CN104459865A - 一种线栅偏振片及其制作方法、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种线栅偏振片及其制作方法、显示装置，涉及显示技术领域，能够解决线栅偏振片制作过程中，制作成本高的问题。所述线栅偏振片的制作方法包括：在衬底基板的表面涂覆聚合物单体；对对应预设位置处的聚合物单体进行固化处理；在衬底基板的表面形成间隔设置的树脂凸起的图案；在形成有树脂凸起的基板表面形成金属层；通过一次构图工艺，在衬底基板的表面形成由间隔设置的金属线构成的线栅图案；其中，每一条所述金属线覆盖一个树脂凸起的至少一个起偏表面。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种线栅偏振片及其制作方法、显示装置。
背景技术
TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜晶体管-液晶显示器)作为一种平板显示装置，因其具有体积小、功耗低、无辐射以及制作成本相对较低等特点，而越来越多地被应用于高性能显示领域当中。
TFT-LCD如图1a所示，由阵列基板10和彩膜基板11构成。在阵列基板10和彩膜基板11之间设置有液晶层12。此外，在彩膜基板11的上表面设置有第一偏振片13，在阵列基板10和背光模组14之间设置有第二偏振片15。其中，第一偏振片13与第二偏振片15的光轴垂直。当在液晶层12上未施加电场时，背光模组14发出的光线经第二偏光片15入射至液晶层12，液晶分子经入射光的行进方向进行旋转，使其从第一偏光片13射出。当在液晶层上施加电场时，液晶层12中的液晶分子排列方向发生变化，使得入射光无法穿透。从而可以对光线强弱进行控制，并在彩膜基板11的滤光作用，实现彩色图像显示。
现有技术中，上述偏振片(第一偏振片13和第二偏振片15)可以采用聚乙烯醇(PVA)薄膜构成。会将自然光中的一个偏振分量透过，而两外一个偏振分量被偏振片吸收。这样一来，将造成光线的大量损失，使得光线的利用率大大降低。
为了解决上述问题，现有技术中还提供了一种由金属材料构成的线栅偏振片20，如图1b所示。当光线入射至所述线栅偏振片20时，在金属表面自由电子的振荡作用下，将与线栅平行振动的电场矢量分量的光线几乎全部反射，而将垂直于线栅的电场矢量分量的光线几乎全部透过。此外，被线栅偏振片20反射的光线能够再次利用。因此光线的利用率得到了有效的提升。
然而，现有技术中，在制作上述线栅偏振片20的过程中，需要利用金属靶材，通过需要蒸发磁控溅射的方法在基板上形成用于金属薄膜层，因此靶材的消耗量大。此外，在通过构图工艺形成线栅图案的过程中，还需要将部分金属薄膜层去除，从而造成了大量靶材的浪费。由于金属靶材的价格较高，因此现有技术提供的方法制作成本高。
发明内容
本发明的实施例提供一种线栅偏振片及其制作方法、显示装置，能够解决线栅偏振片制作过程中，制作成本高的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例的一方面，提供一种线栅偏振片的制作方法，包括：
在衬底基板的表面涂覆聚合物单体；
对对应预设位置处的所述聚合物单体进行固化处理；
在所述衬底基板的表面形成间隔设置的树脂凸起的图案；
在形成有所述树脂凸起的基板表面形成金属层；
通过一次构图工艺，在所述衬底基板的表面形成由间隔设置的金属线构成的线栅图案；
其中，每一条所述金属线覆盖一个所述树脂凸起的至少一个起偏表面，所述起偏表面为所述树脂凸起的上表面或，与线栅排列方向平行的侧面。
本发明实施例的另一方面，提供一种线栅偏振片，包括：
衬底基板；
位于所述衬底基板表面的间隔设置的树脂凸起；
位于所述衬底基板表面的间隔设置的金属线；
其中，每一条所述金属线覆盖一个所述树脂凸起的至少一个起偏表面，所述起偏表面为所述树脂凸起的上表面或，与线栅排列方向平行的侧面。
本发明实施例的又一方面，提供一种显示装置，包括如上所述的任意一种线栅偏振片。
本发明实施例提供一种线栅偏振片及其制作方法、显示装置。其中，所述线栅偏振片的制作方法包括：首先，在衬底基板的表面涂覆聚合物单体。然后，对对应预设位置处的聚合物单体进行固化处理，使得预设位置处的聚合物单体固化。其中，可以在此步骤之前或之后，去除所述预设位置以外的未发生固化的聚合物单体，从而能够在衬底基板的表面形成间隔设置的树脂凸起的图案。接下来，在形成有上述树脂凸起的基板表面形成金属层，并通过一次构图工艺，在衬底基板的表面形成由间隔设置的金属线构成的线栅图案。其中，每一条金属线覆盖一个树脂凸起的至少一个起偏表面。这样一来，一方面，可以利用包裹树脂凸起的金属线中自由电子的振荡特性，对入射光进行起偏，从而能够形成具有反射特性的线栅偏振片。另一方面，由于树脂凸起有树脂材料构成，从而在制作线栅偏振片的过程中可以降低金属材料的消耗，并且树脂材料相对于金属靶材而言，材料的成本较低，因此能够降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为现有技术提供的一种显示装置的结构示意图；
图1b为现有技术提供的一种线栅偏振片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种线栅偏振片的制作方法流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种线栅偏振片的制作方法流程图；
图4a-图4g为本发明实施例提供的一种制作线栅偏振片的各个制作过程中的结构示意图；
图4h为本发明实施例提供的一种树脂凸起的立体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种线栅偏振片的制作方法流程图；
图6为本发明实施例提供的另一种制作线栅偏振片的制作过程中的结构示意图。
附图说明：
01-衬底基板；10-阵列基板；11-彩膜基板；12-液晶层；13-第一偏振片；14-背光模组；15-第二偏振片；20-线栅偏振片；101-聚合物单体；102-金属层；103-光刻胶；C-光刻胶保留区域；D-光刻胶去除区域；110-树脂凸起；111-金属线；201-第一掩膜版；A-第一掩膜版的透光区域；B-第一掩膜版的遮光区域；202-第二掩膜版；A’-第二掩膜版的透光区域；B’-第二掩膜版的遮光区域；203-压印模；E-起偏表面；E1-树脂凸起的上表面；E2-树脂凸起上与线栅排列方向平行的侧面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种线栅偏振片的制作方法，如图2所示，可以包括：
S101、如图4a所示，在衬底基板01的表面涂覆聚合物单体101。
其中，构成衬底基板01的材料可以包括玻璃、石英石的至少一种。当所述线栅偏振片应用于柔性显示面板时，构成所述衬底基板01的材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、三醋酸纤维素(TAC)中的至少一种，以满足柔性显示面板能够弯曲，卷折的设计要求。
S102、对对应预设位置处的聚合物单体101进行固化处理。
S103、在衬底基板01的表面形成间隔设置的树脂凸起110的图案。
S104、在形成有树脂凸起110的基板表面形成金属层102。
S105、通过构图工艺，在衬底基板01的表面形成由间隔设置的金属线111构成的线栅图案。
其中，每一条金属线111可以覆盖一个树脂凸起110的至少一个起偏表面E。所述起偏表面E，如图4h所示，可以为树脂凸起110的上表面E1或，与线栅排列方向X平行(或沿栅排列方向X上)的侧面E2。
本发明实施例提供一种线栅偏振片的制作方法，包括：首先，在衬底基板的表面涂覆聚合物单体。然后，对对应预设位置处的聚合物单体进行固化处理，使得预设位置处的聚合物单体固化。其中，在此步骤之前或之后，去除所述预设位置以外的未发生固化的聚合物单体，从而能够在衬底基板的表面形成间隔设置的树脂凸起的图案。接下来，在形成有上述树脂凸起的基板表面形成金属层，并通过一次构图工艺，在衬底基板的表面形成由间隔设置的金属线构成的线栅图案。其中，每一条金属线覆盖一个树脂凸起的至少一个起偏表面。这样一来，一方面，可以利用包裹树脂凸起的金属线中自由电子的振荡特性，对入射光进行起偏，从而能够形成具有反射特性的线栅偏振片。另一方面，由于树脂凸起有树脂材料构成，从而在制作线栅偏振片的过程中可以降低金属材料的消耗，并且树脂材料相对于金属靶材而言，材料的成本较低，因此能够降低生产成本。
需要说明的是，第一、构成上述聚合物单体101的材料可以包括丙烯酸系单体，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的至少一种。
第二、本发明实施例中的固化处理可以是指在采用加热、加压、固化剂或紫外光作用下，使得构成聚合物单体101的材料发生化学反应，其线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起形成网状结构，最终交联固化成为不溶不熔物质。当对由丙烯酸系单体构成的聚合物单体101采用上述固化处理后，可以形成丙烯酸系聚合物。本发明中的以下实施例以固化处理采用紫外光照射工艺为例进行说明。
第三、构成上述金属层102的材料可以包括铝单质、铜单质以及铁单质中的至少一种。由于金属铝的导电性能较强，因此金属铝中含有的自由电子较多。而本发明中的线栅偏振片正是利用金属中自由电子的振荡特性实现对入射光的起偏。因此，本发明实施例中优选的构成金属层102的材料为铝或铝合金。
第四、具有线栅图案的线栅偏振片20需要对入射光具有偏振作用，在此情况下，构成上述线栅图案的金属线111，其周期T(相邻两条金属线111的中心距)需小于等于入射光波长的二分之一。
此外、上述预设位置为对应金属线111的位置，而金属线111的位置与入射光有关。因此，预设位置可以根据不同的入射光进行设定。例如，当入射光为可见光时，由于可见光的波长为400～800nm。因此金属线111的周期T可以小于等于200nm。从而可以根据周期T(即相邻两条金属线111的中心距)≤200nm对预设位置进行设定。又例如，当上述线栅偏振片应用于红外摄像头时，由于作为入射光的红外光其波长为760nm～1mm。因此金属线111的周期T可以小于等于380nm。从而可以根据周期T≤380nm对预设位置进行设定。
由于在确保线栅偏振片能够正常使用的前提下，金属线111的周期T越小越好。然而金属线111的周期T越小，制作精度越高，加工难度越大。因此综合考虑工艺难度系数以及偏振效果，本发明优选的金属线111的周期T小于等于100nm。
第五、在本发明中，构图工艺，可指包括光刻工艺，或，包括光刻工艺以及刻蚀步骤，同时还可以包括打印、喷墨等其他用于形成预定图形的工艺；光刻工艺，是指包括成膜、曝光、显影等工艺过程的利用光刻胶、掩模板、曝光机等形成图形的工艺。可根据本发明中所形成的结构选择相应的构图工艺。
其中，本发明实施例中的一次构图工艺，是以通过一次掩膜曝光工艺形成不同的曝光区域，然后对不同的曝光区域进行多次刻蚀、灰化等去除工艺最终得到预期图案为例进行的说明。
以下通过具体的实施例对上述线栅偏振片的制作方法进行详细的描述。
实施例一
S201、如图3和图4a所示，在衬底基板01的表面涂覆由丙烯酸系单体构成的聚合物单体101。
S202、如图4b所示，将第一掩膜版201设置于聚合物单体101的表面，对聚合物单体101对应第一掩膜版201透光区域A的位置进行紫外线曝光。
其中，第一掩膜版201还包括不透光的遮光区域B。这样在遮光区域B的遮挡下，对应遮光区域B位置处的聚合物单体101将不会受到紫外线光照的作用而产生固化。
S203、如图4c所示，将对应第一掩膜版201遮光区域B的聚合物单体101去除，以形成间隔设置的树脂凸起110的图案。
具体的，由于对应第一掩膜版201遮光区域B的聚合物单体101没有固化，呈流动性，因此将完成步骤S202之后的基板可以采用能够溶解聚合物单体的溶剂，对基板进行冲洗。
S204、如图4d所示，在形成有树脂凸起110的基板表面形成金属层102。具体的，可以采用磁控溅射的方法将金属靶材原子或分子沉积于形成有树脂凸起110的基板表面。
优选的，步骤S101或步骤S201中在衬底基板01的表面形成的聚合物单体101与步骤S204中形成的金属层102的厚度之和可以在20nm～100nm之间。包括端值20nm与100nm。一方面，当聚合物单体101和金属层102的厚度之和小于20nm时，形成的金属线111与衬底基板01之间的段差太小，从而使制得的线栅偏振片无法对入射光进行起偏。另一方面，当聚合物单体101和金属层102的厚度之和大于100nm时，会造成线栅偏振片的厚度过厚，从而使得制备的显示装置无法满足超薄化的趋势。
具体的，在满足上述厚度条件，以及形成的线栅偏振片能够对入射光进行起偏的前提下，可以尽可能的增加聚合物单体101的厚度，以降低制作成本。
S205、如图4e所示，在金属层102的表面涂覆光刻胶层103。利用第二掩膜版202，通过一次掩膜曝光、显影工艺，在金属层102的表面形成对应待形成的金属线111图案的光刻胶保留区域C，以及对应金属层111表面其余区域的光刻胶去除区域D。
需要说明的是，第二掩膜版202的透光区域A’对应光刻胶去除区域D，不透光区域B’对应光刻胶保留区域C。优选的，第二掩膜版202的不透光区域B’的宽度可以小于等于50nm。这样制得的金属线111的宽度小于等于50nm，进而最终值得的线栅偏振片的偏振效果更佳。此外，为了保证形成的金属线111能够对树脂凸起110进行包裹，因此步骤S202中的第一掩膜版201的透光区域A的宽度小于第二掩膜版202的不透光区域B’的宽度。
S206、如图4f所示，对对应光刻胶去除区域D的金属层102进行刻蚀，直至露出对应所述光刻胶去除区域D的衬底基板01的表面。
S207、如图4g所示，将光刻胶保留区域C的光刻胶层103剥离，形成金属线111的图案。
实施例二
S301、如图5所示，在衬底基板01的表面涂覆由丙烯酸系单体构成的聚合物单体101。
S302、将压印模203压印至聚合物单体101中，并与衬底基板01相接处。这样一来，可以将聚合物单体101包裹于压印模203的凹槽中。
S303、对压印模203中的聚合物单体101进行曝光。
具体的，当压印模203采用不透光的材料构成时，可以如图6所示，在衬底基板01远离压印模203一侧的表面对压印模203中的聚合物单体101进行曝光。
或者，优选的上述压印模203可以采用透明材料制成。这样一来，不仅可以在衬底基板01远离压印模203一侧的表面对压印模203中的聚合物单体101进行曝光，还可以将光源设置于压印模203的上表面。此外，由于压印模203能够透光，因此光线还可以进入压印模203中，并穿透压印模203凹槽的侧壁，对位于凹槽中的聚合物单体101进行固化处理，从而增加了凹槽中聚合物单体101与紫外光的接触面，可以减小紫外固化的时间，提高生产效率。
S304、将压印模203与曝光后的聚合物单体101以及衬底基板01分离，以形成如图4c所示的，由间隔设置的树脂凸起110构成的线栅图案。
需要说明的是，第一、步骤S304之后，制作由间隔设置的金属线111构成的线栅图案的步骤可以同步骤S204至S207。
第二、在制作金属线111的过程中，由于优选的第二掩膜版202的不透光区域B’的宽度可以小于等于50nm。这样制得的金属线111的宽度小于等于50nm，进而最终值得的线栅偏振片的偏振效果更佳。因此，为了保证形成的金属线111能够对树脂凸起110进行包裹，因此步骤S302中的压印模202凹槽的宽度可以小于第二掩膜版202的不透光区域B’的宽度。
实施例二相对于实施例一而言，由于实施例二在压印的过程中，已经将相邻两个预形成的树脂凸起110之间的聚合物单体101挤出。因此无需实施例一中去除未固化的聚合物单体101的步骤S203，以去除未固化的聚合物单体101。从而因此可以避免去除未固化的聚合物单体101时，由于去除工艺的缺陷导致未固化的聚合物单体101部分残留。但是实施例二中，还需要对在压印过程中被挤出的聚合物单体101进行清理，以避免污染线栅偏振片。因此，本领域技术人员可以根据实际需要，对制作线栅偏振片的方法进行选择。
以上仅仅是对线栅偏振片制作过程的举例说明。其它制作方法在此不再一一赘述，但都应当属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种线栅偏振片，如图4g所示，可以包括：
衬底基板01。
位于衬底基板01表面的间隔设置的树脂凸起110。
位于所述衬底基板表面的间隔设置的金属线111。
其中，每一条金属线111覆盖一个树脂凸起110的至少一个起偏表面E。所述起偏表面E，如图4h所示，可以为树脂凸起110的上表面E1或，与线栅排列方向X平行(或沿栅排列方向X上)的侧面E2。
需要说明的是，第一、构成所述树脂凸起110的材料可以包括丙烯酸系聚合物。其中，丙烯酸系聚合物可以由丙烯酸系单体聚合而成。所述丙烯酸系单体可以是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的至少一种。
第二、构成所述金属线111的材料可以包括铝单质、铜单质以及铁单质中的至少一种。由于金属铝的导电性能较强，因此金属铝中含有的自由电子较多。而本发明中的线栅偏振片正是利用金属中自由电子的振荡特性实现对入射光的起偏。因此，本发明实施例中优选的构成金属线111的材料为铝或铝合金。
本发明实施例提供一种线栅偏振片，可以包括：衬底基板、位于衬底基板表面的间隔设置的树脂凸起，以及位于衬底基板表面的间隔设置的金属线。其中，每一条金属线覆盖一个树脂凸起的至少一个起偏表面。这样一来，一方面，可以利用包裹树脂凸起的金属线中自由电子的振荡特性，对入射光进行起偏，从而能够形成具有反射特性的线栅偏振片。另一方面，由于树脂凸起有树脂材料构成，从而在制作线栅偏振片的过程中可以降低金属材料的消耗，并且树脂材料相对于金属靶材而言，材料的成本较低，因此能够降低生产成本。
本发明实施例提供一种显示装置，包括如上所述的任意一种线栅偏振片。具有与前述实施例中的线栅偏振片相同的有益效果。由于前述实施例中，已经对线栅偏振片的结构、制作方法以及有益效果进行了详细的说明，在此不再赘述。
需要说明的是，在本发明实施例中，显示装置具体至少可以包括液晶显示装置和有机发光二极管显示装置，例如该显示装置可以为液晶显示器、液晶电视、数码相框、手机或平板电脑等任何具有显示功能的产品或者部件。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种线栅偏振片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底基板的表面涂覆聚合物单体；
对对应预设位置处的所述聚合物单体进行固化处理；
在所述衬底基板的表面形成间隔设置的树脂凸起的图案；
在形成有所述树脂凸起的基板表面形成金属层；
通过一次构图工艺，在所述衬底基板的表面形成由间隔设置的金属线构成的线栅图案；
其中，每一条所述金属线覆盖一个所述树脂凸起的至少一个起偏表面，所述起偏表面为所述树脂凸起的上表面或，与线栅排列方向平行的侧面。
2.根据权利要求1所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，在所述在衬底基板的表面涂覆聚合物单体的步骤之后，形成所述树脂凸起的步骤包括：
将第一掩膜版设置于所述聚合物单体的表面，对所述聚合物单体对应所述第一掩膜版透光区域的位置进行曝光；
将对应所述第一掩膜版遮光区域的所述聚合物单体去除。
3.根据权利要求1所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，在所述在衬底基板的表面涂覆聚合物单体的步骤之后，形成所述树脂凸起的步骤包括：
将压印模压印至所述聚合物单体中，并与所述衬底基板相接处；
对所述压印模中的所述聚合物单体进行曝光；
将所述压印模与曝光后的所述聚合物单体以及所述衬底基板分离。
4.根据权利要求3所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，
所述压印模采用透明材料制成。
5.根据权利要求2或3所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，所述通过构图工艺，在所述衬底基板的表面形成由间隔设置的金属线构成的线栅图案；其中，每一条所述金属线包裹一个所述树脂凸起包括：
在所述金属层的表面涂覆光刻胶层；利用第二掩膜版，通过一次掩膜曝光、显影工艺，在所述金属层的表面形成对应待形成的所述金属线图案的光刻胶保留区域，以及对应所述金属层表面其余区域的光刻胶去除区域；其中，所述第二掩膜版不透光区域的宽度大于所述第一掩膜版透光区域的宽度；或，所述第二掩膜版不透光区域的宽度大于所述压印模凹槽的宽度；
对对应所述光刻胶去除区域的所述金属层进行刻蚀；
将所述光刻胶保留区域的所述光刻胶层剥离，形成所述金属线的图案。
6.根据权利要求1所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，构成所述聚合物单体的材料包括丙烯酸系单体；构成所述金属层的材料包括铝单质、铜单质以及铁单质中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，
所述金属线的周期小于等于100nm。
8.根据权利要求1所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，
所述金属线的宽度小于等于50nm。
9.根据权利要求1所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，
所述聚合物单体与所述金属层的厚度之和为20nm～100nm。
10.根据权利要求1所述的线栅偏振片的制作方法，其特征在于，
构成所述衬底基板的材料包括玻璃、石英石的至少一种，或聚对苯二甲酸乙二醇酯、三醋酸纤维素中的至少一种。
11.一种线栅偏振片，其特征在于，包括：
衬底基板；
位于所述衬底基板表面的间隔设置的树脂凸起；
位于所述衬底基板表面的间隔设置的金属线；
其中，每一条所述金属线覆盖一个所述树脂凸起的至少一个起偏表面，所述起偏表面为所述树脂凸起的上表面或，与线栅排列方向平行的侧面。
12.根据权利要求11所述的线栅偏振片，其特征在于，构成所述树脂凸起的材料包括丙烯酸系聚合物；构成所述金属线的材料包括铝单质、铜单质以及铁单质中的至少一种。
13.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求11或12所述的线栅偏振片。
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