CN112444900B - 线栅偏振器 - Google Patents

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Abstract

线栅偏振器可以包括基板上的支撑肋的阵列。支撑肋的侧面可以向一侧倾斜。导线可被施加在每个支撑肋的上侧面和远端上，每根导线与毗邻支撑肋上的导线分离。线栅偏振器可在具有减少的蚀刻或没有蚀刻的情况下制造。

Description

线栅偏振器
发明领域
本申请一般涉及线栅偏振器。
背景技术
线栅偏振器(WGP)可将光分为两种不同的偏振状态。一种偏振状态可以主要通过WGP，而另一种偏振状态可以主要被吸收或反射。WGP的有效性或性能基于主导透射偏振(有时称为Tp)的高透射和相反偏振的最小透射(有时称为Ts)。具有高对比度(Tp/Ts)会是有益的。对比度可以通过增加主导透射偏振的透射(例如增加Tp)以及通过减少相反偏振的透射(例如减少Ts)来改善。这将有利于改善WGP的性能。
高性能WGP的肋，特别是对于可见光或紫外光的偏振，以及其他光学器件的肋，可以是小而精细的，具有纳米级的间距、线宽和线高。制造此类WGP和其它光学器件会是昂贵的。发现针对光学器件的较不昂贵的制造方法将是有利的。
图案化和蚀刻可以形成WGP的导线。针对线栅偏振器的一些期望的材料的蚀刻会是困难或不实际的。减少或消除针对蚀刻以形成导线的需求将是有益的。
发明内容
已经认识到，改善线栅偏振器(WGP)的性能、发现用于制造WGP的较不昂贵的方法以及减少或消除针对此类WGP的蚀刻的需求将是有利的。本发明涉及满足这些需求的WGP的各种实施例以及制造WGP的方法。每个实施例可以满足一个、一些或所有这些需求。
WGP可以包括基板上的支撑肋的阵列。支撑肋的侧面可以向一侧倾斜。在每个支撑肋的上侧面和远端上可以有导线，每根导线与毗邻支撑肋上的导线分离。
附图的简要说明(附图可能未按比例绘制)
图1是解说根据本发明的实施例的制造线栅偏振器(WGP)的方法中的步骤10的示意性横截面侧视图，该步骤10包括在基板11上涂敷未固化层12。
图2是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法中的可接着步骤10的步骤20的示意性截面侧视图，该步骤20包括在未固化层12中压印支撑肋22。
图3是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法中的可接着步骤20的步骤30的示意性横截面侧视图，该步骤30包括固化未固化层12以形成固化层32。
图4是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法中的可接着步骤30的步骤40的示意性横截面侧视图，该步骤40包括去除模具或压印13，将支撑肋22留在固化层32中，毗邻支撑肋22之间具有通道41。
图5是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法中的可接着步骤40的步骤50的示意性横截面侧视图，该步骤50包括在每个支撑肋22上沉积盖52，每个盖52向下延伸到支撑肋22的侧面S。
图6a是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法中的可接着步骤40的步骤60a的示意性横截面侧视图，该步骤60a包括在每个支撑肋22上沉积导线62，每根导线62向下延伸到支撑肋22的侧面S。
图6b是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法中的可接着步骤50的步骤60b的示意性横截面侧视图，该步骤60b包括在每个盖52上沉积导线62，每根导线62向下延伸到盖52的侧面S。
图7是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法中的可接着步骤60a或60b的步骤70的示意性横截面侧视图，该步骤70包括在每根导线62上沉积下肋72，每个下肋72向下延伸到导线62的侧面S。
图8是解说根据本发明的实施例的制造WGP的方法的可接着步骤70的步骤80的示意性横截面侧视图，该步骤80包括在每个下肋72上沉积上肋82，每个上肋82向下延伸到下肋72的侧面S。
图9是根据本发明的实施例的光学器件90的示意性横截面侧视图，光学器件90包括在基板11的面11f上的平行、细长支撑肋92的阵列、以及向一侧倾斜的支撑肋92的侧面92i和92u。
图10是根据本发明的实施例的图9的光学器件90的示意性透视图。
图11是根据本发明的实施例的光学器件110的示意性横截面侧视图，光学器件110与光学器件90类似，除了对于光学器件110而言，在近端92p处的外角Api和Apu在值上分别与在远端92d处的内角Adi和Adu相似。
图12是根据本发明的实施例的光学器件120的示意性横截面侧视图，光学器件120与本文中所述的其他光学器件类似，从而提供了如何定义或解释角度Api、Apu、Adi和Adu的指南，尤其是在侧面92i和92u弯曲的情况下，在基板11的面11f粗糙或弯曲的情况下，在远端92d弯曲的情况下，或者其组合。
图13是根据本发明的实施例的光学器件130(诸如举例而言，线栅偏振器(WGP))的示意性横截面侧视图，光学器件130类似于光学器件90和110，但光学器件130进一步包括在每个支撑肋92的上侧面92u和远端92d上的导线132。
图14是根据本发明的实施例的光学器件140的示意图横截面侧视图，光学器件140与光学器件130类似，但是光学器件140进一步包括支撑肋92的内侧面92i上的最大厚度为Th132i的一些导线132、以及在通道93中的基板11的面11f上的最大厚度为Th132s的一些导线132。
图15是根据本发明的实施例的光学器件150的示意性横截面侧视图，光学器件130类似于光学器件130和140，但光学器件150进一步包括在每个支撑肋92的上侧面92u和远端92d上并夹在导线132与支撑肋92之间的盖152。
图16是根据本发明的实施例的光学器件160的示意性横截面侧视图，光学器件160类似于光学器件150，但光学器件160进一步包括在支撑肋92的内侧面92i的至少一部分上的盖152中的一些。
图17是解说根据本发明的实施例的制造光学器件的方法中的步骤170的示意性横截面侧视图，该步骤170包括在基板11的面11f上涂敷未固化层172。
图18是解说根据本发明的实施例的制造光学器件的方法中的可接着步骤170的步骤180的示意性横截面侧视图，该步骤180包括在未固化层172中压印未固化支撑肋182的图案，未固化支撑肋92的侧面182i和182u向一侧倾斜。
图19是解说根据本发明的实施例的制造光学器件的方法中的可接着步骤180的步骤190的示意性横截面侧视图，该步骤190包括固化未固化层172以形成固体固化支撑肋92。
图20是解说根据本发明的实施例的制造光学器件的方法中的可接着步骤190的步骤200的示意性横截面侧视图，该步骤200包括相对于基板11的面11f去除倾斜角A171处的压印171。
图21是解说根据本发明的实施例的制造光学器件的方法中的可接着步骤170(但是具有与图17中解说的不同形状的压印肋171r)的步骤210的示意性横截面侧视图，该步骤210在未固化层172中压印未固化的支撑肋182的图案，未固化的支撑肋92的侧面182i和182u向一侧倾斜。
图22是解说根据本发明的实施例的制造光学器件的方法中的可接着步骤210的步骤220的示意性横截面侧视图，该步骤220包括固化未固化层172以形成固体固化支撑肋92。
图23是解说根据本发明的实施例的制造光学器件的方法中的可接着步骤190、200或220中的任一者的步骤230的示意性横截面侧视图，该步骤230包括在固化支撑肋92上涂敷共形层231。
定义。以下定义(包括其复数形式)贯穿本专利申请适用。
如本文中所使用的，术语“共形层”意指符合特征拓扑的轮廓的薄膜。例如，遍及整个共形层的厚度可以具有最小值≥1nm和最大值≤20nm。作为另一示例，共形层的厚度的最大值除以最小值≥1nm可以是≤20、≤10、≤5或≤3。作为另一示例，在每根导线的远端处的共形层可与毗邻导线的远端处的共形层分离，远端是导线距基板最远的一端。
如本文中所使用的，术语“细长的”意指长度(进入页面的肋的长度)明显大于宽度或厚度(例如，长度可为宽度、厚度或两者的≥10倍、≥100倍、≥1000倍或≥10000倍)。
如本文中所使用的，术语“nm”意指(几)纳米。
如本文中所使用的，术语“法向角沉积”意指相对于材料被沉积其上的表面的平面133在90°+/-10°的角度沉积。见图13。
如本文中所使用的，术语在“…上”意指直接位于其上，或位于其上方，其间有一些其他固体材料。
如本文中所使用的，术语“平行”意指完全平行、在正常制造公差内平行或几乎平行，使得任何偏离完全平行的偏差对器件的正常使用将具有可忽略不计的影响。
如本文中所使用的，WGP不同部件之间的相同材料组成意指完全相同，在正常制造公差范围内相同，或几乎相同，从而完全相同的任何偏差对器件的正常使用影响可忽略不计。
除非本文中另有明确说明，否则所有与温度相关的值均为在25℃时的此种值。
光学结构中使用的材料可以吸收一些光，反射一些光，并透射一些光。以下定义区分了主要吸收型、主要反射型或主要透明的材料。每种材料可被认为在预期用途的波长范围中、跨紫外光谱、跨可见光谱、跨红外光谱或其组合是吸收型、反射型或透明的，并且可以在不同波长范围中具有不同的特性。基于反射率R、折射率的实部n和折射率的虚部/消光系数k，将材料分为吸收型、反射型和透明的。等式1被用于确定正常入射下空气与均匀材料板之间界面的反射率R：
等式1：
除非本文中另有明确规定，波长范围中k≤0.1的材料为“透明”材料，在规定波长范围内k>0.1和R≤0.6的材料为“吸收型”材料，而在规定波长范围内k>0.1和R>0.6的材料为“反射型”材料。如果在如此明确说明，则在规定波长范围中，k>0.1且R≥0.7、R≥0.8或R≥0.9的材料为“反射型”材料。
如本文中所使用的，紫外光谱意指≥10nm并且<400nm，可见光谱意指≥400nm并且<700nm，而红外光谱意指≥700nm并且≤1mm。
详细描述
附图中解说并且在本文中描述了五个或六个支撑肋22或92，但是可能有比六个多的多的支撑肋22或92，或者可能有比五个更少的支撑肋22或92，诸如举例而言，两个或三个，特别是在光学器件是波导的情况下。
第一方法，图1-8
图1-8中解说的制造线栅偏振器(WGP)的第一方法可包括以下步骤中的一些或全部，这些步骤可按以下顺序或其他顺序(如有规定)执行。可能还有下文未描述的附加步骤。这些附加步骤可以在那些所描述的步骤之前、之间或之后。WGP可在没有蚀刻的情况下形成。
第一方法可以包括：步骤10(图1)，在基板11上涂敷未固化层12；步骤20(图2)，在未固化层12中用压印13压印支撑肋22；步骤30(图3)，固化未固化层12以形成固化层32；以及步骤40(图4)，移除压印13，将支撑肋22留在固化层32中，毗邻支撑肋22之间具有通道41。每个支撑肋22可以通过支撑肋22的材料连接到毗邻的支撑肋22。
在一个实施例中，未固化层12可以是具有分散在连续相中的固体无机纳米粒子的液体，并且固化层32可以包括无机纳米粒子的固体互连网络。在另一实施例中，未固化层12可以是包括分散相和连续相的胶体悬浮液，并且固化未固化层12可以包括去除连续相以形成固体，从而限定了固化层32。
在另一实施例中，未固化层12可以是包括溶剂中的分子的溶液。溶剂可以包括水和有机液体。分子可以包括键合至反应基团的金属原子。每个反应基团可以是-Cl、-OR1、-OCOR1或-N(R1)2。每个R1可为烷基，诸如举例而言，–CH3、–CH2CH3、或–CH2CH2CH3。固化未固化层12可包括使分子反应以形成彼此互连的金属原子的固体，从而限定了固化层32。
第一方法可进一步包括在支撑肋22的远端D上沉积上肋53或上肋53的堆叠(参见图5-8中的步骤50、60a或60b、70、80或其组合)。在步骤10、20、30和40之后，这些步骤的示例组合包括：步骤50；步骤50、然后60b；步骤50、60b然后70；步骤50、60b、70然后80；步骤60a；步骤60a然后70；步骤60a、70然后80。
步骤50可包括在离基板11最远的每个支撑肋22的远端D处的每个支撑肋22上沉积盖52。盖52可被溅射沉积。盖52可以是透明的(例如，跨紫外光谱、跨可见光谱、跨红外光谱或其组合)。
盖52可在远端D处或其附近宽于支撑肋22，以便阻挡部分或全部通道41，并且因此最小化或防止随后沉积的上肋53沉积在通道41中。例如，1.1≤WC/WSR、1.2≤WC/WSR、1.4≤WC/WSR、1.6≤WC/WSR、1.8≤WC/WSR或1.9≤WC/WSR；以及WC/WSR≤2.1、WC/WSR≤2.4、WC/WSR≤2.8、WC/WSR≤3.5、WC/WSR≤4或WC/WSR≤6，其中WC是在支撑肋22的远端D处测量的盖52的宽度，而WSR是在从支撑肋22的远端D朝向最靠近基板11的支撑肋22的近端P的距离的20％处测量的支撑肋22的宽度。
步骤60a可以在步骤40之后，并且可以包括在离基板11最远的每个支撑肋22的远端D处的每个支撑肋22上沉积导线62。步骤60b可以在步骤50之后，并且可以包括在每个盖52上沉积导线62。导线62的示例沉积方法包括溅射沉积或蒸发沉积。导线62可以是反射型的(例如，跨紫外光谱、跨可见光谱、跨红外光谱或其组合)。步骤60a和60b可以在接以下步骤70和80之前或之后被执行。
步骤70可以接在步骤60a或步骤60b之后，并且可以包括在每条导线62上沉积下肋72。下肋72可以具有折射率的实部nL≤1.6、nL≤1.5、nL≤1.4、nL≤1.3或nL≤1.2以及消光系数kL≤0.1、kL≤0.01或kL≤0.001。步骤80可以接在步骤70之后，并且可以包括在每个下肋72上沉积上肋82。上肋82可以具有折射率的实部nT≥1.6、nT≥1.7、nT≥1.9、nT≥2.1或nT≥2.3和消光系数kT≤0.1、kT≤0.01或kT≤0.001。本段中的折射率和消光系数可以是跨紫外光谱、跨可见光谱、跨红外光谱或其组合的此种值。
沉积上肋53的堆叠可以包括沉积上肋53，使得一个、一些或全部上肋53与毗邻支撑肋22上的相关联上肋53分离。通道41的底部41b可以没有上肋53的材料。通道41的底部41b可以没有盖52、导线62、下肋72、上肋82或其组合的材料。沉积盖52可包括沉积每个盖52，使得它与毗邻支撑肋22上的盖52分离。沉积导线62可包括沉积每根导线62，使得它与毗邻支撑肋22上的导线62分离。沉积下肋72可包括沉积每个下肋72，使得它与毗邻支撑肋22上的下肋72分离。沉积上肋82可包括沉积每个上肋82，使得它与毗邻支撑肋22上的上肋82分离。如以下章节“第一和第二方法，导线分离”所述，可实现任何上肋53与毗邻支撑肋22上的相关联上肋53的分离的沉积。
支撑肋22、上肋53、盖52、导线62、下肋72、上肋82或其组合在离基板11最远的远端D处可以具有弯曲的横截面形状。这种弯曲的横截面形状可以是抛物线或半椭圆的横截面形状。弯曲的横截面形状可以改善WGP的性能，诸如通过增加主要透射偏振的传输。
盖52可以向下延伸到支撑肋22的侧面S，导线62可以向下延伸到盖52的侧面S，下肋72可以向下延伸到导线62的侧面S，上肋82可以向下延伸到下肋72的侧面S，或其组合。与堆叠中向下延伸到下部毗邻肋的上肋53结合的弯曲的横截面形状可以改善制造吞吐量，因为这种形状可以允许较薄的层实现相同的偏振效果。
支撑肋22可以具有低折射率(n22)用于改善光学性能，尤其是在低波长下，诸如举例而言：n22≤1.4、n22≤1.3、n22≤1.2或n22≤1.1。此外，支撑肋22的折射率(n22)可以小于衬底11的折射率(n11)，也可以小于盖52的折射率(n52)，或者两者。
实现这种低折射率的一种方式是在固化层32中包括小空隙或空腔。这些充满空气的小空隙降低了固化层32的总折射率。例如，固化层32可包括二氧化硅，其折射率约为1.4-1.5，但具有空隙，总折射率可<1.4。通过在具有较大的分子的未固化层12中使用溶剂可形成这些空隙。例如，未固化层12中的溶剂中的化学物可具有分子量≥70g/mol、≥80g/mol、≥90g/mol、≥100g/mol或≥110g/mol。作为另一示例，该溶剂中的化学物可在每个分子中具有大量原子，诸如举例而言，≥15个原子、≥20个原子或≥25个原子。这种溶剂中的化学物质不具有过高的分子量，以便它可被充分挥发，这会是有用的。因此，该溶剂中的所有化学物可具有≤125g/mol、≤150g/mol、≤175g/mol、≤200g/mol或≤300g/mol的分子量。该溶剂中的所有分子可包括≤30个原子、≤50个原子或≤75个原子。此外，该溶剂可具有占据较大空间的结构，诸如，芳基分子或以其它方式具有双键的分子。例如，未固化层12可包括苯或二甲苯。因此，支撑肋22可以包括有机部分。例如，支撑肋22中的≥0.1％、≥1％、或≥10％且≤15％、≤25％或≤50％的原子可为有机部分的一部分。
支撑肋22和盖52可以具有相同或相似的材料组成。例如，支撑肋22的材料组成的≥60％、≥75％、≥85％或≥90％；且≤92％、≤95％或≤99％可与盖52的材料组成相同。支撑肋22的无机部分可以与盖52的无机部分相同。因此，支撑肋22与盖52之间的材料组成的差异可被添加到支撑肋22中的有机部分。
第一光学器件，图5-8
线栅偏振器(WGP)可以通过如上所述的第一方法形成，并且因此可以包括更广泛种类的材料(甚至那些难以蚀刻的材料)，并且因此包括潜在改善的性能、耐久性，或两者。由于蚀刻的避免或减少，WGP也可以以较低的成本制造。WGP以及WGP的组件可以具有如上所述的性质。
如图5-8中所解说的，WGP可包括基板11上的支撑肋22的阵列，以及每个支撑肋22的远端D上的上肋53或上肋53的堆叠。支撑肋22和上肋53的堆叠可以是平行和细长的，其长度延伸到附图的页面中。替换地，支撑肋22和上肋53的堆叠可以在可变方向上延伸，例如像超材料偏振器。
上肋53或上肋53的堆叠可以包括一个上肋53(图5和6a)、两个上肋53(图6b)、三个上肋53(图7)、四个上肋53(图8)，或>四个上肋53。在一个实施例中，上肋53的堆叠可以包括按照以下从支撑肋22向外移动的顺序的以下上肋53：盖52、导线62、下肋72，并且然后是上肋82。在另一个实施例中，上肋53的堆叠可以包括按照以下从支撑肋22向外移动的顺序的以下上肋53：导线62、下肋72，并且然后是上肋82。在另一实施例中，上肋53可以包括导线62。
第二光学器件，具有倾斜支撑肋92
如图19-16和23中所解说的，光学器件90、110、120、130、140、150、160和230被示为包括基板11的面11f上的平行、细长的支撑肋92的阵列，毗邻支撑肋92之间具有通道93。每个支撑肋92可具有横截面轮廓，其具有最接近基板11的近端92p以及与近端92p相对的远端92d。远端92d可离基板11最远。每个支撑肋92还可以具有面向通道93并从近端92p延伸到远端92d的侧面92i和92u。通道93可以包括沿着通道93的长度延伸的充气区域，通道93的长度是该通道的最长尺寸。
如图13-16中所解说的，光学器件130、140、150和160各自可以是在每个支撑肋92的上侧面92u和远端92d上具有导线132的线栅偏振器(WGP)。导线132可以是平行的和细长的。为了促成偏振，每根导线132可以与毗邻支撑肋92上的导线132分离。以下对于支撑肋92的形状和添加的盖152的讨论可以有助于确保或改善支撑肋92上的导线132的分离，即使导线132从正入射方向沉积(参见图13)。
支撑肋92的侧面可以包括朝向基板11倾斜并面向基板11的内侧面92i，以及与内侧面92i相对并且不面向基板11或背向基板11的上侧面92u。支撑肋92的这种倾斜或歪斜可以促成在上侧面92u、远端92d或两者上沉积导线132(特别是通过法向角度沉积)，每根导线132与毗邻支撑肋92上的导线132分离。在一个实施例中，所有支撑肋92可以在单个方向上倾斜。
支撑肋92的倾斜或歪斜可以通过角度A92、Api和Apu来量化。角A92是平面95(图9-12)与基板11的表面11f之间的最小角度。平面95沿着每个支撑肋92的长度L(图10)穿过支撑肋92的中心，从近端92p延伸到远端92d。A92的示例值包括5°≤A92、15°≤A92、25°≤A92、40°≤A92或60°≤A92；以及A92≤45°、A92≤60°、A92≤75°或A92≤85°。Api是内侧面92i与基板11的面11f之间的外角。Api的示例值包括5°≤Api、15°≤Api、25°≤Api、35°≤Api、45°≤Api、55°≤Api或65°≤Api；以及Api≤45°、Api≤55°、Api≤65°、Api≤75°或Api≤85°。Apu是上侧面92u与基板11的面11f之间的外角。Apu的示例值包括：95°≤Apu，105°≤Apu，115°≤Apu，115°≤Apu，130°≤Apu，130°≤Apu，或150°≤Apu；Apu≤135°，Apu≤150°，Apu≤165°，或Apu≤175°。Api-Apu可被关联如下：|180°-Api-Apu|≤2°，|180°-Api-Apu|≤5°，|180°-Api-Apu|≤10°，|180°-Api-Apu|≤20°，或|180°-Api-Apu|≤30°。
如果光学器件是具有导线132的线栅偏振器(WGP)，则可以选择角A92、Api和Apu，连同支撑肋92之间的尺寸和间距，以使每条导线132与毗邻支撑肋92上的导线132分离。在下面的等式中，Lc(图9)是从通道中的一个支撑肋92到毗邻支撑肋92的直线距离，平行于基板11的面11f，而Li(图9)是内侧面92i从近端92p到远端92d的直线距离。通常，基于所需的WGP性能(如Tp和Ts的平衡)来选择Lc，以及根据所需的支撑肋92的结构强度来选择Li。然后，可根据以下等式计算角A92：A92的该值可导致支撑肋92阻挡通道中的基板11的面11f以防止导线132的法向角度沉积。可能不需要或不期望达到上述精确的A值。从这个角度的变化可通过等式/>来量化。以下两段中描述了针对不同情况的“X”的值。
如果在特定的WGP设计中允许导线132在通道93中的一些沉积，或者如果以倾斜的角度进行沉积，沉积目标面向上侧面92u，则通道的部分阻挡可能是接受的。在等式中使用的X的示例范围包括X≤0.95，X≤0.9，X≤0.8，X≤0.7，X≤0.6，X≤0.5，X≤0.4，或X≤0.2。
对于一些设计，特别是对于主要透射偏振的高透射(例如，高Tp)，用导线132对上侧面92u、远端92d或两者的部分覆盖会是有帮助的。这可以通过增加X以减少A92来实现。等式中使用的X的示例范围包括X≥1.03、X≥1.05、X≥1.1、X≥1.15或X≥1.2。
可以选择支撑肋92的远端92d处的角度Adi和Adu，并通过下面描述的压印171的形状来形成，用于在沉积期间的通道93的所需阻挡、WGP的耐久性和降低的制造成本。Adi是内侧面92i与远端92d之间的内角。Adu是上侧面92u与远端92d之间的内角。
例如，Adi和Adu可以接近90°，如图9-10中所示。该设计可以改善支撑肋92的耐久性，并且可以降低压印171的成本。替换地，如图11中所解说的，Adi可以是<90°(例如，Adi<90°、Adi≤80°、Adi≤70°、Adi≤60°或Adi≤50°；并且Adi≥10°)；以及Adu可以大于90°(例如Adu>90°，Adu≥100°，Adu≥110°，Adu≥120°，Adu≥130°；以及Adu≤180°)，从而在远端92d处将内侧面92i延伸到通道93上。这种设计可以改善在导线132的沉积期间基板11的面11f的阻挡。
图9和11中解说了通道角Ac。通道角Ac是支撑肋92的侧面92i和92u与通道93中的基板11的面11f之间的角度。如图9中所解说的，在每个通道93中，一个通道角Ac可以小于90°，另一个通道角Ac可以大于90°。替换地，如图11中所解说的，在每个通道93中，两个通道角A可为≈90°，诸如举例而言，90°+/-5°,90°+/-10°,90°+/-15°,or 90°+/-20°。由于增加的通道93的深度导致的提高的性能，图11的具有两个通道角Ac≈90°的实施例可能是优选的。
下面进一步描述如何定义或解释上述角度。在支撑肋92的外部测量被描述为“外角”的任何角度。如图12中所解说的，如果侧面92i和92u是弯曲的，则侧面线121被用于确定角Api和Apu。侧面线121与侧面92i或92u的最窄尺寸对齐，并且以与侧92i或92u的平均方向对齐的角度对齐。如果角度Api和Apu不能跨光学器件是精确且重复地确定，诸如由于基板的曲率或基板11的面11f的粗糙度，则在延伸穿过基板11的核心的基板线123处测量这些角度Api和Apu。基板线123的方向为基板11的面11f的平均值，或与面11f相对的基板11的侧面11s的平均值，无论如何具有最平滑的表面。如果远端92d弯曲，则远端线122被用于确定角度Adi和Adu。远端线122在两条侧面线121离开远端92d的位置之间延伸。
总之，可以选择等式中的距离Lc、距离Li、角度A92、值X以及远端92d处的角度Adi和Adu，用于通过支撑肋92从垂直于基板11的面11f观看，部分或完全阻挡通道93中的基板11的面11f。参见图9中的线94，其指示了该完全阻挡。如图13中所解说的，从垂直于基板11的面11f观看，通道93的完全阻挡可导致在每个支撑肋92的内侧面92i上、在通道93中的基板11上或两者上可忽略不计或没有导线132。
替换地，如图14中所解说的，导线132可以进入通道93并覆盖每个支撑肋92的内侧面92i的一部分、通道93中的基板11的一部分，或者两者。例如，每个支撑肋92的内侧面92i的≥50％、≥75％或≥90％，通道93中的基板11，或两者都可以不含导线132的材料，而另一部分可以涂覆导线132。
如果导线132确实覆盖了内侧面92i的一部分、通道93中的基板11的一部分，或者两者，则由于倾斜支撑肋92的阻挡作用，它可以用较小的厚度覆盖它。例如，Th132i≤10nm，Th132i≤20nm，或Th132i≤50nm，其中Th132i是垂直于内侧面92i测量的内侧面92i上的导线132的最大厚度。作为另一示例，Th132u/Th132i≥2，Th132u/Th132i≥5，Th132u/Th132i≥10，Th132u/Th132i≥20，其中，Th132u是垂直于上侧面测量的上侧面92u上的导线132的最大厚度。作为另一示例，Th132u/Th132s≥2，Th132u/Th132s≥5，Th132u/Th132s≥10，Th132u/Th132s≥20，其中，Th132s是垂直于基板11的面11f测量的毗邻支撑肋92的通道93中的基板11的面11f上的导线132的最大厚度。
如图15-16中所解说的，WGP 150和160可进一步包括至少部分夹在每条导线132和每个支撑肋92之间的盖152。盖152的目的是在导线132的沉积期间进一步封闭通道。因此，盖152可有助于补偿支撑肋92的长度Li和角度Api的制造限制。例如，将未固化层172芯吸到压印171中会有限制，从而限制了压印通道173的深度(图17-18)。这一限制可以通过使用盖152来补偿。较长支撑肋92加上盖152的组合的另一个好处是，这可以增加通道93的长度，并且因此提供更大的区域，其具有降低的有效折射率，如美国6,122,103中所述。将每个支撑肋92上的盖152与毗邻支撑肋92上的盖152分离(即不接触)会有帮助。这种分离可以促成分离的导线132的沉积。
如图15中所解说的，盖152可以覆盖上侧面92u的部分或全部、远端92d的部分或全部，或两者。如图16中所解说的，盖152可以覆盖每个支撑肋92的内侧面92i的至少一部分。例如，每个支撑肋92的内侧面92i的≥50％、≥75％或≥90％可不含盖152的材料，而另一部分可涂覆152。
与内侧面92i垂直测量的内侧面92i上的盖152的示例最大厚度Th152i包括Th152i≤5nm、Th152i≤10nm或Th152i≤20nm。作为另一示例，Th152u/Th152i≥2，Th152u/Th152i≥5，Th152u/Th152i≥10，Th152u/Th152i≥20，其中，Th152u是垂直于上侧面92u.测量的上侧面92u上的盖152的最大厚度。
第二方法，图9-23
制造光学器件，诸如如线栅偏振器(WGP)，的第二方法可以包括图17-23中解说的以下步骤中的一些或全部。第二方法可以按照以下顺序或其他顺序(如果指定的话)执行。这些步骤中的一些可以同时执行，除非另有明确说明。可能还有下文未描述的附加步骤。这些附加步骤可以在那些所描述的步骤之前、之间或之后。光学器件的组件和光学器件本身可以具有如上所述的特性。在下面第二方法中对光学器件的特性的任何附加描述(以上未描述)可以适用于上述光学器件。
第二方法可包括以下步骤中的一些或全部：(a)步骤170，在基板11的面11f上涂敷未固化层172(图17)；(b)步骤180或210，在未固化层172中压印未固化支撑肋182的图案(图18和21)；(c)步骤190或220，固化未固化层(图19和22)；(d)在每个支撑肋92的上侧面92u和远端92d上沉积盖152(图15和16)；以及(e)在每个支撑肋92的上侧面92u上、在每个支撑肋92的远端92d上或两者上沉积到店132(图13-16)。
(b)和(c)：可在未固化层172中执行支撑肋92的图案的压印，诸如举例而言，使用如下所述的压印171以产生倾斜支撑肋92，其可以具有如上所述的角度。
如图18和21中所解说的，压印可包括将压印171压入到未固化层172中。压印171可以包括与通道93配合的压印肋171r和与支撑肋92配合的压印通道173。
由于支撑肋92的倾斜形状，很难在不损坏支撑肋92的情况下从支撑肋92去除压印171。在不损坏支撑肋92的情况下从光学器件上去除压印171的一种方法是以可接近A92的角度A171(参见图9-12)去除压印171(参见图20)。例如，A171可以在A92的2°、5°、10°、20°或30°内。
用于在不损坏支撑肋92的情况下从光学器件去除压印171的其它方法是使用为柔性的压印171、使用为柔性的支撑肋92，或两者。压印171可以包括弹性材料。压印肋171r、附连于压印肋171r的压印171的基座171b或两者可以是弹性的。压印肋171r、附连于压印肋171r的压印171的基座171b或两者可以包括聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或两者。压印肋171r、附连于压印肋171r的压印171的基底171b、当压印171从支撑肋92去除时的支撑肋92或其组合可以具有弹性模量≤6GPa、≤3GPa、≤1GPa或≤0.1GPa；并且可以是≥0.1GPa、≥0.01GPa、≥0.005GPa、≥0.001GPa，或≥0.0001GPa。通过部分固化未固化层172、去除压印171、然后最后确定固化，支撑肋92可以是柔性的。部分固化的支撑肋92可以随着压印171的去除而弯曲。
(c)固化未固化层172可包括将未固化的支撑肋182固化到为实心且固化的支撑肋92中。在一个实施例中，未固化层172可以是具有分散在连续相中的固体无机纳米粒子的液体，该固体无机纳米粒子包括与反应基团键合的金属原子，其中每个反应基团独立地为-Cl、-OR2、-OCOR2或-N(R2)2，并且R2是烷基；并且固化可包括使分子反应以形成金属原子彼此互连的固体。在另一实施例中，未固化层172可以是具有分散在连续相中的固体无机纳米粒子的液体，并且固化可包括形成无机纳米粒子的固体互连网络。在另一实施例中，未固化层172可以是包括分散相和连续相的胶体悬浮液，并且固化未固化层172可以包括去除连续相。
(d)和(e)：可以通过溅射沉积来沉积盖152、导线132或两者，这可促成在分离的支撑肋92上分离沉积盖152、导线132或两者。在分离的支撑肋92上分离帽152、导线132或两者可以改善WGP的性能，诸如举例而言，期望偏振的增加的透射(例如，增加Tp)和相反偏振的减少的透射(例如降低Ts)。盖152的溅射沉积还可以导致盖152具有面向支撑肋92的线性轮廓152L和面向导线132的弯曲轮廓152C，这可以改善WGP的性能。这种线性轮廓152L/曲线轮廓152C也可以改善WPG的性能。
盖152、导线132或两者的沉积可以包括法向角沉积，或者甚至可以仅通过法向角沉积来执行。一些制造设施缺少针对倾斜角度沉积的装备，因此这种法向角沉积由于避免购买附加装备而可以允许降低的WGP的制造成本。
(b)至(e)：如图11和18-20中所解说的，毗邻支撑肋22和92可通过支撑肋92的材料111在近端92p处连接。这可以通过不将压印171一直压在基板上来实现。通过支撑肋92的材料111的支撑肋92的这种连接可以增加支撑肋92的强度，这在本文描述的具有倾斜或歪斜支撑肋92的实施例中会是尤其有用的。尽管支撑肋92可以在近端92p处连接，但是每个支撑肋92可以在远端92d处以及在侧面92i和92u处与毗邻支撑肋92分离(即不接触)。这种分离可以促成分离的盖152、分离的导线132或两者的沉积。
未固化层172、支撑肋92、盖152或其组合可具有用于改善的光学性能的低折射率，诸如举例而言，≤1.1、≤1.2、≤1.3或≤1.4。在一个实施例中，这种折射率可以为≥1.0。
实现这种低折射率的一种方式是在未固化层172中包括小空隙或空穴，其可保持在支撑肋92中。这些小空隙充满空气，会降低总的折射率。例如，支撑肋92可以包括二氧化硅，其折射率约为1.4-1.5，但是对于空隙而言，总的折射率可为<1.4。这些空隙可以通过在具有较大分子的未固化层172中使用溶剂来形成。例如，未固化层172中的溶剂可具有≥70g/mol、≥80g/mol、≥90g/mol、≥100g/mol或≥110g/mol的分子量。作为另一示例，该溶剂中的化学物可具有大量原子，诸如举例而言，≥15个原子、≥20个原子或≥25个原子。它可以有助于这种溶剂不要有太高的分子量，以便它可以充分挥发。因此，该溶剂可具有≤125g/mol、≤150g/mol、≤175g/mol、≤200g/mol或≤300g/mol的分子量。该溶剂也可具有≤30个原子、≤50个原子或≤75个原子。此外，该溶剂可具有占据较大空间的结构，诸如，芳基分子或以其它方式具有双键的分子。例如，未固化层172可包括苯或二甲苯。
跨紫外光谱、跨可见光谱、跨红外光谱或其组合，支撑肋具有折射率的实部nS≥1.7或nS≥2.0和消光系数kS≤0.1。支撑肋92的示例材料包括铪、铅、铌、钽、钛、钨、锆、硅的氧化物或其组合。
支撑肋92可以包括促成制造、影响WGP的性能的有机部分或其组合。这些有机部分可以是未固化层172的材料组成的一部分，并且可以在未固化层172被固化以形成支撑肋92之后保留。例如，支撑肋92中的≥0.1％、≥1％且≤25％、≤50％的原子可以是有机部分的一部分。作为另一示例，支撑肋中的有机部分的质量百分比可为≥0.1％且≤20％。有机部分可包括-CH3、-CH2CH3或两者。作为另一示例，所有有机部分可包括≤3个碳原子。
盖152可以具有与支撑肋92相同或不同的材料组成。在一个实施例中，盖152和支撑肋92可包括二氧化硅。在一个实施例中，由于每个支撑肋92的沉积/形成方法不同(例如，支撑肋92通常通过旋入然后压印来形成，并且盖152通常通过溅射形成)，支撑肋92而非盖152可包括有机部分。
支撑肋92、基板11和盖152可以具有相同或相似的材料组成。例如，支撑肋92、基板11和盖152的材料组成的≥70％、≥80％、≥90％或≥95％可以是相同的。支撑肋92、基板11、盖152或其组合可跨紫外光谱、可见光谱、红外光谱或其组合是透明的。导线132可跨紫外光谱、跨可见光谱、跨红外光谱或其组合是反射型的。
如图23中所解说的，第二种方法可进一步包括步骤230，包括在固化支撑肋92上涂敷共形层231，从而形成了光学器件232。步骤230可以遵循步骤190、200或220中的任何一个。共形层231可通过原子层沉积来涂敷。共形层231可具有高于支撑肋92的折射率(n92)的折射率(n231)。这些折射率的示例值包括：n92≥1.3、n92≥1.5或n92≥1.7；n92≤1.6、n92≤1.8或n92≤1.99；n231≥2.0或n231≥2.2；以及n231≤3.0或n92≤4.0。这些折射率n231和n92值和关系可以是跨紫外光谱、可见光谱、红外光谱或其组合的值和关系。如果光学器件是波导，则添加共形层231可以改善波导性能，特别是在处于一波长或跨预期用途的波长范围处n231>n92的情况下。
第一和第二方法，导线分离
将导线62或132与毗邻支撑肋22或92上的导线62或132分离会是有用的。以下段落描述了如何在第一方法和第二方法两者中实现这一点。
在第一方法中，沉积的优选方法是溅射。可以提高腔室中的压力以实现较少的定向沉积，从而从所有角度沉积导线62，并且在支撑肋22的远端D处优先沉积导线62。然而，沉积压力过高会导致沉积速率过慢。建议5毫托的压力用于平衡(a)通过高压从各个角度沉积导线62和(b)使用较低压力以改善沉积速率。
在第二方法中，优选的沉积方法包括蒸发或低压溅射，任一者导致导线132在每个支撑肋92的上侧面92u和远端92d上的定向沉积。在蒸发或低压溅射中，可以在保持等离子体的同时尽可能降低压力。在第二方法中，对于倾斜的支撑肋92来说，定向沉积，诸如通过蒸发或低压溅射，可以促成毗邻支撑肋92上的导线62的分离。
在第一方法中，通道41可被上述盖52部分地阻挡，以促成毗邻支撑肋22上的导线62分离。在第二方法中，通道93可被上述盖152部分地阻挡，以促成毗邻支撑肋92上的导线132分离。
支撑肋22或92的形状可有助于促成导线62或132的分离。图2-8中的支撑肋22被解说为具有弯曲的远端D，这方便了制造，但会使保持导线62彼此分离更加困难。第二方法中并且在图9-10和13-16中解说的支撑肋92的远端92d具有矩形形状，这会更难以制造，但会有助于保持导线132彼此分离。第二方法中并且在图11和19-20中解说的支撑肋92的远端92d具有梯形形状，这会进一步帮助保持导线132彼此分离。图9-10和13-16的矩形形状以及图11和19-20的梯形形状，以及上文所述的，可以在第一方法中应用。第一方法中的压印13可以由图17-22的压印171代替。
支撑肋22或92的高宽高比(AR)可帮助促成导线62或132的分离，其中AR＝Th22/P或AR＝Th92/P，Th22是支撑肋22的厚度，Th92是支撑肋92的厚度，而P是支撑肋22或92的节距。
如果上述方法不足以保持导线62或132的分离，并且如果导线62或132是由铝制成的，则通道41或93中的任何少量铝都可被氧化以形成氧化铝，从而将纯铝导线62或132彼此分离。铝被用作示例，氧化可与其他合适的材料连用。各向同性蚀刻也可被用于去除通道41或93中的任何少量导线62或132。
第三光学器件，具有倾斜支撑肋92
如图23中所解说的，光学器件232可以包括支撑肋92上的共形层231。光学器件232的支撑肋92被解说为具有与光学器件110的支撑肋92相似的形状，但这些支撑肋92可具有如本文所述的其它形状。共形层231和支撑肋92可以具有如上所述的折射率值。如果光学器件是波导，则添加共形层231可以改善波导性能，特别是在处于一波长或跨预期用途的波长范围处n231>n92的情况下。光学器件232可被形成在WGP中，诸如举例而言，如本文所述，添加了导线132。

Claims (14)

1.一种线栅偏振器，包括：
在基板面上的平行、细长的支撑肋的阵列，其中毗邻的支撑肋之间具有通道；
每个所述支撑肋具有横截面轮廓及侧面，所述横截面轮廓的近端位于最靠近所述基板处，并且所述横截面轮廓的远端位于最远离所述基板处，并且所述侧面面向所述通道并从所述近端向所述远端延伸；
所述支撑肋的所述侧面向一侧倾斜，所述侧面包括内侧面及上侧面，所述内侧面朝向所述基板倾斜并面向所述基板，及所述上侧面与所述内侧面相对并且背向所述基板；
15°≤A92≤75°，其中A92是平面与所述基板面之间的最小角度，所述平面沿着每个所述支撑肋的长度从所述近端延伸到所述远端穿过所述支撑肋的中心；
在每个所述支撑肋的所述上侧面和所述远端上的导线，每根所述导线与毗邻的支撑肋上的导线分离；
每个所述支撑肋的所述内侧面的≥50％不含所述导线的材料；以及
跨紫外光谱、可见光谱、红外光谱或其组合，所述支撑肋和所述基板是透明的，而所述导线是反射型的。
2.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，进一步包括在每个所述支撑肋的所述上侧面和所述远端上、并且至少部分地夹在每根所述导线与每个所述支撑肋之间的盖，其中：
所述盖具有与所述支撑肋不同的材料组成；
跨所述紫外光谱、所述可见光谱、所述红外光谱或其组合，所述盖是透明的；以及
所述盖具有面向所述支撑肋的线性轮廓以及面向所述导线的弯曲轮廓。
3.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于， 其中A92是所述内侧面与所述基板面之间的外角；Lc是平行于所述基板面、从所述通道中的一个支撑肋到毗邻的支撑肋的直线距离；而Li是所述内侧面从所述近端到所述远端的直线距离。
4.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，所述支撑肋具有折射率的实部nS≤1.4。
5.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，跨所述紫外光谱、跨所述可见光谱、跨所述红外光谱、或其组合，所述支撑肋具有折射率的实部nS≥1.7，且消光系数kS≤0.1。
6.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，跨所述可见光谱，所述支撑肋具有折射率的实部nS≤2.0。
7.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，所述支撑肋中的≥0.1％且≤50％的原子是有机部分的部分。
8.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，每个所述支撑肋的所述内侧面的≥75％不含所述导线的材料。
9.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，每个所述支撑肋的所述内侧面的≥90％不含所述导线的材料。
10.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于，所述导线覆盖所述支撑肋的所述上侧面的全部。
11.如权利要求1所述的线栅偏振器，其特征在于：
所述导线覆盖每个所述支撑肋的所述内侧面的部分；以及
Th132u/Th132i≥2，其中，Th132u是垂直于所述上侧面测量的所述上侧面上的所述导线的最大厚度，以及Th132i是垂直于所述内侧面测量的所述内侧面上的所述导线的最大厚度。
12.如权利要求11所述的线栅偏振器，其特征在于，Th132u/Th132i≥5。
13.如权利要求11所述的线栅偏振器，其特征在于，Th132u/Th132i≥10。
14.如权利要求11所述的线栅偏振器，其特征在于，Th132u/Th132i≥20。
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