TWI412792B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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Description

液晶顯示裝置
本發明是有關於一種光學膜(optical film)結構，且特別是有關於一種具有發光型光學膜(light emitting optical film)的液晶顯示裝置。
對顯示器所使用之傳統光學膜製程與設計而言，其製程不但繁複且成本高，並需基材層來支持或保護以完成光學膜製作與設計，使用方式以外貼式為主，其製程不但限制材料與功能；過多基材非但造成材料成本過高，並直接或間接對光學特性有莫大影響外，更造成光學膜之高厚度問題。
另外，由於液晶面板屬於非自發光的顯示面板，所以目前的液晶顯示裝置都需要背光模組提供背光源，再加上光使用效率低，若要達高畫質、高亮度、低耗電或高精細的特性，需要有多種光學膜來改進或增進其光學特性，譬如偏光膜、廣視角膜、擴散膜(diffusion film)、稜鏡片(prism film，也稱增亮膜)等。因此，如何取代甚至是省略使用上述光學膜的研究已經成為各界在降低成本上所考量的重點之一。
本發明提供一種發光型光學膜，可取代目前使用於顯 示器之偏光膜、補償膜、彩色濾光片或一般光學膜。
本發明再提供一種發光型光學膜的製作方法，可進行大面積發光型光學膜塗佈。
本發明另提供一種液晶顯示裝置，不需要傳統的背光模組，因此能大幅降低傳統上花費在背光模組的成本。
本發明提出一種發光型光學膜，包括一個基材、一層配向層以及一層發偏光型液晶膜，其中發偏光型液晶膜(polarized light emitting liquid crystal film)包括液晶與發光型染料。上述配向層是位於基材之任一側，而發偏光型液晶膜是位於配向層上。
在本發明之第一實施例中，上述發偏光型液晶膜的應用包括作為偏光膜或補償膜使用。
在本發明之第一實施例中，上述發偏光型液晶膜的應用包括作為彩色濾光片(color filter)使用。
在本發明之第一實施例中，上述液晶的種類包括聚合體液晶(liquid crystal polymer)、寡聚體液晶(liquid crystal oligomer)或液晶單體(monomer)。
在本發明之第一實施例中，上述基材包括透光基材或不透光基材。
在本發明之第一實施例中，上述發偏光型液晶膜可以位於顯示單元(cell)內或外。
在本發明之第一實施例中，上述發偏光型液晶膜可以是由數個圖案構成的液晶膜。其中，上述配向層可位於每個圖案與基材之間。而每個圖案之激發發光波長可不同。 至於在圖案之間還可設置至少一遮蔽層。此外，每個圖案可個別發出RGB三種顏色偏極化光或個別發出RGBW四種顏色偏極化光。
本發明再提出一種發光型光學膜的製作方法，包括提供一個基材，而在基材之一側具有一層配向層，接著以塗佈方式在配向層上形成一層發偏光型液晶膜，其中發偏光型液晶膜至少是由液晶與一發光型染料所構成。
在本發明之第二實施例中，上述塗佈方式包括旋轉塗佈法(Spin Coating)、狹縫模具式塗佈法(Slot-die Coating)、擠壓式模具塗佈法(Extrusion Coating)、噴墨(Inject Printing)法、繞線棒塗佈法(Mayer Rod Coating)或刮刀塗佈法。另外，塗佈方式也包括使用捲軸連續式(Roll to Roll)製程。
在本發明之第二實施例中，上述以塗佈方式在配向層上形成發偏光型液晶膜之後，更包括圖案化上述發偏光型液晶膜，使其成為由數個圖案構成的液晶膜
在本發明之第二實施例中，上述發偏光型液晶膜可於一個顯示單元內或外製作。
在本發明之第二實施例中，上述基材包括透光基材或不透光基材。
本發明另提出一種液晶顯示裝置，包括一個液晶面板與一個發光光源。所述液晶面板至少包括一構件，該構件是由一層第二配向層以及一層發偏光型液晶膜所構成，且上述發偏光型液晶膜包括液晶與發光型染料。至於發光光 源則位於液晶面板的任一側，其中發光光源發出的光能使發偏光型液晶膜發出與其不同波長範圍的光。
在本發明之第三實施例中，上述液晶面板包括兩片電極基板、位於電極基板之間的一層液晶層、分別配置於液晶層與各電極基板之間的兩層第一配向層、配置於與液晶層相反之側的一電極基板上的至少一層偏光膜以及位於液晶層之任一側的第一配向層與其中一個電極基板之間的一層彩色濾光片，其中上述構件為偏光膜與彩色濾光片其中至少一者。
在本發明之第三實施例中，上述液晶面板還包括兩片補償膜，分別配置於與液晶層相反之側的各偏光膜上。其中，上述補償膜其中至少一個是由第二配向層以及發偏光型液晶膜所構成。
在本發明之第三實施例中，上述發光光源發出的光包括UV光，以及發偏光型液晶膜發出的光包括可見光。如此，於發光光源與發偏光型液晶膜之間還可包括一層反射層，這層反射層能讓UV光穿透並反射偏極化可見光。
本發明因為運用液晶材料配向作用，並搭配發光型染料進行塗佈製程來形成發偏光型液晶膜，使其成為除偏光或相位差補償之光學作用外，更增加發光功能。因此，在搭配塗佈製程下，不但可突破大面積製作顯示器之困難外，還能取代目前使用於顯示器之彩色濾光片。並且，由於這種發光型光學膜，因液晶之全面排列可全面發出均勻之偏極光，所以不需要傳統的背光模組，能大幅降低傳統 上花費在背光模組的成本。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
下文中伴隨所附圖式來充分描述本發明，附圖中展示本發明之實施例。然而，本發明可以許多不同形式來體現，且不應將其解釋為限於本文所陳述之實施例。實際上是提供這些實施例，以使本發明詳盡且完整，並且會將本發明之範疇完全傳達至所屬技術領域中具有通常知識者。在圖式中，為明確起見可能將各層以及區域的尺寸以及相對尺寸作誇張的描繪。並且在圖中使用相同或相似的元件符號來代表相同或相似的元件。
本文中使用諸如“於......下”、“於......上”、“在......之間”以及其類似術語之空間相對術語來便於描述，以描述如圖中所說明之一層或特徵與另一(或數)層或特徵的關係。應瞭解，上述空間之相對術語是指包含使用中或操作中之元件的除了圖中所描繪之方位以外的不同方位。舉例而言，若將圖中的元件翻轉，則原本被描述為位於某一層(或元件)“下方”或“之下”的層(或元件)接著將定向成位於某一層(或元件)“上方”。因此，所謂的“於......下”可包括上方以及下方的兩方位。
【第一實施例】
圖1A至圖1C分別是依照本發明之第一實施例的發光型光學膜之三種變化的結構剖面圖。
請先參照圖1A，第一種發光型光學膜是由一個基材100、一層配向層102以及一層發偏光型液晶膜104所構成，其中發偏光型液晶膜104包括液晶與發光型染料，而液晶的種類例如聚合體液晶(liquid crystal polymer)、寡聚體液晶(liquid crystal oligomer)或液晶單體(monomer)；發光型染料則是例如二色性染料(dichroic dyes)等類有機發光二極體(organic light-emitting diode，OLED)染料。而且，發偏光型液晶膜104可以依照不同發光型染料具有不同波長的特性來改變其發光的顏色。至於基材100可以是透光基材或不透光基材。
請繼續參照圖1A，上述配向層102是位於基材100之任一側，而發偏光型液晶膜104則位於配向層102上。在第一實施例中的發偏光型液晶膜104的應用包括作為偏光膜或補償膜使用，其含發光型染料之發偏光型液晶膜104亦可分別自行多層配向。另外，發偏光型液晶膜104的應用還包括可當作彩色濾光片(color filter)使用，如圖1B或圖1C。
在第一實施例的發光型光學膜中，發偏光型液晶膜104還可以是由數個圖案106a、106b與106c構成，且每個圖案106a、106b與106c之激發發光波長可相同或不同。此外，在圖案106a、106b與106c之間還可設置遮蔽層108來隔開彼此，上述遮蔽層108可以是黑色遮罩(black matrix)，以便遮蔽不同波長可見光散射於其他圖案內，進而確保色純度。而配向層102則可位於遮蔽層108與圖案106a~c與基材100之間(如圖1B)；或者，配向層102只位於每個圖案106a、106b與106c與基材100之間(如圖1C)。
請繼續參照圖1B與圖1C，當圖案106a、106b與106c代表不同波長之發光區時，其作用類似彩色濾光片結構。因此，將其建構於一個發光源上，當發光源發出如398 nm之紫外光(UV)時，紫外光透過發偏光型液晶膜104會被吸收，然後重新由發偏光型液晶膜104發出偏極化之可見光，且不同圖案106a~c可個別發出不同之偏極化可見光，譬如發出RGB三種顏色偏極化光或發出RGBW四種顏色偏極化光，因此可取代原來薄膜電晶體液晶顯示器(TFT LCD)之彩色濾光片、偏極板。而且，因為從發偏光型液晶膜104發出的光是均勻的，所以還可省略背光模組中的擴散片、稜鏡片等光學膜結構。此外，第一實施例的發偏光型液晶膜104可以位於一個顯示單元(cell)內或外。
【第二實施例】
圖2是依照本發明之第二實施例的一種發光型光學膜之製程步驟圖。
請參照圖2，在步驟200中，提供一個基材，上述基材為透光基材或不透光基材。而且，在基材之一側具有一層配向層。
然後，在步驟102中，以塗佈方式在配向層上形成一 層發偏光型液晶膜，其中發偏光型液晶膜至少是由液晶與一發光型染料所構成。上述發偏光型液晶膜之原料是用發光型染料溶解於液晶中，藉由不同發光型染料之吸收與發光搭配液晶組合，以應用於可發偏極光之偏光膜或發偏極光之補償膜等不同功能之光學膜。此外，形成發偏光型液晶膜的作法除將含發光型染料的液晶塗佈於配向層上之外，還要用紫外光等方式進行固化。由於發偏光型液晶膜的厚度會依照其應用變化，所以有必要的話，可重複上述塗佈與固化的步驟，直到所需之發偏光型液晶膜厚度為止。至於上述塗佈方式則例如是旋轉塗佈法(Spin Coating)、狹縫模具式塗佈法(Slot-die Coating)、擠壓式模具塗佈法(Extrusion Coating)、噴墨(Inject Printing)法、繞線棒塗佈法(Mayer Rod Coating)或刮刀塗佈法等方法。而且，塗佈方式還可選用捲軸連續式(Roll to Roll)製程。
在步驟202之後，如有需要，還可進行步驟204，圖案化上述發偏光型液晶膜，使其成為由數個圖案構成的液晶膜，可作為彩色濾光片(color filter)使用。
在第二實施例中，上述發偏光型液晶膜可於一個顯示單元內或外製作。
以下圖3至圖5是運用第二實施例的步驟所製作的發光型光學膜之各項光學特性的曲線圖。被測試的發光型光學膜是用旋轉塗佈法或狹縫模具式塗佈法，將含類OLED型染料之液晶塗佈於形成在玻璃基材的配向層上，用紫外光於室溫下固化得到的。
圖3為運用第二實施例的步驟所製作的發光型光學膜之吸收偏光率，其偏光度約為90%，穿透度略低於40%。圖4為其吸收398nm光後所激發出之光，激發光主要波長為500nm，以偏光膜檢測顯示在平行於(亦即parallel態)偏光膜下之穿透度遠大於垂直於(亦即cross態)偏光膜下之穿透度，顯示激發光具偏極性。圖5為其作為發光型補償膜之相位差，由相位差儀器檢驗可得，在染料吸收波長外，其穿透光具相位差，因此在450nm-700nm之可見光區，此光學膜呈現為相位差膜特性。也就是說，調整發光型染料之吸收波長與種類，將可得發偏極光之偏光膜或發偏極光之補償膜。
【第三實施例】
第三實施例之液晶顯示裝置主要是包括一個液晶面板與一個發光光源。而且，液晶面板至少包括一個構件，是由一層第二配向層以及一層發偏光型液晶膜所構成，其中上述發偏光型液晶膜包括液晶與發光型染料。至於發光光源則位於液晶面板的任一側，且發光光源發出的光能使發偏光型液晶膜發出與其不同波長範圍的光。以下是其中幾種結構剖面分解圖。
請先參照圖6A，本實施例的液晶顯示裝置包括一個液晶面板600a與一個發光光源602。所述液晶面板600a包括兩片電極基板604、位於電極基板604之間的一層液晶層606、分別配置於液晶層606與各電極基板604之間的 兩層第一配向層608。而且，至少有一層偏光膜610是配置於與液晶層606相反之側的一個電極基板604上，在液晶層606之任一側的第一配向層608與其中一個電極基板604之間則有一層彩色濾光片612。其中，上述偏光膜610與彩色濾光片612其中至少有一個是由一層第二配向層620a以及一層發偏光型液晶膜622a所構成，且上述發偏光型液晶膜622a包括液晶與發光型染料。至於發光光源602則位於液晶面板600a的任一側，其中發光光源602發出的光能使發偏光型液晶膜622a發出與其不同波長範圍的光。舉例來說，發光光源602發出的光可以是UV光，而發偏光型液晶膜622a發出的光可以是可見光。或者，發光光源602發出的光是在可見光範圍內的一種光，而發偏光型液晶膜622a發出的光則是在可見光範圍內的另一種光。
由於在液晶面板600a中有由第二配向層620a及發偏光型液晶膜622a所構成之發光型光學膜，會發出均勻的光，所以整個液晶顯示裝置不需要傳統的背光模組，如背光源以及擴散片、稜鏡片等光學膜結構；相反地，實施例之液晶顯示裝置只要一個能讓上述光學膜激發出光的發光光源，就可以完成第三實施例之液晶顯示裝置。因此，傳統上花費在背光模組的成本將大幅降低。
請繼續參照圖6A，在這個圖中的液晶顯示裝置是將偏光膜610以包含第二配向層620a以及發偏光型液晶膜622a所構成的發光型光學膜取代。而且，當發光光源602 發出的光是UV光，且發偏光型液晶膜622a發出的光為可見光時，還可以在圖6A的發光光源602與發偏光型液晶膜620a之間設置一層反射層(reflective layer)614，這層反射層614定義為能讓下方所發出之UV光穿透並反射由發光型光學膜所激發之偏極化可見光，以便將偏極化可見光重新反射運用。
在圖6B中的液晶面板600b則是在與液晶層606相反之側的兩個電極基板604上都配置了偏光膜610和616，其中偏光膜610是包含第二配向層620a以及發偏光型液晶膜622a所構成的發光型光學膜，而偏光膜616則是本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知的偏光膜。另外，在本圖中並未設置反射層。
至於圖6C中的液晶面板600c則是在與液晶層606相反之側的上層電極基板604上配置一層偏光膜616。另外，在液晶層606底下的第一配向層608與下層電極基板604之間設置一層包含第二配向層620b以及由數個圖案622b、622c與622d構成之液晶膜所組成的彩色濾光片618。這個彩色濾光片618的結構與第一實施例中的圖1C之結構類似，可在圖案622b~d之設置遮蔽層624，遮蔽不同波長可見光散射於其他圖案內，以確保色純度。此外，在發光光源602與圖案622b、622c與622d之間還設置一層反射層614。
在圖6D之液晶面板600d中，還包括兩片補償膜626分別配置於與液晶層606相反之側的各偏光膜616上。而 彩色濾光片618則是在液晶層606上的第一配向層608與上層電極基板604之間。此外，於第一配向層608與下層電極基板604之間還可包括一個薄膜電晶體(TFT)陣列結構(未繪示)。
此外，如圖6E所示，在液晶面板600d中也可以選擇將補償膜628以由第二配向層620c以及發偏光型液晶膜622e所構成之發光型光學膜取代，甚至是以單一配向層620c為原始配向功能，利用液晶本身官能基之配向功能，將含發光型染料之偏光膜與補償膜整合製作為一體之光學膜(未繪示)。
如果將液晶面板600f中的所有偏光膜610、補償膜628與彩色濾光片618都用上述發光型光學膜取代，則如圖6F所示。
第三實施例除了圖6A至圖6F以外，還可以針對其中的構件及其位置作變化，而不侷限於圖中所示。
綜上所述，本發明之特點在於：
1.本發明主要以單一配向層搭配包含液晶與發光型染料之發偏光型液晶膜，利用液晶本身官能基之配向功能，使上述發偏光型液晶膜同時具吸收與發偏極光之效果，故可取代目前使用於顯示器之偏光膜、補償膜或一般光學膜。
2.本發明運用全塗佈製程，進行上述發偏光型液晶膜的製作，所以可進行大面積發光型光學膜塗佈。
3.當本發明之發光型光學膜運用於液晶顯示裝置的 液晶面板時，因為這種發光型光學膜會發出均勻的光，所以整個液晶顯示裝置不需要傳統的背光模組，因此能大幅降低傳統上花費在背光模組的成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧基材
102‧‧‧配向層
104‧‧‧發偏光型液晶膜
106a、106b、106c、622b、622c、622d‧‧‧圖案
108、624‧‧‧遮蔽層
200~204‧‧‧步驟
600a、600b、600c、600d、600e、600f‧‧‧液晶面板
602‧‧‧發光光源
604‧‧‧電極基板
606‧‧‧液晶層
608‧‧‧第一配向層
610、616‧‧‧偏光膜
612、618‧‧‧彩色濾光片
614‧‧‧反射層
620a、620b、620c‧‧‧第二配向層
622a、622e‧‧‧發偏光型液晶膜
626、628‧‧‧補償膜
圖1A至圖1C分別是依照本發明之第一實施例的發光型光學膜之三種變化的結構剖面圖。
圖2是依照本發明之第二實施例的一種發光型光學膜之製程步驟圖。
圖3為運用第二實施例的步驟所製作的發光型光學膜之吸收偏光率曲線圖。
圖4為運用第二實施例的步驟所製作的發光型光學膜吸收398nm光後所激發出之光強度與波長之曲線圖。
圖5為運用第二實施例的步驟所製作的發光型光學膜作為發光型補償膜之相位差曲線圖。
圖6A至圖6F分別是依照本發明之第三實施例的液晶顯示裝置之六種變化的結構剖面分解圖。
100‧‧‧基材
102‧‧‧配向層
104‧‧‧發偏光型液晶膜

Claims (19)

  1. 一種液晶顯示裝置，包括：一液晶面板，包括：兩片電極基板；一液晶層，位於該些電極基板之間；兩層第一配向層，分別配置於該液晶層與該些電極基板之間；至少一層偏光膜，配置於與該液晶層相反之側的該些電極基板其中之一上，其中該偏光膜是由一第二配向層以及一發偏光型液晶膜所構成，且該發偏光型液晶膜包括液晶與發光型染料；以及一彩色濾光片，位於該液晶層之任一側的該第一配向層與該些電極基板中之一個之間；以及一發光光源，位於該液晶面板的任一側，其中該發光光源發出的光能使該發偏光型液晶膜發出與該發光光源發出的光不同波長範圍的光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該發偏光型液晶膜的該液晶的種類包括聚合體液晶(liquid crystal polymer)、寡聚體液晶(liquid crystal oligomer)或液晶單體(monomer)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該些電極基板包括透光基材或不透光基材。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該發光光源發出的光包括UV光，以及該發偏光型液晶膜 發出的光包括可見光。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶顯示裝置，更包括一反射層，位於該發光光源與該該發偏光型液晶膜之間，其中該反射層能讓UV光穿透並反射偏極化可見光。
  6. 一種液晶顯示裝置，包括：一液晶面板，包括：兩片電極基板；一液晶層，位於該些電極基板之間；兩層第一配向層，分別配置於該液晶層與該些電極基板之間；至少一層偏光膜，配置於與該液晶層相反之側的該些電極基板其中之一上；以及一彩色濾光片，位於該液晶層之任一側的該第一配向層與該些電極基板中之一個之間，其中該彩色濾光片是由一第二配向層以及一發偏光型液晶膜所構成，且該發偏光型液晶膜包括液晶與發光型染料；以及一發光光源，位於該液晶面板的任一側，其中該發光光源發出的光能使該發偏光型液晶膜發出與該發光光源發出的光不同波長範圍的光。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置，其中該發偏光型液晶膜的該液晶的種類包括聚合體液晶、寡聚體液晶或液晶單體。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置，其中 該些電極基板包括透光基材或不透光基材。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置，其中該發光光源發出的光包括UV光，以及該發偏光型液晶膜發出的光包括可見光。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示裝置，更包括一反射層，位於該發光光源與該該發偏光型液晶膜之間，其中該反射層能讓UV光穿透並反射偏極化可見光。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置，其中該發偏光型液晶膜包括由多數個圖案構成的液晶膜。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，其中每個該些圖案之激發發光波長不同。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，更包括至少一遮蔽層，設置在該些圖案之間。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，其中每個該些圖案個別發出RGB三種顏色偏極化光或個別發出RGBW四種顏色偏極化光。
  15. 一種液晶顯示裝置，包括：一液晶面板，包括：兩片電極基板；一液晶層，位於該些電極基板之間；兩層第一配向層，分別配置於該液晶層與該些電極基板之間；至少一層偏光膜，配置於與該液晶層相反之側的該些電極基板其中之一上；以及 一彩色濾光片，位於該液晶層之任一側的該第一配向層與該些電極基板中之一個之間；以及至少一補償膜，配置於與該液晶層相反之側的該偏光膜上，其中該補償膜是由一第二配向層以及一發偏光型液晶膜所構成，且該發偏光型液晶膜包括液晶與發光型染料；以及一發光光源，位於該液晶面板的任一側，其中該發光光源發出的光能使該發偏光型液晶膜發出與該發光光源發出的光不同波長範圍的光。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示裝置，其中該發偏光型液晶膜的該液晶的種類包括聚合體液晶(liquid crystal polymer)、寡聚體液晶(liquid crystal oligomer)或液晶單體(monomer)。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示裝置，其中該些電極基板包括透光基材或不透光基材。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示裝置，其中該發光光源發出的光包括UV光，以及該發偏光型液晶膜發出的光包括可見光。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之液晶顯示裝置，更包括一反射層，位於該發光光源與該該發偏光型液晶膜之間，其中該反射層能讓UV光穿透並反射偏極化可見光。
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