TWM487458U - 光轉向膜及包含其之廣視角液晶顯示器 - Google Patents

光轉向膜及包含其之廣視角液晶顯示器 Download PDF

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bo-hong Yao
wen-xun Yang
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Taiwan Kangdexin Composite Material Co Ltd
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Description

光轉向膜及包含其之廣視角液晶顯示器
本創作關於一種顯示技術領域，尤指一種光轉向膜及包含其之廣視角液晶顯示器。
市面上常見的薄膜電晶體液晶顯示器(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)中，主要是靠液晶分子旋轉控制入射偏振光線之極性變化，當其搭配出光偏光板使用時，常有著先天性視角狹小的缺點，致使觀看者在非正視之角度下觀賞螢幕時，不論是亮度、對比或色彩等都會產生偏離，而有不利於在廣視角下觀看螢幕之問題。於多種顯示模式中，又以扭曲向列型(twisted nematic)模式受到觀看視角的限制最為明顯。
為設法解決前述問題，現有技術試圖改進液晶顯示模組中液晶分子的排列方式，而發展出如多區域垂直配向排列(multi-domain vertical alignment，MVA)或橫向電場效應顯示技術(in-plane switching，IPS)等其他液晶分子排列製程技術。前述製程技術雖然能達到提升螢幕視角的功能，但卻需要從生產時就先確定薄膜電晶體的製程方式，致使產業上不利於經由前述方法改善視角不足的問題。
是以，現有技術尚需發展一種能無需變動一般液晶顯示模組中液晶分子的排列方式之情況下，具體解決 一般液晶顯示器之觀察視角受到限制的問題。
為改善現有技術之液晶顯示器視角狹小的問題，本創作提供一種光轉向膜，其具有一透明基材及複數微結構單元，該透明基材具有相對之一第一光學面及一第二光學面，該等微結構單元係間隔散佈於該透明基材之第二光學面上，且該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積的8%至99%。
據此，將該光轉向膜貼附於液晶顯示模組後，能在無需變動一般液晶顯示模組內液晶分子之排列方式的情況下，重新分配不同視角範圍中光線能量之分佈情形，進而有效改善一般液晶顯示模組在高視角範圍下亮度不足及顯示品質不佳等問題，具體解決觀察視角受到限制之問題。
更具體而言，本創作之光轉向膜能有利於將液晶顯示模組之觀看視角範圍提升至90度至120度之間。較佳的，本創作之光轉向膜能進一步將液晶顯示模組之觀看視角範圍提升至100度至120度之間。
較佳的，該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積的10%至95%；更佳的，該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積的30%至60%。
較佳的，該各微結構單元係由複數次微結構所組成，且該等次微結構可以緊鄰並列之方式或以間隔並列之方式設置於該透明基材之第二光學面上。
較佳的，該等次微結構之深度係介於0.005毫米至0.4毫米之間。
依據各液晶顯示模組之視角需求，較佳的，該等次微結構為稜形次微結構、橢圓形次微結構、自由曲面次微結構、半球形次微結構、複合型次微結構或不規則形次微結構。
所指之自由曲面次微結構係指一種形狀由非球面之平滑曲面所構成的次微結構；所指之複合型次微結構係指由至少二種不同的形狀所組合而成之次微結構，例如：複合型次微結構可為由稜形及半球形所組合而成之次微結構，或為由橢圓形及半球形所組合而成之次微結構，但並非僅限於此。
較佳的，該等稜形次微結構係沿著一延伸方向並列設置於該透明基材之第二光學面上，且各稜形次微結構之橫截面可為等腰三角形或非等腰三角形。或者，各稜形次微結構之橫截面的頂部為圓形、橢圓形或非球面。
較佳的，各次微結構具有一延伸方向，該等延伸方向係相互平行；亦即，以光轉向膜之第二光學面上之X、Y座標軸為基準，該等次微結構之延伸方向與X、Y座標軸分別具有一固定夾角。或者，該等延伸方向係相互平行或交錯；亦即，該等次微結構之延伸方向與X、Y座標軸同時包含有相同以及不同之角度。
此外，各稜形次微結構之尖端可呈線性型態或非線性型態；或者，各稜形次微結構之尖端相對於該第二光學面可呈上下起伏之型態；或者，各稜形次微結構之尖 端相對於該第二光學面之法平面亦可呈左右偏擺型態。此外，該各稜形次微結構可相對於該第二光學面之法平面呈左右偏擺型態並且同時相對於該第二光學面呈上下起伏之型態。
較佳的，該透明基材之材料為聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(methylmethacrylate-styrene，MS)或其組合。
依據本創作，該光轉向膜可藉由超精密鑽石刀加工滾筒膜仁後，再經滾筒轉印技術製得高透光度之光轉向膜。據此，本創作之光轉向膜不僅具有製程簡單之優點外，藉由控制不對稱之超精密鑽石刀具的加工方向，能有效的分配顯示區中各視角之光線配比，進而最佳化液晶顯示模組之影像亮度。
此外，本創作另提供一種廣視角液晶顯示器，其具有一液晶顯示模組及如前所述之光轉向膜，該液晶顯示模組具有相對之一出光面及一入光面，且該光轉向膜係設置於該液晶顯示模組之出光面。
較佳的，該廣視角液晶顯示器更包括一貼合層，其係設置於該液晶顯示模組之出光面及該光轉向膜之間。
較佳的，該光轉向膜之微結構單元係設置於該 透明基材及該液晶顯示模組之間；或者，該光轉向膜之透明基材係設置於該等微結構單元及該液晶顯示模組之間。
較佳的，該液晶顯示模組具有一像素排列週期，且該等微結構單元係以一排列週期等距間隔散佈於該透明基材之第二光學面上，其中該排列週期與該像素排列週期之間非成倍數關係；或者，該等微結構單元係以異於該像素排列週期之方式非等間距散佈於該透明基材之第二光學面上，即，該等微結構單元以亂數方式排列，藉此避免該廣視角液晶顯示器產生摩爾干涉條紋(moiré fringe)。
較佳的，該等微結構單元之正視面積小於液晶顯示模組之像素面積，進而避免該廣視角液晶顯示器產生mura干涉紋路等瑕疵。
1、1A、1B、1C、1D‧‧‧光轉向膜
10、10A、10B、10C‧‧‧透明基材
11、11B‧‧‧第一光學面
12、12A、12B、12D‧‧‧第二光學面
20、20A、20B、20C、20D‧‧‧微結構單元
21、21A、21B‧‧‧次微結構
211‧‧‧尖端
50、50A‧‧‧液晶顯示模組
51‧‧‧入光面
52、52A‧‧‧出光面
60、60A‧‧‧貼合層
D‧‧‧延伸方向
H‧‧‧深度
I‧‧‧間距
W‧‧‧線寬
W1、W2、W3‧‧‧間距
W1A、W2A、W3A、W4A、W5A‧‧‧間距
W1D、W2D‧‧‧間距
圖1為第一種實施例之俯視圖。
圖2A為圖1之光轉向膜中其中一微結構單元的放大圖。
圖2B為圖2A之剖面圖。
圖3為第二種實施例之俯視圖。
圖4為圖3之光轉向膜中其中一微結構單元的放大剖面圖。
圖5為第三種實施例之剖面圖。
圖6為第四種實施例之剖面圖。
圖7為第五種實施例之俯視圖。
圖8A一般光源之光場分佈圖。
圖8B為透過第五種實施例之光轉向膜(微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積設定為8%)觀察一般光源之光場分佈圖。
圖8C為透過第六種實施例之光轉向膜(微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積設定為30%)觀察一般光源之光場分佈圖。
圖8D為透過第七種實施例之光轉向膜(微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積設定為60%)觀察一般光源之光場分佈圖。
圖9為下視角下，拍攝未貼附有第六種實施例之光轉向膜的扭曲向列型液晶顯示器之照片圖。
圖10為下視角下，拍攝中心區域貼附有第六種實施例之光轉向膜的扭曲向列型液晶顯示器之照片圖。
圖11為正視角下，拍攝中心區域貼附有第六種實施例之光轉向膜的扭曲向列型液晶顯示器之照片圖。
圖12為正視角下，拍攝右半區域貼附有第六種實施例之光轉向膜的扭曲向列型液晶顯示器之照片圖。
 第一種實施例：光轉向膜
請配合參閱圖1、圖2A及圖2B所示，本創作第一種實施例之光轉向膜1，該光轉向膜1包括一透明基材10及複數微結構單元20。
該透明基材10為PET基材，其具有大於90%之光穿透率，且該透明基材10具有相對之一第一光學面11及一第二光學面12。
該等微結構單元20係間隔散佈於該透明基材之第二光學面12上，且該等微結構單元20與該第二光學面12之接觸面積之總合佔該第二光學面12之總面積的30%。
請參閱圖1所示，於該光轉向膜1之左側區域中，鄰近的兩微結構單元20之間具有一相等的間距W1，故該等微結構單元20以一排列週期間隔散佈於該透明基材10之第二光學面12上；於該光轉向膜1之右側區域中，鄰近的兩微結構單元20之間具有不等的間距W2、W3，故該等微結構單元20並非以一排列週期間隔散佈於該透明基材10之第二光學面12上。
於本實施例中，各微結構單元20係由複數次微結構21所組成，該等次微結構21為稜形次微結構，且該等次微結構21係沿著一延伸方向D並列設置於該透明基材10之第二光學面12上。
請合併參閱圖2A及圖2B所示，該等次微結構21係緊鄰並列設置於該透明基材10之第二光學面12上，該等次微結構21之尖端211係呈線性型態，且各次微結構21之橫截面為等腰三角形。
於本實施例中，該等次微結構21之深度H為0.038毫米、線寬W為0.04毫米。於本實施例中，由於該等微結構單元20佔第二光學面12之總面積的30%，因此可將所搭配之液晶顯示模組的30%出光能量偏折到大視角；且各微結構單元20之尺寸係小於0.1毫米以下，遠小於目前市售之液晶顯示器的像素尺寸，故能進一步降低結 構成像與干涉等現象。
第二種實施例：光轉向膜
請配合參閱圖3及圖4所示，第二種實施例之光轉向膜1A係大致上具有如前述第一種實施例之結構；該等次微結構21A係間隔並列設置於該透明基材10A之第二光學面12A上，且該等微結構單元20A與該第二光學面12A之接觸面積之總合佔該第二光學面12A之總面積的30%。
此外，請參閱圖3所示，於該光轉向膜1A之左側區域中，該光轉向膜1A之鄰近的兩微結構單元20之間的間距W1A係由光轉向膜1A之一側往另一側遞增，藉此令該間距W2A大於該間距W1A；於該光轉向膜1A之右側區域中，該等微結構單元20A係非以雜亂方式間隔散佈於該透明基材10A之第二光學面12A上，藉此獲得各不相同之間距W3A、W4A、W5A。
於本實施例中，該等次微結構21A之深度H固定為0.038毫米、線寬W固定為0.04毫米、間距I固定為0.065毫米。
本實施例與第一種實施例之主要差異在於，該等微結構單元的間距非為固定值，而是在一個特定的範圍內變動，且該等微結構具有相等的深度與線寬，並以等間距的方式排列。據此，本創作之微結構單元的排列週期不易與液晶顯示模組之像素排列週期產生重複或成倍數關係，故能具體避免廣視角液晶顯示器產生光強度週期性干涉等問題。
第三種實施例：廣視角液晶顯示器
請參閱圖5所示，本創作第三種實施例提供一廣視角液晶顯示器5，其包括一光轉向膜1B、一液晶顯示模組50及一貼合層60。
於本實施例中，該光轉向膜1B係大致上具有如前述第二種實施例之結構，其不同之處在於，二緊鄰之次微結構21B係與另外二緊鄰之次微結構21B間隔並列設置於該透明基材10B之第二光學面12B上；且各次微結構21B之橫截面為非等腰三角形。
該液晶顯示模組50具有相對之一入光面51及一出光面52，且該貼合層60係設置於該出光面52上，藉此黏合該光轉向膜1B之第一光學面11B及該液晶顯示模組50之出光面52。
於本實施例中，該光轉向膜中，各次微結構21B之深度為0.038毫米、線寬為0.04毫米、間距為0.07毫米；且二緊鄰之次微結構21B所構成之微結構單元20B的尺寸係小於市售之液晶顯示模組之像素尺寸(大約介於0.2毫米至0.4毫米之間)，故能具體避免廣視角液晶顯示器產生不必要的成像及干涉現象。
第四種實施例：廣視角液晶顯示器
請參閱圖6所示，本創作第四種實施例之廣視角液晶顯示器4A係大致上具有如前述第三種實施例之結構；其不同之處在於，該光轉向膜1C之微結構單元20C係設置於朝向該液晶顯示模組，藉此令該光轉向膜1C之微結構單元20C係設置於該透明基材10C及該液晶顯示模組50A之間，並且透過該貼合層60A黏合該光轉向膜1C之 微結構單元20C與該液晶顯示模組50A之出光面52A。
於此，為進一步提升微結構單元20C與液晶顯示模組50A之固定性，該透明基材10C與該貼合層60A之間可再填充折射率低的黏著膠，以確保光轉向膜1C能固定於該液晶顯示模組50A上。
如第三種實施例所述，於本實施例之光轉向膜中，各次微結構21B之深度為0.038毫米、線寬為0.04毫米、間距為0.07毫米；且二緊鄰之次微結構21C所構成之微結構單元20C的尺寸係小於市售之液晶顯示模組之像素尺寸，故能具體避免廣視角液晶顯示器產生不必要的成像及干涉現象。
第五種實施例：光轉向膜
請參閱圖7所示，本創作第五種實施例之光轉向膜1D係大致上具有如前述第二種實施例之結構；其不同之處在於，該等微結構單元20D係以等間距排列之方式間隔散佈於該透明基材之第二光學面12D上；且該等微結構單元20D與該第二光學面12D之接觸面積之總合佔該第二光學面12D之總面積的8%。
更具體而言，於該光轉向膜1D之整體區域中，兩兩相鄰的微結構單元20D之間依X方向上具有相等之複數間距W1D，且依Y方向上亦具有相等之複數間距W2D，藉以令該等微結構單元20D在第二光學面12D上呈一規則的矩陣排列。
於本實施例中，該等次微結構之深度亦為0.038毫米、線寬為0.04毫米、間距為0.065毫米。
第六種實施例：光轉向膜
本創作第五種實施例之光轉向膜係大致上具有如前述第五種實施例之結構；其不同之處在於，該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積的30%。
第七種實施例：光轉向膜
本創作第五種實施例之光轉向膜係大致上具有如前述第五種實施例之結構；其不同之處在於，該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積的60%。
試驗例1
本試驗例選用有如第五種至第七種實施例之光轉向膜作為待側樣品，於相同光源下分別觀察光線能量之分佈情形，以了解本創作之光轉向膜重新分配光線之效能。
比較圖8A至8D所示，隨著該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積逐漸提高，大角度之光場能量分佈逐漸提高，顯示本創作之光轉向膜確實能有利於將局部光源偏折到外圍區域(大角度)，藉此增加外圍區域的光線能量。
試驗例2
為驗證本創作光轉向膜應用於一般扭曲向列型液晶顯示器的效果，本試驗例將光轉向膜直接貼附於筆記型電腦之扭曲向列型液晶顯示器上，並將視角固定為140度，利用手持式輝度計進行量測，比較有無貼附光轉向膜 時扭曲向列型液晶顯示器的顯示效能。
實驗結果顯示，在140度下分別量測貼附有第六種實施例之光轉向膜之液晶顯示器以及未貼附有光轉向膜的液晶顯示器之輝度值，貼附有光轉向膜所量測到的數值為4.02nits，未貼附有光轉向膜所量測到的數值為1.68nits。由此可知，本創作之光轉向膜除了能具體改善大視角下的視覺效果外，其於大視角下的輝度值相較於原視角之輝度值亦可提升了將近3倍之多。
請參閱圖9所示，於下視角觀察該液晶顯示器可發現有灰階反轉(gray level inversion)之問題；反觀圖10，於下視角觀察未貼附有第六種實施例之光轉向膜的區域(即液晶顯示器之外圍區域)，仍可觀察到有灰階反轉之問題，但於相同視角下觀察貼附有第六種實施例之光轉向膜的區域(即液晶顯示器之中心區域)時，可注意到一般液晶顯示器之灰階反轉問題已獲得具體的改善，使觀看者在廣視角下亦能清楚觀察到有如正視角的影像畫面及亮度。
此外，本試驗例另於正視角下觀察該光轉向膜有無貼附於扭曲向列型液晶顯示器的顯示效能。
請參閱圖11所示，於正視角觀察該扭曲向列型液晶顯示器，貼附有本創作第六種實施例之光轉向膜的區域(即液晶顯示器之中心區域)的影像亮度僅略低於未貼附有本創作之光轉向膜的區域(即液晶顯示器之外圍區域)的影像亮度。再者，請參閱圖12所示，於正視角觀察該扭曲向列型液晶顯示器，貼附有本創作第六種實施例之光轉向膜的區域(即液晶顯示器之右半區域)的影像亮度僅略低 於未貼附有本創作之光轉向膜的區域(即液晶顯示器之左半區域)的影像亮度。
由此可見，本創作之光轉向膜藉由適當控制該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積的比例，不僅能維持液晶顯示器在正視角下的顯示效能，更能具體改善一般TN型液晶顯示器在廣視角觀看時所產生之灰階反轉問題。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1‧‧‧光轉向膜
12‧‧‧第二光學面
20‧‧‧微結構單元
W1、W2、W3‧‧‧間距
D‧‧‧延伸方向

Claims (18)

  1. 一種光轉向膜，其具有一透明基材及複數微結構單元，該透明基材具有相對之一第一光學面及一第二光學面，該等微結構單元係間隔散佈於該透明基材之第二光學面上，且該等微結構單元與該第二光學面之接觸面積之總合佔該第二光學面之總面積的8%至99%。
  2. 如請求項1所述之光轉向膜，其中各微結構單元係由複數次微結構所組成，且該等次微結構係緊鄰並列設置於該透明基材之第二光學面上。
  3. 如請求項1所述之光轉向膜，其中各微結構單元係由複數次微結構所組成，且該等次微結構係間隔並列設置於該透明基材之第二光學面上。
  4. 如請求項2或3所述之光轉向膜，其中該等次微結構為稜形次微結構、橢圓形次微結構、自由曲面次微結構、半球形次微結構、複合型次微結構或不規則形次微結構。
  5. 如請求項4所述之光轉向膜，其中該等稜形次微結構係沿著一延伸方向並列設置於該透明基材之第二光學面上，且各稜形次微結構之橫截面為等腰三角形或非等腰三角形。
  6. 如請求項4所述之光轉向膜，其中該等稜形次微結構係沿著一延伸方向並列設置於該透明基材之第二光學面上，且各稜形次微結構之橫截面的頂部為圓形、橢圓形或非球面。
  7. 如請求項4所述之光轉向膜，其中各次微結構具有一延伸方向，該等延伸方向係相互平行。
  8. 如請求項4所述之光轉向膜，其中各次微結構具有一延伸方向，該等延伸方向係相互平行或交錯。
  9. 如請求項5所述之光轉向膜，其中各稜形次微結構之尖端係呈線性或呈非線性型態。
  10. 如請求項5所述之光轉向膜，其中各稜形次微結構之尖端相對於該第二光學面係呈上下起伏型態。
  11. 如請求項5所述之光轉向膜，其中各稜形次微結構之尖端相對於該第二光學面之法平面係呈左右偏擺型態。
  12. 如請求項1至3中任一項所述之光轉向膜，其中該透明基材之材料係選自於由下列化合物所組成之群組：聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醯亞胺、聚丙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物及其組合。
  13. 一種廣視角液晶顯示器，其具有一液晶顯示模組及如請求項1至12中任一項所述之一光轉向膜，該液晶顯示模組具有相對之一出光面及一入光面，且該光轉向膜係設置於該液晶顯示模組之出光面。
  14. 如請求項13所述之廣視角液晶顯示器，其中該光轉向膜之透明基材係設置於該等微結構單元及該液晶顯示模組之間。
  15. 如請求項13所述之廣視角液晶顯示器，其中該光轉向膜之微結構單元係設置於該透明基材及該液晶顯示模組之間。
  16. 如請求項13至15中任一項所述之廣視角液晶顯示器，其中該液晶顯示模組具有一像素排列週期，且該等微 結構單元係以一排列週期等距間隔散佈於該透明基材之第二光學面上，其中該排列週期與該像素排列週期之間非成倍數關係。
  17. 如請求項13至15中任一項所述之廣視角液晶顯示器，其中該液晶顯示模組具有一像素排列週期，且該等微結構單元係以異於該像素排列週期之方式非等間距散佈於該透明基材之第二光學面上。
  18. 如請求項17所述之廣視角液晶顯示器，其中該廣視角液晶顯示器更包括一貼合層，其係設置於該液晶顯示模組之出光面及該光轉向膜之間。
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