TWI249064B - Cholesteric liquid crystal light control film - Google Patents

Description

1249064 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 一本發明係與一光線控制膜有關， 示系統之膽固醇液晶光線控制臈有關尤一疋與一種應用於液晶顯 【先前技術】 、

速的展與市場普及率上成長最快 (CathodeRayTube)顯示器的過程中在二^顯示器取代傳統CRT 顯示器技_瓶頸在於液晶顯示曰；;H直無5超越CRT 改 fr 大‘:下、，=^^^ 層組 !==== ί ίϊΞϊίΞΠΓ ’這嚴重影響了該顯示器的亮度表現，可 上3:里2率不佳而衍生出的熱管理問題。在液晶顯示 光源使用效率偏低的元件主要是在產生偏極 ί^為目前在市場上主要所使_線性偏光膜均為 吸收式偏光膜，其用途主要是讓某一個特定偏振方向的光源通 過，因此，只要一非偏極化光線經過該型偏光膜，光線中與偏光 膜不同偏振方向之部分會完全被偏光膜吸收而損失一半以上的光 轉化效率。因此，為了提昇顯示器的亮度表現，'技術上乃開始增 加反射式偏光膜的設計，讓原本無法通過吸收式偏光膜的偏極 光，在其通過吸收式偏光膜之前，先經由一反射式偏光膜將其反 射回背光模組，以回收這些偏極光。 習知之一種增亮膜技術係結合一反射式偏光膜層與一位相差 板來讓來自背光模組的非偏極化光分成一可穿透該增亮膜且具有 特定偏振方式的偏極化光與一被該增亮膜反射回背光模組的偏極 化光。其作用係如第1圖所示。一由背光模組1，發出之非偏極化 光11’在射向一膽固醇液晶層22,後，其產生一道右旋偏極光13， 1249064 穿透該膽固醇液晶層22,以及一道左旋偏極光12，由該膽固醇液晶 22反射回光模組1，該左旋偏極光12’再一次經由背光模組1， 反射而轉變成右旋偏極光13’並且順利通過該膽固醇液晶層22,， 以達到增加光線穿透率之效果。而穿透膽固醇液晶層右旋偏極光 13’再經由一 1/4波長位相差板24,做位相調整成線偏極光14,，該 線偏極光14’之偏振方向與偏光膜3,之偏振方向相同，因此，多數 的光線都能通過該偏光膜3’而不被該偏光膜3,吸收，以達到提昇 液晶顯示系統亮度之效果。 儘管習知之膽固醇液晶態增亮膜（Cholesteric Uquid

Crystal-based Brightness Enhancement Film, CBEF)透過膽固 SJ液晶的特殊結構，已經可以藉由將非偏極化光轉化成右旋及左 旋的偏極光而有效的提昇通過偏光膜的光線使用效率，但因為膽 固醇液晶層本身液晶分子間螺距與分子長短軸折射率的影響，當 光線以一角度射入該液晶層時，會使得反射光線的波長頻譜往二 波長的方向產生偏移；造成較長波長的光線(如紅光等）無法被該 增亮膜反射而穿透增亮膜，因此造成CBEF液晶顯示器於大視角情 況下會有偏紅狀況產生。 由以上敘述可知，增亮技術已為液晶顯示器之一種不可或缺 之技術，尋求一個能同時維持CBEF的增亮效果並且有效的解決大 視角情況下所見到的偏紅光現象之光線控制膜，係為本發明之 究動機。 【發明内容】 本發明提出一種光線控制膜，其係包含··一波長選擇性反射 膜」其用以反射波長大於可見光範圍之光線；一偏光膜，其係位 ，該波長選擇性反射膜之上，用以使一具有特定偏振方向的偏極 光通過；一增亮膜，其係位在該波長選擇性反射膜與該偏光膜之 間’用以使無法通過該增亮膜之圓偏極光反射。 上根據上述構想，其中該波長選擇性反射膜係包含一第一膽固 私液晶層。 1249064 根據上述構想，其中該增亮膜係為一包含一第二膽固醇液晶 層與一位相差板。 根據上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層係具有不 同的液晶分子間螺距。 、根據上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層反射光之 波^:係滿足公式· =畎CQS(sin-lSm%)而使得光線控制膜反射光之波 長能夠位在可見光之範圍，其中λ為反射波長、朽為液晶分子間 螺距、η為反射層之平均折射率、0為光線入射角度。 根據上述構想，其中該增亮膜所包含之位相差板為一 1/4波 長板。 根據上述構想，其中該偏光膜係為一吸收式偏光膜。 根據上述構想，其中該偏光膜係為一線性偏光膜。 本發明亦提出一種光線控制膜，其係包含：一透光基板；一 波長，擇性反射層，其係位在該基板之上，用以反射大於可見光 波長範圍之光線，其中該波長選擇性反射層係包含一膽固醇液晶 層且其反射波長係滿足公式·而於入射角變大 時可往可見光範圍移動，其中Λ為反射波長、h為液晶分子間螺 距、η為反射層之平均折射率、0為光線入射角度。 、根據上述構想’其中該波長選擇性反射層之反射光線波長係 為700nm以上。 /本發明亦提出一種增亮膜，其係包含：一波長選擇性反射層， 其係用以反射波長大於可見光範圍之光線；一反射式偏光層，其 係位在該波長選擇性反射層之上，用以反射可見光波長範圍之光 線；一位相差板，其係位在該膽固醇液晶層之上，其中該波長選 擇性反射層與該反射式偏光層係分別包含一第一膽固醇液晶層與 一第二膽固醇液晶層，且其反射光波長滿係足公式： γχ⑺知-11)而使該增亮膜的反射光波長能夠位在可見光之 範圍’其中λ為反射波長、p。為液晶分子間螺距、η為反射層之平 均折射率、0為光線入射角度。 1249064 根據上述構想，其中各該膽固醇液晶層具有不同的分子間螺 距0 ^、 根據上述構想，其中該位相差板為一 1/4波長板。 、曰本，明亦提出一種液晶顯示裝置，其係包含··一背光源，用 以提供該顯示裝置之光源；一波長選擇性反射層，其係位在該背 光源之上，用以反射波長大於可見光範圍之光線；一反射式偏光 ，，其係位在該波長選擇性反射層之上；一位相差板，其係位在 該，射式偏光層之上，用以轉化圓偏極光成線偏極光；一第一及 一第二偏光膜，其係位在該位相差板之上，其上之偏振方向互相 垂直；以及一液晶層，其係位在該第一及第二偏光膜之間，用以 控，光線的傳遞方向。其中，該反射式偏光層係用以反射無法通 過，反射式偏光層之圓偏極光，而且視角偏移時所產生之反射波 長範圍偏移現象得因波長選擇性反射層之反射波長偏移而獲得解 決。 根據上述構想，其中該波長選擇性反射層係包含一第一膽固 醇液晶層。 ° >根據上述構想，其中該反射式偏光層係為一包含一第二膽固 醉液日日層之反射式偏光膜。 根據上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層係具有不 同的液晶分子間螺距。 根據上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層之反射光 1皮長係滿足公式：A⑼=屺cc)s(sin-ism%)而使該波長選擇性反射層結合 該反射式偏光層之反射光波長能夠位在可見光之範圍，其中入為 反射波長、Pg為液晶分子間螺距、n為反射層之平均折射率、0為 光線入射角度。 ' 根據上述構想，其中該第一及該第二偏光膜係為一吸收式偏 光膜。 根據上述構想，其中該位相差板係為一 1/4波長板。 本案得藉由下列圖示及詳細說明，俾得一更深入之了解： 1249064 【實施方式】 —請參閱第2圖，其係為本發明之一種光線控制膜ι00，其結構 包含一波長選擇性反射膜20、一偏光膜30以及一增亮膜22 ;其 中該波長選擇性反射膜20係包含一第一膽固醇層202與一第一透 光基板201，其用以反射波長大於可見光範圍之光線。其中該增亮 膜22係包含一透光基板221、一第二膽固醇液晶層222以及一位 ^差板224,其中該第二膽固醇液晶層222係用以將無法通過該增 焭膜的偏極光反射，該位相差板224係用以將通過第二膽固醇液 晶層222之圓偏極光轉化成線偏極光以通過其上層之偏光膜3〇。 其中該向位差板224可以是一 1/4波長板，該偏光膜30可以是一 吸收式之線性偏光膜。其中該第一與第二膽固醇液晶層2〇2,222 係具有相同螺旋方向之結構但具有不同的分子間螺距。而該第一 與第一膽固醇液晶層202, 222之反射光波長與各該膽固醇液晶層 202, 222之液晶分子間螺距、液晶分子平均折射率以及入射光角度 有關，其係滿足公式：1(^) = <。。8&11-11；)，其中入為反射波長、卩〇 為液晶分子間螺距、η為反射層之平均折射率、0為光線入射角 度。其中該第一膽固醇液晶層202之反射光波長係控制在大於可 見光波長範圍，該大於可見光波長範圍可以為7〇〇nm以上之波長； 該第二膽固醇液晶層222之反射波長係控制在可見光波長範圍之 内。因此，當一光線由該波長選擇性反射膜2〇下方直射進入該光 線控制膜100時’波長大於可見光範圍之反射光，會由第一膽固 醇液晶層202所反射，波長在可見光範圍内之反射光，會由第二 膽固醇液晶層222所反射。而當一光源由該波長選擇性反射膜2〇 下方以一角度入射該光線控制膜100時，各該第一與第二膽固醇 液晶層202, 222之反射光波長將因為受入射角度的影響而向短波 長偏移。因此長波長的可見光(如紅光）因為第二膽固醇液晶層222 之反射光波長往短波長偏移的影響無法反射。而藉由第一膽固醇 液晶層202之反射光波長由大於可見光範圍往可見光範圍^移^ 衫響’使付原本無法由弟一膽固醇液晶層222反射之長波長的可 1249064 im?1由該波長選擇性反射膜20中之第一贍固醇液晶 i笛-瞒田辟、射而獲得補償。因此，透過第一膽固醇液晶層202 岐晶層222控制，反射光的波長範圍可維持在可見 先乾^内，，而達到光線控制之目的。 本ctn3si(a) ’本發明亦提出—種控制反射光波長範圍之 :、’八係包含一波長選擇性反射膜20以及一增亮膜22 ; :、中該波長選擇性反射膜20係包含一第一膽固醇層202與一第一 ，光基板/01，其用以反射波長大於可見光範圍之光線。其中該增 冗膜22係包含一透光基板22卜一第二膽固醇液晶層222以及一 位相差板挪，其巾該第二咖驗晶層222制以將無法通過的 偏極光反射，該位相差板224係用以將通過第二膽固醇液晶層222 之圓偏極光轉化成線偏極光。 —该光學膜200係為一膽固醇液晶態光學補償膜，其中該第一 與第二膽固醇液晶層202,222係具有相同螺旋方向之結構但具有 不同的分子間螺距。而該第一與第二膽固醇液晶層2〇2,222之反 射光波長與各該膽固醇液晶層2〇2,222之液晶分子間螺距、液晶 分子平均折射率以及入射光角度有關，其係滿足公式： 卻，其中λ為反射波長、p。為液晶分子間螺距、n 為反射層之平均折射率、Θ為光線入射角度。其中該第一膽固醇 液晶層202之反射波長係控制在波長大於可見光範圍，該大於可 見光之反射光可以是波長700nm以上之反射光；該第二膽固醇液 晶層222之反射波長係控制在可見光波長範圍。因此，當一光源 由該波長選擇性反射膜下方直射進入該光學膜2〇〇時，波長大於 可見光範圍之反射光係由第一膽固醇液晶層202所反射，而波長 在可見光範圍内之反射光係由第二膽固醇液晶層222所反射。而 當一光源由該波長選擇性反射膜20下方以一角度入射該光學膜 200時，該第一與第二膽固醇液晶層202, 222之反射光波長都因為 受入射角度的影響而向短波長範圍偏移。因此長波長的可見光(如 紅光）因為第二膽固醇液晶層222之反射光波長往短波長偏移的影 1249064 二叮目、弟—膽固醇液晶層202之反射光波長由大 =見先粑^主可見光(短波長）範圍偏移，使得原本無法由第二 f _液晶層222所反射之長波長的可見光(如紅光）可藉由該波 ^選擇性反麵2G巾之帛—咖騎晶層2_歧射而獲得補 \因此，第-膽固醇液晶層2〇2與第二膽固醇液晶層222之波 長耗圍可維持在可見絲圍内，進而達到回收偏極光線與補償反 射光波長偏移之目的。如第三圖（⑴與化）所示，本案發明之光學 膜200 y選巧搭配背光模組1〇或偏光膜3〇其中之一實施。

、請參閱第4圖，本發明亦提出一種包含本發明之光線控制膜 之液晶顯不裝置3GG，其係包含：—背光源1G，用以提供該顯示 裝置之光，；一波長選擇性反射層2〇，其係包含一第一透光基板 20^與一第一膽固醇液晶層202，用以選擇性的反射波長大於可見 光範圍之光線，一增亮膜22，包含一透光層基板221、一第二膽 固醇液晶層222與一位相差板224，位在該波長選擇性反射層20 之上；一第一及一第二偏光膜301，302，其係位在該位相差板224 之上，其中該第一與第二偏光膜3〇1，3〇2之偏振方向互相垂直；

以及一液晶層40，其係位在該第一及第二偏光膜3〇1，3〇2之間， 用以控制光線的傳遞方向。其中該第一與第二膽固醇液晶層 202, 222之反射光波長與各該膽固醇液晶層之液晶分子間螺距、液 晶分子平均折射率以及入射光角度有關，其係滿足公式： 咐Xcc^sW/”），其中又為反射波長、p◦為液晶分子間螺距、n 為反射層之平均折射率、0為光線入射角度。其中該第一膽固醇 液晶層202之反射光波長係控制在大於可見光波長範圍，該大於 可見光波長範圍可以為700nm以上之波長；該第二膽固醇液晶層 222之反射波長係控制在可見光波長範圍之内。因此，當一光線由 該波長選擇性反射膜20下方直射進入該光線控制膜1〇〇時，波長 大於可見光範圍之反射光，會由第一膽固醇液晶層202所反射， 波長在可見光範圍内之反射光，會由第二膽固醇液晶層222所反 射。而當一光源由該波長選擇性反射膜20下方以一角度入射該光 11 1249064 線控制膜100時，各该弟一與第二膽固醇液晶層202 222之反射 光波長將因為受人射角度的影響而向短波長偏移。因此紐3 · 可見光(如紅光）因為第二膽固醇液晶層222之反射光波長往短波 長偏移的影響無法反射。而藉由第一膽固醇液晶層2〇2之反射光 波，由大於可見光範圍往可見光範圍偏移的影響，使得原本無法 由第二膽固醇液晶層222反射之長波長的可見光(如紅光）可藉由 該波長選擇性反射膜20中之第一膽固醇液晶層2〇2預先反射^獲 得補償。因此，透過第一膽固醇液晶層2〇2與第二膽固醇液晶層 222控制，該液晶顯示裝置300經由波長選擇性反射膜2〇與增亮 膜22反射之反射光波長可維持在可見光波長範圍内。經由波長選 擇性反射膜20與該增壳臈22所反射之反射光回到背光膜組1〇 _ 後’會再經由为光模組1〇再次反射而且其偏振方向經背光模組 严射彳f會轉換成相反方向，因此可以通過波長選擇性反射膜2〇與 該增亮膜22 ;而通過波長選擇性反射膜2〇與增亮膜22之光線係 經由該位相差板224轉換為線偏光，該線偏光之偏振方向與其上 方之，一偏光膜301具有相同的偏振方向，其中該位相差^24 y以是一 1/4波長板。而通過位相差板224之線偏光便可以通過 ，一偏光膜301。通過第一偏光膜3〇1之光線經由液晶層4〇控制 光線傳送方向便可以使光線成像於該液晶顯示裝置3〇〇上。 一綜合以上所述，本案提供了一種可補償光線色彩偏移與提高 _ 光，使用效率之光線控制膜，以及應用該光線控制膜之光學臈、 顯t裝置ί。本案係提出一種可同時提升液晶顯示裝置亮度並且 補饴膽固醇液晶增亮膜所遭遇的色彩偏移問題，故實為一新穎、 進步且具產業實用性之發明，深具發展價值。 、 本發明得由熟悉技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然不脫如 附申請範圍所欲保護者。 【圖式簡單說明】 =1圖，係為傳統膽固醇液晶態增亮膜之光線控制示意圖； 第2圖，係為本發明之一光線控制膜之結構圖； 12 1249064 ί a ; ，^配光線控之—光學膜與背光 背光模組 12， 左旋圓偏極光 14’ 線性偏極光 on 波長選擇性反射膜 22，202, 222膽固醇液晶層 99 增亮膜 液晶層 光學膜 1Μ0 Π5 非偏極光 13’ 右旋圓偏極光 40 200 2’膽固醇液晶態增亮膜 201，221透光基板 24’ 224位相差板 30, 301，301 偏光膜 1〇〇 光線控制膜 300 液晶顯示裝置 ❿ 13

Claims (1)

1249064 十、申請專利範圍： l 一種光線控制膜，其係包含·· 一波長選擇性反射膜，其用以反射大於可見光波長範圍 之光線； 一偏光膜，其係位在該波長選擇性反射膜之上，用以使 具有特疋偏振方向的偏極光通過； 一增亮膜，其係位在該波長選擇性反射膜與該偏光膜之 間’用以使無法通過該增亮膜之圓偏極光反射。 2·如專利範圍第1項之光線控制膜，其中該波長選擇性反射膜 係包含一第一膽固醇液晶層。 3·如專利範圍第1項之光線控制膜，其中該增亮膜係為一包含 一第二膽固醇液晶層與一位相差板。 4·如專利範圍第2項或第3項之光線控制膜，其中各該第一與 第二膽固醇液晶層係具有不同的液晶分子間螺距。 5·如專利範圍第2項或第3項之光線控制膜，其中各該第一與 第二膽固醇液晶層之反射波長係滿足公式： Αθ) = «Ρ。co^siir1 而使該光線控制膜的反射光之波長能夠 位在可見光之範圍，其中λ為反射波長、pQ為液晶分子間螺 距、η為反射層之平均折射率、Θ為光線入射角度。 6·如專利範圍第3項之光線控制膜’其中該增亮膜所包含之位 相差板為一 1/4波長板。 7.如專利範圍第1項之光線控制膜，其中該偏光臈係為一吸收 式偏光膜。 8·如專利範圍第1項之光線控制膜，其中該偏光臈係為一線性 偏光膜。 > 9· 一種光線控制膜，其係包含： 一透光基板； 一波長選擇性反射層’其係位在該基板之上，用以反射 大於可見光波長範圍之光線； 14 1249064 其中該波長選擇性反射層係包含一膽固醇液晶層，且其 反射波長滿係足公式：雄Xcos^in-hm%)而於入射角變大時 而往可見光範圍移動，其中λ為反射波長、pQ為液晶分子 間螺距、η為反射層之平均折射率、Θ為光線入射角度。 10·如申請專利範圍第9項所述之光線控制膜，其中該波長選擇 性反射層之反射光線波長係為700nm以上。 11· 一種光學膜，其係包含： 一波長選擇性反射層，其係用以反射大於可見光波長範 圍之光線； 反射式偏光層，其係位在該波長選擇性反射層^， 用以反射可見光波長範圍之光線； 一位相差板，其係位在該膽固醇液晶層之上，其中 該波長選擇性反射層與該反射式偏光層係分別包含一第 一膽固醇液晶層與一第二膽固醇液晶層，且其反射波長滿係 足公式：耶Xcx^siiT1%)而使該光學膜的反射光波長能夠 位在可見光之範圍，其中Λ為反射波長、pQ為液晶分子間螺 距、η為反射層之平均折射率、Θ為光線入射角度。 12·如申請範圍第11項之光學膜，其中各該膽固醇液晶層具有 不同的分子間螺距。 ^ 13·如申請範圍第11項之光學膜，其中該位相差板為一 1/4波 長板。 W· —種液晶顯示裝置，其係包含： 一背光源，用以提供該顯示裝置之光源； 一波長選擇性反射層，其係位在該背光源之上，用以反 射大於可見光波長範圍之光線； 一反射式偏光層，其係位在該波長選擇性反射層之上； 一位相差板，其係位在該反射式偏光層之上，用以轉化 圓偏極光成線偏極光； 一第一及一第二偏光膜，其係位在該位相差板之上，其 15 1249064 上之偏振方向互相垂直；以及 一液晶層，其係位在該第一及第二偏光膜之間，用以控 制光線的傳遞方向， ，其中該反射式偏光層係用以反射無法通過該反射式偏 光層之圓偏極光，而且視角偏移時所產生之反射波長範圍 偏移現象，彳于因波長選擇性反射層之反射波長偏移而獲得 解決。 15·如專利範圍第14項之液晶顯示裝置，其中該波長選擇性反 射層係包含一第一膽固醇液晶層。 16·如專利範圍帛14項之液晶顯示裝置，其中該反射式偏光層 係為一包含一第二膽固醇液晶層。 17·如專利範圍第15或第16項之液晶顯示裝置，其中各該膽固 醇液晶層係具有不同的液晶分子間螺距。 18·如專利範圍第15或第16項之液晶顯示裝置，其中各該膽固 醇液晶層之反射光波長係滿足公式：而該 波長選擇性反射層與該反射式偏光層之反射光波長能夠位 在可見光之範圍，其中λ為反射波長、pQ為液晶分子間螺 距、η為反射層之平均折射率、Θ為光線入射角度。 ” 19·如專利範圍第14項之液晶顯示裝置，其中該第一及該第二 偏光膜係為一吸收式偏光膜。 20·如專利範圍第14項之液晶顯示裝置，其中該位相差板係為 一 1/4波長板。 16