一种线栅偏振器及其制造方法与流程

本发明涉及线栅偏振器，特别是涉及一种线栅偏振器及其制造方法。

背景技术：

1、光刻技术的最新发展已经使得形成具有在光的波长水平上的间距的微结构图案成为可能。具有如此小的间距图案的构件和产品不仅在半导体领域而且在光学领域被广泛使用和有用；例如，采用金属材料制成的金属线以规定的间距排列成格子状的线栅型偏振器中，其间距比入射光的间距小很多(例如为一半以下)。它反射了大部分平行于金属线振荡的电场矢量分量的光，几乎透射了垂直于金属线的电场矢量分量的光，因此可以当作线栅偏振片使用并产生单偏振光。由于线栅偏振片可以反射和再利用非透射光，因此从有效利用光的观点出发也是比较理想的。

2、然而，现有技术下的线栅偏振器，由于金属线大多暴露在外，缺乏有效的保护，不仅容易与空气中的水分反应引起氧化，而且还容易受外力作用变形、塌陷，同时还容易藏垢纳污。而上述各种问题的发生，最终都极大的影响到了线栅偏振器的光学性能。

3、因此，本领域技术人员致力于开发一种可以避免金属线栅被氧化或破坏的线栅偏振器及其制造方法。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明公开了一种线栅偏振器及其制造方法，所要解决的技术问题是提供一种可以避免金属线栅被氧化或破坏的线栅偏振器及其制造方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种线栅偏振器，包括透明基板，所述透明基板上布置有金属线栅，所述金属线栅的外围封闭围设有围坝，所述围坝密封盖设有用于密封所述金属线栅的透明保护板。

3、优选的，所述金属线栅包括同向间隔分布的电介质凸起，以及沉积于所述电介质凸起顶部和/或侧壁的金属线；所述围坝与所述电介质凸起采用纳米压印光刻工艺一体成型。此种将金属线设置在电介质凸起顶部和/或侧壁上，作为优选，采用倾斜蒸镀工艺将金属线沉积于电介质凸起的顶部和其中一相邻侧壁；当然也可以在垂直于透明基板方向进行蒸镀，之后再结合刻蚀工艺，将金属线单独加工至电介质凸起的顶面，有关此种方式的具体设置，在此不做进一步赘述。

4、优选的，所述围坝的宽度设置为1～5mm，所述电介质凸起的间距设置为50～150nm；所述围坝的顶面高于所述金属线的顶面，且所述围坝与所述透明保护板之间设置有粘结层。电介质凸起顶部和/或侧壁用于沉积金属线，因此电介质凸起的宽度根据金属线栅的需求设计。围坝的宽度远大于电介质凸起的宽度，才能为透明保护板提供良好的支撑，并且在密封时达到更好的密封效果。

5、优选的，所述金属线栅包括同向平行间隔分布于所述透明基板上的金属线，所述围坝包括金属围坝，以及设置于所述金属围坝顶面的掩膜围坝，所述掩膜围坝的顶面高于所述金属线的顶面，掩膜围坝通过粘结层与所述透明保护板密封紧固。该方式为将金属线直接设置于透明基板上，并且外围处利用金属围坝作为围坝的一部分，通过掩膜围坝将围坝整体加高，形成支撑透明保护板且高于金属线顶部的围坝。

6、优选的，所述金属围坝的宽度大于所述金属线的宽度，且所述金属围坝与所述掩膜围坝的宽度相同且均设置为1～5mm。金属线的宽度根据金属线栅的需求设计，为了方便在加工后的金属围坝的顶面加工等宽的掩膜围坝，继而对透明保护板形成稳定可靠的支撑，加工后的金属围坝的宽度远大于金属线的宽度。

7、优选的，所述透明基板和所述透明保护板的材质均为玻璃或石英，且至少可透过波长为380～780nm的可见光。由于金属线密闭于围坝内，而围坝两侧的透明基板和透明保护板又具备较好的导热性能，因此能够为金属线的使用提供较好的耐久性。

8、优选的，所述透明保护板与所述围坝密封后的腔体内填充有用于保护金属线栅的惰性气体。

9、本发明还提供了一种线栅偏振器的制造方法，制造如上所述的线栅偏振器，还包括以下加工步骤：

10、1)提供一压印模板，所述压印模板设置有凹凸微结构图案和环形凹槽，所述环形凹槽围设于所述凹凸微结构图案的外围，且所述环形凹槽的深度大于所述凹凸微结构图案中相邻凸起之间的长条形凹槽的深度；所述环形凹槽的深度与所述长条形凹槽的深度比值为1.5～2.5；

11、2)在所述透明基板表面涂覆纳米压印胶层，并利用所述压印模板在透明基板的纳米压印胶层上压印出多个图案区，通过灰化工艺将图案区凹槽内的压印胶去除；

12、3)通过金属镀膜工艺对多个所述图案区内的凹凸微结构图案进行加工，使得凹凸微结构图案中的电介质凸起顶面和/侧壁形成金属线；

13、4)在透明保护板的底面或所述围坝的顶面设置粘结层，将所述透明保护板盖设于多个所述图案区的上方，并使得透明保护板与每个图案区内的所述围坝密封粘结；

14、5)从所述透明保护板的外侧面沿单个所述围坝的外围进行分割，得到具有透明保护板的单个线栅偏振器。

15、本发明还提供了一种线栅偏振器的制造方法，制造如上所述的线栅偏振器，其特征在于，还包括以下加工步骤：

16、1)首先在透明基板表面沉积金属层，然后在所述金属层的上表面涂覆纳米压印胶层，最后通过步进纳米压印工艺在所述纳米压印胶层上压印出多个图案区；清除多个所述图案区凹槽内的压印胶直至金属层外露，以此形成掩膜；

17、2)通过多个所述图案区中的所述掩膜对金属层进行蚀刻使其形成金属线，之后再通过灰化处理工艺清除金属线上方压印胶的同时，同步降低所述掩膜围坝的高度；

18、3)在多个所述掩膜围坝的顶面涂覆粘合剂，并将透明保护板盖设于多个掩膜围坝的顶面，以此使得掩膜围坝内的金属线密封至透明基板和透明保护板之间的腔体内；

19、4)从透明保护板的外侧面沿单个所述掩膜围坝的外围进行分割，得到具有透明保护板的单个线栅偏振器。

20、为增加透明保护板与围坝顶面密封后的稳定性，上述粘合剂可设置为固化性粘附剂，该固化性粘附剂可以通过紫外线(uv)或热进行固化，以此确保透明保护板与围坝顶面密封后的机械强度。粘合剂可以采用常用于半导体封装等的粘合剂，如基于环氧的粘合剂。为了方便粘合剂的设置，避免对线栅图案造成影响，优选通过喷墨法仅对围坝的顶面施加可固化的粘合剂。喷墨方法是一种无遮罩的非接触式技术，可以使液滴降落在所需的位置并在不去除材料的情况下直接进行图案化；当然也可以根据需要将粘合剂预先喷涂于透明保护板，之后再通过对准系统使其与对应的围坝顶面对齐贴紧，最后再通过紫外线照射或热固化等方法使其与围坝密封紧固。

21、本发明的有益效果是：

22、通过设置围坝和透明保护板，围坝能为透明保护板的架设提供稳定可靠的支撑，并使得围坝内的金属线栅与空气隔绝，能够避免金属线栅与空气中的水分反应引起氧化，或者因灰尘或污物侵入金属线栅而影响线栅偏振器的性能。具体的，因为设置了透明保护板，用手触摸或用空气或水施加的压力不会使金属线栅图案变形或塌陷；其次用透明保护板覆盖金属线栅图案的上部，并通过围坝隔离密封，可以防止异物进入，譬如碎玻璃的附着；再加上线栅偏振器的透明保护板4的外侧边和透明基板1的外侧边处于同一平面内，即围坝3的外壁处于透明保护板4和透明基板1的外侧边之内，能够确保透明基板1和透明保护板4，抵抗在外周附近施加的外力的强度，防止变形和塌陷。另一方面，基于本线栅偏振器的结构，易于处理和运输，整个过程都可以在无尘室中进行，并且消除了后期处理和使用过程中粘附灰尘和异物的风险，从而可以较好的保持线栅型偏振器的光学性能。