專利名稱：改善液晶投影機對比度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改善液晶投影機的顯示圖像對比度的方法，以及使用該方法的液晶投影機。


圖1表示一個傳統(tǒng)液晶投影機的例子，顯示了三元件式液晶投影機的結構。在圖1中，由光源1發(fā)出的光經(jīng)由第一積分器透鏡3通過偏振分束器(PBS)4發(fā)生偏振。接著，通過第二積分透鏡5的偏振光被全反射鏡6反射，然后被兩個二向色鏡7分離成與紅、綠和藍各自的波長區(qū)相對應的偏振成分。在這樣被分離的偏振成分中，對應于紅色區(qū)的成分被全反射鏡6反射，然后被聚光透鏡8聚光，進入到彩色橢圓偏振器9(相位差膜位于與聚光透鏡8相鄰的一側)中，偏振器9將光偏振成對應于紅光區(qū)的波長區(qū)。然后，已經(jīng)被彩色橢圓偏振器9線性化的偏振光被微透鏡陣列35聚集，進入到扭曲向列液晶單元10，該液晶單元10含有一對透明的襯底以及被襯底夾在中間的向列液晶并具有TFT回路。對于那樣條件下的亮顯示，穿過單元10的光再一次通過彩色橢圓偏振器11(相位差膜位于與正交棱鏡相鄰的一側)進入到正交棱鏡16，在正交棱鏡中，光的運行路線改變了90°朝向投影透鏡17，在棱鏡17中與其它偏振成分結合，從而形成圖像，這樣形成的圖象被投射到屏幕18上。和對應于紅光區(qū)的光一樣，對應于藍光區(qū)的偏振光通過液晶單元10(配有彩色橢圓偏振器14和15以及在附近裝有微透鏡列35)，進入到正交棱鏡16，在正交棱鏡16中，光的運行路線改變90°超向投射透鏡17，然后在棱鏡17中和其它偏振成分結合形成圖像，所形成圖像被投射到屏幕18上。與上面兩個一樣，綠光區(qū)的偏振光也穿過液晶單元10(配有彩色橢圓偏振器12和13以及在附近裝有微透鏡陣列35)，但是，光直接穿過正對投射透鏡17的正交棱鏡，而在正交棱鏡中不改變它的運行方向，然后在棱鏡17中與其它偏振成分結合形成圖像，所形成的圖像被投射到屏幕18上。
液晶投影機經(jīng)過復雜的光線路徑，將最后通過發(fā)光橢圓偏振器的光成分聚集起來，經(jīng)棱鏡形成圖像，再將所形成的圖像投射到屏幕上。在這個階段，被投射到屏幕上的圖像的對比度通過在透鏡中聚集的所有光的參數(shù)來表示。具體地，以不同角度通過各自液晶單元的偏振光成分通過各自的發(fā)光偏振器，然后在透鏡中匯合，被投射到屏幕上。然而，在使用扭轉(zhuǎn)向列的液晶單元時，在正常的白色模式下通過施加電壓進行黑色顯示的情況下，在每一個液晶單元內(nèi)的液晶分子的取向并不完全對稱。具體地，即使在將電壓施加在液晶單元的情況下，在每一個單元的取向?qū)拥慕缑嬷車?，液晶分子的取向與取向?qū)拥慕缑姘l(fā)生輕微的傾斜。因此，在那樣的條件下，一些偏振光成分(不同于投影機正面方向上獲得的偏振光成分)根據(jù)進入每個液晶單元的偏振光的入射角通過液晶單元，然后被發(fā)射出。因此，根據(jù)進入液晶單元的偏振光的入射角，發(fā)光偏振器不可能完全吸收液晶單元放出的全部偏振光，投影機不可能產(chǎn)生全黑狀態(tài)。正如上面提到的，即使不能被發(fā)光偏振器完全吸收的光成分與液晶投影機中所有其它的成分聯(lián)合，結果，也不可能完全實現(xiàn)被投影機投射的整個圖像的黑態(tài)，圖像的對比度很難增加。這是液晶投影機的一個問題。在圖1類型的液晶投影機中，這個問題特別嚴重，在這類投影機中，安置微透鏡陣列以防止光利用率在具有TFT回路的扭轉(zhuǎn)向列的液晶單元的TFT區(qū)降低。在這里，微透鏡陣列發(fā)揮了聚集其中的偏振光成分的作用，所聚集的光被導向各自的液晶單元，然后投射到屏幕上。鑒于這種情況，因而希望提高由這種液晶投影機所投射的圖像的對比度。
在具有扭轉(zhuǎn)向列的液晶單元的液晶顯示器上，可以直接看見光源發(fā)出的光以辨別其中所形成的圖像，顯示圖像的問題是其對比度降低以及其色彩隨圖像被看到的位置而變化，或者說，問題是由顯示圖像的觀察角度依賴性引起的。不同的是，由于對比度的降低帶來投射圖像的問題對于液晶投影機來說是獨特的，人們希望解決這個問題。
特別地，本發(fā)明提供以下各項(1)一種改善液晶投影機投射在屏幕上的顯示圖像對比度的方法，該液晶投影機具有至少一個光源，一個具有電極的扭轉(zhuǎn)向列液晶單元(下文稱做TN液晶單元)，和兩個偏振器(被安裝成將液晶單元夾在它們中間)，該方法的特征在于至少兩片具有混合取向的液晶層的光學膜(下文稱做HBLC光學膜)在兩偏振器之間被如此排列膜的慢軸大致互相垂直以便在垂直于膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差；(2)上述(1)的改善對比度的方法，其中至少兩片HBLC光學膜被排列成它們的慢軸與每個偏振器的吸收軸大致平行或垂直；(3)上述(2)的改善對比度的方法，其中偶數(shù)片HBLC光學膜被排列成一半的慢軸與一個偏振器的吸收軸大致垂直，另一半的慢軸與另一個偏振器的吸收軸大致平行；(4)上述(3)的改善對比度的方法，其中偶數(shù)片HBLC光學膜被排列成一半的慢軸大致垂直于一個偏振器的吸收軸，另一半的慢軸與該偏振器的吸收軸大致平行，且每一半光學膜被排列成液晶層和支持每片光學膜液晶層的基膜被交替排列；(5)上述(1)至(4)中任何一項的改善對比度的方法，其中HBLC光學膜具有相同的相位差值；(6)上述(1)的改善投射在屏幕上的顯示圖像對比度的方法，其中至少兩片具有平面取向的液晶單元光學膜(下文稱做PLLC光學膜)在兩偏振器之間被如此排列薄膜的慢軸大致相互垂直以便在垂直于薄膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差，且與HBLC光學膜的慢軸大致平行或垂直；(7)上述(6)的改善對比度的方法，其中至少兩片PLLC光學膜被如此排列它們的慢軸大致平行或垂直于每個偏振器的吸收軸；(8)上述(7)的改善對比度的方法，其中偶數(shù)片PLLC光學膜被如此排列一半的慢軸大致垂直于一個偏振器的吸收軸，另一半的慢軸大致平行于該偏振器的吸收軸，夾在TN液晶單元和一個偏振器之間的HBLC光學膜和PLLC光學膜被如此排列液晶層和支持每片光學膜的液晶層的基膜被交替排列；(9)上述(6)到(8)中任何一項的改善對比度的方法，其中PLLC光學膜具有相同的相位差值；(10)上述(1)到(9)中任何一項的改善對比度的方法，其中支持液晶層的基膜滿足nx≥ny＞nz，及nz-{(nx+ny)/2}＜0，其中nx表示在膜表面的慢軸方向上膜的折射率，ny表示在膜表面的快軸方向上膜的折射率，nz表示在膜的厚度方向上膜的折射率；(11)上述(10)的改善對比度的方法，其中支持液晶層的基膜是三乙酰基纖維素薄膜；
(12)上述(1)到(9)中任何一項的改善對比度的方法，其中形成液晶層的化合物是熱致液晶化合物或溶致液晶化合物；(13)上述(12)的改善對比度的方法，其中形成液晶層的化合物是紫外固化型或熱固化型液晶化合物；(14)使用上述(1)到(13)的改善對比度的方法的液晶投影機；(15)一種改善液晶投影機投射在屏幕上的顯示圖像的對比度的光學系統(tǒng)，這種光學系統(tǒng)具有一個TN液晶單元，以及在偏振器之間至少有兩片HBLC光學膜，該光學系統(tǒng)的特征在于薄膜被排列成它們的慢軸大致互相平行以便在垂直于薄膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差；(16)一種改善對比度的復合光學膜，該膜含有至少一對HBLC光學膜和一對PLLC光學膜。
圖2表示本發(fā)明的對比度改善方法的一個實施例。
圖3表示本發(fā)明的對比度改善方法的另一個實施例。
圖4表示本發(fā)明的對比度改善方法的另一個實施例。
圖5表示本發(fā)明的對比度改善方法的另一個實施例。
圖6表示本發(fā)明的對比度改善方法的另一個實施例。
圖7表示實施例1的液晶投影機的實施方案。
圖8表示本發(fā)明的對比度改善方法的另一個實施例。
圖9表示實施例3中的液晶投影機的另一個實施方案。
參考數(shù)字說明1光源2反射鏡3第一積分透鏡4偏振分束器
5第二積分透鏡6全反射鏡7二向色鏡8聚光透鏡9紅光區(qū)的光接收彩色橢圓偏振器10液晶單元11紅光區(qū)的光發(fā)射彩色橢圓偏振器12綠光區(qū)的光接收彩色橢圓偏振器13綠光區(qū)的光發(fā)射彩色橢圓偏振器14藍光區(qū)的光接收彩色橢圓偏振器15藍光區(qū)的光發(fā)射彩色橢圓偏振器16正交棱鏡17投射透鏡18屏幕19入射光20光接收偏振器21吸收軸22摩擦方向23液晶單元中的液晶分子24混合取向的液晶層25混合取向的液晶分子26基膜27具有混合取向的液晶層的光學膜(HBLC光學膜)28光發(fā)射偏振器29混合取向的液晶層的慢軸30平面取向的液晶層31平面取向的液晶分子32平面取向的液晶層的慢軸33具有平面取向的液晶層的光學膜(PLLC光學膜)34與本發(fā)明應用的具有液晶層的光學膜層壓在一起的光學膜或光學結構35微透鏡陣列本發(fā)明還優(yōu)選，至少兩片光學膜被如此排列它們的慢軸與每個偏振器的吸收軸大致平行或垂直。該實施方案的一個實施例如圖2所示，在這個實施例中，使更靠近偏振器20的光學膜27的慢軸29垂直于偏振器20的吸收軸21，而使更靠近偏振器28的光學膜27的慢軸29垂直于偏振器28的吸收軸21。光學膜被如此排列，不會在垂直于每個光學膜表面的方向上產(chǎn)生相位差。因此，例如，兩片光學膜，每一片具有不同的相位差值，可以被如此排列它們的慢軸29大致平行或垂直每一個偏振器的吸收軸21，從而改善成像的對比度。關于以上述方式排列光學膜時每片光學膜的慢軸29與偏振器20或28的吸收軸21的角度的精確度，考慮到光學膜的混合取向的液晶層的取向均一性程度和排列膜時的精確度，光學膜的慢軸優(yōu)選大致平行或垂直于每個偏振器的吸收軸、不超越相對于完全平行或完全垂直位置-5到+5°范圍，更優(yōu)選-3～+3°的范圍，甚至更優(yōu)選-2到+2°的范圍。
本發(fā)明中必要時，使用至少兩片，特別是至少4片偶數(shù)片具有相同的相位差值的HBLC光學膜，它們優(yōu)選被如此排列為了使如此排列的光學膜在垂直于膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差，其中一半光學膜的慢軸大致垂直于一個偏振器的吸收軸，而另一半大致平行于該偏振器的吸收軸。使用這樣四片HBLC光學膜27的實施方案的一個實施例如圖3所示，在該實施例中，使更靠近偏振器28的兩片光學膜27的慢軸29垂直于偏振器28的吸收軸21，使其余兩片光學膜27的慢軸29平行于偏振器28的吸收軸21。
下面對本發(fā)明中排列了至少兩片HBLC光學膜的方向進行說明。以下描述一些光學膜方向的優(yōu)選實施方案，然而光學膜的方向并不限于此。
倘若在本發(fā)明中排列兩片HBLC光學膜，通常希望兩片膜的相同的表面相對，以便兩片膜中的混合取向處在連續(xù)變化中。例如，兩片膜的液晶層可以相對；或者與此相反，其膜層可以相對。然而，通常光學膜優(yōu)選被如此排列它們的膜層相對。此時，兩片光學膜可以相鄰，如圖2所示；或在它們之間安置一個TN液晶單元和任何其它的光透過性膜。
倘若在本發(fā)明中排列三片或更多的HBLC光學膜，通?？梢韵湎辔徊畹哪切┕鈱W膜被排列成以相反的方向相對(相同的面，例如液晶層面和液晶層面、另外薄膜層面和薄膜層面互相面對)。例如，當排列三片光學膜時，其中具有較低相位差值的兩片可被排列成以相同的方向相對，而另一片具有較高相位差值的光學膜在薄膜層或液晶層中實現(xiàn)面對面。
當四片或者更多的偶數(shù)片HBLC光學膜，優(yōu)選具有相同相位差值的那些光學膜被排列時，希望它們被如此排列其中一半的慢軸大致垂直于偏振器的吸收軸，而另一半的慢軸大致平行該偏振器的吸收軸，且每一半光學膜被如此排列液晶層和支持每一片光學膜的液晶層的基膜被交替。例如，如圖3所示，是一個該實施方案的實施例，在該實施例中，靠近液晶單元10的四片HBLC光學膜27，其中兩片被排列成它們的基膜26朝向偏振器28，以及它們的慢軸29平行于偏振器28的吸收軸21，而其余兩個被排列成它們的液晶層24面對偏振器28，它們的慢軸29垂直于偏振器28的吸收軸21。
優(yōu)選地，應用在本發(fā)明的HBLC光學膜都具有相同的相位差值，以更有效地改善所形成圖像的對比度。每一片光學膜在垂直于膜表面的方向上的優(yōu)選相位差值在20至150nm之間，更優(yōu)選30至100nm左右。
每片光學膜的相位差值可以用任何通用的方法來測量，例如用分光光度計進行旋轉(zhuǎn)分析或使用自動雙折射折射計來測量。
在本發(fā)明的對比度改善方法中，根據(jù)具體情況，至少結合和使用兩片PLLC光學膜以獲得更好的結果。平面取向意味著這樣一種狀態(tài)在支持液晶層的基膜26上含有液晶化合物的層30中，液晶分子31在基膜一側及與空氣界面的一側大致平面取向(相互平行)，如圖4所示。
對于本發(fā)明中大致平面的取向，希望液晶分子盡可能完全地平行于薄膜表面。然而，只要液晶分子與其平行到這樣的程度它們能夠獲得本發(fā)明的效果，就沒有問題。通常，液晶分子與薄膜表面的傾斜度(傾斜角)在0到5度之間，優(yōu)選0到3度之間，更優(yōu)選在0到1度之間。
該類型的PLLC光學膜是公知的，例如，在特開平12-98133(JP2000-98133A)中就有描述。
優(yōu)選地，在偏振器之間至少安裝兩片PLLC光學膜，然后如此排列它們的慢軸大致互相垂直以便在垂直于薄膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差。也優(yōu)選，將PLLC光學膜與上述的HBLC光學膜結合，結合的方式如下PLLC光學膜的慢軸與HBLC光學膜的慢軸大致平行或垂直，以改善形成圖像的對比度。
排列這些PLLC光學膜或HBLC光學膜的順序并沒有特別地限制，但是通常希望PLLC光學膜被排列在每片HBLC光學膜的液晶層一側。
這種排列的一個實施方案如圖5所示，在這個實施方案中，PLLC光學膜33如此排列液晶單元10被夾在中間，薄膜的慢軸32互相垂直，每片HBLC光學膜27的慢軸29垂直于與光學膜27相鄰的光學膜33的慢軸32。
根據(jù)具體情況，本發(fā)明還希望至少兩片PLLC光學膜如此排列它們的慢軸幾乎平行或垂直于偏振器的吸收軸，還大致平行或垂直于HBLC光學膜的慢軸。這種排列的一個實施方案如圖4所示，在該實施方案中，PLLC光學膜33如此排列液晶單元10被夾在面向液晶單元10的每片光學膜33的基膜26中間，兩片光學膜33的慢軸32相互垂直，使更靠近偏振器20的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器20的吸收軸21，使更靠近偏振器28的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器28的吸收軸21，使每片HBLC光學膜27的慢軸29垂直于鄰近該光學膜27的光學膜33的慢軸32。另一個實施方案如圖5所示，其中PLLC光學膜33被如此排列液晶單元10被夾在面向液晶單元10的每片光學膜33的液晶層中間，兩片光學膜33的慢軸32互相垂直，使更靠近偏振器20的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器20的吸收軸21，使更靠近偏振器28的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器28的吸收軸21，且使每片HBLC光學膜27的慢軸29垂直于鄰近該光學膜27的光學膜33的慢軸32。
在本發(fā)明中，還有可能至少二偶數(shù)片PLLC光學膜被如此排列其中一半的慢軸大致垂直于一個偏振器的吸收軸，而另一半的慢軸大致平行于該偏振器的吸收軸，且HBLC光學膜和PLLC光學膜被排列成液晶層和支持每片光學膜的液晶層的基膜被交替排列。這種排列的一個實施方案如圖4所示，在該實施方案中，PLLC光學膜33被排列，使得液晶單元10被面對液晶單元10的每片光學膜33的基膜26加在中間，以及兩片光學膜33的慢軸32相互垂直，使更靠近偏振器22的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器20的吸收軸21，使更靠近偏振器28的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器28的吸收軸21，HBLC光學膜27被如此排列它們的基膜26每個都面對與此相鄰的每片PLLC光學膜33的平面取向的液晶層30，每片光學膜27的慢軸29垂直于與此處相臨的每片光學膜33的慢軸32。另一個實施方案如圖5所示，在該實施方案中，排列PLLC光學膜33，使得液晶單元被面對液晶單元10的每片光學膜33的平面取向的液晶層30夾在中間，兩片光學膜33的慢軸32相互垂直，使更靠近偏振器20的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器20的吸收軸21，更靠近偏振器28的光學膜33的慢軸32垂直于偏振器28的吸收軸21，且HBLC光學膜27被如此排列它們的混合取向的液晶層24每片都面對與此相鄰的光學膜33的基膜26，且每片光學膜27的慢軸29垂直于與此相鄰的每片光學膜33的慢軸32。
優(yōu)選地，在本發(fā)明中所使用的PLLC光學膜都具有相同的相位差值，以更有效地改善所形成圖像的對比度。每片光學膜的優(yōu)選相位差值為在垂直于膜表面的方向上20和200nm之間，更優(yōu)選在50和150nm左右。
本發(fā)明的對比度改善方法并不限于圖2至圖3所示的O-模式例，其中，偏振器的吸收軸21平行于液晶單元的摩擦方向22，而是也可以適用E-模式例，其中偏振器的吸收軸21垂直于液晶單元的摩擦方向。后一例的實施例如圖6所示，其中，兩片HBLC光學膜的液晶層24中的液晶分子的取向方向25從圖2的方向上旋轉(zhuǎn)180°，而兩膜的慢軸29仍舊互相垂直。
應用在本發(fā)明中的具有液晶層的光學膜的基膜沒有被特別地限制，它可以是具有良好的透明度而不減損本發(fā)明的對比度的改善效果的一種基膜。該類型的基膜包括，例如，具有極低雙折射率的塑料薄膜。具有極低雙折射率的塑料薄膜的例子有諸如三乙?；w維素的纖維素衍生物，降冰片烯衍生物或具有低特性雙折射的無定形聚合烯烴的塑料薄膜，以及雙折射被機械處理(如雙軸拉伸)所控制的那些。如果需要的話，可以將單軸拉伸的塑料薄膜應用于本發(fā)明的PLLC光學膜。優(yōu)選地，鑒于在其上形成液晶層的加工性，塑料薄膜的厚度落在大約50至200微米之間。
也優(yōu)選地，用在本發(fā)明中的具有液晶層的光學膜的基膜滿足nx≥ny＞nz，以及nz-{(nx+ny)/2}＜0，其中nx表示在薄膜表面的慢軸方向上薄膜的折射率，ny表示在薄膜表面的快軸方向上薄膜的反射指數(shù)，nz表示薄膜厚度方法上的折射率。使用該類型的基膜，本發(fā)明的對比度改善方法更加有效。該類型的基膜包括，例如，纖維素衍生物塑料薄膜，如三乙酰基纖維素，二乙?；w維素或硝酸纖維素塑料薄膜。在這些基膜中，考慮到實用性，特別優(yōu)選三乙?；w維素薄膜。塑料薄膜的厚度依賴于在其上形成液晶層的加工性以及將對比度改善效果最優(yōu)化所必要的相位差(由對應與垂直于薄膜表面方向上的傾斜角發(fā)生的雙折射求得)發(fā)生變化。因此，不可能不加選擇地加以限制，但是優(yōu)選30到150微米左右的范圍。
形成應用于本發(fā)明的混合取向的液晶層的液晶化合物包括，例如，熱致液晶化合物(這種化合物在特定的溫度范圍內(nèi)具有液晶性質(zhì))，和溶致液晶化合物(這種化合物的溶液在特定的濃度范圍內(nèi)具有液晶性質(zhì))。特別在許多情況下，不同類型的液晶化合物被混合來制備在較寬的溫度范圍內(nèi)具有液晶性質(zhì)的熱致液晶。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。而在液晶條件下，希望化合物具有向列相。該類型的化合物的例子有在特開平10-339813中描述的液晶化合物。也優(yōu)選，應用在本發(fā)明中的液晶化合物通過暴露在紫外線或熱中，可發(fā)生聚合或交聯(lián)，從而使它們的取向位置可以很好地固定。該類型的液晶化合物的優(yōu)選例子是具有可聚合基團如(甲基)丙烯?；?、環(huán)氧基或乙烯基的那些化合物，具有可交聯(lián)官能團(如氨基或羥基)的化合物。例如，它們是盤狀(discotic)液晶，如在特開平7-325221中描述的典型的三亞苯基衍生物，和在WO97/44703中所描述的兩種液晶化合物(下面提到的實施例中的化合物(1)和(2))的混合物的低分子液晶。將這些化合物保持取向的同時通過在聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑存在下暴露在紫外線或熱中，使這些化合物聚合或交聯(lián)，這樣所獲得的、具有光學各向異性的產(chǎn)物在預定的條件下，不管周圍的溫度變化以及周圍的任何其它的因素，仍保持取向。應用于本發(fā)明的PLLC光學膜的形成平面取向的液晶層的液晶化合物或組合物只要是形成平面取向，也不被特別地限制。例如，它包括在特開平12-98133中描述的液晶化合物和表面活性劑的混合物。該組合物的一個實施例在下面提及。
它是一種可聚合的組合物，包含a)10～50重量％的一種或兩種下式(Ia)的可聚合化合物，以及5～35重量％的一種或兩種下式(Ib)的可聚合化合物 其中，W表示H或CH3；n表示3到6的整數(shù)；R表示具有1～8個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的整數(shù)；Z1和Z2各自獨立地表示-COO-或-OCO-；X1和X2各自獨立地表示H或CH3；c)0.1～8重量％的光引發(fā)劑；d)50～2500ppm的氟烷基-烷氧基化的非離子表面活性劑，從下式(III)和(IV)中選擇CnF2n+1SO2N(C2H5)(CH2CH2O)xCH3IIICnF2n+1(CH2CH2O)xHIV其中，n表示4到12的整數(shù)；x表示5到15的整數(shù)；和可選的e)5～50重量％的一種或多種下式(V)的化合物 其中W，n和R具有和式(I)中相同的含義。
作為應用在本發(fā)明中的制備HBLC光學膜和HLLC光學膜的方法，例如，基膜直接或在基膜上形成排列層(如聚乙烯醇衍生物或聚酰亞胺)后，用覆蓋有絨布的輥均勻地摩擦——這是摩擦處理，其后將通過在適當?shù)娜軇┲腥芙庖壕Щ衔镏苽涞娜芤和扛苍诨ど?，然后加熱干燥。倘若液晶化合物通過暴露在紫外線或熱中可聚合或交聯(lián)，那么可以通過將它們在聚合引發(fā)劑或交聯(lián)劑存在下暴露在紫外線或熱中，來進行聚合或交聯(lián)，同時它們被保持在液晶條件下。將液晶化合物溶液涂布到基膜上的方法并不被特別地限制。然而，由于在基膜上形成的液晶層的厚度對所產(chǎn)生的光學膜的相位差值有一定程度的影響，所以希望將溶液涂布在基膜上以便在上面形成均勻的液晶層。作為涂層方法，例如，微型凹版涂布，凹版涂布，絲桿涂布(wire barcoating)，浸漬涂布，噴涂或彎液面(meniscus)涂布，其中任何一種都是可用的。液晶化合物層的厚度依賴于所制備的光學膜的期望相位差值發(fā)生變化；相位差值也依賴于所使用的液晶化合物的雙折射率而變化。優(yōu)選地，層的厚度在0.05到10微米之間，更優(yōu)選在0.1到5微米左右。
本發(fā)明的對比度改善方法，例如，可以通過如圖7所示設置下文中提到的圖1的傳統(tǒng)液晶投影機中的光學結構34來實現(xiàn)。即，按照圖2所示排列兩片HBLC光學膜27(以使它們膜的表面互相面對)，然后被粘在兩塊帶有粘合劑等的玻璃板表面上(或兩片按照圖2所示排列的光學膜27用粘合劑等層壓，所得的層壓品粘附在同樣涂有粘合劑等的玻璃板表面上)，以制作一個光學結構34。將如此制作的光學膜34安置在液晶單元10和彩色橢圓偏振器11之間，液晶單元10和彩色橢圓偏振器13之間，以及在液晶單元和彩色橢圓偏振器15之間，得到圖7所示的排列。這些偏振器并不限于這些對應于各自波長范圍的彩色橢圓偏振器，而是可以是任何其它偏振器，這些其它偏振器含有具有不同波長范圍的多二色性染料，多碘化合物或多烯結構的高分子，以便對應于整個可見光區(qū)。另外，彩色橢圓偏振器8和11，8和13，以及8和15可以按照圖3到圖6中的任何一個，與HBLC光學膜27以及可選的PLLC光學膜33聯(lián)合，通過這種聯(lián)合也可以獲得本發(fā)明的對比度改善方法。光學膜可以分別安置，或用膠或粘合劑來層壓，它們也可以和膠或粘合劑一起被粘在玻璃板的一個或兩個表面上。進而，每片光學膜可以粘到帶有膠或粘合劑的偏振器上；或者粘到也具有膠或粘合劑的液晶單元上。特別地，偏振器通常通過使單軸拉伸的聚乙烯醇膜吸收二色性染料隨后被夾在表面被皂化的帶有粘合劑的三乙?；w維素膜之間。因此，在本發(fā)明中使用的液晶層可以在液晶單元一側的每個偏振器的三乙?；w維素膜上直接形成。在該結構中，基膜可以被省略。倘若每片膜的表面、基膜和玻璃板在與空氣界面的一側，這些組件的表面被處理成抗反射，從而控制在它們上面的表面反射。因為通過該結構的光的透光率增加，所以這是有利的。
優(yōu)選地，本發(fā)明的光學膜和光學結構被應用于已經(jīng)通過微透鏡陣列聚集的光。因此，本發(fā)明的光學膜和光學結構優(yōu)選安置在微透鏡陣列(在其發(fā)光的一側)后。用上述的方式安置具有光學膜的液晶層，人們可以得到本發(fā)明的液晶投影機。
本發(fā)明的復合光學膜含有至少一對HBLC光學膜和HLLC光學膜，并且在該復合光學膜中，PLLC光學膜在每片HBLC光學膜的液晶層的一側，該膜可以以任何普通的方式來制作，例如通過直接將每片PLLC光學膜粘在每片帶有適當粘合劑的HBLC光學膜的液晶一側。如果需要，可以在兩膜之間安裝任何其它透明的光學膜，由此可以將兩膜粘合在一起。本發(fā)明的光學膜含有至少一對HBLC光學膜和PLLC光學膜，該光學膜可以按照圖5或圖8來構造，其中HBLC光學膜27和PLLC光學膜33按照所圖示的排列。具有這種結構的復合膜可以在液晶投影機中使用，在這種投影機中，復合膜改善投射在屏幕上形成的圖像的對比度。根據(jù)情況，復合膜可以被粘在偏振器上與其形成整體；或者粘在支持物上。圖1至圖9圖示了本發(fā)明的一些實施方案，然而，本發(fā)明并不限于此。
從實施例1和比較例之間的對比中，可以明顯的看到本發(fā)明使對比度有了顯著的提高。實施例2(本發(fā)明的復合光學膜)將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) 以及6重量份的Irgacure907(商品名，由Ciba-Geigy生產(chǎn))和FloradFC-171(商品名，由3M生產(chǎn))溶于174.4重量份的甲苯和58.3重量份的環(huán)己酮的混合溶劑中，在混合溶劑中以相對于固體成分加入1000ppm的非離子氟碳表面活性劑Florad FC-171(商品名，由3M生產(chǎn))，以制備30％固體濃度的溶液。接著，按照與實施例1同樣的方式，將溶液涂布于磨擦過的三乙?；w維素膜上，通過加熱涂層膜而去除溶劑，然后將涂層膜置于高壓汞燈(120W/cm)下固化其上的涂層。該過程得到了一種應用于本發(fā)明的PLLC光學膜。在垂直膜表面的方向上光學膜的相位差值為70nm。然后，用粘合劑將PLLC光學膜和實施例1中得到的HBLC光學膜疊合在一起，疊合時，將PLLC光學膜的液晶層表面與HBLC光學膜的三乙?；w維素表面相對，而且兩膜的慢軸相互垂直。該過程得到了本發(fā)明的一種改善對比度的復合光學膜。此外，在HBLC光學膜的液晶層表面一側，也是用粘合劑將該改善對比度的復合光學膜與一種染料型偏振膜SHC-13U(商品名，由Polatechno Co.，Ltd制造)疊合在一起，使偏振膜的吸收軸與HBLC光學膜的慢軸相平行。該過程得到一種具有偏振膜，且能改善對比度的復合光學膜。實施列3以與實施例2同樣的方式，按照圖8中的排列，用粘合劑將兩片相位差值均為50nm的HBLC光學膜(圖8中的27)和兩片相位差值均為75nm的PLLC光學膜(圖8中的33)疊合起來。在所得排列中，每片膜的慢軸都與相鄰的HBLC或PLLC光學膜的慢軸相垂直。該過程得到了本發(fā)明的一種改善對比度的復合光學膜。用粘合劑將這種膜粘在每片光吸收彩色橢圓偏振膜(圖9中的9，12，14)上，而這種偏振膜則被粘在玻璃板(即相位差膜被置于該結構的光接收一側)上以形成光學結構。在該過程中，每片光接收彩色橢圓偏振膜和粘貼在其上的本發(fā)明的改善對比度的復合光學膜的排列如圖8所示，在排列中，每一偏振膜的吸收軸21與其鄰近的HBLC光學膜的慢軸29相平行。將如此構造的光學結構安置在液晶投影機中，如圖9所示。該過程得到本發(fā)明的一種液晶投影機。用與實施例1同樣的測試方法，測得該投影機的對比度是340。
工業(yè)實用性該發(fā)明是一種改善液晶投影機投射到屏幕上的圖像對比度的方法，該液晶投影機至少包括光源、具有電極和至少一個向列液晶的扭曲向列液晶單元及兩個偏振器，兩個偏振器被設置成液晶單元被夾在兩個偏振器之間。該方法的特征在于在兩個偏振器之間至少將兩片HBLC光學膜排列成使膜的慢軸大致互相垂直，以在垂直于膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差。這種方法提高了投射到屏幕上的圖像質(zhì)量。特別地，在通過微透鏡陣列集光后，該方法更能有效改善影像對比度。
權利要求
1.一種改善液晶投影機投射到屏幕上的圖像對比度的方法，該液晶投影機至少包括光源、具有電極的扭曲向列液晶單元(下稱TN液晶單元)及兩個偏振器，該兩個偏振器的設置方式是將液晶單元夾在兩個偏振器之間，該方法具有下列特征在兩個偏振器之間至少排列了兩片有混合取向的液晶層的光學膜(下稱HBLC光學膜)，使膜的慢軸大致互相垂直，以在垂直于膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差。
2.根據(jù)權利要求1的改善對比度的方法，其中至少兩片HBLC光學膜被如下排列它們的慢軸大致垂直或平行于每一偏振器的吸收軸。
3.根據(jù)權利要求2的改善對比度的方法，其中偶數(shù)片HBLC光學膜被如下排列它們中一半的慢軸大致垂直于一個偏振器的吸收軸，而另一半的慢軸則大致平行于該偏振器的吸收軸。
4.根據(jù)權利要求3的改善對比度的方法，其中偶數(shù)片HBLC光學膜被如下排列它們中一半的慢軸大致垂直于一個偏振器的吸收軸，而另一半的慢軸則大致平行于該偏振器的吸收軸，而且每一半的光學膜被如此排列液晶層與支持每一光學膜的基膜相互交替排列。
5.根據(jù)權利要求1到4任何一項的改善對比度的方法，其中HBLC光學膜具有相同的相位差值。
6.根據(jù)權利要求1的改善投射到屏幕上的圖像對比度的方法，其中至少兩片具有平面取向液晶層的光學膜(下稱PLLC光學膜)在偏振器之間被如此排列膜的慢軸大致互相垂直，以在垂直膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差，而且它們大致平行或垂直于HBLC光學膜的慢軸。
7.根據(jù)權利要求6的改善對比度的方法，其中至少兩片PLLC光學膜被如下排列它們的慢軸大致垂直或平行于每一偏振器的吸收軸。
8.根據(jù)權利要求7的改善對比度的方法，其中偶數(shù)片PLLC光學膜被如下排列它們中一半的慢軸大致垂直于一個偏振器的吸收軸，而另一半的慢軸則大致平行于該偏振器的吸收軸，且HBLC光學膜和PLLC光學膜被夾在TN液晶單元和一個偏振器之間，這種排列使得液晶層與支持每一光學膜的液晶層的基膜相互交替排列。
9.根據(jù)權利要求6到8中任何一項的改善對比度的方法，其中PLLC光學膜具有相同的相位差值。
10.根據(jù)權利要求1到9中任何一項的改善對比度的方法，其中支持液晶層的基膜滿足nx≥ny＞nz，及nz-{(nx+ny)/2}＜0，式中nx指膜表面內(nèi)慢軸方向的折射率，ny指膜表面內(nèi)快軸方向的折射率，nz指膜厚度方向的折射率。
11.根據(jù)權利要求10的改善對比度的方法，其中支持液晶層的基膜是三乙?；w維素膜。
12.根據(jù)權利要求1到9中任何一項的改善對比度的方法，其中形成液晶層的化合物是熱致液晶化合物或溶致液晶化合物。
13.根據(jù)權利要求12的改善對比度的方法，其中形成液晶層的化合物是紫外固化型或熱固化型液晶化合物。
14.一種液晶投影機，其使用了權利要求1-13的改善對比度的方法。
15.一種改善液晶投影機投射到屏幕上的圖像對比度的光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)中具有一個TN液晶單元和至少兩片被夾在偏振器之間的HBLC光學膜，該系統(tǒng)具有如下特征膜被排列成使其慢軸彼此大致垂直，以在垂直于膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差。
16.一種改善對比度的復合光學膜，其具有至少一對HBLC光學膜和一對PLLC光學膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改善液晶投影機投射在屏幕上的圖象對比度的方法；以及一種使用該方法的液晶投影機，該投影機具有至少一個光源、一個具有電極和含有至少一個向列液晶的扭曲向列液晶單元，和兩個偏振器，這兩個偏振器被安置成液晶單元被夾在它們中間，該方法具有以下特征在兩偏振器之間，至少將兩片HBLC光學膜排列成使薄膜的慢軸大致互相垂直，以在垂直于薄膜表面的方向上不產(chǎn)生相位差。
文檔編號G02F1/1335GK1430735SQ01809852
公開日2003年7月16日 申請日期2001年5月21日 優(yōu)先權日2000年5月22日
發(fā)明者吉岡干一郎, 鳥越道子, 田中興一 申請人:日本化藥株式會社, 寶來技術有限公司