專利名稱：具有受控的散射特性的光擴(kuò)散膜、光學(xué)元件以及采用該元件的液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有受控的散射特性的光擴(kuò)散膜和一種光學(xué)元件以及采用該光學(xué)元件的液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
反射式液晶顯示裝置和透射反射液晶顯示裝置通常通過在液晶層表面和/或液晶層與反射層之間放置光散射膜以實現(xiàn)光的散射，以便使得圖像在一個很寬的視角范圍內(nèi)可視，其中穿過液晶層的入射光在反射層處被反射并再穿過液晶層，從而將顯示的圖像傳輸?shù)竭_(dá)觀察者的眼中。光散射也就是所知的光擴(kuò)散。
獲得光散射的典型的方法包括在塑料膜中散布透明的細(xì)小顆粒以散射光的方法以及使塑料膜的表面粗糙以散射光的方法。
還提出了一種方法，通過利用雙折射膜中微小區(qū)域的折射率差來獲得光散射，其中雙折射膜由散布有不同雙折射特性的微小區(qū)域的雙折射膜疊層組成(日本第174211/1999號未審專利公開(Kokai))。
還提出了一種包括聚合物膜的膜，其中聚合物膜中散布有由相同的聚合物組成的細(xì)小的晶體區(qū)域，細(xì)小區(qū)域以及其它部分的折射率不同，表現(xiàn)出一種光散射特性(日本第326610/1999號，第266936/2000號，第275437/2000號未審專利公開)。
但是，因為前述所有的光散射法實質(zhì)上是各向同性地散射光，所以它們的缺點是不采用背光的反射式液晶屏將產(chǎn)生昏暗的圖像。
但是，市場上已經(jīng)有售光散射膜，這種膜具有許多圓柱形地形成在聚合物膜厚度方向上的高折射率區(qū)。據(jù)說此種擴(kuò)散膜獲得了單向散射和反向透射，同時還實現(xiàn)了選擇視角/擴(kuò)散性能。
實際上此擴(kuò)散膜可以在一個特定的視角范圍內(nèi)產(chǎn)生比常規(guī)的各向同性散射型膜亮的圖像。
但是，在液晶顯示裝置用于入射光較暗的地點的情況下，如蜂窩電話，尤其對于反射式或透射反射式液晶顯示裝置，希望更亮的圖像。
本發(fā)明的目的在于通過提供一種具有可以在較寬視角處產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)中更亮圖像的選擇性光擴(kuò)散特性和光會聚特性的光擴(kuò)散膜以及光學(xué)膜和采用該膜的液晶顯示裝置克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供下列產(chǎn)物(1)一種光擴(kuò)散膜，包括兩個具有不同折射率的散射和透射光的相，所述光擴(kuò)散膜的特征在于具有較大折射率的相包括大量具有在膜厚度方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域，所述的大量區(qū)域包括延伸區(qū)域，柱狀結(jié)構(gòu)的橫截面形狀在該區(qū)域中延伸，并且所述的延伸區(qū)域取向于膜的特定方向。
(2)根據(jù)(1)的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述延伸區(qū)域橫截面中的長軸與短軸的平均縱橫比處于1.2∶1-10∶1的范圍。
(3)根據(jù)(1)或(2)的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述的大量區(qū)域具有彼此平行的柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸，并且縱軸相對于膜的法線方向傾斜。
(4)根據(jù)(1)或(2)的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述的大量區(qū)域使其柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸取向于膜法線方向。
(5)根據(jù)(1)至(4)中任一所述的光擴(kuò)散膜，其特征在于具有不同折射率的兩種相的折射率之差處于0.005-0.2的范圍。
(6)根據(jù)(1)至(5)中任一所述的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述膜由一種感光聚合物材料制得。
(7)一種光學(xué)元件，其特征在于該光學(xué)元件采用如(1)至(6)中任一所述的光擴(kuò)散膜。
(8)一種液晶顯示裝置，其特征在于該液晶顯示裝置采用如(7)所述的光學(xué)元件。
(9)根據(jù)(8)的液晶顯示裝置，其特征在于將光擴(kuò)散膜放置成使光擴(kuò)散膜中前述區(qū)域的橫截面的長軸方向以從液晶顯示裝置的觀察方向看從左至右的方向取向。
(10)根據(jù)(9)的液晶顯示裝置，其特征在于光擴(kuò)散膜中所述區(qū)域的柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸方向相對于膜法線方向傾斜，并且傾斜方向是遠(yuǎn)離視點的方向。
(11)根據(jù)(8)的液晶顯示裝置，其特征在于液晶顯示裝置包括一個偏振膜，該偏振膜的偏振軸設(shè)置成從液晶顯示屏的觀察方看向左或向右，并且光擴(kuò)散膜中所述區(qū)域的橫截面的短軸方向取向于偏振膜偏振軸的方向。


圖1A-1D是在聚合物膜中具有柱狀結(jié)構(gòu)的高折射率區(qū)的擴(kuò)散膜和將填充物填充到聚合物膜中的光擴(kuò)散膜的截面圖以及垂直入射光透射和散射特性區(qū)域；圖2是在取向于膜法線方向的聚合物膜中具有柱狀結(jié)構(gòu)的高折射率區(qū)域的擴(kuò)散膜的入射角-透射和散射特性曲線；圖3A和3B是相對于膜法線方向傾斜的聚合物膜中具有柱狀結(jié)構(gòu)的高折射率區(qū)域的擴(kuò)散膜的入射角-透射和散射特性曲線；圖4是在聚合物膜中具有橢圓形截面的柱狀結(jié)構(gòu)的高折射率區(qū)的擴(kuò)散膜平面圖；圖5A和5B是相對于膜法線方向傾斜的聚合物膜中具有橢圓形截面的柱狀結(jié)構(gòu)的高折射率區(qū)域的擴(kuò)散膜的入射角-透射和散射特性曲線；圖6A和6B是取向于法線方向的聚合物膜中具有橢圓形截面的柱狀結(jié)構(gòu)的高折射率區(qū)域的擴(kuò)散膜的入射角-透射和散射特性曲線；圖7是液晶顯示裝置的截面圖；圖8是另一液晶顯示裝置的截面圖；圖9是包括一個光學(xué)膜和一個反射偏振片的層疊膜的光擴(kuò)散和透射特性；圖10表示包括本發(fā)明的光學(xué)膜和各向同性光擴(kuò)散膜的層疊膜；圖11A和11B是在蜂窩電話中使用擴(kuò)散膜的一個實施例的的正視圖和局部側(cè)視圖；圖12是將本發(fā)明應(yīng)用到采用偏振膜的液晶顯示裝置的一個實施例；圖13表示在所述實施例中對光敏聚合物曝光的方法；圖14表示在所述實施例中評估擴(kuò)散膜的透射和散射特性的方法。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行解釋，首先解釋根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在光擴(kuò)散膜中的光擴(kuò)散現(xiàn)象。
圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有圓柱形形成的高折射率區(qū)的光擴(kuò)散膜的截面圖。在聚合物膜2中以垂直于膜表面的取向方式形成直徑接近于光波長的柱狀高折射率區(qū)3。柱狀高折射率區(qū)3起柱狀透鏡的作用，使入射光垂直于膜，即平行于柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸，以高斯分布散射，最大半寬例如約為10-20°。在圖1A的光擴(kuò)散膜中，當(dāng)相對于膜1的入射角較大、使得光以相對于圓柱的縱軸較大的傾角進(jìn)入時，光散射特性喪失并導(dǎo)致高透射率。例如，以相對于膜表面45 °-60°角入射的光實質(zhì)上無散射地透射。
圖1B表示對于以直角(入射角為0°)入射到膜表面穿過膜的光在θ出射角處的透射光強度。該透射光強度以高斯分布，散射范圍和選擇性可以由最大半寬表示。在圖1B中，最大半寬是10°。
圖1C表示具有散布在聚合物膜中的填充物式的常規(guī)散射膜的截面圖，圖1D以與圖1B相同的方式表示透射光的散射強度。圖1B和1D的比較表明，圖1A的光擴(kuò)散膜展現(xiàn)出一種選擇散射特性(在一個特定的寬度內(nèi)散射)。
圖2表示對于圖1A所示的擴(kuò)散膜擴(kuò)散特性對入射光方向和入射角的依賴性。坐標(biāo)軸的中心代表垂直于膜表面入射的光，畫在坐標(biāo)中心的圖案(圓環(huán)4)代表垂直于膜表面入射的光的透射散射光的方向性和強度。圓環(huán)4代表散射光的各向同性散射，圓環(huán)大小代表散射強度，表明出射光在相對于入射光軸較小的角度(例如10-20°)處強烈散射。坐標(biāo)軸上的橢圓圖案5和6代表從垂直于膜表面的方向向膜的x軸方向(圖1所示平面的法向定義為x軸方向)傾斜θ(x)角入射的透射及散射光的方向性和強度。透射光和散射光5和6總的比垂直入射的散射強度弱，在x軸方向比在y軸方向看到的散射少。類似地，y坐標(biāo)軸上的圓形或橢圓形圖案7和8代表從垂直于膜表面的方向向垂直于膜的x軸的y軸方向傾斜θ(y)角入射的透射及散射光的方向性和強度。透射光和散射光7和8總的比垂直入射的散射強度弱，在y軸方向比在x軸方向看到的散射少。如圖2所示，可以從垂直于膜表面的方向觀察到以0°入射角4入射的光在特定范圍內(nèi)的劇烈散射，但隨著入射角的增大，橢圓5-8的大小變小，即光散射減弱，使得實質(zhì)上所有的光都被透射。這也表明，對于傾斜入射的光5-8，在橫向比在平行于入射方向的方向發(fā)生更多的散射。
圖3A表示一個擴(kuò)散膜21的截面圖，其中類似于圖1A中的柱狀區(qū)域(柱狀透鏡)23不在正交于聚合物膜22的表面的方向取向，而在相對于膜的y軸傾斜角度θ0的方向取向(圖3A中的左向是y軸向前的方向)。此膜中的光散射顯示出一種特性，在柱狀區(qū)域23的縱軸方向的入射對應(yīng)于在圖1A中擴(kuò)散膜法向上的入射。結(jié)果，如圖3B所示地顯現(xiàn)出以與圖2相同方式表示的基于膜表面的散射特性。
在圖3B中，透射光24膜的y軸方向以θ0角度的入射表現(xiàn)出對應(yīng)于在圖1B所示膜的法向上入射的圓散射。從膜的法向入射的透射光25對應(yīng)于從y軸負(fù)角度θ0向圖2所示膜的入射，它是一種橢圓散射，散射強度小于透射光24的強度，但在x軸方向具有很強的方向性。在膜的y軸負(fù)方向以θ0入射的透射光26相對于柱狀透鏡的軸方向有較大的而入射角，并因而在反方向以一傾角進(jìn)入柱狀透鏡，使得散射(強度)減少。從膜的x軸方向入射的透射光27和28表現(xiàn)出圖3B所示的傾斜的橢圓散射特性，并且透射光27和28趨于在y軸方向表現(xiàn)出較強的方向性。
結(jié)果，當(dāng)圖3A和3B所示的擴(kuò)散膜與一個反射膜結(jié)合時，觀察者(觀察方向)處于y軸方向的反向(觀察方向)，從前面(y軸的正向)入射的光在特定的角度范圍內(nèi)強烈地散射，并且因此也在觀察者方向發(fā)生特定強度的散射，同時反射光也有一些散射。從右/左(x軸方向的正向/反向)入射的光也以在觀察者方向產(chǎn)生會聚效果的強度散射，并且透射光的反射也較弱。因此，當(dāng)觀看配置有圖3A和3B所示擴(kuò)散膜的液晶顯示裝置如蜂窩電話的顯示屏?xí)r，從y軸的反向到前面，從前面(y軸的正向)或右/左(x軸的正向/反向)入射的光在觀察者方向以一定的會聚效果散射，使得觀察者觀察到比圖2所示的各向同性散射膜更亮的顯示屏。
對于本發(fā)明的認(rèn)識，在諸如圖3A所示的優(yōu)于包括圖1所示擴(kuò)散膜的其它擴(kuò)散膜的具有選擇散射特性和會聚效果的現(xiàn)有擴(kuò)散膜中還沒有報道。但是，現(xiàn)有技術(shù)包括在用作擴(kuò)散膜的聚合物膜中傾斜形成的柱狀區(qū)域的用途的公開。這種所有的傾斜方向都相同的情形正是圖3A所示的擴(kuò)散膜的情形。
相反，本發(fā)明提供了一種擴(kuò)散膜，其中在聚合物膜中形成具有延伸的截面形狀的柱狀結(jié)構(gòu)的高折射率區(qū)，該區(qū)在膜的厚度方向延伸，并且延伸的區(qū)域在膜的一個特定方向取向，并且優(yōu)選延伸的柱狀結(jié)構(gòu)平行于膜表面或相對于膜表面傾斜?，F(xiàn)有技術(shù)中既沒有公開也沒有建議這種具體的結(jié)構(gòu)和效果。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的這種擴(kuò)散膜的膜表面。擴(kuò)散膜31有大量的分散在聚合物膜32中的高折射率區(qū)33，該高折射率區(qū)33在膜的特定方向延伸并取向。在圖4中，高折射率延伸區(qū)33的長軸取向的方向是膜的x軸，而短軸方向是膜的y軸方向。
當(dāng)高折射率延伸區(qū)33在本發(fā)明的擴(kuò)散膜31中傾斜時，傾斜方向最好在y軸方向。圖5B以與圖2相同的方式表示具有圖4所示表面圖案并具有在y軸方向傾斜θ0角度(約20°)的延伸區(qū)(縱橫比約為2∶1)33的擴(kuò)散膜的散射特性，如圖5A所示。
在圖5B中，當(dāng)從膜的y軸正向入射的光被延伸的橫截面柱狀結(jié)構(gòu)散射時，光在高折射率延伸區(qū)33長軸方向的透射率比在短軸方向的高，并且因此，已經(jīng)穿過該膜的光的散射特性是一種定向散射特性，由此在y軸方向展示出較高的定向散射，如橢圓34所表現(xiàn)的那樣，并且散射光的橢圓比光以較小的傾斜穿過圓柱狀結(jié)構(gòu)時更偏向于y軸。甚至對于從膜的法向入射的光也表現(xiàn)出在y軸方向的定向散射特性35。這也應(yīng)用到從膜的右向和左向(x軸方向)入射的光，并且可獲得散射特性36和37，該特性在y軸方向比圖3B中的散射特性變形得更長。在任何一種情況下，光在觀察者方向(y軸方向的反向)的散射強度比在圖3B中的更強。圖5B還表示了從xy坐標(biāo)系的第一象限和第二象限方向入射的光的透射和散射特性38。這些透射和散射特性38在視角方向(y軸方向的反向)也具有較大的散射光強度。因此，如果擴(kuò)散膜是一個顯示屏，則從除了觀察者背后的所有方向、尤其是正向的一個廣角范圍內(nèi)的入射光(照明光)被散射并會聚到視角方向(y軸方向的反向)，其程度高于高折射率區(qū)為圓柱狀結(jié)構(gòu)的情形。另外，在視角方向(y軸方向的反向)的透射和散射特性39趨于在y軸方向變短，這而被解釋為高透射性，并且在除觀察者背后的所有方向上已經(jīng)被選擇散射并會聚的光在反射膜處被反射，如上所述，并再在視角范圍內(nèi)無過度散射地被反射。因此，這也對提高反射圖像的亮度有益。
如上所述，本發(fā)明的散射膜最好具有相對于膜表面傾斜的柱狀結(jié)構(gòu)，但不必一定要傾斜，它們也可以在膜的法線方向形成。
圖6B以與圖2相同的方式表示對于具有圖4所示表面圖案的擴(kuò)散膜41的散射特性，其中在聚合物膜42中形成高折射率區(qū)43并在如圖6A所示的膜法向形成柱狀結(jié)構(gòu)。
在此情況下，垂直于膜入射的光在橢圓的長軸方向比在短軸方向有更高的光透射率，并且因此在橢圓的短軸方向、即膜的y軸方向(圖的左右方向)發(fā)生更多的散射(透射和散射特性44)。在y軸方向傾斜入射的光的Y軸定向散射低于法向入射光一個相對于柱狀結(jié)構(gòu)傾斜的量，但在y軸方向也散射(透射和散射特性45和46)。另一方面，從膜的x軸方向(正交于圖的方向)以一斜度入射的光入射到圓柱結(jié)構(gòu)的長軸方向，并且因此在短軸方向(y軸方向)的散射很少，并且總的散射也減少(透射和散射特性47和48)。
在圖6所示的情形中，通過將高折射率區(qū)從圓形改變?yōu)樯扉L形狀，使得獲得在視角方向具有較多散射的散射特性，并且尤其是相對于觀察者從正向入射的光具有較高的選擇散射的散射特性44和45。
對在本發(fā)明的擴(kuò)散膜中形成伸長的截面形狀的柱狀結(jié)構(gòu)的方法沒有特別的限制，并且可以采用任何已知的方法，但優(yōu)選的方法是通過選擇性輻射具有輻射敏感性的聚合物膜形成高折射率柱狀結(jié)構(gòu)。聚合物膜在輻射之前可以是一種預(yù)聚合物或單體，并且可以通過一種在輻射之后如果需要可以包括加熱的方法聚合。輻射敏感聚合物膜中的柱狀結(jié)構(gòu)可以通過首先在輻射敏感聚合物膜的表面上形成掩模層、在掩模層中形成一種延伸的孔圖案并以預(yù)定的角度經(jīng)延伸的孔圖案輻射輻射敏感聚合物膜等形成。光刻是一種已知的掩模形成法?；蛘咭部梢詫⑤椛涿舾芯酆衔锬け┞队趻呙栎椛渲乱灾苯有纬奢椛涿舾袇^(qū)。該方法還可以包括將高折射率材料封裝到通過激光束或其它方法形成在聚合物膜中的孔中。
對輻射敏感聚合物膜沒有特別的限制，其中高折射率區(qū)通過輻射曝光形成， 并且例如可以使用市售的DuPont生產(chǎn)的OMNIDEX(注冊商標(biāo))、HRF150和HRF600。
根據(jù)本發(fā)明對聚合物膜初始材料和高折射率區(qū)的折射率沒有特別的限制，并且可以選擇成與其它的元件如使用的光學(xué)元件匹配，但通常優(yōu)選接近1.48的折射率。不優(yōu)選雙折射，因為它將導(dǎo)致著色，但出于允許雙折射的目的，可以存在雙折射。聚合物膜起始材料和高折射率區(qū)本身優(yōu)選由較高光透射材料制成。優(yōu)選聚合物起始材料和高折射率區(qū)的折射率差盡可能地大，但一般將折射率差設(shè)置在0.005-0.2的范圍。小于0.005的折射率差將阻礙適中散射特性的獲得。折射率差最好在0.005-0.1的范圍。
聚合物膜起始材料和高折射率區(qū)的折射率可以在兩種相的界面處急劇地變化，但優(yōu)選逐漸地變化以便獲得優(yōu)選的散射特性。
形成在本發(fā)明擴(kuò)散膜中的延伸的高折射率區(qū)的直徑是從幾十納米到幾百微米，對于光波長與短軸和長軸的關(guān)系，優(yōu)選在50nm-100μm，尤其優(yōu)選100nm-50μm。如果直徑太大或太小，則由于光透射而不能獲得所需的散射特性。
形成在本發(fā)明擴(kuò)散膜中的延伸的高折射率區(qū)橫截面中的長軸和短軸的平均尺寸比(平均縱橫比)必須大于1∶1，但正常地選在1.2∶1-10∶1的范圍，優(yōu)選在1.5∶1-5∶1的范圍，尤其接近2∶1。如果平均縱橫比超過10∶1，則散射特性減小。延伸的高折射率區(qū)的形狀優(yōu)選為橢圓，但也可以是矩形、條形、卵形等。形成在本發(fā)明擴(kuò)散膜中的高折射率區(qū)還可以包括等軸區(qū)，典型地是圓形區(qū)。無論是只存在延伸的高折射率區(qū)還是延伸區(qū)與等軸區(qū)混合在高折射率區(qū)之間，膜的特定方向上高折射率區(qū)的橫截面中長軸與短軸的平均尺寸比(平均縱橫比)都優(yōu)選處于上述規(guī)定的范圍內(nèi)。
形成在本發(fā)明擴(kuò)散膜中的延伸的高折射率區(qū)的尺寸和縱橫比在各個延伸的高折射率區(qū)之間可以不同，或者可以都相同。但是，最好隨機選擇尺寸和縱橫比防止莫爾效應(yīng)并給出具有滿意的散射特性的效果。
形成在本發(fā)明擴(kuò)散膜中的延伸的高折射率區(qū)的特點在于在膜的特定方向上取向，但所有延伸的高折射率區(qū)不必在相同的方向取向，如果它們?nèi)∠蚱骄员氵_(dá)到所需的散射效果就足夠了。
形成在本發(fā)明擴(kuò)散膜中的延伸的高折射率區(qū)的柱狀結(jié)構(gòu)的膜相對傾角一般處于0-50°的范圍，優(yōu)選處于10-20°的范圍。如上述參考附圖所述，最好延伸的高折射率區(qū)相對于膜的法向傾斜，以便給出更好的選擇散射和會聚特性。延伸的高折射率區(qū)的傾角、即柱狀結(jié)構(gòu)的傾角從散射特性的觀點以及就進(jìn)行制造而言最好相同，但因為即使柱狀結(jié)構(gòu)以不同的角度傾斜也可以通過平均傾角展現(xiàn)出一般的散射特性，同時傾角分布也具有在一個較寬的視角內(nèi)產(chǎn)生理想的視角-選擇散射和會聚特性的效果，所以優(yōu)選這種情形。另外，具有兩種或多種(如交叉)不同傾角的柱狀結(jié)構(gòu)的延伸的高折射率區(qū)可以有目的地結(jié)合以得到特定的散射特性。
本發(fā)明的擴(kuò)散膜的厚度沒有特別的限制，但一般地將處于大約2μm～100μm的范圍。
本發(fā)明的擴(kuò)散膜有利于用作適用于液晶顯示裝置的擴(kuò)散膜，尤其是反射式和透射反射式液晶顯示裝置。
圖7和8表示液晶顯示裝置的實施例。液晶層63位于其上形成有電極62和64的玻璃板61和65之間，擴(kuò)散膜66通常放置在光入射側(cè)的玻璃板65上(圖7)或放置在光反射側(cè)的玻璃板61之下的反射膜67的表面上(圖8)。當(dāng)使用延遲片68和偏振膜69時，它們通常位于擴(kuò)散膜66的外側(cè)(圖8中未示出)。擴(kuò)散膜66可以放置在兩側(cè)，液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)不限于在此所示的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)光從液晶層的背面從背光源輻射時，在背光源和液晶層之間、即在入射光一側(cè)設(shè)置一個普通的光擴(kuò)散膜層。在帶有背光系統(tǒng)的液晶顯示裝置的情形中，本發(fā)明的光學(xué)膜與反射偏振片組合，給出一個很好的結(jié)果。圖9表示本發(fā)明的光學(xué)膜與反射偏振片在帶有背光系統(tǒng)的液晶顯示裝置中組合的實施例。
為了對例如蜂窩電話或PDA的液晶顯示裝置使用一個反射偏振片，必須提供反射時可靠的亮度。當(dāng)使用反射偏振片時，過度增大亮度的企圖將導(dǎo)致反射的亮度減小。對于諸如蜂窩電話或PDA的液晶顯示裝置，該光學(xué)膜最好通過透射和反射起一個可以產(chǎn)生亮的、高度可視圖像的光擴(kuò)散膜的作用。
在圖9中，71是一個光擴(kuò)散膜，72是一個反射偏振片，73是一種基于丙烯酸的粘結(jié)劑，74是一個光導(dǎo)片，75是一個光源。圖8所示液晶顯示裝置的玻璃板61通常連結(jié)到光擴(kuò)散膜71。從光導(dǎo)片74發(fā)出的光會聚在BEF(光會聚片，未示出)，并進(jìn)入反射偏振片72。入射光的P波穿過反射偏振片72的同時S波被反射。在BEF處被反射的光的P波也穿過，同時S波被反射。當(dāng)此過程重復(fù)時S波被轉(zhuǎn)變成P波，由此允許利用現(xiàn)有技術(shù)中還沒有被使用過的S波。即，雖然S波被設(shè)置在普通液晶顯示裝置中的偏振膜切割，但反射偏振片的使用使得已經(jīng)被偏振膜常規(guī)切割的S波能夠有效地利用。根據(jù)本發(fā)明，不是絕對地必須在背光中使用BEF，并且光不必會聚。甚至沒有背光輻射地將反射偏振片用作反射膜，并且因此其性能總是低于總反射膜，但其仍然可以適當(dāng)?shù)乇挥米鞣瓷涫揭壕э@示裝置。
如圖10所示，本發(fā)明的光學(xué)膜用作光擴(kuò)散膜76，并且與具有各向同性散射特性的常規(guī)已知光擴(kuò)散膜77組合，從而制造在正向具有寬視角和亮度的液晶顯示裝置。此各向同性散射光擴(kuò)散膜不必是膜的形式。例如，當(dāng)本發(fā)明的光學(xué)膜連結(jié)或粘結(jié)到反射膜、玻璃板等時，可以將粘合劑或包含與基質(zhì)聚合物有不同折射率的球狀填充物的壓敏粘合劑用作光學(xué)膜向反射膜或玻璃板黏附或連結(jié)的粘合劑或壓敏粘合劑，由此形成光擴(kuò)散層或連結(jié)層。通過組合各向同性散射光擴(kuò)散膜或光擴(kuò)散層與本發(fā)明的光學(xué)膜，環(huán)境光被各向同性散射光擴(kuò)散膜廣泛地擴(kuò)散，并且包括廣泛擴(kuò)散光的光在正向由本發(fā)明的光學(xué)膜會聚。因此，本發(fā)明的光學(xué)膜的效果和常規(guī)各向同性散射膜的效果一起起作用，使得能夠獲得的液晶顯示裝置當(dāng)從前方觀看時顯示出明亮的圖像，同時還具有一個很寬的視角。
下面以蜂窩電話為例進(jìn)一步介紹液晶顯示裝置。使用如圖4或圖5所示的擴(kuò)散膜，并且使延伸的高折射率區(qū)83的長軸方向取向于蜂窩電話81顯示屏82的左右方向，如圖11B所示，而擴(kuò)散膜設(shè)置成柱狀結(jié)構(gòu)83傾斜，使得柱狀結(jié)構(gòu)的膜表面?zhèn)榷酥赶蚱聊坏纳隙?，柱狀結(jié)構(gòu)的膜底側(cè)端指向屏幕的下端，優(yōu)選給出最佳散射特性。在此類的蜂窩電話中，當(dāng)觀察者86看蜂窩電話81時，從觀察者后面及上方到觀察者前面及上方的很寬范圍入射的光被液晶顯示元件反射，并且再被選擇性地反射，主要在觀察者86的方向上會聚并反射。此散射/反射特性的方式提高了蜂窩電話等的顯示屏在最通常使用條件下的圖像亮度。
圖12表示本發(fā)明液晶顯示裝置的另一實施例。液晶顯示裝置91通常包括一個偏振膜(見圖7中的69)，但在通常具有偏振膜的此情形中其偏振軸方向93以從顯示屏92的垂直方向94向左或向右傾斜一給定角度θ(例如大約35-45°)地取向。因為偏振膜利用偏振軸方向的光，所以本發(fā)明的散射膜也最好具有設(shè)置在偏振膜偏振軸方向的延伸區(qū)(柱狀結(jié)構(gòu)的橫截面)的短軸方向，使得在偏振軸方向上的散射較多。還是在此情況下，優(yōu)選延伸區(qū)和偏振軸很好地協(xié)調(diào)，但如果基本上協(xié)調(diào)就足夠了。
上述特性對于從背光向液晶顯示裝置輻射的光的入射是相同的，并且因此可以在透射及反射狀態(tài)下實現(xiàn)亮度及可視性優(yōu)良的圖像。另外，如上所述，甚至當(dāng)反射偏振片或各向同性散射光擴(kuò)散膜同本發(fā)明的光擴(kuò)散膜一起使用時，仍然可以在正向獲得比利用常規(guī)的光擴(kuò)散膜時更亮的顯示圖像，同時也可獲得寬視角的顯示。通過下面的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋，但這些實施例不對本發(fā)明做任何限制。
實施例實施例1本實施例將參見圖13。利用涂覆有50μm厚度的DuPont公司的OMNIDEX HRF 600的聚對苯二甲酸二乙醇酯膜101作為光敏聚合物102，通過硬接觸法把具有如圖4所示橢圓孔圖案的掩模103粘結(jié)到此光敏聚合物層102的表面上。掩模的橢圓形孔圖案具有2∶1的長軸與短軸之比，長軸尺寸在500nm～30μm，平均為2μm。橢圓形孔為單軸取向。
從汞燈獲得的紫外線會聚成平行光束并選擇性地從掩模103上以相對于掩模的法向θ＝0-50°角地輻射。輻射時間從幾秒到幾分鐘。然后在120℃溫度下熱處理一小時。
這樣產(chǎn)生一種具有高折射率區(qū)的擴(kuò)散膜，相對于膜法線方向以預(yù)定的傾斜形成柱狀結(jié)構(gòu)，具有與掩模的孔圖案相符的橫截面結(jié)構(gòu)。擴(kuò)散膜的聚合物基質(zhì)的折射率為1.47，高折射率區(qū)的折射率為1.52。
要檢查以此方式獲得的擴(kuò)散膜的透射和散射特性，如圖14所示，入射光106從擴(kuò)散膜105的一側(cè)導(dǎo)入，光探測器107放置在膜的相反側(cè)，改變光探測器107的位置以確定發(fā)射光的方向和角度(相對于入射光傳播方向的方向和角度)與透射光強的關(guān)系。另外，改變?nèi)肷涔獾姆较蚝徒嵌纫源_定發(fā)射光的方向和角度(相對于入射光傳播方向的方向和角度)與透射光強的關(guān)系。入射光和發(fā)射光的方向和角度的定義參考圖1-6及上述解釋。
圖5B表示擴(kuò)散膜對于相對于光敏聚合物以20°角輻射的光的透射和散射特性。即，如果將橢圓的長軸方向定義為x軸，將柱狀結(jié)構(gòu)縱軸方向的入射方向定義為膜表面上的y軸，在y軸的反向存在幾乎沒有散射的透明狀態(tài)。另一方面，經(jīng)y軸方向正向從x軸方向的正向到x軸方向的反向的光的上半部顯示出集中在正向的各向異性散射。結(jié)果，入射光被有效地在正向會聚，給出增強的正向亮度。
實施例2在與實施例1相同類型的光敏聚合物上使用橢圓形的長軸與短軸比為1.5∶1的掩模，以與實施例1相同的方式制造擴(kuò)散膜，除了光輻射角θ為20°以外。
按照與實施例1相同的方式估算透射和散射特性。
如同實施例1一樣，有效實現(xiàn)入射光在正向的會聚。
實施例3在與實施例1相同類型的光敏聚合物上使用橢圓形的長軸與短軸比為2∶1的掩模，以與實施例1相同的方式制造擴(kuò)散膜，除了光輻射角θ為10°以外。
按照與實施例1相同的方式估算透射和散射特性。
如同實施例1一樣，有效實現(xiàn)入射光在正向的會聚。
實施例4在與實施例1相同類型的光敏聚合物上使用橢圓形的長軸與短軸比為1.5∶1的掩模，以與實施例1相同的方式制造擴(kuò)散膜，除了光輻射角θ為10°以外。
按照與實施例1相同的方式估算透射和散射特性。
如同實施例1一樣，有效實現(xiàn)入射光在正向的會聚。
實施例5在與實施例1相同類型的光敏聚合物上使用橢圓形的長軸與短軸比為1.5∶1的掩模，以與實施例1相同的方式制造擴(kuò)散膜，除了光輻射角θ為0°以外。
按照與實施例1相同的方式估算透射和散射特性。
獲得的透射和散射特性示于圖6B。具體地說，從橢圓的短軸方向入射到膜表面(膜的y軸方向)的光以沿膜y軸方向延伸的方式散射。在此方向上的光在正向被有效地會聚。光在正向的有效會聚對于小型數(shù)據(jù)裝置(蜂窩電話)的液晶顯示器很重要，并且實施例5的擴(kuò)散膜在該方向展示出有效的光會聚。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明提供了一種形成在聚合物膜中的包含高折射率區(qū)的擴(kuò)散膜，該高折射率區(qū)具有延伸的界面柱狀結(jié)構(gòu)，具有產(chǎn)生各向異性散射的效果，使得散射集中在正向，并且由于在正向視角方向的透明性，還具有這樣的效果，即當(dāng)本擴(kuò)散膜用作液晶顯示板等中的擴(kuò)散膜時，視角方向的正面亮度得到提高。本發(fā)明還提供了一種光學(xué)元件和采用具有此效果的擴(kuò)散膜的液晶顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種光擴(kuò)散膜，包括兩個具有不同折射率的散射和透射光的相，其特征在于具有較大折射率的相包括大量具有在膜厚度方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域，所述的大量區(qū)域包括延伸區(qū)域，柱狀結(jié)構(gòu)的橫截面形狀在該區(qū)域中延伸，并且所述的延伸區(qū)域取向于膜的特定方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述延伸區(qū)域橫截面中的長軸與短軸的平均縱橫比處于1.2∶1-10∶1的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述的大量區(qū)域具有彼此平行的柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸，并且縱軸相對于膜的法線方向傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述的大量區(qū)域使其柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸取向于膜法線方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的光擴(kuò)散膜，其特征在于具有不同折射率的兩種相的折射率之差處于0.005-0.2的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的光擴(kuò)散膜，其特征在于所述膜由一種感光聚合物材料制得。
7.一種光學(xué)元件，其特征在于該光學(xué)元件采用如權(quán)利要求1至6中任一項所述的光擴(kuò)散膜。
8.一種液晶顯示裝置，其特征在于該液晶顯示裝置采用如權(quán)利要求7所述的光學(xué)元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征在于將光擴(kuò)散膜放置成使光擴(kuò)散膜中前述區(qū)域的橫截面的長軸方向以從液晶顯示裝置的觀察方向看從左至右的方向取向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液晶顯示裝置，其特征在于光擴(kuò)散膜中所述區(qū)域的柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸方向相對于膜法線方向傾斜，并且傾斜方向是遠(yuǎn)離視點的方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶顯示裝置包括一個偏振膜，該偏振膜的偏振軸設(shè)置成從液晶顯示屏的觀察方看向左或向右，并且光擴(kuò)散膜中所述區(qū)域的橫截面的短軸方向取向于偏振膜偏振軸的方向。
全文摘要
一種光擴(kuò)散膜，具有選擇性光擴(kuò)散性和光會聚能力，從而提供一種比現(xiàn)有技術(shù)中更亮的圖像，該光擴(kuò)散膜由兩種不同折射率的用于散射/透射光的相組成，其特征在于具有較大折射率的相包括大量具有在膜厚度方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域，每個柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)域包括一個長橫截面的區(qū)域，該長區(qū)域取向于特定的方向。還提供了一種光學(xué)膜和采用該光擴(kuò)散膜的液晶顯示器。
文檔編號G02B5/02GK1537240SQ0281023
公開日2004年10月13日 申請日期2002年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月28日
發(fā)明者原田隆正 申請人:克拉瑞特國際有限公司