專利名稱：光線控制膜及液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光線控制膜及液晶顯示裝置，尤其是涉及一種應用于液晶顯示系統(tǒng)的光線控制膜，例如膽固醇液晶光線控制膜；并且還涉及一種液晶顯示裝置。
背景技術：
液晶顯示技術是近年來在技術進展與市場普及率上成長最快速的顯示技術之一。近幾年來，在以液晶顯示器取代傳統(tǒng)CRT(Cathode Ray Tube)顯示器的過程中，液晶顯示器一直無法超越CRT顯示器技術的瓶頸在于液晶顯示器的亮度、色彩對比、應答速度、與視角等問題。然而在龐大的市場需求下，許多液晶顯示技術的問題正逐步地改善中。
在液晶顯示器的亮度表現(xiàn)上，早期的液晶顯示系統(tǒng)在經(jīng)由各層組成組件來將光源逐層處理后，真正由背光源轉(zhuǎn)化到屏幕上的光源使用效率還不到10％，這嚴重影響了該顯示器的亮度表現(xiàn)，且也會因能量轉(zhuǎn)換效率不佳而衍生出的熱管理問題。在液晶顯示系統(tǒng)的組成組件中，光源使用效率偏低的組件主要是在產(chǎn)生偏振光的偏光膜。因為目前在市場上主要所使用的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，只要一非偏振光線經(jīng)過該型偏光膜，光線中與偏光膜不同偏振方向的部分會完全被偏光膜吸收而損失一半以上的光轉(zhuǎn)化效率。因此，為了提升顯示器的亮度表現(xiàn)，技術上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振光，在其通過吸收式偏光膜之前，先經(jīng)由一反射式偏光膜將其反射回背光模塊，以回收這些偏振光。
公知的一種增亮膜技術是結合一反射式偏光膜層與一位相差板來讓來自背光模塊的非偏振光分成一可穿透該增亮膜且具有特定偏振方式的偏振光與一被該增亮膜反射回背光模塊的偏振光。其作用是如圖1所示。一由背光模塊1’發(fā)出的非偏振光11’在射向一膽固醇液晶層22’后，其產(chǎn)生一道右旋偏振光13’穿透該膽固醇液晶層22’以及一道左旋偏振光12’由該膽固醇液晶22’反射回該背光模塊1’；該左旋偏振光12’再一次經(jīng)由背光模塊1’反射而轉(zhuǎn)變成右旋偏振光13’并且順利通過該膽固醇液晶層22’，以達到增加光線穿透率的效果。而穿透膽固醇液晶層右旋偏振光13’再經(jīng)由一1/4波長位相差板24’做位相調(diào)整成線偏振光14’，該線偏振光14’的偏振方向與偏光膜3’的偏振方向相同，因此，多數(shù)的光線都能通過該偏光膜3’而不被該偏光膜3’吸收，以達到提升液晶顯示系統(tǒng)亮度的效果。
盡管公知的膽固醇液晶態(tài)增亮膜(Cholesteric Liquid Crystal-basedBrightness Enhancement Film，CBEF)透過膽固醇液晶的特殊結構，已經(jīng)可以借由將非偏振光轉(zhuǎn)化成右旋及左旋的偏振光而有效的提升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短波長的方向產(chǎn)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液晶顯示器于大視角情況下會有偏紅狀況產(chǎn)生。
由以上敘述可知，增亮技術已為液晶顯示器的一種不可或缺的技術，因此需要尋求一個能同時維持CBEF的增亮效果并且有效的解決大視角情況下所見到的偏紅光現(xiàn)象的光線控制膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服上述現(xiàn)有技術的缺點而提供一種光線控制膜及一種液晶顯示裝置，以維持CBEF的增亮效果并且有效的解決大視角情況下所見到的偏紅光現(xiàn)象。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光線控制膜，其包含一波長選擇性反射膜，其用以反射波長大于可見光范圍的光線；一偏光膜，其位于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振光通過；一增亮膜，其位于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的圓偏振光反射。
根據(jù)上述構想，其中該波長選擇性反射膜包含一第一膽固醇液晶層。
根據(jù)上述構想，其中該增亮膜包含一第二膽固醇液晶層與一位相差板。
根據(jù)上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層具有不同的液晶分子間螺距。
根據(jù)上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層反射光的波長滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使得光線控制膜反射光的波長能夠在可見光的范圍，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。
根據(jù)上述構想，其中該增亮膜所包含的位相差板為一1/4波長板。
根據(jù)上述構想，其中該偏光膜為一吸收式的線性偏光膜。
本發(fā)明亦提出一種光線控制膜，其包含一透光基板；一波長選擇性反射層，其位在該基板之上，用以反射大于可見光波長范圍的光線，其中該波長選擇性反射層包含一膽固醇液晶層，且其反射波長滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而于入射角變大時可往可見光范圍移動，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。
根據(jù)上述構想，其中該波長選擇性反射層的反射光線波長為700nm以上。
本發(fā)明亦提出一種光學膜，其包含一波長選擇性反射層，其用以反射波長大于可見光范圍的光線；一反射式偏光層，其位于該波長選擇性反射層之上，用以反射可見光波長范圍的光線；一位相差板，其位于該反射式偏光層之上，其中該波長選擇性反射層與該反射式偏光層分別包含一第一膽固醇液晶層與一第二膽固醇液晶層，且其反射光波長滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使該光學膜的反射光波長能夠在可見光的范圍，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。
根據(jù)上述構想，其中各該膽固醇液晶層具有不同的分子間螺距。
根據(jù)上述構想，其中該位相差板為一1/4波長板。
本發(fā)明亦提出一種液晶顯示裝置，其包含一背光源，用以提供該顯示裝置的光源；一波長選擇性反射層，其位于該背光源之上，用以反射波長大于可見光范圍的光線；一反射式偏光層，其位于該波長選擇性反射層之上；一位相差板，其位于該反射式偏光層之上，用以轉(zhuǎn)化圓偏振光成線偏振光；一第一及一第二偏光膜，其位于該位相差板之上，所述第一及一第二偏光膜的偏振方向互相垂直；以及一液晶層，其位于該第一及第二偏光膜之間，用以控制光線的傳遞方向。其中，該反射式偏光層是用以反射無法通過該反射式偏光層的圓偏振光，而且視角偏移時所產(chǎn)生的反射波長范圍偏移現(xiàn)象得因波長選擇性反射層的反射波長偏移而獲得解決。
根據(jù)上述構想，其中該波長選擇性反射層包含一第一膽固醇液晶層。
根據(jù)上述構想，其中該反射式偏光層為一包含一第二膽固醇液晶層的反射式偏光膜。
根據(jù)上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層具有不同的液晶分子間螺距。
根據(jù)上述構想，其中各該第一與第二膽固醇液晶層的反射光波長滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使該波長選擇性反射層結合該反射式偏光層的反射光波長能夠位于可見光的范圍，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。
根據(jù)上述構想，其中該第一及該第二偏光膜為一吸收式偏光膜。
根據(jù)上述構想，其中該位相差板為一1/4波長板。


圖1為傳統(tǒng)膽固醇液晶態(tài)增亮膜的光線控制示意圖；圖2為本發(fā)明的一光線控制膜的結構圖；圖3(a)為應用本發(fā)明的光線控制膜的一光學膜結構圖；圖3(b)、(c)為應用本發(fā)明的光線控制膜的一光學膜與背光模塊系統(tǒng)搭配或偏光模搭配的結構圖；圖4為應用本發(fā)明的光線控制膜的一液晶顯示裝置結構圖；其中，附圖標記說明如下1’，10-背光模塊；11’-非偏振光；12’-左旋圓偏振光；13’-右旋圓偏振光；14’-線性偏振光；2’-膽固醇液晶態(tài)增亮膜；20-波長選擇性反射膜；201，221-透光基板；22’，202，222-膽固醇液晶層；24’，224-位相差板；22-增亮膜；30，301，301-偏光膜；
40-液晶層；100-光線控制膜；200-光學膜；300-液晶顯示裝置。
具體實施例方式
請參閱圖2，其為本發(fā)明的一種光線控制膜100，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是包含一第一膽固醇層202與一第一透光基板201，其用以反射波長大于可見光范圍的光線。其中該增亮膜22是由一反射式偏光層與一位相差板224組成。該反射式偏光層包含一透光基板221、一第二膽固醇液晶層222，其中該第二膽固醇液晶層222是用以將無法通過該增亮膜的偏振光反射，該位相差板224是用以將通過第二膽固醇液晶層222的圓偏振光轉(zhuǎn)化成線偏振光以通過其上層的偏光膜30。其中該位差板224可以是一1/4波長板，該偏光膜30可以是一吸收式的線性偏光膜。其中該第一與第二膽固醇液晶層202，222是具有相同螺旋方向的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202，222的反射光波長與各該膽固醇液晶層202，222的液晶分子間螺距、液晶分子平均折射率以及入射光角度有關，其是滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。其中該第一膽固醇液晶層202的反射光波長是控制在大于可見光波長范圍，該大于可見光波長范圍可以為700nm以上的波長；該第二膽固醇液晶層222的反射波長是控制在可見光波長范圍之內(nèi)。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100時，波長大于可見光范圍的反射光，會由第一膽固醇液晶層202所反射，波長在可見光范圍內(nèi)的反射光，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線控制膜100時，各該第一與第二膽固醇液晶層202，222的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的反射光波長往短波長偏移的影響無法反射。而借由第一膽固醇液晶層202的反射光波長由大于可見光范圍往可見光范圍偏移的影響，使得原本無法由第二膽固醇液晶層222反射的長波長的可見光(如紅光)可藉由該波長選擇性反射膜20中的第一膽固醇液晶層202預先反射而獲得補償。因此，通過第一膽固醇液晶層202與第二膽固醇液晶層222控制，反射光的波長范圍可維持在可見光范圍內(nèi)，進而達到光線控制的目的。
請參閱圖3(a)，本發(fā)明亦提出一種控制反射光波長范圍的光學膜200，其是包含一波長選擇性反射膜20以及一增亮膜22；其中該波長選擇性反射膜20是包含一第一膽固醇層202與一第一透光基板201，其用以反射波長大于可見光范圍的光線。其中該增亮膜22是由一反射式偏光層與一位相差板224組成。該反射式偏光層包含一透光基板221、一第二膽固醇液晶層222，其中該第二膽固醇液晶層222是用以將無法通過的偏振光反射，該位相差板224是用以將通過第二膽固醇液晶層222的圓偏振光轉(zhuǎn)化成線偏振光。
該光學膜200為一膽固醇液晶態(tài)光學補償膜，其中該第一與第二膽固醇液晶層202，222是具有相同螺旋方向的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202，222的反射光波長與各該膽固醇液晶層202，222的液晶分子間螺距、液晶分子平均折射率以及入射光角度有關，其是滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。其中該第一膽固醇液晶層202的反射波長是控制在波長大于可見光范圍，該大于可見光的反射光可以是波長700nm以上的反射光；該第二膽固醇液晶層222的反射波長是控制在可見光波長范圍。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200時，波長大于可見光范圍的反射光是由第一膽固醇液晶層202所反射，而波長在可見光范圍內(nèi)的反射光是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的反射光波長都因為受入射角度的影響而向短波長范圍偏移。因此長波長的可見光(如紅光)因為第二膽固醇液晶層222的反射光波長往短波長偏移的影響而無法反射。而借由第一膽固醇液晶層202的反射光波長由大于可見光范圍往可見光(短波長)范圍偏移，使得原本無法由第二膽固醇液晶層222所反射的長波長的可見光(如紅光)可借由該波長選擇性反射膜20中的第一膽固醇液晶層202預先反射而獲得補償。因此，第一膽固醇液晶層202與第二膽固醇液晶層222的波長范圍可維持在可見光范圍內(nèi)，進而達到回收偏振光線與補償反射光波長偏移的目的。如圖3(b)與圖3(c)所示，本發(fā)明的光學膜200可選擇搭配背光模塊10或偏光膜30其中之一實施。而另一較佳實施方式(未示出)中，本發(fā)明所提出的波長選擇性反射膜，還可作為一簡易光線控制膜，而搭配其他各類顯示元件、光學鏡片等，作為傾斜視角的光線控制。
請參閱圖4，本發(fā)明還提出一種包含本發(fā)明的光線控制膜的液晶顯示裝置300，其是包含一背光模塊(背光源)10，用以提供該顯示裝置的光源；一波長選擇性反射層20，其是包含一第一透光基板201與一第一膽固醇液晶層202，用以選擇性地反射波長大于可見光范圍的光線；一由一反射式偏光層與一位相差板224組成的增亮膜22，其中該反射式偏光層包含一透光層基板221、一第二膽固醇液晶層222(該反射式偏光層可為一包含一第二膽固醇液晶層的反射式偏光膜)，該增亮膜22位于該波長選擇性反射層20之上；一第一及一第二偏光膜301，302，其是位于該位相差板224之上，其中該第一與第二偏光膜301，302的偏振方向互相垂直；以及一液晶層40，其位于該第一及第二偏光膜301，302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的反射光波長與各該膽固醇液晶層的液晶分子間螺距、液晶分子平均折射率以及入射光角度有關，其是滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。其中該第一膽固醇液晶層202的反射光波長是控制在大于可見光波長范圍，該大于可見光波長范圍可以為700nm以上的波長；該第二膽固醇液晶層222的反射波長是控制在可見光波長范圍之內(nèi)。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100時，波長大于可見光范圍的反射光，會由第一膽固醇液晶層202所反射，波長在可見光范圍內(nèi)的反射光，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線控制膜100時，各該第一與第二膽固醇液晶層202，222的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的反射光波長往短波長偏移的影響無法反射。而借由第一膽固醇液晶層202的反射光波長由大于可見光范圍往可見光范圍偏移的影響，使得原本無法由第二膽固醇液晶層222反射的長波長的可見光(如紅光)可借由該波長選擇性反射膜20中的第一膽固醇液晶層202預先反射而獲得補償。因此，通過第一膽固醇液晶層202與第二膽固醇液晶層222控制，該液晶顯示裝置300經(jīng)由波長選擇性反射膜20與增亮膜22反射的反射光波長可維持在可見光波長范圍內(nèi)。經(jīng)由波長選擇性反射膜20與該增亮膜22所反射的反射光回到背光模塊10后，會再經(jīng)由背光模塊10再次反射而且其偏振方向經(jīng)背光模塊10反射后會轉(zhuǎn)換成相反方向，因此可以通過波長選擇性反射膜20與該增亮膜22；而通過波長選擇性反射膜20與增亮膜22的光線是經(jīng)由該位相差板224轉(zhuǎn)換為線偏振光，該線偏振光的偏振方向與其上方的第一偏光膜301具有相同的偏振方向，其中該位相差板224可以是一1/4波長板。而通過位相差板224的線偏振光便可以通過第一偏光膜301。通過第一偏光膜301的光線經(jīng)由液晶層40控制光線傳送方向便可以使光線成像于該液晶顯示裝置300上。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種可補償光線色彩偏移與提高光線使用效率的光線控制膜，以及應用該光線控制膜的光學膜、顯示裝置等。本發(fā)明是提出一種可同時提升液晶顯示裝置亮度并且補償膽固醇液晶增亮膜所遭遇的色彩偏移問題。
權利要求
1.一種光線控制膜，其包含一波長選擇性反射膜，其用以反射大于可見光波長范圍的光線；一偏光膜，其位于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振光通過；一增亮膜，其系位于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的圓偏振光反射。
2.如權利要求1所述的光線控制膜，其特征在于，該波長選擇性反射膜包含一第一膽固醇液晶層。
3.如權利要求1所述的光線控制膜，其特征在于，該增亮膜包含一第二膽固醇液晶層與一位相差板。
4.如權利要求2或3所述的光線控制膜，其特征在于各該第一與第二膽固醇液晶層具有不同的液晶分子間螺距；各該第一與第二膽固醇液晶層的反射波長是滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使該光線控制膜的反射光的波長能夠位于可見光的范圍，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度；及/或該增亮膜所包含的位相差板為一1/4波長板。
5.如權利要求1所述的光線控制膜，其特征在于，該偏光膜為一吸收式的線性偏光膜。
6.一種光線控制膜，其包含一透光基板；一波長選擇性反射層，其位于該基板之上，用以反射大于可見光波長范圍的光線；其中該波長選擇性反射層包含一膽固醇液晶層，且其反射波長滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而在入射角變大時往可見光范圍移動，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。
7.如權利要求6所述的光線控制膜，其特征在于，該波長選擇性反射層的反射光線波長為700nm以上。
8.一種光學膜，其包含一波長選擇性反射層，其用以反射大于可見光波長范圍的光線；一反射式偏光層，其位于該波長選擇性反射層之上，用以反射可見光波長范圍的光線；一位相差板，其位于該反射式偏光層之上，其中該波長選擇性反射層與該反射式偏光層分別包含一第一膽固醇液晶層與一第二膽固醇液晶層，且其反射波長滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而使該光學膜的反射光波長能夠位于可見光的范圍，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。
9.一種液晶顯示裝置，其包含一背光源，用以提供該顯示裝置的光源；一波長選擇性反射層，其位于該背光源之上，用以反射大于可見光波長范圍的光線；一反射式偏光層，其位于該波長選擇性反射層之上；一位相差板，其位于該反射式偏光層之上，用以將圓偏振光轉(zhuǎn)化成線偏振光；一第一及一第二偏光膜，其位于該位相差板之上，所述第一及一第二偏光膜的偏振方向互相垂直；以及一液晶層，其位于該第一及第二偏光膜之間，用以控制光線的傳遞方向；其中，該反射式偏光層用以反射無法通過該反射式偏光層的圓偏振光，而且視角偏移時波長選擇性反射層的反射波長偏移。
10.如權利要求9所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該波長選擇性反射層包含一第一膽固醇液晶層。
11.如權利要求9所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該反射式偏光層為一包含一第二膽固醇液晶層的反射式偏光膜。
12.如權利要求10或11所述的液晶顯示裝置，其特征在于各該膽固醇液晶層具有不同的液晶分子間螺距；及/或各該膽固醇液晶層的反射光波長滿足公式λ(θ)＝nP0cos(sin-1sinθ/n)而該波長選擇性反射層與該反射式偏光層的反射光波長能夠位于可見光的范圍，其中λ為反射波長、P0為液晶分子間螺距、n為反射層的平均折射率、θ為光線入射角度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光線控制膜及一種液晶顯示裝置，該光線控制膜包含一波長選擇性反射膜，其用以反射波長大于可見光范圍的光線；一偏光膜，其位于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振光通過；一增亮膜，其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的圓偏振光反射。其中該波長選擇性反射膜與該增亮膜分別包含一第一膽固醇液晶層與一第二膽固醇液晶層，且其反射光的波長滿足公式λ(θ)＝nP
文檔編號G02B5/30GK1786791SQ200410098400
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權日2004年12月9日
發(fā)明者李東龍, 張珍永, 吳龍海 申請人:力特光電科技股份有限公司