[發明專利]光柵偏振片

有效

• 申請號: 201210183632.7
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102681078A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 葉志成;崔宏青
• 申請（專利權）人: 昆山龍騰光電有限公司;上海交通大學;南京大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B5/18;G02B1/11
• 代理公司: 上海波拓知識產權代理有限公司 31264
• 代理人: 楊波

技術領域

本發明涉及偏振片技術領域，特別涉及一種光柵偏振片。

背景技術

偏振片是液晶顯示、光學測量、光通信等系統中的一種非常重要的光學元件，其具有非常廣闊的市場。

偏振片一般可以分為反射及折射偏振片、二向色性偏振片、雙折射晶體偏振片等傳統偏振片和光柵偏振片。傳統的偏振片體積過大、制作過程復雜，而且僅僅在較小的波長范圍內具有大的消光比，不能滿足顯示行業輕量型、超薄型、低成本的要求。

在現有的光柵偏振片中，金屬光柵偏振片具有獨特的偏振性能，其原因在于垂直于光柵矢量(TM偏振)和平行于光柵矢量(TE偏振)偏振光的邊界條件不同，其等效折射率也不同。

圖1為一維矩形金屬光柵的結構圖及產生偏振性能的原理圖。其中，1為透明基底，2為金屬光柵，金屬光柵的周期為P，金屬光柵2的寬度為W，高度為H，3為光源。

在如圖1所示的金屬光柵偏振片中，影響金屬光柵偏振片偏振特性的主要因素是金屬光柵2的周期P與光源3入射波長之間的關系。當金屬光柵2的周期P比光源3發出的光的入射波長大時，金屬光柵偏振片不具有偏振性能；當金屬光柵2的周期P比光源3發出的光的入射波長小很多時，金屬光柵2具有偏振性能，金屬光柵偏振片反射與金屬光柵延伸方向平行的電場分量，形成平行于金屬光柵延伸方向的TE偏振光；金屬光柵同時透射與金屬光柵延伸方向垂直的電場分量，形成垂直于金屬光柵延伸方向的TM偏振光；當金屬光柵的周期P在入射波長的一半到兩倍之間時，金屬光柵屬于過渡區域，金屬光柵的透射效率及反射效率都有急劇變化。

對于周期小于入射波長的光柵(稱為亞波長光柵)，傳統的標量衍射理論已不再使用，需要用嚴格的矢量衍射理論來描述。研究表明，能夠用于可見光光譜范圍的性能較好(高透射效率、高消光比)的金屬偏振光柵的周期都很小，通常要求小于200nm。

圖2所示為現有的雙層金屬光柵偏振片結構示意圖。如圖2所示，在現有的金屬光柵偏振片中，其具有兩個金屬層4、5。在現有的雙層金屬光柵偏振片中，要求兩個金屬層4、5及金屬層4下方的光柵介質層6都是矩形結構，同時，由于要求金屬光柵之間的周期P小于200nm，在蒸鍍金屬層5時，具有金屬層5的兩側壁為陡直結構，因此，其制備難度大，而且還會降低TM光的透射效率和消光比，消光比是指TM光的透射效率與TE光的透射效率的比值。且在現有的雙層金屬光柵偏振片結構中，在可見光波段內，TM光的透射率在不同的波長范圍內具有較大的波動，因此，其對不同波長的可見光透射率差異較大。

在液晶顯示技術中，如何設計一種制備簡單、對可見光波段范圍內不同波長的光線透射率保持穩定、且TM光透射率高、消光比高的光柵偏振片，成為所述領域研究發展的趨勢。

發明內容

基于現有的金屬光柵偏振片在可見光波段內，TM光的透射率在不同的波長范圍內具有較大的波動，其對不同波長的可見光透射率差異較大的問題。本發明提供了一種制備簡單、TM光透射率高且具有較高消光比，同時，其在可見光波段內，TM光的透射率在不同的波長范圍內基本上保持穩定的光柵偏振片，以克服現有光柵偏振片中所存在的問題。

具體地，本發明實施例提出的一種光柵偏振片，包括：基底以及多個柵線單元。所述多個柵線單元周期性地設置在所述基底的一個表面上。所述每個柵線單元分別包括光柵介質層、第一金屬層以及第二金屬層。所述光柵介質層設置在所述基底上，且所述光柵介質層包括靠近基底的底面、遠離基底的頂面、和兩個連接底面和頂面的側面。所述光柵介質層的頂面的寬度小于所述底面的寬度。所述第一金屬層設置在所述介質層的頂面上，所述第二金屬層位于所述相鄰的光柵介質層之間。所述光柵介質層的頂面的高度大于所述第二金屬層的高度。

在本發明中，進一步地，上述每個柵線單元的光柵介質層分別包括遠離所述基底的第一部分及靠近所述基底的第二部分；且所述第一部分的截面形狀為矩形，所述第二部分的截面形狀為梯形。

在本發明中，進一步地，上述基底包括相對設置的第一表面及第二表面，所述多個柵線單元分別周期性地形成于所述第一表面及所述第二表面。并且，形成于所述第一表面上的柵線單元與形成于所述第二表面上的柵線單元關于所述基底相對稱。

在本發明中，進一步地，上述基底包括相對設置的第一表面及第二表面，所述多個柵線單元周期性地形成于所述第一表面，所述第二表面上周期性地設置有多個光柵介質層。并且，所述第二表面上設置的光柵介質層與所述第一表面上的光柵介質層關于所述基底相對稱。?