專利名稱：大尺度線柵偏振器的應(yīng)用和制造技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請的實施方案涉及線柵偏振器。更具體而言，本申請的實施方案 涉及使用線柵偏振器的顯示器組件和制造可以用于這些顯示器的大面積 線柵偏振器的非光刻技術(shù)。
背景技術(shù)：
人們應(yīng)當(dāng)意識到直視液晶顯示器(LCD)己經(jīng)被應(yīng)用了很多年。這些直 視LCD廣泛地應(yīng)用于膝上型電腦、桌上型監(jiān)視器、TV、蜂窩式電話和其它 應(yīng)用。幾乎所有的直視LCD均為向列型(TN、 VA和IPS)，因此需要偏振器 來觀測通過將電場施加到液晶材料上產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)。在圖l中示意性地顯示了直視LCD的一個實例。典型地，這些直視LCD組件包含發(fā)射非偏振
光102的背光100、透射一個偏振面112的第一偏振器110、單獨可調(diào)制的 液晶元件的平面陣列118和第二偏振器120。第一偏振器的功能是只透射 一個偏振面以照射平面液晶陣列118。在所有當(dāng)前的設(shè)計中，偏振器118 和120均為二色性型(吸收型)，其中透射一個偏振面，同時吸收正交的偏振 面。
使用這種串聯(lián)吸收型偏振器的一個顯著的問題是背光照明的凈透射 率很低。在吸收型偏振器的情況下，理論上最多只有50%的背光輸出可以 用來照射LCD并且被觀察器130觀測到。實際上，吸收型偏振器的效率小 于理想值，并且只有40-45%的可用背光能夠透射穿過任一個偏振器。因此， 通過串聯(lián)的一對偏振器118和120的背光照明的凈透射率最多只有36-40%。
為了使可用于液晶層和觀察器的背光輸出的百分率更高，多年以來開 發(fā)了幾種偏振恢復(fù)(recovery)技術(shù)。這些技術(shù)將通常被吸收因而未纟皮利用的 一些偏振面轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜谡丈銵CD的偏振面。在圖2中顯示了偏振恢復(fù)技術(shù) 的一個代表實例。圖2中所示的實例來自美國專利5,422,756。在美國專利 5,587,816、 5,751,388和5，973,833中可以找到偏振恢復(fù)的其它實例。從圖2 中可以理解在偏振恢復(fù)的現(xiàn)有技術(shù)中使用的原理。如之前在圖l中的，非 偏振光102由背光100提供。如果背光100沒有漫射反射性能，則需要包含 輔助的漫射層(diffoser layer)240。利用漫射性能使光242的偏振面隨機化； 將一些p-偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閟-偏振并且將一些s-偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閜-偏振。反射式偏 振器250根本不同于常規(guī)的二色性偏振器；它透射一個偏振面252并且反射 正交的偏振面254。通過如下方法實現(xiàn)偏振恢復(fù)反射不需要反射的偏振 面252，并且將它的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰钠衩妫纱怂环瓷涫狡衿?250透射。
圖2還說明了使用這種反射式偏振器的問題。反射式偏振器250的消 光系數(shù)非常差，因而顯示器需要第二"消除"偏振器110以產(chǎn)生足夠的反差； 它沒有消除對背側(cè)吸收型偏振器的需要。因此在所有當(dāng)前的直視LCD設(shè) 計，甚至使用當(dāng)前可利用的偏振恢復(fù)方法的那些直視LCD中，也串聯(lián)使用 兩個吸收型偏振器。
在圖3A-3B中說明了使用反射式偏振器的現(xiàn)有技術(shù)的偏振恢復(fù)技術(shù)。可以在例如美國專利# 5,422,756中找到這些現(xiàn)有技術(shù)的反射式偏振器的設(shè) 計實例。圖3A的反射式偏振器300包含用棱鏡表面316裝配的透明襯底312 和314。在接合棱鏡表面312和314之前，在一個或兩個棱鏡表面上沉積多 層電介質(zhì)涂層。在多層沉積之后，在沒有損害它們的光學(xué)性能的任何空隙 的情況下將棱鏡表面粘合在一起。這是一種復(fù)雜且昂貴的制造方法。如圖 3B中的特寫所示，棱鏡表面316可以由以層疊方式設(shè)置的數(shù)百層交替的聚 合物膜構(gòu)成，其中無定形膜320與雙折射膜322交替。膜的層疊體透射入射 光的p-偏振318-p，同時反射s偏振318-s。除上述問題以外，使用這些反射 式偏振器還存在涉及性能和成本的其它問題。具體而言，在圖3A和圖3B 中所示類型的回射式(retroreflective)偏振器使用造價高昂的復(fù)雜的多層 結(jié)構(gòu)體。因此，盡管現(xiàn)有技術(shù)的反射式偏振器解決了提高LCD亮度的需要， 但是上述問題和其它己知的問題仍然存在。
使用兩個吸收型偏振器的備選方案是使用線柵偏振器。線柵偏振器典 型地包含由透射襯底支承的密集平行導(dǎo)線的陣列。在圖4中示出了這種偏 振器的透視示意圖?？梢钥闯觯衿?10包含在透明的襯底414上的平 行導(dǎo)線412的陣列。所述導(dǎo)線的每一根的特征在于厚度t、寬度w和相對于 相鄰導(dǎo)線的周期性間距(或周期)八。在操作中，非偏振光416以角度cp入射。 (注意入射角cp可以為零；即光416可以垂直于偏振器410的表面)。入射 光416的一部分418被反射，同時另一部分420被透射。反射部分418幾乎全 部是s-偏振(與導(dǎo)線412的方向平行的電矢量)，而透射部分420幾乎全部是 p-偏振(與導(dǎo)線412的方向垂直的電矢量)。
理想地，線柵偏振器起著一個偏振面(例如，s-偏振光)的理想反射鏡 的作用并且對正交的偏振面(例如，p-偏振光)是完全透明。實際上，甚至 反射最大的金屬也吸收一部分，而只反射80至95%的入射光。類似地，由 于表面反射，名義上透明的襯底透射不了100%的入射光。在所關(guān)心的波長 和入射角的范圍外的偏振器性能表征為透射的(Tp/Ts)和反射的(IVRp)光束 的反差比和光效率(透射過的入射非偏振光的百分比)。
線柵偏振器的總性質(zhì)由(l)平行導(dǎo)線的中心至中心的間距或周期 (periodicity)和(2)入射輻射的波長之間的關(guān)系確定。只有當(dāng)導(dǎo)線的周期A小 于令人感興趣的波長時，所述陣列才可以具有似偏振器的性質(zhì)。如果導(dǎo)線的周期超過令人感興趣的波長，則格柵起著衍射光柵的作用。此外，存在 過渡區(qū)，其中導(dǎo)線的周期落在令人感興趣的波長的大致三分之一至兩倍 (即，A〈2X)的范圍內(nèi)。在這種過渡區(qū)中觀察到發(fā)生大的突變，即反
射率的增加與對應(yīng)的p-偏振光的反射率的降低結(jié)合。這種"Raleigh共振" 對于任何給定的入射角，在一個或多個指定的波長處出現(xiàn)。結(jié)果，具有落 入這種過渡區(qū)的周期的線柵不適合用作寬帶偏振器。
相對二色性吸收的偏振器，線柵偏振器技術(shù)提供一些固有的優(yōu)點。線 柵偏振器通過光的反射和透射進行操作，因此既不是溫度靈敏的，它也不 吸收過量的能量。相反，二色性吸收偏振器通過光的選擇性吸收和透射進 行操作。如此，由于(a)有機染料對加熱的存在下的降解的靈敏性和(b)通過 拉伸聚合物以排列染料分子實現(xiàn)的聚合物取向的熱重排(馳豫)，因此二色 性基偏振器具有溫度靈敏性。這種溫度靈敏性限制了可以用于制造二色性 吸收偏振器的制造方法的類型?？衫玫妮^低溫方法通常在產(chǎn)量、質(zhì)量和 成本方面是次優(yōu)的。
人們研制了用于毫米波和微波頻率范圍的線柵偏振器。由于那時現(xiàn)有 的加工技術(shù)(例如，在心軸(mandrel)上拉伸細線)不能制造足夠小周期的平 行導(dǎo)線，因此這些線柵偏振器起初不能用于紅外和可見光波長范圍。光刻 技術(shù)的使用克服了獲得必需的小周期的問題。例如，參見，Garvin等的保 護"Process for Fabricating Small Geometry Semiconductive Devices Including Integrated Components"的美國專利4,049,944，在某種程度上，該專利教導(dǎo) 了使用光刻材料的全息曝光制造線柵偏振器的方法。例如，在下列美國專 利，即在Perkins等的保護"Broadband Wire Grid Polarizer For the Visible Spectrum"的美國專利6,122,103和Kurtz等的保護"Wire Grid Polarizer"的美 國專利6,665,119中，教導(dǎo)了光刻術(shù)在用于形成線柵偏振器的方法中的其它 應(yīng)用。
Bird等的保護"Process For Preparing Light Polarizing Materials，，的美國 專利3,046,839和Krueger等的保護"Method For Making Polarizers Comprising a Multiplicity of Parallel Electrically Conductive Strips on a Glass Carrier"的美國專利4,456，515公開了用于形成線柵偏振器的光刻方法，該光 刻方法消除了困難的蝕刻步驟。在透明的襯底上直接制備微細間隔的平行
15線的光刻圖案之后，以斜角將薄的金屬層沉積到襯底上。傾斜的入射角與
在抗蝕圖案中周期性的拓撲階梯結(jié)構(gòu)(topographic step)結(jié)合，導(dǎo)致金屬主要
積聚在圖案的側(cè)壁上。當(dāng)隨后將光致抗蝕劑沖洗掉時，只有附在光致抗蝕 劑脊之間的襯底上和在抗蝕圖案的側(cè)壁上積聚的細金屬線仍然存在。
例如，由Karthe(參見，Wolfgang Karthe, "Nanofabrication Technologies and Device Integration", Proceedings of SP正,第2213巻(1994年7月)， 288-296頁)公開了用于將平行導(dǎo)線的周期從約1微米(將得到的器件限制到 近IR光譜)降低至約0.1微米(適用于可見光譜)的光刻技術(shù)。
通過使用光刻的方法制造線柵偏振器的技術(shù)面臨固有和眾所公認的 局限性。首先，在單次曝光過程中可以曝光的區(qū)域一側(cè)的長度(因而，偏振 器的尺寸)被限制為幾英寸。對于大多數(shù)直視顯示器例如在膝上型電腦、電 視接收機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助手(PDA)等中應(yīng)用的那些直視顯示器， 這種長度是極其小的。其次，由于高分辨率光刻掩模定位器和放置這種系 統(tǒng)所必需的超高質(zhì)量的凈室設(shè)備的成本，因此光刻方法的成本是相當(dāng)高 的。
全息光刻術(shù)已經(jīng)被用于形成亮區(qū)和暗區(qū)以使光致抗蝕劑曝光。這么做 需要很精密復(fù)雜的光學(xué)裝置和激光器，除此以外可以用干涉圖使光致抗蝕 劑曝光。然而，源于兩種傾斜光束干涉的干涉圖產(chǎn)生的周期決不會小于激 光的波長。因此，在可見激光的情況下，不可能達到可見光偏振器所需的 等于或小于100nm的周期。這么做需要一種遠紫外線波長的激光，而且通 常不能獲得適用于這種光譜區(qū)的光致抗蝕劑。
因此，在本領(lǐng)域中需要一種足夠大的用于直視顯示器的線柵偏振器和 用于制造這種線柵偏振器的方法。
發(fā)明概述
通過本發(fā)明的實施方案，克服了與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的缺點。 根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，使用在薄膜襯底上形成多根具有預(yù)定周 期A的基本上直的金屬線的方法，可以制造線柵偏振器。在所述襯底的表 面上形成一個或多個材料層，包括犧牲層和一種或多種導(dǎo)電材料。在所述 襯底和/或所述犧牲層的表面上形成納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)。然后選擇性蝕刻所述一種或多種材料以形成所述多根基本上直的金屬線。例如通過 將所述薄膜襯底進行彈性拉長至能夠形成所述金屬線并且恢復(fù)，可以形成 所述線。
可以在不使用光刻技術(shù)將所述一種或多種材料中的任何一種形成圖 案的情況下，將材料層形成圖案并且蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，線柵偏振器包含在薄膜襯底上形成的 具有預(yù)定周期A的多根基本上直的金屬線。所述金屬線覆蓋長度大于約4
厘米、20厘米或40厘米并且寬度大于約4厘米、20厘米或40厘米的區(qū)域， 其中周期A在約IO納米和約500納米之間。
根據(jù)另一個實施方案，.直視顯示裝置包含背光源、液晶顯示器和設(shè)置 在所述背光源和液晶陣列之間的線柵偏振器。可以將所述液晶顯示器設(shè)置 在所述線柵偏振器和第二偏振器之間?？梢詫⒌诙衿髋渲贸赏干溆删€ 柵偏振器透射過的光。
從如下的詳細描述中，本發(fā)明的前述和其它特征將變得更明顯。這樣 的描述伴隨一組附圖
進行。在全部書面描述和附圖中，附圖標(biāo)記與書面正 文的那些附圖標(biāo)記相對應(yīng)，都指本發(fā)明的特征，并且相同的標(biāo)記指相同的 特征。
附圖簡述
當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，本發(fā)明的各種其它目的、特征和伴隨的優(yōu)點變得 更好理解，因而這些都得到充分的理解，其中在這幾幅圖中，相同的標(biāo)記
指相同或類似的部件，并且其中
圖l是直視液晶顯示器組件的一部分的三維分解圖。
圖2是使用串聯(lián)的一對吸收偏振器的直視顯示器的一部分的三維分解圖。
圖3A-3B是現(xiàn)有技術(shù)的反射式偏振器的一個實例的橫截面圖。 圖4是說明其操作原理的現(xiàn)有技術(shù)的線柵偏振器的透視圖。 圖5A至5K是一系列用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在彈性體 襯底上形成多根基本上平行的金屬線的方法的圖。
圖5L是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，拉伸襯底的橫截面示意圖。圖5M是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，使用納米壓印輥
(nano-imprint roller)形成納米級波狀面的橫截面示意圖。
圖5N是說明以大于約45度的角進行傾斜沉積的橫截面示意圖。 圖6A-6E是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，使用納米壓印模板石印
術(shù)(nano-imprint stamp lithography)形成納米級波狀面的橫截面示意圖。
圖6F是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，使用分步重復(fù)納米壓印模板
石印術(shù)形成線柵偏振器的納米級浮雕結(jié)構(gòu)表面的三維示意圖。.
圖6G-6J是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，使用壓印模板石印術(shù)和
傾斜式金屬沉積形成線柵偏振器的橫截面示意圖。
圖7A-7E是具有根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的線柵偏振器的直視液晶顯
示器組件的三維示意圖。
圖7F是具有根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的分片(tiled)線柵偏振器的直視
液晶顯示器組件的三維示意圖。
具體實施方案的詳述
盡管以下詳細的描述包含用于說明性目的的多種具體的詳情，但是本 領(lǐng)域的任一個普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以下詳情的多種變化和變更在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。因此，以下描述的本發(fā)明的示例性實施方案是闡述所要求的 發(fā)明，而不是使所要求的發(fā)明喪失一般性，并且不是對所要求的發(fā)明施加 限制。
本發(fā)明的第一實施方案提供一種用于形成線柵偏振器的方法，所述線 柵偏振器的特征在于具有適于在可見光和紅外光譜中操作的周期的平行 導(dǎo)線。與依賴于光刻術(shù)獲得必需的小周期的現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明的方法 不使用任何一種光刻術(shù)，因此不受伴隨光刻方法的裝置尺寸和資本設(shè)備成 本的總限制。如此，可以制造例如長大于約10厘米、寬為10厘米的大尺度 線柵偏振器。
如在此所用，術(shù)語"光刻術(shù)"和"光刻技術(shù)"通常指其中將光敏材料(例 如，光致抗蝕劑)涂覆在其上可以具有或不具有涂層的襯底材料的表面上， 然后使亮區(qū)和暗區(qū)的圖案曝光。所述光敏材料在以照明曝光的區(qū)域中發(fā)生 變化并且在未曝光區(qū)域中基本上不變化。曝光區(qū)域在隨后的顯影(溶解)過程中變得可溶性更大(陽圖光致抗蝕劑)或可溶性更小(陰圖光致抗蝕劑)。利 用與被稱為掩模定位器的很精密的設(shè)備件一起使用的光掩模，典型地(而不 是唯一地)形成亮區(qū)和暗區(qū)的圖案。掩模定位器(典型地幾百萬美元)以及放 置它所需的超凈室的低處理量和高成本使得這是一種較昂貴的制造方法。
如在此所用的術(shù)語"不使用光刻技術(shù)將所述一種或多種材料形成圖 案"通常指在將用于線柵偏振器的金屬線的襯底形成圖案的過程中，無需 使用掩模定位器或類似的精密且昂貴的設(shè)備件的制造方法。應(yīng)指出術(shù)語 "不使用光刻技術(shù)將所述一種或多種材料形成圖案"不排除使用光刻技術(shù)
制造用于將所述一種或多種材料形成圖案的母版(master).。
圖5A至5K說明了本發(fā)明的用于形成線柵偏振器的方法，所述線柵偏 振器適于尤其是在可見光和紅外波長下的操作。如圖5A所示，所述方法從 提供襯底522開始，而所述襯底522包含具有不受應(yīng)力長度"L"以及合適彈 性模量的彈性材料的薄膜。襯底522的合適彈性體膜的一個實例是厚度為 100微米的聚(二甲基硅氧烷)，該聚(二甲基硅氧烷)可從密歇根州的米德蘭 的Dow Corning Corporation以商標(biāo)SYLGARD 184商購。將這種材料配制成 具有允許將它軸向拉伸至高達其長度的100%而沒有屈服的彈性能力(一些 配方可以允許超過200%的拉伸而沒有屈服)。如在此所用的術(shù)語"沒有屈 服"指沒有非彈性(即，永久的)形變。在圖5B中，將相反的單軸拉伸力F, 和F2施加到襯底522上以將它拉長至"L"。
作為實例而不是限制，如圖5L中說明的，在輥對輥的環(huán)境中，可以通 過如下方法將拉伸力F^BF2施加到襯底上使襯底522穿過兩對以不同的 切向速度移動、以定距離間隔的夾緊輥542、 544,例如，兩對以不同的角 速度(o,和o)2旋轉(zhuǎn)的相同尺寸的夾緊輥。如果下游夾緊輥544具有比上游輥 542更高的切向速度，則兩對夾緊輥542、 544可以施加沿襯底522縱向定向 的拉伸力。
在圖5C中，用形成上覆的犧牲層524的材料涂覆受應(yīng)力的襯底522。可 以通過任何適合的技術(shù)形成犧牲層524，例如，通過在襯底522的表面上沉 積犧牲材料或者通過使襯底表面與例如等離子體或其它反應(yīng)性環(huán)境反應(yīng) 以形成犧牲層524。優(yōu)選地，所述犧牲層的厚度在約0.01微米0mi)和約l(^m 之間，更優(yōu)選在約O.l pm和約0.5pm之間。犧牲層524的材料優(yōu)選包含容易對反應(yīng)性離子蝕刻工藝敏感的水溶性聚合物。其它材料也適合于犧牲層 524，條件是(1)對反應(yīng)性蝕刻工藝敏感和(2)使用在下面所述的進行并且實 現(xiàn)剝離工藝用的適合溶劑。
將適合犧牲層524的水溶性聚合物分成幾類，從下面的列舉中選擇 (l)具有羧酸基的聚合物和它們的具有一價陽離子的鹽聚(丙烯酸)；聚(甲 基丙烯酸)；聚(馬來酸)；它們的鈉、鉀和銨鹽。
(1) 具有酰胺基的聚合物聚(丙烯酰胺)；聚(甲基丙烯酰胺)。
(2) 具有含羥基取代基的基團的聚合物聚(丙烯酸羥乙酯)；聚(甲基丙烯酸 2-羥丙酯)；聚(乙烯醇)。
(3) 具有多個醚基并且可以具有一些羥基端基的聚合物:聚(乙二醇)；聚(乙
二醇)單甲基丙烯酸酯的聚合物。
(5) (具有磺酸基的聚合物或它們的具有一價陽離子的鹽聚(苯乙烯磺酸)；
聚(苯乙烯磺酸，鈉鹽)；聚(乙烯磺酸，鈉鹽)。
(6) 具有多個亞胺或胺基的聚合物聚(乙烯亞胺)；聚(乙烯胺)。
(7) 為糖基直鏈的聚合物瓊脂；可溶性淀粉；羥乙基纖維素。
(8) 為氨基酸直鏈或者具有環(huán)化氨基酸基團的聚合物明膠；聚(乙烯基吡 咯烷酮)。
(9) 鈉鹽形式的酚醛樹脂可熔性酚醛樹脂。
(10) 共聚物的組合，包括一些含非水溶性單元的共聚物丙烯酰胺/丙烯酸 共聚物；馬來酸/甲基乙烯基醚共聚物；乙烯醇/乙酸乙烯酯共聚物；乙烯 基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物。
將犧牲層524以液體形式涂覆在襯底522上，之后使其在氣氛中干燥。 備選地，可以將犧牲層524沉積到在真空蒸發(fā)器中的襯底522上，或者形成 為獨立的膜之后將其層壓到襯底522的受應(yīng)力膜上。
如圖5D中所示，從襯底522除去軸向拉伸力Fi和F2導(dǎo)致它大致回到初 始長度L并且使?fàn)奚鼘?24彎曲。這種彎曲產(chǎn)生包含脊526和谷528的平行陣 列的波狀拓撲結(jié)構(gòu)體。根據(jù)彎曲理論，可以根據(jù)如下關(guān)系確定得到的這些 彎曲的所得周期A: A /t =[兀2E2/6(1-v,2)E,(SL/L)] 其中
20t=沉積層524的厚度。
E,=襯底522的楊氏模量。 E2 =沉積層524的楊氏模量。 v^襯底膜522的泊松比。 L =襯底522在拉伸之前的初始長度
SL=L'-L是在沉積層524之前，剛剛拉伸時，襯底膜522的長度變化。
楊氏模量(有時稱為彈性模量)通常指給定材料的剛性的量度標(biāo)準(zhǔn)。它 被定義為對于小應(yīng)變而言的應(yīng)力(拉伸力除以襯底522的垂直于拉伸力的橫 截面積)變化與應(yīng)變的比率的極限值(5L/L)。泊松比是在一個方向上拉伸的 材料在其它兩個方向上變得更薄的趨向的量度標(biāo)準(zhǔn)。泊松比定義為每單位 寬度的橫向收縮除以每單位長度的縱向拉長(SL/L)。
本發(fā)明的實施方案可以使用其它材料和方法研制類似的用于制造線 柵偏振器的表面構(gòu)形。例如，N.Bowden等在下列文獻中描述了其中彈性體 襯底的等離子體表面處理產(chǎn)生與圖5D中所述類似的波狀面的方法，該文獻 通過弓l用結(jié)合在此"The controlled formation of ordered, sinusoidal structures by plasma oxidation of an elastomeric polymer", Applied Physics Letters第75巻，第17期，1999年10月25日。這種技術(shù)用于在形成淺浮雕圖 案的聚二甲基硅氧烷(PDMS)上產(chǎn)生波浪(wave)。加熱PDMS并且它的表面 在氧等離子體中被氧化。所述氧化在表面上形成薄的剛性硅酸鹽層。當(dāng) PDMS冷卻時，它收縮并且將硅酸鹽層置于壓縮應(yīng)力下。通過彎曲除去這 種應(yīng)力，從而形成波長為0.5至10pm的波浪圖案。在PDMS中，這種波浪被 局部布置(order)為接近階梯或棱。通過控制PDMS的溫度和氧化的持續(xù)時 間，可以控制波浪的波長、振幅和圖案。
如圖5E中所示，例如，通過真空沉積法，將包含金屬或電介質(zhì)材料的 薄膜的掩模層530以斜角532沉積到犧牲層524的上述拓撲結(jié)構(gòu)上。可以看 出，得到的沉積掩模層530的特征在于具有交替厚度的連續(xù)區(qū)，該連續(xù)區(qū) 重復(fù)并且跟蹤犧牲層524的波動周期A。通常，在波動的犧牲層524對于斜 角532沉積是"上風(fēng)"側(cè)的上覆部分形成掩模層530的較大厚度，而在上覆在 對于傾斜沉積是"下風(fēng)"的犧牲層524的區(qū)域上面的部分上以較小厚度沉 禾只 。
F.Katzenberg, "Cost-Effective Production of Highly RegularNanostructured Metallization Layers", Nanotechnology,第14巻，(2003)， 1019-1022頁教導(dǎo)了將薄的金屬層傾斜沉積到彎曲的表面拓撲結(jié)構(gòu)體上以 形成金屬層，所述金屬層是周期性地更厚和更薄的，用于隨后在受應(yīng)力時 斷裂以形成平行的金屬線。
根據(jù)本發(fā)明的備選實施方案，如果掩模層530不是最后構(gòu)成線柵偏振 器的平行導(dǎo)線，則可以使用電介質(zhì)材料作為掩模層530。優(yōu)選的沉積用金 屬包括鋁、銀、鎳、銅、鎢以及鎢和鈦的合金，全部都是沉積在具有低的 內(nèi)應(yīng)變的犧牲層524上面的金屬。用于沉積為掩模層530的適合的電介質(zhì)材 料的實例包括但不限于氯化鈉、二氧化硅和氮化硅，全部都是容易斷裂的 材料。入射角532優(yōu)選大于約45度。對于接近45度的角，沉積的材料具有 與周期性的表面浮雕結(jié)構(gòu)對應(yīng)的較厚和較薄區(qū)域。對于顯著大于45度的沉 積角，例如，如圖5N中所示的55度，沉積的涂層可以是不連續(xù)的，其中在 面向沉積源的波動面上的形成厚區(qū)域，而在遠離所述沉積源的波動面上沒 有沉積物積聚。結(jié)果，材料沉積帶525形成圖案，所述材料沉積帶525具有 由寬度為d的間隔527隔開的寬度w。作為實例，可以形成這種在襯底表面 上的周期性浮雕結(jié)構(gòu)的高度h約為0.3A的不連續(xù)涂層。
對于在45度附近的沉積角，其中沉積層不是不連續(xù)的，只是較厚且較 薄的，于是如圖5F中所示施加軸向力F卩和F2'，將彈性體襯底522拉長至I"。 襯底522的這種拉長導(dǎo)致掩模層530在它的周期性分布的變薄區(qū)域斷裂，從 而形成由間隔534隔開的掩模層530的材料的周期性分布的平行線。因為如 圖5C中所示，將犧牲層524沉積在后續(xù)拉長(至L')的襯底522上，所以當(dāng)襯 底522的受應(yīng)力長度L"必須超過之前的受應(yīng)力長度L，以使?fàn)奚鼘?24發(fā)生 斷裂時，由力Fr和F2'產(chǎn)生的凈拉力必須超過最初施加的凈拉力。而且，掩 模層的周期性分布的線的周期假定為新值A(chǔ)'，所述A'由于增加襯底522的 受應(yīng)力長度(L"對L')而略微超過A。
間隔534的寬度優(yōu)選在X/5和X/10之間，在此X是被此處所述那樣制造的 線柵偏振器偏振的光或其它輻射的特征波長。應(yīng)該理解這些間隔534確定 由在此所述的方法形成的線柵偏振器的平行導(dǎo)(金屬)線的寬度。優(yōu)選地， 平行導(dǎo)線的周期約為人/3或更小，以使所得到裝置有效地起偏振器的作用。
然后將所述裝置進行反應(yīng)性離子蝕刻處理，同時繼續(xù)施加軸向力F,和F2并且保持間隔534。在這種處理中，可以將所述裝置放置在真空加工
室中，在此反應(yīng)性離子蝕刻處理將犧牲層524的被間隔534暴露的那部分除 去，同時掩模層530的周期性分布部分保護犧牲層524的下覆部分，從而留 下如圖5G中所示的結(jié)構(gòu)體。
然后，在繼續(xù)拉伸彈性體襯底522的同時，將薄金屬層536真空沉積 在表面上。優(yōu)選將形成薄金屬層536的蒸發(fā)物垂直入射到襯底522的表面上 以利于下面所述的后續(xù)剝離。應(yīng)該明白，薄金屬層536的周期性分布的部 分形成由此處方法所形成的線柵偏振器的導(dǎo)線。適合形成薄金屬層的材料 包括但不限于鋁、金、銀和鎳。在其它特征之中，這些材料的每一種的特 征在于在所關(guān)注波長下的良好反射。如在圖5H中可以看出，薄金屬層536 交替地涂覆間隔534和掩模層530的上覆在犧牲層524上面的周期性分布部 分。然而，所述金屬層相對于犧牲層的厚度足夠薄以使在掩模層530的周 期性分布部分下面的犧牲層帶524的側(cè)面暴露。
如圖5I中所述，將受應(yīng)力裝置浸入到能夠溶解犧牲層524的溶劑538中。 如上所述那樣，如果層524包含水溶性聚合物，則水是溶劑的合適選擇。 所述溶劑可以從上述暴露側(cè)面進入犧牲層524。這導(dǎo)致犧牲層524的殘留的 水溶性聚合物材料的溶解，從而導(dǎo)致上覆層530和536的剝離。在圖5J中示 出了這種處理的結(jié)果?？梢钥闯觯涣粝卤〗饘賹?36的周期性分布部分。
然后，除去用于將彈性體襯底522拉長至L"的軸向力Fr和F2'，從而讓 彈性體襯底522基本上回到它的初始尺寸，同時由剝離處理之后留下的薄 金屬層536的部分所形成的平行導(dǎo)線的周期從A'降低至預(yù)定值A(chǔ)。得到的線 柵偏振器示于圖5K中。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該承認存在許多關(guān)于上述用于在犧牲層524和/或襯 底522上形成需要的波狀圖案的技術(shù)的變化。例如，如在圖5M中所示，可 以將抗蝕劑550的形式的犧牲層形成在襯底的表面上，并且使用納米壓印 輥552的周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)形成圖案。納米壓印輥帶有多個具有所需納 米級周期A'的線性構(gòu)造554。將這種周期轉(zhuǎn)移到抗蝕劑540中。可以備選地 使用類似的技術(shù)使襯底522本身形成圖案。
因此，應(yīng)該理解本發(fā)明的上述實施方案通過提供一種制造方法解決了 困擾制造具有足夠小的周期的線柵偏振器的問題，所述制造方法的特征在于(1)使用單獨的犧牲涂層材料形成薄的皺折層(犧牲層524)， (2)通過反應(yīng)
性離子蝕刻選擇性除去所述犧牲涂層材料的一部分，(3)沉積具有為光學(xué)性 能選擇的組成和厚度的薄金屬層(薄金屬層536)和(4)使用依賴于犧牲層的 溶解度的剝離處理除去在后面不需要的結(jié)構(gòu)體。
另外，可以使用分步重復(fù)納米壓印技術(shù)形成周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)(例 如，如圖5D中所示)或形成線柵偏振器的導(dǎo)線。例如，圖6A-6E說明了可適 于實施本發(fā)明的實施方案的軟納米壓印石印術(shù)。在這種技術(shù)中，將母版602 制造成在其表面上具有凸起的特征604和間隔606的圖案。在母版602上的 特征圖案與將要轉(zhuǎn)移到彈性體模板608中的圖案相反。優(yōu)選地，所述特征 圖案的特征在于在約20nm和約500nm之間的間距以及寬度在約10nm和約 200nm之間的特征。可以使用電子束光刻術(shù)在適合的襯底中形成這些特征。 適合的襯底的實例包括例如，硅或在下覆硅襯底上的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)的薄層(例如300 nm)。
模板608可以包含剛性的底板610和彈性體層612。如圖6B中所示，將 未固化或部分固化狀態(tài)下的彈性體層612對著母版602上的圖案按壓。隨后 使彈性體層612固化以固定從母版602轉(zhuǎn)移的圖案。為了實現(xiàn)與模板610的 可靠和可重復(fù)的保形接觸以及相對沒有缺陷的分開，模板需要具有相對低 和限定的楊氏模量以及高的韌性以避免易損壞特征的局部超負荷和由脆 性斷裂導(dǎo)致的缺陷。對于模板，還需要具有足夠的彈性行為，以使模板即 使在經(jīng)過明顯的應(yīng)變(例如約25%或更大)之后，也可以恢復(fù)它的初始形狀。 此外，對于模板610，需要具有低的粘附功以便于以低的力下將模板與母 版分開并且防止顆粒粘附到襯底上。作為舉例，彈性體層612可以是硅氧 烷彈性體材料如聚(二甲基硅氧烷)的層。彈性體材料的選擇還部分依賴于 印刷的結(jié)構(gòu)元件的尺寸。通常，結(jié)構(gòu)元件越小，可能需要使用具有越高楊 氏模量的彈性體。
如圖6C中所示，例如，通過浸漬或與印泥(沒有顯示)接觸，可以將抗 蝕劑614涂覆在模板608的彈性體層612上的圖案上。優(yōu)選地，抗蝕劑是當(dāng) 印刷到襯底上時形成自組裝單層的類型?？刮g劑614的材料的選擇部分依 賴于其上將要印刷抗蝕劑的襯底的材料，并且部分依賴于彈性體層612是 否可以使用抗蝕劑614涂敷(inked)。作為舉例，垸烴硫醇可以在金、銀和銅上形成自組裝的密集有序的單層，并且可以使用由硅氧垸彈性體如 PDMS制成的模板進行印刷。適合的鏈烷硫醇的實例包括十二烷硫醇
(CH3(CH2)nSH)和十六烷硫醇(CH3(CH2;h5SH)。
使涂覆模板608的彈性體層612的抗蝕劑接觸表面，將抗蝕劑614從模 板的凸起部分614轉(zhuǎn)移到襯底615的表面上。如圖6D中所示，結(jié)果是在襯底 615的表面上形成了抗蝕劑614的多個自組裝單層的圖案。只作為舉例，襯 底615可以在聚合物下覆層618上包含金屬626如金、銅或銀的層。如圖6E 中所示，可以使用適合的蝕刻工藝蝕刻襯底615的沒有被抗蝕劑614覆蓋的 部分。只作為舉例，可以使用在氧氣飽和的l摩爾氫氧化鉀(KOH)中的O.l 摩爾氰化物溶液蝕刻金。金屬層616的蝕刻可以在下覆聚合物618上形成以 定距離間隔的金屬線的圖案。任何殘留的覆蓋金屬線的抗蝕劑614都可以
被看作是可除去的犧牲層。
如果模板608的尺寸受到限制，則如在圖6F中所示，通過使用分步重
復(fù)石印術(shù)，可以將上述技術(shù)用于制造大面積線柵偏振器。具體而言，模板 608將抗蝕圖案應(yīng)用到襯底615的一部分上，然后移動到相鄰部分，在此重 復(fù)抗蝕圖案。 一旦所述圖案覆蓋襯底615的足夠大的面積，就可以蝕刻襯 底以制造波狀面圖案。用于移動模板608或襯底615的步進器可以具有寬范 圍的步進公差，例如在約l^im至約25pm之間。應(yīng)該指出步進公差是效率的 函數(shù)并且不是一個破壞缺陷的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在關(guān)于圖6A-6E中所示技術(shù)的變化中，
可以使用納米模板石印術(shù)和傾斜式金屬沉積制造線柵偏振器。具體而言， 可以如上面相對于圖6A-6B所述那樣制造納米壓印模板608?？梢允褂卯?dāng)印 刷到襯底620上時形成自組裝單層的這一類型的抗蝕劑614涂覆模板608。 如圖6G中所示，當(dāng)對著襯底620的表面按壓模板608的抗蝕劑涂覆的表面 時，將抗蝕劑614的圖案轉(zhuǎn)移到透明的襯底620(例如，玻璃或聚合物)上。 所述抗蝕劑形成如圖6H中所示并且如上面相對于圖6C所述那樣的圖案。 然后可以通過在形成圖案的抗蝕劑614中的開口蝕刻襯底620，從而在襯底 620的表面中留下周期性浮雕結(jié)構(gòu)，即如圖6I中所示的脊621和谷623的圖 案。然后可以在脊621和谷623的圖案上以斜角(例如，如上面相對于圖5N 所述的大于45度)沉積金屬622。通過適當(dāng)?shù)剡x擇周期X、谷的深度和傾斜沉積的角度，傾斜沉積可以形成具有以定距離間隔的金屬線的金屬化圖案 624，所述金屬線形成用于線柵偏振器的線。
在另一個備選的實施方案中，可以通過與壓縮盤(CD)或數(shù)字視頻盤
(DVD)制造中使用的技術(shù)類似的熱或冷壓印技術(shù)，使用母版將線柵圖案直
接壓印到可變形的襯底(例如，適合的聚合物)中。使用電子束光刻或激光 蝕刻將圖案蝕刻到高度拋光的涂覆有光致抗蝕劑的玻璃母版襯底中，可以 在母版上制造線柵圖案。然后例如，使用紫外光使光致抗蝕劑固化，并且 將未固化部分漂洗掉。然后可以通過在抗蝕劑中的開口蝕刻玻璃母版的表 面以形成圖案。然后可以將金屬(例如，鎳或銀模件)電鑄在玻璃母版上面。 然后可以將金屬模件除去并且例如，使用鎳合金進行電鍍以形成一個或多 個模板。可以使用所述壓模將線柵圖案注射模塑到聚合物(例如，聚碳酸酯)
襯底中以形成波狀面。注射模塑通常指這樣的一種制造方法通常在高壓 下迫使熔融材料進入模具，然后冷卻，因此所述材料呈現(xiàn)出模具上的圖案 的鏡像形狀。
上述提及的技術(shù)允許制造特征在于在約20納米(nm)和約500納米之間 的周期A的大尺度線柵偏振器，其中所述偏振器的金屬線覆蓋尺寸為長約4 厘米(或20厘米或40厘米)至約10公里并且寬約4厘米(或20厘米或40厘米)至 500厘米的襯底面積，同時金屬線寬約10nm至約100nm并且厚約5nm至約 1000nm的范圍內(nèi)?？梢砸栽诿科椒矫准s$1/平方米和約$100/平方米之間的 成本大規(guī)模制造這種線柵偏振器。以前用于制造在這種尺度的線柵偏振器 的適合的技術(shù)的缺乏表現(xiàn)出對這種偏振器用于直視顯示器應(yīng)用的阻礙。經(jīng) 過比較，使用包括使用掩模定位器的光刻技術(shù)制造的線柵偏振器的成本約 為$80,000/平方米。
例如如上所述制造的大尺度線柵偏振器可以用于直視顯示器組件中， 例如用于平面屏幕監(jiān)視器用的顯示器中。例如，圖7A說明了根據(jù)本發(fā)明的 一個實施方案的改進的直視LCD組件700A。在組件700中，非偏振光742 由背光701產(chǎn)生，在此，為簡單起見，假設(shè)將光漫射功能結(jié)合到背光701中。 使非偏振光742入射到線柵偏振器702上，于是一部分被反射760， 一部分 被透射780。透射光780直接照射圖像生成器718如液晶顯示器(LCD)陣列， 同時反射的偏振面760向背光701返回。可以將LCD陣列718放置在線柵偏振器702和第二偏振器720之間，所述第二偏振器720具有以透過透射光780 這樣的方式取向的偏振軸。
已知線柵偏振器透射很高分數(shù)(例如，>90%)的需要的偏振面并且基本 上沒有(例如，<0.01%)不需要的偏振面。相反，用于直視LCD的現(xiàn)有技術(shù) 的反射式偏振器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體朝LCD陣列透射顯著分數(shù)(例如々10y。)的不 需要的偏振面。因此，在具有現(xiàn)有技術(shù)的反射式偏振器的LCD組件中，在 反射式偏振器之后需要第二"清除"偏振器以全部除去這種如圖2中252所 示的具有不需要的偏振面的透射光。在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中的在背光和液晶之 間的這種偏振器的串聯(lián)設(shè)置中，由于在所有偏振器中固有的實用低效率， 因此需要的偏振面的總透射顯著低于本發(fā)明的使用單個線柵偏振器的實 施方案中的總透射。這種提高的需要的偏振面的透射是有助于本發(fā)明的光 學(xué)效率相對于現(xiàn)有技術(shù)的反射式偏振器得到提高的兩個因素中的首要一
個o
再次參考圖7A，反射光760幾乎唯一地由不需要的偏振面組成(例如， >90%)。光760的偏振面變得混雜(即，偏振面在反射之后不保持)，同時從 背光701漫射式反射。當(dāng)從背光701反射時的偏振混雜的光760A再次繼續(xù)朝 線柵偏振器702返回。在合適偏振面中的返回光760A的一部分將被線柵偏 振器702透射成780A，同時不需要的偏振面再次被反射(為清楚起見，沒有 顯示)。相對現(xiàn)有技術(shù)的反射式偏振器的選擇性，線柵偏振器的選擇性的提 高成為了本發(fā)明的光學(xué)效率得到提高中的第二個因素。在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計 中，從反射式偏振器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體反射的光具有相當(dāng)大部分的需要的偏振 面以及不需要的偏振面。在這種反射/混雜過程中，需要的偏振面將混雜成 不需要的偏振面，于是它被反射式偏振器拒收(反射)，從而必須以衰減的 效率再次通過反射/混雜過程。重復(fù)此過程，每一次都透射出最初沒有用的 正交偏振的更多一部分。
對于圖7A的直視顯示器700，可以有多種變化。例如，如圖7B中所示， 直視顯示器700B可以具有截然不同的設(shè)置在背光701和線柵偏振器702之 間的層漫射器740，從而實現(xiàn)偏振混雜功能。備選地，如圖7C中所示，直 視顯示器700C可以具有與反射式線柵偏振器702整體合并的漫射器740或 它的等價功能。另外，可以使用多種可能類型的偏振器作為有時稱為分析器的第二偏
振器720。例如，如圖7D中所示，直視顯示器700D可以使用第二線柵偏振 器721作為與線柵偏振器702串聯(lián)的第二偏振器。然而，如在圖7D所示，當(dāng)
使用線柵偏振器作為前面偏振器時，固有的反射性是顯著的問題。周圍的 照明源730被前面的線柵偏振器720強烈反射并且減小顯示器700D產(chǎn)生的 反差。因此，來自周圍的光源730的反射710從顯示器700D中出來的光競爭，
從而顯著減小由顯示器產(chǎn)生的反差。因此，串聯(lián)線柵型偏振器的使用可以 負面影響顯示器700D的可視性。
作為兩個串聯(lián)線柵偏振器的備選方案，如圖7E中所示，直視顯示器 700E可以采用線吸收型偏振器722作為串聯(lián)的前面偏振器，并且采用線柵 偏振器702作為背面偏振器。這種組合是創(chuàng)新的，因為線柵偏振器702的優(yōu) 良的反射偏振能力對于背面偏振功能是最佳的，而吸收型偏振器722的低 反射率對于前面偏振功能是最佳的。
另一個備選的實施方案中，如'圖7F中所示，分片(tiled)線柵偏振器732 可以用于由第一和第二常規(guī)的吸收型偏振器722A、 722B串聯(lián)的直視顯示 器700F中。分片線柵偏振器732包含由間隔736隔開的線柵區(qū)734。例如使 用如上所述的分步重復(fù)壓印的石印術(shù)，可以制造分片線柵偏振器732。如 在常規(guī)顯示器中，沿著在吸收型偏振器722A、 722B之間的光路設(shè)置圖像 生成器718，例如LCD顯示器。這種組合是創(chuàng)新的，原因是在顯示器工業(yè) 中，分片偏振器通常被考慮避免某些東西，因為通過間隔736的非偏振光 導(dǎo)致在觀察顯示器時，在偏振"分片"之間的間隔顯露出來。因此，分片偏 振器的使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是高度違反直覺(coimterintuitive)的。然 而，第二吸收型偏振器722B可以"消除"通過間隔736的非偏振光。因此， 對于商業(yè)上可接受的顯示器來說，如果線柵區(qū)734彼此充分接近，則間隔 736可以是不能明顯察覺的。可以憑經(jīng)驗確定線柵區(qū)734的間隔。可以使用 商業(yè)上有利的分步重復(fù)壓印石印術(shù)控制線柵區(qū)734的間隔。
應(yīng)該指出與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的前述實施方案的重要創(chuàng)新是線柵 偏振器在這樣的直視顯示器的用途。這種創(chuàng)新是重要的，原因是線柵偏振 器的優(yōu)良的反射偏振能力，所述線柵偏振器能夠消除圖2中所示的"消除" 偏振器IIO，從而明顯簡化LCD制造方法，提高光學(xué)效率并且降低LCD的成本。
本發(fā)明的實施方案允許經(jīng)濟地批量生產(chǎn)大尺度線柵偏振器。在本發(fā)明 的實施方案的情況下，人們可以在需要極小周期的波長下實現(xiàn)線柵偏振器 性能的優(yōu)點，包括最小能量吸收，溫度不靈敏性以及由低能耗和長壽命帶 來的經(jīng)濟性。與用于形成這些偏振器的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法不受 在使用光刻術(shù)中的固有特性的限制，這些固有特性包括小的顯示器尺寸和 大量的資本投資。
本發(fā)明的實施方案提供直視液晶顯示器用的偏振器類型的最佳組合， 它克服了現(xiàn)有技術(shù)裝置的缺點。本發(fā)明的實施方案提供克服現(xiàn)有技術(shù)裝置 的缺點的直視液晶顯示器用的反射式偏振器。本發(fā)明的實施方案提供直視 液晶顯示器用的反射式偏振器，這種反射式偏振器將偏振和偏振恢復(fù)兩種 功能組合到單一的簡單層中。這種反射式偏振器對于直視液晶顯示器更有 效率。通過避免使用單獨的偏振器層以獲得適當(dāng)?shù)娘@示器反差，本發(fā)明的 實施方案還可以更簡單地制造LCD。另外，通過使用單一的線柵偏振器代
替當(dāng)前復(fù)雜和昂貴的偏振恢復(fù)層，本發(fā)明的實施方案可以降低LCD組件的成本。
盡管上述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的完整描述，但是可以使用各種備 選方案、修改和等價物。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)根據(jù)上述描述確定， 而應(yīng)當(dāng)根據(jù)后附權(quán)利要求以及它們的等價內(nèi)容的全部范圍一起確定。無論 是否優(yōu)選的任何特征都可以與無論是否優(yōu)選的任何其它特征組合。在后附 權(quán)利要求中，除非另外特意聲明，不定冠詞"一個"或"一種"指在該冠詞之 后的物品的一個或多個的數(shù)量。不應(yīng)當(dāng)將后附權(quán)利要求解釋成包含裝置加 功能的限定，除了在給定的權(quán)利要求中使用術(shù)語"用于...的裝置"明確陳述 這種限定之外。
29
權(quán)利要求
1. 一種用于在薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期Λ的多根基本上直的金屬線的方法，所述方法包括如下步驟在所述襯底的表面上形成多個基本上直的納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)，其中所述周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)覆蓋長度大于約4厘米并且寬度大于約4厘米的區(qū)域，其中周期Λ在約10納米和約500納米之間；和在所述周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)上形成一個或多個材料層，所述一個或多個層包含一種或多種導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料在長度大于約4厘米并且寬度大于約4厘米的所述襯底區(qū)域上形成所述多根基本上直的金屬線，其中周期Λ在約10納米和約500納米之間。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述一個或多個層是在不使用光刻技 術(shù)將所述一個或多個材料層中任意一個形成圖案的情況下形成的。
3. 權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu) 包括彈性拉長、涂覆或處理拉長的表面以及恢復(fù)薄膜襯底以形成所述納米 級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)。
4. 權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu) 包括在所述襯底上進行壓印石印術(shù)。
5. 權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu) 包括在所述襯底上進行分步重復(fù)壓印石印術(shù)。
6. 權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu) 包括使用模具將所述納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)分步重復(fù)壓印或浮雕壓 花到所述襯底中。
7. 權(quán)利要求4、 5或6所述的方法，所述方法還包括傾斜沉積金屬以覆 蓋所述周期性浮雕結(jié)構(gòu)的被選擇部分，從而形成所述多根基本上直的金屬 線的步驟。
8. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述襯底是透明的。
9. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述襯底由聚合物材料制成。
10. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述襯底包含聚(二甲基硅氧 烷)(poly(dimethylsiloxene))。
11. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述形成一個或多個材料層、形成 納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)和選擇性形成所述一種或多種材料的步驟包 括如下步驟-a) 在涂覆有犧牲涂層的透明襯底上形成納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)；b) 在所述周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)上傾斜沉積掩模材料；c) 使所述掩模材料在所述周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)的下風(fēng)谷處斷裂；d) 蝕刻所述犧牲涂層的暴露部分以使所述襯底的一些部分暴露；e) 使用導(dǎo)電金屬涂覆在所述犧牲涂層之上的所述掩模材料的殘留部分 和所述襯底的所述暴露部分；f) 除去所述犧牲、凃?qū)拥乃鰵埩舨糠趾退鲅谀２牧霞皩?dǎo)電材料的對 應(yīng)部分，從而在所述薄膜襯底上留下具有預(yù)定周期A的所述多根基本上直的金屬線。
12. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述形成一個或多個材料層、形成 納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)和選擇性蝕刻所述一種或多種材料的步驟包 括如下步驟a) 在所述襯底表面上形成犧牲材料層；b) 使所述襯底的所述表面彎曲，使得所述表面呈現(xiàn)具有周期A的重復(fù) 波狀拓撲結(jié)構(gòu)；d) 以相對于彎曲的第一層的斜角沉積掩模材料層，以將所述掩模層的 所述材料設(shè)置到具有交替厚度周期A的區(qū)域中；然后e) 將單軸拉力施加到所述襯底上，以將所述襯底拉長至足夠的受應(yīng)力 長度，使得所述掩模層的所述材料斷裂成多根具有周期A'的線；然后f) 除去位于所述掩模層的所述材料線之間的所述犧牲層的區(qū)域；然后g) 將金屬層沉積到所述結(jié)構(gòu)上，由此所述金屬層上覆在所述掩模層的 所述線和所述襯底的暴露部分上面；然后h) 除去所述掩模層的所述材料線、所述犧牲層的下覆部分和上覆所述 掩模層的所述材料線的所述金屬層的部分，從而留下直接上覆所述襯底的 具有周期A'的所述金屬層的平行線；然后i) 從所述襯底除去所述單軸拉力，由此使所述襯底松弛至基本上不受 應(yīng)力的長度，所述金屬層的所述材料線的周期被降低至A。
13. 權(quán)利要求12所述的方法，其中將所述襯底的所述表面彎曲以使所 述表面呈現(xiàn)周期A的重復(fù)波狀拓撲結(jié)構(gòu)包括所述襯底的所述表面使用等離子體表面處理進行處理，從而產(chǎn)生波狀拓撲結(jié)構(gòu)。
14. 權(quán)利要求12所述的方法，其中將所述襯底的所述表面彎曲以使所述表面呈現(xiàn)周期A的重復(fù)波狀拓撲結(jié)構(gòu)包括施加第一單軸拉力以使所述襯底受應(yīng)力，由此將所述襯底從所述未受應(yīng)力長度拉長到第一受應(yīng)力的長度；然后在所述襯底的表面上形成犧牲材料層；和從所述涂覆的襯底上除去所述第一單軸拉力，由此所述襯底基本上呈 現(xiàn)所述未受應(yīng)力的長度，并且所述犧牲層的所述材料彎曲，呈現(xiàn)周期A的 重復(fù)波狀拓撲結(jié)構(gòu)。
15. 權(quán)利要求12所述的方法，其中將單軸拉力施加到所述襯底上包括 使所述襯底穿過兩對以定距離間隔的夾緊輥，其中每對夾緊輥以不同的切 向速度旋轉(zhuǎn)。
16. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述形成一個或多個材料層、形成 納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)和選擇性蝕刻所述一種或多種材料的步驟包 括如下步驟a) 施加第一單軸拉力以使所述襯底受應(yīng)力，由此將所述襯底從所述未 受應(yīng)力的長度拉長至第一受應(yīng)力的長度；然后b) 在所述襯底的表面上形成犧牲材料層；然后C)從所述涂覆的襯底上除去所述第一單軸拉力，由此所述襯底基本上 呈現(xiàn)所述未受應(yīng)力的長度，并且所述犧牲層的所述材料彎曲以致呈現(xiàn)周期 A的重復(fù)波浪拓撲結(jié)構(gòu)；然后d) 以相對于所述彎曲第一層的斜角沉積掩模材料層，以將所述掩模層 的所述材料設(shè)置到具有交替厚度周期A的區(qū)域中；然后e) 將超過所述第一單軸拉力的第二單軸拉力施加到所述襯底上，以將所述襯底拉長至超過所述第一受應(yīng)力長度的第二受應(yīng)力長度，由此使所述掩模層的所述材料斷裂成多根周期A'的線；然后f) 除去位于所述掩模層的所述材料線之間的所述犧牲層的區(qū)域；然后g) 將金屬層沉積到所述結(jié)構(gòu)上，由此所述金屬層上覆所述掩模層的所 述線和所述犧牲層的暴露部分；然后h) 除去所述掩模層的所述材料線、所述犧牲層的下覆部分和上覆所述 掩模層的所述材料線的所述金屬層的部分，從而留下直接覆蓋在所述襯底上面的具有周期A'的所述金屬層的平行線；然后i) 從所述襯底上除去所述第二單軸拉力，由此使所述襯底基本上松弛至所述未受應(yīng)力長度，所述金屬層的所述材料線的周期被減小至A。
17. 權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括這樣的步驟通過剝離工藝除去所述掩模層的所述材料線、所述犧牲層下覆部分和上覆所述掩模 層的所述材料線的所述金屬層的部分。
18. 權(quán)利要求17所述的方法，其中所述剝離工藝包括使用水作為溶劑 的步驟。
19. 權(quán)利要求16所述的方法，其中所述掩模層包含金屬材料。
20. 權(quán)利要求16所述的方法，其中所述掩模層包含電介質(zhì)材料。
21. 權(quán)利要求16所述的方法，所述以斜角沉積所述掩模層的步驟包括真空沉積所述掩模層。
22. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述形成納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)的步驟包括使用帶有納米級線性構(gòu)造的納米壓印輥，將在所述襯底上的包含一種或多種導(dǎo)電材料的所述一個或多個材料層形成圖案。
23. 權(quán)利要求l所述的方法，其中一個或多個材料層在所述襯底上包含一種或多種導(dǎo)電材料。
24. —種線柵偏振器，其包含在薄膜襯底上形成的具有預(yù)定周期A的多根基本上直的金屬線，其中 所述金屬線覆蓋長大于約4厘米并且寬大于約4厘米的區(qū)域，其中周期A在 約10納米和約500納米之間。
25. 權(quán)利要求23所述的偏振器，其中所述薄膜襯底是透明的。
26. 權(quán)利要求23所述的偏振器，其中所述薄膜襯底由聚合物材料制成。
27. 權(quán)利要求23所述的偏振器，其中所述襯底包含聚(二甲基硅氧烷)。
28. 權(quán)利要求23所述的偏振器，其中通過權(quán)利要求l所述的方法，在 所述薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期八的所述多根基本上直的金屬線。
29. 權(quán)利要求23所述的偏振器，其中通過權(quán)利要求12所述的方法，在 所述薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期A的所述多根基本上直的金屬線。
30. 權(quán)利要求23所述的偏振器，其中通過權(quán)利要求16所述的方法，在 所述薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期A的所述多根基本上直的金屬線。
31. 權(quán)利要求23所述的偏振器，其中所述線覆蓋長約4厘米至約200厘 米并且寬約4厘米至約200厘米的區(qū)域。
32. —種直視顯示裝置，其包含 背光源；液晶陣列；設(shè)置在所述背光源和所述液晶陣列之間的線柵偏振器；和 第二偏振器，其中將所述液晶陣列設(shè)置在所述線柵偏振器和第二偏振 器之間，其中將第二偏振器配置成透射由所述線柵偏振器透射的光。
33. 權(quán)利要求32所述的裝置， 述線柵偏振器之間的光漫射器。
34. 權(quán)利要求32所述的裝置， 光漫射器。
35. 權(quán)利要求32所述的裝置， 中的光漫射器。所述裝置還包含設(shè)置在所述背光源和所 所述裝置還包含集成到所述背光源中的 所述裝置還包含集成到所述線柵偏振器
36. 權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述第二偏振器是線柵偏振器。
37. 權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述第二偏振器是吸收型偏振器。
38. 權(quán)利要求37所述的裝置，所述裝置還包含第三偏振器，其中所述 第三偏振器是吸收型偏振器，其中將所述液晶顯示器設(shè)置在所述第二偏振 器和第三偏振器之間，并且其中所述線柵偏振器是具有被間隔隔開的多個線柵區(qū)的分片線柵偏振器。
39. 權(quán)利要求38所述的裝置，其中對于商業(yè)上可接受的顯示器來說， 所述線柵區(qū)彼此充分接近，使得當(dāng)通過所述第三偏振器觀察時，所述間隔 看來是不能明顯察覺的。
40. 權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述線柵偏振器包含在薄膜襯底上 形成的具有預(yù)定周期A的多根基本上直的金屬線，其中所述金屬線覆蓋長 約4厘米至約200厘米并且寬約4厘米至約200厘米的區(qū)域，其中周期A在約 10納米至約500納米之間。
41. 權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述薄膜襯底是透明的。
42. 權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述薄膜襯底由聚合物材料制成。
43. 權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述襯底包含聚(二甲基硅氧烷)。
44. 權(quán)利要求40所述的裝置，其中通過權(quán)利要求l所述的方法，在所 述薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期A的所述多根基本上直的金屬線。
45. 權(quán)利要求40所述的裝置，其中通過權(quán)利要求12所述的方法，在所 述薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期八的所述多根基本上直的金屬線。
46. 權(quán)利要求40所述的裝置，其中通過權(quán)利要求16所述的方法，在所 述薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期A的所述多根基本上直的金屬線。
47. —種用于在具有未受應(yīng)力長度的彈性材料的薄膜襯底上形成具有 預(yù)定周期A的多根基本上直的金屬線的方法，所述方法包括如下步驟a)施加第一單軸拉力以使所述襯底受應(yīng)力，由此將所述襯底從所述未 受應(yīng)力長度拉長至第一受應(yīng)力長度；然后b)使用犧牲層材料涂覆所述拉長的襯底；然后C)從所述涂覆的襯底上除去所述第一單軸拉力，由此所述襯底基本上 呈現(xiàn)所述未受應(yīng)力長度，并且所述犧牲層的所述材料彎西以致呈現(xiàn)周期A 的重復(fù)波浪拓撲結(jié)構(gòu)；然后d) 以相對于所述彎曲的第一層的斜角沉積掩模層材料，以將所述掩模 層的所述材料設(shè)置到具有交替厚度周期A的區(qū)域中；然后e) 將超過所述第一單軸拉力的第二單軸拉力施加到所述襯底上，以將 所述襯底拉長至超過所述第一受應(yīng)力長度的第二受應(yīng)力長度，由此使所述掩模層的所述材料斷裂成多根周期A'的線；然后除去位于所述掩模層的所述材料線之間的所述犧牲層的區(qū)域;然后g) 將金屬層沉積到所述結(jié)構(gòu)上，由此所述金屬層上覆在所述掩模層的所述線和所述襯底的暴露部分上面；然后h) 除去所述掩模層的所述材料線、所述犧牲層的下覆部分和上覆所述 掩模層的所述材料線的所述金屬層的部分，從而留下直接上覆所述襯底的具有周期A'的所述金屬層的平行線；然后i) 從所述襯底上除去所述第二單軸拉力，由此使所述襯底基本上松弛至所述未受應(yīng)力長度，所述金屬層的所述材料線的周期被降低至A。
48. 如權(quán)利要求47限定的方法，其中所述犧牲層包含水溶性聚合物。
49. 權(quán)利要求48限定的方法，所述方法還包括通過剝離工藝除去所 述掩模層的所述材料線、所述犧牲層的下覆部分和上覆所述掩模層的所述 材料線的所述金屬層的部分的步驟。
50. 如權(quán)利要求49限定的方法，其中所述剝離工藝包括使用水作為溶 劑的步驟。
51. 如權(quán)利要求47限定的方法，其中所述襯底包含聚(二甲基硅氧烷)。
52. 如權(quán)利要求47限定的方法，其中所述掩模層包含金屬材料。
53. 如權(quán)利要求47限定的方法，其中所述掩模層包含電介質(zhì)材料。
54. 如權(quán)利要求47限定的方法，所述方法還包括通過反應(yīng)性離子蝕刻 除去位于所述掩模層的所述材料線之間的所述犧牲層區(qū)域的步驟。
55. 如權(quán)利要求47限定的方法，所述方法還包括真空沉積所述掩模層 的步驟。
56. —種線柵偏振器，所述線柵偏振器通過如下方法而形成a) 施加第一單軸拉力以使具有未受應(yīng)力長度的彈性材料的薄膜襯底受 應(yīng)力，由此將所述襯底從所述未受應(yīng)力長度拉長至第一受應(yīng)力長度；然后b) 使用第一材料層涂覆所述拉長的襯底；然后c) 從所述涂覆的襯底上除去所述第一單軸拉力，由此所述襯底基本上 呈現(xiàn)所述未受應(yīng)力長度，并且所述第一層的所述材料彎曲，呈現(xiàn)周期A的 重復(fù)波浪拓撲結(jié)構(gòu)；然后d) 以相對于所述彎曲的第一層的斜角沉積第二材料層，以將所述第二層的所述材料設(shè)置到周期A的交替厚度的區(qū)域中；然后e) 將超過所述第一單軸拉力的第二單軸拉力施加到所述襯底上，以將 所述襯底拉長至超過所述第一受應(yīng)力長度的第二受應(yīng)力長度，由此使所述第二層的所述材料斷裂成多根周期A'的線；然后f) 除去位于所述第二層的所述材料線之間的所述第一層的區(qū)域；然后g) 將金屬層沉積到所述結(jié)構(gòu)上，由此所述金屬層上覆在所述第二層的 所述線和所述襯底的暴露部分上面；然后h) 除去所述第二層的所述材料線、所述第一層的下覆部分和上覆所述 第二層的所述材料線的所述金屬層的部分，從而留下直接上覆所述襯底上面的具有周期A'的所述金屬層的材料線；然后i) 從所述襯底上除去所述第二單軸拉力，由此使所述襯底松弛至基本 上的所述未受應(yīng)力長度，所述金屬層的所述材料線的周期被減小至A。
57. 如權(quán)利要求56限定的線柵偏振器，其中所述犧牲層包含水溶性聚合物。
58. 如權(quán)利要求56限定的線柵偏振器，還包括通過剝離工藝除去所述掩模層的所述材料線、所述犧牲層的下覆部分和上覆所述掩模層的所述 材料線的所述金屬層的部分的步驟。
59. 如權(quán)利要求58限定的線柵偏振器，其中所述剝離工藝包括使用水 作為溶劑的步驟
60. 如權(quán)利要求56限定的線柵偏振器，其中所述襯底包含聚(二甲基硅 氧烷)。
61. 如權(quán)利要求56限定的線柵偏振器，其中所述掩模層包含金屬材料。
62. 如權(quán)利要求56限定的線柵偏振器，其中所述掩模層包含電介質(zhì)材料。
63. 如權(quán)利要求56限定的線柵偏振器，還包括通過反應(yīng)性離子蝕刻除 去位于所述掩模層的所述材料線之間的所述犧牲層區(qū)域的步驟。
64. 如權(quán)利要求56限定的線柵偏振器，還包括真空沉積所述掩模層的步驟。
全文摘要
通過在薄膜襯底上形成具有預(yù)定周期Λ的多根基本上直的金屬線，可以制造線柵偏振器。在襯底的表面上形成多個基本上直的納米級周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)。所述周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)覆蓋長度大于約4厘米并且寬度大于約4厘米的區(qū)域，其中周期Λ在約10納米和約500納米之間。在所述周期性表面浮雕結(jié)構(gòu)上形成一個或多個材料層。所述一個或多個層包含一種或多種導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料在長度大于約4厘米并且寬度大于約4厘米的所述襯底區(qū)域上形成所述多根基本上直的金屬線。
文檔編號C23F1/00GK101437980SQ200580041124
公開日2009年5月20日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者查爾斯·W·麥克勞克林, 邁克爾·J·利特爾 申請人:阿古拉科技公司