TWI386722B - 光學片、顯示裝置及其製作方法 - Google Patents

Description

光學片、顯示裝置及其製作方法

本發明是有關於一種光學片、顯示裝置及其製作方法，且特別是有關於一種可對通過光學片之不同區域提供不同線偏振方向的光學片、顯示裝置及其製作方法。

隨著顯示科技的日益進步，人們藉著顯示裝置的輔助可使生活更加便利，其中平面顯示器(Flat Panel Display,FPD)以其重量輕以及體積薄之特性而成為目前顯示器的主流。在諸多平面顯示器中，由於液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)具有高空間利用效率、低消耗功率、無輻射以及低電磁干擾等優越特性，因此，液晶顯示器深受消費者歡迎。

圖1繪示習知一種液晶顯示器的剖面示意圖。請參照圖1，液晶顯示器100包括一液晶顯示面板110、上偏光片120以及下偏光片130，其中上偏光片120與下偏光片130分別具有一延伸方向為D1的穿透軸。光線L經由下偏光片130、液晶顯示面板110以及上偏光片120的途徑後，會自上偏光片出射一具有偏振方向為A1的線偏振光，藉由液晶顯示面板中液晶分子的旋轉方向來控制該區域光線的穿透度，藉以使得液晶顯示器產生顯示的效果。

然而，由於液晶顯示面板所顯示的影像全面性地呈現沿著A1方向的線偏影像，如畫面F1所示，當觀察者長期觀看液晶顯示器時容易因為影像的偏振特性為同一線偏振 方向而感到視覺疲勞。

本發明提供一種光學片，其可將單一線偏振光線轉為多種偏振方向不同的線偏振光。

本發明提出一種光學片，適於讓一線偏振光通過，光學片包括基材以及相位延遲膜。其中，相位延遲膜位於基材上，相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，線偏振光通過相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，其中相位延遲膜在線偏振光通過區域的任一處具有實質上為λ/2的相位延遲量，λ為線偏振光的波長。

本發明提出一種顯示裝置，其包括顯示面板以及光學片。其中，顯示面板具有偏光片，顯示面板自偏光片出射一線偏振光。光學片位於偏光片上，光學片具有一相位延遲膜，相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，線偏振光通過相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，其中相位延遲膜在線偏振光通過區域的任一處具有實質上為λ/2的相位延遲量，λ為線偏振光的波長。

本發明提出一種光學片的製作方法，其包括下列步驟。首先，提供一基材。接著，於基材上形成一相位延遲膜，其中相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，一線偏振光通過相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，且相位延遲膜在線偏振光通過區域的任一處具有實質上為λ/2的相位延遲量，λ為線偏振光的波長。

本發明另提出一種顯示裝置的製作方法，其包括下列 步驟。首先，提供一顯示面板，顯示面板具有一偏光片，顯示面板自偏光片出射一線偏振光。之後，於偏光片上形成一光學片，光學片有一相位延遲膜，相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，線偏振光通過相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，其中相位延遲膜在線偏振光通過區域的任一處具有實質上為λ/2的相位延遲量，λ為線偏振光的波長。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2繪示依據本發明一實施例之一種整合了光學片的顯示裝置示意圖。請參照圖2，顯示裝置200包括顯示面板210以及光學片220，顯示面板210適於出射一具有偏振方向為A1的線偏振光L1。詳言之，在本實施例中，顯示面板210主要是由畫素陣列212以及位於畫素陣列212與光學片220之間的偏光片214所構成，其中偏光片214具有一穿透軸A1，以使得顯示面板210所顯示的影像在經過偏光片214後輸出一偏振方向趨向A1的線偏影像。特別的是，光學片220中具有相位延遲膜222，並且相位延遲膜222具有多個延伸方向不同的光軸A2，相位延遲膜222在線偏振光通過區域的任一處具有實質上為λ/2的相位延遲量，其中λ為線偏振光的波長。因此，偏振方向為A1的線偏影像經由相位延遲膜222之不同方向的光軸A2 後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光。

在本實施例中，光軸A2在相位延遲膜222中的分佈例如是沿著實質上為同心圓的切線軌跡而排列，而同心圓可以是由多個半徑不同而圓心位置相同的圓形所構成的。以圖2中X處為例，相位延遲膜222之光軸延伸方向為A2的區域，顯示面板210所輸出之偏振方向為A1的線偏振光經由光軸A2延伸方向為A2的λ/2相位延遲膜222之後，轉為偏振方向為A3的線偏振光，其中偏振方向A1與光軸A2延伸方向A2之間的夾角θ1實質上等於光軸A2延伸方向A2與偏振方向A3之間的夾角θ2。

請繼續參照圖2，相位延遲膜222中不同光軸A2方向的區域所提供之二分之一波長(λ/2)的相位延遲量可以使單一偏振方向為A1的線偏影像在不同區域分別轉成不同偏振方向的線偏振光而讓觀察者觀察到。如圖2中的畫面F1所示，微觀而言，畫面F1依據相位延遲膜222上不同延伸方向的光軸A2而在對應區域分別形成單一方向的線偏振光，巨觀而言，由於光軸A2在相位延遲膜222中的分佈整體而言是實質上呈現同心圓狀，因此畫面F1在巨觀上而言大致上被轉為類似磁力線分佈型態。如此，觀察者透過光學片220可以看到如畫面F1之具有任意偏振態之線偏振光所疊加的影像。值得注意的是，相較於習知之單一偏振方向的線偏影像而言，呈現任意偏振方向的畫面F1影像在各個極化方向上的分佈大致相同而較接近於自然光的分佈型態，因此觀察者在長時間觀看顯示裝置200時， 可以觀看到大致與自然光分佈型態類似的影像，因此本發明之光學片220的配置有助於提升使用者觀看顯示裝置200的舒適感。

本發明之光學片220適於讓一線偏振光通過，光學片220包括基材221以及相位延遲膜222，在前述實施例中，基材221可為偏光片214而直接設置於顯示面板210上，當然，在其他實施例中，基材221也可以是另一有別於偏光片214的基材221，本發明並不以此為限。相位延遲膜222位於基材221上，其中相位延遲膜222在線偏振光通過區域的任一處具有實質上為λ/2的相位延遲量，且相位延遲膜222具有多個延伸方向不同的光軸A2，依據前述，線偏振光通過相位延遲膜222後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向。

相位延遲膜222中任兩光軸A2之間的夾角介於0度與360度之間的任一角度，是而構成如圖3A~圖3C的多種分佈態樣，其中圖3A~圖3C分別繪示一種相位延遲膜中光軸的分佈型態。詳言之，如圖3A與圖3B所示，相位延遲膜222之各個不同延伸方向之光軸A2的分佈型態可以是實質上沿著多個同心圓的切線軌跡而排列，且各該同心圓是由多個半徑不同的圓形所構成。當然，如圖3C所示，光軸A2在相位延遲膜222中的分佈型態亦可以呈現任意地排列狀態。當然，設計者可因應使用需求來設計相位延遲膜222上的光軸A2的分佈型態，本發明並不限定光軸A2在相位延遲膜222中的分佈型態形狀、大小與排 列方式，在其他實施例中，光軸A2在相位延遲膜222中的分佈型態亦可為橢圓形或是多邊形，其中多邊形可以是五角形、六角形或是其他多邊形，而各個形狀彼此之間可以是緊密排列或間隔一定距離排列。值得一提的是，本發明之光學片220在線偏振光通過的區域實質上皆提供了二分之一波長整數倍(n×λ/2)的相位延遲量，換言之，在圖3A~圖3C中未繪示箭頭的區域實質上亦提供二分之一波長整數倍的相位延遲量給通過該區域的線偏振光。

本發明之光學片220中的相位延遲膜222之材料例如是由光學異向性材料所組成。相位延遲膜222的光學性質可以藉由改變光學異向性材料之膜厚以及分子排列而進行調整，進而使得光線在光學異向性膜中的行進速率依據膜層的不同方向而有不同的表現。舉例而言，光學異向性材料的組成為連續相而不具有微粒相，藉由維持光學異向性材料之膜厚使得相位延遲膜222在線偏振光通過的區域具有λ/2的相位延遲量，並且藉由改變光學異向性材料之分子排列使得不同區域具有不同延伸方向的光軸A2，如圖4所示，圖4為本發明之一種光學片的剖面示意圖，相位延遲膜222中鄰近該基材221的一側具有一配向層230，而配向層230上形成多個不同延伸方向不同的配向結構，例如凹槽，因此在一實施例中，光學片220可以使用配向層230來定義相位延遲膜222的光軸A2，其中配向層230可以利用各種接觸式配向製程或非接觸式配向製程來調整配向方向。將屬於連續相的光學異向性材料塗佈於配向層 230上時，光學異向性材料的分子便會依據配向層230上的配向結構而依序排列，進而定義出多種延伸方向不同的光軸A2，如此，在本實施例中，相位延遲膜222中構成不同光軸A2的材料實質上位於配向層230中的同一平面上。

圖5A~圖5D列舉幾種本發明之光學片的剖面示意圖。實務上，可於光學片220上方選擇性地設置一保護層240，使得相位延遲膜222位於保護層240以及基材221之間，用以進一步保護光學片220免於外界的破壞，如圖5A所示，其中基材221可以直接使用一線偏振化的偏光片214，也可以另外使用一基材221。此外，在一些應用層面中，光學片220可進一步包括一光學膠250，用以增加膜層之間的附著力或者平坦度，而光學膠250可以視實際需求而設置在保護層240以及光學片220之間，如圖5B所示。光學膠250亦可設置在光學片220以及基材221之間，如圖5C所示。當然，光學膠250還可以設置在保護層240與光學片220之間以及光學片220與基材221之間，如圖5D所示。

為了更充分揭露本發明之內容，以下將說明本發明光學片220一實施例的製作方法。圖6A至圖6D繪示本發明光學片的一種製作方法，其包括以下所述之步驟：

首先，請參照圖6A，提供一基材221，其中基材221例如是偏光片214或其他用以支撐的適當材料。接著，請參照圖6B，在形成相位延遲膜222之前，例如先於基材221上形成配向層230，其中配向層230具有各種不同的配 向方向，用以定義後續製程所形成之相位延遲膜222的各種方向之光軸A2，其中配向層230中各種不同的配向方向的形成方法可以利用各種接觸式配向製程或非接觸式配向製程來調整配向方向，接觸式配向製程例如是利用配向滾輪或壓印模具(Imprinting mold)在配向層230上或者是直接在基材221表面上進行摩擦或壓印配向，而非接觸式配向製程可列舉離子束配向(ion beam alignment)、光配向(photo alignment)、電漿配向(plasma alignment)或斜向蒸鍍，以使配向層230之表面具有異向性。值得一提的是，本發明之光學片220的製作方法中亦可以省略配向層230的製作，而利用前述方法直接於基材221的表面形成具有異向性的配向結構。

之後，如圖6C所示，形成於相位延遲膜222於配向層230上，其中相位延遲膜222的材料可以是液晶材料。相位延遲膜222的形成方法例如是在配向層230上全面性地塗佈一光學異向性材料，而塗佈位相差膜的方式可列舉是狹縫模具式塗佈(Slot-die Coating)或旋轉塗佈法(spin coating)。如此，相位延遲膜222中的分子材料會沿著底層材料的配向方向而傾倒，藉以形成各種延伸方向不同的光軸A2，使得單一線偏振光通過相位延遲膜222後可以依據光軸A2方向而轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向。並且，由於本發明之相位延遲膜222是利用調整分子材料中不同的排列方式來定義光軸A2方向，因此相位延遲膜222中不同方向的光軸A2區域可被控制在分子的數 量級，可以提供較佳的光學效果。此外，由於相位延遲膜222為一連續相，其膜厚較為均勻，因此相位延遲膜222在線偏振光通過區域的任一處實質上皆全面性地提供λ/2的相位延遲量，其中λ為線偏振光的波長。換言之，本發明之相位延遲膜222中並沒有實質上位提供相位延遲量的區域，因此對於入射線偏振光的偏極化效果較為均勻。

更進一步，可於相位延遲膜222的外層設置保護層240，以防止或減輕外界水氣或機械對相位延遲膜222的破壞而對光學性質產生變化，其中保護層240的材質可列舉乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)。當然，光學片220亦可以在兩膜層之間加入光學級的光學膠250，而構成如前述圖5B~圖5D的結構，不再贅述。

在實際的應用層面上，可將本發明的光學片直接應用於顯示面板上，而構成一顯示裝置。以下將列舉一種本發明之顯示裝置一實施例的製作方法。圖7A至圖7B繪示本發明顯示裝置的一種製作方法，其包括以下所述之步驟：

首先，請參照圖7A，提供顯示面板210，顯示面板210具有偏光片214，且適於顯示單一偏振方向的線偏影像。舉例而言，顯示面板210例如是液晶顯示面板以及偏光片所組成。接著，請參照圖7B，於偏光片214上形成光學片220，而在本實施例中，是直接在偏光片214的表面上形成各種配向方向不同的配向結構，進而在相位延遲膜222上形成多個延伸方向不同的光軸A2，使得線偏振光通過相位延遲膜222後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振 光方向，其中相位延遲膜222在線偏振光通過區域的任一處具有實質上為λ/2的相位延遲量，λ為線偏振光的波長，其形成相位延遲膜222的方法如同前述不再贅述。

綜上所述，本發明之光學片、顯示裝置以及光學片與顯示裝置的製作方法至少具有以下所述之優點：

1.本發明之光學片在不同區域中具有不同延伸方向的光軸，因此可以提供較佳的光學效果。當其應用於顯示裝置時，可以降低觀察者長期觀看影像時的疲勞感。

2.本發明之光學以及顯示裝置的製程簡易，可以利用低成本製作高品質的光學片以及顯示裝置。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧液晶顯示器

110‧‧‧液晶顯示面板

120‧‧‧上偏光片

130‧‧‧下偏光片

200‧‧‧顯示裝置

210‧‧‧顯示面板

221‧‧‧基材

212‧‧‧畫素陣列

214‧‧‧偏光片

220‧‧‧光學片

222‧‧‧相位延遲膜

230‧‧‧配向層

240‧‧‧保護層

250‧‧‧光學膠

A1‧‧‧穿透軸

A2‧‧‧光軸

A3‧‧‧偏振方向

F1‧‧‧畫面

L1‧‧‧線偏振光

θ1、θ2‧‧‧夾角

圖1繪示習知一種液晶顯示器的剖面示意圖。

圖2繪示依據本發明一實施例之一種整合了光學片的顯示裝置示意圖。

圖3A~圖3C分別繪示一種相位延遲膜中光軸的分佈型態。

圖4為本發明之一種光學片的剖面示意圖。

圖5A~圖5D列舉幾種本發明之光學片的剖面示意圖。

圖6A至圖6D繪示本發明光學片的一種製作方法。

圖7A至圖7B繪示本發明顯示裝置的一種製作方法。

200‧‧‧顯示裝置

210‧‧‧顯示面板

212‧‧‧畫素陣列

214‧‧‧偏光片

220‧‧‧光學片

221‧‧‧基材

222‧‧‧相位延遲膜

A1‧‧‧穿透軸

A2‧‧‧光軸

A3‧‧‧偏振方向

F1‧‧‧畫面

L1‧‧‧線偏振光

θ1、θ2‧‧‧夾角

Claims (25)

1. 一種光學片，適於讓一線偏振光通過，該光學片包括：一基材；以及一相位延遲膜，位於該基材上，該相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，該線偏振光通過該相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，該些光軸呈隨機的排列且該相位延遲膜中不同方向的光軸區域為分子的數量級，其中該相位延遲膜在該線偏振光通過區域的任一處具有λ/2的相位延遲量，λ為該線偏振光的波長。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學片，其中該相位延遲膜之材料為一光學異向性材料，且該光學異向性材料的組成為連續相而不具有微粒相。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學片，其中該相位延遲膜中具有一配向層，位於鄰近該基材的一側，且該相位延遲膜中構成該些光軸的材料位於該配向層中的同一平面上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學片，其中該些光軸在該相位延遲膜中的分佈實質上沿著一同心圓的切線軌跡而排列，該同心圓是由多個半徑不同的圓形所構成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學片，其中該些光軸在該相位延遲膜中的分佈沿著多個同心圓的切線軌跡而排列，且各該同心圓是由多個半徑不同的圓形所構成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學片，其中該些光 軸在該相位延遲膜中的分佈呈現任意排列狀。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學片，其中該基材為一偏振片。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學片，更包括一保護層，該相位延遲膜位於該保護層以及該基材之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學片，更包括一光學膠，其中該光學膠位於該保護層以及該基材之間。
10. 一種顯示裝置，包括：一顯示面板，具有一偏光片，該顯示面板自該偏光片出射一線偏振光；以及一光學片，位於該偏光片上，該光學片具有一相位延遲膜，該相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，該些光軸呈隨機的排列且該相位延遲膜中不同方向的光軸區域為分子的數量級，該線偏振光通過該相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，其中該相位延遲膜在線偏振光通過區域的任一處具有λ/2的相位延遲量，λ為該線偏振光的波長。
11. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該相位延遲膜之材料為光學異向性材料，且該光學異向性材料的組成為連續相而不具有微粒相。
12. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該相位延遲膜中具有一配向層，位於鄰近該偏光片的一側，且該相位延遲膜中構成該些光軸的材料位於該配向層中的同一平面上。
13. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該些光軸在該相位延遲膜中的分佈沿著一同心圓的切線軌跡而排列，該同心圓是由多個半徑不同的圓形所構成。
14. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該些光軸在該相位延遲膜中的分佈沿著多個同心圓的切線軌跡而排列，且各該同心圓是由多個半徑不同的圓形所構成。
15. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該些光軸在該相位延遲膜中的分佈呈現任意排列狀。
16. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，更包括一保護層，該相位延遲膜位於該保護層以及該偏光片之間。
17. 如申請專利範圍第16項所述之顯示裝置，更包括一光學膠，其中該光學膠位於該保護層以及該偏光片之間。
18. 一種光學片的製作方法，包括：提供一基材；以及於該基材上形成一相位延遲膜，其中該相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，該些光軸呈隨機的排列且該相位延遲膜中不同方向的光軸區域為分子的數量級，一線偏振光通過該相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，且該相位延遲膜在該線偏振光通過區域的任一處具有λ/2的相位延遲量，λ為該線偏振光的波長。
19. 如申請專利範圍第18項所述之光學片的製作方法，在該基材上形成該相位延遲膜之前，更包括於該基材上形成一配向層，該配向層具有不同延伸方向的配向結構。
20. 如申請專利範圍第18項所述之光學片的製作方 法，其中在該基材上形成該相位延遲膜的方法包括塗佈製程。
21. 如申請專利範圍第18項所述之光學片的製作方法，在形成該相位延遲膜之後，更包括形成一保護層於該相位延遲膜上，以使得該相位延遲膜位於該保護層以及該基材之間。
22. 如申請專利範圍第21項所述之光學片的製作方法，更包括形成一光學膠於該基材上，以使得該光學膠位於該基材以及該相位延遲膜之間。
23. 如申請專利範圍第21項所述之光學片的製作方法，更包括形成一光學膠於該相位延遲膜上，以使得該光學膠位於該保護層以及該相位延遲膜之間。
24. 一種顯示裝置的製作方法，包括：提供一顯示面板，該顯示面板具有一偏光片，該顯示面板自該偏光片出射一線偏振光；以及於該偏光片上形成一光學片，該光學片有一相位延遲膜，該相位延遲膜具有多個延伸方向不同的光軸，該些光軸呈隨機的排列且該相位延遲膜中不同方向的光軸區域為分子的數量級，該線偏振光通過該相位延遲膜後轉為具有多種不同偏振方向的線偏振光方向，其中該相位延遲膜在線偏振光通過區域的任一處具有λ/2的相位延遲量，λ為該線偏振光的波長。
25. 如申請專利範圍第24項所述之光學片的製作方法，更包括形成一保護層於該相位延遲膜上，以使得該相位延遲膜位於該保護層以及該基材之間。