發(fā)光裝置以及采用該發(fā)光裝置的顯示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置以及采用該發(fā)光裝置的顯示裝置，尤其涉及一種超材料 等離子激元集成發(fā)光裝置以及采用該發(fā)光裝置的顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前液晶顯示器已被人們廣泛使用。液晶顯示器采用的原理為使用電調(diào)制層，如 液晶分子，實(shí)現(xiàn)入射偏振光偏振的改變，使得最終透過檢偏器的光強(qiáng)度發(fā)生變化。
[0003] 為了產(chǎn)生偏振光，目前廣泛采用的方法是使用薄膜偏振片對于光源(燈管或LED) 發(fā)光進(jìn)行起偏。由于一般光源發(fā)光都是非偏振光，這意味著經(jīng)過偏振片要損失至少一半的 光強(qiáng)，這不僅降低顯示亮度并且浪費(fèi)電能。為了消除偏振片對于光強(qiáng)的衰減，也有人提出利 用液晶所具有的選擇反射特性，利用一層附加的液晶層實(shí)現(xiàn)對于光源發(fā)射光的左旋或右旋 起偏。
[0004] 然而，以上兩種方法均是采用偏振元件基于遠(yuǎn)場對于光源發(fā)出的光進(jìn)行偏振態(tài)的 控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種可以直接發(fā)射偏振光的發(fā)光裝置以及采用該發(fā)光裝 置的顯示裝置。
[0006] -種發(fā)光裝置，其包括：一絕緣透明基底以及一發(fā)光材料層設(shè)置于該絕緣透明基 底一表面，其中，進(jìn)一步包括一設(shè)置于該絕緣透明基底與該發(fā)光材料層之間的金屬超材料 層，所述金屬超材料層包括多個(gè)周期設(shè)置的超材料單元，該金屬超材料層通過等離子體激 元場共振實(shí)現(xiàn)對發(fā)光材料層發(fā)出的光的納米級(jí)起偏，使該發(fā)光裝置直接發(fā)出偏振光。
[0007] -種發(fā)光裝置，其包括：一發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括一受激發(fā)光的發(fā)光材料層， 其中，進(jìn)一步包括一與該發(fā)光材料層之間的距離小于等于100納米的金屬超材料層，所述 金屬超材料層包括多個(gè)周期設(shè)置的超材料單元，且所述超材料單元的尺度小于等于所述發(fā) 光材料層發(fā)出光的光波波長，該金屬超材料層通過等離子體激元場共振實(shí)現(xiàn)對發(fā)光材料層 發(fā)出的光的納米級(jí)起偏，使該發(fā)光裝置直接發(fā)出偏振光。
[0008] -種顯示裝置，其包括一發(fā)光裝置、一導(dǎo)光板以及一液晶面板，其中，所述發(fā)光裝 置為上述發(fā)光裝置，且所述導(dǎo)光板和液晶面板層疊設(shè)置于該發(fā)光裝置的絕緣透明基底一 側(cè)。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的發(fā)光裝置通過超材料的等離子激元場在納米尺 度內(nèi)實(shí)現(xiàn)對于電磁波性質(zhì)的操控，可以實(shí)現(xiàn)對于發(fā)光裝置發(fā)出的光的納米尺度偏振起偏， 從而直接發(fā)射偏振光。進(jìn)一步，采用該發(fā)光裝置的顯示裝置無需專門偏振元件，結(jié)構(gòu)簡單。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2為圖1所示的發(fā)光裝置沿線II-II的剖面示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的超材料單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的超材料單元的掃描電鏡照片。
[0014] 圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的發(fā)光裝置從正面照射激發(fā)從背面發(fā)光的工作示 意圖。
[0015] 圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的發(fā)光裝置從正面照射激發(fā)時(shí)，背面發(fā)射光的偏振 測試結(jié)果。
[0016] 圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的發(fā)光裝置從背面照射激發(fā)從正面發(fā)光的工作示 意圖。
[0017] 圖8為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的發(fā)光裝置從背面照射激發(fā)時(shí)，正面發(fā)射光的偏振 測試結(jié)果。
[0018] 圖9為本發(fā)明比較例將發(fā)光材料層直接設(shè)置于絕緣透明基底表面的發(fā)光裝置的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖10為本發(fā)明比較例將發(fā)光材料層直接設(shè)置于絕緣透明基底表面的發(fā)光裝置的 偏振測試結(jié)果。
[0020] 圖11為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的光透射、反射以及吸收測試結(jié)果。
[0021] 圖12為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖13為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖14為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖15為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的超材料單元的掃描電鏡照片。
[0025] 圖16為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖17為本發(fā)明第五實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖18為本發(fā)明第六實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖19為本發(fā)明第七實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖20為本發(fā)明第八實(shí)施例提供的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 主要元件符號(hào)說明

如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本發(fā)明提供的發(fā)光裝置以及采用該發(fā)光裝置的 顯示裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明第一至第四實(shí)施例提供的發(fā)光裝置為光泵浦發(fā)光裝 置，其通過外部光激發(fā)該發(fā)光裝置發(fā)光。本發(fā)明第五至第八實(shí)施例提供的發(fā)光裝置為電泵 浦發(fā)光裝置，其通過電能激發(fā)該發(fā)光裝置發(fā)光。采用該發(fā)光裝置的顯示裝置為液晶顯示器。
[0032] 請參閱圖1-2,本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種發(fā)光裝置100,該發(fā)光裝置100包括一 絕緣透明基底110、一超材料（Metamaterial)層120以及一發(fā)光材料層130。所述絕緣透 明基底110、超材料層120以及發(fā)光材料層130依次層疊設(shè)置。
[0033] 具體地，所述超材料層120設(shè)置于該絕緣透明基底110的一表面。所述發(fā)光材料 層130設(shè)置于該超材料層120遠(yuǎn)離該絕緣透明基底110的表面且將該超材料層120覆蓋。 可以理解，該發(fā)光裝置100還可包括一透明保護(hù)層（圖未示）覆蓋于該發(fā)光材料層130遠(yuǎn) 離該超材料層120的表面。
[0034] 所述絕緣透明基底110為一曲面型或平面型的結(jié)構(gòu)。該絕緣透明基底110主要起 支撐的作用。該絕緣透明基底110可以由硬性材料或柔性材料形成。具體地，所述硬性材料 可選擇為氧化硅、氮化硅、藍(lán)寶石、陶瓷、玻璃、石英、金剛石或塑料等。所述柔性材料可選擇 為聚碳酸酯（PC)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚乙烯（PE)、聚酰亞胺（PI)或聚對苯二甲酸 乙二醇酯（PET)等聚酯材料，或聚醚砜（PES)、纖維素酯、聚氯乙烯（PVC)、苯并環(huán)丁烯（BCB) 或丙烯酸樹脂等材料。形成所述絕緣透明基底110的材料并不限于上述列舉的材料，只要 能使絕緣透明基底110起到支撐作用且透明的材料即可。所述絕緣透明基底110的形狀、 尺寸和厚度可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。本實(shí)施例中，所述絕緣透明基底110為一厚度為200 微米的二氧化硅層。
[0035] 所述超材料層120指一些具有人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超 常物理性質(zhì)，例如：負(fù)折射率、負(fù)磁導(dǎo)率、負(fù)介電常數(shù)的復(fù)合材料層。所述超材料層120的性 質(zhì)主要決定于材料本身以及材料中的人工微結(jié)構(gòu)。所述超材料層120包括多個(gè)周期設(shè)置的 超材料單元122。每個(gè)超材料單元122可以為一設(shè)置于所述絕緣透明基底110表面的凸起， 也可以為一由該超材料層120定義的開口。當(dāng)每個(gè)超材料單元122為一設(shè)置于所述絕緣透 明基底110表面的凸起時(shí)，所述超材料層120的多個(gè)凸起間隔設(shè)置使得該超材料層120可 以透光。可以理解，當(dāng)所述超材料單元120為多個(gè)周期性設(shè)置的凸起，所述發(fā)光材料層130 厚度均勻時(shí)，所述發(fā)光材料層130遠(yuǎn)離該絕緣透明基底110的表面為起伏狀。該超材料單 元122的圖形可以為圖3所示的圖形，或圖3所示的圖形旋轉(zhuǎn)或鏡射后的圖形。
[0036] 參見表1，根據(jù)所述超材料單元122有無手性對稱性、是否各向同性以及產(chǎn)生偏振 光的種類，本發(fā)明將該超材料單元122分為四類。所述超材料單元122的厚度h為30納米 ~100納米，周期為300納米~500納米，線寬為30納米~40納米。優(yōu)選地，所述超材料單元 122的尺度小于等于所述發(fā)光材料層130發(fā)出光的光波波長。本實(shí)施例中，所述超材料單元 122的尺度小于等于100納米，即，所述超材料單元122在各個(gè)方向的尺寸均小于等于100 納米。所述超材料層120的材料為金屬以產(chǎn)生表面等離子體激元，如金、銀、銅、鐵、鋁、鎳等 或其合金。所述超材料層120通過聚焦離子束刻蝕或電子束曝光等技術(shù)加工金層制備。本 實(shí)施例中，先在所述絕緣透明基底110表面沉積一層金膜，再通過聚焦離子束刻蝕制備周 期性分布的長條形開口作為超材料單元122,從而得到該超材料層120。所述超材料層120 的厚度為50納米，所述超材料單元122的周期為250納米，長度約為90. 38納米，寬度約為 26. 53納米。所述長條形結(jié)構(gòu)超材料單元122屬于第4類，產(chǎn)生的偏振光為線偏光。
所述發(fā)光材料層130采用光激發(fā)發(fā)光的發(fā)光材料制備，如半導(dǎo)體量子點(diǎn)、染料分子以 及熒光粉中的一種或多種。所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)可以為硫化鉛（PbS)量子點(diǎn)、硒化鎘（CdSe) 量子點(diǎn)或砷化鎵（GaAs)量子點(diǎn)等。所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)的直徑為50納米~200納米。所述 染料分子可以為若丹明6G。所述發(fā)光材料層130設(shè)置于所述超材料層120遠(yuǎn)離所述絕緣透 明基底110的表面，且部分延伸至所述超材料層120的開口中并與所述絕緣透明基底110 的表面接觸。即所述發(fā)光材料層130部分設(shè)置于所述超材料層120的表面，部分設(shè)置于該 絕緣透明基底110通