CN109143675A - 偏光结构及显示装置 - Google Patents

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CN109143675A CN201811162066.5A CN201811162066A CN109143675A CN 109143675 A CN109143675 A CN 109143675A CN 201811162066 A CN201811162066 A CN 201811162066A CN 109143675 A CN109143675 A CN 109143675A
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Abstract

本发明涉及一种偏光结构，包括：光学补偿膜，具有第一折射率，光学补偿膜包括入光面和与入光面相对的出光面，出光面上形成有多个凹槽；支撑膜，具有第二折射率，第一折射率大于第二折射率，支撑膜上形成有多个与凹槽形状、尺寸相匹配的凸起结构，凸起结构的宽度小于或接近入射光的波长，支撑膜贴合于光学补偿膜的出光面上，且凸起结构容纳于凹槽内；偏光膜，设于支撑膜上；相位补偿膜，设于偏光膜上。通过设置不同折射率的支撑膜和光学补偿膜且形成凸起结构，可以使垂直入射光偏转，将正视角光能量分配到侧视角，提高侧视角画质。本发明还涉及另一种偏光结构及一种包含上述偏光结构的显示装置。

Description

偏光结构及显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，特别是涉及一种偏光结构及显示装置。
背景技术
随着显示技术的发展，显示装置因具有高画质、省电、机身薄等优点被广泛应用于这种电子产品中，其中，画质的好坏是影响消费者体验的最主要的因素。显示装置一般由背光模组和置于背光模组上的显示面板构成，背光模组为显示面板提供入射光，该入射光通常是集中垂直入射至显示面板，因此在正视方向观看显示屏时，能获取较好的显示画质，但是在侧视方向观看显示屏时，画质较差，色偏比较严重，使得正常显示的视角较小。目前，在VA液晶(Vertical Alignment liquid crystal，垂直排列液晶)显示器中采用将滤光片中的子像素再次划分为多个次像素的手段来改善侧视角的画质，从而扩大显示视角。但是这种方法需要更多的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)元件来驱动次像素，如此势必为增加面板内部的金属走线，造成可透光的区域变小，影响面板的透光率，影响画质。而若为了保证光亮度，则需提高背光模组的性能，使其产生更高亮度的入射光，如此又会增加背光成本。
发明内容
基于此，有必要针对显示装置显示视角小、侧视画质较差的问题，提供一种偏光结构及显示装置。
一种偏光结构，包括：
光学补偿膜，具有第一折射率，所述光学补偿膜包括入光面和与所述入光面相对的出光面，所述出光面上形成有多个凹槽；
支撑膜，具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率，所述支撑膜上形成有多个与所述凹槽形状、尺寸相匹配的凸起结构，所述凸起结构的宽度小于或接近入射光的波长，所述支撑膜贴合于所述光学补偿膜的出光面上，且所述凸起结构容纳于所述凹槽内；
偏光膜，设于所述支撑膜上；
相位补偿膜，设于所述偏光膜上。
由于在显示装置中，大部分光线是垂直入射至显示面板，显示面板包含偏光结构，偏光结构包括偏光膜和支撑保护偏光膜的支撑膜，若偏光结构中的各层膜表面平整且与垂直入射光相互垂直，大部分入射光垂直入射至偏光结构时仍然垂直射出，大部分光能量集中在正视角，导致显示面板正视角画质较好而侧视角画质较差。而本方案中，在偏光结构中设置一层光学补偿膜，支撑膜叠设于光学补偿膜上，且光学补偿膜上形成有凹槽，支撑膜上形成有多个与凹槽相匹配的凸起结构，光学补偿膜与支撑膜紧密贴合无间隙，凸起结构容纳于凹槽内，光学补偿膜具有第一折射率，支撑膜具有第二折射率，且第一折射率大于第二折射率，即光垂直入射至显示面板时，穿透光学补偿膜并入射至支撑膜的过程，是从光密质进入光疏质的过程。同时，在支撑膜与光学补偿膜接触的一面形成有多个凸起结构，各凸起结构的宽度小于或接近入射光的波长，当入射光从光密质进入光疏质时，该凸起结构相当于一光栅，入射至凸起结构处的光线会发生衍射，从而改变光线的传播路径，使垂直入射光发散到侧视角，提高侧视角的画质。
在其中一个实施例中，所述凸起结构的宽度大于或等于300nm，且小于或等于1000nm。
在其中一个实施例中，所述凸起结构为长条形凸起，且所述长条形凸起结构并排设置。
在其中一个实施例中，所述凸起结构呈二维矩阵阵列排列，且所述凸起结构的长度和宽度均小于或接近入射光的波长。
在其中一个实施例中，所述凸起结构呈周期性排列。
在其中一个实施例中，相邻凸起结构的中心间距小于或等于10μm。
在其中一个实施例中，所述偏光膜具有穿透轴，所述光学补偿膜为单光轴A-补偿膜，所述单光轴A-补偿膜内填充有向列相液晶分子，所述向列相液晶分子的光轴平行于所述入光面且平行于所述穿透轴，所述第一折射率为所述A-补偿膜的反常折射率。
在其中一个实施例中，所述支撑膜包括三醋酸纤维素支撑膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑膜、聚甲基丙烯酸甲酯支撑膜中的任意一种。
一种偏光结构，依次包括：
光学补偿膜，具有第一折射率，所述光学补偿膜包括入光面和与所述入光面相对的出光面，所述出光面上形成有多个凹槽；
支撑膜，具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率，所述支撑膜上形成有多个与所述凹槽形状、尺寸相匹配的凸起结构，所述凸起结构呈二维矩阵阵列排列，所述凸起结构的长度和宽度小于或接近入射光的波长，所述支撑膜贴合于所述光学补偿膜的出光面上，且所述凸起结构容纳于所述凹槽内，所述凸起结构的中心间距小于或等于10μm；
偏光膜，设于所述支撑膜上；
相位补偿膜，设于所述偏光膜上。
上述偏光结构，可以使大部分垂直入射至偏光结构的光线在二维平面内向侧视角偏转，将正视角能量分配到侧视角，从而提高侧视角的画质。
一种显示装置，包括：
背光模组，用于提供光源；
显示面板，置于所述背光模组一侧，用于显示画面；
所述显示面板包含上述偏光结构。
上述显示装置的显示面板包含有偏光结构，可以使背光模组垂直入射至显示面板的光线向侧视角偏转，将正视角能量分配到侧视角，从而提高侧视角的画质。
附图说明
图1为偏光结构爆炸图；
图2为偏光结构对入射光的衍射示意图；
图3a为一实施例中光学补偿膜的立体结构图；
图3b为另一实施例中光学补偿膜的立体示意图；
图4a为一实施例中偏光结构局部剖视图；
图4b为图4a中偏光膜的穿透抽与光学补偿膜的光轴的方向关系图；
图5为显示装置结构示意图；
图6为一实施例中显示面板结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，偏光结构包括依次叠设的光学补偿膜100、支撑膜200、偏光膜300和相位补偿膜400，其中，光学补偿膜应为可透光的透明或半透明材料制成且具有光学补偿的功能，光学补偿具体可为相位补偿。光学补偿膜100包括入光面100A和出光面100B，入光面为接收入射光的一面，光线从入光面进入光学补偿膜并从出光面射出。在本方案中，光学补偿膜100的出光面形成有多个凹槽101，支撑膜200设置在光学补偿膜100的出光面上，支撑膜200上形成有多个与凹槽101形状、尺寸相匹配的凸起结构201，凸起结构201可刚好嵌入凹槽101内。凸起结构201的宽度小于或接近入射光的波长，支撑膜200贴合于支撑膜100的出光面上，且凸起结构201完全容纳于凹槽101内，即光学补偿膜100与支撑膜200之间紧密贴合无间隙。光学补偿膜具有第一折射率n1，支撑膜具有第二折射率n2，第一折射率n1大于第二折射率n2，当光穿透光学补偿膜100进入支撑膜200时，是从光密质进入光疏质的过程。又由于凸起结构的宽度小于或接近入射光的波长，当入射光传播至该凸起结构201处时，由于凸起结构的宽度小于或接近波长，该凸起结构相当于一光栅，光线在该凸起结构处可发生衍射。在显示装置中，由于绝大部分光线是垂直入射至偏光板中，即绝大部分光线垂直于入光面，本方案通过设置不同折射率的光学补偿膜100和支撑膜200并在支撑膜200与光学补偿膜100的接触面形成凸起结构201，通过凸起结构形成光栅，入射光从光学补偿膜100垂直入射至支撑膜200时，会在凸起结构处发生衍射，改变垂直入射光的传播路径，使光线发生偏转，从而使正视角光型能量分配到大视角，提高侧视角的画质。偏光膜300叠设于支撑膜上，光穿透支撑膜后进入偏光膜300，偏光膜300对入射光进行偏振处理，只有电场方向与偏光膜的穿透轴平行的光线可穿透偏光膜，即从偏光膜300射出的光线的电场方向与偏光膜的穿透轴平行。在一实施例中，偏光膜为聚乙烯醇膜，聚乙烯醇膜具有高透明、高延展性能并且对光线具有偏振作用。在一实施例中，支撑膜可包括三醋酸纤维素(TAC)支撑膜，也可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支撑膜，还可包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撑膜。由于偏光膜具有极强的亲水性，需要在偏光膜表面设置保护膜以支撑并保护偏光膜的物理特性，在本方案中，支撑膜200和光学补偿膜100除具有偏转光线的功能外，还共同构成偏光膜入光侧的保护膜，但是支撑膜200和光学补偿膜100需要有合适的厚度才能对偏光膜进行保护。相位补偿膜400叠设于偏光膜300上，相位补偿膜能够对光线进行相位补偿。在显示器中，光线经过处理后会出现相位延迟的现象，相位延迟会严重影响画质，设置相位补偿膜，在光线射出显示面板前进行相位补偿，可避免相位延迟对画质的影响。在一实施例中，相位补偿膜可为A-板或C-板或A-板和C-板的组合。
结合图2所示，凸起结构的宽度为X，X的取值范围可为300nm≤X≤1000nm，当光线垂直穿透光学补偿膜100进入支撑膜200时，在凸起结构201处发生衍射，即光线传播路径发生改变，光线偏离原来垂直入射方向，向侧边发散，因此会有更多的光线射入侧边，提高侧视角度的画质。可以理解的，第一折射率n1与第二折射率n2的差异越大，衍射现象越明显，越容易将正视光型能量分配到大视角。在一实施例中，第一折射率n1的取值范围为1.0＜n1＜2.5，第二折射率n2的取值范围为1.0＜n2＜2.5。在一实施例中，若m＝n1-n2，m的取值范围可为0.01＜m＜1.5。
如图3a所示，支撑膜200上形成有多个凸起结构201，各凸起结构201为长条形凸起，各长条形凸起结构201可并排设置，各长条形凸起的宽度小于或接近入射光的波长。如图3b所示，凸起结构201也可呈二维矩阵阵列排列，各凸起结构的宽度(X方向)和长度(Y方向)均小于或接近入射光的波长。由于在显示装置中，背光模组生成的光线大部分是集中垂直入射至显示面板，若偏光结构中各层膜的表面平整且与垂直入射光相互垂直，垂直入射光穿透偏光板时不会改变其传播方向，即光线垂直入射时仍然垂直射出，造成光线集中在正视角度，使得正视方向的显示画质较好，而侧视角度由于光线较弱，侧视角度的画质较差。在本方案中，由于设有多个凸起结构201，凸起结构201可以使垂直入射光线产生衍射，光线偏离原来垂直入射方向，向侧边发散，因此会有更多的光线射入侧边，提高侧视角度的画质。当凸起结构为长条形凸起且并排排列时，仅在一维方向(X方向)发生衍射，使光线发散到凸起结构的两侧；当凸起结构呈二维矩形阵列排列时，由于凸起结构的长度和宽度均小于或接近入射光的波长，会在二维平面(X方向和Y方向)内发生衍射。在一些实施例中，凸起结构201为长方体凸起，在其他的实施例中，凸起结构201也可为其他形态的凸起，凸起结构的尺寸能使入射的光线发生衍射即可。在一实施例中，凸起结构呈周期排列，即相邻凸起结构的中心间距相等。在一实施例中，的相邻凸起结构的中心间距小于或等于10μm，即小于一般像素的开口宽度，即满足每个像素开口对应有至少一个凸起结构对该像素光线进行偏转。
偏光膜300具有吸收轴和穿透轴，电场方向与穿透轴平行的偏振光能通过偏光膜，即通过偏光膜的线偏振光的电场方向与穿透轴平行。在一实施例中，光学补偿膜可为单光轴液晶薄膜，单光轴液晶薄膜内填充有液晶分子且各液晶分子的光轴平行，使液晶薄膜呈单光轴特性，光学补偿膜的光轴方向即为内部液晶分子的光轴方向。由于液晶为双折射材料，通常，光线进入液晶时会折射成正常光和反常光两条光线，其中，正常光的折射率为正常折射率，反常光的折射率为反常折射率，反常折射方向为光电场方向与液晶光轴平行的方向，正常折射方向为光电场与液晶光轴垂直的方向，反常折射方向与正常折射方向垂直，即入射光的电场在液晶内被折射成与光轴平行的分量(反常折射)和与光轴垂直的分量(正常折射)，由于光学补偿膜上方设有偏光膜，只有电场方向与偏光膜穿透轴平行的光线能穿过偏光膜。
在一实施例中，如图4a与图4b所示，光学补偿膜100具体可为单光轴A-补偿膜，单光轴A-补偿膜内部可填充向列相液晶102，向列相液晶为长条棒状型液晶，向列相液晶的光轴103平行于偏振膜的穿透轴301，向列相液晶的反常折射方向为光电场方向与向列相液晶的光轴平行的方向，即向列相液晶反常折射的光电场方向与偏振膜的穿透轴平行，对应的反常折射率为n1e；向列相液晶的正常折射方向为光电场方向与向列相液晶的光轴垂直的方向，即向列相液晶的正常折射的光电场方向与偏振膜的穿透轴垂直，对应的正常折射率为n1o。通常情况下，入射光进入光学补偿膜时，光电场会被折射为与光轴平行的分量(反常折射)和与光轴垂直的分量(正常折射)。在本实施例中，由于向列相液晶的光轴103与偏光膜的穿透轴301平行，如向列相液晶的光轴103和偏光膜的穿透轴301均处于图4b中的X方向。在其他实施例中，向列相液晶的光轴103和偏光膜的穿透轴301可处于图4b中的Y方向，满足光轴103与穿透轴301平行即可。在本实施例中，入射光进入光学补偿膜后折射成正常光和反常光，其中，反常光的电场方向平行于X方向，即反常光的电场方向平行于穿透轴，正常光的电场方向垂直于穿透轴，只有反常光能够透过偏光膜，因此第一折射率为光学补偿膜100的反常折射率n1e。在其他实施例中，光学补偿膜也可为其他类型的液晶薄膜，满足光学补偿膜的第一折射率大于支撑膜的第二折射率即可，其中，第一折射率对应的折射光可穿透偏光膜，即该折射光的电场方向与偏光膜的穿透轴方向平行。在一实施例中，偏光结构还包括叠设于相位补偿膜上的压敏胶层，偏光结构通过压敏胶层可粘贴在玻璃基板上。
本发明还涉及一种偏光结构，如图1和图2所示，偏光结构包括依次叠设的光学补偿膜100、支撑膜200、偏光膜300和相位补偿膜400，光学补偿膜100包括入光面100A和出光面100B，光学补偿膜100的出光面形成有多个凹槽101，支撑膜200设置在光学补偿膜100的出光面上，支撑膜200上形成有多个与凹槽101形状、尺寸相匹配的凸起结构201，凸起结构201可刚好嵌入凹槽101内。凸起结构201的宽度小于或接近入射光的波长，相邻凸起结构的中心间距Y小于或等于10μm。支撑膜200贴合于支撑膜100的出光面上，且凸起结构201完全容纳于凹槽101内，即光学补偿膜100与支撑膜200之间紧密贴合无间隙。光学补偿膜具有第一折射率n1，支撑膜具有第二折射率n2，第一折射率n1大于第二折射率n2，当光穿透光学补偿膜100进入支撑膜200时，由于凸起结构的宽度小于或接近波长，该凸起结构相当于一光栅，光线在该凸起结构处可发生衍射，改变垂直入射光的传播路径，使光线发生偏转，从而使正视角光型能量分配到大视角，提高侧视角的画质。凸起结构呈二维矩阵排列，由于凸起结构的长度和宽度均小于或接近入射光的波长，会在二维平面内发生衍射。相邻凸起结构的中心间距Y小于或等于10μm，即小于一般像素的开口宽度，即满足每个像素开口对应有至少一个凸起结构对该像素光线进行偏转。
本发明还公开一种显示装置，如图5所示，包括背光模组2以及置于背光模组一侧的显示面板1，其中，显示面板1包含上述偏光结构。背光模组2用于提供光源，光源产生入射光，该入射光集中在与垂直方向呈小角度的范围内入射至显示面板1，该小角度θ可小于30°。显示面板1接收到的大部分光为垂直入射光，由于显示面板1包含偏光结构，在偏光结构中设置支撑膜和光学补偿膜，光学补偿膜具有第一折射率；支撑膜贴合于光学补偿膜上，支撑膜具有第二折射率，第一折射率大于第二折射率，且支撑膜与光学补偿膜接触的一面形成有多个凸起结构，该凸起结构可形成衍射光栅。当偏光板中包含上述偏光结构时，光线垂直入射至显示面板并穿透偏光结构，在偏光结构中会从光密质进入光疏质，且由于凸起结构的宽度小于或接近波长，该凸起结构相当于光栅，因此在凸起结构处会发生衍射现象，使垂直入射光向侧视角偏转，将正视角能量分配到侧视角，提高侧视角的画质。其中，偏光结构的具体结构已在上文详细介绍，此处不再赘述。其中，背光模组20中光源可为侧入式光源，导光板的上下表面均设有长条V型槽，导光板下表面V型槽的侧壁与侧入式光源平行，导光板上表面的V型槽与下表面的V型槽相互垂直。
在一实施例中，如图6所示，显示面板为液晶显示面板，该显示面板包括上偏光板10、下偏光板30以及夹设于上偏光板10和下偏光板30之间的液晶层20，液晶层20包括玻璃基板和夹设于玻璃基板之间的液晶分子。入射光经过下偏光板后变为线偏振光，液晶层20可扭转线偏振光的偏振方向，使线偏振光从上偏光板中通过，从而在显示面板上显示画面，其中下偏光板30包含上文介绍的偏光结构。在其他实施例中，显示面板也可以为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示面板、量子点发光二极管(QuantumDot Light Emitting Diodes，QLED)显示面板或者曲面显示面板，以及包含上述偏光结构的其他显示面板。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种偏光结构，其特征在于，包括：
光学补偿膜，具有第一折射率，所述光学补偿膜包括入光面和与所述入光面相对的出光面，所述出光面上形成有多个凹槽；
支撑膜，具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率，所述支撑膜上形成有多个与所述凹槽形状、尺寸相匹配的凸起结构，所述凸起结构的宽度小于或接近入射光的波长，所述支撑膜贴合于所述光学补偿膜的出光面上，且所述凸起结构容纳于所述凹槽内；
偏光膜，设于所述支撑膜上；
相位补偿膜，设于所述偏光膜上。
2.如权利要求1所述的偏光结构，其特征在于，所述凸起结构的宽度大于或等于300nm，且小于或等于1000nm。
3.如权利要求1所述的偏光结构，其特征在于，所述凸起结构为长条形凸起，且所述长条形凸起结构并排设置。
4.如权利要求1所述的偏光结构，其特征在于，所述凸起结构呈二维矩阵阵列排列，且所述凸起结构的长度和宽度均小于或接近入射光的波长。
5.如权利要求1所述的偏光结构，其特征在于，所述凸起结构呈周期性排列。
6.如权利要求1所述的偏光结构，其特征在于，相邻凸起结构的中心间距小于或等于10μm。
7.如权利要求1所述的偏光结构，其特征在于，所述偏光膜具有穿透轴，所述光学补偿膜为单光轴A-补偿膜，所述单光轴A-补偿膜内填充有向列相液晶分子，所述向列相液晶分子的光轴平行于所述穿透轴，所述第一折射率为所述A-补偿膜的反常折射率。
8.如权利要求1所述的偏光结构，其特征在于，所述支撑膜包括三醋酸纤维素支撑膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑膜、聚甲基丙烯酸甲酯支撑膜中的任意一种。
9.一种偏光结构，其特征在于，包括：
光学补偿膜，具有第一折射率，所述光学补偿膜包括入光面和与所述入光面相对的出光面，所述出光面上形成有多个凹槽；
支撑膜，具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率，所述支撑膜上形成有多个与所述凹槽形状、尺寸相匹配的凸起结构，所述凸起结构呈二维矩阵阵列排列，所述凸起结构的长度和宽度小于或接近入射光的波长，所述支撑膜贴合于所述光学补偿膜的出光面上，且所述凸起结构容纳于所述凹槽内，相邻凸起结构的中心间距小于或等于10μm；
偏光膜，设于所述支撑膜上；
相位补偿膜，设于所述偏光膜上。
10.一种显示装置，包括：
背光模组，用于提供光源；
显示面板，置于所述背光模组一侧，用于显示画面；
其特征在于，所述显示面板包含权利要求1至9任一项所述的偏光结构。
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