TWI321683B - Polarized light source system and liquid crystal display using the same - Google Patents

Description

1321683 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種偏光源系統以及一種應用該偏光源系統做 為背光源之液晶顯示裝置。 【先前技術】 現階段’液晶顯示器因其反應時間快、顯示品質較佳、無輻 射、適用於大型動畫顯示等優點，被廣泛應用於筆記本電腦、臺 式電腦監視器、工作站、工業監視器、全球衛星定位系統(GPS)、 個人數據處理 '遊戲機、可視電話、便攜式VCD、DVD及其他一 些，攜式裝置。然，液晶本身並不發光，須有光源系統為其提供 顯示圖像所需之亮光。 請參閱第一圖’一種常用於筆記本電腦之液晶顯示裝置1〇包 括一责光源12、一薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)玻璃基板 14、一彩色濾光片（c〇i〇r Filter，CF)玻璃基板16、位於TFT玻璃基 板14與CF玻璃基板16之間之液晶分子18以及分別定位於二者 兩側之偏光板19、19’ ’且該二偏光板19、19,之通光方向相互垂 直δ又置。该背光源12為該液晶顯示裝置1〇提供所需之面光源， 其包括一平板狀導光板122,位於導光板122 —側之光源124與反 ^光源12^出射光回導光板122之光源罩126，於導光板122底面 设置有一系列網點(圖未示），以使光源出射光自導光板122出射面 均勻出射。 ，源124出射光為自然光，其由偏振方向相互垂直之ρ方向 ，振光與s方向偏振光共同組成，當該自然光經導光板122耦合 ，射，偏絲I9時於偏光板U僅允許偏振方向與其通光方 :平行之部份偏極光通過，而偏振方向與其通光方向垂直之部份 f光則全部吸收損耗’即使不考慮光源似出射光在光源罩126 光板I22中傳輸過程中之損耗，由於偏光板D之吸收，至少 有50%之光能量被損耗’加上上述傳輸過程以及TFr玻璃基板14 1321683 ㈣峨狀光能糊 【發明内容】 為必Ϊ黎於此’提供一種光能利用率高、高輝度之偏光源系統實 j明之目的在於提供-種統利解高之偏光源系統。 之高於提供一種應用該偏光源韻 本發明之偏光源系統包括一由透明材料製成之導光板、一 f二^源^— 1/4波片、一向上獲鏡板與一向下稜鏡板。該導 光人射面及-與光入射面相交之光出射面；該光源位 ^導光板光人射面-侧；該光料反射絲出射光人該導光板； 該向上稜鏡板設置於導光板光出射面—側，其背向導光板一侧表 面連續均自設置有複數向上微稜鏡；該向下稜鏡板位於向上棱鏡 反微稜鏡一側，其包括一增壳膜以及一自增亮膜一體延伸之複數 =下微稜鏡，其係面向向上稜鏡板且與複數向上微稜鏡相互嚙 5，該複數向上、向下微稜鏡之頂角在125。至145乂間；該1/4 波片之背向導光板一側底面鍍有反射膜。 β 本發明之液晶顯示裝置包括一薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT)玻璃基板、一彩色濾光片（c〇1〇r Filter，CF)玻璃基 板、複數位於TFT玻璃基板與CF玻璃基板間之液晶分子、二分 別定位於TFT玻璃基板與CF玻璃基板二側之偏光片，該二偏光 片之$光方向相互垂直設置，以及一鄰近TFr玻璃基板一側之偏 光片设置之偏光源系統。該偏光源系統包括一由透明材料製成之 導光板、一光源、一光源罩、一 1/4波片、一向上稜鏡板與一向下 積鏡板。該導光板包括一光入射面及一與光入射面相交之光出射 面j該光源位於導光板光入射面一側；該光源罩反射光源出射光 士該導光板；該向上稜鏡板設置於導光板光出射面一側，其背向 導光板一側表面連續均勻設置有複數向上微稜鏡；該向下稜鏡板 位於向上稜鏡板微稜鏡一側’其包括一增亮膜以及一自增亮膜一 體延伸之複數向下微棱鏡，其係面向向上稜鏡板且與複數向上微 稜鏡相互嚙合；該1/4波片之背向導光板一側底面鍍有反射膜。 本發明利用複數向上、下微稜鏡與其間之間隔將自然光轉化 方向之完全線偏振光與5方向之完全線偏振光，且p方向之 線偏振光直接自向下稜鏡板透射，而s方向之完全線偏振光 經過I/4波片而完全轉化為P方向之完全線偏振光自向下稜鏡 ^射，光源100%被利用，且二組p方向之完全線偏振光匯合經 =牦透膜出射，進一步提高偏光源系統與液晶顯示裝置之出射輝 度0 【實施方式】 閱第二圖，本發明實施方式之偏光源纽2G包括一由透 一才;斗製成之導光板22、一光源24、一光源罩25、一 1/4波片23、 二向#稜鏡板26及-向下稜鏡板28。導光板22包括—光入射面 2與光入射面221相交之光出射面222與底面223，光源24 導ΐ板22光入射面221 —側，光源罩25係反射光源24出 ^先^蹲光板22 ’向上棱鏡板26魏置於導光板22光出射面 相丨·ι 向下梭鏡板28係位於向上稜鏡板26背向導光板22 - 来搞29波^3係設置於導光板22之底面223 一侧，且其背向導 光板22 —側底面232鍍有反射膜。 可 伽土 板22大致成一長方體，該光入射面221垂直於底面223 步包括第—侧面(圖未示）、與第一側面相 你出面圖未不以及與入射面222相對之第三側® 226，為 ;射面222均勻出射’通常於底面223設置有複數圖 有多觀§之料，以提高光_效率，於3 & $ 〃出射面222鍍有抗反射膜以減少光能量的吸收損 ϋ與該光源24與光源罩25構成之光源組合成一2 度权置，使付統組合出射至導級22之平行光以預定之方向^ 1321683 位置自導光板22出射面222出射。通常，該導光板亦可為一楔形 體，，長方體導光板不同之處在於其底面與入射面成銳角相交。 °亥向上梭鏡板26背向導光板22 —側表面連續均勻設置有複 數向棱鏡262，該向下梭鏡板28包括一增亮膜284以及一自 增亮膜284 —體延伸之複數向下微稜鏡282 ’其係面向向上稜鏡板 26且與複數向上微稜鏡262相互嚙合，於該複數向上、向下饵錡 鏡262、282二相對表面263、283之間預留有一定間隔2^下= 數向上、向下微稜鏡262、282之底邊長為450至550微米，高為 及)〇至250微米。當然，導光板22尺寸不同，該底邊長與高之設 計也有不同，視具體要求而定。 。月參閱苐二圖，當非偏振之自然光自一種折射率介質n〇進入 到另一種折射率介質nl時，在兩種物質相接之結合面將同時發生 光之反射與折射，假設入射角為、折射角為6^、入射介質&射 率為no、出射介質折射率為m、反射光中p方向偏振光與$方向 =光之光強反射率分別為Rp、Rs，則Rp、Rs可分顧下述公 式表示：

Rp={m/cos Θ o-no/cos Θ i}2/{m/cos Θ o+no/cos θ ι}2 Rs={no/cos Θ o-m/cos Θ i}2/{n〇/cos Θ o+m/cos Θ i}2 出’隨著入射角⑴之增A，s方向偏振光之光強反射 ，Rs、..心早δ周上升，而p方向偏振光之光強反射率Rp先是下降， f公射,0°到達某一特定角度θβ時’ P方向偏振光反射率降至 V 。亥入射角0 Β被稱之為布魯斯特角(Brewster’s a⑹，可推 得出(9b之表達公式為： Θβ= tan_1n〇/m —故’當自然光以布魯斯特角〜入射時，反射光總是s方向之 光’而對於折射光，包含有92%左右之P方向偏振光 Μ 8%左右之S方向偏振光。 士」月一併參閲第二圖’為使自導光板22光出射面222出射光以 扭於2角心入射至複數向上微梭鏡263 ’該複數向上、向下微 夂兒、282頂角《設置在125。至145。之間，最好為135。；複 1321683 數向上、向下微稜鏡262、282與其間空氣間隔29間之折射率差 在0.001至0.2之間。由此，當導光板22出射光以布魯斯特角0B 自該複數向上微稜鏡262出射至間隔29時，反射光為S方向之完 全線偏振光，而折射光為P方向之部份偏振光，再由間隔29出射 至該複數向下微稜鏡282，S方向偏振光被繼續反射，p方向偏振 光被繼續折射，此時，到達向下稜鏡板28之光束中s方向偏振光 就非常微弱，幾乎為100%之P方向之完全線偏振光。被複數向上、 向下微稜鏡262、282反射之S方向偏振光經導光板22入射至1/4 波片23，經由1/4波片23底面232反射回1/4波片，S方向偏振 光兩次通過1/4波片23，其偏振方向被旋轉9〇度而變成P方向上 之完全偏振光反射回導光板22，經由導光板22再出射至向上稜鏡 板26與向下稜鏡板28’該束反射回之P方向偏振光與前述折射出 之P方向偏振光組合通過增亮膜284 ’提供液晶顯示裝置所需之明 党面光源。 請參閱第四圖，本發明液晶顯示裝置30包括一薄膜電晶體 (Thin Film Transistor，TFT)玻璃基板 32、一彩色濾光片（c〇1〇r 卯如， CF)玻璃基板33、複數位於TFT玻璃基板32與CF玻璃基板33 間之液晶分子34、二分別定位於TFT玻璃基板32與CF玻璃基板 33 一侧之偏光片35、35，s亥二偏光片35、35f之通光方向相互垂 直設置，以及一鄰近TFT玻璃基板32—侧之偏光片35設置之偏 光源系統20。 請在一併參照第二、三圖，本發明實施方式中，該複數向上、 向下微稜鏡262、282間可不保留間隔29,而其間折射率差設置在 0.001至0.2之間，導光板22出射光經由該複數向上微棱鏡262 直接進入複數向下微稜鏡282，P方向偏振光被折射，s方向偏振 光被反射，並經由1/4波片23轉換為p方向偏振光進入複數向下 微稜鏡282 ’於此，亦可提供高效率之光能利用率，實現本發明目 的。 本發明利用上、下複數微稜鏡262、282與其間之間隔將自缺 光轉化為P方向之完全線偏振光與S方向之完全線偏振光，且“p 8 1321683 ^向之完錄驗歧接自肖下魏板28舰，* s方向之完全 線偏振光二次闕1/4㈣23 轉化為 光自向下稜鏡板28出射，^贈㈣田，凡王線偏振 全線偏振統合經過增細284 ^ /p方向之完 與液晶顯示裝置之㈣輝度。’ ’ ^了偏光源系統

惟，====/，羞依法提出專利申I 人士，在敎縣案技藝之 以下之申請專利範圍内。 寺效t飾或.交化，皆應包含於 【圖式簡單說明】 ，一圖係先前技術液關轉 ί二圖係本發明偏光源系統之剖面^圖’ 種折射率介質 之光ί;=然光由-種折射率介二丨另— 第四圖係本發明液晶顯示I置之剖面圖。 20 22 24 25 23 26 28 262 282 284 30 【主要元件符號說明】 偏光源系統 導光板 光源 光源罩 1/4波片 向上稜鏡板 向下棱鏡板 向上微稜鏡 向下微稜鏡 增亮膜 液晶顯示裝置 1321683 液晶分子 34 薄膜電晶體玻璃基板 32 彩色濾波片玻璃基板 33 偏光片 35、35 10

Claims (1)

1. -η 年月日修(更)正本 9R9. -4 +、申請專利範圍： 1. 一種偏光源系統，其包括： 射面面導光板’其包括-光入射面及-與光入 位於導光板光入射面一側之光源； —反射光源出射光入該導光板之光源罩； 矣置於導光板光出射面之向上稜鏡板，其背向導光板一側 表面連續均勻設置有複數向上微稜鏡； 一位於向上稜鏡板微稜鏡一側之向下稜鏡板，其包括一增 =及自增亮膜—體延伸之複數向下微稜鏡，其係面向向上稜 广板且/、複數向上微棱鏡相㈣合，該複數向上、向下微棱鏡二 全被线間隔，該複數向上、向下微棱鏡頂角在 一鄰近導光板底面設置之1/4波片，其背向導光板一側底面鐘 有反射膜。 2. 如申請專利範圍第i項所述之偏統系統，其中該複數向 上、向下微稜鏡之頂角為135。。 3. 如申請專利範圍第χ項所述之偏光源系統，其中該複數向 上、向下微棱鏡之折射率差在0.001至0.2之間。 4. 如申請專利範圍第1項所述之偏光源系統，其中該複數向 上、向下微稜鏡之底邊長為450至550微米，高為200至250微 米0 5·如申請專利範圍第i項所述之偏光源系統，其中該導光板 為一長方體，該底面設置有複數網點。 、6· 申凊專利範圍第1項所述之偏光源系統，其中該導光板 為一模形體，該底面與入射面成銳角相交且設置有複數網點。 7. 一種液晶顯示裝置，其包括： 一薄膜電晶體玻璃基板； 一彩色濾光片玻璃基板； 複數位於薄膜電晶體玻璃基板與彩色濾光片玻璃基板間之液 晶分子； 側之:Π⑻電晶體玻璃基板與彩色滤光片玻璃基板二 側之偏先片，/亥二偏光片的通光方向相互垂直設置，· 轉i 3薄f ^晶體玻璃基板一側之偏光片設置之偏光源系 明材料製成之導光板，該導光板包括一光入射 ί Ϊ之光出射面；一位於導光板光入射面-側之 ί鏡板，其背向導光板—側表面連續均勻設置ΐ it ；—位於向上稜鏡板微稜鏡—側之向下稜鏡板， 卜=乂及一自料膜一體延伸之複數向下微稜鏡，其 ，下微稜鏡二相對表面之間完全被空氣間隔；以及—位於g V、向上稜鏡板相對之一側之2/4波片。 、 8.=申μ專她ju第7項所述之液晶顯 向上、向下微稜鏡之頂角在125。至145。之間。 ^ 9‘ =中#專利|&圍第8項所述之液晶顯示 向上、向下微棱鏡之頂角為说。。 ^ 向上圍第7項所述之液晶顯示裝置，其中該複數 向下从k鏡之折射率差在0.001至0.2之間。 - 7項所述之液晶顯示裝置，其中該第 米。—歹胸夂鏡之底邊長為45〇至55〇微米，高為2〇0至250微 7項所述之液晶顯示裝置，其中該間隔 增㈣複數向上、向下微稜叙折料録_1至0.2之間。 、、古Η I如專利範圍第7項所述之液晶顯示裝置，其中該1/4 波片背向導光板一側底面鍍有反射膜。 減1概_7項·之液晶齡裝置，其中該導光 窜二、_’/、進—步包括有與入射面垂直之底面、第一側面、 貝面Γίί，面相對之第三侧面，該底面設置有複數網點。 5.如申明專利範圍第7項所述之液晶顯示裝置，其中該導光 12 1321683 板為一楔形體，其進一步包括有與入射面成銳角相交之底面、第 一側面、第二侧面以及與入射面相對之第三側面，該底面設置有 複數網點。 13 1321683 年月·：日修(更)正替換Kj 骱.〇 一4____I

   28 282 284 263

   第一圈

   Hf-S偏振光 ttf-p偏振光 ψ ψ ψ 绝=圔 弟一 1321683 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 偏光源系統 20 導光板 22 光源 24 光源罩 25 1/4波片 23 向上稜鏡板 26 向下稜鏡板 28 向上微稜鏡 262 向下微稜鏡 282 增亮膜 284 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵之化學式： 無