|
液晶顯示器用光學膜製作 丁清華/交大應化
本建教合作計畫包含三個部份: 一、液晶顯示器用增亮膜之開發 1. 紫外光可聚合液晶單體之合成 2. 新型chiral dopant之合成 3. 液晶配方之調配 4. 增亮膜塗佈技術之開發 二、1/4 l plate及1/2 l plate製程技術之開發 1. 紫外光可聚合液晶單體之合成 2. 相位差膜1/4 l plate之製作 3. 相位差膜1/2 l plate之製作 三、光配向技術 1. 轉移配方技術 2. 轉移光配向膜技術
一、液晶顯示器用增亮膜之開發 於一般液晶顯示器結構中,液晶面板前後必須貼合兩片正交之偏光板,才能有效控制每一畫素的亮與暗狀態,標準偏光板使用吸附的方式加以過濾光源,因此造成最少50 %的光源損失,不但使液晶顯示器亮度不足,亦間接影響燈管之使用期限。有鑑於此,發展出膽固醇型光學膜來回收原本必須損失掉的光能量,其作用原理如下圖所示:
圖中由左至右M為反射鏡,L為光源,C為透鏡,CFL為膽固醇型光學膜且具左旋化學結構,l/4為相位差膜。當光源點亮時,光線經透鏡C轉變為平行光,當光線繼續經過CFL時,此膽固醇型光學膜僅允許右旋光通過,並將左旋光反射回光源方向,而通過之右旋光則由圓偏極光轉變為橢圓偏極光,因此可令光線再通過一相位差板,將光線修正為線性偏極光,此類型光線便可應用於液晶顯示器系統。另一方面,反射至光源方向之左旋光則經由反射鏡面M反射後而轉化為右旋光,當其再一次行經膽固醇型光學膜時,因旋光性已改變而可順利通過。因此,當膽固醇型光學膜存在時,光源進入液晶面板前已悉數轉化為單一方向之線性偏極光,而不會造成光源的大量損失。故初期將此膽固醇型光學膜稱之為膽固醇型偏光板,即意味著期望能取代傳統之偏光板,但事實上並不容易做到,因膽固醇型偏光板所通過之光線經相位差板候,並無法得到與傳統偏光板相同程度的線性偏光,即其偏光度不足,此光線直接進入液晶面板後將造成嚴重的漏光現象,因此,現行做法皆是將膽固醇型光學膜、相位差板、偏光板三者同時貼合,不但可以保證光源之偏光度,也可大幅提高光源之有效利用度。此膽固醇型光學膜目前便被稱之為增亮膜。 膽固醇型液晶配方有三種類型,分別是:純膽固醇型液晶、向列型液晶摻混膽固醇型液晶、向列型液晶摻混旋光分子。前者通常黏度極大,因此不適合於製作需強調排列性質的光學膜,我們將使用後兩種類型的膽固醇型液晶配方。 本實驗室已先後合成出13個不同的旋光分子單體,列於下表,並附上Merck之商品化旋光小分子R/S-811做為比較: Chiral Dopant Structure | | Pitch (mm) HTP (mm-1) 2.9% | Pitch (mm)HTP (mm-1)1% |
| D-A* | 1.8669 18.4 | ------- ------- |
| A-cycl* | 2.7539 12.5 | 6.768 14.8 |
| R-811* | 3.4324 10 | 9.193 10.9 | S-811* | ------- ------- | 9.032 11.1 ( 11.8 Merck ) |
| A-L* | 4.7763 7.2 | 12.195 8.2 |
| B-N* | 5.8515 5.9 | 38.297 2.6 |
| Ch-1* | 14.1 2.4 | 36.38 2.7 |
| Ch-2* | 14.6 2.4 | 42.959 2.3 |
| Ch-3* | 15.2 2.3 | 46.977 2.1 |
| A-N* | 21.4 1.6 | 61.145 1.6 |
| 9M** | ------- ------- | 64.183 1.6 |
| A-S* | nematic |
| P-A* | 相分離 |
| P-A*-2 | 相分離 |
| P-A*-3 | nematic |
各單體之Pitch及HTP值皆以Merck之ZLI-5600-000液晶為媒介所得出。此數值之所以重要乃在於下列的關係式: l = n × p l為膽固醇型液晶可反射之波長,與材料的折射率n及螺距p有關,由於液晶具有雙折射之性質,上式可修正為: Dl = ( ne - no ) × p Dl則代表了反射波之頻寬,一般液晶的Dn值約為0.1 ~ 0.2,故其頻寬約為50 ~ 100 nm。 上表中所列化合物僅含cholesterol基團者及9M**具膽固醇型液晶相,其餘結構則不具任何液晶相,熱分析中只能得到一熔點。 所合成之向列型液晶可大致可分為兩類,具高Dn者及低Dn者,分別如下表所示: High Dn Structure | | Phase transition temp. |
| XM | K 66 N 102 I |
| 9M | K 65 N 111 I |
| CH3 | K 83 N 104 I |
| F-NCS | K 65.3 I I 42 N 40.6 K | Low Dn Structure | | Phase transition temp. |
| PCH-502 | K 65 I I 58 N 24 K |
| A-PCH-506 | K 37.5 I I 15.4 N 2.5 K |
| A-PCH-5 | K 52 I I 50 N 30 K |
| A-PhR65 | N 31 I |
| A-PhR5 | K 56 N 72.1 I I 64.8 N 15 K |
| A-PhR4 | K 67.1 N 86.8 I I 83 N 29 K |
| A-Ph(Cl)R5 | K 38.2 N 71 I I 66.8 N –3.2 K |
由結構來看,高Dn化合物中含有較長的共軛剛硬部份,因此黏度通常較大,不利於加工,但依上述反射波段公式可知,Dn愈大者Dl也就愈大,因此液晶配方中有必要含有高Dn之材料。 以下將就各旋光分子分別討論其配方之反射效果,包括化合物D-A*、9M**、Ch-3*、A-L*。各配方及相對應之UV穿透圖譜如下: Recipe | 反射波段 | UV穿透光譜 | XM F-NCS PCH502 D-A* | 450 ~ 600 nm (液晶盒) |
| 9M F-NCS A-PCH506 D-A* | 450 ~ 600 nm (液晶盒) |
| 9M 9M** | 400 ~ 600 nm (液晶盒) |
| XM A-PCH506 Ch-3* | 800 ~ 1200 nm (液晶盒) |
| 9M F-NCS A-PCH506 A-L* | 650 ~ 750 nm (液晶盒) |
| 9M A-PCH506 A-L* BYK-361 TPO THF toluene | 650 ~ 850 nm (單層膜) |
|
|