專利名稱：基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種純平液晶顯示器技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于一維金屬
光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片。
背景技術(shù)：
純平液晶顯示器(純平液晶顯示器)液晶面板由光源、導(dǎo)光板、擴(kuò)散膜、棱鏡增透膜、前偏振片、液晶層、彩色濾光片、后偏振片和驅(qū)動IC等組成。液晶層通過驅(qū)動IC控制電壓的改變，使液晶分子發(fā)生轉(zhuǎn)動，控制入射光的偏振態(tài)，結(jié)合前后的偏振片，就可以控制出光量的多少，這樣能實(shí)現(xiàn)灰度顯示。要實(shí)現(xiàn)像素的色彩，需要彩色濾光片(Colour Filter,CF)，其含有紅、綠、藍(lán)三色的濾光子像素。 純平液晶顯示器用彩色濾光片的結(jié)構(gòu)上包含基板、不透光的黑色矩陣、彩色濾光層和保護(hù)層。此器件的一般制備過程是先在透明基板上制作用于防止像素漏光的遮光層，即黑色矩陣(Black Matrix)。吸光矩陣中間是透光的格點(diǎn)，該格點(diǎn)與純平液晶顯示器面板中的子像素相對應(yīng)，每個格點(diǎn)中含有一種彩色濾光材料，可以是吸收型的樹脂等，根據(jù)需要可以在濾光層上涂覆一層保護(hù)層(Over Coat)。 現(xiàn)有的彩色濾光片存在的主要問題是光學(xué)效率低、制作成本高、工藝和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN101206330記載了一種"彩膜基板及制造方法和液晶顯示裝置"，包括基板、設(shè)置在基板上的吸光矩陣、間隔設(shè)置在吸光矩陣之間的熒光材質(zhì)的彩色像素、覆蓋在吸光矩陣和彩色像素之上的封裝層、貼設(shè)在封裝層上的內(nèi)置偏振片。該發(fā)明采用發(fā)射波長小于等于上述熒光材料受激發(fā)射臨界波長的背光源，在彩色濾光片基板上以彩色熒光材料代替了目前常用的吸收型彩色樹脂，還在彩色濾光片上集成了一層內(nèi)置偏振片，實(shí)現(xiàn)了彩色濾光和偏振的功能。由于熒光激發(fā)效率很低，該結(jié)構(gòu)的光學(xué)效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，利用亞微米金屬光柵的衍射光柵高效率的濾波功能和對入射光有偏振選擇特性，能使特定偏振態(tài)的入射光透射而使其他方向的偏振光反射，減少了傳統(tǒng)濾光片的吸收損耗，可以提高光能利用率。其還具有偏振選擇特性，可以取代傳統(tǒng)的偏振片的使用而提高器件的集成度，降低成本。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括基板、若干個吸光矩陣和對應(yīng)的一維亞微米金屬光柵，其中吸光矩陣規(guī)律排布于基板表面，一維亞微米金屬光柵位于吸光矩陣內(nèi)，每三個吸光矩陣構(gòu)成一個光柵單元，該光柵單元與純平液晶顯示器面板的一個像素相對應(yīng)，一維亞微米金屬光柵分別固定設(shè)置于吸光矩陣的格點(diǎn)上。
所述的基板為玻璃、塑料或亞克力中的一種； 所述的光柵單元設(shè)有三個一維亞微米金屬光柵，其周期各不相同，可以從白色光源中濾出紅、綠、藍(lán)三原色。 所述的吸光矩陣規(guī)律排布是指矩陣式排布或交錯平行排布。
所述的吸光矩陣格點(diǎn)上的一維亞微米金屬光柵上方設(shè)有保護(hù)層。
所述的吸光矩陣格點(diǎn)為規(guī)則多邊形或圓形； 所述的一維亞微米金屬光柵的晶格橫截面的形貌為三角形、矩形、梯形或弧形，每
一個吸光矩陣內(nèi)的所有一維亞微米金屬光柵的晶格取向一致。 所述的一維亞微米金屬光柵的晶格周期滿足以下條件 其中，T為光柵周期，單位為納米；A。為入射光波長，單位為納米；e為入射角，單位為度；n2為和金屬近鄰的入射面材料的折射率；e m為金屬材料的介電常數(shù)，單位為法每米；e i為與金屬光柵近鄰的出射面材料的介電常數(shù)，單位為法每米。 本發(fā)明可以貼于液晶面板不同的位置，如導(dǎo)光板出光面，此時可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)面板中的P偏振片和彩色濾光片，光源的利用率能提高5倍；或者貼于液晶層表面，此時可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)面板中的s偏振片和彩色濾光片，光源的利用率能提高2倍。當(dāng)用于導(dǎo)光板的出光面時，為了改善背光的均勻性，可以讓吸光矩陣中透光格點(diǎn)的大小從近光源到遠(yuǎn)光源漸變，使近光源的透光格點(diǎn)特征尺寸小，遠(yuǎn)光源的透光格點(diǎn)特征尺寸大，最大格點(diǎn)特征尺寸不超過子像素尺寸。 本發(fā)明還可根據(jù)設(shè)計性能的需要在本濾光片上涂覆適量的彩色濾光物質(zhì)或熒光粉層，以改善顏色特性；也可以在其上加一層偏振層，以提高偏振度。上述幾層結(jié)構(gòu)的相對位置可以根據(jù)設(shè)計需要調(diào)整。 相對于常規(guī)吸收型樹脂或熒光粉受激發(fā)射的彩色濾光片。本發(fā)明利用非吸收型的光柵衍射濾光，可以提高光學(xué)效率，降低功耗；同時，本濾光片具有偏振透過特性，可以取代液晶面板中的前偏振片，降低成本和提高集成度。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為實(shí)施例吸光矩陣分布模式。 圖3為圖1中A-A向剖面圖。 圖4為一維亞微米金屬光柵的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。 如圖l和圖3所示，本實(shí)施例包括基板l、 1920*1024個吸光矩陣2和對應(yīng)的一維亞微米金屬光柵3，其中吸光矩陣2規(guī)律排布于基板1表面，一維亞微米金屬光柵3位于吸光矩陣2中。 所述的基板1為玻璃制成；所述的金屬光柵為銀制； 如圖2和圖3所示，每三個吸光矩陣2構(gòu)成一個光柵單元，該光柵單元與純平液晶 顯示器面板的一個像素相對應(yīng)，三個一維亞微米金屬光柵3分別固定設(shè)置于所述的三個吸 光矩陣格點(diǎn)4上。 如圖2所示，所述的規(guī)律排布是指矩陣式排布或交錯平行排布。 如圖1和圖3所示，每個光柵單元設(shè)有三個一維亞微米金屬光柵3，其周期各不相
同，可以從白色光源中濾出紅、綠、藍(lán)三原色，所述的吸光矩陣格點(diǎn)4上設(shè)有保護(hù)層5，該保
護(hù)層5具體位于一維亞微米金屬光柵3上方。 所述的吸光矩陣格點(diǎn)4為矩形； 所述的一維亞微米金屬光柵3的晶格橫截面的形貌為矩形，每一個吸光矩陣2內(nèi)
的所有一維亞微米金屬光柵3的晶格取向一致。 所述的一維亞微米金屬光柵的晶格周期滿足以下條件 其中，T為光柵周期，單位為納米；A 。為入射光波長，單位為納米；9為入射角，單 位為度；n2為和金屬近鄰的入射面材料的折射率；e m為金屬材料的介電常數(shù)，單位為法每 米；e i為與金屬光柵近鄰的出射面材料的介電常數(shù)，單位為法每米。 如圖4所示，通過調(diào)節(jié)光柵的占空比b/a可以控制一維亞微米金屬光柵的出光效率。 本實(shí)施例的彩色濾光片可以用于導(dǎo)光板的出光面也可以用于液晶層的上表面， 具體貼覆于導(dǎo)光板的出光面；當(dāng)光源入射角度為42度到55度時，紅光對應(yīng)的光柵周期為 340nm到310nm，綠光對應(yīng)的光柵周期為265nm到240nm，藍(lán)光對應(yīng)的光柵周期為205nm到 180nm ;而當(dāng)貼覆在液晶層的上表面時，入射光需要為垂直入射，則紅光對應(yīng)的光柵周期為 400nm到460nm，綠光對應(yīng)的光柵周期為300nm到340nm，藍(lán)光對應(yīng)的光柵周期為200nm到 220nm。
權(quán)利要求
一種基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，包括基板、若干個吸光矩陣和對應(yīng)的一維亞微米金屬光柵，其中吸光矩陣規(guī)律排布于基板表面，一維亞微米金屬光柵位于吸光矩陣內(nèi)，其特征在于每三個吸光矩陣構(gòu)成一個單元，該單元與純平液晶顯示器面板的一個像素相對應(yīng)，一維亞微米金屬光柵分別固定設(shè)置于吸光矩陣的格點(diǎn)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，其特征是，所述的光柵單元設(shè)有三個一維亞微米金屬光柵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，其特征是，所述的一維亞微米金屬光柵的晶格取向一致。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，其特征是，所述的一維亞微米金屬光柵的晶格周期滿足以下條件<formula>formula see original document page 2</formula>其中，T為光柵周期，單位為納米；A 。為入射光波長，單位為納米；e為入射角，單位為度；化為和金屬近鄰的入射面材料的折射率；、為金屬材料的介電常數(shù)，單位為法每米；e i為與金屬光柵近鄰的出射面材料的介電常數(shù)，單位為法每米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，其特征是，所述的基板為玻璃、塑料或亞克力中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，其特征是，所述的規(guī)律排布是指矩陣式排布或交錯平行排布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，其特征是，所述的吸光矩陣格點(diǎn)上的一維亞微米金屬光柵上方設(shè)有保護(hù)層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，其特征是，所述的吸光矩陣格點(diǎn)為規(guī)則多邊形或圓形。
全文摘要
一種純平液晶顯示器技術(shù)領(lǐng)域的基于一維金屬光子晶體的帶偏振功能的彩色濾光片，包括基板、若干個吸光矩陣和一維亞微米金屬光柵，其中若干個吸光矩陣規(guī)律排布于基板表面，每一個吸光矩陣中設(shè)有一種特定周期的一維亞微米金屬光柵，該吸光矩陣與純平液晶顯示器面板的子像素相對應(yīng)，三個吸光矩陣構(gòu)成一個單元，該單元與純平液晶顯示器面板的一個像素相對應(yīng)，三個一維亞微米金屬光柵分別固定設(shè)置于所述的三個吸光矩陣格點(diǎn)上。本發(fā)明利用非吸收型的光柵衍射濾光，可以提高光學(xué)效率，降低功耗；同時，本濾光片具有偏振透過特性，可以取代液晶面板中的前偏振片，降低成本和提高集成度。
文檔編號G02B5/20GK101697021SQ20091030931
公開日2010年4月21日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者葉志成, 歐陽世宏, 蘇翼凱 申請人:上海交通大學(xué);