TWI594027B - 偏光板 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種用於液晶顯示器之偏光板，特指一種含有量子棒的整合型偏光板，使液晶顯示器具有更佳色域及光源利用率。
習知液晶顯示器所搭配之偏光板，普遍採用吸收型偏光板，背光源所發出之非偏極化光線穿過該偏光板時，在偏光板的吸收軸方向上的分量會被吸收而無法通過，因此，該偏光板對背光源之透光度理論上僅能達50%以下，光線再經過液晶面板之電極層、彩色濾光片、液晶層及玻璃基板等結構後，使用者實際可見顯示器之亮度，則僅剩下背光源所發出的10%以下，背光源利用率相當低而造成能源的浪費。
而現行存在許多增加背光源效率的方法已被提出，例如增加增亮膜、稜鏡片等於背光模組中，以將無法穿過偏光板之光線不斷反射回收利用或集中後，再穿過偏光板而達到增亮的目的，但為了不影響視角，往往需要採用多層增亮膜與稜鏡片組合搭配，而增加了背光模組厚度。
此外，亦提出了一種解決方案，在背光模組中增加一量子棒層，量子棒為一奈米級半導體材料，形狀屬於一維結
構，其長軸方向可吸收非偏振光線後激發出比原入射光源波長較長之偏振光線，且因內部量子效率高，故背光源之光線可大量轉換為偏振光，經過調整量子棒其長軸配向方向，所激發之偏振光可易於通過液晶面板上之偏光板之穿透軸，因此相對於未增加量子棒層前之非偏振背光源，理論上可增加光源利用率，但通常此類量子棒之半導體材料容易受環境中之水氧影響而降低使用壽命，故需另行增加封裝結構，例如增加阻隔層於其表面，因此，背光源模組之厚度亦相應地增加；另因量子棒層設置於背光源模組中，距離背光源較近，現行顯示器之背光源所產生之熱量若無經過適當之散熱設計或增加隔熱結構，亦會使量子棒熱衰退而降低螢光效率，且背光源所發出的光線至面板所通過的路徑中，需經過背光模組中的導光膜、擴散膜、增亮膜、多組稜鏡片以及偏光板外層保護膜等光學膜，若將量子棒層設置於背光模組之光學膜層狀結構中，其所激發轉換之偏振光源經過光學膜之間多次折射與反射後，與偏光板穿透軸平行之偏振光源之偏振程度與方向性亦會大幅降低，而降低實際可穿透面板之下偏光板的進光量；又若僅將單一量子棒層搭配背光源做為偏振光源，省略各種光學膜或下偏光板，則背光源之偏光效率亦仍不佳，因背光源通過量子棒層之透光度雖優於經過單一偏光板的50%，但因量子棒具有長軸及短軸，長軸方向雖可被背光源激發出偏振光，而短軸方向亦有部分穿透光分量，因此，量子棒層並無法達到如同現行液晶顯示器所採用之偏光板具有99%以上偏光度，而造成液晶顯示器之對比及飽和度不符使用者需求。
故本發明之發明人提出一種整合型偏光板結構，可在不需變更現行液晶顯示器與背光模組之設計下，達到更佳的光
源利用率。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的在於提供一種具備新穎性、進步性及產業利用性等專利要件之偏光板，藉由整合於偏光板結構中之量子棒層，以增加穿透偏光板之偏光層之進光量，且所搭配之偏光層仍可提供高偏光度，並以偏光板本身所具有之保護層做為量子棒層之阻隔層，使幾乎不增加現行顯示器與背光模組之厚度，且因該偏光板位於背光模組之外，較不易受背光源所發出熱量影響，以期克服現有產品之難點。
為達到上述目的，本發明提供一種偏光板，在一較佳實施態樣中，其包含：偏光層，其具有吸收軸；量子棒層，其設置於偏光層之表面，且包含複數個量子棒，該些量子棒之長軸排列方向係垂直於偏光層之吸收軸，亦即平行於偏光層之穿透軸；第一保護層，其設置於偏光層之一側；以及第二保護層，其設置於量子棒層之一側。
在一實施例之偏光板中，量子棒層之該側係為一入射光之入光側，且偏光層之該側係為出光側。
在又一實施例之偏光板中，入射光之波長係介於300nm至495nm，以激發該量子棒層。
在另一實施例之偏光板中，形成量子棒之半導體材料係選自III-V族、II-VI族、IV-VI族及其組合的化合物所組成之群組。
在另一實施例之偏光板中，偏光層係為吸收型偏光
層、反射型偏光層、染色型偏光層、塗佈型偏光層、光柵型偏光層或其組合。
在另一實施例之偏光板中，量子棒係分散於聚合物中，以形成量子棒層，量子棒層之聚合物包含聚乙烯醇聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環烯烴聚合物或矽酮聚合物。
在另一實施例之偏光板中，第一保護層與第二保護層之材料包含三醋酸纖維素、對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環烯烴聚合物、矽酮聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
在另一實施例之偏光板中，第一保護層係為補償膜。
在另一實施例之偏光板中，第一保護層與偏光層之間，以及第二保護層與量子棒層之間，分別選擇性地具有封裝膠層；封裝膠層之材料包含聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或共聚物。
1‧‧‧偏光板
2‧‧‧偏光層
2a‧‧‧吸收軸
3‧‧‧量子棒層
31‧‧‧量子棒
3a‧‧‧長軸
4‧‧‧第一保護層
5‧‧‧第二保護層
6‧‧‧擴散膜
L1‧‧‧入射光
第1a至1b圖：係為本發明之偏光板一實施態樣之示意圖；第2a至2c圖：係為量子棒層、偏光層與擴散膜之不同排列結構示意圖；以及第3圖：係為不同霧度值之擴散膜對量子棒層二色性比影響之示意圖。
為使本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效更易瞭解，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之偏光板之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請配合參看第1a圖及第1b圖所示，其為本發明所提供一較佳實施態樣之偏光板1之示意圖；偏光板1包含：偏光層2，其具有吸收軸2a；量子棒層3，其設置於偏光層2之一表面，且包含複數個量子棒31，該些量子棒之長軸3a排列方向係垂直於偏光層之吸收軸2a；第一保護層4，其設置於偏光層2側；以及第二保護層5，其設置於量子棒層3側。
在一實施例之偏光板中，量子棒層3之該側係為入射光L1之入光側，偏光層2之該側係為出光側，使非偏振之入射光L1可先經量子棒層3轉換為與偏光層之吸收軸2a方向垂直之偏振光，而通過偏光層2之穿透軸方向。
在又一實施例之偏光板中，入射光之波長係介於紫外光至藍光範圍，較佳為300nm至495nm，以激發量子棒層放出較長於入射光波長之激發光，並可藉由選擇性調整不同尺寸之量子棒以調控激發光之顏色，如以CdSe量子棒為例，在460nm
的藍光光源激發下，當其長軸為30nm至40nm，短軸為5nm至10nm時可發出波長約630nm之紅光；當其長軸為20nm至30nm，短軸為2nm至5nm時可發出波長約550nm之綠光，經調整不同尺寸之量子棒含量，即可控制穿透之藍光與激發出之紅光、綠光比例，混合成白光作為顯示器之光源，並因量子棒材料之激發光譜具有較窄之半高寬(FWHM)，故可使得顯示器所能表現之色域(Gamut)面積更廣。
在另一實施例之偏光板中，形成量子棒之半導體材料係選自III-V族、II-VI族、IV-VI族及其組合的化合物所組成之群組；例如包括但不限於下列化合物：AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、PbS、PbSe或PbTe。
在另一實施例之偏光板中，偏光層依顯示器之應用可採用吸收型偏光層、反射型偏光層、染色型偏光層、塗佈型偏光層、光柵型偏光層或其組合。
在另一實施例之偏光板中，上述量子棒係分散於聚合物中，並可藉由電場驅動、延伸法、刷摩配向法等，使該些量子棒之長軸沿單一方向排列，並經過固化後以形成量子棒層，量子棒層之聚合物包含聚乙烯醇聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環烯烴聚合物或矽酮聚合物。
請參考下表一，其為將量子棒分散於聚乙烯醇中，量子棒相對聚乙烯醇之重量百分比為5.48%，經延伸5倍製成的量子棒層，再與偏光層以及背光模組中之擴散膜所層疊之不同結構組合，使用autronic-MELCHERS GmbH所製造之Mechanics
ConoScope分光光譜儀，在使用波長為445nm之藍色光源下，所得之二色性比(Dichroic Ratio,DR)，二色性比係以式DR=Y///Y⊥所計算而得，其中Y//為量子棒層長軸與偏光層穿透軸平行時所獲得之穿透度，Y⊥為量子棒層長軸與偏光層穿透軸垂直時所獲得之穿透度，當光源未經過量子棒層或偏光層時，其Y//與Y⊥幾乎相同，故二色性比為1.06，而經過單一偏光層後所測得之亮度僅為98nits，當二色性比數值愈大，代表所測樣品具有較明顯之二色性，使通過樣品之光源，具有較佳之偏振性與方向性；表中組合一之各層排列結構示於第2a圖，其為光源通過量子棒層3後直接通過偏光層2所測得之數值，此時量子棒層3具有二色性比3.35，亮度則因藍色光源激發出綠光與紅光而大幅增加至595nits，可知光源經過量子棒層3後，可增加轉換為與偏光層2之穿透軸方向平行而進入該偏光層2之綠光與紅光光源比率；表中組合二之各層排列結構示於第2b圖，其為光源先通過一般背光膜組中所採用之之擴散膜6，該擴散膜6之霧度為30%，再通過量子棒層3與偏光層2所測得之數值，此時擴散膜6與量子棒層3具有二色性比3.23，所測得亮度為581nits；組合三之各層排列結構示於第2c圖，其為光源先通過量子棒層3，再通過霧度為30%之擴散膜6與偏光層2所測得之數值，此時量子棒層3與擴散膜6具有二色性比2.98，所測得亮度為538nits；由組合二與組合三所測得之數值，可知於組合三中之擴散膜6位於量子棒層3與偏光層2之間時，將使二色性比降低更多，表示通過量子棒層3後所具有高度方向性的光源，若再經過背光膜組中之擴散膜等無方向性光學膜，較易因折射、散射、反射等情況，而使Y//與Y⊥差異程度降低，影響量子棒層3所產生與偏光層2相同穿透軸方向之光源比率；而組合二所測之二色性比與亮度雖亦有些許程
度降低，推測為原入射光的準直性受擴散膜6中的粒子散射而改變入射角度，造成對量子棒激發效果降低，但整體之光源利用率仍優於組合三；請再一併參考第3圖，其為進一步採用不同霧度值之擴散膜時，量測不同霧度值之擴散膜對二色性比影響之程度，以上述組合二方式所測得之數據為數值一，以組合三方式所測得之數據為數值二；可看出組合三所降低的幅度皆仍大於組合二，並隨著霧度的增加，因光線在擴散膜的粒子間具有更多次折射、散射、反射，將使二色性比更加降低；因此，可得知相對於將量子棒層設置於背光模組中之習知方式，本發明將量子棒層設置於偏光板之中，背光源經量子棒層激發後可直接通過偏光層，較不易因外加其他光學膜於量子棒層與偏光板之間，破壞量子棒層所產生之光源偏振性，而降低過多二色性比。
在另一實施例之偏光板中，第一保護層與第二保護層之材料包含三醋酸纖維素、對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環烯烴聚合物、矽酮聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
在另一實施例之偏光板中，第一保護層係為補償膜，例如用於改善液晶顯示器之視角或色偏之廣視角膜。
在另一實施例之偏光板中，第一保護層與偏光層之間，以及第二保護層與量子棒層之間所使用之黏著層，可分別選擇性地採用封裝膠層，以進一步保護量子棒層，且隔絕環境中的
水氣、氧氣等，增加量子棒層使用壽命；封裝膠層之材料例如可為聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或共聚物。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
1‧‧‧偏光板
2‧‧‧偏光層
3‧‧‧量子棒層
4‧‧‧第一保護層
5‧‧‧第二保護層
L1‧‧‧入射光
Claims (11)
- 一種偏光板，其包含：一偏光層，其具有一吸收軸；一量子棒層，其設置於該偏光層之一表面，且包含複數個量子棒，該些量子棒之長軸排列方向係垂直於該偏光層之吸收軸；一第一保護層，其設置於該偏光層之一側；以及一第二保護層，其設置於該量子棒層之一側。
- 如申請專利範圍第1項所述之偏光板，其中該量子棒層之該側係為一入射光之入光側，該偏光層之該側係為出光側。
- 如申請專利範圍第2項所述之偏光板，其中該入射光之波長係介於300nm至495nm，以激發該量子棒層。
- 如申請專利範圍第1項所述之偏光板，其中該量子棒之半導體材料係選自III-V族、II-VI族、IV-VI族及其組合的化合物所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之偏光板，其中該偏光層係為吸收型偏光層、反射型偏光層、染色型偏光層、塗佈型偏光層、光柵型偏光層或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之偏光板，其中該些量子棒係分散於一聚合物中，以形成該量子棒層。
- 如申請專利範圍第6項所述之偏光板，其中該量子棒層之該聚合物包含聚乙烯醇聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環 烯烴聚合物或矽酮聚合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之偏光板，其中該第一保護層與該第二保護層之材料包含三醋酸纖維素、對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環烯烴聚合物、矽酮聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之偏光板，該第一保護層係為一補償膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之偏光板，該第一保護層與該偏光層之間，以及該第二保護層與該量子棒層之間，分別選擇性地具有封裝膠層。
- 如申請專利範圍第10項所述之偏光板，該封裝膠層之材料包含聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或共聚物。
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