一种微纳结构的偏振白光出射器件制造技术

本发明专利技术公开了一种微纳结构的偏振白光出射器件，属于光学材料技术领域。本发明专利技术包括依次层叠的金属膜层、发光层、金属背光层和衬底层，金属膜层划分为多个矩形区域，每个矩形区域分别作为红光出射子单元、绿光出射子单元或蓝光出射子单元使用，每个矩形区域中设置有纵向设置的第一光栅和横向设置的第二光栅及第三光栅。本发明专利技术采用超表面微腔的方案，通过光子的循环利用，具有较高的出射光的偏振性以及透射率。透射率。透射率。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳结构的偏振白光出射器件


[0001]本专利技术涉及光学材料
，具体涉及一种微纳结构的偏振白光出射器件。

技术介绍

[0002]目前手机中显示屏的主要构件可分为背光模块、发光模块和显示模块，偏振片则是显示模块中重要的组成部分。偏振片的显示原理是将背光源产生的光转化为偏振光，再根据出射的偏振光产生明暗对比，生成显示画面。常见的偏振器件可分为反射折射偏振型、选择性吸收(二向色性)型、晶体双折射型等，其基本原理都是消除或分离其他方向的线偏振光，从而将需要的偏振光出射。
[0003]由于其他方向的线偏振光被消除或分离，必然带来相应光能量的损失。假设背光源产生的光可转换为X偏振和Y偏振的偏振光，而出射光只是其中一种，那对于传统偏振器件而言，其电光转化效率WPE(可以简单理解为入射光的透射效率Ty，Ty可以定义为Ty＝(Txy+Tyy)/2，其中Txy代表X偏振的入射光出射Y偏振的透射率，Tyy代表Y偏振的入射光出射Y偏振的透射率)效率最多为50％。若考虑偏振与出射过程中的各种损耗(如结构本征损耗和高阶衍射损耗等)，则WPE往往会更低。
[0004]另外，在现有技术中，白光出射往往是在红绿蓝三色光出射的基础上混合而成，其是将出射光单元分为相应的红光出射子单元、绿光出射子单元与蓝光出射子单元，相应排布各出射子单元以获得白光出射。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种微纳结构的偏振白光出射器件，以实现更好地偏振性能。
[0006]本专利技术公开的技术方案为：通过红光出射子单元、绿光出射子单元与蓝光出射子单元混合出射白光，包括依次层叠的金属膜层、发光层、金属背光层和衬底层，衬底层作为基板，金属背光层用于反射光，发光层作为光源，金属膜层用于转换偏振光；设金属膜层的厚度为t，所述t为140～160nm；所述金属膜层划分为多个矩形区域，每个矩形区域分别作为红光出射子单元、绿光出射子单元或蓝光出射子单元使用；设每个矩形区域的横向长度为p，纵向长度为d；每个矩形区域中设置有三个光栅，分别是纵向设置的第一光栅和横向设置的第二光栅及第三光栅，其中第一光栅纵向设置在第二光栅和第三光栅之间，第二光栅和第三光栅分别从第一光栅的纵向两端延相反的方向横向延伸，第一光栅、第二光栅和第三光栅的槽孔长均为l、槽孔宽均为w，第二光栅、第三光栅的槽深为t，第一光栅的槽深为h；当所述矩形区域作为红光出射子单元使用时，应在满足2l
‑
w<p与2w+l<d的前提下，在p＝360
‑
400nm、d＝360
‑
450nm、h＝40
‑
80nm、w＝30
‑
70nm、l＝160
‑
180nm的范围内取值；当所述矩形区域作为绿光出射子单元使用时，应在满足2l
‑
w<p与2w+l<d的前提下，在p＝330
‑
360nm、d＝330
‑
360nm、h＝35
‑
60nm、w＝60
‑
70nm、l＝160
‑
190nm的范围内取值；当所述矩形区域作为蓝光出射子单元使用时，应在满足2l
‑
w<p与2w+l<d的前提下，在p＝280
‑
330nm、d＝300
‑
330nm、h＝65
‑
80nm、w＝40
‑
55nm、l＝145
‑
180nm的范围内取值。
[0007]进一步而言，所述t为150nm。
[0008]进一步而言，所述衬底层为氧化硅基板。
[0009]进一步而言，所述金属背光层采用金属铝或银。
[0010]进一步而言，所述金属膜层采用金属银。
[0011]进一步而言，所述发光层采用LED或OLED光源。
[0012]进一步而言，所述金属背光层通过在衬底层上采用电子束蒸镀或者磁控溅射得到。
[0013]进一步而言，所述金属膜层通过在发光层上采用电子束蒸镀或者磁控溅射得到。
[0014]进一步而言，在所述金属膜层上采用电子束曝光或纳米压印制得每个矩形区域内的光栅结构。
[0015]进一步而言，各红光出射子单元对应的发光层为红光单色光源或白光光源，各绿光出射子单元对应的发光层为绿光单色光源或白光光源，各蓝光出射子单元对应的发光层为蓝光单色光源或白光光源。
[0016]本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用超表面微腔的方案，发光层发出的光入射到金属膜层处，一部分透射，一部分反射，反射光经金属背光层反射到金属膜层处再次透射和反射，此过程不断重复，金属膜层对入射光的透射和反射均存在偏振转换效应，因此实现了光子的循环利用，其理论透过率可达100％，即使考虑实际损耗等因素也会远远超过传统偏振器件的设计指标，从而相对于传统方案具有较高的出射光的偏振性以及透射率。
附图说明
[0017]图1是本专利技术偏振结构的示意图。
[0018]图2是本专利技术金属膜层的表面结构示意图。
[0019]图3是本专利技术红光出射子单元的透射性能示意图。
[0020]图4是本专利技术绿光出射子单元的透射性能示意图。
[0021]图5是本专利技术蓝光出射子单元的透射性能示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。
[0023]实施例1
[0024]本专利技术的一个实施例，其主要是采用超表面微腔的方案，试图实现光子的循环利用。如果不考虑光源本身的非辐射损耗，WPE理论效率可以达到100％，即使考虑实际损耗等因素也会远远超过传统偏振器件的设计指标。具体而言，就是通过微纳结构的设计，使得纵向TE波入射时，透射仍为TE波，横向TM波入射时，透射偏振方向旋转90
°
将其转化为TE波。因此，本实施例可以实现RGB三色相同的TE偏振透射，并混合为白光，理论透射率为100％，而其偏振度DOP(DOP定义为DOP＝(Iy
‑
Ix)/(Iy+Ix)，Iy即为TE波的强度，Ix为TM波的强度)也相当高。
[0025]为了达到上述目的，如图1所示，本实施例包括依次层叠的金属膜层1、发光层2、金属背光层3和衬底层4，其中衬底层4作为基板，金属背光层3用于反射光，发光层2作为光源，
金属膜层1用于转换偏振光。本实施例中，衬底层4采用氧化硅基板；金属背光层3采用金属铝，通过在衬底层4上采用电子束蒸镀或者磁控溅射得到，也可以采用其他高反射的金属材料(如银)；发光层2可以是白光光源或RGB单色光源，可以采用LED或OLED实现；金属膜层1为尽量低吸收且等离激元共振效应较强的金属材料，本实施例中是金属银，通过在发光层2上采用电子束蒸镀或者磁控溅射得到。
[0026]参见图1、2，金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳结构的偏振白光出射器件，通过红光出射子单元、绿光出射子单元与蓝光出射子单元混合出射白光，其特征在于：包括依次层叠的金属膜层、发光层、金属背光层和衬底层，衬底层作为基板，金属背光层用于反射光，发光层作为光源，金属膜层用于转换偏振光；设金属膜层的厚度为t，所述t为140～160nm；所述金属膜层划分为多个矩形区域，每个矩形区域分别作为红光出射子单元、绿光出射子单元或蓝光出射子单元使用；设每个矩形区域的横向长度为p，纵向长度为d；每个矩形区域中设置有三个光栅，分别是纵向设置的第一光栅和横向设置的第二光栅及第三光栅，其中第一光栅纵向设置在第二光栅和第三光栅之间，第二光栅和第三光栅分别从第一光栅的纵向两端延相反的方向横向延伸，第一光栅、第二光栅和第三光栅的槽孔长均为l、槽孔宽均为w，第二光栅、第三光栅的槽深为t，第一光栅的槽深为h；当所述矩形区域作为红光出射子单元使用时，应在满足2l
‑
w<p与2w+l<d的前提下，在p＝360
‑
400nm、d＝360
‑
450nm、h＝40
‑
80nm、w＝30
‑
70nm、l＝160
‑
180nm的范围内取值；当所述矩形区域作为绿光出射子单元使用时，应在满足2l
‑
w<p与2w+l<d的前提下，在p＝330
‑
360nm、d＝330
‑
360nm、h＝35
‑
60nm、w＝60
‑
70nm、l＝160
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：周林，孙朋，陈鑫杰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：