TWI585475B

TWI585475B - 偏光膜與顯示器

Info

Publication number: TWI585475B
Application number: TW105128322A
Authority: TW
Inventors: 陳建圻; 江宇涵; 林上強; 廖烝賢
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2017-06-01
Also published as: TW201809744A; US10393924B2; CN106324894A; US20180067233A1

Description

偏光膜與顯示器

本發明係關於一種偏光膜，尤指一種可降低各視角的光澤度（gloss）之偏光膜，以及包含前述偏光膜之顯示器。

偏光膜可使光線偏極化而產生平行於偏光膜光軸方向之偏極光，因此，在現今的顯示技術中，仍為多數顯示器不可或缺的構成元件之一，以液晶顯示器為例，當偏光膜應用於液晶顯示器時，液晶顯示器就能利用此偏極光，加上液晶分子本身的扭轉特性，來達到控制光線的通過與否。

由於在顯示器的使用中不可避免的會被外界的環境光所照射，因此，設置於顯示器最外側的偏光膜會使用表面處理的方法降低光澤度(gloss)，以抑制環境光照射顯示器所造成之眩光，然而，在市面上的表面處理中(例如日東電工製造的AGS1、AG150，或是蛾眼(moth-eye)結構)，其抗眩光的能力會隨著環境光之入射角增大而降低，使得光澤度也隨之增加，特別是較大的入射角(例如約85度至約90度)，其光澤度會大幅增加，造成使用者在各個視角所觀看到的亮度產生差異，進而影響使用者觀看顯示器的視覺品質。

本發明的目的之一在於提供一種偏光膜，其透過於偏光膜表面設置粒徑大於等於10微米的粒子，使得環境光照射偏光膜表面之鏡面反射減少，以降低各視角的光澤度，以及包含前述偏光膜之顯示器。

本發明的一實施例提供一種偏光膜，包括黏著層、第一保護層、基體層、第二保護層以及表面保護膜。第一保護層設置於黏著層上，基體層設置於第一保護層上，第二保護層設置於基體層上，表面保護膜設置於第二保護層上，其中表面保護膜包括複數個第一粒子，且第一粒子具有第一粒徑，第一粒徑大於等於10微米。

本發明的另一實施例提供一種顯示器，包括第一基板、第二基板、顯示介質層、上偏光片。第一基板具有多個子畫素，每個子畫素具有至少一主動元件、至少一畫素電極與至少一訊號線，畫素電極電性連接主動元件與訊號線。第二基板與第一基板相對設置，顯示介質層設置於第一基板與第二基板之間，上偏光片設置於第二基板上，其中上偏光片包括如上所述之偏光膜之結構。

本發明之偏光膜之表面保護膜由於具有第一粒子，因此，不論環境光之入射角角度為何，皆具有降低光澤度的效果，使得使用者在各個視角所觀看到的環境反射光亮度降低，進而提升使用者在觀看上的視覺品質。

為使熟悉本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖，第1圖繪示本發明一實施例之偏光膜的剖面示意圖。如第1圖所示，本實施例之偏光膜100包括黏著層102、第一保護層104、基體層106、第二保護層108以及表面保護膜120，以下將依序介紹上述元件之結構以及彼此之相對設置關係。藉由黏著層102將偏光膜100黏著於顯示器或其他需要偏光膜100之產品上。換言之，黏著層102做為偏光膜100的最底層。黏著層102舉例而言可為具有受到壓力施加而產生黏著性質的粘膠，其材料，例如：感壓膠、熱固性有黏性的膠膜(Polyethylene vinylacetate, EVA)、壓克力聚合物、矽類聚合物、聚酯、聚氨酯、聚醯胺、聚醚、氟類或橡膠類聚合物的透明聚合物或其他合適的材料。第一保護層104設置於黏著層102上，在本實施例中，第一保護層104可具有光學補償之性質，以減少在大視角情況下之漏光現象，但不以此為限，第一保護層104具有支撐與保護偏光膜100的作用即可。基體層106設置於第一保護層104上，用以使穿透過基體層106之光線產生偏極化，具有偏光機制。第二保護層108設置於基體層106上，其中，由於基體層106設置於第一保護層104與第二保護層108之間，因此，基體層106可藉由第一保護層104以及第二保護層108而受到保護，以減少脆裂、收縮並阻隔水氣的影響。表面保護膜120設置於第二保護層108上，以作為偏光膜100之最外層結構，精確而言，表面保護膜120具有上表面120a，且表面保護膜120之上表面120a係為本實施例之偏光膜100之表面。此外，在本實施例中，第一保護層104之材料可包括三醋酸纖維(triacetate cellulose film, TAC)或環烯聚合物(cyclo-olefin polymer flim, COP)等有機樹脂，基體層106之材料可包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)，第二保護層108以及表面保護膜120之材料可包括三醋酸纖維、聚酯膜(polyester film, PET)或壓克力等有機樹脂，但皆不以此為限。第一保護層104、第二保護層108以及表面保護膜120之材料可以選自相同或不相同之材料。

表面保護膜120包括複數個第一粒子122，精確而言，第一粒子122突出於表面保護膜120之上表面120a上，使得表面保護膜120之上表面120a崎嶇不平，以提升表面保護膜120之霧度(haze)並降低光澤度(gloss)，須說明的是，在本發明中，霧度係定義為「散射光強度對於總出射光強度之比例」，單位為百分比(%)，光澤度係定義為「物體對於一入射角度之環境光所產生鏡面反射的能力」，舉例而言，當環境光之入射角為80度時，其產生反射角為80度之反射光的能力，單位為光澤度單位(Gloss Unit, GU)。其中，光線或環境光係以可見光為範例。詳細而言，第一粒子122具有第一粒徑，且第一粒徑大於等於10微米(µm)，在本實施例中，各第一粒子122之第一粒徑可為不同的尺寸，例如表面保護膜120中的各第一粒子122之第一粒徑之範圍為約10微米至約15微米，但不以此為限，在變化實施例中，所有的第一粒子122之第一粒徑可皆相同。另外，在本實施例中，第一粒子122之材料可包括矽、二氧化矽、壓克力或其他適合的材料，並且，第一粒子122之折射率為約1.49至約1.59，單位：無，也就是說，第一粒子122之折射率接近於玻璃之折射率，以降低用以顯示畫面之光線在顯示器之玻璃基板與第一粒子122之間的反射現象。

請參考第2圖至第4圖，第2圖繪示具有複數個粒徑為1微米的粒子之表面保護膜利用有限時域差分法(finite-difference time-domain, FDTD)模擬入射光的入射角為60度時反射光之雙向反射分佈函數(bidirectional reflectance distribution function, BRDF)的模擬圖，第3圖繪示具有複數個粒徑為5微米的粒子之表面保護膜利用有限時域差分法模擬入射光的入射角為60度時反射光之雙向反射分佈函數的模擬圖，第4圖繪示具有複數個粒徑為15微米的粒子之表面保護膜利用有限時域差分法模擬入射光的入射角為60度時反射光之雙向反射分佈函數的模擬圖，其中入射光之入射角係定義為入射光的行進方向與表面保護膜的法線方向的夾角，且圖中之圓心至圓周係表示為視角由0度至90度。其中，log(反射光強度)=0可視為較亮，log(反射光強度)=-19可視為較暗，而log(反射光強度)於0~-19之間可視為不同的亮暗程度。如第2圖至第4圖所示，當粒子之粒徑約為1微米時，其反射光線明顯的集中於一處(如第2圖，較亮的白點)，也就是說，此表面保護膜120之上表面120a對於入射角為60度之環境光具有較強的鏡面反射特性，故光澤度較大。而當粒子之粒徑增加約為5微米或15微米時，其反射光線隨著粒徑大小的提升而更加分散(如第3圖以及第4圖)，換句話說，此表面保護膜120之上表面120a對於入射角為60度之環境光之光澤度隨著粒徑大小的提升而降低，因此，藉由有限時域差分法的模擬計算得知光澤度會隨著表面保護膜120所具有的粒子之粒徑大小的提升而降低。另一方面，在第2圖至第4圖中，不論粒子之粒徑大小為何，當粒子折射率之範圍為約1.49至約1.59時，折射率之變化對於反射光線的分散程度的影響並不明顯，也就是說，本實施例之第一粒子122之折射率變化並不明顯影響反射光線的分散程度，進而降低影響光澤度之效果。

請再參考第1圖，在本實施例中，偏光膜100之表面保護膜120可選擇性的包括複數個第二粒子124，而第二粒子124具有第二粒徑，且第二粒徑小於第一粒徑。詳細而言，由於第二粒子124之第二粒徑小於第一粒子122之第一粒徑且大於0微米，因此，第二粒子124可填充第一粒子122之間的縫隙，以更加提升表面保護膜120之霧度以及上表面120a的崎嶇程度，使得環境光的反射更加分散，進而更降低光澤度。在本實施例中，第二粒子124之第二粒徑可為複數種尺寸，較佳的，第二粒子124之第二粒徑小於約10微米且大於0微米，但不以此為限。另外，在本實施例中，第二粒子124之材料可包括二氧化矽、壓克力或其他適合的材料，並且，第二粒子124之折射率為約1.49至約1.59。

另外，本發明另提供表面保護膜120之製作方法，且以包含複數個第一粒子122和複數個第二粒子124為範例，但不限於此。首先，提供一個非固化之有機樹脂，並與複數個第一粒子122和複數個第二粒子124充分混合，再塗佈於第二保護層108上，接著，進行固化製程，將有機樹脂固化，以形成表面保護膜120。須注意的是，由於有機樹脂、第一粒子122以及第二粒子124充分混合，因此，在固化製程後，第一粒子122與第二粒子124會位於表面保護膜120中，且因粒子密度高會有部分之第一粒子122或第二粒子124較鄰近於表面保護膜120之上表面120a而使得上表面120a崎嶇不平，進而提升偏光膜100表面的崎嶇程度(如第1圖所示)。

請參考表1，表1為本發明實例E1~E4之偏光膜之表面保護膜與對照實例E5~E7之偏光膜之表面保護膜之霧度、粒子之粒徑、第一粒子所占面積比以及光澤度對照表，其中對照實例E5至E7之偏光膜之表面保護膜不具有第一粒子，也就是說，對照實例E5至E7之偏光膜之表面保護膜之粒子之粒徑皆小於10微米，而霧度可藉由表面保護膜所具有的粒子多寡調整。如表1所示，在本發明之實例E1至E3中，由於表面保護膜120具有粒徑大於或等於10微米之第一粒子122以及較高的霧度，因此，不論光線之入射角角度為何，其光澤度皆小於等於5GU且大於0GU，甚至小於等於紙張的光澤度(紙張光澤度為約4.1GU)，因此可提供像紙張一樣的顯示器，使用者於任何視角下其光澤度變化較小，且本發明實例E1~E4之可見光穿透度仍可讓使用者看到顯示器所顯示的文字或圖案，則可維持顯示器的辨識度與視覺品質。相較之下，在對照實例E5至E7中，由於表面保護膜120不具有粒徑大於或等於10微米之第一粒子122，因此，雖然對照實例E5、E6相較於本發明實例E1至E3具有更高的霧度，但當光線之入射角角度較大時(例如85度)，其光澤度仍為本發明實例E1至E3之光澤度的數倍，故當表面保護膜120具有第一粒子122時，可有效的降低光澤度。再者，由表一可知表面保護膜120混入第一粒子122與第二粒子124為範例，則表面保護膜120具有粒徑大於或等於10微米，且小於等於25微米之第一粒子122，也具有粒徑大於0微米，且小於10微米之第二粒子124。本發明係以粒徑大於或等於2微米，且小於10微米之第二粒子124為範例。另外，由於本發明實例E4之霧度較低，故當光線之入射角角度較大時，其光澤度的下降程度相較於實例E1至E3較為有限，但值得一提的是，在本發明實例E4與對照實例E7中，雖然本發明實例E4之霧度遠低於對照實例E7之霧度，但由於本發明實例E4之表面保護膜120具有第一粒子122，因此，本發明實例E4之各角度的光澤度仍低於對照實例E7之各角度的光澤度。表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td> </td><td> 實例 </td><td> 霧度 </td><td> 整體粒子之粒徑(µm) </td><td> 第一粒子122所占的面積百分比 </td><td> 光澤度(GU) </td></tr><tr><td> 20° </td><td> 60° </td><td> 85° </td></tr><tr><td> 本發明實例 </td><td> E1 </td><td> 89.0% </td><td> 3～25 </td><td> 40.2% </td><td> 0.1 </td><td> 0.8 </td><td> 1.1 </td></tr><tr><td> E2 </td><td> 86.8% </td><td> 2～16 </td><td> 29.5% </td><td> 0.1 </td><td> 0.8 </td><td> 2.3 </td></tr><tr><td> E3 </td><td> 85.5% </td><td> 2～11 </td><td> 15.8% </td><td> 0.1 </td><td> 1.1 </td><td> 3.7 </td></tr><tr><td> E4 </td><td> 34.0% </td><td> 3～25 </td><td> ＜10% </td><td> 2.2 </td><td> 16 </td><td> 17.1 </td></tr><tr><td> 對照實例 </td><td> E5 </td><td> 90.7% </td><td> 1～5 </td><td> 0% </td><td> 0.1 </td><td> 0.8 </td><td> 12.7 </td></tr><tr><td> E6 </td><td> 91.0% </td><td> ≦3 </td><td> 0% </td><td> 0.1 </td><td> 0.7 </td><td> 17.0 </td></tr><tr><td> E7 </td><td> ＞80.0% </td><td> 3～5 </td><td> 0% </td><td> 2.9 </td><td> 19.8 </td><td> 44.3 </td></tr></TBODY></TABLE>

請參考第5圖至第6圖，並同時參考表1，第5圖繪示表1中實例之入射角角度為85度時光澤度(下文與圖式皆以85度光澤度稱之)與偏光膜之表面保護膜之粒子之最大粒徑之關係圖，第6圖繪示表1中實例之入射角角度為85度時光澤度(下文與圖式皆以85度光澤度稱之)與偏光膜之表面保護膜之第一粒子所占面積比之關係圖，其中第5圖所繪示之實例為E1、E2、E3、E5、E6之粒子之最大粒徑之關係圖，第6圖所繪示之實例為E1、E2、E3、E5之所占面積比之關係圖。如表1與第5圖所示，在對照實例E5、E6中，由於E5中粒子之最大粒徑大於E6中粒子之最大粒徑，因此，E5之85度光澤度低於E6之85度光澤度，同樣的，在本發明實例E1至E3中，由於粒子之最大粒徑由大至小依序為E1、E2、E3，因此，E1之85度光澤度低於E2之85度光澤度，而E2之85度光澤度低於E3之85度光澤度。另一方面，如表1與第6圖所示，在實例E1、E2、E3、E5中，由於第一粒子122所占的面積百分比由大至小依序為E1、E2、E3，而實例E5不具有第一粒子122，並且，實例E1、E2、E3、E5皆具有高霧度，因此，E1之85度光澤度低於E2之85度光澤度，E2之85度光澤度低於E3之85度光澤度，E3之85度光澤度低於E5之85度光澤度。因此，由第5圖至第6圖可知，當偏光膜100之表面保護膜120之粒子之最大粒徑增大或是第一粒子122所占的面積百分比提升時，會使大入射角之光澤度降低，故在本發明之實例E1、E2、E3中，表面保護膜120之霧度大於等於85%且小於等於95%，且第一粒子122於表面保護膜120之上表面120a所佔的面積百分比大於等於15.8%。在本發明之較佳實施例中，表面保護膜120之霧度大於等於85%且小於等於95%，第一粒子122於表面保護膜120之上表面120a所佔的面積百分比範圍為約15.8%至約78.5%，其中78.5%為第一粒子122具有相同粒徑時所能佔據的最大面積百分比。詳細而言，面積百分比量測是以光學顯微鏡所量測面積下第一粒子122所佔面積除以光學顯微鏡所量測面積下的面積百分比，舉例而言光學顯微鏡所量測面積為220微米乘上180微米，其中放大倍率為五倍下量測而得。然本領域技術人員，可依照實際光學顯微鏡量測條件選擇量測面積以及放大倍率。

由上述可知，由於偏光膜100之表面保護膜120具有第一粒子122，因此，不論環境光之入射角角度為何，皆具有降低光澤度的效果，並且，可同時藉由提升表面保護膜120之霧度、粒子之最大粒徑以及第一粒子122所占的面積百分比而使光澤度更為降低，使得使用者在各個視角所觀看到的環境反射光亮度降低，進而提升使用者在觀看上的視覺品質。

請參考第7圖，第7圖繪示本發明一實施例之顯示器的剖面示意圖。如第7圖所示，本實施例之顯示器200包括第一基板202、顯示介質層204、第二基板206、下偏光片210、上偏光片220，以下將依序介紹上述元件之結構以及彼此之相對設置關係。第一基板202可為陣列基板，因此，可於第一基板202上設置主動元件、畫素電極、共用電極等控制畫面顯示之元件。舉例而言，第一基板202具有多個子畫素，每個子畫素具有至少一主動元件、至少一畫素電極與至少一訊號線，畫素電極電性連接主動元件與訊號線，其中訊號線包含掃描線、資料線或是其它線路。第二基板206與第一基板202相對設置。顯示介質層204設置於第一基板202與第二基板206之間。下偏光片210，設置於第一基板202上，可選擇設置於第一基板202的內表面或外表面，圖式僅為示意。其中，下偏光片210可為一般的膜片或線柵偏光片(wire-grid polarizer)。上偏光片220，設置於第二基板206上，可選擇設置於第二基板206的內表面或外表面，圖式僅為示意。其中，上偏光片220是位於使用者觀看的一側，下偏光片210是位於遠離使用者，且上偏光片220位於使用者與下偏光片210之間。此外，顯示介質層204包括液晶層，其中液晶層包括複數個液晶分子。顯示介質層204也可包括有機發光二極體搭配液晶層或量子點搭配液晶層。當顯示介質層204僅為發光層(包含有機或/及無機)或量子點時，可不存在下偏光片210。第7圖僅繪示顯示介質層204以液晶層為範例，而第7圖所繪示之顯示器200係以液晶顯示器為例，但不以此為限。詳細而言，舉例來說，下偏光片210設置於第一基板202上並位於第一基板202相反於顯示介質層204之一側，上偏光片220設置於第二基板206上並位於第二基板206相反於顯示介質層204之一側，亦即第一基板202與第二基板206皆位於下偏光片210與上偏光片220之間，其中上偏光片220包括如第1圖所示之偏光膜100之結構。更進一步說明，本實施例之顯示器200更包括背光模組208，而下偏光片210設置於背光模組208與第一基板202之間，因此，下偏光片210相較於上偏光片220較為接近背光模組208。除此之外，本實施例之顯示器200可另包括彩色濾光層、黑色矩陣層或其他適合的膜層或結構，以提供更佳的畫面顯示效果。此外，在本實施例中，第一基板202與第二基板206可為透明基板例如玻璃基板、塑膠基板、石英基板、藍寶石基板或其它適合的硬質基板或可撓式基板。除此之外，在變化實施例中，顯示器200可為雙面液晶顯示器，也就是說，顯示器200可具有兩個下偏光片210以及兩個上偏光片220，同樣的，下偏光片210相較於上偏光片220較為接近背光模組208，且上偏光片220皆包括如第1圖所示之偏光膜100之結構。

在本實施例中，由於顯示器200之上偏光片220包括如第1圖所示之偏光膜100之結構，因此，當環境光照射於顯示器200之上偏光片220時，不論環境光之入射角角度為何，皆具有降低光澤度的效果，使得使用者在各個視角所觀看到的環境反射光亮度降低，進而提升使用者觀看顯示器200的視覺品質。

綜上所述，本發明之偏光膜之表面保護膜由於具有粒徑大於或等於10微米之第一粒子，因此，不論環境光之入射角角度為何，皆具有降低光澤度的效果，並且，可同時藉由提升表面保護膜之霧度、粒子之最大粒徑以及第一粒子所占的面積百分比而使光澤度更為降低，使得使用者在各個視角所觀看到的環境反射光亮度降低，進而提升使用者在觀看上的視覺品質。另一方面，本發明之顯示器之上偏光片由於具有上述之偏光膜之結構，因此，當環境光照射於顯示器之上偏光片時，不論環境光之入射角角度為何，皆具有降低光澤度的效果，使得使用者在各個視角所觀看到的環境反射光亮度降低，進而提升使用者觀看顯示器的視覺品質。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧偏光膜

102‧‧‧黏著層

104‧‧‧第一保護層

106‧‧‧基體層

108‧‧‧第二保護層

120‧‧‧表面保護膜

120a‧‧‧上表面

122‧‧‧第一粒子

124‧‧‧第二粒子

200‧‧‧顯示器

202‧‧‧第一基板

204‧‧‧顯示介質層

206‧‧‧第二基板

208‧‧‧背光模組

210‧‧‧下偏光片

220‧‧‧上偏光片

第1圖繪示本發明一實施例之偏光膜的剖面示意圖。第2圖繪示具有複數個粒徑為1微米的粒子之表面保護膜利用有限時域差分法(finite-difference time-domain, FDTD)模擬入射光的入射角為60度時反射光之雙向反射分佈函數(bidirectional reflectance distribution function, BRDF)的模擬圖。第3圖繪示具有複數個粒徑為5微米的粒子之表面保護膜利用有限時域差分法模擬入射光的入射角為60度時反射光之雙向反射分佈函數的模擬圖。第4圖繪示具有複數個粒徑為15微米的粒子之表面保護膜利用有限時域差分法模擬入射光的入射角為60度時反射光之雙向反射分佈函數的模擬圖。第5圖繪示表1中實例之入射角角度為85度時光澤度與偏光膜之表面保護膜之粒子之最大粒徑之關係圖。第6圖繪示表1中實例之入射角角度為85度時光澤度與偏光膜之表面保護膜之第一粒子所占面積比之關係圖。第7圖繪示本發明一實施例之顯示器的剖面示意圖。