TWI323790B - - Google Patents

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TWI323790B
TWI323790B TW095133506A TW95133506A TWI323790B TW I323790 B TWI323790 B TW I323790B TW 095133506 A TW095133506 A TW 095133506A TW 95133506 A TW95133506 A TW 95133506A TW I323790 B TWI323790 B TW I323790B
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Akihiro Horii
Hiroshi Mizuno
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Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在一方之面上連續配置立體構造之透光薄 膜、該透光薄膜之製造方法及液晶顯示裝置。 【先前技術】 液晶顯示裝置（LCD「Liquid Crystal Display)與陰極射線 管（CRT: Cathode Ray Tube)比較，可以實現低耗電以及小 型化、薄型化，目前，從行動電話、數位相機、PDA (個 人數位助理（Personal Digital Assistants))等小型機器到大 尺寸之液晶電視，各種尺寸的製品正被廣泛使用。 液晶顯示裝置分為透過型、反射型等類型，特別是透過 型液顯示裝置，除了具有一對透明基板挟持液晶層之液 晶顯示面板、分別配置在該液晶顯示面板之光入射側及光 出射側之第1、第2偏光元件之外’其具有背光燈單元作為 照明光源。背光燈單元’有將光源配置在液晶顯示面板正 下方的直下型以外，還有使用導光板之側光型。 另一方面’以將光源光之出射方向配光成正面方向之目 的’將被稱之為輝度提升薄膜之透光薄膜配置在背光燈單 元與液晶顯示面板之間的結構廣為人知（例如，參照下述 專利文獻1)。輝度提升薄膜，由在一方之面上斷面略呈二 角形之稜鏡以微小間距周期排列的棱鏡片所構成，具有在 正面方向使背光燈之光豎起，進行集光之作用。 [專利文獻1]曰本專利第3 158555號公報 [發明欲解決之問題] 107645-981030.doc 1323790 但是，因為先前之棱鏡片在折射率為各向同性之同時， 由稜鏡片出射之光通常係無偏光，故由稜鏡片出射之光幾 乎一半，被配置於液晶顯示面板之光入射側的第丨偏光元 件所吸收。因此，存在不能有效利用來自背光燈之照明光 而無法實現輝度提升的問題。 另一方面，在稜鏡片與液晶顯示面板之間，插入使一方 之直線偏光分量透㉟，而另一方之直線偏光分量反射的反 ψ #性偏光it件’提高背光燈光之光利用效率，從而實現輝 度提升已為人知。 ' 然而’使用此種反射性偏光元件者，在液晶顯示裝置之 製造成本增加的同時，零件數量增加，從而對裝置之小型 化、薄型化帶來障礙。再者，即使使用了反射性偏光元 件，但第1偏光元件之吸收轴方向的偏光分量部分洩露 等’功能性未必充足。 【發明内容】 於上述之問題’本發明之課題係提供—種兼具集光功 能和-定之偏光分離功能的透光薄膜、透光薄膜之製造方 法及液晶顯示裝置。 [解決問題之方法] 在解決以上之課題時，本發明之透光薄膜係於一面上連 續排列立體構造，且使立體構造之延仲方向的折射率與該 立體構造之排列方向的折射率彼此不同。 一 使立體構造之延伸方向和與之正交之排列方向之間具有 折射率差，對於入射到該透光薄媒之光，使在立體構造延 107645-981030.doc 1323790 伸方向振動之偏光分量和在立體構造排列方向振動之直線 偏光分量’使之具有彼此不同之透光特性。立體構造之延 伸方向和排列方向之折射率之差越大，該偏光分量之透光 特性之差變得越大。 立體構造之延伸方向並不僅限於一個方向，可以使立體 構造之延伸方向彼此不同，二維地排列為複數之方向。 又，本發明之立體構造中’包含稜鏡或雙凸透鏡等結構 體。稜鏡由例如具有90。（度）之頂角的斷面三角形狀構成。 在上述結構中，例如使稜鏡之延伸方向之折射率大於稜 鏡之排列方向之折射率，藉此在向透光薄膜入射之光中， 在棱鏡之延伸方向振動的偏光分量一方成為返回光的量大 於在稜鏡之排列方向振動的偏光分量。藉此，可獲得一定 之偏光分離功能。
向具有差異之步驟加以製造。
例如可舉 二酯樹脂） 107645-981030.doc 1323790 以及此等之混合物或PET_PEN共聚物等之共聚合物、聚碳 酸脂 '聚乙稀醇、聚酯、聚偏二氣乙稀、聚丙婦、聚酿胺 等。 另一方面，當使立體構造排列方向之折射率比其延伸方 向之折射率大時，作為透光薄膜之構成材料，較好選擇在 延伸方向折射率小之材料。作為在延伸方向折射率小之材 料，例如有甲基丙烯酸樹脂、聚苯乙烯系樹脂、苯乙烯_ 甲基丙烯酸甲酯共聚合物以及此等之混合物等。 而且，在將本發明相關之透光薄膜作為液晶顯示裝置中 之輝度提升薄膜使用時，有以下兩種結構。其一結構係， 使透光薄膜在立體構造延伸方向之折射率比在立體構造排 列方向之折射率大的同時，在一對偏光元件中，配置於液 晶顯示面板之光入射側的偏光元件之透光軸方向和立體構 is·之排列方向所形成之角度被設定在〇。至45。範圍内。另 一結構係，在使透光薄膜在立體構造之排列方向之折射率 比在立體構造之延伸方向之折射率大的同時，在一對之偏 光元件中，配置在液晶顯示面板之光入射側的偏光元件之 透光軸方向與立體構造之延伸方向所形成之角度被設定在 〇°至45。範圍内。 藉由此等結構，因為可以將來自透光薄膜之出射光效率 佳地射向液晶顯示面板，故背光燈光之有效利用成為可 能’並可謀求液晶顯示裝置之輝度提高。 [發明效果] 如以上所述，若藉由本發明之透光薄膜，因為在立體構 107645-981030.doc 1323790 造之延伸方向和排列方向具有折射率之各向異性，故不僅 可以獲得集光作用’而且還可以獲得一定之偏光分離作 用。因此，即使不使用反射性偏光元件等光學元件，在仍 可提高液晶顯示裝置之輝度提高效果的同時，還可謀求減 少零件數量及降低製造成本。 【實施方式】 以下就本發明之實施方式參照圖式加以說明。 圖1係具有本發明之實施方式的透光薄膜之液晶顯示裝 置1 〇之概略結構圖。首先，就該液晶顯示裝置1 〇之整體結 構加以簡單說明。 本實施方式之液晶顯示裝置10具有液晶顯示面板丨i、挾 持該液晶顯示面板11之第1偏光元件12入及第2偏光元件 12B、稜鏡片13、擴散板14，和背光燈單元15。 液晶顯示面板11具有以一對透明基板挾持液晶層之構 造。在本實施方式’適用VA(垂直定向）、IPS(平面切換）等 之視角特性佳之驅動馬達用之液晶材料，除此之外，還可 適用TN(扭轉向列）型等。 第1偏光元件12 A係配置在液晶顯示面板11之光入射側之 偏光元件’第2偏光元件12B係配置在液晶顯示面板丨丨之光 出射侧之偏光元件。第1偏光元件12A之透光軸a之朝向， 藉由稜鏡片13之棱鏡排列方向（以下稱"稜鏡排列方向"）的 折射率與稜鏡延伸方向（以下稱”稜鏡延伸方向”）的折射率 間的大小關係加以決定。 例如’當稜鏡延伸方向之折射率比稜鏡排列方向之折射 107645-981030.doc -10- 率大時’如圖1所示，在將第1偏光元件12A之透光軸a的朝 向作為棱鏡之排列方向時，可以獲得最大之效果。但是， 由於獲得適當之角度輝度分布或使液晶顯示面板11之對比 度提高等其他理由’當透光軸a和稜鏡排列方向之朝向不 一致時’也可以擴大透光轴a與稜鏡排列方向形成之角 度。此時’為了提高正面輝度，該角度必需在〇。至45。之 間，而且更希望在〇。至2〇。左右。 另一方面’當稜鏡排列方向之折射率一方形成比稜鏡延 伸方向之折射率大時，當使第1偏光元件〗2A之光的透光軸 a的朝向作為稜鏡延伸方向的朝向時，可以獲得最大之效 果。但是’藉由獲得適當之角度輝度分布或使液晶顯示面 板11之對比度提高等其他理由，當透光轴a和稜鏡延伸方 向之朝向不一致時’也可以擴大透光軸&和棱鏡延伸方向 形成之角度。此時，為了提高正面輝度，該角度必需在〇。 至45。之間，而且更希望在〇。至2〇。左右。 對應於本發明相關之透光薄膜，稜鏡片13被作為用以提 尚液晶顯示裝置10之正面輝度之輝度提升薄膜使用。稜鏡 片13被配置在將來自背光燈單元15之照明光（以下也稱"背 光燈光"）擴散出射之擴散板14之光出射側，如後述所示， 具有集光作用和一定之偏光分離作用。 背光燈單元15由具有複數條之線狀光源16和反射板口之 直下型構成，但並不僅限於此，也可以由使用導光板之側 邊型構成。又，光源16定為冷陰極管（CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)等之線狀光源，但除此之外，例如也可 107645-98I030.doc 使用發光二極體（LED: Light Emitting Diode)等之點光源。 以下’就作為本發明相關的透光薄膜之稜鏡片丨3之詳細 情形加以説明。 圖2以模式形式顯示稜鏡片13之整體結構。稜鏡片13由 具有透光性之樹脂材料形成，在其一方之面上，具有斷面 三角形般之柱狀的稜鏡在一個方向（γ方向）上連續排列之 稜鏡結構面13a。因為構成棱鏡構造面13a之各棱鏡，係對 應於本發明相關之"立體構造”，故分別以同一之頂角及間 距形成，在本實施方式中，稜鏡頂角為90。，排列間距例 如為50 μιη。稜鏡片13之另一側之面成為平坦面13b。稜鏡 片13係將稜鏡構造面i3a朝向光出射側（液晶顯示面板u側） 配置。 稜鏡片13在稜鏡延伸方向（X方向）和稜鏡排列方向方 向）具有不同之折射率。如此，藉由使棱鏡片1 3之折射率 具有面内各向異性，可對應偏光狀態改變向稜鏡片13入射 之光的透過特性。圖3顯示向稜鏡片13入射之光的路徑， 特別顯示稜鏡延伸方向之折射率nx比稜鏡排列方向之折射 率ny大之情形（nx>ny)。在此，Lx表示在背光燈光L中，在 稜鏡延伸方向（X方向）振動之偏光分量；Ly表示在背光燈 光L中，在稜鏡排列方向（γ方向）振動之偏光分量。 參照圖3，從斜向以入射角Θ1入射稜鏡片13之平坦面13b 之背光燈光，因為在稜鏡之延伸方向（X方向）和排列方向 (Y方向），稜鏡片13之折射率彼此不同（nx>ny)，故，背光 燈光之X方向偏光分量Lx與Y方向偏光分量Ly分別以不同 107645-981030.doc -12- 1323790 折射角rx、ry(rx<ry)折射的同時，以不同出射角φχ、， 從稜鏡斜面出射。此時，γ方向偏光分量以之出射角 方比X方向偏光分量Lx之出射角φχ小（φχ>φγ)。 在以上之例中’兩偏光分量Lx、Ly之任一個都從稜鏡片 13之光出射面（稜鏡構造面13a)射出。但是，因為在稜鏡延 伸方向（X方向）和稜鏡排列方向（γ方向）具有不同之折射 率，故在此等各方向振動之偏光分量，在稜鏡片平坦面 13b及稜鏡斜面之界面上，以彼此不同之反射率反射。因 此’在本實施方式’因為稜鏡延伸方向之折射率ηχ取值比 稜鏡排列方向之折射率ny大’故在稜鏡延伸方向振動之偏 光分量Lx之反射量比Ly大。其結果，透過棱鏡片13之背光 燈光，在光量方面Ly—方比Lx多。 又’因為從稜鏡斜面出射之各偏光分量Lx、Ly之出射角 形成φχ>φγ之關係’故向稜鏡片13入射之背光燈光之入射 角一旦滿足某種條件’偏光分量Lx便在稜鏡斜面反覆進行 全反射，形成返回光，而且可以實現僅偏光分量Ly透過稜 鏡片13之完全偏光分離狀態。將此例在入射角θ2條件下成 立之情形示於圖3。作為Θ2之具體例，在nx=i.9、ny=1 6以 及稜鏡之頂角為90度之條件下，約為丨丨度〜25度。 另一方面，若相對於稜鏡片13之背光燈光之入射角過 小’背光燈光以對稜鏡片13之平坦面i3b垂直入射時沒有 改變。此時，如圖3所示’背光燈光L與偏光狀態無關，而 在棱鏡構造面13a之稜鏡斜面反覆進行全反射，成為返回 背光燈側之返回光。 107645-981030.doc -13- 1323790 如以上所示，藉由使稜鏡片13具有面内之折射率各向異 性’除背光燈光之集光作用外，可以獲得一定之偏光分離 作用。又，在上述各例中’因為由稜鏡片13反射之光在背 光燈單元15之反射板17(圖1)或擴散板14之表面反射，被無 偏光化後再次形成向棱鏡片13入射之光，因而，光的利用 效率提高，能夠對提高正面輝度有所貢献。 以下，就如上結構之棱鏡片13的製造方法之一例加以說 明。 本貝施方式之稜鏡片13係經由在一方之面上形成稜鏡構 造面13a之樹脂薄膜成形步驟 '和使該樹脂薄膜向稜鏡之 延伸方向延伸，使在稜鏡之延伸方向和稜鏡之排列方向之 折射率具有差異之步驟而製造。 樹脂薄膜之成形方法雖未被特別限定，但是例如，熱壓 法或熔融擠出加工法等可適用。又，也可以將平坦之樹脂 片作為基底，在其上製作稜鏡層。再者，較好為以輥方式 連續製作樹脂薄膜之方法。 所製作之树脂薄膜因向棱鏡延伸方向延伸，而被賦予折 射率各向異性。本實施方式之稜鏡片13之構成，稜鏡延伸 方向之折射率nx比稜鏡排列方向之折射率叮大。因此，如 圖4 A所不，在使用於延伸方向折射率大之樹脂材料製作樹 月曰薄膜23之後，因使該樹脂薄膜23向稜鏡延伸方向（χ方 向）延伸，故可獲得作為目標之稜鏡片〗3。延伸率可根據 所而之面内折射率差、樹脂薄膜之材料的種類等適當設 107645-981030.doc •14· 乍為在延伸方向折射率大之樹脂材料，可舉ρΕτ(聚對苯 夂乙一自曰）、PEN(聚萘二甲酸乙二酯樹脂）以及此類之 混，物、或PET-PEN共聚物等之共聚絲、聚碳酸脂、聚 烯醇曰、聚偏二氟乙稀樹脂、聚丙烯、聚醯胺等。 在此，將延伸方向作為稜鏡延伸方向者，係為了抑制藉 乙伸别後稜鏡形狀之變化而造成的目標光學特性產生的 變化。圖4B顯示在延伸前後稜鏡構造面之外形變化，實線 .··’頁不延伸4，單點劃線顯示延伸後。藉由將延伸方向作為 稜鏡延伸方向（X方向），因為延伸後之稜鏡斷面形狀相對 於延伸前之稜鏡斷面形狀，形成大致$目似的關係故可抑 制光學特性之變化，並能夠高精度地控制所需之稜鏡形 狀。 對此，如圖5A、B所不，若使樹脂薄膜23向稜鏡排列方 向（Y方向）延伸，使之具有折射率各向異性，則稜鏡外形 之又化變彳于顯著，尤其稜鏡頂角或稜鏡排列.間距擴大使 得難以高精度地控制所需之光學特性。再者，在圖5B中， 雙點劃線表示延伸前，實線表示延伸後。 再者，在將稜鏡排列方向之折射率構成比稜鏡延伸方向 之折射率大時’可則吏用在延㈣向折射率小之樹脂材 料，使之向稜鏡延伸方向延伸。作為在延伸方向折射率小 之樹脂材料’可舉聚甲基丙烯酸甲酿等之甲基丙烯酸醋樹 脂、聚苯乙烯樹脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物（AS樹脂）、苯 乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物以及此等之混合物等。 接著，參照圖6，說明本實施方式之液晶顯示裝置1〇的 107645-981030.doc •15· 1323790 作用。圖6係對透過稜鏡片13、第1偏光元件12A、液晶顯 示面板11以及第2偏光元件12B之光的偏光狀態進行說明之 液晶顯示裝置10之概略側視圖。 如上所述，第1偏光元件12A之透光轴a係依據稜鏡片13 在稜鏡排列方向之折射率和在稜鏡延伸方向之折射率的大 小關係決定。圖6中顯示稜鏡延伸方向之折射率比稜鏡排 列方向之折射率大時的情形，較好第1偏光元件12A之透光 軸a設為棱鏡排列方向（γ方向）。又，在圖6中，Lx顯示在 背光燈光L中，在棱鏡排列方向（γ方向）振動之偏光分量，
Ly顯示在背光燈光L中，在稜鏡排列方向（Y方向）振動之偏 光分量。 由圖中未顯示之背光燈單元15照射而透過擴散板14之無 偏光之光（背光燈光L)’射向棱鏡片13之平坦面13b。背光 燈光L在稜鏡片13中被集光朝向正面方向，從棱鏡構造面 13a出射之後，射向第1偏光元件12A。已射入之背光燈光L 中，第1偏光元件12A吸收Lx’透過Ly。透過第1偏光元件 12A之Ly，在液晶顯示面板11上以像素單位形成偏光控 制，再射向第2偏光元件12B，僅有第2偏光元件12B之透光 軸之偏光透過，並於面板正面形成圖像。 再者’入射到稜鏡片13之背光燈光L之入射角e並不一 樣，具有某一範圍之角度分布。因為本實施方式之稜鏡片 13形成為在稜鏡延伸方向之折射率nx比稜鏡排列方向之折 射率ny大’故透過棱鏡片13之背光燈光l，如參照圖3說明 般，Ly—方比Lx多，其量的比例隨著稜鏡片13之稜鏡排列 107645-98 丨 030.doc 16 1323790 方向之折射率與棱鏡延伸方向之折射率之差，以及入射到 稜鏡片13之背光燈光l之入射角Θ分布而定。 另一方面’由稜鏡片13反射的一部分背光燈光L，被擴 散板14表面或背光燈單元15之反射板17反射，再次入射向 稜鏡片13。藉由重覆進行如此之循環作用，可謀求背光燈 光L之有效利用。 如以上所示，若藉由本實施方式，因為稜鏡片13不僅具 有集光作用，而且還具有一定之偏光分離作用，故在由棱 鏡片13出射之背光燈光l中’可使稜鏡延伸方向之偏光分 量Lx之出射光量變得比祿鏡排列方向之偏光分量Ly之出射 光量少’從而減少第1偏光元件12a中之背光燈光L的吸收 量’以實現背光燈光L之有效利用。藉此，背光燈光l之取 光效率提高，可實現正面輝度提升。 又’因為價格昂貴之反射性偏光元件等之光學元件不再 是必需’故藉由零件數量之減少可實現液晶顯示裝置之更 薄型化和製造成本之降低。 棱鏡延伸方向之折射率nx與稜鏡排列方向之折射率ny之 差越大’藉由稜鏡片13獲得之背光燈光l之偏光分離效果 越顯著。圖7顯示在稜鏡排列方向之折射率ny比稜鏡延伸 方向之折射率nx大時’設nx=l .60、ny=nx+An時之輝度提 升率的模擬結果。其顯示在以設複折射率Δη為〇之情形為 基準時，輝度會提升之程度。再者，設稜鏡頂角為9〇0。 由圖7可知，An越大輝度提升率越大。因為角度輝度分 布藉由nx決定，故該値可由商品設計等適度決定。對此， 107645-981030.doc 17 1323790 較好ny之值比ηχ越大越好，藉此可以提高輝度提升率。 以上雖就本發明之實施方式進行說明，但毫無疑問，本 發明並不僅限於此，基於本發明之技術思想，可以獲得各 種變形。 例如在以上之實施方式中，以nx>ny構成稜鏡片〗3之表 面内折射率差，但取而代之，也可以取nx<ny。此時，可 以使用向稜鏡延伸方向延伸時在延伸方向折射率小之樹脂 材料。另在此時，較好稜鏡排列方向朝向與第丨偏光元件 之透光軸正交之方向。 又，在以上之實施方式，顯示倮用丨片稜鏡片13之例， 但也可將2片該稜鏡片13重疊使用。此時，在使稜鏡延伸 方向在上下片之間成正交排列的同時希望一方之稜鏡片 在稜鏡延伸方向之折射率擴大，而另—方之稜鏡片則將棱 鏡排列方向之折射率擴大。或者，僅配置於上面之稜鏡片 使用存在有折射率差之稜鏡片，配置於下面的稜鏡片也可 般之各向㈣之稜鏡片（例如3M公司製"BEF”（商 除此之外，在以上之管祐 6 貫方方式中，雖然在使稜鏡片1 3之 折射率各向異性時已使用延 彳-並不限定於此，例如也 可以使具有折射率各向異性 a Λ 兵〖之液日日材料定向，或藉由採用 具有折射率各向異性 士 Β « ^ ^ , 之、、。日日材枓構成稜鏡片，使之在稜鏡 [實施;，、棱鏡排列方向具有折射率各向異性。 以下’就本發明之實施例加 &明。但本發明並不限定 107645-98l030.doc 1323790 於此等。再者，在以下 之各貝施例中，有時還將與本發明 相關之具有折射率各向異 、之稜鏡片稱為各向異性稜鏡 η 。 [實施例1] [棱鏡片之成形] 作為將稜鏡形狀轉印形成 付丨小成於树月曰溥膜上之熱壓用之金 製壓花原版，使用在其矣& # 具表面横斷面形狀為頂角90度的直 等腰三角形且交替且平杆 十仃地以5 0 μιη間隔規則地連續雕刻 凸部和凸部、凹部和 , _t . t 者树知溥膜為熱可塑型樹脂， 使用200 μιη厚之Α_ρΕτγ韭钍Β 、 叫非結晶型ΡΕΤ)片（三菱化學株式 會社製「NOVE clear(^；j®、qrnn7 τ 从，。 ^ (陶h)SG007」，Tg約70。〇。將該樹 月曰薄膜以100C、1〇分鐘、inn ί*/ 2/n 刀鐘、100 kgf/cm2(9.8 MPa)的熱壓條 件熱壓後，立刻投入冰匕+ ^ ^ * 仅八水水中，從而獲得透明之各向同性稜 鏡片。 [稜鏡片之延伸]
將所獲得之各向同性稜鏡片裁斷為長（稜鏡延伸方向）8 咖寬5⑽之長方形後，用手動延伸機將長度方向之兩端 部的三角斷面（稜鏡斷面）夾緊，為使試件中央在延伸方向 於55°C之溫水中變成3.5倍，以延伸^秒進行翠轴 延伸，即獲得了各向異性稜鏡片。 用表面粗糙度測量儀（SURFCORDER ET4001A、小坂研 究所(株)製)測量所獲得之各向異性稜鏡片和延伸前之各向 同性稜鏡片之三角斷面’其結果，兩者都具有與原版相同 之45度底角之等腰三㈣。再者，相對於延伸前之試件的 107645-981030.doc •19· 稜鏡係與原版同樣之約50 μιη間距者，延伸後之試件的稜 鏡約為30 μπι間距。 圖8顯示延伸前後稜鏡片之概略斷面形狀。圖中，單點 劃線顯示延伸前試件之斷面形狀，實線顯示延伸後試件之 斷面形狀。通過延伸前後，可以看出棱鏡形狀係相似形。 再者，雙點劃線顯示使裁斷成長丨.5 cmx寬5 cm之試件 向縱向（棱鏡延伸方向）延伸時之稜鏡形狀。由圖示之例可 知，在將縱/橫比不足1之試件向縱方向延伸時，片材斷面 形狀歪曲，無法獲得相似形之棱鏡形狀。因此，較好切出 試件之縱/橫比為1以上。 [複折射性之測量] 其次，測量所獲得之各向異性稜鏡片之複折射性。在複 折射性之測量中，如圖9所示，從片材45之稜鏡面垂直入 射偏光，並用測量器46檢測透過光，藉由透過光之出射角 Φ之不同，計算出棱鏡延伸方向之折射率nx與棱鏡排列方 向之折射率ny之差Δη(=ηχη^。即透過光之出射角❿藉 由入射偏光方向而不同，如圖1〇所示，在稜鏡延伸方向平 行振動之偏光分量（以下將此稱為，，垂直偏光L χ ”）之出射角 Φχ比在稜鏡排列方向平行振動之偏光分量（以下稱此為"水 平偏光Ly")之出射角〇大。利用此，點，可計算出Δη。 =11係顯示已透過片材45之垂直偏光Lx及水平偏光之 光罝與出射角之關係的測量結果。縦轴之單位（a.u.)以 arbitrary unit(任意單位）顯示"相對値，，。測量結果如圖η所 不’所獲得之各向異性稜鏡片45之稜鏡延伸方向之折射率 107645-981030.doc •20- 1323790 * nx為丨，62,棱鏡排列方向之折射率nyM.55, Δι^〇 〇7。 ' 根據以上之結果’藉由在熱壓A-PET片材賦予稜鏡形 • &之後進行單軸延伸，成功獲得在稜鏡延伸方向和排列方 向折射率不同之各向異性稜鏡片。再者，㈣u所示，可 • 以確認、，與垂直偏光Lx相比，水平偏光Ly—方透光率高。 ·· &係因為稜鏡延伸方向之折射率⑽比棱鏡排列方向之折射 . 率巧大’與稜鏡延伸方向平行之偏光分量Lx在稜鏡斜面中 參 全反射作用增高、與Ly相比，透光量降低^ [輝度定向評價] 接著，測量本實施側相關之各向異性稜鏡片45之輝度定 向。如圖13所示，將背光燈單元作成具有光源5〇、反射板 51、導光板52之侧邊型，在導光板52上依次配置擴散板 53、輝度提升薄膜54、各向異性稜鏡片45以及偏光元件 55，並用輝度·色差計（EZ_c〇ntrast XL88(eldim公司製）） 測量正面輝度及照度。 • 在輝度提升薄膜54上，使用各向同性稜鏡片（3M公司製 "BEF"(商標）），將稜鏡延伸方向朝向畫面左右方向（水平方 向）配置。各向異性稜鏡片45將棱鏡延伸方向朝向畫面上 下方向（垂直方向）配置，使棱鏡延伸方向與輝度提升薄膜 54正父。準備在垂直方向具有透光轴a和在水平方向具有 透光軸B之兩種類型偏光元件55’並使用其每個對垂直偏 光及水平偏光之輝度定向進行測量。 [比較例1] 除使用無延伸之各向同性稜鏡片（稜鏡頂角90度、5〇 μπι 107645-981030.doc 1323790 間距）取代各向異性棱鏡片45以外，採用與實施例1相同之 方法測量正面輝度及照度。 將測量結果示於表1及圖14。 济 jj 之 δ | IK oo Os OO t〇L W 电 Vil *1 容 卜 〇 ΓΝ Os Μ 'iW(~ X) ΛΧ Γν| *r^ fNl •r^ ^―· 1¾ s〇 CM VO Vq ^ F···^ Jj (N (N 卜 CM f $E： 5 Cv to 采 擊 •22· 107645-981030.doc 1323790 根據表1及圖14之結果，本實施例之各向異性稜鏡片之 垂直偏光與比較例丨之各向同性稜鏡片相比較，正面輝 度、照度都減少。另一方面，水平偏光正面輝度、照度與 比較例1之各向同性稜鏡片相比都有所提升。 由以上之結果可知，就各向異性稜鏡片，藉由更多之垂 直偏光在棱鏡面反射’在擴散板或反射板上以全方位光再 循環’對水平偏光之輝度以及照度之上昇有所貢献。因 此’藉由使偏光元件55之透光轴朝向水平偏光方向，即朝 向各向異性棱鏡片4 5之稜鏡排列方向，可以有效地利用 光’並可以提高正面輝度以及照度（光取出效率）。 [實施例2] [稜鏡片之成形] 作為將稜鏡形狀轉印形成於樹脂薄膜上之熱壓用之金屬 製壓原版’使用在其表面上以横斷面形狀為頂角9〇度之 直角等腰二角形父替且平行地以5 〇 μπι間隔有規則地連續 雕刻凸部和凸部、凹部和凹部者.樹脂薄膜為熱可塑型樹 脂，使用200 μπι厚之Α-ΡΕΝ(非結晶型ρΕΝ)片（Tg約 120°〇。將樹脂薄膜以 150。〇：、10分鐘、1〇〇 kgf/cm2(9 8 MPa)的熱壓條件熱壓後，立刻投入冰水中，從而獲得各向 同性稜鏡片。 [稜鏡片之延伸] 將所獲得之各向同性稜鏡片裁斷為長（稜鏡延伸方向）8 cmx寬5 cm之長方形後，用手動延伸機將長度方向之兩端 部的三角斷面（稜鏡斷面）夾緊，為使試件中央在稜鏡延伸 107645-981030.doc -23- 1323790 方向於MOT：之溫水中變成3.5倍，以延伸速度】秒進行 單轴延伸’即獲得了各向異性稜鏡片。 用表面粗糙度測量儀（SURFC〇RDER ET4〇〇1A、小坂研 究所（株）製）測量所獲得之各向異性稜鏡片和延伸前之各向 同性稜鏡片之三角斷面’其結果，兩者都係具有與原版相 同之45度底角之等腰三角形。再者’與延伸前之試件的稜 鏡係與原版相同之約50 _間距者相對，延伸後之試件的 稜鏡約為3 0 μιη間距。 圖15顯示延伸前後棱鏡片之概略斷面形狀。圖中，實線 顯示延伸前試件之斷面形狀，虛線顯示延伸後試件之斷面 形狀。通過延伸前後，可以明白稜鏡係為相似形。 [複折射性之測量] 其次，測量所獲得之各向異性稜鏡片之複折射性。在複 折射性之測量中，進行與實施例丨同樣之測量。 圖16係顯示透過上述各向異性稜鏡片之垂直偏光^以 水平偏光Ly之光量與出射角之關係的測量結果。縱軸之單 位（a.uOaarbhrary unit(任意單位）顯示”相對値”。測量結 果如圖17所示，所獲得之各向異性稜鏡片之稜鏡延伸方向 之折射率nx為1.79、稜鏡排列方向之折射率叮為丄％ ^ 為 0.23 。 根據以上之結果，可以在熱壓A_PEN薄膜並職予棱鏡形 狀之後進行單轴延伸，成功獲得了在稜鏡延伸方向和排列 方向折射率不同之各向異性稜鏡片。再者，如圖Μ所示， 可以確認，與垂直偏光Lx相比，水平偏光卜—方透光率 107645-981030.doc • 24· 问。此係因為稜鏡延伸方向之折射率nx比稜鏡排列方向之 折射率ny大，與稜鏡延伸方向平行之偏光分量^在稜鏡斜 面中全反射作用增高，與Ly相比，透光量降低。 [輝度定向評價] 接著，測量本實施例相關之各向異性稜鏡片之輝度定 向。如圖13所示，將背光燈單元作為具有光源5〇、反射板 51、導光板52之邊側型，依次在導光板52之上配置擴散板 53、輝度提升薄膜54、各向異性稜鏡片45以及偏光元件 55，並用輝度·色差計（EZe〇ntrast 公司製）） 測量正面輝度及照度。 「在輝度提高薄膜54上，使用各向同性稜鏡片_公司製 「_」（商標將棱鏡延伸方向朝向晝面左右方向（水平 向）配置各向異性稜鏡片4 5將棱鏡延伸方向朝向晝面 下方向（垂直方向）配置，使稜鏡延伸方向相對於輝度提 升薄膜54為正交。準備兩種偏光元件55，其在垂直方向具 有透光軸A和在水平方向具有透光軸B，並使用每個偏光 兀件測量垂直偏光及水平偏光之輝度定向。 [比較例2] 示使用無延伸之各向同性稜鏡片（稜鏡頂角列度、叫 1巨）取代各向異性稜鏡片45以外，採用與實施例2相同之 方法測量正面輝度及照度。 將測量結果示於表2及圖1 8。 107645-981030.doc -25· 1323790 • 襄 Os <Ν cn oo W vg tn Μ. y^m Γ- 盔 β Μ <N ΓΟ <Ln η 们 1—； 4£) (¾¾ 寸 00 οο 繁1 Ν_> 11 Xf ΛΧ fN <N Ο 寸 ?： C4 CO 寸 ¥ 擊 根據表2及圖1 8之結果，本實施例之各向異性稜鏡片之 垂直偏光與比較例2之各向同性稜鏡片比較，正面輝度、 照度都有所減少。另一方面，水平偏光之正面輝度、照度 -26- 107645-981030.doc 1323790 都比比較例2之各向同性稜鏡片有所上昇。 根據以上之結果可知’就各向異性稜鏡片，更多之— 偏光在稜鏡面反射，而在擴散板或反射板上，藉由r八 位光再循環，對水平偏光之輝度及照度 工幵有所貢献。 因此，偏光元件55之透光軸藉由朝向水平偏光之方向艮 各向異性稜鏡片45之稜鏡排列方向，可以有效地利用光即 並可以使正面輝度及照度（光取出效率）提高。 [實施例3] 在將本發明相關之稜鏡片用於液晶顯示裝置時，該稜鏡 片和偏光元件（位於液晶顯示面板之光入射側之偏光元 件。以下同）之透光轴所成之角度很重要。如實施例丨及實 施例2所示，較好使自稜鏡片出射之光的偏光產生偏移， 使偏光元件之透光軸對準與之對應之方向。但是，由於液 晶顯示裝置之對比度的提高或抑制干涉條紋等理由，即使 未對準偏光元件之透光軸時，本發明仍有效。
在本實施側中，在將稜鏡延伸方向之折射率形成得比實 施例2之稜鏡排列方向之折射率大的棱鏡片用於液晶顯示 裝置時，對於稜鏡排列方向和偏光元件之透光軸方向形成 之角度，測量了該液晶顯示裝置之正面輝度。 [比較例3] 除使用無延伸之各向同性稜鏡片（稜鏡頂角90度、5〇 μπ1 間距）取代實施例3之稜鏡片之外，採用與實施例3相同之 方法測量正面輝度。 將測量之結果示於圖19。根據圖19之結果，稜鏡片之棱 I07645-981030.doc -27- 1323790 鏡排列方向和偏光元件之透光軸方向所成之角度在0。至 45°之間’與各向同性之稜鏡片相比，可以提高正面輝 度’而且更希望在〇。至20。之間。 再者，通過本實施例所示可知’與稜鏡延伸方向之折射 率一方變得比稜鏡排列方向之折射率大的情況相反，當使 棱鏡排列方向之折射率一方比稜鏡延伸方向之折射率大， 而形成稜鏡片時，稜鏡之延伸方向和偏光元件之透光軸方 向所成之角度在0。至45。之間，與各向同性稜鏡片相比， 可以提高正面輝度，且更希望在0。至2〇。之間。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示藉由本發明之實施方式的液晶顯示裝置概略 結構之分解立體圖。 圖2係模式地顯示作為本發明相關之透光薄膜之稜鏡片 結構之整體立體圖。 圖3係說明本發明相關之稜鏡片之一作用的要部斷面 4係説明本發明相關之稜鏡片之製造方法的模式 3iL· λ^β - τ·* β一一 固 一 ， civ …頁示L伸方向，Β顯示延伸前後稜鏡形狀之變化^ 圖5A、㈣向與圖4A、B所示之情形不同之方向延伸B 稜鏡形狀變動之情形的圖式。 圖6係說明圖1之液晶顯示 圖7传顯干太私乍用的要部侧視圖。 回7係顯不本發明相關之棱鏡片之面内折 與輝度提高率之關係的圖式。 圖8係顯示測晉太| n 、j里本發明之貫施例丨中所說 ^ <各向異性$ 107645-981030.doc -28- 1323790 鏡片之斷面形狀之結果的圖式。 圖9係說明各向異性稜鏡片之複折射性測量方法之圖 式。 圖1 〇係說明相對於各向異性稜鏡片之垂直偏光和水平偏 光之出射角之不同之圖式。 圖11係顯示實施例1之各向異性稜鏡片之光透過特性之 圖式。 圖12係說明實施例1之各向異性稜鏡片之面内各方向之 折射率之圖式。 圖13係說明實施例1之各向異性稜鏡片之輝度特性評價 之測量條件之圖式。 貝 圖14係說明實施例丨之各向異性稜鏡片之輝度定向特性 之評價結果之圖式。 圖15係顯示測量在本發明之實施例2説明之各向異性浐 鏡片之斷面形狀之結果之圖式。 夂 圖16係顯示實施例2之各向異性稜鏡片之光透過特性 圖式。 之 圖17係說明實施例2之各向異性稜鏡片之面内各方向 折射率之圖式。 °之 圖18係顯示實施例2之各向異性稜鏡片之輝度定向 之評價結果之圖式。 圖19係顯示針對本發明之實施例3說明之各向異性稜於 片之偏光元件的輝度之角度依存特性之圖式。 文’兄 【主要元件符號說明】 107645-981030.doc •29- 1323790 ίο 11 12A 12B 13 13a 13b 14 15 16 17 23 45 55 Θ1 Θ2 φχ Φυ Lx Ly nx ny rx ry 液晶顯示裝置 液晶顯不面板 第1偏光元件 第2偏光元件 稜鏡片（透光薄膜） 稜鏡構造面 平坦面 擴散板 背光燈單元 線狀光源 反射板 樹脂薄膜 各向異性棱鏡片 偏光板 入射角 入射角 出射角 出射角 在稜鏡延伸方向振動之背光燈光之偏光分量 在棱鏡排列方向振動之偏光分量 稜鏡片之稜鏡延伸方向之折射率 稜鏡片之稜鏡排列方向之折射率 折射角 折射角 107645-981030.doc •30·

Claims (1)

1323790 日修(更)正替換頁 f 095133506號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年12月） 户 十、申請專利範圍： 1· 一種透光薄膜，其係具備光入射面、及 以稜鏡經連續排列之構造面所形成之光射出面者； 前述透光薄膜係以單層所形成， 前述稜鏡具有一對斜面，其中前述稜鏡之延伸方向之 折射率與前述棱鏡之排列方向之折射率彼此不同；且關 於從斜向射入前述光入射面之一部分之光，該等斜面^ 使該光之中前述稜鏡之延伸方向之折射率、與前述稜鏡 之排列方向之折射率中折射率大之方向之偏光分量向前 述光入射面側反射，同時使折射率小之方向之偏光分量 向前述光入射面侧透過；關於從垂直方向射入前述光入 射面之光，則與偏光狀態無關，該等斜面係使該光向前 述光入射面側反射。 2.如請求項1之透光薄膜，其中 前述稜鏡之延伸方向之折射率與前述稜鏡之排列方向 之折射率之差為0.07以上。 3 如請求項1之透光薄膜，其中 前述稜鏡係斷面呈頂角9〇。之等腰三角形者。 如請求項1之透光薄膜，其中 前述透光薄膜係包含ΡΕΤ(聚對苯二甲酸乙二酯）、 ρΕΝ(4蔡二甲酸乙二酯樹脂）、ρΕΤ與之混合物、或 PET-PEN共聚物等之共聚合物。 5. 種透光薄膜之製造方法，其係製造具備光入射面、及 以稜鏡經連續排列之構造面所形成之光射出面之透光薄 107645-981207.doc 1323790 $丨&月7日修(更)正替換I 膜其中前述稜鏡之延伸方向之折射率與前述稜鏡之 痱列方向之折射率彼此不同；且關於從斜向射入前述光 入射面之一部分之光，該光之中前述稜鏡之延伸方向之 折射率、與前述稜鏡之排列方向之折射率中折射率大之 方向之偏光分量向前述光入射面側反射，同時使折射率 小之方向之偏光分量向前述光入射面側透過；關於從垂 直方向射入前述光入射面之光，則與偏光狀態無關，使 該光向前述光入射面侧反射；該製造方法係具有： 在一方之面上使具有前述稜鏡之樹脂薄膜進行成形之 步驟， 成形前述樹脂薄膜之後，使前述樹脂薄膜在前述稜鏡 之延伸方向延伸，在前述稜鏡之延伸方向和前述稜鏡的 排列方向’使折射率具有差異之步驟。 6. 如請求項5之透光薄膜之製造方法，其中 使用在延伸方向折射率大之材料作為前述樹脂薄膜之 材料。 7. 如請求項5之透光薄膜之製造方法，其中 使用在延伸方向折射率小之材料作為前述樹脂薄膜之 材料。 8· 一種液晶顯示裝置，其係具有： 液晶顯示面板； 灸持該液晶顯示面板之一對偏光元件； 照、明前述液晶顯示面板之光源； 具備光入射面、及以稜鏡經連續排列之構造面所形成 107645-981207.doc 1323790
之光射出面，並配置在前述液, %⑴ < 狀B日顯不面板與前述光源間 之在光出射側面上之透光薄膜； 前述稜鏡具有一對斜面，其中前述稜鏡之延伸方向之 折射率與前述稜鏡之排列方向之折射率彼此不同；且關 於從斜向射人前述光人射面之—部分之光，該等斜面係 使該光之中前述稜鏡之延伸方向之折射率、與前述稜鏡 之排列方向之折料中折射率大之方向之偏&分量向前 述光入射面側反射，同時使折射率小之方向之偏光分量 向前述光入射面側透過；關於從垂直方向射入前述光入 射面之光，則與偏光狀態無關，該等斜面係使該光向前 述光入射面側反射。 9·如請求項8之液晶顯示裝置，其中 前述透光薄膜在前述稜鏡之延伸方向之折射率比前述 稜鏡的排列方向之折射率大，且 前述稜鏡之排列方向、與前述一對偏光元件中配置於 别述液晶顯示面板之光射入側之偏光元件之透光轴方向 所成之角度被設定在〇。至45。之範圍内。 10·如請求項8之液晶顯示裝置，其中 刖述透光薄膜在前述稜鏡之排列方向之折射率比前述 稜鏡之延伸方向之折射率大，且前述稜鏡之延伸方向、 與前述一對之偏光元件中配置於前述液晶顯示面板之光 射入側之偏光元件之透光軸方向所成之角度被設定在 至45。之範圍内。 11.如請求項8之液晶顯示裝置，其中 107645-981207.doc 1323790 _ -)Γ年月7日修(更)正替換頁 前述透光薄膜係包含ΡΕΤ(聚對苯二曱酸乙二酯）、 PEN(聚萘二曱酸乙二酯樹脂）、PET與PEN之混合物、或 PET-PEN共聚物等之共聚合物。 12. 如請求項8之液晶顯示裝置，其中 前述棱鏡之延伸方向之折射率與前述稜鏡之排列方向 之折射率之差為0.07以上。 13. 如請求項8之液晶顯示裝置，其中 前述稜鏡係斷面呈頂角90°之等腰三角形者。 14. 如請求項8之液晶顯示裝置，其中 前述照明光源為直下型背光燈單元。 15. 如請求項8之液晶顯示裝置，其中 前述照明光源為側光型背光燈單元。 107645-981207.doc 1323790 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（3 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明：
13 棱鏡％ 13a 稜鏡構造面 13b 平坦面 Lx 稜鏡延伸方向振動之偏光分量 Ly 棱鏡排列方向振動之偏光分量 rx 折射角 ry 折射角 Θ1 入射角 Θ2 入射角 φχ 出射角 Φυ 出射角 若有化學式時 ，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 107645-981030.doc
TW095133506A 2005-09-15 2006-09-11 Transparent thin film and its fabricating method, liquid crystal display apparatus TW200726995A (en)

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