光栅偏振片制造技术

本发明专利技术涉及一种光栅偏振片，包括：基底以及多个栅线单元。多个栅线单元周期性地设置在基底的一个表面上，每个栅线单元分别包括光栅介质层、第一金属层以及第二金属层。光栅介质层设置在基底上，且光栅介质层包括靠近基底的底面、远离基底的顶面、和两个连接底面和顶面的侧面。光栅介质层的顶面的宽度小于底面的宽度，第一金属层设置在光栅介质层的顶面上，所述第二金属层位于所述相邻的光栅介质层之间。光栅介质层的顶面的高度大于第二金属层的高度。在本发明专利技术的光栅偏振片结构中，其制备简单、TM光透射率高且具有较高消光比，同时，其在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内基本上保持稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及偏振片
，特别涉及一种光栅偏振片。
技术介绍
偏振片是液晶显示、光学測量、光通信等系统中的ー种非常重要的光学元件，其具有非常广阔的市场。偏振片一般可以分为反射及折射偏振片、ニ向色性偏振片、双折射晶体偏振片等传统偏振片和光栅偏振片。传统的偏振片体积过大、制作过程复杂，而且仅仅在较小的波长范围内具有大的消光比，不能满足显示行业轻量型、超薄型、低成本的要求。 在现有的光栅偏振片中，金属光栅偏振片具有独特的偏振性能，其原因在于垂直于光栅矢量(TM偏振)和平行于光栅矢量(TE偏振)偏振光的边界条件不同，其等效折射率也不同。图I为ー维矩形金属光栅的结构图及产生偏振性能的原理图。其中，I为透明基底，2为金属光栅，金属光栅的周期为P，金属光栅2的宽度为W，高度为H，3为光源。在如图I所示的金属光栅偏振片中，影响金属光栅偏振片偏振特性的主要因素是金属光栅2的周期P与光源3入射波长之间的关系。当金属光栅2的周期P比光源3发出的光的入射波长大时，金属光栅偏振片不具有偏振性能；当金属光栅2的周期P比光源3发出的光的入射波长小很多时，金属光栅2具有偏振性能,金属光栅偏振片反射与金属光栅延伸方向平行的电场分量，形成平行于金属光栅延伸方向的TE偏振光；金属光栅同时透射与金属光栅延伸方向垂直的电场分量，形成垂直于金属光栅延伸方向的TM偏振光；当金属光栅的周期P在入射波长的一半到两倍之间时，金属光栅属于过渡区域，金属光栅的透射效率及反射效率都有急剧变化。对于周期小于入射波长的光栅(称为亚波长光栅)，传统的标量衍射理论已不再使用，需要用严格的矢量衍射理论来描述。研究表明，能够用于可见光光谱范围的性能较好(高透射效率、高消光比)的金属偏振光栅的周期都很小，通常要求小于200nm。图2所示为现有的双层金属光栅偏振片结构示意图。如图2所示，在现有的金属光栅偏振片中，其具有两个金属层4、5。在现有的双层金属光栅偏振片中，要求两个金属层4、5及金属层4下方的光栅介质层6都是矩形结构，同吋，由于要求金属光栅之间的周期P小于200nm，在蒸镀金属层5吋，具有金属层5的两侧壁为陡直结构，因此，其制备难度大，而且还会降低TM光的透射效率和消光比，消光比是指TM光的透射效率与TE光的透射效率的比值。且在现有的双层金属光栅偏振片结构中，在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内具有较大的波动，因此，其对不同波长的可见光透射率差异较大。在液晶显示技术中，如何设计ー种制备简单、对可见光波段范围内不同波长的光线透射率保持稳定、且TM光透射率高、消光比高的光栅偏振片，成为所述领域研究发展的趋势。
技术实现思路
基于现有的金属光栅偏振片在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内具有较大的波动，其对不同波长的可见光透射率差异较大的问题。本专利技术提供了一种制备简单、TM光透射率高且具有较高消光比，同时，其在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内基本上保持稳定的光栅偏振片，以克服现有光栅偏振片中所存在的问题。具体地，本专利技术实施例提出的一种光栅偏振片，包括基底以及多个栅线単元。所述多个栅线单元周期性地设置在所述基底的ー个表面上。所述每个栅线单元分别包括光栅介质层、第一金属层以及第ニ金属层。所述光栅介质层设置在所述基底上，且所述光栅介质层包括靠近基底的底面、远离基底的顶面、和两个连接底面和顶面的侧面。所述光栅介质层的顶面的宽度小于所述底面的宽度。所述第一金属层设置在所述介质层的顶面上，所述第ニ金属层位于所述相邻的光栅介质层之间。所述光栅介质层的顶面的高度大于所述第二金属层的高度。 在本专利技术中，进ー步地，上述每个栅线单元的光栅介质层分别包括远离所述基底的第一部分及靠近所述基底的第二部分；且所述第一部分的截面形状为矩形，所述第二部分的截面形状为梯形。在本专利技术中，进ー步地，上述基底包括相对设置的第一表面及第ニ表面，所述多个栅线单元分别周期性地形成于所述第一表面及所述第二表面。并且，形成于所述第一表面上的栅线单元与形成于所述第二表面上的栅线单元关于所述基底相对称。在本专利技术中，进ー步地，上述基底包括相对设置的第一表面及第ニ表面，所述多个栅线单元周期性地形成于所述第一表面，所述第二表面上周期性地设置有多个光栅介质层。并且，所述第二表面上设置的光栅介质层与所述第一表面上的光栅介质层关于所述基底相对称。在本专利技术中，进ー步地，进ー步包括保护层，所述保护层形成于所述多个栅线単元上。在本专利技术中，进ー步地，所述保护层由增透膜形成。在本专利技术中，进ー步地，相邻的光栅介质层的第二部分之间形成V型沟槽，所述第ニ金属层对应于所述V型沟槽的部分形成其截面形状为V型结构。在本专利技术中，进ー步地，相邻的光栅介质层的第二部分之间形成倒梯形沟槽，所述第二金属层对应于所述倒梯形沟槽的部分形成其截面形状为倒梯形结构。在本专利技术中，进ー步地，光栅介质层底面的宽度为所述光栅介质层顶面宽度的1.4至I. 8倍。在本专利技术中，进ー步地，形成所述光栅介质层的材料与所述基底的材料相同。在本专利技术所提供的光栅偏振片中，，其制备简単、TM光透射率高且具有较高消光比，同时，其在可见光波段内，TM光的透射率在不同的波长范围内基本上保持稳定。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图I为ー维矩形金属光栅的结构图及产生偏振性能的原理图。图2所示为现有的双层金属光栅偏振片结构示意图。图3是本专利技术第一实施例中的光栅偏振片的结构示意图。图4为采用电子束直写曝光技术制造图3所示光栅偏振片的エ艺流程图。图5为采用纳米压印技术制造图3所示的光栅偏振片的エ艺流程图。图6A是图3所示的光栅偏振片在第一组结构參数下，TM光的透射效率与入射光的波长的关系图。图6B是图3所示的光栅偏振片在第一组结构參数下，TE光的透射效率与入射光 的波长的关系图。图6C是由图6A与图6B得到的消光比与入射光的波长的关系图。图7A是图3所示的光栅偏振片在第二组结构參数下，TM光的透射效率与入射光的波长的关系图。图7B是图3所示的光栅偏振片在第二组结构參数下，TE光的透射效率与入射光的波长的关系图。图7C是由图7A与图7B得到的消光比与入射光的波长的关系图。图8A是图3所示的光栅偏振片在第三组结构參数下，TM光与TE光的透射效率与入射光的波长的关系图。图8B是由图8A得到的消光比与入射光的波长的关系图。图9是本专利技术第二实施例提出的光栅偏振片的结构示意图。图IOA是图9所示的光栅偏振片的TM光的透射效率与入射光的波长的关系图。图IOB是图9所示的光栅偏振片的TE光的透射效率与入射光的波长的关系图。图11是本专利技术第三实施例提出的光栅偏振片的结构示意图。图12A是图11的光栅偏振片的TM光的透射效率与入射光的波长的关系图。图12B是图11的光栅偏振片的TE光的透射效率与入射光的波长的关系图。具体实施例方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的光栅偏振片其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。有关本专利技术的前述及其他本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅偏振片，其特征在于，其包括 基底以及多个栅线单元，所述多个栅线单元周期性地设置在所述基底的一个表面上，所述每个栅线单元分别包括光栅介质层、第一金属层以及第二金属层，所述光栅介质层设置在所述基底上，且所述光栅介质层包括靠近基底的底面、远离基底的顶面、和两个连接底面和顶面的侧面，所述光栅介质层的顶面的宽度小于所述底面的宽度，所述第一金属层设置在所述光栅介质层的顶面上，所述第二金属层位于所述相邻的光栅介质层之间，所述光栅介质层的顶面的高度大于所述第二金属层的高度。2.根据权利要求I所述的光栅偏振片，其特征在于，所述每个栅线单元的光栅介质层分别包括远离所述基底的第一部分及靠近所述基底的第二部分；且所述第一部分的截面形状为矩形，所述第二部分的截面形状为梯形。3.根据权利要求I所述的光栅偏振片，其特征在于，所述基底包括相对设置的第一表面及第二表面，所述多个栅线单元分别周期性地形成于所述第一表面及所述第二表面，并且，形成于所述第一表面上的栅线单元与形成于所述第二表面上的栅线单元关于所述基底相对称。4.根据权利要求I所述的光栅偏振片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志成，崔宏青，
申请(专利权)人：昆山龙腾光电有限公司，上海交通大学，南京大学，
类型：发明
国别省市：