本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光子晶體結(jié)構(gòu)和顯示裝置。

背景技術(shù)：

光子晶體也稱為光子帶隙材料，是高介電常數(shù)介質(zhì)材料和低介電常數(shù)介質(zhì)材料在空間呈周期排列的人造晶體，其晶格常數(shù)與工作波長(zhǎng)處于同一數(shù)量級(jí)。頻率落入光子帶隙中的光波，由于光子晶體的強(qiáng)烈的布拉格散射效應(yīng)，將被光子晶體全反射回來(lái)，而不能在光子晶體中傳播。光子晶體的上述特性，使其被應(yīng)用在反射式顯示技術(shù)中。為了實(shí)現(xiàn)顯示，需要控制光子晶體反射光線的波長(zhǎng)?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用光子墨水技術(shù)，通過(guò)控制光子晶體的間距，來(lái)調(diào)整光子晶體反射的光的波長(zhǎng)。

在光子墨水中，每個(gè)像素點(diǎn)是由幾百個(gè)球形的納米顆粒組成，納米顆粒的表面都包裹有一層海綿狀的陰離子聚合物，將這些光子晶體顆粒夾在一對(duì)中間填充有電解質(zhì)水溶液的電極中。由于靜電吸附作用，電解質(zhì)中的金屬陽(yáng)離子會(huì)被吸入海綿狀的陰離子聚合物中；而當(dāng)外部施加電壓到電極時(shí)，金屬陽(yáng)離子會(huì)從海綿狀聚合物中遷移出來(lái)被還原成金屬顆粒，從而導(dǎo)致海綿狀的陰離子聚合物的膨脹。陰離子聚合物的膨脹迫使納米顆粒相互遠(yuǎn)離，進(jìn)而改變光子墨水的折射率，隨著納米顆粒之間的距離的增大，光子墨水反射的光的波長(zhǎng)也會(huì)增加。只要通過(guò)較小的電壓即可調(diào)控陰離子聚合物的收縮或膨脹，使得光子墨水反射的光的波長(zhǎng)改變，顯示不同的顏色。

但是，光子墨水的制作需要進(jìn)行表面處理及電解質(zhì)封裝，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易加工，制作成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種光子晶體結(jié)構(gòu)和顯示裝置，用以解決應(yīng)用于顯示產(chǎn)品上的光子晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易加工、制作成本高的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例中提供一種光子晶體結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)缺陷區(qū)，每一缺陷區(qū)用于反射入射至光子晶體結(jié)構(gòu)上的光線中的一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線，所述光子晶體結(jié)構(gòu)包括第一電極和第二電極，以及位于所述第一電極和第二電極之間的至少一個(gè)光子晶體層，所述光子晶體層包括：

具有固定折射率的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層上具有多個(gè)容納結(jié)構(gòu)，所述容納結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述缺陷區(qū)；

填充在所述容納結(jié)構(gòu)中的液晶，所述第一電極和第二電極用于形成驅(qū)動(dòng)液晶分子偏轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，以調(diào)整液晶的折射率來(lái)調(diào)整對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)反射光線的波長(zhǎng)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例中還提供一種顯示裝置，包括控制單元，所述控制單元用于控制所述顯示裝置的顯示過(guò)程，所述顯示裝置還包括如上所述的光子晶體結(jié)構(gòu)，所述控制單元與所述光子晶體結(jié)構(gòu)的第一電極和第二電極連接，用于向所述第一電極和第二電極施加電壓，形成驅(qū)動(dòng)液晶分子偏轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，以調(diào)整液晶的折射率。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

上述技術(shù)方案中，光子晶體結(jié)構(gòu)采用液晶作為光子晶體折射率的可調(diào)成分，由于僅需對(duì)液晶施加電場(chǎng)，控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度即可調(diào)整液晶的折射率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、無(wú)需復(fù)雜加工的優(yōu)點(diǎn)，有利于提升產(chǎn)品的良率。當(dāng)應(yīng)用于顯示裝置上時(shí)，可以通過(guò)反射環(huán)境中的光線來(lái)實(shí)現(xiàn)彩色顯示，相對(duì)于傳統(tǒng)的液晶顯示裝置，省去了背光源、偏光片、彩膜，節(jié)約能耗，降低成本。當(dāng)然，在環(huán)境光線不足的情況下，也可以設(shè)置輔助光源，來(lái)提供顯示所需的光線，以提高通用性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1表示本發(fā)明實(shí)施例中光子晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2表示本發(fā)明實(shí)施例中光子晶體層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3表示圖2沿A-A的局部剖視圖一；

圖4表示圖2沿A-A的局部剖視圖二；

圖5表示圖2沿A-A的局部剖視圖三；

圖6表示圖2沿A-A的局部剖視圖四；

圖7表示本發(fā)明實(shí)施例中光子晶體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)光子晶體層時(shí)，兩個(gè)光子晶體層上容納結(jié)構(gòu)的分布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中提供一種光子晶體結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)缺陷區(qū)100，將多個(gè)缺陷區(qū)100分為多個(gè)組，每一組缺陷區(qū)200由相鄰的多個(gè)缺陷區(qū)100組成，每一組缺陷區(qū)200的所有缺陷區(qū)100用于反射相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。當(dāng)應(yīng)用于顯示裝置上時(shí)，每一組缺陷區(qū)200形成一個(gè)像素，保證反光的均一性，提高顯示質(zhì)量。具體可以通過(guò)反射環(huán)境中的光線來(lái)顯示所需的顏色。當(dāng)然，在環(huán)境光線不足的情況下，也可以設(shè)置輔助光源，來(lái)提供顯示所需的光線。

所述光子晶體結(jié)構(gòu)包括第一電極1和第二電極2，以及位于第一電極1和第二電極2之間的至少一個(gè)光子晶體層3。具體為，入射至光子晶體結(jié)構(gòu)上的光線中的一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線，被位于缺陷區(qū)100的光子晶體層3反射。第一電極1和第二電極2可以由透明導(dǎo)電材料制得，以不影響光子晶體層3對(duì)光線的選擇性反射。

結(jié)合圖2-圖6所示，光子晶體層3包括：

具有固定折射率的介質(zhì)層30，介質(zhì)層30上具有多個(gè)容納結(jié)構(gòu)4，容納結(jié)構(gòu)4設(shè)置在缺陷區(qū)100；

填充在容納結(jié)構(gòu)4中的液晶31，第一電極1和第二電極2用于形成驅(qū)動(dòng)液晶分子偏轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，以調(diào)整液晶31的折射率來(lái)調(diào)整對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)100反射光線的波長(zhǎng)范圍，從而控制缺陷區(qū)100顯示所需的顏色。

上述光子晶體結(jié)構(gòu)采用液晶作為光子晶體折射率的可調(diào)成分，由于僅需對(duì)液晶施加電場(chǎng)，控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度即可調(diào)整液晶的折射率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、無(wú)需復(fù)雜加工的優(yōu)點(diǎn)，有利于提升產(chǎn)品的良率。

其中，缺陷區(qū)100可以呈周期性排列，即容納結(jié)構(gòu)4呈周期性排列，從而液晶31在空間上呈周期性排列。具體的，缺陷區(qū)100可以呈矩陣排列。

為了提高顯示質(zhì)量，可以設(shè)置每一缺陷區(qū)100反射的光線的不同波長(zhǎng)范圍不存在交集。具體為：通過(guò)第一電極1和第二電極2控制液晶分子偏轉(zhuǎn)第一預(yù)設(shè)角度，液晶31具有第一折射率，使對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)100反射第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。通過(guò)第一電極1和第二電極2控制液晶分子偏轉(zhuǎn)不同于第一預(yù)設(shè)角度的第二預(yù)設(shè)角度，液晶31具有第二折射率，使缺陷區(qū)100反射第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線，第一波長(zhǎng)范圍和第二波長(zhǎng)范圍不存在交集。

本發(fā)明的技術(shù)方案采用液晶作為光子晶體折射率的可調(diào)成分，可以設(shè)置液晶31的折射率和介質(zhì)層30的折射率始終不同，也可以通過(guò)控制液晶分子偏轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)的角度，使液晶31的折射率與介質(zhì)層30的折射率相同。當(dāng)液晶31的折射率和介質(zhì)層30的折射率始終不同時(shí)，光子晶體層3始終反射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。當(dāng)位于某一缺陷區(qū)100的液晶31的折射率和介質(zhì)層30的折射率相同時(shí)，該缺陷區(qū)100為透光狀態(tài)。此時(shí)，若在光子晶體層3的背離光線入射的一側(cè)設(shè)置光線吸收層，該缺陷區(qū)100顯示黑色。而若在光子晶體層3的背離光線入射的一側(cè)設(shè)置反射層，如Ag膜，該缺陷區(qū)100將入射光線全部反射回去。當(dāng)?shù)诙姌O2位于光子晶體層3的背離光線入射的一側(cè)時(shí)，具體可以在第二電極2的表面鍍Ag，或采用Ag金屬制備第二電極2，以將入射光線全部反射回去，參見(jiàn)圖2-圖6所示。進(jìn)一步地，第一電極1由透明導(dǎo)電材料制得，如：HIZO、ZnO、TiO₂、CdSnO、MgZnO、IGO、IZO、ITO或IGZO，使得入射光線能夠透過(guò)第一電極1入射至光子晶體層3。

本實(shí)施例中，設(shè)置介質(zhì)層30的折射率大于液晶31的折射率，光子晶體層3始終反射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。介質(zhì)層30的材料可以選擇硅、氧化鈦等高折射率材料。

上述光子晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)用于顯示裝置上時(shí)，每一組缺陷區(qū)200形成一個(gè)像素，為了獨(dú)立控制每一像素的顯示，設(shè)置所述光子晶體結(jié)構(gòu)包括多個(gè)彼此絕緣設(shè)置的第一電極1，第一電極1與一組缺陷區(qū)200的位置一一對(duì)應(yīng)，用于調(diào)整對(duì)應(yīng)的一組缺陷區(qū)200的液晶的折射率。具體的，第二電極2上可以施加公共電壓，通過(guò)改變第一電極1上施加電壓的大小，來(lái)調(diào)整對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)100的液晶31的折射率。由于每一像素反射的光線的波長(zhǎng)范圍可以獨(dú)立調(diào)整，能夠提高顯示裝置的色域和顯示質(zhì)量。其中，缺陷區(qū)100的大小和數(shù)量由顯示產(chǎn)品的尺寸和分辨率決定。

本實(shí)施例中，當(dāng)所述光子晶體層結(jié)構(gòu)包括一個(gè)光子晶體層3時(shí)，光子晶體層3的容納結(jié)構(gòu)4可以一一對(duì)應(yīng)設(shè)置在缺陷區(qū)100，即，每一容納結(jié)構(gòu)4限定一缺陷區(qū)100，結(jié)合圖2-圖6所示。

參見(jiàn)圖7所示，當(dāng)所述光子晶體層結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)光子晶體層3時(shí)，不同光子晶體層3的容納結(jié)構(gòu)4完全錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，容納結(jié)構(gòu)4一一對(duì)應(yīng)設(shè)置在缺陷區(qū)(即每一缺陷區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)容納結(jié)構(gòu)4)，以減少每一光子晶體層3上的容納結(jié)構(gòu)4的數(shù)量。以所述光子晶體層結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)光子晶體層3為例，如圖7所示，可以在兩個(gè)光子晶體層3上設(shè)置數(shù)量相同的容納結(jié)構(gòu)4，當(dāng)缺陷區(qū)的數(shù)量一致時(shí)，相對(duì)于在一個(gè)光子晶體層上設(shè)置容納結(jié)構(gòu)，上述技術(shù)方案能夠使每一光子晶體層3上的容納結(jié)構(gòu)4的數(shù)量減半，降低每一光子晶體的制作難度。當(dāng)然，兩個(gè)光子晶體層3上容納結(jié)構(gòu)4的數(shù)量和分布方式并不局限于圖7中所示，還可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)設(shè)計(jì)每一光子晶體層3上容納結(jié)構(gòu)4的數(shù)量和分布方式，只需保證不同光子晶體層3的容納結(jié)構(gòu)4完全錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，容納結(jié)構(gòu)4一一對(duì)應(yīng)設(shè)置在缺陷區(qū)即可。

在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，結(jié)合圖2-圖4所示，介質(zhì)層30中具有多個(gè)開(kāi)口，由所述開(kāi)口形成容納結(jié)構(gòu)4，液晶31填充在所述開(kāi)口內(nèi)。

每一開(kāi)口可以限定一缺陷區(qū)100。如圖3所示，第一電極1可以設(shè)置在所述開(kāi)口內(nèi)，用于控制填充在對(duì)應(yīng)的開(kāi)口內(nèi)的液晶31的折射率。每一組缺陷區(qū)200(即一個(gè)像素)包括多個(gè)開(kāi)口，所述多個(gè)開(kāi)口內(nèi)的第一電極1電性連接，用于控制一組缺陷區(qū)200的所有缺陷區(qū)100反射相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。如圖4所示，也可以首先形成多個(gè)彼此絕緣設(shè)置的第一電極1，然后介質(zhì)層30覆蓋所述多個(gè)第一電極1，第一電極1與一組缺陷區(qū)的位置一一對(duì)應(yīng)，用于控制一組缺陷區(qū)的所有缺陷區(qū)100反射相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。其中，第二電極2上施加公共電壓。

進(jìn)一步地，所述多個(gè)開(kāi)口可以呈矩陣排列。介質(zhì)層30的材料可以選擇硅、氧化鈦等高折射率材料，大于液晶31的折射率，使缺陷區(qū)100始終反射一定范圍內(nèi)的光線。

在另一個(gè)具體的實(shí)施方式中，結(jié)合圖2、圖5和圖6所示，介質(zhì)層30的表面具有多個(gè)凹槽，由所述凹槽形成容納結(jié)構(gòu)4，液晶31填充在所述凹槽內(nèi)。

每一凹槽可以限定一缺陷區(qū)100。如圖5所示，第一電極1可以設(shè)置在所述凹槽內(nèi)，用于控制填充在對(duì)應(yīng)的凹槽內(nèi)的液晶31的折射率。每一組缺陷區(qū)(即一個(gè)像素)包括多個(gè)凹槽，所述多個(gè)凹槽內(nèi)的第一電極1電性連接，用于控制一組缺陷區(qū)的所有缺陷區(qū)100反射相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。如圖6所示，也可以首先形成多個(gè)彼此絕緣設(shè)置的第一電極1，介質(zhì)層30覆蓋所述多個(gè)第一電極1，第一電極1與一組缺陷區(qū)的位置一一對(duì)應(yīng)，用于控制一組缺陷區(qū)的所有缺陷區(qū)100反射相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。其中，第二電極2上施加公共電壓。

進(jìn)一步地，所述多個(gè)凹槽可以呈矩陣排列。介質(zhì)層30的材料可以選擇硅、氧化鈦等高折射率材料，大于液晶31的折射率，使缺陷區(qū)100始終反射一定范圍內(nèi)的光線。

上述兩個(gè)具體實(shí)施方式中，每一容納結(jié)構(gòu)限定一缺陷區(qū)。具體可以采用納米壓印或光刻工藝在介質(zhì)層30中形成容納結(jié)構(gòu)4，根據(jù)反射光線的波長(zhǎng)范圍設(shè)計(jì)容納結(jié)構(gòu)4的深度和選擇介質(zhì)層30的材料。例如：以容納結(jié)構(gòu)4為凹槽，介質(zhì)層30的厚度與凹槽的深度比為1.4，介質(zhì)層30的材料為TiO₂為例，通過(guò)控制液晶31的折射率為1.29，可以控制對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)100反射的光線的波長(zhǎng)范圍為540-60nm～540+60nm，顯示綠光。而通過(guò)控制液晶31的折射率為1.45，可以控制對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)100反射的光線的波長(zhǎng)范圍為425-50nm～425+50nm，顯示藍(lán)光。以容納結(jié)構(gòu)4為開(kāi)口，介質(zhì)層30的厚度與凹槽的深度比為1，介質(zhì)層30的材料為Si為例，通過(guò)控制液晶31的折射率為1.15，可以控制對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)100反射的光線的波長(zhǎng)范圍為580-75nm～580+75nm，顯示紅。而通過(guò)控制液晶31的折射率為1.49，可以控制對(duì)應(yīng)的缺陷區(qū)100反射的光線的波長(zhǎng)范圍為535-120nm～535+120nm，顯示綠光。

本發(fā)明實(shí)施例中還提供一種顯示裝置，包括控制單元，所述控制單元用于控制所述顯示裝置的顯示過(guò)程。所述顯示裝置還包括如上所述的光子晶體結(jié)構(gòu)，所述控制單元與所述光子晶體結(jié)構(gòu)的第一電極和第二電極連接，用于向所述第一電極和第二電極施加電壓，形成驅(qū)動(dòng)液晶分子偏轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，以調(diào)整液晶的折射率，進(jìn)而控制每一缺陷區(qū)反射的光線的波長(zhǎng)范圍，顯示所需的顏色，實(shí)現(xiàn)彩色顯示。

本實(shí)施例中，將所述光子晶體結(jié)構(gòu)的多個(gè)缺陷區(qū)分為多個(gè)組，每一組缺陷區(qū)由相鄰的多個(gè)缺陷區(qū)組成，且每一組缺陷區(qū)的所有缺陷區(qū)反射相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線，每一組缺陷區(qū)形成一個(gè)像素，保證每一像素的反光均一性，提高顯示質(zhì)量。

進(jìn)一步地，為了獨(dú)立控制每一像素的顯示，設(shè)置所述光子晶體結(jié)構(gòu)包括多個(gè)彼此絕緣設(shè)置的第一電極，所述第一電極與一組缺陷區(qū)的位置一一對(duì)應(yīng)，用于調(diào)整對(duì)應(yīng)的一組缺陷區(qū)的液晶的折射率，使一組缺陷區(qū)的所有缺陷區(qū)反射相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線。由于每一像素反射的光線的波長(zhǎng)范圍可以獨(dú)立調(diào)整，能夠提高顯示裝置的色域和顯示質(zhì)量。其中，缺陷區(qū)的大小和數(shù)量由顯示產(chǎn)品的尺寸和分辨率決定。

所述顯示裝置可以為電子廣告牌、電子紙或電子標(biāo)簽等。由于所述缺陷區(qū)可以通過(guò)反射環(huán)境中的光線來(lái)顯示所需的顏色，相對(duì)于傳統(tǒng)的液晶顯示裝置，省去了背光源、偏光片、彩膜，節(jié)約能耗，降低成本。當(dāng)然，在環(huán)境光線不足的情況下，也可以設(shè)置輔助光源，來(lái)提供顯示所需的光線，以提高通用性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。