CN101644851B - 光学膜及其制造方法以及显示单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能够提高显示单元的亮度的光学膜及其制造方法、包括其的照明系统以及包括其的显示单元，其中，显示单元的出射光的水平方向上的视角比垂直方向上的视角宽，并且显示单元的出射光具有在垂直方向上可通过偏光太阳镜观察到的偏光成分。光学膜包括沿一个方向延伸并沿与这个方向相交的方向依次排列的多个三维结构。三维结构包含具有定向性的液晶聚合物，并具有三维结构的延伸方向上的折射率小于与三维结构的延伸方向相交的方向上的折射率的折射率各向异性。因此，通过本发明，光学膜的三维结构没有由拉伸所引起的形变。

Description

光学膜及其制造方法以及显示单元
相关申请的参考
本申请包含于2008年8月4日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2008-200671的主题，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及具有折射率各向异性的光学膜及其制造方法以及包括具有折射率各向异性的光学膜的显示单元。
背景技术
这些年来，由于液晶显示器具有电功耗低、节省空间特性和成本低的优点，所以，过去一直作为显示器主流的阴极射线管(CRT)已被液晶显示器所替代。
当通过(例如)在显示图像时的照明方法进行分类时，存在多种类型的液晶显示器。代表实例包括通过使用配置在液晶面板后的光源来显示图像的透射型液晶显示器。
在这种显示器中，极其重要的是降低电功耗并增加显示器亮度以增加显示器的商业价值。因此，强烈渴望增大设置在液晶面板和光源之间的光学系统的增益，同时使光源的电功耗尽可能保持低。
例如，已公开了在液晶面板和光源之间设置用作亮度增强膜的棱镜片的技术。在棱镜片中，例如，在树脂膜上平行地排列成具有90度顶角的等腰三角柱形状的多个棱镜。能够通过使用棱镜的聚光效应来增加正面亮度。此外，已公开了以下技术：在上述棱镜片中使用沿棱镜延伸方向的折射率与沿棱镜的排列方向的折射率不同的棱镜。在这种棱镜片中，除了棱镜的聚光效应外，通过使用由于临界角的差异而产生的界面反射而在棱镜的斜面上执行偏光分离，从而能够增加正面亮度。
可以如下制造具有如上所述的偏光分离功能的棱镜片。例如，在包含半结晶树脂或结晶树脂的片的一面上形成多个柱状棱镜。此后，沿一个面内方向拉伸该片(参见日本未审查专利申请公开第01-273002号和美国专利公开第2006/0138702号)。
然而，在上述制作方法中存在以下缺点：棱镜的形状在拉伸过程中易于毁坏，并且难以精确地获得期望的结构。此外，在上述制作方法中，为了即使在拉伸之后也能保持初始的三维形状，需要沿棱镜的脊线方向拉伸棱镜片。此外，在拉伸方向具有高折射率的正树脂中，由拉伸产生的折射率差通常大于在拉伸方向具有低折射率的负树脂中由拉伸产生的折射率差。因此，为了获得高双折射，通常使用正树脂。因此，在通过拉伸制得的高双折射棱镜片中，脊线方向的折射率通常大于在与脊线方向相垂直的方向的折射率。
发明内容
通常，在液晶显示器中，为了使水平方向的视角变宽，棱镜片经配置以使脊线方向是水平的。因此，在使用通过拉伸制得的高双折射棱镜片的情况下，棱镜片同样经配置以使脊线方向是水平的。然而，在这种情况下，棱镜片的透射轴变成垂直偏光，其与配置在液晶面板的光入射侧上的偏光片的透射轴垂直。结果，存在亮度降低的缺点。
因此，考虑将配置在液晶面板的光入射侧上的偏光片的透射轴设置为与棱镜片的透射轴相同的垂直偏光。然而，在此情况中，配置在液晶面板的光出射侧上的偏光片的透射轴变成水平偏光，并且通过普通的偏光太阳镜难以观察到已透射过偏光片的光。
鉴于上述，在本发明中，期望提供一种能够进一步增加显示单元的亮度的光学膜，其中，显示单元的出射光的水平方向的视角宽于垂直方向的视角，并且显示单元的出射光具有可通过偏光太阳镜观察到的垂直方向的偏光成分；包括光学膜的照明系统；以及包括光学膜的显示单元。
根据本发明的实施方式，提供了一种包括多个三维结构的光学膜，这些三维结构沿一个方向延伸并沿与这个方向相交的方向依次排列。上述三维结构包括具有定向性的液晶聚合物。此外，上述三维结构具有折射率各向异性，其中，三维结构的延伸方向上的折射率小于在与三维结构的延伸方向相交的方向上的折射率。根据本发明的实施方式，提供了一种显示单元，包括基于图像信号驱动的面板、夹有显示面板的一对偏光片、照亮面板的光源以及设置在偏光片和光源之间的上述光学膜。
在本发明实施方式的光学膜和显示单元中，三维结构的延伸方向上的折射率小于在与三维结构的延伸方向相交的方向上的折射率。因此，沿与三维结构的延伸方向平行的方向定向光学膜的偏光轴。“沿平行的方向定向”是以下概念：不仅包括与三维结构的延伸方向平行地定向光学膜的偏光轴的情况，而且还包括沿以在0度到45度的范围内(包括端值)的角度与三维结构的延伸方向相交的方向定向光学膜的偏光轴的情况。此外，例如，可以通过用紫外线照射包含沿三维结构的排列方向具有定向性的杆状液晶单体与光聚合引发剂的组成物(composition of matter)，并从而使杆状液晶单体聚合来形成包含具有定向性的液晶聚合物的三维结构。因此，可通过除了拉伸以外的方法来形成三维结构。
根据本发明实施方式的光学膜制造方法包括以下的两个步骤：
A.第一步骤，在基底和透光膜之间保持包含杆状液晶单体与光聚合引发剂的组成物，基底包括沿一个方向延伸并沿与这个方向相交的方向依次排列的多个三维结构，透光膜与基底的三维结构相对地配置，在杆状液晶单体的熔点以上的温度下加热组成物，使压辊与透光膜接触，使压辊沿基底的三维结构的排列方向滚动，从而挤压组成物；以及
B.第二步骤，使组成物冷却至常温，用紫外线照射组成物并从而使杆状液晶单体聚合，并使透光膜与基底分离。
在根据本发明实施方式的光学膜制造方法中，在熔点以上来加热组成物中的杆状液晶单体，从而组成物变成液态。液态的组成物被挤压并沿基底的三维结构的排列方向移动，并且使其液晶定向。此后，通过用紫外线照射组成物，使杆状液晶单体聚合，并变成在基底的三维结构的排列方向上具有定向性的晶体聚合物。因此，在根据本发明实施方式的光学膜制造方法中，无需使用拉伸就可以使组成物具有折射率各向异性。“沿被挤压和移动的方向”不仅包括组成物被挤压和移动的方向，而且还包括以大于0度且小于45度的角度与组成物被挤压和移动的方向相交的方向。结果，在组成物中，基底的三维结构的延伸方向上的折射率变得小于与基底的三维结构的延伸方向相交的方向上的折射率。
根据本发明实施方式的光学膜和显示单元，三维结构的延伸方向上的折射率小于与三维结构的延伸方向相交的方向上的折射率。因此，在光学膜经配置以使三维结构的延伸方向变水平从而使水平方向上的视角变宽的情况中，光学膜的偏光轴可以是水平偏光。从而，在将一个偏光片配置在液晶面板的光入射侧上以使偏光轴与光学膜的偏光轴平行而将另一个偏光片配置在液晶面板的光出射侧上以使偏光轴与光入射侧上的偏光片的偏光轴正交从而提高显示单元的亮度的情况中，在液晶面板的光出射侧上的偏光片的偏光轴变成垂直偏光。因此，透射过配置在液晶面板的光出射侧上的偏光片的光可通过普通的偏光太阳镜观察到。因此，在本发明的实施方式中，显示单元的出射光的水平方向上的视角比垂直方向上的视角宽。此外，显示单元的出射光可具有在垂直方向上可通过偏光太阳镜观察到的偏光成分，并且可以提高显示单元的亮度。在本发明的实施方式中，使用具有定向性的液晶聚合物，从而在光学膜的三维结构中产生了折射率各向异性。因此，光学膜的三维结构没有由拉伸所引起的形变。
根据本发明实施方式的光学膜制造方法，在液态的、包含杆状液晶单体的组成物被挤压并沿基底的三维结构的排列方向移动之后，用紫外线照射组成物，并从而使杆状液晶单体聚合，因此，形成了包含在基底的三维结构的排列方向上具有定向性的液晶聚合物的光学膜。因此，在光学膜经配置以使光学膜的三维结构的延伸方向变水平从而使水平方向上的视角变宽的情况中，光学膜的偏光轴可以是水平偏光。从而，在将一个偏光片配置在液晶面板的光入射侧上以使偏光轴与光学膜的偏光轴平行而将另一个偏光片配置在液晶面板的光出射侧上以使偏光轴与光入射侧上的偏光片的偏光轴正交从而提高显示单元的亮度的情况中，液晶面板的光出射侧上的偏光片的偏光轴变成垂直偏光。因此，透射过配置在液晶面板的光出射侧上的偏光片的光可通过普通的偏光太阳镜观察到。因此，在本发明的实施方式中，显示单元的出射光的水平方向上的视角比垂直方向上的视角宽。此外，显示单元的出射光可具有在垂直方向上可通过偏光太阳镜观察到的偏光成分，并且可以提高显示单元的亮度。在本发明的实施方式中，使用了具有定向性的液晶聚合物，并从而在光学膜的三维结构中产生了折射率各向异性。因此，光学膜的三维结构没有由拉伸所引起的形变。
从以下描述将更加全面了解本发明的其他和另外的目的、特性和优点。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施方式的显示单元的构造实例的展开透视图；
图2是示出了图1的亮度增强膜的结构实例的横截面图；
图3是说明图1的亮度增强膜的光学特性的概念图；
图4A和图4B是用于说明形成图1的亮度增强膜的方法的实例的截面图；
图5A和图5B是说明图4A和图4B之后的步骤的截面图；
图6是图解示出了图5A和图5B的步骤中的取向状态的示意图；
图7A～图7C是说明图6之后的步骤的截面图；
图8是用于说明DSC曲线的特性图；
图9是用于通过另一种方法形成图1的亮度增强膜的制造设备的示意构造图；
图10是说明图1的显示单元的操作的示意构造图；
图11是说明测量双折射的方法的实例的概念图；以及
图12是说明双折射的偏光轴的概念图。
具体实施方式
下文中将参照附图详细描述本发明的实施方式。
图1示出了根据本发明实施方式的显示单元1的示意性构造。显示单元1包括液晶显示面板10、夹有液晶显示面板10的第一偏光片20A和第二偏光片20B、配置在第一偏光片20A后的照明系统30以及用于通过驱动液晶显示面板10来显示图像的驱动电路(未示出)。在显示单元1中，第二偏光片20B的正面定向至观察者侧(未示出)。
例如，液晶显示面板10是响应于图像信号来驱动每个像素的透射型显示面板。液晶显示面板10具有液晶层夹在一对透明基板之间的结构。具体地，液晶显示面板10从观察者侧起依次具有透明基板、滤色片、透明电极、取向膜、液晶层、取向膜、透明像素电极和透明基板。
通常，透明基板是对可见光透明的基板。在照明系统30侧上的透明基板上，形成包括作为驱动元件电连接至透明像素电极的TFT(薄膜晶体管)、配线等的有源驱动电路。作为滤色片，配置了用于将从照明系统30出射的光分别分成红(R)、绿(G)和蓝(B)的三原色的滤色片。透明电极由(例如)ITO(氧化铟锡)制成，并用作公共的相对电极。取向膜由(例如)诸如聚酰亚胺的聚合物材料制成，并用于执行液晶的取向。液晶层由(例如)VA(垂直定向)型液晶、TN(扭曲向列)型液晶或STN(超扭曲向列)型液晶制成。液晶层具有通过从驱动电路(未示出)施加的电压对于每个像素来透射或阻断从照明系统30出射的光的功能。透明像素电极由(例如)ITO制成，并用作每个像素的电极。
第一偏光片20A是配置在液晶显示面板10的光入射侧上的偏光片。第二偏光片20B是配置在液晶显示面板10的光出射侧上的偏光片。第一偏光片20A和第二偏光片20B是一种光闸，并且仅透射特定振动方向上的光(偏光)。第一偏光片20A和第二偏光片20B分别经配置以使其偏光轴定向为彼此相差90度。因此，从照明系统30出射的光透射过液晶层或被阻断。
第一偏光片20A的偏光轴a(透射轴)的定向由稍后所述的亮度增强膜33在凸出部33a的延伸方向上的折射率与亮度增强膜33在与凸出部33a的延伸方向正交的方向上的折射率之间的大小关系来确定。具体地，第一偏光片20A的偏光轴a的定向被设置为使亮度增强膜33在与偏光轴a平行的方向上的折射率小于亮度增强膜33在与偏光轴a正交的方向上的折射率。
在本实施方式中，如稍后所述，亮度增强膜33在凸出部33a的延伸方向上的折射率小于亮度增强膜33在与凸出部33a的延伸方向正交的方向上的折射率。因此，第一偏光片20A的偏光轴a沿与凸出部33a的延伸方向平行的方向定向。“沿平行的方向定向”是以下概念：不仅包括沿与凸出部33a的延伸方向平行的方向定向第一偏光片20A的偏光轴a的情况，而且还包括沿以包括端值的0度到45度的范围内的角度与凸出部33a的延伸方向相交的方向定向第一偏光片20A的偏光轴a的情况。如图1所示，偏光轴a优选地与凸出部33a的延伸方向平行。然而，在偏光轴a的定向由于存在另外的原因(例如，获得合适的角亮度分布以及提高液晶显示面板10的对比度)而难以与凸出部33a的延伸方向的定向对准的情况中，可以使由偏光轴a和凸出部33a的延伸方向构成的角变宽。在此情况中，为了提高正面亮度，角度应大于0度且小于45度。角度优选地大于0度且小于20度。
在本实施方式中，亮度增强膜33对应于本实施方式的“光学膜”的具体实例，而凸出部33a对应于本实施方式的“三维结构”的具体实例。
照明系统30具有光源31。例如，在照明系统30中，在光源31的液晶显示面板10侧上，从光源31侧依次配置扩散片32和照明增强膜33。同时，在光源31后配置反射片34。如上所述，在本实施方式中，照明系统30是所谓的直下型(direct type)，但是照明系统30可以是(例如)使用导光板的侧边缘光型(side-edge lighttype)。
在光源31中，例如，多个线性光源31a以等距(例如，20mm)平行排列。线性光源31a的实例包括热阴极荧光灯(HCFL)和冷阴极荧光灯(CCFL)。光源31可以是(例如)二维排列诸如发光二极管(LED)的点光源的光源或诸如有机电致发光(EL)的面光源。
反射片34是(例如)发泡PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、银蒸镀膜、多层反射膜等。通过反射片34，从光源31出射的光的一部分反射到液晶显示面板10的方向上。因此，有效使用了从光源31出射的光。
扩散片32是(例如)通过在相对厚的板状透明树脂中散布扩散材料(填料)而形成的扩散板；通过用包含扩散材料的透明树脂(粘合剂)涂覆相对薄的膜状透明树脂而形成的扩散膜；或它们的组合物。作为板状透明树脂或膜状透明树脂，例如，使用了PET、亚克力、聚碳酸酯等。作为扩散材料，例如，使用了诸如SiO2的无机填料、诸如亚克力的有机填料等。
亮度增强膜33经配置以使包括亮度增强膜33的面与液晶显示面板10的正面平行。在亮度增强膜33的光出射侧上的面(正面)上，如图1和图2所示，多个柱状凸出部33a(三维结构)在光出射侧上的平面中沿水平方向(X轴方向)延伸，并且沿与延伸方向相交的方向平行地依次排列。图2是亮度增强膜33的实例的放大截面图。“沿水平方向”是以下概念：不仅包括多个柱状凸出部33a沿水平方向延伸的情况，而且还包括多个柱状凸出部33a沿以包括端值的0度到45度的范围内的角度与水平面相交的方向延伸的情况。如图1和图2所示，优选地，各个凸出部33a沿水平方向延伸并且与延伸方向正交的方向(垂直方向，Y轴方向)平行地依次排列。同时，亮度增强膜33的光入射侧上的面(背面33b)是(例如)平面。例如，二维排列的凸出部(凸纹图案)可形成在亮度增强膜33的背面上。
例如，如图2所示，每个凸出部33a为包括与具有顶角θ1的顶点33c接触的斜面33d和33e的三角柱的形状。斜面33d和33e相对于包括亮度增强膜33的面以底角θ2和θ3对角地彼此相对配置。每个凸出部33a的排列方向的宽度(间距P1)是(例如)从10μm到350μm(包括端值)。每个凸出部33a不限于如图2所示的三角柱的形状。例如，每个凸出部33a可以为诸如五角柱形状的多角柱的形状。此外，每个凸出部33a在与每个凸出部33a的延伸方向正交的方向上可具有诸如椭圆形和非球形的曲面形状(例如，圆柱形)。
此外，每个凸出部33a不必须具有与其他凸出部33a相同的形状和相同的大小。例如，可在排列方向上以相等的间距排列由一对具有相同的形状的2个相邻凸出部33a(其中的一个高(大)而另一个低(小))构成的三维结构。此外，例如，可在排列方向上以相等的间距排列由一对具有相同高度和不同形状的2个相邻凸出部33a构成的三维结构。此外，例如，可在排列方向上以相等的间距排列由一对具有不同形状和不同大小(高度)的2个相邻凸出部33a构成的三维结构。还可以在每个凸出部33a的延伸方向上设置多个凸出部和多个凹进部。
从而，每个凸出部33a通过折射并透射在沿与液晶显示面板10正交的方向从亮度增强膜33的背面33b侧进入的光中在每个凸出部33a的排列方向上的成分来提高指向性。在每个凸出部33a中，对于从亮度增强膜33的背面33b例进入的光中在每个凸出部33a的延伸方向上的成分来说，几乎不存在由于每个凸出部33a的折射效应而产生的聚光效应。
在本实施方式中，每个凸出部33a均具有折射率各向异性，其中，每个凸出部33a的延伸方向上的折射率小于每个凸出部33a的排列方向上的折射率。如上所述，由于第一偏光片20A的偏光轴a定向为与凸出部33a的延伸方向平行。因此，在每个凸出部33a中，与偏光轴a平行的方向上的折射率小于与偏光轴a正交的方向上的折射率。
如上所述，在本实施方式中，每个凸出部33a具有面内折射率各向异性，其中，与偏光轴a平行的方向上的折射率小于与偏光轴a正交的方向上的折射率。因此，在与偏光轴a正交的方向上反射了更多的光，重复利用了返回光，从而在与偏光轴a平行的方向上的光增加。因此，进入亮度增强膜33的光的透光特性是可根据偏光状态改变的。由于临界角的原因，每个凸出部33a设置在光出射侧(正面)上的情况中的重复利用效率比每个凸出部33a设置在光入射侧(背面)上的情况中的重复利用效率高。
折射率面内各向异性可通过沿一个方向上拉伸包含半结晶树脂或结晶树脂的片而产生。然而，在本实施方式中，不通过拉伸而是通过后述的制造方法来产生折射率面内各向异性。不需要拉伸即可呈现折射率面内各向异性的材料的实例包括具有定向性的液晶聚合物。
液晶聚合物是其中形成液晶的聚合物。液晶聚合物(liquidcrystalline polymer)还被称为液晶高分子(liquid crystal polymer)、高分子液晶等。液晶聚合物分为三种类型的结构，即，主链型、侧链型和复合型。主链型包括在主链中呈现液晶性的区域。侧链型包括在侧链中呈现液晶性的区域。复合型包括在主链和侧链中都呈现液晶性的区域。此外，除上述的分类方法以外，液晶聚合物可分成两种类型，热致型(热熔型)和溶致型(溶液型)。热熔型通过热熔融而变成液晶状态。热熔型的实例包括液晶聚合物(LCP)。溶液型通过获得溶液状态而变成液晶状态。
液晶聚合物是能够通过(例如)用紫外线照射包含杆状液晶单体和光聚合引发剂的组成物并使杆状液晶单体聚合而形成的材料。
接下来，将给出在整个亮度增强膜33中每个凸出部33a的延伸方向上的折射率与每个凸出部33a的排列方向上的折射率不同的情况下亮度增强膜33的功能的描述。
图3示出了在整个亮度增强膜33由每个凸出部33a的延伸方向上的折射率nx小于每个凸出部33a的排列方向上的折射率ny(nx＜ny)的材料制成的情况下、当照明系统30的光从亮度增强膜33的背面进入时的光路的实例。在图3中，Lx表示在照明系统30的光中沿每个凸出部33a的延伸方向(方向X)振动的偏光成分，以及Ly表示照明系统30的光中沿每个凸出部33a的排列方向(方向Y)振动的偏光成分。
如图3的左侧所示，从相对于包括亮度增强膜33的面的对角线方向进入的照明系统30的光分别以互不相同的照明系统30的光的X方向偏光成分Lx的折射角rx和照明系统30的光的Y方向偏光成分Ly的折射角ry(rx＜ry)在亮度增强膜33的背面上发生折射。照明系统30的光分别以互不相同的出射角
Figure G2009101640220D00131
和从亮度增强膜33的正面(每个凸出部33a的光出射面)出射。
在亮度增强膜33中，每个凸出部33a的延伸方向上的折射率与每个凸出部33a的排列方向上的折射率不同(nx＜ny)。因此，在各个方向上振动的各个偏光成分被诸如亮度增强膜33的背面和凸出部33a的光出射面的界面以互不相同的反射率而反射。因此，Ly的反射量大于Lx的反射量。因此，在通过亮度增强膜33的光中，Lx的光量变得大于Ly的光量。
另外，在各个方向上振动的各个偏光成分在诸如亮度增强膜33的背面和凸出部33a的光入射面的界面上具有互不相同的临界角。因此，对于以某个入射角进入的光，在进入光出射面的光的角度大于Ly的临界角且小于Lx的临界角的情况中，如图3的中间所示，在光出射面中，Ly被完全反射而Lx被透射。因此，实现了完全的偏光分离状态，其中，偏光成分Ly被每个凸出部33a的光出射面重复地全反射以及变成返回光，而仅偏光成分Lx透射通过每个凸出部33a的光出射面。
此外，如果照明系统30的光相对于每个凸出部33a的光出射面的入射角非常大，那么如图3的右侧所示，无论偏光状态如何，照明系统30的光都被每个凸出部33a的光出射面重复地全反射，从而变成了返回至照明系统30侧的返回光。
被亮度增强膜33的正面或背面反射的光被照明系统30的反射片34(图1)或扩散片32的正面反射、不偏光化并再次进入亮度增强膜33。因此，一个偏光成分(Lx)的光量明显大于另一个偏光成分(Ly)的光量。结果，相比于每个凸出部33a不具有偏光分离作用的情况，光利用效率和正面亮度都进一步增加。
在亮度增强膜33从背面33b侧结合至透光膜(未示出)或仅亮度增强膜33的凸出部33a具有面内折射率各向异性的情况下，与透光膜或凸出部33a的底部接触的面在整个亮度增强膜33都具有折射率各向异性的情况下用作了背面33b。因此，在亮度增强膜33从背面33b侧结合至透光膜或仅亮度增强膜33的凸出部33a具有面内折射率各向异性的情况中，产生了与整个亮度增强膜33都具有面内折射率各向异性的情况下相似的光学功能。
如上所述，亮度增强膜33通过偏光分离作用不仅提高了聚光作用而且还提高了正面亮度。
接下来，将参照图4A和图4B、图5A和图5B、图6、图7A～图7C和图8给出亮度增强膜33的形成方法的实例的描述。图4A和图4B、图5A和图5B以及图7A～图7C示出了说明亮度增强膜33的形成过程的截面结构。图6是示出了图5B的步骤的透视图。图8示出了杆状液晶单体的DSC曲线的实例。在图8中，T1表示转变到液晶相的相变温度(熔点)，以及T2表示转变到各向同性相的相变温度。
首先，制备具有依次排列在一个平面中并具有面内形状各向异性的多个凸出部100a的基底100(参见图4A)。由基底100的多个凸出部100a形成的凹凸形状是与由二维排列在亮度增强膜33上的多个凸出部33a形成的凹凸形状相对的形状。凹凸形状的表面优选涂覆有(例如)硅脱模剂或氟脱模剂。此外，制备通过混合杆状液晶单体和光聚合引发剂而获得的组成物110(液晶调节粉末)。
接下来，将基底100置于加热板120上，并以包含在组成物110中的杆状液晶单体的熔点T1(见图8)以上来进行加热。此后，使组成物110(液晶调节粉末)落到基底100的凸出部100a上(图4B)。组成物110熔化，组成物110的粘性降低，并且组成物110与凸出部100a无间隙地接触。
接下来，当加热板120的温度保持在熔点T1以上时，在组成物110上放置透光膜130(图5A)。优选地，用于使杆状液晶单体沿凸出部100a的排列方向对准的取向膜被设置在与透光膜130的组成物110接触的表面上。
在组成物110如上所述保持在基底100和与基底100的凸出部100a相对配置的透光膜130之间的状态下，在熔点T1以上且相变温度T2以下的温度下加热组成物110，并进行挤压。具体地，如图5B所示，当压辊140沿凸出部100a的排列方向在透光膜130上滚动时，组成物110被其间的透光膜130挤压至基底100的凸出部100a。从而，组成物110在相邻凸出部100a之间的凹处中被挤压并沿凸出部100a的排列方向移动。结果，如图6所示，组成物110的液晶沿凸出部100a的排列方向定向。此外，如图5B所示，在组成物110中形成具有高度为H1的凸出部110a和厚度为H2的裙部110b的光学功能层。
在凸出部100a的表面涂覆有上述的脱模剂的情况下，可以通过脱模剂的固着效应使杆状液晶单体对准凸出部100a的排列方向。此外，在将上述的取向膜设置在与透光膜130的组成物110接触的表面上的情况下，可以使杆状液晶单体对准凸出部100a的排列方向。
此后，从基底100移开加热板120，并将其放置冷却至常温(图7A)。接下来，用紫外线L照射组成物110。例如，如图7B所示，从透光膜130侧用紫外线L照射组成物110，并从透光膜130侧聚合包含在组成物110中的杆状液晶单体。因此，杆状液晶单体变成在凸出部100a的排列方向上具有定向性的液晶聚合物。最后，将透光膜130与基底100分开(图7C)。因此，形成了包括组成物110和透光膜130的亮度增强膜33，组成物110包含具有定向性的液晶聚合物。
亮度增强膜33也可通过(例如)以下方法形成。
图9示出了亮度增强膜33的制造设备的实例。制造设备包括卷出辊200、导向辊210、260和270、加热辊220和230、温度调节辊240(压辊)、温度调节辊250、排出器300和紫外线辐照器310。卷出辊200是以同心的方式卷绕透光膜130的辊，并意在提供透光膜130。从卷出辊200卷出的透光膜130被以导向辊210、加热辊220、加热辊230、温度调节辊240、导向辊260和导向辊270的顺序转移(transfer)。最后，透光膜130被卷起辊280卷起。温度调节辊250被配置为与加热辊230和温度调节辊240留有给定空间。作为排出器，排出器300被设置为与在从卷出辊200提供的透光膜130中与加热辊220接触的部分留有给定空间。紫外线辐照器310用紫外线照射从卷出辊200提供的透光膜130已通过加热辊230并与温度调节辊250接触的部分。
导向辊210将从卷出辊200提供的透光膜130导向加热辊220。加热辊220能够产生从常温至约200℃的热量，并被设置为(例如)熔点T1以上的加热温度。排出器300被设置为与从卷出辊200提供的透光膜130的加热辊220接触的部分留有给定空间。排出器300意在将通过混合光聚合引发剂和以熔点T1以上加热的熔融杆状液晶单体而获得的组成物110落在透光膜130上。加热辊230能够产生从常温至大约200℃的热量，并被设置为(例如)熔点T1以上。温度调节辊240和250能够调节从常温至大约90℃的温度，并被设置为(例如)低于相变温度T2的冷却温度(常温)。此外，在温度调节辊250的圆周面上，形成了沿与温度调节辊250的旋转轴平行的方向延伸并沿与温度调节辊250的旋转轴正交的方向连续地平行排列的多个凸出部。由形成于圆周面上的多个凸出部形成的凹凸形状是与由二维排列在亮度增强膜33上的多个凸出部33a形成的凹凸形状相对的形状。导向辊260意在分离卷在温度调节辊250上的透光膜130。导向辊270意在将由导向辊260分离的透光膜130导向卷起辊280。
通过使用具有上述结构的制造设备来形成亮度增强膜33。具体地，首先，从卷出辊200卷出的透光膜130通过导向辊210被导向加热辊220。此后，使通过混合光聚合引发剂和熔融杆状液晶单体而获得的组成物110从排出器300落在透光膜130上。从排出器300落下的组成物110被加热辊220加热至熔点T1(见图8)以上。此后，当透光膜130上的组成物110的温度被加热辊230保持在熔点T1以上时，组成物110被挤压到形成在温度调节辊250的圆周面上的凸出部中。从而，组成物110与温度调节辊250的凸出部无间隙地接触。组成物110在相邻凸出部的凹处被挤压并沿凸出部的排列方向移动。结果，组成物110的液晶沿温度调节辊250的凸出部的排列方向定向。此外，在组成物110中形成具有高度为H1的凸出部110a和厚度为H2的裙部110b的光学功能层。
此后，组成物110被温度调节辊240和250冷却至低于相变温度T2的温度。用来自紫外线辐照器310的紫外线L照射冷却的组成物110。因此，从透光膜130侧聚合包含在组成物110中的杆状液晶单体，并因此杆状液晶单体变成在温度调节辊250的凸出部的排列方向上具有定向性的液晶聚合物。最后，用导向辊260将透光膜130与温度调节辊250分离。此后，通过导向辊270由卷起辊280卷起透光膜130。因此，形成包括包含具有定向性的液晶聚合物的组成物110和透光膜130的亮度增强膜33。
在通过上述各个制造方法制造亮度增强膜33的情况中，裙部110b的厚度H2优选小于等于凸出部110a的高度H1的40％。
接下来，将参照图10给出在本实施方式的显示单元1中显示图像的作用的说明。图10是示出了显示单元1的作用的实施方式的示意图。
从光源31照射并透射过扩散片32的非偏振光L进入亮度增强膜33的背面，并且，通过凸出部33a的聚光作用改善了其指向性。此时，光L通过凸出部33a的偏光分离作用而被分成与第一偏光片20A的偏光轴a平行的偏光成分(Lx)和与第一偏光片20A的偏光轴a正交的偏光成分(Ly)。此后，与偏光轴a平行的偏光成分(Lx)大部分进入了第一偏光片20A。
在进入第一偏光片20A的光L中，与偏光轴a相交的偏光成分(Ly)被吸收入第一偏光片20A，而与偏光轴a平行的偏光成分(Lx)透射通过第一偏光片20A。在液晶显示面板10中向已透射通过第一偏光片20A的偏光成分Lx提供以像素为单位的偏光控制，并且该偏光成分进入第二偏光片20B。仅第二偏光片20B的偏光轴b的偏光被透射以在显示面板的正面上形成图像。因此，在显示单元1中显示图像。
在本实施方式中，在亮度增强膜33的一个面内具有形状各向异性的凸出部33a包含在上述一个面内具有定向性的液晶聚合物。凸出部33a根据液晶聚合物的定向性而具有折射率各向异性。具有定向性的液晶聚合物可通过上述方法形成。此外，由于液晶聚合物难以通过拉伸而具有定向性，所以本实施方式的亮度增强膜33不用拉伸形成，而是用上述的示例性方法形成。因此，由于亮度增强膜33的凸出部33a的形状没有被拉伸而受到损坏，所以实现了包括保持形状并且具有折射率各向异性的凸出部33a的亮度增强膜33。
此外，在本实施方式的亮度增强膜33的制造方法中，对包含杆状液晶单体和光聚合引发剂的聚合物110依次执行上述的加热、挤压、冷却和紫外线照射的各个处理。从而，在亮度增强膜33的凸出部33a中产生折射率各向异性。因此，不用拉伸，亮度增强膜33的凸出部33a便可具有折射率各向异性。从而，精确地形成了具有折射率各向异性的凸出部33a。
实施例
将与比较例1、2和3相比，给出上述实施方式的亮度增强膜33的实施例1和2的描述。在实施例1和2以及比较例2和3中，杆状液晶单体包含在制造过程中所使用的组成物110中。在实施例1和比较例2中，作为杆状液晶单体，使用了高Δn型。在实施例2和比较例3中，作为杆状液晶单体，使用了低Δn型。在比较例1中，取代杆状液晶单体，在组成物110中包含的是光固化亚克力单体。此外，在这些实施例和比较例1中，制造过程中的挤压方向是基底100的凸出部100a(或温度调节辊250的凸出部)的排列方向。在比较例2中，制造过程中的挤压方向是基底100的凸出部100a(或温度调节辊250的凸出部)的延伸方向。
在实施例和比较例1和2中，亮度增强膜的凸出部的形状是直角等腰三角柱，并且亮度增强膜的凸出部的宽度是25μm而高度是12.5μm。此外，作为透光膜130，使用了PET膜。
将采用实施例2作为实例给出具体制造方法的描述。首先，在加热板上将市场上可买到的液晶单体溶液(RMS03-001c，包括聚合引发剂，转变成各向同性相所需的相变温度：70℃，Merck & Co.，Inc制造)在150℃下加热1分钟。在溶剂蒸发之后，将残留在加热板上的组成物(液晶单体和聚合引发剂的混合溶液)移至在加热板上以转变成各向同性相的相变温度(50℃)以下的温度加热的镍电铸棱镜基底(具有90度顶角的等腰三角形，间距：25μm，高度：12.5μm)。接下来，当加热板的温度保持在50℃时，镍电铸棱镜基底上的组成物被PET膜密封。此后，当辊在PET膜上沿棱镜的排列方向滚动时，辊用力挤压至PET膜，从而均匀地减小组成物的厚度。此后，将加热板从镍电铸棱镜基底移开。镍电铸棱镜基底上的组成物经放置冷却至常温。此后，用紫外线从PET膜侧照射组成物，从而使组成物中的液晶单体聚合。此后，将组成物与镍电铸棱镜基底分离，从而获得实施例2的透光膜。
截面形状
通过使用扫描共焦激光显微镜(LEXT OLS3000，奥林巴斯公司Olympus Corporation制造)测量亮度增强膜的排列方向的截面。结果，在实施例1和2以及比较例1、2和3中，亮度增强膜的截面分别成具有与基底100的凹凸形状相同的90度顶角和相同的45度底角的直角等腰三角形的形状。因此，可发现保持了亮度增强膜的凸出部的形状。
双折射
接下来，测量亮度增强膜的双折射。为了测量双折射，如图11所示，偏振光从亮度增强膜33的凸出部33a侧垂直进入，用量具40检测透射光，并且基于透射光的出射角
Figure G2009101640220D00201
的差，计算在凸出部33a的延伸方向上的折射率nx和凸出部33a的排列方向上的折射率ny之间的差Δn(＝nx-ny)。如图12所示，在沿凸出部33a的延伸方向振动的偏光成分是垂直偏光Lx，以及沿凸出部33a的排列方向振动的偏光成分是水平偏光Ly的情况下，垂直偏光Lx的出射角
Figure G2009101640220D00202
小于水平偏光Ly的出射角
Figure G2009101640220D00203
作为测量结果，在实施例1中，亮度增强膜的延伸方向上的折射率nx是1.54而排列方向上的折射率是1.87。因此，折射率之间的差Δn是-0.33。此外，在实施例2中，亮度增强膜的延伸方向上的折射率是1.55而排列方向上的折射率是1.70。因此，折射率之间的差Δn是-0.15。因此，可以发现，通过使用杆状液晶单体，可以产生其中亮度增强膜的延伸方向上的折射率nx低于排列方向上的折射率ny的折射率各向异性。同时，在比较例1中，亮度增强膜的延伸方向上的折射率nx是1.59而排列方向上的折射率是1.59。因此，折射率之间的差Δn是0.00。因此，可以发现，在使用光固化亚克力单体的情况中，不产生折射率各向异性。此外，在比较例2中，亮度增强膜的延伸方向上的折射率nx是1.87而排列方向上的折射率是1.54。因此，折射率之间的差Δn是+0.33。此外，在比较例3中，亮度增强膜的延伸方向上的折射率nx是1.70而排列方向上的折射率是1.55。因此，折射率之间的差Δn是+0.15。因此，可以发现，即使使用了杆状液晶单体，但是，在制造过程中的挤压方向是基底100的凸出部100a(或温度调节辊250的凸出部)的延伸方向的情况中，并不产生其中亮度增强膜的延伸方向上的折射率nx低于排列方向上的折射率ny的折射率各向异性。
虽然已参照实施方式和实施例描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施方式等，而是可进行各种修改。
此外，在上述实施方式等中，已具体描述了液晶显示器的构造。然而，并不必须设置所有层。此外，也可设置其他层。
本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、子组合和改进，均应包含在所附的权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (7)

1.一种光学膜，包括：
多个三维结构，沿一个方向延伸并沿与所述一个方向相交的方向依次排列，其中，
所述三维结构包含具有定向性的液晶聚合物，并具有折射率各向异性，其中，在所述三维结构的延伸方向上的折射率小于在与所述三维结构的延伸方向相交的方向上的折射率。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述液晶聚合物是通过用紫外线照射包含在所述三维结构的排列方向上具有定向性的杆状液晶单体和光聚合引发剂的组成物、从而使所述杆状液晶单体聚合而形成的。
3.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述三维结构是多角柱状棱镜或包括凸出曲面的双凸透镜。
4.根据权利要求1所述的光学膜，包括：
透光膜；以及
光学功能层，形成在所述透光膜上，其中，
所述三维结构设置在所述光学功能层与所述透光膜相对侧上的表面上，并且
在光学功能层中，所述三维结构和所述透光膜之间的厚度小于等于所述三维结构的高度的40％。
5.一种光学膜制造方法，包括：
第一步骤，在基底和透光膜之间保持包含杆状液晶单体和光聚合引发剂的组成物，所述基底包括沿一个方向延伸并沿与所述一个方向相交的方向依次排列的多个三维结构，所述透光膜与所述基底的三维结构相对地配置，在所述杆状液晶单体的熔点以上的温度下加热所述组成物，使压辊与所述透光膜接触，使压辊沿所述基底的所述三维结构的排列方向滚动，从而挤压所述组成物；以及
第二步骤，使所述组成物冷却至常温，用紫外线照射所述组成物从而使所述杆状液晶单体聚合，并使所述透光膜与所述基底分离。
6.一种显示单元，包括：
面板，基于图像信号驱动；
一对偏光片，夹有所述面板；
光源，照亮所述面板；以及
光学膜，设置在所述偏光片和所述光源之间，
其中，所述光学膜包括沿一个方向延伸并沿与所述一个方向相交的方向依次排列的多个三维结构，并且
所述三维结构包含具有定向性的液晶聚合物，并具有折射率各向异性，其中，在所述三维结构的延伸方向上的折射率小于在与所述三维结构的延伸方向相交的方向上的折射率。
7.根据权利要求6所述的显示单元，其中，所述三维结构中的最小折射率的方向与光源侧上的偏光片的透光轴的方向平行，或者以包含端值的0度至45度的范围内的角度与所述光源侧上的所述偏光片的透光轴的方向相交。
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