CN101699338B - 基于二维金属光子晶体的彩色滤光片 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示技术领域的基于二维金属光子晶体的彩色滤光片，包括：基底和若干个二维透射型金属光子单元，其中：二维透射型金属光子单元位于基底上，所述的二维透射型金属光子单元与液晶显示器的每一个像素相对应，每一个二维透射型金属光子单元包括：隔离矩阵和三个具有不同周期的二维透射型金属光子晶体，其中：二维透射型金属光子晶体位于隔离矩阵内，对应过滤红绿蓝三色的光谱。本发明能够同时使特定波长的光出射，并使出射光呈线偏振提高出光的亮度，当置于液晶层上时，最高可增加亮度达2倍；当置于导光板上时，最高可增加亮度达5倍，同时可以大大提高面板器件的集成度，减小面板的厚度和成本。

Description

基于二维金属光子晶体的彩色滤光片

技术领域

本发明涉及的是一种液晶显示技术领域的装置，具体是一种基于二维金属光子晶体的带偏振片功能的彩色滤光片。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)的原理是利用液晶形成偏振光来控制光线的通过与否。传统的TFT-LCD面板的主要部分的结构包括液晶夹层、背光模组等几大部分组成。其中液晶夹层包括前后两个正交的偏振片、玻璃板、槽状表面、液晶层、彩色滤光片等，其原理是通过在液晶层上施加电压，控制从前偏振片出射的光线的偏振态，从而控制从后偏振片的出光量大小，达到显示功能。背光模组的作用是向液晶面板提供亮度充分且分布均匀的面光源，其包括光源、反射板、导光板、光学扩散膜以及棱镜增透膜。传统的TFT-LCD面板存在一些明显的不足：一是产生线偏振的传统吸收型偏振片会导致近1/2的光吸收损耗；二是为了增加背光模组的出光均匀度需要光学扩散膜以及棱镜增透膜等多种器件，增加了面板的厚度和成本。

经过相关文献技术的检索，发现应用光学期刊2007年6月刊第46卷，第17号的一篇题为“diffraction characteristics of a submicrometer grating for a light guideplate”(用于导光板的亚微米光栅的衍射特性)的文章提出了一种新型导光板结构，在导光板的上表面设置由三个离散亚微米光栅单元组成的阵列，每个单元对应一个像素，三个光栅能分别替代R，G，B三个彩色滤光片，并且能使光垂直于导光板平面出射。用该方法能将彩色滤光片集成到导光板上，能有效减少由吸收型彩色滤光片带来的额外的损耗。但该结构不能减小p偏振片带来的损耗，并且由于采用的是一维光栅，在垂直于光栅的方向不具有衍射能力，因此出光均匀度会受到影响。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于二维金属光子晶体的彩色滤光片，同时具有偏振片和彩色滤光片的功能，能有效减少传统TFT-LCD中偏振片和彩色滤光片带来的损耗，同时可以大大提高面板器件的集成度，减小面板的厚度和成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：基底和若干个二维透射型金属光子单元，其中：二维透射型金属光子单元位于基底上，所述的二维透射型金属光子单元与液晶显示器的每一个像素相对应，每一个二维透射型金属光子单元包括：隔离矩阵和三个具有不同周期的二维透射型金属光子晶体，其中：二维透射型金属光子晶体位于隔离矩阵内，对应过滤红绿蓝三色的光谱。

所述的二维透射型金属光子单元为高度10-500nm的金、银或铝制成。

所述的隔离矩阵为不透光反射材料制成，以防止金属光子晶体间的漏光。

所述的基底为玻璃、塑料或压克力材料制成。

所述的二维金属光子晶体为平行四边形晶格且只允许特定偏振态的光从出光面出射，该二维金属光子晶体包括两个晶格周期，分别为光源垂直方向的晶格周期a以及和光源平行方向的晶格周期b，具体满足以下公式：

$G=n\frac{2\mathrm{\π}}{a}\hat{x}+m\frac{2\mathrm{\π}}{b}\hat{y}---\left(1\right)$

其中：G为格波矢量，a和b分别x和y方向二维金属光子晶体的周期，ε₁是和金属临近的出光面材料的介电常数，ε_m是金属的介电常数，θ₁为入射光和z轴的交角，n_i为和金属临近的入射面材料的折射率，

为入射光在xy平面的投影线和x轴的交角，n，m＝±1，2…，k₀＝2π/λ，为真空中的波数。

与现有技术对比，本发明的优点是：该具有偏振片功能的彩色滤光片同时具有偏振片和彩色滤光片的功能，能有效减少传统TFT-LCD中彩色滤光片带来的损耗，从而提高出光的亮度。

附图说明

图1为表面等离子体共振原理图。

图2为实施例具有偏振片功能的彩色滤光片剖面示意图。

图3为实施例具有偏振片功能的彩色滤光片俯视示意图。

图4为实施例一个子单元的二维光子晶体示意图。

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1-4所示，本实施例包括：基底1和1024*768个二维透射型金属光子单元2，其中：二维透射型金属光子单元2位于基底1上，所述的二维透射型金属光子单元2与液晶显示器的每一个像素相对应，每一个二维透射型金属光子单元2包括：隔离矩阵3和三个具有不同周期的二维透射型金属光子晶体4，其中：二维透射型金属光子晶体4位于隔离矩阵3内，对应过滤红绿蓝三色的光谱。

所述的二维透射型金属光子单元2为高度250nm的铝制成。

所述的隔离矩阵3为不透光反射材料制成，以防止金属光子晶体4间的漏光。

所述的基底1为玻璃制成。

所述的二维金属光子晶体4为平行四边形晶格且只允许特定偏振态的光从出光面出射，该二维金属光子晶体4包括两个晶格周期，分别为和光源垂直方向的晶格周期a以及和光源平行方向的晶格周期b，具体满足以下公式：

$G=n\frac{2\mathrm{\π}}{a}\hat{x}+m\frac{2\mathrm{\π}}{b}\hat{y}$ $G=n\frac{2\mathrm{\π}}{a}\hat{x}+m\frac{2\mathrm{\π}}{b}\hat{y}---\left(1\right)$

其中：G为格波矢量，a和b分别x和y方向二维金属光子晶体的周期，ε₁ε₁是和金属临近的出光面材料的介电常数，ε_m是金属的介电常数，θ₁为入射光和z轴的交角，n_i为和金属临近的入射面材料的折射率，

为入射光在xy平面的投影线和x轴的交角，n，m＝±1，2…，k₀＝2π/λ，为真空中的波数。

当本实施例中具有偏振片功能的彩色滤光片贴于导光板上表面，导光板入射光线角度为55-42度，则R、G、B三种彩色滤光的光子晶体在a方向的周期分别为0.3-0.36μm，0.24-0.27μm，0.19-0.22μm；若当具有偏振片功能的彩色滤光片贴于液晶层上表面，此时入射光接近垂直入射，因此R、G、B三种彩色滤光的光子晶体在a方向的周期分别为0.45-0.47um，0.34-0.37um，0.26-0.3um。对于上述计算得到的取值范围，优选中值，且所述的二维金属光子晶体的高度为10nm到500nm。

本实施例所述彩色滤光片，能同时使特定波长的光出射，并使出射光呈线偏振，能有效减少传统TFT-LCD中彩色滤光片和偏振片带来的损耗，从而提高出光的亮度，当置于液晶层上时，最高可增加亮度达2倍；当置于导光板上时，最高可增加亮度达5倍，同时可以大大提高面板器件的集成度，减小面板的厚度和成本。

Claims (5)

1.一种基于二维金属光子晶体的彩色滤光片，包括：基底和若干个二维透射型金属光子单元，其中：二维透射型金属光子单元位于基底上，其特征在于：

所述的二维透射型金属光子单元与液晶显示器的每一个像素相对应，每一个二维透射型金属光子单元包括：隔离矩阵和三个二维透射型金属光子晶体，其中：二维透射型金属光子晶体位于隔离矩阵内，对应过滤红绿蓝三色的光谱；

所述的二维金属光子晶体包括两个晶格周期，分别为光源垂直方向的晶格周期a以及和光源平行方向的晶格周期b，具体满足以下公式：

$G=n\frac{2\mathrm{\π}}{a}\hat{x}+m\frac{2\mathrm{\π}}{b}\hat{y}$

其中：G为格波矢量，a和b分别x和y方向二维金属光子晶体的周期，ε₁是和金属临近的出光面材料的介电常数，ε_m是金属的介电常数，θ_i为入射光和z轴的交角，n_i为和金属临近的入射面材料的折射率，φ_i为入射光在xy平面的投影线和x轴的交角，n，m＝±1，2…，k₀＝2π/λ，为真空中的波数。

2.根据权利要求1所述的基于二维金属光子晶体的彩色滤光片，其特征是，所述的二维透射型金属光子单元为高度10-500nm的金、银或铝制成。

3.根据权利要求1所述的基于二维金属光子晶体的彩色滤光片，其特征是，所述的隔离矩阵为不透光反射材料制成。

4.根据权利要求1所述的基于二维金属光子晶体的彩色滤光片，其特征是，所述的基底为玻璃、塑料或压克力材料制成。

5.根据权利要求1所述的基于二维金属光子晶体的彩色滤光片，其特征是，所述的二维金属光子晶体为平行四边形晶格。

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