專利名稱：透光膜、形成透光膜的方法和液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括在一個(gè)表面上連續(xù)排列的三維結(jié)構(gòu)的透光膜、形成該透光膜的方法和液晶顯示器。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)消耗較少的電能，與陰極射線管(CRT)相比能夠形成得既小又薄。最近，各種尺寸的液晶顯示器投入使用，諸如包括移動(dòng)電話、數(shù)字照相機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)的小型裝置，和包括液晶電視的大型裝置。
液晶顯示器分成透射型和反射型。透射型液晶顯示器包括用一對(duì)透明基板夾住液晶層形成的液晶顯示面板、分別設(shè)置在液晶顯示面板的光入射側(cè)和光出射側(cè)的第一偏振器和第二偏振器、和起到照明光源作用的背光單元。背光單元可以是光源直接設(shè)置在液晶顯示面板下面的直接光型或使用導(dǎo)光板的邊緣光型。
為了將來自光源的光的發(fā)射方向聚集到正面，已知的一種結(jié)構(gòu)是將稱為增亮膜的透光膜插入背光單元和液晶顯示面板之間(例如，參見日本專利No.3158555)。增亮膜由棱鏡片制成，其通過從背光單元向正面垂直發(fā)射光來聚集光，所述棱鏡片具有以微小的間距周期排列在第一面上的三角形橫截面的棱鏡。
然而，由于對(duì)于現(xiàn)有的棱鏡片，折射率是各向同性的，并且從棱鏡片出射的光通常不偏振，所以大約一半從棱鏡片出射的光被設(shè)置在液晶板光入射側(cè)的第一偏振器吸收。因此，存在背光的照明光不能有效地被利用而亮度不能提高的問題。
通過在棱鏡片和液晶顯示面板之間插入透射第一線偏振分量而反射第二線偏振分量的反射偏振器，背光的光效率能增加并且亮度能夠提高。
然而，使用這種反射偏振器，液晶顯示裝置的生產(chǎn)成本增加并且元件的數(shù)量增加。因此，要減小裝置的尺寸和厚度變得困難。而且，既使使用偏振器，功能也并不完善，例如，沿第一偏振器的吸收軸方向的部分偏振分量泄漏。
考慮到上述問題作出本發(fā)明，本發(fā)明提供具有光聚集功能和預(yù)定偏振分光功能的透光膜、形成透光膜的方法和液晶顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的透光膜包括連續(xù)設(shè)置在第一表面的三維結(jié)構(gòu)，并且三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率和三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率不同。
通過設(shè)定所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率和沿與其垂直的排列方向的折射率的差，對(duì)于入射到透光膜的光，可以使沿三維結(jié)構(gòu)延伸方向振蕩的偏振分量和沿三維結(jié)構(gòu)排列方向振蕩的偏振分量具有不同的透射特性。偏振分量透射特性的差別隨著三維結(jié)構(gòu)的延伸方向和排列方向的折射率差的變大而變大。
三維結(jié)構(gòu)的延伸方向不限于一個(gè)方向。三維結(jié)構(gòu)的延伸方向可以不同于二維排列的多個(gè)延伸方向。而且，根據(jù)本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)包括諸如棱鏡或柱面透鏡(lenticular lens)的結(jié)構(gòu)。例如，棱鏡形成為具有頂角為90°(度)的三角形橫截面。
在上述結(jié)構(gòu)中，例如，通過設(shè)定棱鏡延伸方向的折射率大于棱鏡排列方向的折射率，對(duì)于入射到透光膜上的光，沿棱鏡延伸方向振蕩的偏振分量的返回光量大于沿棱鏡排列方向振蕩的偏振分量的返回光量。
在所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向和排列方向上具有折射各向異性的本發(fā)明的透光膜通過執(zhí)行以下步驟形成形成在第一表面上具有三維結(jié)構(gòu)的樹脂膜的步驟；和沿三維結(jié)構(gòu)延伸方向拉伸樹脂膜，并使三維結(jié)構(gòu)延伸方向的折射率和三維結(jié)構(gòu)排列方向的折射率產(chǎn)生差異的步驟。
所述樹脂膜的拉伸方向設(shè)定為三維結(jié)構(gòu)的延伸方向，以減小由于拉伸前后棱鏡形狀變化造成的光學(xué)特性變化。當(dāng)設(shè)定三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率大于排列方向的折射率時(shí)，優(yōu)選選擇延伸方向具有大折射率的材料作為透光膜的構(gòu)造材料。例如，沿拉伸方向具有大折射率的材料包括共聚物，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚奈二甲酸乙二醇酯(PEN，polyethylenenaphthalate)、PET-PEN混合物、或PET-PEN共聚物、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、和聚酰胺。
當(dāng)設(shè)定三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率大于延伸方向的折射率時(shí)，優(yōu)選選擇沿拉伸方向具有小折射率的材料作為透光膜的結(jié)構(gòu)材料。沿拉伸方向具有小折射率的材料包括例如異丁烯酸樹脂、聚苯乙烯基樹脂、苯乙烯甲基異丁烯酸酯共聚物(styrene-methyl methacrylate co-polymer)、和它們的混合物。
當(dāng)本發(fā)明的透光膜用作液晶顯示裝置的增亮膜時(shí)，采用以下兩種結(jié)構(gòu)的任意一種。作為第一結(jié)構(gòu)，形成透光膜，使得三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率大于排列方向的折射率，由三維結(jié)構(gòu)的排列方向和該對(duì)偏振器中設(shè)置在液晶顯示面板的光入射側(cè)的一個(gè)偏振器的透光軸形成的角度設(shè)定為0°-45°。對(duì)于第二結(jié)構(gòu)，形成透光膜，使得三維結(jié)構(gòu)的排列方向折射率大于延伸方向的折射率，由三維結(jié)構(gòu)的延伸方向和該對(duì)偏振器中設(shè)置在液晶顯示面板的光入射側(cè)的一個(gè)偏振器的透光軸形成的角度設(shè)定為0°-45°。
通過這種結(jié)構(gòu)，透光膜的出射光可以在液晶顯示面板上有效地出射。因此，背光光束可以有效地利用，液晶顯示裝置的亮度可以提高。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的透光膜，由于三維結(jié)構(gòu)的延伸方向和排列方向在折射率方面具有各向異性，所以不僅能實(shí)現(xiàn)聚光作用，而且能實(shí)現(xiàn)預(yù)定偏振分光作用。因此，無需使用諸如反射偏振器之類的光學(xué)元件，就可以提高液晶顯示裝置的增亮效果，可以減少元件的數(shù)量和降低生產(chǎn)成本。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)的分解透視圖。
圖2是示意性圖示作為根據(jù)本發(fā)明的透光膜的棱鏡片結(jié)構(gòu)的整體透視圖。
圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的棱鏡片的作用的主要部件的橫截面圖。
圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的形成棱鏡的方法的示意圖，其中圖4A圖示拉伸方向，圖4B圖示在拉伸前后的棱鏡形狀變化。
圖5圖示當(dāng)沿不同于圖4的方向進(jìn)行拉伸時(shí)、棱鏡形狀的變化。
圖6是圖示圖1所示的液晶顯示裝置作用的主要部件的側(cè)視圖。
圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的棱鏡片面內(nèi)(in-plane)折射率差值與亮度提高率之間的關(guān)系。
圖8圖示測量本發(fā)明第一示例中所述的各向異性棱鏡片的橫截面形狀的結(jié)果。
圖9圖示各向異性棱鏡片的雙折射測量方法。
圖10圖示對(duì)于各向異性棱鏡片垂直偏振光和水平偏振光的出射角的差異。
圖11圖示根據(jù)第一示例的各向異性棱鏡片的透光特性。
圖12圖示根據(jù)第一示例的各向異性棱鏡片的每個(gè)面內(nèi)方向的折射率。
圖13圖示根據(jù)第一示例的各向異性棱鏡片的亮度特性評(píng)價(jià)的測量條件。
圖14圖示根據(jù)第一示例的各向異性棱鏡片的亮度特性評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)結(jié)果。
圖15圖示測量根據(jù)本發(fā)明的第二示例中所述的各向異性棱鏡片的橫截面形狀的結(jié)果。
圖16圖示根據(jù)第二示例的各向異性棱鏡片的透光特性。
圖17圖示根據(jù)第二示例的各向異性棱鏡片的每個(gè)面內(nèi)方向的折射率。
圖18圖示根據(jù)第二示例的各向異性棱鏡片的亮度特性評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)結(jié)果。
圖19圖示亮度與本發(fā)明第三示例中所述的各向異性棱鏡片的偏振器的角度相關(guān)特性。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透光膜的液晶顯示裝置10的示意圖。首先，簡要描述液晶顯示裝置10的整體結(jié)構(gòu)。
液晶顯示裝置10包括液晶顯示面板11、夾住液晶顯示面板11的第一偏振器12A和第二偏振器12B、棱鏡片13、散射器14、和背光單元15。
液晶顯示面板11具有液晶層插入一對(duì)透明基板的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，采用具有良好視角性能的驅(qū)動(dòng)模式諸如垂直取向(VA)和面內(nèi)轉(zhuǎn)換(IPS)的液晶材料。但是，也可能采用扭曲向列型液晶材料。
第一偏振器12A是設(shè)置在液晶顯示面板11的光入射側(cè)的偏振器，第二偏振器12B是設(shè)置在液晶顯示面板11的光出射側(cè)的偏振器。光透射軸的方向根據(jù)棱鏡片13上的棱鏡的排列方向(在下文中，這個(gè)方向稱為“棱鏡排列方向”)的折射率大小與棱鏡的延伸方向(在下文中，這個(gè)方向稱為“棱鏡延伸方向“)的折射率大小之間的關(guān)系來確定。
例如，如果棱鏡延伸方向的折射率大于棱鏡排列方向的折射率，則當(dāng)?shù)谝黄衿?2A的光的透射軸a的方向設(shè)定為棱鏡排列方向時(shí)，作用最大，如圖1所示。但是，由于一些原因，例如為了獲得合適的角度亮度分布或提高液晶顯示面板11的對(duì)比率，透射軸a的方向和棱鏡排列方向不匹配時(shí)，可能增加透射軸a與棱鏡排列方向形成的角度。在這種情況下，為了提高正面亮度，角度必須在0°-45°之間，應(yīng)該更優(yōu)選在0°-20°之間。
如果棱鏡排列方向的折射率大于棱鏡延伸方向的折射率，則當(dāng)?shù)谝黄衿?2A的透射軸a的方向設(shè)定為棱鏡延伸方向時(shí)，作用最大。但是，由于一些原因，例如為了獲得合適的角度亮度分布或提高液晶顯示面板11的對(duì)比率，透射軸a的方向和棱鏡延伸方向不匹配時(shí)，可能增加透射軸a與棱鏡延伸方向形成的角度。在這種情況下，為了提高正面亮度，角度必須在0°-45°之間，應(yīng)該更優(yōu)選在0°-20°之間。
棱鏡片13對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的透光膜，其用作提高液晶顯示裝置10的正面亮度的增亮膜。棱鏡片13設(shè)置在散射器14的光出射側(cè)，如下所述，散射器14散射并出射來自背光單元15的照明光(在下文中，也稱為“背光光束”)，并且具有聚集功能和預(yù)定偏振分光功能。
背光單元15構(gòu)成為包括多個(gè)線光源16和反射器17的直接光型。但是，背光單元15不限于此，可以構(gòu)成為使用光導(dǎo)板的側(cè)邊緣型。光源16是線光源，諸如冷陰極熒光燈(CCFL)。但是，作為替代，也可以使用點(diǎn)光源，諸如發(fā)光二極管(LED)。
下面，詳細(xì)描述作為本發(fā)明的透光膜提供的棱鏡片13。
圖2是棱鏡片13的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。棱鏡片13由透光樹脂材料制成，在第一側(cè)具有棱鏡結(jié)構(gòu)表面13a，其上具有三角形橫截面的均勻柱形棱鏡沿第一方向(Y方向)連續(xù)排列。棱鏡結(jié)構(gòu)表面13a中包括的棱鏡對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的“三維結(jié)構(gòu)”，并且每個(gè)形成為具有相同的頂角和間距。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，棱鏡頂角是90°，排列間距例如是50μm。棱鏡片13的第二側(cè)是平坦表面13b。棱鏡片13的棱鏡結(jié)構(gòu)表面13a面對(duì)光出射側(cè)(液晶顯示面板11一側(cè))設(shè)置。
棱鏡片13沿棱鏡延伸方向(x方向)和棱鏡排列方向(Y方向)具有不同的折射率。這樣，因?yàn)槔忡R片13具有面內(nèi)各向異性的折射率，所以入射到棱鏡片13的光的透射性能可以根據(jù)偏振狀態(tài)改變。圖3圖示入射到棱鏡片13的光的光路，具體地說，圖示出棱鏡延伸方向的折射率nx大于棱鏡排列方向的折射率(nx＞ny)的情況。這里，Lx表示背光光束L沿棱鏡延伸方向(X方向)振蕩的偏振分量，Ly表示背光光束L沿棱鏡排列方向(Y方向)振蕩的偏振分量。
如圖3所示，對(duì)于從對(duì)角線方向、以入射角θ1入射到棱鏡片13的平坦表面13b上的背光光束，因?yàn)槔忡R片13的折射率沿棱鏡延伸方向(X方向)和棱鏡排列方向(Y方向)不同(nx＞ny)，背光光束的X方向偏振分量Lx和Y方向偏振分量Ly分別以不同折射角rx和ry(rx＜ry)折射，并且從棱鏡的斜面、分別以不同出射角φx和φy出射。此時(shí)，偏振分量Ly的出射角φy小于偏振分量Lx的出射角φx(φx＞φy)。
在上述實(shí)施例中，偏振分量Lx和Ly兩者都從棱鏡片13的光出射面(棱鏡結(jié)構(gòu)表面13a)出射。然而，因?yàn)檎凵渎恃乩忡R延伸方向(X方向)和棱鏡排列方向(Y方向)不同，所以沿這些方向的振蕩偏振分量在諸如棱鏡的平坦表面13b或斜面之類的界面處以不同反射角反射。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，因?yàn)檠乩忡R延伸方向的折射率nx大于沿棱鏡排列方向的折射率ny，沿棱鏡延伸方向振蕩的偏振分量Lx比Ly反射得更多。結(jié)果，對(duì)于透過棱鏡片13的背光光束，Ly的光量大于Lx的光量。
因?yàn)閺睦忡R的斜面出射的偏振分量Lx和Ly的出射角存在φx＞φy的關(guān)系，所以當(dāng)入射到棱鏡片1 3的背光光束的入射角滿足預(yù)定條件時(shí)，達(dá)到完全偏振分光狀態(tài)，其中偏振分量Lx在棱鏡的斜面反復(fù)全反射，只有偏振分量Ly透過棱鏡片13。圖3示出在入射角θ2的條件下達(dá)到這種狀態(tài)的一個(gè)示例。作為一個(gè)示例，θ2大約等于11到25度，其中nx＝1.9，ny＝1.6，棱鏡頂角等于90度。
當(dāng)背光光束入射到棱鏡片13的入射角太小時(shí)，達(dá)到與當(dāng)背光光束垂直入射到棱鏡片13的平坦表面時(shí)相同的狀態(tài)。在這種情況下，如圖3所示，無論背光光束L的偏振狀態(tài)如何，背光光束L在棱鏡的斜面反復(fù)全反射，并且變成返回到背光側(cè)的返回光束。
如上所述，通過使棱鏡片13面內(nèi)各向異性，除了對(duì)背光光束的聚集作用之外，能夠獲得預(yù)定偏振分光作用。而且，根據(jù)上述示例在棱鏡片13上反射的光會(huì)在背光單元15的散射器14和反射器17(圖1)的表面上被反射，無偏振地再次入射到棱鏡片13上。因此，光效率提高，所述光能夠用于正面亮度的提高。
接下來，將描述形成如上所述結(jié)構(gòu)的棱鏡片13的方法示例。
根據(jù)本實(shí)施例的棱鏡片13通過以下步驟形成制作在第一側(cè)上具有棱鏡結(jié)構(gòu)表面13a的樹脂膜的步驟，和沿棱鏡延伸方向拉伸樹脂膜并使折射率在棱鏡延伸方向和棱鏡排列方向具有差異的步驟。
制作樹脂膜的方法沒有限制，例如，可以采用熱壓法或熔體擠壓工藝。而且，棱鏡層可以形成在平樹脂片的基底上。優(yōu)選，樹脂膜可以利用輥?zhàn)舆B續(xù)生產(chǎn)。
通過沿棱鏡延伸方向拉伸樹脂膜增加所制作的樹脂膜的折射各向異性。根據(jù)本實(shí)施例的棱鏡片13，棱鏡延伸方向的折射率nx大于棱鏡排列方向的折射率ny。因此，如圖4A所示，利用沿拉伸方向具有大折射率的樹脂材料形成樹脂膜，然后，沿棱鏡延伸方向(X方向)拉伸樹脂膜23，獲得目標(biāo)棱鏡片13。根據(jù)所需要的面內(nèi)折射率差和樹脂膜材料的類型可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定拉伸率。
沿拉伸方向具有大折射率的樹脂材料包括共聚物，例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚奈二甲酸乙二醇酯(PEN)、它們的混合物，或PET-PEN共聚物、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、和聚酰胺。
拉伸方向被設(shè)定為棱鏡延伸方向，從而抑制拉伸前后由棱鏡形狀造成的目標(biāo)光學(xué)特性的變化。圖4B圖示拉伸前后棱鏡結(jié)構(gòu)表面的外形變化，其中實(shí)線表示拉伸前，單點(diǎn)劃線表示拉伸之后。由于將拉伸方向設(shè)定為棱鏡延伸方向(X方向)，拉伸后棱鏡的橫截面形狀與拉伸前棱鏡的橫截面形狀基本上成比例關(guān)系。因此，能夠抑制光學(xué)特性的變化，能夠高精度地控制的棱鏡形狀。
與此相反，如圖5A和5B所示，通過沿棱鏡排列方向(Y方向)拉伸來增加樹脂膜23的折射各向異性，棱鏡的外部形狀變化很大，特別是，棱鏡頂角和棱鏡排列間距增加，難以以高精度的方式控制想要的光學(xué)特性。在圖5B中，雙點(diǎn)劃線表示拉伸之前，實(shí)線表示拉伸之后。
為了將棱鏡排列方向的折射率設(shè)定為大于棱鏡延伸方向的折射率，可以使用沿拉伸方向具有小折射率的樹脂材料，然后，沿棱鏡延伸方向拉伸。沿拉伸方向具有小折射率的樹脂材料包括甲基丙烯酸樹脂，例如，異丁烯酸酯、聚苯乙烯樹脂、苯乙烯丙烯晴共聚物(AS樹脂)、苯乙烯異丁烯酸酯共聚物、和它們的混合物。
接下來，參照?qǐng)D6描述根據(jù)本實(shí)施例的液晶顯示裝置10的操作。圖6是液晶顯示裝置10的整體側(cè)視圖，圖示透過棱鏡片13、第一偏振器12A、液晶顯示面板11、和第二偏振器12B的光的偏振狀態(tài)。
如上所述，第一偏振器12A的透射軸根據(jù)棱鏡排列方向的折射率大小和棱鏡延伸方向的拉伸方向的折射率大小之間關(guān)系來確定。圖6圖示棱鏡延伸方向的折射率大于棱鏡排列方向的折射率的情況，其中優(yōu)選沿棱鏡排列方向(Y方向)設(shè)置第一偏振器12A的透射軸a。在圖6中，Lx表示背光光束L沿棱鏡延伸方向(X方向)振蕩的偏振分量，Ly表示背光光束L沿棱鏡排列方向(Y方向)振蕩的偏振分量。
圖中未示出的從背光單元15發(fā)射并且透過散射器14的非偏振光(背光光束L)入射到棱鏡片13的平坦表面13b上。背光光束L朝棱鏡片13的前方聚集，從棱鏡結(jié)構(gòu)表面13a出射，然后，入射到第一偏振器12A上。第一偏振器12A吸收入射背光光束L的Lx并透射Ly。透過第一偏振器12A的Ly被液晶顯示面板11的每個(gè)像素單元偏振并入射到第二偏振器12B上。只有第二偏振器12B的透射軸的偏振光透過，從而在面板的前表面形成圖像。
入射到棱鏡片13的背光光束L的入射角θ不是恒定的，其具有預(yù)定的角度分布。形成根據(jù)本實(shí)施例的棱鏡片13，使得沿棱鏡延伸方向的折射率nx大于沿棱鏡排列方向的折射率ny。因此，如圖3所示，對(duì)于透過棱鏡片13的背光光束L，Lx的量大于Ly的量。量的比例取決于棱鏡片13的棱鏡排列方向的折射率與棱鏡延伸方向的折射率之間的差、和背光光束L入射到棱鏡片13的入射角θ的分布。
在棱鏡片13上反射的部分背光光束L在在背光單元15的反射器17或散射器14的表面上反射，并且再次入射到棱鏡片13上。這種循環(huán)作用重復(fù)，以有效地使用背光光束L。
根據(jù)上述本實(shí)施例，因?yàn)槔忡R片13不僅具有光聚集作用，而且具有預(yù)定偏振分光作用，所以背光光束L沿棱鏡延伸方向的偏振分量Lx的出射光量比沿棱鏡排列方向的偏振分量Ly的出射光量減小得多。因此，在第一偏振器12A上吸收的背光光束L的量能夠減少，以有效地使用背光光束L。這樣，背光光束L的提取效率增加，提高正面亮度。
而且，由于不需要昂貴的光學(xué)元件，如反射偏振器，所以可以通過減少元件數(shù)量，進(jìn)一步減小液晶顯示裝置的厚度，并且能夠降低生產(chǎn)成本。
棱鏡片13的背光光束L的偏振分光作用隨著棱鏡延伸方向的折射率nx和棱鏡排列方向的折射率ny之間的差增大而增大。圖7圖示棱鏡排列方向的折射率ny大于棱鏡延伸方向的折射率nx的情況，并且示出在nx＝1.60和ny＝nx+Δn時(shí)的亮度提高率的模擬結(jié)果。這示出了在以雙折射Δn設(shè)定為零的情況下的亮度提高為基準(zhǔn)的情況下的亮度提高結(jié)果。這里，棱鏡頂角是90°。
從圖7可以明顯看出，Δn越大，亮度提高率越大。因?yàn)閚x決定角度亮度分布，所以可以通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)合適地設(shè)定該值。與此相反，ny比nx越大越好，這樣，能夠增加亮度提高率。
前面已經(jīng)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以采用各種變型。
例如，在上述實(shí)施例中，棱鏡片13的面內(nèi)折射率設(shè)定為nx＞ny。然而，作為代替，其可以設(shè)定為nx＜ny。在這種情況下，當(dāng)它沿棱鏡延伸方向拉伸時(shí)，可以使用沿拉伸方向具有小折射率的樹脂材料。同樣，在這種情況下，優(yōu)選棱鏡排列方向是垂直于第一偏振器透射軸的方向。
而且，在上述實(shí)施例中，使用一個(gè)棱鏡片13。然而，可以使用兩個(gè)重疊的棱鏡片13。在這種情況下，優(yōu)選疊置棱鏡片，使得棱鏡延伸方向相互垂直，一個(gè)棱鏡片沿棱鏡延伸方向的折射率大，而另一棱鏡片沿棱鏡排列方向的折射率大。作為替代，在上面的棱鏡片可以是具有折射率差的棱鏡片，在下面的棱鏡片可以是標(biāo)準(zhǔn)的各向同性的棱鏡片(例如，由3M公司制造的BEF(商標(biāo)))。
此外，根據(jù)上述實(shí)施例，采用拉伸來產(chǎn)生棱鏡片13的折射各向異性。然而，這并沒有被限制，例如，可以通過排列折射率各向異性的液晶材料或者通過用具有折射各向異性的液晶材料形成棱鏡片，在棱鏡延伸方向和棱鏡排列方向上產(chǎn)生折射各向異性。
下面將描述本發(fā)明的示例。然而，本發(fā)明不限于此。在下面描述的示例中，在有些情況下，根據(jù)本發(fā)明具有折射各向異性的棱鏡片稱為“各向異性棱鏡片”。
(第一示例)[形成棱鏡片]作為用于熱壓以將棱鏡形狀轉(zhuǎn)印給樹脂膜的原始金屬模壓板，使用具有以以下方式雕刻的表面的板，所述方式使得橫截面包括頂角為90°的直角等邊三角形，它們彼此相鄰且平行地規(guī)則并連續(xù)排列，使得突起部分和相鄰?fù)黄鸩糠种g的距離、凹進(jìn)部分和相鄰凹進(jìn)部分之間的距離都是50μm。樹脂膜是熱塑性樹脂，使用200μm厚不定形PEN(A-PEN)片(由MitsubishiChemical公司制造的NovaClear(商標(biāo))SG007，Tg大約70℃)。這種樹脂膜在100℃用100kgf/cm2(9.8Mpa)的壓力熱壓10分鐘，在熱壓以后立即加冰水，以獲得透明各向同性棱鏡片。
所獲得的各向同性片切割成8cm長(沿棱鏡延伸方向)和5cm寬的矩形。然后，用手動(dòng)拉伸機(jī)固定縱向兩個(gè)邊緣處的三角形橫截面(棱鏡橫截面)，通過以1cm/sec的拉伸速度進(jìn)行單軸拉伸，使得樣品的中心在55℃的溫水中拉長3.5倍，從而獲得各向異性棱鏡片。
所獲得的各向異性棱鏡片和未拉伸的各向同性棱鏡片的三角形橫截面用表面粗糙度計(jì)(由Kosaka Laboratory有限公司制造的Surfcoder ET4001A)來測量。結(jié)果，兩個(gè)片都包括與原始板相同的具有45度底角的直角等邊三角形。而且，拉伸前的樣品棱鏡大約是50μm間距，其與原始板相同，而拉伸后的棱鏡樣品大約是30μm間距。
圖8圖示拉伸后的棱鏡片的橫截面圖。在圖中，點(diǎn)劃線表示樣品拉伸前的橫截面形狀，實(shí)線表示樣品拉伸后的橫截面形狀。應(yīng)該注意，棱鏡的形狀在拉伸前和拉伸后是相似的。
雙點(diǎn)劃線表示樣品沿縱向(棱鏡延伸方向)切割成1.5cm長和5cm寬形狀后的棱鏡形狀。如示例所示，當(dāng)縱向/水平比小于1的樣品沿縱向拉伸時(shí)，棱鏡片的橫截面形狀變形，不能獲得與原始形狀相似的棱鏡形狀。因此，優(yōu)選切割出樣品，使得縱向/水平比大于或等于1。
接下來，測量所獲得的各向異性棱鏡片的雙折射。為了測量雙折射，如圖9所示，偏振光垂直入射到片45的棱鏡表面上；用測量單元46檢測透射光；基于透射光的出射角φ的差計(jì)算棱鏡延伸方向的折射率nx與棱鏡排列方向的折射率ny的差Δn(＝nx-ny)。換言之，透射光的出射角φ根據(jù)入射偏振方向的不同而不同，如圖10所示，沿棱鏡延伸方向以平行方式振蕩的偏振分量(在下文中，該偏振分量稱為“垂直偏振光Lx”)的出射角φx大于沿棱鏡排列方向以平行方式振蕩的偏振分量(在下文中，該偏振分量稱為“水平偏振光Ly”)的出射角φy。采用這種方法，能夠計(jì)算Δn。
圖11圖示表示透過片45的垂直偏振光Lx和水平偏振光Ly的光量與出射角之間的關(guān)系的測量結(jié)果。垂直軸的單位(a.u.)代表“任意單位”，其為相對(duì)值。作為測量結(jié)果，如圖12所示，所獲得的各向異性棱鏡片45的棱鏡延伸方向的折射率nx是1.62，而棱鏡排列方向的折射率ny是1.55，和Δn是0.07。
根據(jù)這個(gè)結(jié)果，在棱鏡的形狀被熱壓成A-PEN片之后，通過單軸拉伸，獲得沿棱鏡延伸方向和排列方向具有折射率差的各向異性棱鏡片。而且，如圖11所示，可以確定水平偏振光Ly的透射率大于垂直偏振光Lx的透射率。這是因?yàn)?，棱鏡延伸方向的折射率nx大于棱鏡排列方向的折射率ny，棱鏡斜面對(duì)平行于棱鏡延伸方向的偏振分量Lx的全反射作用增加，與Ly相比，透射光量減少。
接下來，測量本示例的各向異性棱鏡片45的亮度校準(zhǔn)。如圖13所示，背光單元是邊緣型背光單元，其包括光源50、反射器51、和導(dǎo)光板52。散射器53、增亮膜54、各向異性棱鏡片45、偏振器55按照相應(yīng)的順序?qū)盈B在導(dǎo)光板52上。利用亮度色度計(jì)(由ELDIM制造的EZ-contrastXL88)測量正面亮度和照度。
各向同性棱鏡片(例如，由3M公司制造的BEF(商標(biāo)))用作增亮膜54，棱鏡延伸方向沿圖的左右方向(水平方向)設(shè)置。各向異性棱鏡片45沿圖的上下方向(垂直方向)設(shè)置棱鏡延伸方向，該棱鏡延伸方向垂直于增亮膜54設(shè)置。設(shè)有兩個(gè)偏振器55一個(gè)具有沿垂直方向的光透射軸A；另一個(gè)具有沿水平方向的透射軸B。兩個(gè)偏振器55用于測量垂直偏振光和水平偏振光的亮度校準(zhǔn)。
(第一對(duì)比例)用與第一示例相同的方法測量正面亮度和照度，不同的是使用未拉伸各向異性棱鏡片(90度棱鏡頂角和50μm間距)代替各向異性棱鏡片45。
測量結(jié)果如表1和圖14所示。
第一示例

根據(jù)表1和圖14所示的結(jié)果，與第一對(duì)比例的各向異性棱鏡片相比，本示例的各向異性棱鏡片垂直偏振光的正面亮度和照度降低。然而，與第一對(duì)比例的各向異性棱鏡片相比，水平偏振光的亮度和照度都提高。
根據(jù)上述結(jié)果，對(duì)于各向異性棱鏡片，因?yàn)樵诶忡R表面反射更大量的垂直偏振光，所以該垂直偏振光通過散射器和反射器被循環(huán)為各個(gè)方向的光，用于增加水平偏振光的亮度和照度。因此，通過將偏振器55的透射軸設(shè)定在水平偏振光的方向，即，各向異性棱鏡片45的棱鏡校準(zhǔn)方向，能夠有效使用光，并且能夠增加正面亮度和照度(光提取效率)。
(第二示例)[形成棱鏡片]作為用于熱壓以將棱鏡形狀轉(zhuǎn)印給樹脂膜的原始金屬模壓板，使用具有以以下方式雕刻的表面的板，所述方式使得橫截面包括頂角為90°的直角等邊三角形，它們彼此相鄰和平行地規(guī)則并連續(xù)排列，使得突起部分和相鄰?fù)黄鸩糠种g的距離、凹進(jìn)部分和相鄰凹進(jìn)部分之間的距離都是50μm。樹脂膜是熱塑性樹脂，使用200μm厚不定形PEN(A-PEN)片(Tg大約120℃)。這種樹脂膜在150℃用100kgf/cm2(9.8Mpa)的壓力熱壓10分鐘，在熱壓以后立即加冰水，以獲得透明各向同性棱鏡片。
所獲得的各向同性片切割成8cm長(沿棱鏡延伸方向)和5cm寬的矩形。然后，用手動(dòng)拉伸機(jī)固定縱向兩個(gè)邊緣處的三角形橫截面(棱鏡橫截面)，通過以1cm/sec的拉伸速度進(jìn)行單軸拉伸，使得樣品的中心在140℃的環(huán)境中拉長3.5倍，從而獲得各向異性棱鏡片。
所獲得的各向異性棱鏡片和未拉伸的各向同性棱鏡片的三角形橫截面用表面粗糙度計(jì)(由Kosaka Laboratory有限公司制造的Surfcoder ET4001A)來測量。結(jié)果，兩個(gè)片都包括與原始板相同的具有45度底角的直角等邊三角形。而且，拉伸前的樣品棱鏡大約是50μm間距，其與原始板相同，而拉伸后的棱鏡樣品大約是30μm間距。
圖15圖示拉伸后的棱鏡片的示意性橫截面圖。在圖中，點(diǎn)劃線表示樣品拉伸前的橫截面形狀，實(shí)線表示樣品拉伸后的橫截面形狀。應(yīng)該注意，棱鏡的形狀在拉伸前和拉伸后是相似的。
接下來，測量所獲得的各向異性棱鏡片的雙折射。用與第一示例相同的方法測量雙折射。
圖16圖示表示透過各向異性棱鏡片的垂直偏振光Lx和水平偏振光Ly的光量與出射角之間的關(guān)系的測量結(jié)果。垂直軸的單位(a.u.)代表“任意單位”，其為相對(duì)值。作為測量結(jié)果，如圖17所示，所獲得的各向異性棱鏡片的棱鏡延伸方向的折射率nx是1.79，而棱鏡排列方向的折射率ny是1.56，和Δn是0.23。
根據(jù)這個(gè)結(jié)果，在棱鏡的形狀被熱壓成A-PEN片以后，通過單軸拉伸，獲得沿棱鏡延伸方向和排列方向具有不同折射率的各向異性棱鏡片。而且，如圖16所示，可以確定水平偏振光Ly的透射率大于垂直偏振光Lx的透射率。這是因?yàn)?，棱鏡延伸方向的折射率nx大于棱鏡排列方向的折射率ny，棱鏡斜面對(duì)平行于棱鏡延伸方向的偏振分量Lx的全反射作用增加，與Ly相比，透射光量減少。
接下來，測量本示例的各向異性棱鏡片的亮度校準(zhǔn)。如圖13所示，背光單元是邊緣型背光單元，其包括光源50、反射器51、和導(dǎo)光板52。散射器53、增亮膜54、各向異性棱鏡片45、和偏振器55按照相應(yīng)的順序?qū)盈B在導(dǎo)光板52上。利用亮度色度計(jì)(由ELDIM制造的EZ-contrastXL88)測量正面亮度和照度。
各向同性棱鏡片(例如，由3M公司制造的BEF(商標(biāo)))用作增亮膜54，棱鏡延伸方向沿圖的左右方向(水平方向)設(shè)置。各向異性棱鏡片45沿圖的上下方向(垂直方向)設(shè)置棱鏡延伸方向，該棱鏡延伸方向垂直于增亮膜54設(shè)置。設(shè)有兩個(gè)偏振器55一個(gè)具有沿垂直方向的光透射軸A；另一個(gè)具有沿水平方向的透射軸B。兩個(gè)偏振器55用于測量垂直偏振光和水平偏振光的亮度校準(zhǔn)。
(第二對(duì)比例)用與第二示例相同的方法測量正面亮度和照度，不同的是使用未拉伸各向異性棱鏡片(90度棱鏡頂角和50μm間距)代替各向異性棱鏡片45。
測量結(jié)果如表2和圖18所示。
第二示例

根據(jù)表2和圖18所示的結(jié)果，與第二對(duì)比例的各向異性棱鏡片相比，本示例的各向異性棱鏡片的垂直偏振光的正面亮度和照度降低。然而，與第二對(duì)比例的各向異性棱鏡片相比，水平偏振光的亮度和照度都提高。
根據(jù)上述結(jié)果，對(duì)于各向異性棱鏡片，由于在棱鏡表面反射更大量的垂直偏振光，所以該垂直偏振光通過散射器和反射器被循環(huán)為各個(gè)方向的光，用于增加水平偏振光的亮度和照度。因此，通過將偏振器55的透射軸設(shè)定在水平偏振光的方向，即，各向異性棱鏡片45的棱鏡排列方向，能夠有效使用光，并且能夠增加正面亮度和照度(光提取效率)。
(第三示例)當(dāng)本發(fā)明的棱鏡片用于液晶顯示裝置時(shí)，由棱鏡片與偏振器(設(shè)置在液晶顯示面板的光入射側(cè)的偏振器。在下文中，這是相同的)的透射軸形成的角度變得很重要。如第一和第二示例所示，從棱鏡片出射的光的偏振被偏置，優(yōu)選偏振器的透射軸與對(duì)應(yīng)于偏置的方向匹配。然而，即使由于例如提高液晶顯示裝置的對(duì)比度或抑制波紋的原因，偏振器的透射軸不匹配時(shí)，也能夠采用本發(fā)明。
根據(jù)本示例，當(dāng)沿棱鏡延伸方向的折射率大于沿棱鏡排列方向的折射率的棱鏡片，例如第二示例的棱鏡片，用于液晶裝置時(shí)，以棱鏡排列方向與偏振器的透光軸方向形成的角度測量液晶顯示裝置的正面亮度。
(第三對(duì)比例)用與第三示例相同的方法測量正面亮度和照度，不同的是使用未拉伸的各向異性棱鏡片(90度棱鏡頂角和50μm間距)代替所述各向異性棱鏡片。
圖19示出測量結(jié)果。根據(jù)圖19的測量結(jié)果，當(dāng)棱鏡片的棱鏡排列方向與偏振器的透光軸方向形成的角度為0°-45°時(shí)，與各向異性棱鏡片相比，正面亮度增加，優(yōu)選該角度為0°-20°。
與棱鏡延伸方向的折射率大于棱鏡排列方向折射率的情況相反，根據(jù)本示例，當(dāng)形成棱鏡片使得棱鏡排列方向的折射率大于棱鏡延伸方向的折射率時(shí)，如果棱鏡延伸方向與偏振器的透光軸方向形成的角度為0°-45°，則與各向異性棱鏡片相比，能夠增加正面亮度，優(yōu)選該角度為0°-20°。
權(quán)利要求
1.一種透光膜，包括連續(xù)設(shè)置在第一表面上的三維結(jié)構(gòu)，其中，所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率和所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率不同。
2.如權(quán)利要求1所述的透光膜，其中，所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率大于所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率。
3.如權(quán)利要求1所述的透光膜，其中，所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率大于所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率。
4.如權(quán)利要求1所述的透光膜，其中，所述透光膜由沿所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向拉伸的樹脂膜構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的透光膜，其中，所述透光膜由沿所述延伸方向具有大折射率的材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述的透光膜，其中，所述透光膜由沿所述延伸方向具有小折射率的材料構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求4所述的透光膜，其中，所述透光膜由例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，即PET；聚奈二甲酸乙二醇酯，即PEN；PET-PEN混合物；或PET-PEN共聚物的共聚物構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的透光膜，其中，所述三維結(jié)構(gòu)是棱鏡或柱面透鏡。
9.一種形成透光膜的方法，該透光膜具有連續(xù)設(shè)置在第一表面上的三維結(jié)構(gòu)，該方法包括形成在所述第一表面上具有所述三維結(jié)構(gòu)的樹脂膜的步驟；和沿所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向拉伸所述樹脂膜，并且使所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率和所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率產(chǎn)生差異的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的形成透光膜的方法，其中，所述樹脂膜由沿延伸方向具有大折射率的材料構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求9所述的形成透光膜的方法，其中，所述樹脂膜由沿延伸方向具有小折射率的材料構(gòu)成。
12.一種液晶顯示裝置，包括液晶顯示面板；一對(duì)夾住所述液晶顯示面板的偏振器；照明液晶顯示面板的光源；和透光膜，其插入所述液晶顯示面板和光源之間，所述透光膜在光出射側(cè)的表面上具有連續(xù)設(shè)置的三維結(jié)構(gòu)，其中，所述透光膜在所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向和所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向上具有折射率差。
13.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其中，所述透光膜形成為使得所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率大于所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率，并且其中，由所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向與所述一對(duì)偏振器中設(shè)置在所述液晶顯示面板的光入射側(cè)的一個(gè)偏振器的透光軸方向形成的角度為0°-45°。
14.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其中，所述透光膜形成為使得所述三維結(jié)構(gòu)的排列方向的折射率大于所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向的折射率，并且其中，由所述三維結(jié)構(gòu)的延伸方向與所述一對(duì)偏振器中設(shè)置在所述液晶顯示面板的光入射側(cè)的一個(gè)偏振器的透光軸方向形成的角度為0°-45°。
15.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其中，所述透光膜由例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，即PET；聚奈二甲酸乙二醇酯，即PEN；PET-PEN混合物；或PET-PEN共聚物的共聚物構(gòu)成。
全文摘要
一種透光膜不僅具有光聚集功能，還具有預(yù)定偏振/分光功能。在該透光膜(棱鏡片13)中，棱鏡延伸方向的折射率nx與棱鏡排列方向的折射率ny不同。由于在棱鏡延伸方向和沿與其垂直的棱鏡排列方向之間設(shè)置了折射率差，所以對(duì)于入射到透光膜的光，可以在沿棱鏡延伸方向振蕩的偏振分量Lx和沿棱鏡排列方向振蕩的偏振分量Ly之間實(shí)現(xiàn)不同的透射特性。當(dāng)棱鏡延伸方向的折射率大于棱鏡排列方向的折射率nx＞ny時(shí)，在入射到透光膜的光中，沿棱鏡延伸方向振蕩的偏振分量Lx的返回光量大于沿棱鏡排列方向振蕩的偏振分量Ly的返回光量。這樣，不僅可以實(shí)現(xiàn)光聚集功能，而且實(shí)現(xiàn)預(yù)定偏振分光功能。
文檔編號(hào)F21V5/02GK101091129SQ20068000155
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者星光成, 小幡慶, 堀井明宏, 水野裕 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社