专利名称：混合型偏振器及其制造方法和具有其的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合型偏振器、制造该混合型偏振器的方法以及一种具有该混合型偏振器的显示装置。尤其是，本发明涉及一种具有反射型偏振滤光器和彩色滤光器的混合型偏振器、制造该混合型偏振器的方法以及一种具有该混合型偏振器的显示装置。
背景技术：
通常，液晶显示(LCD)装置利用液晶的偏振特性显示图像。LCD装置的偏振器阻挡大约50％自光源产生的光，除了产生偏振光的激光器之外。
另外，通过该偏振器的一部分光被每个红、绿和蓝色子像素(sub-pixels)阻挡。该红、绿和蓝色子像素形成单位像素。
已经开发出一种具有多个相互叠加的膜的反射型偏振器或反射型彩色滤光器用于减少光的损耗。该反射型偏振器或反射型彩色滤光器的膜具有相互不同的折射率。另外，已经开发出一种具有胆甾醇型液晶的偏振器用于减少光的损耗。然而，反射型偏振器、反射型彩色滤光器和具有胆甾醇型液晶的偏振器仍仅能透射具有预定波长范围的一部分光，并阻挡具有不同波长的剩余部分光，从而降低了LCD装置的亮度。
发明内容
本发明提供了一种具有反射型偏振滤光器和彩色滤光器的混合型偏振器，其能够提高偏振特性例如偏振消光率和反射率。
本发明还提供了一种制造上述混合型偏振器的方法。
本发明还提供了一种具有上述混合型偏振器的显示装置。
根据本发明一实施例的混合型偏振器包括一基底元件和一偏振彩色滤光器元件。该偏振彩色滤光器元件包括多个位于基底元件的多个区域中的金属光栅。该区域中的金属光栅具有相互不同的尺寸。每个区域中的金属光栅透射一部分入射光并反射剩余部分的入射光。该混合型偏振器还可进一步包括一覆盖该金属光栅的保护层。
该偏振彩色滤光器还可进一步包括红色金属光栅部分、绿色金属光栅部分和蓝色金属光栅部分。该红色金属光栅部分可位于该基底元件的第一区域中，用于透射入射光中的第一红色偏振部分，并反射入射光中的第二红色偏振部分、入射光中的第一绿色偏振部分、入射光中的第二绿色偏振部分、入射光中的第一蓝色偏振部分和入射光中的第二蓝色偏振部分。该绿色金属光栅部分可位于该基底元件的第二区域中，用于透射第一绿色偏振部分，并反射第二绿色偏振部分、第一和第二红色偏振部分、以及第一和第二蓝色偏振部分。该蓝色金属光栅可位于该基底元件的第三区域，用于透射第一蓝色偏振部分，并反射第二蓝色偏振部分、第一和第二绿色偏振部分、以及第一和第二红色偏振部分。每个第一红色、绿色和蓝色偏振部分可在基本上垂直于该偏振彩色滤光器元件的纵向方向的方向上振动，每个第二红色、绿色和蓝色偏振部分可在基本上平行于该偏振彩色滤光器元件的纵向方向的方向上振动。
该蓝色金属光栅部分可具有比红色和绿色金属光栅部分短的高度。该红色金属光栅部分可具有大约330nm的节距、大约264nm的宽度以及大约100nm的高度。该绿色金属光栅部分可具有大约220nm的节距、大约165nm的宽度以及大约100nm的高度。该蓝色金属光栅部分可具有大约200nm的节距、大约150nm的宽度以及大约80nm的高度。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造混合型偏振器的方法，如下所述。制备一主模。该主模在第一、第二和第三区域包括多个图案。该图案在第一、第二和第三区域具有相互不同的尺寸。在一基板上沉积一金属层。在该金属层上形成一聚合物层。将该主模图案印制到该聚合物层上。将该图形化的聚合物层当作蚀刻掩模对该金属层进行部分蚀刻。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造混合型偏振器的方法，如下所述。制备好一主模。该主模在第一、第二和第三区域中包括多个凸起。在该第一、第二和第三区域中的凸起具有相互不同的尺寸。在一基板上形成一聚合物层。将该主模的凸起印制到该聚合物层上。在该印制的聚合物层上沉积一金属层。该金属层通过化学机械抛光或湿蚀刻被平面化，以便该印制的聚合物层的一部分被暴露。在该暴露的聚合物层和金属层上涂覆一保护层。
根据本发明的又一个方面，提供了一种制造混合型偏振器的方法，如下所述。制备好一主模。该主模在第一、第二和第三区域中包括多个凸起。在该第一、第二和第三区域中的凸起具有相互不同的尺寸。在一基底膜上形成一聚合物层。将该主模的凸起印制到该聚合物层上。在该印制的聚合物层上沉积一金属层。该基底膜附着于一基板，以便该金属层与该基板接触。从该聚合物层上移除该基底膜。在该聚合物层上涂覆一保护层。
根据本发明一实施例的显示装置，包括背光单元、液晶显示面板和混合型偏振器。该背光单元产生光。该液晶显示面板位于该背光单元上。该液晶显示面板包括两个基板和插入在该两个基板之间的液晶层，以显示图像。该混合型偏振器插入在该背光单元和该液晶显示面板之间。该混合型偏振器包括一基底元件和一偏振彩色滤光器元件。该偏振彩色滤光器元件在该基底元件的多个区域上包括多个金属光栅。位于这些区域中的金属光栅具有相互不同的尺寸。每个金属光栅透射一部分光并反射剩余部分的光。
根据本发明，该混合型偏振器具有单层结构，起到反射型偏振滤光器和彩色滤光器的作用，以提高显示装置的图像显示质量。该混合型偏振器可包括具有微结构的金属光栅。另外，可以降低该显示装置的制造成本。
本发明的上述和其它优点将通过对示范性实施例参照附图的详细说明变得更加明显，其中图1为说明根据本发明一实施例的混合型偏振器的截面图；图2A和2B为说明零阶金属光栅的透射和反射的透视图；图3为说明具有根据本发明一实施例的混合型偏振器的显示装置的截面图；图4为说明图3所示显示装置的工作的截面图；图5为说明根据本发明一实施例的金属光栅的光透射率和波长之间的关系的曲线图；图6为说明被根据本发明一实施例的金属光栅偏振化的第二偏振光的偏振消光率和波长之间的关系的曲线图；图7A至7E为说明根据本发明一实施例的混合型偏振器的制造方法的截面图；图8A至8I为说明图7A中所示的具有交替凸起的主模的制造方法的截面图；图9A至9E为说明根据本发明另一实施例的混合型偏振器的制造方法的截面图；以及图10A至10G为说明根据本发明另一实施例的混合型偏振器的制造方法的截面图。
具体实施例方式
接下来将参照附图对本发明进行更加充分的说明，在这些附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可包括许多不同的形式，而不限于这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例以便详尽并全面地公开本发明，并将本发明的范围全面地传达给本领域技术人员。在这些附图中，为清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸被放大了。
应当理解，当一元件或层被提到与另一个元件或层的关系为“在......上”、“与......连接”或“与......耦合”时，其可以是与其它元件或层或可能存在的中间元件或层的关系为直接位于其之上、连接或耦合。相反，当一元件被提到与另一个元件或层的关系为“直接在......上”、“直接与......连接”或“直接与......耦合”时，就不存在中间元件或层。全文中相同的标号表示相同的元件。如这里所用的，术语“和/或”包括列出的相关项目的一个或多个的任何及所有组合。
应当理解，虽然在这里利用术语第一、第二、第三等说明不同的元件、成分、区域、层和/或部分，但这些元件、成分、区域、层和/或部分不限于这些术语。这些术语仅仅是用于将一元件、成分、区域、层或部分区别于其它区域、层或部分。因此，接下来所说的第一元件、成分、区域、层或部分可称为第二元件、成分、区域、层或部分，而不脱离本发明的教导。
空间关系术语，例如“在......之下”、“在......下面”、“低于”、“在......上面”、“上面的”等等，在这里可用作描述附图中示出的一元件或特征与其它元件或特征的关系的简要说明。应当理解，这些空间关系术语是为了在除了附图中示出的方位外在使用或操作中装置的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，被描述成与其它元件或特征的关系为“在......下面”或“在......之下”的元件与其它元件或特征的关系将为“在......上面”。因此，示范性的术语“在......下面”可包括“在......上面”和“在......下面”的方位。否则，装置被定位(旋转90度或位于其它方位)并相应地解释这里所用的空间关系描述语。
这里所用的术语仅仅是为了说明特殊实施例的目的，而不是要限制本发明。如这里所用的，单数形式也是要包括复数形式，除非在上下文中明确指出不包括复数形式。还应当理解，当在说明中使用时，术语“包括”和/或“包含”限定了规定的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或成分的存在，而不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、成分、和/或组的存在或增加。
在这里，参照截面图来说明本发明实施例，这些截面图示意性地说明了本发明的理想实施例(和中间结构)。如是，例如由于制造技术和/公差引起的说明形式的变化是预期的。因此，本发明实施例不应当解释为限于这里所说的区域具体形状，而应当包括例如由于制造引起的形状偏差。例如，被描述成矩形的注入区域通常将具有圆形的或弯曲的特征和/或在其边缘处具有渐变的注入浓度，而不是从注入区域到未注入区域的二元改变。同样，通过注入形成的埋置区域可导致在埋置区域和发生注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，附图中所示的区域实际上是示意性的，它们的形状不是要说明装置中区域的实际形状，也不是要限制本发明的范围。
除非另有限定，这里所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的意思。还应当理解，术语，例如在常用字典中所定义的，应当被解释为具有与上下文相关技术的意思一致的意思，并不被解释为是理想的或过度形式的意义，除非在这里作清楚的限定。
以下，将参照附图详细说明本发明。
混合型偏振器图1为说明根据本发明一实施例的混合型偏振器的截面图。
参照图1，该混合型偏振器10包括基板12、偏振彩色滤光器部分14和保护层16。该偏振彩色滤光器部分14位于该基板12的后表面，并具有恒定的宽度“w”、恒定的节距“p”和恒定的高度“h”。该保护层16覆盖该偏振彩色滤光器部分14。
该混合型偏振器10可包括一衍射光栅。方程式1表示直接入射光的光栅方程。
方程式1n sinθm＝m(λ/p)n、θm、λ和p分别表示折射率、第m级衍射角、直接入射光波长和金属光栅周期。
当第一级衍射角大于约90°时，该直接入射光不被衍射，并且，该直接入射光变成零级衍射光。即，当该金属光栅的周期p、波长λ和折射率n满足p＜λ/n时，该金属光栅变成零阶光栅，以产生零级衍射光。该零阶光栅基本上与光学均匀的各向异性膜相同。
图2A和2B为说明零阶金属光栅的透射和反射的透视图。
参见图2A，当非偏振入射光LI入射到金属光栅14时，该金属光栅14透射基本上平行于金属光栅14的光栅向量振动的一部分非偏振入射光LI。该金属光栅14的光栅向量基本上垂直于该金属光栅14的金属线。透射光LT表示非偏振入射光LI基本上平行于该金属光栅14的光栅向量振动的部分。在图2A中，该透射光LT是水平偏振的。非偏振入射光LI和透射光LT中的每个都在+Z方向上传播。在图2A中，虽然仅仅示出了非偏振入射光LI的水平和垂直部分，但该非偏振入射光LI在多个方向上振动。
参见图2B，当该非偏振入射光LI入射到该金属光栅14时，该非偏振入射光LI基本上垂直于该金属光栅14的光栅向量振动的一部分被从该金属光栅14反射。该金属光栅14的光栅向量基本上垂直于该金属光栅14的金属线。反射光LR表示该非偏振入射光LI基本上垂直于该金属光栅14的光栅向量振动的部分。在图2B中，该反射光LR是垂直偏振的。该透射光LT在-Z方向上被从该金属光栅14反射。
显示装置图3为说明具有根据本发明一实施例的混合型偏振器的显示装置的截面图。图4为说明图3中所示的显示装置的工作的截面图。特别地，金属光栅起反射型偏振器和反射型彩色滤光器的作用。
参见图3，该显示装置100包括液晶显示(LCD)面板110、偏振彩色滤光器元件120和背光单元130。该偏振彩色滤光器元件120设置在该LCD面板110下面。该背光单元130设置在该偏振彩色滤光器元件120下面。该显示装置100包括多个具有红、绿和蓝色子像素的子像素。
该LCD面板包括一阵列基底、一彩色滤光器基底和一液晶层117。该阵列基底包括第一基底111、开关元件112、绝缘层113和像素电极114。该彩色滤光器基底包括第二基底115和位于每个子像素中的彩色滤光器层116。该液晶层117插入到该阵列基底和该彩色滤光器基底之间。
该偏振彩色滤光器元件120包括多个金属光栅。该偏振彩色滤光器元件120设置在该LCD面板110下面。每个金属光栅的尺寸由每个红、绿和蓝色子像素决定。该金属光栅包括红、绿和蓝色金属光栅。
表1表示分别与红、绿和蓝色子像素对应的红、绿和蓝色金属光栅的尺寸。
表1
参见表1，该红、绿和蓝色金属光栅的节距分别为大约330nm、大约220nm和大约200nm。该红、绿和蓝色金属光栅的宽度分别为大约264nm、大约165nm和大约150nm。该红、绿和蓝色金属光栅的高度分别为大约100nm、大约100nm和大约80nm。
该背光单元130设置在该偏振彩色滤光器元件120下面，以将光通过该偏振彩色滤光器元件120提供给该LCD面板110。
在下文中，描述利用来自该背光单元130的光的显示装置100的工作，如下所述。
参见图3和4，当包括红、绿和蓝色光的非偏振光入射到位于第一区域的红色金属光栅120R时，该红色金属光栅120R透射该红色光的第一红色偏振部分RP1。而该红色光的第二红色偏振部分RP2、该绿色光的第一绿色偏振部分GP1、该绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2被从该红色金属光栅120R反射。该第一区域相应于该红色子像素。该第一红色偏振部分RP1、该第一绿色偏振部分GP1和该第一蓝色偏振部分BP1中的每个都基本上平行于每个红、绿和蓝色金属光栅120R、120G和120B的光栅向量振动。该第二红色偏振部分RP2、该第二绿色偏振部分GP2和该第二蓝色偏振部分BP2中的每个都基本上垂直于每个红、绿和蓝色金属光栅120R、120G和120B的光栅向量振动。每个该红、绿和蓝色金属光栅120R、120G和120B的光栅向量都基本上垂直于每个该红、绿和蓝色金属光栅120R、120G和120B的金属线。
该第一红色偏振部分RP1穿过该第一基底111、该液晶层117和该彩色滤光器基底的该红色彩色滤光器116R以显示图像。
该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的绿色光的第一绿色偏振部分GP1、该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该反射的蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2被照射到该背光单元130，并被该背光单元130的反射板134反射朝向该红色金属光栅120R。换句话说，该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的绿色光的第一绿色偏振部分GP1、该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该反射的蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2可被从该反射板134反射朝向该绿色金属光栅120G或该蓝色金属光栅120B。即，该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的绿色光的第一绿色偏振部分GP1、该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该反射的蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2被重复利用以提高该显示装置100的亮度。
当包括红、绿和蓝色光的该非偏振光照射到位于第二区域的该绿色金属光栅120G时，该绿色金属光栅120G透射该绿色光的第一绿色偏振部分GP1。而该绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该红色光的第一红色偏振部分RP1、该红色光的第二红色偏振部分RP2、该蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2被从该绿色金属光栅120G反射。该第二区域相应于该绿色子像素。
该第一绿色偏振部分GP1穿过该第一基底111、该液晶层117和该彩色滤光器基底的该绿色彩色滤光器116G以显示图像。
该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该反射的红色光的第一红色偏振部分RP1、该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2被照射到该背光单元130，并被该背光单元130的反射板134反射朝向该绿色金属光栅120G。换句话说，该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该反射的红色光的第一红色偏振部分RP1、该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2可被从该反射板134反射朝向该红色金属光栅120R或该蓝色金属光栅120B。即，该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2、该反射的红色光的第一红色偏振部分RP1、该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1和该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2被重复利用以提高该显示装置100的亮度。
当包括红、绿和蓝色光的该非偏振光照射到位于第三区域的该蓝色金属光栅120B时，该蓝色金属光栅120B透射该蓝色光的第一蓝色偏振部分BP1。而该蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2、该红色光的第一红色偏振部分RP1、该红色光的第二红色偏振部分RP2、该绿色光的第一绿色偏振部分GP1和该绿色光的第二绿色偏振部分GP2被从该蓝色金属光栅120B反射。该第三区域相应于该蓝色子像素。
该第一蓝色偏振部分BP1穿过该第一基底111、该液晶层117和该彩色滤光器基底的该蓝色彩色滤光器116B以显示图像。
该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2、该反射的红色光的第一红色偏振部分RP1、该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的绿色光的第一绿色偏振部分GP1和该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2被照射到该背光单元130，并被该背光单元130的反射板134反射朝向该蓝色金属光栅120B。换句话说，该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2、该反射的红色光的第一红色偏振部分RP1、该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的绿色光的第一绿色偏振部分GP1和该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2可被从该反射板134反射朝向该红色金属光栅120R或该绿色金属光栅120G。即，该反射的蓝色光的第二蓝色偏振部分BP2、该反射的红色光的第一红色偏振部分RP1、该反射的红色光的第二红色偏振部分RP2、该反射的绿色光的第一绿色偏振部分GP1和该反射的绿色光的第二绿色偏振部分GP2被重复利用以提高该显示装置100的亮度。
接下来，将说明该混合型偏振器的反射率和透射率。
该反射率和透射率通过精确的耦合波分析(RCWA)被计算出。该精确的耦合波分析(RCWA)示于图5和6中。该红、绿和蓝色金属光栅的参数基本上与表1中的相同。一束光从空气中入射到基底上。该光的入射方向基本上垂直于该基底的表面。每个该红、绿和蓝色金属光栅都包括铝。保护层和LCD面板中每个的折射率大约为1.5。
第一偏振部分p1在基本上平行于每个该红、绿和蓝色金属光栅的光栅向量的方向上振动。每个该红、绿和蓝色金属光栅在基本上垂直于该光栅向量的方向上延伸。第二偏振部分p2在基本上垂直于每个该红、绿和蓝色金属光栅的光栅向量的方向上振动。基本上所有第二偏振部分p2被从每个该红、绿和蓝色金属光栅反射。图5中示出了基于光波长的偏振消光率。
图5为说明根据本发明一实施例的金属光栅的光透射率与波长之间的关系的曲线图。实线表示该红、绿和蓝色金属光栅的光透射率。虚线表示透射型红、绿和蓝色彩色滤光器的光透射率。
参见图5，具有大约450nm波长的该透射型蓝色彩色滤光器的光透射率大约为70％。具有大约520nm波长的该透射型绿色彩色滤光器的光透射率大约为80％。具有大约650nm波长的该透射型红色彩色滤光器的光透射率大约为90％。每个该透射型红、绿和蓝色彩色滤光器吸收具有不同波长的该光的剩余部分，分别透射约650nm、520nm和450nm的波长。然而，每个该红、绿和蓝色金属光栅是反射型彩色滤光器。
该混合型偏振器的蓝色金属光栅透射波长约450nm的蓝色光的90％。该混合型偏振器的绿色金属光栅透射波长约520nm的绿色光的90％。该混合型偏振器的红色金属光栅透射波长约650nm的红色光的85％。
该混合型偏振器的蓝色金属光栅的光透射率比该透射型蓝色彩色滤光器高大约20％。该混合型偏振器的绿色金属光栅的光透射率比该透射型红色彩色滤光器高大约10％。
图6为说明被根据本发明一实施例的金属光栅偏振的第二偏振光的偏振消光率和波长之间的关系的曲线图。
参见图6，该红、绿和蓝色光在大约400nm的波长范围内的偏振消光率分别为大约210、大约1000和大约450。该红、绿和蓝色光在大约450nm的波长范围内的偏振消光率分别为大约500、大约1800和大约700。该红、绿和蓝色光在大约550nm的波长范围内的偏振消光率分别为大约2200、大约4000和大约1500。该红、绿和蓝色光在大约700nm的波长范围内的偏振消光率分别为大约5500、大约8000和大约2600。该偏振消光率随着波长范围的增加而增加。
该混合型偏振器的偏振消光率在约400nm至约700nm的可见光范围内至少是数百，以便该混合型偏振器能用于LCD面板。即，该混合型偏振器起到线栅偏振器和透射具有预定波长的该第一偏振光p1的彩色滤光器的作用。
表面等离子体激元(plasmon)随同每个该红、绿和蓝色金属光栅表面上的入射光共振，以增加穿过比该入射光波长小的小开口的光的数量。该小开口形成在每个该红、绿和蓝色金属光栅线之间。
当该第一偏振部分p1被照射到每个该红、绿和蓝色金属光栅上时，每个该红、绿和蓝色金属光栅起带通滤波器的作用。因此，具有预定波长的光可穿过每个该红、绿和蓝色金属光栅，并且具有不同于该预定波长的光会被每个该红、绿和蓝色金属光栅阻挡。
再次参见图5，具有该预定波长范围光的大约20％至大约30％穿过该混合型偏振器，被每个该红、绿和蓝色金属光栅阻挡的光的大约70％至大约80％被从每个该红、绿和蓝色金属光栅反射。该反射光被重复利用以提高该LCD装置的亮度。
每个该红、绿和蓝色金属光栅的光学特性由每个该红、绿和蓝色金属光栅的节距“p”、每个该红、绿和蓝色金属光栅的高度“h”、每个该红、绿和蓝色金属光栅的宽度“w”、保护层的折射率“n”、每个该红、绿和蓝色金属光栅的形状等决定。
每个该红、绿和蓝色金属光栅的光学特性被最优化以提高第二偏振部分p2的反射率、第一偏振部分p1的光率、每个该红、绿和蓝色金属光栅的彩色选择性等。该混合型偏振器的设计由制造方法、光学特性、制造成本等决定。
再次参见表1，该红色金属光栅具有基本上与该绿色金属光栅相同的高度，该蓝色金属光栅具有比每个该红和绿色金属光栅短的高度。例如，该蓝色金属光栅可比每个该红和绿色金属光栅短大约20nm。因此，可能需要附加的蚀刻步骤以形成一主模用于形成该混合型偏振器。传统的蚀刻步骤中可能不需要该主模。然而，该主模可使用多次，以便不增加制造成本。
当该具有反射型偏振器的混合型偏振器直接附着于该LCD面板的上侧时，该LCD装置的对比度会基于外部提供的光量而减少。即，虽然吸收型偏振器直接附着于该LCD面板，但光学特性恶化的该吸收型偏振器不会基于外部提供的光量减少对比度。然而，直接附着于该LCD面板的该反射型偏振器会基于外部提供的光量减少对比度。因此，该混合型偏振器仅仅能直接附着于该LCD面板的下侧。
图7A至7E为说明制造根据本发明一实施例的混合型偏振器的方法的截面图。
参见图7A，制备在基底210的第一、第二和第三区域中具有多个凹槽223的主模。位于该第一、第二和第三区域中的凹槽223具有相互不同的尺寸。
位于该第一区域的沟槽223的深度与红色金属光栅相应，以便该红色金属光栅透射入射光中的第一红色偏振部分，并且在该第一区域中的入射光的剩余部分被从该红色金属光栅反射。位于该第二区域的沟槽223的深度与绿色金属光栅相应，以便该绿色金属光栅透射入射光中的第一绿色偏振部分，并且在该第二区域中的入射光的剩余部分被从该绿色金属光栅反射。位于该第三区域的沟槽223的深度与蓝色金属光栅相应，以便该蓝色金属光栅透射第三区域中的入射光中的第一蓝色偏振部分，并且该入射光的剩余部分被从该蓝色金属光栅反射。
参见图7B，在阵列基底310上沉积一金属层320。该阵列基底310包括多个薄膜晶体管TFT和多个像素电极。换句话说，该阵列基底310可以是该阵列基底310的最低部分的一基底基板、具有薄膜晶体管TFT的一基底基板或具有薄膜晶体管TFT和像素电极的一基底基板。
参见图7C，在该金属层320上涂覆一紫外线硬化聚合物层330。
参见图7D，图7A的该主模排列于该紫外线硬化聚合物层330上，以便该主模的图案通过印刷方法被印制到该紫外线硬化聚合物层330上(如图7C中所示)。该图案可以是凹槽223。该主模的图案被印制到该紫外线硬化聚合物层330上。该主模具有不同高度的凹槽223，以便在该紫外线硬化聚合物层330上形成具有不同高度的凸起。
紫外线光被照射到包括不同高度凸起的该紫外线硬化聚合物层330上，以便具有该凸起的该紫外线硬化聚合物层330被固化。该紫外线硬化聚合物层330起蚀刻掩模的作用。
参见图7E，利用该紫外线硬化聚合物层330，该金属层320被部分移除。尤其是，与该紫外线硬化聚合物层330的相邻凸起之间的该紫外线硬化聚合物层330相对应的该金属层320的一部分被蚀刻成部分暴露该阵列基底310。该金属层320相应于该紫外线硬化聚合物层330的较高凸起的一部分不被蚀刻以形成第一金属线322’。该金属层320相应于该紫外线聚合物层330的较低凸起的一部分被部分蚀刻形成第二金属线322”，该第二金属线322”比该第一金属线322’短。在图7E中，该金属层320连同该紫外线硬化聚合物层330被蚀刻。即，该金属层320和该紫外线硬化聚合物层330可利用相同的蚀刻剂蚀刻。换句话说，可通过以下步骤形成该第一和第二金属线322’和322”用于移除该金属层320与位于该紫外线硬化聚合物层330的相邻凸起之间的该紫外线硬化聚合物层330相应的部分的第一蚀刻步骤、用于移除该紫外线硬化聚合物层330的较低凸起的抛光步骤、和用于移除该金属层320与该紫外线硬化聚合物层330的较低凸起相应的部分的第二蚀刻步骤。在图7A至7E中，该紫外线硬化聚合物层330可以是正性的光刻胶。备选地，该紫外线硬化聚合物层330也可以是负性光刻胶。
图8A至8I为说明图7A中所示的具有交替凸起的主模的制造方法的截面图。
参见图8A，氧化硅层220沉积在硅基底210上。第一金属层230沉积在该氧化硅层220上。
参见图8B，光刻胶层(未示出)涂覆于该第一金属层230上。在该光刻胶层(未示出)上排列有一掩模。利用激光束或电子束对该光刻胶层(未示出)进行曝光，并且显影该曝光的光刻胶层(未示出)以形成第一光刻胶掩模240。该第一光刻胶掩模240的节距和宽度可以基本上与图1中所示的该红、绿和蓝色金属光栅相同。
参见图8C，通过该第一光刻胶掩模240蚀刻该第一金属层230以形成图形化的第一金属层232。即，该图形化的第一金属层232为该第一金属层230的剩余部分。
参见图8D，通过第一光刻胶掩模240和该图形化的第一金属层232对该二氧化硅层220蚀刻以形成一图形化的氧化硅层222。即，该图形化的氧化硅层222为该氧化硅层220的剩余部分。
参见图8E，利用铬蚀刻剂对该第一金属层232蚀刻以形成一具有恒定厚度的初级主模。
参见图8F，以一恒定厚度在该初级主模上沉积第二金属层250。该第二金属层250填满该初级主模的凹槽以平面化该初级主模。
参见图8G，在该第二金属层250上涂覆光刻胶层(未示出)。在该光刻胶层(未示出)上排列一掩模(未示出)。利用激光束或电子束曝光该光刻胶层(未示出)，并显影该暴露的光刻胶层(未示出)以形成第二光刻胶掩模260。该第二光刻胶掩模260的节距和宽度可基本上与图7E中所示的该第二金属线322”相同。
参见图8H，通过该第二光刻胶掩模260蚀刻该第二金属层250以形成图形化的第二金属层252。即，该图形化的第二金属层252为该第二金属层250的剩余部分。
参见图8I，移除该图形化的第二光刻胶掩模260以形成包括具有不同高度的凸起224的该主模。可利用表面处理剂清洁该主模以减少该主模的污染。
图9A至9E为说明根据本发明另一实施例的混合型偏振器的制造方法的截面图。
参见图9A，制备在基底210的第一、第二和第三区域中具有多个凸起224的主模。位于该第一、第二和第三区域的凸起224具有相互不同的尺寸。图9A的该主模与图7A中除了该凸起外以及图8I中描述的相同。因此，将采用与图7A中除了该凸起之外以及图8I描述的相同的附图标记表示相同或相似的部分，并且任何关于上述元件的解释将省略。
参见图9B，紫外线硬化聚合物层420沉积在阵列基底410上。该阵列基底410包括多个薄膜晶体管TFT和多个像素电极。换句话说，该阵列基底410可以是该阵列基底410最低部分的基底基板、具有薄膜晶体管TFT的基底基板或具有膜晶体管TFT和像素电极的基底基板。
参见图9C，图9A中的该主模排列在该紫外线硬化聚合物层420上，以便该主模的图案转印到该紫外线硬化聚合物层420上(图9B中所示)。该图案可以是凸起224。该主模的图案被转印到该紫外线硬化聚合物层420上。该主模具有高度不同的凸起，以便在该紫外线硬化聚合物层420上形成具有不同深度的凹槽。紫外线光被照射到该紫外线硬化聚合物层420上，以便固化该紫外线硬化聚合物层420。
参见图9D，在该印制的紫外线硬化聚合物层420上沉积一金属层(未示出)以填充该凹槽。通过化学机械抛光步骤或湿蚀刻步骤移除该金属层(未示出)的较高部分，以形成一图形化的金属层430。该图形化的金属层430填充该凹槽。该图形化的金属层430不形成在该紫外线硬化聚合物层420的上表面上。
参见图9E，在该图形化的金属层430和该紫外线硬化聚合物层420上形成一保护层440。该保护层440可具有一恒定厚度。
图10A至10G为说明根据本发明另一实施例的混合型偏振器的制造方法。
参见图10A，制备在底座210的第一、第二和第三区域中具有多个凸起224的主模。位于该第一、第二和第三区域中的该凸起224具有相互不同的尺寸。图10A中的该主模与图7A中除了该凸起之外以及图8I和图9A中描述的相同。因此，将采用相同的附图标记来表示图7A中除了该凸起之外以及图8I和图9A中相同或相似的部分，并且，任何有关上述元件的进一步解释将被省略。
参见图10B，紫外线硬化聚合物层520沉积在一基底膜510上。该紫外线硬化聚合物层520可具有比该基底薄膜510厚的厚度。
参见图10C，图10A的该主模排列在该紫外线硬化聚合物层520上，以便通过印刷方法将该主模的图案转印到该紫外线硬化聚合物层520(图10B所示)上。该图案可以是凸起224。该主模的图案被转印到该紫外线硬化聚合物层520上。该主模具有不同高度的凸起，以便在该紫外线硬化聚合物层520上形成具有不同深度的凹槽。紫外线光被照射到该紫外线硬化聚合物层520上，以便固化该紫外线硬化聚合物层520。
参见图10D，在具有凹槽的该印制的紫外线硬化聚合物层520上沉积一金属层(未示出)以填充该凹槽。
参见图10E，具有该紫外线硬化聚合物层420的基底膜510和该图形化的金属层530附着于一阵列基底540。该阵列基底510包括多个薄膜晶体管TFT和多个像素电极。换句话说，该阵列基底510可以是该阵列基底510最低部分的基底基板、具有薄膜晶体管TFT的基底基板或具有薄膜晶体管TFT和像素电极的基底基板。
参见图10F，从该紫外线硬化聚合物层520和该图形化的金属层530上移除该基底膜510。
参见图10G，在该图形化的金属层530和该紫外线硬化聚合物层520上涂覆一保护层550。因此，实现具有该混合型偏振器的阵列基底540。
根据本发明，改变该金属光栅的尺寸和结构以控制偏振特性、光透射率、反射率、偏振消光率和光波长，从而最优化该背光单元的亮度。
另外，该背光单元包括该金属光栅以减少该显示装置的能量消耗。
此外，具有该金属光栅的该混合型偏振器在不同波长中具有比传统的偏振器大的透射率/反射率、大的偏振消光率和大的波长范围，该不同波长例如是无线电波范围、微波范围等等。该传统的偏振器利用折射、各向异性和偏振特性来使光偏振。
该混合型偏振器还具有比具有数百个叠加层的双亮度增强膜(DBEF)更为简单的结构，以使得制造结构简单，并可降低制造成本。
另外，该金属光栅起该反射型偏振器和该反射型彩色滤光器的作用，以便使光偏振，并且该彩色光的剩余部分被重复利用以增加亮度。
以参照示范性实施例对本发明作出了说明。但是，根据上述描述的，很明显，许多选择性的更改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明包含了所有这种选择性的更改和变化，并落在附加权利要求的精神和范围内。
权利要求
1.一种混合型偏振器，包括一基底元件；以及包括多个位于该基底元件的多个区域中的金属光栅的偏振彩色滤光器元件，位于该区域中的该金属光栅具有相互不同的尺寸，每个该区域中的该金属光栅透射一部分入射光并反射剩余部分的入射光。
2.根据权利要求1的该混合型偏振器，还包括覆盖该金属光栅的保护层。
3.根据权利要求2的该混合型偏振器，其中该保护层具有基本上与该基底元件相同的折射率。
4.根据权利要求1的该混合型偏振器，其中该金属光栅包括铝。
5.根据权利要求1的该混合型偏振器，其中该入射光的入射角基本上垂直于该基底元件的表面。
6.根据权利要求1的该混合型偏振器，其中该偏振彩色滤光器元件包括位于该基底元件第一区域的红色金属光栅部分，以透射该入射光的第一红色偏振部分，反射该入射光的第二红色偏振部分、该入射光的第一绿色偏振部分、该入射光的第二绿色偏振部分、该入射光的第一蓝色偏振部分和该入射光的第二蓝色偏振部分；位于该基底元件第二区域的绿色金属光栅部分，以透射该入射光的第一绿色偏振部分，反射第二绿色偏振部分、第一和第二红色偏振部分以及第一和第二蓝色偏振部分；以及位于该基底元件第三区域的蓝色金属光栅部分，以透射第一蓝色偏振部分，反射第二蓝色偏振部分、第一和第二绿色偏振部分以及第一和第二红色偏振部分。
7.根据权利要求6的该混合型偏振器，其中每个该红、绿和蓝色偏振部分在基本上垂直于该偏振彩色滤光器元件纵向方向的方向上振动，每个该红、绿和蓝色偏振部分在基本上平行于该偏振彩色滤光器元件纵向方向的方向上振动。
8.根据权利要求6的该混合型偏振器，其中该蓝色金属光栅部分具有比该红和绿色金属光栅部分的每个都短的高度。
9.根据权利要求6的该混合型偏振器，其中该红色金属光栅部分具有大约330nm的节距、大约264nm的宽度和大约100nm的高度。
10.根据权利要求6的该混合型偏振器，其中该绿色金属光栅部分具有大约220nm的节距、大约165nm的宽度和大约100nm的高度。
11.根据权利要求6的该混合型偏振器，其中该蓝色金属光栅部分具有大约200nm的节距、大约150nm的宽度和大约80nm的高度。
12.根据权利要求1的该混合型偏振器，其中穿过该金属光栅的该入射光部分在基本上垂直于该偏振彩色滤光器元件纵向方向的方向上振动，从该金属光栅反射的该入射光的剩余部分在基本上平行于该偏振彩色滤光器元件纵向方向的方向上振动。
13.一种混合型偏振器的制造方法，包括制备在第一、第二和第三区域中包括多个图案的主模，位于该第一、第二和第三区域中的该图案具有相互不同的尺寸；在基板上沉积金属层；在该金属层上形成聚合物层；在该聚合物层上印制该主模的图案；以及将利用该主模的图案印制的该聚合物层作为蚀刻掩模，部分蚀刻该金属层。
14.根据权利要求13的该方法，其中该主模包括位于该第一区域的第一图案，该第一图案透射第一光中的第一偏振部分并反射该第一光中的第二偏振部分。
15.根据权利要求14的该方法，其中该第一光包括红光、绿光和蓝光中的一个。
16.根据权利要求14的该方法，其中该第一偏振部分包括水平偏振部分或纵向偏振部分。
17.根据权利要求13的该方法，其中位于该第一、第二和第三区域之一中的该图案的一部分具有比该图案的剩余部分小的尺寸。
18.根据权利要求13的该方法，其中该聚合物层包括正性的光刻胶。
19.一种混合型偏振器的制造方法，包括制备在第一、第二和第三区域中包括多个凸起的主模，位于该第一、第二和第三区域中的该凸起具有相互不同的尺寸；在基板上沉积聚合物层；在该聚合物层上印制该主模的凸起；在该印制的聚合物层上沉积金属层；通过化学机械抛光或湿蚀刻来平面化该金属层，以便暴露该印制的聚合物层的一部分；以及在该暴露的聚合物层和该金属层上涂覆保护层。
20.一种混合型偏振器的制造方法，包括制备在第一、第二和第三区域中包括多个凸起的主模，位于该第一、第二和第三区域中的该凸起具有相互不同的尺寸；在基底膜上沉积一聚合物层；在该聚合物层上印制该主模的凸起；在该印制的聚合物层上沉积金属层；将该基底膜附着于基板，以便该金属层与该基板接触；从该聚合物层上移除该基底膜；以及在该聚合物层上涂覆保护层。
21.一种显示装置，包括产生光的背光单元；位于该背光单元上的液晶显示面板，该液晶显示面板包括两个基板和位于该两个基板之间的一液晶层以显示图像；以及插入在该背光单元和该液晶显示面板之间的混合型偏振器，该混合型偏振器包括基底元件；以及包括多个位于该基底元件的多个区域中的金属光栅的偏振彩色滤光器元件，位于该区域中的该金属光栅具有相互不同的尺寸，每个该区域中的该金属光栅透射一部分光并反射剩余部分的光。
22.根据权利要求21的该显示装置，其中该背光单元包括反射板，光的剩余部分从该反射板反射。
23.根据权利要求21的该显示装置，其中该混合型偏振器整体形成在该液晶显示面板的下表面上。
全文摘要
本发明公开了一种具有反射型偏振滤光器和彩色滤光器的混合型偏振器、一种制造该混合型偏振器的方法和具有该混合型偏振器的显示装置。该混合型偏振器包括基底元件和偏振彩色滤光器元件。该偏振彩色滤光器元件包括位于该基底元件的多个区域的多个金属光栅。位于该区域中的该金属光栅具有相互不同的尺寸。每个该金属光栅透射一部分入射光，并反射该入射光的剩余部分。因此，提高了图像显示的质量，并可降低制造成本。
文档编号G02F1/1335GK1900750SQ200610110818
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月19日 优先权日2005年7月19日
发明者金佑濬, 张兑硕, 崔震成 申请人:三星电子株式会社