TWI440701B - 反射偏振板及顯示裝置 - Google Patents

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Moon Soo Park
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Description

反射偏振板及顯示裝置
本案主張2010年7月23日申請之韓國專利申請案號2010-0071560之優先權，並且其內容完全併入本發明中，以供參酌。
本發明係關於一種光學膜、一種反射偏振板、以及一種顯示裝置。
亮度，係表示一光源每單位面積亮度之物理特性及一決定顯示裝置性能之因子。增強顯示裝置的亮度之代表性方法，可包括增加光源強度之方法及利用光學膜改善亮度之方法。
舉例而言，一液晶顯示裝置(LCD)自光源(如背光元件(BLU))傳輸一發射的光通過面板顯示一圖像，其中，此光源設置在液晶板下方部分。在此過程中，一連接著液晶板之偏振板吸收相當大量來自光源發射的光，造成光使用及亮度的效率降低。作為用於解決此問題的替代方法，係為利用一種用於改善亮度之光學膜的方法，此光學膜設計為反射來自光源發射的光中未穿透偏振板的光，回到光源，並重新利用此反射光。
本發明係關於一種光學膜、一種反射偏振板、以及一種顯示裝置。
根據本發明之一具體實施例提供一種光學膜，此光學膜包括一含有雙色性染料(dichroic dye)之一異向性層，其中，該雙色性染料可形成一向液性液晶(lyotropic liquid crystal，LLC)相，如上述，對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向平行於該雙色性染料(dichroic dye)之向異性吸收分段(anisotropically absorbing fragment)的光躍遷偶極矩(optical transition dipole moment)之光的折射率，以及對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向垂直於該雙色性染料(dichroic dye)之向異性吸收分段(anisotropically absorbing fragment)的光躍遷偶極矩(optical transition dipole moment)之光的折射率，該二折射率之間的絕對值差係為0.2或以上。
以下將對此光學膜做更詳盡地敘述。
在一具體實施例中，此光學膜可作為一亮度增強膜。「亮度增強膜」在此意指一可藉由選擇性透射或選擇性反射入射光以增強光使用效率之功能膜。
在說明書中，用來定義「角度(angle)」之「直立(vertical)」、「水平(horizontal)」、「垂直(perpendicular)」或「平行(parallel)」等條件，可意指一構件在一個角度範圍內大致上直立、水平、垂直、或平行於另一個構件，此範圍不會使預期的目的受到不利的影響，舉例而言，在製造上的誤差及變異可包括在上述的條件中。因此，此條件可包括例如一約±15度之誤差，較佳為約±10度之誤差，更佳為約±5度之誤差。
「向液性液晶(LLC)」在此意指一在一特定的組成或濃度範圍內呈現液晶相之材料。
「雙色性染料(dichroic dye)」在此意指一可在特定波長範圍內對電磁輻射的向異性吸收之物質，例如，相較於其他方向的光，可大量地吸收一特定方向的光之物質。
此雙色性染料包括一向異性吸收分段。在光學膜之異向性層的雙色性染料具有一兩折射率之間的絕對值差係為0.2或以上，較佳為0.3或以上，更佳為大於0.3，其中，兩折射率分別為該雙色性染料對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向平行於該雙色性染料(dichroic dye)之向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率，以及對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向垂直於該雙色性染料(dichroic dye)之向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率。「偏光軸(polarized axis)」在此意指光電場的振動方向。以下，折射率之間的絕對值差或對應此絕對值差之一物理特性可簡單意指為「折射率異向性(refractive index anisotropy)」。再者，「可見光區(visible region)」在此意指一可被肉眼看見的光之波長範圍，例如，一波長380 nm至780 nm之範圍，及較佳約為波長400nm至700nm之範圍；或含有上述波長的光。雙色染料對於具有偏光軸的方向平行於其光躍遷偶極矩之光的折射率，以及雙色染料對於具有偏光軸的方向垂直於其光躍遷偶極矩之光的折射率，彼此是不同的。在光學膜的異向性層中，含有一雙色性染料，此雙色性染料在可見光的整個波長中，於上述折射率之間的絕對值差為0.2或以上。若於至少一異向性層上含有上述折射率異向性之雙色性染料被排列在一適當的方向，該異向性層可根據光的偏光軸表現一選擇性透射或反射入射光之功效。理論上雖然不侷限，一般而言，雙色性染料具有一較高的對於具有偏光軸的方向平行於其光躍遷偶極矩之光的折射率，以及較低的對於具有偏光軸的方向垂直於其光躍遷偶極矩之光的折射率。當折射率之差值(即為折射率異向性)位在上述的範圍內，一光線具有偏光軸平行於一高折射率的軸時，此光線可藉由異向性層呈現全反射，而另一具有一偏光軸方向垂直於上述全反射發生之軸之光，可經過異向性層進行透射。折射率異向性的值越大，則藉由該異向性層可表現越有效的選擇性反射及透射特性。因此，折射率異向性之上限並不受到侷限，但可為例如2.5或以下。
在一具體實施例中，該光躍遷偶極矩或在該異向性層平面上該光躍遷偶極矩之投射可為平行於該異向性層或該雙色性染料分子的光軸。此異向性層或雙色性染料分子的「光軸(optical axis)」在此意指異向性層的平面上光選擇方向。在此具體實施例中，異向性層或雙色性染料分子的光軸可與用於形成異向性層之塗佈過程中塗佈的方向重合。圖1係為一說明性實施例之示意圖，光躍遷偶極矩於異向性層平面上之投射係為平行於異向性層之光軸。如圖1所示，若光躍遷偶極矩，例如置於平行此異向性層，此光躍遷偶極矩可與其投射重合。在一理想的具體實施例中，此光躍遷偶極矩可平行於異向性層或雙色性染料分子的光軸。
在一具體實施例中，雙色性染料分子或分子的至少一向異性吸收分段可具有一棒狀，使光躍遷偶極矩及異向性層的光軸可設置為彼此平行。
在光學膜中，雙色性染料可形成一穩定向液性液晶相。因此，在一具體實施例中，異向性層係將一含有雙色性染料之組成物(以下，可以稱為「向液性液晶組成物(lyotropic liquid crystal composition)」)依照機械性序化排列而形成，例如，可依以下方式形成：施加剪力或在劈力的增加下使一表面與另一個表面分離，設置一向液性液晶組成物層於此之間，例如，可參照美國專利號5,739,296之方法。
上述之向液性液晶相可例如依照聚集程度低之雙色性染料之單一分子及/或分子組合(錯合物)，以及依照雙色性染料的超分子錯合物，此兩者來形成。
在一實施例中，雙色性染料可具有一350 nm至900 nm之最大吸收波長，較佳為350 nm至600 nm，及更佳為440nm至500nm。在此範圍內，例如，此光學膜可於顯示裝置中表現出極佳的效能。
雙色性染料可具有一300 g/mol至900 g/mol之分子量，較佳為450 g/mol至800 g/mol，及更佳為600 g/mol至900 g/mol。在此範圍內，此雙色性染料(dichroic dye)可呈現一適當的吸收波長，且形成一穩定的向液性液晶相。
其中，雙色性染料可形成向液性液晶相已為習知，因此，任何含有上述特性之雙色性染料可不受侷限地作為本發明之雙色性染料。
在一具體實施例中，可根據下列所示之雙色性染料形成異向性層，此雙色性染料包括：至少一雙色性陰離子染料(dichroic anionic dye)之鹽類，其通式：{色原體}(-Xi O- Mi + )n ({Chromogen}(-Xi O- Mi + )n )(其中，色原體為一染料發色團系統(dye chromophore system);Xi 為CO,SO2 ,OSO2 或OPO(O- M+ );n為1至10之一數字；Mi + 為H+ 、MH + 及/或Mo + ，其中MH + 係為一無機陽離子，例如下列所示：NH4 + 、Li+ 、Na+ 、K+ 、Cs+ 、1/2Mg++ 、1/2Ca++ 、1/2Ba++ 、1/3Fe+++ 、1/2Ni++ 、1/2Co++ 、及其類似物，Mo + 係為一有機陽離子，例如下列所示：N-烷基吡啶鎓(N-alkylpyridinium)、N-烷基喹啉鎓(N-alkylchinolinium)、N-烷基咪唑鎓(N-alkylimidazolinium)、N-烷基噻唑鎓(N-alkylthiazolinium)、OH-(CH2 -CH2 O)m -CH2 CH2 -NH3 + (其中，m為1至9)、RR’NH2 + 、RR’R”NH+ 、RR’R”R*N+ 、RR’R”R*P+ (其中，R,R’,R”及R*係為獨立地經取代或未經取代之烷基，例如下列所示：CH3 、ClC2 H4 、C2 H5 、C3 H7 、C4 H9 、C6 H5 CH2 、或未經取代或經取代之苯基或雜芳基)、YH-(CH2 -CH2 Y)k -CH2 CH2 (其中，Y為O或NH，k為0至10之數字))；至少一雙色性陰離子染料與表面活性陽離子(surface-active cation)及/或兩性界面活性劑(amphoteric surfactant)之組合，其通式：(Mi + O-Xi -)n {色原體}(-Xj O-SAIj )m ((Mi + O-Xi -)n {Chromogen}(-Xj O-SAIj )m )(其中，Xj 為CO、SO2 、OSO2 、OPO(O-M+ )；n為0至9之數字；m為1至4之數字；Mi+ 為H+ 、Mo + 及/或MH + ；SAIj (以下，可稱為“表面活性離子”)為SAC+ 及/或AmSAS(其中，SAC+ 為一表面活性陽離子，以及AmSAS為一兩性界面活性物質(amphoteric surface-active substance)；以及，色原體、Xj 、Mo + 及MH + 係如上述所定義)；至少一雙色性陽離子(dichroic cationic dye)染料與表面活性陰離子(surface-active anion)及/或兩性界面活性劑(amphoteric surfactant)之組合，其通式：(Mi + O- Xi - )n {色原體+ }SAI((Mi + O- Xi - )n {Chromogen+ }SAI)(其中，n為0至5之數字；SAI為SAA- 及/或AmSAS，其中，SAA- 為一表面活性陰離子；以及，色原體、Mi 、Xi 、及AmSAS係如上述所定義)；至少一雙色性陽離子(dichroic cationic dye)染料與表面活性陰離子(surface-active anion)及/或兩性界面活性劑(amphoteric surfactant)之組合，其通式：{色原體}(-Zi + RR’R”SAIi )n ({Chromogen}(-Zi + RR’R”SAIi )n )(其中，Zi 為N或P；R、R’和R”係為獨立地烷基或經取代之烷基，如CH3 、ClC2 H4 、HOC2 H4 、C2 H5 、C3 H7 ；SAIi 為SAA- 或AmSAS；n為1至4之數字；以及，色原體、SAA- 、及AmSAS係如上述所定義)；至少一雙色性陰離子低聚物染料(dichroic anioinic oligomeric dye)之鹽類，其通式：([{-色原體}(-Xi O- Mi + )n ]-Li- )q (([{-Chromogen}(-Xi O- Mi + )n ]-Li- )q )(其中，L為(CH2 )6 、C6 H4 、C6 H3 G-C6 H3 G、C6 H3 G-Q-C6 H3 G(其中，G為H、鹵素、OH、NH2 、烷基，以及Q為O、S、NH、CH2 、CONH、SO2 、NH-CO-NH、CH=CH、N=N或CH=N；n為1至10之數字；q為5至15之數字；以及，色原體、Xi 及Mi 係如上述所定義)；及/或至少一不含無機或親水基團之不溶於水雙色性染料。此染料可包括相同的離子基，例如，-Xi OMi + 、-Xj O-SAIj 、-Xi + RR’R”及/或Mi + ，且同時可包括幾種不同的離子基及/或Mi + ，包括缺乏兩個相同基團及/或陽離子的變體。該離子基，例如，-Xi OMi + 、-Xj O-SAIj 、及-Xi + RR’R”可直接地與色原體的芳香環連接，及/或藉由橋樑-Qi -(CH2 )p -(其中，Qi 為SO2 NH,SO2 、CONH、CO、O、S、NH或CH2 ，p為1至10之數字)連接。
如上所述，此色原體可為，例如，1,4,5,8-萘-(1,4,5,8-naphthalene-)、3,4,9,10-苝-(3,4,9,10-perylene-)、3,4,9,10-二並蔥酮-四羧酸發色團(3,4,9,10-anthanthrone-tetracarboxylic acid chromophore)、偶氮染料發色團(azo dye chromophore)、氧偶氮染料發色團(azoxy dye chromophore)、金屬錯合物染料發色團(metal complex dye chromophore)、偶氮甲鹼染料發色團(azomethine dye chromophore)、苯乙烯染料發色團(styrene dye chromophore)或多次甲基染料發色團(polymethine dye chromophore)。在另一具體實施例中，此色原體可為一發色團，係選自至少一個雙色性染料或色素(pigment)，其選自由下列化合物所組成之群組：一單-(mono-)、雙-(bis-)、三-(tris-)、多偶氮-(polyazo-)或氧偶氮-(azoxy-)染料；二苯乙烯(stilbene)、偶氮甲鹼(azomethine)、硫焦寧(thiopyronine)焦寧(pyronine)、吖啶(acridine)、恩菎(anthraquinone)、芘酮(perinone)、靛藍類(indigoid)、噁嗪(oxazine)、芳香碳鎓離子(aryl carbonium)、噻嗪(thiazine)、二苯並哌喃(xanthene)或一吖嗪染料(an azine dye)；一雙-及三芳基甲烷(di-and triarylmethane)之雜環衍生物、一多環或金屬錯合物化合物(polycyclic or metal complex compound)、一蔥酮(anthrone)之雜環衍生物或一具有上述混合物結構之直接染料；一反應性染料(reactive dye)；酸性染料(acid dye)；一多次甲基染料(polymethine dye)；一花青染料(cyanine dye)；一半菁染料(hemicyanine dye)；一甕染料(vat dye)；及一分散染料(disperse dye)。
光學膜之製備中，適當的染料類型可選擇或使用上述的雙色性有機染料。
上述各種染料的製備，可利用例如，一二苯乙烯染料(stilbene dye)已揭露於美國專利號5,007,942或5,340,504；一偶氮-(azo-)及金屬錯合物染料(metal complex dye)已揭露於美國專利號5,318,856；一直接染料(direct dye)，如C.I. Direct Yellow 12、C.I. Direct Yellow 28、C.I. Direct Yellow 44、C.I. Direct Yellow 142、C.I. Direct Orange 6、C.I. Direct Orange 26、C.I. Direct Orange 39、C.I. Direct Orange 72、C.I. Direct Orange 107、C.I. Direct Red 2、C.I. Direct Red 31、C.I. Direct Red 79、C.I. Direct Red 81、C.I. Direct Red 240、C.I. Direct Red 247、C.I. Direct Violet 9、C.I. Direct Violet 48、C.I. Direct Violet 51、C.I. Direct Blue 1、C.I. Direct Blue 15、C.I. Direct Blue 71、C.I. Direct Blue 78、C.I. Direct Blue 98、C.I. Direct Blue 168、C.I. Direct Blue 202、C.I. Direct Brown 106、C.I. Direct Brown 223、或C.I. Direct Green 85；一反應性染料(reactive dye)，如C.I. Active Yellow 1、C.I. Active Red 1、C.I. Active Red 6、C.I. Active Red 14、C.I. Active Red 46、C.I. Active Violet 1、C.I. Active Blue 9、或C.I. Active Blue 10；一酸性染料(acid dye)，如C.I. Acid Orange 63、C.I. Acid Red 85、C.I. Acid Red 144、C.I. Acid Red 152、C.I. Acid Brown 32、C.I. Acid Violet 50、C.I. Acid Blue 18、C.I. Acid Blue 44、C.I. Acid Blue 61、C.I. Acid Blue 102、或C.I. Acid Black 21；或一陽離子染料(cationic dye)，如C.I. Basic Red 12、Basic Brown(C.I. 33500)或C.I. Basic Black。
此雙色性染料之製備可利用如已揭露於專利號WO 1999-31535或WO 2000-067069之方法。
在一具體實施例中，異向性層中之雙色性染料可為一如以下式1所示之染料：
在式1中，Q係為一染料發色團系統，A係為一單鍵、一具有碳原子數為1至12之伸烷基(alkylene group)、一具有碳原子數為1至12之亞烷基(alkylidene group)、-SO2 NH-T-、-SO2 -T-、-CONH-T-、-CO-T-、-O-T-、-S-T-、或-NH-T-；T係為一具有碳原子數為1至10之伸烷基(alkylene group)或亞烷基(alkylidene group)；R係為一鹽類形式的部分(moiety)；以及，n係為範圍為1至10內的數字，其代表鍵結至Q的A-R基團的數目。
在式1中，此染料發色團系統可為如上所述，例如，一具有一350 nm至900 nm之最大吸收波長之染料發色團系統，較佳為350 nm至600 nm，及更佳為440 nm至500 nm。再者，該染料發色團系統可為一發色團，其具有一300 g/mol至900 g/mol之分子量，較佳為450 g/mol至800 g/mol，及更佳為600 g/mol至900 g/mol。
在式1中，「單鍵(single bond)」在此意指沒有原子位於”A”所示的位置上，即Q和R直接地鍵結。A較佳地為一單鍵、一具有碳原子數為1至8之伸烷基(alkylene group)，或一具有碳原子數為1至8之亞烷基(alkylidene group)，又較佳地為一單鍵、一具有碳原子數為1至4之伸烷基(alkylene group)、或一具有碳原子數為1至4之亞烷基(alkylidene group)，及更較佳地為一單鍵。
此外，在式1中之一鹽類形式的部分可為，例如，於上述雙色性染料中之部分(moieties)，如-Xi O- Mi + ，及較佳為-SO3 - M+ 或-COO- M+ ，上述的M+ 可為H+ ；一無機陽離子，如NH4 + 、Li+ 、Na+ 、K+ 、Cs+ 、1/2Mg++ 、1/2Ca++ 、1/2Ba++ 、1/3Fe+++ 、1/2Ni++ 、1/2Co++ ；N-烷基吡啶鎓(N-alkylpyridinium)、N-烷基喹啉鎓(N-alkylqhinolinium)、N-烷基咪唑鎓(N-alkylimidazolinium)、N-烷基噻唑鎓(N-alkylthiazolinium)、OH-(CH2 -CH2 O)m -CH2 CH2 -NH3 + (其中，m為1至9)、RR’NH2 + 、RR’R”NH+ 、RR’R”R*N+ 、RR’R”R*P+ (其中，R,R’,R”及R*係為獨立地經取代或未經取代之烷基，例如下列所示：CH3 、ClC2 H4 、C2 H5 、C3 H7 、C4 H9 、C6 H5 CH2 、或未經取代或經取代之苯基或雜芳基)、YH-(CH2 -CH2 Y)k -CH2 CH2 (其中，Y為O或NH，k為0至10之一數字))。此M+ 較佳地為一無機陽離子，又較佳地為Li+ 、Na+ 、K+ 或Cs+ ，更較佳地為Na+ 或Li+ 。
在式1中，n較佳的範圍為1至5，更佳地為1至3。
式1之雙色性染料可較佳地為一化合物如以下式2所示：
在式2中，-U-係為-N=N-或-O-(CH2 )-(CHOH)-(CH2 )-O-，X獨立地係為一具有碳原子數6至18之芳基(aryl group)或一具有6至18環員原子(ring-membered atoms)之雜芳基；R係為如式1所定義；R1 係為一羥基(hydroxy group)、一具有碳原子數1至12之烷氧基(alkoxy group)、一具有碳原子數1至12之鹵烷基(halloalkyl group)、一氧代基團(oxo group)或-N=N-Ph，其Ph係為一未經取代或經至少一具有碳原子數1至12之烷氧基(alkoxy group)取代之苯基；l和m分別獨立地係為1或2，其為以X取代之R的數目；以及，p和q分別獨立地係為0至2，其為以X取代之R1 的數目。
上述中，雜芳香基的環員原子之雜原子可為，例如，N或O，及較佳為N。再者，雜芳香基的環員原子之雜原子的數目可為，例如，1至5之範圍內，較佳地為1至3，更佳地為1至2。
在式2中，-U-可較佳地為-N=N-；X可較佳地為一具有碳原子數6至12之芳基(aryl group)或一具有6至12環員原子(ring-membered atoms)之雜芳基，及更佳地為一具有碳原子數6至12之芳基(aryl group)；R1 可較佳地為一羥基(hydroxy group)、一具有碳原子數1至8之烷氧基(alkoxy group)、一具有碳原子數1至8之鹵烷基(halloalkyl group)、一氧代基團(oxo group)或-N=N-Ph，其Ph係為一未經取代或經至少一具有碳原子數1至8之烷氧基(alkoxy group)取代之苯基，及更佳地為一羥基(hydroxy group)、一具有碳原子數1至4之烷氧基(alkoxy group)、一具有碳原子數1至4之鹵烷基(halloalkyl group)、一氧代基團(oxo group)或-N=N-Ph，其Ph係為一未經取代或經至少一具有碳原子數1至4之烷氧基(alkoxy group)取代之苯基；l和m分別獨立地係為1；以及，p和q分別獨立地係為0或1。
除了染料純度外，當使用上述的染料時，則能夠調節一雙色性染料分子的疏水性-親水性平衡，其對於向液性液晶相的形成、以及基於雙色性染料之向液性液晶組成物的膠體化學特性(包括結構及流變性質)的變化，為一個非常重要的因子。溶解度及疏水性-親水性平衡的變化能夠調節向液性液晶相的類型與形成方法，此影響著分子序化的程度及經過向液性液晶組成物沉積於一基板表面並去除溶劑後之異向性層的極化參數(polarization parameters)。
當染料具有兩個以上的離子基的情況下，可有效地調節染料及向液性液晶組成物的特性。在此情況下，可以使用至少兩個不同的陽離子，且每個陽離子提供不同的特性。舉例而言，藉由陽離子Li+ 、三乙醇銨(triethanolammonium cation)陽離子、與四丁基銨陽離子(tetra-butylammonium cation)之組合，可用來基於結合程度低之單一分子及/或分子染料組合(錯合物)製備向液性液晶組成物；其中，該陽離子Li+ 可供提高溶解度，該三乙醇銨(triethanolammonium cation)陽離子可降低染料分子的聚集程度，以及該四丁基銨陽離子(tetra-butylammonium cation)可供穩定向液性液晶相。若染料含有線性分子結構，由於可形成異向性層，故可促進向列型向液性液晶相的形成及提供更高度的排序，因此，可提供電磁輻射更有效地選擇性反射與透射。
再者，多價陽離子的添加，如1/2Mg++ 、1/2Ca++ 或1/2Ba++ ，可增加分子錯合物聚集的程度，以及促使具有高度聚集之超分子錯合物之向液性液晶相的形成，例如，聚集程度大於50。多價陽離子的溶解度可藉由使用表面活性離子而增加。
由至少一選自於包括適當染料的水、水-有機、及有機溶液所組成之群組，其係藉稀釋溶液濃度的逐漸增加(如，利用蒸發法或薄膜超過濾法)，或藉將乾染料溶解於適當的溶劑中(水、水與乙醇之混合物、兩極性非質子溶劑(如DMFA(二甲基甲醯胺，dimethyl formamide))或DMSO(二甲亞碸，dimethyl sulfoxide))、賽路蘇(cellosolves)、乙酸乙酯(ethyl acetate)及可與水溶混的其他溶劑)達所需的濃度，以得到向液性液晶組成物，在該特定濃度中，染料分子或超分子錯合物不會出現一隨機相互位置，且必須形成一序化液晶狀態。在向液性液晶組成物的染料濃度可為約0.5重量%至約30重量%，較佳地為約0.5重量%至約20重量%，更佳地為較佳地為約0.5重量%至約15重量%。
為了調節向液性液晶的膠體化學特性，該組成物可進一步包括至少一添加物或修飾物(如非離子化(non-ionogenic)及/或離子化(ionogenic)界面活性劑)、接著劑(binder)及成膜反應劑(聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚乙烯吡咯啶酮(polyvinylpyrrolidone)、聚丙烯酸(polyacrylic acid)及其醚類、聚丙烯醯胺(polyacrylamide)、聚環氧乙烷(polyethylene oxide)及聚乙二醇(polyethyleneglycols)、聚丙二醇(polypropyleneglycol)及其共聚物、乙基-(ethyl-)及羥丙基纖維素醚(hydroxypropyl ethers of cellulose)、羧甲纖維素鈉鹽(sodium salt of carboxymethylcellulose)、及其類似物)，搭配溶劑。該組成物可進一步包括選自醯胺系列之增溶(hydrotropic)添加物，例如，二甲基形式醯胺(dimethyl form amide)、二甲基亞碸(dimethylsulfoxide)、磷酸烷基醯胺(alkylamide of phosphoric acid)、尿素(carbamide)及其N-取代衍生物、N-烷基吡咯啶酮(N-alkylpyrrolidone)、二氰二胺(dicyandiamide)及其混合物、以及醯胺類與二醇類之混合物(mixture of amides with glycols)。適當添加物的使用可不僅增加此組成物的穩定性，亦可調節染料分子聚集的過程及後續的向液性液晶相形成的過程。因此，增溶添加物的添加可供製備基於單一染料分子之向液性液晶組成物。
因此，異向性層可進一步同時地包括50重量%以下不同種類的改良劑(modifying agents)，例如，一光穩定劑及/或各種疏水性及/或親水性聚合物(包括液晶、矽氧樹脂)，及/或塑化劑，及/或清漆，及/或非離子化及/或離子化界面活性劑。
含有區域排列之向液性液晶組成物可沉積於一基板表面上，以形成異向性層之方法為習知技術，例如，已揭露於美國專利號5,739,296之方法。外部排序作用影響下，該向液性液晶組成物會得到一宏觀定向(alignment)，其中，在染料分子光躍遷偶極矩或其向異性吸收分段可均勻地排列於一方向，此方向可由機械性調整(mechanical alignment)方向亦或由表面異向性，或由磁場及電磁場的影響所預先決定。在固化過程中(藉由溶劑的去除或降低溫度)，由於結晶作用不僅良好地保持且增加此分子排序(molecules alignment)。
在另一具體實施例中，藉由一鑄模(die)或刮刀沉積向液性液晶組成物，在一剪力的作用下，形成基板上之向液性液晶組成物的排序，其中，該一鑄模或刮刀可為刀型刀片或圓柱型刀片。根據包含不同陽離子之染料以製備異向性層的方法中，其中一個方法可提供一利用鋇(barium)、鈣(barium)或鎂(magnesium chloride)氯化物溶液形成異向性層之方式，藉由此方式，可得到同時包含鋰(lithium)、鈉(sodium)、鉀(potassium)、銨(ammonium)、乙醇銨(ethanolammonium)、烷基銨(alkylammonium)、鋇(barium)、鈣(calcium)、或鎂(magnesium)之陽離子、及其類似物之異向性層。
在一具體實施例中，異向性層可形成一多層結構。在此情況下，每一層之雙色性染料可具有不同的最大吸收波長，因此，此異向性層可對於較寬頻帶波長的光表現選擇性的透射及反射特性。在一具體實施例中，此異向性層包括一含有第一雙色性染料之第一異向性層，其中，該第一雙色性染料可形成一向液性液晶相且具有一600 nm至700 nm之最大吸收波長；以及，一含有第二雙色性染料之第二異向性層，其中，該第二雙色性染料可形成一向液性液晶相且具有一400 nm至550 nm之最大吸收波長。此時，此異向性層形成一多層結構，向異性吸收分段之光躍遷偶極矩或其投射，與光軸之間的關係可如上所述而加以控制。再者，此異向性層可包含至少三層的多層結構。
在一具體實施例中，異向性層可具有一10 nm至500 nm之厚度，以及較佳為10 nm至300 nm，在上述厚度範圍內，此異向性層可表現有效的選擇性光透射及反射特性。如上所述，當異向性層包括複數層，其複數層之厚度總和在上述範圍內。
在一具體實施例中，光學膜更進一步包括一基板，及該異向性層可形成於該基板上。圖2係為光學膜1之說明性具體實施例之示意圖，其中，異向性層11係形成於基板12上。
一光學透明性基板可作為該基板。再者，該基板可為根據偏光軸在選擇性透射及反射表現方面上對於波長550nm之光，具有一大於1.4且小於1.59，較佳地為1.4至1.55，及更佳地為1.45至1.55的折射率之基板。在一具體實施例中，一光學透明性塑膠膜或片或玻璃可作為此基板，塑膠膜或片的例子可包括一纖維素薄膜或片，如雙乙醯纖維素(diacetyl cellulose(DAC))或三乙醯纖維素(triacetyl cellulose(TAC))膜或片；一環烯烴共聚物(cycloolefin copolymer(COP))膜或片，如原冰片烯衍生物樹脂(norbornene derivative resin)膜或片；一丙烯酸系(acryl)膜或片，如聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methyl methacrylate)(PMMA))膜或片；一聚碳酸酯(polycarbonate(PC))膜或片；一烯烴(olefin)膜或片，如聚乙烯(polyethylene(PE))或聚丙烯(polypropylene(PP))膜或片；一聚乙烯醇(polyvinyl alcohol(PVA))膜或片；一聚醚碸(polyethersulfone(PES))膜或片；一聚二醚酮(polyetheretherketone(PEEK))膜或片；一聚醚醯亞胺(polyetherimide(PEI))膜或片；一聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthatlate(PEN))膜或片；一聚酯(polyester)膜或片，如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephtalate(PET))膜或片；一聚醯亞胺(polyimide(PI))膜或片；一聚碸(polysulfone(PSF))膜或片；一聚芳酯(polyarylate(PAR))膜或片或一氟樹脂(fluororesin)膜或片。一般而言，以一纖維素膜或片、一聚酯膜或片、或一丙烯酸系(acryl)膜或片作為塑膠膜或片，較佳地為三乙醯纖維素(TAC)膜或片，然而在此並不受到侷限。此基板的厚度可調整至一範圍，例如為20 μm至150 μm。
再者，光學膜可進一步包括一硬質塗層(hard coating layer)，其形成於異向性層上。此硬質塗層以一呈現光學均向性(optical isotropy)之材料而形成。在一具體實施例中，此硬質塗層根據偏光軸在選擇性透射及反射表現方面上可具有一大於1.4且小於1.59，較佳地為1.4至1.55，及更佳地為1.45至1.55的折射率。圖3係為光學膜2之說明性具體實施例之示意圖，其中，硬質塗層21係形成於圖2光學膜1的異向性層11上。再者，圖4係為光學膜3之另一說明性具體實施例之示意圖，其中，異向性層111及112係形成多層結構，以及硬質塗層211及212係形成於異向性層111及112之間或形成於異向性層111及112上。
例如，此硬質塗層可適當地選自呈現光學均向性且具有上述範圍內的折射率之習知的材料而形成。舉例而言，此硬質塗層可藉由使用一UV-固化樹脂組成物或熱固化樹脂組成物而形成，及更具體地由一丙烯酸系樹脂組成物(acrylic resin composition)、一胺酯樹脂組成物(urethane resin composition)、一三聚氰胺樹脂組成物(melamine resin composition)、一含有機矽酸鹽化合物(organic silicate compound)之組成物、一含有矽樹脂(silicon resin)之組成物、或至少兩個上述組成物之組合而形成。此硬質塗層之厚度可選自一範圍，如50 nm至200 nm。
在另一具體實施例中，一含有一偏光板之反射偏振板(reflective polarizing plate)；以及上述異向性層，即為該包括一可形成向液性液晶相之雙色性染料之異向性層，如上述，對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向平行於該雙色性染料(dichroic dye)向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率，以及對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向垂直於該雙色性染料(dichroic dye)向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率，該二折射率之間的絕對值差係為0.2或以上。再者，該異向性層可沉積於該偏光板的表面上。
關於反射偏振板之異向性層的詳細敘述，係如上所述。
可利用一習知的傳統偏光板作為本發明之偏光板，舉例而言，以一經碘化合物或有機染料染色之長條形聚合物膜，如一聚乙烯醇膜(polyvinyl alcohol film)作為該偏光板。此偏光板一般可具有一光透射軸及一垂直於該光透射軸之光吸收軸。此外，一用以保護偏光板之保護膜(如習知的TAC片)可連接於該偏光板的一表面或兩面。
在此反射偏振板中，異向性層中之雙色性染料之光躍遷偶極矩、或於異向性層上光躍遷偶極矩之投射可平行於偏光板的光吸收軸。
此反射偏振板可進一步包括一保護膜，而此保護膜可在該偏光板及該異向性層之間形成、或形成於該異向性層相對於該偏光板之表面的另一面上。舉例而言，可使用與作為光學膜之基板相同的各種膜或片作為此保護膜。
圖5係為反射偏振板之一說明性具體實施例之示意圖，此反射偏振板可進一步包括一保護膜，且為一具有該偏光板41、該保護層12及該異向性層11順序地形成之結構。如圖5所示，可進一步包括一硬質塗層21，係形成在該異向性層11上相對於該保護膜12表面之另一面。在此例中，該硬質塗層21可為如上述光學膜中所提及之相同的各種硬質塗層。
圖6係為反射偏振板結構之另一說明性具體實施例之示意圖，此反射偏振板可進一步包括一保護膜12，及為一具有該偏光板41、該異向性層11及該保護層12順序地形成之結構。
此反射偏振板亦可具有如圖7及8所示之結構，圖7及8表示利用一壓感接著劑或接著劑62將一含有異向性層之光學膜，連結於一用以保護偏光板且形成在該偏光板41之一表面上之保護膜61。
在此情況下，用於連接光學膜之接著劑或壓感接著劑之種類並不特別受到侷限，可不受限制地利用習知的傳統接著劑。
在一具體實施例中，此處包含於反射性偏振板之異向性層具有如上所述之多層結構，在此多層結構中，一含有一具較長的最大吸收波長之雙色性染料之異向性層，可較佳地設置於接近偏光板的位置上，舉例而言，若此異向性層包括一含有第一雙色性染料之第一異向性層，其中，該第一雙色性染料可形成一向液性液晶相且具有一600 nm至700 nm之最大吸收波長；以及，一含有第二雙色性染料之第二異向性層，其中，該第二雙色性染料可形成一向液性液晶相且具有一400nm至550 nm之最大吸收波長時，第一異向性層相較於第二異向性層可設置於較接近偏光板的位置上。
在另一個具體施實例中，提供一包括上述光學膜或反射偏振板之顯示裝置。
在一具體實施例中，該顯示裝置可為一液晶顯示器，如圖9所示，該液晶顯示器之配置，可例如為包括一液晶板81，係具有偏振板82及83連接在其上、下部分；以及，一光源84，係形成於該液晶板81的下方偏振板83之下方部分。在此結構中，例如當顯示器含有光學膜時，此光學膜設置在下方偏振板83與光源84之間。再者，當顯示器含有反射偏振板時，此反射偏振板可在顯示裝置中取代下方偏振板83的位置，在此情況下，反射偏振板中的偏光板可相較於異向性層設置於較接近液晶板的位置。
在此設置下的結構，該反射偏振板或光學膜之異向性層可透射部分由光源84發射出的光，將其發送至該偏光板上，此部分光為例如，具有偏光軸方向平行於上方偏振板82之光吸收軸的光。而其他的光，例如，具有偏光軸方向平行於上方偏振板82之光透射軸的光，此異向性層可將此光反射回至光源84，此反射光可反射及向上傳送。再者，當反射光再次反射時，反射光的偏振特性可改變，接著，此反射光可再次為入射光進入反射偏振板83，因此，改善了此顯示裝置的亮度特性。
此顯示裝置的特定類型、結構、及組成物並不特別受到侷限，但此包括反射偏振板或光學膜之顯示裝置可應用於習知的所有的技術內容。
在此下文，本發明之具體實施例及比較例將詳細描述。然而，本發明不侷限於下述實施例。
實施例1 向液性液晶組成物(塗佈溶液)之製備
利用一雙色性染料(dichroic dye)製備一向液性液晶組成物，可藉由取代習知的Direct Yellow 12染料中陽離子自Na+ 至Li+ 製備該雙色性染料，作為一可形成穩定向液性液晶相之雙色性染料。陽離子被Li+ 取代之雙色性染料的折射率異向性之最小值，即對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向平行於該雙色性染(dichroic dye)之向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率，以及對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向垂直於該雙色性染料(dichroic dye)向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率，該二折射率之間的最小絕對值差為0.3。此雙色性染料在波長約530nm顯示最大折射率異向性，其最大折射率異向性為約1.8。此雙色性染料之折射率異向性以橢圓偏光儀(Ellipsometer)測量。此雙色性染料溶解於水中形成約1重量%之濃度，且將乙二醇溶於上述溶液中，製備成一向液性液晶組成物。
異向性層之形成
將上述向液性液晶組成物在一適當的剪力下塗敷於TAC膜之一表面(在波長550nm之反射率：約1.48，厚度：80 μm)，其厚度約為200 nm，接著在100℃下烘乾2分鐘，形成一異向性層。
反射偏振板之製備
已形成異向性層之TAC膜與聚乙烯醇偏光板相連接，以製得一反射偏振板。藉由此連接方式使得該偏光板的光吸收軸設置在平行於形成異向性層過程中之塗佈方向，接著，製成的反射偏振器設置於液晶顯示器之液晶板上之一表面，以亮度的特性評估此液晶顯示器，如上所述，此反射偏振板設置於液晶板上之一表面，自光源的光入射於此表面上，在此處，異向性層相較於偏光板設置在較近於光源的位置。亮度特性的評估結果如圖10所示。利用EZ-對比設備(EZ-contrast equipment(Eldim))根據製造商手冊進行上述亮度特性的評估。
實施例2
如實施例1之方式製備一反射偏振板，不同的是，將形成在TAC膜上的異向性層與聚乙烯醇偏光板相接，其亮度特性的評估如實施例1所述之方式，評估結果如圖11所示。
比較例1
如實施例1利用相同的聚乙烯醇偏光板，但未含有異向性層，進行如實施例1所述方式之亮度特性評估，評估結果如圖12所示。
舉例而言，此光學膜應用於反射偏振板，可增強一顯示裝置光使用的效率並改善亮度，該顯示裝置為例如一液晶顯示裝置。
雖然本發明已參考其特定具體實施例加以描述，應瞭解的是，熟習此技藝之人士，在不悖離如依附申請專利範圍之本發明之精神和範疇下，可進行各種形式和細節的變更。
1、2、3、4．．．光學膜
5、6、7、8．．．反射偏振板
9．．．液晶顯示器
11、111、112．．．異向性層
12．．．基板
12、61．．．保護板
21、211、212．．．硬化塗層
41．．．偏光板
62．．．接著劑
圖1係為一說明性實施例之光躍遷偶極矩投射及異向性層光軸間關係示意圖。
圖2至圖4係為光學膜之各種說明性實施例示意圖。
圖5至圖8係為反射偏振板之各種說明性實施例示意圖。
圖9係為顯示裝置之說明性實施例示意圖。
圖10至圖12係為實施例及比較例之光學膜亮度特性之顯示圖。
1．．．光學膜
11．．．異向性層
12．．．基板

Claims (18)

  1. 一種反射偏振板，其包括一偏光板及一包含異向性層(anisotropic layer)之光學膜，該異向性層包括一可形成一向液性液晶相之雙色性染料(dichroic dye)，其中，對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向平行於該雙色性染料(dichroic dye)之向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率，以及對於一具有可見光範圍內波長及偏光軸的方向垂直於該雙色性染料(dichroic dye)之向異性吸收分段的光躍遷偶極矩之光的折射率，該二折射率之間的絕對值差係為0.2或以上，其中，藉由該異向性層，將一具有偏光軸的方向平行於該光躍遷偶極矩之光反射，以及經由該異向性層，將一具有偏光軸的方向垂直於該光躍遷偶極矩之光傳輸，以及其中，該雙色性染料的光躍遷偶極矩或一在該異向性層平面上該光躍遷偶極矩之投射係平行於該偏光板的光吸收軸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該光躍遷偶極矩或一在該異向性層平面上該光躍遷偶極矩之投射係平行於該雙色性染料或該異向性層的光軸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該光躍遷偶極矩係平行於該雙色性染料或該異向性層的光軸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該雙色性染料係具有一350nm至900nm之最大吸收 波長。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該雙色性染料係具有一300g/mol至900g/mol之分子量。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該雙色性染料係如下式1所示， 其中Q係為一染料發色團系統，A係為一單鍵、一具有碳原子數為1至12之伸烷基(alkylene group)，一具有碳原子數為1至12之亞烷基(alkylidene group)、-SO2 NH-T-、-SO2 -T-、-CONH-T-、-CO-T-、-O-T-、-S-T-、或-NH-T-；T係為一具有碳原子數為1至10之伸烷基(alkylene group)或亞烷基(alkylidene group)；R係為一鹽類形式的部分(moiety)；以及，n係為一範圍為1至10的數字，其代表鍵結至Q的A-R基團的數目。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學膜，其中，該鹽類形式的部分(moiety)係為-SO3 - M+ 或-COO- M+ ，其M+ 係為一無機陽離子。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該雙色性染料如以下式2所示，[式2] 其中，-U-係為-N=N-或-O-(CH2 )-(CHOH)-(CH2 )-O-，X獨立地係為一具有碳原子數6至18之芳基(aryl group)或一具有6至18環員原子(ring-membered atoms)之雜芳基；R係為一鹽類形式的部分(moiety)；R1 係為一羥基(hydroxy group)、一具有碳原子數1至12之烷氧基(alkoxy group)、一具有碳原子數1至12之鹵烷基(halloalkyl group)、一氧代基團(oxo group)或-N=N-Ph，其Ph係為一未經取代或經至少一具有碳原子數1至12之烷氧基(alkoxy group)取代之苯基；l和m分別獨立地係為1或2，其為以X取代之R的數目；以及，p和q分別獨立地係為0至2，其為以X取代之R1 的數目。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該異向性層係包括一第一異向性層，該第一異向性層包括一第一雙色性染料，其中，該第一雙色性染料係形成一向液性液晶相(lyotropic liquid crystal phase)且具有一600nm至700nm之最大吸收波長；以及，一第二異向性層，該第二異向性層包括一第二雙色性染料，其中，該第二雙色性染料係形成一向液性液晶相(lyotropic liquid crystal phase)且具有一400nm至550nm之最大吸收波長。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該光學膜 更進一步包括一基板，及該異向性層係形成於該基板上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之反射偏振板，其中，該基板對於一具有波長550nm之光，係具有一大於1.4且小於1.59的折射率。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，更進一步包括一硬質塗層，係形成於該異向性層上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之反射偏振板，其中，該硬質塗層對於一具有波長550nm之光，係具有一大於1.4且小於1.59的折射率。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該異向性層係包括一第一異向性層，該第一異向性層包括一第一雙色性染料，其中，該第一雙色性染料係形成一向液性液晶相(lyotropic liquid crystal phase)且具有一600nm至700nm之最大吸收波長；以及，一第二異向性層，該第二異向性層包括一第二雙色性染料，其中，該第二雙色性染料係形成一向液性液晶相(lyotropic liquid crystal phase)且具有一400nm至550nm之最大吸收波長；其中，該第一異向性層相較於該第二異向性層之設置較接近該偏光板。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該偏振板更進一步包括一保護膜，且為一具有該偏光 板、該保護層及該異向性層順序地設置之結構。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之反射偏振板，更進一步包括一硬質塗層，係形成在該異向性層上相對於該保護膜表面之另一面。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之反射偏振板，其中，該偏振板更進一步包括一保護膜，且為一具有該偏光板、該異向性層及該保護層順序地設置之結構。
  18. 一種顯示裝置，其包括申請專利範圍第1項所述反射偏振板。
TW100126211A 2010-07-23 2011-07-25 反射偏振板及顯示裝置 TWI440701B (zh)

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