CN107533172B - 线栅起偏器的氧化和水分屏障层 - Google Patents

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Abstract

线栅起偏器(WGP)(10)可具有共形涂层(13)以保护WGP(10)免于氧化和/或腐蚀。共形涂层(13)可包括具有氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铪和氧化锆中的至少一种的屏障层。制造WGP(10)的方法可包括通过气相沉积将屏障层施加至WGP(10)的肋(12)上。

Description

线栅起偏器的氧化和水分屏障层
发明领域
本申请总体上涉及线栅起偏器。
背景
线栅起偏器(WGP)可用于将光分成两种不同的偏振态。一种偏振态可通过WGP，而另一种偏振态可被吸收或反射。WGP的有效性或性能基于一种偏振的极高透射百分比(有时称为Tp)和相反偏振的最小透射(有时称为Ts)。具有高对比度(Tp/Ts)可能是有益的。相反偏振(Rs)的反射百分比也可能是起偏器性能的重要指标。
WGP(特别是用于可见光或紫外光的起偏的那些)的肋(rib)或线可具有小且精细的肋，所述肋具有纳米尺寸的间距、线宽度和线高度。WGP用于需要高性能的系统(例如计算机投影仪、半导体检测工具等)中。WGP中的小缺陷，例如灰尘、腐蚀的肋和塌陷的肋可能会显著降低系统性能(例如计算机投影仪的图像畸变)。氧化可通过不利地影响对比度或Rs而降低性能。因此，可能重要的是保护肋免受腐蚀、氧化、机械损伤和灰尘的影响。
水可能仅冷凝或滴落到WGP的有限部分上。由于水可存在于一个通道但不存在于相邻的通道中，因此水中的力可导致肋坍塌，由此破坏WGP。
WGP性能还可因腐蚀而降低。水可冷凝在WGP上并由于毛细管作用芯吸至肋之间的窄通道中。所述水然后可腐蚀肋。腐蚀的区域可具有降低的对比度、改变的Rs，或者根本不能偏振。
肋的氧化也可降低WGP的性能。例如，由于铝线随时间形成天然氧化物，因此下层的基本上纯的铝被消耗，由此降低了基本上纯的铝线的尺寸且改变WGP的起偏特性。
通过将WGP浸在含有涂料的水溶液中来施加保护性涂层。涂料可粘附到肋上，然后可将WGP从水溶液中取出。如美国专利No.6,785,050所述，氨基膦酸酯通常以这种方式施加。对于某些线材料，例如铝和硅，通过这种方法施加保护性涂层已经相当成功，但在极端环境中可能不足以保护WGP。硅用于选择性吸收的WGP中以吸收一种偏振的光，由此降低Rs。该含硅WGP的性能可随时间降低，如逐渐增大的Rs所显示。
保护性涂层可不利地影响起偏器的性能。例如，涂层可导致Tp降低。可能需要较厚的涂层来提供足够的氧化或腐蚀防护，然而较薄的涂层可能是优选从而使涂层导致的性能降低最小化。
概述
已经认识到，有利的是(1)保护线栅起偏器(WGP)免受氧化、腐蚀和灰尘的影响；(2)保护线栅起偏器以免因线栅起偏器上的液体中的张力造成的破坏；和(3)减少线栅起偏器性能随时间的降低。
本发明涉及满足这些要求的具有保护性涂层的WGP以及制造具有保护性涂层的WGP的方法的各种实施方案。各实施方案可满足这些要求中的一个、一些或全部。
WGP可包括位于透明衬底的表面上的肋，其中至少一部分肋之间具有间隙。共形涂层可以位于肋上。共形涂层可包括屏障层，其可包含氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铪和氧化锆中的至少一种。制造WGP的方法可包括通过气相沉积在WGP的肋上施加屏障层。
附图简述
图1-3是根据本发明实施方案的WGP 10、20和30的示意性横截面侧视图，所述WGP各自具有位于肋12上的共形涂层13。图1中的共形涂层13包括单层—远共形涂层13d。图2中的共形涂层13包括两层—近共形涂层13p和远共形涂层13d。图3中的共形涂层13包括三层—近共形涂层13p、中间共形涂层13m和远共形涂层13d。
图4是根据本发明实施方案的具有共形涂层13的WGP 40的示意性横截面侧视图，其包括设计用来在肋12的表面上以Cassie-Baxter态保持水41的疏水层。
图5是根据本发明实施方案的WGP 10的示意性横截面侧视图，其具有位于透明衬底11表面上的肋12的阵列。各肋12可包括具有不同材料的不同区域14和15。具有一种化学物质的共形涂层55可粘附到一个区域15上，而具有不同化学物质的共形涂层54可粘附到不同的区域14上。
图6是根据本发明实施方案的WGP的示意性透视图。
图7是一种偏振(Rs)的波长和反射率之间的关系的图：(1)根据本发明实施方案的包括锗的WGP；和(2)根据现有技术的包括硅的WGP。
图8-9是根据本发明实施方案的具有宽带、选择性吸收的WGP 84的图像投影仪80和90的示意图。
图10显示了根据本发明实施方案的包括WGP 104的集成电路(IC)检测工具100。
图11显示了根据本发明实施方案的包括WGP 114的平板显示器(FPD)制造工具110。
定义
本文所用的“烷基”是指支化、非支化或环状饱和烃基。烷基包括但不限于例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、辛基和癸基，以及环烷基如环戊基和环己基。如果考虑分子的总原子量，则“烷基”通常可相对较小以促进气相沉积，例如在一个方面中≤2个碳原子，在另一方面中≤3个碳原子，在又一方面中≤5个碳原子，或者在再一方面中≤10个碳原子。本文所用的“取代的烷基”是指被一个或多个取代基取代的烷基。术语“杂烷基”是指其中至少一个碳原子被杂原子代替的烷基。如果不另外指出，则术语“烷基”包括未取代的烷基、取代的烷基和杂烷基。
本文所用的“芳基”是指包含单个芳环或稠合在一起、直接连接或间接连接(使得不同的芳环与共用基团如亚甲基或亚乙基结构部分键合)的多个芳环的基团。芳基包括例如苯基、萘基、蒽基、菲基、联苯基、二苯基醚、二苯基胺和二苯甲酮。术语“取代的芳基”是指包含一个或多个取代基的芳基。术语“杂芳基”是指其中至少一个碳原子被杂原子代替的芳基。如果不另外指出，则术语“芳基”包括未取代的芳基、取代的芳基和杂芳基。
本文所用的措辞“与肋的键”或类似措辞(例如“Z为与肋的合”)可意指化学品与肋之间的直接键合，或与直接或者经由其他层与肋键合的中间层的键。因此，这些层可为其他共形涂层。
本文所用的术语“碳链”意指连接在一起的包含至少3个成排碳原子的碳原子链(例如-C-C-C，-C＝C-C-等)。术语碳链在一个方面中可包含至少5个成排碳原子，在另一方面中可包含至少10个成排碳原子，或者在又一个方面中可包含至少15个成排碳原子。术语碳链还可包含醚连接键(C-O-C结构部分)。术语碳链包含碳碳单、双和三键。碳原子可连接于任何元素或分子。
术语“细长”意指肋12的长度L(参见图6)显著大于肋宽度W12或肋厚度T12(参见图1)。例如，用于紫外光或可见光的WGP通常可具有20-100纳米的肋宽度W12和50-500纳米的肋厚度T12；肋长度L为约1毫米至20厘米或更长，这取决于应用。因此，细长的肋12可具有比肋宽度W12或肋厚度T12大许多倍(甚至数千倍)的长度L。
本文所用的术语“间隙”意指将一个肋与另一个肋分开的空间、开口或分割。除非另有规定，否则间隙可填充真空、气体、液体或固体。
本文所用的单位“sccm”意指在0℃和1大气压下的立方厘米/分钟。
本文所用的术语“衬底”包括基体材料，例如玻璃晶片。术语“衬底”包括单一材料，并且还包括多种材料(例如层状的、复合材料等)，例如在晶片表面上具有至少一层薄膜的玻璃晶片，其一起用作基体材料。
光学结构中所用的许多材料吸收一些光、反射一些光，和透射一些光。以下定义旨在区分主要是吸收性的、主要是反射性的或主要是透明的材料或结构。每种材料在感兴趣的特定波长(例如，全部或一部分紫外、可见或红外光谱)内可主要是吸收性的、主要是反射性的，或者是主要透明的，并且在不同的感兴趣的波长内可具有不同的性质。
1.本文所用的术语“吸收性”意指在感兴趣的波长内显著吸收光。
a.材料是否是“吸收性”与起偏器中使用的其他材料有关。因此，吸收性结构的吸收显著大于反射性或透明结构。
b.材料是否是“吸收性的”依赖于感兴趣的波长。材料在一个波长范围内可以是吸收性的，而在另一波长范围内则不是吸收性的。
c.在一个方面中，吸收性结构在感兴趣的波长内可吸收大于40％的光并且反射小于60％的光(假设吸收性结构是光学厚膜—即厚度大于透入深度厚度)。
d.在另一方面中，相对于透明材料，吸收性材料可具有高消光系数(k)，例如在一个方面中大于0.01，或者在另一方面中大于1.0。
e.吸收性肋可用于选择性吸收光的一种偏振。
2.本文所用的术语“反射性”意指在感兴趣的波长内显著反射光。
a.材料是否是“反射性”与起偏器中使用的其他材料有关。因此，反射性结构的反射显著大于吸收性或透明结构。
b.材料是否是“反射性”依赖于感兴趣的波长。材料在一个波长范围内可以是反射性的，而在另一波长范围内则不是反射性的。一些波长范围可有效利用高反射性材料。在其他波长范围内，尤其是在更易发生材料降解的较低波长下，材料的选择可能更受限制，并且光学设计者可能需要接受反射率比所希望的反射率低的材料。
c.在一个方面中，反射性结构在感兴趣的波长内可反射大于80％的光并且吸收小于20％的光(假设反射性结构是光学厚膜—即厚度大于透入深度厚度)。
d.金属通常用作反射性材料。
e.反射性线材可用于将光的一种偏振与光的相反偏振分开。
3.本文所用的术语“透明”意指在感兴趣的波长内可显著透射光。
a.材料是否是“透明的”是相对于起偏器中使用的其他材料而言的。因此，透明结构的透射显著高于吸收性或反射性结构。
b.材料是否是“透明的”依赖于感兴趣的波长。材料在一个波长范围内可以是透明的，而在另一波长范围内是不透明的。
c.在一个方面中，在感兴趣的波长下或者在应用的波长范围内，透明结构可透射大于90％的光并且吸收小于10％的光，忽略Fresnel反射损失。
d.在另一方面中，透明结构在感兴趣的波长下或应用的波长范围内具有小于0.01，小于0.001或小于0.0001的消光系数(k)。
4.这些定义中所用的术语“材料”是指特定结构的总体材料。因此，“吸收性”的结构由总体上是基本吸收性的材料制成，尽管材料可包括一些反射或透明组分。因此例如，由足够量的吸收性材料制成从而基本吸收光的肋是吸收性肋，尽管肋可包括包埋在其中的一些反射性或透明材料。
详细描述
如图1-6所示，线栅起偏器(WGP)10，20，30，40，50和60被示出包括位于透明衬底11的表面上的肋12。肋12可为细长的并且设置成基本平行的阵列。在一些实施方案中，肋12可具有小间距P(参见图1)，例如在一个方面中小于200纳米，或者在另一方面中小于150纳米的间距P。
在至少一部分肋12之间可存在间隙G(即，肋12和相邻肋12之间的间隙G)。间隙G在一个方面中可填充有空气，在另一方面中填充有液体，在另一方面中填充有透明的固体介电材料，或其组合。
如图1-5所示，共形涂层13可位于肋12之上。共形涂层13也可位于衬底11的暴露表面上(“暴露表面”意指未被肋12覆盖的衬底表面)。共形涂层13的使用可能是有益的，因为通过遵循肋12的轮廓和衬底11的暴露表面，可使共形涂层的厚度Tp，Tm和Td最小化，由此降低共形涂层13对WGP性能的任何有害影响。共形涂层13可覆盖肋12的暴露表面。共形涂层13可包括屏障层、疏水层或二者。屏障层可包括氧化屏障，水分屏障或二者。
共形涂层13可包括遍布所有或基本上所有肋12的单层(图1)或多个不同的层(参见图2-3)。共形涂层13可包括以下中的至少一个：近共形涂层13p、中间共形涂层13m和远共形涂层13d。可能重要的是共形涂层13的这些层13p、13m和13d中的每一个分别具有足够的厚度Tp、Tm和Td，从而为肋12提供足够的保护和/或为共形涂层13的上层提供基体。因此，近共形涂层13p、中间共形涂层13m和远共形涂层13d中的一个或多个可具有在一个方面为至少0.1纳米，在另一方面中为至少0.5纳米，或在又一方面中为至少1纳米的厚度Tp、Tm或Td。
可能重要的是共形涂层13的这些层13p、13m和13d的每一个分别具有足够小的厚度Tp、Tm和Td，从而避免共形涂层13导致的WGP性能降低或者最小化。因此，近共形涂层13p、中间共形涂层13m和远共形涂层13d中的一个或多个可具有在一个方面中小于2纳米，在另一方面中小于3纳米，在又一方面中小于5纳米，在再一方面中小于10纳米，在还一方面中小于15纳米，或者在仍又一方面中小于20纳米的厚度Tp、Tm或Td。
这些厚度值可为共形涂层13的任何位置处的最小厚度或最大厚度，或者仅仅是在共形涂层13位置处的厚度。共形涂层13的各层可为单层。
或者，如图5所示，具有一种化学物质的共形涂层55可粘附到一个区域15上，而具有不同化学物质的共形涂层54可粘附到不同的区域14上。可以选择共形涂层的多种不同的化学物质，从而使得可用不同的化学物质保护WGP的不同区域。
疏水层描述
共形涂层13可包括疏水层。疏水层可包括膦酸酯共形涂层，其可包括：
Figure BDA0001420532710000071
其中各R1可独立地为疏水基团，Z可为与肋的键，且R5可为任何合适的化学元素或基团。例如，R5可为膦酸酯反应性基团、R1或R6。膦酸酯反应性基团可为可能反应以与肋12形成额外键Z的化学元素或基团，例如但不限于-Cl、-OR6、-OCOR6或-OH。各R6可独立地为烷基、芳基或其组合。
疏水层可替代或额外包括硅烷共形涂层，其可包括化学式(1)、化学式(2)或其组合：
Figure BDA0001420532710000081
其中r可为正整数，X可为与肋的键，且各R3可独立地为化学元素或基团。
如上所述，各R1可独立地为疏水基团。
各R3可独立地选自：硅烷反应性基团、-H、R1和R6。R6如上文所定义。各硅烷反应性基团可独立地选自：-Cl、-OR6、-OCOR6、-N(R6)2和-OH。
R3和/或R5可为小基团，例如-OCH3，从而使气相沉积更容易。气相沉积的益处将在下文描述。
疏水层可替代性地或者额外包括硫共形涂层，其可包括：
Figure BDA0001420532710000082
其中T可为与肋的键，且如上文所述，各R1可独立地为疏水基团。
如图1-3所示，各肋12可包括不同的区域15和14，例如上肋15和下肋14。下肋14可夹在上肋15和衬底11之间。这些(下肋14或上肋15)中的至少一个可为反射性的(例如对可见光而言的铝)，并且可称为线。这些(下肋14或上肋15)中的至少一个可以是吸收性的或透明的，并且可称为杆。例如，对于选择性吸收WGP，当光从肋12侧入射时，所述杆可为吸收性的并且可为上肋15，并且所述线可为下肋14。参见US 7,961,393，其通过引用并入本文。
可能难以同时保护棒和线，因为对于一种具有良好粘附性的保护性化学物质可能无法与另一种很好地粘附。可将硅烷共形涂层、膦酸酯共形涂层和硫共形涂层中的至少两种施加到肋12上。这些中的一种可优先粘附到杆上，而另一种可优先粘附到线上，由此为二者提供有效的保护。通过使用膦酸酯化学物质和硅烷化学物质，而不仅仅是硅烷共形涂层，可以节省金钱，因为目前膦酸酯化学物质比硅烷化学物质便宜。因此，通过将硅烷与膦酸酯组合，需要较少的昂贵硅烷化学物质。例如，杆可为上肋15，可由硅制成，并且硅烷共形涂层55可优先粘附到硅上肋15上；并且线可为下肋15，可由铝制成，并且磷酸酯共形涂层54可优先粘附到铝下肋15上。
X可为与杆的键。例如，X可为-O-Si。T和/或Z可为与线的键。例如，T和/或Z可为-O-Metal，其中Metal为金属原子。因此，硅烷共形涂层可优先粘附到一种材料(例如硅)上，并且膦酸酯共形涂层或硫共形涂层可优先粘附到另一种材料(例如金属)上，从而为多种肋12材料提供保护。
可能有益的是疏水层中的化学品包括各自具有与肋12的多个键T、Z和/或X的分子。通过由各分子形成多个键X，可键合更多的下层表面(例如肋12、近共形涂层13p或中间共形涂层13m)，因此不再能与不希望的化学品(例如水)键合或相互作用。此外，与表面的多个键可改善疏水层的弹性，因为与单一键Z/X/T失效相比，多个键Z/X/T失效的可能性更小。
因此，R1可为：
Figure BDA0001420532710000091
其中A为中心原子，R7可为如上所述的疏水基团，g可为1-3的整数，且R8可为结构部分(1)、结构部分(2)、结构部分(3)或其组合：
Figure BDA0001420532710000092
R3和R5如上文所述。在一个方面中，中心原子A可选自元素周期表第III、IV或V族，或者在另一方面中可选自碳、氮、磷和硅。
例如，对于g＝2，膦酸酯共形涂层和结构部分(3)，所得化学式可为：
Figure BDA0001420532710000101
疏水层中的分子与肋12形成多个键Z和/或X的另一种方式是使R5为Z和/或R3为X。如果在施加膦酸酯化学物质时R5为膦酸酯反应性基团，和/或如果在施加硅烷化学物质时R3为硅烷反应性基团，则可实现这种效果。
在一个方面中，疏水基团可为或者可包括碳链，在另一方面中可包括至少一个与碳键合的卤素。碳链在一个方面中可包括含至少1个碳原子，或者在另一方面中含至少3个碳原子的全氟化基团。全氟化基团在另一方面中可包含少于20个碳原子，在又一方面中可包含少于30个碳原子，或者在再一方面中可包含少于40个碳原子。具有至少4个碳原子以提供疏水链的全氟化基团可能是有益的。为了保持足够高的蒸气压以允许气相沉积，可能有益的是全氟化基团不过长或具有过多的碳原子。
例如，R1的碳链可包括CF3(CF2)n。由于氟的高电负性，可能有益的是具有烃链以将全氟化基团与磷或硫隔开。因此，R1的碳链可包括CF3(CF2)n(CH2)m，其中n在一个方面中可为处于0≤n≤20界限内的整数，或者在另一方面中可为处于4≤n≤10界限内的整数，m在一个方面中可为处于0≤m≤5界限内的整数，或者在另一方面中可为处于2≤m≤5界限内的整数。
为了允许气相沉积，可能重要的是一些或所有共形涂层化学物质具有相对较低的分子量，然而还可能重要的是碳链足够长，从而提供足够的疏水性。因此，膦酸酯共形涂层中的每个分子(不包括与肋的键Z)、硅烷共形涂层中的每个分子(不包括与肋的键X)和/或硫共形涂层中的每个分子(不包括与肋的键T)的分子量在一个方面中可为至少100克/摩尔，在另一方面中为至少150克/摩尔，或者在又一方面中为至少400克/摩尔，并且在一个方面中小于600克/摩尔，在另一方面中小于1000克/摩尔，或者在又一方面中小于1500克/摩尔。
在疏水层中，可能重要的是在硅(Si)和R1之间、在磷(P)和R1之间，和/或在硫(S)和R1之间具有强键，从而避免R1基团与Si、P或S断裂开。因此，硅(Si)和R1之间的键可为硅-碳键(Si-C)；磷(P)和R1之间的键可为磷-碳键(P-C)；和/或硫(S)和R1之间的键可为硫-碳键(S-C)。
位于肋12上的疏水层可提供疏水表面，其可为超疏水表面，这取决于肋的化学性质和结构，例如间距P和肋宽度W12。如图4所示，WGP和共形涂层13可包括疏水层，并且能在肋12的表面上以Cassie-Baxter态保持水41。在WGP 10上具有处于Cassie-Baxter态的水可能是有益的，因为水41基本上不进入或保留在间隙G中，由此避免或降低肋12侧面的腐蚀，并且避免或减少肋12由于水的张力而坍塌。此外，如果水41处于Cassie-Baxter态，则水可更容易地从WGP的表面滚落，其通常携带灰尘颗粒。在一个方面中，水接触角A可大于110°，在另一方面中大于120°，在又一方面中大于130°，或者在再一方面中大于140°。
可溶性WGP材料
如上所述，下肋14或上肋15中的至少一个可为反射性的(例如对可见光而言的铝)，且可称为线，并且至少一个可为吸收性的或透明的，且可称为杆。杆可由硅制成，其对可见光而言是吸收性材料。含硅的选择性吸收WGP已用于图像投影仪中。选择性吸收WGP可基本上允许一种偏振(例如p偏振光)通过并且可吸收相反的偏振(例如s偏振光)。在图像投影仪中，p偏振光可用于形成图像。借助吸收s偏振光的WGP可减少投影图像的重影。一些图像投影仪将光分成三种不同的光束。这些光束中的一种可具有约450nm的波长，另一种可具有约550nm的波长，第三种可具有约650nm的波长。为了优化各光束的偏振，可对各自不同的光束使用不同的WGP设计。
图7图示的硅曲线Si显示了包含硅的选择性吸收WGP的一种偏振的波长和反射率(例如s偏振的反射率Rs)之间的关系。第一硅曲线Si(1)涉及具有经选择以在约450纳米下获得最佳(低)Rs的硅厚度的WGP。第二硅曲线Si(2)涉及具有经选择以在约550纳米下具有最佳(低)Rs的硅厚度的WGP。第三硅曲线Si(3)涉及具有经选择以在约650纳米下具有最佳(低)Rs的硅厚度的WGP。如果需要少于三种不同的WGP设计，则会更简单，并且可避免制造误差。
图7还图示了包含锗的选择性吸收WGP的一种偏振(例如s偏振)的波长和反射率之间的关系的锗曲线Ge。包含锗的WGP在400-700nm波长的2/3范围内具有较好的Rs。因此，使用包括锗的WGP可在约500-700nm提供改善的Rs的益处。另一种可能的益处是，由于锗曲线Ge是平坦的，一种WGP设计可用于至少两种光束(例如550和650)。
包含硅的选择性吸收WGP的另一缺点是Rs随时间而增大(变劣)，这可导致图像投影质量随时间而逐渐变劣。然而，包含锗的选择性吸收WGP显示出相反的趋势—Rs随时间而降低(改善)，由此避免图像投影质量随时间而变劣。由于在整个可见光谱内具有相当好的初始Rs，并且Rs随时间而降低，因此可在整个可见光谱范围内使用单一的包括锗的选择性吸收WGP。
在一个实施方案中，选择性吸收WGP中的杆可包含锗。例如，在一个方面中杆可包含至少20质量％的锗，在另一方面中可包含至少50质量％的锗，在又一方面中可包含至少80质量％的锗，或者在再一方面中可包含至少95质量％的锗。
然而，使用锗的困难之处在于其具有可溶性氧化物(在25℃约4.5g/L)。如果肋12外部包括锗/锗氧化物的起偏器浸没到水溶液中，则WGP性能可能降低。这样的水溶液可用于施加保护性涂层(例如美国专利No.6,785,050中教导的氨基膦酸酯，该专利通过引用并入本文)。这样的保护性涂层对于避免WGP的腐蚀可能是重要的。
其他所需的WGP材料可具有与锗相同的问题，并且它们的性能可由于浸入水溶液中而降低。用该类水溶性材料制成的WGP也可得益于无水浸没和/或气相沉积来施加共形涂层13。例如，如果肋12外部的材料在一个方面中在25℃在水中的溶解度为至少0.015克/升，在另一方面中在25℃为至少0.02克/升，在又一方面中在25℃为至少0.05克/升，在再一方面中在25℃为至少0.5克/升，在还一方面在25℃为至少1克/升，在仍又一方面中在25℃为至少2克/升，或者在再又一方面中在25℃为至少4克/升，则无水方法可能是有帮助的。
因此，至少对于具有可溶于水的材料的WGP，可能有益的是使用无水方法来施加保护性涂层，例如无水浸没或气相沉积。气相沉积方法的非限制性实例包括化学气相沉积(CVD)、低压CVD(LPCVD)、等离子体增强CVD、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、热反应性扩散、电子束沉积、溅射和热蒸发。无水浸没可包括将WGP浸入无水液体浴中。可选择不溶解肋12材料的溶剂。相对于浸渍，可优选气相沉积，这是由于工艺废弃物处理问题减少，健康危害较小，不希望的漂洗残留物减少或没有，并且气相沉积可用标准半导体加工设备进行。
下文描述的氧化屏障和水分屏障可通过ALD施加。疏水层的一些实施方案具有足够高的蒸气压并且可通过气相沉积来施加。
氧化屏障和水分屏障
共形涂层13可包括屏障层。屏障层可包括氧化屏障、水分屏障或二者。屏障层可包括金属氧化物或不同金属氧化物的层。
WGP肋12的氧化可由于不利地影响对比度或Rs而降低WGP的性能。氧化屏障可减少肋12的氧化，由此减少或避免WGP性能降低。术语“氧化屏障”意指能减少氧气进入第二材料(这可导致第二材料氧化)的第一材料。可以在肋12上设置氧化屏障以保护肋12免受氧化。可用作氧化屏障的化学品的非限制性实例包括：氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其组合。
WGP腐蚀可降低WGP的性能。例如，水可冷凝在WGP上且由于毛细作用而芯吸至肋之间的窄通道内。然后，水可腐蚀肋。腐蚀的区域可具有降低的对比度，改变的Rs，或者根本无法起偏。水分屏障可抵抗腐蚀。水分屏障可保护肋12免受水或其他腐蚀。可用作水分屏障的化学品的实例包括：氧化铪、氧化锆或其组合。
屏障层可包括稀土氧化物，例如钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥的氧化物。这些稀土氧化物可为氧化屏障，水分屏障或二者的至少一部分。
屏障层可不同于肋12，这意味着(1)在肋12和屏障层之间可存在边界线或层；或者(2)屏障层的材料相对于肋12的材料可能存在一些差异。例如，可在铝肋12的表面上形成天然氧化铝。然后可将氧化铝层(氧化屏障)施加到肋上(例如通过ALD)。该附加的氧化铝层可能是重要的，因为天然氧化铝的厚度和/或密度可能不足以保护肋12的芯(例如基本上纯的铝)免受氧化。在该实例中，尽管氧化屏障(Al2O3)具有与肋12的表面(Al2O3)相同的材料组成，氧化屏障仍可能不同，这是由于(1)氧化屏障和肋12之间的边界层和/或(2)材料性质的差异，例如氧化屏障相对于天然氧化铝密度增加。
二氧化硅共形涂层
二氧化硅共形涂层可位于硅烷共形涂层和肋12之间。二氧化硅共形涂层可有助于硅烷共形涂层14与肋12键合。二氧化硅共形涂层可为近共形涂层13p或中间共形涂层13m，或为位于中间共形涂层13m和远共形涂层13d之间的共形涂层13的额外层。
多重共形涂层
氧化屏障在抗腐蚀方面可能不太有效。水分屏障和/或疏水层在抗氧化方面可能不太有效。因此，可能有益的是将氧化屏障与水分屏障和/或疏水层组合。
尽管水分屏障可抗腐蚀，但其最终可能分解。因此，可能有益的是使水分屏障对水的暴露最小化。疏水层可使WGP上的冷凝水最少化或防止WGP上的冷凝水以免侵蚀水分屏障，由此延长水分屏障和WGP的寿命。如果疏水层完美覆盖肋12，并且永不分解，则因此可能不需要水分屏障。然而，由于制造中的不完善，肋12上可能存在未被疏水层覆盖或不那么密集覆盖的位置。水分屏障可为这些位置提供保护。此外，疏水层可随时间分解。水分屏障可在该分解后提供保护。因此，可能有益的是将水分屏障和疏水层二者组合。
如果疏水层将水以Cassie-Baxter态保持在肋12上，则此时可避免否则由间隙G中水的张力导致的肋12破坏。此外，水可以以自清洁方式从WGP的表面滚落，其通常携带着灰尘颗粒。这些是疏水层的附加益处，该益处可能无法由氧化屏障或水分屏障提供。
因此，可能有益的是改善WGP保护和/或改善共形涂层13上层的粘附、共形涂层13具有多个层，其可包括以下中的至少两种：氧化屏障，水分屏障，二氧化硅共形涂层和疏水层。然而，这种附加保护不是免费的。共形涂层13中的每个附加层可导致WGP成本增加，特别是如果需要多于一种工具来施加共形涂层13的多个层。因此，共形涂层13中的层数可通过在成本和所需的保护之间进行衡量而确定。
图1中的WGP 10包括具有一个层的共形涂层13：远共形涂层13d。远共形涂层13d可为氧化屏障、水分屏障或疏水层。
图2中的WGP 20包括具有两层的共形涂层13：位于更靠近肋12和衬底11的近共形涂层13p和位于近共形涂层13p上的远共形涂层13d。近共形涂层13p和远共形涂层13d可包括氧化屏障、水分屏障和/或疏水层。
图3中的WGP 30包括具有三层的共形涂层13：近共形涂层13p、远共形涂层13d以及位于近共形涂层13p和远共形涂层13d之间的中间共形涂层13m。近共形涂层13p、中间共形涂层13m和远共形涂层13d可包括氧化屏障、水分屏障和/或疏水层。尽管未在图中示出，共形涂层13中可存在超过3个层。
共形涂层的顺序
可能有益的是在氧化屏障上使用水分屏障(即，氧化屏障近，而水分屏障远或在中间)，因此水分屏障可为氧化屏障提供腐蚀防护。氧化屏障可为水分屏障的沉积提供良好的衬底，从而导致孔较少的水分屏障。因此，可通过相对较薄的水分屏障获得相同的水分防护。这可能是重要的，因为水分屏障可降低WGP性能，然而该降低可通过减小水分屏障的厚度而最小化。此外，水分屏障可为疏水层(如果使用的话)的粘附提供改善的表面。
可能有益的是疏水层位于屏障层之上(即，疏水层可为远共形涂层13d)，以便最好地防止水分进入间隙G并使共形涂层13中的下层(例如近共形涂层13p以及可能的中间共形涂层13m)的水分暴露最小化或者排除。
图像投影仪
本文所述的WGP可用于图像投影仪中。如图8所示，图像投影仪80可包括光源81、分色光学器件82、合色光学器件88、投影透镜系统85、一个或多个空间光调制器87和一个或多个WGP 84。
光源81可发射光束83，其最初可为非偏振的。分色光学器件82可位于接收至少一部分光束83，并且可将光束83分成多种不同颜色的光束(彩色光束)83c的位置处。彩色光束83c可为原色。
合色光学器件88可位于接收且可将至少一些彩色光束83c重组成组合光束或最终光束83f的位置处。合色光学器件88有时称为X-Cube、X-Cube棱镜、X-棱镜、光重组棱镜或十字分色棱镜。合色光学器件88用于计算机投影仪中将光的不同颜色组合成要投射的一个图像。X-Cube通常由四个具有二向色性涂层的直角棱镜构成，其被胶合在一起以形成立方体。
投影透镜系统85可位于接收组合光束83f并且可将彩色图像83i投影到屏幕86上的位置处。尽管可使用其他投影透镜系统，然而美国专利6,585,378和6,447,120中描述了示例性的投影透镜系统85，其全部内容通过引用并入本文。
一个空间光调制器87可位于在分色光学器件82和合色光学器件88之间的每个光路中接收一束彩色光束83c的位置处。每个空间光调制器87可具有多个像素。每个像素可接收一个信号。所述信号可为电子信号。取决于各像素是否接收信号，像素可旋转入射光的偏振，或者透射或反射而不引起入射光的偏振变化。空间光调制器87可为液晶器件/显示器(LCD)，并且可为透射性的、反射性的或透反射性的(transflective)。
根据本文描述的一种WGP设计，各WGP 84可位于进入空间光调制器87之前、在离开空间光调制器87之后或二者的彩色光束83c之一中。取决于WGP 84的类型以及各像素是否接收信号，WGP 84通过透射、反射或吸收各像素的光而帮助形成彩色图像83i。
另一种图像投影仪90示于图9中，且可包括光源91、投影透镜系统85、空间光调制器87和WGP 84。光源91可依次发射多种不同颜色的光束(彩色光束)93。彩色光束93可为原色。投影透镜系统85可位于接收彩色光束93并且可将彩色图像83i投影到屏幕86上的位置处。投影透镜系统85、空间光调制器87、WGP 84、彩色图像83i和屏幕86如上所述。
空间光调制器87可位于在光源91和投影透镜系统85之间的光路中接收彩色光束93的位置处。WGP 84可位于进入空间光调制器之前和离开空间光调制器87之后的彩色光束93中。
IC检测工具
集成电路(IC)可由半导体材料制成，且可包括纳米尺寸的特征部。IC可用于各种电子器件(例如计算机、运动传感器等)中。IC中的缺陷可能导致电子器件发生故障。因此，IC检测对于避免电子器件在消费者使用时发生故障可能是重要的。由于IC部件的特征部尺寸小，因此可能难以进行检测。可以使用具有小波长的光(例如紫外线)来检测小特征部尺寸部件。在这些小特征部尺寸部件和缺陷或其周围环境之间可能难以获得足够的对比度。使用偏振光可提高集成电路(IC)检测对比度。用于IC检测的小波长的光(例如紫外光/UV)可能难以起偏。可能需要可起偏这种小波长并且可经受高能量波长光的暴露的起偏器。
本文所述的WGP可使小波长的光(例如UV)起偏，并且可由足够耐用的材料制成以经受这种光的暴露。IC检测工具100示于图10中，其包括光源101和用于保持IC晶片103的平台102。光源101可位于将入射光束105(例如可见光、紫外光或X射线)发射至IC晶片103上的位置处。入射光束105可通过光学器件(例如镜子)引导至晶片103上。入射光束105可具有与晶片103面的入射锐角109。为了提高检测对比度，WGP 104(根据本文所述的实施方案)可位于入射光束105中并且可起偏入射光束105。
检测器107(例如CCD)可位于接收来自IC晶片103的输出光束106的位置处。电子电路108可设置成接收并分析来自检测器107的信号(基于由检测器107接收的输出光束106的信号)。为了提高检测对比度，WGP104(根据本文所述的实施方案)可位于输出光束106中并且可起偏输出光束106。
照片对准
本文所述的WGP可用于制造平板显示器(FPD)。FPD可包括对准的聚合物膜和液晶。图11中示出了FPD制造工具110，其包括光源111、用于保持FPD 113的平台112和WGP 114(根据本文所述的实施方案)。光源111可发射紫外光115。WGP 114可位于光源111和平台112之间，并且可起偏紫外光115。将FPD 113暴露于起偏的紫外光115可以使聚合物膜对准。参见美国专利8,797,643和8,654,289，均通过引用并入本文。将FPD 113暴露于起偏的紫外光115可帮助修复FPD 113。参见美国专利7,697,108，其通过引用并入本文。
方法
制造WGP的方法可包括以下步骤中的一些或全部。所述步骤可按照所示的顺序执行，或按照另外的顺序执行：
1.获得位于透明衬底11表面上的肋12。肋12和透明衬底11可具有如上所述的性质。在至少一部分肋12之间可存在间隙G。参见图6。
2.将WGP暴露于紫外光和/或臭氧：
a.该步骤可在施加一种或多种如下涂层之前进行：近共形涂层13p、中间共形涂层13m和远共形涂层13d。
b.WGP的紫外光和臭氧暴露可依次或同时进行；
c.该步骤的持续时间在一个方面中可小于2分钟，或者在另一方面中可小于20分钟。
3.施加近共形涂层13p。参见图2-3。
4.施加中间共形涂层13m。参见图3。
5.对WGP进行等离子体清洁。
a.等离子体清洁可在表面(即肋12、近共形涂层13p或中间共形涂层13m的表面)上产生更多的反应性基团，从而改善远共形涂层13d的结合；
b.等离子体的非限制性实例包括O2、H2、Ar和N2。
c.等离子体清洁可在各种温度下进行，例如在140-200℃之间的温度进行。
d.用于清洁WGP的一种等离子体包括O2(流速为15sccm)和H2(流速为10sccm)，功率为400W，时间为5分钟，温度为160℃。
6.将WGP暴露于气体。
a.所述气体可包括水蒸气。水蒸气可具有小于100托的压力。
b.该步骤可增加下层表面(例如肋12、近共形涂层13p或中间共形涂层13m)上的羟基数量，这可改善疏水层的膦酸酯的结合。
c.为了避免腐蚀，该步骤的持续时间、压力和温度可能需要仔细地限制，这取决于肋结构和下层表面的特性。
7.施加远共形涂层13d。
8.烘烤WGP。烘烤可改善疏水层的结合。
a.烘烤温度的实例：WGP可在一个方面在高于100℃，在另一方面中高于130℃，或者在又一方面中高于150℃；且在一个方面中低于300℃，在另一方面中低于320℃，或者在又一方面中低于400℃烘烤。
b.烘烤时间的实例：WGP可烘烤至少5分钟，在另一方面中至少10分钟；且在一个方面中小于60分钟，或者在另一方面中小于90分钟。
c.在150℃烘烤15分钟已经成功。共形涂层(近共形涂层13p、中间共形涂层13m和/或远共形涂层13d)中的一个，两个或每个层可具有以下特征中的一个或多个：
1.可覆盖下层，例如肋12的暴露表面、近共形涂层13p或中间共形涂层13p；
2.可通过原子层沉积、气相沉积或其他无水沉积方法施加；
3.可在升高的温度下施加，例如在一个方面中至少300℃，在另一方面中至少350℃，在又一方面中至少400℃；且在一个方面中低于500℃，在另一方面中低于600℃；
4.可包括金属氧化物；
5.可包括氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、稀土氧化物或其组合；
6.可通过将WGP暴露于化学品而施加，所述化学品包括Si(R1)d(R2)e(R3)g、(R1)iPO(R4)j(R5)k或其组合，其中：
a.d为1、2或3，e为1、2或3，g为0、1或2，且d+e+g＝4；
b.i为1或2，j为1或2，k为0或1，且i+j+k＝3；
c.各R1独立地为疏水基团；
d.R2为硅烷反应性基团；
e.各硅烷反应性基团独立地选自：-Cl、-OR6、-OCOR6、-N(R6)2和-OH；
f.R4为膦酸酯反应性基团；
g.各膦酸酯反应性基团独立地选自：-Cl、-OR6、-OCOR6和-OH；且
h.各R6独立地为烷基、芳基或其组合。
所述疏水基团、膦酸酯反应性基团、硅烷反应性基团、R6、R3和R5可具有如上所述的性质。硅烷化学品和膦酸酯化学品可依次或同时施加。

Claims (10)

1.一种线栅起偏器(WGP)，包括：
位于透明衬底表面上的肋，其中所述肋是细长的并且设置成阵列；
处于至少一部分肋之间的间隙；和
位于所述肋之上的共形涂层，所述共形涂层包括屏障层，所述屏障层包含氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铪、氧化锆和稀土氧化物中的至少一种，
其中：
屏障层包括具有不同材料的两层，包括氧化屏障和水分屏障；
氧化屏障包含氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、稀土氧化物或其组合；
水分屏障包括氧化铪、氧化锆、不同于氧化屏障中的稀土氧化物的稀土氧化物、或其组合；和
氧化屏障位于水分屏障和肋之间。
2.根据权利要求1所述的WGP，其中所述屏障层与所述肋不同。
3.根据权利要求1所述的WGP，其中所述肋的外表面的材料在25℃在水中的溶解度为至少0.015克/升。
4.根据权利要求1所述的WGP，其中所述肋的外表面的材料包括锗。
5.根据权利要求1所述的WGP，其中所述共形涂层具有小于15纳米的最大厚度。
6.根据权利要求5所述的WGP，其中所述氧化屏障具有小于5纳米的厚度，并且所述水分屏障具有小于5纳米的厚度。
7.一种制造线栅起偏器的方法，所述方法包括：
获得位于透明衬底表面上的肋阵列，所述肋是细长的，且在至少一部分肋之间具有间隙；和
通过气相沉积在所述肋上施加共形涂层的屏障层，包括施加氧化屏障，然后施加水分屏障，其中氧化屏障包含氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅稀土氧化物或其组合，水分屏障包括氧化铪、氧化锆、不同于氧化屏障中的稀土氧化物的稀土氧化物、或其组合。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在施加屏障层之后通过气相沉积施加共形涂层的疏水层，其中疏水层的施加包括将WGP暴露于化学品，所述化学品包括(R1)iPO(R4)j(R5)k，其中：
i为1或2，j为1或2，k为0或1，且i+j+k＝3；
各R1独立地为疏水基团；
R4为膦酸酯反应性基团；
各膦酸酯反应性基团独立地为：-Cl、-OR6、-OCOR6或-OH；
各R6独立地为烷基、芳基或其组合。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在施加屏障层之后通过气相沉积施加共形涂层的疏水层，疏水层的施加包括将WGP暴露于化学品，所述化学品包括Si(R1)d(R2)e(R3)g，其中：
d为1、2或3，e为1、2或3，g为0、1或2，且d+e+g＝4；
各R1独立地为疏水基团；
R2为硅烷反应性基团；和
各硅烷反应性基团独立地为：-Cl、-OR6、-OCOR6、-N(R6)2或-OH；
各R6独立地为烷基、芳基或其组合；
各R3独立地为任意化学元素或基团。
10.根据权利要求7所述的方法，其中氧化屏障包含氧化铝和水分屏障包括氧化铪。
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