具有双吸收区域的线栅偏振器的制作方法

本申请通常涉及选择性吸收式线栅偏振器和图像投影系统(例如，计算机投影仪)。

背景技术：

在图5中示出的是一种图像投影系统50，包括：(1)夹在或设置在光源41与液晶显示器(LCD)42之间的线栅偏振器(入射侧(incoming)线栅偏振器)56；以及(2)夹在或设置在X-立方体43与LCD 42之间的另一线栅偏振器(分析器(analyzer)线栅偏振器)55。线栅偏振器55和56可以具有被设置在透明衬底11的表面上的平行的、狭长的长条54的阵列。长条54中的每一个可以包括反射线(wire)13和吸收式肋状物12。

来自光源41的光44可以在入射侧线栅偏振器56处被偏振。入射侧线栅偏振器56可以基本上透过光57的一种偏振(例如，p-偏振光)并且基本上反射光57的相反偏振(例如，s-偏振光)。来自入射侧线栅偏振器56的反射光57可能不利地影响被投影的图像(例如，重影)。然而，由于吸收式肋状物12被设置在LCD 42与反射线13之间，因此被LCD 42反射的光47可能被入射侧线栅偏振器56吸收。

光44中的一些可以通过LCD 42并且可以在分析器线栅偏振器55处被进一步偏振。分析器线栅偏振器55可以基本上透过一种偏振(例如，p-偏振光)并且基本上吸收相反偏振(例如，s-偏振光)。由于吸收式肋状物12被设置在LCD 42与反射线13之间，因此相反偏振或s-偏振光可以被分析器线栅偏振器55吸收。然后光44可以到达X-立方体43，在X-立方体43中，来自不同方向的光可以组合并且被投影。到达X-立方体43的光中的一些可以反射回来到系统中—反射回来朝向分析器线栅偏振器55。来自X-立方体43的反射光48可能不利地影响被投影的图像(例如，重影)。

X-立方体有时被称为X-立方体棱镜或交叉二向色棱镜。X-立方体通常被用在计算机投影仪中，用于将不同颜色的光组合成要被投影的单个图像。典型地，X-立方体由四个具有二向色涂层的直角棱镜制成，该四个棱镜粘合在一起以形成立方体。

技术实现要素：

已认识到这样是有利的：消除、最小化或去除不仅从LCD反射的光而且从入射侧线栅偏振器反射的光以及从X-立方体反射的光。本发明涉及可以被用于吸收来自LCD、来自X-立方体以及/或来自入射侧线栅偏振器的反射光的线栅偏振器的各种实施例。本发明也涉及制作这样的线栅偏振器的各种方法并且涉及使用这样的线栅偏振器的被改进的图像投影系统。

在一个实施例中，选择性吸收式线栅偏振器可以包括平行的、狭长的条(rod)的阵列，该阵列被设置在透明衬底的表面上并且在相邻的条之间具有间隙，所述条中的每一个包括夹在两个吸收式肋状物之间的反射线。

在一个实施例中，制作选择性吸收式线栅偏振器的方法可以包括：

1.在透明衬底的表面上沉积吸收材料的层(第一层)；

2.在所述第一层的表面上沉积反射材料的层(第二层)；

3.在所述第二层的表面上沉积吸收材料的层(第三层)；以及

4.蚀刻所述三个层以形成间隔开的条，所述条能够：

a.基本上透过光的一种偏振；以及

b.基本上吸收从两个相反方向中的任一方向入射到所述偏振器的光的相反偏振。

在一个实施例中，图像投影系统可以包括被设置在光源与液晶显示器(LCD)之间的入射侧线栅偏振器。所述入射侧线栅偏振器可以包括平行的、狭长的条的阵列，该阵列被设置在透明衬底的表面上并且在相邻的条之间具有间隙。所述条中的每一个可以具有夹在两个吸收式肋状物之间的反射线。所述入射侧线栅偏振器可以被设置在接收来自所述光源的光的位置，并且能够基本上透过来自所述光源的所述光的一种偏振并且基本上吸收来自所述光源的所述光的相反偏振。所述入射侧线栅偏振器可以被设置在接收来自所述LCD的反射光的位置并且能够基本上吸收来自所述LCD的所述反射光。

附图说明

图1为根据本发明实施例的包括被夹在两个吸收式肋状物12之间的线13的线栅偏振器10的示意性截面侧视图；

图2为根据本发明实施例的包括被夹在两个吸收式肋状物12之间的线13的线栅偏振器10的示意性透视图；

图3a-c示出根据本发明实施例的制作线栅偏振器的方法中的步骤；

图4为根据本发明实施例的图像投影系统；

图5为根据现有技术的图像投影系统。

具体实施方式

定义

在光学结构中使用的许多材料吸收一些量的光、反射一些量的光并且透过一些量的光。首先，下面的四个定义旨在区分主要吸收式、主要反射式或主要透过式的材料或结构。

1.如在此所使用的，术语“吸收式的”表示基本上吸收在关注的波长内的光。

a.材料是否为“吸收性的”是相对于在偏振器中使用的其它材料而言。由此，吸收式结构将吸收显著多于反射式或透过式结构。

b.材料是否为“吸收性的”取决于关注的波长。材料可能在一种波长范围内为吸收性的，但在其它波长范围内不是吸收性的。

c.在一方面中，吸收式结构可以吸收大于40％且反射小于60％的在关注的波长内的光(假设该吸收式结构为光学厚膜-即，大于趋肤深度厚度)。

d.吸收式肋状物可以被用于选择性吸收光的一种偏振。

2.如在此所使用的，术语“反射式的”表示基本上反射在关注的波长内的光。

a.材料是否为“反射性的”是相对于在偏振器中使用的其它材料而言。由此，反射式结构将反射显著多于吸收式或透过式结构。

b.材料是否为“反射性的”取决于关注的波长。材料可能在一种波长范围内为反射性的，但在其它波长范围内不是反射性的。一些波长范围可以有效地利用高反射性材料。在其它的波长范围，尤其是其中更容易发生材料劣化的较低的波长，材料的选择可能更受限制，并且光学设计者可能需要接受具有比预期低的反射率的材料。

c.在一方面中，反射式结构可以反射大于80％且吸收小于20％的在关注的波长内的光(假设反射式结构为光学厚膜-即，大于趋肤深度厚度)。

d.通常将金属用作反射性材料。

e.反射式线可以被用于分离光的一种偏振与光的相反偏振。

3.如在此所使用的，术语“透过式的”表示基本上透过在关注的波长内的光。

a.材料是否为“透过性的”是相对于在偏振器中使用的其它材料而言。由此，透过式结构将透过显著多于吸收式或反射式结构。

b.材料是否为“透过性的”取决于关注的波长。材料可能在一种波长范围内为透过性的，但在其它波长范围内不是透过性的。

c.在一方面中，透过式结构可以透过大于90％且吸收小于10％的在关注的波长内的光。

4.如在这些定义中所使用的，术语“材料”指的是特定结构的整体材料。因此，“吸收式的”结构由作为整体基本上为吸收性的材料制成，即使材料可能包括一些反射性的或透过性的成分。由此，例如，由足够量的吸收性材料制成的以使得基本上吸收光的肋状物为吸收式肋状物，即使该肋状物可能包括一些被嵌在其中的反射性的或透过性的材料。

5.如在此所使用的，术语“光”可能表示在电磁光谱的x-射线、紫外线、可见光、和/或红外线、或其它区域中的光或电磁辐射。

6.如在此所使用的，术语“被夹在”表示一项(中心项)被置于其它两项(外部项)之间，但中心项不一定接触外部项。

7.如在此所使用的，术语“基本上吸收”并不表示吸收所有的反射光，而是吸收大量的反射光以使得在图像投影系统中存在有意义的改进。

详细描述

线栅偏振器结构

如在图1-2中所示例的，选择性吸收式线栅偏振器10被示出包括平行的、狭长的条14的阵列，该阵列被设置在透明衬底11的表面上并且在相邻的条14之间具有间隙15。条14中的每一个可以包括夹在两个吸收式肋状物12之间的反射线13。间隙15可以从底部肋状物12b(即，最接近衬底的肋状物12)的底部或靠近底部肋状物12b的底部延伸至顶部肋状物12a(即，最远离衬底的肋状物12)的顶部。间隙15可以填充有空气或填充有其他材料，诸如例如玻璃或其他介电材料。

肋状物12可以包括对预期光波长范围为充分吸收性的任何材料。在一方面中，肋状物12可以包括锗、硅、钛、钨、碳和/或钽。在一方面中，肋状物12可以包含质量百分比为至少80％的锗、至少80％的硅、至少80％的钨、至少80％的碳、至少80％的钛或至少80％的钽。

线13可以为金属的—也就是，布线13可以由金属(大体上纯的金属或金属合金)制成。在一方面中，线13可以包括铝、铬、银和/或金。在一方面中，线13可以包含质量百分比为至少80％的铝、至少80％的铬、至少80％的银或至少80％的金。

肋状物12中的至少一个可以邻接线13。备选地，可以将诸如用于提高偏振器的性能的其它薄膜材料的其它材料设置在肋状物12中的一个或两者与线13之间。底部肋状物12b可以邻接衬底11，或者可以将诸如薄膜的其它材料设置在底部肋状物12b与衬底之间。在顶部肋状物12a的顶表面的顶部上可能存在或不存在其它材料。

根据整体线栅偏振器设计，线13和肋状物12可以具有各种厚度。在一个实施例中，线13可以具有在140-220纳米之间的厚度，并且肋状物12每一个可以具有在10-30纳米之间的厚度。条14可以具有小于入射光的半波长的栅距(pitch)。在一个实施例中，条14具有在40-160纳米之间的栅距。

根据在此公开的实施例制作的线栅偏振器在450纳米至700纳米的光波长范围内，可以吸收来自该偏振器的两侧(因为吸收式肋状物12夹着线13，所以是两侧)的光的一种偏振(例如，s-偏振光)的至少80％并且透过光的相反偏振(例如，p-偏振光)的至少80％。在另一实施例中，肋状物12可以吸收大于40％且反射小于60％的在450纳米至700纳米的波长范围内的光的一种偏振(例如，s-偏振光)。在一个实施例中，线13可以反射大于80％且吸收小于20％的在450纳米至700纳米的波长范围内的光的一种偏振。

制造方法

下文为制作选择性吸收式线栅偏振器的方法，该偏振器诸如例如包括上述结构和性能特性的上述实施例中的一个。该方法可以包括下面的步骤，其可以以所描述的顺序进行：

1.在透明衬底11的表面上沉积吸收材料的层(第一层)31。见图3a。

2.在第一层的表面上沉积反射材料的层(第二层)32。见图3b。

3.在第二层的表面上沉积吸收材料的层(第三层)33。见图3c。

4.蚀刻三个层31-33以形成间隔开的条14，条14能够：

a.基本上透过光的一种偏振；以及

b.基本上吸收从两个相反方向d₁和d₂中的任一方向入射至偏振器的光的相反偏振。见图1-2。两个相反方向d₁和d₂可以垂直于衬底的表面。

图像投影系统

在图4中示出的是图像投影系统40，包括：(1)被设置在光源41与液晶显示器(LCD)42之间的线栅偏振器(入射侧线栅偏振器)46；以及(2)被设置在X-立方体43与LCD 42之间的另一线栅偏振器(分析器线栅偏振器)45。可以将LCD 42设置在线栅偏振器45与46之间。入射侧线栅偏振器46和分析器线栅偏振器45可以具有如上所述的实施例的线栅偏振器10的结构和性能特性。

入射侧线栅偏振器46可以被设置在接收来自光源41的光44的位置。入射侧线栅偏振器46可以基本上透过来自光源41的光44的一种偏振(例如，p-偏振光)并且基本上吸收来自光源41的光44的相反偏振(例如，s-偏振光)。入射侧线栅偏振器46可以被设置在接收来自LCD 42的反射光47的位置。入射侧线栅偏振器46可以基本上吸收来自LCD 42的反射光47。

分析器线栅偏振器45可以被设置在接收来自LCD 42的光49的位置。分析器线栅偏振器45可以基本上透过来自LCD的光49的一种偏振(例如，p-偏振光)并且基本上吸收来自LCD的光49的相反偏振(例如，s-偏振光)。可以将分析器线栅偏振器45设置在接收来自X-立方体43的反射光48的位置。分析器线栅偏振器46可以基本上吸收来自X-立方体43的反射光48。

通常，偏振器45和46的线面向LCD 42，如图6所示，但是其中线面向光源41和/或X-立方体的相对结构也在本发明的范围内。

此处的附图不是按比例的。衬底11在厚度上典型地接近毫米，但条14在厚度上典型地远小于毫米，至少用于可见光的偏振。因此，为了示出偏振器的各种元件，附图不是按比例的。另外，典型的线栅偏振器具有比示出的线13多许多的线，但是为了清楚地示出结构，仅在附图中示出一些线13或条14。