TW460715B - Polarizing element and optical element - Google Patents

Description

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年 月-§____修正 率 本發明是關於一種偏光元件及光學元件，其能夠有效 地組裝薄的、輕的並且高明亮度之液晶顯示器等等。 之背景 在朝向前面的方向，即，在垂直於前表面的方向，具有 ^強的明亮度之液晶顯示器是已知的，其中是在形成背光 等等的光導板上，具有稜鏡薄層之透鏡薄層；因此控制該 射出光線的路徑。然而，該透鏡薄層的供應，不僅使得顯 不器變厚’而且降低該顯示器的組裝致率。隨著液晶顯示 器在多種領域的廣泛使用，而強烈地需要具有更降低的厚 度和重量但還保有其優點之液晶顯示器。 JI:明之槪.沭 本發明的一個目的是提供一種偏光元件及光學元件，其 能夠在高組裝效率下形成薄的、輕的並且高明亮度之液晶 顯示器。 上面目的是經由一種偏光元件’係包含偏光薄膜，該偏 光薄膜至少在其一面上具有透明保護層，該透明保護層在 其表面上具有大量的小角錐形（pyramidal)或圓錐形 (conical )浮凸；以及經由一種光學元件，係包含與延 遲薄膜和亮度加強薄膜其中之一或兩者層合之該偏光元 （ 件，來達成的。 在該偏光薄膜上所具有之透明保護層，基於其角錐形或 圓錐形微細浮凸’而具有光徑控制功能（在下文中，具有 小角錐形或圓錐形浮凸之該透明保護層，將有時參照為"

A6〇7 1 5 mm 五 -、發明説明（2) 光徑控制薄層"）。該層能將通過該偏光薄媒的光線，有 效率地集中並導向前面的方向，使得可以形成具有優良明 亮度之類的液晶顯示器。結果，可以省略在光導板或其他 上所具有之習知的透鏡薄層，而形成薄且重量輕，並具優 良的組裝效率之裝置。 ^ 發明之詳細說明 本發明的偏光元件包含偏光薄膜，該偏光薄膜至少在其 一面上具有透明保護層’該透明保護層在其表面上具有大 量的角錐形或圓錐形微細浮凸。本發明的光學元件包含該 偏光元件’與延遲薄膜和亮度加強薄膜至少其中之一的積 層板。該偏光元件的一個例子顯示於圖1，並 興 件的一個例子顯示於圖2。 + 1 根據圖1所顯示的具體例，該偏光元件1，依序包含透明 保護層15，偏光薄膜11，黏合層12，以及在盆 微細浮凸14之透明保護層13。 /、表面上〃有 根據圖2所顯示的具體例，該光學元件，依序包含該偏 光元件1 ’黏合層2，以及為延遲薄膜或亮度加強薄膜的光 學薄膜3。 ' ' 可用於本發明的偏光薄膜並無特別地限制，並且$從能 夠透射具有預定的偏光轴線之線偏光光線，並且吸收其他 光線之偏光薄膜中適當地選擇出來。有用偏光薄膜的説明 實例是由伸展親水性聚合物薄膜所得到的，像吸 和 /或二色性染料之聚乙烯醇薄膜、部份聚乙烯薄 膜、或是部分息化之乙烯-乙酸乙烯醋共聚物薄以及

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五、發明說明（3) 聚乙烯醇的脫水產物或聚氣乙烯的脫氯化氫產物等等之聚 歸定向薄膜。該偏光薄膜的厚度通常為5到8 0 μ m，但不限 制於此。 δ亥偏光元件的形成是以：在該偏光薄膜的一面或兩面上 八有透明保s蔓層，並立s玄透明保護層，或至少一層的透明 保》隻層具有大置的角錐形或圓錐形微細浮凸1 4，如圖1所 示。y以有效率地得到具有微細浮凸之該透明保護層，例 如，從包含聚合物薄層之光徑控制薄層，該聚合物薄層在 其=面或兩面上具有大量的角錐形或圓錐形微細浮凸，而 該微細浮凸是以和該聚合物薄層相同的聚合物所整合形成 的0 该角錐形或圓錐 通過該偏光薄膜之 方向。作為浮凸之 四角形’多角形和 從降低厚度和透 是德可能小較佳。 04mm2或小更佳， 衫成此類的微細浮 造爭導體晶片所使 成该想形狀的微細 四面浮凸轉移至聚 淨办之薄層。 虡用該微影蝕刻 光線的 角錐或 圓形。 射光線 該底部 並且0. 凸，例 用的微 浮凸之 合物薄 形的微細浮凸所呈現的功能，在於調整 光徑’而將透射光線導向前面的 圓錐的底部形狀，包括三角形， 之觀點’該個別浮凸的底部面積 面積是以0. 2 5 m m2或小較佳， 01 mm2或小最佳。可以有效率地 如用一種方法’其包含：以如製 影技術來蝕刻矽晶圓等等，而形 負模（凹模）；然後將該負模的 層上，因此形成具有凸面的微細 系統的優點是容易地形成微細浮凸，潘

4 β Ο 7 t i _案號 89109532_年月日____ 五、發明說明（4) 且可以容易地控制該微細浮凸的位置和底部面積的比例。 從集中光線的效率之類的觀點，每一面微細浮凸的總底部 面積，佔有1 0到1 0 0 %的透明保護層較佳。 該角錐形或圓錐形浮凸的底部面積或形狀，在一面或是 在兩面上的浮凸之間，可能大略地相同；或者是可以將具 有不同底部面積或形狀之浮凸，組合在一面或兩面上。 從集中光線朝向前面方向的性質之觀點，基於四角錐形 浮凸，其關係於光徑的控制方向之該浮凸的底部和頂部之 間的角度，是在5 5 ± 1 0 °的範圍内較佳。當該浮凸的角頂 愈尖銳時，光徑的可控性則愈佳；也可以接受有點圓的角（ 頂，或是些微切削的角頂（變成梯形剖面）之浮凸。 當可能在該偏光薄膜的一面或兩面上具有光徑控制薄層 時，通常是如圖1所描述的，在該偏光薄膜11的一面上具 有其浮凸1 4向外之光徑控制薄層。在該具體例中，如圖1 所示，通常但不一定是，在該偏光薄膜的另一面上具有透 明保護層1 5。在該實例中，在其一面上具有光徑控制薄層 之偏光元件，通常以將該浮凸1 4面對於液晶顯示器的可視 覺面（前面）來排列。 為了加強該偏光薄膜的防水性或強度之目的，而具有包 含上述的光徑控制薄層或是習知的透明保護層之透明保護' 。使用適當的透明聚合物來形成這些保護層。使用具有 優良的透明性，機械強度，熱穩定性，防潮性之類的聚合 物特別佳。 此類聚合物的例子，包括：像是纖維素二醋酸酯

\\326\d\2D-\90-03\89109532.ptc 第8頁 2001. 03.16. 008 ^601 \ 5 _案號89109532_年月日 修正 五、發明說明（5) (cellulose diacetate)和纖維素三醋酸醋（cellulose tri acetate )之纖維素聚合物；像是聚對苯二曱酸乙醋 (polyethylene t er eph tha 1 at e )和聚萘二曱酸乙酯 (polyethylene naphthalate)之聚酯；聚醚-砜，聚破 酸酯，聚醯胺，聚醯亞胺，聚烯烴，丙烯酸樹脂；以及丙 烯酸’胺基甲酸酯，丙烯醯基胺基甲酸酯，環氧或是矽酮 型之熱塑性或紫外光固化樹脂。 可以用適當的方法在該偏光薄膜上具有透明保護層，像 是應用聚合物液體的方法，以及藉由黏著劑來層合薄膜或 是光徑控制薄層的方法。可以適當地選擇該透明保護層的 厚度’通常是50 0 "或更小，丨觸較佳 2 0 0 # m 更佳。 j 為了實際使用，可以將太絡昍沾 一 ^ ^ μ 灯不發明的偏光兀件，與一或多屏 像疋延遲薄膜和亮度加強薄膜的杏 〆 θ 守联的尤學層來組合，而摇很不审 想的光學元件。例如，圖2巾％ __ μ' 1 而奴供理 所顯不的光學元件， 偏光元件1，以及為延遲薄Μ Λ Α μ 干 匕3該 ν心殊得膘或壳度加薄風 係以壓敏性黏合層2來黏著的。 、之九子層3， 可用於本發明之延遲薄腺 所造成延遲之薄膜，以及根:液晶晶格 像是二分之-波長薄膜或四；ί用具有f虽延遲之薄膜， 膜的說明實例包括有：、包含I 一波長溥膜。有用延遲薄 薄膜基板上所支撐之以：聚向薄，以及在 基板，包括具有優良等向性之^=忒疋向液晶層之薄膜 寺θ丨生之薄膜基板較佳，像是纖維素

89109532,ptc 460715 _____案號 89109532 五、發明說明（6) 薄膜。

形成該 歸、和具 是聚甲基 醯胺，聚 聚乙烯醇 烯，聚芳 性之聚合 可以將 雙軸伸展 也是有用 聚合物薄 控制像是 多層延遲 雙折射薄膜 有降4烯結 丙稀酸甲酯 醯亞胺，聚 ，聚氯乙烯 基化合物， 物較佳，像 該聚合物薄 。在其厚度 的，其可以 膜上來得到 延遲之光學 薄臈的積層 構的聚 之丙烯 礙，聚 ，聚丁 和聚曱 是聚酉旨 膜加以 方向具 藉由， ，而賦 特性的 板。 稀煙之稀煙聚合物；聚酯；像 酸聚合物；纖維素聚合物；聚 醚-颯，聚醚醚_，聚苯硫， 酸乙歸s曰，聚碳酸酿，聚苯乙 醛。其中’使用具有優良結晶 和聚醚醚酮。 適當的處理，像是單軸伸展或 有控制的折射率之雙折射薄膜 例如，將熱縮性薄膜黏著在該 予收縮力和/或伸展力。為了 目的，該延遲薄膜可以是二或 偏強薄膜’；有：反射具有預定的偏光軸線之線 偏先光線或預定的方向之圓偏光光線，而透射自然入射光 的其他光線之性質；並且有時被稱為偏光分隔板了可以將 此類的亮度加強薄膜應用於反射型液晶顯示器，使用為· 組合了其作為用來反射通過該液晶晶格的入射光線之反射 板的功能，之偏光板；因此而加強該顯示器的明亮度。 當該亮度加強薄膜被置於用作為背光之平面光ϋ時， 從背光來的光線進入該薄膜，而得到在預定的偏光狀熊之 透射光’然而該反射光被反射層等等所反射，並且再二次 進入該亮度加強薄膜。將部份或整個的反射光，在預定的

460715 修正 案號891095拟 五、發明說明（7) 光狀態下透射，而增加通過該亮度加強薄膜之光線的量。 同時，該亮度加強薄膜供給其難以被吸收型偏光板所吸收 ，偏光光線，因而增加液晶顯示器等等之可利用光線的 量°因此’該免度加強薄膜能夠加強透射型或反射型之液 晶顯示器的明亮度。 因此’可以使用的亮度加強薄膜，包括顯示其透射具有 預定的偏光軸線之線偏光光線，而反射其他光線之特性的 4膜，像是介電材料的多層薄膜，以及具有不同的折射率 ，等向性層的薄膜積層板；並且包括顯示其反射左旋或右 ，的圓偏光光線，而透射其他光線之特性的薄膜，像是螺 旋性液晶層，尤其是螺旋性液晶聚合物的定向薄膜，或像 是在薄膜基板上所支撐的定向液晶層。 在上述的亮度加強薄膜中，其透射具有預定的偏光軸線 之線偏光光線之類型的薄膜，使得該透射的偏光光線進入 具有調整的偏光軸線之吸收型偏光板，因此有效率地透射 該光線，而減少吸收型偏光板之吸收損失。另一方面，在 使，其透射圓偏光光線之類型的亮度加強薄膜的例子中， 像是螺旋性液晶層，當可以使得該透射的圓偏光光線進入 吸收型偏光板，如此來抑制吸收損失時；經由延遲薄膜， 將該透射的圓偏光光線轉換成線偏光光線，然後使得入 該吸收型偏光板較佳。使用四分之一波長板作延遲薄 V以將該圓偏光光線轉換成線偏光光線。 、 其可在涵蓋可見光區域之寬的波長範圍，作用為四八之 /波長板或其他之延遲薄膜，可以經由一種方法來得& :

4607 1 5 案號89109% 修正 曰 五、發明說明（8) ，ί二I 一種作用為單色光的四分之一波長板之延遲層， 具有波長為，例如55_的光線；以及-種具 π f ,¾ π 延遲層，例如作用為二分之一波長板的 田二 °因此’在該偏光元件和該亮度加強薄膜之間所 :的延遲薄m，可能包含一層延遲薄膜或至少兩層延遲 溥膘。 沾ί = f螺旋性液晶層，可以組合二或多層不同反射波長 、、、疋’生液晶層，來形成層合結構，因此得到能夠在涵蓋 可$光區域之寬的波長範圍’反射圓偏光光線之薄膜•並 ^二於如此，可以得到具有寬的波長範圍之透射的圓偏光 尤綠· c 如圖2所示，如需要且必須’在光學元件中，該偏光元 件1和至少一層的光學層，可以藉由黏合層2來黏著。可以 使用適當的黏合層，從黏合操作的方便性和光學特性的執 穩定度之觀點，通常使用壓敏性黏合層較佳。將上述的透 明保護層與偏光薄膜黏合而得到該偏光元件，也可以用適 當，黏合層來完成，像是壓敏性黏合層。在使用以聚乙婦 醇^主之偏光薄膜的例子中，通常以聚乙烯醇為主之黏著 劑來操作該黏合。 該壓敏性黏合層是利用黏性物質或壓敏性黏著劑來形成 的，其包含丙烯酸聚合物、矽酮聚合物、聚酯、聚胺基甲 酸酯、聚醚或合成橡膠，來作為原料聚合物。特別是，使 用具有優良的光學透明度，以及適度的像是可溼度 (wettability )、黏結度（c〇hesiveness )和黏合度

89109532.ptc 第12頁 五、發明說明（9) (adhesiveness )之黏著特性，並且充分的耐氣候性和耐 熱丨生，使得當暴露於熱或潮濕時，不會造成隆起或剝落之 壓敏性黏著劑較佳，像是丙烯酸壓敏性黏著劑。 、，合適的丙烯酸壓敏性黏著劑的例子包括：包含具有重量 平句刀子置為1〇〇，〇〇〇或更大之丙稀酸聚合物，作為原料 聚合物之黏著劑；其是藉由在其烷基部份（例如甲基、乙 基或丁基酯）中’具有20個或更少的碳原子之烷基-(甲 基）丙烯酸酯，以及包含像是（甲基）丙烯酸或（甲基） 丙婦酸經乙醋（hydroxyethyl (meth)acrylate)之修正 成分的丙烯酸單體，在使得該聚合物的玻璃轉化溫度為0 〔、 °c或更低的組合下，共聚合而得到的。然而，該丙烯酸壓 敏性黏著劑並不限於上面。 可以將該壓敏性黏合層黏著在該偏光元件或光學層的一 面或兩面上。該壓敏性黏合層可能包含許多不同組成或種 類的薄層。當在該偏光元件或光學層的兩面上具有壓敏性 黏合層時，應用於前表面和後表面的壓敏性黏合層，可能 為相同或不同的組成或種類。 可以用任何方便的方法，將該壓敏性黏合層應用於該偏 光元件或光學層上。例如’將黏性物質或其組成溶解或散 佈於像是甲苯或乙酸乙酯之適當的溶劑中，或者是其混人（ 物’來製備具有濃度以重量計約10到40 %之壓敏性黏著& V 體。將該壓敏性黏著液體’以像是鑄造法或塗佈法之適當 的散佈方法，直接應用於該偏光元件或光學層上；或者1 將該壓敏性黏著液體，根據上面的方法應用於分隔板上疋

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五 460715 -案號 8mf1QM9 Λ_η 曰 修正 發明說明（10)= t層，然後將該壓敏性黏合層轉移至該偏 忒壓敏性黏合層的厚度，是適當地取決於黏著強度之 士仁疋"玄厚度通常為1到5 0 0 μ m。如需要且必須，可以 =偏光元件或光學層的外面上具有該壓敏性黏合層， :::光元件或光學層可被黏著☆，例如，液晶晶格上吏 虽將該壓敏性黏合層暴露於該元件的表面時，暫時用分 板將其表面覆蓋直到使用時較佳。 敏性黏合層可能包括適當的添加劑，像是天然或合 、月曰，尤其是增黏樹脂，像是玻璃纖維、玻璃 Ulass beads)、金屬粉末、和其他無機/末 =色劑，色素以及抗氧化劑。再者，彳能納入微細粒 子來賦予该壓敏性黏合層光線散射性質。 可以使用根據本發明之偏光元件及光學元件於各種的 用，像是液晶顯示器。可以設計該液晶顯示器而無特二 限制，只要使用本發明之偏光元件或光學元件。例如，= 以構造多種的液晶顯示器，係使用各種型式之可得、 晶晶格，像是由薄膜電晶體型式所表示之主動（acHv、/ 動及像”扭絞向列型式或超扭絞校二 式所录不之簡單（S 1 mp 1 e )矩陣驅動系統。 在製造液晶顯示器時’可以將像是散光板 (light-diffusing plate)和背光之適當的部 在單層結構或多層結構中適當的位置。可以省 排列層或透鏡排列層之透鏡薄層，因為本發明之偏^元^

4 6071 5 i 號 8910QM9 五、發明說明（11) 或光學元件可以取代之。 田可此將本發明之偏光元件或光學元件，排列在液晶晶 格的一面或兩面卜0本，呈古％ # W時具有党度加強薄膜之光學元件通常 置於可視覺面的後面’像是液晶元件的背光面。再者，且 有微：浮凸之透明保護層’ ％常排列使得該微細浮凸面對 、夜曰曰格的μ 件或光學元件’排列在 液曰曰曰曰格的兩面上時’此二元件可能相同或。 本發明參考下列實施例’作更詳細 _ 明並不應被解釋為限制在這些例子。 21仁應了解發 實施例1 將厚度約0. 5众m的-j卜功思 . η 9 ίίη β厂#的一虱化矽層，以熱氧化作用，形成在 0. 2到0. 6mm厚之矽晶圓平面（1〇〇 )的兩面上。續二 矽層經由光阻劑光罩來蝕刻。將該蝕刻層進一步D經一 加以非等向^钮刻，而形成母模，其是在交又排列由平面 (111 )所％繞之大量的四角錐形凹陷的狀態。作 ::角7錐其垂直角度為7。.5。’並且由底部和頂部的角度 ^將80"厚的纖維素三醋酸s| (m )置於該梦 模上’並且在2 5 0 °C下加壓30分鐘，而得到光徑控制薄、、 層，其垂直角度約70.5。，並且底部長度為3〇_ , 次交叉排列之微細四角錐形浮凸。該浮凸的總 又 該薄層整個面積的3 0 % 。 * 面積為 將該光徑控制薄層，藉由以聚乙烯醇為主之黏人 著於以聚乙烯醇為主之偏光薄膜上，以該角錐形^二向黏

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2001. 03.16. 015 第15頁 ^60715 銮號.89109532. Λ

、發明說明（12) --- 外；然後將其兩面具有平垣面之TAC薄膜，以相 二箸於該偏光薄膜的另—面…得到一偏光相问的方法 2 千 以實施例1中相同的方法來製造光徑控制薄 、::底部面積比例為50 %，底部長度為5〇心， 二 :之四角•。利用所產生的光徑控制薄層，二排 相同的方法來得到一偏光元件。 貫施例1中 以實施例1中相同的方法來製造光徑控制 =底部面積比例為80%，底部長度為5〇 文: 列之四角錐。利用所產生的光徑控制薄層，人父又排 相同的方法來得到一偏光元件。 Μ 1 以實施例1中相同的方法來製造偏光元件， =有平坦表面之TAC薄模’來取代該光捏控；=在兩 以實施例1中 在商業上可得到的液晶元# 彳^ ^ .u ,j3 I,.u t 1 X，使 . ^ n e 「尸坏付到的個別偏光元件，而組 f為液晶顯示器。以亮度計（BM_7，由T〇pc〇n所製造的） f測^該顯示器的前面明亮度，並且以比較例丨的明亮度 L為私準，來評估亮度加強度。所得到的結果顯示於下表 中。該表也顯示偏光元件的偏光度。

89109532.ptc 第16頁 460715 _案號 89109532 曰 修正 產 五、發明說明（13) 角錐形浮凸 偏光度 (% ) 亮度之 改善度 (% ) 底部長度 (// m ) 總底部面積 比例（％ ) 實施例1 30 30 99.9 130 實施例2 50 50 99.9 140 實施例3 50 80 99.9 160 比較例1 一 — 99. 9 100 儘管本發明已詳細地並且參照其特定的實例來說明，顯 而易見地，熟悉本技藝者可在不離開本發明之精神及範圍 内，作各種變化和修改。 元件編號之說明 1 偏 光 元 件 2 黏 合 層 3 光 學 薄 膜 11 偏 光 薄 膜 12 黏 合 層 13 透 明 保 護 層 14 微 細 浮 凸 15 透 明 保 護 層

89109532.ptc 第17頁 460715 _案號89109532_年月曰 修正__ 圖式簡單說明 圖1是顯示根據本發明的偏光元件的一個例子，其中圖 1A是橫剖面圖，並且圖1B是平面圖。 圖2是顯示根據本發明的光學元件的一個例子之橫剖面 圖0

89109532.ptc 第18頁

Claims (1)

1. 4607 1 5 _案號89109532_年月曰 修正___ 六、申請專利範圍 1. 一種偏光元件，係包含至少在其一面上具有透明保護 層之偏光薄膜，該透明保護層在其表面上具有大量的微細 角錐形或圓錐形浮凸。 2. 如申請專利範圍第1項之偏光元件，其中該微細浮凸 有三角形，四角形或多角形的底部。 3如申請專利範圍第1項之偏光元件，其中該微細浮凸的 總底部面積為該透明保護層的整個面積的1 0到1 0 0 % 。 4. 如申請專利範圍第1項之偏光元件，其中該微細浮凸 為實質上相同或不同的底部面積或底部形狀。 5. 如申請專利範圍第1項之偏光元件，其中該微細浮凸（ 為在底部和頂部之間的角度為5 5 ± 1 0 °之四角錐形。 6. —種光學元件，其包含一偏光元件，係與延遲薄膜和 亮度加強薄膜其中之一或兩者層合；該偏光元件，包含至 少在其一面上具有透明保護層之偏光薄膜，該透明保護層 在其表面上具有大量的微細角錐形或圓錐形浮凸。 7. —種光徑控制薄層，其包含一聚合物薄層，係在其一 面或兩面上整合形成，且包含具有由相同的聚合物所製得 之大量的微細角錐形或圓錐形浮凸。

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