CN110398797B - 光偏折膜及应用该光偏折膜的显示装置 - Google Patents

光偏折膜及应用该光偏折膜的显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光偏折膜及应用该光偏折膜的显示装置。显示装置包括显示面板及光偏折膜。光偏折膜设置于显示面板上且包括第一层、第二层以及介于第一层及第二层之间的界面间的光偏折结构。第一层具有第一折射率。第二层形成于第一层上且具有第二折射率。光偏折膜的第一层位于第二层与显示面板之间，且第一折射率大于第二折射率。

Description

光偏折膜及应用该光偏折膜的显示装置
技术领域
本发明涉及一种光偏折膜及应用该光偏折膜的显示装置，且特别是涉及一种具有光偏折结构的光偏折膜及应用其的显示装置。
背景技术
基于市场对于大尺寸及高分辨率的显示面板需求增大，现有的显示产品技术遇到瓶颈。例如，以尺寸为65英寸的显示面板为例，相较于分辨率为4K的产品，分辨率为8K的产品的像素数量增加到4倍且电路数量更多，导致开口率下降、光利用率低、制作工艺难度提高及成本大幅增加等问题。
发明内容
因此，本发明提出一种光偏折膜及应用其的显示装置，可改善前述现有问题。
根据本发明的一实施例，提出一种光偏折膜。本发明所述光偏折膜用以设置在光源上，其包括：具有第一折射率的第一层、形成于第一层上且具有第二折射率的第二层，及介于第一层与第二层界面间的光偏折结构，而由光源所发出的光线依序穿过第一层及第二层，且第一折射率大于第二折射率。
根据本发明的另一实施例，提出一种光偏折膜。本发明所述光偏折膜，其包括：具有第一折射率的第一层、形成于第一层上且具有第二折射率的第二层、形成于第二层上的保护层，及介于第一层与第二层的界面间的光偏折结构，其中第一折射率大于第二折射率。
根据本发明的另一实施例，提出一种显示装置。本发明所述显示装置包括：显示面板及设置于该显示面板上的光偏折膜。所述光偏折膜包括：具有第一折射率的第一层、形成于第一层上且具有第二折射率的第二层，及介于第一层与第二层界面间的光偏折结构。第一层位于第二层与显示面板之间，且第一折射率大于第二折射率。
根据本发明的另一实施例，提出一种显示装置。本发明所述显示装置包括：显示面板及设置于显示面板上的光偏折膜。所述光偏折膜包括：具有第一折射率的第一层、形成于第一层上且具有第二折射率的第二层、形成于第二层上的保护层，及介于第一层与第二层的界面间的光偏折结构，其中第一折射率大于第二折射率。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图详细说明如下：
附图说明
图1为本发明一实施例的光偏折膜的局部剖视图；
图2为图1的光偏折膜进行激光光分配的示意图；
图3A为本发明一实施例的显示装置的示意图；
图3B为图3A的显示装置的显示面板、光偏折膜及粘合层沿方向3B-3B’的剖视图；
图4为图3B的光偏折膜应用在显示装置上的色偏改善结果的示意图。
符号说明
100：显示装置
110：显示面板
120：光偏折膜
121：第一层
122：第二层
123：保护层
124：光偏折结构
125：粘合层
D、DA、DB：光分配比例
I、I'：光强
θ：视角
θ0：绕射角
N1：第一折射率
N2：第二折射率
L1：激光
L2：光线
L21：分光
L2’：色偏光
X、Y、Z：轴
T：周期
具体实施方式
以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。
图1绘示本发明一实施例的光偏折膜的局部剖视图。如图1所示，光偏折膜120包括：第一层121及第二层122。第一层121具有第一折射率N1，第二层122位于第一层121上且具有第二折射率N2，在第一层121及第二层122之间的界面包含光偏折结构124，且第一折射率N1大于第二折射率N2。其中，当光偏折膜120设置于光源(未绘示)上时，光源所发出的光线(未绘示)依序穿过第一层121及第二层122。
在一实施例中，光偏折结构124为提供入射在界面上的可见光产生绕射的微结构。举例而言，光偏折结构124可为由第一层121及第二层122的界面所界定的光栅结构。前述光偏折结构124可具有任何周期性重复的形状，例如，正弦波形状、方波形状，或者光栅结构可具有其它周期性重复的规则或不规则形状。
在一实施例中，第一折射率N1可介于约1.4与约2之间，例如：第一折射率N1介于约1.5与约1.8之间。第二折射率N2可介于约1.2与约1.8之间，例如：第二折射率N2介于约1.4与约1.7之间。光偏折结构124可具有一种或二种以上的周期T，周期T介于约0.5微米与约20微米之间，例如：介于约0.5微米与约8微米之间。
在一实施例中，第一层121及第二层122各者可为粘弹性或弹性粘着剂层，例如：压敏粘着剂(PSA)、橡胶基粘着剂及聚硅氧基粘着剂。举例而言，适当的粘弹性或弹性粘着剂包括：弹性聚氨基甲酸乙酯或聚硅氧粘着剂、基于苯乙烯嵌段共聚物、(甲基)丙烯酸嵌段共聚物、聚乙烯醚、聚烯烃、及聚甲基丙烯酸酯。在另一实施例中，第一层121及第二层122各者可为交联树脂层或可溶树脂层。举例而言，适当的交联树脂层材料例如是包括：(甲基)丙烯酸系、胺基甲酸酯系、(甲基)丙烯酸胺基甲酸酯系、环氧系、聚硅氧系等热硬化型树脂或紫外线硬化型树脂等。在一特定实施例中，第一层121及第二层122均为交联树脂层。
在一实施例中，第一层121及第二层122中各可含有无机纳米粒子或光漫射粒子等填料，以调整该层的折射率值。在此情况下，折射率值为复合材料的平均折射率。合适的纳米材料可包括无机纳米粒子或有机纳米粒子，例如是：金属氧化物纳米颗粒、氧化锆、二氧化钛、氧化铝、氧化锡、二氧化硅及聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)纳米颗粒。
如图1所示，在一实施例中，光偏折膜120还包括保护层123位于第二层122上，以保护第二层122。可使用合成树脂作为保护层123。举例而言，可作为保护层123的材料包括：纤维素系、聚酯系、聚乙烯醇系、聚碳酸酯系、聚酰胺系、聚酰亚胺系、聚醚砜系、聚砜系、聚苯乙烯系、聚烯系、聚烯烃系、(甲基)丙烯酸系、乙酸酯系等透明树脂等。又，也可列举(甲基)丙烯酸系、胺基甲酸酯系、(甲基)丙烯酸胺基甲酸酯系、环氧系、聚硅氧系等热硬化型树脂或紫外线硬化型树脂等。此外，也可列举硅氧烷系聚合物等玻璃质聚合物。在一实施例中，保护层123可包括功能涂层，例如：表面硬化涂层、防眩光涂层或一些特殊的功能涂层。
在一实施例中，光偏折膜120还包括粘合层125位于第一层121相对于第二层122的一侧上，以将光偏折膜120贴附至光源上。在一实施例中，光偏折膜120也可省略粘合层125。在此特定实施例中，第一层121为粘弹性或弹性粘着剂层，而第二层122为交联树脂层。
经研究发现，光偏折膜120中紧邻光偏折结构的两个膜层的折射率可决定光学膜的补偿效果，而本发明实施例的光偏折膜120在使用第一折射率N1大于第二折射率N2的配置时，拥有较佳的视角补偿效果。
请参照图2，其绘示图1的光偏折膜120进行激光光分配的示意图。如图所示，以激光L1(如红光激光)穿透光偏折膜120，并以光强侦测器(未绘示)测量相对于入射光延长线方向夹角θ0为25度范围内的光强I′，然后计算光强I'与激光L1的总光强I的比值(即
Figure BDA0001673032280000041
)，此比值定义为光分配比例D(Distribution Ratio)。
根据上述测量方式，当光偏折膜120以第一层121作为入光侧，使光线依序通过第一层121及第二层122(光线先通过高折射率层再通过低折射率层)时所测得的比值定义为光分配比例DA；而将光偏折膜120以第二层122作为入光侧，使光线依序通过第二层122及第一层121(光线先通过低折射率层再通过高折射率层)时所测得的比值定义为光分配比例DB。
依据测试结果可知，本发明实施例的光偏折膜120的光分配比例DA小于光分配比例DB，此表示当光以第一层121作为入光侧通过光偏折膜120时，夹角θ0内的光强分布小于夹角θ0外的光强分布。亦即，光偏折膜120以第一层121作为入光侧时具有较大视角的绕射分布。如此，采用以第一层121作为入光侧的光偏折膜120在显示装置100上所产生的分光涵盖视角范围较大，而能改善大视角范围的色偏、画面泛白及/或灰阶反转等问题。
此外，光偏折膜120具有以下数种特性(1)～(4)的至少一者：(1).DA介于约0.99与约0.3之间；(2).
Figure BDA0001673032280000051
介于约50与约0.4之间；(3).
Figure BDA0001673032280000052
介于约1.03与约3之间；以及(4).|DB-DA|介于约0.03与约2之间。
如表一所示，其表示以不同周期T、第一折射率N1及第二折射率N2作为条件下，进行激光分配测试所得到的DA、DB、
Figure BDA0001673032280000053
及|DB-DA|的数值。
表一
Figure BDA0001673032280000054
如表一的第1组所示，以周期T为0.9微米，第一折射率N1为1.68，而第二折射率N2为1.53作为条件，所得到的光分配比例DA为0.86，光分配比例DB为0.877，而
Figure BDA0001673032280000055
为1.02。
如表一的第2组所示，以周期T为1.3微米，第一折射率N1为1.68，而第二折射率N2为1.54作为条件，所得到的光分配比例DA为0.76，光分配比例DB为0.81，而
Figure BDA0001673032280000061
为1.07。
如表一的第3组所示，以周期T为2微米，第一折射率N1为1.60，而第二折射率N2为1.53作为条件，所得到的光分配比例DA为0.9，光分配比例DB为0.98，而
Figure BDA0001673032280000062
为1.09。
如表一的第4组所示，以周期T为4微米，第一折射率N1为1.64，而第二折射率N2为1.54作为条件，所得到的光分配比例DA为0.85，光分配比例DB为0.97，而
Figure BDA0001673032280000063
为1.14。
如表一的第5组所示，以周期T为5.6微米，第一折射率N1为1.68，而第二折射率N2为1.53作为条件，所得到的光分配比例DA为0.79，光分配比例DB为0.93，而
Figure BDA0001673032280000064
为1.18。
如上述，由表一可知，相较于第一折射率N1小于第二折射率N2，当第一折射率N1大于第二折射率N2时，光分配比例DA小于光分配比例DB，足见采用较高折射率层(第一层121)作为入光侧的光偏折膜120确实具有较大视角补偿范围。
请参照图3A及图3B，图3A绘示依照本发明一实施例的显示装置100的示意图，而图3B绘示图3A的显示装置100的显示面板110、光偏折膜120及粘合层125沿方向3B-3B’的剖视图。如图所示，在平行于显示面板110的显示面的平面上，选定二条互相垂直的线为坐标轴，例如以指向右方的水平线称为X轴，指向上方的垂直线称为Y轴，并将垂直于显示面板110的显示面的轴线定义为Z轴。
如图3A及图3B所示，显示装置100包括显示面板110及光偏折膜120设置于显示面板110的出光侧。在本实施例中，显示面板110以液晶显示面板为例说明。在另一实施例中，显示面板110不限于液晶显示面板，其可以是自发光型显示面板，如有机发光二极管显示面板。
如图3B所示，经由粘合层125固定光偏折膜120于显示面板110上，以使光偏折膜120的第一层121位于第二层122与显示面板110之间。在一实施例中，粘合层125可以预形成在第一层121上(即图1的结构)，然后再粘贴于显示面板110。或者，粘合层125可预形成于显示面板110上，然后再将光偏折膜120的第一层121通过粘合层125粘贴于显示面板110上。
当显示装置100所发出的光线L2通过光偏折膜120后，经过光偏折膜120的光偏折结构而产生分光(或绕射光)L21。分光L21可补偿显示面板110在不同观赏角度所产生的色偏光L2’，减少显示装置100显示画面的色偏程度。
详言之，以显示面板110为液晶显示面板举例来说，垂直(沿Z轴向)通过显示面板110的液晶分子的光线L2并无色偏现象(或色偏程度最小)，而通过视角θ处液晶分子的光线会产生色偏(以下称为色偏光L2’)。无色偏的光线L2经过光偏折结构产生的分光L21自然也无色偏(或色偏程度最小)，其可在绕射光分布范围内补偿相同视角θ的色偏光L2’，减少显示装置100的显示画面在视角θ的色偏程度。虽然图3B仅绘示视角θ处有分光L21，然而实际上相对Z轴的夹角介于0度～90度的视角θ范围内都可能产生分光L21。
由于本发明实施例的光偏折膜120的结构设计，通过绕射光做补偿，能减少观看者以视角θ观看显示装置100的显示画面时的色偏程度。
请参照图4，其绘示不同实施例的光偏折膜120应用在显示装置100上，于60度视角所测得的色度坐标差异值(du’v’，色偏值)结果。图示的方形点表示以光偏折膜120的第一层121贴附于显示面板110出光侧的显示装置100所测量到的色偏值；三角形点表示以光偏折膜120的第二层122贴附于显示面板110出光侧的显示装置100所测量到的色偏值；而棱形点(参考组)表示未使用光偏折膜120的显示装置100所测量到的色偏值。当色偏值愈小，表示色偏改善程度愈佳。
如图4所示，在光偏折结构周期T为1.3微米下，以光偏折膜120的第一层121贴于显示面板110侧所测量的色偏值为0.014，以光偏折膜120的第二层122贴于显示面板110侧所测量的色偏值为0.017，而未使用光偏折膜120的显示装置100所测量的色偏值为0.029，其中以光偏折膜120的第一层121贴于显示面板110侧所测量的色偏值最小。可见，以光偏折膜120的第一层121贴于显示面板110侧的显示装置100的色偏现象明显改善。
相同地，如图4所示，在光偏折结构周期T为2微米及4微米下，以光偏折膜120的第一层121贴于显示面板110侧的显示装置100的色偏现象也都明显改善。
综上所述，虽然结合以上实施例已公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明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，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种光偏折膜，用以设置在一光源上，包括：
第一层，具有第一折射率；
第二层，形成于该第一层上且具有第二折射率；以及
介于该第一层及该第二层之间的界面包含光偏折结构；
其中，该光源所发出的光线依序穿过该第一层及该第二层，且该第一折射率大于该第二折射率，
其中该光偏折结构的周期小于20微米时，该光偏折膜以该第一层作为入光侧的光分配比例DA小于该光偏折膜以该第二层作为入光侧的光分配比例DB，
其中该光偏折结构的周期为1.3、2或4微米时，以该光偏折膜的该第一层为出光侧所量测到的色偏值分别为0.014、0.016、0.012，以该光偏折膜的该第二层为出光侧所量测到的色偏值分别为0.017、0.022、0.018。
2.一种光偏折膜，包括：
第一层，具有第一折射率；
第二层，形成于该第一层上且具有第二折射率；
保护层，形成于该第二层上；以及
介于该第一层及该第二层之间的界面包含光偏折结构；
其中，该第一折射率大于该第二折射率，其中该光偏折结构的周期小于20微米时，该光偏折膜以该第一层作为入光侧的光分配比例DA小于该光偏折膜以该第二层作为入光侧的光分配比例DB，
其中该光偏折结构的周期为1.3、2或4微米时，以该光偏折膜的该第一层为出光侧所量测到的色偏值分别为0.014、0.016、0.012，以该光偏折膜的该第二层为出光侧所量测到的色偏值分别为0.017、0.022、0.018。
3.如权利要求1或2所述的光偏折膜，其中该光分配比例DA介于0.99与0.3之间。
4.如权利要求1或2所述的光偏折膜，其中DA/(1-DA)＝50～0.4。
5.如权利要求1或2所述的光偏折膜，其中该光偏折结构的周期介于0.5微米与20微米之间。
6.如权利要求1或2所述的光偏折膜，其中该第一折射率介于1.4与2之间。
7.如权利要求1或2所述的光偏折膜，其中该第二折射率介于1.2与1.8之间。
8.如权利要求1或2所述的光偏折膜，其中DB/DA＝1.03～3。
9.如权利要求1或2所述的光偏折膜，其中│DB-DA│＝0.03～2。
10.一种显示装置，其特征在于，包括：
显示面板；以及
光偏折膜，设置于该显示面板上，且包括：
第一层，具有第一折射率；
第二层，形成于该第一层上且具有第二折射率；以及
介于该第一层及该第二层之间的界面包含光偏折结构；
其中，该光偏折膜的该第一层位于该第二层与该显示面板之间，且该第一折射率大于该第二折射率，其中该光偏折结构的周期小于20微米时，该光偏折膜以该第一层作为入光侧的光分配比例DA小于该光偏折膜以该第二层作为入光侧的光分配比例DB，
其中该光偏折结构的周期为1.3、2或4微米时，以该光偏折膜的该第一层贴附于该显示面板出光侧所量测到的色偏值分别为0.014、0.016、0.012，以该光偏折膜的该第二层贴附于该显示面板出光侧所量测到的色偏值分别为0.017、0.022、0.018。
11.一种显示装置，其特征在于，包括：
显示面板；以及
光偏折膜，设置于该显示面板上，包括：
第一层，具有第一折射率；
第二层，形成于该第一层上且具有第二折射率；
保护层，形成于该第二层上；以及
介于该第一层及该第二层之间的界面包含光偏折结构；
其中，该光偏折膜的该第一折射率大于该第二折射率，其中该光偏折结构的周期小于20微米时，该光偏折膜以该第一层作为入光侧的光分配比例DA小于该光偏折膜以该第二层作为入光侧的光分配比例DB，
其中该光偏折结构的周期为1.3、2或4微米时，以该光偏折膜的该第一层贴附于该显示面板出光侧所量测到的色偏值分别为0.014、0.016、0.012，以该光偏折膜的该第二层贴附于该显示面板出光侧所量测到的色偏值分别为0.017、0.022、0.018。
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