[发明专利]光栅偏振片

说明书

技术领域

本发明涉及偏振片技术领域，特别涉及一种光栅偏振片。

背景技术

偏振片是液晶显示、光学测量、光通信等系统中的一种非常重要的光学元件，其具有非常广阔的市场。

偏振片一般可以分为反射及折射偏振片、二向色性偏振片、双折射晶体偏振片等传统偏振片和光栅偏振片。传统的偏振片体积过大、制作过程复杂，而且仅仅在较小的波长范围内具有大的消光比，不能满足显示行业轻量型、超薄型、低成本的要求。

在现有的光栅偏振片中，金属光栅偏振片具有独特的偏振性能，其原因在于垂直于光栅矢量(TM偏振)和平行于光栅矢量(TE偏振)偏振光的边界条件不同，其等效折射率也不同。

图1为一维矩形金属光栅的结构图及产生偏振性能的原理图。其中，1为透明基底，2为金属光栅，金属光栅的周期为P，金属光栅2的宽度为W，高度为H，3为光源。

在如图1所示的金属光栅偏振片中，影响金属光栅偏振片偏振特性的主要因素是金属光栅2的周期P与光源3入射波长之间的关系。当金属光栅2的周期P比光源3发出的光的入射波长大时，金属光栅偏振片不具有偏振性能；当金属光栅2的周期P比光源3发出的光的入射波长小很多时，金属光栅2具有偏振性能，金属光栅偏振片反射与金属光栅延伸方向平行的电场分量，形成平行于金属光栅延伸方向的TE偏振光；金属光栅同时透射与金属光栅延伸方向垂直的电场分量，形成垂直于金属光栅延伸方向的TM偏振光；当金属光栅的周期P在入射波长的一半到两倍之间时，金属光栅属于过渡区域，金属光栅的透射效率及反射效率都有急剧变化。

对于周期小于入射波长的光栅(称为亚波长光栅)，传统的标量衍射理论已不再使用，需要用严格的矢量衍射理论来描述。研究表明，能够用于可见光光谱范围的性能较好(高透射效率、高消光比)的金属偏振光栅的周期都很小，通常要求小于200nm。

图2所示为现有的双层金属光栅偏振片结构示意图。如图2所示，在现有的金属光栅偏振片中，其具有两个金属层4、5。在现有的双层金属光栅偏振片中，要求两个金属层4、5及金属层4下方的光栅介质层6都是矩形结构，同时，由于要求金属光栅之间的周期P小于200nm，在蒸镀金属层5时，具有金属层5的两侧壁为陡直结构，因此，其制备难度大，而且还会降低TM光的透射效率和消光比，消光比是指TM光的透射效率与TE光的透射效率的比值。且在现有的双层金属光栅偏振片结构中，在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内具有较大的波动，因此，其对不同波长的可见光透射率差异较大。

在液晶显示技术中，如何设计一种制备简单、对可见光波段范围内不同波长的光线透射率保持稳定、且TM光透射率高、消光比高的光栅偏振片，成为所述领域研究发展的趋势。

发明内容

基于现有的金属光栅偏振片在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内具有较大的波动，其对不同波长的可见光透射率差异较大的问题。本发明提供了一种制备简单、TM光透射率高且具有较高消光比，同时，其在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内基本上保持稳定的光栅偏振片，以克服现有光栅偏振片中所存在的问题。

具体地，本发明实施例提出的一种光栅偏振片，包括：基底以及多个栅线单元。所述多个栅线单元周期性地设置在所述基底的一个表面上。所述每个栅线单元分别包括光栅介质层、第一金属层以及第二金属层。所述光栅介质层设置在所述基底上，且所述光栅介质层包括靠近基底的底面、远离基底的顶面、和两个连接底面和顶面的侧面。所述光栅介质层的顶面的宽度小于所述底面的宽度。所述第一金属层设置在所述介质层的顶面上，所述第二金属层位于所述相邻的光栅介质层之间。所述光栅介质层的顶面的高度大于所述第二金属层的高度。

在本发明中，进一步地，上述每个栅线单元的光栅介质层分别包括远离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状为矩形，所述第二部分的截面形状为梯形。

在本发明中，进一步地，上述基底包括相对设置的第一表面及第二表面，所述多个栅线单元分别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栅线单元与形成于所述第二表面上的栅线单元关于所述基底相对称。

在本发明中，进一步地，上述基底包括相对设置的第一表面及第二表面，所述多个栅线单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设置有多个光栅介质层。并且，所述第二表面上设置的光栅介质层与所述第一表面上的光栅介质层关于所述基底相对称。