CN116009135B - 偏振片及显示器 - Google Patents
偏振片及显示器Info
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Abstract
一种偏振片，包括一第一偏振层组。第一偏振层组包括一第一透光层及一第二透光层。第一透光层具有一第一X方向折射率及一第一Y方向折射率。第二透光层叠设于第一透光层顶面。第二透光层具有一第二X方向折射率及一第二Y方向折射率。第一Y方向折射率异于第二Y方向折射率，第一X方向折射率实质相同于第二X方向折射率。第二透光层具有横向排列的一第一透光介质与一第二透光介质，第一透光介质的一第三折射率异于第二透光介质的一第四折射率。
Description
技术领域
本发明是关于一种偏振片，尤指一种兼具金属线栅偏振片及多层膜反射式偏振片优点的偏振片。
背景技术
现有反射式偏光膜技术可分为金属线栅偏振片和多层膜反射式偏光片，其金属线栅偏振片光学消光率佳，但吸收率造成光效不佳，而多层膜反射式偏光片，其材料两方向双折射差异不大，需堆栈数百层膜片且TE和TM波穿透率消光率差。
发明内容
有鉴于先前技术所述不足之处，本发明提供一种偏振片，包括一第一偏振层组，第一偏振层组包括：一第一透光层及一第二透光层。第一透光层具有一第一X方向折射率及一第一Y方向折射率。第二透光层叠设于第一透光层顶面，第二透光层具有一第二X方向折射率及一第二Y方向折射率，第一Y方向折射率异于第二Y方向折射率，第一X方向折射率实质相同于第二X方向折射率。第二透光层具有横向排列的一第一透光介质与一第二透光介质，第一透光介质的一第三折射率异于第二透光介质的一第四折射率。
在一些实施例中，本发明提供一种显示器，包括一显示器本体及一偏振片。偏振片设于显示器本体内，偏振片包括：一第一偏振层组，第一偏振层组包括：一第一透光层及一第二透光层。第一透光层具有一第一X方向折射率及一第一Y方向折射率。第二透光层叠设于第一透光层顶面，第二透光层具有一第二X方向折射率及一第二Y方向折射率，第一Y方向折射率异于第二Y方向折射率，第一X方向折射率实质相同于第二X方向折射率。第二透光层具有横向排列的一第一透光介质与一第二透光介质，第一透光介质的一第三折射率异于第二透光介质的一第四折射率。
根据上述描述，本发明具有以下优点：(1)可降低金属对光的吸收。(2)由于X方向与Y方向的折射率相异，当有多个偏振层组相互堆栈时，可有效降低堆栈层数，以降低整体的厚度。(3)消光率可媲美金属线栅偏振片，并优于多层膜偏振片。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示本发明一些实施例中，第一偏振层组示意图。
图2绘示本发明一些实施例中，多个第一偏振层组堆栈及折射率示意图。
图3绘示本发明一些实施例中，第一偏振层组一实施例的示意图。
图4绘示本发明一些实施例中，第一偏振层组另一实施例的示意图。
图5绘示本发明一些实施例中，第一偏振层组又一实施例的示意图。
图6绘示本发明一些实施例中，3个第一偏振层组相互堆栈及11个第一偏振层组相互堆栈后，对于TM波及TE波的穿透率实验数据图。
图7绘示本发明一些实施例中，3个第一偏振层组相互堆栈及11个第一偏振层组相互堆栈后，对于TM波及TE波的反射率实验数据图。
图8绘示本发明一些实施例中，3个第一偏振层组相互堆栈及11个第一偏振层组相互堆栈后，对于TM波及TE波的吸收率实验数据图。
图9绘示本发明一些实施例中，3个第一偏振层组相互堆栈及11个第一偏振层组相互堆栈后，对于TM波及TE波的消光率实验数据图。
图9A绘示图9中，3个第一偏振层组相互堆栈对于TM波及TE波的消光率实验数据的放大图。
图10绘示本发明一些实施例中，3个第一偏振层组相互堆栈后，入射角度是0度及45度下，对于TE波及TM波的穿透率实验数据图。
图11绘示本发明一些实施例中，3个第一偏振层组相互堆栈后，入射角度是0度及45度下，对于TE波及TM波的反射率实验数据图。
图12绘示本发明一些实施例中，3个第一偏振层组相互堆栈后，入射角度是0度及45度下，对于TE波及TM波的吸收率实验数据图。
其中，附图标记：
10:第一偏振层组
11:第一透光层
12:第二透光层
121:第一透光介质
122:第二透光介质
20:第二偏振层组
21:第一透光层
22:第二透光层
221:第一透光介质
222:第二透光介质
D:距离
P:结构周期
n3:第三折射率
n4:第四折射率
n5:第五折射率
nTM1:第一X方向折射率
nTE1:第一Y方向折射率
nTM2:第二X方向折射率
nTE2:第二Y方向折射率
nL:第六折射率
nH:第七折射率
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参阅图1所示，本发明是关于一种偏振片，偏振片包括一第一偏振层组10，第一偏振层组10包括一第一透光层11及一第二透光层12。
请参阅图1所示，第一透光层11具有一第一X方向折射率nTM1及一第一Y方向折射率nTE1，在一些实施例中，第一透光层11的制作材质选自：介电材质、玻璃、硅、环烯烃共聚物(Cyclic olefin copolymer,COC)、环烯烃聚合物(Cyclic Olefin Polymer,COP)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚酰亚胺(Polyimide,PI)、聚苯醚砜(Polyether sulfone,PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate,PEN)、三乙酸纤维素(Cellulose triacetate,TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)所构成的群组之一。其中，X方向折射率为TM(Transverse Magnetic)波方向的折射率，Y方向折射率为TE(Transverse Electric)波方向的折射率，由于第一透光层11为均质材料，故第一X方向折射率nTM1与第一Y方向折射率nTE1相同。
请参阅图1所示，第二透光层12叠设于第一透光层11顶面，第二透光层12具有横向排列的一第一透光介质121与一第二透光介质122，如图所示，第一透光介质121与第二透光介质122的数量为多个，故各第一透光介质121与各第二透光介质122呈现交错紧密排列，以形成第二透光层12。第一透光介质121具有一第三折射率n3、第二透光介质122具有一第四折射率n4，第三折射率n3异于第四折射率n4，且第二透光层12具有一第二X方向折射率nTM2与一第二Y方向折射率nTE2，第一Y方向折射率nTE1异于第二Y方向折射率nTE2，第一X方向折射率nTM1实质相同于第二X方向折射率nTM2。
由于第二透光层12具有并列的第一透光介质121与第二透光介质122，所以第二透光层12的第二X方向折射率nTM2与第二Y方向折射率nTE2为第一透光介质121与第二透光介质122的等效折射率。故，第二X方向折射率nTM2的计算公式如下公式1所示，第二Y方向折射率nTE2的计算公式如下公式2所示，其中第一透光介质121与第二透光介质122与第一透光层11相邻接的总长度定为结构周期P，第一透光介质121与第二透光层12相邻接的长度与结构周期P的比例为占比f。由公式1、2可知，固定第一透光介质121与第二透光介质122的材质后，可藉由调整第一透光介质121的占比，来调整第二X方向折射率nTM2与第二Y方向折射率nTE2，以使第一Y方向折射率nTE1异于第二Y方向折射率nTE2，第一X方向折射率nTM1实质相同于第二X方向折射率nTM2。又或者固定第一透光介质121的占比，调整第一透光介质121与第二透光介质122的材质，同样可调整第二X方向折射率nTM2与第二Y方向折射率nTE2。
如上所述，当入射光的波长远大于结构周期P时，会使得偏振片在X方向与Y方向具有相对等效折射率，而可建构出等效性双折射材料，令本发明具有以下优点：(1)可降低金属对光的吸收。(2)由于X方向与Y方向的折射率相异，当有多个第一偏振层组10相互堆栈时，可有效降低堆栈层数，以降低整体的厚度。(3)消光率可媲美金属线栅偏振片，并优于多层膜偏振片。
在一些实施例中，如下列公式3所示，于入射角为0°的条件下，四倍的第一透光层11的厚度h1与第一Y方向折射率nTE1的乘积，满足入射光的波长，如下列公式4所示，四倍的第二透光层12的厚度h2与第二Y方向折射率nTE2的乘积，满足入射光的波长。其中，m为任意整数，如1、2、3、…，λ0为入射光波长，nTE2为第二Y方向折射率nTE2、nTE1为第一Y方向折射率nTE1。
在一些实施例中，第一透光介质121与第二透光介质122分别为介电材质所制，介电材质例如但不限于为二氧化硅(SiO2)、五氧化二钽(Ti2O5)、二氧化钛(TiO2)、硅(Si)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)。另外，第一透光介质121与第二透光介质122亦可其中之一为空气。
在一些实施例中，第一透光层11具有一第五折射率n5，第五折射率n5实质相同于该第三折射率n3或该第四折射率n4，即第五折射率n5＝第三折射率n3≠第四折射率n4，或是第五折射率n5＝第四折射率n4≠第三折射率n3。在一些实施例中，第三折射率n3、第四折射率n4、第五折射率n5均不相同，且第三折射率n3＞第五折射率n5＞第四折射率n4，又或者第四折射率n4＞第五折射率n5＞第三折射率n3。
请参阅图2所示，本发明于实际实施时，是多个相同的第一偏振层组10层层堆栈，且第一透光层11的第一X方向折射率nTM1与第一Y方向折射率nTE1相同均为第五折射率n5，第二透光层12的第一透光介质121与第二透光介质122等效成第二X方向折射率nTM2及第二Y方向折射率nTE2。为了令整体可建构出等效性双折射材料，因此需要调整占比f，使得第一X方向折射率nTM1与第二X方向折射率nTM2相同，第一Y方向折射率nTE1与第二Y方向折射率相异nTM2，为了更凸显出折射率的差异，由于第一X方向折射率nTM1、第一Y方向折射率nTE1及第二X方向折射率nTM2均相同，因此图2中将其定为第六折射率nL，至于第二Y方向折射率nTE2则是定为第七折射率nH。如此一来，由图2可清楚呈现偏振片在X方向的折射率均相同，Y方向的折射率则是呈现二种折射率交错的状态，且Y方向各第一透光层11与各第二透光层12的厚度均满足四分之一入射光波长。
请参阅图1所示，在一些实施例中，第一透光层11的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，第一透光介质121的材质为磷化镓(GaP)、第二透光介质122的材质为空气，结构周期为100nm、占比f为0.6，假设入射光中心波长为550nm，第二X方向折射率nTM2约为1.4901、第二Y方向折射率nTE2约为2.7476。根据公式3、4可得知，第一透光层11的厚度约为92nm、第二透光层12的厚度约为50nm。请参阅图6所示，为本实施例3个第一偏振层组10相互堆栈及11个第一偏振层组10相互堆栈后，对于TM波及TE波的穿透率实验数据图，由图6可知，在入射光为可见光的条件下，TE波的穿透率明显高于TM波的穿透率。请参阅图7所示，为本实施例3个第一偏振层组10相互堆栈及11个第一偏振层组10相互堆栈后，对于TM波及TE波的反射率实验数据图，由图7可知，在入射光为可见光的条件下，TM波的穿透率明显高于TE波的穿透率。请参阅图8所示，为本实施例3个第一偏振层组10相互堆栈及11个第一偏振层组10相互堆栈后，对于TM波及TE波的吸收率实验数据图，由图8可知，在入射光为可见光的条件下，TE波与TM波的吸收率几乎为0。请参阅图9所示，为本实施例3个第一偏振层组10相互堆栈及11个第一偏振层组10相互堆栈后，对于入射光消光率的实验数据图，由于图9中，3个第一偏振层组10相互堆栈对于入射光消光率的实验数据图因比例，导致图9中3个第一偏振层组10的实验数据图相当贴近X轴线，此部分请参阅图9A所示，以不同比例显示3个第一偏振层组10的实验数据图。由图9及图9A可知，第一偏振层组10的层数越高对于入射光的消光率越好。另外，图10至图12为3个第一偏振层组相互堆栈后的实验数据图，其中图10为入射角度是0度及45度下，对于TE波及TM波的穿透率实验数据图、图11为入射角度是0度及45度下，对于TE波及TM波的反射率实验数据图、图12为入射角度是0度及45度下，对于TE波及TM波的吸收率实验数据图，由此图可知，偏振片在可见光的波段吸收率几乎为0。其中，消光率(Extinction ratio)是指TE波与TM波穿透率之间的比值，即
在一些实施例中，多个相同的第一偏振层组10垂直向相互堆栈，堆栈后每一第一偏振层组10的第一透光介质121均位于同一水平位置，且每一第一偏振层组10的第二透光介质122也均位于同一水平位置。请参阅图3所示，在一些实施例中，于第一偏振层组10的顶面更设一第二偏振层组20，第一偏振层组10与第二偏振层组20具有相同的结构，即第二偏振层组20亦有第一透光层21及第二透光层22，且第二透光层22包括第一透光介质221及第二透光介质222。第一偏振层组10的第一透光介质121的水平位置与第二偏振层组20的第一透光介质221的水平位置，二者水平位置的距离D小于结构周期P。于此实施例下，第一透光介质121与第二透光介质122至少之一为矩形，图式呈现第一透光介质121与第二透光介质122均为矩形，且结构周期P小于200nmm，第一透光层11与第二透光层12的厚度均满足四分之一波长。由图3可知，此种方式令偏振片的结构形成交错排列效果，且此种交错排列效果不影响偏振片的光学效果(即穿透率、反射率、消光率、吸收率)。另外，本实施例亦可进一步实施为：第一透光层11的折射率与第一透光介质121或第二透光介质122其中之一相通，或者第一透光层11、第一透光介质121及第二透光介质122的折射率均相异。
请参阅图4所示，在一些实施例中，第一透光介质121或第二透光介质122其中之一以剖视观之为三角形以形成三角形结构，图4是呈现第一透光介质121与第二透光介质122均为三角形结构。此实施例中，第一透光层11与第二透光层12的厚度均满足四分之一波长，且整体的结构周期P小于200nm。另外，在一些实施例中，第一偏振层组10的第一透光介质121的水平位置与第二偏振层组20的第一透光介质221的水平位置，二者水平位置的距离D小于结构周期P。此种方式令偏振片的结构形成交错排列效果，且此种交错排列效果不影响偏振片的光学效果(即穿透率、反射率、消光率、吸收率)。另外，本实施例亦可进一步实施为：第一透光层11的折射率与第一透光介质121或第二透光介质122其中之一相通，或者第一透光层11、第一透光介质121及第二透光介质122的折射率均相异。
请参阅图5所示，在一些实施例中，第一透光介质121或第二透光介质122其中之一以剖视观之为梯形以形成梯形结构，图5是呈现第一透光介质121与第二透光介质122均为梯形结构。此实施例中，第一透光层11与第二透光层12的厚度均满足四分之一波长，且整体的结构周期P小于200nm。另外，在一些实施例中，第一偏振层组10的第一透光介质121的水平位置与第二偏振层组20的第一透光介质221的水平位置，二者水平位置的距离D小于结构周期P。此种方式令偏振片的结构形成交错排列效果，且此种交错排列效果不影响偏振片的光学效果(即穿透率、反射率、消光率、吸收率)。另外，本实施例亦可进一步实施为：第一透光层11的折射率与第一透光介质121或第二透光介质122其中之一相通，或者第一透光层11、第一透光介质121及第二透光介质122的折射率均相异。
另外，上述实施例虽然呈现第一偏振层组10与第二偏振层组20，二者的第一透光介质121、221或第二透光介质122、222的结构均相同，为梯形、矩形、三角形其中之一。但本发明排列方式不限于此，亦可第一偏振层组10的第一透光介质121或第二透光介质122其中之一为梯形、第二偏振层组20的第一透光介质221或第二透光介质222其中之一为矩形。使得第一偏振层组10的第一透光介质121与第二透光介质122的结构异于第二偏振层组20的第一透光介质221与第二透光介质222。另外，当偏振层组的数量为三个以上时，亦可令三个偏振层组的结构为梯形、矩形、三角形的排列组合。
在一些实施例中，本发明提供一种显示器，显示器包括一显示器本体，并于显示器本体内装设有上述的偏振片，偏振片的相关实施例可参阅前述，在此不再赘述。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种偏振片，其特征在于，包括：
一第一偏振层组，包括：
一第一透光层，具有一第一X方向折射率及一第一Y方向折射率；及
一第二透光层，叠设于该第一透光层顶面，该第二透光层具有横向排列的一第一透光介质与一第二透光介质，该第一透光介质与该第二透光介质呈现交错紧密排列，该第一透光介质的一第三折射率异于该第二透光介质的一第四折射率；该第一透光介质与该第二透光介质的等效折射率包括一第二X方向折射率及一第二Y方向折射率，该第一Y方向折射率异于该第二Y方向折射率，该第一X方向折射率实质相同于该第二X方向折射率；
该第二X方向折射率与该第三折射率及该第四折射率的关系为：
该第二Y方向折射率与该第三折射率及该第四折射率的关系为：
其中，nTM2为该第二X方向折射率、nTE2为该第二Y方向折射率、n3为该第三折射率、n4为该第四折射率、f为该第一透光介质与该第二透光层相邻接的长度与一结构周期的比例。
2.如权利要求1所述的偏振片，其特征在于，其中于入射角为0°的条件下，四倍的该第一透光层的厚度与该第一Y方向折射率的乘积，满足入射光的波长；四倍的该第二透光层的厚度与该第二Y方向折射率的乘积，满足入射光的波长。
3.如权利要求2所述的偏振片，其特征在于，其中该第一透光介质与该第二透光介质共同具有该结构周期；于该第一偏振层组的顶面更设一第二偏振层组，该第一偏振层组与该第二偏振层组结构相同，该第一偏振层组的该第一透光介质的水平位置与该第二偏振层组的该第一透光介质的水平位置之间的距离小于该结构周期。
4.如权利要求3所述的偏振片，其特征在于，其中该第一X方向折射率与该第一Y方向折射率相同，且该第一X方向折射率与该第一Y方向折射率实质相同于该第三折射率或该第四折射率。
5.如权利要求4所述的偏振片，其特征在于，其中该第一透光介质于该结构周期具有一占比，根据该占比、该第三折射率及该第四折射率决定该第二X方向折射率及该第二Y方向折射率。
6.如权利要求1至5中任一项所述的偏振片，其特征在于，其中该第一透光介质与该第二透光介质共同具有该结构周期，该结构周期小于入射光的波长。
7.如权利要求6所述的偏振片，其特征在于，其中该第一透光介质与该第二透光介质分别为介电材质所制；该第一透光层的制作材质系选自介电材质、玻璃、硅、环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚苯醚砜、聚萘二甲酸乙二醇酯、三乙酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯所构成的群组。
8.如权利要求6所述的偏振片，其特征在于，其中该些第一透光介质以剖视观之为三角形。
9.如权利要求6所述的偏振片，其特征在于，其中该些第一透光介质以剖视观之为梯形。
10.如权利要求6所述的偏振片，其特征在于，其中该些第一透光介质以剖视观之为矩形。
11.一种显示器，其特征在于，包括：
一显示器本体；及
一偏振片，设于该显示器本体内，该偏振片包括：
一第一偏振层组，包括：
一第一透光层，具有一第一X方向折射率及一第一Y方向折射率；及
一第二透光层，叠设于该第一透光层顶面，该第二透光层具有横向排列的一第一透光介质与一第二透光介质，该第一透光介质与该第二透光介质呈现交错紧密排列，该第一透光介质的一第三折射率异于该第二透光介质的一第四折射率；该第一透光介质与该第二透光介质的等效折射率包括一第二X方向折射率及一第二Y方向折射率，该第一Y方向折射率异于该第二Y方向折射率、该第一X方向折射率实质相同于该第二X方向折射率；
该第二X方向折射率与该第三折射率及该第四折射率的关系为：
该第二Y方向折射率与该第三折射率及该第四折射率的关系为：
其中，nTM2为该第二X方向折射率、nTE2为该第二Y方向折射率、n3为该第三折射率、n4为该第四折射率、f为该第一透光介质与该第二透光层相邻接的长度与一结构周期的比例。
12.如权利要求11所述的显示器，其特征在于，其中于入射角为0°的条件下，四倍的该第一透光层的厚度与该第一Y方向折射率的乘积，满足入射光的波长；四倍的该第二透光层的厚度与该第二Y方向折射率的乘积，满足入射光的波长。
13.如权利要求12所述的显示器，其特征在于，其中该第一透光介质与该第二透光介质共同具有该结构周期；于该第一偏振层组的顶面更设一相同的第二偏振层组，该第一偏振层组的该第一透光介质的水平位置与该第二偏振层组的该第一透光介质的水平位置之间的距离小于该结构周期。
14.如权利要求13所述的显示器，其特征在于，其中该第一X方向折射率与该第一Y方向折射率相同，且该第一X方向折射率与该第一Y方向折射率实质相同于该第三折射率或该第四折射率。
15.如权利要求14所述的显示器，其特征在于，其中该第一透光介质于该结构周期具有一占比，根据该占比、该第三折射率及该第四折射率决定该第二X方向折射率及该第二Y方向折射率。
16.如权利要求11至15中任一项所述的显示器，其特征在于，其中该第一透光介质与该第二透光介质共同具有该结构周期，该结构周期小于入射光的波长。
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