CN108291998A - 线栅偏振器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种线栅偏振器包括薄的且因此是挠性的玻璃基材(102)、以及位于玻璃基材的至少一部分上的光学树脂层(120)，光学树脂层包括基底部分以及从基底部分延伸的多个肋，其中多个肋中的各个肋彼此间隔间距，所述间距在约40nm至240nm之间，并且其中，在线栅偏振器的长度内，多个肋中的各个肋限定了相邻肋之间的间隙，并且各间隙均不大于10微米。

Description

线栅偏振器及其制造方法

本申请根据35U.S.C.§119，要求2015年11月23日提交的第62/258,777号美国临时申请的优先权权益，本申请以该临时申请的内容为基础并将该临时申请的内容以参考的方式全文纳入本文。

背景

技术领域

本说明书一般涉及线栅偏振器(wire grid polarizers)，并且更具体而言，涉及无缝(seamless)线栅偏振器。还描述了包含用于制造无缝线栅偏振器的工具的方法与设备。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Displays；LCD)包含选择性地使光通过LCD的液晶。在操作中，LCD可包含光源或背光源，光源或背光源产生光并将光导向包含液晶材料的像素。光源或背光源可产生白光，即，包含电磁波谱中的不同波长的组合的光。可以使来自背光源的光到达LCD的各个像素之前先偏振(polarized)，且可以对各个像素的液晶材料进行选择性地定向，从而允许来自背光源的偏振光通过各个像素，或可被选择性地定向以防止偏振光通过各个像素。

LCD可包含吸收来自背光源的光的波长的偏振滤光器(polarizing filter)，所吸收的波长代表从背光源浪费掉的能量。一些偏振滤光器可反射不通过滤光器的光的波长，使得与所反射的光的波长相关的能量可被再利用。常规的反射性偏振滤光器可由多层双轴定向膜形成，或可由作为微复制工艺(micro-replication process)的部分的缝合工具(seamed tooling)形成。然而，由多层膜形成的反射性偏振滤光器的生产成本高昂，并可容易受到热梯度的影响而导致滤光器变形，这可限制反射性偏振滤光器的尺寸，并进而限制LCD的尺寸。对于用缝合工具形成的偏振滤光器，工具的接缝可在偏振滤光器中形成可见的不连续处，这可限制反射性偏振滤光器的尺寸，并进而限制LCD的尺寸。

因此，需要用于制造无缝线栅反射性偏振器的替代性设备与方法。

发明内容

在一个实施方式中，一种线栅偏振器包含玻璃网、定位在玻璃网的至少一部分上的光学树脂层，光学树脂层包含基底部分以及从基底部分延伸的多个肋，其中多个肋中的各个肋彼此间隔一间距，该间距在约40纳米(nm)至240nm之间，且其中在线栅偏振器的长度内，多个肋中的各个肋限定了相邻的肋之间的间隙，且每个间隙等于或小于10微米(μm)。肋可包含例如平行肋的线性阵列。

在另一个实施方式中，一种用于形成线栅偏振器的方法包括以传送方向移动玻璃网；在玻璃网上施加光学树脂层；使复制辊的外周接触光学树脂层，所述复制辊包含围绕外周的至少一部分延伸的多个突起部；以及固化光学树脂层。

在另一个实施方式中，复制辊包含外周以及围绕复制辊的外周延伸的多个突起部，其中多个突起部中的各个突起部彼此间隔一间距，该间距在约40nm至240nm之间。多个突起部中的各个突起部限定了相邻突起部之间的间隙，并且围绕复制辊外周的间隙均不大于10μm。突起部可包含例如线性突起部阵列，例如平行于辊的转轴延伸的线性突起部。

在另一个实施方式中，一种用于形成复制辊的方法包括用光刻胶层(photoresistlayer)涂覆辊的外周；使光刻胶层的部分暴露于第一强度的电磁辐射，并使光刻胶层的其他部分暴露于第二强度的电磁辐射，电磁辐射的第二强度小于电磁辐射的第一强度。

在以下的详细描述中提出了实施方式的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据说明书就容易看出，或通过实践本文所述的实施方式，包括以下的具体实施方式、权利要求书以及附图而被认识。

应理解，前述的一般性描述和下文的详细描述都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示了本文所描述的各个实施方式，且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

图1示意性地描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的线栅偏振器；

图2示意性地描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图1的线栅偏振器的沿截面2-2的截面；

图3示意性地描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的包含复制辊(replicating roller)的玻璃生产设备；

图4示意性地描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图3的复制辊以及一部分玻璃生产设备的侧视图；

图5示意性地描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图4的复制辊的放大侧视图；

图6示意性地描述了根据本文所示和所述一个或多个实施方式的相移掩模以及图4的复制辊的外周；

图7A示意性地描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图6的相位掩模以及复制辊的外周的一区段；以及

图7B示意性地描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的，通过相位掩模并入射在图7A的复制辊外周上的能量的波长强度与间距的示意图。

具体实施方式

现将详细参考用于制造线栅偏振器的设备与方法的实施方式。只要可能，在全部附图中将使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。图1和2描述了在玻璃网(glassweb)上的线栅偏振器。可通过在玻璃网上沉积光学树脂层，并利用复制辊在光学树脂层上形成肋，而在玻璃网上制造线栅偏振器。随后可在肋上沉积反射器，以形成线栅偏振器。在一些实施方式中，复制辊包含围绕复制辊外周延伸的多个突起部。通过使复制辊与光学树脂层接触，可利用复制辊将肋连续地形成到光学树脂层上，这可以允许连续地制造线栅偏振器。可利用相位掩模光刻工艺在线栅偏振器的外周上形成多个突起部，以使复制辊上的多个突起部的各个突起部的宽度以及各个突起部之间的间距对应于线栅偏振器的肋。通过使用由相位掩模光刻工艺形成的复制辊，可控制关于线栅偏振器的肋尺寸的容差以及关于线栅偏振器平坦度的容差，从而减少不合格的部件以及降低生产成本。本文将具体参考附图，更详细地描述线栅偏振器以及用于连续制造线栅偏振器的方法与设备。

本文使用的术语“纵向方向”是指线栅偏振器以及用于制造线栅偏振器的部件的前后方向(即，在如图所示的+/-X方向上)。术语“横向方向”是指线栅偏振器以及用于制造线栅偏振器的部件的横向方向(即，在如图所示的+/-Y方向上)，并且横贯于纵向方向。术语“垂直方向”表示线栅偏振器以及用于制造线栅偏振器的部件的上下方向(即，在如图所示的+/-Z方向上)。

本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始，和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，另一种实施方式包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，例如当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成了另一个实施方式。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行，或者对于任意设备需要具体的取向。因此，如果方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序，或者任何设备没有实际陈述各部件的顺序或取向，或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，或者没有陈述具体顺序或取向，则都不旨在暗示该任意特定顺序或取向。这样同样适用于任何可能的未明确表述的解释依据，包括：关于步骤的设置、操作流程、部件顺序或部件取向的逻辑；由语法结构或标点获得的一般含义；以及说明书所述的实施方式的数量或种类。

本文所用术语“一个”、“一种”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。因此，例如，提到的“一个”部件包括具有两个或更多个这类部件的方面，除非文中另行明确指明。

参考图1，该图示意性地描述了线栅偏振器100。线栅偏振器100包含玻璃网102、位于玻璃网102上的光学树脂层120、以及位于光学树脂层120上的多个反射器130。线栅偏振器100可任选地包含位于光学树脂层120与玻璃网102之间的连接涂层(tie coat layer)110，以促进光学树脂层120与玻璃网102之间的粘合。

玻璃网102、连接涂层110和光学树脂层120包含透明或光透射性材料。例如，在一些实施方式中，玻璃网102、连接涂层110和光学树脂层120允许在85％的可见光谱内的波长具有有至少85％的光学透射。在一些实施方式中，玻璃网102包含可通过下拉工艺形成的玻璃网，这在本文中将有更详细的描述。玻璃网102可以由杨氏模量在约70吉帕斯卡(GPa)至约85GPa之间、并且热膨胀系数(CTE)在约1百万分之一/摄氏度(ppm/℃)至约5ppm/℃之间的玻璃材料形成。通过由CTE在约1ppm/℃至约5ppm/℃之间的玻璃材料形成玻璃网102，玻璃网102可在暴露于温度梯度时，保持线栅偏振器100的尺寸稳定性，例如当线栅偏振器100用作LCD的部件时，可以保持线栅偏振器100的尺寸稳定性。

在一些实施方式中，连接涂层110可包含例如硅酮(silicone)、基于硅氧烷的材料(siloxane-based materials)或类似材料。光学树脂层120可由热塑性材料或热固性材料形成，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚碳酸酯等，并且可以包括在固化之前具有低粘度的紫外线固化的热固性材料。

多个反射器130可包含抑制光透射的反射性材料。在一些实施方式中，反射器130可由金属涂层形成，例如铝等。多个反射器130在横向方向上横跨线栅偏振器100延伸，并且多个反射器130中的各个反射器在纵向方向上彼此分离。

参考图2，该图沿着图1的截面2-2描述了线栅偏振器100的截面图。玻璃网102包括底表面103的平面网和厚度10，所述平面网可以被称为线栅偏振器100的背侧，厚度10在垂直方向上被评估。在一些实施方式中，厚度10可以为约100μm至约200μm，包括端点。在垂直方向上评估的相对小的厚度10可导致玻璃网102是挠性的，使得可将玻璃网102卷绕在辊或卷轴上，这可允许在连续传输工艺或卷到卷工艺中加工和制造线栅偏振器100，如在本文中将进行更详细的描述。

如果存在任选的连接涂层110，则该连接涂层110位于玻璃网102和光学树脂层120之间。连接涂层110包括在垂直方向上评估的厚度12。在一些实施方式中，连接涂层110的厚度12可为约0.1μm至约2.0μm，包括端点。在一些实施方式中，连接涂层110的厚度12可在约0.7μm至约0.8μm的范围内，包括端点。

光学树脂层120位于玻璃网102和/或任选的连接涂层110上，并且包括基底部分122和从基底部分122正交向上(即，在图2的垂直方向上)延伸的多个肋124。光学树脂层120包括在垂直方向上评估的基底部分122处的厚度14，并且多个肋124中的各个肋各自包括在垂直方向上评估的厚度16，其中厚度16大于厚度14。在一些实施方式中，基底部分122处的厚度14为约100nm，并且多个肋124处的厚度16为约200nm。换言之，在一些实施方式中，多个肋124中的各个肋可在垂直方向上在基部122上方延伸100nm。在一些实施方式中，基底部分122处的厚度14在约95nm至约105nm之间，并且多个肋124处的厚度16在约190nm至210nm之间。在其他实施方式中，基底部分122处的厚度14在约90nm至约110nm之间，并且多个肋124处的厚度16在约180nm至220nm之间。

在一些实施方式中，沿着线栅偏振器100的长度28在纵向方向上评估的多个肋124中的各个肋处的厚度16、连接涂层110的厚度12、和玻璃网102的厚度10一般而言是均匀的。具体而言，沿着线栅偏振器100的长度28，多个肋124、连接涂层110和玻璃网102的平坦度容差可以小于约1μm，该平坦度容差在玻璃网102的底表面103与多个肋124的顶表面125之间进行评估。在一些实施方式中，沿着其评估平坦度容差的线栅偏振器100的长度28可大于约127厘米(cm)。在其他实施方式中，沿着其评估平坦度容差的线栅偏振器100的长度28可大于约152cm。通过限制线栅偏振器100的平坦度偏差，可减少由线栅偏振器100中的平坦度偏差引起的可见缺陷，例如当线栅偏振器100用于LCD中时可见到的缺陷。

多个肋124中的各个肋包括前侧126以及在纵向方向上与前侧126间隔开的后侧128。多个肋124中的各个肋具有在纵向方向上在前侧126和后侧128之间评估的宽度18，并且多个肋124中的每个肋与相邻肋间隔间距20，所述间距20在纵向方向上在前侧126与随后相邻的肋124的相应前侧126之间评估。在一些实施方式中，多个肋124中的各个肋之间的间距20为约200nm，且多个肋124中的各个肋的宽度18为约100nm。换言之，多个肋124中的各个肋的宽度18与多个肋124中的各个肋之间的间隙22大致相同。

在一些实施方式中，多个肋124中的各个肋的宽度18在约20nm至约120nm之间，并且多个肋124中的各个肋之间的间距20在约40nm至约240nm之间，包括端点。可对各个肋之间的间距20和各个肋的宽度18进行选择，以使宽度18与间距20之间的比值为约1:2。通过选择宽度18和间距20使得宽度18和间距20之间的比值为约1:2，当线栅偏振器100用于LCD中时，线栅偏振器100可提供期望的对比度。虽然在图2所示的实施方式中，多个肋124被描绘成包括矩形截面或正方形形状，但是应当理解，多个肋124可包括任何合适的形状，以有助于对入射在线栅偏振器100上的光进行选择性的偏振，这样的形状包括但不限于，波浪形或三角形形状。

在一些实施方式中，多个肋124中的各个肋周期性地间隔开，并且当在纵向方向上沿着线栅偏振器100的长度28评估时，多个肋124中的各个肋之间的间距20和间隙22大体上是均匀的。例如，在一些实施方式中，间隙22可具有容差，使得沿着线栅偏振器100的长度28评估的每个相邻肋之间的间隙22小于或等于约10μm。在一些实施方式中，间隙22具有容差，使得沿着线栅偏振器100的长度28评估的每个相邻肋之间的间隙22可以小于或等于约1μm。在其他实施方式中，间隙22具有容差，使得沿着线栅偏振器100的长度28评估的每个相邻肋之间的间隙22小于或等于约0.5μm。

沿着线栅偏振器的长度28，多个肋124中的各个肋之间的间隙22在横向方向上沿着每个单独间隙22也可以是大体上均匀的，使得多个肋124大体上是平行的。例如，在一个实施方式中，间隙22可以具有容差，使得间隙22均不具有平均宽度大于约10μm的间隙22的任何部分，其中平均宽度大于约10μm的部分在横向方向上延伸超过约10μm。在另一个实施方式中，间隙22可以具有容差，使得间隙22均不具有平均宽度大于约1μm的间隙22的任何部分，其中平均宽度大于约1μm的部分在横向方向上延伸超过约10μm。在另一个实施方式中，间隙22可以具有容差，使得间隙22均不具有平均宽度大于约0.5μm的间隙22的任何部分，其中平均宽度大于约0.5μm的部分在横向方向上延伸超过约10μm。

在一些实施方式中，在其中评估间隙22的容差的线栅偏振器100的长度28可以大于约127cm。在其他实施方式中，在其中评估间隙22的容差的线栅偏振器100的长度28可以大于约152cm。通过限制多个肋124中的相邻肋之间的间隙22的尺寸，当线栅偏振器100作为LCD的部件时，可减少由线栅偏振器100中的间隙22的尺寸偏差引起的可见缺陷。

如上所述，多个反射器130位于光学树脂层的多个肋124上。多个反射器130可以选择性地允许具有垂直于多个反射器130的电场的光波通过线栅偏振器100，同时反射具有平行于多个反射器130的电场的光波。

再次参考图1，在操作中，非偏振光30以入射角31入射在线栅偏振器100上。应理解的是，入射角31可以包括任何合适的角度，且入射角31可以为零，即，非偏振光30可以垂直于线栅偏振器100的表面。非偏振光30的反射部分32从线栅偏振器100反射，而非偏振光30的透射部分34透射通过线栅偏振器100。反射部分32可以包括具有平行于多个反射器130的电场的光波，而透射部分包括具有垂直于多个反射器130的电场的光波。以这种方式，线栅偏振器100可以选择性地允许偏振光透射，当线栅偏振器100用作LCD的部件时，偏振光可随后被导向LCD显示器的像素。

现将参考图3-6B图来描述制造图1和2的线栅偏振器100的方法。

在一些实施方式中，玻璃网102可以包括玻璃带。虽然普遍知道玻璃是脆性材料、不具有挠性并且容易产生划痕、碎屑和断裂，但具有薄的截面(例如厚度)的玻璃实际上可以具有相当的挠性。长的薄片或网形式的玻璃可被卷绕到辊上并从辊中解绕出来，这非常像纸或塑料膜。

首先参考图3，玻璃制造设备200可以包括熔融容器210、澄清容器215、混合容器220、输送容器225以及熔合拉制机(fusion draw machine；FDM)241。玻璃批料如箭头212所示被引入熔融容器210。熔化批料以形成熔融玻璃226。澄清容器215具有高温处理区域，高温处理区域通过连接管221接收来自熔融容器210的熔融玻璃226，并且在澄清容器215中将气泡从熔融玻璃226中移除。澄清容器215通过连接管222与混合容器220流体连通。混合容器220通过连接管227与输送容器225流体连通。

输送容器225通过下导管230将熔融玻璃226提供到FDM 241中。FDM241包括入口232、成形容器235、以及牵拉辊组件240。如图10所示，来自下导管230的熔融玻璃226流入入口232中，该入口232通向成形容器235。成形容器235包括接收熔融玻璃226的开口236，熔融玻璃226流入槽237中，并且随后溢流并向下流过两个侧面238a和238b，随后在两个侧面238a和238b会聚的根部239下方熔合在一起。两股溢流的熔融玻璃226流重新结合(例如熔合)，随后被牵拉辊组件240向下拉制以形成玻璃网102，在图3描述的实施方式中为玻璃网。当玻璃网保持粘性状态或粘弹性状态时，玻璃网易于发生尺寸变化。为了控制玻璃网的尺寸变化，牵拉辊组件240通过在玻璃网从成形容器235连续成形时向玻璃网施加张力，来“拉制”玻璃网。本文所用的术语“拉制”，是指在玻璃网处于粘性状态或粘弹性状态时使玻璃网移动通过玻璃生产设备200。玻璃网在“凝固区”中经历粘弹性转变，在凝固区中将应力和平坦度设置到玻璃网中，并且玻璃网转变成弹性状态。

虽然如本文所述的熔合拉制机可用于形成玻璃网102，但是可以设想形成玻璃网的其他工艺和方法。例如但不限于，还可以使用“再拉制(redraw)”工艺或使用浮法玻璃(float glass)方法形成玻璃网。在“再拉制”工艺(未示出)中，可将热施加到“预成形”玻璃片的表面。当加热“预成形”玻璃片时，可拉制“预成形”玻璃片以降低“预成形”玻璃片的厚度从而形成玻璃网。在浮法玻璃法(未示出)中，熔融玻璃可“漂浮”在熔融金属床(例如熔融锡床)上。当熔融玻璃漂浮在熔融金属上时，熔融玻璃散布在熔融金属上以形成玻璃带，其中玻璃带具有基本上均匀的厚度。随后，可以将玻璃带从熔融金属床中拉制出来，并冷却以形成玻璃网。

继续参考图3，当玻璃网离开牵拉辊组件240时，玻璃网处于弹性状态。在一个实施方式中，在玻璃网102通过凝固区之后，玻璃网102在传送方向107上移动并被加工以制造线栅偏振器100。或者，在玻璃网102通过凝固区之后，玻璃网102可通过卷轴(未示出)收卷，并且可以在随后的传送工艺(例如卷到卷工艺)中形成线栅偏振器100。在卷到卷工艺中，玻璃网102可从输入卷轴中解绕出来，在传送方向107上传送，以及被加工以形成线栅偏振器100，然后围绕输出卷轴重新卷绕。

现在参考图4，当玻璃网102在传送方向107上移动时，施加器350将连接涂层110施加到玻璃网102的顶表面(相对于底表面103)。在将连接涂层110施加到玻璃网102之后，另一个施涂器360将能够形成光学树脂层120的树脂施加在连接涂层110上。如图4所示，当玻璃带102在传送方向107上传送时，可以将连接涂层110和光学树脂层120连续地施涂到玻璃网102。

一旦已经将连接涂层110和光学树脂层120施涂至玻璃网102，则将玻璃网102传送到复制辊300。复制辊300可以具有圆柱形状，并且包括外周310，所述外周310接触光学树脂层120。复制辊300的外周310包括多个突起部320，所述多个突起部320从外周310径向向外延伸并且围绕复制辊300的外周310延伸。

当在传送方向107上传送玻璃网102时，使位于玻璃网102上的光学树脂层120接触复制辊300的外周310。对复制辊300进行定位，以使得玻璃网102在传送方向107上移动时，多个突起部320的各个突起部被压入光学树脂层120中。在一些实施方式中，复制辊300是自由轮传动的，并且可在玻璃网102在传送方向107上传送时因为复制辊300与光学树脂层120之间的接触而旋转。在其他实施方式中，复制辊300可由动力驱动，例如由发动机等驱动，并且在玻璃网102在传送方向107上传送时可通过动力而旋转。

当复制辊300接触并接合光学树脂层120时，可围绕复制辊300的外周310的至少一部分引导玻璃网102，使得复制辊300沿着外周310的弧长40接触并接合光学树脂层120。通过围绕外周310的至少一部分引导玻璃网102，与光学树脂层120接触的弧长40大于玻璃网102不围绕外周310的至少一部分时的弧长。虽然第4图描述了玻璃网102从主要在纵向方向上延伸的传送方向107被引导到以垂直方向向上延伸，但是应当理解，可以以任何合适的方向引导玻璃网102，从而围绕复制辊300的外周310的弧长引导玻璃网并使玻璃网接触复制辊300的外周310的弧长，弧长小于整个外周310。可利用各种非接触式装置(例如气杆、空气轴承等)引导玻璃网102围绕复制辊300的外周310。

参考图5，该图描述了接触光学树脂层120的复制辊300的弧长40的放大视图。如图5所示，随着玻璃网102在传送方向107上移动，多个突起部320中的各个突起部沿着弧长40被压入光学树脂层120中。随着多个突起部320被压入光学树脂层120，多个突起部320中的各个突起部造成光学树脂层120变形，从而将肋124形成到光学树脂层120中。具体而言，线栅偏振器100的多个肋124对应于复制辊300的多个突起部320，并且与复制辊300的多个突起部320互补，并且线栅偏振器100的多个肋124是通过将多个突起部320压入光学树脂层120中而形成的。多个突起部320中的每个突起部包含宽度24，所述宽度24对应于光学树脂层120的肋124的宽度18(图2)。类似的，多个突起部320的各个突起部彼此间隔间距26，所述间距26对应于光学树脂层120的肋124的间距20(图2)。在一些实施方式中，多个突起部320中的各个突起部的宽度24与多个肋124中的各个肋的宽度18相同，并且多个突起部320中的各个突起部之间的间距26与多个肋124中的各个肋之间的间距20相同。在其他实施方式中，光学树脂层120在加工期间可能收缩，并且多个突起部320的宽度24和间距26比多个肋124的所得宽度18和所得间距20大约1％至约5％，以顺应光学树脂层的尺寸改变。虽然在图5描述的实施方式中，多个突起部320被描述成包含矩形截面或正方形，但应理解的是，多个突起部320可以包含用于在线栅偏振器100上形成多个肋120的任何合适形状，包括但不限于波浪形或三角形。

在一些实施方式中，多个突起部320中的各个突起部周期性地间隔开，并且在围绕复制辊300的外周310评估时，多个突起部320中的各个突起部之间的间距26大体上是均匀的。例如，在一些实施方式中，间隙25可具有容差，使得围绕复制辊300的外周310评估的每个相邻突起部之间的间隙25小于或等于约10μm。在一些实施方式中，间隙25具有容差，使得围绕复制辊300的外周310评估的每个相邻突起部之间的间隙25可以小于或等于约1μm。在其他实施方式中，间隙25具有容差，使得围绕复制辊300的外周310评估的每个相邻突起部之间的间隙25可以小于或等于约0.5μm。

在复制辊300的外周310周围，多个突起部320中的各个突起部之间的各个间隙25在跨越复制辊300的轴向方向上(在图5中描述为横向方向)也可以是大体上均匀的，使得多个突起部320大体上是平行的。例如，在一个实施方式中，间隙25可具有容差，使得间隙25均不具有平均宽度大于约10μm的间隙25的任何部分，其中平均宽度大于约10μm的部分在轴向方向上延伸超过约10μm。在另一个实施方式中，间隙25可以具有容差，使得间隙25均不具有平均宽度大于约1μm的间隙25的任何部分，其中平均宽度大于约1μm的部分在轴向方向上延伸超过约10μm。在另一个实施方式中，间隙25可以具有容差，使得间隙25均不具有平均宽度大于约0.5μm的间隙25的任何部分，其中宽度大于约0.5μm的部分在轴向方向上延伸超过约10μm。

限制复制辊300的多个突起部320中的各个突起部之间的间隙25的容差，复制辊300可表现为“无缝的”。也就是说，多个突起部320的图案在复制辊的表面上是均匀的。这样，复制辊300的多个突起部可以形成在线栅偏振器100上的多个肋124，以使得多个肋124周期性地间隔开，其中在多个肋124中的各个肋之间的间隙22(图2)的容差受到限制，从而限制了缺陷，例如当线栅偏振器100用于LCD中时的可见缺陷。此外，由于辊的严格的容差，通过复制辊300的多次绕转所形成的线栅偏振器100可以表现为“无缝的”。

再次参考图4，一旦将复制辊300的多个突起部320压入光学树脂层120中，则在玻璃网102和/或连接涂层110上固化光学树脂层120。在图4描述的实施方式中，可使用固化灯340将能量52(例如紫外光)导向光学树脂层120，以将光学树脂层120固化到玻璃网102和/或连接涂层110。特别地，在复制辊300的多个突起部将肋124形成到光学树脂层中之后，和/或在复制辊300的多个突起部将肋124形成到光学树脂层中的同时，固化灯340将能量52导向光学树脂层120。在一些实施方式中，可从玻璃网102的背侧103固化光学树脂层120和任选的连接涂层110(如果存在)，但是在另外的实施方式中，可以直接固化光学树脂层120和任选的连接涂层110。虽然光学树脂层120被描述及描绘为由发射紫外光的固化灯固化，但应理解的是，光学树脂层120可由适于所选择的特定光学树脂的任何适合的固化方法来固化，包括但不限于施加电子束、热或化学添加物质。

再次参考图2，一旦在光学树脂层120中形成了多个肋124并且光学树脂层120已被固化在玻璃网102和/或连接涂层110上，则将多个反射器130施加至光学树脂层120的肋124。在一些实施方式中，通过离轴溅射沉积(off-axissputtering deposition)将多个反射器130施加至光学树脂层120的肋124，这可以使施加至光学树脂层120的基底部分122的传导性材料的量最小化。通过使施加至光学树脂层120的基底部分122的传导性材料的量最小化，可以半施加至光学树脂层120的传导性材料主要施加至肋124而非基底部分122。在施加传导性材料以形成反射器130之后，可以去除已经被无意地施加到光学树脂层120的基底部分122的任何导电材，例如通过蚀刻工艺去除。由于传导性材料主要施加于肋124，因此可以蚀刻线栅偏振器100一段时间，该时间足以从基底部分122去除任何传导性材料，同时保持肋124上的传导性材料以形成反射器130。

一旦已经将反射器130施加至线栅偏振器100，则可以在横向方向上切割线栅偏振器100以形成单独的线栅偏振器100。在一些实施方式中，线栅偏振器100可由输出卷轴(未示出)收卷。

现将参考图6-7B详细描述形成复制辊300以及复制辊300上的多个突起部320的方法。

如图6-7B所示，使用相位掩模光刻工艺在复制辊300上形成多个突起部320。首先用光刻胶材料涂覆复制辊300的外周310，以在复制辊300的外周310上形成光刻胶层312。

为了在光刻胶层312中形成多个突起部320，发射器400(例如365nm I-线灯)发射电磁辐射50，该电磁辐射50通过针孔光阑402射向相移掩模410。随着电磁辐射50通过相移掩模410，相移掩模410引起电磁辐射50相移，这在本文中将有更详细的描述。

参照图7A，该图描述了相移掩模410以及复制辊300的外周310的一部分的放大图。相移掩模410包含光透射基材418，所述光透射基材418包含在相移掩模410表面上的多个透射光栅(transmission grating)412。基材418可以是光透射性的，使得基材418允许在可见光谱的85％上的波长的光学透射为至少85％。随着电磁辐射50通过相移掩模410，电磁辐射50的相位偏移，使得电磁辐射50的某些波长彼此发生相长干涉，而电磁辐射50的其他波长彼此发生相消干涉。虽然在图7A描述的实施方式中，第一透射光栅414和第二透射光栅416被描述成包含各个特征(包括矩形截面或正方形开关)的阵列411，但是应理解的是，第一透射光栅414和第二透射光栅416可以包含具有在电磁辐射50中引起相长干涉和相消干涉的任何合适形状的各个特征阵列411，包括但不限于波浪形或三角形开关的各个特征。

如图7A所描述的，相移掩模410包含第一透射光栅414以及与该第一透射光棚414间隔的第二透射光栅416。在图7A描述的实施方式中，相移掩模410包括位于第一透射光栅414与第二透射光栅416之间的不透明部分419。相移掩模410可防止第一透射光栅414与第二透射光栅416之间的电磁辐射透射。通过使用第一透射光栅414和第二透射光栅416，可增加电磁辐射50的相长干涉和相消干涉。具体地，通过第一透射光栅414的电磁辐射50可以与通过第二透射光栅416的电磁辐射50发生相长干涉和相消干涉。

参照第7B图，入射在光刻胶层312上的电磁辐射50的强度在电磁辐射50的波彼此发生相长干涉处增加。相反，入射在光刻胶层312上的电磁辐射50的强度在电磁辐射50的波彼此发生相消干涉处可有所降低并可以为零或接近零。由此，光刻胶层312的部分暴露于第一强度下的电磁辐射50，在第一强度时电磁辐射50的波彼此发生相长干涉；而光刻胶层312的其他部分暴露于具有第二强度的电磁辐射50，所述第二强度小于第一强度，并且在第二强度时电磁辐射50的波彼此发生相消干涉。在一些实施方式中，第二强度在电磁辐射50的波彼此发生相消干涉处可以为零或接近零。

如图6所示，一旦复制辊300的外周310的一部分已暴露于电磁辐射50，则可以旋转复制辊300，并且可以重复该过程直到外周310全部暴露于通过相移掩模410的电磁辐射50。在一些实施方式中，复制辊300的外周310可以相对较小，以减少形成多个突起部320所需的暴露次数。例如，在一个实施方式中，复制辊的外周310为约64cm。在一些实施方式中，复制辊300的外周310可以在约40cm至约90cm之间。在其他实施方式中，复制辊300的外周在约60cm至约70cm之间。

在一些实施方式中，发动机500与复制辊300连接，并且可以在每次暴露之间使复制辊300围绕轴60旋转。发动机500可以控制发动机轴杆的角旋转，并且可包括具有编码器的齿轮发动机、步进发动机等。一旦复制辊300的外周310的一部分已被暴露，则发动机500可使复制辊300旋转预定的角距离，该预定的角距离对应于复制辊300的外周310的暴露部分的弧长62。通过使复制辊旋转对应于弧长62的预定角距离，发动机500可协助限制暴露于电磁辐射50的外周310各部分之间的不连续性。由此，发动机500可协助限制多个突起部320的间距26及宽度24的不连续性，从而使多个突起部320的间距26和宽度24在复制辊300的外周310周围为大体上是均匀的。

在一些实施方式中，发动机500可以使复制辊300选择性地旋转可变的角旋转，以顺应复制辊外周310的波动，例如可以是由于温度改变而导致的波动，而不是使复制辊旋转固定的角旋转。具体而言，温度波动可造成复制辊的外周310延展或收缩，所述延展或收缩中的任何一种可影响在每次暴露期间所暴露的外周310的弧长62。在一些实施方式中，一旦外周310的一部分已被暴露于电磁辐射50，则在暴露部分处的光刻胶层312的聚合反应可造成尺寸改变，使得暴露部分处的光刻胶层312的厚度可小于未暴露于电磁辐射50的外周310部分处的光刻胶层312的厚度。可以检测光刻胶层312的暴露部分与未暴露部分之间的厚度差异，例如通过氦氖激光器(未示出)，并且因此，可使用氦氖激光器来检测外周310的暴露部分的弧长62与外周310未暴露于电磁辐射50的部分之间的边界。通过检测弧长62的边界，发动机500可以基于检测到的弧长62的边界，选择性地旋转复制辊300，以限制外周310在随后的暴露部分之间的未对准性。

在光刻胶层312是由正性光刻胶剂形成的实施方式中，暴露于第一强度的电磁辐射50的光刻胶层312的部分在暴露于电磁辐射50时变得可溶于特定溶剂。或者，光刻胶层312最初可以是可溶性的，并且暴露于第一强度的电磁辐射50的光刻胶层321的部分在暴露于电磁辐射50时变得不溶于特定溶剂，例如当光刻胶层315是由负性光刻胶剂形成时。在任何一种情况下，一旦光刻胶层312已经暴露于电磁辐射50，则可以去除光刻胶层312的可溶性部分，例如用特定溶剂去除，从而留下光刻胶层312的不溶性部分，该不溶性部分形成了复制辊300的突起部320。

再次参考图7A和7B，通过电磁辐射50的波的相长干涉与相消干涉，暴露于第一强度的电磁辐射50或相对较高强度的电磁辐射50的光刻胶层312的各部分之间的距离可以小至透射光栅412的各个特征411之间的间距p的二分之一。例如，通过使用包含第一透射光栅414和第二透射光栅416的相移掩模410，暴露于第一强度的电磁辐射50的光刻胶层321的各部分之间的距离可进一步被降低到小至透射光栅412的各个特征411之间的间距p的四分之一。因此，在透射光栅412的各个特征411之间的间距p为400nm的示例性实施方式中，相移掩模410可以有助于电磁辐射50的波之间的相长干涉和相消干涉，从而使暴露于第一强度的电磁辐射50的光刻胶层321的各部分之间的距离可以小至100nm。在这样的实施方式中，各个突起部之间的间距(图5)也可以小至100nm，使得复制辊300的突起部320形成图2所示的线栅偏振器100的肋124。

相比于将单独的元件施加于复制辊来形成多个突起部320，通过相位掩模光刻工艺将多个突起部320直接形成到复制辊300上，可以使多个突起部320保持圆度容差。具体而言，在一些实施方式中，复制辊300的多个突起部320的圆度容差小于约1μm。换言之，当围绕复制辊300外周310评估时，各个突起部从复制辊300的中心轴径向向外延伸的距离均不比多个突起部320的任意其他各个突起部远超过1μm。通过使复制辊300的多个突起部320的圆度容差保持小于约1μm，复制辊300可在形成多个肋124(图2)时保持线栅偏振器100的平坦度容差，从而在线栅偏振器100用于LCD中时，减少可见的缺陷，如上文所述。

现应理解，通过在玻璃网上沉积光学树脂层，并利用复制辊在光学树脂层上形成肋，可以在玻璃网上制造线栅偏振器。随后，可在肋上沉积反射器以形成线栅偏振器。在一些实施方式中，复制辊包括围绕复制辊外周延伸的多个突起部。通过使复制辊接触光学树脂层，可利用复制辊将肋连续形成到光学树脂层上，这可允许连续制造线栅偏振器。可利用相位掩模光刻工艺在线栅偏振器的外周上形成多个突起部，使得在复制辊上的多个突起部中的各个突起部的宽度以及各个突起部之间的间距对应于线栅偏振器的肋宽度以及各个肋之间的间距。通过利用使用相位掩模光刻工艺形成的复制辊，可以控制线栅偏振器的肋的尺寸容差以及线栅偏振器的平坦度，从而减少不合格的部件并且降低制造成本。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离所要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (31)

1.一种用于形成线栅偏振器的方法，所述方法包括：

将光学树脂层施加至玻璃网的表面；

使光学树脂层接触复制辊的外周，所述复制辊包含围绕所述外周的至少一部分延伸的多个突起部；以及

固化光学树脂层。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：在施加所述光学树脂层之前，将连接涂层施加至所述玻璃网，所述连接涂层定位在所述玻璃网与所述光学树脂层之间。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其还包括：将反射性材料沉积在光学树脂层上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其还包括：围绕复制辊外周的至少一部分引导玻璃网，使得光学树脂层沿着外周的弧长接触复制辊的外周，所述弧长小于整个外周。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，接触光学树脂层还包括：在光学树脂层中形成多个肋，其中，所述多个肋中的各个肋彼此间隔间距，所述间距在约40nm至240nm之间，并且其中，所述多个肋中的各个肋在线栅偏振器的长度内限定了相邻肋之间的间隙，所述间隙等于或小于10μm。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述多个肋包含矩形截面。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，固化包括将光学树脂层暴露于通过玻璃网背侧的电磁辐射。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其还包括：

熔化批料以形成熔融玻璃；

将熔融玻璃成形为玻璃网；以及

在传送方向上移动玻璃网。

9.一种线栅偏振器，其包括：

玻璃网；

光学树脂层，其定位在玻璃网的至少一部分上方，所述光学树脂层包括：

基底部分；以及

多个肋，所述多个肋从基底部分延伸，其中，所述多个肋中的各个肋彼此间隔间距，所述间距在约40nm至240nm之间，并且其中，所述多个肋中的各个肋在线栅偏振器的长度内限定了相邻肋之间的间隙，并且每个间隙等于或小于10μm。

10.如权利要求9所述的线栅偏振器，其中，所述线栅偏振器的长度大于127cm。

11.如权利要求9或权利要求10所述的线栅偏振器，其中，玻璃网的CTE在约1ppm/℃至约5ppm/℃之间。

12.如权利要求9至11中任一项所述的线栅偏振器，其中，所述玻璃网的厚度在约100nm至约200nm之间。

13.如权利要求9至12中任一项所述的线栅偏振器，其中，所述多个肋中的各个肋之间的间距为约200nm。

14.如权利要求9至13中任一项所述的线栅偏振器，其中，在线栅偏振器的长度内，各间隙均不大于1μm。

15.如权利要求9至14中任一项所述的线栅偏振器，其中，在线栅偏振器的长度内，在玻璃网的底表面与所述多个肋的顶表面之间评估的线栅偏振器的平坦度容差小于约1μm。

16.如权利要求9至15中任一项所述的线栅偏振器，其还包括定位在玻璃网与光学树脂层之间的连接涂层。

17.如权利要求9至16中任一项所述的线栅偏振器，其中，所述多个肋中的各个肋的宽度在约20nm至120nm之间。

18.如权利要求9至17中任一项所述的线栅偏振器，其中，所述多个肋中的各个肋的宽度为约100nm。

19.如权利要求9至18中任一项所述的线栅偏振器，其中，所述多个肋包含距形截面。

20.一种用于形成复制辊的方法，所述方法包括：

用光刻胶层涂覆辊的外周；

引导电磁辐射通过相移掩模，从而将光刻胶层的部分暴露于第一强度的电磁辐射，并将光刻胶层的其他部分暴露于第二强度的电磁辐射，所述第二强度的电磁辐射与所述第一强度的电磁辐射不相同。

21.如权利要求20所述的方法，其中，暴露包括引导电磁辐射通过第一透射光栅以及与所述第一透射光栅间隔开的第二透射光栅。

22.如权利要求20或权利要求21所述的方法，其还包括在引导电磁辐射后，使辊旋转。

23.如权利要求20至22中任一项所述的方法，其还包括去除光刻胶层的至少一部分以在外周上形成多个突起部。

24.如权利要求23所述的方法，其中，所述多个突起部包括矩形截面。

25.一种复制辊，其包括：

外周；

多个突起部，其围绕复制辊的外周延伸，其中：

所述多个突起部中的各个突起部彼此间隔间距，所述间距在约40nm至240nm之间；

所述多个突起部中的各个突起部限定了在相邻突起部之间的间隙；并且

每个间隙等于或小于10μm。

26.如权利要求25所述的复制辊，其中，所述复制辊的外周在约40cm至90cm之间。

27.如权利要求25或权利要求26所述的复制辊，其中，所述复制辊的外周为约64cm。

28.如权利要求25至27中任一项所述的复制辊，其中，每个间隙等于或小于约1μm。

29.如权利要求25至28中任一项所述的复制辊，其中，所述多个突起部包含光刻胶材料。

30.如权利要求25至29中任一项所述的复制辊，其中，所述多个突起部的圆度容差小于约1μm。

31.如权利要求25至30中任一项所述的复制辊，其中，所述多个突起部包含矩形截面。