CN101738647B - 光学片、显示装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种光学片，适于让一线偏振光通过，此光学片包括基材以及相位延迟膜。其中，相位延迟膜位于基材上，相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，线偏振光通过相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向，其中相位延迟膜在线偏振光通过区域的任一处具有λ/2的相位延迟量，λ为线偏振光的波长。因此，本发明的光学片可将单一偏振方向的线偏振光转为各种不同偏振方向。此外，本发明亦提出一种显示装置、光学片的制作方法以及显示装置的制作方法。

Description

光学片、显示装置及其制作方法

技术领域

本发明是关于一种光学片、显示装置及其制作方法，且特别是关于一种可对通过光学片的不同区域提供不同线偏振方向的光学片、显示装置及其制作方法。

背景技术

随着显示科技的日益进步，人们借着显示装置的辅助可使生活更加便利，其中平面显示器(Flat Panel Displ ay，FPD)以其重量轻以及体积薄的特性而成为目前显示器的主流。在诸多平面显示器中，由于液晶显示器(LiquidCrystal Displ ay，LCD)具有高空间利用效率、低消耗功率、无辐射以及低电磁干扰等优越特性，因此，液晶显示器深受消费者欢迎。

图1示出传统的一种液晶显示器的剖面示意图。请参照图1，液晶显示器100包括一液晶显示面板110、上偏振片120以及下偏振片130，其中上偏振片120与下偏振片130分别具有一延伸方向为D1的穿透轴。光线L经由下偏振片130、液晶显示面板110以及上偏振片120的途径后，会自上偏振片出射一具有偏振方向为A1的线偏振光，借由液晶显示面板中液晶分子的旋转方向来控制该区域光线的穿透度，借以使得液晶显示器产生显示的效果。

然而，由于液晶显示面板所显示的影象全面性地呈现沿着A1方向的线偏影象，如画面F1所示，当观察者长期观看液晶显示器时容易因为影象的偏振特性为同一线偏振方向而感到视觉疲劳。

发明内容

本发明提供一种光学片，其可将单一线偏振光线转为多种偏振方向不同的线偏振光。

本发明提出一种光学片，适于让一线偏振光通过，光学片包括基材以及相位延迟膜。其中，相位延迟膜位于基材上，相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，线偏振光通过相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向，其中相位延迟膜在线偏振光通过区域的任一处具有实质上为λ/2的相位延迟量，λ为线偏振光的波长。

本发明提出一种显示装置，其包括显示面板以及光学片。其中，显示面板具有偏振片，显示面板自偏振片出射一线偏振光。光学片位于偏振片上，光学片具有一相位延迟膜，相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，线偏振光通过相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向，其中相位延迟膜在线偏振光通过区域的任一处具有实质上为λ/2的相位延迟量，λ为线偏振光的波长。

本发明提出一种光学片的制作方法，其包括下列步骤。首先，提供一基材。接着，在基材上形成一相位延迟膜，其中相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，一线偏振光通过相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向，且相位延迟膜在线偏振光通过区域的任一处具有实质上为λ/2的相位延迟量，λ为线偏振光的波长。

本发明还提出一种显示装置的制作方法，其包括下列步骤。首先，提供一显示面板，显示面板具有一偏振片，显示面板自偏振片出射一线偏振光。之后，在偏振片上形成一光学片，光学片有一相位延迟膜，相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，线偏振光通过相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向，其中相位延迟膜在线偏振光通过区域的任一处具有实质上为λ/2的相位延迟量，λ为线偏振光的波长。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1示出传统的一种液晶显示器的剖面示意图。

图2示出依据本发明一实施例的一种整合了光学片的显示装置示意图。

图3A～图3C分别示出一种相位延迟膜中光轴的分布型态。

图4为本发明的一种光学片的剖面示意图。

图5A～图5D列举几种本发明的光学片的剖面示意图。

图6A至图6D示出本发明光学片的一种制作方法。

图7A至图7B示出本发明显示装置的一种制作方法。

主要元件符号说明

100：液晶显示器

110：液晶显示面板

120：上偏振片

130：下偏振片

200：显示装置

210：显示面板

221：基材

212：象素阵列

214：偏振片

220：光学片

222：相位延迟膜

230：配向层

240：保护层

250：光学胶

A1：穿透轴

A2：光轴

A3：偏振方向

F1：画面

L1：线偏振光

θ1、θ2：夹角

具体实施方式

图2示出依据本发明一实施例的一种整合了光学片的显示装置示意图。请参照图2，显示装置200包括显示面板210以及光学片220，显示面板210适于出射一具有偏振方向为A1的线偏振光L1。具体地说，在本实施例中，显示面板210主要是由象素阵列212以及位于象素阵列212与光学片220之间的偏振片214所构成，其中偏振片214具有一穿透轴A1，以使得显示面板210所显示的影象在经过偏振片214后输出一偏振方向趋向A1的线偏影象。特别的是，光学片220中具有相位延迟膜222，并且相位延迟膜222具有多个延伸方向不同的光轴A2，其中该些延伸方向不同的光轴A2分布在相位延迟膜222的不同区域，相位延迟膜222在线偏振光通过区域的任一处具有实质上为λ/2的相位延迟量，其中λ为线偏振光的波长。因此，偏振方向为A1的线偏影象经由相位延迟膜222的不同方向的光轴A2后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光。

在本实施例中，光轴A2在相位延迟膜222中的分布例如是沿着实质上为同心圆的切线轨迹而排列，而同心圆可以是由多个半径不同而圆心位置相同的圆形所构成的。以图2中X处为例，相位延迟膜222的光轴延伸方向为A2的区域，显示面板210所输出的偏振方向为A1的线偏振光经由光轴A2延伸方向为A2的λ/2相位延迟膜222之后，转为偏振方向为A3的线偏振光，其中偏振方向A1与光轴A2延伸方向A2之间的夹角θ1实质上等于光轴A2延伸方向A2与偏振方向A3之间的夹角θ2。

请继续参照图2，相位延迟膜222中不同光轴A2方向的区域所提供的二分之一波长(λ/2)的相位延迟量可以使单一偏振方向为A1的线偏影象在不同区域分别转成不同偏振方向的线偏振光而让观察者观察到。如图2中的画面F1所示，微观而言，画面F1依据相位延迟膜222上不同延伸方向的光轴A2而在对应区域分别形成单一方向的线偏振光，宏观而言，由于光轴A2在相位延迟膜222中的分布整体而言是实质上呈现同心圆状，因此画面F1在宏观上而言大致上被转为类似磁力线分布型态。如此，观察者透过光学片220可以看到如画面F1的具有任意偏振态的线偏振光所叠加的影象。值得注意的是，相较于传统的单一偏振方向的线偏影象而言，呈现任意偏振方向的画面F1影象在各个极化方向上的分布大致相同而较接近于自然光的分布型态，因此观察者在长时间观看显示装置200时，可以观看到大致与自然光分布型态类似的影象，因此本发明的光学片220的配置有助于提升使用者观看显示装置200的舒适感。

本发明的光学片220适于让一线偏振光通过，光学片220包括基材221以及相位延迟膜222，在前述实施例中，基材221可为偏振片214而直接设置在显示面板210上，当然，在其他实施例中，基材221也可以是另一有别于偏振片214的基材221，本发明并不以此为限。相位延迟膜222位于基材221上，其中相位延迟膜222在线偏振光通过区域的任一处具有实质上为λ/2的相位延迟量，且相位延迟膜222具有多个延伸方向不同的光轴A2，依据前述，线偏振光通过相位延迟膜222后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向。

相位延迟膜222中任两光轴A2之间的夹角介于0度与360度之间的任一角度，是而构成如图3A～图3C的多种分布态样，其中图3A～图3C分别示出一种相位延迟膜中光轴的分布型态。具体地说，如图3A与图3B所示，相位延迟膜222的各个不同延伸方向的光轴A2的分布型态可以是实质上沿着多个同心圆的切线轨迹而排列，且各该同心圆是由多个半径不同的圆形所构成。当然，如图3C所示，光轴A2在相位延迟膜222中的分布型态亦可以呈现任意地排列状态。当然，设计者可针对使用需求来设计相位延迟膜222上的光轴A2的分布型态，本发明并不限定光轴A2在相位延迟膜222中的分布型态形状、大小与排列方式，在其他实施例中，光轴A2在相位延迟膜222中的分布型态也可为椭圆形或是多边形，其中多边形可以是五角形、六角形或是其他多边形，而各个形状彼此之间可以是紧密排列或间隔一定距离排列。值得一提的是，本发明的光学片220在线偏振光通过的区域实质上均提供了二分之一波长整数倍(n×λ/2)的相位延迟量，换句话说，在图3A～图3C中未示出箭头的区域实质上也提供二分之一波长整数倍的相位延迟量给通过该区域的线偏振光。

本发明的光学片220中的相位延迟膜222的材料例如是由光学异向性材料所组成。相位延迟膜222的光学性质可以借由改变光学异向性材料的膜厚以及分子排列而进行调整，进而使得光线在光学异向性膜中的行进速率依据膜层的不同方向而有不同的表现。举例地说，光学异向性材料的组成为连续相而不具有微粒相，借由维持光学异向性材料的膜厚使得相位延迟膜222在线偏振光通过的区域具有λ/2的相位延迟量，并且借由改变光学异向性材料的分子排列使得不同区域具有不同延伸方向的光轴A2，如图4所示，图4为本发明的一种光学片的剖面示意图，相位延迟膜222中邻近该基材221的一侧具有一配向层230，而配向层230上形成多个不同延伸方向不同的配向结构，例如凹槽，因此在一实施例中，光学片220可以使用配向层230来定义相位延迟膜222的光轴A2，其中配向层230可以利用各种接触式配向制程或非接触式配向制程来调整配向方向。将属于连续相的光学异向性材料涂布于配向层230上时，光学异向性材料的分子便会依据配向层230上的配向结构而依序排列，进而定义出多种延伸方向不同的光轴A2，如此，在本实施例中，相位延迟膜222中构成不同光轴A2的材料实质上位于配向层230中的同一平面上。

图5A～图5D列举几种本发明的光学片的剖面示意图。实务上，可在光学片220上方选择性地设置一保护层240，使得相位延迟膜222位于保护层240以及基材221之间，用以进一步保护光学片220免于外界的破坏，如图5A所示，其中基材221可以直接使用一线偏振化的偏振片214，也可以另外使用一基材221。此外，在一些应用层面中，光学片220可进一步包括一光学胶250，用以增加膜层之间的附着力或者平坦度，而光学胶250可以视实际需求而设置在保护层240以及光学片220之间，如图5B所示。光学胶250亦可设置在光学片220以及基材221之间，如图5C所示。当然，光学胶250还可以设置在保护层240与光学片220之间以及光学片220与基材221之间，如图5D所示。

为了更充分公开本发明的内容，以下将说明本发明光学片220一实施例的制作方法。图6A至图6D示出本发明光学片的一种制作方法，其包括以下所述的步骤：

首先，请参照图6A，提供一基材221，其中基材221例如是偏振片214或其他用以支撑的适当材料。接着，请参照图6B，在形成相位延迟膜222之前，例如先在基材221上形成配向层230，其中配向层230具有各种不同的配向方向，用以定义后续制程所形成的相位延迟膜222的各种方向的光轴A2，其中配向层230中各种不同的配向方向的形成方法可以利用各种接触式配向制程或非接触式配向制程来调整配向方向，接触式配向制程例如是利用配向滚轮或压印模具(Imprinting mold)在配向层230上或者是直接在基材221表面上进行摩擦或压印配向，而非接触式配向制程可列举离子束配向(ionbeam alignment)、光配向(photo alignment)、等离子配向(plasma alignment)或斜向蒸镀，以使配向层230的表面具有异向性。值得一提的是，本发明的光学片220的制作方法中亦可以省略配向层230的制作，而利用前述方法直接在基材221的表面形成具有异向性的配向结构。

之后，如图6C所示，形成相位延迟膜222在配向层230上，其中相位延迟膜222的材料可以是液晶材料。相位延迟膜222的形成方法例如是在配向层230上全面性地涂布一光学异向性材料，而涂布位相差膜的方式可列举是狭缝模具式涂布(Slot-die Coating)或旋转涂布法(spin coating)。如此，相位延迟膜222中的分子材料会沿着底层材料的配向方向而倾倒，借以形成各种延伸方向不同的光轴A2，使得单一线偏振光通过相位延迟膜222后可以依据光轴A2方向而转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向。并且，由于本发明的相位延迟膜222是利用调整分子材料中不同的排列方式来定义光轴A2方向，因此相位延迟膜222中不同方向的光轴A2区域可被控制在分子的数量级，可以提供优选的光学效果。此外，由于相位延迟膜222为一连续相，其膜厚较为均匀，因此相位延迟膜222在线偏振光通过区域的任一处实质上均全面性地提供λ/2的相位延迟量，其中λ为线偏振光的波长。换句话说，本发明的相位延迟膜222中并没有实质上为提供相位延迟量的区域，因此对于入射线偏振光的偏极化效果较为均匀。

更进一步，可在相位延迟膜222的外层设置保护层240，以防止或减轻外界水气或机械对相位延迟膜222的破坏而对光学性质产生变化，其中保护层240的材质可列举聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)。当然，光学片220亦可以在两膜层之间加入光学级的光学胶250，而构成如前述图5B～图5D的结构，不再赘述。

在实际的应用层面上，可将本发明的光学片直接应用在显示面板上，而构成一显示装置。以下将列举一种本发明的显示装置一实施例的制作方法。图7A至图7B示出本发明显示装置的一种制作方法，其包括以下所述的步骤：

首先，请参照图7A，提供显示面板210，显示面板210具有偏振片214，且适于显示单一偏振方向的线偏振影象。举例而言，显示面板210例如是液晶显示面板以及偏振片所组成。接着，请参照图7B，在偏振片214上形成光学片220，而在本实施例中，是直接在偏振片214的表面上形成各种配向方向不同的配向结构，进而在相位延迟膜222上形成多个延伸方向不同的光轴A2，使得线偏振光通过相位延迟膜222后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光方向，其中相位延迟膜222在线偏振光通过区域的任一处具有实质上为λ/2的相位延迟量，λ为线偏振光的波长，其形成相位延迟膜222的方法如同前述不再赘述。

综上所述，本发明的光学片、显示装置以及光学片与显示装置的制作方法至少具有以下所述的优点：

本发明的光学片在不同区域中具有不同延伸方向的光轴，因此可以提供优选的光学效果。当其应用于显示装置时，可以降低观察者长期观看影象时的疲劳感。

本发明的光学以及显示装置的制程简易，可以利用低成本制作高品质的光学片以及显示装置。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动和润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (19)

1.一种光学片，适于让一线偏振光通过，该光学片包括：

一基材；以及

一相位延迟膜，位于该基材上，该相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，该相位延迟膜中不同方向的光轴区域可被控制在分子的数量级，且该多个光轴呈现任意地排列状态，该线偏振光通过该相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光，其中该相位延迟膜在该线偏振光通过区域的任一处具有λ/2的相位延迟量，λ为该线偏振光的波长。

2.根据权利要求1所述的光学片，其中该相位延迟膜的材料为一光学异向性材料，且该光学异向性材料的组成为连续相而不具有微粒相。

3.根据权利要求1所述的光学片，其中该相位延迟膜中具有一配向层，

位于邻近该基材的一侧，且该相位延迟膜中构成该些光轴的材料位于该配向层中的同一平面上。

4.根据权利要求1所述的光学片，其中该基材为一偏振片。

5.根据权利要求1所述的光学片，还包括一保护层，该相位延迟膜位于该保护层以及该基材之间。

6.根据权利要求5所述的光学片，还包括一光学胶，其中该光学胶位于该保护层以及该基材之间。

7.一种显示装置，包括：

一显示面板，具有一偏振片，该显示面板自该偏振片出射一线偏振光；以及

一光学片，位于该偏振片上，该光学片具有一相位延迟膜，该相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，该相位延迟膜中不同方向的光轴区域可被控制在分子的数量级，且该多个光轴呈现任意地排列状态，该线偏振光通过该相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光，其中该相位延迟膜在线偏振光通过区域的任一处具有λ/2的相位延迟量，λ为该线偏振光的波长。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其中该相位延迟膜的材料为光学异向性材料，且该光学异向性材料的组成为连续相而不具有微粒相。

9.根据权利要求7所述的显示装置，其中该相位延迟膜中具有一配向层，位于邻近该偏振片的一侧，且该相位延迟膜中构成该些光轴的材料位于该配向层中的同一平面上。

10.根据权利要求7所述的显示装置，还包括一保护层，该相位延迟膜位于该保护层以及该偏振片之间。

11.根据权利要求10所述的显示装置，还包括一光学胶，其中该光学胶位于该保护层以及该偏振片之间。

12.一种光学片的制作方法，包括：

提供一基材；以及

在该基材上形成一相位延迟膜，其中该相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，该相位延迟膜中不同方向的光轴区域可被控制在分子的数量级，且该多个光轴呈现任意地排列状态，一线偏振光通过该相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光，且该相位延迟膜在该线偏振光通过区域的任一处具有λ/2的相位延迟量，λ为该线偏振光的波长。

13.根据权利要求12所述的光学片的制作方法，在该基材上形成该相位延迟膜之前，还包括在该基材上形成一配向层，该配向层具有不同延伸方向的配向结构。

14.根据权利要求12所述的光学片的制作方法，其中在该基材上形成该相位延迟膜的方法包括涂布制程。

15.根据权利要求12所述的光学片的制作方法，在形成该相位延迟膜之后，还包括形成一保护层在该相位延迟膜上，以使得该相位延迟膜位于该保护层以及该基材之间。

16.根据权利要求15所述的光学片的制作方法，还包括形成一光学胶在该基材上，以使得该光学胶位于该基材以及该相位延迟膜之间。

17.根据权利要求15所述的光学片的制作方法，还包括形成一光学胶在该相位延迟膜上，以使得该光学胶位于该保护层以及该相位延迟膜之间。

18.一种显示装置的制作方法，包括：

提供一显示面板，该显示面板具有一偏振片，该显示面板自该偏振片出射一线偏振光；以及

在该偏振片上形成一光学片，该光学片有一相位延迟膜，该相位延迟膜具有多个延伸方向不同的光轴，该相位延迟膜中不同方向的光轴区域可被控制在分子的数量级，且该多个光轴呈现任意地排列状态，该线偏振光通过该相位延迟膜后转为具有多种不同偏振方向的线偏振光，其中该相位延迟膜在线偏振光通过区域的任一处具有λ/2的相位延迟量，λ为该线偏振光的波长。

19.根据权利要求18所述的显示装置的制作方法，还包括形成一保护层在该相位延迟膜上，以使得该相位延迟膜位于该保护层以及该偏振片之间。

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