TW548472B - Device for increasing the linear polarization strength after passing the linear polarization plate - Google Patents

Description

548472 五、發明說明（l) 技術領域 本發明係關於一種提高穿透線偏極板後之線偏光強度 的裝置，其適用於手錶顯示、自動化顯示等方面所採用之 液晶顯示器或高分子分散液晶顯示器（polymer dispersed liquid crystal display) 〇 習知技術 傳統之線偏極板大致可分為三類：第一類是利用光之 異向性吸收原理，如異向性吸光之高分子所製成之片狀線 偏極板；第二類是利用光之異向性折射原理，如··沃勒斯 頓稜鏡（Wollaston prism);第三類是利用光之異向性反 射原理’如：格蘭佛科特稜鏡（Gian- Foucault prism)。 自然光入射於前述三類線偏極板之後，由於被吸收、 折射或反射’結果由線偏極板出射之線偏極光的強度小於 原入射之自然光強度之一半。 在一般液晶顯示器的構造中，線偏極板是必要之光學 元件。然而由於線偏極板的使用，如前所述，使得光源損 失一半以上的能量。為改善此缺點，有人採用偏極分光器 (polarizing beam splitter)，將自然光分為兩線偏極 光，再分別改變其偏光性質，最後再將兩者加以結合。如 此固然可以增加光源之利用效率，但卻使液晶顯示哭之體 積變大且重量增加，因而使液晶顯示器失去原來輕薄短小 之優點。所以，如何增加片狀線偏極板之穿透率，是當前 亟須解決的問題。

548472 五、發明說明（2) 應來提高視角待性及增加光穿透率。若古 晶顯示器之高分子及液晶做配向（a丨丨彡§门刀子刀政液 加顯示器之散射效率，但配向後之散射特性鱼 ^ 向有關。所以’對於配向之高分子分散液晶^示偏二= 在盡量不影響入射光強度的條件下，使入可 極光強度重新分佈，亦是當前亟須解決的問題自然光的偏 發明之效旲 ° 本發明乃用以改善或解決上述問題，而達到如下之效 果： 1 ·本發明藉由使用一前置線偏極板以接受入射的自 然光，該前置線偏極板將自然光轉變成具有某一偏極方向 較強之多束光’該多束光再通過線偏極板，而得到一具有 高穿透率之線偏極光’並可保持液晶顯示器輕薄短小^優 2·本發明之前置線偏極板可改變入射自然光之各分 量的線偏極光強度分佈，且幾乎不影響其光強度。因此77， 該前置線偏極板可置於配向之高分子分散液晶顯示器之 前，結果不僅增加顯示器對光之散射效率，並可保持原來 高分子分散液晶顯示器所具有的高亮度特性。 發明概要 本發明揭示一種提高穿透線偏極板後之線偏光強度的 裝置，包含：一前置線偏極板，接受入射的自然光，並完 成以下兩功能·（1)使則述自然光分開為不同行進方向之 光束；（2)使前述兩光束之偏極方向改變，藉而增加某一

第5頁 548472 五、發明說明（3) 偏極方向之光強度；及一線偏極板，具有偏極方向同於該 前置線偏極板之偏極方向，接受前述前置線偏極板之出射 光而將其轉變成線偏極光。 前述前置線偏極板可為一膽固醇液晶（ch〇i esterie liquid crystal)層，夾於兩透明平板_且在該兩透明平 板中形成指紋結構（f i n g e r p r i n t s t r u c t u r e )之排列狀 態，並對入射光中之非常光產生光柵效應及光學活性之效 應0 此外，前述前置線偏極板可由以下兩部份構成：（j ) 單軸雙折射材料製成的稜鏡，用以使入射的自然光分開為 常光與非常光兩不同行進方向之光束；（2)光學活性材料 製成的薄板’用以使前述兩光束之偏極方向改變，藉而增 加某一偏極方向之光強度，成為橢圓偏極光。 曰 此外，4述前置線偏極板亦可為一透明而具旋光性之 固態高分子層，形成指紋結構之排列狀態，並對入射光產 生光柵效應及光學活性之效應。 此外，前述前置線偏極板亦可為具有旋光性之紫外光 可硬化之高分子分散液晶（uv —curaMe p()lymer dispersed liquid ^781：&1)層，利用紫外光之干涉條紋 投射於其上，而形成光柵效應及光學活性之效應。 再者為/肖除該前置線偏極板在單片使用時對各種不 同顏色的^射％，@雙折射及旋光性不等所產生的顏色效 應：可重豐週期各不相等之多片冑置線偏極板 相等週期之混成。 又个

548472 五、發明說明（4) 此外，亦可利用紫外之干涉條紋，多次投射^胃 =紫外光可硬化之高分子分散液晶，：消除又光 簡單說明 巴政應。 板的：1 意為圖採。用膽固醇液晶層作為本發明中之前置線偏極 為採用單軸雙折射材料製成的稜鏡與光學活性材 成的溥板構成本發明中之前置線偏極板的示意圖。 圖3為本發明之示意圖，包括前置線偏極板與線偏極 敬0 圖4為本發明應用於反射式液晶顯示器之示意圖。 一圖5為本發明應用於反射式液晶顯示器之另一種方式 的示意圖。 圖6為本發明應用於穿透式液晶顯示器之示意圖。 一圖7為本發明應用於配向之高分子分散液晶顯示器之 不意圖。 符號說jg 10 21 22 31 42 43 53 54 30、40、50、60、70前置線偏極板 並排的多個單轴雙折射材料製成的稜鏡 光學活性材料製成的薄板 41、5 1、61、6 3線偏極板 5 2、6 2 扭轉型線狀液晶顯示器 反射式散光板 反射面鏡 穿透式散光板

548472

71 配向之高分子分散液晶層 鲛佳實施例之詳細描述 圖1表示利用膽固醇液晶作為本發明中之前置線偏極 板的示意圖，其中只畫出膽固醇液晶層，而省略了透明平 板的部份。說明如下：對於入射之自然光R，可分為5〇%的 常光R〇(與光軸垂直之線偏極分量）與5 0%的非常光^(與光 軸平行之線偏極分量）。常光R◦之偏極方向與液晶分子垂 直，故常光進入液晶層後感受到的折射率在各處均為常 數’無法感受到光栅的存在，因此直接穿透液晶層而不改 變其偏極方向，如該圖右側。所示。反之，非常光r之 偏極方向與液晶分子不垂直，故非常光&進入液晶層士感 受到的折射率隨位置而變，因而感受到相位光柵的存在而 產生繞射效應。繞射光穿過具有光學活性之膽固醇液晶層 10後會變為橢圓偏極光而具有常光之偏極方向的分量，二 圖中，右侧之Rel、Re2表示經繞射的非常光，其中t表示零 階非常光，Re2表示高階非常光。 el η 7 總之，自然光透過此膽固醇液晶層丨〇後，出射之某方 向的線偏極光有可能大於原入射光R強度之5〇%。 以下說明圖1所示之指紋結構排列狀態之膽固醇液晶 層的製備方法：首先於平坦之透明玻璃基板上，以蒸著法 鍍上氧化銦錫（I TO )，形成透明電極。再於電極上鑛'上 PVA(polyvinyi aic〇h〇l)，並用布料在電極面做單X向磨 擦，作配向處理。再將兩枚基板之電極面相對，使配向方 向互相平行，並取間隙5〜20 0 /zm，形成一空樣品。在室溫

548472

下，在此空樣品之間隙中，封入膽固醇液晶cp(Mad公司 製）及線狀液晶E7(MerCk公司製）之混合物，其中cp之重量 百分比約為1 %〜2 0%。接著，加交流電壓於該樣品，則在約 5V〜40V之電壓範圍内可觀察到液晶層顯現出指紋結構之排 列狀態。觀察方法有二··一是在偏光顯微鏡下可看到袁暗 間隔的條紋··二是將雷射光射在該樣品上，再投射 ^ ^ 的屏幕，則可見到多階之繞射光點。 圖2表示利用雙折射稜鏡加上光學活性薄板作為本發 明中之前置線偏極板的示意圖，其中，若干符號同於圖i 中者’表示相同的意義，在此不加贅述。如圖2所示，本 實施例之前置線偏極板包括：並排的多個單軸雙折射材料 製成的稜鏡21及一片光學活性材料製成的薄板22。其中稜 鏡21將入射光R中之常光R◦與非常光Re分開為不同行進方向 之光束。再以一片光學活性材料製成的薄板22將該兩方向 之光束R。、Re的偏極方向改變。由於兩光束在薄板22之光 程不同，兩線偏極光束之偏極旋轉角度也不同，故能增加 某一偏極方向之光強度。 圖3表示本發明之提高穿透線偏極板後之線偏光強度 的裝置之不思圖’包括·刖置線偏極板3 0與線偏極板3 1， 其中線偏極板31可採用一般的線偏極板，301表示前置線 偏極板30的光栅條紋，311表示線偏極板31之穿透軸方 向’ R。、Rei、Re2之意義同前，在此不加贅述。 圖4表示本發明應用於反射式液晶顯示器之示意圖， 包括：前置線偏極板40、線偏極板41、扭轉型線狀液晶顯

第9頁 548472 五、發明說明（7) 示器42與反射式散光板43 ’其中401表示前置線偏極板 的光柵條紋，411表示線偏極板41之穿透軸方向、R，表示 出射之線偏極光。 圖5表不本發明應用於反射式液晶顯示器之另一種方 式的示意圖’包括：前置線偏極板50、線偏極板η、扭轉 型線狀液晶顯示器52、反射面鏡53與穿透式散光板54，其 中501表示前置線偏極板50的光柵條紋，511表示線偏極^反 51之穿透轴方向。 圖6表示本發明應用於穿透式液晶顯示器之示意圖， 包括··前置線偏極板6 0、線偏極板6 1、扭轉型線狀液晶顯 示器62與線偏極板63 ’其中601表示前置線偏極板μ的光 樹條紋、611與631分別表不線偏極板61與63之穿透轴方 向。 一圖7表示本發明應用於配向之高分子分散液晶顯示器 之示意圖，包括：前置線偏極板7〇與配向之高分子分散液 晶層71，其中701表示前置線偏極板7〇的光柵條紋、丨表 示液晶區、7 1 2表示液晶區内線狀液晶分子之排列方向、 713表示高分子、右侧之&表示出射之散射光。 在發明詳細說明中所提出之具體的實施態樣或實施例 僅為了易於說明本發明之技術内容，而並非將本發明狹義 地限制於該實施例，在不超出本發明之精神及以下之申請 專利範圍之情況，可作種種變化實施。 月

Claims (1)

1. 548472

   六、申請專利範圍 包含 種長：南穿透線偏極板後之線偏光強度的裝置 一别置線偏極板，接受入射的自然光，並完成以下兩 、力月b、·（ 1)使兩述自然光分開為多束不同偏極方向之偏極 光’並可具有不同行進方向之光束；（2)使前述光束之偏 極方向改變’藉而增加某一偏極方向之光強度； —線偏極板’具有偏極方向同於該前置線偏極板之偏 極方向’接受前述前置偏極板之出射光而將其轉變成線偏 極光。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該前置線 偏極板為一膽固醇液晶層，夾於兩透明導電平板中且在該 兩透明平板中形成指紋結構之排列狀態以造成多束繞射 光。 •如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該前置線 偏極板包含兩部份： $ —部份為一單軸雙折射材料製成的稜鏡，用以使入 身于的^然光分開為常光與非常光兩不同行進方向之光束； 、第二部份為一光學活性材料製成的薄板，用以使前述 兩光束之偏極方向改變，藉而增加某一偏極方向之光強 度。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該前置線 偏極板為一透明而具旋光性之固態高分子層，以取代透明 平板及膽固醇液晶層。 5 .如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該前置線

   第11頁 548472 六、申請專利範圍 偏極板係一利用紫外光之干涉條紋投射於具有旋光性之紫 外光可硬化之高分子分散液晶層所形成。 6· 一種提高穿透線偏極板後之線偏光強度的裝置， 包含： 複數個重疊的前置線偏極板，各前置線偏極板周期不 自妙，受入射的自然光，並完成以下三功能··（ 1 )使前述 =光分開為不同行進方向之偏極光束；（2)使前述光束 二=:改，’藉而増加某一偏極方向之光強度； 】=各種不同顏色的入射光，目雙折射及旋綠 座生的顏色效應； 寸所 同於該前置線偏極板之偏 之出射光而將其轉變成、緣 一線偏極板，具有偏極方向 極方向，接受前述前置線偏極板 偏極光。