本發(fā)明屬于偏光元件，具體涉及一種金屬線柵偏振片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、金屬線柵偏振片是一種可以提供偏振反射性能的偏振片，與傳統(tǒng)化工材料拉伸的偏振片不同，金屬線柵偏振片的制造開發(fā)難度偏向于半導(dǎo)體工藝，而且對設(shè)備精度、材料平整度的要求更高。同時能提供與傳統(tǒng)吸收型偏光片不同的偏振效果。

2、金屬線柵偏光片可應(yīng)用于紅外攝像、探測鏡頭、vr/ar光路等新型顯示領(lǐng)域中，是上述器件中起到關(guān)鍵作用的光學(xué)器件。金屬線柵偏光片能夠?qū)崿F(xiàn)偏振反射的主要原因是金屬線柵偏振片在基底表面有極細的納米金屬線，由該金屬線所組成的陣列結(jié)構(gòu)可以反射與陣列方向平行的偏振光而透過與陣列方向垂直的偏振光，是一種使用微納結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光學(xué)效果的器件。

3、目前在金屬線柵偏振片的制作中存在多種不同的工藝，主要區(qū)別在于微結(jié)構(gòu)的制作以及金屬線的制作。cn101432113a公開了一種設(shè)置凹凸結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜的制造方法、光學(xué)薄膜、線柵偏振組件和相位差薄膜，設(shè)置凹凸結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜的制造方法包括通過在設(shè)置凹凸結(jié)構(gòu)的環(huán)形帶或輥狀模具上，涂布在溶劑中溶解了第1樹脂的溶液，在模具上形成樹脂溶液層的工序；該方案需要對樹脂涂液進行特定的開發(fā)，而高分子材料的開發(fā)往往具有很長的周期，且開發(fā)門檻較高。

4、cn101622557a公開了一種偏振片和使用該偏振片的液晶顯示裝置。該偏振片是具有基材、以設(shè)定的間隔配置的多個線狀的金屬層、和以設(shè)定的間隔配置的多個線狀的黑色層的偏振片，所述多個線狀的金屬層和所述多個線狀的黑色層之中的至少任一方的層設(shè)置于所述基材上。該方案中的黑色層會影響光學(xué)效果，黑色層具有吸收光的性質(zhì)，使得該方案所制備的金屬線柵偏振片無法應(yīng)用于顯示應(yīng)用中。

5、cn102289020a公開了偏光元件及其制造方法、液晶裝置、電子設(shè)備。該偏振元件具備基板和多個金屬層，該多個金屬層呈條紋狀設(shè)置在所述基板的一面，且具有第1介質(zhì)層及第2介質(zhì)層。該方案需要在基板上沉積多個金屬層，工藝較為復(fù)雜

6、現(xiàn)有技術(shù)中，雖然可以實現(xiàn)金屬線柵偏振片的制造，但是制造成本較高、工藝較為復(fù)雜。因此，如何提供一種工藝簡便、制造成本較低的金屬線柵偏振片的制備方法，已成為目前亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬線柵偏振片及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明中，通過使用納米壓印工序制作微納光柵結(jié)構(gòu)，并使用雙靶磁控濺射在光柵結(jié)構(gòu)表面濺射金屬層，從而實現(xiàn)光學(xué)效果。本發(fā)明提供的金屬線柵偏振片的制備方法具有快速、高效、低成本的特點。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面本發(fā)明提供一種金屬線柵偏振片的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

4、(1)在基材上涂覆固化膠，使用帶有微結(jié)構(gòu)的硅晶圓模具進行納米壓印，固化，分離帶有微結(jié)構(gòu)的硅晶圓模具，得到具有微納結(jié)構(gòu)的基材；

5、(2)對步驟(1)得到的具有微納結(jié)構(gòu)的基材進行預(yù)烘烤后，將其轉(zhuǎn)移至磁控濺射腔中，經(jīng)雙靶磁控濺射工藝，在具有微納結(jié)構(gòu)的基材表面沉積金屬，得到所述金屬線柵偏振片。

6、本發(fā)明中，通過使用納米壓印工序制作微納光柵結(jié)構(gòu)，并使用雙靶磁控濺射在光柵結(jié)構(gòu)表面濺射金屬層，從而實現(xiàn)光學(xué)效果。本發(fā)明提供的金屬線柵偏振片的制備方法具有快速、高效、低成本的特點。

7、若使用單靶分兩次沉積金屬，兩次沉積金屬時的界面狀態(tài)不同，容易生長出不同的晶相。而本發(fā)明通過雙靶磁控濺射同時在光柵結(jié)構(gòu)表面濺射金屬層，使得金屬包裹住整個光柵，且盡量不在光柵之間沉積金屬。

8、以下作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好的達到和實現(xiàn)本發(fā)明的目的和有益效果。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述雙靶磁控濺射工藝中兩個鋁金屬靶對稱放置。

10、優(yōu)選地，所述雙靶磁控濺射工藝中靶材角度為10°～45°(例如可以是10°、12°、15°、18°、20°、23°、25°、27°、30°、33°、36°、39°、42°或45°等)，進一步優(yōu)選為15°。

11、本發(fā)明中，靶材角度是指靶材與垂直方向之間的銳角。

12、本發(fā)明中，通過控制靶材角度在特定的范圍內(nèi)，可制備得到性能優(yōu)異的金屬線柵偏振片。若靶材角度過小或過多，則會增加光柵之間金屬沉積的可能性。

13、優(yōu)選地，所述雙靶磁控濺射工藝中靶基距為70～90mm(例如可以是70mm、72mm、74mm、76mm、78mm、80mm、82mm、84mm、86mm、88mm或90mm等)，進一步優(yōu)選為80mm。

14、本發(fā)明中，靶基距是指磁控濺射靶材與基材的距離。

15、本發(fā)明中，通過控制靶基距的取值在特定的范圍內(nèi)，可以制備得到性能優(yōu)異的金屬線柵偏振片。若靶基距的取值過大，則容易發(fā)生散射等現(xiàn)象，增加光柵之間金屬沉積的可能性；若靶基距的取值過小，則局部溫度升溫過高，容易對造成高分子基材形變。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述雙靶磁控濺射工藝中濺射功率為20～40w，例如可以是20w、22w、24w、26w、28w、30w、32w、34w、36w、38w或40w等。

17、優(yōu)選地，所述雙靶磁控濺射工藝中濺射時間為180～220s，例如可以是180s、185s、190s、195s、200s、205s、210s、215s或220s等。

18、若濺射功率為定值，濺射時間越長，沉積的金屬層越厚；若濺射時間為定值，濺射功率越大，沉積的金屬層越厚。

19、本發(fā)明中，通過控制濺射功率和濺射時間均在特定的范圍內(nèi)，可制備得到具有特定厚度的金屬層，進而得到性能優(yōu)異的金屬線柵偏振片。若濺射功率過大，會局部產(chǎn)生更高的熱量，而高分子基材本身不耐熱，會導(dǎo)致高分子基材被損壞，無法制備得到金屬線柵偏振片；若濺射功率過小，等離子體可能無法正常起輝，或起輝后無法正常濺射金屬。因此需要合理控制功率既能保證順利完成薄膜沉積，也可以保證低溫。

20、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述基材選自高分子樹脂膜或光學(xué)玻璃。

21、優(yōu)選地，所述高分子樹脂膜的彈性模量為3000～4000mpa，例如可以是3000mpa、3100mpa、3200mpa、3300mpa、3400mpa、3500mpa、3600mpa、3700mpa、3800mpa、3900mpa或4000mpa等。

22、彈性模量的測試方法：根據(jù)國標gb/t?5594.2進行測試。

23、優(yōu)選地，所述高分子樹脂膜的水接觸角為50°～80°，例如可以是50°、52°、54°、56°、58°、60°、63°、66°、68°、70°、72°、75°、78°或80°等。

24、使用水接觸角測試儀對高分子樹脂膜的水接觸角進行測試。

25、優(yōu)選地，所述高分子樹脂膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度≥100℃，例如可以是100℃、102℃、105℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃、118℃、120℃、123℃或125℃等。

26、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測試方法：可根據(jù)國標gb/t?29611—2013進行測試。

27、優(yōu)選地，所述高分子樹脂膜選自三醋酸纖維素(tac)膜、亞克力(pmma)膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)膜中的任意一種。

28、需要說明的是，本發(fā)明對于基材的厚度沒有任何特殊的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)產(chǎn)品使用場景而定，示例性地包括：用于光路中的厚度為150μm。

29、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述帶有微結(jié)構(gòu)的硅晶圓模具的周期性尺寸≤200nm，例如可以是100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm等。

30、優(yōu)選地，所述固化膠包括uv光固化膠。

31、需要說明的是，本發(fā)明中，對于uv光固化膠的具體選擇沒有任何特殊的限制，本領(lǐng)域常用的uv光固化膠均適用。

32、優(yōu)選地，所述涂覆的厚度為100～300nm(例如可以是100nm、120nm、140nm、150nm、160nm、180nm、200nm、220nm、240nm、260nm、280nm或300nm等)，進一步優(yōu)選為150nm。

33、優(yōu)選地，所述涂覆的方法包括旋涂。

34、優(yōu)選地，所述旋涂的轉(zhuǎn)速為2500～4500rpm(例如可以是2500rpm、2700rpm、2800rpm、3000rpm、3200rpm、3400rpm、3600rpm、3800rpm、4000rpm、4200rpm、4300rpm或4500rpm等)，進一步優(yōu)選為3000rpm。

35、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述納米壓印的時間≥15s，例如可以是15s、16s、17s、18s、19s、20s、21s、22s、23s、24s或25s等。

36、優(yōu)選地，所述固化的方法包括使用uv光進行固化。

37、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述預(yù)烘烤的溫度為55～85℃，例如可以是55℃、56℃、58℃、60℃、63℃、66℃、68℃、70℃、72℃、75℃、77℃、78℃、80℃、81℃、84℃或85℃等。

38、本發(fā)明中，預(yù)烘烤的作用是除去基材中吸附的水汽，保持樣品的成分純正。

39、優(yōu)選地，所述預(yù)烘烤的時間≥45min，例如可以是45min、46min、47min、48min、49min、50min、51min、52min、53min、54min或55min等。

40、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述金屬線柵偏振片的制備方法具體包括如下步驟：

41、(1)在轉(zhuǎn)速為2500～4500rpm的條件下，在基材上旋涂uv光固化膠，旋涂厚度為100～300nm，使用帶有微結(jié)構(gòu)的硅晶圓模具進行納米壓印，使用uv光進行固化，分離帶有微結(jié)構(gòu)的硅晶圓模具，得到具有微納結(jié)構(gòu)的基材；

42、其中，帶有微結(jié)構(gòu)的硅晶圓模具中的周期性尺寸≤200nm，納米壓印的時間≥15s；

43、(2)在55～85℃下，對步驟(1)得到的具有微納結(jié)構(gòu)的基材進行預(yù)烘烤，預(yù)烘烤的時間≥45min，將其轉(zhuǎn)移至磁控濺射腔中，經(jīng)雙靶磁控濺射工藝，在具有微納結(jié)構(gòu)的基材表面沉積金屬，得到所述金屬線柵偏振片；

44、其中，雙靶磁控濺射工藝中兩個鋁金屬靶對稱放置，靶材角度為10°～45°，靶基距為70～90mm，濺射功率為20～40w，濺射時間為180～220s。

45、需要說明的是，將預(yù)烘烤后的具有微納結(jié)構(gòu)的基材轉(zhuǎn)移至磁控濺射腔是需要在真空條件下轉(zhuǎn)移，且轉(zhuǎn)移后，磁控濺射腔室的真空度達到10-5pa后開始通惰性氣體(惰性氣體優(yōu)選氬氣)，當腔體內(nèi)部的氣壓穩(wěn)定在10-3pa后，靶材表面可以穩(wěn)定啟輝。

46、第二方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的制備方法制備得到的金屬線柵偏振片，所述金屬線柵偏振片在波長≥430nm的光學(xué)透過率≥60％，例如可以是60％、62％、64％、66％、68％、70％、72％、74％、76％、78％或80％等。

47、光學(xué)透過率的測試方法，使用jasco分光光度計v7100進行測試，光譜范圍為可見光380nm～780nm。

48、第三方面，本發(fā)明提供一種如第二方面所述的金屬線柵偏振片的應(yīng)用，所述金屬線柵偏振片用于制備攝像設(shè)備或探測設(shè)備。

49、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

50、本發(fā)明通過使用納米壓印工序制作微納光柵結(jié)構(gòu)，通過并使用雙靶磁控濺射在光柵結(jié)構(gòu)表面濺射金屬層，同時通過控制雙靶磁控濺射的各工藝條件在特定的范圍內(nèi)，通過簡單、快速、高效的制備方法，制備得到了性能優(yōu)異的金屬線柵偏振片，其在波長≥430nm的可見光范圍內(nèi)，光學(xué)透過率≥60％，光柵之間未沉積金屬。