显示背光用金属线栅增亮膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及显示器的技术领域，具体是涉及一种显示背光用金属线栅增亮膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]偏光片的使用是TFTIXD显示的一项核心技术，而传统吸收型偏振片对于偏振态的选择性透过与散射、吸收等使得光的透过率仅有42%左右，背光利用率大大降低。目前常用的方法是在背光与Ce 11之间添加增亮膜结构，如反射式偏光增亮膜DBEF(Dual-Brightness Enhance Film)、金属线栅等，其中DBEF是一种反射偏光片，通过选择性反射背光系统的光，使其不被LCD的下偏光片所吸收，能够循环利用偏振光，但是由于现有的DBEF的消光比不高，仍然需要搭配吸收型偏光片使用。而金属线栅通常采用微电子光刻结合干刻的方法制备，具有很高的消光比，是理想的反射型偏光片，通过与背光反射片相结合能够获得很高的增益系数。但是现有刻蚀工艺的均匀度对于大规模工业生产的良率构成一定的挑战，同时制备流程比较复杂，特别地，刻蚀工艺在制备平面复杂图形如三棱柱，梯形棱柱等结构方面具有先天的缺陷。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供一种显示背光用金属线栅增亮膜及其制备方法，以解决现有技术中增亮膜的制备流程复杂以及产品无法满足背光显示要求的技术问题。
[0004]为解决上述问题，本发明实施例提供了一种显示背光用金属线栅增亮膜的制备方法，所述方法包括:
[0005]在基板表面涂覆光刻胶层；
[0006]通过纳米压印工艺在所述光刻胶层上形成纳米尺寸的光刻胶光栅结构，并进行固化处理；
[0007]在所述固化后的光刻胶光栅结构上形成金属薄膜。
[0008]根据本发明一优选实施例，所述光刻胶光栅结构的截面为多个间隔设置的矩形，所述金属薄膜通过倾斜沉积法形成于所述多个矩形的顶面以及同一侧的侧面上。
[0009]根据本发明一优选实施例，所述光刻胶光栅结构的截面为多个间隔设置的梯形，所述金属薄膜通过倾斜沉积法形成于所述多个梯形的顶面以及同一侧的侧面上。
[0010]根据本发明一优选实施例，所述光刻胶光栅结构的截面为多个间隔设置的三角形，所述金属薄膜通过倾斜沉积法形成于所述多个三角形同一侧的侧面。
[0011]根据本发明一优选实施例，所述光刻胶光栅结构的截面为多个间隔设置的矩形，所述金属薄膜形成于所述多个矩形的顶面以及矩形间隔区域的基板上，其中，位于所述多个矩形的顶面以及矩形间隔区域基板上的金属薄膜之间不互联。
[0012]根据本发明一优选实施例，所述光刻胶光栅结构的尺寸周期为40-100nm，光栅宽度为 10-50nm，厚度为40-200nm。
[0013]根据本发明一优选实施例，所述光刻胶光栅结构的尺寸周期为100-300nm，光栅宽度为 100-200nm，厚度为 100-200nm。
[0014]根据本发明一优选实施例，所述光刻胶光栅结构的尺寸周期为100-200nm，光栅宽度为60-70nm，厚度为 30_50nm。
[0015]根据本发明一优选实施例，所述基板为柔性基板;所述金属薄膜的材料为铝或者银;所述固化处理为光照或者加热;所述金属薄膜的形成方法为蒸镀或者溅射。
[0016]为解决上述技术问题，本发明还提供一种显示背光用金属线栅增亮膜，所述金属线栅增亮膜通过上述实施例中所述的方法制备而成。
[0017]相对于现有技术，本发明提供的显示背光用金属线栅增亮膜及其制备方法，通过卷对卷纳米压印工艺制备纳米尺寸的光刻胶光栅结构，然后在固化的光刻胶光栅结构上形成不同截面形状的金属薄膜，具有制备流程简单与节约材料和成本的优点，同时纳米压印的基板选择适用于制备多种复杂图形的金属线栅增亮膜结构，提高工艺的通用性。另外，还可以提高TFT-LCD显示器件的背光系统光学增益。通过结构优化实现了 P态穿透率的提升，同时保持了较高的S态反射率。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
[0019]图1是背光增亮结构的示意图；
[0020]图2是本发明显示背光用金属线栅增亮膜的制备方法一优选实施例的流程示意图；
[0021 ]图3是三种光栅图形与压印模具的形状示意图；
[0022]图4是对应图3中光刻胶图形形成的金属薄膜结构示意图；
[0023]图5是对应图4中光刻胶图形及金属薄膜结构的FDTD模拟Tp、Rs随波长的变化趋势曲线图；
[0024]图6是第四种光刻胶图形及金属薄膜结构的示意图；
[0025]图7是光刻胶光栅结构的压印过程示意图；
[0026]图8是一种双层金属线栅的偏振光学特性曲线图；
[0027]图9是一种优化的双层金属线栅的偏振光学特性曲线图；
[0028]图10是针对图9中双层金属线栅的占空比优化后的偏振光学特性曲线图；以及
[0029]图11是针对图9所述双层金属线栅的光刻胶厚度h2的优化后的偏振光学特性曲线图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]请参阅图1，图1是背光增亮结构的示意图，其中，增亮膜通过与背光反射片相结合能够获得增益系数很高的增亮结构。
[0032]请参阅图2，图2是本发明显示背光用金属线栅增亮膜的制备方法一优选实施例的流程示意图，该制备方法包括但不限于以下步骤。
[0033]步骤S100，在基板表面涂覆光刻胶。
[0034]在步骤SlOO中，首先，选取一柔性基板作为金属线栅的衬底，其中柔性基板通常为聚合物或者PET等柔性材料制成，便于与现有的卷对卷设备工艺相结合，同时具有很好的透光性，能够用于TFT-LCD显示。另外，光刻胶应该具有较低的黏性，便于与卷对卷的压印模具分离，并且在固化后具有很好的机械性能，具有足够的支撑力。
[0035]步骤S110，通过纳米压印工艺在光刻胶层上形成纳米尺寸的光刻胶光栅结构，并进行固化处理。
[0036]在该步骤中，优选采用卷对卷纳米压印工艺通过压印模具在光刻胶表面制备图形，其具有利于大规模批量生产的优点，同时具有很好的周期重复性。其中固化处理的方式通常为光照射或者热处理等。
[0037]光刻胶光栅结构为空气隙与光刻胶的周期性排布结构，其中光刻胶截面图形为长方形、梯形或者三角形等，并不限于本实施例中的形状结构，可以为多种结构形式，与上述压印模具的形状相关，光栅图形与压印模具的形状如图3所示。图3中仅表示出了三种截面图形的光刻胶光栅结构。
[0038]光栅周期(光栅结构重复一次的距离，图中L为光栅周期，下同)与光栅宽度针对不同的光栅结构具有不同的适用范围，如三角形或者梯形结构的光刻胶光栅周期约为100-300nm，光栅宽度(图中标注D，下同)100_200nm，厚度(图中标注H，下同)100_200nm ；而长方形光栅周期为40-100nm，光栅宽度为10-50nm，厚度为40-200nm，具体设计需要参照背光收集效率综合考虑两种偏振光的透过与反射率。
[0039]步骤S120，在固化后的光刻胶光栅结构上形成金属薄膜。
[0040]在步骤S120中，金属薄膜的形成方式为指向型倾斜蒸镀或者溅射，也即光栅的基板平面与金属的沉积方向非垂直关系，而且金属沉积的方向具有很好的准直性(平行一致性)，如图4所示，图4中箭头表示倾斜蒸镀的指向方向。由于相邻周期光刻胶光栅对蒸镀金属束流的阻挡作用，使得仅在光刻胶光栅的局部形成金属薄膜结构，而且淀积金属的区域与蒸镀的倾斜角度Θ及光刻胶光栅的高度相关。针对图3所述不同形状的光刻胶光栅，所获得的金属光栅形状如图4(a) (b) (C)所示，图4(a)中表示光刻胶光栅结构的截面为多个间隔设置的三角形，金属薄膜通过倾斜沉积法形成于多个三角形同一侧的侧面；图4(b)中表示光刻胶光栅结构的截面为多个间隔设置的梯形，金属薄膜通过倾斜沉积法形成于多个梯形的顶面以及同一侧的侧面上；图4(c)中表示光刻胶光栅结构的截面为多个间隔设置的矩形，金属薄膜通过倾斜沉积法形成于多个矩形的顶面以及同一侧的侧面上。
[0041]优选地，金属薄膜的厚度为lO-lOOnm，金属薄膜的材料应该具有比较大的折射率虚部，从而使得金属线栅具有较好的偏振选择特性。优选的金属薄膜的材料为Al或者Ag等。
[0042]金属光栅与反射层结合的背光增亮膜结构如图1所示，其中增亮膜为金属光栅，金属光栅的光栅面相对于背光的相对位置不做限定，可以是光栅正面或者反面面对背光源的方案，均具有很好的反射偏光特性。图1中的反射层可以是diffuse reflector(漫反射镜)或者金属镜面反射与四分之一玻片构成的(具体请参考文献“Low Fill-Factor Wire GridPolarizers for IXD Backlighting”)，此处以后一种情形(金属镜面加四分之一玻片)计算整体的背光出光效率，计算公式为T = 0.5Tp*(I+RRs)，其中Tp，R，Rs分别为ρ光的穿透率，镜面反射率与S光(当光线以非垂直角度穿透光学元件(如分光镜)的表面时，反射和透射特性均依赖