[发明专利]具有偏振分离的微结构的反射性偏振器

说明书

发明领域

本发明涉及一种反射性偏振膜(reflective polarizer film)，其优选地透射 一种偏振光并且反射正交的偏振光。更具体来说，本发明涉及一种反射性 偏振膜，其包含棱形界面微结构，这种微结构具有取决于偏振的薄膜光学 涂层。本发明特别适合用来增大LCD背光源的亮度和效率。

发明背景

反射性偏振器被广泛应用于液晶显示器(LCD)的背光源中，用来提高图 像亮度和光利用效率。反射性偏振器经常作为预偏振器，用来回收可能会 被LCD的吸收偏振器所吸收的偏振分量(polarization component)。现有的 LCD主要使用两种反射性偏振器，DBEF和DRPF，它们都是基于双折射聚 合物，由3M公司销售。人们已经提出了将具有以下结构的偏振器用作LCD 背光源的反射性偏振器：在具有90度顶角的棱形表面界面上具有光学薄膜 的偏振器。但是，迄今为止，这样的棱形反射性偏振器由于性能差且生产 成本高，尚未商业应用。

图1是美国专利第5,422,756号的图3，其中显示了由光入射介质12所 组成的棱形反射性偏振器10，所述光入射介质12包括由一系列棱形结构 16组成的微结构化表面14。包括交替的高折射率材料薄层和低折射率材料 薄层的薄膜光学涂层18被安置在微结构化表面14上。所述光学涂层18设 计成优选透射一种偏振光并且反射正交的偏振光。反向结构化表面20与光 学涂层18光学地相连，提供平坦的光出射面22。50年前，Geffcken等人 在1956年6月5日授权的名为“用于偏振光的光源、探照灯等(LIGHT SOURCE，SEARCHLIGHT OR THE LIKE FOR POLARIZED LIGHT)”的美 国专利第2,748,659号中首先提出了这类棱形反射性偏振器。以下文献中揭 示了对该方法的改进，主要是用于LCD背光源中的应用：Ogura，美国专 利第5,061,050号，1991年10月29日出版，″偏振器(POLARIZER)″；Weber， 美国专利第5,422,756号，1995年6月6日出版，″使用回射偏振器的背光系 统(BACKLIGHTING SYSTEM USING A RETROREFLECTING POLARIZER)″；以及Weber的美国专利第5,559,634号，1996年9月24日 出版，“回射偏振器(RETROREFLECTING POLARIZER)”。

如图1所示，入射到棱形结构16的第一侧壁17a上的光线经光学涂层 18透射(p偏振光30)或反射(s-偏振光32)。然后p偏振光30不受影响地离 开棱形反射性偏振器10。但是，一次反射的s偏振光34被棱形结构16的 第二侧壁17b第二次反射。因此，s偏振光32作为两次反射的s偏振光36 回射到来源处。为了棱形反射性偏振器10发挥功能，所述棱形结构16的 顶角24应为80-100度，优选为90度。因此，相对于光入射介质12的光 入射面21，倾斜角应约为45度。

所述光学涂层18包含四分之一波长(相对于材料内光的波长)厚度的高 折射率层和低折射率层的叠层。如Weber在第′634号专利中所述，对于LCD 背光源中可见光的应用，需要对整个可见光谱进行光回收，此时光学涂层 18包括大量子叠层。每个子叠层设计成可见光谱不同部分的四分之一波长 层。第′634号专利中揭示的涉及总共包括28个层，用来包括全部的可见光 谱。这样的高层数对于大面积低成本地进行生产是一个极大的挑战。另外， 如第′634号专利所述，涂层的角度性能将所述棱形反射性偏振器10在空气 中可用的功能限制在大约+/-10度的角度范围。受限制的角度性能很大程度 上是由于光是以与表面法线成约45度的角度入射到薄膜光学涂层18上的。 本领域众所周知，当入射角为45度的时候，要比略大的角更难设计偏振光 学膜叠层，而且具有更窄的性能范围。

现有技术的棱形反射性偏振器具有两个显著的难题：1)严重的角度和 波长敏感性，限制了适当的应用范围，2)大量交替的高折射率层和低折射率 层，导致了高生产成本。通过增加层数可以降低波长敏感性，但是这会进一 步增大生产成本。因此人们需要一种棱形反射性偏振器，使其能够在很大 范围的入射角和波长进行工作，而且能够以合理的成本进行生产。

发明内容

本发明提供了一种反射性偏振器，其包括：