專利名稱：適用于液晶顯示器的全涂布式高穿透型增亮光學組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要應用于背光型LCD的高穿透型增亮光學組件，尤其關(guān)于一種應用于一背光型LCD上整合有一偏光膜的高穿透型增亮光學組件。
背景技術(shù)：
在所有的平面顯示器中，液晶顯示器是唯一利用線偏振光來造成亮、暗及灰階。首先，由背光模塊來的光線經(jīng)過偏光片組件處理后產(chǎn)生了線偏光；隨著液晶分子的排列扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生亮暗變化，而豐富了顯示內(nèi)容。
然而目前液晶顯示器的總亮度不過是其背光源所提供的4～6％，吸收一半入射光的二色性偏光片組件是造成損失的主因之一。因此，如果能將入射光作一先處理，使其在未進入偏光片組件前，先全部轉(zhuǎn)換成可完全穿透偏光片組件的線偏振光，則入射光的效能可大幅提高，改善目前LCD亮度欠佳的問題。
本身不吸收光的反射式偏光片組件作為LCD的增亮光學組件，其中一種是處理圓偏振光的膽固醇液晶反射式偏光片組件。所謂膽固醇液晶反射式偏光片組件的原理是利用膽固醇液晶層特殊圓偏振光的分離特性，其可將一入射的未偏極化白光分離出左右旋圓偏振光，其中之一可穿透膽固醇液晶層，而另一旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光則被反射。使用一簡單反射面即可輕易將原本被膽固醇液晶層反射的圓偏振光反轉(zhuǎn)成可穿透的圓偏振光(通常LCD的背光模塊即含有此一反射機制)，此時即可通過膽固醇液晶層，形成二倍光強度單一旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光。此時若在膽固醇液晶層貼合一1/4波長延遲片，即可將入射的未偏極化白光完全轉(zhuǎn)換成二倍光強度的線偏振光，且其光波偏振面恰與線偏光膜的透光軸一致，達到增亮的效果。一類似的膽固醇液晶反射式偏光片組件被揭示于美國專利5,506,704號，該案的內(nèi)容以參考方式被并入本案。
美國專利5,506,704號是以膽固醇液晶貼合1/4波長延遲片及一偏光片而制成一反射式偏光片組件，其所使用的1/4波長延遲片是以擠壓(extrude)或以溶劑镕鑄法(solvent casting)先造膜，再經(jīng)精密拉伸而成。為組裝成上述的反射式偏光片組件，該1/4波長延遲片需上一道光學膠，以確保可成功的貼合于該膽固醇液晶上。為確保1/4波長延遲片使用前的完整性，其被貼合有保護膜，因此進行貼合步驟前需先除去外層保護膜才可進行該光學膠的貼合，這樣的操作不僅耗費額外的材料、增加制程的復雜性，更增加了幾個層間的界面導致界面產(chǎn)生的光損失。該偏光片通常是經(jīng)由更復雜的拉伸制程制造，而且覆有上下兩層基材(TAC膜)及一層光學膠，其比1/4波長延遲片有更多的界面問題，且厚度更厚，材料及制程成本也不易下降，最重要的是層與層之間的界面更會造成透光度的下降，對此光學組件的功能有負面的影響。
又如美國專利5,601,884和5,743,980，是揭示一種以玻璃為基材并使用具雙折射性的液晶材料、且以涂布方式來制備相位延遲片的方法；另外，美國專利6,262,788 B1則揭示一種在TAC膜上涂布液晶材料來制備相位延遲片的方法，這些先前技藝的標的均非作為膽固醇液晶膜分光后的光學轉(zhuǎn)換之用，也未處理直接涂布在膽固醇液晶膜上所需的界面表面問題。在偏光片的制備方面，美國專利6,049,428揭示一種以涂布圓盤柱狀聚分子(supermolecular)來完成新式E-型偏光片的技術(shù)，其穿透軸為平行于分子光軸與傳統(tǒng)垂直分子光軸之O-型偏光片不同，但基本上其仍然為一種吸光型偏光膜，其并未具備光偏極態(tài)轉(zhuǎn)換、光回收機制及所導致的亮度增強功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一主要目的在于提供一種高穿透型增亮光學組件，包含依序形成在一基材上的膽固醇相液晶薄膜及1/4波長延遲薄膜，較佳的進一步包括被形成在該1/4波長延遲薄膜的一偏光膜。該膽固醇相液晶薄膜及1/4波長延遲薄膜是由涂布方式被形成，而該偏光膜可是由涂布方式或貼合一預先形成的偏光膜在該1/4波長延遲薄膜上的方式被形成，以涂布方式為較佳。具有偏光膜的本發(fā)明高穿透型增亮光學組件與液晶顯示器的背光模塊結(jié)合，可作成液晶顯示器的亮度增強型偏光光源。
根據(jù)本發(fā)明技術(shù)，可提供一種厚度超薄、整合型偏光光學膜，其各光學功能層間少了基材/層/層的貼合界面和光學膠，置于LCD的背光上，便可以減少對光的吸收或散射，也使得透光度相對增加。同時根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的方法之一是提供低成本的直接涂布方式來制造本發(fā)明的整合型偏光光學膜，其可以在單一的涂布機臺上完成膽固醇相液晶薄膜、1/4波長延遲薄膜及偏光膜的涂布，所需涂膜原料用量很少，且僅需要單一基材即可，所以可節(jié)省材料成本及貼合的程序，對成本的降低、生產(chǎn)所需資源的減少有明顯幫助。
實施方式本發(fā)明揭示一種以直接涂布方式在單一基材上依涂布先后順序完成包括膽固醇相液晶薄膜、1/4波長延遲薄膜及偏光薄膜的光學組件，應用于一般背光型LCD上作為增亮機制。
該涂布方式可由擠壓式模具或刮刀涂布的方式在光學級透明基材的單一基材直接進行，該光學級透明基材可如TAC、PET、PS或聚丙烯酸酯。同時膽固醇相液晶薄膜、1/4波長延遲薄膜及偏光薄膜的涂布先后順序不可更動(unique)，任意調(diào)換或減少一項則無法產(chǎn)生增亮機制。首先在涂布的制程中，即必須賦予組件中各薄膜特定的光軸如膽固醇相液晶薄膜，需讓其光軸垂直于涂布面，也就是其最上層與最下層的分子排列方向要平行于基材配向方向，而其間的分子呈螺旋排列，如此才具有將未偏振的入射光分離圓偏振光的功能。該膽固醇相液晶薄膜一般可為單層或多層的結(jié)構(gòu)。為達到可見光全光域增亮效果，本發(fā)明的膽固醇相液晶薄膜，在其層厚度方向需具有大小不同的螺距，且螺距大小具有由大而小或由小而大，連續(xù)或不連續(xù)的變化。
再如組件的1/4波長延遲薄膜，需讓其光軸平行于涂布面，也就是分子排列方向要平行于基材配向方向，具有將入射波長延遲呈0.25倍功能；涂布于膽固醇相液晶薄膜上，具有將被膽固醇相液晶薄膜轉(zhuǎn)換出的圓偏振光，再轉(zhuǎn)為線性偏振光的功能。
本發(fā)明光學組件的偏光薄膜，光軸平行于涂布面，并具有互相垂直的穿透軸與吸收軸，可將未偏振的入射光轉(zhuǎn)換成線偏振光的功能；與上述兩者薄膜搭配時，特別注意其與1/4波長延遲薄膜的光軸夾角需互相差45度以實現(xiàn)各自的光學功能。該偏光薄膜，可任意采用穿透軸可為垂直分子光軸的O-型偏光片時，或平行于分子光軸的E-型偏光片。該偏光薄膜的建立較佳由涂布法形成，但也可經(jīng)由貼合一預先形成的偏光膜在該1/4波長延遲薄膜上的方式被形成。
要達到以上特定光軸，除該膽固醇相液晶薄膜外，本發(fā)明采用的所有薄膜材料為含液晶特性的化合物或混合物，特別是可聚合的向列相液晶。其中在偏光薄膜部分可選用具有液晶特性的二色性染料或以二色性染料原料為配方成分。


圖1顯示依本發(fā)明的實施例1完成的一種增亮光學組件與一偏光片相互平行與垂直的分光效果，其中橫軸為波長，及縱軸為穿透度(T％)。
圖2顯示依本發(fā)明的實施例1完成的一種增亮光學組件與先前技藝的增亮光學組件的穿透度(T％)的比較，其中粗線為本發(fā)明實施例1，及較細線代表先前技藝的增亮光學組件。
具體實施例方式
實施例1可聚合的膽固醇液晶SLM 90032和SLM 90034以SLM 90032∶SLM 90034＝70∶30比例與甲苯(Toluene)配成25wt％的溶液，同時加入1wt％的UV光起使劑Irgacure 907(Ciba Geigy)，接著涂在已配向處理的厚度50μm PET膜上，以80℃烘干2分鐘后用100W/cm2的UV燈照射20秒后成膜，最后得膜厚約5μm的膽固醇相液晶薄膜。
可聚合的液晶SLM 90519與甲苯(Toluene)配成10wt％的溶液，同時加入1wt％的UV光起使劑Irgacure 907。在上述的膽固醇相液晶薄膜上涂上此溶液，在80℃烘干1分鐘后用100W/cm2的UV燈照射20秒后形成2μm厚度的薄膜，如此便完成增亮光學組件中的1/4波長延遲片的部分。
以上述方式制成的增亮光學組件，厚度僅57μm左右。圖1顯示依本發(fā)明的實施例1完成的增亮光學組件與一偏光片相互平行與垂直的光譜圖，其中橫軸為波長，及縱軸為穿透度(T％)。
比較例將實施例1所完成的5μm厚的膽固醇相液晶薄膜，直接貼合市售的100μm 1/4波長延遲片，以上述方式制成的增亮光學組件，厚度約155μm左右。圖2為兩者的穿透光譜圖比較。其中粗線代表本發(fā)明實施例1，而較細線代表先前技藝的比較例中所制備的增亮光學組件。很明顯的，從圖2可看出本發(fā)明的增亮光學組件的穿透度較高。
實施例2使用實施例1制備的增亮光學組件來制備一整合有一偏光膜的增亮光學組件。先確認上述1/4波長延遲片的光軸方向，在其光軸夾角45度的方向涂上以下溶液以可聚合的液晶SLM 90519與甲苯(Toluene)配成20wt％的溶液，同時加入1wt％的UV光起使劑Irgacure 907與3wt％黑色二色性染料(dichroic dye)。經(jīng)80℃烘干2分鐘后用100W/cm2的UV燈照射1分鐘后形成2μm厚度的薄膜，此即為增亮光學組件中的偏光片的部分。
以上述方式制成的增亮光學組件，厚度僅59μm左右，將其置于背光型LCD上具備了增亮及高穿透度的特性。
權(quán)利要求
1.一種適用于液晶顯示器的全涂布式高穿透型增亮光學組件，包含依序形成在一基材上的膽固醇相液晶薄膜及1/4波長延遲薄膜，其中該基材與該膽固醇相液晶薄膜是直接接觸，且其間實質(zhì)上不存在有一貼合膠；及該膽固醇相液晶薄膜與該1/4波長延遲薄膜是直接接觸，且其間實質(zhì)上不存在有一貼合膠；其中該膽固醇相液晶薄膜將一未偏振的入射光加予圓偏振，及該1/4波長延遲薄膜具有一光學延遲實質(zhì)上等于該膽固醇相液晶薄膜反射的圓偏振光的波長的0.25倍，于是當該反射的圓偏振光被反射進入該膽固醇相液晶薄膜時，可將該未偏振的入射光轉(zhuǎn)換成線偏振光。
2.如權(quán)利要求1所述的光學組件，其進一步包含形成在該1/4波長延遲薄膜上的一偏光膜。
3.如權(quán)利要求2所述的光學組件，其中該1/4波長延遲薄膜與該偏光膜是直接接觸，且其間實質(zhì)上不存在有一貼合膠。
4.如權(quán)利要求2所述的光學組件，其中該1/4波長延遲薄膜與該偏光膜之間存在有一貼合膠，該貼合膠將該偏光膜貼合在該1/4波長延遲薄膜上。
5.如權(quán)利要求1所述的光學組件，其中該基材為透明光學級基材。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的光學組件，其中該膽固醇相液晶薄膜，該膽固醇相液晶薄膜的膽固醇相液晶具有一分子螺旋，該分子螺旋的光軸垂直于該膽固醇相液晶薄膜，其最上層與最下層的分子排列方向平行于基材的配向方向，于是可將一未偏振的入射光加予圓偏振，其中該膽固醇相液晶薄膜可為單層或多層的膽固醇相液晶高分子。
7.如權(quán)利要求6所述的光學組件，其中該1/4波長延遲薄膜包含一液晶化合物，該液晶化合物具有一分子螺旋，該分子螺旋的光軸平行于該1/4波長延遲薄膜。
8.如權(quán)利要求7所述的光學組件，其中該偏光膜包含一液晶化合物，該液晶化合物具有一分子螺旋，其中該1/4波長延遲薄膜及偏光膜的液晶化合物的分子螺旋的光軸實質(zhì)上互相差45度。
9.如權(quán)利要求6所述的光學組件，其中該膽固醇相液晶的分子螺旋具有大小不同的螺距，且螺距大小具有由大而小或由小而大，連續(xù)或不連續(xù)的變化。
10.如權(quán)利要求8所述的光學組件，其中該偏光膜其為具有一穿透軸垂直于該分子螺旋的光軸的O-型偏光膜，或為具有一穿透軸平行于該分子螺旋的光軸的E-型偏光膜。
11.如權(quán)利要求4所述的光學組件，其中該偏光膜為碘系或二色性染料系偏光膜。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種高穿透型增亮光學組件，包含依序形成在一基材上的膽固醇相液晶薄膜及1/4波長延遲薄膜，較佳的進一步包括被形成在該1/4波長延遲薄膜的一偏光膜。該膽固醇相液晶薄膜及1/4波長延遲薄膜是由涂布方式被形成，而該偏光膜可是由涂布方式或貼合一預先形成的偏光膜在該1/4波長延遲薄膜上的方式被形成。具有偏光膜的本發(fā)明高穿透型增亮光學組件與液晶顯示器的背光模塊結(jié)合，可作成液晶顯示器的亮度增強型偏光光源。
文檔編號G02F1/133GK1858641SQ200510068288
公開日2006年11月8日 申請日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者吳昱勛, 謝葆如, 郭惠隆 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院