P延迟的目标值来确定间隔层541的目标厚度。
[0055]在步骤720，在间隔层541上形成亚波长部分反射式金属光栅或栅格533，形成如图8(c)所示的结构。金属光栅533通常可以如上文参照图2-5的金属光栅133或233所述，并可由多个平行的薄膜金属条带组成。本领域技术人员应可理解，光栅533的制造可采用多种方法。例如，它可采用剥离(lift-off)工艺制造，其中首先使用光刻胶使间隔层541的顶面图案化，光刻胶图案上有开口，光栅的金属条带将位于此处。然后在图案化的间隔层541上沉积薄金属膜，再去除光刻胶及位于其上的金属膜部分。在另一种方法中，在间隔层541的表面上沉积薄金属膜531，如图8 (b)所示，随后采用光刻等方法使薄金属膜531图案化，以形成其间有开口的光栅533的金属条带。薄金属膜531可以是诸如铝膜，对于约0.7至0.9 μ m的示例光栅节距，其厚度在约0.03-0.07 μ m范围内，光栅金属条带的宽度在0.2至0.4 μ m范围内。
[0056]应注意，图8中亚波长金属光栅533以及图2和3中类似光栅133和233的光栅节距可被减小到基本上比λ/2小的值，光栅条带的宽度也大致与节距成比例缩小。然而，金属光栅533的特征尺寸的这种缩小可能需要采用更为精细且昂贵的技术，由此导致生产成本发生不利的上升。有利的是，我们已发现，采用节距在0.5 λ - 0.6 λ量级上的金属光栅533、233或133可实现良好的FB波片性能，同时又允许使用常规的成本相对低的LCoS制造技术。
[0057]在其他实施例中，金属光栅533可以是由其他合适的金属制成的薄膜光栅，例如但不限于Au、Ag和Cu。在一个实施例中，形成光栅533的光栅线的金属膜531的部分可以在像素间的间隙的上方被去除，如上文参照图5所述。由此，正处于单个像素电极521上方的光栅533的部分与其最近的相邻部分之间有电绝缘，以减小相邻像素间的电容耦合，使得在空间范围内可变的电压可被施加在最终完成器件的整个液晶层上。
[0058]在步骤730，采用本领域已知的适当的沉积技术在薄膜金属光栅533上沉积光栅钝化层543，以便在后续的加工步骤中保护其免于损坏，并对晶片的表面加以平整；此步骤将形成图8(d)所示的结构。也被称为光栅盖层的光栅钝化层543的材料可以是S12，或者是其他合适的不导电透明材料，例如但不限于Si3N4、Al203、Ti02、Ta20^Hf02。随后是在步骤740沉积液晶取向层512和在步骤750沉积液晶层530，这将形成图8 (e)所示的结构。液晶取向层512可以是例如聚合物材料层，例如聚酰亚胺，可以在沉积液晶层530之前，以液晶指向矢的所需取向的方向对液晶取向层512进行摩光或涂刷处理。最后，在液晶层上覆盖玻璃盖板553，在玻璃盖板553面对液晶层530的一面上沉积有透明电极层551和第二液晶取向层513，如图8 (f)所示及本领域普遍已知的方法。应注意，步骤740、750、760可以按照本领域常规硅基液晶生产技术实现，在本文中不再进一步详述。
[0059] 上述示例实施例在所有方面仅作为本发明的示例，而并无限制之意。例如，虽然上文针对诸如相位可变延迟器等液晶器件的示例实施例进行描述，但应该理解，上文所述类型的FB波片也可用于其他应用场合，特别是，可用于采用LCoS和CMOS技术生产的光学器件。在另一示例中，在多像素器件中，可能只有一部分像素包括基于上文所述的亚波长薄膜金属光栅的FB WP结构，而器件的其他像素内可能没有光栅，或者光栅被设计为有不同的延迟值。此外，上述每个示例实施例均可采用在本文中参照其他实施例所述的特征。因此本发明在具体实施上可以有许多变化形式，这些变化形式可由本领域技术人员从本文所述内容中推出。所有此类变化和修改均被视为在以下权利要求所限定的本发明的适用范围和精神内。
【主权项】
1.一种液晶LC器件，包括: 具有反射顶面的第一电极； 设置在所述第一电极的所述反射顶面上的隔离层，其中所述隔离层在所述液晶器件的工作波长上实质上为透明； 设置在所述隔离层上的亚波长金属光栅，所述亚波长金属光栅包括多个平行的金属条带，所述金属条带相互间隔开，并从由所述隔离层所限定的预定距离处沿所述第一电极的所述反射顶面延伸，由此与所述第一电极的所述反射顶面形成反射式形式双折射波片； 设置在所述亚波长金属光栅上的液晶层；以及 设置在所述液晶层上方的与所述第一电极相对的第二电极，其中所述第二电极在所述工作波长上为透明，使得当在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压时，所述液晶层会对入射到所述第二电极上的光赋予可变的光学相移。
2.如权利要求1所述的液晶器件，还包括设置在所述亚波长金属光栅的所述平行的金属条带上方且为所述液晶层提供平表面的光栅盖层。
3.如权利要求2所述的液晶器件，其中所述光栅盖层包括延伸到所述平行的金属条带之间的间隙内的电介质材料。
4.如权利要求1所述的液晶器件，其中多个所述金属条带包括比所述隔离层薄的薄膜金属条带。
5.如权利要求1所述的液晶器件，其中所述隔离层具有厚度，所述厚度为从所述第二电极入射到所述亚波长金属光栅上的光提供目标光相位延迟。
6.如权利要求1所述的液晶器件，其中所述隔离层的光学厚度实质上为所述工作波长的四分之一。
7.如权利要求1所述的液晶器件，其中所述隔离层的光学厚度在0.22* λ至0.3* λ范围内，其中λ为所述工作波长。
8.如权利要求1所述的液晶器件，其中所述亚波长金属光栅的节距在0.6μπι至1.0 μ??范围内，每个所述金属条带的宽度在0.2μηι至0.4μηι范围内，厚度在0.03 μπι至0.07 μ m范围内。
9.如权利要求1所述的液晶器件，其中所述隔离层包括设置在所述第一电极上的电极钝化层和设置在所述电极钝化层上的间隔层。
10.如权利要求1所述的液晶器件，其中所述液晶层的指向矢与所述亚波长金属光栅的所述金属条带成锐角，由此降低所述液晶器件对光的偏振状态的灵敏度。
11.如权利要求1所述的液晶器件，其中所述第一电极包括多个被电极间隙隔开的可独立寻址的像素电极。
12.如权利要求10所述的液晶器件，还包括支承所述第一电极的基底，其中所述基底包括用于对每个所述像素电极独立施加电压的电路，其中多个所述金属条带之间具有位于所述电极间隙上方的间隙，以对所述亚波长金属光栅的位于相邻的所述像素电极上方的部分进行电绝缘。
13.一种用于制造液晶LC器件的方法，包括: a)在基底的反射顶面上沉积透光材料的间隔层，所述基底包括具有平顶面的第一电极和设置在所述第一电极的平顶面上方以形成所述基底的所述反射顶面的电极钝化层； b)在所述间隔层上形成亚波长金属光栅，所述亚波长金属光栅包括多个平行的间隔开的金属条带； c)在所述亚波长金属光栅上沉积光栅盖层； d)在所述光栅盖层上沉积具有指向矢的液晶层；以及 e)在所述液晶层上沉积与所述第一电极相对的透明的第二电极，使得当在所述第一与所述第二电极之间施加电压时，所述液晶层会对入射到所述第二电极上的光赋予可变的光学相移。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述步骤a)包括沉积所述间隔层，沉积的厚度被选择为使得所述间隔层与所述电极钝化层的组合光学厚度为从所述第二电极入射到所述亚波长金属光栅上的光提供实质上为半波片的双程延迟。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述步骤b)包括: 在所述间隔层上沉积金属膜，以及 使所述金属膜图案化，以形成所述多个平行的间隔开的金属条带。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述步骤b)包括使用剥离工艺形成所述多个平行的间隔开的金属条带。
17.如权利要求13所述的方法，其中所述电极钝化层和所述间隔层由选自Si02、Si3N4、A1203、T12, Ta2O5和HfO 2所组成的组中的相同透光材料制成。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述步骤a)包括基于所述电极钝化层的厚度和由所述第一电极和所述亚波长金属光栅形成的反射波片的目标延迟值来确定所述间隔层的目标厚度。
19.如权利要求13所述的方法，其中所述第一电极包括多个由电极间隙隔开的像素电极，其中所述基底包括CMOS基底，所述CMOS基底包括用于对所述像素电极进行独立寻址的电路，且其中所述步骤b)包括在所述电极间隙上方的所述金属条带之间形成间隙，使得所述金属条带的被直接设置在相邻的所述像素电极上方的部分相互间为电绝缘。
20.如权利要求13所述的方法，其中所述步骤b)包括形成所述多个薄膜金属条带，所述亚波长金属光栅的节距在0.6μηι至Ι.Ομηι范围内，每个所述金属条带的宽度在0.2 μ m至0.4μηι范围内，厚度在0.03 μ m至0.07 μ m范围内。
21.如权利要求13所述的方法，其中所述电极钝化层的厚度在0.05 μ m至0.15 μ m范围内，且其中所述步骤a)包括沉积厚度在0.Ιμπι至0.25 μm范围内的间隔层，所述步骤b)包括沉积厚度在0.03 μ m至0.07 μ m范围内的金属膜。
【专利摘要】本发明公开了一种亚波长薄膜金属光栅，其被置于液晶相位可变延迟器内，其与反射式电极相距所选的距离，以形成反射式半波片，由此降低该相位可变延迟器所产生的光相位延迟的偏振相关性。此方法可在器件内形成适当薄的反射式半波片，而不需要对器件的反射式电极进行改动。
【IPC分类】G02F1-1343, G02F1-1333, G02F1-1335
【公开号】CN104849903
【申请号】CN201510087626
【发明人】基思·安德森, 约翰·迈克尔·米勒, 海利·戴杰, 田鲁
【申请人】Jds尤尼弗思公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年2月25日
【公告号】US20150234221