专利名称：发光型光学膜及其制造方法与液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学膜(optical film)结构及其制造方法，且特别涉及一 种发光型光学膜(light emitting optical film)及其制造方法与液晶显示装置。
背景技术：
对显示器所使用的传统光学膜工艺与设计而言，其工艺不但繁复且成本 高，并需基材层来支持或保护以完成光学膜制作与设计，使用方式以外贴式 为主，其工艺不但限制材料与功能；过多基材非但造成材料成本过高，并直 接或间接对光学特性有莫大影响外，更造成光学膜的高厚度问题。
另外，由于液晶面板属于非自发光的显示面板，所以目前的液晶显示装 置都需要背光模块提供背光源，再加上光使用效率低，若要达高画质、高亮 度、低耗电或高精细的特性，需要有多种光学膜来改进或增进其光学特性， 譬如偏光膜、广视角膜、扩散膜(difflision film)、棱镜片(prism film，也称增 亮膜)等。因此，如何取代甚至是省略使用上述光学膜的研究已经成为各界 在降低成本上所考量的重点之一。
发明内容
本发明提供一种发光型光学膜，可取代目前使用于显示器的偏光膜、补 偿膜、彩色滤光片或一般光学膜。
本发明再提供一种发光型光学膜的制作方法，可进行大面积发光型光学 膜涂布。
本发明另提供一种液晶显示装置，不需要传统的背光模块，因此能大幅 降低传统上花费在背光模块的成本。
本发明提出一种发光型光学膜，包括一个基材、 一层配向层以及一层发 偏光型液晶膜，其中发偏光型液晶膜(polarized light emitting liquid crystal film) 包括液晶与发光型染料。上述配向层是位于基材的任一侧，而发偏光型液晶 膜是位于配向层上。在本发明的第一实施例中，上述发偏光型液晶膜的应用包括作为偏光膜 或补偿膜使用。
在本发明的第 一 实施例中，上述发偏光型液晶膜的应用包括作为彩色滤
光片(color filter)使用。
在本发明的第 一 实施例中，上述液晶的种类包括聚合体液晶(liquid
crystal polymer)、寡聚体液晶(liquid crystal oligomer)或液晶单体(monomer)。 在本发明的第 一 实施例中，上述基材包括透光基材或不透光基材。 在本发明的第一实施例中，上述发偏光型液晶膜可以位于显示单元(cell)
内或外。
在本发明的第 一实施例中，上述发偏光型液晶膜可以是由多个图案构成 的液晶膜。其中，上述配向层可位于每个图案与基材之间。而每个图案的激 发发光波长可不同。至于在图案之间还可设置至少一遮蔽层。此外，每个图 案可个别发出RGB三种颜色偏振化光或个别发出RGBW四种颜色偏振化光。
本发明再提出一种发光型光学膜的制作方法，包括提供一个基材，而在 基材的一侧具有一层配向层，接着以涂布方式在配向层上形成一层发偏光型 液晶膜，其中发偏光型液晶膜至少是由液晶与发光型染料所构成。
在本发明的第二实施例中，上述涂布方式包括旋转涂布法(Spin Coating)、狭缝模具式涂布法(Slot-die Coating)、挤压式模具涂布法(Extrusion: Coating)、喷墨(Inject Printing)法、绕线才奉涂布法(Mayer Rod Coating)或刮刀 涂布法。另外，涂布方式也包括使用巻轴连续式(RolltoRoll)工艺。
在本发明的第二实施例中，上述以涂布方式在配向层上形成发偏光型液 晶膜之后，还包括图案化上述发偏光型液晶膜，使其成为由多个图案构成的 液晶膜
在本发明的第二实施例中，上述发偏光型液晶膜可在一个显示单元内或 外制作。
在本发明的第二实施例中，上述基材包括透光基材或不透光基材。 本发明另提出一种液晶显示装置，包括一个液晶面板与一个发光光源。 所述液晶面板至少包括一构件，该构件是由一层第二配向层以及一层发偏光 型液晶膜所构成，且上述发偏光型液晶膜包括液晶与发光型染料。至于发光 光源则位于液晶面板的任一侧，其中发光光源发出的光能使发偏光型液晶膜发出与其不同波长范围的光。
在本发明的第三实施例中，上述液晶面板包括两片电极基板、位于电极 基板之间的一层液晶层、分别配置于液晶层与各电极基板之间的两层第一配 向层、配置于与液晶层相反的侧的电极基板上的至少一层偏光膜以及位于液 晶层的任一侧的第一配向层与其中一个电极基板之间的一层彩色滤光片，其 中上述构件为偏光膜与彩色滤光片其中至少 一者。
在本发明的第三实施例中，上述液晶面板还包括两片补偿膜，分别配置 于与液晶层相反的侧的各偏光膜上。其中，上述补偿膜其中至少一个是由第 二配向层以及发偏光型液晶膜所构成。
在本发明的第三实施例中，上述发光光源发出的光包括UV光，以及发 偏光型液晶膜发出的光包括可见光。如此，在发光光源与发偏光型液晶膜之
间还可包括一层反射层，这层反射层能让uv光穿透并反射偏振化可见光。
本发明因为运用液晶材料配向作用，并搭配发光型染料进行涂布工艺来 形成发偏光型液晶膜，使其成为除偏光或相位差补偿的光学作用外，更增加 发光功能。因此，在搭配涂布工艺下，不但可突破大面积制作显示器的困难 外，还能取代目前使用于显示器的彩色滤光片。并且，由于这种发光型光学 膜，因液晶的全面排列可全面发出均匀的偏振光，所以不需要传统的背光模 块，能大幅降低传统上花费在背光模块的成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并
配合附图，作详细i兌明如下。
图.1A至图1C分别是依照本发明的第一实施例的发光型光学膜的三种 变化的结构剖面图。
图2是依照本发明的第二实施例的一种发光型光学膜的工艺步骤图。 图3为运用第二实施例的步骤所制作的发光型光学膜的吸收偏光率曲线图。
图4为运用第二实施例的步骤所制作的发光型光学膜吸收398nm光后所 激发出的光强度与波长的曲线图。
图5为运用第二实施例的步骤所制作的发光型光学膜作为发光型补偿膜 的相位差曲线图。图6A至图6F分别是依照本发明的第三实施例的液晶显示装置的六种变 化的结构剖面分解图。 附图标记说明 100:基材 102:配向层 104:发偏光型液晶膜
106a、 106b、 106c、 622b、 622c、 622d:图案 108、 624:遮蔽层 200 204:步骤
600a、 600b、 600c、 600d、 600e、 600f:液晶面板
602:发光光源
604:电极基板
606:液晶层
608:第一配向层
610、 616:偏光膜
612、 618:彩色滤光片
614:反射层
620a、 620b、 620c:第二配向层 622a、 622e:发偏光型液晶膜 626、 628:补偿膜
具体实施例方式
下文中伴随附图来充分描述本发明，附图中展示本发明的实施例。然而， 本发明可以许多不同形式来体现，且不应将其解释为限于本文所陈述的实施 例。实际上是提供这些实施例，以使本发明详尽且完整，并且会将本发明的 范畴完全传达至所属技术领域普通技术人员。在图式中，为明确起见可能将 各层以及区域的尺寸以及相对尺寸作夸张的描绘。并且在图中使用相同或相 似的元件符号来代表相同或相似的元件。
本文中使用诸如"于……下"、"于……上"、"在……之间，，以及其类似 术语的空间相对术语来便于描述，以描述如图中所说明的一层或特征与另一 (或数)层或特征的关系。应了解，上述空间的相对术语是指包含使用中或操作中的元件的除了图中所描绘的方位以外的不同方位。举例而言，若将图中 的元件翻转，则原本纟皮描述为位于某一层(或元件)"下方"或"的下"的层 (或元件)接着将定向成位于某一层(或元件)"上方"。因此，所谓的"于......
下"可包括上方以及下方的两方位。 第一实施例
图1A至图1C分别是依照本发明的第一实施例的发光型光学膜的三种 变化的结构剖面图。
请先参照图1A,第一种发光型光学膜是由一个基材100、 一层配向层 102以及一层发偏光型液晶膜104所构成，其中发偏光型液晶膜104包括液 晶与发光型染料，而液晶的种类例如聚合体液晶(liquid crystal polymer)、寡 聚体液晶(liquid crystal oligomer)或液晶单体(monomer);发光型染料则是例如 二色性染泮+(dichroic dyes)等类有才几发光二才及管(organic light-emitting diode， OLED)染料。而且，发偏光型液晶膜104可以依照不同发光型染料具有不同 波长的特性来改变其发光的颜色。至于基材100可以是透光基材或不透光基 材。
请继续参照图1A，上述配向层102是位于基材100的任一侧，而发偏 光型液晶膜104则位于配向层102上。在第一实施例中的发偏光型液晶膜104 的应用包括作为偏光膜或补偿膜使用，其含发光型染料的发偏光型液晶膜 104亦可分别自行多层配向。另外，发偏光型液晶膜104的应用还包括可当 作彩色滤光片(color filter)使用，如图1B或图1C。
在第一实施例的发光型光学膜中，发偏光型液晶膜104还可以是由多个 图案106a、 106b与106c构成，且每个图案106a、 106b与106c的激发发光 波长可相同或不同。此外，在图案106a、 106b与106c之间还可设置遮蔽层 108来隔开彼此，上述遮蔽层108可以是黑色掩模(black matrix),以便遮蔽 不同波长可见光散射于其他图案内，进而确保色纯度。而配向层102则可位 于遮蔽层108与图案106a c与基材IOO之间(如图1B);或者，配向层102 只位于每个图案106a、 106b与106c与基材IOO之间(如图1C)。
请继续参照图1B与图1C，当图案106a、 106b与106c代表不同波长的 发光区时，其作用类似彩色滤光片结构。因此，将其建构于一个发光源上， 当发光源发出如398 nm的紫外光(UV)时，紫外光透过发偏光型液晶膜104 会被吸收，然后重新由发偏光型液晶膜104发出偏振化的可见光，且不同图案106a c可个别发出不同的偏振化可见光，譬如发出RGB三种颜色偏振化 光或发出RGBW四种颜色偏振化光，因此可取代原来薄膜晶体管液晶显示 器(TFTLCD)的彩色滤光片、偏振板。而且，因为从发偏光型液晶膜104发 出的光是均匀的，所以还可省略背光模块中的扩散片、棱镜片等光学膜结构。 此外，第一实施例的发偏光型液晶膜104可以位于一个显示单元(cell)内或 外。
第二实施例
图2是依照本发明的第二实施例的 一种发光型光学膜的工艺步骤图。 请参照图2，在步骤200中，提供一个基材，上述基材为透光基材或不 透光基材。而且，在基材的一侧具有一层配向层。
然后，在步骤102中，以涂布方式在配向层上形成一层发偏光型液晶膜， 其中发偏光型液晶膜至少是由液晶与发光型染料所构成。上述发偏光型液晶 膜的原料是用发光型染料溶解于液晶中，通过不同发光型染料的吸收与发光 搭配液晶组合，以应用于可发偏振光的偏光膜或发偏振光的补偿膜等不同功 能的光学膜。此外，形成发偏光型液晶膜的作法除将含发光型染料的液晶涂 布于配向层上之外，还要用紫外光等方式进行固化。由于发偏光型液晶膜的 厚度会依照其应用变化，所以有必要的话，可重复上述涂布与固化的步骤， 直到所需的发偏光型液晶膜厚度为止。至于上述涂布方式则例如是旋转涂布 法(Spin Coating)、狭缝模具式涂布法(Slot-die Coating)、挤压式模具涂布法 (Extrusion Coating)、喷墨(Inject Printing)法、绕线棒涂布法(Mayer Rod Coating) 或刮刀涂布法等方法。而且，涂布方式还可选用巻轴连续式(Roll to Roll)工
艺
在步骤202之后，如有需要，还可进行步骤204,图案化上述发偏光型 液晶膜，使其成为由多个图案构成的液晶膜，可作为彩色滤光片(color filter)使用。
在第二实施例中，上述发偏光型液晶膜可于一个显示单元内或外制作。 以下图3至图5是运用第二实施例的步骤所制作的发光型光学膜的各项 光学特性的曲线图。被测试的发光型光学膜是用旋转涂布法或狭缝模具式涂 布法，将含类OLED型染料的液晶涂布于形成在玻璃基材的配向层上，用紫 外光于室温下固化得到的。
图3为运用第二实施例的步骤所制作的发光型光学膜的吸收偏光率，其偏光度约为90%,穿透度略低于40%。图4为其吸收398nm光后所激发出 的光，激发光主要波长为500nm,以偏光膜检测显示在平行于(亦即parallel 态)偏光膜下的穿透度远大于垂直于(亦即cross态)偏光膜下的穿透度，显示 激发光具偏振性。图5为其作为发光型补偿膜的相位差，由相位差仪器检验 可得，在染料吸收波长外，其穿透光具相位差，因此在450nm-700nm的可 见光区，此光学膜呈现为相位差膜特性。也就是说，调整发光型染料的吸收 波长与种类，将可得发偏振光的偏光膜或发偏振光的补偿膜。 第三实施例
第三实施例的液晶显示装置主要包括一个液晶面板与一个发光光源。而 且，液晶面板至少包括一个构件，是由一层第二配向层以及一层发偏光型液: 晶膜所构成，其中上述发偏光型液晶膜包括液晶与发光型染料。至于发光光 源则位于液晶面板的任一侧，且发光光源发出的光能使发偏光型液晶膜发出 与其不同波长范围的光。以下是其中几种结构剖面分解图。
请先参照图6A，本实施例的液晶显示装置包括一个液晶面板600a与一 个发光光源602。所述液晶面板600a包括两片电极基4反604、位于电才及基板 604之间的一层液晶层606、分别配置于液晶层606与各电极基板604之间 的两层第一配向层608。而且，至少有一层偏光膜610是配置于与液晶层606 相反的侧的一个电极基板604上，在液晶层606的任一侧的第一配向层608 与其中一个电极基板604之间则有一层彩色滤光片612。其中，上述偏光膜 610与彩色滤光片612其中至少有一个是由一层第二配向层620a以及一层发 偏光型液晶膜622a所构成，且上述发偏光型液晶膜622a包括液晶与发光型 染料。至于发光光源602则位于液晶面板600a的任一侧，其中发光光源602 发出的光能使发偏光型液晶膜622a发出与其不同波长范围的光。举例来说， 发光光源602发出的光可以是UV光，而发偏光型液晶膜622a发出的光可 以是可见光。或者，发光光源602发出的光是在可见光范围内的一种光，而 发偏光型液晶膜622a发出的光则是在可见光范围内的另 一种光。
由于在液晶面板600a中有由第二配向层620a及发偏光型液晶膜622a 所构成的发光型光学膜，会发出均匀的光，所以整个液晶显示装置不需要传 统的背光模块，如背光源以及扩散片、棱镜片等光学膜结构；相反地，实施 例的液晶显示装置只要一个能让上述光学膜激发出光的发光光源，就可以完 成第三实施例的液晶显示装置。因此，传统上花费在背光模块的成本将大幅降低。
请继续参照图6A，在这个图中的液晶显示装置是将偏光膜610以包含 第二配向层620a以及发偏光型液晶膜622a所构成的发光型光学膜取代。而 且，当发光光源602发出的光是UV光，且发偏光型液晶膜622a发出的光 为可见光时，还可以在图6A的发光光源602与发偏光型液晶膜620a之间设 置一层反射层(reflective layer)614，这层反射层614定义为能让下方所发出的 UV光穿透并反射由发光型光学膜所激发的偏振化可见光，以便将偏振化可 见光重新反射运用。
在图6B中的液晶面板600b则是在与液晶层606相反的侧的两个电极基 板604上都配置了偏光膜610和616，其中偏光膜610是包含第二配向层620a 以及发偏光型液晶膜622a所构成的发光型光学膜，而偏光膜616则是本发 明所属技术领域普通技术人员所知的偏光膜。另外，在本图中并未设置反射 层。
至于图6C中的液晶面板600c则是在与液晶层606相反的侧的上层电极 基板604上配置一层偏光膜616。另外，在液晶层606底下的第一配向层608 与下层电极基板604之间设置一层包含第二配向层620b以及由多个图案 622b、 622c与622d构成的液晶膜所组成的彩色滤光片618。这个彩色滤光 片618的结构与第一实施例中的图1C的结构类似，可在图案622b d的设置 遮蔽层624,遮蔽不同波长可见光散射于其他图案内，以确保色纯度。此外， 在发光光源602与图案622b、 622c与622d之间还设置一层反射层614。
在图6D的液晶面板600d中，还包括两片补偿膜626分别配置于与液晶 层606相反的侧的各偏光膜616上。而彩色滤光片618则是在液晶层606上 的第一配向层608与上层电极基板604之间。此外，在第一配向层608与下 层电极基板604之间还可包括一个薄膜晶体管(TFT)阵列结构(未绘示)。
此外，如图6E所示，在液晶面板600d中也可以选4奪将补偿膜628以由 第二配向层620c以及发偏光型液晶膜622e所构成的发光型光学膜取代，甚 至是以单一配向层620c为原始配向功能，利用液晶本身官能基的配向功能， 将含发光型染料的偏光膜与补偿膜整合制作为一体的光学膜(未绘示)。
如果将液晶面板600f中的所有偏光膜610、补偿膜628与彩色滤光片 618都用上述发光型光学膜取代，则如图6F所示。
第三实施例除了图6A至图6F以外，还可以针对其中的构件及其位置作变化，而不局限于图中所示。
综上所述，本发明的特点在于
1. 本发明主要以单一配向层搭配包含液晶与发光型染料的发偏光型液 晶膜，利用液晶本身官能基的配向功能，使上述发偏光型液晶膜同时具吸收 与发偏振光的效果，故可取代目前使用于显示器的偏光膜、补偿膜或一般光学膜。
2. 本发明运用全涂布工艺，进行上述发偏光型液晶膜的制作，所以可进 行大面积发光型光学膜涂布。
3. 当本发明的发光型光学膜运用于液晶显示装置的液晶面板时，因为这 种发光型光学膜会发出均匀的光，所以整个液晶显示装置不需要传统的背光 模块，因此能大幅降低传统上花费在背光模块的成本。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何 所属技术领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许 的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。
1权利要求
1. 一种发光型光学膜，包括 基材；配向层，位于该基材的任一侧；以及发偏光型液晶膜，位于该配向层上，其中该发偏光型液晶膜包括液晶与 发光型染料。
2. 如权利要求1所述的发光型光学膜，其中该发偏光型液晶膜的应用 包括作为偏光膜或补偿膜使用。
3. 如权利要求1所述的发光型光学膜，其中该发偏光型液晶膜的应用 包括作为彩色滤光片使用。
4. 如权利要求1所述的发光型光学膜，其中该液晶的种类包括聚合体 液晶、寡聚体液晶或液晶单体。
5. 如权利要求1所述的发光型光学膜，其中该基材包括透光基材或不 透光基材。
6. 如权利要求1所述的发光型光学膜，其中该发偏光型液晶膜位于显 示单元内或外。
7. 如权利要求1所述的发光型光学膜，其中该发偏光型液晶膜包括由 多个图案构成的液晶膜。
8. 如权利要求7所述的发光型光学膜，其中每个图案的激发发光波长 不同。
9. 如权利要求7所述的发光型光学膜，还包括至少一遮蔽层，设置在 该图案之间。
10. 如权利要求7所述的发光型光学膜，其中每个图案个别发出RGB 三种颜色偏振化光或个别发出RGBW四种颜色偏振化光。
11. 一种发光型光学膜的制作方法，包括 .提供基材，该基材的一侧具有配向层；以及以涂布方式在该配向层上形成发偏光型液晶膜，其中该发偏光型液晶膜 至少是由液晶与发光型染料所构成。
12. 如权利要求11所述的发光型光学膜的制作方法，其中该涂布方式 包括旋转涂布法、狹缝模具式涂布法、挤压式模具涂布法、喷墨法、绕线棒涂布法或刮刀涂布法。
13. 如权利要求12所述的发光型光学膜的制作方法，其中该涂布方式包括巻轴连续式工艺。
14. 如权利要求11所述的发光型光学膜的制作方法，其中以涂布方式 在该配向层上形成该发偏光型液晶膜之后，还包括图案化该发偏光型液晶 膜，使其成为由多个图案构成的液晶膜。
15. 如权利要求11所述的发光型光学膜的制作方法，其中该发偏光型 液晶膜在显示单元内或外制作。
16. 如权利要求11所述的发光型光学膜的制作方法，其中该基材包括 透光基材或不透光基材。
17. —种液晶显示装置，包括液晶面板，至少包括构件，该构件是由第二配向层以及发偏光型液晶膜 所构成，且该发偏光型液晶膜包括液晶与发光型染料；以及发光光源，位于该液晶面板的任一侧，其中该发光光源发出的光能使该 发偏光型液晶膜发出与该发光光源发出的光不同波长范围的光。
18. 如权利要求17所述的液晶显示装置，其中该液晶面板包括 两片电才及基板；位于该电极基板之间的液晶层；分别配置于该液晶层与该电极基板之间的两层第一配向层； 配置于与该液晶层相反的侧的一个电极基板上的至少一层偏光膜；以及 位于该液晶层的任一侧的第 一 配向层与 一个电极基板之间的彩色滤光片，其中该构件为该偏光膜与该彩色滤光片其中至少 一者。
19. 如权利要求18所述的液晶显示装置，其中该液晶面板还包括至少 一补偿膜，配置于与该液晶层相反的侧的该偏光膜上。
20. 如权利要求19所述的液晶显示装置，其中该补偿膜其中至少一个 是由该第二配向层以及该发偏光型液晶膜所构成。
21. 如权利要求17所述的液晶显示装置，其中该发光光源发出的光包 括UV光，以及该发偏光型液晶膜发出的光包括可见光。
22. 如权利要求21所述的液晶显示装置，还包括反射层，位于该发光 光源与该该发偏光型液晶膜之间，其中该反射层能让UV光穿透并反射偏振 化可见光。
全文摘要
本发明公开了一种发光型光学膜及其制造方法与液晶显示装置。一种发光型光学膜，至少是由一个基材、一层配向层以及一层发偏光型液晶膜所构成，其中发偏光型液晶膜包含液晶与发光型染料。上述配向层是位于基材的任一侧，而发偏光型液晶膜是位于配向层上。上述发光型光学膜可应用于偏光膜、补偿膜或者彩色滤光片，并因液晶的全面排列可全面发出均匀的偏振光，所以不需要传统的背光模块，能大幅降低传统上花费在背光模块的成本。
文档编号G02F1/1335GK101311777SQ20071010519
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者杨界雄, 郑岳世 申请人:台湾薄膜电晶体液晶显示器产业协会;中华映管股份有限公司;友达光电股份有限公司;瀚宇彩晶股份有限公司;奇美电子股份有限公司;财团法人工业技术研究院;统宝光电股份有限公司