TWI500977B - 廣色域膜、具有廣色域膜的顯示裝置與製作廣色域膜的方法 - Google Patents

Description

廣色域膜、具有廣色域膜的顯示裝置與製作廣色域膜的方法

本發明涉及一種廣色域膜、具有廣色域膜的顯示裝置與製作廣色域膜的方法，特別是以特定厚度與折射率製作的多層膜達成過濾特定光波段的廣色域膜與設有此廣色域膜的顯示裝置。

顯示器的功能就是能重現色彩，在色彩重現的技術中，可利用電腦圖形處理將影像的顏色重現，而是否能將色彩完整地呈現出來，其中涉及顯示器的色域(color gamut)表現能力。色域是顏色的子集，顏色子集最常見的應用是用來精確地代表一種特定環境下真實的色彩，例如一個色彩空間(color space)或是某個輸出裝置(如顯示器)的顯色範圍。

一般的液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)結構主要由背光模組(Backlight module)和一液晶面板(Liquid Crystal Panel)組成，液晶面板本身不會發光，必須藉由背光模組提供光源。在製作顯示器時，除了一般顯示效能外(如解析度、反應時間、對比、亮度)，更著重於顯示器色域(Color gamut)的大小，而色域的表現能力主要取決於背光模組的光源光譜特性和液晶面板上的濾光片光譜特性。

一般的液晶顯示器其組成之背光模組，依其發光方式可以分成直下式(Direct backlight)與側光式(Side backlight)，直下式的背光模組如美國專利號US7481563以及 US74257292所述則為直下式的背光模組設計，其發光源藉由擴散板與擴散膜等光學元件擴散混光成為均勻光源後打向液晶面板。而US7252425與US7580091則為側光式的背光模組，其發光源由導光板側邊打入混光成均勻光源再將光引導至液晶面板。直下式背光模組與側光式背光模組差異除了光源設置的方式與光學元件不同之外，主要差異是在於直下式背光模組所需求的空間一般較側光式背光模組大，但是直下式背光模組比側光模組容易製作地域性的光調節(Local dimming)，如專利號US7740364所敘述乃是藉由直下式背光模組的設置採用地域性的光調節來增加液晶顯示畫面的對比(Contrast ratio)。而側光式背光模組由於使用導光板，其整機的厚度可以較為輕薄，亦可以使用地域性的光調節方式，但由於各區域光線會有干擾的問題，不如直下式背光模組能區域式的調節明暗和對比度。

一般而言，由於液晶需要具有偏振(polarization)的光源來調製進入的光線，而背光模組中的光源一般為冷陰極燈管(CCFL)或發光二極體(LED)等無偏振的光源，亦有其他類型的燈管如熱陰極管(HCFL)、平面燈管(EFFL)、有機發光二極體(OLED)等，故光線進入液晶之前一般需要使用偏光板來將非光偏振的光源轉換成為偏振光源。液晶顯示器的基本結構可參考圖1所描述的各層結構示意圖，液晶顯示器的每個畫素由以下幾個部分構成：主要結構包括一液晶層101，其中有液晶分子，上下兩側為在液晶分子間產生電場的透明電極(如氧化銦錫)形成的導電玻璃104,105，而介於液晶層101與導電玻璃104,105之間的配向膜102,103則以其具有溝槽的結構讓液晶分 子依序旋轉排列。液晶層101的種類很多，如扭曲向列型液晶(Twisted Nematic，TN)面板，垂直配向型液晶(Vertical Alignment，VA)，或平面轉換型液晶(In-Plane Switching，IPS)等等，液晶層101的種類常會影響到面板的對比，視角和顏色和輝度(Brightness)等。

圖中顯示器結構之上半部具有一彩色濾光片(color filter)106，彩色濾光片106內部主要由彩色光阻層和黑色矩陣層(Black matrix)組成，其中彩色光阻大部分為紅(Red,R)綠、(Green,G)、藍(Blue,B)三色為主，彩色光阻能過濾光線，使其表現出各種顏色，而黑色矩陣層則能提高對比，防止各顏色混色的干擾漏光而造成顏色不純或色域的下降，而驅動的電極則一般也ITO和ZNO等透明電極為主。接著，上下外側有兩個偏振方向互相垂直的偏振片107,108。

圖1中的背光模組309主要提供均勻的光源，背光模組309一般由許多光學元件所構成(圖中未顯示)，包括光源如CCFL與LED等光源，和光學板材如擴散板與導光板與光學膜片如增亮膜與擴散膜等。

成像時，當光線由背光模組109射出，光通過其中下方設置的偏振片108產生一個方向的偏振光(P光或S光)，再經液晶層101，由其中電場與配向層102,103決定液晶分子的轉向而旋轉光線偏振方向，透過上方不同偏振方向的偏振片107決定通過光線的量，因此可以實現該畫素的明滅與灰度的控制。

一般顯示器增加色域的方式可藉由調整背光源的光譜，例如使用發光頻譜(Spectrum)較為窄的發光二極體( LED)作為背光源可以擴大顯示器的色域；相對地，一般使用冷陰極管(CCFL)的背光源由於光源的頻譜寬廣，經過濾光片後，色域一般都不寬廣，易造成顏色失真，再者，濾光片效果有限，且各色濾光片穿透頻譜之間常有串音(Cross talk)現象造成最後的液晶顯示器色域受限於濾光片與背光模組109中光源的色域，無法有效擴展色域。

舉例來說，利用發光二極體的背光源可用於直下式(direct type)或側光式(edge type)的液晶顯示器，背光所使用的有白光發光二極體，也有使用紅、綠、藍三種單色發光二極體，其中使用RGB三個獨立單色的發光二極體的背光模組較使用冷陰極管的背光具有較寬闊光的頻譜，也即有更廣色域。

另有透過顯示器中濾光片的製作方法改善色域表現的方式，如圖1所顯示的顯示器結構內的濾光片，可以在製作過程中透過添加顏料或染料來產生濾光的功能，配合印刷(Printing)、蝕刻(Etching)、噴墨(Ink jet)、微影(Photo lithography)等不同製程方式製作濾光片，以吸收光線的方式來達成濾光，但大部分背光模組的光源經過濾光片後，幾乎有三分之二以上的光源會被吸收損耗，且在製作過程中對濾光片上使用的染料和顏料是比較難控制的，因此有品質不一的問題，難以準確控制顏色和範圍。

而且各顏色的濾光片彼此會產生串音(Crosstalk)，可參考圖2所示一般濾光片在光波長(單位為奈米(nm))與穿透率(%)的關係，如圖中顯示的光譜曲線2R(紅色)、光譜曲線2G(綠色)、光譜曲線2B(藍色)的穿透光譜就彼此在波段過渡交會區互相重疊，也就是串音現象，這 樣便嚴重影響了濾光片各顯示顏色的基底，使得各顏色基底的色相(Hue)不純，最後造成了整個顯示器的色域變小，能表現的顏色就有限。

顯示器增加色域表現能力的方式除了可以透過顏色表現較佳的背光模組予以改善以外，更如本揭露書提出的一種在顯示面板內增加一廣色域膜的方式。此廣色域膜主要為利用多層膜的製作方式，根據所需過濾的光波段設計多層膜的厚度與各層膜的折射率，將多層具有不同折射率濾光片疊合而成。

根據本發明實施例，一種用於顯示裝置的廣色域膜，主要是設於顯示裝置內面板模組與背光模組之間，廣色域膜為複數層相鄰不同折射率的透明薄膜組合而成，具有一整體厚度與一整體折射率，用以減弱或過濾其中背光模組發出的背光頻譜之一或多個光波段的穿透率。這些複數層相鄰不同折射率的透明薄膜比如為複數層相互疊合的不同折射率的兩種薄膜，包括第一薄膜與第二薄膜。

廣色域膜本身表面可具有微結構，並可利用單軸與雙軸延伸製程產生偏光或不具偏光的廣色域膜，因此廣色域膜可形成一吸收式或反射式的偏光板。頻譜的設計上，廣色域膜之穿透光譜包含至少一波段範圍之穿透率小於70%、50%或30%，比如在鄰近紅色光、綠色光與藍色光的周圍波段。

根據實施例，製作廣色域膜的方法包括先確認廣色域膜應用之一背光源型式，再決定欲過濾之一或多個光波段 ，以決定廣色域膜的一整體厚度與一整體折射率。之後依據這些厚度與折射率的設計，備置複數個不同折射率的高分子聚合物薄膜，之後在決定的整體厚度下結合複數個相鄰不同折射率的薄膜，形成具有根據特定光源設計的整體厚度與整體折射率的廣色域膜。

根據實施例之一，上述複數個不同折射率的高分子聚合物薄膜包括至少有兩個不同折射率的薄膜。製程中可於結合複數個相鄰不同折射率的薄膜步驟中以一單軸或是一雙軸的拉伸步驟使廣色域膜具有偏光或不具偏光的作用。並可在廣色域膜上另外貼附一反射式偏光片或吸收式偏光片。

根據本發明實施例，應用上述廣色域膜的顯示裝置主要的元件包括有顯示裝置之面板模組、設於面板模組之一側的背光模組，以及設於面板模組與背光模組之間的廣色域膜。此廣色域膜係由複數層相鄰不同折射率的透明薄膜組合而成，形成具有根據背光模組之光源型式設計的整體厚度與整體折射率的膜體，廣色域膜之功能係用以減弱或過濾背光模組發出的背光頻譜之一或多個光波段的穿透率，藉此改善背光頻譜中多個波段顏色光之間串音的問題，能提高顏色的純度，進而能提高顯示器色域的範圍。

上述面板模組可為應用於一液晶顯示裝置的面板模組，其中主要結構包括液晶層、設於液晶層兩側的導電玻璃、設於兩側導電玻璃與液晶層間的兩側配向膜，以及設於液晶層、兩側的導電玻璃與兩側配向膜組成的結構的外側而具有兩個偏振方向互相垂直的第一偏振片與第二偏振片。

特別的是，廣色域膜是根據背光源的型式進行設計，背光模組中設置的光源可為冷陰極射線管、具有三原色之發光二極體、含有螢光粉的發光二極體、搭配發光二極體混和使用的光源，或具備有機發光二極體的光源。

液晶顯示器內的背光模組主要分為直下式(direct type)的背光光源與側向式(edge type)的背光光源，主要的背光源型式可包括冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)、發光二極體(LED)與有機發光二極體(OLED)等。經背光模組中的發光源所發出的光線，途中將經過許多光學元件，經過反射、折射、干涉等現象之後，光線能量會被嚴重吸收，光線再經過顯示面板內的偏振片(Polarizer)之後，雖然會造成偏振光，但此時光線能量已經被偏振片嚴重吸收，此偏振光之後再經過液晶以及彩色濾光片(Color Filter)之後，將決定出面板上各畫素所要表現的顏色和深淺強度。

而顯示面板上各畫素能表現出顏色的空間範圍稱為色域(Color Gamut)，色域的大小主要取決於背光源種類和濾光片頻譜和液晶的種類，影響顯示器的色域，光源為影響色域表現之一，若光源不夠好，顯示器的設計再好，其色域的表現都會被影響。因此，如果能增加背光模組的色域就能增加最後液晶面板所表現的色域。

當背光源的組成原色(一般為紅、綠、藍或黃)愈純，可以表現的顏色則更廣，彩色空間(color space，或說是色域)的表現就愈好，因此以三原色發光二極體(LED) 作為背光光源的顯示器的色域表現會較好，特別是直下式(direct-type)的背光源。若要以陰極管(CCFL)、或具有螢光粉的發光二極體作為顯示器背光源，同時又要產生較好的色域表現，就要透過較好的濾色片將不好的光線濾掉，但是，一般濾光片並未設計對特定波段進行過濾的效果，因此，本發明基於此動機，提出一種以多層膜技術製作的廣色域膜，以濾掉不適合的光線的方式改善顯示器色域表現。

本發明提供一種廣色域膜、具有廣色域膜的顯示裝置與製作廣色域膜的方法，除了一般會改善光源特性來改善顯示器的色域表現能力之外，本揭露書特別是提出一種設置於顯示裝置內的廣色域膜(wide-color gamut film)，此廣色域膜能夠針對冷陰極管、發光二極體或有機發光二極體等類光源的發光頻譜設計，使得各種光源經過特定廣色域膜後，可以將特定波段的光譜過濾，使發射的光波長更窄更純，藉此達成增加顯示裝置色域表現能力的功能。本發明設計考可針對所要設計的對象(光源)將需要特定波段(至少一個波段、兩個波段、或以上)的光被濾掉。

可參閱圖3顯示本發明應用一廣色域膜之顯示裝置實施例結構示意圖之一。

在此實施例中，主要是表示在習知的液晶顯示裝置內設有一以多層膜製程製作的廣色域膜310，特別是在提供特定顯示影像與調製影像功能的顯示面板(包括液晶模組301、導電玻璃302,303、偏振片304,305)與背光模組309(包括各式光源)之間。

在上述顯示面板與背光模組309之外，顯示裝置內具 有容置各種光學元件的空間，如可設置增光、均勻光等效果的光學膜，特別是本揭露書提出的廣色域膜310。根據實施例，廣色域膜310由至少兩種反覆堆疊的光學膜所組成，主要的功能即針對各種設於背光模組309內的光源的發光頻譜設計，用以反射光源或濾光片之特定波段光線，以提升顯示器色域範圍。由於一般光源發出的光頻段分佈很廣，本揭露書係利用多層膜的製程製作可以過濾掉特定一或多個光波段的膜體，經與原顯示面板模組或與背光模組結合後，可使發射的光波長更窄更純，增加顯示裝置的色域表現能力。

圖4接著以另一示意圖顯示本發明應用廣色域膜之顯示裝置結構的實施例。

液晶顯示裝置主要結構為顯示裝置的面板模組，若以液晶顯示器為例，如圖中的液晶面板模組40，其中包括液晶層401，上下兩側為在液晶層401內產生均勻電場的透明電極形成的導電玻璃404,405，在液晶層401與導電玻璃404,405之間設有主導液晶分子旋轉排列的配向膜402,403。若以彩色液晶顯示器為例，結構上可具有一彩色濾光片406，在整個面板模組之上下兩側(液晶層401、兩側的導電玻璃404,405與兩側配向膜402,403組成的結構外側)更設有兩個偏振方向互相垂直的偏振片，如圖示的第一偏振片407與第二偏振片408。

根據發明實施例，在上述液晶面板模組40之一側設有一背光模組409，液晶面板模組40與背光模組409之間設有一廣色域膜410，廣色域膜410設置的位置可以隨需要改變，並不限於圖中顯示為液晶面板模組40之最下方。

廣色域膜410由複數層相鄰不同折射率的透明薄膜組合而成，其結構中之各層分別的厚度(d)與等效的折射率(n)係根據所處之背光模組409中光源的型式而設計，須知材料折射率可能因為光線的偏振形式不同而有所改變。

廣色域膜410本身是由多層膜(Multilayer film)組成，材質主要以透光性的高分子(Polymer)組成，實際組成廣色域膜410的光學膜堆數目乃由數十層到數百層之多，此種多層光學膜乃利用光學干涉原理改變光學特性又稱為光學干涉薄膜。一般的光學干涉薄膜係由數層折射率不同的膜片或膜堆組成，組成物為透光性的介電質(Dielectric)。廣色域膜410內部每各層膜堆的厚度一般約在50奈米到1000奈米左右。光學干涉薄膜其功用是一種能使特定波長區段的光通過，或使其他波長區段的光反射的光學元件，目前常使用於如光譜帶通、帶止、長波通或短波通的濾光片、光通量調變裝置、光開關、光資訊的記存裝置、防偽標籤等。本發明的廣色域膜410係利用光學干涉的原理：當兩個以上光波相疊時，兩者的光程差為波長的整數倍時，則稱為「同相」，因而形成強度相加的「建設性干涉」，此時反射率提高；若兩者的光程差為半波長的整數倍時，則稱為「反相」，因而形成強度相消的「破壞性干涉」，此時反射率降低。

因此，藉由不同的材質、厚度的膜堆反覆堆疊，則能夠設計出特定波長光線反射，其他波長通過的光學干涉膜，光線的波段範圍便可依需求來調整設計。

廣色域膜410的設置與製作方式可參照美國專利號第3,610,729號(公告於Oct 1971)和第3,711,176號(公告於 Jan 1973)和第5,976,424號(公告於Nov 2,1999)等專利，其中所述之利用至少兩種高低不同折射率的高分子材質經押出(Extrusion)後再經過延伸機延伸改變其分子配向與折射率而造成偏光反射的特性，利用此機制即可以控制光線打入廣色域膜410後的波段反射率、穿透率和偏振態和偏振度等光學特性。關於多層光學膜的詳細光學干涉理論說明可以參考H.A.Macleod的Thin-film optical filters與R.M.A.Azzam的Ellipsometry and polarized light書籍的原理所述。

廣色域膜的製作可以PET(聚苯二甲酸二乙酯，Poly(Ethylene Terephthalate))與PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(Methyl methacrylate))作為光學堆疊層材料，亦可以選用其他高分子材料如PET、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯,Poly(Ethylene Naphthalate))、PLA(聚乳酸)、PMMA、PS(聚苯乙烯，PolyStyrene)、ETFE(四氟乙烯共聚物)或以不同高分子材料混鍊(Blending)的高分子材料作為廣色域膜的材料。比如以PET和PEN按一定比例混合作為高分子的材料。

在押出製作廣色域膜時，一般都會在光學膜堆的最外層表面包覆一厚度較厚的保護層(Skin layer，未顯示)，一同於押出製程中製作，較厚的保護層可以增加製程中多層流道進料區塊(Feedblock)的流道穩定性，保護層能保護多層膜結構以免在押出流動時多層膜因為受到受到流道過大的剪切力而破壞了多層光學膜堆的結構。各光學膜堆與保護層內部亦可能添加高分子奈米擴散顆粒、或其他功能性顆粒如奈米金屬或金屬氧化物顆粒或陶瓷粉末顆粒、染 料或色粉等等，亦可能在保護層表面設置微結構體(Micro structure)來增加廣色域膜擴散或聚光能力。廣色域膜設置擴散或聚光的機制將會有利於混光的光程，尤其對於類似LED的點光源而言，更有利於增加LED各顏色於混色後的顏色均勻性。

值得一提的是，本揭露書所描述的廣色域膜若要提升光學反射率或物理的機械特性，則可以再經過延伸機延伸改變其分子配向與折射率而提升特定波段的光學反射率。廣色域膜製作時更可以增加一後段加工來提升光學與物理機械特性，如可以經過單軸或雙軸延伸增加其折射率的變化，其中雙軸延伸可分為依序雙軸延伸或同時雙軸延伸，特定材料經過延伸後可提升特定方向的折射率數值差異，進而將可降低廣色域膜中高分子材料堆疊的層數與總厚度進而降低材料的總成本。

若廣色域膜採單軸延伸，延伸的倍率隨材料不同而改變，延伸倍率一般可以從1~10倍；若廣色域膜材料有包括一雙折射(Birefringence)分子材料。雙折射材料即是特定材料在X、Y、Z方向的折射率至少有不完全相等時，即Nx≠Ny或Ny≠Nz或Nx≠Nz時就可以產生一定數值的相位差(Phase difference)，因此對光線產生一相位延遲(Retardation)功能，其中Nx、Ny、與Nz分別為此材料在X、Y與Z方向的折射率。藉由此雙折射材料來改變光線的相位差，可以改變光線原本所具有的特定的偏振態，此時廣色域膜則具有調整相位差與調整光線偏振光狀態的功能，成為兼具濾光片與反射式偏光的光學膜。

廣色域膜藉由多層膜的堆疊材料設計後可以穿透特定 窄波段的線性偏振光，將廣色域膜設置在背光模組內，調整廣色域膜與液晶面板設置的相對角度，一般設置的方向會將廣色域膜的反射軸與液晶面板維持特定夾角，夾角須依面板上貼附的偏光板而擺設而改變，將廣色域膜放置於顯示器面板之下方。在背光模組中，根據實施例，若將廣色域膜放置於導光板或擴散板之上方，一般可以獲得高輝度的效果；若將廣色域膜設置於擴散板或導光板下方則可以獲得高均勻性的光學效果。

廣色域膜410之主要功能之一係用以調整背光模組409發出的背光頻譜之一或多個光波段的穿透率(transmittance)，當光線由背光模組409射出，光通過廣色域膜410將因為廣色域膜410將其反射減弱或是過濾掉特定一或多個光波段的能量，可以過濾掉特定光波段，本發明即透過此過濾特定光波段的方式解決如圖2中多個波段顏色光之間串音的問題，並藉此改善顯示裝置的色域表現能力。若以分別產生紅色光、綠色光與藍色光的背光模組409為例，此處之廣色域膜410之目的即降低紅、綠、藍色光波段間的串音現象。

廣色域膜的結構可參考圖5，結構內的設計主要是根據要反射的波段來設計，廣色域膜本身是由多層膜(Multilayer film)組成，光學膜堆數目由數十層到數百層之多，功用是能使特定波長區段的光通過，或使其他波長區段的光反射。此例顯示由相鄰不同折射率的薄膜(此例顯示為第一薄膜A與第二薄膜B相互疊合而成數十到百層以上)，A與B層各層厚度(d)與折射率(n，與材料有關)都是依據所需設計的對象而定，透過反覆疊合兩種薄膜的結構達到整 體薄膜具有特定折射率的目的，並同時形成特定厚度的廣色域膜。特別是為了達成特定需求，此廣色域膜可依製程設計在材料與製程搭配下產生具有雙折射(Birefringence)的物理特性。廣色域膜的穿透光譜曲線則可以由光譜儀(Spectrum meter)測量得出。

根據實施例之一，廣色域膜的結構設計可依據波長等於四倍的折射率(n)乘上多層膜厚度(d)的物理特性，因此透過疊加多層的膜達到所要反射的波段的多層膜要求，經疊合多層薄膜後，除了決定了整體折射率後，經由干涉原理，計算其經過多層膜堆的反射率矩陣，可精密計算此時該廣色域膜410的反射頻譜。

除了上述廣色域膜的主要膜體之外，另外更可透過製程產生的表面結構或是附加其他功能膜的方式產生其他的光學特性。比如利用表面微結構產生聚光、折射光線、均勻光的功能，表面之其他光學結構亦可以設有保護多層膜的功能膜。微結構之實施態樣：可在製程中在表面上形成表面微結構可為稜鏡結構、金字塔結構、圓柱結構，廣色域膜的表面微結構可為其中之一種或多種之組合。藉此可以執行均光的作用，亦可有保護內部多層膜的結構。

同時可參閱圖6所描述製作如圖5之複數層相鄰不同折射率的膜體的製程步驟。

根據本發明之廣色域膜的製作方法的實施例，先需確認背光源型式(步驟S601)，如冷陰極射線管、具有三原色之發光二極體、經發光二極體調和的白光光源與具備有機發光二極體的光源，不同型式的光源會有不同光波段過濾的需求，可參考本發明所描述的各種實施態樣。

經確認光源型式後，如步驟S603，同時可決定欲過濾之多個光波段(如鄰近紅色光、綠色光與藍色光的周圍波段)，藉此可以設計出廣色域膜的整體結構，包括整體廣色域膜的厚度與整體折射率(步驟S605)。如步驟S607，製程取得多個不同折射率的薄膜，其中包括至少有兩個不同折射率的薄膜，薄膜的材料主要為高分子聚合物(polymer)。再如步驟S609，在決定的厚度下結合多個相鄰不同折射率的薄膜，其中經製程組合多個相鄰不同折射率的薄膜，如利用黏合、貼合的方式結合多個薄膜，形成具有特定整體厚度與折射率的膜體，以對應特定光源形成廣色域膜(步驟S611)。

最後將廣色域膜結合於顯示面板(步驟S613)，如圖3或圖4的實施態樣。廣色域膜設置於面板之下方，與面板兩者可以接合固定或分開固定，若與面板固定期間的黏合可採感壓膠(Pressure Sensitive Adhesives，PSA)或者採紫外光固化方式與面板來接合，若可以的話與面板接合的感壓膠或固化膠可以採低折射率材質(折射率的1.1~1.4)來提升面板的輝度與均勻性，而廣色域膜的表面更可以設置微結構體如菱鏡(Prism)或微透鏡(Micro lens)、金字塔結構等來聚光而增加輝度與均勻性。若不設置與面板上，就背光模組與廣色域膜間的設置方式而言，可以一機構固定方式結合，或是以一感壓膠(Pressure Sensitive Adhesives，PSA)貼合，亦可採用熱固化或紫外光固化膠方式或其他化學的接合方式結合，可以將廣色域膜設置在增亮膜或擴散膜或擴散板或導光板的上方。

在上述製程中，特別的是，上述的顯示面板亦可能包 含偏光板或無偏光板，偏光板亦可能為吸收式偏光板或反射式偏光板，因此本揭露書提出的廣色域膜可以具備輔助顯示面板其他功能的設計。

舉例來說，多層膜製程中可以結合黏合、貼合多個薄膜的結合步驟中輔以單軸(Uniaxial stretch)或是雙軸(Biaxial stretch)的拉伸使廣色域膜本身具有偏光或不具偏光的功能，使得廣色膜在製程中加入偏振轉換的效果。廣色域膜本身因延伸產生的雙折射性已可具有部分偏光轉換能力，但可能因為顏色的考量，其具有的偏光反射性較為低弱。為了更有效增強其偏光轉換的能力，更可以在廣色域膜之一側貼附設置吸收式偏光膜或反射式偏光膜，使廣色域膜同時具有顏色與偏光專換的雙重功能。舉例而言，欲製作吸收式的廣色域膜時將可黏貼設置一吸收式偏光板於其一側，而製作反射式廣色域膜可黏貼設置一反射式偏光板於其一側，之後再與面板或背光模組結合。

因此，本揭露書所描述的廣色域膜可為反射式廣色域膜或吸收式廣色域膜，若應用於無偏光片的顯示面板，本發明一種反射式廣色域膜可以增亮，並取代顯示面板中的部份偏光效果；若為吸收式廣色域膜，則可以增亮。若應用於已具有吸收式偏光片的顯示面板，則此反射式廣色域膜可以增加面板對比度(contrast)與增亮；若為吸收式廣色域膜，更可以有效增加對比度與部份增亮。

根據本揭露書所描述的實施例，廣色域膜可貼附於顯示面板下方，在背光模組之上方，能增加顯示器色域，並可配合其他功能薄膜，如反射式偏光板或吸收式偏光板，來增加面板的對比度與偏光度，若再廣色域膜表面設置微 結構，或在與面板與背光模組接合時採用低折射率的感壓膠或固化膠都可以再附加促進聚光與混光的效果。

如果廣色域膜的頻譜夠窄且純，且依據了特定的波段設計後，此時可移除顯示器原有的濾光片，仍將可以維持一定的色域，配合類似發光二極體光源或有機發光二極體的高速切換背光源，將可以達成無濾光片的背光模組和顯示器，此時廣色域膜本身就能取代濾光片，而此時亦可再設置反射式偏光板或吸收式偏光板與廣色域膜上同時增加亮度。

廣色域膜之設計需求能夠使其穿透光譜在特定波段範圍內的穿透光譜有一不連續的分布，此不連續的波段範圍其穿透率在相對其他鄰近波段處會有明顯的降低，尤其是接近在彩色濾光片原本可能產生之串音干擾之處。廣色域膜的穿透率會達到相對低值，所以廣色域膜在可能產生串音之處會有不連續的低穿透率波段，此不連續的波段要求在其穿透率一般是越低越好。

一般人眼睛可感知的電磁波波長範圍在400奈米(nm)到780奈米之間，而產生全彩的三原色光的波長約如：紅色(R)可見光的光波段約為620-750nm、綠色(G)可見光的光波段約為495-570nm與藍色(B)可見光的光波段約為450-475nm。當然這種波段區間的劃分範圍，也是大致上將光源做紅色、綠色、藍色範圍的初步劃分。由顯示器設置的光源型式可參考本揭露書所列舉之範例。

圖7A描述一般光源陰極射線管(CCFL)的穿透光譜，其中縱軸為光源之相對強度(%)，橫軸為波長(nm)，其中顯示有多個明顯波峰，包括有紅光波段的7a、綠光波 段的7b與藍光波段的7c，各色的表現並不平均，而此圖的7a、7b、7c只是大概區分出冷陰極管光源中紅光、綠光、與藍光的光譜區域，將冷陰極管光源的光譜大致區分出三種原色光譜，但可以知道這種光譜與雷射光那種窄波光源其光譜的差異極大。

圖7B則接著描述冷陰極射線管中各色相對強度的穿透光譜，此例透過紅色、綠色與藍色濾光片而取得各色的強度表現。從圖中可見，經過藍色濾光片產生的藍色光強度分佈表現為曲線7c’，經過綠色濾光片產生的綠色光強度分佈表現則表示為曲線7b’，曲線7a’則表示為冷陰極射線管經過紅色濾光片產生的紅色光的強度分佈。

從此圖冷陰極射線管在各色的強度表現來看，各顏色表現分佈可以延及其他波段，分佈頗廣，表示顏色並不單純。

圖7C則繼續描述冷陰極射線管之色度空間，圖中色域7C表示一般冷陰極射線管在色度空間(color space)的色域表現，而色域7N係表示NTSC(由美國國家電視標準委員會(National Television System Committee)制定的彩色電視廣播標準)的標準色度空間表現。此例之色域7C尚未配合本發明提出的廣色域膜，因此可作為本發明效果的對照之用。

圖8A接著顯示為白光發光二極體(LED)的穿透光譜，此類白光係透過藍色晶粒激發黃色螢光粉形成的白光。從此例之光譜來看，可見分佈於圖表左方區域的藍光波段8c，但紅光與綠光的波段(8a,8b)區域並未有明顯的區隔，因此本發明所揭露的廣色域膜在此類光源可有明顯改善 色域的功效。

圖8B描述白光發光二極體中各色相對強度的穿透光譜。同樣利用紅色、綠色與藍色濾光片過濾出此白色發光二極體的光，分別呈現出經過藍色濾光片產生的藍色光強度分佈曲線8c’、經過綠色濾光片產生的綠色光強度分佈曲線8b’，與經過紅色濾光片產生的紅光強度曲線8a’。圖中各色表現的強度曲線可作為是否使用本發明廣色域膜的對照組之用。

從圖中顯示的各色分佈，可見在此白色發光二極體為光源在各色的表現在各個波段有一定的強度分佈，各色之也有重疊之處，也就是習知產生串音的部份。

圖8C描述白光發光二極體之色度空間，其中色域8N也就是標準NTSC的色域，此白光發光二極體的色域則表示為8C，色域的表現可以其中所圍出面積而定。

圖9A描述三色混光的白光發光二極體的穿透光譜，若以多個發光二極體混光形成的白光，可參考圖9所示利用紅色、綠色與藍色發光二極體混光而形成的白光光源的光譜。

此類三原色發光二極體的光源通常可作為背光源之最佳實施方式，從圖中可見，分別在藍光光波長範圍附近形成一藍光波段9c，在綠光光波長範圍附近有綠光波段9b，而在紅光光波長範圍附近有紅光波段9a。光譜同樣顯示在特定光波段內有明顯不連續且較低的穿透率，如圖中在500nm(9d)和600nm(9e)處有明顯不連續且較低的穿透率，而低穿透率波段的頻寬約為數十奈米左右。

再參考圖9B所示三色混光的白光發光二極體中各色 相對強度的穿透光譜，在經過紅色、綠色與藍色濾光片後，由此三色發光二極體混光的白光光源在各色相對強度上已有不錯的表現。圖中紅色光分佈以曲線9a’表示，顯見除了在主紅色波段(650nm附近)外，其餘波段雖仍呈現有一些雜訊分佈，但整體已經有不錯的表現；綠色光分佈以曲線9b’表示，除了在550nm附近外，其餘部份並無明顯突出的強度分佈；藍色光分佈以曲線9c’表示，在主分佈460nm以外並無明顯突出的地方。

圖9C所描述的色度空間則包括NTSC的標準色域9N與此例的三色混光的白光發光二極體之色域9C。

根據上述各種光源的應用，若再配合本發明所設置的廣色域膜，可適當調整各光波段間覆蓋的範圍(串音)，主要目的是降低串音最嚴重的波段範圍，但是低穿透率頻寬範圍越寬會使大部分光線無法穿透，相對的液晶面板的輝度也會降低，所以廣色域膜的設計應該仍考慮射出的光強度與輝度，但大致上穿透率頻譜其數值越低時越能降低特定波段之串音問題。

但是，就利用濾光片提高色域表現的方式而言，為了濾掉多數不好的光線，通常會影響到亮度，並且面板中或是濾光片本身的偏振功能產生偏振光後，也會犧牲掉至少一半的亮度，因此，在本發明廣色域膜的設計需要同時考慮改善色域表現與亮度的損失。根據本發明實施例所描述的範例，設計廣色域膜之頻譜(穿透光譜)一般會選擇在穿透率最低處的穿透率數值(至少一波段範圍)應儘量低於70%，較佳是低於50%，或更可低於30%以下(至少一波段範圍，可參考圖10、圖11)。一般而言，本發明之廣 色域膜穿透光譜的測量皆以自然非偏振光(即P光加S光的平均值)來量測與敘述，若要測量其特定狀態的偏光的穿透光譜則需要在頻譜儀中使用起偏器(如偏光板)來製造特定偏振光再來測量其偏振穿透頻譜。

據此，後續圖式將顯示出利用本發明提出之廣色域膜之特性，以及作為上述各種光源的濾光片的實驗數據。

廣色域膜實施例一：

本發明提出應用多層膜技術形成的廣色域膜實施例之一的特性可見於圖10。

經過反覆交疊多層且相鄰不同折射率的透明薄膜之後，形成如圖10顯示的特性的廣色域膜，此具有在特定需求項設定出的多層膜厚度與整體折射率，此例之特性主要是在500奈米與600奈米的光波長範圍附近有明顯降低的穿透率，低於上述70%、50%或更低的30%(可參考虛線所描繪的穿透率)，特別是鄰近紅色光、綠色光與藍色光的周圍波段，其餘部份則維持較高的穿透率，因此，此廣色域膜可以有效阻擋特定光線在此兩處的光穿透出去，達成降低串音影響的目的。

應用圖10所示特性的廣色域膜實施例在冷陰極射線管(光譜特性可參考圖7A)，也就是讓冷陰極射線管的光通過此圖10顯示的特性的廣色域膜，穿透過此廣色域膜的各色光譜分佈可參考圖13A所示的光相對強度(%)與波長的關係。

經與圖7B的冷陰極射線管的光源特性圖比對，此使用圖10顯示的廣色域膜所產生的效果(可見於圖13A)在各色分佈有明顯的改善。經特性圖比對後，圖13A表示有三 條曲線，分別為經過本發明廣色域膜的光，再經濾色後形成改善後紅色光分佈7a”、改善後綠色光分佈7b”與改善後藍色光分佈7c”與其周圍波段光的相對強度。經實驗後，各色光譜也確實分別在紅色、綠色、藍色等三原色的波長範圍附近有明顯較高的相對強度，也就是此廣色域膜(使用圖10顯示的特性的廣色域膜)有效地過濾掉光波長500奈米與600奈米附近的光，使得此光源可以在三原色光波段的表現相對較好，因此改善此光源的色域表現能力。

圖13B接著顯示經過圖10所示特性的廣色域膜後，在色度空間內的表示如所示的色域7C’，此區域的面積經計算已經超過上述圖7C尚未實施本發明廣色域膜的色域7C。

經計算，圖7C中的色域7C佔NTSC標準色域的面積的50.6%，而經過廣色域膜後，色域7C’的面積佔NTSC標準色域面積的55.8%，表示此廣色域膜的使用已經改善冷陰極射線管的色域表現能力。

廣色域膜實施例二：

圖11顯示的廣色域膜的特性則是可分別將470奈米、590奈米與700奈米附近的光穿透率接近於零，對應出三原色光的波長範圍(如紅色可見光波段約為620-750nm、綠色可見光波段約為495-570nm、藍色可見光波段約為450-475nm)，因此可以有效凸顯三原色光的穿透率表現。其他根據實際需要的設計並不排除光穿透率接近零以外的可能，特別是如虛線所描繪，鄰近紅色光、綠色光與藍色光的周圍波段低於上述70%、50%或更低的30%。

當由如圖8A表示的白色發光二極體經過此例的廣色域膜後，應可將對應圖中顯示的三個波段的光過濾掉，實 驗結果如圖14A所示在各色的強度表現。其中在波段450nm至470nm左右與570nm至620nm左右的光已經被濾掉，因此顯示出改善後紅色光分佈8a”、改善後綠色光分佈8b”與改善後藍色光分佈8c”，而此光源的色域表現可參考圖14B。

圖14B中色域8C’可對比圖8C中的色域8C，顯示為利用了本發明廣色域膜後的色域表現，經計算，色域8C的面積為NTSC標準色域面積的48.4%，而應用本發明廣色域膜後，色域8C’的面積已經改善至為NTSC標準色域面積的58.7%。表示此廣色域膜的使用已經改善白光發光二極體的色域表現能力。

廣色域膜實施例三：

由圖12所顯示的本發明廣色域膜的第三實施例，可見在400奈米到440奈米之間、在480奈米到530奈米之間，與580奈米到620奈米之間有穿透率明顯降低到零的特性，此類廣色域膜可以阻擋特定光源的光在這三個區域的光穿透綠降低到零，特別是鄰近紅色光、綠色光與藍色光的周圍波段低於上述70%、50%或更低的30%，如虛線所示，可凸顯特定光源產生的光在三原色(紅、藍、綠)的範圍。

應用此圖顯示特性的廣色域膜，圖15A顯示為三色混光的白光發光二極體經此廣色域膜後的三色光的表現，如圖15A所示，改善後紅色光分佈9a”在440nm至480nm明顯有突出的強度表現，此處兩側的光已經被廣色域膜所濾掉；改善後綠色光分佈9b”在530nm至580nm有突出的強度表現；改善後藍色光分佈9c”則於620nm至670nm間有 明顯的強度表現。

圖15B接著表示三色混光的白光發光二極體經過此例之廣色域膜，色域9C’相對於圖9C中的色域9C，已經有明顯的改善。經計算，圖9C的色域9C佔NTSC標準色域的面積的59.6%，經廣色域膜調整後，圖15B的色域9C’已經改善到NTSC標準色域的73.6%。

上述實施例僅以特定廣色域膜與特定光源為例，主要目的是透過實驗與對照顯示本發明廣色域膜的功效，證明廣色域膜可以改善傳統各種光源的色域表現。

就本揭露書提出的廣色域膜，其應用的光源模組可為，但不限於，陰極射線管(CCFL)、發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)等光源組成的背光模組，但以用於以陰極射線管作為背光光源所產生的廣色域增進的效果最佳。

綜上所述，本發明為一種廣色域膜與其製作方式，廣色域膜的設計為搭配特定光源的應用，特別是以特定厚度與折射率製作的多層膜達成過濾特定光波段的廣色域膜，所提供的廣色域膜不同於傳統利用濾色片容易產生串音的方式，本發明所提出的解決方案可以經過製程設計出壓抑特定光波長範圍的穿透率的光學元件，可在不變更傳統顯示面板製程的情況下，能有效解決習知濾色片產生串音的問題。本發明亦涉及具有廣色域膜的顯示裝置與製作廣色域膜的方法。

惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效結構變化，均同理包含於本發明之範圍內 ，合予陳明。

101‧‧‧液晶層

102,103‧‧‧配向膜

104,105‧‧‧導電玻璃

106‧‧‧彩色濾光片

107,108‧‧‧偏振片

109‧‧‧背光模組

2R‧‧‧光譜曲線

2G‧‧‧光譜曲線

2B‧‧‧光譜曲線

301‧‧‧液晶模組

310‧‧‧廣色域膜

302,303‧‧‧導電玻璃

304,305‧‧‧偏振片

309‧‧‧背光模組

40‧‧‧液晶面板模組

410‧‧‧廣色域膜

401‧‧‧液晶層

402,403‧‧‧配向膜

404,405‧‧‧導電玻璃

406‧‧‧彩色濾光片

407‧‧‧第一偏振片

408‧‧‧第二偏振片

409‧‧‧背光模組

A‧‧‧第一薄膜

B‧‧‧第二薄膜

7a,8a,9a‧‧‧紅光波段

7a’,8a’,9a’‧‧‧紅色光分佈

7b,8b,9b‧‧‧綠光波段

7b’,8b’,9b’‧‧‧綠色光分佈

7c,8c,9c‧‧‧藍光波段

7c’,8c’,9c’‧‧‧藍色光分佈

7N,7C,8N,8C,9N,9C‧‧‧色域

7a”,8a”,9a”‧‧‧改善後紅色光分佈

7b”,8b”,9b”‧‧‧改善後綠色光分佈

7c”,8c”,9c”‧‧‧改善後藍色光分佈

7C’,8C’,9C’‧‧‧改善後色域

9d,9e‧‧‧區域

步驟S601~S613‧‧‧廣色域膜製程

圖1顯示為習知技術液晶顯示器的基本結構示意圖；圖2所示為濾光片在光波長與穿透率的關係圖；圖3顯示本發明應用廣色域膜之顯示裝置實施例結構示意圖之一；圖4顯示為本發明應用廣色域膜之顯示裝置結構實施例示意圖之二；圖5所示為本發明廣色域膜之結構實施例示意圖；圖6描述本發明廣色域膜之製程實施例步驟；圖7A描述冷陰極射線管的光譜；圖7B描述冷陰極射線管中各色相對強度的光譜；圖7C描述冷陰極射線管之色度空間；圖8A描述白光發光二極體的光譜；圖8B描述白光發光二極體中各色相對強度的光譜；圖8C描述白光發光二極體之色度空間；圖9A描述三色混光的白光發光二極體的光譜；圖9B描述三色混光的白光發光二極體中各色相對強度的光譜；圖9C描述三色混光的白光發光二極體之色度空間；圖10描述本發明揭露之廣色域膜實施例特性之一；圖11描述本發明揭露之廣色域膜實施例特性之二；圖12描述本發明揭露之廣色域膜實施例特性之三；圖13A顯示應用廣色域膜之光強度特性圖之一；圖13B顯示應用廣色域膜之色度空間特性圖之一； 圖14A顯示應用廣色域膜之光強度特性圖之二；圖14B顯示應用廣色域膜之色度空間特性圖之二；圖15A顯示應用廣色域膜之光強度特性圖之三；圖15B顯示應用廣色域膜之色度空間特性圖之三。

301‧‧‧液晶模組

310‧‧‧廣色域膜

302,303‧‧‧導電玻璃

304,305‧‧‧偏振片

309‧‧‧背光模組

Claims (15)

1. 一種具有廣色域膜的顯示裝置，包括：一顯示裝置之面板模組，其中該面板模組為應用於一液晶顯示裝置的面板模組，其中該面板模組之主要結構包括：一液晶層；設於該液晶層兩側的導電玻璃；設於該兩側導電玻璃與該液晶層間的兩側配向膜；具有兩個偏振方向互相垂直的一第一偏振片與一第二偏振片，設於該液晶層、該液晶層兩側的導電玻璃與該兩側配向膜組成的結構的外側；一背光模組，設於該面板模組之一側；以及設於該面板模組的該第二偏振片與該背光模組之間的一廣色域膜，且該廣色域膜與該背光模組間以一感壓膠貼合，其中該廣色域膜包括複數層相鄰不同折射率的透明薄膜之組合，形成具有根據該背光模組之光源型式設計的一整體厚度與一整體折射率的膜體，該廣色域膜用以減弱或過濾該背光模組發出的背光頻譜之一或多個光波段的穿透率；其中，具有該整體厚度與該整體折射率之膜體為改善該背光模組之發光頻譜中多個波段顏色光之間串音問題的該廣色域膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具有廣色域膜的顯示裝置，其中該多個波段顏色光包括一紅色光、一綠色光與一藍色光之光波段。
3. 如申請專利範圍第1項所述的具有廣色域膜的顯示裝置 ，其中該背光模組中設置的光源為一冷陰極射線管、一具有三原色之發光二極體、一經發光二極體調和的白光光源或一具備有機發光二極體的光源。
4. 如申請專利範圍第1項所述的具有廣色域膜的顯示裝置，其中該廣色域膜之表面具有微結構。
5. 一種應用於如請求項1所述的具有廣色域膜的顯示裝置的廣色域膜，該廣色域膜設於該面板模組的該第二偏振片與該背光模組之間，且該廣色域膜與該背光模組間以一感壓膠貼合，其特徵在於該廣色域膜為複數層相鄰不同折射率的透明薄膜組合而成，具有一整體厚度與一整體折射率，用以減弱或過濾該背光模組發出的背光頻譜之一或多個光波段的穿透率。
6. 如申請專利範圍第5項所述的廣色域膜，其中該複數層相鄰不同折射率的透明薄膜包括複數層相互疊合的不同折射率的一第一薄膜與一第二薄膜。
7. 如申請專利範圍第5項所述的廣色域膜，其中該廣色域膜之表面具有至少一種微結構。
8. 如申請專利範圍第5項所述的廣色域膜，其中該廣色域膜為具有單軸或雙軸延伸的薄膜。
9. 如申請專利範圍第8項所述的廣色域膜，其中該廣色域膜之偏光作用可使該廣色域膜形成一吸收式或反射式的偏光板。
10. 如申請專利範圍第5項所述的廣色域膜，其中該廣色域膜之穿透光譜包含至少一波段範圍之穿透率小於70%。
11. 如申請專利範圍第10項所述的廣色域膜，其中該廣色域膜之穿透光譜於鄰近一紅色光、一綠色光與一藍色光的 周圍波段的穿透率低於70%。
12. 一種製作如請求項1所述的具有廣色域膜的顯示裝置的廣色域膜的方法，包括：根據欲過濾之多個光波段、該廣色域膜的一整體厚度與一整體折射率而備置複數個不同折射率的透明薄膜，其中係經確認該廣色域膜應用之一背光源型式後決定該欲過濾之一或多個光波段，並決定該整體厚度與該整體折射率；在決定的該整體厚度下結合該複數個相鄰不同折射率的薄膜；以及形成具有該整體厚度與該整體折射率的廣色域膜；其中該廣色域膜設於該面板模組的該第二偏振片與該背光模組之間，且該廣色域膜與該背光模組間以一感壓膠貼合。
13. 如申請專利範圍第12項所述的製作廣色域膜的方法，其中該複數個不同折射率的透明薄膜包括至少有兩個不同折射率的薄膜。
14. 如申請專利範圍第12項所述的製作廣色域膜的方法，其中更於結合該複數個相鄰不同折射率的薄膜步驟中以一單軸或是一雙軸的拉伸步驟使該廣色域膜具有偏光或不具有偏光的作用。
15. 如申請專利範圍第12項所述的製作廣色域膜的方法，其中更於結合該複數個相鄰不同折射率的薄膜步驟後在該廣色域膜上另外貼附一反射式偏光片。