CN108351452A - 线栅偏振片和包括其的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线栅偏振片和包括该线栅偏振片的液晶显示装置，所述线栅偏振片包括：树脂层，该树脂层具有由栅格型凸部形成的凹凸图案；以及在所述凹凸图案上形成的金属栅格图案层，其中，所述栅格型凸部是如下形式的不规则形状：所述凸部的左侧和右侧中的至少一个方向上的侧部具有至少一个倾斜或弯曲段。

Description

线栅偏振片和包括其的液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种线栅偏振片。更特别地，本发明涉及一种具有高偏振效率和改善的偏振亮度的纳米线栅偏振片。

背景技术

偏振片使电磁波中特定偏振的光通过或将其反射。通常，在液晶显示(LCD)装置中，通过使用一个或两个偏振片，利用在液晶单元内彼此光学地相互作用的液晶来实现图像。

目前，广泛使用利用吸收性偏振膜和线栅偏振片的偏振片。吸收性偏振膜通过在聚乙烯醇(PVA)薄膜上吸附碘或二色性染料并且将吸附的膜定向至特定方向来制备。然而，在这种情况下，吸收性偏振膜相对于透射方向的磁应力较弱，并且由于热量或水分引起收缩，其偏振功能劣化。此外，理论上，由于通过使在特定方向上振动的光通过，偏振片产生线性偏振光，因此，偏振效率不会超过50％。因此，这成为使LCD的效率和亮度劣化的一个因素。

同时，线栅偏振片(以下称为WGP)指金属线平行排列的阵列。WGP反射平行于金属栅格的偏振元件(polarizing elements)(S偏振光)，使垂直于金属栅格的偏振元件(P偏振光)通过，并且再利用所反射的光。由此，可以通过使用WGP来制造具有高亮度特性的LCD。然而，在WGP中，当金属栅格的排布周期，换言之，金属线之间的间隙约为等于或大于入射电磁波的波长时，发生吸收现象。为了使由吸收引起的光损失最小化，金属栅格的排布周期应当较小。换言之，在线栅偏振片中，金属线之间的间隙(图案间距)应当为入射光的波长的1/2，以提高偏振消光比。在一个实施方案中，对于在LCD中使用的背光单元中产生的波长为400nm至700nm的可见光，当纳米图案的间距为200nm至320nm以下时，可以期待偏振特性。

同时，当来自背光单元的光源的散射光照向WGP时，理论上，应当使100％的P偏振光通过并且应当使100％的S偏振光被反射或吸收。然而，实际上，这不会发生。然而，由于P偏振光的透光率是决定显示器的亮度的一个重要因素，因此，在WGP中，提高P偏振光的透光率的技术非常重要。

另外，决定显示器的对比度(CR)的偏振效率通过两个偏振膜的平行透光率Tp和正交透光率Tc之差与它们之和之间的比例来计算。当所述比例接近1时，对比度被评价为优异，因此，为了得到优异的偏振效率，优选提高Tp并且降低Tc。然而，通过增加金属的层压量可以降低Tc，但是这会引起Tp的降低。Tp与偏振效率之间形成取舍(trade-off)关系。因此，在WGP领域中已经进行各种研究来改善Tp和偏振效率两者。

作为常规WGP的一个实施方案，韩国专利申请No.2010-0102358公开了一种线栅偏振片，该线栅偏振片包括：第一栅格层，其包括至少一个第一栅格图案；第二栅格层，其包括在第一栅格图案上的至少一个由金属材料形成的第二栅格图案；以及光吸收层，其层压在第二栅格层上并且吸收来自外部的光，由此，所述线栅偏振片改善亮度而不降低对比度。此外，韩国专利No.10-1336097公开了一种LCD装置，其通过包括线栅偏振片而具有改善的偏振性能和光效率，所述线栅偏振片的各个区域具有彼此不同的图案，并且对于各个区域来说，图案周期P、图案高度H、图案宽度W和图案占空比DC中的至少一个不同。

同时，还没有在不使P偏振光的透光率劣化的情况下通过有效地改善金属的层压量来提供具有优异的P偏振光的透光率和偏振效率的常规WGP。

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个目的是提供一种偏振片和包括该偏振片的液晶显示装置，所述偏振片通过应用图案结构，使得相对于具有相同线宽和间距的常规WGP的图案层压有更多的金属，从而同时改善呈取舍关系的P偏振光的透光率和偏振效率。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的第一优选实施例是一种线栅偏振片，包括：树脂层，该树脂层包括由栅格突出部110形成的凹凸图案；以及在所述凹凸图案上形成的金属栅格120的图案层，其中，所述栅格突出部具有如下的不规则形状：包括至少一个如下部分(section)，在该部分中，所述栅格突出部的左侧面和右侧面中的至少一个包括弯曲段(curved section)或者倾斜为与地面形成锐角的倾斜段(inclined section)。

在第一实施例中，所述栅格突出部可以包括至少一个突出部分和至少一个凹入部分，并且基于相同方向，从最大突出部分111向地面垂直绘制虚线的点P1与从最大凹入部分112向地面垂直绘制虚线的点P2之间的距离可以为1nm至30nm。

此处，金属栅格图案层可以形成为与栅格突出部接触，并且金属栅格图案层通过从最大凹入部分开始填充金属，以使从最大突出部分向金属栅格图案的末端水平地形成的层压宽度121为10nm至100nm来形成。此外，金属栅格图案可以形成为与栅格突出部接触，并且在垂直方向上距离栅格突出部的顶部的高度122为10nm至200nm。

在第一实施例中，栅格突出部的侧面可以具有包括弯曲段的形状，并且基于栅格突出部的纵向截面形状以及基于地面和水平方向，所述形状包括：栅格突出部的宽度增加然后减小的段；栅格突出部的宽度增加然后变为恒定的段；栅格突出部的宽度减小然后增加的段；栅格突出部的宽度减小然后变为恒定的段；栅格突出部的宽度恒定然后增加的段；栅格突出部的宽度恒定然后减小的段；保持恒定的宽度但是栅格突出部的倾斜方向改变的段中的至少任意一个弯曲段，其中，所述弯曲段可以具有锐利形状(sharp form)或弯曲形状(curved form)。

另外，在第一实施例中，栅格突出部的侧面可以具有包括倾斜段的形状，所述倾斜段倾斜为与地面形成锐角，并且基于栅格突出部的纵向截面形状以及基于地面和水平方向，栅格突出部具有该栅格突出部的宽度从其上部向其下部以恒定速率减小的形状，或者具有倾斜至一侧同时保持恒定宽度的形状。

同时，在第一实施例中，基于突出部分的纵向截面形状，栅格突出部的线宽113可以为5nm至100nm，线宽113被定义为栅格突出部基于地面和水平方向的最大宽度。此外，栅格突出部在垂直于地面的方向上形成的高度114可以为10nm至500nm。

另外，在第一实施例中，栅格突出部之间的间距115可以形成为20nm至200nm，间距115被定义为当绘制垂直于地面并且与突出部分的外表面接触的虚拟垂线时，在任意栅格突出部中绘制的最左边的垂线与在相邻栅格突出部中绘制的最左边的垂线之间的距离。

另外，在第一实施例中，所述线栅偏振片的P偏振光的透光率可以为50％至100％，并且所述线栅偏振片的偏振效率可以为99.0000％至99.9999％。

另外，根据第一实施例的线栅偏振片的光学特性，根据本发明的第二优选实施例是一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括第一实施例的线栅偏振片。

有益效果

根据本发明，与具有相同范围的间距和线宽的常规WGP图案相比，由于有效地增加层压在栅格图案上的金属的层压量，因此，可以改善偏振效率而不降低P偏振光的透光率。

附图说明

图1是示出栅格突出部110的各种形状以及任意栅格突出部110中最大突出部分111与最大凹入部分112之间的关系的截面图；

图2是示出栅格突出部的线宽113与高度114以及形成为与栅格突出部接触的金属栅格的高度122与宽度121的截面图；

图3是示出包括具有弯曲段的侧面的本发明的栅格突出部的各个实施方案的截面图；

图4是示出包括具有与地面形成锐角的倾斜段的侧面的本发明的栅格突出部的各个实施方案的截面图；

图5是示出栅格突出部之间的间距115的截面图。

<附图标记>

100：WGP的栅格单元

110：栅格突出部

111：栅格突出部的最大突出部分

112：栅格突出部的最大凹入部分

113：栅格突出部的线宽

114：栅格突出部的高度

115：栅格突出部之间的间距

120：金属栅格

121：金属栅格距离栅格突出部的最大凹入部分的宽度

122：金属栅格距离栅格突出部的顶部的高度

具体实施方式

本发明提供一种线栅偏振片(下文称为WGP)和包括该线栅偏振片的液晶显示装置，所述线栅偏振片包括：树脂层，该树脂层包括由栅格突出部110形成的凹凸图案；以及在所述凹凸图案上形成的金属栅格120的图案层，其中，栅格突出部110具有如下的不规则形状：左侧面和右侧面中的至少一个包括至少一个弯曲段或与地面形成锐角的倾斜段。

从附图中可以看出，本发明的WGP包括形成为倾斜或者形成为具有弯曲侧面的栅格突出部110，而不是包括垂直延伸的直侧面的常规WGP。因此，本发明的WGP表现出与常规WGP不同的图案。特别地，通过使用栅格突出部的这种不寻常形状，可以在左侧面和右侧面中的至少一个上形成山谷形状，并且在该山谷形状中填充金属。因此，与具有相同范围的线宽度、高度和间距的常规WGP图案相比，由于有效地增加层压在栅格图案上的金属的层压量，因此可以改善偏振效率而不降低P偏振光的透光率。

下文中，将参照附图更详细地描述本发明。

在本发明中，由于栅格突出部110的侧面包括倾斜段或至少一个弯曲段，因此，栅格突出部110可以包括至少一个突出部分和至少一个凹入部分。此处，对于本发明中描述的突出部分和凹入部分，优选地，将在各个栅格突出部的侧面处形成小山的部分确定为突出部分，并且将形成山谷的部分确定为凹入部分。当栅格突出部包括单个突出部分和单个凹入部分时，优选地将凹入部分形成为更靠近栅格突出部的内部。然而，当包括至少两个突出部分和凹入部分时，任意的突出部分可以比任意的凹入部分更靠近栅格突出部的内部。换言之，优选根据栅格突出部的形状而不是它们的相对位置来确定突出部分和凹入部分的位置。

同时，对于本发明的突出部分和凹入部分，优选地，基于相同的方向，从最大突出部分111向地面垂直绘制虚线的点P1与从最大凹入部分112向地面垂直绘制虚线的点P2之间的距离为1nm到30nm。

在本发明中，栅格突出部的形状可以不对称。栅格突出部的形状可以具有：具有不规则形状的左、右突出部分和凹入部分，或者可以在特定侧具有突出部分和凹入部分。然而，当在水平方向上最大突出部分与最大凹入部分之间的距离，即，P1与P2之间的距离小于1nm时，凹入部分中金属的层压量的改善效果会较小。难以深入地形成凹入部分，使得精细图案中距离超过30nm。即使形成，也难以将金属完全填充至最大凹入部分的深度。

如上所述，当在栅格突出部中形成凹入部分时，由于金属填充在凹入部分中，因此，与具有相同的线宽和间距的常规图案相比，可以容易地增加金属的层压量。在WGP中，光被金属图案层偏振和反射，当金属的层压量增加时，反射率会增加，从而可以改善偏振效率。通常，当过度增加金属的层压量以改善反射率时，由于透光率范围变得过窄，因此亮度会降低。然而，在本发明中，通过在相同的范围和线宽条件下用金属填充在侧面上形成的凹入部分，可以改善偏振效率而不使亮度劣化并且不使透光率范围变窄。

同时，在本发明中，如图2中所示，金属栅格图案的金属栅格120形成为其中金属层与WGP的栅格单元100的栅格突出部接触。此处，为了有效地改善偏振效率，优选地，通过从栅格突出部的最大凹入部分开始填充金属，以在最大突出部分的水平方向上具有层压宽度来形成金属栅格。换言之，优选地，金属栅格从最大突出部分至金属栅格图案的端部的宽度121为10nm至100nm。

另外，优选地，金属栅格形成为其金属与栅格突出部接触，并且在垂直方向上距离栅格突出部的顶部的高度122为10nm至200nm。通过将金属栅格形成为具有上述高度和宽度，随着金属的层压量增加来改善偏振效率的效果会较大。此外，基于栅格突出部，由于金属在垂直方向上和水平方向上均匀地层压，因此，可以防止栅格突出部由于金属栅格而塌陷并且防止阻挡光透射路径。

如图3的实例所示，根据本发明的一个优选方面，所述栅格突出部具有如下形状，该形状包括具有弯曲段的侧面。基于栅格突出部的纵向截面形状并且基于地面和水平方向，栅格突出部可以具有包括弯曲段的形状，所述弯曲段为以下段中的至少一种：栅格突出部的宽度增加然后减小的段；栅格突出部的宽度增加然后变为恒定的段；栅格突出部的宽度减小然后增加的段；栅格突出部的宽度减小然后变为恒定的段；栅格突出部的宽度恒定然后增加的段；栅格突出部的宽度恒定然后减小的段；以及保持恒定的宽度但是栅格突出部的倾斜方向改变的段。此处，在本发明中，所述弯曲段可以指锐利形状和弯曲形状两者。

另外，本发明的栅格突出部具有如下形状，该形状包括具有倾斜段的侧面，所述倾斜段倾斜为与地面形成锐角。如图4中所示，基于栅格突出部的纵向截面形状并且基于地面和水平方向，栅格突出部可以具有其中栅格突出部的宽度从其上部向其下部以恒定速率减小的形状，或者具有倾斜至一侧同时保持恒定宽度的形状。此处，在栅格突出部的宽度从其上部向其下部以恒定速率减小的形状中，两个侧面的倾斜段与地面形成锐角。在倾斜至一侧同时保持恒定宽度的形状中，由地面与栅格突出部的倾斜方向的侧面形成的锐角产生斜度。

另外，根据本发明的一个优选实施方案，参照图2，基于栅格突出部的纵向截面形状，当栅格突出部的线宽被定义为栅格突出部基于地面与水平方向的最大宽度时，为了压印成接近理想的形状，优选地，基于地面和垂直方向，线宽113形成为5nm至100nm，并且高度114形成为10nm至500nm。栅格突出部的线宽和高度超过上述范围的图案会难以实现，并且当线宽和高度过度地超过上述范围时，会发生图案聚集。

另外，参照图5，间距115优选为20nm至200nm。间距115被定义为当绘制垂直于地面并且与栅格突出部的外表面接触的虚拟垂线时，在任意栅格突出部中绘制的最左边的垂线与在相邻的栅格突出部中绘制的最左边的垂线之间的距离。当间距值小于20nm时，在形成金属栅格之后难以确保光透射路径。当间距值超过200nm时，难以期待对可见光的优异的偏振特性(消光比)。此处，间距值可以被定义为在任意栅格突出部中绘制的最左边的垂线与在相邻的栅格突出部中绘制的最左边的垂线之间的距离。

同时，根据本发明的一个优选实施方案，优选用选自以下物质中的至少一种可固化树脂来形成树脂层：丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯基树脂、聚酯树脂、苯乙烯树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚氨基甲酸酯树脂和硅树脂。

此处，可固化树脂的更具体的实例包括：不饱和聚酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、正丁基甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯的均聚物、它们的共聚物或三元共聚物等。

另外，在本发明中，金属栅格图案可以由选自铝、铜、铬、铂、金、银、镍和它们的合金中的任意金属形成。在可见光区域中的优异反射率方面，优选选择银或铝。当考虑制造成本时，可以更优选地选择铝。作为在可固化树脂的上部层压金属粒子的方法，可以使用溅射方法、热蒸发方法、电子束蒸发方法、通过同时蚀刻聚合物和金属来形成金属层的干蚀刻方法等。然而，所述方法不限于此。

本发明还可以包括在树脂层的下部的基底层。此处，优选应用表现出各向同性的透明基底，以使偏振效应不因取向而丧失。基底层支撑树脂层和金属图案层。其厚度可以为5μm至100μm，更优选为10μm至50μm，以便在机械强度和柔韧性方面有利。

作为基底层的一个优选实施方案，基底层可以是选自聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚环氧树脂薄膜、环状烯烃类聚合物(COP)薄膜、环状烯烃类共聚物(COC)薄膜、聚碳酸酯树脂、环状烯烃类聚合物的共聚物薄膜、以及聚碳酸酯类树脂与环状烯烃类共聚物的共聚物薄膜中的任意薄膜或玻璃薄膜。

如上所述，由于本发明的WGP包括栅格突出部，该栅格突出部具有与常规WGP的形状不同的形状，因此，P偏振光的透光率可以变为50％至100％，并且偏振效率可以变为99.0000％至99.9999％，亮度可以为100％至200％。因此，由于这种优异的光学性能，本发明的WGP可以有效地应用于液晶显示装置。

实施例

下文中，将参照实施例更详细地描述本发明。这些实施例是为了更具体地说明本发明的目的，并且本发明不限于此。

实施例1至4：制备满足表1的条件的包括栅格突出部和金属栅格的示例WGP 1至4。此处，树脂层由甲基丙烯酸甲酯形成，使用铝Al作为金属图案层，使用厚度为80μm的COC薄膜(Kolon)作为基底层

比较例1：在比较例1中制备市售的PVA吸收性偏振膜。

比较例2至3：制备与实施例1至4相比，包括不存在突出部分和凹入部分的常规栅格突出部并且满足下面的表1的条件的比较例2和3。此处，在比较例2和3的WGP中使用的树脂层、金属图案层和基底层与在实施例1至4中使用的相同。

[表1]

1)从最大突出部分向地面垂直绘制虚线的点与从最大凹入部分向地面垂直绘制虚线的点之间的距离。参照图1的附图标记。

2)将在水平方向上从栅格突出部的侧面层压的厚度应用于比较例2和3。

测量实施例

利用RETS-100装置(OTSUKA ELECTRONICS)，采用下面的方法测量实施例1至4和比较例1至3的偏振膜的P偏振光的透光率Tp以及S偏振光的透光率Ts。使用测得的值，根据下面的式1计算偏振效率PE，结果示于下面的表2中。

式1)

此外，在将5.5英寸的液晶显示器的面板的下部偏振膜除去之后，通过粘附制备的实施例和比较例的偏振膜来测量亮度值。使用BM-7A(TOPCON,Japan)，通过测量任意五个点的最大亮度(白色)来测量亮度值。通过计算测得的值的平均值来评价亮度值。

[表2]

根据表2的结果，可以证实，与比较例1至3相比，包括最大突出部分与最大凹入部分之间的距离的实施例1至4中的P偏振光的透光率显著提高。因此，亮度值非常优异。同时，S偏振光的透光率变低，并且偏振效率测量为大于99.99％。在不存在最大突出部分和最大凹入部分的比较例2和3的情况下，发现P偏振光的透光率和偏振效率小于本发明的实施例。

Claims (12)

1.一种线栅偏振片，包括：

树脂层，该树脂层包括由栅格突出部(110)形成的凹凸图案；以及

在所述凹凸图案上形成的金属栅格(120)的图案层，

其中，所述栅格突出部具有如下的不规则形状：包括至少一个如下部分，在该部分中，所述栅格突出部的左侧面和右侧面中的至少一个包括弯曲段或者倾斜为与地面形成锐角的倾斜段。

2.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，由于所述栅格突出部的侧面包括至少一个弯曲段或倾斜段，因此，所述栅格突出部包括至少一个突出部分和至少一个凹入部分，并且基于相同的方向，从最大突出部分(111)向地面垂直绘制虚线的点(P1)与从最大凹入部分(112)向地面垂直绘制虚线的点(P2)之间的距离为1nm至30nm。

3.根据权利要求2所述的线栅偏振片，其中，所述金属栅格图案层形成为与所述栅格突出部接触，并且所述金属栅格图案层通过从所述最大凹入部分开始填充金属，以使从所述最大突出部分向所述金属栅格图案层的末端水平地形成的层压宽度(121)为10nm至100nm来形成。

4.根据权利要求2所述的线栅偏振片，其中，所述金属栅格图案层形成为与所述栅格突出部接触，并且在垂直方向上距离所述栅格突出部的顶部的高度(122)为10nm至200nm。

5.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，所述栅格突出部的侧面具有包括弯曲段的形状，并且基于所述栅格突出部的纵向截面形状以及基于地面和水平方向，所述形状包括：所述栅格突出部的宽度增加然后减小的段；所述栅格突出部的宽度增加然后变为恒定的段；所述栅格突出部的宽度减小然后增加的段；所述栅格突出部的宽度减小然后变为恒定的段；所述栅格突出部的宽度恒定然后增加的段；所述栅格突出部的宽度恒定然后减小的段；以及保持恒定的宽度但是所述栅格突出部的倾斜方向改变的段中的至少任意一个弯曲段，其中，所述弯曲段具有锐利形状或弯曲形状。

6.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，所述栅格突出部的侧面具有包括倾斜段的形状，所述倾斜段倾斜为与地面形成锐角，并且基于所述栅格突出部的纵向截面形状以及基于地面和水平方向，所述栅格突出部具有该栅格突出部的宽度从其上部向其下部以恒定速率减小的形状，或者具有倾斜至一侧同时保持恒定宽度的形状。

7.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，基于所述栅格突出部的纵向截面形状，所述栅格突出部的线宽(113)为5nm至100nm，所述线宽(113)被定义为所述栅格突出部基于地面和水平方向的最大宽度。

8.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，所述栅格突出部在垂直于地面的方向上形成的高度(114)为10nm至500nm。

9.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，所述栅格突出部之间的间距(115)形成为20nm至200nm，所述间距(115)被定义为当绘制垂直于地面并且与所述栅格突出部的外表面接触的虚拟垂线时，在任意栅格突出部中绘制的最左边的垂线与在相邻的栅格突出部中绘制的最左边的垂线之间的距离。

10.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，所述线栅偏振片的P偏振光的透光率为50％至100％，所述线栅偏振片的偏振效率为99.0000％至99.9999％。

11.根据权利要求1所述的线栅偏振片，其中，所述线栅偏振片的亮度为100％至200％。

12.一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括权利要求1至11中的任意一项所述的线栅偏振片。