CN113568215A - 光学膜片和显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种光学膜片和显示装置，该光学膜片包括第一基板和第二基板，第一基板设有第一电极层，第二基板设有第二电极层；其中，光学膜片还包括叠设于第一电极层和第二电极层之间的聚合物层和向列相液晶层；向列相液晶层位于聚合物层和第二电极层之间；光学膜片具有窄视角显示状态，在窄视角显示状态时，第一电极层和第二电极层之间不形成电场，向列相液晶层内的液晶分子被配向为，液晶分子的短轴与偏振光的偏振方向平行；所述向列相液晶层在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率小于或等于聚合物层的折射率。本申请提出的光学膜片具有更好的解析度。

Description

光学膜片和显示装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，特别涉及一种光学膜片和显示装置。

背景技术

在显示技术的PDLC（polymer dispersed liquid crystal，聚合物分散液晶）架构中，将有机聚合物和液晶的混合物填充于两个导电电极层之间，通过对两个导电电极通电使两个导电电极之间产生可驱动液晶分子偏转的电场，从而调节整个PDLC架构的出光视角。

在相关技术中，当PDLC架构中的两个导电电极层不通电时，两个导电电极层之间不形成电场，每一液晶分子的光轴自然地择优取向，在PDLC架构进光时，因为有机聚合物和液晶分子的折射率不匹配，光在有机聚合物和液晶分子之间产生多次折射，导致采用PDLC架构的膜片的出光方向散乱无序，而使采用PDLC架构的膜片整体呈现不透明的类似扩散片的出光效果，致使采用PDLC架构的膜片表现出的解析度较差。

发明内容

本申请的主要目的是提出一种光学膜片，旨在通过将聚合物层和向列相液晶分层设置，避免聚合物和向列相液晶混合时带来的出光散乱无序的问题，改善采用PDLC架构的光学膜片的解析度。

为实现上述目的，本申请提出了一种光学膜片，用于调节偏振光的出光角度，所述光学膜片包括第一基板和第二基板，所述第一基板设有第一电极层，所述第二基板设有可与所述第一电极层配合产生电场的第二电极层，所述第二基板具有背向所述第一基板且可供所述偏振光入射的入光面，所述第一基板具有背向所述第二基板且可供所述偏振光出射的出光面；

所述光学膜片还包括叠设于所述第一电极层和所述第二电极层之间的聚合物层和向列相液晶层；所述向列相液晶层位于所述聚合物层和所述第二电极层之间；

所述光学膜片具有窄视角显示状态，在所述窄视角显示状态时，所述第一电极层和所述第二电极层之间不形成电场，所述向列相液晶层内的液晶分子被配向为，所述液晶分子的短轴与所述偏振光的偏振方向平行；所述向列相液晶层在与所述偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率小于或等于所述聚合物层的折射率。

在本申请的一实施例，所述向列相液晶层和所述聚合物层的连接面至少部分呈弧段设置。

在本申请的一实施例，所述向列相液晶层包括连接于所述聚合物层的多个柱段结构，多个所述柱段结构沿所述第二基板的长度方向并行设置；

每一所述柱段结构与所述聚合物层的连接处形成有弧形界面。

在本申请的一实施例，每一所述柱段结构具有连接于所述弧形界面且相平行的两个长侧面；

任意相邻两个所述柱段结构相向的两长侧面平行且抵接。

在本申请的一实施例，任意相邻两个所述柱段结构之间形成有间隔空间；

所述聚合物层设有朝向所述第二基板延伸的多个延展部，每一所述延展部填充一所述间隔空间。

在本申请的一实施例，定义所述间隔空间沿所述第二基板长度方向的宽度为d1，d1≤50μm。

在本申请的一实施例，至少部分所述柱段结构之间的间距相等。

在本申请的一实施例，至少部分所述弧形界面的曲率相同。

在本申请的一实施例，所述光学膜片还具有广视角显示状态；

在所述广视角显示状态时，所述第一电极层和所述第二电极层之间形成有电场，所述电场驱动所述向列相液晶层内的液晶分子偏转，以使所述液晶分子的长轴与所述偏振光的偏振方向平行，并使所述向列相液晶层在与所述偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率大于所述聚合物层的折射率。

此外，本申请还提出一种显示装置，所述显示装置包括：

上述的光学膜片；

显示面板，所述光学膜片的第二基板设于所述显示面板的出光侧，并位于所述显示面板和所述光学膜片的第一基板之间；及

背光模组，所述显示面板设于所述背光模组的出光侧。

本申请技术方案中的光学膜片通过将向列相液晶层和聚合物层分层叠设，向列相液晶层内的液晶和聚合物层内的聚合物不会因相混合而导致入射偏振光在液晶分子和聚合物之间发生多次折射，从而避免了本光学膜片出光的散乱和无序，有利于提升光学膜片的光学解析度。同时，在第一电极层和第二电极层不通电，第一电极层和第二电极层之间不形成能够驱动液晶分子偏转的电场时，将向列相液晶层内液晶分子的初始配向配置为，使液晶分子的短轴与入射偏振光的偏振方向平行，使向列相液晶层在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率小于或等于聚合物层的折射率，当向列相液晶层在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率等于聚合物层的折射率时，入射偏振光在向列相液晶层和聚合物层之间不产生折射，偏振光平行透射光学膜片，第一基板出光面的出光为均匀的平行光；当向列相液晶层在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率小于聚合物层时，允许入射偏振光在向列相液晶层和聚合物层之间产生折射，使第一基板出光面的出光为均匀的汇聚光；在上述情况下，因为光学膜片的出光均匀有序，所以光学膜片的整体表现为透明状态，使光学膜片具有良好的解析度；并且，光学膜片的出光视角不外扩，而使光学膜片保持为窄视角显示状态，光学膜片能够兼得良好的防窥效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请光学膜片在第一实施例中的结构示意图；

图2为图1中光学膜片在窄视角状态下沿A-A’线的截面图；

图3为图1中光学膜片在广视角状态下沿A-A’线的截面图；

图4为图1中向列相液晶层窄视角状态下的结构示意图；

图5为图1中向列相液晶层广视角状态下的结构示意图；

图6为本申请光学膜片在第二实施例中的结构示意图；

图7为本申请光学膜片在第三实施例中的结构示意图；

图8为本申请显示装置的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	第一基板	4	向列相液晶层
11	第一电极层	41	柱段结构
				12	出光面	411	长侧面
2	第二基板	42	弧形界面
				21	第二电极层	43	间隔空间
22	入光面	44	液晶分子
				3	聚合物层	5	显示面板
31	延展部	6	背光模组

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请提出了一种光学膜片，用于调节偏振光的出光角度，光学膜片包括第一基板1和第二基板2，第一基板1设有第一电极层11，第二基板2设有可与第一电极层11配合产生电场的第二电极层21，第二基板2具有背向第一基板1且可供偏振光入射的入光面22，第一基板1具有背向第二基板2且可供偏振光出射的出光面12，光学膜片还包括叠设于第一电极层11和第二电极层21之间的聚合物层3和向列相液晶层4；向列相液晶层4位于聚合物层3和第二电极层21之间；光学膜片具有窄视角显示状态，在窄视角显示状态时，第一电极层11和第二电极层21之间不形成电场，向列相液晶层4内的液晶分子44被配向为，液晶分子44的短轴与偏振光的偏振方向平行；向列相液晶层4在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率小于或等于聚合物层3的折射率。

在本实施例中，第一电极层11设于第一基板1面向第二基板2的一侧，第二电极层21设于第二基板2面向第一基板1的一侧，聚合物层3和向列相液晶层4填充于第一电极层11和第二电极层21之间，聚合物层3背向向列相液晶层4的一侧连接第一电极层11，向列相液晶层4背向聚合物层3的一侧连接第二电极层21，第一电极层11和第二电极层21通电时，第一电极层11和第二电极层21之间产生可驱动向列相液晶层4内液晶分子44偏转的电场，以改变向列相液晶层4内液晶分子44的姿态，从而调节本光学膜片的出光角度。其中第一电极层11和第二电极层21可为透明电极层，比如采用氧化铟锡制成的电极层，此处不做限定。

向列相液晶层4内的液晶分子44具有个向异性，使液晶分子44具有光轴与电场平行的等效折射率ne和光轴与电场垂直的等效折射率no，即向列相液晶层4内的液晶分子44具有双等效折射率。聚合物层3可为高分子材料层，其材质可为聚醚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等，聚合物层3具有固定的折射率ns，其中ns≥no，或ns≈no；ne＞ns。

结合图2和图4所示，在第一电极层11和第二电极层21不通电时，第一电极层11和第二电极层21之间不形成电场，光学膜片的入射偏振光的在三维直角坐标系的X-Z平面方向上偏振和传播，向列相液晶层4内的液晶可通过液晶配向工艺将液晶分子44的初始配向配置为，液晶分子44的短轴与入射光学膜片的偏振光的偏振方向平行，此时向列相液晶层4在与偏振光的偏振方向平行的方向上的等效折射率为no，液晶分子44的光轴沿三维直角坐标系内的Y轴方向延伸，聚合物层3的折射率为ns，当ns＝no或ns≈no时，偏振光从向列相液晶层4射入聚合物层3时不发生偏移或几乎不发生偏移，偏振光基本沿其入射光学膜片时的方向传播，最终从第一基板1的出光面12出射，光学膜片的出光为均匀的平行光，此时光学膜片在视觉上呈现为透明状态；当ns＞no时，偏振光从向列相液晶层4射入聚合物层3时产生汇聚性偏移，光学膜片的出光为汇聚光，光的发散角度减小，光学膜片的视场角减小，但光分布依然较为均匀，光学膜片在视觉上呈现为窄视角的透明状态。因此，在第一电极层11和第二电极层21不通电时，光学膜片的整体表现为透明状态，使光学膜片具有良好的解析度；并且，光学膜片的出光视角不外扩，而使光学膜片保持为窄视角显示状态，光学膜片能够兼得良好的防窥效果。

结合图3和图5所示，在第一电极层11和第二电极层21通电时，第一电极层11和第二电极层21之间形成电场，该电场驱动向列相液晶层4内的液晶分子44偏转，以使液晶分子44的长轴与在X-Z平面延伸方向上传播的偏振光的偏振方向平行，此时向列相液晶层4在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率为ne，液晶分子44的光轴沿三维直角坐标系内的X轴方向延伸，聚合物层3的折射率为ns，因为ne＞ns，偏振光从向列相液晶层4射入聚合物层3时发生扩散性偏移，光学膜片的出光为发散光，光的发散角度增大，光学膜片的视场角增大，但光分布依然较为均匀，光学膜片在视觉上呈现为广视角的透明状态而使光学膜片具有良好的解析度，以及更广的可视范围。

本申请光学膜片内的向列相液晶层4有多种可能结构，以下提供一些向列相液晶层4的可能结构，并以第一实施例、第二实施例以及第三实施例区分。

第一实施例：

如图1所示，本第一实施例中的向列相液晶层4包括连接于聚合物层3的多个柱段结构41，多个柱段结构41沿第二基板2的长度方向并行设置；每一柱段结构41与聚合物层3的连接处形成有弧形界面42。其中，每一柱段结构41具有连接于弧形界面42且相平行的两个长侧面411；任意相邻两个柱段结构41相向的两长侧面411平行且抵接。

在本实施例中，向列相液晶层4包括多个沿第二基板2长度方向依次连接设置的多个柱段结构41，每一柱状结构具有相对立设置的两个长侧面411，以及与聚合物层3接触的弧形界面42，对于每一组装结构而言，弧形界面42位于两个长侧面411之间，弧形界面42的两端连接两个长侧面411。弧形界面42可为形成于向列相液晶层4和聚合物层3连接处的拱弧形面，以使在第一电极层11和第二电极层21之间不形成电场时，向列相液晶层4在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率小于等于聚合物层3的折射率的条件下，沿其原入射方向的路径传播并穿透弧形界面42，最终在第一基板1的出光面12以平行形态光出射，使光学膜片进入窄视角显示状态。在第一电极层11和第二电极层21之间形成电场时，电场驱动向列相液晶层4内的液晶分子44偏转，向列相液晶层4在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率大于聚合物层3，而使由向列相液晶层4射入聚合物层3的光满足折射条件，并在弧形界面42产生折射，因为弧形界面42具有一定的曲率，所以即使垂直入射第二基板2的偏振光依然可以在弧形界面42处形成不等非零度入射角，从而使偏振光在弧形界面42处产生折射偏移，以大于入射角的出射角度射入聚合物层3，并最终在第一基板1的出光面12以广角发散形态出射，使光学膜片进入广视角显示状态。

第二实施例：

如图6所示，本第二实施例不同于上述第一实施例的地方在于，本实施例中将上述第一实施例中的多个柱段结构41沿第二基板2的长度方向间隔设置，使任意相邻两个柱段结构41之间形成间隔空间43，而非使多个柱段结构41依次连续设置，并且本实施例中的聚合物层3设有朝向第二基板2延伸的多个延展部31，每一延展部31填充一间隔空间43。

在本实施例中，聚合物层3部分叠设于向列相液晶层4上方，延展部31与该部分聚合物层3为同一材质，并组合成为聚合物层3，包括延展部31在内的整个聚合物层3各部位的折射率相同。当偏振光垂直入射延展部31时，因为不存在光由光密介质进入光疏介质或由光疏介质进入光密介质，不产生光折射条件，所以无论第一电极层11和第二电极层21之间是否存在电场，偏振光都将直接透射聚合物层3。而偏振光垂直入射柱段结构41时，若第一电极层11和第二电极层21之间不形成电场，向列相液晶层4的折射率小于等于聚合物层3的折射率，偏振光在向列相液晶层4和聚合物层3接触的弧形界面42产生折射，偏振光整体而汇聚传播，而使光学膜片进入窄视角显示状态；若第一电极层11和第二电极层21之间形成电场，在电场的作用下向列相液晶层4内的液晶分子44发生偏转，向列相液晶层4在与偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率大于聚合物层3的折射率，偏振光折射偏移而发散传播，而使光学膜片进入广视角显示状态。

本实施例方案适用于将光学膜片与显示面板5结合应用，示例性地，将光学膜片设置于显示面板5的出光侧，显示面板5的显示区域内设有呈阵列且间隔设置的多个像素区，像素区内设有像素单元，每一柱段结构41可对应于每一像素区设置，比如使每一柱段结构41在像素区所在的平面上的正投影遮蔽一像素区，以使每一像素单元可通过一柱段结构41进行表达和显示。

可选地，定义间隔空间43沿第二基板2长度方向的宽度为d1，d1≤50μm，即相邻两个柱段结构41之间的间距小于等于50μm，此时两个柱段结构41之间的间距小于等于相邻两个像素区的一般间距，能够保证每一柱段结构41在像素区所在的平面上的正投影遮蔽一像素区，从而使每一像素单元可通过一柱段结构41进行表达和显示，显示面板5内像素单元可通过光学膜片的调光以汇聚形态或发散形态对外显示。

可选地，如图6所示，各柱段结构41中至少部分柱段结构41之间的间距相等。当各柱段结构41之间的间距相等时，允许入射光学膜片的偏振光在经过各柱段结构41和聚合物层3时产生一致的折射和传播效果，从而能够提升光学膜片各处出光的均匀性和一致性。当部分柱段结构41之间的间距不相等时，允许本光学膜片设计加工时各柱段结构41之间的间距存在一定的误差，从而使各柱段结构41的设计相对灵活，对个柱段结构41的设计加工精度要求也更为宽容；同时也允许在与上述显示面板5内像素区对应设置的柱段结构41之间设置不影响像素区内像素表达的其它柱段结构41，从而可根据光学膜片的窄视角或广视角显示需要调整柱段结构41的数量和相对位置。

可选地，如图6所示，至少部分弧形界面42的曲率相同。每一柱段结构41和聚合物层3的连接处形成有弧形界面42，当各弧形界面42的曲率相同时，允许入射光学膜片的偏振光在经过各弧形界面42时产生一致角度的折射偏移，从而能够提升光学膜片各处出光的均匀性和一致性。当部分弧形界面42的曲率不相同时，允许根据实际需要在光学膜片的不同部位提供不同的汇聚或发散程度的出光效果，拓宽本光学膜片的应用场景。

第三实施例：

如图7所示，在本实施例中，向列相液晶层4和聚合物层3的连接面至少部分呈弧段设置，也即向列相液晶层4与聚合物层3的连接面可包括直段、斜段以及弧段等，但该连接面至少部分呈弧段设置，如此在偏振光垂直入射第二基板2和向列相液晶层4时，偏振光依然可以在弧形界面42处形成不等非零度入射角，从而使偏振光在弧形界面42处产生折射偏移，以不等于入射角的出射角度射入聚合物层3，从而可通过光学膜片对偏振光的进行汇聚或发散调节，改变从第一基板1出光面12出射的光的出射角度，允许光学膜片在窄视角显示状态和广视角显示状态之间切换。此外，连接面呈弧段的部分设置也有利于偏振光在弧段的连接面上产生更大的折射角度，从而使光学膜片在广视角显示状态时能够具有更广的可视角度和范围。

本申请还提出一种显示装置，结合图2和图8所示，该显示装置包括显示面板5、背光模组6以及上述各实施例中光学膜片，光学膜片的第二基板2设于显示面板5的出光侧，并位于显示面板5和光学膜片的第一基板1之间；及背光模组6，显示面板5设于背光模组6的出光侧。

在本实施例中，光学膜片用于调节显示面板5的出光角度，背光模组6可包括背板、光源以及调光膜片等，该调光膜片包括扩散片、导光片等用于传导光源发出的光的光学片材。背光模组6用于给显示面板5提供背光，以使显示面板5通过光学膜片显示图像。

该光学膜片的具体结构参照上述实施例，由于显示装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学膜片，用于调节偏振光的出光角度，所述光学膜片包括第一基板和第二基板，所述第一基板设有第一电极层，所述第二基板设有可与所述第一电极层配合产生电场的第二电极层，所述第二基板具有背向所述第一基板且可供所述偏振光入射的入光面，所述第一基板具有背向所述第二基板且可供所述偏振光出射的出光面，其特征在于：

所述光学膜片还包括叠设于所述第一电极层和所述第二电极层之间的聚合物层和向列相液晶层；所述向列相液晶层位于所述聚合物层和所述第二电极层之间；

所述光学膜片具有窄视角显示状态，在所述窄视角显示状态时，所述第一电极层和所述第二电极层之间不形成电场，所述向列相液晶层内的液晶分子被配向为，所述液晶分子的短轴与所述偏振光的偏振方向平行；所述向列相液晶层在与所述偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率小于或等于所述聚合物层的折射率。

2.如权利要求1所述的光学膜片，其特征在于，所述向列相液晶层和所述聚合物层的连接面至少部分呈弧段设置。

3.如权利要求1所述的光学膜片，其特征在于，所述向列相液晶层包括连接于所述聚合物层的多个柱段结构，多个所述柱段结构沿所述第二基板的长度方向并行设置；

每一所述柱段结构与所述聚合物层的连接处形成有弧形界面。

4.如权利要求3所述的光学膜片，其特征在于，每一所述柱段结构具有连接于所述弧形界面且相平行的两个长侧面；

任意相邻两个所述柱段结构相向的两长侧面平行且抵接。

5.如权利要求3所述的光学膜片，其特征在于，任意相邻两个所述柱段结构之间形成有间隔空间；

所述聚合物层设有朝向所述第二基板延伸的多个延展部，每一所述延展部填充一所述间隔空间。

6.如权利要求5所述的光学膜片，其特征在于，定义所述间隔空间沿所述第二基板长度方向的宽度为d1，d1≤50μm。

7.如权利要求3所述的光学膜片，其特征在于，至少部分所述柱段结构之间的间距相等。

8.如权利要求3所述的光学膜片，其特征在于，至少部分所述弧形界面的曲率相同。

9.如权利要求1至8中任一项所述的光学膜片，其特征在于，所述光学膜片还具有广视角显示状态；

在所述广视角显示状态时，所述第一电极层和所述第二电极层之间形成有电场，所述电场驱动所述向列相液晶层内的液晶分子偏转，以使所述液晶分子的长轴与所述偏振光的偏振方向平行，并使所述向列相液晶层在与所述偏振光偏振方向平行的方向上的等效折射率大于所述聚合物层的折射率。

10.一种显示装置，所述显示装置包括：

如权利要求1至9中任一项所述的光学膜片；

显示面板，所述光学膜片的第二基板设于所述显示面板的出光侧，并位于所述显示面板和所述光学膜片的第一基板之间；及

背光模组，所述显示面板设于所述背光模组的出光侧。

Images