CN101697021A - 基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片 - Google Patents

Abstract

一种纯平液晶显示器技术领域的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，包括：基板、若干个吸光矩阵和一维亚微米金属光栅，其中：若干个吸光矩阵规律排布于基板表面，每一个吸光矩阵中设有一种特定周期的一维亚微米金属光栅，该吸光矩阵与纯平液晶显示器面板的子像素相对应，三个吸光矩阵构成一个单元，该单元与纯平液晶显示器面板的一个像素相对应，三个一维亚微米金属光栅分别固定设置于所述的三个吸光矩阵格点上。本发明利用非吸收型的光栅衍射滤光，可以提高光学效率，降低功耗；同时，本滤光片具有偏振透过特性，可以取代液晶面板中的前偏振片，降低成本和提高集成度。

Description

基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片

技术领域

本发明涉及的是一种纯平液晶显示器技术领域的装置，具体是一种基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片。

背景技术

纯平液晶显示器(纯平液晶显示器)液晶面板由光源、导光板、扩散膜、棱镜增透膜、前偏振片、液晶层、彩色滤光片、后偏振片和驱动IC等组成。液晶层通过驱动IC控制电压的改变，使液晶分子发生转动，控制入射光的偏振态，结合前后的偏振片，就可以控制出光量的多少，这样能实现灰度显示。要实现像素的色彩，需要彩色滤光片(Colour Filter，CF)，其含有红、绿、蓝三色的滤光子像素。

纯平液晶显示器用彩色滤光片的结构上包含基板、不透光的黑色矩阵、彩色滤光层和保护层。此器件的一般制备过程是先在透明基板上制作用于防止像素漏光的遮光层，即黑色矩阵(Black Matrix)。吸光矩阵中间是透光的格点，该格点与纯平液晶显示器面板中的子像素相对应，每个格点中含有一种彩色滤光材料，可以是吸收型的树脂等，根据需要可以在滤光层上涂覆一层保护层(Over Coat)。

现有的彩色滤光片存在的主要问题是光学效率低、制作成本高、工艺和结构比较复杂。经对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101206330记载了一种“彩膜基板及制造方法和液晶显示装置”，包括基板、设置在基板上的吸光矩阵、间隔设置在吸光矩阵之间的荧光材质的彩色像素、覆盖在吸光矩阵和彩色像素之上的封装层、贴设在封装层上的内置偏振片。该发明采用发射波长小于等于上述荧光材料受激发射临界波长的背光源，在彩色滤光片基板上以彩色荧光材料代替了目前常用的吸收型彩色树脂，还在彩色滤光片上集成了一层内置偏振片，实现了彩色滤光和偏振的功能。由于荧光激发效率很低，该结构的光学效率不高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，利用亚微米金属光栅的衍射光栅高效率的滤波功能和对入射光有偏振选择特性，能使特定偏振态的入射光透射而使其他方向的偏振光反射，减少了传统滤光片的吸收损耗，可以提高光能利用率。其还具有偏振选择特性，可以取代传统的偏振片的使用而提高器件的集成度，降低成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：基板、若干个吸光矩阵和对应的一维亚微米金属光栅，其中：吸光矩阵规律排布于基板表面，一维亚微米金属光栅位于吸光矩阵内，每三个吸光矩阵构成一个光栅单元，该光栅单元与纯平液晶显示器面板的一个像素相对应，一维亚微米金属光栅分别固定设置于吸光矩阵的格点上。

所述的基板为玻璃、塑料或亚克力中的一种；

所述的光栅单元设有三个一维亚微米金属光栅，其周期各不相同，可以从白色光源中滤出红、绿、蓝三原色。

所述的吸光矩阵规律排布是指矩阵式排布或交错平行排布。

所述的吸光矩阵格点上的一维亚微米金属光栅上方设有保护层。

所述的吸光矩阵格点为规则多边形或圆形；

所述的一维亚微米金属光栅的晶格横截面的形貌为三角形、矩形、梯形或弧形，每一个吸光矩阵内的所有一维亚微米金属光栅的晶格取向一致。

所述的一维亚微米金属光栅的晶格周期满足以下条件：

$T=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1{\mathrm{\ϵ}}_m}{{\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_m}}+n_2\sin \mathrm{\θ}},$

其中，T为光栅周期，单位为纳米；λ₀为入射光波长，单位为纳米；θ为入射角，单位为度；n₂为和金属近邻的入射面材料的折射率；ε_m为金属材料的介电常数，单位为法每米；ε₁为与金属光栅近邻的出射面材料的介电常数，单位为法每米。

本发明可以贴于液晶面板不同的位置，如导光板出光面，此时可以代替传统面板中的p偏振片和彩色滤光片，光源的利用率能提高5倍；或者贴于液晶层表面，此时可以代替传统面板中的s偏振片和彩色滤光片，光源的利用率能提高2倍。当用于导光板的出光面时，为了改善背光的均匀性，可以让吸光矩阵中透光格点的大小从近光源到远光源渐变，使近光源的透光格点特征尺寸小，远光源的透光格点特征尺寸大，最大格点特征尺寸不超过子像素尺寸。

本发明还可根据设计性能的需要在本滤光片上涂覆适量的彩色滤光物质或荧光粉层，以改善颜色特性；也可以在其上加一层偏振层，以提高偏振度。上述几层结构的相对位置可以根据设计需要调整。

相对于常规吸收型树脂或荧光粉受激发射的彩色滤光片。本发明利用非吸收型的光栅衍射滤光，可以提高光学效率，降低功耗；同时，本滤光片具有偏振透过特性，可以取代液晶面板中的前偏振片，降低成本和提高集成度。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为实施例吸光矩阵分布模式。

图3为图1中A-A向剖面图。

图4为一维亚微米金属光栅的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图3所示，本实施例包括：基板1、1920*1024个吸光矩阵2和对应的一维亚微米金属光栅3，其中：吸光矩阵2规律排布于基板1表面，一维亚微米金属光栅3位于吸光矩阵2中。

所述的基板1为玻璃制成；所述的金属光栅为银制；

如图2和图3所示，每三个吸光矩阵2构成一个光栅单元，该光栅单元与纯平液晶显示器面板的一个像素相对应，三个一维亚微米金属光栅3分别固定设置于所述的三个吸光矩阵格点4上。

如图2所示，所述的规律排布是指矩阵式排布或交错平行排布。

如图1和图3所示，每个光栅单元设有三个一维亚微米金属光栅3，其周期各不相同，可以从白色光源中滤出红、绿、蓝三原色，所述的吸光矩阵格点4上设有保护层5，该保护层5具体位于一维亚微米金属光栅3上方。

所述的吸光矩阵格点4为矩形；

所述的一维亚微米金属光栅3的晶格横截面的形貌为矩形，每一个吸光矩阵2内的所有一维亚微米金属光栅3的晶格取向一致。

所述的一维亚微米金属光栅的晶格周期满足以下条件：

$T=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1{\mathrm{\ϵ}}_m}{{\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_m}}+n_2\sin \mathrm{\θ}},$

其中，T为光栅周期，单位为纳米；λ₀为入射光波长，单位为纳米；θ为入射角，单位为度；n₂为和金属近邻的入射面材料的折射率；ε_m为金属材料的介电常数，单位为法每米； ε₁为与金属光栅近邻的出射面材料的介电常数，单位为法每米。

如图4所示，通过调节光栅的占空比b/a可以控制一维亚微米金属光栅的出光效率。

本实施例的彩色滤光片可以用于导光板的出光面也可以用于液晶层的上表面，具体贴覆于导光板的出光面；当光源入射角度为42度到55度时，红光对应的光栅周期为340nm到310nm，绿光对应的光栅周期为265nm到240nm，蓝光对应的光栅周期为205nm到180nm；而当贴覆在液晶层的上表面时，入射光需要为垂直入射，则红光对应的光栅周期为400nm到460nm，绿光对应的光栅周期为300nm到340nm，蓝光对应的光栅周期为200nm到220nm。

Claims (8)

1.一种基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，包括：基板、若干个吸光矩阵和对应的一维亚微米金属光栅，其中：吸光矩阵规律排布于基板表面，一维亚微米金属光栅位于吸光矩阵内，其特征在于：每三个吸光矩阵构成一个单元，该单元与纯平液晶显示器面板的一个像素相对应，一维亚微米金属光栅分别固定设置于吸光矩阵的格点上。

2.根据权利要求1所述的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，其特征是，所述的光栅单元设有三个一维亚微米金属光栅。

3.根据权利要求1或2所述的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，其特征是，所述的一维亚微米金属光栅的晶格取向一致。

4.根据权利要求1或2所述的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，其特征是，所述的一维亚微米金属光栅的晶格周期满足以下条件：

$T=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1{\mathrm{\ϵ}}_m}{{\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_m}}+n_2\sin \mathrm{\θ}},$

其中，T为光栅周期，单位为纳米；λ₀为入射光波长，单位为纳米；θ为入射角，单位为度；n₂为和金属近邻的入射面材料的折射率；ε_m为金属材料的介电常数，单位为法每米；ε₁为与金属光栅近邻的出射面材料的介电常数，单位为法每米。

5.根据权利要求1所述的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，其特征是，所述的基板为玻璃、塑料或亚克力中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，其特征是，所述的规律排布是指矩阵式排布或交错平行排布。

7.根据权利要求1所述的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，其特征是，所述的吸光矩阵格点上的一维亚微米金属光栅上方设有保护层。

8.根据权利要求1所述的基于一维金属光子晶体的带偏振功能的彩色滤光片，其特征是，所述的吸光矩阵格点为规则多边形或圆形。

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