CN101334495A - 光学滤光膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学滤光膜，其包括凸块、第一共形半穿透膜、共形间隙层以及第二共形半穿透膜。凸块具有一表面，其表面在不同区域上分别具有不同的法向量。并且，第一共形半穿透膜配置于凸块的表面上，而共形间隙层配置于第一共形半穿透膜上。此外，第二共形半穿透膜配置于共形间隙层上。借由调整共形间隙层的膜厚，光线经过第一共形半穿透膜、共形间隙层以及第二共形半穿透膜所组成的结构作用后，可以呈现不同的色彩。上述的光学滤光膜具有高色彩饱和度以及高光线穿透率的优点。此外，上述的光学滤光膜可改善大视角情况下的色偏现象。

Description

光学滤光膜

技术领域

本发明是有关于一种光学滤光膜(optical filter)，且特别是有关于一种具有凸块(bump)的光学滤光膜。

背景技术

彩色液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)主要是利用彩色滤光片以达到多彩化的显示效果。彩色滤光片通常是架构于透明玻璃基板上，此透明玻璃基板上主要配置有用以遮光的黑矩阵(Black Matrix，BM)以及对应于各个像素排列的彩色滤光单元，例如红色滤光单元、绿色滤光单元以及蓝色滤光单元等。借由彩色滤光单元的作用，可使穿过彩色滤光片的光线呈现不同颜色而有多彩化的显示效果。

一般而言，彩色滤光单元由树脂与不同颜色的颜料混合而成，当光线通过彩色滤光单元时，仅容许特定波长的光线穿透，因而可呈现不同颜色。然而，彩色滤光单元进行滤光作用的同时会吸收部分光线，而使光线的穿透率降低。此外，光线通过彩色滤光单元后，所呈现的影像常有色饱和度不足的现象。如此一来，应用现有的彩色滤光片的显示装置无法满足使用者追求高画面品质的要求。

因此，一种如图1所绘示的光学滤光膜被提出。请参照图1，光学滤光膜100包括第一半穿透膜110、间隙层120以及第二半穿透膜130。光线通过光学滤光膜100后，会因干涉作用而具有特定的波长。并且，借着改变间隙层120的膜厚，即可针对穿透光线的波长有所调变而呈现各种不同的色彩。由于，光线的波长能够精确地调整，而使光线经光学滤光膜100作用之后呈现高色彩饱和度。同时，光线的穿透率仍可维持在70％以上。简言之，光学滤光膜100可以达到高色彩饱和度的显示功效又可兼顾高光线穿透率的优点。

然而，在大视角处观看时，光线是沿着箭头I方向行经光学滤光膜100的，而正视时，光线则是沿箭头II的方向行经光学滤光膜100的。相较于沿箭头II行走的光线，沿箭头I行走的光线行经间隙层120的长度较长。如此一来，经光学滤光膜100作用后，光线所呈现的颜色在不同角度观看下便会有所不同。也就是说，光学滤光膜100虽具有高光线穿透率与高色彩饱和度的优点，却因其在大视角下会产生色偏(color washout)的现象，而无法应用在对视角要求较广的显示产品上。

发明内容

本发明提供一种光学滤光膜，以解决现有的光学滤光膜在大视角观看下，产生色偏(color washout)的问题。

本发明提出一种光学滤光膜，其包括凸块、第一共形半穿透膜、共形间隙层以及第二共形半穿透膜。凸块具有一表面，其表面在不同区域上分别具有不同的法向量。同时，第一共形半穿透膜配置于凸块的表面上，而共形间隙层配置于第一共形半穿透膜上。此外，第二共形半穿透膜配置于共形间隙层上。借由调整共形间隙层的膜厚，光线经过第一共形半穿透膜、共形间隙层以及第二共形半穿透膜所组成的结构作用后，可呈现不同的色彩。

在本发明的光学滤光膜中，上述的凸块的材质包括透明材质，其折射率例如是小于第一共形半穿透膜的折射率。

在本发明的光学滤光膜中，上述的凸块的外型包括半圆球体或半椭球体。另外，凸块也可以是凸多面体(convex polyhedron)，且此凸多面体的轮廓大致构成半球体或半椭球体。

更进一步而言，在本发明的光学滤光膜中，上述的凸块例如是位于一半球状空间内，而凸块例如是多个平行叠置的圆台(a frustum of a cone)结构，且各个圆台结构的最大圆周与最小圆周位在半球状空间的边界上。

除此之外，在本发明的光学滤光膜中，上述的凸块例如是位于一半椭球状空间内，而凸块例如是多个平行叠置的椭圆台(a frustum of a elliptical cone)结构，且各个椭圆台结构的最大圆周与最小圆周位在此半球状空间的边界上。

在本发明的光学滤光膜中，上述的第一共形半穿透膜与第二共形半穿透膜的材质例如是银或是铬，而共形间隙层的材质包括氧化硅、氮化硅或其他透明介电材料。

本发明将具有滤光作用的薄膜结构形成于一凸块上，且此薄膜结构与凸块共形，因此在大视角处观看穿过此光学滤光膜的光线时，光线颜色不会发生色偏的现象。若将本发明的光学滤光膜应用在显示装置当中，可使大型化显示装置具有良好的显示品质。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是现有的一种光学滤光膜的示意图。

图2为本发明的第一实施例的光学滤光膜的剖面示意图。

图3A为本发明的第二实施例的光学滤光膜的侧视示意图。

图3B绘示本发明的第二实施例的光学滤光膜的剖面示意图。

图4为本发明的第三实施例的光学滤光膜的剖面示意图。

具体实施方式

由现有技术得知，利用两半透膜层中间夹一透明间隙层的结构可使得通过此结构的光线发生干涉作用，而具有滤光的功能。其中，间隙层的膜厚是调整出射光线颜色的重要关键。然而，现有的光学滤光膜在大视角观看之下会有色偏的情形。因此，本发明提出一种新的光学滤光膜，主要是将上述的具有滤光作用的薄膜结构形成在一凸块上，以使大视角观看之下，所产生的色偏现象能够被大幅地改善。

图2为本发明的第一实施例的光学滤光膜的剖面示意图。请参照图2，本实施例的光学滤光膜200包括凸块210、第一共形半穿透膜220、共形间隙层230以及第二共形半穿透膜240。其中，凸块210具有一表面212，其表面212在不同区域上分别具有不同的法向量214。并且，第一共形半穿透膜220配置于凸块210的表面212上，而共形间隙层230配置于第一共形半穿透膜220上。此外，第二共形半穿透膜240配置于共形间隙层230上。借由调整共形间隙层230的膜厚，可使光线A经过第一共形半穿透膜220、共形间隙层230以及第二共形半穿透膜240所组成的结构作用后，呈现不同的色彩。以下将第一共形半穿透膜220、共形间隙层230以及第二共形半穿透膜240所组成的结构称的为滤光结构250。

共形间隙层230的膜厚影响光线A通过滤光结构250后所呈现的颜色。因此，为了改善大视角观看下所发生的色偏情形，必须使以各个角度通过光学滤光膜200的光线A行经共形间隙层230的路径长度大致相同。在本实施例中，凸块210的表面212在不同区域上分别具有不同的法向量214，因此在不同角度下通过光学滤光膜200的光线A1皆可以垂直地通过凸块210的表面212部份区域，或是滤光结构250的部份区域。换言之，光线A1是沿凸块210的表面212上各个区域的法向量214方向散发出去的。此时，不同行进方向的光线A1行经共形间隙层230的路径长度是大致相同的，因此当使用者在大视角观看通过此光学滤光膜200的光线A1时，色偏现象可以大幅被改善。具体而言，欲达成上述条件，凸块210的外型例如是半圆球体、半椭球体或是其他类似的外型。另外，为了使光线能够更有效率地穿透凸块210以进入滤光结构250，凸块210的材质较佳是采用透明材质。

实际上，光线A不仅是沿着各个法向量214的方向穿过滤光结构250的部份区域，光线A的穿透路径也可能不平行于各个表面212的法向量214，如光线A2所示。在此情形之下，光线A2行经共形间隙层230的长度会大于光线A1行经共形间隙层230的长度，而有可能造成光线A2所呈现的颜色发生色偏的情形。为了使光线A2与光线A1行经共形间隙层230的路径长度能够更加接近，可以选定特别的材质以制作凸块210，令凸块210的折射率小于第一共形半穿透膜220的折射率。

根据斯涅耳(Snell)定律，光线从折射率较小的光疏介质进入折射率较大的光密介质时，其折射角会小于入射角，也就是光线经折射之后会向法线方向偏折。在本实施例中，光线A2自较小折射率的凸块210进入较大折射率的第一共形半穿透膜220后，其路径可以因折射作用而更接近法向量214的方向(如图2的光线A2’所示)。如此一来，光线A2经过滤光结构250作用后所呈现的颜色，可以更接近光线A1欲呈现的颜色。整体而言，本发明的光学滤光膜200可以有效地改善色偏的问题。

除此之外，本实施例的第一共形半穿透膜220与第二共形半穿透膜240的材质例如是银或是铬等半透明材质，而共形间隙层230的材质包括氧化硅、氮化硅或其他透明介电材料。当共形间隙层230的材质为二氧化硅(SiO₂)时，共形间隙层230的厚度例如可以是介于5～120纳米、120～145纳米以及145～190纳米三种厚度，以使光线经过滤光结构250后分别呈现蓝色、绿色及红色。另一方面，当共形间隙层230的材质为氮化硅(Si₃N₄)时，共形间隙层230的厚度例如是调整至介于5～70纳米、70～95纳米以及95～120纳米三种厚度，以使光线经过滤光结构250后分别呈现蓝色、绿色及红色。值得注意的是，光线在经过滤光结构250的作用之后，其穿透率都可以维持在70％以上。因此，本发明的光学滤光膜200的显示品质具有高光线穿透率、高色彩饱和度及广视角的优点。

图3A为本发明的第二实施例的光学滤光膜的侧视示意图，而图3B绘示本发明的第二实施例的光学滤光膜的剖面示意图。请同时参照图3A与图3B，本实施例的光学滤光膜300与第一实施例的光学滤光膜200相似，二者主要差异之处在于，光学滤光膜300中，凸块310是凸多面体(convex polyhedron)，且此凸多面体的轮廓趋近于半球体或半椭球体。凸多面体的概念在于，把多面体的任何一个面伸展为平面时，所有此物体中其他各面都在这个平面的相同一侧，这样的多面体叫做凸多面体。本实施例的光学滤光膜300是在凸多面体外型的凸块310的表面上形成第一共形半穿透膜320、共形间隙层330以及第二共形半穿透膜340而构成的。如此设计的光学滤光膜300与第一实施例的光学滤光膜200具有相似的优点。另外，凸多面体的外型越接近半圆球型或是半椭球型，则光学滤光膜300在大视角处越不容易发生色偏的情形，亦即光学滤光膜300的效能越好。

当然，本发明并不将凸块的外型限定于上述实施例的各种形状，实质上，凸块若是具有接近半球状或是半椭球状的其他外型，皆可使光学滤光膜具有上述的各项优点。

举例来说，图4为本发明的第三实施例的光学滤光膜的剖面示意图。本实施例的光学滤光膜400与第一实施例的光学滤光膜200相似，二者主要差异之处如下所述，请参照图4，光学滤光膜400例如是位于半球状空间402内或是半椭球状(未绘示)空间内，且凸块410包括多个平行叠置的圆台412(a frustumof a cone)结构。各个圆台结构412的最大圆周412a与最小圆周412b位在半球状空间402或是半椭球状(未绘示)空间的边界上。一般来说，圆台是一个立体图形，上下面各为圆形；圆台可以看成一个大圆锥截去一个相似的小圆锥的锥部所剩下的形状。本实施例中，凸块410的轮廓接近半球状或半椭球状的外型，于凸块410上形成第一共形半穿透膜420、共形间隙层430以及第二共形半穿透膜440所构成的光学滤光膜400可具有与前述实施例的光学滤光膜200、300相似的优点。也就是说，光学滤光膜400可应用在对视角广度要求较高的显示产品上。

综上所述，本发明的光学滤光膜至少具有以下所述的优点：

1.本发明的光学滤光膜可使通过它的光线呈现高色彩饱和度的不同色彩，同时本发明的光学滤光膜也具有高光线穿透率的优点。

2.本发明的光学滤光膜在不同视角之下所呈现的影像品质大致相同，而有效地改善光学滤光膜在大视角观看之下的色偏问题。

3.本发明的光学滤光膜应用在显示装置上，可以使显示装置具有良好的显示品质。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (14)

1.一种光学滤光膜，其特征在于，包括：

一凸块，具有一表面，其中所述表面在不同区域上分别具有不同的法向量；

一第一共形半穿透膜，配置于所述凸块的所述表面上；

一共形间隙层，配置于所述第一共形半穿透膜上；以及

一第二共形半穿透膜，配置于所述共形间隙层上，其中借由调整所述共形间隙层的膜厚，可使光线经过所述第一共形半穿透膜、所述共形间隙层以及所述第二共形半穿透膜所组成的结构作用后，呈现不同的色彩。

2.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述凸块的折射率小于所述第一共形半穿透膜的折射率。

3.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述凸块的材质包括透明材质。

4.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述凸块的外型包括半圆球体或半椭球体。

5.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述凸块包括一凸多面体，且所述凸多面体的轮廓可大致构成半球体或半椭球体。

6.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述凸块位于一半球状空间内或一半椭球状空间内。

7.如权利要求6所述的光学滤光膜，其特征在于，所述凸块包括多个平行叠置的圆台结构。

8.如权利要求7所述的光学滤光膜，其特征在于，各所述圆台结构的最大圆周与最小圆周位在所述半球状空间的边界上。

9.如权利要求6所述的光学滤光膜，其特征在于，所述凸块包括多个平行叠置的椭圆台结构。

10.如权利要求9所述的光学滤光膜，其特征在于，各所述椭圆台结构的最大圆周与最小圆周位在所述半椭球状空间的边界上。

11.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述第一共形半穿透膜的材质包括银或是铬。

12.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述第二共形半穿透膜的材质包括银或是铬。

13.如权利要求1所述的光学滤光膜，其特征在于，所述共形间隙层的材质包括透明介电材料。

14.如权利要求13所述的光学滤光膜，其特征在于，所述透明介电材料包括氧化硅、氮化硅。

Images