通过在薄膜衬底上形成具有预定周期Λ的多根基本上直的金属线，可以制造线栅偏振器。在衬底的表面上形成多个基本上直的纳米级周期性表面浮雕结构。所述周期性表面浮雕结构覆盖长度大于约４厘米并且宽度大于约４厘米的区域，其中周期Λ在约１０纳米和约５００纳米之间。在所述周期性表面浮雕结构上形成一个或多个材料层。所述一个或多个层包含一种或多种导电材料，所述导电材料在长度大于约４厘米并且宽度大于约４厘米的所述衬底区域上形成所述多根基本上直的金属线。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请的实施方案涉及线栅偏振器。更具体而言，本申请的实施方案 涉及使用线栅偏振器的显示器组件和制造可以用于这些显示器的大面积 线栅偏振器的非光刻技术。
技术介绍
人们应当意识到直视液晶显示器(LCD)己经被应用了很多年。这些直 视LCD广泛地应用于膝上型电脑、桌上型监视器、TV、蜂窝式电话和其它 应用。几乎所有的直视LCD均为向列型(TN、 VA和IPS)，因此需要偏振器 来观测通过将电场施加到液晶材料上产生的光学效应。在图l中示意性地显示了直视LCD的一个实例。典型地，这些直视LCD组件包含发射非偏振光102的背光100、透射一个偏振面112的第一偏振器110、单独可调制的 液晶元件的平面阵列118和第二偏振器120。第一偏振器的功能是只透射 一个偏振面以照射平面液晶阵列118。在所有当前的设计中，偏振器118 和120均为二色性型(吸收型)，其中透射一个偏振面，同时吸收正交的偏振 面。使用这种串联吸收型偏振器的一个显著的问题是背光照明的净透射 率很低。在吸收型偏振器的情况下，理论上最多只有50%的背光输出可以 用来照射LCD并且被观察器130观测到。实际上，吸收型偏振器的效率小 于理想值，并且只有40-45%的可用背光能够透射穿过任一个偏振器。因此， 通过串联的一对偏振器118和120的背光照明的净透射率最多只有36-40%。为了使可用于液晶层和观察器的背光输出的百分率更高，多年以来开 发了几种偏振恢复(recovery)技术。这些技术将通常被吸收因而未纟皮利用的 一些偏振面转变为用于照射LCD的偏振面。在图2中显示了偏振恢复技术 的一个代表实例。图2中所示的实例来自美国专利5,422,756。在美国专利 5,587,816、 5,751,388和5，973,833中可以找到偏振恢复的其它实例。从图2 中可以理解在偏振恢复的现有技术中使用的原理。如之前在图l中的，非 偏振光102由背光100提供。如果背光100没有漫射反射性能，则需要包含 辅助的漫射层(diffoser layer)240。利用漫射性能使光242的偏振面随机化； 将一些p-偏振光转变为s-偏振并且将一些s-偏振光转变为p-偏振。反射式偏 振器250根本不同于常规的二色性偏振器；它透射一个偏振面252并且反射 正交的偏振面254。通过如下方法实现偏振恢复反射不需要反射的偏振 面252，并且将它的一部分转变为需要的偏振面，由此它被反射式偏振器 250透射。图2还说明了使用这种反射式偏振器的问题。反射式偏振器250的消 光系数非常差，因而显示器需要第二"消除"偏振器110以产生足够的反差； 它没有消除对背侧吸收型偏振器的需要。因此在所有当前的直视LCD设 计，甚至使用当前可利用的偏振恢复方法的那些直视LCD中，也串联使用 两个吸收型偏振器。在图3A-3B中说明了使用反射式偏振器的现有技术的偏振恢复技术。可以在例如美国专利# 5,422,756中找到这些现有技术的反射式偏振器的设 计实例。图3A的反射式偏振器300包含用棱镜表面316装配的透明衬底312 和314。在接合棱镜表面312和314之前，在一个或两个棱镜表面上沉积多 层电介质涂层。在多层沉积之后，在没有损害它们的光学性能的任何空隙 的情况下将棱镜表面粘合在一起。这是一种复杂且昂贵的制造方法。如图 3B中的特写所示，棱镜表面316可以由以层叠方式设置的数百层交替的聚 合物膜构成，其中无定形膜320与双折射膜322交替。膜的层叠体透射入射 光的p-偏振318-p，同时反射s偏振318-s。除上述问题以外，使用这些反射 式偏振器还存在涉及性能和成本的其它问题。具体而言，在图3A和图3B 中所示类型的回射式(retroreflective)偏振器使用造价高昂的复杂的多层 结构体。因此，尽管现有技术的反射式偏振器解决了提高LCD亮度的需要， 但是上述问题和其它己知的问题仍然存在。使用两个吸收型偏振器的备选方案是使用线栅偏振器。线栅偏振器典 型地包含由透射衬底支承的密集平行导线的阵列。在图4中示出了这种偏 振器的透视示意图。可以看出，偏振器410包含在透明的衬底414上的平 行导线412的阵列。所述导线的每一根的特征在于厚度t、宽度w和相对于 相邻导线的周期性间距(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可以为零；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，同时另一部分420被透射。反射部分418几乎全 部是s-偏振(与导线412的方向平行的电矢量)，而透射部分420几乎全部是 p-偏振(与导线412的方向垂直的电矢量)。理想地，线栅偏振器起着一个偏振面(例如，s-偏振光)的理想反射镜 的作用并且对正交的偏振面(例如，p-偏振光)是完全透明。实际上，甚至 反射最大的金属也吸收一部分，而只反射80至95%的入射光。类似地，由 于表面反射，名义上透明的衬底透射不了100%的入射光。在所关心的波长 和入射角的范围外的偏振器性能表征为透射的(Tp/Ts)和反射的(IVRp)光束 的反差比和光效率(透射过的入射非偏振光的百分比)。线栅偏振器的总性质由(l)平行导线的中心至中心的间距或周期 (periodicity)和(2)入射辐射的波长之间的关系确定。只有当导线的周期A小 于令人感兴趣的波长时，所述阵列才可以具有似偏振器的性质。如果导线的周期超过令人感兴趣的波长，则格栅起着衍射光栅的作用。此外，存在 过渡区，其中导线的周期落在令人感兴趣的波长的大致三分之一至两倍 (即，A〈2X)的范围内。在这种过渡区中观察到发生大的突变，即反射率的增加与对应的p-偏振光的反射率的降低结合。这种"Raleigh共振" 对于任何给定的入射角，在一个或多个指定的波长处出现。结果，具有落 入这种过渡区的周期的线栅不适合用作宽带偏振器。相对二色性吸收的偏振器，线栅偏振器技术提供一些固有的优点。线 栅偏振器通过光的反射和透射进行操作，因此既不是温度灵敏的，它也不 吸收过量的能量。相反，二色性吸收偏振器通过光的选择性吸收和透射进 行操作。如此，由于(a)有机染料对加热的存在下的降解的灵敏性和(b)通过 拉伸聚合物以排列染料分子实现的聚合物取向的热重排(驰豫)，因此二色 性基偏振器具有温度灵敏性。这种温度灵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类型。可利用的较低温方法通常在产量、质量和 成本方面是次优的。人们研制了用于毫米波和微波频率范围的线栅偏振器。由于那时现有 的加工技术(例如，在心轴(mandrel)上拉伸细线)不能制造足够小周期的平 行导线，因此这些线栅偏振器起初不能用于红外和可见光波长范围。光刻 技术的使用克服了获得必需的小周期的问题。例如，参见，Garvin等的保 护"Process for Fabricating Small Geometry Semiconductive Devices Including Integrated Components"的美国专利4,049,944，在某种程度上，该专利教导 了使用光刻材料的全息曝光制造线栅偏振器的方法。例如，在下列美国专 利，即在Perkins等的保护"Broadband本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在薄膜衬底上形成具有预定周期Λ的多根基本上直的金属线的方法，所述方法包括如下步骤： 在所述衬底的表面上形成多个基本上直的纳米级周期性表面浮雕结构，其中所述周期性表面浮雕结构覆盖长度大于约４厘米并且宽度大于约４厘米的区域，其中周 期Λ在约１０纳米和约５００纳米之间；和在所述周期性表面浮雕结构上形成一个或多个材料层，所述一个或多个层包含一种或多种导电材料，所述导电材料在长度大于约４厘米并且宽度大于约４厘米的所述衬底区域上形成所述多根基本上直的金属线，其中周期Λ在约１０纳米和约５００纳米之间。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J利特尔，查尔斯W麦克劳克林，
申请(专利权)人：阿古拉科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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