新型平板显示中光能可回收的反射式亚波长周期结构光学膜研究

传统液晶显示的吸收型彩色滤光片和偏振片光学效率低下,在节能减碳的社会背景下,迫切需要提高这些光学器件的效率。具有亚波长周期结构的介质材料光子晶体通过导模共振，可以实现高效率的反射式（非吸收型）带通或者带阻彩色滤光，而具有亚波长周期结构的金属光子晶体，通过表面等离子体共振，具有高抑制比的反射式偏振选择透射，可以分别代替传统的彩色滤光片和偏振片,并可实现光能的回收利用。本项目提出利用二维亚波长周期三角晶格和多重准晶光子晶体薄膜实现对入射光角度和偏振不敏感的反射式彩色滤光片；利用倒梯形介质结构提高亚波长周期双层金属偏振片的透射效率和偏振抑制比；利用介质和金属材料的复合双周期光子晶体光学膜实现彩色滤光片和偏振片的集成，实现显示系统的轻薄化。项目的成果可以为下一代节能、环保和超薄的高性能显示器件研究提供有益的借鉴,获得的关键专利，有望应用于相关的产品，产生相当社会和经济价值。

在便携式显示对更长待机时间和节能减排的背景下，对液晶显示（Thin film transitor Liquid Crysta Display：TFT-LCD)降低能耗提出越来越高的要求，而由于器件结构的原因，其理论光学效率最多只有15%，实际更只有10%不到。主要原因是传统的液晶显示器件的偏振片和彩色滤光片是吸收型光学膜，理论上分别只有50%和30%的光学效率。为了提高液晶显示器件的光学效率，本项目利用亚波长周期介质和金属结构的波导模和表面等离子体共振实现非吸收型的偏振片和彩色滤光片。揭示利用金属-介质-金属波导效应实现TM偏振光透射和抑制TE偏振光透射、利用横向表面等离子体共振和衍射作用实现彩色滤光片。在此基础上，设计出了一种倒梯形的双层结构纳米金属光栅，既降低了工艺难度又提高了透射效率；利用激光干涉曝光制备出面积可达3寸×3寸的、周期到280nm、透射效率达到30%、抑制比达到100:1的集成彩色滤光和偏振功能的光学膜，包括适用于柔性显示的塑料衬底光学膜；结合时域有限差分法和严格耦合波数值模拟软件优化结构参数得到了利用纳米金属光栅的背光构架。以上工作已发表了相关的SCI收录论文6篇；国际会议大会口头报告2篇，获得2项制备工艺专利和4项光学膜的专利，申报了2个专利。这些研究成果得到了国内很多液晶显示企业的高度重视，联合昆山龙腾光电开展了节能液晶显示的开发和研究，共同申报了2项专利（目前公开），建立了从一支从基础科学研究到实际应用的高校和企业相互密切配合的队伍。目前还有一些重要的进展如二维金属和介质光栅的彩色了滤光片、纳米光栅新颖的反常TM和TE偏振光透射效率翻转和基于表面等离子体共振可调式彩色滤光的新型显示器件都已经完成分析、制备和测试，正在积极申请相关核心专利和撰写科技论文。与此同时，我们提出了一种利用电浸润的实现动态可调的新型显示器件，已经申请了两项专利，同时投稿到国际显示会议SID上。