CN1537240A - 具有受控的散射特性的光扩散膜、光学元件以及采用该元件的液晶显示装置 - Google Patents

具有受控的散射特性的光扩散膜、光学元件以及采用该元件的液晶显示装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1537240A
CN1537240A CNA028102371A CN02810237A CN1537240A CN 1537240 A CN1537240 A CN 1537240A CN A028102371 A CNA028102371 A CN A028102371A CN 02810237 A CN02810237 A CN 02810237A CN 1537240 A CN1537240 A CN 1537240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
liquid crystal
optical diffusion
diffusion film
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA028102371A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1235066C (zh
Inventor
原田隆正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tomoegawa Co Ltd
Original Assignee
Clariant International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Clariant International Ltd filed Critical Clariant International Ltd
Publication of CN1537240A publication Critical patent/CN1537240A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1235066C publication Critical patent/CN1235066C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0257—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties creating an anisotropic diffusion characteristic, i.e. distributing output differently in two perpendicular axes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0278—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133504—Diffusing, scattering, diffracting elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

一种光扩散膜，具有选择性光扩散性和光会聚能力，从而提供一种比现有技术中更亮的图像，该光扩散膜由两种不同折射率的用于散射/透射光的相组成，其特征在于具有较大折射率的相包括大量具有在膜厚度方向延伸的柱状结构的区域，每个柱状结构区域包括一个长横截面的区域，该长区域取向于特定的方向。还提供了一种光学膜和采用该光扩散膜的液晶显示器。

Description

具有受控的散射特性的光扩散膜、光学元件 以及采用该元件的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种具有受控的散射特性的光扩散膜和一种光学元件以及采用该光学元件的液晶显示装置。
背景技术
反射式液晶显示装置和透射反射液晶显示装置通常通过在液晶层表面和/或液晶层与反射层之间放置光散射膜以实现光的散射，以便使得图像在一个很宽的视角范围内可视，其中穿过液晶层的入射光在反射层处被反射并再穿过液晶层，从而将显示的图像传输到达观察者的眼中。光散射也就是所知的光扩散。
获得光散射的典型的方法包括在塑料膜中散布透明的细小颗粒以散射光的方法以及使塑料膜的表面粗糙以散射光的方法。
还提出了一种方法，通过利用双折射膜中微小区域的折射率差来获得光散射，其中双折射膜由散布有不同双折射特性的微小区域的双折射膜叠层组成(日本第174211/1999号未审专利公开(Kokai))。
还提出了一种包括聚合物膜的膜，其中聚合物膜中散布有由相同的聚合物组成的细小的晶体区域，细小区域以及其它部分的折射率不同，表现出一种光散射特性(日本第326610/1999号，第266936/2000号，第275437/2000号未审专利公开)。
但是，因为前述所有的光散射法实质上是各向同性地散射光，所以它们的缺点是不采用背光的反射式液晶屏将产生昏暗的图像。
但是，市场上已经有售光散射膜，这种膜具有许多圆柱形地形成在聚合物膜厚度方向上的高折射率区。据说此种扩散膜获得了单向散射和反向透射，同时还实现了选择视角/扩散性能。
实际上此扩散膜可以在一个特定的视角范围内产生比常规的各向同性散射型膜亮的图像。
但是，在液晶显示装置用于入射光较暗的地点的情况下，如蜂窝电话，尤其对于反射式或透射反射式液晶显示装置，希望更亮的图像。
本发明的目的在于通过提供一种具有可以在较宽视角处产生比现有技术中更亮图像的选择性光扩散特性和光会聚特性的光扩散膜以及光学膜和采用该膜的液晶显示装置克服现有技术中的上述问题。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供下列产物：
(1)一种光扩散膜，包括两个具有不同折射率的散射和透射光的相，所述光扩散膜的特征在于具有较大折射率的相包括大量具有在膜厚度方向延伸的柱状结构的区域，所述的大量区域包括延伸区域，柱状结构的横截面形状在该区域中延伸，并且所述的延伸区域取向于膜的特定方向。
(2)根据(1)的光扩散膜，其特征在于所述延伸区域横截面中的长轴与短轴的平均纵横比处于1.2∶1-10∶1的范围。
(3)根据(1)或(2)的光扩散膜，其特征在于所述的大量区域具有彼此平行的柱状结构的纵轴，并且纵轴相对于膜的法线方向倾斜。
(4)根据(1)或(2)的光扩散膜，其特征在于所述的大量区域使其柱状结构的纵轴取向于膜法线方向。
(5)根据(1)至(4)中任一所述的光扩散膜，其特征在于具有不同折射率的两种相的折射率之差处于0.005-0.2的范围。
(6)根据(1)至(5)中任一所述的光扩散膜，其特征在于所述膜由一种感光聚合物材料制得。
(7)一种光学元件，其特征在于该光学元件采用如(1)至(6)中任一所述的光扩散膜。
(8)一种液晶显示装置，其特征在于该液晶显示装置采用如(7)所述的光学元件。
(9)根据(8)的液晶显示装置，其特征在于将光扩散膜放置成使光扩散膜中前述区域的横截面的长轴方向以从液晶显示装置的观察方向看从左至右的方向取向。
(10)根据(9)的液晶显示装置，其特征在于光扩散膜中所述区域的柱状结构的纵轴方向相对于膜法线方向倾斜，并且倾斜方向是远离视点的方向。
(11)根据(8)的液晶显示装置，其特征在于液晶显示装置包括一个偏振膜，该偏振膜的偏振轴设置成从液晶显示屏的观察方看向左或向右，并且光扩散膜中所述区域的横截面的短轴方向取向于偏振膜偏振轴的方向。
附图说明
图1A-1D是在聚合物膜中具有柱状结构的高折射率区的扩散膜和将填充物填充到聚合物膜中的光扩散膜的截面图以及垂直入射光透射和散射特性区域；
图2是在取向于膜法线方向的聚合物膜中具有柱状结构的高折射率区域的扩散膜的入射角-透射和散射特性曲线；
图3A和3B是相对于膜法线方向倾斜的聚合物膜中具有柱状结构的高折射率区域的扩散膜的入射角-透射和散射特性曲线；
图4是在聚合物膜中具有椭圆形截面的柱状结构的高折射率区的扩散膜平面图；
图5A和5B是相对于膜法线方向倾斜的聚合物膜中具有椭圆形截面的柱状结构的高折射率区域的扩散膜的入射角-透射和散射特性曲线；
图6A和6B是取向于法线方向的聚合物膜中具有椭圆形截面的柱状结构的高折射率区域的扩散膜的入射角-透射和散射特性曲线；
图7是液晶显示装置的截面图；
图8是另一液晶显示装置的截面图；
图9是包括一个光学膜和一个反射偏振片的层叠膜的光扩散和透射特性；
图10表示包括本发明的光学膜和各向同性光扩散膜的层叠膜；
图11A和11B是在蜂窝电话中使用扩散膜的一个实施例的的正视图和局部侧视图；
图12是将本发明应用到采用偏振膜的液晶显示装置的一个实施例；
图13表示在所述实施例中对光敏聚合物曝光的方法；
图14表示在所述实施例中评估扩散膜的透射和散射特性的方法。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明进行解释，首先解释根据现有技术在光扩散膜中的光扩散现象。
图1A是根据现有技术具有圆柱形形成的高折射率区的光扩散膜的截面图。在聚合物膜2中以垂直于膜表面的取向方式形成直径接近于光波长的柱状高折射率区3。柱状高折射率区3起柱状透镜的作用，使入射光垂直于膜，即平行于柱状结构的纵轴，以高斯分布散射，最大半宽例如约为10-20°。在图1A的光扩散膜中，当相对于膜1的入射角较大、使得光以相对于圆柱的纵轴较大的倾角进入时，光散射特性丧失并导致高透射率。例如，以相对于膜表面45 °-60°角入射的光实质上无散射地透射。
图1B表示对于以直角(入射角为0°)入射到膜表面穿过膜的光在θ出射角处的透射光强度。该透射光强度以高斯分布，散射范围和选择性可以由最大半宽表示。在图1B中，最大半宽是10°。
图1C表示具有散布在聚合物膜中的填充物式的常规散射膜的截面图，图1D以与图1B相同的方式表示透射光的散射强度。图1B和1D的比较表明，图1A的光扩散膜展现出一种选择散射特性(在一个特定的宽度内散射)。
图2表示对于图1A所示的扩散膜扩散特性对入射光方向和入射角的依赖性。坐标轴的中心代表垂直于膜表面入射的光，画在坐标中心的图案(圆环4)代表垂直于膜表面入射的光的透射散射光的方向性和强度。圆环4代表散射光的各向同性散射，圆环大小代表散射强度，表明出射光在相对于入射光轴较小的角度(例如10-20°)处强烈散射。坐标轴上的椭圆图案5和6代表从垂直于膜表面的方向向膜的x轴方向(图1所示平面的法向定义为x轴方向)倾斜θ(x)角入射的透射及散射光的方向性和强度。透射光和散射光5和6总的比垂直入射的散射强度弱，在x轴方向比在y轴方向看到的散射少。类似地，y坐标轴上的圆形或椭圆形图案7和8代表从垂直于膜表面的方向向垂直于膜的x轴的y轴方向倾斜θ(y)角入射的透射及散射光的方向性和强度。透射光和散射光7和8总的比垂直入射的散射强度弱，在y轴方向比在x轴方向看到的散射少。如图2所示，可以从垂直于膜表面的方向观察到以0°入射角4入射的光在特定范围内的剧烈散射，但随着入射角的增大，椭圆5-8的大小变小，即光散射减弱，使得实质上所有的光都被透射。这也表明，对于倾斜入射的光5-8，在横向比在平行于入射方向的方向发生更多的散射。
图3A表示一个扩散膜21的截面图，其中类似于图1A中的柱状区域(柱状透镜)23不在正交于聚合物膜22的表面的方向取向，而在相对于膜的y轴倾斜角度θ0的方向取向(图3A中的左向是y轴向前的方向)。此膜中的光散射显示出一种特性，在柱状区域23的纵轴方向的入射对应于在图1A中扩散膜法向上的入射。结果，如图3B所示地显现出以与图2相同方式表示的基于膜表面的散射特性。
在图3B中，透射光24膜的y轴方向以θ0角度的入射表现出对应于在图1B所示膜的法向上入射的圆散射。从膜的法向入射的透射光25对应于从y轴负角度θ0向图2所示膜的入射，它是一种椭圆散射，散射强度小于透射光24的强度，但在x轴方向具有很强的方向性。在膜的y轴负方向以θ0入射的透射光26相对于柱状透镜的轴方向有较大的而入射角，并因而在反方向以一倾角进入柱状透镜，使得散射(强度)减少。从膜的x轴方向入射的透射光27和28表现出图3B所示的倾斜的椭圆散射特性，并且透射光27和28趋于在y轴方向表现出较强的方向性。
结果，当图3A和3B所示的扩散膜与一个反射膜结合时，观察者(观察方向)处于y轴方向的反向(观察方向)，从前面(y轴的正向)入射的光在特定的角度范围内强烈地散射，并且因此也在观察者方向发生特定强度的散射，同时反射光也有一些散射。从右/左(x轴方向的正向/反向)入射的光也以在观察者方向产生会聚效果的强度散射，并且透射光的反射也较弱。因此，当观看配置有图3A和3B所示扩散膜的液晶显示装置如蜂窝电话的显示屏时，从y轴的反向到前面，从前面(y轴的正向)或右/左(x轴的正向/反向)入射的光在观察者方向以一定的会聚效果散射，使得观察者观察到比图2所示的各向同性散射膜更亮的显示屏。
对于本发明的认识，在诸如图3A所示的优于包括图1所示扩散膜的其它扩散膜的具有选择散射特性和会聚效果的现有扩散膜中还没有报道。但是，现有技术包括在用作扩散膜的聚合物膜中倾斜形成的柱状区域的用途的公开。这种所有的倾斜方向都相同的情形正是图3A所示的扩散膜的情形。
相反，本发明提供了一种扩散膜，其中在聚合物膜中形成具有延伸的截面形状的柱状结构的高折射率区，该区在膜的厚度方向延伸，并且延伸的区域在膜的一个特定方向取向，并且优选延伸的柱状结构平行于膜表面或相对于膜表面倾斜。现有技术中既没有公开也没有建议这种具体的结构和效果。
图4表示根据本发明的这种扩散膜的膜表面。扩散膜31有大量的分散在聚合物膜32中的高折射率区33，该高折射率区33在膜的特定方向延伸并取向。在图4中，高折射率延伸区33的长轴取向的方向是膜的x轴，而短轴方向是膜的y轴方向。
当高折射率延伸区33在本发明的扩散膜31中倾斜时，倾斜方向最好在y轴方向。图5B以与图2相同的方式表示具有图4所示表面图案并具有在y轴方向倾斜θ0角度(约20°)的延伸区(纵横比约为2∶1)33的扩散膜的散射特性，如图5A所示。
在图5B中，当从膜的y轴正向入射的光被延伸的横截面柱状结构散射时，光在高折射率延伸区33长轴方向的透射率比在短轴方向的高，并且因此，已经穿过该膜的光的散射特性是一种定向散射特性，由此在y轴方向展示出较高的定向散射，如椭圆34所表现的那样，并且散射光的椭圆比光以较小的倾斜穿过圆柱状结构时更偏向于y轴。甚至对于从膜的法向入射的光也表现出在y轴方向的定向散射特性35。这也应用到从膜的右向和左向(x轴方向)入射的光，并且可获得散射特性36和37，该特性在y轴方向比图3B中的散射特性变形得更长。在任何一种情况下，光在观察者方向(y轴方向的反向)的散射强度比在图3B中的更强。图5B还表示了从xy坐标系的第一象限和第二象限方向入射的光的透射和散射特性38。这些透射和散射特性38在视角方向(y轴方向的反向)也具有较大的散射光强度。因此，如果扩散膜是一个显示屏，则从除了观察者背后的所有方向、尤其是正向的一个广角范围内的入射光(照明光)被散射并会聚到视角方向(y轴方向的反向)，其程度高于高折射率区为圆柱状结构的情形。另外，在视角方向(y轴方向的反向)的透射和散射特性39趋于在y轴方向变短，这而被解释为高透射性，并且在除观察者背后的所有方向上已经被选择散射并会聚的光在反射膜处被反射，如上所述，并再在视角范围内无过度散射地被反射。因此，这也对提高反射图像的亮度有益。
如上所述，本发明的散射膜最好具有相对于膜表面倾斜的柱状结构，但不必一定要倾斜，它们也可以在膜的法线方向形成。
图6B以与图2相同的方式表示对于具有图4所示表面图案的扩散膜41的散射特性，其中在聚合物膜42中形成高折射率区43并在如图6A所示的膜法向形成柱状结构。
在此情况下，垂直于膜入射的光在椭圆的长轴方向比在短轴方向有更高的光透射率，并且因此在椭圆的短轴方向、即膜的y轴方向(图的左右方向)发生更多的散射(透射和散射特性44)。在y轴方向倾斜入射的光的Y轴定向散射低于法向入射光一个相对于柱状结构倾斜的量，但在y轴方向也散射(透射和散射特性45和46)。另一方面，从膜的x轴方向(正交于图的方向)以一斜度入射的光入射到圆柱结构的长轴方向，并且因此在短轴方向(y轴方向)的散射很少，并且总的散射也减少(透射和散射特性47和48)。
在图6所示的情形中，通过将高折射率区从圆形改变为伸长形状，使得获得在视角方向具有较多散射的散射特性，并且尤其是相对于观察者从正向入射的光具有较高的选择散射的散射特性44和45。
对在本发明的扩散膜中形成伸长的截面形状的柱状结构的方法没有特别的限制，并且可以采用任何已知的方法，但优选的方法是通过选择性辐射具有辐射敏感性的聚合物膜形成高折射率柱状结构。聚合物膜在辐射之前可以是一种预聚合物或单体，并且可以通过一种在辐射之后如果需要可以包括加热的方法聚合。辐射敏感聚合物膜中的柱状结构可以通过首先在辐射敏感聚合物膜的表面上形成掩模层、在掩模层中形成一种延伸的孔图案并以预定的角度经延伸的孔图案辐射辐射敏感聚合物膜等形成。光刻是一种已知的掩模形成法。或者也可以将辐射敏感聚合物膜暴露于扫描辐射之下以直接形成辐射敏感区。该方法还可以包括将高折射率材料封装到通过激光束或其它方法形成在聚合物膜中的孔中。
对辐射敏感聚合物膜没有特别的限制，其中高折射率区通过辐射曝光形成，  并且例如可以使用市售的DuPont生产的OMNIDEX(注册商标)、HRF150和HRF600。
根据本发明对聚合物膜初始材料和高折射率区的折射率没有特别的限制，并且可以选择成与其它的元件如使用的光学元件匹配，但通常优选接近1.48的折射率。不优选双折射，因为它将导致着色，但出于允许双折射的目的，可以存在双折射。聚合物膜起始材料和高折射率区本身优选由较高光透射材料制成。优选聚合物起始材料和高折射率区的折射率差尽可能地大，但一般将折射率差设置在0.005-0.2的范围。小于0.005的折射率差将阻碍适中散射特性的获得。折射率差最好在0.005-0.1的范围。
聚合物膜起始材料和高折射率区的折射率可以在两种相的界面处急剧地变化，但优选逐渐地变化以便获得优选的散射特性。
形成在本发明扩散膜中的延伸的高折射率区的直径是从几十纳米到几百微米，对于光波长与短轴和长轴的关系，优选在50nm-100μm，尤其优选100nm-50μm。如果直径太大或太小，则由于光透射而不能获得所需的散射特性。
形成在本发明扩散膜中的延伸的高折射率区横截面中的长轴和短轴的平均尺寸比(平均纵横比)必须大于1∶1，但正常地选在1.2∶1-10∶1的范围，优选在1.5∶1-5∶1的范围，尤其接近2∶1。如果平均纵横比超过10∶1，则散射特性减小。延伸的高折射率区的形状优选为椭圆，但也可以是矩形、条形、卵形等。形成在本发明扩散膜中的高折射率区还可以包括等轴区，典型地是圆形区。无论是只存在延伸的高折射率区还是延伸区与等轴区混合在高折射率区之间，膜的特定方向上高折射率区的横截面中长轴与短轴的平均尺寸比(平均纵横比)都优选处于上述规定的范围内。
形成在本发明扩散膜中的延伸的高折射率区的尺寸和纵横比在各个延伸的高折射率区之间可以不同，或者可以都相同。但是，最好随机选择尺寸和纵横比防止莫尔效应并给出具有满意的散射特性的效果。
形成在本发明扩散膜中的延伸的高折射率区的特点在于在膜的特定方向上取向，但所有延伸的高折射率区不必在相同的方向取向，如果它们取向平均以便达到所需的散射效果就足够了。
形成在本发明扩散膜中的延伸的高折射率区的柱状结构的膜相对倾角一般处于0-50°的范围，优选处于10-20°的范围。如上述参考附图所述，最好延伸的高折射率区相对于膜的法向倾斜，以便给出更好的选择散射和会聚特性。延伸的高折射率区的倾角、即柱状结构的倾角从散射特性的观点以及就进行制造而言最好相同，但因为即使柱状结构以不同的角度倾斜也可以通过平均倾角展现出一般的散射特性，同时倾角分布也具有在一个较宽的视角内产生理想的视角-选择散射和会聚特性的效果，所以优选这种情形。另外，具有两种或多种(如交叉)不同倾角的柱状结构的延伸的高折射率区可以有目的地结合以得到特定的散射特性。
本发明的扩散膜的厚度没有特别的限制，但一般地将处于大约2μm～100μm的范围。
本发明的扩散膜有利于用作适用于液晶显示装置的扩散膜，尤其是反射式和透射反射式液晶显示装置。
图7和8表示液晶显示装置的实施例。液晶层63位于其上形成有电极62和64的玻璃板61和65之间，扩散膜66通常放置在光入射侧的玻璃板65上(图7)或放置在光反射侧的玻璃板61之下的反射膜67的表面上(图8)。当使用延迟片68和偏振膜69时，它们通常位于扩散膜66的外侧(图8中未示出)。扩散膜66可以放置在两侧，液晶显示装置的结构不限于在此所示的结构。
当光从液晶层的背面从背光源辐射时，在背光源和液晶层之间、即在入射光一侧设置一个普通的光扩散膜层。在带有背光系统的液晶显示装置的情形中，本发明的光学膜与反射偏振片组合，给出一个很好的结果。图9表示本发明的光学膜与反射偏振片在带有背光系统的液晶显示装置中组合的实施例。
为了对例如蜂窝电话或PDA的液晶显示装置使用一个反射偏振片，必须提供反射时可靠的亮度。当使用反射偏振片时，过度增大亮度的企图将导致反射的亮度减小。对于诸如蜂窝电话或PDA的液晶显示装置，该光学膜最好通过透射和反射起一个可以产生亮的、高度可视图像的光扩散膜的作用。
在图9中，71是一个光扩散膜，72是一个反射偏振片，73是一种基于丙烯酸的粘结剂，74是一个光导片，75是一个光源。图8所示液晶显示装置的玻璃板61通常连结到光扩散膜71。从光导片74发出的光会聚在BEF(光会聚片，未示出)，并进入反射偏振片72。入射光的P波穿过反射偏振片72的同时S波被反射。在BEF处被反射的光的P波也穿过，同时S波被反射。当此过程重复时S波被转变成P波，由此允许利用现有技术中还没有被使用过的S波。即，虽然S波被设置在普通液晶显示装置中的偏振膜切割，但反射偏振片的使用使得已经被偏振膜常规切割的S波能够有效地利用。根据本发明，不是绝对地必须在背光中使用BEF，并且光不必会聚。甚至没有背光辐射地将反射偏振片用作反射膜，并且因此其性能总是低于总反射膜，但其仍然可以适当地被用作反射式液晶显示装置。
如图10所示，本发明的光学膜用作光扩散膜76，并且与具有各向同性散射特性的常规已知光扩散膜77组合，从而制造在正向具有宽视角和亮度的液晶显示装置。此各向同性散射光扩散膜不必是膜的形式。例如，当本发明的光学膜连结或粘结到反射膜、玻璃板等时，可以将粘合剂或包含与基质聚合物有不同折射率的球状填充物的压敏粘合剂用作光学膜向反射膜或玻璃板黏附或连结的粘合剂或压敏粘合剂，由此形成光扩散层或连结层。通过组合各向同性散射光扩散膜或光扩散层与本发明的光学膜，环境光被各向同性散射光扩散膜广泛地扩散，并且包括广泛扩散光的光在正向由本发明的光学膜会聚。因此，本发明的光学膜的效果和常规各向同性散射膜的效果一起起作用，使得能够获得的液晶显示装置当从前方观看时显示出明亮的图像，同时还具有一个很宽的视角。
下面以蜂窝电话为例进一步介绍液晶显示装置。使用如图4或图5所示的扩散膜，并且使延伸的高折射率区83的长轴方向取向于蜂窝电话81显示屏82的左右方向，如图11B所示，而扩散膜设置成柱状结构83倾斜，使得柱状结构的膜表面侧端指向屏幕的上端，柱状结构的膜底侧端指向屏幕的下端，优选给出最佳散射特性。在此类的蜂窝电话中，当观察者86看蜂窝电话81时，从观察者后面及上方到观察者前面及上方的很宽范围入射的光被液晶显示元件反射，并且再被选择性地反射，主要在观察者86的方向上会聚并反射。此散射/反射特性的方式提高了蜂窝电话等的显示屏在最通常使用条件下的图像亮度。
图12表示本发明液晶显示装置的另一实施例。液晶显示装置91通常包括一个偏振膜(见图7中的69)，但在通常具有偏振膜的此情形中其偏振轴方向93以从显示屏92的垂直方向94向左或向右倾斜一给定角度θ(例如大约35-45°)地取向。因为偏振膜利用偏振轴方向的光，所以本发明的散射膜也最好具有设置在偏振膜偏振轴方向的延伸区(柱状结构的横截面)的短轴方向，使得在偏振轴方向上的散射较多。还是在此情况下，优选延伸区和偏振轴很好地协调，但如果基本上协调就足够了。
上述特性对于从背光向液晶显示装置辐射的光的入射是相同的，并且因此可以在透射及反射状态下实现亮度及可视性优良的图像。另外，如上所述，甚至当反射偏振片或各向同性散射光扩散膜同本发明的光扩散膜一起使用时，仍然可以在正向获得比利用常规的光扩散膜时更亮的显示图像，同时也可获得宽视角的显示。通过下面的实施例对本发明做进一步的解释，但这些实施例不对本发明做任何限制。
实施例
实施例1
本实施例将参见图13。利用涂覆有50μm厚度的DuPont公司的OMNIDEX HRF 600的聚对苯二甲酸二乙醇酯膜101作为光敏聚合物102，通过硬接触法把具有如图4所示椭圆孔图案的掩模103粘结到此光敏聚合物层102的表面上。掩模的椭圆形孔图案具有2∶1的长轴与短轴之比，长轴尺寸在500nm～30μm，平均为2μm。椭圆形孔为单轴取向。
从汞灯获得的紫外线会聚成平行光束并选择性地从掩模103上以相对于掩模的法向θ＝0-50°角地辐射。辐射时间从几秒到几分钟。然后在120℃温度下热处理一小时。
这样产生一种具有高折射率区的扩散膜，相对于膜法线方向以预定的倾斜形成柱状结构，具有与掩模的孔图案相符的横截面结构。扩散膜的聚合物基质的折射率为1.47，高折射率区的折射率为1.52。
要检查以此方式获得的扩散膜的透射和散射特性，如图14所示，入射光106从扩散膜105的一侧导入，光探测器107放置在膜的相反侧，改变光探测器107的位置以确定发射光的方向和角度(相对于入射光传播方向的方向和角度)与透射光强的关系。另外，改变入射光的方向和角度以确定发射光的方向和角度(相对于入射光传播方向的方向和角度)与透射光强的关系。入射光和发射光的方向和角度的定义参考图1-6及上述解释。
图5B表示扩散膜对于相对于光敏聚合物以20°角辐射的光的透射和散射特性。即，如果将椭圆的长轴方向定义为x轴，将柱状结构纵轴方向的入射方向定义为膜表面上的y轴，在y轴的反向存在几乎没有散射的透明状态。另一方面，经y轴方向正向从x轴方向的正向到x轴方向的反向的光的上半部显示出集中在正向的各向异性散射。结果，入射光被有效地在正向会聚，给出增强的正向亮度。
实施例2
在与实施例1相同类型的光敏聚合物上使用椭圆形的长轴与短轴比为1.5∶1的掩模，以与实施例1相同的方式制造扩散膜，除了光辐射角θ为20°以外。
按照与实施例1相同的方式估算透射和散射特性。
如同实施例1一样，有效实现入射光在正向的会聚。
实施例3
在与实施例1相同类型的光敏聚合物上使用椭圆形的长轴与短轴比为2∶1的掩模，以与实施例1相同的方式制造扩散膜，除了光辐射角θ为10°以外。
按照与实施例1相同的方式估算透射和散射特性。
如同实施例1一样，有效实现入射光在正向的会聚。
实施例4
在与实施例1相同类型的光敏聚合物上使用椭圆形的长轴与短轴比为1.5∶1的掩模，以与实施例1相同的方式制造扩散膜，除了光辐射角θ为10°以外。
按照与实施例1相同的方式估算透射和散射特性。
如同实施例1一样，有效实现入射光在正向的会聚。
实施例5
在与实施例1相同类型的光敏聚合物上使用椭圆形的长轴与短轴比为1.5∶1的掩模，以与实施例1相同的方式制造扩散膜，除了光辐射角θ为0°以外。
按照与实施例1相同的方式估算透射和散射特性。
获得的透射和散射特性示于图6B。具体地说，从椭圆的短轴方向入射到膜表面(膜的y轴方向)的光以沿膜y轴方向延伸的方式散射。在此方向上的光在正向被有效地会聚。光在正向的有效会聚对于小型数据装置(蜂窝电话)的液晶显示器很重要，并且实施例5的扩散膜在该方向展示出有效的光会聚。
工业实用性
根据本发明提供了一种形成在聚合物膜中的包含高折射率区的扩散膜，该高折射率区具有延伸的界面柱状结构，具有产生各向异性散射的效果，使得散射集中在正向，并且由于在正向视角方向的透明性，还具有这样的效果，即当本扩散膜用作液晶显示板等中的扩散膜时，视角方向的正面亮度得到提高。本发明还提供了一种光学元件和采用具有此效果的扩散膜的液晶显示装置。

Claims (11)

1.一种光扩散膜，包括两个具有不同折射率的散射和透射光的相，其特征在于具有较大折射率的相包括大量具有在膜厚度方向延伸的柱状结构的区域，所述的大量区域包括延伸区域，柱状结构的横截面形状在该区域中延伸，并且所述的延伸区域取向于膜的特定方向。
2.根据权利要求1所述的光扩散膜，其特征在于所述延伸区域横截面中的长轴与短轴的平均纵横比处于1.2∶1-10∶1的范围。
3.根据权利要求1或2所述的光扩散膜，其特征在于所述的大量区域具有彼此平行的柱状结构的纵轴，并且纵轴相对于膜的法线方向倾斜。
4.根据权利要求1或2所述的光扩散膜，其特征在于所述的大量区域使其柱状结构的纵轴取向于膜法线方向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光扩散膜，其特征在于具有不同折射率的两种相的折射率之差处于0.005-0.2的范围。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光扩散膜，其特征在于所述膜由一种感光聚合物材料制得。
7.一种光学元件，其特征在于该光学元件采用如权利要求1至6中任一项所述的光扩散膜。
8.一种液晶显示装置，其特征在于该液晶显示装置采用如权利要求7所述的光学元件。
9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于将光扩散膜放置成使光扩散膜中前述区域的横截面的长轴方向以从液晶显示装置的观察方向看从左至右的方向取向。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于光扩散膜中所述区域的柱状结构的纵轴方向相对于膜法线方向倾斜，并且倾斜方向是远离视点的方向。
11.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于液晶显示装置包括一个偏振膜，该偏振膜的偏振轴设置成从液晶显示屏的观察方看向左或向右，并且光扩散膜中所述区域的横截面的短轴方向取向于偏振膜偏振轴的方向。
CNB028102371A 2001-05-28 2002-05-16 具有受控的散射特性的光扩散膜、光学元件以及采用该元件的液晶显示装置 Expired - Fee Related CN1235066C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001159500 2001-05-28
JP159500/2001 2001-05-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1537240A true CN1537240A (zh) 2004-10-13
CN1235066C CN1235066C (zh) 2006-01-04

Family

ID=19003070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028102371A Expired - Fee Related CN1235066C (zh) 2001-05-28 2002-05-16 具有受控的散射特性的光扩散膜、光学元件以及采用该元件的液晶显示装置

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JP4317006B2 (zh)
KR (1) KR20040004671A (zh)
CN (1) CN1235066C (zh)
MY (1) MY139063A (zh)
TW (1) TW557367B (zh)
WO (1) WO2002097483A1 (zh)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102565894A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 琳得科株式会社 光扩散膜及光扩散膜的制造方法
CN102681050A (zh) * 2011-03-01 2012-09-19 株式会社巴川制纸所 光学膜
US9069209B2 (en) 2012-03-12 2015-06-30 Japan Display Inc. Liquid crystal display
CN105074508A (zh) * 2013-03-29 2015-11-18 琳得科株式会社 光扩散膜和光扩散膜的制造方法
CN105143928A (zh) * 2013-04-30 2015-12-09 琳得科株式会社 显示器用光扩散膜以及使用它的反射型显示装置
CN106054460A (zh) * 2011-03-29 2016-10-26 株式会社日本显示器 显示器和电子单元
CN106133588A (zh) * 2014-03-28 2016-11-16 株式会社巴川制纸所 各向异性光学膜
CN106324891A (zh) * 2016-09-21 2017-01-11 武汉华星光电技术有限公司 一种形成对称散射光的lcd显示屏
CN108693576A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 琳得科株式会社 投影屏
CN109471302A (zh) * 2018-12-25 2019-03-15 中航华东光电有限公司 一种具有视角偏转的底背光装置
CN109564304A (zh) * 2016-09-14 2019-04-02 株式会社巴川制纸所 反射型显示装置用光漫射膜层叠体及使用该层叠体的反射型显示装置
CN109564303A (zh) * 2016-09-14 2019-04-02 株式会社巴川制纸所 反射型显示装置用光漫射膜层叠体及使用该层叠体的反射型显示装置
CN110501765A (zh) * 2018-05-18 2019-11-26 琳得科株式会社 莫尔条纹抑制膜、莫尔条纹抑制膜层叠体、具有莫尔条纹抑制膜的复合显示装置
CN110632688A (zh) * 2018-06-20 2019-12-31 琳得科株式会社 光扩散控制层叠体及反射型显示体
CN112771441A (zh) * 2018-09-28 2021-05-07 株式会社巴川制纸所 使用了各向异性光学膜的导光层叠体及使用了该导光层叠体的显示装置用面状照明装置
CN113631965A (zh) * 2019-03-29 2021-11-09 株式会社巴川制纸所 使用各向异性光学膜的反射型显示装置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003202415A (ja) * 2001-12-28 2003-07-18 Clariant Internatl Ltd 制御された散乱・透過特性を有する光学フィルムおよびそれを用いた液晶表示装置
JP4561061B2 (ja) * 2003-07-31 2010-10-13 凸版印刷株式会社 拡散フィルムの製造方法
TW200600825A (en) * 2004-03-16 2006-01-01 Tomoegawa Paper Co Ltd Anisotropic light diffusion medium and production method therefor
CN101398506B (zh) 2004-11-11 2012-05-09 日东电工株式会社 组合型光学薄膜、层叠组合型光学薄膜及图像显示装置
US8009251B2 (en) 2006-06-13 2011-08-30 Au Optronics Corporation High brightness liquid crystal display
KR100850155B1 (ko) * 2006-09-02 2008-08-04 웅진케미칼 주식회사 광학특성과 내열성이 우수한 발포 무연신 광학 필름
CN101946206A (zh) * 2008-02-15 2011-01-12 3M创新有限公司 用于改善显示器照度均匀度的增亮膜和基于薄膜的扩散片
JP5656194B2 (ja) * 2011-08-29 2015-01-21 株式会社ジャパンディスプレイ 表示パネルおよび表示装置
KR102058471B1 (ko) * 2012-12-27 2020-02-07 린텍 가부시키가이샤 광확산 필름
CN105829924B (zh) * 2014-01-21 2018-10-19 株式会社巴川制纸所 各向异性光学膜
JP5927313B2 (ja) * 2015-01-30 2016-06-01 株式会社巴川製紙所 光学フィルム
JP6581329B1 (ja) * 2018-05-14 2019-09-25 株式会社巴川製紙所 ヘッドマウントディスプレイ
CN112088578B (zh) * 2018-05-14 2024-05-28 株式会社巴川制纸所 头戴式显示器
WO2022209566A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 株式会社巴川製紙所 異方性光拡散フィルム及び表示装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5767935A (en) * 1995-08-31 1998-06-16 Sumitomo Chemical Company, Limited Light control sheet and liquid crystal display device comprising the same
JP2001081292A (ja) * 1999-09-09 2001-03-27 Toppan Printing Co Ltd 異方性光散乱フィルム用組成物及び異方性光散乱フィルム

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102565894A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 琳得科株式会社 光扩散膜及光扩散膜的制造方法
CN102565894B (zh) * 2010-12-16 2015-12-02 琳得科株式会社 光扩散膜及光扩散膜的制造方法
CN102681050A (zh) * 2011-03-01 2012-09-19 株式会社巴川制纸所 光学膜
CN102681050B (zh) * 2011-03-01 2016-08-03 株式会社巴川制纸所 光学膜
CN106054460A (zh) * 2011-03-29 2016-10-26 株式会社日本显示器 显示器和电子单元
US9069209B2 (en) 2012-03-12 2015-06-30 Japan Display Inc. Liquid crystal display
TWI494651B (zh) * 2012-03-12 2015-08-01 Japan Display Inc 液晶顯示器
CN105074508A (zh) * 2013-03-29 2015-11-18 琳得科株式会社 光扩散膜和光扩散膜的制造方法
CN105074508B (zh) * 2013-03-29 2018-06-22 琳得科株式会社 光扩散膜和光扩散膜的制造方法
CN105143928A (zh) * 2013-04-30 2015-12-09 琳得科株式会社 显示器用光扩散膜以及使用它的反射型显示装置
CN105143928B (zh) * 2013-04-30 2019-03-08 琳得科株式会社 显示器用光扩散膜以及使用它的反射型显示装置
CN106133588A (zh) * 2014-03-28 2016-11-16 株式会社巴川制纸所 各向异性光学膜
CN106133588B (zh) * 2014-03-28 2019-08-23 株式会社巴川制纸所 各向异性光学膜
CN109564304B (zh) * 2016-09-14 2021-07-30 株式会社巴川制纸所 反射型显示装置用光漫射膜层叠体及使用该层叠体的反射型显示装置
CN109564304A (zh) * 2016-09-14 2019-04-02 株式会社巴川制纸所 反射型显示装置用光漫射膜层叠体及使用该层叠体的反射型显示装置
CN109564303A (zh) * 2016-09-14 2019-04-02 株式会社巴川制纸所 反射型显示装置用光漫射膜层叠体及使用该层叠体的反射型显示装置
CN106324891A (zh) * 2016-09-21 2017-01-11 武汉华星光电技术有限公司 一种形成对称散射光的lcd显示屏
CN108693576B (zh) * 2017-03-31 2022-04-26 琳得科株式会社 投影屏
CN108693576A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 琳得科株式会社 投影屏
CN110501765A (zh) * 2018-05-18 2019-11-26 琳得科株式会社 莫尔条纹抑制膜、莫尔条纹抑制膜层叠体、具有莫尔条纹抑制膜的复合显示装置
CN110501765B (zh) * 2018-05-18 2023-01-06 琳得科株式会社 莫尔条纹抑制膜、莫尔条纹抑制膜层叠体、具有莫尔条纹抑制膜的复合显示装置
TWI826444B (zh) * 2018-05-18 2023-12-21 日商琳得科股份有限公司 波紋抑制薄膜、波紋抑制薄膜層合體、具備波紋抑制薄膜之複合顯示裝置
CN110632688A (zh) * 2018-06-20 2019-12-31 琳得科株式会社 光扩散控制层叠体及反射型显示体
CN110632688B (zh) * 2018-06-20 2023-05-12 琳得科株式会社 光扩散控制层叠体及反射型显示体
CN112771441A (zh) * 2018-09-28 2021-05-07 株式会社巴川制纸所 使用了各向异性光学膜的导光层叠体及使用了该导光层叠体的显示装置用面状照明装置
CN112771441B (zh) * 2018-09-28 2023-10-10 株式会社巴川制纸所 使用了各向异性光学膜的导光层叠体及使用了该导光层叠体的显示装置用面状照明装置
CN109471302A (zh) * 2018-12-25 2019-03-15 中航华东光电有限公司 一种具有视角偏转的底背光装置
CN113631965A (zh) * 2019-03-29 2021-11-09 株式会社巴川制纸所 使用各向异性光学膜的反射型显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP4317006B2 (ja) 2009-08-19
JPWO2002097483A1 (ja) 2004-09-16
WO2002097483A1 (fr) 2002-12-05
MY139063A (en) 2009-08-28
KR20040004671A (ko) 2004-01-13
TW557367B (en) 2003-10-11
CN1235066C (zh) 2006-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1235066C (zh) 具有受控的散射特性的光扩散膜、光学元件以及采用该元件的液晶显示装置
TWI297794B (en) Reflective display device and prism array sheet
CN1608215A (zh) 具有受控的散射/透射特性的光学膜和采用该光学膜的液晶显示装置
CN102252223B (zh) 照明装置和显示装置
US6866393B2 (en) Reflective liquid crystal display
JP5916243B2 (ja) 表示装置
CN1288458C (zh) 具有可控的散射/透射特性的光学层压制品
TWI461745B (zh) Method for manufacturing light diffusing element, light diffusing element, polarizing plate with light diffusing element, and method for manufacturing liquid crystal display device
CN1637507A (zh) 液晶显示装置
KR101080397B1 (ko) 광학 시트
WO2021009943A1 (ja) 光学構造体、光学構造体付き偏光板及び表示装置
WO2006017585A1 (en) Multi-region light scattering element
JP2010066437A (ja) 液晶表示装置
CN110244508A (zh) 屏幕和投影系统
CN102272667A (zh) 液晶显示装置和背光源
CN103907053A (zh) 液晶显示装置
CN1400496A (zh) 液晶显示装置及电子装置
JP2002071965A (ja) 導光板、面光源装置及び反射型液晶表示装置
KR101176055B1 (ko) 광학 시트
KR20150140670A (ko) 광 확산 소자 및 광 확산 소자의 제조 방법
CN1613027A (zh) 液晶显示装置
JP2003195275A (ja) 液晶表示装置
JP2002006143A (ja) 導光板、面光源装置及び反射型液晶表示装置
JP2003295167A (ja) 液晶表示装置
JPH11295705A (ja) 高分子分散型液晶表示素子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: AZ ELECTRON MATERIAL ( JAPAN )) CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: CLARIANT INTERNATIONAL LTD.

Effective date: 20050318

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20050318

Address after: Tokyo, Japan

Applicant after: AZ electronic materials (Japan) Co., Ltd.

Address before: Mu Tengci, Switzerland

Applicant before: Clariant International Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: TOMOEGAWA CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: AZ ELECTRON MATERIAL ( JAPAN )) CO., LTD.

Effective date: 20061020

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20061020

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: Hakawa Paper-making Co., Ltd.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: AZ electronic materials (Japan) Co., Ltd.

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060104