具有双金属层光栅的偏光组件及其制造方法技术

一种具有双金属层光栅的偏光组件，包括：　　　　一透明基底；　　　　多条平行的介电层，具有一周期（ｐ）而形成于所述透明基底上，其中相邻的所述多条介电层之间具有一沟槽；　　　　一第一金属层，具有一第一厚度（ｄ１）而形成于所述沟槽中；以及　　　　一第二金属层，具有一第二厚度（ｄ２）与一宽度（ｗ）而形成于所述多条介电层上，其中所述第一金属层与所述第二金属层之间具有一垂直距离（ｌ）而互不相连；　　　　其中，所述周期（ｐ）小于等于２５０ｎｍ；　　　　其中，所述第一厚度（ｄ１）与所述第二厚度（ｄ２）都小于等于１５０ｎｍ，且所述第一厚度（ｄ１）等于所述第二厚度（ｄ２）；　　　　其中，所述垂直距离（ｌ）小于等于１００ｎｍ；　　　　其中，所述宽度（ｗ）／所述周期（ｐ）的比例为２５～７５％。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有高消光比(extinction ratio)的偏光组件及其制造方法，特别是涉及一种适用于可见光谱(visible spectrum)的。
技术介绍
使用平行导线所构成的数组来极化(polarize)无线电波已有超过一百年的历史了。目前，金属栅通常是由薄导线所构成的数组形成于一透明基板上，而用于极化电磁光谱(electromagnetic spectrum)。图1为一传统的单金属层光栅偏光片100。该金属栅偏光片(wire gridpolarizer)包含有形成于一介电基底120上的多条平行的导体电极110。该金属栅偏光片100的偏光机制的主要影响因素有导体电极110的周期P、导体电极110的宽度W以及导体电极110的厚度D。经由一光源132所产生的入射光130，以入射角θ射入该偏光片100。该金属栅偏光片100会将入射光130分成一反射光140与一穿透光150。在此，使用一般的定义，入射光130包含有TM(transverse magnetic)偏振光与TE(transverse electric)偏振光。该TM偏振光又称为P偏振光(P polarized light)，其为入射光的电场向量垂直于金属栅电极110的偏振光。该TE偏振光又称为S偏振光(S polarizedlight)，其为入射光的电场向量平行于金属栅电极110的偏振光。而用来判断偏光片的极化功能是否优良，则是以穿透率的消光比(extinction ratio)来表示，穿透率的消光比的定义为TM光的穿透率TTM/TE光的穿透率TTE。在本专利技术中，“穿透率的消光比”是简化地以“消光比”一词来表示。在美国专利第4289381号中，公开了一种具有双金属层的偏光组件，其是使用传统微影蚀刻方式(photolithography)来制作的。然而该方法所示的偏光组件适用于红外线光谱(infrared spectrum，2～100μm)，而且也并未指出如何使偏光组件在可见光谱下具有高消光比的条件。在美国专利第5748368号中，公开了一种具有单金属层的偏光组件。该专利指出了可达到偏光效果的单层金属线条长宽比、周期以及形状。然而该专利的偏光组件的消光比低(约30∶1)，而且波段(wavelength bands)狭窄，因而不适合用于波段宽的可见光谱。在美国专利第6122103号中，公开了一种适用于可见光谱的具有单金属层的偏光组件。该专利指出借助改变介电层折射率，以及蚀刻部分基底而形成狭缝(slots)来增加偏光组件的偏光范围。在美国专利早期公开第2002/0122235号中，公开了一种利用介电层和金属层相互交错(称之为intra-wires)的偏光组件，用以提高消光比。然而由于需要至少六层的介电层和金属层相互交错，故制作并不容易，而且不易实用化。在美国专利早期公开第2002/0191286号中，公开了一种表面具有正弦波(sinewave)起伏的金属偏光组件。然而该方式的偏光组件的消光比变化甚大，例如在550nm波长时的消光比仅有20∶1。由于目前应用于可见光谱的偏光组件的消光比大多只能保证大于100，这对于需要超高消光比(大于1000)的光学装置来说并不能完全符合具需求。而且，当应用于入射光为大入射角的光学装置时(例如发光源装置于侧边的液晶显示器)，则公知的偏光组件也无法在任何入射角度下都能提供高消光比。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的为提供一种具有高消光比的偏光组件及其制造方法。本专利技术的另一目的为提供一种适用于可见光谱的。根据上述目的，本专利技术提供一种具有双金属层光栅的偏光组件，包括一透明基底。多条平行的介电层，具有一周期p而形成于该透明基底上，其中相邻的该多条介电层之间具有一沟槽。一第一金属层，具有一第一厚度d1而形成于该沟槽中。以及一第二金属层，具有一第二厚度d2与一宽度w而形成于该多条介电层上，其中该第一金属层与该第二金属层之间具有一垂直距离l而互不相连。其中，该周期p小于等于250nm，该第一厚度d1与该第二厚度d2都小于等于150nm，且该第一厚度d1等于该第二厚度d2，该垂直距离l小于等于100nm，该宽度w/该周期p的比例为25～75％。本专利技术还提供一种具有双金属层光栅的偏光组件的制造方法，包括下列步骤提供一透明基底。借助微影蚀刻制程(photolithography)或纳米压印(Nanoimprint)制程，形成多条平行的介电层于该透明基底上，该多条介电层具有一周期p，其中相邻的多条介电层之间具有一沟槽。形成一第一金属层于该沟槽中，该第一金属层具有一第一厚度d1。以及形成一第二金属层于该多条介电层上，该第二金属层具有一第二厚度d2与一宽度w，其中该第一金属层与该第二金属层之间具有一垂直距离l而互不相连。其中，该周期p的范围为10～250nm，该第一、二厚度d1、d2的范围为30～150nm，且该第一厚度d1等于该第二厚度d2，该垂直距离l的范围为10～100nm，该宽度w/该周期p的比例范围为25～75％。由此，本专利技术的特点为该第一金属层与该第二金属层之间具有的垂直距离l的范围为10～100nm，则能够将共振效应减少，从而达到在可见光区中具有高消光比(大于1000)以及在大角度入射光(0～80°)仍具有高消光比的效能。为让本专利技术上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1为传统的金属栅偏光片的立体示意图；图2为显示本专利技术第一实施例的具有双金属层光栅的偏光组件的结构剖面图；图3为本专利技术第二实施例的具有双金属层光栅的偏光组件的结构剖面图；图4A～图4C为根据本专利技术第一实施例的偏光组件的制程剖面示意图；图5A～图5D为根据本专利技术第二实施例的偏光组件的制程剖面示意图；图6A为根据本专利技术实验例1的TE光的反射率RTE与穿透率TTE和可见光波长的关系图； 图6B为根据本专利技术实验例1的TM光的反射率RTM与穿透率TTM和可见光波长的关系图；图7A为根据本专利技术实验例3的TE光的反射率RTE与穿透率TTE和可见光波长的关系图；图7B为根据本专利技术实验例3的TM光的反射率RTM与穿透率TTM和可见光波长的关系图；图8A为根据本专利技术比较例的TE光的反射率RTE与穿透率TTE和可见光波长的关系图；图8B为根据本专利技术比较例的TM光的反射率RTM与穿透率TTM和可见光波长的关系图；图9A为本专利技术偏光组件在不同周期p时的消光比与波长的关系；以及图9B为公知的偏光组件在不同周期p时的消光比与波长的关系。其中，附图标记说明如下100传统的单金属层光栅偏光片； 110导体电极；120介电基底； 130入射光；132光源 140反射光；150穿透光； P导体电极的周期；W导体电极的宽度； D导体电极的厚度。200、300～本案的偏光组件；210、310、410、510透明基底；220、320、420、520介电层；320’、420’残留的介电层；230、330、430、530沟槽； 240、340、440、540第一金属层；250、350、450、550第二金属层；260、360保护层；270、370入射光； 415、515介电层；518模具； p介电层的周期；d1第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丘至和，郭惠隆，刘怡君，陈品诚，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：