TWI718172B - 包括轉向膜及漫射器之顯示器 - Google Patents

包括轉向膜及漫射器之顯示器 Download PDF

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Abstract

本發明描述具有一觀看區域的顯示器。所描述者特別係包括一光導；一轉向膜；一液晶模組，其包括二個偏光器；以及一設置鄰近該頂部偏光器之漫射器的顯示器。提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該轉向膜的平面側與該底部吸收偏光器之間鏡面傳遞。描述顯示器作為可切換顯示器可係有用的。

Description

包括轉向膜及漫射器之顯示器
一般而言，顯示器會在背光中包括不同程度的漫射，以遮蔽在光導及其他背光組件中的外觀缺陷及損傷。轉向膜則會透過反射、折射、或其組合而將光自一個輸入角度範圍重導至一個輸出角度範圍。
在一個態樣中，本揭露係關於一種具有一觀看區域之顯示器。該顯示器包括一光導；一設置鄰近該光導之轉向膜，其具有一稜鏡側及一平面側，其中該稜鏡側面向該光導；一設置鄰近該轉向膜之液晶模組，該液晶模組包括一底部吸收偏光器及一頂部吸收偏光器，該液晶模組係定向使得該底部吸收偏光器係鄰近該轉向膜；及一設置鄰近該頂部吸收偏光器之漫射器。提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該光導與該轉向膜的該稜鏡側之間鏡面傳遞。提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該轉向膜的平面側與該底部吸收偏光器之間鏡面傳遞。該轉向膜的平面側係光學平滑的。
在另一態樣中，本揭露係關於一種具有一觀看區域之顯示器。該顯示器包括一光導；一設置鄰近該光導之轉向膜，其具有一稜鏡側及一平面側，其中該稜鏡側面向該光導；一設置鄰近該轉向膜之液晶模組，該液晶模組包括一底部吸收偏光器及一頂部吸收偏光器，該液晶模組係定向使得該底部吸收偏光器係鄰近該轉向膜；及一設置鄰近該頂部吸收偏光器之漫射器。提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該轉向膜的平面側與該底部吸收偏光器之間鏡面傳遞。
100:顯示器
110:光導
120:背反射器
130:轉向膜
140:液晶模組
142:底部吸收偏光器
144:頂部吸收偏光器
150:漫射器
210:曲線
220:曲線
230:曲線
圖1係顯示器之立視截面圖。
圖2係一個實例及一些比較例的正規化照度對傾斜角之圖像。
圖1係顯示器之立視截面圖。顯示器100包括光導110、背反射器120、轉向膜130、包括底部吸收偏光器142與頂部吸收偏光器144之液晶模組140、以及漫射器150。當顯示器100包括液晶層時，其可係稱為或視為液晶顯示器、或LCD顯示器。
光導110可係任何合適的材料、形狀、或大小。在一些實施例中，光導110可係丙烯酸樹脂，其有利於射出模製。在一些實施例中，光導110可係、或可包括另一聚合物。在一些實施例中，光導110可係撓性光導或膜光導。光導110可包括任何合適的數目、形狀、及大小之提取特徵，包括例如凸出、漆點、或凹入。提取器之配 置及組態可經選擇以提供整體空間上均勻分布的光輸出，該光輸出係來自於入射到光導之一或多個側中之光。
在一些實施例中，光導110可係實質上平坦；例如，其可包括一中間波導區，該中間波導區具有幾乎恆定的厚度。例如，光導中間的50%、70%、或90%可具有差異不超過10%、5%、或甚至1%之厚度。在一些實施例中，光導110可係楔形，且光可透過強迫增加、及透過最終由面對(vis-à-vis)頂部或底部的超臨界入射角所提取。
背反射器120係設置在光導110後面或下面(即之於其他顯示器組件的光導110之相對側)。背反射器120可係任何反射材料或反射層。在一些實施例中，背反射器120係一聚合多層光學膜，例如增強鏡面反射器(ESR)(可購自3M Company,St.Paul,Minn.)。在一些實施例中，背反射器120係漫射反射器或郎伯特反射器(Lambertian reflector)，例如白色反射器；鏡面反射器，例如增強鏡面反射器(ESR)；或半鏡面反射器，其具有介於郎伯特反射器與鏡面反射器之間的反射特性。背反射器120有助於最小化光損失，即使顯示器的非觀看側會將光反射回其他組件。
背反射器120可係藉助黏著劑而層壓於光導110，或背反射器120可係自由浮置的；即其可係非黏附於光導110的，反而是簡單地設置在光導110的旁邊、或鄰近光導110。
轉向膜130可以是任何適當的厚度且可由任何適當的材料製成。在一些實施例中，轉向膜130由聚合材料形成，諸如聚碳酸酯、聚苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、及 彼等之共聚物及摻合物。在一些實施例中，轉向膜130可係光學透明、或有低霧度及高清晰度，以避免產生非所欲的散射入射光。在一些實施例中，轉向膜可具有足夠高的折射率，諸如1.5或更大，以確保在足夠寬範圍的角度發生全內反射。其它適當的材料包括丙烯酸、聚苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、及類似者。在一些實施例中，轉向膜130的材料、尺寸、或前述二者可經選擇以產生撓性膜。
在一些實施例中，轉向膜130的頂部表面係平面的，意指實質上平滑、或光學平滑。不過，在所有實施例中，頂部表面不需要係完全平滑的，但還是可能有符合作為實質上平滑表面的資格，只要該表面不包含微結構(或結構化表面漫射器)。例如，轉向膜的頂部表面可係包括或併入抗溼潤、或抗眩光的珠粒狀塗料，且就本說明書之目的而言，此類表面仍可視為實質上平滑、或光學平滑的。對於在實用之目的而言，缺陷的產生也可能係無可避免、不被察覺的，或在許多實施例中也可能係難以控制，而這些不應該被視為此類表面不符光學平滑之資格。
在一些實施例中，轉向膜130的底部表面(面向光導110)係包括微結構的結構化側、或稜鏡側。該些微結構的各者可以是線型微結構；亦即，微結構可沿著與截面形狀實質上相同、或完全相同的方向作延伸。轉向膜130的微結構，及更一般地結構化表面可經由任何適當的程序形成，諸如微複製程序。例如，結構化表面可透過以所欲結構的負形而切削(高速切削、螺紋切削、鑽石車削、或類似者) 出適當工具後，再將順應且可固化或可硬化的材料壓在工具表面上而形成。接著可將材料硬化或固化(例如透過暴露於光線，諸如紫外光)，以留下具有所欲特徵的稜鏡側。其他程序可係可行的，包括以電鍍、雷射切削、或蝕刻工具來鑄製與固化、使用光蝕刻法(諸如工具的雙光子主控)結合鑄製與固化程序、或甚至直接機械加工或加式三維印刷程序。
轉向膜的微結構可全部相同或可不同。在一些實施例中，二或更多種類型的微結構會以一圖案或在不具有可辨別圖案之下進行替代或改變。微結構的各者可具有第一面及第二面。在一些實施例中，該等第一、及第二面與該平面側之平面形成第一夾角、及第二夾角，且這些夾角可係不同的。在一些實施例中，第一面、及第二面具有不同形狀；例如，由截面圖所示，一者可係彎曲的，而另一者可係平坦的、或線型。在底部表面上之微結構的整體配置可具有任何適當的節距，且可在微結構之間具有底部(平坦區域)或可在微結構之間不具有底部(平坦區域)。微結構可以是任何合適的尺寸，且在許多情形中，可以是毫米或微米尺度，在一些情形中，是介於10微米與100微米之間，或介於10微米與300微米之間。微特徵214的節距或尺寸可增加、減少、增加及減少兩者、或維持恆定，以用於底部結構化表面的全部或部分。微結構也可沿著一或多個轉向膜130的部分，改變其形狀、大小、旋轉角度、或節距。在一些實施例中，微結構係空間變異的，而在一些實施例中，轉向膜130之離散的部分之微結構 之間可能具有類似特性，但相鄰部分之微結構之間可能具有不同特徵。
發射自光導110的光係在光導與轉向膜130的稜鏡側之間鏡面傳遞。如本文中所使用「鏡面傳遞(Specularly transmitted)」，係指沿著鏡面傳遞之路徑上，並沒有漫射器、或其他散射組件，無論係主體型或表面型。例如光學清透黏著劑若係非漫射及非散射的，則可加以使用。非漫射及非散射可以小於5%之霧度、或小於1%之霧度而表徵。
液晶模組140包括底部吸收偏光器142及頂部吸收偏光器144。液晶模組可包括任何種類的液晶層，其包括扭轉向列、超扭轉向列、IPS(面內轉換)、或其他。該吸收偏光器可係任何合適的吸收偏光器層，包括作為保護層之在聚乙烯醇(PVA)中具有一或多個三乙酸酯(三乙酸纖維素、或TAC)的偏光元件(例如碘染料)。在一些實施例中，轉向膜130可層壓或黏於液晶模組140之底部偏光器。
自光導110發射的光，在轉向膜130的頂部表面(即最接近液晶模組的表面)與底部吸收偏光器142之間鏡面傳遞。同先前所述，鏡面傳遞係指沿著鏡面傳遞之路徑上，並沒有漫射器、或其他散射組件，無論係主體型或表面型。
漫射器150可係任何合適的漫射器。在一些實施例中，漫射器150可係主體漫射器(bulk diffuser)或體漫射器(volume diffuser)。作為體漫射器或主體漫射器時，漫射器150可係包括珠粒、或可具有不同折射指數之不混溶摻合物。在一些實施例中，漫射 器150可係表面漫射器。作為表面漫射器時，漫射器150可使其之一、或二個主表面微結構化或微紋理化。在一些實施例中，漫射器150可具有結構化頂部表面。在一些實施例中，漫射器150可具有結構化底部表面。在一些實施例中，漫射器150可具有結構化頂部及底部表面。該微結構化表面可係透過任何合適的程序製造，包括微複製(即澆注與固化程序、或以任何合適用以製造模具或工具之類似程序)、額外的製造方法例如3D列印程序、或甚至射出模製。
漫射器150可具有任何適當的霧度及清晰度。在一些實施例中，漫射器150具有大於35%、40%、50%、60%、70%、80%、或甚至90%、或95%之霧度。
在一些實施例中，漫射器150係可切換漫射器。可切換漫射器包括材料，該等材料係例如聚合物分散液晶(PDLC)、及層列A液晶(smectic-A liquid crystal,SmA)，其等可藉由改變霧度而回應於對漫射器所施加的電壓。例如，切換漫射器可藉由施加、或移除電壓差(例如聚合物分散液晶(PDLC)材料)、或藉由施加特定波形(例如A類近晶態液晶(SmA))而將有霧度狀態改變成清透狀態、或相反地從由清透狀態改變成有霧度狀態。在一些實施例中，該可切換轉換器可係雙穩態，代表其可同時維持霧度及清晰狀態很長一段時間，且不需對其持續供電。考慮特定期間為一段長的時間係視操作而定的，可能係大約幾分鐘、幾小時、幾天、幾個月、或甚至幾年的。
漫射器係包括在背光之中(距離觀看者比距離液晶模組還要遠)，以遮蓋可能會產生例如熱點而影嚮照明均勻性的缺陷。這些 膜係自由浮置的，當層壓於背光中的其他組件時，會使相鄰之膜之漫射特性產生潤濕作用(例如，在一些表面漫射器、或甚至主體漫射器具有來自珠粒之表面突起的情況中)、或破壞相鄰之膜的特性，好比過度提取來自光導的光、或潤濕在轉向膜上的稜鏡，使其等無法達到所欲的光學效果。甚至即使的特定表面係彼此層壓的，背光單元本身(即在液晶模組後面的任何東西)通常係以獨立均勻之照明單元模式從背光製造者傳遞給面板製造者，使得至少頂部表面及底部表面係自由浮置的。在此同時，自由浮置之膜必然具有一或二個菲涅耳(Fresnel)反射介面，其會在高度輸入角度敏感的轉向膜背光中製造非所要的離軸光。進一步使情況複雜化的係，如上所述，過去通常認為將漫射器從背光移除係不可行的，因為無可避免地存有外觀缺陷，且該等外觀缺陷在較少漫射器的背光中係可見的。
令人意外的是，不將漫射器設置在背光中，而係將漫射器設置在顯示器中液晶模組的頂部偏光器上時，反而能提供非預期的優越效果，減少了非所要角度上的亮度，同時亦提供有外觀可接受的均勻照明。在背光外的漫射也充分利用了偏光器及LCM(包括吸收性濾色器)，以控制任被漫射器散射回來的光，使得此種光不會被再循環且不會最終變成高角度光。在本文中所描述的顯示器可有用於作為可切換顯示器，其中可選擇窄角觀看及廣角觀看模式，例如，視周圍環境或透過使用者所輸入而定。良好的(低的)離軸光度在需要隱私或窄觀看模式(例如陽光下可讀取模式)中可係有用的，得以預防非所要的離軸光。
實例
卸下來自SONY VAIO PCG-4G1L筆記型電腦(購自Sony Inc.,Tokyo,Japan)的市售背光。將所有存在於背光的組件自機殼移除，擱置在旁。以電子膠帶覆蓋現有的附接在於LCD之LED撓性電路。使用增強鏡面反射器(ESR)(購自3M Company,St.Paul,Minn.)取代背反射器，將兩個楔形光導彼此一上一下地放置於ESR的頂部。將一條LED附接於各光導的發射邊緣，以在背光的任一側上具有一側光式光導。這些LED透過開關連接到外部電源，所以可使任一光導分別地被照光。使用3M 8146-1光學清透黏著劑(OCA)(購自3M Company,St.Paul,Minn.)將轉向膜層壓於LCD的後偏光器。轉向膜具有以50μm節距配置的42μm高度之線型稜鏡，各稜鏡具有一平坦面及一彎曲面。自轉向膜之邊緣處，對應於橫跨該膜之發射邊緣，當節距保持固定時，稜鏡會繞著其等之峰以0.345度/cm之比率旋轉。(然而，具有二個平坦面的標準對稱轉向膜也可產生有類似結果。)將一個霧度為80%之漫射器膜放置在背光中的頂部光導與轉向膜之間。當只有頂部光導照光時，照度對觀看角的測量係使用PR-705 SPECTRASCAN光譜儀(可購自Photo Research,Inc.,Chatsworth,Cal.)藉由WESTAR FPM-520顯示器光學量測系統(可購自Westar Display Technologies,St.Charles,Mo.)而測量。照度正規化為測量到的最大值之一百分率。此以圖2中的曲線210所示。
其次，將漫射器膜從背光移除。光導及反射器之組合會被放回機殼中，如先前所述量測。正規化照度如圖2中的曲線220所示。
其次，使用3M 8146-1光學清透黏著劑(OCA)將霧度同樣為80%的漫射器膜層壓在前偏光器上。光導及反射器之組合會被放回機殼中，如先前所述量測。正規化照度如圖2中的曲線230所示。
計算數種照度分布之離軸光度值。左離軸光度值、及右離軸光度值係藉由以下之平均照度：小於-35度之左離軸光度、及大於+35度之右離軸光度，分別除以最大照度而給出。對曲線210而言，左離軸光度係14.7%，而右離軸光度係6.8%。對曲線220而言，左離軸光度係3.3%，而右離軸光度係1.9%。對曲線230而言，左離軸光度係5.4%，而右離軸光度係2.8%。
以下為本揭露之例示性實施例：
項目1.一種具有一觀看區域之顯示器，其包含：一光導；一設置鄰近該光導之轉向膜，其具有一稜鏡側及一平面側，該稜鏡側面向該光導；一設置鄰近該轉向膜之液晶模組，該液晶模組包括一底部吸收偏光器及一頂部吸收偏光器，該液晶模組係定向使得該底部吸收偏光器係鄰近該轉向膜；及一設置鄰近該頂部吸收偏光器之漫射器； 其中提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該光導與該轉向膜的該稜鏡側之間鏡面傳遞；其中提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該轉向膜的該平面側與該底部吸收偏光器之間鏡面傳遞；且其中該轉向膜的該平面側係光學平滑的。
項目2.如項目1之顯示器，其中該轉向膜的該稜鏡側包括複數個微結構，在該複數個微結構中之各微結構具有至少一第一側及一第二側，該等至少一第一側及一第二側各別與該平面側之一平面形成一第一夾角及一第二夾角，且其中該等第一夾角及第二夾角係不同的。
項目3.如項目1之顯示器，其中該轉向膜的該稜鏡側包括複數個微結構，該複數個微結構中之各微結構具有至少一第一側及一第二側，其中該第一側及該第二側之一但非兩者包括一彎曲刻面。
項目4.如項目1之顯示器，其中該漫射器係一主體漫射器。
項目5.項目1之顯示器，其中該漫射器係一表面漫射器。
項目6.如項目5之顯示器，其中該表面漫射器包括一微複製表面。
項目7.如項目1之顯示器，其中該漫射器具有至少35%之霧度。
項目8.如項目1之顯示器，其中該漫射器具有至少70%之霧度。
項目9.如項目1之顯示器，其中該漫射器具有至少80%之霧度。
項目10.如項目1之顯示器，其中該漫射器係層壓於該頂部吸收偏光器。
項目11.一種可切換顯示器，其包含如項目1之顯示器。
項目12.一種具有一觀看區域之顯示器，其包含：一光導；一設置鄰近該光導之轉向膜，其具有一稜鏡側及一平面側，該稜鏡側面向該光導；一設置鄰近該轉向膜之液晶模組，該液晶模組包括一底部吸收偏光器及一頂部吸收偏光器，該液晶模組係定向使得該底部吸收偏光器係鄰近該轉向膜；及一設置鄰近該頂部吸收偏光器之漫射器；其中提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該轉向膜的該平面側與該底部吸收偏光器之間鏡面傳遞。
項目13.如項目12之顯示器，其中該轉向膜的該平面側係光學平滑的。
項目14.如項目12之顯示器，其中該漫射器係一主體漫射器。
項目15.如項目12之顯示器，其中該漫射器係一表面漫射器。
項目16.如項目15之顯示器，其中該表面漫射器包括一微複製表面。
項目17.如項目12之顯示器，其中該漫射器具有至少35%之霧度。
項目18.如項目12之顯示器，其中該漫射器具有至少70%之霧度。
項目19.如項目12之顯示器，其中該漫射器具有至少80%之霧度。
項目20.一種可切換顯示器，其包含如項目12之顯示器。
本發明並不侷限於上文闡述之實例及實施例的具體揭示，因為詳細描述這些實施例是為了利於解說本發明的各種態樣。而是，應理解本發明涵蓋本發明的所有態樣，包括屬於如隨附申請專利範圍與其均等物所界定的本發明範疇內的各種修改、均等程序、和替代裝置。
100:顯示器
110:光導
120:背反射器
130:轉向膜
140:液晶模組
142:底部吸收偏光器
144:頂部吸收偏光器
150:漫射器

Claims (20)

  1. 一種具有一觀看區域之顯示器，其包含：一光導；一設置鄰近該光導之轉向膜，其具有一稜鏡側及一平面側，該稜鏡側面向該光導，且該稜鏡側包括複數個微結構，該複數個微結構中之至少二個具有相對該轉向膜之不同的旋轉方向；一設置鄰近該轉向膜之液晶模組，該液晶模組包括一底部吸收偏光器及一頂部吸收偏光器，該液晶模組係定向使得該底部吸收偏光器係鄰近該轉向膜；及一設置鄰近該頂部吸收偏光器之漫射器；其中提取自該光導並發射透過該觀看區域的光，係在該光導與該轉向膜的該稜鏡側之間鏡面傳遞；其中該轉向膜層壓或黏於該底部吸收偏光器；且其中該轉向膜的該平面側係光學平滑的。
  2. 如請求項1之顯示器，其中在該複數個微結構中之各微結構具有至少一第一側及一第二側，該等至少一第一側及一第二側各別與該平面側之一平面形成一第一夾角及一第二夾角，且其中該等第一夾角及第二夾角係不同的。
  3. 如請求項1之顯示器，其中該複數個微結構中之各微結構具有至少一第一側及一第二側，其中該第一側及該第二側之一但非兩者包括一彎曲刻面。
  4. 如請求項1之顯示器，其中該漫射器係一主體漫射器。
  5. 如請求項1之顯示器，其中該漫射器係一表面漫射器。
  6. 如請求項5之顯示器，其中該表面漫射器包括一微複製表面。
  7. 如請求項1之顯示器，其中該漫射器具有至少35%之霧度。
  8. 如請求項1之顯示器，其中該漫射器具有至少70%之霧度。
  9. 如請求項1之顯示器，其中該漫射器具有至少80%之霧度。
  10. 如請求項1之顯示器，其中該漫射器係層壓於該頂部吸收偏光器。
  11. 一種可切換顯示器，其包含如請求項1之顯示器。
  12. 一種具有一觀看區域之顯示器，其包含：一光導；一設置鄰近該光導之轉向膜，其具有一稜鏡側及一平面側，該稜鏡側面向該光導，且該稜鏡側包括複數個微結構；一設置鄰近該轉向膜之液晶模組，該液晶模組包括一底部吸收偏光器及一頂部吸收偏光器，該液晶模組係定向使得該底部吸收偏光器係鄰近該轉向膜；及一設置鄰近該頂部吸收偏光器之漫射器，該漫射器與該頂部吸收偏光器並非一體構成；其中提取自該光導並發射透過該觀看區域的光係在該轉向膜的該平面側與該底部吸收偏光器之間鏡面傳遞；且其中該轉向膜層壓或黏於該底部吸收偏光器。
  13. 如請求項12之顯示器，其中該轉向膜的該平面側係光學平滑的。
  14. 如請求項12之顯示器，其中該漫射器係一主體漫射器。
  15. 如請求項12之顯示器，其中該漫射器係一表面漫射器。
  16. 如請求項15之顯示器，其中該表面漫射器包括一微複製表面。
  17. 如請求項12之顯示器，其中該漫射器具有至少35%之霧度。
  18. 如請求項12之顯示器，其中該漫射器具有至少70%之霧度。
  19. 如請求項12之顯示器，其中該漫射器具有至少80%之霧度。
  20. 一種可切換顯示器，其包含如請求項12之顯示器。
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