專利名稱：采用多層光學(xué)薄膜偏振片的液晶顯示投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及液晶顯示投影系統(tǒng)，更具體地涉及含有多層光學(xué)薄膜偏振片的液晶顯示投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液晶顯示(LCD)投影系統(tǒng)與其競爭的技術(shù)相比，具有圖象面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。LCD是由數(shù)千個小圖象元，即象素組成的，這些象素或是“開”、“關(guān)”、或是“部分地開”。通過對各個象素作適當(dāng)處理，通常是施加電場，由LCD顯示圖象。在扭轉(zhuǎn)向列(TN)LCD的情況中，如果一個特定象素是“開”的，那么，當(dāng)線偏振光線在穿過該象素時，其相位和偏振保持不變。然而，如果該象素是“關(guān)”的，那么，該光線被旋轉(zhuǎn)，即相位被調(diào)整，使其偏振角改變90°。如果該象素是“部分地開”，那么光線的旋轉(zhuǎn)將小于90°?？梢园选伴_”的象素指定為代表黑或是白。如果“開”的象素被指定為代表黑，那么“關(guān)”的象素被指定為代表白，反之亦然。“部分開”的象素代表灰的陰影。在LCD上設(shè)置偏振片，使穿過象素的光的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變成適量透射(黑、白、或灰)。
在超扭轉(zhuǎn)向列(STN)LCD的情況中，光學(xué)效應(yīng)是由“開”、“關(guān)”、或是“部分開”的象素各具有一種特征雙折射顏色的雙折射效應(yīng)產(chǎn)生的。如果采用“藍(lán)色的模式”，“關(guān)”的象素將具有藍(lán)色，而“開”的象素將是奶白色。如果采用“黃色的模式”，“關(guān)”的象素是黃色，“開”的象素是藍(lán)灰色?？稍赟TN LCD與其一個偏振片之間增加一薄膜，使顯示的彩色中性化，即把彩色顯示轉(zhuǎn)變?yōu)楹诎罪@示。
目前的LCD投影系統(tǒng)通常采用強(qiáng)制空氣或液體進(jìn)行冷卻，以保護(hù)對溫度敏感的液晶材料。即使在利用“熱”或“冷”的反射鏡從照明中基本去除紅外成分時，被兩個傳統(tǒng)二向色性偏振片中第一個偏振片所吸收的約55-60％可見光也會對層疊在其上的LCD加熱。在把燈、LCD、電子電路和投影光學(xué)系統(tǒng)裝入一個緊湊單元中的許多LCD投影器中，為了降低LCD的導(dǎo)熱，不把第一個偏振片層疊在LCD上，但是必須對偏振片本身進(jìn)行致冷。此外，所有的LCD投影系統(tǒng)都存在光利用率低(彩色LCD通常3-5％是透射的)的不足，因此，常常需要用更亮的燈來傳送良好的屏幕照明。然而，更亮的燈不僅增加成本和功耗，而且加重上述的加熱問題。
發(fā)明概要于是，本發(fā)明提供一種帶有顯示面板的液晶顯示投影系統(tǒng)，它更易于進(jìn)行致冷、提高照明度、并能接受比現(xiàn)行系統(tǒng)更寬的光線角度。該系統(tǒng)包括在LCD兩個側(cè)面上設(shè)置二向色性偏振片的投影面板。在鄰近一個二向色性偏振片處設(shè)置一反射預(yù)偏振片。使光線指向反射預(yù)偏振片并穿過LCD和二向色性偏振片。在一個實(shí)施例中，在光源與反射預(yù)偏振片之間設(shè)置一四分之一波片，在光源之后設(shè)置一反射器。
反射預(yù)偏振片較佳地是一種具有幾對交替層疊的多層光學(xué)聚合物薄膜。每一個層對，在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差。這樣一種薄膜具有若干個由半晶萘二羧酸聚酯與另一種聚合物交替層疊的層。二向色性偏振片較佳地被固定到顯示器上。反射預(yù)偏振片較佳地被固定到一個二向色性偏振片上。在反射預(yù)偏振片與光源之間設(shè)置一聚光透鏡，如菲涅耳透鏡。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例提供一種包括投影面板、光源和反射器的LCD投影系統(tǒng)。投影面板包括帶有偏振片(例如在一側(cè)上的二向色性偏振片和在面向光源一側(cè)上的反射偏振片)的LCD。將一個四分之一波片固定到類似于上述反射預(yù)偏振片的反射偏振片上。
本發(fā)明還提供一種在LCD的一個側(cè)面上有一偏振片，在另一個側(cè)面上有反射偏振片的LCD面板。
本發(fā)明的還有一個目標(biāo)是對準(zhǔn)包括投影燈、菲涅耳透鏡、固定到該菲涅耳透鏡上的四分之一波片、以及固定到該四分之一波片上的反射偏振片(如上所述)的架空投影器。這使人們能夠接受本發(fā)明的好處同時采用標(biāo)準(zhǔn)的LCD面板進(jìn)行投影。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的目標(biāo)是對準(zhǔn)包括架空投影器、置于該投影器上的接合器面板、以及置于該接合器面板上的LCD面板的LCD投影系統(tǒng)。接合器面板包括上述的四分之一波片和反射偏振片。接合器面板使人們能夠接受本發(fā)明的好處同時采用標(biāo)準(zhǔn)的投影器和標(biāo)準(zhǔn)的LCD面板。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖3-4是本發(fā)明又一些實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖5是表明如何測量本發(fā)明顯示亮度的側(cè)視圖。
圖6是表明圖5所示系統(tǒng)的寬接受角度范圍的光學(xué)模型所產(chǎn)生的圖。
圖7是本發(fā)明所用反射偏振片的透視圖。
圖8示出例1中所述的反射偏振片的光學(xué)性能。
圖9和10分別示出例3和4中所述的反射偏振片的光學(xué)性能。
詳細(xì)描述圖1示出本發(fā)明的液晶顯示投影系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括面板12、會聚透鏡14、光源16、任選的反射器18、任選的平面反射鏡30、和投影透鏡32。面板12包括液晶顯示(LCD)20、第一二向色性偏振片22、第二二向色性偏振片24、反射預(yù)偏振片26、和任選的四分之一波片28。二向色性偏振片22和24設(shè)置在LCD20的相對兩側(cè)。預(yù)偏振片26位于第一二向色性偏振片22與光源16之間，任選的四分之一波片28位于反射預(yù)偏振片26與光源之間。讓a代表穿過第一二向色性偏振片22的偏振狀態(tài)。反射預(yù)偏振片26也被對準(zhǔn)，從而它也通過a-偏振光。
由會聚透鏡14對光源16發(fā)射的發(fā)散光線進(jìn)行會聚。具有偏振a的光線穿過反射預(yù)偏振片26和第一二向色性偏振片22，接著被LCD20中的象素所調(diào)整，即改變相位，然后被第二二向色性偏振片24透射，達(dá)到LCD中的相位變化所能達(dá)到的極度。以后光線被反射鏡30反射，穿過投影透鏡32，進(jìn)入觀看屏幕(未示出)。具有與偏振a相垂直的偏振b的光線被反射預(yù)偏振片26部分反射。
如果反射預(yù)偏振片26是一個“理想”的偏振片，那么，它將100％地反射b偏振的光線，因此，無需第一偏振片22。然而，反射預(yù)偏振片26的偏振效率通常低于理想偏振片的效率，例如，約為80％。即使反射預(yù)偏振片26比理想情況差到偏振效率大于0的程度，但是，通過降低第一偏振片22的吸收光量(通過在b偏振光到達(dá)第一偏振片前反射一部分b偏振光)，反射預(yù)偏振片26對降低面板12內(nèi)的熱積累也起到作用。
上述配置的好處在于能夠降低被第一偏振片22，也就是面板12吸收的熱量。盡管穿過反射預(yù)偏振片26的光線不是相互平行的，而是會聚的，情況也是如此。因此，只需要一個會聚透鏡。在另一個實(shí)施例中，在二向色性偏振片24與LCD 20之間設(shè)置一個第二反射偏振片(未示出)。
然而，如上所述，被反射預(yù)偏振片26反射的光線可能被浪費(fèi)。通過在鄰近反射預(yù)偏振片26的與LCD 20相對一側(cè)處放置一四分之一波片(1/4λ)28，以及在光源16的與面板相對一側(cè)處設(shè)置一反射器18，可以使這些光線“重新循環(huán)”，1/4λ波片28的光軸在45°角度下指向預(yù)偏振片26的光軸。在這種情況下，被反射預(yù)偏振片26反射的b-偏振光在通過1/4λ波片28后變?yōu)橛一蜃?手型性)的圓偏振光。當(dāng)這個圓偏振光被反射器18反射時，它變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)的圓偏振光。當(dāng)它以正向再次通過1/4λ波片28時，它變?yōu)閍-偏振線偏振光，因此，穿過反射預(yù)偏振片26和第一二向色性偏振片22，對增大系統(tǒng)10的亮度起到作用。
圖2示出本發(fā)明的液晶顯示投影系統(tǒng)的另一實(shí)施例。系統(tǒng)50包括面板52、會聚透鏡54、光源56、任選的反射器58、任選的平面反射鏡70、和投影透鏡72。面板52包括LCD 60、二向色性偏振片64、反射偏振片62、和任選的四分之一波片66。二向色性偏振片64和反射偏振片62設(shè)置在LCD 60的相對兩側(cè)。四分之一波片66位于反射偏振片62與光源56之間，1/4λ波片66的光軸在45°角度下指向反射偏振片62的光軸。
由會聚透鏡54對光源56發(fā)射的發(fā)散光線進(jìn)行會聚。具有偏振a的光線穿過四分之一波片66和反射偏振片62，接著，被LCD 60中的象素所調(diào)整，即改變相位，然后被二向色性偏振片64透射，達(dá)到LCD中相位變化所能達(dá)到的極度。以后，光線被反射鏡70反射，穿過投影透鏡72，進(jìn)入觀看屏幕(未示出)。
具有與偏振a相垂直的偏振b光線被反射偏振片62所反射，在通過1/4λ波片66后變?yōu)橛一蜃笫中托缘膱A偏振光。如上所述，當(dāng)這個圓偏振光被反射器58反射時，它變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)的圓偏振光。當(dāng)它以正向再次通過1/4λ波片66時，它變?yōu)閍-偏振線偏振光，因此，穿過反射偏振片62，對增大系統(tǒng)50的亮度產(chǎn)生作用。
在另一個實(shí)施例中，在二向色性偏振片64與LCD 60之間可以設(shè)置一個第二反射偏振片(未示出)。在另一個實(shí)施例中，二向色性偏振片64可以被反射偏振片所替代。
圖3示出本發(fā)明的投影系統(tǒng)120的第三個實(shí)施例。系統(tǒng)120由LCD面板130(它包括LCD每一個側(cè)面上的二向色性偏振片)和架空投影器132構(gòu)成。投影器132包括投影燈122、反射器132、會聚透鏡124、四分之一波片126、和反射偏振片128，如圖3所示。反射偏振片128與LCD面板130的取向應(yīng)當(dāng)這樣，即反射偏振片的偏振軸與LCD面板中面向反射偏振片的二向色性偏振片的偏振軸是平行的。反射偏振片128與四分之一波片126的取向應(yīng)當(dāng)這樣，即它們的偏振軸相差45°。
系統(tǒng)120的優(yōu)點(diǎn)在于它允許標(biāo)準(zhǔn)LCD面板與依照本發(fā)明制造的投影器一起使用。當(dāng)把一個傳統(tǒng)的透明片(替代LCD面板)放在投影器臺上時，投影器提供的光透射比比具有內(nèi)置的二向色性偏振片的投影器有所提高。
圖4示出本發(fā)明的實(shí)施例4的投影系統(tǒng)140。該系統(tǒng)140是由架空投影器142、接合器面板150和LCD面板148(它包括在LCD每一個側(cè)面上的二向色性偏振片)組成的。接合器面板150是由四分之一波片144和反射偏振片146構(gòu)成的，如圖4所示，它們的光軸相互間相差45°。反射偏振片146、LCD面板148和四分之一波片144應(yīng)當(dāng)以上述的系統(tǒng)120的方式來定向。系統(tǒng)140的優(yōu)點(diǎn)在于，由于使用了本發(fā)明的接合器面板，它允許標(biāo)準(zhǔn)的LCD面板與標(biāo)準(zhǔn)的投影器一起使用。
在以上的實(shí)施例中，LCD可以是任何一種依賴于偏振的液晶顯示器，它可以包括兩個堅(jiān)固的或柔性的基底，如塑料或玻璃。偏振片22、24和64、以及在LCD面板130和148中所含的偏振片較佳地是吸收染料型二向色性偏振片，相互間的取向應(yīng)當(dāng)使液晶顯示器20或60以所需模式(通常白或通常黑)工作。會聚透鏡14、54和124較佳地是諸如乙酸丁酸纖維素、聚碳酸酯或丙烯酸一類光學(xué)塑料的菲涅耳透鏡。架空投影器142最好裝有會聚透鏡。
光源16、56和122、以及在架空投影器142中使用的光源可以采用通常使用的白熾燈或氣體放電光源。反射器18和58以及反射鏡30和70可以采用通常使用的金屬或多層電介質(zhì)一類材料。反射器18和58可以是球面或橢球面。投影透鏡32和72和四分之一波片28、66、126和144也是標(biāo)準(zhǔn)的。
圖7是供本發(fā)明反射偏振片使用的較佳反射偏振片36的分割的透視圖。圖7包括一限定x，y和z方向的坐標(biāo)系38。反射偏振片36是由兩種不同材料交替層疊的多層。在圖和說明書中，把這兩種材料稱為材料“A”和材料“B”。材料A和材料B的相鄰兩層41和43包括一個示范層對44。層對44顯示，在x方向上相鄰的層41和43之間有折射率差，而在y方向上相鄰的層41和43之間基本沒有折射率差。
在本發(fā)明裝置的較佳實(shí)施例中，反射偏振片各包括材料A和B交替層疊的多層板，其中每一層的平均厚度小于0.5微米。與材料B層相鄰的材料A層包括一種層對。層對的數(shù)目較佳地在約10至2000的范圍，約為200至1000更好。
多層板是通過把材料A和B共同擠壓到一個板中，接著在x方向上單軸拉伸而形成的。拉伸比定義為拉伸后的尺寸除以拉伸前的尺寸。拉伸比較佳地在2∶1至10∶1的范圍，3∶1至8∶1則更好，4∶1至7∶1，如6∶1則最好。在y方向上未對板作適當(dāng)拉伸。材料A是一種應(yīng)力感應(yīng)雙折射或折射率隨拉伸而變化的聚合物材料。例如，材料A的單軸拉伸板在拉伸方向具有折射率nAx(例如nAx＝1.88)，在橫向方向具有不同折射率nAy(例如nAy＝1.64)。材料A在拉伸方向與橫向方向之間折射率差(nAx-nAy)至少0.05，較佳地至少0.10，更好地至少0.20。材料B是一種多層膜在拉伸后其折射率nBy基本等于nAy的材料。在拉伸時，nBx的值較佳地應(yīng)降低。
在拉伸后，這個實(shí)施例的多層板顯示，在拉伸方向相鄰的層之間折射率差(定義為Δnx＝nAx-nBx)大。然而，在橫向方向相鄰的層之間折射率差(定義Δny＝nAy-nBy)基本為0。這些光學(xué)特性會引起多層的疊板起一個反射偏振片的作用，它將使隨機(jī)偏振的光中平行于圖7所示透射光軸40的偏振成分透射。被反射偏振片36透射的部分光稱作為具有偏振狀態(tài)a。未穿過反射偏振片36的部分光具有偏振狀態(tài)b，它與圖7中所示的消光光軸42相對應(yīng)。消光光軸42與拉伸方向x平行。因此，b-偏振的光會產(chǎn)生折射率差Δnx，這導(dǎo)致其反射。反射偏振片對b-偏振光的反射較佳地至少50％，更好地至少90％。第三折射率差，Δnz，對控制反射偏振片的離軸反射率是重要的。對于b-偏振光的高消光比和a-偏振光的高透射比，在大入射角度下，Δnz＝nAz-nBz＜0.5Δnx是較佳的，小于0.2Δnx則更好，小于0.01Δnx則最好。
在1995年3月10日申請的題目為“光學(xué)薄膜”的申請?zhí)枮?8/402041的申請中更詳細(xì)地描述了這種反射偏振片的光學(xué)特性和設(shè)計(jì)。
一般的專業(yè)人員能夠選擇適于獲得所需折射率關(guān)系的材料。通常，材料A可以在半結(jié)晶聚合物材料，如半結(jié)晶萘二羧酸聚酯或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其同分異構(gòu)體(例如，2，6-，1，4-，1，5-，2，7-，和2，3-PEN)，中選擇；也可以其它半結(jié)晶聚合物材料，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚間苯二甲酸乙二醇酯(PEI)、以及PEN、PET和PEI的共聚物中選擇。正如這里使用的，coPEN包括PEN的共聚物，coPET包括PET的共聚物。材料B可以是一種半晶或非晶的聚合物材料，如間同(立構(gòu))聚苯乙烯(sPS)，以及共聚物，如coPEN、coPET、和Eastar的共聚物，Eastar是Eastman化學(xué)公司提供的聚對苯二甲酸環(huán)己烷二甲酯商品。上述的coPEN也可以是至少一種成分是基于萘二羧酸的聚合物，其它成分是其它聚酯或聚碳酸酯，如PET、PEN或co-PEN，的顆粒摻合物。材料A和B較佳地選為具有相似的流變特性(如熔體粘度)，以使它們能夠被共同擠壓。
通過將材料A和材料B共同擠壓，形成一多層膜，然后在所選溫度下基本在一個方向上(單軸地)拉伸使薄膜定向，接著任選地在所選溫度下加熱，可制備出反射偏振片。可允許薄膜在橫向拉伸方向(與拉伸方向正交)作尺寸松馳，其范圍在橫向-拉伸中的尺寸的自然減小(等于拉伸比的平方根)至在橫向拉伸中的尺寸沒有減小(對應(yīng)于完全約束)。薄膜可以在機(jī)器方向上被拉伸，如用長度定向器時，或者在寬度方向上被拉伸，如用拉幅機(jī)時。
顯然，一般的專業(yè)人員可選擇一組工藝變量，如拉伸溫度、拉伸比、加熱溫度和橫向-拉伸方向的松弛，來產(chǎn)生具有所需折射率關(guān)系的反射偏振片。
在特定的較佳實(shí)施例中，多層板包括上述材料A和B各層對的疊層，其中，疊層被分為一段或多段的層對。把每個段設(shè)計(jì)成具有對給定帶寬的光具有最大反射率的層對，而這種層對的每一個的組合厚度約為帶寬中心波長的二分之一。具有不同層對厚度的段的組合，使反射偏振片能夠反射較大帶寬的光。
例如，多層的板可以包括具有層對的組合厚度在100nm至200nm之間的十個段。每個段可以包括10至50個層對。這種偏振片能夠反射波長400-800nm范圍的光?；蛘撸瑢訉Φ暮穸瓤梢赃B續(xù)地從100遞增到200nm。
現(xiàn)在參考下列非限定性的例子來描述本發(fā)明。所有的測量是近似的。
例1通過構(gòu)造圖5所示意的系統(tǒng)100，測量本發(fā)明的再循環(huán)特性，由此獲得亮度增益。系統(tǒng)100是由投影器102、設(shè)置在投影器臺上的四分之一波片104、反射偏振片106、以及二向色性偏振片108組成的，如圖5所示。
四分之一波片104是美國寶麗來公司的30×30cm、厚140nm的阻滯薄膜(即，560nm的四分之一波片)。二向色性偏振片108是美國寶麗來公司的30×30cmHN42型偏振片，投影器102是美國3M公司的標(biāo)準(zhǔn)透射式架空投影器(3M2150型)。
反射偏振片106包含601層，是通過對料片進(jìn)行拉伸，兩天后在拉幅機(jī)上使薄膜定向而制成的。在每小時34千克的速率下，由一擠壓機(jī)輸送特性粘度為0.5dl/g(60重量％苯酚/140重量％二氯苯)的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，在每小時30千克的速率下，由另一擠壓機(jī)輸送特性粘度為0.55dl/g(60重量％苯酚/140重量％二氯苯)的CoPEN(70摩爾％，2，6 NDC(萘二羧酸)，30摩爾％DMT(對苯二甲酸二甲酯))。PEN在表層上，它們作為厚的外層通過同一供料頭被共擠壓并被倍增器所折疊，既作內(nèi)層由作外層。內(nèi)外表層包括偏振片總厚度的8％。采用這種供料頭方法產(chǎn)生151層，使其穿過兩個倍增器，產(chǎn)生601層的壓出物。美國第3565985號專利描述了類似的共擠壓倍增器。所有的拉伸是在拉幅機(jī)中完成的。在大約20秒內(nèi)使薄膜預(yù)熱到約140℃，在每秒約6％的速率下從橫向方向上拉伸，拉伸率約為4.4。然后，在加熱爐中在240℃溫度下使薄膜松弛至最大寬度的約2％。完成的薄膜的厚度為46微米。
圖8示出薄膜的透射比。曲線a表示法向入射下的a-偏振光的透射比，曲線b表示在60°入射下的a-偏振光的透射比，曲線c表示在法向入射下的b-偏振光的透射比。注意在法向和60°入射下的a-偏振光的透射比是不均勻的，還要注意在曲線c所示的可見光范圍(400-700nm)內(nèi)b-偏振光的消光是不均勻的。
二向色性偏振片108和反射偏振片106被取向成使它們的偏振軸呈平行，并被置于四分之一波片104之上，它們的光軸與其偏振軸成45°。用一個光度計(jì)測量投射到屏幕(未示出光學(xué)系統(tǒng)和屏幕)上的光。
當(dāng)四分之一波片位于上述位置時，測得此時的屏幕強(qiáng)度比從系統(tǒng)100中取走λ/4波片104時的強(qiáng)度高15％。換句話說，插入λ/4波片同反射偏振片允許利用在未采用反射偏振片時所損失的15％偏振光。這比利用微結(jié)構(gòu)MacNeille偏振片作為反射偏振片的系統(tǒng)所報道的增加7％要更好。見1993年12月15日公布的歐洲專利申請?zhí)枮?573905 A1的專利，轉(zhuǎn)讓給3M公司。預(yù)計(jì)更精密的照明系統(tǒng)會增大這個15％再循環(huán)率。同樣，提高反射偏振片的性能，如在例3和例4中，也會增大再循環(huán)率。
例2圖5中所示的配置用以說明兩種不同反射偏振片多層光學(xué)薄膜和微結(jié)構(gòu)MacNeille偏振片對入射光的角度依賴關(guān)系的光學(xué)模擬。
光學(xué)模擬的結(jié)果示于圖6中的曲線圖160。在入射光從-45°至+45°的寬角度范圍中，多層光學(xué)薄膜的所需偏振的透射比大于90％(見圖6中曲線162)。相反，在-5°至+5°的窄的角度范圍以外，MacNeille偏振片的所需偏振的透射比降低到90％以下(見圖6中曲線164)。
例3構(gòu)造了本發(fā)明用的另一個反射偏振片。反射偏振片包含603層，是通過共擠壓工藝在一個連續(xù)的平面薄膜制備生產(chǎn)線上制造的。在每小時38千克的速率下，由一擠壓機(jī)輸送特性粘度為0.47dl/g的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)(60重量％苯酚加40重量％二氯苯)，在每小時34千克的速率下，由另一擠壓機(jī)輸送CoPEN。CoPEN是70摩爾％的2，6-萘二羧酸二甲酯、15摩爾％DMT和15摩爾％間苯二甲酸二甲酯與乙二醇的共聚物。設(shè)計(jì)的供料頭可產(chǎn)生PEN1.22和CoPEN1.22的光學(xué)層厚度比率梯度分布的層。這種光學(xué)疊層被兩個連續(xù)的倍增器倍增。倍增器的額定倍增率分別為1.2和1.4。在最后的倍增器與模頭之間，加入由上述的相同CoPEN組成的表面層，在每小時48千克的總速率下由第三個擠壓機(jī)輸送。接著用大約30秒時間使薄膜預(yù)熱到150℃，在每秒約20％的初始速率下從橫向方向拉伸，拉伸率約為6。完成的薄膜厚度約為89微米。
圖9示出這種反射偏振片的光學(xué)性能。曲線a表示法向入射的在非拉伸方向上偏振的光的透射比，曲線b表示在50°入射角下在入射平面上和偏振面平行于非拉伸方向的光的透射比，曲線c表示在法向入射下在拉伸方向上偏振的光的透射比。注意在非拉伸方向上偏振的光的透射比非常高。曲線a在400-700nm范圍內(nèi)的平均透射比為87％。還要注意曲線c所示的可見光范圍(400-700nm)內(nèi)在拉伸方向上偏振的光的消光非常高。在400至700nm之間，對于曲線c，薄膜的平均透射比為2.5％。對于曲線b，％RMS彩色為5％。％RMS彩色是指在所關(guān)心的波長范圍內(nèi)的透射率的均方根。
例4構(gòu)造了本發(fā)明用的又一個反射偏振片。反射偏振片是由481層經(jīng)共擠壓的薄膜所構(gòu)成的，是通過在一次操作中使鑄造料片擠壓，然后在實(shí)驗(yàn)室薄膜拉伸裝置中使薄膜定向而制成的。采用供料頭的方法，其中使用一個61層供料頭和三個(2x)倍增器。在最后的倍增器與模頭之間加入厚的表面層。在每小時11.4千克的速率下，由一擠壓機(jī)把特性粘度為0.47dl/g的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)(60重量％苯酚加40重量％二氯苯)輸送到供料頭。在每小時11.4千克的速率下，由另一擠壓機(jī)輸送經(jīng)乙二醇改性的聚對苯二甲酸亞乙基環(huán)己烷二甲酯(Eastman公司的PCTG5445)。在11.4千克速率下，把上述擠壓機(jī)的另一個PEN流加入作為表面層。鑄造料片的厚0.2mm、寬30cm。利用實(shí)驗(yàn)室拉伸裝置使料片單軸定向，該裝置在均勻的速率下利用一縮放儀緊夾一部分薄膜并使之在一個方向上拉伸，而在其它方向上允許自由松弛。在縮放儀的兩個夾爪之間，被裝載的料片樣品寬約5.40cm(非約束方向)、長約7.45cm。在約100℃下把料片裝載到拉伸器中，并使之加熱到135℃約45秒。然后，在每秒20％(基于原始尺寸)下開始拉伸，直至樣品被拉伸到約6∶1(基于抓爪-抓爪的測量結(jié)果)為止。拉伸后立即通過對其吹室溫空氣使樣品冷卻。在中心，發(fā)現(xiàn)樣品松弛2.0倍。
圖10示出這種多層薄膜的透射比，曲線a表示法向入射下的在非拉伸方向上偏振的光的透射比，曲線b表示在60°入射角(p-偏振光)下的在入射平面內(nèi)的光和偏振面平行于非拉伸方向的光的透射比，曲線c表示在法向入射下的在拉伸方向上偏振的光的透射比。在400-700nm內(nèi)曲線a的平均透射比為89.7％；在400-700nm內(nèi)曲線b的平均透射比為96.9％；在400-700nm內(nèi)曲線c的平均透射比為4.0％。曲線a的％RMS彩色為1.05％，曲線b的％RMS彩色為1.44％。
盡管已經(jīng)參考在投影器與屏幕之間設(shè)置的LCD面板對本發(fā)明作了描述，但是，專業(yè)人員應(yīng)將本發(fā)明理解為還包括采用額外的LCD面板，如為獲得全彩色共采用三個面板。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示投影系統(tǒng)(10)，包括投影面板(12)，所述面板包括液晶顯示體(20)；一對二向色性偏振片(22，24)，其特征在于鄰近所述顯示體每個側(cè)面設(shè)置一個偏振片；把光照在所述面板上的光源(16)；及設(shè)置在光源與面向光源的二向色性偏振片之間的由多層光學(xué)薄膜(36)組成的反射預(yù)偏振片(26)，所述的薄膜包括相鄰材料層的對(44)的多層疊層，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示投影系統(tǒng)，其特征在于所述的薄膜包括半晶萘二羧酸聚酯與另一種聚合物交替層疊的多層膜。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示投影系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括設(shè)置在光源與反射預(yù)偏振片之間的四分之一波片(28)；及設(shè)置在光源的與面板相對一側(cè)面上的反射器(18)。
4.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示投影系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括設(shè)置在液晶顯示體與液晶顯示體與光源相對一側(cè)上的二向色性偏振片之間的反射偏振片，所述的反射偏振片包括一由相鄰材料層的對(44)多層層疊組成的多層光學(xué)薄膜(36)，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差。
5.一種液晶顯示投影系統(tǒng)(50)，包括投影面板(52)，所述面板包括液晶顯示體(60)；在所述顯示體一個側(cè)面上設(shè)置的第一偏振片(64)；在所述顯示體另一個側(cè)面上設(shè)置的第二偏振片(62)，它是一個反射偏振片，其特征在于第二偏振片包括一由相鄰材料層的對(44)多層疊層組成的多層光學(xué)薄膜(36)，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差；及把光照在第二偏振片的光源(56)。
6.如權(quán)利要求5所述的液晶顯示投影系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括設(shè)置在第一偏振片與液晶顯示體之間的第三偏振片，它是一種反射偏振片，所述的第三偏振片包括相鄰材料層的對(44)的多層疊層，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差。
7.如權(quán)利要求5所述的液晶顯示投影系統(tǒng)，其特征在于所述的第一偏振片是一種包括相鄰材料層的對(44)的多層疊層的反射偏振片，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差。
8.如權(quán)利要求7所述的液晶顯示投影系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括設(shè)置在光源與第二偏振片之間的四分之一波片(66)；及設(shè)置在光源的與面板相對一側(cè)面上的反射器(58)。
9.一種液晶面板，包括液晶顯示體(60)；固定到該顯示體一側(cè)上的第一偏振片(64)；固定到該顯示體另一側(cè)上的第二偏振片(62)；它是一種反射偏振片，其特征在于所述的第二偏振片包括一由相鄰材料層的對(44)多層疊層組成的多層光學(xué)薄膜(36)，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差；及固定到所述第二偏振片上的四分之一波片(66)。
10.一種架空投影器(132)，其特征在于它依次包括投影燈(122)；會聚透鏡(124)；固定到所述會聚透鏡上的四分之一波片(126)；及固定到所述四分之一波片上的反射偏振片(128)，所述的反射偏振片包括一由相鄰材料層的對(44)多層疊層組成的多層光學(xué)薄膜(36)，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差。
11.一種液晶顯示投影系統(tǒng)(140)，其特征在于它依次包括架空投影器(142)；設(shè)置在所述投影器上的接合器面板(150)，所述接合器面板包括四分之一波片(144)和反射偏振片(146)，所述的反射偏振片包括一由相鄰材料層的對(44)多層疊層組成的多層光學(xué)薄膜(36)，每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層(41，43)之間顯現(xiàn)折射率差，在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差；及設(shè)置在所述接合器面板上的液晶顯示投影面板(148)，所述的投影面板包括一液晶顯示體和設(shè)置在所述顯示體相對兩側(cè)上的一對二向色性偏振片。
全文摘要
一種液晶顯示(LCD)投影系統(tǒng)(50),包括投影面板(52)、光源(56)和反射器(58)。投影面板包括LCD(60)以及在LCD一側(cè)上的偏振片(64)和在另一側(cè)上的反射偏振片(62)。反射偏振片是一種相鄰材料層(41,43)的對(44)的多層疊層。每一個層對在反射偏振片平面內(nèi)的第一方向上在相鄰的層之間顯現(xiàn)折射率差,在反射偏振片平面內(nèi)的與第一方向正交的第二方向上在相鄰的層之間基本不顯現(xiàn)折射率差。將四分之一波片(66)固定到反射偏振片上。來自光源的光線根據(jù)其偏振特性或是穿過反射偏振片到達(dá)LCD上,或是被返回到光源。被反射偏振片反射的光被反射器反射,再次返回到LCD。利用四分之一波片和反射器有助于使通常被看作是被浪費(fèi)掉的光重復(fù)循環(huán),同時降低LCD中的熱積累。
文檔編號G02F1/13GK1191610SQ96195829
公開日1998年8月26日 申請日期1996年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月26日
發(fā)明者斯蒂芬J·威利特, 邁克爾F·韋伯, 安德魯J·烏德科克, 詹姆斯M·瓊扎 申請人:美國3M公司