TWI420163B - 線柵偏光板及包含其之液晶顯示器 - Google Patents

Description

線柵偏光板及包含其之液晶顯示器

本發明係主張關於2010年10月20日申請之韓國專利案號No. 10-2010-0102358之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。

本發明係關於一種實施增加光亮度之線柵偏光板，以及包含其之液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)。

一般而言，一偏光板或一偏光裝置係指一光學部件，用以在非極性光，如自然光中，提取一具有特定震動方向之線性偏光(linearly polarized light)。一線柵偏光板(WGP)係為一種光學部件，其係使用一導電線柵(conductive wire grid)來產生偏光。因相較於其他偏光器，該線柵偏光板具有之高偏光分離表現(polarization separation performance)，故其在一紅外線波長區域係被使用作為一反射性偏光板。

在一傳統線柵偏光板中，一奈米級格柵結構(nano-scale grid structure)係被設置於一基板之一表面上。因此，該線柵偏光板與基板間僅存在一個接合表面，而金屬線柵之黏著力及硬度均低，造成線柵偏光板之使用壽命降低。另外，在線柵偏光板之產品應用上，上述的問題會導致金屬線柵的崩壞，且裂縫會產生於組裝過程或使用中，造成產品整體可靠度的弱化。

本發明之一方面係在於提供一種線柵偏光板，同時具有光吸收及反射功能，故可達到增加光亮度(brightness enhancement)的目的，而不會降低亮室對比率(bright room contrast ratio)；其中，一第一格柵圖案(first grid pattern)係使用一絕緣材料形成於一基板之上，而一金屬格柵圖案係形成於該第一格柵圖案之上，進而藉著控制各波長入射光之一角度之透光率，使得根據一觀測角度(observation angle)之色彩變化率(color change rate)達到最小。

根據本發明一實施例，一種線柵偏光板係包括：一第一格柵層，其係具有至少一第一格柵圖案於一基板之上；使用一金屬來形成於該第一格柵層之上的一第二格柵圖案；以及一光吸收層(light absorbing layer)堆疊於該第二格柵圖案之上，以吸收自外界入射的光。

尤其，該光吸收層係包括一光吸收格柵圖案(absorptive grid pattern)以及使用一金屬形成於該光吸收格柵圖案之內的一第三格柵圖案，藉此以改善偏光效率。另外，線柵偏光板中的該第一及第二格柵圖案之高度及寬度係被調整，進而改善透光率並使偏光效率最大化。

上述及其他本發明實施例之方面、功效、與優點將配合以下所附圖示說明之。

在以下參考所附圖示，將詳細說明本發明之實施例。相同參考的數字將會指定到圖示解說中的相同元件，重複解說的部分將予省略。應理解的是，「第一」、「第二」以及類似的用詞在此是用來描述不同的元件；這些元件並不限制於此些用詞。這些用詞係用以區分各項元件者。

本發明之實施例係在於提供一種線柵偏光板，同時具有光吸收及反射功能，故可達到增加光亮度的目的，而不會降低亮室對比率。

為達此目的，該線柵偏光板係包括：一第一格柵層，其係具有至少一第一格柵圖案於一基板之上；一第二格柵圖案，使用一金屬形成於該第一格柵層之上；以及一光吸收層堆疊於該第二格柵圖案之上，以吸收自外界入射的光。

圖1係根據本發明一實施例，繪示有一線柵偏光板之剖面圖。

1.　第一實施例

參閱圖1，根據本發明一實施例之一線柵偏光板係包括：一第一格柵層120，其係具有至少一第一格柵圖案121於一基板110之上；一第二格柵圖案130，使用一金屬形成於第一格柵圖案121之上；以及一光吸收層Q堆疊於第二格柵圖案130之上，以吸收自外界入射的光。尤其，第二格柵圖案130係使用一具有高反射率之金屬所形成，藉此以提升光反射效率，使光得以被重新使用。光吸收層Q之功能係為吸收自外界入射的光，進而達到光亮度增強之作用。

在使用鋁來實現增光之一傳統反射線柵偏光板中，被傳輸之光係自一玻璃被反射回來，或自外界入射之光係由該反射線柵偏光板被反射回來；這會造成對比率之降低。相反地，根據本發明實施例之線柵偏光板之光吸收層Q係可解決傳統反射線柵偏光板的問題，以吸收自外界入射之光，進而達到增光效果。尤其，在市面上一增亮偏光膜(brightness enhancement polarizing film)(產品名稱：DBEF-P)中，一反射式增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film，DBEF)係被堆疊於一吸收偏光膜(absorptive polarizing film)之上。因此，該增亮偏光膜係具有一整體成型之結構，可解決傳統偏光器之可靠度以及其既厚又昂貴之問題。該增亮偏光膜係可以一非常簡單的結構來改善可靠度。

在本發明實施例中，基板110係被使用作為一支撐體。一玻璃基板以及各種聚合物(能夠傳輸可見光者)均可被使用作為基板110。該些聚合物之例子包括石英(quartz)、壓克力、TAC、COP、PC、PET等。尤其，基板110較佳地係經使用具有一預設可撓性(flexibility)之一光學薄膜之製程來連續地製造。

第一格柵層120係形成為與基板110之頂面緊密接觸，且可包括一使用一聚合物所形成之樹脂層。尤其，作為一規則突起圖案，第一格柵圖案121係較佳地以複數提供於第一格柵層120之表面上。

也就是說，第一格柵層120係被定義為包括複數個第一格柵圖案121之一層，其中該些第一格柵圖案121係為突起圖案，且係以一恆定週期(constant period)形成於使用一聚合物之樹脂層之上。第一格柵層120可由使用一模具壓印圖案(imprinting patterns)來形成。尤其，根據本發明實施例之第一格柵層120較佳地係由使用一材料來形成，該材料之折射率係隨著其目的，而為小於、等於、或大於基板110之折射率者，藉此以提升光使用效率。

第二格柵圖案130係包括以一恆定週期排列之微細金屬突起圖案。尤其，第二格柵圖案130係為一突起結構，以一沉積方法(deposition process)等等形成於第一格柵圖案121之頂面上。第二格柵圖案130可使用包括選自由鋁(Al)、鉻(Cr)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、及鉬(Mo)其中任一者、或上述之一合金來形成。

特別是，第二格柵圖案130可使用一金屬，以一沉積方法如一濺鍍製程(sputtering process)、一化學氣相沉積法(chemical vapor deposition process)、或一蒸鍍機(evaporator)來形成。『週期』一詞係指一格柵圖案(如第二格柵圖案)與一相鄰之格柵圖案(如第二格柵圖案)之間的距離。

因第二格柵圖案130係使用一金屬來形成，故第二格柵圖案130係反射光並由此可重新使用光，導致光的亮度增強。另外，第二格柵圖案130之截面可具有各種不同的形狀如矩形、三角形、半圓形等等，且亦可具有局部地形成於一印刷為三角形、矩形、或正弦波形(sinusoidal shape)之基板上之一金屬線形。也就是說，第二格柵圖案130可使用任何以一恆定週期排列於一單一方向之金屬來形成，而不需考慮其截面結構。

在此情況下，第二格柵圖案130之週期可等於或小於其使用的光波長之一半。據此，第二格柵圖案130之週期可落在50 nm至400 nm之範圍內，且較佳地為50 nm至250 nm，以確保一可見光區之平衡並維持白平衡。若第二格柵圖案130之週期大於250 nm，則紅光、綠光、及白光會產生不平衡。

另外，根據本發明實施例之線柵偏光板可根據兩格柵(該第一及第二格柵圖案)之高度及寬度來調整透光率。若格柵寬度以相同間距增加，則透光率減弱，而極化消光比(polarization extinction ratio)增加。因此，為了確保最大的偏光效率，偏光性質係在間距縮小時改善。若格柵圖案係以相同的格柵間距離以及相同的格柵寬度形成，則偏光性質係隨著格柵高度增加而改善。若格柵圖案係以相同的格柵間距離以及相同的格柵高度形成，偏光性質係隨著格柵寬度增加而改善。

因此，在本發明實施例中，金屬格柵圖案130之寬高比率可落在1:0.5至1:1.5之範圍內。在此情況下，較佳地，第一格柵圖案之寬係被調整為第二格柵圖案之寬的0.2至1.5倍。另外，第一格柵圖案或第二格柵圖案之寬可落在2 nm至300 nm之範圍內。較佳地，當第一格柵圖案或第二格柵圖案之寬為25 nm至200 nm之範圍內時，偏光性質可為最大者。

又，光吸收層Q係形成於第二格柵圖案130之上，用以吸收自外界入射之光。光吸收層Q之結構可實施為各種不同形狀。

如圖1所示，光吸收層Q可被實施為堆疊在第二格柵圖案130之上的一格柵結構。尤其，光吸收層Q可包括一光吸收格柵圖案，其係使用一金屬氧化物來形成。較佳地，光吸收層Q可進一步包括一金屬層於該光吸收格柵圖案之中。尤其，光吸收層Q可形成為一堆疊結構，其係包括：一第一光吸收格柵圖案151；一第三格柵圖案152，使用一金屬形成於第一光吸收格柵圖案151之上；以及一第二光吸收格柵圖案153，形成於第三格柵圖案152之上。經由此結構，光吸收層Q可吸收自外界入射之光。

特別是，第一及第二光吸收格柵圖案151、153可使用一透明金屬氧化物如SiO₂ 、MgO₂ 、CeO₂ 、ZrO₂ 、ZnO、氧化銦錫(ITO)等來形成。為增加光吸收效率，第三格柵圖案152可使用一金屬來形成。在此情況下，第三格柵圖案152可使用選自由鋁(Al)、鉻(Cr)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、及鉬(Mo)其中任一者、或上述之一合金來形成。

另外，為了使對於自外界入射之光的吸收達到最大化，被第三格柵圖案152所分隔之第一及第二光吸收格柵圖案151、153之厚度，以及第三格柵圖案152之厚度可為如下述所述者。特別是，第一光吸收格柵圖案151之厚度h1係落在50 nm至300 nm之範圍內；第三格柵圖案152之厚度係落在1 nm至20 nm之範圍內；而第二光吸收格柵圖案153之厚度h2係落在50 nm至500 nm之範圍內。

2.　第二實施例

根據本發明一第二實施例之一種線柵偏光板，其一光吸收層Q之結構係與根據本發明第一實施例之線柵偏光板中不同。

參閱圖2，根據本發明第二實施例之線柵偏光板，其與圖1中相同之結構在於：一第一格柵層120與一第二格柵圖案130形成於一基板110之上；一第一光吸收格柵圖案151形成於第二格柵圖案130之上；以及一第三格柵圖案152使用一金屬而形成於第一光吸收格柵圖案151之上。然而，一第二光吸收格柵圖案154係形成於第三格柵圖案152之上；其並非一圖案結構，而是一單層結構。

顯而易見的是，在圖2中所述之材料、數值限制、及週期，除第二光吸收格柵圖案154之形狀以外，均適用於第二實施例。

另外，第一光吸收格柵圖案151之厚度h1係落在50 nm至300 nm之範圍內；第三格柵圖案152之厚度係落在1 nm至20 nm之範圍內；而第二光吸收格柵圖案154之厚度h2係落在50 nm至500 nm之範圍內。

也就是說，在圖1中第二光吸收格柵圖案153修改成圖2中第二光吸收格柵圖案154間，兩者是有差異。

不像具有第二光吸收格柵圖案153單獨地被設置於其中之結構，第二光吸收格柵圖案154係由沉積方法形成，以整體地覆蓋設置於其下方之第一光吸收格柵圖案151與第三格柵圖案152。第二光吸收格柵圖案154可被用以吸收光，且亦可作為整個線柵偏光板之一保護層。

3.　第三及第四實施例

在下文中，將配合圖3、4，詳細說明根據本發明第三、第四實施例之線柵偏光板。

根據本發明第三實施例，如圖3所示，一機能性薄膜160(functional film)可被進一步地提供於圖1所示之線柵偏光板之第二光吸收格柵圖案153之上。根據本發明第四實施例，如圖4所示，一機能性薄膜160可被進一步地提供於圖2所示之線柵偏光板之第二光吸收格柵圖案154之上。

該機能性薄膜160係被設置於光吸收層Q之上，以補償一觀視角度(viewing angle)或穩定特殊色彩座標(color coordinates)。為達此目的，一補償薄膜(compensation film)(COP、TAC、PC基板)可由一層壓製程(lamination process)來形成。

4.　第五及第六實施例

在下文中，將配合圖5、6，詳細說明根據本發明第五、第六實施例之線柵偏光板。

參閱圖5，該線柵偏光板係包括：一第一格柵層120，其係具有至少一第一格柵圖案121於一基板110之上；以及一光吸收層Q，其係具有一光吸收格柵圖案於第一格柵圖案121之上。至少一第二格柵圖案130係使用一金屬形成於光吸收層Q之上。也就是說，圖1或圖2中所示之第二格柵圖案130結構可被設置於該線柵偏光板之最頂端部分。

光吸收層Q可形成為一堆疊結構，其係包括：一第一光吸收格柵圖案151形成於第一格柵圖案121之上；一第三格柵圖案152，使用一金屬形成於第一光吸收格柵圖案151之上；以及一第二光吸收格柵圖案153，形成於第三格柵圖案152之上。經由此結構，光吸收層Q可吸收自外界入射之光。

特別是，第一及第二光吸收格柵圖案151、153可使用一透明金屬氧化物如SiO₂ 來形成。為增加光吸收效率，第三格柵圖案152可使用如上述之一金屬來形成。

也就是說，第三格柵圖案152可使用選自由鋁(Al)、鉻(Cr)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、及鉬(Mo)其中任一者、或上述之一合金來形成。在此情況下，如上所述，第一光吸收格柵圖案151之厚度係落在50 nm至300 nm之範圍內；第三格柵圖案152之厚度係落在1 nm至20 nm之範圍內；而第二光吸收格柵圖案153之厚度係落在50 nm至500 nm之範圍內。顯而易見的是，與圖2所述中相同的材料與大小亦可適用於其他的結構，包括第一及第二格柵圖案之大小的調整。

如圖6所示，一保護層170可被進一步提供於圖5所示之結構中，以保護作為一金屬圖案之第二格柵圖案130。尤其，該保護層170係使用一氧化物或一聚合物樹脂來形成於圖5中第二格柵圖案130之上。

當根據本發明之具有各種結構之線柵聚合物，如上圖1至5所述者，被應用於一LCD時，該線柵聚合物可同時執行光吸收功能與光反射功能，進而實施增亮，而不會降低對比率。

圖7係根據本發明一實施例，繪示有包括一線柵偏光板之一LCD之剖面圖。

參閱圖7，該LCD係包括：一背光單元B，將自一光源發出之光向上照射；以及一LCD面板A，堆疊於該背光單元之上，以形成畫素。特別是，上述根據本發明實施例之線柵偏光板100、200可被設置於LCD面板A之頂面或底面上。

LCD面板A係具有依結構，其中根據本發明實施例之線柵偏光板係被設置於一玻璃頂部基板8或一玻璃底部基板5之上。包含有ITO之一薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)陣列6可被設置於該玻璃底部基板之頂面上。一彩色濾波器7(color filter)以及一液晶LC可被設置於該玻璃頂部基板之底面上。

另外，設置於LCD面板A下方之背光單元B可提供：一具有一導光板或一擴散片2之傳統背光單元，以將來自一光源之光線L導引向上；以及各種光學片4。

根據本發明實施例，可藉由具同時有光吸收功能與光反射功能之線柵偏光板來達到光的增亮，而不會降低亮室對比率。

另外，根據本發明實施例，第一格柵圖案係使用一絕緣材料形成於基板之上，而金屬格柵圖案係形成於第一格柵圖案之上。因此，該線柵偏光板得以藉著控制各波長入射光之一角度之透光率，使得根據一觀測角度之色彩變化率達到最小。

雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技術者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。因此，本發明之範疇應由所附之專利範圍之範疇，而非本參考書之說明內文，來定義，且所有落入本發明範疇之修改均應被理解為被包括於本發明申請範疇之內。

110．．．基板

120．．．格柵層

121、130、152、．．．格柵圖案

151、153、154．．．光吸收格柵圖案

Q．．．光吸收層

h1、h2．．．厚度

P．．．間距

W．．．寬度

160．．．薄膜

170．．．保護層

L．．．光線

2．．．擴散片

4．．．光學片

5．．．玻璃底部基板

6．．．薄膜電晶體陣列

7．．．彩色濾波器

8．．．玻璃頂部基板

A．．．LCD面板

B．．．背光單元

100、200．．．線柵偏光板

LC．．．液晶

圖1係根據本發明一實施例，繪示有一線柵偏光板結構之剖面圖；

圖2至6係根據本發明其他實施例，繪示有線柵偏光板結構之剖面圖；以及

圖7係根據本發明一實施例，繪示有包含一線柵偏光板之一LCD之概念圖。

110．．．基板

120．．．格柵層

121、130、152．．．格柵圖案

151、153．．．光吸收格柵圖案

Q．．．光吸收層

h1、h2．．．厚度

P．．．間距

W．．．寬度

Claims (20)

1. 一種線柵偏光板，包括：一第一格柵層，包含至少一第一格柵圖案於一基板之上；一第二格柵圖案，形成於該第一格柵圖案之上；以及一光吸收層，堆疊於該第二格柵圖案之上，且包含一光吸收格柵圖案。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線柵偏光板，其中該光吸收層係進一步包括：一第三格柵圖案，以將該光吸收格柵圖案分隔於第一及第二光吸收格柵圖案中。
3. 如申請專利範圍第2項所述之線柵偏光板，其中該第一及第二光吸收格柵圖案係使用一金屬氧化物來形成
4. 如申請專利範圍第3項所述之線柵偏光板，其中該金屬氧化物係由選自由SiO₂ 、MgO₂ 、CeO₂ 、ZrO₂ 、ZnO、及氧化銦錫(ITO)其中任一材料來形成。
5. 如申請專利範圍第3項所述之線柵偏光板，其中，該第一光吸收格柵圖案之厚度係落在50 nm至300 nm之範圍內，且該第三格柵圖案之厚度係落在1 nm至20 nm之範圍內。
6. 如申請專利範圍第5項所述之線柵偏光板，其中該第二光吸收格柵圖案之厚度係落在50 nm至500 nm之範圍內。
7. 如申請專利範圍第2項所述之線柵偏光板，其中該第一格柵層係使用一聚合物來形成，該聚合物係具有與該基板相同之折射率。
8. 如申請專利範圍第2項所述之線柵偏光板，其中該第二格柵圖案或該第三格柵圖案係使用選自由鋁(Al)、鉻(Cr)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)其中任一者、或上述之一合金來形成。
9. 如申請專利範圍第2項所述之線柵偏光板，其進一步包括一機能性薄膜堆疊於該光吸收層之上，以補償一觀視角度。
10. 如申請專利範圍第2項所述之線柵偏光板，其中該第一格柵圖案之一寬高比係為1:0.2至1:5之範圍內。
11. 如申請專利範圍第10項所述之線柵偏光板，其中該第一格柵圖案之寬與該第二格柵圖案之寬之一比率係為1:0.2至1:1.5之範圍內。
12. 如申請專利範圍第10項所述之線柵偏光板，其中該第一格柵圖案之寬係落在10 nm至200 nm之範圍內，而該第一格柵圖案之高係落在10 nm至500 nm之範圍內。
13. 如申請專利範圍第12項所述之線柵偏光板，其中該第二格柵圖案之寬係落在25 nm至200 nm之範圍內。
14. 如申請專利範圍第10項所述之線柵偏光板，其中該第一格柵圖案之週期係落在50 nm至400 nm之範圍內。
15. 一種線柵偏光板，包括：一第一格柵層，包含有至少一第一格柵圖案於一基板之上；一光吸收層，形成於該第一格柵圖案之上，且包含有一光吸收格柵圖案；以及至少一第二格柵圖案，使用一金屬來形成於該光吸收層之上。
16. 如申請專利範圍第15項所述之線柵偏光板，其中該光吸收層係包括一第三格柵圖案形成於該光吸收格柵圖案之內。
17. 如申請專利範圍第16項所述之線柵偏光板，其中該光吸收格柵圖案係使用一金屬氧化物形成。
18. 如申請專利範圍第17項所述之線柵偏光板，其中該第三格柵圖案係使用選自由鋁(Al)、鉻(Cr)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)其中任一者、或上述之一合金來形成。
19. 如申請專利範圍第16項所述之線柵偏光板，其進一步包括一保護層，堆疊於該第二格柵圖案之上。
20. 一種液晶顯示器包括：一液晶顯示面板；以及如申請專利範圍第1項所述之線柵偏光板，設置於該液晶顯示面板之上方或下方。