TWI569054B - 寬波域相位延遲膜及應用其之寬波域圓偏光片 - Google Patents

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Description

寬波域相位延遲膜及應用其之寬波域圓偏光片
本發明是有關於一種相位延遲膜與應用其之圓偏光片，且特別是有關於一種寬波域相位延遲膜與應用其之寬波域圓偏光片。
主動矩陣有機發光二極體(Active-matrix organic light-emitting diode,AMOLED)具有自發光的特性，作成軟性顯示器具有裝置輕巧、攜帶方便、不易破碎、耐衝擊、可捲繞性與穿戴性等優越的特性，已成為穿戴式顯示器的主流。主動矩陣有機發光二極體之金屬電極結構，受到強光環境的反光影響會有閱讀上的干擾，一般係以貼覆一片圓偏光片來解決此問題。
因此，發展可涵蓋環境可見光光譜之圓偏光片為一重要課題。
本發明係有關於一種寬波域相位延遲膜與應用其之寬波域圓偏光片。
根據本發明，提出一種寬波域相位延遲膜，包括一二分之一相位延遲膜以及一四分之一相位延遲膜。二分之一相位延遲膜的雙折射率為△n1(λ)，四分之一相位延遲膜的雙折射率為△n2(λ)，△n1(λ)小於△n2(λ)。二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜之材料分別為不同的反應型棒狀液晶，且二分之一相位延遲膜的波長分散性變化小於該四分之一相位延遲膜的波長分散性變化。
根據本發明，提出一種寬波域圓偏光片，包括一線性偏光片以及一寬波域相位延遲膜，寬波域相位延遲膜設置於線性偏光片上。寬波域相位延遲膜包括一二分之一相位延遲膜及一四分之一相位延遲膜。二分之一相位延遲膜的雙折射率為△n1(λ)，四分之一相位延遲膜的雙折射率為△n2(λ)，△n1(λ)小於△n2(λ)。二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜之材料分別為不同的反應型棒狀液晶，且二分之一相位延遲膜的波長分散性變化小於該四分之一相位延遲膜的波長分散性變化。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖繪示實施例1、比較例1、比較例2與理想值之波長分散性測試結果。
第2圖繪示實施例1、一寬波域單膜式商品與理想值之波長分散性測試結果。
一般圓偏光片是以一片線性偏光片以夾角45°的方式搭載相位延遲膜來製作，當外界光通過圓偏光片組合時會轉換成圓光入射。入射之圓光經金屬電極反射後成為無法出射的另一圓光態，因此覆上此一圓偏光片於有機發光二極體(organic light-emitting diode,OLED)顯示器，外界光可被遮蔽，原有的顯示訊息不被干擾，即使在太陽光底下，仍可清楚且輕鬆閱讀。
相位延遲膜可分為正波長分散型與逆波-長分散型，也就是俗稱的窄波域與寬波域兩種。要對抗光譜範圍極廣的環境光，圓偏光片遮蔽的光譜也需相對應為寬波域。
寬波域相位延遲膜可包括一二分之一相位延遲膜以及一四分之一相位延遲膜。二分之一相位延遲膜的雙折射率為△n1(λ)，四分之一相位延遲膜的雙折射率為△n2(λ)。在本發明實施例中，二分之一相位延遲膜的雙折射率△n1(λ)小於四分之一相位延遲膜的雙折射率△n2(λ)。此外，本發明實施例之二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜的材料分別為不同的反應型棒狀液晶，且二分之一相位延遲膜的波長分散性(wavelength dispersion)變化小於四分之一相位延遲膜的波長分散性變化。也就是說，二分之一相位延遲膜的相位延遲(Re(λ))變化，係小於四分之一相位延遲膜的相位延遲(Re(λ))變化。
在此，相位延遲膜之相位延遲(Re(λ))是由雙折射率與厚度乘積所決定，如下列式(1)。在式(1)中，△n(λ)表示相位延遲膜的雙折射率，d表示相位延遲膜的厚度，且△n(λ)符合下列式(2)之Cauchy's equation，其中A、B、C為材料係數(coefficient)，隨著不同的材料而有不同的係數A、B、C。
Re(λ)=△n(λ)x d (1)
傳統上，因成本及特性考量，會以相同材料來製作，只要調控不同厚度即可製作不同相位延遲膜。然而，相同材料製作的不同相位延遲膜其波長分散特性也類似，疊合後其波長對應性仍離理想值有距離。因此，在本發明實施例中，高相位延遲膜(二分之一相位延遲膜)之液晶，係具有比低相位延遲膜(四分之一相位延遲膜)之液晶更小的雙折射率。如此，可調整短波長與長波長的光延遲性差異，當這兩層相位延遲膜以適當角度疊合後再搭配線性偏光片，可提昇可見光波段的線型偏振轉換成圓偏振之轉化率。若貼覆於有阻隔環境光反射需求物件(如AMOLED)上，可更有效遮蔽干擾光。
在一實施例中，二分之一相位延遲膜的相位延遲變化，可小於四分之一相位延遲膜的相位延遲變化的兩倍。亦即二分之一相位延遲膜 (half-wave plate,HWP)與四分之一相位延遲膜(quarter-wave plate,QWP)在可見光範圍(約450nm至650nm)△Re(λ)之差異，即△[Re(450)-Re(650)]，可滿足下述式(3)：△Re(λ)of HWP<2 x△Re(λ)of QWP (3)
在本發明實施例之寬波域相位延遲膜中，二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜具有不同的光學軸，且二分之一相位延遲膜之光學軸與四分之一相位延遲膜之光學軸的夾角介於15至70度。舉例來說，二分之一相位延遲膜之光學軸與四分之一相位延遲膜之光學軸的夾角可介於30至60度。
此外，相對於波長為550nm之光，二分之一相位延遲膜的相位延遲可介於200至300nm，例如介於240至290nm，而四分之一相位延遲膜的相位延遲可介於80至160nm，例如介於120至160nm。
在本發明實施例中，利用不同雙折射率反應型棒狀液晶相位差膜組合成寬波域相位差膜。反應型棒狀液晶材料例如為具壓克力(acrylate)官能基的向列型(nematic)特徵液晶。舉例來說，例如為日本BASF公司的LC242(波長為589nm之光，其折射率△n1=0.147)(4-[[[4-[(1-Oxo-2-propenyl)oxy]butoxy]carbonyl]oxy]benzoic acid 2-methyl-1,4-phenylene ester)，以下稱為LC1，與日本BASF公司的LC1057(波長為589nm之光，其折射率△n2=0.203)(6-[[[4-[(1-Oxo-2-propenyl)oxy]butoxy]carbonyl]oxy]-2-naphthalenecarboxylic Acid-2-(methoxycarbonyl)-1,4-phenylene Ester)，以下稱為LC2。然而，本 發明並未限定於此。
此外，二分之一相位延遲膜之向列相液晶配方與四分之一相位延遲膜之向列相液晶配方，可以狹縫式塗佈法(die coating)或以旋轉塗佈法(spin coating)進行塗佈，並進行光學膜之交聯固化，以完成二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜。
上述寬波域相位延遲膜可應用於圓偏光片，以製作寬波域圓偏光片。在本發明實施例中，寬波域圓偏光片可包括一線性偏光片以及一寬波域相位延遲膜，寬波域相位延遲膜設置於線性偏光片上。如上所述，寬波域相位延遲膜可包括一二分之一相位延遲膜以及一四分之一相位延遲膜。二分之一相位延遲膜的雙折射率為△n1(λ)，四分之一相位延遲膜的雙折射率為△n2(λ)。在本發明實施例中，二分之一相位延遲膜的雙折射率△n1(λ)小於四分之一相位延遲膜的雙折射率△n2(λ)，且二分之一相位延遲膜的波長分散性變化小於四分之一相位延遲膜的波長分散性變化。
在一實施例中，線性偏光片係位於二分之一相位延遲膜之上且互相接觸，且二分之一相位延遲膜之光學軸與線性偏光片之吸光軸的夾角可介於5至30度。在另一實施例中，二分之一相位延遲膜之光學軸與線性偏光片之吸光軸的夾角例如介於10至20度。此外，本發明實施例之寬波域圓偏光片也可包括一黏膠層，黏膠層設置於四分之一相位延遲膜上，以將寬波域圓偏光片貼於顯示器最外端。黏膠層可作為抗反射片，減少介面反射。
類似地，本發明實施例之寬波域圓偏光片的線性偏光片、二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜具有不同的光學軸，這些光學軸 彼此不平行。舉例來說，二分之一相位延遲膜之光學軸與四分之一相位延遲膜之光學軸的夾角可介於15至70度或介於30至60度。
此外，兩層不同雙折射率之反應型棒狀液晶，係以水平配向製作成單光軸之光學膜，疊合方式可分別於基材同側或不同側製作水平配向之光學膜，或者是於兩基材分別製作再以光學膠貼合，選擇性移去一至二個基材。
相對於波長為550nm之光，二分之一相位延遲膜的相位延遲可介於200至300nm，例如介於240至290nm，而四分之一相位延遲膜的相位延遲可介於80至160nm，例如介於120至160nm。
以下係以實施例與不同的比較例進行比較，量測在不同波長下，波長分散性的變化。其中，以日本ATAGO公司的阿貝折射儀(Abbe refracometer,model：DR-A1)量測實施例與比較例中，相位延遲膜的雙折射率，以美國Axometrics公司的相位差量測儀AxoScan MMP，量測波長分散性。
實施例1：不同液晶之二分之一相位延遲膜(低雙折射率)與四分之一相位延遲膜(高雙折射率)
使用BASF LC242(LC1,△n=0.147，固含量：30%)與BASF LC 1057(LC2,△n=0.203，固含量：15%)，分別溶於甲苯與環己醇以4：1比例混合的溶劑中，加入光起始劑(4wt%之1-907起始劑，Ciba公司)，成為可聚合型向列相液晶配方，分別為二分之一相位延遲膜之向列相液晶配方與四分之一相位延遲膜之向列相液晶配方。將此兩種向列相液 晶配方分別塗佈於已經過15°、75°配向處理的三醋酸纖維素(triacetate cellulose,TAC)基材。接著，以90±5℃烘乾除去溶劑，在約90±5℃及氮氣下進行回火處理，最後照射UV約60秒完成光學膜的交聯固化即完成二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜。
比較例1：相同液晶之二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜
使用固含量分別為30%與20%之相同液晶BASF LC242(LC1,△n=0.147)，分別溶於甲苯與環己醇以4：1比例混合的溶劑中，加入光起始劑(4wt%之1-907起始劑，Ciba公司)，成為可聚合型向列相液晶配方，分別為二分之一相位延遲膜之向列相液晶配方與四分之一相位延遲膜之向列相液晶配方。將此兩種向列相液晶配方分別塗佈於已經過15°、75°配向處理的三醋酸纖維素薄膜(TAC)基材。接著，以90±5℃烘乾除去溶劑，在約90±5℃及氮氣下進行回火處理，最後照射UV約60秒完成光學膜的交聯固化即完成二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜。
比較例2：不同液晶之二分之一相位延遲膜(高雙折射率)與四分之一相位延遲膜(低雙折射率)
使用BASF LC 1057(LC2,△n=0.203，固含量：22.5%)與BASF LC242(LC1,△n=0.147，固含量：20%)，分別溶於甲苯與環己醇以4：1比例混合的溶劑中，加入光起始劑(4wt%之1-907起始劑，Ciba公司)，成為可聚合型向列相液晶配方，分別為二分之一相位延遲膜之向列相液晶配方與四分之一相位延遲膜之向列相液晶配方。將此兩種向列相液 晶配方分別塗佈於已經過15°、75°配向處理的三醋酸纖維素薄膜(TAC)基材。接著，以90±5℃烘乾除去溶劑，在約90±5℃及氮氣下進行回火處理，最後照射UV約60秒完成光學膜的交聯固化即完成二分之一相位延遲膜與四分之一相位延遲膜。
第1圖繪示實施例1、比較例1、比較例2與理想值之波長分散性測試結果。如第1圖所示，本發明實施例以不同液晶之二分之一相位延遲膜(低雙折射率)與四分之一相位延遲膜(高雙折射率)製成寬波域相位延遲膜，其波長分散性表現與理想值最為接近。
第2圖繪示實施例1、一寬波域單膜(one-film)式商品(C2)與理想值之波長分散性測試結果。如第2圖所示，本發明實施例以不同液晶之二分之一相位延遲膜(低雙折射率)與四分之一相位延遲膜(高雙折射率)製成寬波域相位延遲膜，其波長分散性表現與理想值最為接近。
下表一係整理上述實施例1、比較例1、比較例2與單膜式商品之配置與不同波長之理想相位差值對應性之量測結果。
由上述說明與實施例、比較例之比較結果可知。本發明實施例以不同液晶之二分之一相位延遲膜(低雙折射率)與四分之一相位延遲膜(高雙折射率)製成之寬波域光學延遲膜，可提供一更薄型的圓偏光組合，並達成更佳的波長對應性。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。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。

Claims (13)

  1. 一種寬波域相位延遲膜，包括：一二分之一相位延遲膜，該二分之一相位延遲膜的雙折射率為△n1(λ)；以及一四分之一相位延遲膜，該四分之一相位延遲膜的雙折射率為△n2(λ)，其中△n1(λ)小於△n2(λ)，該二分之一相位延遲膜與該四分之一相位延遲膜之材料分別為不同的反應型棒狀液晶，且該二分之一相位延遲膜的波-長分散性變化小於該四分之一相位延遲膜的波長分散性變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之寬波域相位延遲膜，其中該二分之一相位延遲膜與該四分之一相位延遲膜具有不同的光學軸，且該二分之一相位延遲膜之光學軸與該四分之一相位延遲膜之光學軸的夾角介於15至70度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之寬波域相位延遲膜，其中該二分之一相位延遲膜之光學軸與該四分之一相位延遲膜之光學軸的夾角介於30至60度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之寬波域相位延遲膜，其中相對於波長為550nm之光，該二分之一相位延遲膜的相位延遲介於 240至290nm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之寬波域相位延遲膜，其中相對於波長為550nm之光，該四分之一相位延遲膜的相位延遲介於120至160nm。
  6. 一種寬波域圓偏光片，包括：一線性偏光片；以及一寬波域相位延遲膜，設置於該線性偏光片上，該寬波域相位延遲膜包括：一二分之一相位延遲膜，該二分之一相位延遲膜的雙折射率為△n1(λ)；及一四分之一相位延遲膜，該四分之一相位延遲膜的雙折射率為△n2(λ)，其中△n1(λ)小於△n2(λ)，該二分之一相位延遲膜與該四分之一相位延遲膜之材料分別為不同的反應型棒狀液晶，且該二分之一相位延遲膜的波長分散性變化小於該四分之一相位延遲膜的波長分散性變化。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之寬波域圓偏光片，其中該線性偏光片係位於該二分之一相位延遲膜之上且互相接觸，該二分之一相位延遲膜之光學軸與該線性偏光片之吸光軸的夾角介於5 至30度。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之寬波域圓偏光片，其中該線性偏光片係位於該二分之一相位延遲膜之上且互相接觸，該二分之一相位延遲膜之光學軸與該線性偏光片之吸光軸的夾角介於10至20度。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之寬波域圓偏光片，其中該線性偏光片、該二分之一相位延遲膜與該四分之一相位延遲膜具有不同的光學軸，其中該些光學軸彼此不平行。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之寬波域圓偏光片，其中該二分之一相位延遲膜之光學軸與該四分之一相位延遲膜之光學軸的夾角介於15至70度。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之寬波域圓偏光片，其中該二分之一相位延遲膜之光學軸與該四分之一相位延遲膜之光學軸的夾角介於30至60度。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之寬波域圓偏光片，其中相對於波長為550nm之光，該二分之一相位延遲膜的相位延遲介於240至290nm。
  13. 如申請專利範圍第6項所述之寬波域圓偏光片，其中相對於波長為550nm之光，該四分之一相位延遲膜的相位延遲介於120至160nm。
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