偏光板組件以及顯示設備的制作方法

本發明有關于一種偏光板組件，尤指一種廣色域偏光板組件。本發明另關于一種使用此種偏光板組件的顯示設備。

背景技術：

偏光板或偏光片(polarizer)是一種可使一般不具偏極性的自然光轉變成朝特定方向偏振的偏極光，或者僅限特定方向偏振光通過的光學元件，例如與偏光板方向一致的平行光可通過，但與偏光板方向正交的垂直光則會被遮蔽無法透過，如此可篩選控制通過偏光板后的光偏極性。偏光板或偏光片的應用范圍廣泛，包括相機鏡頭、顯微鏡、3d立體眼鏡、太陽眼鏡、顯示面板等等，因應所欲達成目的與功效的不同，偏光板的組成與材料也會有所差異。

隨著科技的發展和人們對于顯示產品色彩效果的與日俱增的要求，液晶顯示面板也朝著提升色域(colorgamut)的方向發展，亦即增加使人眼所能識別出的顏色，色域愈廣代表的是人眼可辨識的顏色覆蓋率愈高，因此廣色域也成為顯示面板顯示質量的一種指標。

現有技術中用以提升面板色域的方法是利用背光膜材中內含的量子點膜材(quantumdotfilm)，以藍光led激發量子點膜材產生窄帶寬的激發光源，而形成廣色域的光學表現。然而，由于一般量子點膜材含鎘(cd)，具有毒性，會對環境造成傷害，因此如何在廣色域的顯示技術需求與無毒環保的世界潮流間取得平衡，甚至雙贏，是業界仍在努力的目標之一。

因此，謀求從顯示面板結構本身進行改良以提升色域，例如提供廣色域偏光板，不啻為解決現有技術所面臨問題的可行方向。

技術實現要素：

因此，本發明目的在于提供一種偏光板組件，其可應用在一光學元件中，達到廣色域的表現。

本發明提供一種偏光板組件，包括：一偏光基體；一保護層，位于偏光基體的一側；一表面保護膜，位于保護層相對于偏光基體的另一側；另一保護層，位于偏光基體相對于保護層的另一側；以及一黏著劑層，位于另一保護層相對于偏光基體的另一側。其中，偏光板組件還包括一吸收材料，其在波長570-600nm間的穿透頻譜比波長450nm間的穿透頻譜低10％以上，且比波長650nm間的穿透頻譜低15％以上。

較佳者，吸收材料在波長570-600nm間的穿透頻譜比波長450nm間的穿透頻譜低15％以上，且比波長650nm間的穿透頻譜低20％以上。

在一實施例中，吸收材料摻入于黏著劑層中。

在另一實施例中，吸收材料成膜于黏著劑層與保護層之間。

本發明的偏光板組件例如可應用于一顯示設備中，與例如扭轉向列(tn)顯示面板、橫向電場效應(ips)顯示面板、垂直配向(va)顯示面板、或oled顯示面板并用。

附圖說明

圖1為根據本發明偏光板組件的一應用例的顯示面板結構的剖面示意圖。

圖2為根據本發明一實施例的偏光板組件結構的剖面示意圖。

圖3a為根據本發明一實施例的偏光板組件所含吸收材料在偏光板組件結構中的分布示意圖。

圖3b為根據本發明另一實施例的偏光板組件所含吸收材料在偏光板組件結構中的分布示意圖。

圖4a為根據本發明一實施例的偏光板組件中所含三種吸收材料實施例的穿透頻譜圖。

圖4b為根據本發明一實施例的偏光板組件中包含三種吸收材料實施例的穿透頻譜圖。

圖5a與5b為兩種顯示面板結構實例的剖面示意圖，其中顯示面板包括根據本發明一實施例的偏光板組件與一金屬線柵偏光板搭配使用。

第6圖為本發明顯示設備色域增進效果的曲線示意圖。

【符號說明】

11顯示面板12第一光調變元件

13第二光調變元件14背光元件

30偏光基體31保護層

32保護層33表面保護膜

34黏著劑層35離型膜

36吸收材料

具體實施方式

以下，將通過下列實施例對本發明做更詳細的說明。然而須注意的是，下列關于本發明的較佳實施例的描述僅作為描述與說明的目的，非用以限制本發明。

請參閱圖1，根據本發明的顯示面板11結構包括一彩色濾光片基板(圖未示)與一薄膜晶體管基板(圖未示)夾持一液晶層(圖未示)，液晶層(圖未示)受一外加電場控制而改變液晶構形，以控制通過不同液晶區域的光量；第一光調變元件12，位于顯示面板11的一側，用以在光進入顯示面板之后調整其光學特性；第二光調變元件13，位于顯示面板11的另一側，用以在光進入顯示面板11之前調整其光學特性，例如用以將通過的光(具有任一方向的極化光)轉換成特定方向的偏極光；以及一背光元件14，位于第二光調變元件13的相對于顯示面板11的相反側，用以提供顯示用的背光。

為了不使用含毒量子點膜材來達到廣色域目的，本案發明人研發出一種色域增進偏光板(colorgamutenhancepolarizer)，用于第一光調變元件12和/或第二光調變元件13中，以同時達成偏光與提升色域效果的目的。

色域增進偏光板可由一根據本發明的偏光板組件貼附于顯示面板上而形成。本發明偏光板組件適用于例如扭轉向列(tn)顯示面板、橫向電場效應(ips)顯示面板、垂直配向(va)顯示面板、或oled顯示面板。因此，液晶層可相對應為tn、ips或va液晶盒(cell)。

圖2顯示本發明偏光板組件的一實施例剖面示意圖。偏光板組件包括一偏光基體30，用以使光線由非偏極光變成偏極光；一上方保護層31和一下方保護層32，用以支撐保護偏光基體30；一表面保護膜33，用以保護偏光基體30；一黏著劑層34，用以黏貼偏光基體30至顯示面板基板；以及一離型膜35，用以保護黏著劑層34。使用偏光板組件時將表面保護膜33與離型膜35撕離，并透過黏著劑層34黏貼至顯示面板上。

在上述實施例中，偏光基體30的材料可為聚乙烯醇(pva)樹脂膜，其可通過皂化聚醋酸乙烯樹脂制得。保護層31和32材料例如為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)、三聚醋酸纖維素(triacetylcellulose，tac)、丙烯酸樹脂膜、聚芳香羥樹脂膜、聚醚樹脂膜、環聚烯烴樹脂膜(例如聚冰片烯樹脂膜)、聚酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚丙稀(polypropylene，pp)、環烯烴聚合物(cycloolefinpolymer，cop)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)以及上述任意組合所組成的一族群；表面保護膜33材料例如為聚乙烯(pe)、聚對苯二甲酸乙二酯(pet)；離型膜35材料例如為聚乙烯(pe)、聚對苯二甲酸乙二酯(pet)等。上述材料實施例僅為舉例之用，熟習此技藝的人士可視實際需求而為適當選用，并不因此影響或限制本發明的實施與保護范圍。

在一實施例中，偏光板組件中可包含其它結構類型的光學層，例如可為對光學的增益、配向、補償、轉向、直交、擴散、保護、防黏、耐刮、抗眩、反射抑制、高折射率等有所幫助的層，可例如為具有控制視角補償或雙折射(birefraction)等特性的配向液晶層、易接合處理層、硬涂層、抗反射層、防黏層、擴散層、防眩層等各種表面處理層。

在本發明的一實施例中，色域增進偏光板22除了上述偏光板組件外，還包含至少一吸收材料，吸收材料的主要吸收波長為560～610nm，更佳為570-600nm，最佳為580-590nm。另外，上述吸收材料例如可為一種染料(dye)、顏料(pigment)、或其他可吸收光波段的材料。

在一實施例中，吸收材料是與黏著劑層34整合為一含吸收材料的黏著劑層34。其中，吸收材料36可以摻入的型式與黏著劑層34一并形成分布于黏著劑層34中，如圖3a所示。在一實施例中，吸收材料36以獨立膜層型式提供于黏著劑層34與下方保護層32間，例如先涂布、噴灑或其它成膜方式形成在下方保護層32表面上，再于其上加上黏著劑層34，如圖3b所示。另外，除了前述兩方式外，吸收材料36也可摻入或在延伸成膜時摻入至偏光板內的適合的光學膜層中，如保護層31、32或偏光基體30中達到提升色域的效果。當摻入黏著劑層34或其他光學膜層中時，其濃度范圍(或重量百分比)在0.1％～5.0％之間，較佳為0.1％～1.0％之間。若為獨立膜層型式，其厚度范圍在0.1um～5um之間，較佳為0.1um～1um之間。

另外，上述黏著劑層34的組成主要包括但不限于：(a)主劑、(b)架橋劑及(c)硅烷偶合劑，下面將對各組成進行說明。

(a)主劑：

主劑包含至少一種(甲基)丙烯酸酯，在后文中，(甲基)丙烯酸酯意指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的任一種，其余出現的“(甲基)”含意亦可以此類推。(甲基)丙烯酸酯例如可選擇自：(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸十一烷酯等的直鏈狀(甲基)丙烯酸烷酯；或是例如可選擇自：(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸異辛酯等的支鏈狀(甲基)丙烯酸烷酯；或是例如可選擇自：(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸乙氧基甲酯等有烷氧基取代的(甲基)丙烯酸烷酯。另外，(甲基)丙烯酸酯可含有芳基，例如(甲基)丙烯酸芐酯等；或者(甲基)丙烯酸酯可含有芳氧基，例如(甲基)丙烯酸2-苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-(2-苯氧基乙氧基)乙酯、環氧乙烷改質的壬基酚之(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-(鄰-苯基苯氧基)乙酯等。完成固化干燥后的交聯(甲基)丙烯酸酯為黏著層的主要成分及架構。

在一實施例中，主劑可以包含以下配方比例：丙烯酸丁酯(ba)40～90重量份、丙烯酸甲酯(ma)10～40重量份、丙烯酸(aa)1重量份以下、丙烯酸2-羥基乙酯(hea)5重量份以下、丙烯酸2-甲氧基乙酯(mea)5重量份以下、丙烯酸2-苯氧基乙酯(pea)4～10重量份。在一實施例中，主劑的平均分子量介于120～170萬之間，mw/mn介于3.5～5之間。

(b)架橋劑：

架橋劑可幫助主劑內的(甲基)丙烯酸酯單體產生交聯，形成網狀結構，提高黏著層的強度，架橋劑的分子內具有至少兩個官能基，能與主劑內的(甲基)丙烯酸酯單體的極性官能基反應，其種類有環氧系架橋劑、異氰酸酯系架橋劑、亞胺系架橋劑、金屬螯合系架橋劑、氮丙啶系架橋劑，可選擇其中一種或混和多種架橋劑，架橋劑的總量為0.05～20重量份，架橋劑的比例如果過低，雖能增加部分黏著力，但形成的黏著層內聚力不足，高溫測試時會產生發泡現象。

環氧系架橋劑例如可選擇自：雙酚a型之環氧樹脂、乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙三醇二縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚、1,6-己二醇二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、n,n-二縮水甘油基苯胺、n,n,n',n'-四縮水甘油基-間-二甲苯二胺、1,3-雙(n,n-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷等。

異氰酸酯系架橋劑分子內至少有兩個異氰酸酯基(-nco)，例如可選擇自：甲苯二異氰酸酯、二異氰酸六亞甲酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二甲苯二異氰酸酯、氫化二甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、氫化二苯基甲烷二異氰酸酯、萘二異氰酸酯、三苯基甲烷三異氰酸酯等。另外，使用這些異氰酸酯化合物與甘油或三羥甲基丙烷等多元醇反應而成的加成物、或將異氰酸酯化合物制成二聚物、三聚物等亦可成為架橋劑。

亞胺系架橋劑例如可選擇自：二乙烯三胺、三乙烯四胺。

金屬螯合系架橋劑例如可選擇自：乙酰基丙酮或乙酰基乙酸乙酯與鋁、鐵、銅、鋅、錫、鈦、鎳、銻、鎂、鋇、鉻及鋯等的多價金屬配位而成的化合物等。

氮丙啶系架橋劑例如可選擇自：二苯基甲烷-4,4'-雙(1-氮丙啶甲酰胺)、甲苯-2,4-雙(1-氮丙啶甲酰胺)、三伸乙基三聚氰胺、間苯二甲酰基雙-1-(2-甲基氮丙啶)、參-1-氮丙啶基氧化膦、六亞甲基-1,6-雙(1-氮丙啶甲酰胺)、三羥甲基丙烷-三-β-氮丙啶基丙酸酯、四羥甲基甲烷-三-β-氮丙啶基丙酸酯等。

(c)硅烷偶合劑：

可選擇下列一種或混和多種硅烷偶合劑，硅烷偶合劑的總量為0.01～10重量份。硅烷偶合劑例如可選擇自：乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基參(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷等的含聚合性不飽和基(如烯鍵)的硅烷化合物；或是例如可選擇自：3-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基硅烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-環氧丙氧基丙基乙氧基二甲基硅烷等的具有環氧基構造的硅烷化合物；或是例如可選擇自：3-胺基丙基三甲氧基硅烷、3-胺基丙基三乙氧基硅烷、n-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、n-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基硅烷等的含胺基的硅烷化合物；或是例如可選擇自：3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷等的含鹵素取代基的硅烷化合物；其他例如：3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷等。黏著劑的組成還可以根據實際的產品需求，添加其他適當的添加劑，例如包括抗靜電劑等等。舉例來說，抗靜電劑可包括具有4級銨鹽、吡啶嗡鹽、第1～3級胺基等陽離子性基的各種陽離子性抗靜電劑；具有磺酸鹽基、硫酸酯鹽基、磷酸酯鹽基、膦酸鹽基等陰離子性基的陰離子性抗靜電劑；胺基酸類、胺基硫酸酯類等的兩性抗靜電劑；胺基醇系、甘油系、聚乙二醇系等的非離子性抗靜電劑；或將如上述的抗靜電劑高分子量化所得到的高分子型抗靜電劑等。抗靜電劑的添加量為0.1～1.0重量份，測得的表面阻抗范圍為1010～1011奧姆。

在一實施例中，吸收材料為一種包含如下所示結構式(i)的四氮雜卟啉染料：

其中，r⁴¹至r⁴⁸分別獨立表示氫原子、鹵原子、氰基、硝基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳香基、取代或未取代的芳香氧基、取代或未取代的芳烷氧基、或者取代或未取代的胺基，m表示2個氫原子、2個1價金屬原子、2價金屬原子、3價取代金屬原子或氧化金屬原子。

吸收材料36的另一實例為一種方酸菁染料(squaryliumdye)：

式ii中，r1至r4分別獨立地表示氫原子、鹵原子、羥基、可具有取代基的苯基或碳數1至20的1價飽和烴基。

r5至r8分別獨立地表示氫原子、羥基、巰基、碳數1至5的烷氧基或三氟甲基。

r9至r12分別獨立地表示碳數1至20的1價飽和烴基，該1價飽和烴基所含的氫原子是可被鹵原子、氰基、胺甲酰基、胺磺酰基、羥基或胺基取代，在構成該飽和烴基的碳原子之間可插入氧原子或硫原子。

就r1至r4中的鹵原子而言，可列舉氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。

就r1至r4及r9至r12中之飽和烴基而言，可列舉例如：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十六烷基及二十烷基等碳數1至20的直鏈烷基；異丙基、異丁基、第二丁基、第三丁基、異戊基、新戊基及2-乙基己基等碳數3至20的分支烷基；環丙基、環戊基、環己基、環庚基、環辛基及三環癸基等碳數3至20的脂環式飽和烴基。

就r1至r4中的苯基可具有的取代基而言，可列舉鹵原子、氰基、羥基、胺基等。

式(ii)中，r1至r4分別獨立，較佳是氫原子。

r5至r8分別獨立地較佳是氫原子、羥基、或碳數1至5的烷氧基，更佳是氫原子、羥基、甲氧基、或乙氧基。

r9至r12分別獨立地較佳是碳數1至10的烷基(該烷基中，氫原子可具有羥基，碳原子之間可插入氧原子)。

上述材料實施例僅為舉例之用，熟習此技藝的人士可視實際需求而為適當選用，并不因此影響或限制本發明的實施與保護范圍。

本發明經實驗發現適用于本發明中提升色域的吸收材料本身的穿透頻譜，以及在黏著劑層34中摻入吸收材料36后的本發明偏光板的穿透頻譜如圖4a與4b所示，其中材料1、材料2與材料3分別為：

材料1如式i結構，

其中：

中心金屬m為鈀(palladium；pd)，摻入濃度為1％；

取代基r⁴¹、r⁴³、r⁴⁵、r⁴⁷為三級丁基(tert-butyl)；且

取代基r⁴²、r⁴⁴、r⁴⁶、r⁴⁸為2-氟苯基(2-fluorophenyl)。

材料2如式i結構，

其中，中心金屬m為銅(copper；cu)，摻入濃度為1％；

取代基r⁴¹、r⁴³、r⁴⁵、r⁴⁷為三級丁基(tert-butyl)；且

取代基r⁴²、r⁴⁴、r⁴⁶、r⁴⁸為2-氟苯基(2-fluorophenyl)。

材料3如式i結構，

其中，中心金屬為銅(copper；cu)，摻入濃度為0.1％

取代基r⁴¹、r⁴³、r⁴⁵、r⁴⁷為三級丁基(tert-butyl)；且

取代基r⁴²、r⁴⁴、r⁴⁶、r⁴⁸為2-氟苯基(2-fluorophenyl)。

由圖中可知，吸收材料在波長570-600nm間的穿透頻譜比波長450nm間的穿透頻譜低10％以上，即t(570nm～600nm)<0.9*t(450nm)，較佳低15％以上，更加低20％以上。且吸收材料于比波長650nm間的穿透頻譜低15％以上，即t(570nm～600nm)<0.85*t(650nm)，較佳低20％以上，更加低25％以上。

如上所述，根據本發明的偏光板組件可用于圖1所示的顯示面板的第一光調變元件或第二光調變元件或者兩者中，兼具偏光與提升色域的效果，因此，背光元件14所發出的背光不需要使用配合量子點膜材激發的藍光，而可使用一般的白光背光源。當然，也可以視其它設計需求而使用不同的背光源，或者與其它有助于提升色域的技術組合使用。

在一顯示面板實例中，除了在第一光調變元件或第二光調變元件中使用本發明的色域增進偏光板外，可配合于另一光調變元件中使用金屬線柵偏光板(wire-gridpolarizer；wgp)。金屬線柵偏光板是以金屬線做成，平行相間排列成光柵，金屬中的電子只能沿導線運動，當光照射在金屬線柵偏光板上時，光波電向量在金屬線方向的振動會被金屬線中的電子吸收，垂直金屬線方向的光波電向量就能通過，這樣只有沿導線縱向的光子被吸收，而橫向的光子未被吸收，從而達到偏振效果。除了以金屬線做成平行相間排列的光柵之外，亦可用光學蝕刻的方法，在沉積有金屬薄膜的基底上蝕刻出所需寬度的導線。在本實施例中的金屬線柵偏光板的金屬線間距為納米等級(10-200nm)，高度為50-1000nm。使用的金屬可為鋁、銀、金、鉛、銅等，尤以鋁為佳。

另外，順應金屬柵欄偏光板的特性，可以配合使用單邊補償膜。補償膜21的材料選用，以垂直配向(va)液晶設計參數為參考，例如使液晶位相差值lcdelta_nd設計在300～370nm的范圍下，使其r0在50～100nm之間，較佳70-100nm之間，而rth在200～350nm之間，較佳270-320nm之間。其中，x，y平面位相差值r0＝(nx-ny)×d；而x，y，z立體位相差值rth＝((nx+ny)/2–nz)×d，其中nx，ny與nz分別代表補償膜在x軸、y軸與z軸的三度空間折射系數，d代表補償膜21的厚度)。此時可具有與原面板雙邊補償膜相當或更佳的視角表現，此單邊光學補償膜材料可為三醋酸纖維素(tac)、環烯烴聚合物(cop)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)、液晶材料或復合型材料搭配而成。由上述元件所構成的顯示面板結構實例如圖5a或5b所示。

圖6顯示本發明顯示面板在各種不同標準下的色域的變化情況示意圖，其中x軸為色度x，y軸為色度y。圖中所采用標準包括國際照明委員會cie(internationalcommissiononillumination)1931、美國國家電視系統委員會(nationaltelevisionsystemcommittee)、數位影院電影主控系統dci(digitalcinemainitiatives)-p3、bt2020(itu-rrecommendationbt.2020色域空間)、一般面板(panel)、以及使用cgep的面板(panel(cgep))。使用本發明所發展出的色域增進偏光板所制得的顯示面板，在不需要量子點膜材的情況下，可有效提升色域達10％以上。例如ntsc色域可提升達約25％，dci-p3色域可提升達約27％，bt2020色域可提升達約19％。若使用cgep搭配wgp作為上下偏光板，則除了可有效提升色域達10％以上之外，可達30％穿透率以及廣視角表現，且因僅需單邊補償膜而有薄化的效果。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，例如，雖然在上述說明中是以本發明色域增進偏光板在液晶顯示面板上的應用為例，但任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，本發明色域增進偏光板可以用于不同光學元件中達到類似的目的，此外，熟習此技藝者亦當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。