光栅的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明一般涉及光栅领域。
【背景技术】
[0002]已经证实的是包括金属栅格的纳米线栅格偏振片，传统地是在玻璃基片上制造，也可以在塑料膜上制造。与玻璃相比，塑料比较便宜，允许以很高的产量在很大的面积上制造，并且在需要轻量化和柔性的应用中(例如，印刷电子，可穿戴式电子)大有可为。
[0003]例如，刊物“Largeflexible nanowire grid visible polarizer made bynanoimprint lithography (由纳米压印光刻技术制备的大块柔性纳米线栅格偏振片)，，(作者 Chen, L., Wang, J.J., Walters, F., Deng, X.G., Buonanno,., Tai, S.&Liu, X.Μ.(2007)应用物理学快报(Applied Physics Letters), 90)和“Direct imprintingon a polycarbonate substrate with a compressed air press for polarizerapplicat1ns (用于偏振片应用的使用气动压力机在聚碳酸酯基片上的直接压印)”(作者 Lin, C.H.，Lin, H.H.，Chen, W.Y.&Cheng, T.C.(2011)，微电子工程(MicroelectronicEngineering), 88, 2026-2029)公开了对可见光范围内的光具有非平坦的光谱响应的光学元件结构。这种非平坦的光谱响应导致了塑料纳米线栅格偏振片在应用于透射模式时的不理想的泛红伪像。下文中将参照图10A进一步描述关于纳米线栅格偏振片工作原理的进一步讨论。
[0004]因此需要提供能够解决不理想的特性的光学元件以及该光学元件的制造方法，不理想的特性例如由现有塑料纳米线栅格偏振片制造的光学元件结构的相关泛红伪像。
【发明内容】
[0005]本发明的一个方面提供光栅，光栅包括基片，基片包括多个凸起，任意两个相邻凸起之间存在间隔；和盖帽，设置于多个凸起中的至少一个上离基片最远的端部，其中盖帽相对于基片材料具有更高的光学衰减度并且其中每个凸起和在其上各自盖帽的组合具有大致对称的横截面轮廓。
[0006]本发明的另一个方面提供形成光栅的方法，该方法包括提供基片；在基片上形成多个凸起，在任意两个相邻凸起间存在间隔，在至少一个多个凸起中的至少一个上离基片最远的端部提供盖帽，其中盖帽相对于基片材料具有更高的光学衰减度，并且其中每个凸起和其上各自凸盖帽的组合具有大致对称的横截面轮廓。
【附图说明】
[0007]参照附图并通过以下仅作为示例性的书面描述，本发明的示例性实施方式对于本领域技术人员将会更易于理解且显而易见。图形不一定成比例，重点一般地在于阐释本发明的原理，其中:
[0008]图1A示出了根据第一实施方式的光栅的横截面结构。
[0009]图1B示出了具有非对称横截面轮廓的光栅的横截面结构。
[0010]图2示出了根据优选的实施方式的光栅的横截面结构。
[0011]图3示出了制造根据如图2所示的第一实施方式光栅的方法的流程图。
[0012]图4A到图4C示出了将光栅直接制造到基片上的优选实施方式的示意性的过程，图4D提供了制造的光栅的示意图。
[0013]图5A示出了使用参照图4A到图4C描述的方法制造的光栅的结构的横截面。
[0014]图5B和图5C不出了传统光栅的横截面。
[0015]图6A示出了测出的根据图5A所示优选实施方式和图5C所示传统光栅分别制造的光栅的TM偏振光的Ttm透射谱对可见光波长的图表，可见光波长范围从400nm到800nm。
[0016]图6B不出了根据优选实施方式和传统光栅制造的光栅的透射的TE偏振光和透射的TM偏振光之间对比度(Ttm/Tte)对可见光波长的图，可见光波长范围从400nm到800nmo
[0017]图7A示出了通过光学膜看到的文档的图片，光学膜使用图5A的结构制造而成。
[0018]图7B示出了通过光学膜看到的文档的图片，光学膜使用如图5C所示的传统纳米线栅格偏振片制造而成。
[0019]图8示出了从2003年到2012年子像素尺寸的走向。
[0020]图9A示出了对于根据优选实施方式的光栅所测出的TM偏振光Ttm透射谱对从450nm到650nm的光波长范围的图表的模拟结果。
[0021]图9B示出了对于根据优选实施方式的光栅的透射TE偏振光和透射TM偏振光之间对比度(Ttm/Tte)对从450nm到650nm光波长范围的图表的模拟结果。
[0022]图1OA和图1OB分别阐释了纳米线栅格偏振片和视差屏障的工作原理。
[0023]定义
[0024]下面给出贯穿本文公开的多个实施方式中所使用的表述的定义，这些定义仅作为示例而非详尽的。
[0025]术语“光栅”可以指光学元件，该光学元件对透过其的光起作用。光学元件的例子如透镜、反射镜、棱镜、纳米线栅格偏振片和视差屏障，本文公开的光栅的各种实施方式所起到的功能是纳米线栅格偏振片或者视差屏障。因此，术语“光栅”和“光学元件”在整个说明书中可以交换使用。
[0026]参照图1OA和1B分别描述了纳米线栅格偏振片和视差屏障的工作原理。图1OA示出了纳米线栅格偏振片1000。纳米线栅格偏振片1000在透明基片1002(例如玻璃、塑料)上具有子波长金属栅格1004。亚微米级尺寸的金属栅格1004提供了一系列交替的不透明和透明的狭缝。原则上，偏振片1000的光学性质使得偏振方向平行于金属栅格的入射光(TE偏振光，标识为TE)能够被反射(标识为Rte)，很少量这种入射TE偏振光透射过偏振片(透射的TE偏振光标识为Tte)，同时使得垂直于偏振方向的入射光(TM偏振光，标识为TM)能够透射过偏振片(透射的TM偏振光标识为Ttm)。偏振片1000的Ttm和T TE光谱可以在从400nm到800nm的可见波长范围上使用紫外-可见光显微分光光度计(例如“CRAICQDI 2010”)测量。用(Ttm/Tte)的比值计算出对比度。透射谱(Ttm)和对比度(Ττμ/Ττε)是偏振片的两个主要的光学性能参数。图1OB示出了制造视差屏障的系统1050。通过在图像源(例如液晶显示器1054)前方放置光学元件1040以制造视差屏障，使得每只眼1042通过由光学元件1040带来的视差看到不同的像素集合，因此产生了 3D成像所需要的深度感。光学元件1040提供微米级栅格的一系列交替的不透明和透明狭缝。
[0027]术语“凸起”可以指从基片表面延伸出来的结构。在光栅被称为光学元件的多种实施方式中，术语“栅格”可用于指“凸起”。因此，术语“栅格”和“凸起”在整个说明书中可以交换使用。
[0028]术语“横截面圆弧轮廓”应理解于在微观尺度下实施的制造过程的背景中，“横截面圆弧轮廓”可以指由于制造过程而具有故意制造的弯曲的轮廓。
【具体实施方式】
[0029]下面将参照附图描述各个实施方式，其中不同的视图中相同的参考特征一般指相同的部分。
[0030]图1A示出了根据第一实施方式的光栅100的横截面结构。
[0031]光栅100包括基片102，基片102包括多个凸起104。任意两个相邻凸起104之间存在间隔106。在多个凸起104中的至少一个凸起的离基片102最远的端部103上配置有盖帽118。盖帽118相比于基片102材料具有更高的光学衰减度。每个凸起104和其各自上方的盖帽118的组合具有大致对称的横截面轮廓。
[0032]每个凸起104和其各自上方的盖帽118的组合相对于纵轴114大致对称，纵轴114沿各自凸起104的中心延伸并且与各自凸起104的底部116相交。这种对称使得光栅100具有平坦的光谱响应。因此，不再需要相同的对称度，而需要允许光栅100提供平坦光谱响应的对称度。
[0033]人们发现，对称的轮廓，例如由每个凸起104的横截面圆弧轮廓112表示的轮廓，相比于每个凸起104具有非对称结构的情况(例如，具有横截面直线轮廓的笔直的侧壁，参见图1B)，提供更平坦的光谱响应。虽然图1A示出了圆弧横截面轮廓，但其他轮廓例如方形或者圆形也可行，只要盖帽118和各自的凸起104的总的横截面轮廓具有对称性。
[0034]盖帽118优选地是不透明的。这种不透明的盖帽可以由金属或者有吸光添加剂分子的电介质制作。金属中的不透明度(即光学衰减度)由金属的厚度控制。使用金属实现盖帽118为盖帽118提供具有反射性能。电介质中的不透明度(即光学衰减度)由电介质中所含的吸光添加剂分子(例如颜料、染料、色素和感光乳胶等)的量控制。使用电介质实现盖帽118为盖帽118提供非反射性能。
[0035]由用于制造盖帽118的材料所赋予的盖帽118的物理性质决定了光栅100是起到视差屏障的作用还是起到纳米线栅格偏振片的作用。假定非反射顶盖不反射TE偏振光，不透明可反射顶盖允许光栅100起到纳米线栅格偏振片的作用。不透明可反射顶盖；或者不透明非反射顶盖允许光栅100起到视差屏障的作用。在盖帽118是不透明可反射的情况下，当光栅100在