于与正交棱镜相邻的一侧)进入到正交棱镜16，在正交棱镜中，光的运行路线改变了90°朝向投影透镜17，在棱镜17中与其它偏振成分结合，从而形成图像，这样形成的图象被投射到屏幕18上。和对应于红光区的光一样，对应于蓝光区的偏振光通过液晶单元10(配有彩色椭圆偏振器14和15以及在附近装有微透镜列35)，进入到正交棱镜16，在正交棱镜16中，光的运行路线改变90°超向投射透镜17，然后在棱镜17中和其它偏振成分结合形成图像，所形成图像被投射到屏幕18上。与上面两个一样，绿光区的偏振光也穿过液晶单元10(配有彩色椭圆偏振器12和13以及在附近装有微透镜阵列35)，但是，光直接穿过正对投射透镜17的正交棱镜，而在正交棱镜中不改变它的运行方向，然后在棱镜17中与其它偏振成分结合形成图像，所形成的图像被投射到屏幕18上。
液晶投影机经过复杂的光线路径，将最后通过发光椭圆偏振器的光成分聚集起来，经棱镜形成图像，再将所形成的图像投射到屏幕上。在这个阶段，被投射到屏幕上的图像的对比度通过在透镜中聚集的所有光的参数来表示。具体地，以不同角度通过各自液晶单元的偏振光成分通过各自的发光偏振器，然后在透镜中汇合，被投射到屏幕上。然而，在使用扭转向列的液晶单元时，在正常的白色模式下通过施加电压进行黑色显示的情况下，在每一个液晶单元内的液晶分子的取向并不完全对称。具体地，即使在将电压施加在液晶单元的情况下，在每一个单元的取向层的界面周围，液晶分子的取向与取向层的界面发生轻微的倾斜。因此，在那样的条件下，一些偏振光成分(不同于投影机正面方向上获得的偏振光成分)根据进入每个液晶单元的偏振光的入射角通过液晶单元，然后被发射出。因此，根据进入液晶单元的偏振光的入射角，发光偏振器不可能完全吸收液晶单元放出的全部偏振光，投影机不可能产生全黑状态。正如上面提到的，即使不能被发光偏振器完全吸收的光成分与液晶投影机中所有其它的成分联合，结果，也不可能完全实现被投影机投射的整个图像的黑态，图像的对比度很难增加。这是液晶投影机的一个问题。在图1类型的液晶投影机中，这个问题特别严重，在这类投影机中，安置微透镜阵列以防止光利用率在具有TFT回路的扭转向列的液晶单元的TFT区降低。在这里，微透镜阵列发挥了聚集其中的偏振光成分的作用，所聚集的光被导向各自的液晶单元，然后投射到屏幕上。鉴于这种情况，因而希望提高由这种液晶投影机所投射的图像的对比度。
在具有扭转向列的液晶单元的液晶显示器上，可以直接看见光源发出的光以辨别其中所形成的图像，显示图像的问题是其对比度降低以及其色彩随图像被看到的位置而变化，或者说，问题是由显示图像的观察角度依赖性引起的。不同的是，由于对比度的降低带来投射图像的问题对于液晶投影机来说是独特的，人们希望解决这个问题。
发明公开
我们，本发明的发明者，为了解决这个问题进行了勤勉的研究，结果发现：在液晶投影机(该投影机具有至少一个光源，一个具有电极、并充填向列液晶的扭转向列的液晶单元和两个被安置成将液晶单元夹在中间的偏振器)中，当至少两片具有混合取向的液晶层的光学膜被安置在两偏振器之间，薄膜的慢轴大致互相垂直，以便在垂直于膜表面的方向上不产生相位差时，由液晶投影机投射的图像的对比度可得到极大地改善(提高)。
特别地，本发明提供以下各项：
(1)一种改善液晶投影机投射在屏幕上的显示图像对比度的方法，该液晶投影机具有至少一个光源，一个具有电极的扭转向列液晶单元(下文称做TN液晶单元)，和两个偏振器(被安装成将液晶单元夹在它们中间)，该方法的特征在于：至少两片具有混合取向的液晶层的光学膜(下文称做HBLC光学膜)在两偏振器之间被如此排列：膜的慢轴大致互相垂直以便在垂直于膜表面的方向上不产生相位差；
(2)上述(1)的改善对比度的方法，其中至少两片HBLC光学膜被排列成：它们的慢轴与每个偏振器的吸收轴大致平行或垂直；
(3)上述(2)的改善对比度的方法，其中偶数片HBLC光学膜被排列成：一半的慢轴与一个偏振器的吸收轴大致垂直，另一半的慢轴与另一个偏振器的吸收轴大致平行；
(4)上述(3)的改善对比度的方法，其中偶数片HBLC光学膜被排列成：一半的慢轴大致垂直于一个偏振器的吸收轴，另一半的慢轴与该偏振器的吸收轴大致平行，且每一半光学膜被排列成：液晶层和支持每片光学膜液晶层的基膜被交替排列；
(5)上述(1)至(4)中任何一项的改善对比度的方法，其中HBLC光学膜具有相同的相位差值；
(6)上述(1)的改善投射在屏幕上的显示图像对比度的方法，其中至少两片具有平面取向的液晶单元光学膜(下文称做PLLC光学膜)在两偏振器之间被如此排列：薄膜的慢轴大致相互垂直以便在垂直于薄膜表面的方向上不产生相位差，且与HBLC光学膜的慢轴大致平行或垂直；
(7)上述(6)的改善对比度的方法，其中至少两片PLLC光学膜被如此排列：它们的慢轴大致平行或垂直于每个偏振器的吸收轴；
(8)上述(7)的改善对比度的方法，其中偶数片PLLC光学膜被如此排列：一半的慢轴大致垂直于一个偏振器的吸收轴，另一半的慢轴大致平行于该偏振器的吸收轴，夹在TN液晶单元和一个偏振器之间的HBLC光学膜和PLLC光学膜被如此排列：液晶层和支持每片光学膜的液晶层的基膜被交替排列；
(9)上述(6)到(8)中任何一项的改善对比度的方法，其中PLLC光学膜具有相同的相位差值；
(10)上述(1)到(9)中任何一项的改善对比度的方法，其中支持液晶层的基膜满足nx≥ny＞nz，及nz-{(nx+ny)/2}＜0，其中nx表示在膜表面的慢轴方向上膜的折射率，ny表示在膜表面的快轴方向上膜的折射率，nz表示在膜的厚度方向上膜的折射率；
(11)上述(10)的改善对比度的方法，其中支持液晶层的基膜是三乙酰基纤维素薄膜；
(12)上述(1)到(9)中任何一项的改善对比度的方法，其中形成液晶层的化合物是热致液晶化合物或溶致液晶化合物；
(13)上述(12)的改善对比度的方法，其中形成液晶层的化合物是紫外固化型或热固化型液晶化合物；
(14)使用上述(1)到(13)的改善对比度的方法的液晶投影机；
(15)一种改善液晶投影机投射在屏幕上的显示图像的对比度的光学系统，这种光学系统具有一个TN液晶单元，以及在偏振器之间至少有两片HBLC光学膜，该光学系统的特征在于：薄膜被排列成它们的慢轴大致互相平行以便在垂直于薄膜表面的方向上不产生相位差；
(16)一种改善对比度的复合光学膜，该膜含有至少一对HBLC光学膜和一对PLLC光学膜。
附图简述
图1表示传统的液晶投影机的一例。
图2表示本发明的对比度改善方法的一个实施例。
图3表示本发明的对比度改善方法的另一个实施例。
图4表示本发明的对比度改善方法的另一个实施例。
图5表示本发明的对比度改善方法的另一个实施例。
图6表示本发明的对比度改善方法的另一个实施例。
图7表示实施例1的液晶投影机的实施方案。
图8表示本发明的对比度改善方法的另一个实施例。
图9表示实施例3中的液晶投影机的另一个实施方案。
参考数字说明：
1：光源
2：反射镜
3：第一积分透镜
4：偏振分束器
5：第二积分透镜
6：全反射镜
7：二向色镜
8：聚光透镜
9：红光区的光接收彩色椭圆偏振器
10：液晶单元
11：红光区的光发射彩色椭圆偏振器
12：绿光区的光接收彩色椭圆偏振器
13：绿光区的光发射彩色椭圆偏振器
14：蓝光区的光接收彩色椭圆偏振器
15：蓝光区的光发射彩色椭圆偏振器
16：正交棱镜
17：投射透镜
18：屏幕
19：入射光
20：光接收偏振器
21：吸收轴
22：摩擦方向
23：液晶单元中的液晶分子
24：混合取向的液晶层
25：混合取向的液晶分子
26：基膜
27：具有混合取向的液晶层的光学膜(HBLC光学膜)
28：光发射偏振器
29：混合取向的液晶层的慢轴
30：平面取向的液晶层
31：平面取向的液晶分子
32：平面取向的液晶层的慢轴
33：具有平面取向的液晶层的光学膜(PLLC光学膜)
34：与本发明应用的具有液晶层的光学膜层压在一起的光学膜或光学结构
35：微透镜阵列
实施本发明的最佳方式
图2表示本发明的对比度改善方法的一个实施例。在本发明应用的、具有混合取向的液晶层的光学膜(HBLC光学膜)中的的混合取向，是指：在支持液晶层的基膜26上的液晶层24(液晶化合物层)中，构成液晶层的液晶分子25在基膜一侧大致是平面取向的(平行于基膜表面)，但在与空气的界面的那一侧是同向取向的(homeotropically oriented)(垂直于基膜表面)，从而液晶分子以该方式处于连续的变化中，例如，如图2所示。倘若在本发明中使用两片HBLC光学膜27，则将它们排列成，它们的慢轴29在垂直于光学膜表面的方向上不产生相位差。对于这种排列，例如，参照图2的结构，在该结构中，偏振器20、液晶单元10、两片HBLC光学膜27和光发射偏振器28以相对于入射光19的这样的顺序排列。在这个结构中，使光学膜27具有相同的相位差值，并将它们排列成两片膜的慢轴29相互垂直。当使用三片光学膜时，例如，它们被如此选择：它们其中一片具有预定的相位差值，而其它两片的相位差值是它的一半。这样选择的具有较低相位差值的两片光学膜如此排列：它们的慢轴29互相平行，余下的具有较高相位差值的一个光学膜被排列成：它的慢轴29与另两片膜的慢轴垂直。当使用四片光学膜时，例如，它们被如此选择：它们都具有相同的相位差值且按照图3所示排列，其中，两片光学膜27的慢轴29相互平行，而余下的两片光学膜27的慢轴29相互平行但与前面两片光学膜(它们的慢轴29相互平行)的慢轴29相互垂直。关于按照上述方式排列的每片HBLC光学膜的慢轴29的角度的精确度，考虑到光学膜的混合取向的液晶层取向均一性程度以及排列膜时的精确度，其慢轴优选大致互相平行或垂直、不超越相对于完全平行或完全垂直的位置-3～+3°范围，更优选从-2到+2°的范围。
本发明还优选，至少两片光学膜被如此排列：它们的慢轴与每个偏振器的吸收轴大致平行或垂直。该实施方案的一个实施例如图2所示，在这个实施例中，使更靠近偏振器20的光学膜27的慢轴29垂直于偏振器20的吸收轴21，而使更靠近偏振器28的光学膜27的慢轴29垂直于偏振器28的吸收轴21。光学膜被如此排列，不会在垂直于每个光学膜表面的方向上产生相位差。因此，例如，两片光学膜，每一片具有不同的相位差值，可以被如此排列：它们的慢轴29大致平行或垂直每一个偏振器的吸收轴21，从而改善成像的对比度。关于以上述方式排列光学膜时每片光学膜的慢轴29与偏振器20或28的吸收轴21的角度的精确度，考虑到光学膜的混合取向的液晶层的取向均一性程度和排列膜时的精确度，光学膜的慢轴优选大致平行或垂直于每个偏振器的吸收轴、不超越相对于完全平行或完全垂直位置-5到+5°范围，更优选-3～+3°的范围，甚至更优选-2到+2°的范围。
本发明中必要时，使用至少两片，特别是至少4片偶数片具有相同的相位差值的HBLC光学膜，它们优选被如此排列：为了使如此排列的光学膜在垂直于膜表面的方向上不产生相位差，其中一半光学膜的慢轴大致垂直于一个偏振器的吸收轴，而另一半大致平行于该偏振器的吸收轴。使用这样四片HBLC光学膜27的实施方案的一个实施例如图3所示，在该实施例中，使更靠近偏振器28的两片光学膜27的慢轴29垂直于偏振器28的吸收轴21，使其余两片光学膜27的慢轴29平行于偏振器28的吸收轴21。
下面对本发明中排列了至少两片HBLC光学膜的方向进行说明。以下描述一些光学膜方向的优选实施方案，然而光学膜的方向并不限于此。
倘若在本发明中排列两片HBLC光学膜，通常希望两片膜的相同的表面相对，以便两片膜中的混合取向处在连续变化中。例如，两片膜的液晶层可以相对；或者与此相反，其膜层可以相对。然而，通常光学膜优选被如此排列：它们的膜层相对。此时，两片光学膜可以相邻，如图2所示；或在它们之间安置一个TN液晶单元和任何其它的光透过性膜。
倘若在本发明中排列三片或更多的HBLC光学膜，通常可以消除其相位差的那些光学膜被排列成以相反的方向相对(相同的面，例如液晶层面和液晶层面、另外薄膜层面和薄膜层面互相面对)。例如，当排列三片光学膜时，其中具有较低相位差值的两片可被排列成以相同的方向相对，而另一片具有较高相位差值的光学膜在薄膜层或液晶层中实现面对面。
当四片或者更多的偶数片HBLC光学膜，优选具有相同相位差值的那些光学膜被排列时，希望它们被如此排列：其中一半的慢轴大致垂直于偏振器的吸收轴，而另一半的慢轴大致平行该偏振器的吸收轴，且每一半光学膜被如此排列：液晶层和支持每一片光学膜的液晶层的基膜被交替。例如，如图3所示，是一个该实施方案的实施例，在该实施例中，靠近液晶单元10的四片HBLC光学膜27，其中两片被排列成：它们的基膜26朝向偏振器28，以及它们的慢轴29平行于偏振器28的吸收轴21，而其余两个被排列成：它们的液晶层24面对偏振器28，它们的慢轴29垂直于偏振器28的吸收轴21。
优选地，应用在本发明的HBLC光学膜都具有相同的相位差值，以更有效地改善所形成图像的对比度。每一片光学膜在垂直于膜表面的方向上的优选相位差值在20至150nm之间，更优选30至100nm左右。
每片光学膜的相位差值可以用任何通用的方法来测量，例如用分光光度计进行旋转分析或使用自动双折射折射计来测量。
在本发明的对比度改善方法中，根据具体情况，至少结合和使用两片PLLC光学膜以获得更好的结果。平面取向意味着这样一种状态：在支持液晶层的基膜26上含有液晶化合物的层30中，液晶分子31在基膜一侧及与空气界面的一侧大致平面取向(相互平行)，如图4所示。
对于本发明中大致平面的取向，希望液晶分子尽可能完全地平行于薄膜表面。然而，只要液晶分子与其平行到这样的程度：它们能够获得本发明的效果，就没有问题。通常，液晶分子与薄膜表面的倾斜度(倾斜角)在0到5度之间，优选0到3度之间，更优选在0到1度之间。
该类型的PLLC光学膜是公知的，例如，在特开平12-98133(JP2000-98133A)中就有描述。
优选地，在偏振器之间至少安装两片PLLC光学膜，然后如此排列：它们的慢轴大致互相垂直以便在垂直于薄膜表面的方向上不产生相位差。也优选，将PLLC光学膜与上述的HBLC光学膜结合，结合的方式如下：PLLC光学膜的慢轴与HBLC光学膜的慢轴大致平行或垂直，以改善形成图像的对比度。
排列这些PLLC光学膜或HBLC光学膜的顺序并没有特别地限制，但是通常希望PLLC光学膜被排列在每片HBLC光学膜的液晶层一侧。
这种排列的一个实施方案如图5所示，在这个实施方案中，PLLC光学膜33如此排列：液晶单元10被夹在中间，薄膜的慢轴32互相垂直，每片HBLC光学膜27的慢轴29垂直于与光学膜27相邻的光学膜33的慢轴32。
根据具体情况，本发明还希望至少两片PLLC光学膜如此排列：它们的慢轴几乎平行或垂直于偏振器的吸收轴，还大致平行或垂直于HBLC光学膜的慢轴。这种排列的一个实施方案如图4所示，在该实施方案中，PLLC光学膜33如此排列：液晶单元10被夹在面向液晶单元10的每片光学膜33的基膜26中间，两片光学膜33的慢轴32相互垂直，使更靠近偏振器20的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器20的吸收轴21，使更靠近偏振器28的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器28的吸收轴21，使每片HBLC光学膜27的慢轴29垂直于邻近该光学膜27的光学膜33的慢轴32。另一个实施方案如图5所示，其中PLLC光学膜33被如此排列：液晶单元10被夹在面向液晶单元10的每片光学膜33的液晶层中间，两片光学膜33的慢轴32互相垂直，使更靠近偏振器20的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器20的吸收轴21，使更靠近偏振器28的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器28的吸收轴21，且使每片HBLC光学膜27的慢轴29垂直于邻近该光学膜27的光学膜33的慢轴32。
在本发明中，还有可能至少二偶数片PLLC光学膜被如此排列：其中一半的慢轴大致垂直于一个偏振器的吸收轴，而另一半的慢轴大致平行于该偏振器的吸收轴，且HBLC光学膜和PLLC光学膜被排列成：液晶层和支持每片光学膜的液晶层的基膜被交替排列。这种排列的一个实施方案如图4所示，在该实施方案中，PLLC光学膜33被排列，使得液晶单元10被面对液晶单元10的每片光学膜33的基膜26加在中间，以及两片光学膜33的慢轴32相互垂直，使更靠近偏振器22的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器20的吸收轴21，使更靠近偏振器28的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器28的吸收轴21，HBLC光学膜27被如此排列：它们的基膜26每个都面对与此相邻的每片PLLC光学膜33的平面取向的液晶层30，每片光学膜27的慢轴29垂直于与此处相临的每片光学膜33的慢轴32。另一个实施方案如图5所示，在该实施方案中，排列PLLC光学膜33，使得液晶单元被面对液晶单元10的每片光学膜33的平面取向的液晶层30夹在中间，两片光学膜33的慢轴32相互垂直，使更靠近偏振器20的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器20的吸收轴21，更靠近偏振器28的光学膜33的慢轴32垂直于偏振器28的吸收轴21，且HBLC光学膜27被如此排列：它们的混合取向的液晶层24每片都面对与此相邻的光学膜33的基膜26，且每片光学膜27的慢轴29垂直于与此相邻的每片光学膜33的慢轴32。
优选地，在本发明中所使用的PLLC光学膜都具有相同的相位差值，以更有效地改善所形成图像的对比度。每片光学膜的优选相位差值为在垂直于膜表面的方向上20和200nm之间，更优选在50和150nm左右。
本发明的对比度改善方法并不限于图2至图3所示的O-模式例，其中，偏振器的吸收轴21平行于液晶单元的摩擦方向22，而是也可以适用E-模式例，其中偏振器的吸收轴21垂直于液晶单元的摩擦方向。后一例的实施例如图6所示，其中，两片HBLC光学膜的液晶层24中的液晶分子的取向方向25从图2的方向上旋转180°，而两膜的慢轴29仍旧互相垂直。
应用在本发明中的具有液晶层的光学膜的基膜没有被特别地限制，它可以是具有良好的透明度而不减损本发明的对比度的改善效果的一种基膜。该类型的基膜包括，例如，具有极低双折射率的塑料薄膜。具有极低双折射率的塑料薄膜的例子有诸如三乙酰基纤维素的纤维素衍生物，降冰片烯衍生物或具有低特性双折射的无定形聚合烯烃的塑料薄膜，以及双折射被机械处理(如双轴拉伸)所控制的那些。如果需要的话，可以将单轴拉伸的塑料薄膜应用于本发明的PLLC光学膜。优选地，鉴于在其上形成液晶层的加工性，塑料薄膜的厚度落在大约50至200微米之间。
也优选地，用在本发明中的具有液晶层的光学膜的基膜满足nx≥ny＞nz，以及nz-{(nx+ny)/2}＜0，其中nx表示在薄膜表面的慢轴方向上薄膜的折射率，ny表示在薄膜表面的快轴方向上薄膜的反射指数，nz表示薄膜厚度方法上的折射率。使用该类型的基膜，本发明的对比度改善方法更加有效。该类型的基膜包括，例如，纤维素衍生物塑料薄膜，如三乙酰基纤维素，二乙酰基纤维素或硝酸纤维素塑料薄膜。在这些基膜中，考虑到实用性，特别优选三乙酰基纤维素薄膜。塑料薄膜的厚度依赖于在其上形成液晶层的加工性以及将对比度改善效果最优化所必要的相位差(由对应与垂直于薄膜表面方向上的倾斜角发生的双折射求得)发生变化。因此，不可能不加选择地加以限制，但是优选30到150微米左右的范围。
形成应用于本发明的混合取向的液晶层的液晶化合物包括，例如，热致液晶化合物(这种化合物在特定的温度范围内具有液晶性质)，和溶致液晶化合物(这种化合物的溶液在特定的浓度范围内具有液晶性质)。特别在许多情况下，不同类型的液晶化合物被混合来制备在较宽的温度范围内具有液晶性质的热致液晶。液晶化合物可具有低分子量或高分子量，低分子量的化合物可以和任何其它的高分子量的化合物混合。而在液晶条件下，希望化合物具有向列相。该类型的化合物的例子有在特开平10-339813中描述的液晶化合物。也优选，应用在本发明中的液晶化合物通过暴露在紫外线或热中，可发生聚合或交联，从而使它们的取向位置可以很好地固定。该类型的液晶化合物的优选例子是具有可聚合基团如(甲基)丙烯酰基、环氧基或乙烯基的那些化合物，具有可交联官能团(如氨基或羟基)的化合物。例如，它们是盘状(discotic)液晶，如在特开平7-325221中描述的典型的三亚苯基衍生物，和在WO97/44703中所描述的两种液晶化合物(下面提到的实施例中的化合物(1)和(2))的混合物的低分子液晶。将这些化合物保持取向的同时通过在聚合引发剂和交联剂存在下暴露在紫外线或热中，使这些化合物聚合或交联，这样所获得的、具有光学各向异性的产物在预定的条件下，不管周围的温度变化以及周围的任何其它的因素，仍保持取向。应用于本发明的PLLC光学膜的形成平面取向的液晶层的液晶化合物或组合物只要是形成平面取向，也不被特别地限制。例如，它包括在特开平12-98133中描述的液晶化合物和表面活性剂的混合物。该组合物的一个实施例在下面提及。
它是一种可聚合的组合物，包含：
a)10～50重量％的一种或两种下式(Ia)的可聚合化合物，以及5～35重量％的一种或两种下式(Ib)的可聚合化合物：
Figure C0180985200181
其中，W表示H或CH3；n表示3到6的整数；R表示具有1～8个碳原子的烷基或氧烷基；
b)15到60重量％的下式(II)的可聚合化合物：
其中，W表示H或CH3；n表示3到6的整数；Z1和Z2各自独立地表示-COO-或-OCO-；X1和X2各自独立地表示H或CH3；
c)0.1～8重量％的光引发剂；
d)50～2500ppm的氟烷基-烷氧基化的非离子表面活性剂，从下式(III)和(IV)中选择：
CnF2n+1SO2N(C2H5)(CH2CH2O)xCH3    III
CnF2n+1(CH2CH2O)xH                    IV
其中，n表示4到12的整数；x表示5到15的整数；和可选的
e)5～50重量％的一种或多种下式(V)的化合物：
Figure C0180985200191
其中W，n和R具有和式(I)中相同的含义。
作为应用在本发明中的制备HBLC光学膜和HLLC光学膜的方法，例如，基膜直接或在基膜上形成排列层(如聚乙烯醇衍生物或聚酰亚胺)后，用覆盖有绒布的辊均匀地摩擦——这是摩擦处理，其后将通过在适当的溶剂中溶解液晶化合物制备的溶液涂覆在基膜上，然后加热干燥。倘若液晶化合物通过暴露在紫外线或热中可聚合或交联，那么可以通过将它们在聚合引发剂或交联剂存在下暴露在紫外线或热中，来进行聚合或交联，同时它们被保持在液晶条件下。将液晶化合物溶液涂布到基膜上的方法并不被特别地限制。然而，由于在基膜上形成的液晶层的厚度对所产生的光学膜的相位差值有一定程度的影响，所以希望将溶液涂布在基膜上以便在上面形成均匀的液晶层。作为涂层方法，例如，微型凹版涂布，凹版涂布，丝杆涂布(wire barcoating)，浸渍涂布，喷涂或弯液面(meniscus)涂布，其中任何一种都是可用的。液晶化合物层的厚度依赖于所制备的光学膜的期望相位差值发生变化；相位差值也依赖于所使用的液晶化合物的双折射率而变化。优选地，层的厚度在0.05到10微米之间，更优选在0.1到5微米左右。
本发明的对比度改善方法，例如，可以通过如图7所示设置下文中提到的图1的传统液晶投影机中的光学结构34来实现。即，按照图2所示排列两片HBLC光学膜27(以使它们膜的表面互相面对)，然后被粘在两块带有粘合剂等的玻璃板表面上(或两片按照图2所示排列的光学膜27用粘合剂等层压，所得的层压品粘附在同样涂有粘合剂等的玻璃板表面上)，以制作一个光学结构34。将如此制作的光学膜34安置在液晶单元10和彩色椭圆偏振器11之间，液晶单元10和彩色椭圆偏振器13之间，以及在液晶单元和彩色椭圆偏振器15之间，得到图7所示的排列。这些偏振器并不限于这些对应于各自波长范围的彩色椭圆偏振器，而是可以是任何其它偏振器，这些其它偏振器含有具有不同波长范围的多二色性染料，多碘化合物或多烯结构的高分子，以便对应于整个可见光区。另外，彩色椭圆偏振器8和11，8和13，以及8和15可以按照图3到图6中的任何一个，与HBLC光学膜27以及可选的PLLC光学膜33联合，通过这种联合也可以获得本发明的对比度改善方法。光学膜可以分别安置，或用胶或粘合剂来层压，它们也可以和胶或粘合剂一起被粘在玻璃板的一个或两个表面上。进而，每片光学膜可以粘到带有胶或粘合剂的偏振器上；或者粘到也具有胶或粘合剂的液晶单元上。特别地，偏振器通常通过使单轴拉伸的聚乙烯醇膜吸收二色性染料随后被夹在表面被皂化的带有粘合剂的三乙酰基纤维素膜之间。因此，在本发明中使用的液晶层可以在液晶单元一侧的每个偏振器的三乙酰基纤维素膜上直接形成。在该结构中，基膜可以被省略。倘若每片膜的表面、基膜和玻璃板在与空气界面的一侧，这些组件的表面被处理成抗反射，从而控制在它们上面的表面反射。因为通过该结构的光的透光率增加，所以这是有利的。
优选地，本发明的光学膜和光学结构被应用于已经通过微透镜阵列聚集的光。因此，本发明的光学膜和光学结构优选安置在微透镜阵列(在其发光的一侧)后。用上述的方式安置具有光学膜的液晶层，人们可以得到本发明的液晶投影机。
本发明的复合光学膜含有至少一对HBLC光学膜和HLLC光学膜，并且在该复合光学膜中，PLLC光学膜在每片HBLC光学膜的液晶层的一侧，该膜可以以任何普通的方式来制作，例如通过直接将每片PLLC光学膜粘在每片带有适当粘合剂的HBLC光学膜的液晶一侧。如果需要，可以在两膜之间安装任何其它透明的光学膜，由此可以将两膜粘合在一起。本发明的光学膜含有至少一对HBLC光学膜和PLLC光学膜，该光学膜可以按照图5或图8来构造，其中HBLC光学膜27和PLLC光学膜33按照所图示的排列。具有这种结构的复合膜可以在液晶投影机中使用，在这种投影机中，复合膜改善投射在屏幕上形成的图像的对比度。根据情况，复合膜可以被粘在偏振器上与其形成整体；或者粘在支持物上。图1至图9图示了本发明的一些实施方案，然而，本发明并不限于此。
实施例
参照以下的实施例和比较实施例更具体的描述本发明。
实施例1：
下列液晶化合物(1)和(2)都具有进行混合取向的能力：
化合物(1)
Figure C0180985200211
化合物(2)
Figure C0180985200212
由23.5重量份的化合物(1)和70.5重量份的化合物(2)来制备二者的混合物。将这种混合物溶入174.7重量份的甲苯和58.3重量份的环己酮的混合溶剂中，同时加入6重量份的光致聚合引发剂Irgacure907(商品名，由Ciba-Geigy生产)，制备成固体浓度为30％的溶液。接着，将厚度为80μm的三乙酰基纤维素膜(其慢轴方向上的折射率nx＝1.49522；其快轴方向上的折射率ny＝1.49517；其厚度方向上的折射率nz＝1.49461)的表面用直径为100mm的磨擦辊磨擦，辊上覆盖有磨擦人造丝布(YA-20-R，商业牌号，由Yoshikawa Kako制造)。在该处理中，磨擦辊的转速是120m/min；膜和辊的接触长度是30mm；膜的行进速度是5m/min；而移动膜的张力是3kgf/cm。接下来，利用微凹板涂布机，将以上的液晶化合物溶液涂布于此膜被磨擦过的面上。在这一步中，膜的行进速度是5m/min；在膜上形成的涂层的干厚度是约1μm。然后，通过加热涂层膜而去除溶剂，然后将涂层膜置于高压汞灯(120W/cm)下固化涂层。该过程得到了一种应用于本发明的HBLC光学膜。在垂直其表面的方向上，光学膜的相位差值为50nm。随后，对光学膜的液晶层表面做抗反射处理。将制备好的两张光学膜分别贴覆在涂有粘合剂的玻璃板两面，贴覆时，光学膜的三乙酰基纤维素膜面对玻璃板，如图2中排列所示。在液晶投影机中，如图7所示，将如此获得的光学结构置于每个液晶单元和每个发光彩色椭圆偏振器之间。这就得到了本发明的液晶投影机。用彩色照度计(由Yokogawa Electric制造)测试这种液晶投影机投射到60英寸荧幕上的图像的对比度。该测试根据“液晶投影机的测定方法、测定条件指南”(由日本事务机械工业会编辑，1999年6月制定)来实施。测得的对比度为450。
比较例
用与实施例1同样的方式制造一个液晶投影机，不同之处是没有使用实施例1中制作的光学结构。其构造如图1所示。测定了其对比度。经过测定，其图像对比度是300。
从实施例1和比较例之间的对比中，可以明显的看到：本发明使对比度有了显著的提高。
实施例2(本发明的复合光学膜)
将42.3重量份的下列化合物(3)，32.9重量份的下列化合物(4)，18.8重量份的下列化合物(5)：
Figure C0180985200231
以及6重量份的Irgacure907(商品名，由Ciba-Geigy生产)和FloradFC-171(商品名，由3M生产)溶于174.4重量份的甲苯和58.3重量份的环己酮的混合溶剂中，在混合溶剂中以相对于固体成分加入1000ppm的非离子氟碳表面活性剂Florad FC-171(商品名，由3M生产)，以制备30％固体浓度的溶液。接着，按照与实施例1同样的方式，将溶液涂布于磨擦过的三乙酰基纤维素膜上，通过加热涂层膜而去除溶剂，然后将涂层膜置于高压汞灯(120W/cm)下固化其上的涂层。该过程得到了一种应用于本发明的PLLC光学膜。在垂直膜表面的方向上光学膜的相位差值为70nm。然后，用粘合剂将PLLC光学膜和实施例1中得到的HBLC光学膜叠合在一起，叠合时，将PLLC光学膜的液晶层表面与HBLC光学膜的三乙酰基纤维素表面相对，而且两膜的慢轴相互垂直。该过程得到了本发明的一种改善对比度的复合光学膜。此外，在HBLC光学膜的液晶层表面一侧，也是用粘合剂将该改善对比度的复合光学膜与一种染料型偏振膜SHC-13U(商品名，由Polatechno Co.，Ltd制造)叠合在一起，使偏振膜的吸收轴与HBLC光学膜的慢轴相平行。该过程得到一种具有偏振膜，且能改善对比度的复合光学膜。
实施例3
以与实施例2同样的方式，按照图8中的排列，用粘合剂将两片相位差值均为50nm的HBLC光学膜(图8中的27)和两片相位差值均为75nm的PLLC光学膜(图8中的33)叠合起来。在所得排列中，每片膜的慢轴都与相邻的HBLC或PLLC光学膜的慢轴相垂直。该过程得到了本发明的一种改善对比度的复合光学膜。用粘合剂将这种膜粘在每片光吸收彩色椭圆偏振膜(图9中的9，12，14)上，而这种偏振膜则被粘在玻璃板(即相位差膜被置于该结构的光接收一侧)上以形成光学结构。在该过程中，每片光接收彩色椭圆偏振膜和粘贴在其上的本发明的改善对比度的复合光学膜的排列如图8所示，在排列中，每一偏振膜的吸收轴21与其邻近的HBLC光学膜的慢轴29相平行。将如此构造的光学结构安置在液晶投影机中，如图9所示。该过程得到本发明的一种液晶投影机。用与实施例1同样的测试方法，测得该投影机的对比度是340。
工业实用性
该发明是一种改善液晶投影机投射到屏幕上的图像对比度的方法，该液晶投影机至少包括光源、具有电极和至少一个向列液晶的扭曲向列液晶单元及两个偏振器，两个偏振器被设置成：液晶单元被夹在两个偏振器之间。该方法的特征在于：在两个偏振器之间至少将两片HBLC光学膜排列成使膜的慢轴大致互相垂直，以在垂直于膜表面的方向上不产生相位差。这种方法提高了投射到屏幕上的图像质量。特别地，在通过微透镜阵列集光后，该方法更能有效改善影像对比度。

Claims (18)

1.一种液晶投影机，该液晶投影机至少包括光源、具有电极的扭曲向列液晶单元和两个偏振器，该两个偏振器的设置方式是将液晶单元夹在它们之间；并且在两个偏振器之间以如下方式设置了至少两片具有混合取向的液晶层的光学膜：使膜的慢轴大致互相垂直，以在垂直于膜表面的方向上不产生相位差。
2.根据权利要求1的液晶投影机，其中至少两片具有混合取向的液晶层的光学膜被如下排列：它们的慢轴大致垂直或平行于每一偏振器的吸收轴。
3.根据权利要求2的液晶投影机，其中偶数片具有混合取向的液晶层的光学膜被如下排列：它们中一半的慢轴大致垂直于一个偏振器的吸收轴，而另一半的慢轴则大致平行于该偏振器的吸收轴。
4.根据权利要求3的液晶投影机，其中偶数片具有混合取向的液晶层的光学膜被如下排列：它们中一半的慢轴大致垂直于一个偏振器的吸收轴，而另一半的慢轴则大致平行于该偏振器的吸收轴，而且每一半的光学膜被如此排列：液晶层与支持每一光学膜的基膜相互交替排列。
5.根据权利要求1的液晶投影机，其中具有混合取向的液晶层的光学膜具有相同的相位差值。
6.根据权利要求1的液晶投影机，其中至少两片具有平面取向液晶层的光学膜在偏振器之间被如此排列：膜的慢轴大致互相垂直，以在垂直膜表面的方向上不产生相位差，而且它们大致平行或垂直于具有混合取向的液晶层的光学膜的慢轴。
7.根据权利要求6的液晶投影机，其中至少两片具有平面取向液晶层的光学膜被如下排列：它们的慢轴大致垂直或平行于每一偏振器的吸收轴。
8.根据权利要求7的液晶投影机，其中偶数片具有平面取向液晶层的光学膜被如下排列：它们中一半的慢轴大致垂直于一个偏振器的吸收轴，而另一半的慢轴则大致平行于该偏振器的吸收轴，且具有混合取向的液晶层的光学膜和具有平面取向液晶层的光学膜被夹在扭曲向列液晶单元和一个偏振器之间，这种排列使得液晶层与支持每一光学膜的液晶层的基膜相互交替排列。
9.根据权利要求6的液晶投影机，其中具有平面取向液晶层的光学膜具有相同的相位差值。
10.根据权利要求1的液晶投影机，其中支持液晶层的基膜满足nx≥ny＞nz，及nz-{(nx+ny)/2}＜0，式中nx指膜表面内慢轴方向的折射率，ny指膜表面内快轴方向的折射率，nz指膜厚度方向的折射率。
11.根据权利要求10的液晶投影机，其中支持液晶层的基膜是三乙酰基纤维素膜。
12.根据权利要求1或6的液晶投影机，其中形成液晶层的化合物是热致液晶化合物或溶致液晶化合物。
13.根据权利要求12的液晶投影机，其中形成液晶层的化合物是紫外固化型或热固化型液晶化合物。
14.根据权利要求2-4中任何一项的液晶投影机，其中具有混合取向的液晶层的光学膜具有相同的相位差值。
15.根据权利要求7或8的液晶投影机，其中具有平面取向液晶层的光学膜具有相同的相位差值。
16.根据权利要求15的液晶投影机，其中支持液晶层的基膜满足nx≥ny＞nz，及nz-{(nx+ny)/2}＜0，式中nx指膜表面内慢轴方向的折射率，ny指膜表面内快轴方向的折射率，nz指膜厚度方向的折射率。
17.根据权利要求6的液晶投影机，其中支持液晶层的基膜满足nx≥ny＞nz，及nz-{(nx+ny)/2}＜0，式中nx指膜表面内慢轴方向的折射率，ny指膜表面内快轴方向的折射率，nz指膜厚度方向的折射率。
18.一种改善液晶投影机投射到屏幕上的图像对比度的光学系统，该系统中具有一个扭曲向列液晶单元和至少两片被夹在偏振器之间的具有混合取向的液晶层的光学膜，该系统具有如下特征：膜被排列成使其慢轴彼此大致垂直，以在垂直于膜表面的方向上不产生相位差。
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