专利名称：光线控制膜及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光线控制膜及液晶显示装置，尤其是涉及一种应用于液晶显示系统的光线控制膜，例如胆固醇液晶光线控制膜；并且还涉及一种液晶显示装置。
背景技术：
液晶显示技术是近年来在技术进展与市场普及率上成长最快速的显示技术之一。近几年来，在以液晶显示器取代传统CRT(Cathode Ray Tube)显示器的过程中，液晶显示器一直无法超越CRT显示器技术的瓶颈在于液晶显示器的亮度、色彩对比、应答速度、与视角等问题。然而在庞大的市场需求下，许多液晶显示技术的问题正逐步地改善中。
在液晶显示器的亮度表现上，早期的液晶显示系统在经由各层组成组件来将光源逐层处理后，真正由背光源转化到屏幕上的光源使用效率还不到10％，这严重影响了该显示器的亮度表现，且也会因能量转换效率不佳而衍生出的热管理问题。在液晶显示系统的组成组件中，光源使用效率偏低的组件主要是在产生偏振光的偏光膜。因为目前在市场上主要所使用的线性偏光膜均为吸收式偏光膜，其用途主要是让某一个特定偏振方向的光源通过，因此，只要一非偏振光线经过该型偏光膜，光线中与偏光膜不同偏振方向的部分会完全被偏光膜吸收而损失一半以上的光转化效率。因此，为了提升显示器的亮度表现，技术上开始增加反射式偏光膜的设计，让原本无法通过吸收式偏光膜的偏振光，在其通过吸收式偏光膜之前，先经由一反射式偏光膜将其反射回背光模块，以回收这些偏振光。
公知的一种增亮膜技术是结合一反射式偏光膜层与一位相差板来让来自背光模块的非偏振光分成一可穿透该增亮膜且具有特定偏振方式的偏振光与一被该增亮膜反射回背光模块的偏振光。其作用是如图1所示。一由背光模块1’发出的非偏振光11’在射向一胆固醇液晶层22’后，其产生一道右旋偏振光13’穿透该胆固醇液晶层22’以及一道左旋偏振光12’由该胆固醇液晶22’反射回该背光模块1’；该左旋偏振光12’再一次经由背光模块1’反射而转变成右旋偏振光13’并且顺利通过该胆固醇液晶层22’，以达到增加光线穿透率的效果。而穿透胆固醇液晶层右旋偏振光13’再经由一1/4波长位相差板24’做位相调整成线偏振光14’，该线偏振光14’的偏振方向与偏光膜3’的偏振方向相同，因此，多数的光线都能通过该偏光膜3’而不被该偏光膜3’吸收，以达到提升液晶显示系统亮度的效果。
尽管公知的胆固醇液晶态增亮膜(Cholesteric Liquid Crystal-basedBrightness Enhancement Film，CBEF)透过胆固醇液晶的特殊结构，已经可以借由将非偏振光转化成右旋及左旋的偏振光而有效的提升通过偏光膜的光线使用效率，但因为胆固醇液晶层本身液晶分子间螺距与分子长短轴折射率的影响，当光线以一角度射入该液晶层时，会使得反射光线的波长频谱往短波长的方向产生偏移；造成较长波长的光线(如红光等)无法被该增亮膜反射而穿透增亮膜，因此造成CBEF液晶显示器于大视角情况下会有偏红状况产生。
由以上叙述可知，增亮技术已为液晶显示器的一种不可或缺的技术，因此需要寻求一个能同时维持CBEF的增亮效果并且有效的解决大视角情况下所见到的偏红光现象的光线控制膜。
发明内容
本发明的目的在于为克服上述现有技术的缺点而提供一种光线控制膜及一种液晶显示装置，以维持CBEF的增亮效果并且有效的解决大视角情况下所见到的偏红光现象。
为实现上述目的，本发明提供一种光线控制膜，其包含一波长选择性反射膜，其用以反射波长大于可见光范围的光线；一偏光膜，其位于该波长选择性反射膜之上，用以使一具有特定偏振方向的偏振光通过；一增亮膜，其位于该波长选择性反射膜与该偏光膜之间，用以使无法通过该增亮膜的圆偏振光反射。
根据上述构想，其中该波长选择性反射膜包含一第一胆固醇液晶层。
根据上述构想，其中该增亮膜包含一第二胆固醇液晶层与一位相差板。
根据上述构想，其中各该第一与第二胆固醇液晶层具有不同的液晶分子间螺距。
根据上述构想，其中各该第一与第二胆固醇液晶层反射光的波长满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使得光线控制膜反射光的波长能够在可见光的范围，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。
根据上述构想，其中该增亮膜所包含的位相差板为一1/4波长板。
根据上述构想，其中该偏光膜为一吸收式的线性偏光膜。
本发明亦提出一种光线控制膜，其包含一透光基板；一波长选择性反射层，其位在该基板之上，用以反射大于可见光波长范围的光线，其中该波长选择性反射层包含一胆固醇液晶层，且其反射波长满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而于入射角变大时可往可见光范围移动，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。
根据上述构想，其中该波长选择性反射层的反射光线波长为700nm以上。
本发明亦提出一种光学膜，其包含一波长选择性反射层，其用以反射波长大于可见光范围的光线；一反射式偏光层，其位于该波长选择性反射层之上，用以反射可见光波长范围的光线；一位相差板，其位于该反射式偏光层之上，其中该波长选择性反射层与该反射式偏光层分别包含一第一胆固醇液晶层与一第二胆固醇液晶层，且其反射光波长满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使该光学膜的反射光波长能够在可见光的范围，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。
根据上述构想，其中各该胆固醇液晶层具有不同的分子间螺距。
根据上述构想，其中该位相差板为一1/4波长板。
本发明亦提出一种液晶显示装置，其包含一背光源，用以提供该显示装置的光源；一波长选择性反射层，其位于该背光源之上，用以反射波长大于可见光范围的光线；一反射式偏光层，其位于该波长选择性反射层之上；一位相差板，其位于该反射式偏光层之上，用以转化圆偏振光成线偏振光；一第一及一第二偏光膜，其位于该位相差板之上，所述第一及一第二偏光膜的偏振方向互相垂直；以及一液晶层，其位于该第一及第二偏光膜之间，用以控制光线的传递方向。其中，该反射式偏光层是用以反射无法通过该反射式偏光层的圆偏振光，而且视角偏移时所产生的反射波长范围偏移现象得因波长选择性反射层的反射波长偏移而获得解决。
根据上述构想，其中该波长选择性反射层包含一第一胆固醇液晶层。
根据上述构想，其中该反射式偏光层为一包含一第二胆固醇液晶层的反射式偏光膜。
根据上述构想，其中各该第一与第二胆固醇液晶层具有不同的液晶分子间螺距。
根据上述构想，其中各该第一与第二胆固醇液晶层的反射光波长满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使该波长选择性反射层结合该反射式偏光层的反射光波长能够位于可见光的范围，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。
根据上述构想，其中该第一及该第二偏光膜为一吸收式偏光膜。
根据上述构想，其中该位相差板为一1/4波长板。
图1为传统胆固醇液晶态增亮膜的光线控制示意图；图2为本发明的一光线控制膜的结构图；图3(a)为应用本发明的光线控制膜的一光学膜结构图；图3(b)、(c)为应用本发明的光线控制膜的一光学膜与背光模块系统搭配或偏光模搭配的结构图；图4为应用本发明的光线控制膜的一液晶显示装置结构图；其中，附图标记说明如下1’，10-背光模块；11’-非偏振光；12’-左旋圆偏振光；13’-右旋圆偏振光；14’-线性偏振光；2’-胆固醇液晶态增亮膜；20-波长选择性反射膜；201，221-透光基板；22’，202，222-胆固醇液晶层；24’，224-位相差板；22-增亮膜；30，301，301-偏光膜；
40-液晶层；100-光线控制膜；200-光学膜；300-液晶显示装置。
具体实施例方式
请参阅图2，其为本发明的一种光线控制膜100，其结构包含一波长选择性反射膜20、一偏光膜30以及一增亮膜22；其中该波长选择性反射膜20是包含一第一胆固醇层202与一第一透光基板201，其用以反射波长大于可见光范围的光线。其中该增亮膜22是由一反射式偏光层与一位相差板224组成。该反射式偏光层包含一透光基板221、一第二胆固醇液晶层222，其中该第二胆固醇液晶层222是用以将无法通过该增亮膜的偏振光反射，该位相差板224是用以将通过第二胆固醇液晶层222的圆偏振光转化成线偏振光以通过其上层的偏光膜30。其中该位差板224可以是一1/4波长板，该偏光膜30可以是一吸收式的线性偏光膜。其中该第一与第二胆固醇液晶层202，222是具有相同螺旋方向的结构但具有不同的分子间螺距。而该第一与第二胆固醇液晶层202，222的反射光波长与各该胆固醇液晶层202，222的液晶分子间螺距、液晶分子平均折射率以及入射光角度有关，其是满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。其中该第一胆固醇液晶层202的反射光波长是控制在大于可见光波长范围，该大于可见光波长范围可以为700nm以上的波长；该第二胆固醇液晶层222的反射波长是控制在可见光波长范围之内。因此，当一光线由该波长选择性反射膜20下方直射进入该光线控制膜100时，波长大于可见光范围的反射光，会由第一胆固醇液晶层202所反射，波长在可见光范围内的反射光，会由第二胆固醇液晶层222所反射。而当一光源由该波长选择性反射膜20下方以一角度入射该光线控制膜100时，各该第一与第二胆固醇液晶层202，222的反射光波长将因为受入射角度的影响而向短波长偏移。因此长波长的可见光(如红光)因为第二胆固醇液晶层222的反射光波长往短波长偏移的影响无法反射。而借由第一胆固醇液晶层202的反射光波长由大于可见光范围往可见光范围偏移的影响，使得原本无法由第二胆固醇液晶层222反射的长波长的可见光(如红光)可藉由该波长选择性反射膜20中的第一胆固醇液晶层202预先反射而获得补偿。因此，通过第一胆固醇液晶层202与第二胆固醇液晶层222控制，反射光的波长范围可维持在可见光范围内，进而达到光线控制的目的。
请参阅图3(a)，本发明亦提出一种控制反射光波长范围的光学膜200，其是包含一波长选择性反射膜20以及一增亮膜22；其中该波长选择性反射膜20是包含一第一胆固醇层202与一第一透光基板201，其用以反射波长大于可见光范围的光线。其中该增亮膜22是由一反射式偏光层与一位相差板224组成。该反射式偏光层包含一透光基板221、一第二胆固醇液晶层222，其中该第二胆固醇液晶层222是用以将无法通过的偏振光反射，该位相差板224是用以将通过第二胆固醇液晶层222的圆偏振光转化成线偏振光。
该光学膜200为一胆固醇液晶态光学补偿膜，其中该第一与第二胆固醇液晶层202，222是具有相同螺旋方向的结构但具有不同的分子间螺距。而该第一与第二胆固醇液晶层202，222的反射光波长与各该胆固醇液晶层202，222的液晶分子间螺距、液晶分子平均折射率以及入射光角度有关，其是满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。其中该第一胆固醇液晶层202的反射波长是控制在波长大于可见光范围，该大于可见光的反射光可以是波长700nm以上的反射光；该第二胆固醇液晶层222的反射波长是控制在可见光波长范围。因此，当一光源由该波长选择性反射膜下方直射进入该光学膜200时，波长大于可见光范围的反射光是由第一胆固醇液晶层202所反射，而波长在可见光范围内的反射光是由第二胆固醇液晶层222所反射。而当一光源由该波长选择性反射膜20下方以一角度入射该光学膜200时，该第一与第二胆固醇液晶层202，222的反射光波长都因为受入射角度的影响而向短波长范围偏移。因此长波长的可见光(如红光)因为第二胆固醇液晶层222的反射光波长往短波长偏移的影响而无法反射。而借由第一胆固醇液晶层202的反射光波长由大于可见光范围往可见光(短波长)范围偏移，使得原本无法由第二胆固醇液晶层222所反射的长波长的可见光(如红光)可借由该波长选择性反射膜20中的第一胆固醇液晶层202预先反射而获得补偿。因此，第一胆固醇液晶层202与第二胆固醇液晶层222的波长范围可维持在可见光范围内，进而达到回收偏振光线与补偿反射光波长偏移的目的。如图3(b)与图3(c)所示，本发明的光学膜200可选择搭配背光模块10或偏光膜30其中之一实施。而另一较佳实施方式(未示出)中，本发明所提出的波长选择性反射膜，还可作为一简易光线控制膜，而搭配其他各类显示元件、光学镜片等，作为倾斜视角的光线控制。
请参阅图4，本发明还提出一种包含本发明的光线控制膜的液晶显示装置300，其是包含一背光模块(背光源)10，用以提供该显示装置的光源；一波长选择性反射层20，其是包含一第一透光基板201与一第一胆固醇液晶层202，用以选择性地反射波长大于可见光范围的光线；一由一反射式偏光层与一位相差板224组成的增亮膜22，其中该反射式偏光层包含一透光层基板221、一第二胆固醇液晶层222(该反射式偏光层可为一包含一第二胆固醇液晶层的反射式偏光膜)，该增亮膜22位于该波长选择性反射层20之上；一第一及一第二偏光膜301，302，其是位于该位相差板224之上，其中该第一与第二偏光膜301，302的偏振方向互相垂直；以及一液晶层40，其位于该第一及第二偏光膜301，302之间，用以控制光线的传递方向。其中该第一与第二胆固醇液晶层202，222的反射光波长与各该胆固醇液晶层的液晶分子间螺距、液晶分子平均折射率以及入射光角度有关，其是满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。其中该第一胆固醇液晶层202的反射光波长是控制在大于可见光波长范围，该大于可见光波长范围可以为700nm以上的波长；该第二胆固醇液晶层222的反射波长是控制在可见光波长范围之内。因此，当一光线由该波长选择性反射膜20下方直射进入该光线控制膜100时，波长大于可见光范围的反射光，会由第一胆固醇液晶层202所反射，波长在可见光范围内的反射光，会由第二胆固醇液晶层222所反射。而当一光源由该波长选择性反射膜20下方以一角度入射该光线控制膜100时，各该第一与第二胆固醇液晶层202，222的反射光波长将因为受入射角度的影响而向短波长偏移。因此长波长的可见光(如红光)因为第二胆固醇液晶层222的反射光波长往短波长偏移的影响无法反射。而借由第一胆固醇液晶层202的反射光波长由大于可见光范围往可见光范围偏移的影响，使得原本无法由第二胆固醇液晶层222反射的长波长的可见光(如红光)可借由该波长选择性反射膜20中的第一胆固醇液晶层202预先反射而获得补偿。因此，通过第一胆固醇液晶层202与第二胆固醇液晶层222控制，该液晶显示装置300经由波长选择性反射膜20与增亮膜22反射的反射光波长可维持在可见光波长范围内。经由波长选择性反射膜20与该增亮膜22所反射的反射光回到背光模块10后，会再经由背光模块10再次反射而且其偏振方向经背光模块10反射后会转换成相反方向，因此可以通过波长选择性反射膜20与该增亮膜22；而通过波长选择性反射膜20与增亮膜22的光线是经由该位相差板224转换为线偏振光，该线偏振光的偏振方向与其上方的第一偏光膜301具有相同的偏振方向，其中该位相差板224可以是一1/4波长板。而通过位相差板224的线偏振光便可以通过第一偏光膜301。通过第一偏光膜301的光线经由液晶层40控制光线传送方向便可以使光线成像于该液晶显示装置300上。
综上所述，本发明提供了一种可补偿光线色彩偏移与提高光线使用效率的光线控制膜，以及应用该光线控制膜的光学膜、显示装置等。本发明是提出一种可同时提升液晶显示装置亮度并且补偿胆固醇液晶增亮膜所遭遇的色彩偏移问题。
权利要求
1.一种光线控制膜，其包含一波长选择性反射膜，其用以反射大于可见光波长范围的光线；一偏光膜，其位于该波长选择性反射膜之上，用以使一具有特定偏振方向的偏振光通过；一增亮膜，其系位于该波长选择性反射膜与该偏光膜之间，用以使无法通过该增亮膜的圆偏振光反射。
2.如权利要求1所述的光线控制膜，其特征在于，该波长选择性反射膜包含一第一胆固醇液晶层。
3.如权利要求1所述的光线控制膜，其特征在于，该增亮膜包含一第二胆固醇液晶层与一位相差板。
4.如权利要求2或3所述的光线控制膜，其特征在于各该第一与第二胆固醇液晶层具有不同的液晶分子间螺距；各该第一与第二胆固醇液晶层的反射波长是满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使该光线控制膜的反射光的波长能够位于可见光的范围，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度；及/或该增亮膜所包含的位相差板为一1/4波长板。
5.如权利要求1所述的光线控制膜，其特征在于，该偏光膜为一吸收式的线性偏光膜。
6.一种光线控制膜，其包含一透光基板；一波长选择性反射层，其位于该基板之上，用以反射大于可见光波长范围的光线；其中该波长选择性反射层包含一胆固醇液晶层，且其反射波长满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而在入射角变大时往可见光范围移动，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。
7.如权利要求6所述的光线控制膜，其特征在于，该波长选择性反射层的反射光线波长为700nm以上。
8.一种光学膜，其包含一波长选择性反射层，其用以反射大于可见光波长范围的光线；一反射式偏光层，其位于该波长选择性反射层之上，用以反射可见光波长范围的光线；一位相差板，其位于该反射式偏光层之上，其中该波长选择性反射层与该反射式偏光层分别包含一第一胆固醇液晶层与一第二胆固醇液晶层，且其反射波长满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使该光学膜的反射光波长能够位于可见光的范围，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。
9.一种液晶显示装置，其包含一背光源，用以提供该显示装置的光源；一波长选择性反射层，其位于该背光源之上，用以反射大于可见光波长范围的光线；一反射式偏光层，其位于该波长选择性反射层之上；一位相差板，其位于该反射式偏光层之上，用以将圆偏振光转化成线偏振光；一第一及一第二偏光膜，其位于该位相差板之上，所述第一及一第二偏光膜的偏振方向互相垂直；以及一液晶层，其位于该第一及第二偏光膜之间，用以控制光线的传递方向；其中，该反射式偏光层用以反射无法通过该反射式偏光层的圆偏振光，而且视角偏移时波长选择性反射层的反射波长偏移。
10.如权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于，该波长选择性反射层包含一第一胆固醇液晶层。
11.如权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于，该反射式偏光层为一包含一第二胆固醇液晶层的反射式偏光膜。
12.如权利要求10或11所述的液晶显示装置，其特征在于各该胆固醇液晶层具有不同的液晶分子间螺距；及/或各该胆固醇液晶层的反射光波长满足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而该波长选择性反射层与该反射式偏光层的反射光波长能够位于可见光的范围，其中λ为反射波长、P0为液晶分子间螺距、n为反射层的平均折射率、θ为光线入射角度。
全文摘要
本发明提供一种光线控制膜及一种液晶显示装置，该光线控制膜包含一波长选择性反射膜，其用以反射波长大于可见光范围的光线；一偏光膜，其位于该波长选择性反射膜之上，用以使一具有特定偏振方向的偏振光通过；一增亮膜，其位在该波长选择性反射膜与该偏光膜之间，用以使无法通过该增亮膜的圆偏振光反射。其中该波长选择性反射膜与该增亮膜分别包含一第一胆固醇液晶层与一第二胆固醇液晶层，且其反射光的波长满足公式λ(θ)＝nP
文档编号G02B5/30GK1786791SQ200410098400
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者李东龙, 张珍永, 吴龙海 申请人:力特光电科技股份有限公司