[發明專利]偏振光學元件、液晶顯示器、偏振光源及方法

有效

• 申請號: 200710180860.8
• 申請日: 2007-10-17
• 公開（公告）號: CN101414022A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發明（設計）人: 郭惠隆;彭美枝
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02F1/1335;G02F1/13357;G02F1/13363
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云;許向華

技術領域

本發明涉及一種光學元件，特別涉及一種低色偏的組合型偏振光學膜及含有該光學膜的背光模塊和液晶顯示器。

背景技術

液晶顯示器是一種自身不發光的顯示器，為了圖像顯示，通常需要使用會發光的背光模塊作為光源，而液晶在電場的作用下配合偏振材料，其功能如同光閥，結合電極的布置及電極開關的安排，可調節光線的強弱、即可在空間中產生不同的亮暗點而呈現生動的圖像。

傳統上的偏振片是由二色性材料所形成，其中含有例如碘離子錯合物或二色性染料物，使其在兩個互相直交的軸上吸收光線的能力不同，亦即在其中一軸(吸收軸)有入射光的最高吸收度，而在其直交軸(穿透軸)上有最低吸收度，因此就實際狀況而言有一半以上的入射光會被偏振片吸收而損失，造成偏振片及液晶顯示器總體的低光能利用率，無法同時滿足液晶顯示器高亮度與低能量耗損的需求。

目前用來增進液晶顯示器光能利用率最有效的方法之一為偏振轉換法，其利用結果為轉換偏振軸的方式將原本在吸收軸振動的光轉換到穿透軸上(透過與背光模塊的反射機制)，達到光的高效能再利用。

膽甾液晶膜是一種可將自然光偏振成圓偏振光的偏振元件，其可以將光線分離成左圓偏振光與右圓偏振光，與膽甾液晶分子堆迭螺旋性(手性)相同的圓偏振光將會被反射，而另一與膽甾液晶分子手性相反的圓偏振光則會穿透膽甾液晶膜。通常將膽甾液晶膜設置于液晶顯示器之下偏振片與背光模塊之間，如此被膽甾液晶膜反射的光經過背光模塊的反射機制將會穿透膽甾液晶膜，增加光能利用率。

一般液晶顯示器的光學采用線性偏振光(linear?polarized?light)的設計，前述膽甾液晶膜所分離出來的是圓偏振光，需將其轉換成線性偏振光，從光學原理得知這個轉換須用到1/4波長延遲片膜(quarter?wave?film，簡稱QWF)，若將該QWF設置于膽甾液晶膜上，與光源成相反側，并藉由調整1/4波長延遲片與偏振片的軸向的相對夾角，偏振態的轉換即可達成，該組合物進一步與背光模塊、顯示面板的適當組合即可達到增加亮度(高光能利用率)的目的。

然而，傳統上所使用的1/4波長延遲膜通常為A板(A-plate)型式，如圖1所示，A板型式1/4波長延遲膜的光軸14為與膜面方向平行，A板型式的1/4波長延遲膜與膽甾液晶膜搭配的組合元件往往容易在大視角觀察到與原背光源不同的色調，即為色偏現象(color?shift)，當色偏現象嚴重時，就會在大視角處影響圖像顏色的準確性，因此，亟需一種整合功能型的光學膜片以改善該現象及增加增亮技術的實用性。

為改善此一現象有許多解決方法被提出，例如美國專利第5731886號是在1/4波長延遲片上另外設置一片正型C板(C-plate)補償膜來補償色偏現象，然而，此方法會增加材料的種類以及厚度，并且增加工藝的步驟與復雜度，使得大面積時難以均勻化。

O板相位差膜的特征在于其為光軸在斜方向且不與膜的法線垂直或平行的光學補償膜，但沿著厚度方向移動，其光軸在膜層兩表面間與膜面間的夾角可有兩種形式的分布，若光軸在第一表面與第二表面之間與膜面的夾角是連續變化，我們稱之為展開型的O板(splay-type?O-plate)；另外，若光軸在第一表面與第二表面之間與膜面法線的夾角大致一致，我們稱之為傾斜型的O板(synclinic-type?O-plate)。

O板相位差膜用于例如扭轉向列液晶模式(Twisted?Nematic，簡稱TN)、超扭轉向列液晶模式(Super?Twisted?Nematic，簡稱STN)等液晶顯示器的視角-對比補償膜，例如美國專利第5504603號及第7088411號所述。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低色偏偏振光學元件，包括：膽甾液晶膜，以及波長延遲片，波長延遲片由一片或一片以上的O板(O-plate)相位差膜組合而成，設置于膽甾液晶膜上，其中波長延遲片兼具偏振狀態轉換與色差補償功能，該波長延遲片的平面內相位差值Ro介于130±30nm之間，且其平面外相位差值Rth大于90nm。

上述的波長延遲片具有1/4波長延遲片的功能，其特征在于使用O板相位差膜組合而成，作為對通過膽甾液晶膜的圓偏振光轉換成線偏振光所需的1/4波長延遲片用。此外，其除了作為前述的偏振態轉換所需的1/4波長延遲片之外，還兼有降低膽甾液晶膜在大視角方向的色偏功能。因此，上述的波長延遲片為兼具1/4波長延遲片及色偏補償功能的整合型光學膜。另外，為了提供更對稱的光學補償效果，其中堆迭的各O板相位差膜的光軸可為相互對稱或非對稱的型式。