WO2010075682A1 - 一种光学复合膜 - Google Patents

Description

说明书 一种光学复合膜

技术领域

[1] 本发明涉及一种液晶显示装置， 尤其涉及一种改变出射光偏振状态的光学复合 膜。

背景技术

[2] 随着液晶技术的不断发展， 液晶显示器得到广泛的应用， 从液晶手表的出现开 始， 液晶就作为电子吋代的重要角色分外引人注目。 相继出现了带有液晶显示 的便携式电话、 游戏机、 电子辞典、 摄像机、 数字相机、 可视电话， 乃至笔记 本电脑、 监视器、 液晶电视等。 特别是近来， 在电视与个人电脑领域， 液晶显 示器已逐步取代 CRT, 成为市场的主流。

[3] 随着信息化的发展， 人们对信息获取需求越来越强烈， 白天在办公室需要使用 个人电脑， 晚上在家通过看电视或个人电脑从网上获取信息， 因此， 人们将会 花费大量的吋间面对液晶显示装置， 如个人电脑、 液晶电视。

[4] 请参阅图 1A、 IB所示的液晶显示器的结构示意图， 液晶显示器是将两块带透 明电极 102， 104的玻璃基板用数微米直径的玻璃珠或塑料珠隔垫， 边缘用胶固 定， 注入扭曲向列相液晶 130， 液晶在上下基板之间扭曲 90度， 上下基板外侧附 着两片光轴互相垂直的偏振片 110， 120。 形成两个偏光片夹着一层液晶盒的三 明治结构， 上侧的偏振片 120光轴 （平行于纸面） 与上侧基板处的液晶取向平行 ， 下侧的偏振片 110光轴 （垂直于纸面） 与下侧基板处的液晶取向平行。 自然光 自下基板至上基板入射液晶屏， 不加电场吋光线通过下侧偏振片 110变为垂直下 基板处液晶取向的偏振光， 偏振光被液晶层旋光， 转过 90°后正好与上基板处偏 振片的光轴相平行， 可以透过， 作为显示器的亮态， 如图 1A所示； 加电场吋液 晶分子 130沿电场方向竖起， 原来的扭曲排列变为垂直平行排列， 偏振光与垂直 排列的液晶不作用， 透过下偏振片 110的偏振光通过液晶层吋偏振面不再发生旋 转， 到达出射端的偏振片 120吋， 偏光轴与出射光的偏振方向垂直， 光被截止， 呈现暗态， 如图 1B所示。 如果电场不特别强， 液晶分子处于半竖立状态， 旋光 作用也处于半完全状态， 则会有部分光透过， 呈现中间灰度， 这就是液晶显示 器的工作原理。 从液晶显示器的工作原理可知， 现有的液晶显示器的出射光是 一种线偏振光。

[5] 除了这种扭曲向列相液晶外， 液晶还有展曲、 弯曲等畸变特性， 不同的畸变特 性对应于液晶的不同显示模式。 但这些不同的显示模式的基本原理与上述的扭 曲向列相液晶的显示原理类似， 即通过液晶分子的排列改变光线的偏振方向来 实现显示， 而最终出射的光是线偏振光。

[6] 与线偏振光不同， 自然光在各个方向上的矢量分布是均匀的， 这种均匀分布的 自然光对人眼的感光细胞的刺激是各向同性的， 人眼习惯于这种自然光。 圆偏 振光也是一种偏振光， 但由于圆偏振光的矢量方向是快速旋转的， 也表现为各 向同性， 与自然光最接近。 与线偏振光相比， 人眼观看圆偏振光则相对较为舒 适。

[7] 因此， 改变现有的液晶显示器的出射光的偏振状态， 对于降低人们视觉疲劳具 有十分重要的意义。

对发明的公开

技术问题

[8] 本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种改变出射光偏振光状态的光学 复合膜。

技术解决方案

[9] 为解决上述技术问题， 本发明实施例的一种光学复合膜， 设置于液晶盒出射光 一侧， 所述光学复合膜延液晶显示器的光出射方向依次包括一偏光层及相位补 偿层。 所述光学复合膜用于实现现有液晶显示装置之出射光由线偏振光变成圆 偏振光或椭圆偏振光， 以实现降低消费者之视觉疲劳。

[10] 进一步， 所述偏光层系一偏光片。

[11] 更进一步， 所述光学复合膜于相位补偿层外侧进一步包括一表面处理层。

[12] 再进一步， 所述光学复合膜于偏光层入射光一侧进一步包括一相位补偿层。

有益效果

[13] 与现有技术相比较， 本发明实施例提供一种光学复合膜， 通过在液晶盒出射光 一侧设置一具有偏光及光学相位补偿功能光学复合膜， 从而改变现有液晶显示 器的线偏振出射光为圆偏振光出射光或椭圆偏振光出射光， 有利于降低视觉疲 劳。

附图说明

[14] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

[15] 图 1A、 IB是液晶显示器的结构示意图。

[16] 图 2是本发明实施方式 1揭示的光学复合膜结构示意图。

[17] 图 3是本发明实施方式 2揭示的光学复合膜结构示意图。

[18] 图 4普通偏光片的结构示意图。

[19] 图 5是图 2揭示的复合膜的一改进复合膜的结构示意图。

[20] 图 6是图 3揭示的复合膜的一改进复合膜的结构示意图。

[21] 图 7是图 6所述复合膜釆用波长延迟片组合结构示意图。

[22] 图 8是图 7中所示的波长延迟片组合的两延迟光轴与偏光层的偏振方向夹角关系 图。

[23] 图 9是釆用相位补偿组合的复合膜与釆用 λ/4补偿膜的复合膜对可见光的补偿效 果对比示意图。

[24] 图 10是用晶体生产的方式得到复合膜结构示意图。

[25] 图 11是观看普通液晶电视与加相位补偿片之后对人眼视力影响对比图。

本发明的最佳实施方式

[26] 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例 ， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明， 并不用于限定本发明。

[27] 请参阅图 2所示能同吋实现偏光与相位补偿功能的复合膜 20结构示意图， 该复 合膜通过两粘胶层 23、 25粘结三层材料， 各层材料的功能分述如下， 处于底层 的偏光层 24实现偏光功能， 常用的是一个偏光片； 处于中间位置的是相位补偿 层 26， 主要实现相位补偿功能， 一般釆用 λ/4相位补偿片， 相位补偿层 26的一个 较佳相位补偿值是 π/2， 在可见光范围内， 以处理中间位置的波长为 560纳米的黄 光作为基准， λ/4相位补偿延迟厚度是 140nm， 该相位补偿层 26的材料可以釆用 具有双折射特性的环烯烃聚合物 （Cycio Olefins Polymer, COP) 膜， 简称 COP

， 釆用双轴拉伸、 有双折射特性三醋酸纤维素 （N-TAC) 膜， 简称 N-TAC, 或 是釆用单轴拉伸三醋酸纤维素、 同吋涂布聚酰亚胺 （PI) 材料形成的具有双折射 特性的膜等， 相位补偿层 26的延迟光轴与偏光层 24的偏振方向优选 45度角。 处 于最上层的是表面处理层 28， 主要起一个防护功能， 最常用的是一层 TAC膜， 可通过增加抗眩光、 抗反射处理， 以改善屏幕在外界强光环境下的图像质量。 此外， 为了便于工业生产， 方便复合膜 20与液晶盒的粘贴， 通常偏光层 24的外 侧面还涂覆有一层粘胶层 （图未示） 。

[28] 使用吋， 复合膜 20是置于液晶盒出射光一侧， 通过液晶层的线偏振光经复合膜 20的偏光层 24实现光线的通过与截止， 进行图像显示， 再经过相位补偿层 26之 后， 不同波长的可见光变成圆偏振光或椭圆偏振光经表面处理层 28出射， 从而 能实现人眼观看到的液晶显示图像是圆偏振光或椭圆偏振光。

[29] 为了解决现有液晶显示器的漏光及颜色偏移的问题， 可在两偏光片与液晶层之 间分别增加一层相位补偿片， 使得液晶显示器中以线偏振光通过液晶层转变为 圆偏振光通过液晶层， 为此， 可以在本发明的复合膜 20的光入射面设置一相位 补偿膜， 形成一个新复合膜 30， 如图 3所示， 即在复合膜 20的偏光层 24的光入射 面通过粘胶层 21再粘贴一层相位补偿层 22， 该相位补偿层的相关参数与液晶盒 入射光一侧设置的相位补偿层的参数相适配， 从而使得新复合膜 30在使用过程 中能沿光线的行进方向同吋实现相位补偿、 偏光、 再相位补偿， 形成一个多功 能的复合膜。

[30] 前述两复合膜 20、 30是釆用粘胶层将各功能材料层粘结在一起， 从而使得本发 明的复合膜 20、 30相比现有的液晶显示器要多增加一相位补偿层 26， 在一定程 度上影响了透光率， 考滤到两复合膜 20、 30的中偏光层 24是一个偏光片， 该偏 光片是由两光学各向同性的三醋酸纤维素 （Normal TAC) 层 244、 246中间夹一 层偏光薄膜材料 245， 如图 4所示， 常用的偏光材料 245是利用碘染色的聚乙烯醇 (Polyvinyl Alcohol, PVA) 薄膜， 简称 PVA。 由于 PVA易于吸潮、 易变形， 极 不稳定， 因此， 用 PVA材料做偏光片， 通常需要做成三明治结构， 中间是一层 P VA材料， 两边各一层基底材料 TAC, 以起保护作用。 [31] 在本发明的复合膜 20中， 偏光片 24—侧有相位补偿层 26， 相位补偿层 26可以釆 用双轴拉伸、 有双折射特性三醋酸纤维素 （N-TAC) 膜， 而 N-TAC除了具有相 位补偿功能之外， 还具有 Normal TAC材料在一般偏光片中起到的基底与保护作 用， 因此可以将本发明复合膜 20中偏光层 24的一层保护材料 Normal TAC省去， 形成一种新的复合膜 40， 参阅图 5所示， 按使用中的光线行进方向依次包括基底 层 244， 材料是 Normal

TAC, 偏光层 245， 材料是 PVA， 相位补偿层 26， 粘胶层 25及表面处理层 28， 在 此再补充说明一下相位补偿层 26的材料除了 N-TAC, 还可以用 COP或是釆用单 轴拉伸三醋酸纤维素、 同吋涂布聚酰亚胺 （PI) 材料形成的具有双折射特性的膜

[32] 按同样的原理， 在本发明的复合膜 30， 可以进行进一步改进， 一是可以在复合 膜 20的基础上进行改进， 将复合膜 20的偏光层 24最外层的一层基底材料 Normal TAC直接替换成 N-TAC、 COP膜或釆用单轴拉伸三醋酸纤维素、 同吋涂布聚酰 亚胺 （PI) 材料形成的具有双折射特性的膜即可实现， 相比原来的复合膜 30省去 了粘胶层 21及偏光片 24的一层基底材料 244。

[33] 另一种更为简单的结构是在复合膜 40的基础上进行改进， 将复合膜 40的基底层 244的材料 Normal TAC直接替换成 N-TAC、 COP膜或釆用单轴拉伸三醋酸纤维素 、 同吋涂布聚酰亚胺 （PI) 材料形成的具有双折射特性的膜即可实现， 从而形成 一种新复合膜 60， 如图 6所示， 按使用过程中的光线方向依次包括相位补偿膜 22 ， 偏光材料 PVA层 245， 及相位补偿层 26， 粘胶层 25及表面处理层 28， 各层的材 料如前所述， 在此不再赞述。

[34] 如前述的本发明的复合膜 20、 30、 40、 60中相位补偿层 26是釆用四分之一波片 ， 其相位补偿值优选 π/2， 即延迟厚度 140nm， 为了对可见光波长进行更好的补 偿， 复合膜 20、 30、 40、 60中相位补偿层 26可以釆用 λ/2补偿膜与 λ/4补偿膜形成 的波长补偿片组合， 现以复合膜 60结构为例说明， 将复合膜 60中相位补偿层 26 与偏光材料 PVA层 245之间通过粘胶层 27再增加一层 λ/2补偿膜 26a， 形成如图 7所 示复合补偿膜 70， 其它复合膜 20、 30、 40也可以同样的方式增加一层 λ/2补偿膜 2 6a, 在此不再作一一赞述。 [35] 其中， λ/2补偿膜 26a的延迟光轴若与偏光层的偏振方向夹角为 θ， 所述 λ/4补偿 膜 26的延迟光轴与偏光层的偏振方向夹角为 2θ+45°或 2Θ+135°，其中 Θ的变化范围 在 0~90°之间。 所述 λ/2补偿膜 26a及 λ/4补偿膜 26延迟厚度值分别优选为 270nm及 1 40nm。 因此可以将液晶显示器出射光由线偏振光转换成圆偏振光和椭圆偏振光

[36] 请再次参阅图 8及图 9， 如从液晶显示器出射偏振光的偏振方向与 λ/2补偿膜 26a

( λ/2延迟片） 的延迟光轴夹角为 θ， λ/2补偿膜 26a的延迟光轴与 λ/4补偿膜 26 ( λ/4延迟片） 的延迟光轴夹角为 2θ+45°。 在本发明的复合膜中， 通过釆用 λ/2补偿 膜 26a与 λ/4补偿膜 26的波长延迟片组合， 可以对可见光波长进行更好的补偿效果

[37] 复合膜 20、 30、 40、 60除了前述的方法实现之外， 还可以通过晶体分层生长的 方式实现， 如图 10所示， 具改变偏振光状态部件 80， 由基材 82， 偏光层 84， 相 位补偿层 86等三部分构成。 各部分功能描述和组成结构如下： 基材 82可以是光 学各向同性的透明基材， 例如 Normal TAC或玻璃基板等材料， 或者是具有相位 补偿功能特性的光学基材， 例如 N-TAC、 COP等材料。 偏光层 84则通过晶体生 长技术， 在基材 1表面生长具有线偏振特性的光学晶体层。 相位补偿层 3也釆用 晶体生长技术， 在偏光晶体层 2的表面生长另一层具有双折射特性的光学晶体层 ， 例如钒酸钇和氟化镁等光学晶体层。 通过控制生长条件， 实现延迟光轴的方 向与偏光晶体层 2的吸收光轴方向夹角为 45°， 同吋控制生长厚度， 使相位延迟值 为 π/2， 即延迟厚度为 140nm。

[38] 申请人对本发明提供的两个实施例进行了试验验证。

[39] 实验 1 :

[40] 使用 2台 32英寸的液晶电视， 一台加 1/4延迟片， 一台不作处理。 让受试者分别 在上述两种电视上连续观看 DVD电视节目 180分钟内， 每隔 30分钟进行一次视力 的检测。 两种情况下电视的最高亮度都设置为 325cd/m2。 样本数为分为少年组 、 青年组、 中年组、 老年组三个组， 其中少年组年龄分布 8〜18岁、 青年组年龄 分布 19~35岁、 中年组年龄分布 36~55岁、 老年组年龄分布 55岁以上， 各抽取了 1 0人、 即总共 40人进行了对比试验。 [41] 实验得出的结果如图 11， 曲线 B是观看常规液晶电视的受检者的视力平均值随 观看吋间的变化曲线； 曲线 A是观看加 1/4延迟片液晶电视的受试者的视力平均 值随观看吋间的变化曲线。 常规液晶电视、 力口 1/4延迟片两种情况下， 观看 DVD 节目的视力随观看吋间的长短都有不同程度的下降。 对比来看， 观看半小吋以 后， 两种情况暂吋性视力都有不同程度下降。 加上 1/4延迟片相对常规液晶电视 ， 观看者视力下降幅度比较少， 对保护观看者视力有帮助。

[42] 实验 2:

[43] 本次实验利用眨眼频率来评价视觉疲劳。 实验中使用 2台 32英寸的液晶电视， 一台加 1/4延迟片， 一台不作处理。 受检者被随机分成两组， 分别用上述两种电 视观看节目 150分钟。 在受检者观看电视的过程中， 用眼电图 （EOG) 记录仪监 测其眨眼频率。 观察受检者观看电视过程中的眨眼频率的变化， 可反映出受检 者视觉疲劳的情况。 本次实验共完成 79人次的 LCD-TV观看实验与数据记录。 将受检者在各吋间点上的眨眼次数转变为眨眼频率 （次 /秒） ， 并求平均后列 表如下：

[46] 上面数据可观察到， 两组受检者眨眼频率在观看过程中相对观看前都有下降， 随后再逐步变大， 并且线偏振光组的变化幅度较圆偏振光组的大。

[47] 针对两组受检者观看故事片前后的眨眼频率， 用 SPSS分析软件的配对 t-检验进 行分析， 结果如下表：

[48] 表： 两组受检者观看前后的眨眼频率 （平均值土标准差次 /秒） 分组 观看电视前 观看电视后 t P

线偏振光 13.6 ± 8.1 16.6 ± 9.3 3.35 0.002 圆偏振光 13.3 ± 6.8 13.4 ± 6.2 0.11 0.913 [49] 分别对两组受检者观看故事片前后的眨眼频率进行配对 t-检验后发现， 线偏组 受检者观看故事片后的眨眼频率比观看故事片前高， 差异有显著意义 （p<0.05) ； 圆偏组受检者观看故事片前后的眨眼频率差异无显著意义 （p〉0.05) 。 既相 比传统的输出光为线偏振光的 LCD-TV电视， 圆偏振光输出的电视能够减轻眼睛 疲劳， 从而起到减轻观看电视对人眼视疲劳的影响， 达到护眼的目的。

[50] 上述描述只能被看作是较佳实施例。 本技术领域中的那些熟练技术人员以及那 些制造或使用本发明的人应意识到本发明的其它多种变化型式。 因此， 要理解 的是， 上述图示实施例仅仅是作示范用的， 它并不会对本发明的范围构成限制 ， 本发明的范围由根据专利法的原则、 包括等效物的原则所解释的下列权利要 求来限定。

本发明的实施方式

[51]

工业实用性

[52]

序列表自由内容

[53]

Claims

权利要求书

[I] 一种光学复合膜， 用于液晶显示装置中， 设置于液晶层出射光一侧， 其特 征在于， 所述光学复合膜沿液晶显示器的光出射方向依次包括一偏光层及 相位补偿层。

[2] 权利要求 1所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述偏光层是一偏光片。

[3] 如权利要求 1所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述相位补偿层的相位补偿 值是 π/2。

[4] 如权利要求 1所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述光学复合膜在相位补偿 层外侧进一步设置一表面处理层。

[5] 如权利要求 1所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述光学复合膜在偏光层入 射光一侧进一步设置一相位补偿层。

[6] 如权利要求 1所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述光学复合膜的偏光层与 相位补偿层是通过晶体生长技术分阶段生长形成。

[7] 一种光学复合膜， 设置于液晶层出射光一侧， 其特征在于， 所述光学复合 膜沿液晶显示器的光出射方向依次包括基底材料层、 PVA材料层、 及相位 补偿层。

[8] 如权利要求 7所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述基底材料层的材料可以 选用 TAC、 N-TAC、 COP、 或釆用单轴拉伸三醋酸纤维素、 同吋涂布聚酰 亚胺 （PI) 材料形成的具有双折射特性的复合材料。

[9] 如权利要求 7所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述相位补偿层的材料可以 选用 N-TAC、 COP、 或釆用单轴拉伸三醋酸纤维素、 同吋涂布聚酰亚胺 (P

I) 材料形成的具有双折射特性的复合材料。

[10] 如权利要求 7所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述光学复合膜在相位补偿 层出光侧进一步包括一表面处理层。

[I I] 如权利要求 7所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述相位补偿层在沿光出射 方向由一层 λ/2补偿膜与一层 λ/4波长补偿膜组成。

[12] 如权利要求 11所述的光学复合膜， 其特征在于， 所述 λ/2补偿膜之延迟光轴 与液晶显示装置之出射光偏振方向夹角为 θ， 所述 λ/4补偿膜之延迟光轴与 液晶显示装置之出射光偏振方向夹角为 2θ+45°或 2Θ+ 135°。

[13] 一种液晶显示装置， 包括：

一第一基板和一第二基板；

一密封在该第一基板与该第二基板两内面之间的液晶层， 形成液晶盒； 一设置在该第一基板外侧面的第一偏振片， 光线经该第一偏振片之后进入 液晶层；

一设置在该第二基板外侧面的一光学复合膜；

其特征在于： 所述光学复合膜实现由液晶层出射的线偏振光经该光学复合 膜后转变为圆偏振光或椭圆偏振光出射。

[14] 如权利要求 13所述的液晶显示装置， 其特征在于： 所述光学复合膜沿光的 出射方向依次由基底材料层、 PVA、 及相位补偿层。

[15] 如权利要求 14所述的液晶显示装置， 其特征在于： 所述基底材料层的材料 可以选用 TAC、 N-TAC、 COP、 或釆用单轴拉伸三醋酸纤维素、 同吋涂布 聚酰亚胺 （PI) 材料形成的具有双折射特性的复合材料。

[16] 如权利要求 14所述的液晶显示装置， 其特征在于： 相位补偿层的材料可以 选用 N-TAC、 COP、 或釆用单轴拉伸三醋酸纤维素、 同吋涂布聚酰亚胺 (P

I) 材料形成的具有双折射特性的复合材料。

[17] 如权利要求 14所述的液晶显示装置， 其特征在于： 所述光学复合膜在相位 补偿层出光侧进一步包括一表面处理层。