CN102590920B - 用于降低色偏的光学薄膜和具有该光学薄膜的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于降低色偏的光学薄膜和具有该光学薄膜的液晶显示器。在液晶显示器中用于降低色偏的光学薄膜被设置在液晶显示器的液晶面板的前方。该光学薄膜包括：基底层；多个雕刻的透镜部，形成在基底层中以使雕刻的透镜部彼此隔开；以及填充部分，填充部分的每一个被设置在雕刻的透镜部中的相应的一个内部。填充部分的折射率与基底层的折射率不同。填充部分被部分地填充在雕刻的透镜部的内部。填充部分的折射率大于基底层的折射率。基底层和填充部分由透明聚合物树脂形成。

Description

用于降低色偏的光学薄膜和具有该光学薄膜的液晶显示器

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月11日提交的韩国专利申请No.10-2011-0002670的优先权，出于所有目的通过引用将该申请的全部内容合并于此。

技术领域

本发明涉及用于降低色偏的光学薄膜和具有该光学薄膜的液晶显示器(LCD)，更具体地涉及其中形成有雕刻的透镜部以降低依赖于视角的色偏的用于降低色偏的光学薄膜以及具有该光学薄膜的LCD。

背景技术

响应于高度发达的信息社会的出现，有关图像显示的组件和装置已得到很大改进并被迅速地传播。在这些组件和装置当中，图像显示装置已广泛地分布用于电视(TV)、个人计算机(PC)显示器等。此外，正在尝试同时增大这种显示装置的尺寸和减小其厚度。

一般而言，液晶显示器(LCD)是一种平板显示器，并利用液晶显示图像。因为LCD与其它显示装置相比具有重量轻、驱动电压低以及功耗低的优点，因此在整个工业中被广泛使用。

图1是示意性地示出LCD 100的基本结构和工作原理的概念图。

以示例方式参照常规的垂直排列(VA)LCD，两个偏振膜110和120被布置使得它们的光轴取向相互垂直。具有双折射特性的液晶分子150被插入并布置在涂有透明电极140的两个透明基板130之间。当从电源单元180施加电场时，液晶分子移动，并垂直于电场排列。

从背光单元发出的光在穿过第一偏振膜120之后被线偏振。如图1的左侧所示，在不供电时，液晶分子与基板保持垂直。因此，处于线偏振状态的光被光轴垂直于第一偏振膜120的光轴的第二偏振膜110阻挡。

同时，如图1的右侧所示，当通电时，电场造成液晶分子水平排列，使得它们在两个正交的偏振膜110和120之间平行于基板。因此，来自第一偏振膜的线偏振光，在到达第二偏振膜之前穿过液晶分子时，被转换为偏振被旋转90度的另一种线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光。然后该转换的光能够穿过第二偏振膜。通过调节电场的强度可从垂直取向到水平取向逐渐改变液晶的取向，从而允许控制光发射的强度。

图2是示出了依赖于视角的液晶的取向和光透射。

当液晶分子在像素220内以预定方向排列时，液晶分子的取向随视角变化而变化。

当从左前方(210)观看时，液晶分子看起来像是它们大致沿水平取向212排列，且屏幕相对较亮。当从前方沿线230观看时，看到液晶分子沿取向232排列，该取向与像素220内部的取向相同。另外，当从左前方(250)观看时，液晶分子看起来像是它们大致沿垂直取向252排列，并且屏幕稍暗。

因此，由于LCD的光的强度和色彩随视角变化而变化，因而与其它自发发光的显示器相比，LCD的视角受到了极大的限制。为了增大视角，已经实施了大量研究。

图3是示出减小对比度和色偏依赖于视角的变化的常规尝试的概念图。

参照图3，像素被分成两个像素部分，即第一像素部分320和第二像素部分340，这两个像素部分中的液晶的取向互相对称。依赖观看者的观看方向，或者可以看到如第一像素部分320中所示取向的液晶，或者可以看到如第二像素部分340中所示取向的液晶。到达观看者的光的强度是两个像素部分的光的总强度。

当从左前方(310)观看时，第一像素部分320中的液晶分子看起来好像是它们沿水平取向312排列，并且第二像素部分320中的液晶分子看起来好像是它们沿垂直取向314排列。因此，第一像素部分320使屏幕看起来亮。类似地，当从右前方(350)观看时，第一像素部分320中的液晶分子看起来好像是它们沿垂直取向352排列，并且第二像素部分340中的液晶分子看起来好像是它们沿水平取向354排列。那么，第二像素部分340可使得屏幕看起来亮。另外，当从前方观看时，看到液晶分子沿取向332和334排列，这与像素部分320和340内部的取向相同。因此，即使在视角改变时，观看者观察到的屏幕的亮度仍保持相同或类似，并且关于屏幕的垂直中心线对称。因此，这使得可减小对比度和色偏依赖于视角的变化。

图4是示出用于减小对比度和色偏依赖于视角的变化的常规方法的概念图。

参照图4，增加了具有双折射特性的光学薄膜420。光学薄膜420的双折射特性与在LCD面板的像素440内部的液晶分子的双折射特性相同，且与液晶分子的取向对称。归因于像素440内部的液晶分子的取向和光学薄膜的双折射特性，到达观看者的光的强度是来自光学薄膜420和像素440的光的总强度。

具体地，当从左前方(410)观看时，像素440内部的液晶分子看起来好像是它们沿水平取向414排列，并且由光学薄膜420产生的虚像液晶看起来好像是它们沿垂直取向412排列。所得到的光的强度是来自光学薄膜420和像素440的光的总强度。类似地，当从右前方(450)观看时，像素440内部的液晶分子看起来好像是它们沿垂直取向454排列，并且由光学薄膜420产生的虚像液晶看起来好像是它们沿水平取向452排列。所得到的光的强度是来自光学薄膜420和像素440的光的总强度。另外，当从前方观看时，看到液晶分子沿取向434和432排列，这分别与像素440内部的取向以及光学薄膜420的双折射取向相同。

然而，即使采用上述方法，仍存在图5中所示的问题。也就是说，随视角变化仍会出现色偏，且当视角增大时色彩改变。

在本发明的背景部分中所公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，不应该被视作是承认或以任何形式暗示该信息形成了对本领域技术人员来说是已知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供一种用于降低色偏的光学薄膜，其能够响应于视角的增大而降低色偏，以及具有该光学薄膜的LCD。

还提供一种用于降低色偏的光学薄膜，其能够在降低色偏的同时防止幻影和起雾，以及具有该光学薄膜的LCD。

还提供一种用于降低色偏的光学薄膜，其在降低色偏的同时呈现出极高的透射率，以及具有该光学薄膜的LCD。

在本发明的一个方面，在LCD中用于降低色偏的光学薄膜被设置在LCD的液晶面板的前方，并且包括：基底层；多个雕刻的透镜部，形成在所述基底层中以使所述雕刻的透镜部彼此隔开；以及填充部分，所述填充部分的每一个被设置在所述雕刻的透镜部中的相应的一个内部。所述填充部分的折射率与所述基底层的折射率不同。

在一实施例中，所述填充部分可被部分地填充在所述雕刻的透镜部的内部。

在一实施例中，所述填充部分的折射率可大于所述基底层的折射率。

在一实施例中，所述基底层和所述填充部分可由透明聚合物树脂形成。

在根据本发明的实施例的用于降低色偏的光学薄膜和具有该光学薄膜的LCD中，在降低响应于视角增大的色偏的同时，防止了幻影和起雾。

另外，在根据本发明的实施例的用于降低色偏的光学薄膜和具有该光学薄膜的LCD(TN LCD、VA LCD、IPS LCD等)中，呈现出极高的透射率。

本发明的方法和设备具有其它的特征和优点，这些特征和优点根据被合并于此并且在以下对本发明的详细描述中一起用于解释本发明的特定原理的附图而变得明显，或更详细地记载在这些附图中。

附图说明

图1是示意性地示出LCD的基本结构和工作原理的概念图；

图2是示出液晶依赖于视角的取向和光透射的概念图；

图3是示出减小对比度和色偏依赖于视角的变化的常规尝试的概念图；

图4是示出减小对比度和色偏依赖于视角的变化的另一种常规尝试的概念图；

图5是示出未安装光学薄膜的LCD的依赖于视角的色偏的曲线图；

图6至图12是示出根据比较示例的用于降低色偏的光学薄膜的截面图；

图13是示出根据比较示例的制造光学薄膜的方法的视图；

图14至图17是示出当根据比较示例的用于降低色偏的光学薄膜与显示器面板隔开时发生幻影和起雾的视图；

图18是示出安装有图17所示光学薄膜的LCD的依赖于视角的色偏的曲线图，用于与图5中所示的曲线图比较；

图19是示意性地示出根据本发明示例性实施例的用于降低色偏的光学薄膜的视图；以及

图20和图21是解释图19所示的光学薄膜的透射率得以提高的原理的视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中图示并且在下面进行描述。虽然结合其示例性实施例来描述本发明，但应当理解的是，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且还覆盖可包含于所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替代、修改、等同和其它实施例。

比较示例

下面将给出比较示例的描述。首先描述本发明降低色偏的原理，然后描述利用雕刻的透镜部防止幻影和起雾的机理。

图6和图7是示出根据第一比较示例的光学薄膜的透镜部的截面图。

光学薄膜通常被布置在显示器面板10的前方。

如图中所示，光学薄膜20包括基底层21和透镜部23。

将基底层21形成为透光材料层。基底层21可由透明聚合物树脂制成，特别是紫外(UV)固化透明树脂。

通过将基底层21雕刻至预定深度而形成透镜部23。透镜部23通过将入射到其上的光折射而降低色偏。透镜部23可利用色彩混合效应来减小响应于视角增加而发生的色彩改变。通过将宽度减小到小于透镜部之间的间隔，可允许沿垂直于显示器面板的平面的方向发出的更多的光穿过。

透镜部23用于改变垂直于显示器面板的平面发出的光的方向，使其不再垂直于显示器面板的平面，并用于改变最初发出的并不垂直于显示器面板的平面的一部分光的方向，使其垂直于显示器面板的平面发出。也就是说，透镜部可以通过改变基于视角的光的方向而引起色彩混合，从而降低色偏。

透镜部23可具有从以下的但不限于此的图案中选择的图案：具有多边形截面的条纹、具有多边形截面的波纹、具有多边形截面的矩阵、具有多边形截面的蜂窝状、具有多边形截面的点、具有半圆形截面的条纹、具有半圆形截面的波纹、具有半圆形截面的矩阵、具有半圆形截面的蜂窝状、具有半圆形截面的点、具有半椭圆形截面的条纹、具有半椭圆形截面的波纹、具有半椭圆形截面的矩阵、具有半椭圆形截面的蜂窝状、具有半椭圆形截面的点、具有半卵形(semi-oval)截面的条纹、具有半卵形截面的波纹、具有半卵形截面的矩阵、具有半卵形截面的蜂窝状以及具有半卵形截面的点。透镜部不限于上述形状，而可以具有各种形状。透镜部优选地具有两侧对称的截面。

这里，术语“多边形截面”可包括但不限于三角形、梯形以及四边形截面。另外，术语“半卵形截面”可包括除圆弧和椭圆弧之外的曲线轮廓。而且，术语“半圆形截面”、“半椭圆形截面”以及“半卵形截面”不限于通过将圆形、椭圆形或卵形精确地分成两个部分而得到的形状，而是包括其中透镜部的截面轮廓的一部分包括圆弧、椭圆弧或曲线的形状。也就是说，“半椭圆形截面”可具有有两个椭圆弧侧边以及线性上(或下)边的形状(即其中两个斜边都为椭圆弧的梯形形状)。可优选地，截面的外形包括具有大于直线的曲率的曲线。

另外，条纹构成的图案也可包括各种图案，例如水平条纹图案、竖直条纹图案等。水平条纹图案在补偿竖直视角上有效。如图7中所示，竖直条纹图案在补偿水平视角上有效。

为了防止云纹现象，透镜部23可被形成为相对于基底层21的边缘具有预定的偏角。例如，在条纹图案中，条纹可相对于水平或竖直方向具有预定的倾斜角度。

优选地，如图7中所示，透镜部23周期性地形成在基底层21的一个表面上。凹槽彼此隔开且互相平行。

透镜部23可形成在指向观看者的表面上，或形成在指向显示器面板的表面上。可替代地，透镜部23可形成在基底层21的两个表面上。

图8是示出根据第二比较示例的光学薄膜的截面图，图9是示出根据第三比较示例的光学薄膜的截面图。

这些图示出透镜部可具有三角形或半圆形截面。

图10和图11分别是示出根据第四比较示例和第五比较示例的光学薄膜的截面图。

虽然透镜部可形成在基底层的面向显示器面板的后表面上，但它们也可形成在基底层的指向观看者的前表面上，如图中所示。

图12是示出根据第六比较示例的光学薄膜的截面图。

如图12中所示，透镜部可形成在基底层的两个表面上。

图13是示出根据第七示例的制造光学薄膜的方法的视图。

用于降低色偏的光学薄膜可具有支撑基底层21的底层25。

底层25优选为透明树脂薄膜或UV可透过的玻璃基板。可利用的用于底层25的材料的示例可包括但不限于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)以及三醋酸纤维素(TAC)。

制备透镜部23的方法包括将UV固化树脂涂覆在底层25的一个表面上的步骤，以及在使UV线照射到UV固化树脂上的同时利用表面上具有与透镜部图案相反的图案的成形轧辊在UV固化树脂中形成透镜部的步骤。之后，通过使UV线照射到UV固化树脂上完成具有透镜部23的基底层21的制备。

然而，透镜部并不限于此，而可以利于各种方法形成，例如使用热塑树脂的热压、注入热塑树脂或热固树胶的注模法，等等。

图14和图15是示出当用于降低色偏的光学薄膜与显示器面板隔开时发生幻影和起雾的视图。

如图14中所示，当用于降低色偏的光学薄膜安装在显示器面板的前方时，将光学薄膜与显示器面板隔开的越远，会使幻影和起雾看起来越明显。(当光学薄膜紧密接触显示器面板时，因为幻影图像和原始图像之间的间隙非常小，所以难以将幻影和原始图像区别开，这将在下面描述)。幻影使显示器面板上的图像变形。因此需要在降低色偏的同时能防止幻影的解决方案。

另外，当用于降低色偏的光学薄膜被设置为使得其与显示器面板隔开时，不仅出现上述幻影问题，而且还出现起雾的问题，如图15中所示，这是因为透镜部使从显示器面板反射和从透镜部之间的平面反射的光扩散。也就是说，入射到光学薄膜和显示器面板上的光i)从光学薄膜和空气(即位于光学薄膜和显示器面板之间的空气)之间的界面和ii)从空气和显示器面板之间的界面反射一次或多次，然后入射到透镜部上。透镜部使入射光扩散，从而造成起雾。该现象降低了亮室对比度(BRCR)，从而降低了显示装置的可视性。因此，需要一种可防止在用于降低色偏的光学薄膜中出现幻影和起雾的解决方案。

图16和图17是示意性地示出根据第九和第十比较示例的、被设计为消除用于降低色偏的光学薄膜中的幻影和起雾的显示装置的视图。

可通过使光学薄膜紧密接触显示器面板而消除幻影和起雾。例如，可如图16中所示通过借助于粘合剂将用于降低色偏的光学薄膜附接到显示器面板或如图17中所示通过由具有自粘合特性的材料形成基底层然后将基底层直接附接到显示器面板来防止幻影和起雾，并提高透射率。另外，还可简单地使光学薄膜紧密接触显示器面板而无需将其粘合到显示器面板，以使在光学薄膜和显示器面板之间没有空气隙。

当观察到幻影时，发现具有半椭圆形截面的透镜部可最有效地防止幻影。在减轻起雾方面，还优选将透镜部指向显示器面板而不是观看者。(用于降低色偏的光学薄膜与显示器面板隔开时的情况与此相同)。

这里，基底层可由UV固化透明弹性体制成，以使得其可容易地被直接附接到显示器面板。基底层的可用材料可以包括但不限于丙烯酸弹性体、硅基弹性体(聚二甲基硅氧烷：PDMS)、聚氨酯基弹性体、聚乙烯醇缩丁醛(PMB)弹性体、乙烯-醋酸乙烯(EVA)基弹性体、聚氯乙烯醚(PVE)基弹性体、饱和无定形聚酯基弹性体、密胺树脂基弹性体等。

下面的表1显示通过测量在用于降低色偏的光学薄膜与显示器面板隔开的显示装置中和在图16中所示的显示装置中的起雾所获得的结果。

表1

利用具有240勒克斯的发光体D65作为外部光源，通过将样品附接到黑色基板，然后在60度的水平视角处测量被反射的光的亮度而进行测量。由于外部光源位于比样品高的地方，因此从样品下方可观察到镜面反射，且从所有方向可观察到不规则反射。因此，通过在60度的水平视角处而不是从样品下方检测不规则反射的光来测量由外部光源所造成的反射起雾。

当用于降低色偏的光学薄膜粘结到显示器面板时，测得反射起雾为2.58尼特，其与当光学薄膜与显示器面板隔开而在二者之间形成空气隙时相比是非常小的。可理解的是，与使用没有透镜部的简单PET薄膜的情况相比，甚至更明显地减轻了反射起雾。

图18是示出通过图17中所示的将用于降低色偏的自粘合光学薄膜(其中透镜部具有宽为30μm、深为60μm、节距为83μm的半椭圆形截面)附接到S-PVA模式LCD TV中的具有图5中所示的色偏的显示器面板，然后测量色偏减少率所得到的结果的曲线图。

在图18中色偏减少率为52％。

本发明的实施例

通过将上述比较示例的光学薄膜布置在显示器面板的前方大大降低了色偏。此外，通过将光学薄膜布置得使其紧密接触显示器面板的前部，可解决幻影和起雾的问题。

另外，本发明提出了一种可提高用于降低色偏的光学薄膜的透射率的方案。

图19是示意性地示出根据本发明实施例的用于降低色偏的光学薄膜的视图，图20和图21是解释图19中所示的光学薄膜的透射率得以提高的原理的视图。

如这些图中所示，在图19中所示的光学薄膜包括基底层21、雕刻的透镜部23和填充部分27。

雕刻的透镜部23形成在基底层21上。这里，多个雕刻的透镜部23形成为使它们彼此隔开。这表示使穿过基底层的截面的光折射的雕刻的透镜部23彼此隔开，且在相邻的雕刻的透镜部之间呈现基底层的平坦表面。因此，具有预定图案，例如具有半椭圆形截面的矩阵的透镜部，当从基底层的前方观看它们时看起来像单个具有矩阵图案的透镜结构，而当在基底层的截面上观看它们时透镜部看起来彼此隔开。

填充部分27设置在雕刻的透镜部23内部。基底层21的折射率n1和填充部分27的折射率n2必须彼此不同。基底层21和填充部分27可由透明的聚合物树脂形成。

如图20中所示，当光从显示器面板发出的角度增大时，被透镜部折射的光入射到基底层的前表面的角度也增大，从而使更多的光被全反射。全反射的光被显示器面板的偏振膜吸收，从而减小了用于降低色偏的光学薄膜的透射率。

为了解决该问题，设置在雕刻的透镜部内部的材料具有与基底层的折射率n1不同的折射率n2。如图21中所示，从显示器面板发出的光在填充部分的边界被折射，从而使入射到透镜部的光的方向改变。因此，减小了入射到透镜部的光的角度，使得不出现全反射。因此可提高透射率。

更为优选的是，填充部分被部分地填充(填充雕刻的透镜部的一部分)。具体地，当光学薄膜紧密接触显示器面板时，由于在显示器面板和填充部分之间没有空气隙(具有折射率1)介入，因此不优选用填充部分完全填满雕刻的透镜部分。也就是说，当显示器面板的前方玻璃的折射率为1.5时，如果具有折射率大约为1.5的填充部分完全填满雕刻的透镜部，则折射率之间的差小于所需的。那么降低色偏的效果可能变得不明显，而且从显示器面板发出的光在填充部分的边界被折射以减小全反射进而增大透射率的效果也可能变得不明显。

下面的表2呈现出依赖于基底层的折射率n1的变化和填充部分的折射率n2的变化在色彩改变和透射率的变化上的改进。该表示出与不填充透镜部的情况相比，当具有填充部分时，在色彩改变和透射率上的改进都得到了提高。例如当填充部分的折射率大于基底层的折射率时这更明显，如在#2的情况中。

表2

	基底层	填充部分(n2)	在色彩改变上的改进	透射率
					参考	1.6	0(空气)	34.8％	79.5％
#1	1.6	1.4	43.7％	79.9％
					#2	1.4	1.6	45.2％	85.8％

本发明用于显示装置的滤光器可被构造为其中形成有填充部分和透镜部分的基底层的单层膜，或构造为通过在基底层上层叠多种功能膜的多层滤光器，功能膜例如为用于保护面板的透明基板、抗雾膜、抗反射膜、偏振膜以及相位延迟膜。

在这种情况下，本发明的滤光器的各个构成层可利用粘合剂或粘结剂粘合或粘结。其具体的示例可包括但不限于丙烯酸粘合剂、硅基粘合剂、聚氨酯基粘合剂、聚乙烯醇缩丁醛(PMB)粘合剂、乙烯-醋酸乙烯(EVA)基粘合剂、聚氯乙烯醚(PVE)、饱和无定形聚酯、密胺树脂。

上述对本发明的具体示例性实施例的描述用于图示和说明的目的。它们并不是全面地或将本发明限于所公开的精确形式，显然根据上述教义可能有很多修改和变化。示例性实施例被选择和描述以解释本发明的特定原理或它们的实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施和使用本发明的各种示例性实施例以及其各种替代和修改。本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (7)

1.一种在液晶显示器中用于降低色偏的光学薄膜，所述光学薄膜被设置在所述液晶显示器的液晶面板的前方，并且包括：

基底层；

多个雕刻的透镜部，形成在所述基底层中以使所述雕刻的透镜部彼此隔开；以及

填充部分，所述填充部分的每一个被设置在所述雕刻的透镜部中相应的一个的内部，

其中所述填充部分的折射率与所述基底层的折射率不同，

其中所述填充部分被部分地填充在所述雕刻的透镜部的内部，所述雕刻的透镜部中的未填充部分具有空气隙，

其中所述基底层为自粘合剂。

2.根据权利要求1所述的光学薄膜，其中所述填充部分的折射率大于所述基底层的折射率。

3.根据权利要求1所述的光学薄膜，其中所述基底层和所述填充部分包括透明聚合物树脂。

4.根据权利要求1所述的光学薄膜，其中所述基底层包括透明的弹性体。

5.根据权利要求1所述的光学薄膜，其中所述雕刻的透镜部具有从下列图案构成的组中选出的图案：具有多边形截面的条纹、具有多边形截面的波纹、具有多边形截面的矩阵、具有多边形截面的蜂窝状、具有多边形截面的点、具有半圆形截面的条纹、具有半圆形截面的波纹、具有半圆形截面的矩阵、具有半圆形截面的蜂窝状、具有半圆形截面的点、具有半椭圆形截面的条纹、具有半椭圆形截面的波纹、具有半椭圆形截面的矩阵、具有半椭圆形截面的蜂窝状、具有半椭圆形截面的点、具有半卵形截面的条纹、具有半卵形截面的波纹、具有半卵形截面的矩阵、具有半卵形截面的蜂窝状以及具有半卵形截面的点。

6.一种液晶显示器，包括如权利要求1所述的用于降低色偏的光学薄膜，

其中所述基底层直接附接到所述液晶面板。

7.根据权利要求6所述的液晶显示器，其中所述用于降低色偏的光学薄膜的所述透镜部形成在所述基底层的指向所述液晶面板的表面中。