CN110221362A - 偏振光学元件及图像显示组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种偏振光学元件及图像显示组件，该偏振光学元件包括基底和纳米结构，纳米结构包括设置于基底上的铝纳米结构以及覆盖于铝纳米结构和基底上的光刻胶层，铝纳米结构按照预设的相对角度设置于基底上；该图像显示组件包括上述偏振光学元件，其中铝纳米结构为铝纳米棒和/或铝纳米十字结构；按照铝纳米棒与基底之间的相对角度，偏振光学元件包括：横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件。本发明可以在微米尺度下实现对线偏振光波透射强度的有效控制，能够降低偏振光学元件及图像显示组件的材料成本，简化偏振光学元件及图像显示组件结构，使偏振光学元件及其应用的光学产品易于设计和加工，不易损坏。
Description
技术领域
本发明涉及防伪安全技术领域，尤其是涉及一种偏振光学元件及图像显示组件。
背景技术
随着新世纪以来微纳加工技术的飞速发展，光学领域提出了人工微结构。人工微结构是一种亚波长尺度的人造光学结构，其可以实现对光波相位、振幅、偏振和频率的有效控制。基于人工微结构设计的偏振光学元件可以应用于诸多技术领域，例如偏振控制、集成光学和光学防伪。但是，目前还没有基于人工微结构设计的偏振光学元件可以在宽波段范围内微米尺度下实现对透射光波强度的任意控制。此外，现在应用人工微结构设计的光学产品的方案多包含复杂的结构，这样会对光学产品加工技术的加工精度要求很高，且这类光学产品多采用贵金属材料，成本很高且容易损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偏振光学元件及图像显示组件，以在微米尺度下近红外宽波段范围内实现对透射光波强度的任意控制，降低偏振光学元件及图像显示组件的材料成本，简化偏振光学元件及图像显示组件的结构，使偏振光学元件及其应用的光学产品易于设计和加工，不易损坏。
本发明提供一种偏振光学元件，其中，所述偏振光学元件包括基底和设置于所述基底上的纳米结构，所述纳米结构包括设置于所述基底上的铝纳米结构以及覆盖于所述铝纳米结构和所述基底上的光刻胶层，所述偏振光学元件中所述铝纳米结构按照预设的相对角度设置于所述基底上，其中，所述相对角度为所述铝纳米结构的指定对称轴与所述基底的指定对称轴之间形成的夹角。
进一步的，所述铝纳米结构包括铝纳米棒或铝纳米十字结构。
进一步的，所述相对角度包括0度至90度。
进一步的，所述基底上堆叠有排列结构相同的两层所述纳米结构。
本发明提供一种图像显示组件，其中，包括上述的偏振光学元件，所述偏振光学元件中的铝纳米结构为铝纳米棒和/或铝纳米十字结构；其中，按照所述铝纳米棒与基底之间预设的不同相对角度，所述偏振光学元件包括以下至少之一：横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件。
进一步的，所述横向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为0度设置于所述基底上；所述斜向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为45度设置于所述基底上；所述纵向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为90度设置于所述基底上；所述图像显示组件的每个像素内填充有多个所述偏振光学元件。
进一步的，所述图像显示组件包括防伪二维码；采用所述横向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中真二维码图形为黑色且伪二维码图形为黑色的区域，采用所述斜向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中真二维码图形为白色的区域，采用所述纵向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中的剩余区域；其中，所述真二维码图形携带真实信息，所述伪二维码图形携带无效信息。
进一步的，所述偏振光学元件包括第一偏振光学元件或第二偏振光学元件，其中，按照所述铝纳米棒与基底之间预设的相对角度，所述第一偏振光学元件包括横向偏振光学元件和纵向偏振光学元件。
进一步的，所述图像显示组件包括单通道图像显示组件；采用所述横向偏振光学元件排列填充所述单通道图像显示组件中的图像区域，采用所述纵向偏振光学元件填充所述单通道图像显示组件中的非图像区域。
进一步的，所述图像显示组件包括双通道图像显示组件；采用所述第二偏振光学元件排列填充所述双通道图像显示组件中第一通道图像和第二通道图像的重叠图像区域，采用所述横向偏振光学元件排列填充双通道图像中所述第一通道图像中与所述第二通道图像的非重叠图像区域，采用所述纵向偏振光学元件排列填充双通道图像中所述第二通道图像中与所述第一通道图像的非重叠图像区域。
本发明提供了一种偏振光学元件，包括基底和设置于基底上的纳米结构，纳米结构包括设置于基底上的铝纳米结构以及覆盖于铝纳米结构和基底上的光刻胶层，铝纳米结构按照预设的相对角度设置于基底上，其中，相对角度为铝纳米结构的指定对称轴与基底的指定对称轴之间形成的夹角。本发明通过采用基底和铝制纳米结构可以降低偏振光学元件的材料成本，通过铝纳米结构按照不同的相对角度设置于基底上而构成不同的偏振光学元件，这样可以在微米尺度下实现对线偏振光波透射强度的有效控制，简化偏振光学元件的结构设计，使偏振光学元件易于设计和加工，不易损坏。
本发明提供了一种图像显示组件，包括上述的偏振光学元件，其中的铝纳米结构为铝纳米棒和/或铝纳米十字结构；按照铝纳米棒与基底之间预设的相对角度，偏振光学元件包括以下至少之一：横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件。本发明通过采用上述的偏振光学元件，可以在微米尺度下实现对线偏振光波透射强度的有效控制，降低材料成本，简化偏振光学元件及图像显示组件结构，使偏振光学元件及其应用的光学产品易于设计和加工，不易损坏；此外，基于偏振光学元件包括横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件的至少之一，可以提高图像显示组件的在实际应用中的灵活性和使用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种偏振光学元件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种偏振光学元件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的偏振光学元件的制备流程示意图；
图4为本发明实施例提供的在不同线偏振光入射下的透过率的理论模拟计算结果；
图5为本发明实施例提供的消光比的理论模拟结果与单层纳米结构的偏振光学元件的比较；
图6为本发明实施例提供的在不同线偏振光入射下的透过率的实验测量结果；
图7为本发明实施例提供的消光比的实验结果与单层纳米结构的偏振光学元件的比较；
图8为本发明实施例提供的在双层纳米结构间存在不同加工误差时透射率的变化情况示意图；
图9为本发明实施例提供的x-偏振光波经过偏振光学元件后透射光波在x-偏振分量上的透射率；
图10为本发明实施例提供的x-偏振光波经过偏振光学元件后透射光波在y-偏振分量上的透射率；
图11为本发明实施例提供的防伪二维码的示意图；
图12为本发明实施例提供的防伪二维码防伪效果示意图；
图13为本发明实施例提供的偏振依赖强度编码与再现的示意图；
图14为本发明实施例提供的单、双通道图像显示组件的示意图；
图15为本发明实施例提供的单、双通道图像显示组件的图像样品示意图；
图16为本发明实施例提供的单、双通道图像显示组件所呈现的图像的强度变化示意图；
图17为本发明实施例提供的单、双通道图像显示组件的偏振依赖强度编码与再现结果示意图；
图18为本发明实施例提供的光学偏振片的示意图；
图19为本发明实施例提供的灰度图像样品的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到现有应用人工微结构设计的光学产品结构复杂、成本较高，本发明实施例提供的一种偏振光学元件及图像显示组件，可以降低偏振光学元件及图像显示组件的材料成本，简化偏振光学元件及图像显示组件的结构，使偏振光学元件及其应用的光学产品易于设计和加工，不易损坏。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种偏振光学元件进行详细介绍。
实施例一：
本实施例所提供的基于铝制人工微结构的偏振光学元件包括基底和设置于基底上的纳米结构，纳米结构包括设置于基底上的铝纳米结构以及覆盖于铝纳米结构和基底上的光刻胶层，偏振光学元件中铝纳米结构按照预设的相对角度设置于基底上。
其中，相对角度为铝纳米结构的指定对称轴与基底的指定对称轴之间形成的夹角，以图1示出的偏振光学元件为例，铝纳米结构的指定对称轴诸如可以为长方体的铝纳米结构的长轴；在一种具体实现方式中，可以将偏振光学元件放置于笛卡尔坐标系中，令坐标系的x轴与基底的一个对称轴重合，将该对称轴确定为基底的指定对称轴，这样，相对角度也可理解为铝纳米结构的长轴与x轴之间的夹角。在实际应用中该相对角度可以包括0度至90度。
与传统光学器件相比，本实施例通过设置偏振光学元件中铝纳米结构与基底之间的相对角度使其具有微观调控的优势，具体而言，传统的光学器件只能对一束光的光强做整体改变，而本实施例基于具有不同相对角度的偏振光学元件可以对一束光的各个部分的强度进行分立控制。
上述铝纳米结构可以包括如图1所示的长方体的铝纳米棒，或者还可以包括如图2所示的铝纳米十字结构。对于铝纳米十字结构，其指定对称轴可以为与x轴重合的轴。
本实施例中基于铝纳米结构的铝制纳米结构相比于传统的贵金属材料人工微结构(如金制纳米结构)大大降低了材料成本。同时，覆盖的光刻胶层可以起到保护铝纳米结构和防止其氧化的双重作用。
在一种可能实施例中，偏振光学元件的基底上堆叠有排列结构相同的两层纳米结构，参照图1和2，其中的偏振光学元件均为双层纳米结构的偏振光学元件。这里，两层纳米结构除了结构规格相同，应当注意的是其内部嵌入的铝纳米结构的角度保持相同。当设置两层纳米结构时，入射到偏振光学元件上的光在两层纳米结构之间多次反射和干涉，使得两层铝纳米结构与光的相互作用更强，相比于单层纳米结构的偏振光学元件，本实施例中在基底上堆叠有排列结构相同的两层纳米结构的偏振光学元件可以具有更高的消光比，在实际测试中确定该双层纳米结构的偏振光学元件可以在大光波射角(一般为50度)下，保持光学响应的稳定性，可见对入射光波的入射角度的容忍性更高，也即具有更大的工作角度范围。
为便于理解，本实施例以图1中铝纳米结构为铝纳米棒的偏振光学元件的结构进行描述。该偏振光学元件以二氧化硅作为基底，二氧化硅基底上设置有相对角度为θ的第一铝纳米棒，二氧化硅基底和第一铝纳米棒上覆盖有一定厚度的第一SU-8光刻胶；该第一铝纳米棒和第一SU-8光刻胶构成底层的纳米结构。第一SU-8光刻胶上设置有相对角度也为θ的第二铝纳米棒，第一SU-8光刻胶和第二铝纳米棒上覆盖有一定厚度的第二SU-8光刻胶，且第二SU-8光刻胶的厚度与第一SU-8光刻胶的厚度相同；该第二铝纳米棒和第二SU-8光刻胶构成上层的纳米结构。
在一种具体的实施例中，上述偏振光学元件中铝纳米棒的尺寸可以为：长度为270nm、宽度为80nm以及高度为30nm。不同层的纳米结构内的铝纳米棒之间的距离为100nm，或者说，覆盖在铝纳米棒之上的SU-8光刻胶的厚度均为100nm。
上述偏振光学元件中的基底可以包括正三角形基底、正四边形基底和正六边形基底中的任意一种。基底所设置的以上形状均为可单独密铺的图形，这样，可以便于将偏振光学元件作为最小单元应用到更多光学产品中，以提高偏振光学元件的应用场景和使用范围。当然，偏振光学元件中的基底也可设置为其他可单独密铺的形状，诸如已发现的十五类可密铺五边形，也可以为其他可组合密铺的形状，诸如三角形与四边形的组合。
当采用正六边形基底时，为了适应以上尺寸的铝纳米棒，基底的边长诸如可以为230nm。
进一步的，本实施例还提供了一种制备上述偏振光学元件的方法，如图3所示，对基底进行电子束胶ZEP旋涂、电子束曝光、铝蒸发沉积、去除电阻和覆盖SU-8光刻胶的操作，在基底上形成一层纳米结构；接下来，对已形成的纳米结构继续进行一次上述操作，即进行电子束胶ZEP旋涂、电子束曝光、铝蒸发沉积、去除电阻和覆盖SU-8光刻胶，形成第二层纳米结构，从而得到偏振光学元件。
为了使用户直观清楚地了解上述偏振光学元件，本实施进一步给出该偏振光学元件的光学特性的理论模拟计算结果和实验测量结果。
该偏振光学元件具有与传统偏振光学元件一致的偏振滤波效应，其光轴(也即通光方向)沿着铝纳米棒的短轴(即y轴)方向，透光强度I与线偏振光入射角度α满足关系I＝Asin2α，其中，A为线偏振光波沿铝纳米棒短轴方向入射时的透射率。参照图4所示的在不同线偏振光入射下的透过率的理论模拟计算结果，当偏振方向沿不同角度的线偏振光波入射到该偏振光学元件时，光波透射率与入射线偏振光波偏振方向间的关系如图4所示，可以看出在1050nm到1400nm波段范围内，偏振光学元件透射率与线偏振光波偏振方向间的关系满足I＝Asin2α，其中A＝0.940。参照图5所示的消光比的理论模拟结果与单层纳米结构的偏振光学元件的比较，比较结果显示在1050nm到1400nm波段范围内该偏振光学元件的消光比高于98％，相比于传统的单层人工微结构设计有显著提高。将图4结合图6所示的在不同线偏振光入射下的透过率的实验测量结果，以及将图5结合图7所示的消光比的实验结果与单层纳米结构的偏振光学元件的比较，可以看到理论模拟计算结果和实验结果保持了很好的一致性，实验测试中光波透射率与线偏振光波偏振方向间的关系满足I＝Asin2α，其中A＝0.888。
根据以上理论模拟计算结果和实验测量结果可以得出本实施例所提供的偏振光学元件在1050nm到1400nm波段范围内具有较好的光学功能，其沿光轴方向的光波透过率在实验测试中高于88.8％且消光比高于98％，在光波沿大角度入射时，其光学特性保持稳定。本实施例中光学特性实验测试结果与理论模拟计算结果保持高一致性的原因在于：参照图8所示的在双层纳米结构间存在不同加工误差时其在两个垂直偏振方向透射率的变化情况示意图，双层纳米结构中上下两个铝纳米棒间的对齐程度在制作工艺允许的误差范围内对其光学特性的影响可以忽略不计。这一优点大大降低了本实施例中偏振光学元件对加工工艺的要求，为其进一步扩大产品应用和实际生产提供了有利条件。
综合以上理论和实验分析，本实施例所提供的偏振光学元件可以在大入射角度和宽工作波段下工作，其广角宽带的响应特性是实际应用的前提，而且对于两层结构间的对齐程度容忍度较高，可以大大降低对加工工艺的要求。综合以上优势可知，相对于现有结构复杂的光学产品，本实施例所提供的偏振光学元件更适合大范围的投放至实际生产中。
上述实施例提供的偏振光学元件，包括基底和设置于基底上的纳米结构，纳米结构包括设置于基底上的铝纳米结构以及覆盖于铝纳米结构和基底上的光刻胶层，铝纳米结构按照预设的相对角度设置于基底上，且不同的偏振光学元件中铝纳米结构按照不同的相对角度设置于基底上，其中，相对角度为铝纳米结构的指定对称轴与基底的指定对称轴之间形成的夹角。本发明通过采用基底和铝制纳米结构可以降低偏振光学元件的材料成本，通过铝纳米结构按照不同的相对角度设置于基底上而构成不同的纳米结构，进而构成光轴不同的偏振光学元件，实现对光强度在微米尺度下的任意控制。本发明可以简化偏振光学元件的结构设计，使偏振光学元件易于设计和加工，不易损坏。
实施例二：
基于上述实施例一所提供的偏振光学元件，本实施例提供一种图像显示组件，包括上述的偏振光学元件，所述偏振光学元件中的铝纳米结构为铝纳米棒和/或铝纳米十字结构；其中，按照所述铝纳米棒与基底之间预设的相对角度，所述偏振光学元件包括以下至少之一：横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件。
为了提高图像显示组件的精度，图像显示组件的每个像素内填充有多个所述偏振光学元件。
在本实施例中，上述横向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为0度设置于所述基底上；所述斜向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为45度设置于所述基底上；所述纵向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为90度设置于所述基底上。
本实施例提供一种上述横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件的设计原理。参照如图9所示的x-偏振光波经过偏振光学元件后透射光波在x-偏振分量上的透射率，以及如图10所示的x-偏振光波经过偏振光学元件后透射光波在y-偏振分量上的透射率，分别采用波长为1100nm、1200nm和1300nm的x-偏振光波经过横向偏振光学元件后，透射光波在x-偏振分量上的透射率均几乎为0，透射光波在y-偏振分量上的透射率也均几乎为0；分别采用波长为1100nm、1200nm和1300nm的x-偏振光波经过斜向偏振光学元件后，透射光波在x-偏振分量上的透射率均约为0.3，透射光波在y-偏振分量上的透射率略低于0.3；分别采用波长为1100nm、1200nm和1300nm的x-偏振光波经过纵向偏振光学元件后，透射光波在x-偏振分量上的透射率均约为1，透射光波在y-偏振分量上的透射率均约为0。由此可见，当x-偏振光波入射到上述三种偏振光学元件上时，横向偏振光学元件完全透明，斜向偏振光学元件半透明，纵向偏振光学元件则完全不透光；与此同时只有斜向偏振光学元件透过的光波中包含y-偏振方向的分量。
可以理解，根据光波与结构对称性关系，也可以得出当y-偏振光波入射到上述三种偏振光学元件上时，横向偏振光学元件完全不透光，斜向偏振光学元件半透明，纵向偏振光学元件则是透明的；与此同时只有斜向偏振光学元件透过的光波中包含x-偏振方向的分量。
基于上述横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件，本实施例提供的图像显示组件可以包括一种应用该三种偏振光学元件的防伪二维码。
在本实施例中，可以采用基底为正六边形的基底、具有双层纳米结构的偏振光学元件作为示例来描述防伪二维码。参照如图11所示的防伪二维码的示意图，防伪二维码可以是将两个不同的二维码进行组合实现光学防伪的复合二维码，两个不同的二维码分别为真二维码图形和伪二维码图形；其中，真二维码图形携带真实信息，诸如个人身份信息和商品防伪信息等；伪二维码图形携带无效信息，起迷惑作用。
防伪二维码的组合方式可以为：采用横向偏振光学元件排列填充防伪二维码中真二维码图形为黑色且伪二维码图形为黑色的区域，采用斜向偏振光学元件排列填充防伪二维码中真二维码图形为白色的区域，采用纵向偏振光学元件排列填充防伪二维码中的剩余区域。
在一种可能的具体示例中，防伪二维码的设计尺寸可以为41×48像素，且每个像素内均排列填充有多个对应的偏振光学元件，诸如每个像素内包含5×5个偏振光学元件，按照上述实施例一中给出的偏振光学元件尺寸示例，该防伪二维码每个像素的尺寸约为2×1.7μm。
为了保证防伪二维码的整体性，还可以进一步包括覆盖层和粘结层中的至少一个；其中，覆盖层用于覆盖于偏振光学元件，粘结层用于粘结偏振光学元件。具体的，覆盖层诸如可以为金属反射层、高折射率介质层、多层介质层、金属介质多层结构层、纳米金属油墨或纳米金属涂料层、保护层、磁性层、荧光层或印刷图案层等。覆盖层整体覆盖或局部覆盖防伪二维码。
本实施例提供一种如图12所示的防伪二维码防伪效果示意图，在1050nm到1400nm波段范围内对防伪二维码进行防伪实验，实验结果为：在圆偏振光(或自然光)照射下该防伪二维码显现为隐身状态；在x-偏振光波或者y-偏振光波照射下该防伪二维码显现为复合二维码图像，信息无法被读取；在x-偏振光波照射下检测透射光波的y-偏振分量，该防伪二维码才能够显现为正确的二维码图像，从而获取真二维码图形中所携带的真实信息；可以理解，在y-偏振光波照射下检测透射光波的x-偏振分量，该防伪二维码也是能够显现为正确的二维码图像。本实施例提供的偏振光学元件或防伪二维码可以在1050nm到1400nm波段范围内具有良好的防伪效果。
当然，对于对防伪效果要求相对较低的场景，并出于成本低、结构简单的考虑，还可以设置防伪二维码为仅包含真二维码图形；在该实现方式中，可以采用横向偏振光学元件排列填充真二维码图形为黑色的区域，采用斜向偏振光学元件排列填充真二维码图形为白色的区域。该防伪二维码在圆偏振光或自然光照射下将无法读取二维码图形，只能在x偏振光波入射下显示出对应的二维码图形，因此，仅包含真二维码图形的防伪二维码也具有一定的防伪效果。
综上，该实施例所提供的防伪二维码，采用所述横向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中真二维码图形为黑色且伪二维码图形为黑色的区域，采用所述斜向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中真二维码图形为白色的区域，采用所述纵向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中的剩余区域。本发明通过采用具有不同透射率的多种偏振光学元件填充防伪二维码的不同区域，可以提高二维码的防伪效果和防伪尺度的精度。
在另一种实施例中，偏振光学元件可以包括第一偏振光学元件或第二偏振光学元件，其中，按照所述铝纳米棒与基底之间预设的相对角度，所述第一偏振光学元件包括横向偏振光学元件和纵向偏振光学元件；第二偏振光学元件为铝纳米结构为铝纳米十字结构的偏振光学元件。
具体的，如前所述，横向偏振光学元件只能透过x-偏振光波，纵向偏振光学元件只能透过y-偏振光波。铝纳米十字结构具有各向同性的光学响应，因此第二偏振光学元件在x-偏振光波和y-偏振光波下均不透光。当偏振光学元件中不包含铝纳米结构，也即偏振光学元件仅包括基底和设置于基底上的光刻胶层时，该偏振光学元件对x-偏振光波和y-偏振光波均是透明的。
对于x-偏振光波和y-偏振光波，上述横向偏振光学元件、纵向偏振光学元件和第二偏振光学元件可以在微米尺度实现偏振依赖的二进制光强度编码，参照图13所示的偏振依赖强度编码与再现的示意图：横向偏振光学元件可以被认为是“01”编码单元，纵向偏振光学元件可以被认为是“10”编码单元，第二偏振光学元件可以被认为是“00”编码单元，而不包含铝纳米结构的偏振光学元件可以被认为是“11”编码单元。
从而，基于上述横向偏振光学元件和纵向偏振光学元件，本实施例提供的图像显示组件可以包括一种应用该两种偏振光学元件的单通道图像显示组件，单通道图像显示组件也可以理解为单通道二进制编码图像显示组件。
参照图14所示的单、双通道图像显示组件，其中的单通道图像显示组件包括：采用所述横向偏振光学元件排列填充所述单通道图像显示组件中的图像区域，采用所述纵向偏振光学元件填充所述单通道图像显示组件中的非图像区域。
参照图15所示的单、双通道图像显示组件的图像样品示意图，其中的单通道图像显示组件经过偏振依赖强度编码后只能在x或者y偏振光波入射下显示出对应的图像，在圆偏振光或自然光照射下将无法读取图像。
基于上述横向偏振光学元件、纵向偏振光学元件和第二偏振光学元件，本实施例提供的图像显示组件还可以包括一种应用该三种偏振光学元件的双通道图像显示组件，双通道图像显示组件也可以理解为双通道二进制编码图像显示组件。
参照图14中的双通道图像显示组件，其包括：采用所述第二偏振光学元件排列填充所述双通道图像显示组件中第一通道图像和第二通道图像的重叠图像区域，采用所述横向偏振光学元件排列填充双通道图像中所述第一通道图像中与所述第二通道图像的非重叠图像区域，采用所述纵向偏振光学元件排列填充双通道图像中所述第二通道图像中与所述第一通道图像的非重叠图像区域。
参照图15中的双通道图像显示组件的图像样品示意图，双通道图像经过偏振依赖强度编码后在x或者y偏振光波入射下将分别显示不同的图像。
进一步，当入射线偏振光的偏振方向从x方向逐渐转变到y方向上时，单、双通道图像显示组件所呈现的图像的强度变化如图16所示：对于单通道图像显示组件，呈现的图像样品将从设计图像逐步转变为互补图像；对于双通道图像，呈现的图像将从设计图像1逐步转变为设计图像2。图17给出了不同波长光波入射时，单、双通道图像显示组件的偏振依赖强度编码与再现结果，可以看出本实施例在宽波段范围内均很好的实现了对设计图像的偏振依赖强度编码与再现。
综上，该实施例所提供的单通道图像显示组件，通过采用所述横向偏振光学元件和纵向偏振光学元件分别排列填充图像区域和非图像区域；所提供的双通道图像显示组件，采用所述第二偏振光学元件排列填充第一通道图像和第二通道图像的重叠图像区域，采用所述横向偏振光学元件排列填充第一通道图像中与所述第二通道图像的非重叠图像区域，采用所述纵向偏振光学元件排列填充第二通道图像中与所述第一通道图像的非重叠图像区域。相比于目前已有的用于微尺度偏振依赖光强编码的人工微结构设计，本实施例基于上述偏振依赖光强编码的横向偏振光学元件、纵向偏振光学元件和第二偏振光学元件，可以在宽波段范围(1050nm至1350nm)内在两个垂直线偏振态下实现对光强度的二进制编码，工作带宽得到了显著提高；同时，还具有结构简单、材料价低、易于加工、不易损坏和支持光波大角度入射等优点。
在又一种实施例中，可以按照预设角度间隔将铝纳米棒与基底之间的相对角度划分为多个角度区间，再基于划分的多个角度区间构建微尺度光轴朝向梯度渐变的多个偏振光学元件。
应用上述微尺度光轴朝向梯度渐变的多个偏振光学元件，本实施例可以在亚波长尺度下构建一种如图18所示的光学偏振片，以实现对光波的偏振消光。具体的，可按照透射强度设置铝纳米棒朝向角度，也即按照关系式I＝Asin2α的值，诸如由小到大(0,0.1，0.2，……0.9)设置铝纳米棒朝向角度，10种偏振光学元件的光波透射率按10％递增。基于实施例一中所描述的偏振光学元件的尺寸，该光学偏振片的尺寸可以达到小于100μm。
与传统的光学偏振片相比(特别是基于线栅微结构阵列的商业化偏振片)，本实施例中的光学偏振片在保证了工作带宽和消光比的前提下，还实现了光学偏振片的小型化和轻质化，可以被广泛的应用于微区集成光学系统中。除此之外，本光学偏振片还具有结构简单、材料价低、易于加工、不易损坏和支持光波大角度入射的优点。
应用上述微尺度梯度渐变的多个偏振光学元件，本实施例还可以被用于实现微米尺度的超高分辨率灰度成像，参照如图19所示的灰度图像样品，其中灰度由深到浅表示透射率由0到1.0，通过该灰度图像样品的局部放大区域可以看出，该灰度图像样品是由诸多微尺度梯度渐变的偏振光学元件按照一定的排布而形成的。该灰度图像样品的单元像素的尺寸可以达到小于2μm。
基于偏振光学元件的工作波段范围，可以理解，本实施例所提供的图像显示组件，诸如上述的防伪二维码、单通道图像显示组件、双通道图像显示组件、光学偏振片和灰度图像，均能够在1050nm到1400nm波段范围内保持很好的效果。
当然，本实施例所提供的图像显示组件仅是应用偏振光学元件的光学产品之一，不应理解为限制。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种偏振光学元件，其特征在于，所述偏振光学元件包括基底和设置于所述基底上的纳米结构，所述纳米结构包括设置于所述基底上的铝纳米结构以及覆盖于所述铝纳米结构和所述基底上的光刻胶层，所述偏振光学元件中所述铝纳米结构按照预设的相对角度设置于所述基底上，其中，所述相对角度为所述铝纳米结构的指定对称轴与所述基底的指定对称轴之间形成的夹角。
2.根据权利要求1所述的偏振光学元件，其特征在于，所述铝纳米结构包括铝纳米棒或铝纳米十字结构。
3.根据权利要求1所述的偏振光学元件，其特征在于，所述相对角度包括0度至90度。
4.根据权利要求1所述的偏振光学元件，其特征在于，所述基底上堆叠有排列结构相同的两层所述纳米结构。
5.一种图像显示组件，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的偏振光学元件，所述偏振光学元件中的铝纳米结构为铝纳米棒和/或铝纳米十字结构；其中，按照所述铝纳米棒与基底之间预设的不同相对角度，所述偏振光学元件包括以下至少之一：横向偏振光学元件、斜向偏振光学元件和纵向偏振光学元件。
6.根据权利要求5所述的图像显示组件，其特征在于，所述横向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为0度设置于所述基底上；所述斜向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为45度设置于所述基底上；所述纵向偏振光学元件中的所述铝纳米棒按照相对角度为90度设置于所述基底上；所述图像显示组件的每个像素内填充有多个所述偏振光学元件。
7.根据权利要求6所述的图像显示组件，其特征在于，所述图像显示组件包括防伪二维码；
采用所述横向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中真二维码图形为黑色且伪二维码图形为黑色的区域，采用所述斜向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中真二维码图形为白色的区域，采用所述纵向偏振光学元件排列填充所述防伪二维码中的剩余区域；
其中，所述真二维码图形携带真实信息，所述伪二维码图形携带无效信息。
8.根据权利要求5或6所述的图像显示组件，其特征在于，所述偏振光学元件包括第一偏振光学元件或第二偏振光学元件，其中，按照所述铝纳米棒与基底之间预设的相对角度，所述第一偏振光学元件包括横向偏振光学元件和纵向偏振光学元件。
9.根据权利要求8所述的图像显示组件，其特征在于，所述图像显示组件包括单通道图像显示组件；
采用所述横向偏振光学元件排列填充所述单通道图像显示组件中的图像区域，采用所述纵向偏振光学元件填充所述单通道图像显示组件中的非图像区域。
10.根据权利要求8所述的图像显示组件，其特征在于，所述图像显示组件包括双通道图像显示组件；
采用所述第二偏振光学元件排列填充所述双通道图像显示组件中第一通道图像和第二通道图像的重叠图像区域，采用所述横向偏振光学元件排列填充双通道图像中所述第一通道图像中与所述第二通道图像的非重叠图像区域，采用所述纵向偏振光学元件排列填充双通道图像中所述第二通道图像中与所述第一通道图像的非重叠图像区域。
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