一种宽视角复合偏光片的制作方法

1.本发明涉及偏光片技术领域，具体为一种宽视角复合偏光片。可应用于显示器件中以减少不同视角的亮度变化。


背景技术：

2.偏光片是一种基础的光学器件，可以用来将自然光转化为偏振光，也可以用于选择透过不同偏振态的偏振光。偏光片被广泛的应用于包括液晶显示、有机发光显示等在内的众多显示器件中。在液晶显示中，偏光片与液晶层共同构成了实现显示功能的光开关。在有机发光显示等主动发光显示器件中，偏光片用于减少环境光的反射。在3d显示中，偏光片用于产生偏振光。偏光片的性能直接影响显示器件的显示效果。现有的偏光片主要包括金属偏光片、碘系偏光片、染料系偏光片和聚乙烯偏光片。对于任意类型的偏光片，其偏光效果的实现都依赖具有光学各向异性的分子/分子团的定向排列。以显示器件中常用的碘系偏光片为例，其偏光效果通过在聚乙烯醇膜上定向排列的碘离子实现。当光线透过偏光片时，偏振方向沿碘离子排列方向的线偏振光被吸收，出射光为线偏振光。在偏光片中，被吸收的偏振光的偏振方向称为吸光轴方向，出射光的偏振方向称为透光轴方向，吸光轴与透光轴方向正交。
3.由于偏光片的功能源自各向异性结构，单片偏光片在不同的视角下具有不同的透过率。当入射角达到45
°
时，传统偏光片在不同方位角的透过率差值约为20％。而当入射角增大到75
°
时，不同方位角的透过率差值高达60％。在有机发光显示器件中，偏光片的视角特性得到了直观的体现。在有机发光显示器件中仅使用一片圆偏光片来减少反射，所以偏光片的视角特性极大的影响了不同视角下的显示亮度。即便有机发光显示器件中的发光组件的发光均匀性要优于液晶显示器件中的背光源，有机发光显示器件在不同视角的显示亮度均匀性仍然差于液晶显示器件。偏光片在不同视角下透过率不均匀的问题极大的影响了显示器件的显示效果。现阶段对于偏光片视角的研究主要集中在优化两片正交偏光片在不同视角的对比度方面。通过在偏光片的结构中增加补偿膜可以减小两正交偏光片在倾斜视角下的漏光，从而增大在倾斜视角的对比度。例如通过增加补偿膜结构来增加倾斜视角下的对比度(发明名称“为一种宽视角液晶显示器用偏光片”的中国发明专利cn202010253314.8)。从本质上来说，现有偏光片在不同视角下透过率不均匀的问题是由于其结构特点造成的。偏光中起到偏光效果的偏光层可以看作是由多个一维结构组成的二维平面，而在不同视角下观察则是在在三维空间内进行的，偏光层的结构在不同的视角下表现出明显差异。当极角相同时，由碘离子构成的吸光轴以及偏光层的透光轴在不同方位角下的投影是完全不同的。在偏光片中增加补偿膜等附加结构并不能改变偏光片中偏光层的结构特点，现有偏光片的偏光层结构依然是二维的，所以在不同视角下仍然存在透过率不均匀的问题。到目前为止，偏光片在不同视角下的透过率依然是不均匀的。想要解决偏光片在不同视角下透过率不均匀的问题，需要使偏光层中的透光轴在不同视角下的投影具有一致性，这就意味着偏光层中需要包含在三维空间内具有对称性的三维结构。然而偏光层的
各向异性的二维结构是实现偏光效果的基础，对于偏光层结构的改变会极大影响偏光层的偏光效果。设计具有对称性三维结构的同时具有理想偏光效果的偏光片面临着诸多的问题，一方面要打破偏光片本身的结构限制，将二维结构转变为三维结构，另一方面要在保留偏光片中二维各向异性结构的同时实现在三维空间内的对称性。在不同视角下透过率均匀的宽视角偏光片在具有重大应用前景的同时也是一项巨大的挑战。


技术实现要素：

4.本发明针对现有偏光片在不同视角下透过率不均匀的问题，提出了一种宽视角复合偏光片。该复合偏光片由第一偏光层、旋光层、第二偏光层依次组合而成，并构成了一个具有偏光作用的复合偏光片。在本发明中，两个偏光层在不同平面内并且其透光轴方向不同，两偏光层中的透光轴构成的三维结构在不同视角下的投影具有很强的一致性，旋光层的设计消除了由于偏光层结构变化对偏光效果的影响，所以本发明在不同视角下具有均匀透过率的同时还具有理想的偏光效果。与现有的偏光片相比，本发明在不同方位角的透过率是均匀一致的，可以应用在有机发光显示器件中来减少不同视角下的亮度变化。
5.本发明的技术方案为：
6.一种宽视角复合偏光片，其特征为该偏光片的组成为：在光路上依次为第一偏光层，旋光层，第二偏光层；
7.所述的第一、第二偏光层透光轴间的夹角范围为45度～135度；
8.所述的旋光层的旋光角度与所述第一、第二偏光层透光轴间的夹角相同或互补。
9.可选地，所述的旋光层为液晶旋光层或组合波片旋光层。
10.所述的偏光层包括但不限于吸收型偏光片、偏振选择器、金属线栅或反射型偏光片；
11.所述的液晶旋光层的构成材料为液晶材料或液晶聚合物材料。
12.所述的液晶旋光层中液晶分子扭曲角与第一、第二偏光层透光轴间的夹角相同或互补。
13.所述的组合波片旋光层由2
‑
20片波片组成，且波片的慢轴方向呈左旋或右旋扭曲排列。
14.所述的组合波片旋光层中相邻波片的慢轴之间的夹角小于等于60
°
。
15.本发明的实质性特点为：
16.现有的偏光片只包含有一层偏光层，其透光轴在不用视角下的投影明显不同，所以在不同视角下的透过率有着明显的差别，当入射角为75
°
时，不同方位角下的透过率差值高达60％。本发明提出的宽视角复合偏光片中创新性地使用了两层透光轴方向不同的偏光层，并在其中设置了旋光层，偏光片中两偏光层的透光轴构成的三维结构在不同视角下的投影具有一致性，所以本发明在不同视角下具有均匀的透过率。
17.本发明的有益效果为：
18.本发明提出的宽视角复合偏光片在不同视角下具有更均匀的透过率，其不同方位角下的透过率变化仅为传统偏光片的五分之一。当本发明应用在有机发光显示器件等显示器件中时，显示器件在不同方位角下的亮度变化可以降低80％。
附图说明
19.图1为对偏光片不同视角透过率观测的参考系示意图；
20.图2为本发明提出的宽视角复合偏光片的剖面结构示意图；
21.图3为本发明实施例1提供的一种宽视角复合偏光片的剖面结构示意图；
22.图4为图3中液晶层的剖面结构示意图；
23.图5为宽视角复合偏光片两侧的透光轴方向示意图；
24.图6为入射光通过宽视角复合偏光片时偏振态变化的示意图；
25.图7为传统的碘系偏光片在不同视角下的透过率变化示意图；
26.图8为本发明实施例1中提供的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率变化示意图；
27.图9为使用传统的碘系偏光片的有机发光显示器件在不同视角下的亮度变化；
28.图10为使用本发明实施例1中提供的宽视角复合偏光片的有机发光显示器件在不同视角下的亮度变化；
29.图11为本发明实施例2提供的一种宽视角复合偏光片的剖面结构示意图；
30.图12为图9中组成液晶聚合物旋光层的三种单体的结构式；
31.图13为本发明实施例2中提供的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率变化示意图；
32.图14为本发明实施例3提供的一种宽视角复合偏光片的剖面结构示意图；
33.图15为本发明实施例3中提供的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率变化示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
35.实施例1
36.图1为对偏光片不同视角透过率观测的参考系示意图，参考图1，视线与z轴的夹角为极角θ，视线在xy平面的投影与x轴的夹角为方位角。在xy平面内，x轴方向规定为0
°
方向。
37.图2为本发明提出的宽视角复合偏光片的剖面结构示意图，在其结构中包括第一偏光层10、旋光层30和第二偏光层20。
38.图3为本发明实施例1提供的一种宽视角复合偏光片的剖面结构示意图，图4为图3中液晶层的剖面结构示意图，图5为宽视角复合偏光片两侧的透光轴方向，图6为入射光通过宽视角复合偏光片时偏振态变化的示意图，结合图3、图4、图5和图6，图5中双箭头的延伸方向表示宽视角复合偏光片两侧的透光轴方向。宽视角复合偏光片两侧透光轴分别沿0
°
方向和90
°
方向。
39.所述的复合宽视角偏光片的组成从下到上依次包括第一偏光层10、液晶旋光层30和第二偏光层20，其中第一偏光层10、第二偏光层20为碘系偏光片，液晶旋光层30为液晶盒；
40.所述第一、第二偏光层为碘系偏光片。
41.所述第一、第二的偏光层厚度为80微米。
42.所述的液晶旋光层30从下到上依次包括下玻璃基板301、下取向层302、液晶层303、上取向层304和上玻璃基板305；
43.第一偏光层10的透光轴方向沿0
°
方向，第二偏光层20的透光轴沿90
°
方向，液晶层303中包括靠近第一偏光层侧的第一表面3031和靠近第二偏光层侧的第二表面3032。
44.如图4所示，第一表面3031(即液晶层中靠近第一偏光层的表面)的液晶分子指向矢沿0
°
方向，第二表面3032(即液晶层中靠近第二偏光层的表面)的液晶分子指向矢沿90
°
方向。沿垂直于液晶层303方向上，液晶层303中的液晶分子指向矢均匀扭转90
°
。
45.在本实施例中提供的宽视角复合偏光片中。入射光i经过第一偏光层10后被转化成偏振方向沿0
°
方向的线偏振光p1；线偏振光p1经过液晶旋光层30时偏振方向被旋转90
°
，液晶旋光层并不能实现理想的偏振旋转，经过液晶旋光层30的出射光p2近似为偏振方向沿90
°
方向的线偏振光；p2经过第二偏光层20后变成偏振方向沿90
°
方向的线偏振光p3。当视角倾斜时，本发明提出的宽视角复合偏光片的透过率由第一、第二偏光层共同决定。第一、第二偏光层的透光轴方向正交，所以两偏光层在不同视角下的透过率可以相互补偿，从而在不同视角下获得均匀的透过率。
46.图7为传统的碘系偏光片在不同视角下的透过率变化示意图，观测时偏光片的透光轴沿90
°
方向。参考图1和图7，横坐标为方位角，纵坐标为透过率。图7中的6条曲线分别对应6个不同的极角：0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、60
°
和75
°
。即分别在θ＝0
°
、θ＝15
°
、θ＝30
°
、θ＝45
°
、θ＝60
°
和θ＝75
°
时，测量了现有偏光片对自然光的透过率。随着极角的增大，偏光片在不同方位角下的透过率表现出了明显的差异。当极角为45
°
时，不同方位角的透过率差值为16％。当极角为60
°
时，不同方位角的透过率差值为32％。当极角为75
°
时，不同方位角的透过率差值为60％。
47.图8为本发明实施例1中提供的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率变化示意图，观测时入射侧的偏光层透光轴沿90
°
方向。参考图1和图8，横坐标为方位角，纵坐标为透过率。图8中的6条曲线分别对应6个不同的极角：0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、60
°
和75
°
。即分别在θ＝0
°
、θ＝15
°
、θ＝30
°
、θ＝45
°
、θ＝60
°
和θ＝75
°
时，测量了实施例1对自然光的透过率。这里使用光谱仪测试了偏光片在不同视角下对于波长为550nm的单色光的透过率。在任一极角下，实施例1在不同方位角下的透光率没有明显的变化。当极角为45
°
时，不同方位角的透过率差值为0.6％。当极角为60
°
时，不同方位角的透过率差值为3.7％。当极角为75
°
时，不同方位角的透过率差值为12.5％。相对于传统的偏光片，本发明提出的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率更加均匀。
48.图9为使用传统碘系偏光片的有机发光显示器件在不同视角下的亮度变化，图10为使用本发明实施例1中提供的宽视角复合偏光片的有机发光显示器件在不同视角下的亮度变化，其中规定在正视角下的亮度为1。参考图9和图10，当视角倾斜时，使用传统碘系偏光片的有机发光显示器件在不同方位角下的亮度变化非常明显，使用本发明实施例1中提供的宽视角复合偏光片的有机发光显示器件在不同方位角下的亮度变化明显降低。在75度极角下，使用传统碘系偏光片的有机发光显示器件在不同方位角下的亮度变化为60％，使用本发明实施例1中提供的宽视角复合偏光片的有机发光显示器件在不同方位角下的亮度
变化仅为12.5％。
49.实施例2
50.图11为本发明实施例2提供的一种宽视角复合偏光片的剖面结构示意图，图12为图11中组成液晶聚合物旋光层的三种单体的结构式，参考图11和图12，复合宽视角偏光片包括第一偏光层10、液晶旋光层40以及第二偏光层20，其中第一偏光层10、第二偏光层20为碘系偏光片，液晶旋光层40为由hcm
‑
021，hcm
‑
020和hcm
‑
009三种单体构成的液晶聚合物(单体购买自江苏和成显示技术有限公司)。液晶旋光层40包括下基底401和液晶聚合层402，其中下基底401厚度为1微米，液晶聚合物层402厚度为5微米。第一偏光层10的透光轴方向沿0
°
方向，第二偏光层20的透光轴沿90
°
方向，液晶聚合物层402中包括靠近第一偏光层侧的第一表面4021和靠近第二偏光层侧的第二表面4022。第一表面4021的液晶分子指向矢沿90
°
方向，第二表面4022的液晶分子指向矢沿0
°
方向。沿垂直于液晶聚合物层402方向上，液晶聚合物层402中的液晶分子指向矢均匀扭转
‑
90
°
。在实施例1中，靠近偏光层的表面的液晶分子指向矢方向与偏光片透光轴方向平行，在实施例2中，液晶层靠近偏光层的表面的液晶分子指向矢方向与偏光片透光轴方向正交。此时液晶旋光层的旋光特性不变，实施例2表现出与实施例1相近的特性。
51.图13为本发明实施例2中提供的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率变化示意图，观测时入射侧的偏光层透光轴沿90
°
方向。参考图1和图13，横坐标为方位角，纵坐标为透过率。图13中的6条曲线分别对应6个不同的极角：0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、60
°
和75
°
。即分别在θ＝0
°
、θ＝15
°
、θ＝30
°
、θ＝45
°
、θ＝60
°
和θ＝75
°
时，测量了实施例2对自然光的透过率。在任一极角下，实施例2在不同方位角下的透光率没有明显的变化。相对于传统的偏光片，本发明提出的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率更加均匀。
52.本实施例与实施例1的区别体现在两个方面。第一，实施例2中的液晶旋光层的材料为液晶聚合物，实施例1中的液晶旋光层材料为液晶。第二，实施例2中的液晶层表面处的液晶分子指向矢与同侧偏光片透光轴方向正交，实施例1中液晶层表面处的分子指向矢与同侧偏光片透光轴方向平行。液晶旋光层由液晶或液晶聚合物材料组成时最终结果相似，液晶层表面处的液晶分子指向矢与同侧偏光片透光轴方向正交或平行时最终结果相似。通过两个不同的实施例，说明在符合本发明的要求时使用不同的材料与不同的结构均可实现类似的效果。
53.实施例3
54.图14为本发明实施例3提供的一种宽视角复合偏光片的剖面结构示意图，复合宽视角偏光片包括第一偏光层10、组合波片旋光层50以及第二偏光层20，其中第一偏光层10、第二偏光层20为碘系偏光片，组合波片旋光层50为多层组合波片，波片为r138聚合物波片(购买自三利谱光电科技有限公司)。组合波片旋光层中包括材质、厚度相同的第一波片501、第二波片502、第三波片503、第四波片504、第五波片505、第六波片506、第七波片507、第八波片508和第九波片509。第一偏光层10的透光轴方向沿0
°
方向，第二偏光层20的透光轴沿90
°
方向，九片波片的慢轴方向依次为0
°
、10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
、和90
°
，相邻波片慢轴之间的夹角为10
°
，波片慢轴右旋扭曲。组合波片旋光层50可以起到与扭曲向列相液晶层类似的旋光作用，实施例3表现出于实施例1相近的特性。
55.图15为本发明实施例3中提供的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率变化示
意图，观测时入射侧的偏光层透光轴沿90
°
方向。参考图1和图15，横坐标为方位角，纵坐标为透过率。图15中的6条曲线分别对应6个不同的极角：0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、60
°
和75
°
。即分别在θ＝0
°
、θ＝15
°
、θ＝30
°
、θ＝45
°
、θ＝60
°
和θ＝75
°
时，测量了实施例3对自然光的透过率。在任一极角下，实施例3在不同方位角下的透光率没有明显的变化。相对于传统的偏光片，本发明提出的宽视角复合偏光片在不同视角下的透过率更加均匀。
56.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
57.本发明未尽事宜为公知技术。