TWI449973B - 線柵偏光板及使用其之背光單元 - Google Patents

Description

線柵偏光板及使用其之背光單元

本發明主張關於2010年09月29日所申請的南韓專利案號10-2010-0094292的優先權，並在此以引用的方式併入本文中，以作為參考。

本發明係關於一種線柵偏光板及使用其之背光單元。其中，藉由控制由入射光之角度所決定之各波長之穿透率，可使顏色變化(color variation)降到最低。

一般而言，一偏光板或一偏光裝置係指一光學部件，用在非極性光，如自然光中，提取一具有特定震動方向之線性偏振光(linearly polarized light)。另外，一線柵偏光板係為一種光學部件，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能力(polarization separation capability)，故其在一紅外線波長區域係被使用作為一反射性偏光板。

通常，當金屬線置入(metal line placement)之循環週期係小於一入射電磁波之一半波長時，與該金屬線相平行之一偏極化分量(polarized component)(橫波(S wave))係被反射，而與該金屬線相垂直之一偏極化分量(縱波(P wave))係被透射。在此處，可使用上述現象來製造一平面偏光板，其係具有一絕佳偏極化效率、一高穿透率、以及一寬廣視角，即一線柵偏光板。

圖1係繪示有一習知線柵偏光板之組成及功能，其中金屬格柵2(metal grids)係具有一預設厚度h，且係以一預設循環週期A被設置於一基板1之上，而一線柵偏光板之微金屬格柵之循環週期可為小於一可見光波長之一半。在線柵偏光板中一金屬線之循環週期比入射光之波長小得多之情況下，當非極性光入射時，向量與導電線柵垂直之一分量，亦即平行偏振光(p polarized light)，係被透射，具有一向量與導電線柵平行之一分量，亦即垂直偏振光(s polarized light)，係被反射。

在該習知線柵偏光板中，係藉由直接地形成微小金屬格柵於一基板之上，來製造一反射性偏光板；然而，當直接地形成於一基板上之微小金屬格柵上的入射角變大時，由入射光波長而定之一穿透率會隨之改變。因此，會使得由一視角所決定之一色彩實現(color implementation)受到限制。

本發明亟欲解決上述之缺點，且本發明之一方面係為提供一種線柵偏光板，其中，藉由使用一高分子物質來形成一第一格柵微結構(first grid pattern)於一基板之上，並且藉由形成一金屬格柵微結構於該第一格柵微結構之上，可控制由入射光之光角度所決定之各波長之穿透率，進而使視角不同所造成之顏色變化降到最低。

本發明之一目的在於提供一種線柵偏光板包括：一第一格柵層形成於一基板之上，且具有至少一第一格柵微結構；以及一第二格柵層形成於該第一格柵微結構之上，且具有以金屬材料形成之至少一第二格柵微結構，其中該第一格柵層係由一折射率小於該基板之折射率的高分子物質形成。

該第一格柵微結構之寬高比為1: 0.2-5。

特別是，該第一格柵微結構之一寬度係落在10-200 nm之範圍內，該第一格柵微結構之一高度係落在10-500 nm之範圍內，且該第一格柵微結構之一循環週期係為100-250 nm。

形成該線柵偏光板之第二格柵微結構係由鋁(Aluminum)、鉻(Chrome)、銀(Silver)、銅(Copper)、鎳(Nickel)、及鈷(Cobalt)上述其中一者或其合金所製成。

另外，該第一格柵微結構與該第二格柵微結構之寬度比為1:0.2-1.5，且在此情況下該第二格柵微結構之寬度為2-300 nm，而該第二格柵微結構之寬高比為1:0.5-1.5。

又，該第二格柵微結構之一剖面形狀係為矩形、三角形、及半圓形其中一者；然而，本發明並不限制於此。

在根據本發明之線柵偏光板中，該基板係包括玻璃、石英(quartz)、壓克力(acryl)、聚碳酸酯(polycarbonate)、及聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)樹脂其中至少一者。

同時，一背光係使用該線柵偏光板，如下述來構成。

更詳細地說，一背光單元係包括：一第一基板，用以將自一光源發出之光導引向前；一第二基板，安置於該第一基板之上；一如上述之線柵偏光板，其係排列於該第一基板或該第二基板之一上表面或一下表面上；以及一反射板設置於該第一基板之一下側上。

尤其，該第一基板係為一基板或一光學片(optical sheet)來進行至少擴散光、導光、集中光其中一者之功能，且該第二基板之一厚度係為10μm-5mm。此時，該第二基板之一可見光穿透率係為70%或以上。

上述及其他本發明實施例之方面、功效、與優點將配合所附圖示說明之。

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。

本發明之主旨在於提供一種線柵偏光板，其中格柵形狀週期性地形成於一基板上之一高分子物質介電層之上，且由一大入射角度所決定之一低波長之穿透率係被最大化，進而導致視角的擴展，而能將顏色變化降到最小。

圖2係根據本發明，繪示有一線柵偏光板之主要構成元件之立體圖；圖3係繪示有圖2之剖面圖。

參閱圖2、3，根據本發明之一線柵偏光板可包括：一第一格柵層120形成於一基板110之上，且具有至少一第一格柵微結構121；以及一第二格柵層形成於第一格柵微結構121之上，且具有以金屬材料形成之至少一第二格柵微結構130，其中第一格柵層120係由一折射率小於該基板之折射率的高分子物質形成。

在此處，基板110可由多種高分子物質形成，包括玻璃、石英、壓克力、聚碳酸酯(polycarbonate)、及聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)樹脂，且可見光係經由基板110來傳輸。

又，被堆疊於基板110之上的第一格柵層120可由高分子物質形成，且為具有一預設循環週期之突起微結構的第一格柵微結構121可形成於第一格柵層120之一表面上。亦即，第一格柵層120可具有複數個為具有一預設循環週期之突起微結構的第一格柵微結構形成於一聚合物樹脂層之一表面上。尤其，根據本發明之第一格柵層120可由一折射率小於基板110之折射率的高分子物質形成。又，第一格柵微結構121之寬高比可為1：0.2-5，其中第一格柵微結構的一寬度w可為10-200nm，且其一高度h1可為10-500 nm，且該第一格柵微結構之一循環週期可為100-250 nm。

同時，該第二格柵層係被定義為具有複數個為金屬格柵微結構之第二格柵微結構130形成於第一格柵微結構121之上的單一層。也就是說，第二格柵微結構130中金屬材料之微小突起微結構可以被設置為一預設循環週期，且該些突起微結構使用一沉積製程(deposition process)形成於第一格柵微結構121之上。在此處，第二格柵微結構130可由鋁(Aluminum)、鉻(Chrome)、銀(Silver)、銅(Copper)、鎳(Nickel)、及鈷(Cobalt)上述其中一者或其合金所形成。該循環週期係指一金屬格柵微結構(第二格柵微結構)與一相鄰之金屬格柵微結構(第二格柵微結構)之間的距離。

又，第二格柵微結構130之一剖面形狀可為矩形、三角形、及半圓形，且可進一步為形成基板印刷為三角形、矩形、或一波形之一部分的一金屬線型。也就是說，不論剖面形狀為何，任一延伸於一方向之縱向且具有一預設循環週期之金屬線即可被用作為該第二格柵微結構。在此情況下，該循環週期可為小於所用之光波長的1/2，亦即該循環週期可為100-250 nm。另，在本發明之較佳實施例中，第二格柵微結構130之寬高比可為1: 0.5-1.5；並且，該第一格柵微結構與該第二格柵微結構之寬度比為1: 0.2-1.5，其中該第二格柵微結構之寬度可為2-300 nm。

另外，在根據本發明之線柵偏光板中，分別根據兩格柵(第一格柵微結構與該第二格柵微結構)之寬度及高度而定之穿透率係可被調整。當格柵寬度係以相同間距(pitch)變寬時，可降低穿透率且提升去極化速率(depolarization rate)，其中當一間距縮小時，一偏極化特性係增加，以確保一最大之偏極化效率，且在該間距係形成為相同格柵間之距離以及相同格柵之一寬度之狀況下，當格柵高度增加時，偏極化特性係增加。且在該間距係形成為相同格柵間之距離以及相同格柵之一高度之狀況下，當格柵寬度增加時，可改善偏極化特性。在此情況下，該第一格柵之一寬度可被調整為大於該第二格柵微結構之一寬度的0.2至1.5倍。

圖4係根據本發明，繪示有線柵偏光板中，由一介電體(dielectric body)之一第一格柵微結構之高度所決定各波長對應每一視角之穿透率變化的模擬結果。

也就是說，穿透率變化係亮度增加變化時，對應於各波長在每一視角之關係，亦即，係以波長(a) X=0nm、(b) X=50nm、(c) X=100nm、(d) X=150nm、(e) X=200nm、及(d) X=300nm分別顯示。

參閱圖4中所繪示之結果，當第一格柵層不具有一第一格柵微結構時，因紅、綠、藍光係均勻地自線柵偏光板之一前表面發出，故可達到高色彩實現率。然而，當視角變大時，色彩實現率會大量地降低，進而降低穿透率。據此，藉由以改變本發明之第一格柵微結構之高度，來確認藍光之一穿透率，其穿透率係逐漸地增加，並在第一格柵微結構之高度為約200 nm時達到一最大值，進而以增加色彩實現率。

一背光單元可使用根據本發明之線柵偏光板來構成。也就是說，一個或多個線柵偏光板可被提供給一一般的背光單元，包括：一光源、一導光板、以及一光學片。在如圖2中所示之線柵偏光板中，根據本發明，雖然第一及第二格柵微結構係被提供於該基板之一表面上，但應理解的是，其亦可被提供於該基板之兩表面上，以形成表面處理層(surface treatment layers)。

也就是說，一一般的背光單元之構成中，用以將自一光源發出之光導引向前之一第一基板可被提供，且一第二基板可被提供於該第一基板之上。該第一基板可進行一個或多個功能包括導光、擴散光、集中光，且進一步地該第二基板可進行擴散及稜鏡功能。此時，該第二基板之一厚度可為10μm-5mm，且可見光之一穿透率可為70%或以上。

在此處，該線柵偏光板可被排列於該第一基板或該第二基板之一上表面或一下表面上，且一反射板係進一步地被設置於該第一基板之一下表面上。

特別是，在排列有兩個或兩個以上之線柵偏光板時，線柵偏光板各自之金屬格柵微結構之金屬材料可為彼此不同者。

另，該線柵偏光板可被用於具有背光單元之一液晶顯示器，進一步地可被用於顯示3D影像之顯示裝置。其係可被廣泛應用，以確保高亮度及可靠度。

根據本發明，藉由使用一高分子物質層來形成一第一格柵微結構於一基板之上，並且藉由形成一金屬格柵微結構於該第一格柵微結構之上，可控制由入射光之光角度所決定之各波長之穿透率，進而使視角不同所造成之顏色變化降到最低。

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。

Pi、Pt、P．．．縱波

Si、St、S．．．橫波

A．．．週期

h、．．．厚度

110．．．基板

120．．．格柵層

121、130．．．微結構

P．．．間距

W．．．寬度

h₁ 、h₂ ．．．高度

X．．．波長

圖1係繪示有一習知線柵偏光板之組成及功能；

圖2、3係根據本發明，分別繪示有一線柵偏光板之主要構成元件之立體圖及剖面圖；以及

圖4係根據本發明，繪示一線柵偏光板中，由一介電體(dielectric body)之一第一格柵微結構之高度所決定之各波長對應每一視角之穿透率變化之模擬結果。

110．．．基板

120．．．格柵層

121、130．．．微結構

P．．．間距

W．．．寬度

h₁ 、h₂ ．．．高度

Claims (10)

1. 一種線柵偏光板，包括：一第一格柵層，形成於一基板之一表面的整體上，且具有至少一第一格柵微結構突出於該表面上；以及一第二格柵層形成於該第一格柵微結構之上，且具有以金屬材料形成之至少一第二格柵微結構，其中該第一格柵層係由一折射率小於該基板之折射率的高分子物質形成，其中該第一格柵層的寬高比為1：0.2至5，其中該第一格柵微結構之寬度在10至200nm的範圍內，其中該第一格柵微結構之高度在10至500nm的範圍內，其中該第一格柵微結構之循環週期係為100至250nm。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線柵偏光板，其中該第二格柵微結構係由鋁(Aluminum)、鉻(Chrome)、銀(Silver)、銅(Copper)、鎳(Nickel)、及鈷(Cobalt)上述其中一者或其合金所製成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之線柵偏光板，其中該第一格柵微結構與該第二格柵微結構之寬度比為1：0.2至1.5，該第二格柵微結構之寬度為2至300nm，以及該第二格柵微結構之寬高比為1：0.5至1.5。
4. 如申請專利範圍第2項所述之線柵偏光板，其中該第二格柵微結構之一剖面形狀係為矩形、三角形、及半圓形其中一者。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之線柵偏光板，其中該基板係包括玻璃、石英、壓克力(acryl)、聚碳酸酯(polycarbonate)、及聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)樹脂其中至少一者。
6. 一種背光單元，包括：一第一基板，用以將自一光源發出之光導引向前；一第二基板，安置於該第一基板之上；以及如專利範圍第5項所述之一線柵偏光板，其係排列於該第一基板或該第二基板之一上表面或一下表面上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之背光單元，其進一步包括一反射板設置於該第一基板之一下側上。
8. 如申請專利範圍第6項所述之背光單元，其中該第一基板係為一基板或一光學片，其至少進行擴散光、導光、集中光其中一者之功能。
9. 如申請專利範圍第8項所述之背光單元，其中該第二基板之一厚度係為10μm-5mm。
10. 如申請專利範圍第9項所述之背光單元，其中該第二基板之一可見光穿透率係為70%或以上。