CN1786790A - 多功能整合型偏光膜/光学膜结构及制程方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能整合型偏光膜/光学膜结构及制程方法，用以解决习知O型偏光膜或E型偏光膜的无法同时具备高偏光度及高透光度的缺点。本发明利用光学设计将不同染料的偏光膜/光学膜涂布在至少一基板上，产生一同时兼具高偏光度、高透光度、广视角与高对比等功能特性的多功能整合型偏光膜/光学膜结构及制程方法，并且该多功能整合型偏光膜/光学膜结构具有超薄膜厚特性。

Description

多功能整合型偏光膜/光学膜结构及制程方法

技术领域

本发明涉及一种多功能整合型偏光膜/光学膜结构及制程方法，尤指一种利用非线性光学设计将不同染料的偏光膜/光学膜涂布在至少一基板上，产生一同时兼具高偏光度、高透光度、广视角与高对比等功能特性的多功能整合型偏光膜/光学膜的结构及制程方法。

背景技术

液晶显示器主要利用两片偏光膜所产生的线偏光达到亮暗对比的显示效果。其主要光源由背光模组提供，其光线经过第一片偏光板后产生线偏光，随着液晶分子的排列扭转后，再透过第二片偏光板即会产生亮暗变化，最后到达观看者眼内达到显示效果。

光源经过许多层材料的折射、反射与吸收后，实际能到达观察者眼内的光已不到原来的5％，亦即显示器内的二色性染料偏光片的吸收率与透光度为影响亮度主因之一。由此可知，显示器的对比度与视角乃为偏光膜所决定；是故，影响对比度的偏光度与视角的漏光性将为偏光膜好坏的主要量测参数。因此，偏光膜的偏光度、透光度、对比性与漏光性将决定显示器显示效果的优劣。

目前商用偏光膜的主要类型为O型碘系偏光膜，其主要优点为高偏光度(99.9％)与透光度(44％-46％)。O型碘系偏光膜的主要缺点为(1)在大视角时，会有严重的漏光性，必须搭配广视角膜来达到高对比效果；(2)耐热性和耐候性不佳；(3)机械性质不强，需外贴保护膜，加强其性质；(4)只能外贴于显示器外部。另一种偏光膜类型为E型液晶偏光膜，为目前较新颖的偏光膜。E型偏光膜体主要以具吸收性的碟状液晶为主，当光通过碟状液晶时，O偏振光将被吸收，而E偏振光则会通过，因此可达到线性偏光效果。此类E型偏光膜目前最佳的光学效果为偏光度约95％，透光度在40％-44％。E型偏光膜的优点为(1)可薄型化，偏光膜的厚度约仅0.3-0.8μm；(2)可内置于显示器内部，并于显示组织(cell)内制作。

相较于碘系与E型偏光膜，涂布型偏光膜另一主要研究领域为染料系偏光膜，此类偏光膜主要吸收载体以染料为主。影响染料系偏光膜的吸收能力参数为(1)染料分子本体吸收系数，(2)添加染料的浓度，以及(3)偏光膜的厚度。染料系偏光膜的主要优点为(1)耐候性和耐热性较强，(2)涂布方式可多样化选择，以及(3)可于显示器的显示组织(cell)内部制作。

目前主流碘系偏光片的习知技术中，如美国专利号第4591512号「制作偏光板的方法(Method of making light polarizer)」，其以聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)为基材，将PVA先浸泡于含碘吸收因子的染色槽中，之后再进行单轴延伸，用以制作成偏光膜，但该膜层的机械性、耐热性和耐候性等性质并不佳。碘系偏光膜除本体外，其上下表面需贴合三醋酸纤维(triacetyl cellulose；TAC)膜为保护膜，总体厚度增加甚多，因此目前碘系偏光膜的厚度约200μm。

另以E型偏光片的习知技术中，如美国专利号第6583284、6563640、6174394、6049428及5739296号等，其技术在于以涂布式制程制作偏光膜，将具吸收效果的圆盘状聚合物高分子涂布于基材表面，待干燥后即成E型偏光片；当光线穿过E型偏光膜后，其偏振态与传统O型偏光膜刚好相反，为E光偏振。

另一种涂布式O型偏光片乃是将染料涂布于基材表面形成偏光膜，其习知技术方面以美国专利号第5812264、6007745及5601884号等为染料涂布偏光膜方面的代表性专利技术。

请参考图1A为习知技术的O型偏光膜的偏光度与透光度曲线示意图，该纵轴为O型偏光膜的偏光度与透光度百分比坐标，而该横轴为波长坐标，于此图中可看出O型偏光膜在不同波长上所显示的O型偏光度10与O型透光度12的曲线分布情形。

请参考图1B为习知技术的E型偏光膜的偏光度与透光度曲线示意图，该纵轴为E型偏光膜的偏光度与透光度百分比坐标，而该横轴为波长坐标，于此图中可看出E型偏光膜在不同波长上所显示的E型偏光度14与E型透光度16的曲线分布情形。

有鉴于上述不同偏光膜的缺点，本发明人遂提供一种「多功能整合型偏光膜/光学膜结构及制程方法」，以解决上述的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层膜组合的偏光膜/光学膜结构及制程方法，其总体呈现的偏光度与透光度是经光学设计出对应的多膜层组配结构与组态，再透过制程予以实现成形，并且同时具有E型与O型的优点，多层膜为不同染料的偏振光膜层，故可有效达到高偏光度与高穿透度的整合型层膜的偏光膜/光学膜结构。

为了达成上述的目的，本发明提供一种多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，包括提供至少一基板，并涂布复数个不同材料的偏光膜/光学膜于该些基板上。

本发明亦提供一种多功能整合型偏光膜/光学膜结构，包括至少一基板，以及复数个不同材料的偏光膜/光学膜，设置于该些基板的任一侧或任两侧。

本发明进一步提出了一种应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元，包括：多数个基板；多数个不同材料的偏光膜/光学膜，设置于该些基板的任一侧；及多数个显示流体介质，填充于该些基板之间。

因此，本发明具有高偏光度、高透光度、广视角与高对比等功能特性，并且该多功能整合型偏光膜/光学膜结构具有超薄膜厚特性。

附图说明

图1A为习知技术的O型偏光膜的偏光度与透光度曲线示意图；

图1B为习知技术的E型偏光膜的偏光度与透光度曲线示意图；

图2A至图2E为本发明单基板涂布不同材料的偏光膜实施例示意图；

图3A至图3P为本发明应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元实施例示意图；及

图4为本发明多功能整合型偏光膜/光学膜的偏光度与透光度曲线示意图。

附图标号说明：

O型偏光度   10                       O型透光度   12

E型偏光度   14                       E型透光度   16

偏光度      18                       透光度      20

基板        30                       第一基板    300

第二基板    302

不同材料的偏光膜/光学膜  32          第一偏光膜/光学膜      320

第二偏光膜/光学膜        322         多层膜的偏光膜/光学膜  34

显示流体介质             36          第三偏光膜/光学膜      38

具体实施方式

本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

习知技术中，当光线透过两个叠加偏光膜层时，由于叠加偏光膜的总厚度比单一偏光膜层的厚度厚，所以叠加偏光膜会因光穿透的厚度增加，而增加对光的吸收度与偏光度，但透光度则会减降。两片偏光膜层叠加，除基本膜层问题外，还有两膜层的光轴对位问题；当第一层偏光膜所产生的偏振光进入第二层偏光膜时，因光轴对位偏差角度而会导致部份光的强度被吸收，产生透光度下降的现象。

本发明利用非线性光学进行多层膜组合，可将两个低偏光效应的偏光膜整合为能同时兼具高偏光度与高透光度的单一偏光膜。

请参考图2A至图2E为本发明单基板涂布不同材料的偏光膜的实施例示意图。图2A，该多功能整合型偏光膜/光学膜可应用为显示器中的偏光膜、广视角膜或一般光学膜，其结构包括至少一基板30的任一侧设置复数个不同材料的偏光膜/光学膜32；在此图中是以两层偏光膜/光学膜且组合为堆叠结构及一基板作为说明，该些偏光膜/光学膜设置在该基板的同侧，其中该基板为透光基板或不透光基板，而该些不同材料的偏光膜/光学膜32包括一第一偏光膜/光学膜320及一第二偏光膜/光学膜322，该些偏光膜/光学膜为多种染料系型式的偏光膜/光学膜设计组合，而该些型式可为O型、E型、P型、S型及其相互的组合，如O+O型、E+E型、O+E型、P+S型、P+O型、P+E型、S+O型或S+E型等，该些偏光膜/光学膜具图案化。

图2B，本图显示该第一偏光膜320设置于该基板30的一侧，而该第二偏光膜322设置于该基板的另一侧，其中该第一偏光膜320及该第二偏光膜322为多种染料系型式的偏光膜/光学膜相互组合。

图2C，本图显示多层膜的偏光膜/光学膜34设置于该基板30的同侧，且该多层膜的偏光膜/光学膜34可为同一或不同染料系的组合成多层膜整合型多功能偏光膜结构。

图2D，本图显示以图2C为基础后，在该基板30的另一侧设置该第一偏光膜/光学膜320，在该多层膜的偏光膜/光学膜34上设置该第二偏光膜/光学膜322。

图2E，本图显示多层膜的偏光膜/光学膜34设置于该基板30的两侧，且该多层膜的偏光膜/光学膜34可为同一或不同染料系的组合成多层膜整合型多功能偏光膜结构。

图3A至图3P为本发明应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元实施例示意图。图3A，包括复数个基板，在此实施例中以两个基板为例说明，但不限于此，该些基板为一第一基板300及一第二基板302，该第一基板及该第二基板为透光基板或不透光基板，其中该第一基板及该第二基板是垂直排列。多层膜的偏光膜/光学膜34，设置于该第一基板300及该第二基板302的任一侧，其中该多层膜的偏光膜/光学膜为同一或不同染料系，而设置在该第二基板302的该多层膜的偏光膜/光学膜面向该第一基板，复数个显示流体介质36，填充于该第一基板300及该第二基板302之间，其中该些显示流体介质可为液晶、电泳、自我发光物体或其它易于显示的流体介质。

图3B，与图3A不同处在于该第一基板300及该第二基板302是垂直排列且互相面对而设置，该多层膜的偏光膜/光学膜34各别设置于该第一基板300及该第二基板302的另一侧。

图3C，与图3A不同处在于该第一基板的多层膜的偏光膜/光学膜34面向该第二基板302，而该第二基板302的另一侧设置该多层膜的偏光膜/光学膜34。

图3D，将设置于该第一基板300的该多层膜的偏光膜/光学膜34及该第二基板302的该多层膜的偏光膜/光学膜34互相面对而设置。

图3E，在该第一基板300及该第二基板302设置不同材料的偏光膜/光学膜，在该第一基板300及该第二基板302的一侧设置该多层膜的偏光膜/光学膜34，而在该第一基板300及该第二基板302的另一侧设置一第三偏光膜/光学膜38。

图3F，为图3E的另一变化实施例，在该第二基板302的一侧仅设置有该多层膜的偏光膜/光学膜34，且该多层膜的偏光膜/光学膜34面对该第一基板300的该第三偏光膜/光学膜38而设置。

图3G，与图3F不同处在于该第一基板300的该第三偏光膜/光学膜38面对该第二基板302而设置。

图3H，与图3F不同处在于该第一基板300的一侧仅设置多层膜的偏光膜/光学膜34，而该第二基板302设置有多层膜的偏光膜/光学膜34于一侧，且另一侧设置有该第三偏光膜/光学膜34，其中该第一基板300的该多层膜的偏光膜/光学膜34面对该第二基板302的该多层膜的偏光膜/光学膜34而设置。

图3I，与图3H不同在于该第二基板302的该多层膜的偏光膜/光学膜34面对该第一基板300而设置。

图3J，与图3G不同在于该第二基板302的两侧各设置有多层膜的偏光膜/光学膜34，且该多层膜的偏光膜/光学膜34相对应设置于该第二基板302的两侧，该第二基板302任一侧的该多层膜的偏光膜/光学膜34面对该第一基板300的该第三偏光膜/光学膜38而设置。

图3K，与图3J不同在于该第一基板300的两侧各设置有多层膜的偏光膜/光学膜34，且该多层膜的偏光膜/光学膜相对应设置于该第一基板300的两侧，该第一基板300任一侧的该多层膜的偏光膜/光学膜34面对该第二基板300的该多层膜的偏光膜/光学膜34而设置。

图3L，在该第一基板300及该第二基板302的两侧各设置有多层膜的偏光膜/光学膜34，且该多层膜的偏光膜/光学膜34相对应设置于该第一基板300及该第二基板302的两侧。

图3M，与图3L不同在于仅于该第二基板302的一侧设置有该多层膜的偏光膜/光学膜34，且面对于该第一基板300相对应的该多层膜的偏光膜/光学膜34任一侧而设置。

图3N，与图3M不同在于该第一基板300任一侧相对应的该多层膜的偏光膜/光学膜34面对于该第二基板302而设置。

图3O，与图3M不同在于仅于该第一基板300的一侧设置有该多层膜的偏光膜/光学膜34，且面对于该第二基板302相对应的该多层膜的偏光膜/光学膜34任一侧而设置。

图3P，与图3O不同在于该第二基板302任一侧相对应的该多层膜的偏光膜/光学膜34面对于该第一基板300而设置。

本发明的多功能整合型偏光膜/光学膜结构具有下列的特色及优点：

(1)具高偏光度、高透光度、高对比与广视角的特性。

(2)该多功能整合型偏光膜/光学膜结构为薄膜结构。

(3)可制作于显示流体介质的显示组织(cell)内或外。

(4)依现有的稳定涂布制程达成多层膜光学组合，该组合可为O+O型、E+E型、O+E型、P+S型、P+O型、P+E型、S+O型或S+E型等多种线偏光组合。

(5)不受材料成本限制，可降低成本。

(6)偏光度及透光度的参数可经光学设计。

(7)制程简易，可简易组合高光学特性的偏光膜。

(8)同时具有O型与E型偏光膜的优点，亦能解决O与E型的缺点。

(9)适于多种基板。

图4为本发明的多功能整合型偏光膜/光学膜的偏光度与透光度曲线示意图，该纵轴为该多功能整合型偏光膜/光学膜的偏光度与透光度百分比坐标，而该横轴为波长坐标，于此图中可看出该多功能整合型偏光膜/光学膜在不同波长上所显示的偏光度18与透光度20的曲线分布情形。由此图中可知，本发明的多功能整合型偏光膜/光学膜的偏光度与透光度与习知技术的O型偏光膜及E型偏光膜有较大的不同表显，该多能整合型偏光膜/光学膜具有该高偏光度与高透光度。

本发明亦提供一种多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，该多功能整合型偏光膜/光学膜为一广视角、薄膜、高对比、高偏光度及高透光度的光学设计，包括提供至少一基板，其中该些基板为透光基板或不透光基板，及涂布复数个不同材料的偏光膜/光学膜于该些基板上，该涂布的方法为狭缝模具式涂布法(Slot-die Coating)、挤压式模具涂布法(Extrusion Coating)、绕线棒涂布法(MayerRod Coating)或刮刀涂布法等，且藉由该涂布的方法将该些偏光膜/光学膜图案化，该些偏光膜/光学膜设置于该些基板同侧或不同侧，该多功能整合型偏光膜/光学膜利用涂布方法涂布于一显示器内薄膜晶体管(TFT)上或于一显示组织(cell)的内或外制作。

该多功能整合型偏光膜/光学膜所使用的材料为染料系，该些偏光膜/光学膜为多种型式的偏光膜/光学膜相互组合，该些型式为O型、E型、P型、S型及其相互的组合，其中该偏光度值及透光度值经由一光学参数所设计，其中该偏光度值的光学参数方程式如 $\mathrm{Ep}=\frac{T0-T90}{T0+T90},$ 其中该Ep为偏光度，T0为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜平行的穿透度，T90为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜垂直的穿透度。

其中该透光度值的光学参数方程式如 $T=\frac{T0+T90}{2},$ 其中该T为穿透度，T0为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜平行的穿透度，T90为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜垂直的穿透度。该多功能整合型偏光膜/光学膜整体的偏光度及透光度，无法使用上述的偏光度值及透光度值所得进行线性叠加，乃是利用非线性光学设计及计算组合而成，如此可将两个低效应的偏光膜整合为能同时兼具高偏光度与高透光度的单一偏光膜/光学膜。

本发明的多功能整合型偏光膜/光学膜是将所需显示呈现的偏光度与透光度，透过非线性光学设计，予以重新分配于各膜层之间；是故，整体整合型偏光膜/光学膜的偏光度与透光度，实际上是由整体膜层所决定的。此外，整体膜层的偏光度与透光度虽然设计为一定值，但膜层之间的组合具多样性变化，因此可随不同环境与材料成分进行调整组合。由于整合性偏光膜/光学膜的偏光度与透光度是透过非线性光学设计的分散组合，再进行膜层叠加时，除不会损耗所需的透光度外，亦可提高总体的偏光度。

本发明确能藉上述所揭露的技术，提供一种迥然不同于习知者的设计，堪能提高整体的使用价值。惟，上述所揭露的图式、说明，仅为本发明的实施例而已，凡精于此项技艺者当可依据上述的说明作其它种种的改良，而这些改变仍属于本发明的发明精神及权利要求所界定的专利范围中。

Claims (22)

1.一种多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，包括：

提供至少一基板；及涂布多数个不同材料的偏光膜/光学膜于该些基板上。

2.如权利要求1所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，该涂布的方法为狭缝模具式涂布法、挤压式模具涂布法、绕线棒涂布法或刮刀涂布法。

3.如权利要求1所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，藉由该涂布的方法将该些偏光膜/光学膜图案化。

4.如权利要求1所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，该多功能整合型偏光膜/光学膜利用涂布方法涂布于一显示器内薄膜晶体管上。

5.如权利要求1所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，所使用的材料为同一或不同染料系。

6.如权利要求1所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，该多功能整合型偏光膜/光学膜为一广视角、薄膜、高对比、高偏光度及高透光度的光学设计。

7.如权利要求6所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，该偏光度值及透光度值经由一光学参数所设计。

8.如权利要求6所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，该多功能整合型偏光膜/光学膜整体的偏光度及透光度由该光学参数经一非线性光学设计及计算组合而成。

9.如权利要求7所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，该偏光度值的光学参数方程式如下：

$\mathrm{Ep}=\frac{T0-T90}{T0+T90}$

其中该Ep为偏光度，T0为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜平行的穿透度，T90为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜垂直的穿透度。

10.如权利要求7所述的多功能整合型偏光膜/光学膜制程方法，其特征是，该透光度值的光学参数方程式如下：

$T=\frac{T0+T90}{2}$

其中该T为穿透度，T0为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜平行的穿透度，T90为非偏振光透过该些偏光膜/光学膜垂直的穿透度。

11.一种多功能整合型偏光膜/光学膜结构，包括：

至少一基板；及多数个不同材料的偏光膜/光学膜，设置于该些基板的任一侧或异侧。

12.如权利要求11所述的多功能整合型偏光膜/光学膜结构，其特征是，该些基板为透光基板或不透光基板。

13.如权利要求11所述的多功能整合型偏光膜/光学膜结构，其特征是，该些偏光膜/光学膜为可图案化，所使用的材料为同一或不同染料系。

14.如权利要求11所述的多功能整合型偏光膜/光学膜结构，其特征是，该些偏光膜/光学膜为多种型式的偏光膜/光学膜相互组合，该些型式为O型、E型、P型、S型及其相互的组合。

15.如权利要求11所述的多功能整合型偏光膜/光学膜结构，其特征是，该些偏光膜/光学膜设置于该些基板同侧或异侧，该些偏光膜/光学膜的组合为堆叠结构。

16.如权利要求11所述的多功能整合型偏光膜/光学膜结构，其特征是，该多功能整合型偏光膜/光学膜可应用为显示器的偏光膜、广视角膜或一般光学膜。

17.一种应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元，包括：

多数个基板；

多数个不同材料的偏光膜/光学膜，设置于该些基板的任一侧；及

多数个显示流体介质，填充于该些基板之间。

18.如权利要求17所述的应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元，其特征是，该些基板为透光基板或不透光基板。

19.如权利要求17所述的应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元，其特征是，该些偏光膜/光学膜具图案化，所使用的材料为同一或不同染料系。

20.如权利要求17所述的应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元，其特征是，该些偏光膜/光学膜为多种型式的偏光膜/光学膜相互组合，该些型式为O型、E型、P型、S型及其相互的组合。

21.如权利要求17所述的应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元，其特征是，该些偏光膜/光学膜设置于该些基板同侧或异侧，该些偏光膜/光学膜的组合为堆叠结构。

22.如权利要求17所述的应用多功能整合型偏光膜/光学膜结构的显示单元，其特征是，该些显示流体介质为液晶、电泳、自我发光物体或其它易于显示的流体介质。

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