CN107894627A - 线栅偏光片、显示面板及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线栅偏光片、显示面板及显示装置。该线栅偏光片包括衬底及设置于衬底中的多条线栅，沿一预定方向多条线栅两两间隔排布，每一线栅包括条状的主体部及设置于主体部两侧的多个凸起，且位于相邻两条主体部之间的凸起形成非对称光学微腔。基于此，本发明能够有利于提高线栅偏光片的偏振对比度。

Description

线栅偏光片、显示面板及显示装置

技术领域

本发明涉及显示与光学膜片技术领域，具体涉及一种线栅偏光片、显示面板及显示装置。

背景技术

如图1所示，线栅偏光片(Wire grating polarizer,WGP)10是一种新型内置偏光片，由衬底11及位于衬底11下方的线栅12组成，线栅12的宽度、厚度以及相邻线栅12的间距均小于入射光的波长。线栅偏光片10可以选择性地让TM偏振光(即电场E垂直于线栅12方向的光能量)透射，而让绝大部分的TE偏振光(即电场E平行于线栅12方向的光能量)反射，因此线栅偏光片10可视为一种反射型线栅偏光片。而传统的吸收型偏光片，仅能透射一个偏振方向的入射光能量，并吸收另一个偏振方向的入射光能量。相比较于吸收型偏光片，线栅偏光片具有厚度薄、角度广以及波长范围宽的优点。

偏振对比度(即TM偏振光的透射率与TE偏振光的透射率之比)是衡量线栅偏光片性能的关键指标。对于具有上述结构设计的线栅偏光片10，增大线栅12的厚度或者减小相邻两条线栅12之间的距离都有助于提高线栅偏光片10的偏振对比度，但这两种设计都需要增大相邻线栅12之间沟槽的深宽比，加工难度较大且制造成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种线栅偏光片、显示面板及显示装置，有利于提高线栅偏光片的偏振对比度。

本发明一实施例的线栅偏光片包括衬底及设置于衬底中的多条线栅，沿一预定方向多条线栅两两间隔排布，每一线栅包括条状的主体部及设置于主体部两侧的多个凸起，且位于相邻两条主体部之间的凸起形成非对称光学微腔。

本发明一实施例的显示面板，包括上述线栅偏光片。

本发明一实施例的显示装置，包括上述显示面板。

有益效果：本发明设计线栅偏光片的每一线栅包括条状的主体部以及设置于主体部两侧的多个凸起，这些凸起位于相邻两条主体部之间的凸起形成非对称光学微腔，这些非对称光学微腔具有偏振转化作用，即可以将入射的TM偏振光的一部分转化为TE偏振光，这部分转化而来的TE偏振光与TE偏振入射光中直接透射线栅偏光片的TE偏振光的相位相反，这两部分的TE偏振光发生相消干涉，从而能够减少线栅偏光片所透射的TE偏振光，减少TE偏振光的透射率，提高线栅偏光片的偏振对比度。

附图说明

图1是现有技术一实施例的线栅偏光片的结构示意图；

图2是本发明一实施例的线栅偏光片的结构示意图；

图3是图2所示线栅偏光片中非对称光学微腔的结构示意图；

图4是TM偏振光和TE偏振光经过图2所示线栅偏光片后的传输示意图；

图5是图1所示线栅偏光片的结构示意图；

图6是现有技术另一实施例的线栅偏光片的结构示意图；

图7是图6所示线栅偏光片中对称光学微腔的结构示意图；

图8是图6所示线栅偏光片在谐振模式下的频谱示意图；

图9是图2所示线栅偏光片在谐振模式下的频谱示意图；

图10是图2、图5及图6所示的线栅偏光片的偏振对比度-光波长的关系示意图；

图11是本发明一实施例的显示面板的结构示意图；

图12是本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的主要目的是：设计每一线栅包括条状的主体部及设置于主体部两侧的多个凸起，位于相邻两条主体部之间的凸起形成非对称光学微腔，通过非对称光学微腔提高线栅偏光片的偏振对比度。

下面结合附图对本发明的各个实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。在不冲突的情况下，下述实施例及其技术特征可以相互组合。并且，全文所采用的方向性术语，例如“上”、“下”等，均是为了更好的描述各个实施例，并非用于限制本发明的保护范围。

图2是本发明一实施例的线栅偏光片的结构示意图。请参阅图2，所述线栅偏光片20包括衬底21以及设置于所述衬底21中的多条线栅22，该多条线栅22的结构相同且置于于衬底21上方，为了保证线栅偏光片20的结构强度以及透光特性，所述衬底21可以采用硅氧化物，例如二氧化硅(SiO₂)制成。沿一预定方向，例如图2中箭头所示方向，多条线栅22为两两间隔设置，每一条线栅22包括主体部221及设置于主体部221两侧的多个凸起222，该主体部221呈条状设置，其与图1所示的线栅12的结构相同，任意相邻两条主体部221的间距相等，每条主体部221两侧的凸起222非对称设置。

其中，位于每一条线栅22两侧的凸起222的形状相同，结合图2所示，沿垂直于所述衬底21的方向，所述凸起222的形状为三角形，于此，每一条线栅22上的凸起222呈锯齿形，位于相邻两条主体部221之间的凸起222沿所述主体部221的延伸方向依次交错设置。当然，所述凸起222也可以为矩形或梯形，并且每一条线栅22上的凸起222的形状可以不相同，本发明对此并不予以限制。

另外，所述凸起222和主体部221可以为一体成型结构，两者的制造材料相同，例如均采用铝、银、金、铜及铂中的任一种制成，两者的厚度也可以相同，例如厚度均为200nm。于此，本实施例可以通过一次工艺形成线栅22的凸起222和主体部221，与现有技术相比，本实施例并不会增加工艺流程，便于控制加工难度及制造成本。

基于图2所示设计，位于相邻两条线栅22之间的凸起222可以形成非对称光学微腔。如图3所示，所谓非对称光学微腔可理解为：在相邻两条线栅22之间，相邻四个凸起222形成的一个光学微腔—光学微腔31，沿x轴方向和y轴方向均不对称。

结合图4所示，采用混合偏振光入射线栅偏光片20，TE偏振光TE₀的绝大部分被线栅偏光片20反射并形成TE偏振光TE₁，TE偏振光TE₀的一小部分从线栅偏光片20透射并形成TE偏振光TE₂。TM偏振光TM₀的一部分被线栅偏光片20反射并形成TM偏振光TM₁，TM偏振光TM₀的绝大部分从线栅偏光片20透射并形成TM偏振光TM₂，在透射过程中，非对称光学微腔具有偏振转化作用，即，将少部分的TM偏振光TM₀转化为TE偏振光TE₃。该TE偏振光TE₃与TE偏振光TE₂的相位相反，这两部分的TE偏振光发生相消干涉，从而能够减少线栅偏光片20所透射的TE偏振光，减少TE偏振光的透射率，提高线栅偏光片20的偏振对比度。

下面结合图2～图6所示，对所述线栅偏光片20的偏振对比度进行介绍。图5是图1所示线栅偏光片在另一视角下的结构示意图。图6是现有技术另一实施例的线栅偏光片的结构示意图。请参阅图6，线栅偏光片60包括衬底61和多条线栅62，多条线栅62为两两间隔设置，任意相邻两条线栅62之间的距离相等，每一条线栅62包括主体部621及设置于主体部621两侧的凸起622，该主体部621呈条状设置，其与图1所示的线栅12的结构相同。

在图2～图6所示的三种结构设计中，线栅12、主体部221及主体部621的结构、材质及尺寸完全相同，例如三者材料均为铝，宽度均为30nm，厚度均为200nm，排布周期均为100nm。图2所示凸起222和图6所示凸起622的形状相同，俯视时均呈三角形，且尺寸也相同，图6所示的线栅偏光片60与图2所示的线栅偏光片20的不同之处在于：结合图7所示，位于相邻两条主体部621之间的凸起622位置对齐，由此，相邻四个凸起222形成的半开放的光学微腔63为对称光学微腔，即沿x轴方向和y轴方向均对称。

本实施例基于FDTD(Finite-Difference Time-Domain,时域有限差分法)进行数值模拟，以得到图3所示的非对称光学微腔31和图6所示的对称光学微腔63谐振模式的频谱曲线(谐振模式的电场强度与波长的关系)。如图8所示，横坐标轴为光波长，单位为纳米(nm)，纵坐标轴为电场强度，单位为任意单位(a.u.,arbitrary unit)，以TM偏振光作为激发谐振模式的入射光，对称光学微腔63仅支持TM偏振的谐振模式，即对称光学微腔63不具有偏振转化作用。如图9所示，横坐标轴为光波长，单位为纳米，纵坐标轴为电场强度，单位为任意单位，以TM偏振光作为激发谐振模式的入射光，非对称光学微腔31同时支持TM偏振和TE偏振的谐振模式，即，非对称光学微腔31具有偏振转化作用，可以将TM偏振光转化为TE偏振光。

本实施例以混合偏振光作为入射光，并基于FDTD进行数值模拟，可以得到以上三种线栅偏光片在可见光波长范围内的偏振对比度，其中，横坐标轴为光波长，单位为纳米，纵坐标轴为偏振对比度，曲线W₂为线栅偏光片20的偏振对比度-光波长曲线，曲线W₃为线栅偏光片10的偏振对比度-光波长曲线，曲线W₄为线栅偏光片60的偏振对比度-光波长曲线。如图10所示，在光波长为450nm处，线栅偏光片20的偏振对比度最高，即，本实施例能够通过设置非对称光学微腔，明显提高线栅偏光片在非对称光学微腔谐振波长附近的偏振对比度。

图11是本发明一实施例的显示面板的结构剖视图。请参阅图11，本实施例的显示面板110包括相对间隔设置的第一基板111和第二基板112、以及夹设于两基板之间的液晶113，第一基板111和第二基板112中的一者为阵列基板(Thin Film TransistorSubstrate，TFT基板)，另一者为彩膜基板(Color Filter Substrate，CF基板)，液晶113位于第一基板111和第二基板112叠加形成的液晶盒内。其中，所述第一基板111和第二基板112可以采用上述实施例的线栅偏光片20，因此，本实施例的显示面板110具有上述线栅偏光片20所能产生的有益效果。

图12是本发明一实施例的显示装置的结构剖视图。请参阅图12，显示装置120可以为液晶显示器(Liquid crystal display,LCD)，其包括上述显示面板110以及为显示面板110提供背光的背光模组121。由于该显示装置120也具有上述线栅偏光片20，因此亦具有相同的有益效果。

应理解，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种线栅偏光片，其特征在于，所述线栅偏光片包括衬底及设置于所述衬底上方的多条线栅，沿一预定方向所述多条线栅两两间隔排布，每一所述线栅包括条状的主体部及设置于所述主体部两侧的多个凸起，且位于相邻两条主体部之间的凸起形成非对称光学微腔。

2.根据权利要求1所述的线栅偏光片，其特征在于，在每一条所述线栅中，所述多个凸起沿主体部的延伸方向周期性排布。

3.根据权利要求1所述的线栅偏光片，其特征在于，位于每一所述主体部两侧的凸起的形状相同，且位于相邻两条所述主体部之间的凸起沿所述主体部的延伸方向依次交错设置。

4.根据权利要求3所述的线栅偏光片，其特征在于，沿垂直于所述衬底的方向，所述凸起的形状包括三角形。

5.根据权利要求1所述的线栅偏光片，其特征在于，所述凸起和所述主体部的制造材料相同。

6.根据权利要求5所述的线栅偏光片，其特征在于，所述凸起的制造材料包括铝、银、金、铜及铂中的任一种。

7.根据权利要求1所述的线栅偏光片，其特征在于，所述凸起的厚度和所述主体部的厚度相同。

8.根据权利要求1所述的线栅偏光片，其特征在于，所述凸起和所述主体部为一体成型结构。

9.一种显示面板，其特征在于，所述显示面板包括权利要求1～8任一项所述的线栅偏光片。

10.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括权利要求9所述的显示面板。