CN113785229B - 制造衍射背光的方法 - Google Patents

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Abstract

制造衍射背光采用通用光栅并使用反射岛选择通用光栅的一部分以限定光栅元件，衍射背光的反射衍射光栅元件包括光栅元件和反射岛。一种制造衍射背光的方法包括形成通用光栅、形成反射岛、以及使用反射岛来选择通用光栅的一部分以限定光栅元件。制造衍射背光的方法可以包括在光导表面上形成反射岛，以及在反射岛之上形成通用光栅。可替代地，制造衍射背光的方法可以包括在光导表面上形成通用光栅，以及在通用光栅之上形成反射岛。

Description

制造衍射背光的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月28日提交的编号为62/839,736的美国临时申请的优先权，其内容通过引用并入本文。
关于联邦赞助研究或开发的声明
不适用
背景技术
电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传送信息的几乎无处不在的介质。最常见的电子显示器是阴极射线管(CRT)、等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜器件、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可分为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器的最明显的例子是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射光时通常被分类为无源的显示器是LCD和电泳显示器。无源显示器虽然通常表现出吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但是由于缺乏发光能力，在许多实际应用中可能发现有些受限的用途。
为了克服与发射光相关的无源显示器的限制，许多无源显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些无源显示器发光，并且基本上用作有源显示器。这种耦合光源的例子是背光。背光源是放置在另外的无源显示器后面以照亮无源显示器的光源(通常是面板)。例如，背光可以耦合到LCD或电泳显示器。背光发射穿过LCD或电泳显示器的光。所发射的光由LCD或电泳显示器调制，然后调制的光又从LCD或电泳显示器发射。
附图说明
参考结合附图进行的以下详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
图1B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的具有与多视图显示器的视图方向相对应的特定主角度方向的光束的角度分量的图形表示。
图2示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的截面图。
图3示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的制造衍射背光的方法的流程图。
图4示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的另一示例中的制造衍射背光的方法的流程图。
图5示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的另一示例中的制造衍射背光的方法的流程图。
图6A-6G示出了根据这里描述的原理的实施例的示例中制造衍射背光的截面图。
图7A-7F示出了根据这里描述的原理的实施例的另一示例中制造衍射背光的截面图。
图8A-8G示出了根据这里描述的原理的实施例的又一示例中制造衍射背光的截面图。
图9A-9E示出了根据这里描述的原理的实施例的又一示例中制造衍射背光的截面图。
某些示例和实施例具有作为上述附图中所示的特征的补充或替代之一的其它特征。这些和其它特征将在下面参考上述附图进行详细描述。
具体实施方式
根据这里描述的原理的示例和实施例制造应用于各种类型的电子显示器的衍射背光源的方法。具体而言，根据这里描述的原理的制造衍射背光的各种方法采用通用光栅，该通用光栅的一部分由反射岛选择以限定光栅元件。使用反射岛来选择通用光栅的部分以限定光栅元件可以提供反射岛和光栅元件的自对准，这一起提供衍射背光的反射衍射光栅元件。除了光栅元件和反射岛的自对准之外，根据各种实施例，这里描述的衍射背光制造方法还可以容忍跨越衍射背光的范围的反射衍射光栅元件之间的平移和拉伸，并且可以促进用于电子显示器应用的大面积衍射背光的制造。可采用根据这里描述的方法制造的衍射背光的电子显示器可包括但不限于多视图显示器和其它类似显示器，例如自动立体显示器或“无眼镜”三维(3D)显示器。
在此，“二维显示器”或“2D显示器”被定义为被配置为提供基本相同的图像视图的显示器，而不管从哪个方向观看图像(即，在2D显示器的预定视角或范围内)。在许多智能电话和计算机监视器中发现的常规液晶显示器(LCD)是2D显示器的示例。相比之下，在本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向上或从不同视图方向提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示系统。特别地，不同视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视图。本文描述的单侧背光和单侧多视图显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算机、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、相机显示器和各种其它移动以及基本上非移动显示应用和设备。
图1A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括屏幕12，以显示要观看的多视图图像。屏幕12可以是例如电话(例如，移动电话、智能电话等)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机的计算机监视器、相机显示器或基本上任何其他设备的电子显示器的显示屏。
多视图显示器10在相对于屏幕12的不同观看方向16上提供多视图图像的不同视图14，观看方向16被图示为在各种不同的主角方向上从屏幕12延伸的箭头；不同的视图14被图示为在箭头的末端处的阴影多边形盒(即，描绘视图方向16)；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，所有这些都是示例性的而非限制性的。注意，虽然在图1A中将不同的视图14图示为在屏幕上方，但是当在多视图显示器10上显示多视图图像时，视图14实际上出现在屏幕12上或其附近，在屏幕12上方描绘视图14仅仅是为了图示的简单，并且意在表示从与特定视图14对应的视图方向16中的相应一个观看多视图显示器10。2D显示器可以基本上类似于多视图显示器10，除了2D显示器通常被配置为提供所显示的图像的单个视图(例如，类似于视图14的一个视图)，这与由多视图显示器10提供的多视图图像的不同视图14相反。
根据本文的定义，观看方向或等效地具有与多视图显示器的观看方向相对应的方向的光束通常具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向。角度分量θ在此被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角度分量φ被称为光束的“方位分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面(例如，垂直于多视图显示屏幕的平面)中的角度，而方位角φ是水平平面(例如，平行于多视图显示屏幕平面)中的角度。
图1B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的具有与多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)相对应的特定主角度方向的光束20的角分量{θ,φ}的图形表示。此外，根据本文的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心射线。图1B还示出了光束(或观察方向)的原点O。
在此，“光导”被定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长下基本上透明的芯。术语“光导”通常是指采用全内反射以在光导的介电材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的介电光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料的表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差之外或代替上述折射率差，光导可以包括涂层以进一步促进全内反射。例如，该涂层可以是反射涂层。光导可以是若干光导中的任何一种，包括但不限于板或平板光导和条带光导中的一者或两者。
根据各种实施例，光导本身可包括光学透明材料，其经配置以通过全内反射引导光。在光导中可以采用多种光学透明材料中的任何一种，包括但不限于各种类型的玻璃(例如，二氧化硅玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。
此外，在本文中，术语“板”当应用于如“板光导”中的光导时，定义为分段或不同平面的层或片，其有时称为“平板”光导。特别地，板光导被定义为被配置成在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)限定的两个基本上正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分离，并且可以至少在差异意义上基本上彼此平行。即，在板光导的任何差别化的小部分内，顶表面和底表面基本上平行或共面。
在一些实施例中，板状光导可以是基本上平坦的(即，限制在一个平面上)，因此，该板状光导是平面光导。在其他实施例中，板状光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板状光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板状光导。然而，任何曲率具有足够大的曲率半径以确保全内反射被保持在板光导内以引导光。根据本文的定义，“光导基板”是包括光导的基板，例如板状光导。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为被布置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，多个特征可以以周期性或准周期性的方式布置。例如，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽或脊)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2D)阵列。衍射光栅可以是例如材料表面上的凸起或孔的2D阵列。
这样，根据这里的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并且因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。特别地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射改变光的传播方向在这里被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征以衍射方式重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅还可以以衍射方式从光导耦合出光。
此外，通过本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是材料表面(即，两种材料之间的边界)处、材料表面中和材料表面上的一个或多个。例如，该表面可以是光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的多种结构中的任何一种，包括但不限于在表面上、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸块中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个基本上平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面突出的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸块等)可以具有提供衍射的多种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
根据本文描述的各种示例，衍射光栅(例如，多波束元件的衍射光栅，如下所述)可以被用来将光作为光束衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)。特别地，局部周期衍射光栅的衍射角θm或由其提供的衍射角可由等式(1)给出为：
其中λ是光的波长，m是衍射级，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间隔，θi是光在衍射光栅上的入射角。为了简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外部的材料的折射率等于一(即，nout＝1)。通常，衍射级m由整数给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由公式(1)给出，其中衍射级是正的(例如，m＞0)。例如，当衍射级m等于一时(即，m＝1)，提供一级衍射。
图2示出根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上，另外，图2示出了以入射角θi入射到衍射光栅30上的光束50。光束50是光导40内的引导光束，图2中还示出了作为入射光束50衍射的结果由衍射光栅30衍射产生并耦合输出的定向光束60，定向光束60具有如等式(1)所给出的衍射角θm(或这里的“主角方向”)。衍射角θm例如可以对应于衍射光栅30的衍射级“m”。
通过本文的定义，“通用光栅”或等同地“通用衍射光栅”被定义为基本上覆盖基板的范围或具有与基板的范围相当的范围的衍射光栅，所述基板例如是光导基板。例如，根据定义，通用光栅可以具有大约等于光导基板的长度，并且还可以具有大约等于基板的宽度。在一些实施例中，通用光栅的范围可以排除沿着基板的一个或多个边缘的边界区域或条带。在其它实施例中，“通用光栅”可以被定义为衍射光栅，其仅延伸超过由通用光栅形成的或使用通用光栅形成的光栅元件的边界，并且在一些实施例中完全超过该边界，如下面详细描述的。在一些实施例中，通用衍射光栅可以是或包括亚波长衍射光栅，其具有衍射特征尺寸和衍射特征间距中的一者或两者，该衍射特征间距小于由衍射光栅衍射的光的波长λ。
在一些实施例中，所述通用光栅可以是均匀衍射光栅或者在所述通用光栅的范围上具有均匀或基本上均匀间隔的衍射特征(即，光栅节距)。例如，均匀衍射光栅可以包括多个衍射特征，多个衍射特征中的每个衍射特征具有与相邻衍射特征相似的尺寸并且具有与相邻衍射特征相似的间距。
在其它实施例中，通用光栅可以包括多个子光栅。在一些实施例中，多个子光栅的不同子光栅可以具有彼此不同的特性。例如，子光栅可以包括与多个子光栅中的其他子光栅不同的衍射特征间距和不同的衍射特征取向中的一者或两者。在一些实施例中，子光栅的衍射特征可以是弯曲的，例如，衍射特征可以包括弯曲的凹槽或脊中的一个或两者。
在一些实施例中，可以将多个子光栅的子光栅布置在阵列中。根据各种实施例，所述阵列可为一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。此外，在一些实施例中，所述通用光栅可包括跨越所述通用光栅的范围重复的多个子光栅阵列。在其它实施例中，多个子光栅的不同子光栅可以跨通用光栅的范围基本上随机地分布。
在其他实施例中，通用光栅可以包括啁啾衍射光栅或者甚至啁啾衍射光栅的阵列。根据定义，“啁啾”衍射光栅是展现或具有跨啁啾衍射光栅的范围或长度变化的衍射特征的衍射间隔的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或表现出随距离线性变化的衍射特征间隔的啁啾。这样，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其它实施例中，啁啾衍射光栅可以呈现衍射特征间隔的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或者以另一种基本上非均匀或随机但仍单调的方式变化的啁啾。也可采用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角或锯齿啁啾。在一些实施例中，通用光栅的子光栅可以包括啁啾衍射光栅。
在此，“准直器”被定义为基本上任何被配置成对光进行准直的光学设备或装置。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定程度或量变化。此外，准直器可以被配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两个上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在两个正交方向中的一个或两个上的提供光准直的形状。
在此，“准直因子”被定义为光被准直的程度。特别地，根据本文的定义，准直因子定义了光线在准直光束中的角展度。例如，准直因子σ可指定准直光束中的大多数光线在特定角展度内(例如，围绕准直光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以具有就角度而言的高斯分布，并且角展度可以是由准直光束的峰值强度的一半确定的角度。
在本文中，“光源”被定义为光源(例如，被配置为产生和发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括光发射器，例如当被激活或开启时发光的发光二极管(LED)。特别地，这里的光源可以是基本上任何光源或包括基本上任何光学发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯和实际上任何其它光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定范围的波长(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一组或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有与由该组或该组中的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或波长的光。例如，不同颜色可以包括原色(例如，红色、绿色、蓝色)。
在此，“纳米压印光刻”被定义为使用模具或图案化工具通过或使用压印工艺将图案转移到基板的可压印表面，其中模具或图案化工具中表示的特征包括纳米级尺寸或纳米级公差。在一些示例中，可压印表面可以包括比模具相对更软的基板本身的材料。在另一个示例中，可压印表面可以包括沉积在或施加在基板表面上的相对较软的材料层。在任一情况下，可压印表面的相对较软的材料被配置成在移除模具之后并且在进一步处理期间接收并保持压印图案。在压印期间接收模具的较软材料的表面在本文中称为“接收层”或“接收表面”。
在一些实施例中，相对较软的材料可在压印期间固化或硬化以促进压印图案的保持。固化基本上将接收层“冻结”或固定成由模具确定的形状或图案。例如，可以使用当暴露于光(例如，红外、可见或紫外(UV)照射)时硬化的光固化材料层作为接收层，所述光固化材料例如但不限于光活化单体、低聚物或聚合物(例如，光致抗蚀剂)。在固化之前，可光固化材料是软的(例如，液体或半液体)，并且容易接受模具压印图案。在曝光时，光固化材料在模具周围固化。接收层的固化的可光固化材料因此保持模具的压印图案。
在另一个实例中，作为层或膜施加到基板表面的热塑性材料可以用作接收层。在压印之前，将热塑性材料层加热到大约材料的玻璃化转变温度，从而软化材料。将模具压入软化的材料中，并将材料冷却至玻璃化转变温度以下，从而使材料在压印的模具周围硬化或固化。压印的图案由固化的热塑性材料保持。用作接收层的热塑性聚合物的实例包括但不限于聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)。
在一些实施例中，形成在软材料层中的压印图案然后可以进一步通过例如光刻和蚀刻“转移”到基板中作为模具的正像。进一步处理转移的图案以在基板中形成特征。这些特征通常是纳米级的尺寸。可以使用干法蚀刻技术转移特征，例如但不限于反应离子蚀刻(RIE)和等离子体蚀刻或湿法化学蚀刻技术，以选择性地移除基板材料并形成特征。根据一些实施例，还可以使用干法和湿法蚀刻技术中的一种或两种来蚀刻或甚至移除模制的接收层。
此外，如本文所用，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“反射岛”是指一个或多个反射岛，因此，在此，“反射岛”是指“一个或多个反射岛”。而且，本文中对“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何参考不意图在本文中是限制。在本文中，术语“约”当应用于某一值时，通常是指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以是指加或减10％、或加或减5％、或加或减1％，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文的示例旨在仅是说明性的，并且出于讨论的目的而呈现，而不是作为限制。
根据这里描述的原理的一些实施例，提供了一种制造衍射背光的方法。图3示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的在示例中制造衍射背光的方法100的流程图。如图所示，制造衍射背光的方法100包括在光导基板上形成110通用光栅。在一些实施例中，形成110通用光栅可以在光导基板的表面上或邻近光导基板的表面提供通用光栅。在其它实施例中，通用光栅可以被提供在光学材料层的表面上，该光学材料层进而被提供在光导基板的表面上。
根据各种实施例，形成110通用光栅可以采用各种不同图案化方法中的任何一种，包括但不限于光刻、聚焦离子束光刻、电子束光刻和纳米压印光刻(NIL)。具体地，在一些实施例中，在光导基板上形成110通用光栅可以包括使用纳米压印模具将通用光栅纳米压印在光导基板的纳米压印接收层中。在一些实施例中，纳米压印接收层可包括导光基板的材料，例如导光基板本身的表面。在其他实施例中，纳米压印接收层可以包括沉积或设置在光导基板的表面上的层或材料。例如，该层可以是可根据纳米压印光刻形成的光学材料层，其具有与光导基板的折射率匹配的折射率，例如，玻璃或PMMA光导基板的表面上的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)层。
图3中所示的制造衍射背光的方法100还包括在光导基板上形成120反射岛。根据一些实施例，形成120反射岛包括图案化反射材料层以限定反射岛。根据各种实施例，反射材料层可包括金属、金属聚合物(例如，聚合物铝)和高折射率电介质中的一个或多个。例如，反射材料层可以通过或使用蒸发沉积、溅射沉积或等效物中的一个或多个来沉积。然后，例如可以使用光刻或压印光刻来图案化反射材料层。在另一个实例中，形成120反射岛可以包括油墨压印、丝网印刷或类似的印刷工艺。在又一示例中，形成120反射岛可以采用其中采用反射岛预制件的预制件沉积。
在一些实施例中，通用光栅位于光导基板的表面上，并且反射岛形成120在通用光栅之上。因此，在形成120反射岛之前执行形成110通用光栅。特别地，在一些实施例中，形成120反射岛包括在通用光栅上沉积反射材料层，然后使用图案化的光致抗蚀剂蚀刻反射材料层以移除反射材料层的一部分并限定反射岛。
在其它实施例中，在形成110通用光栅之前执行形成120反射岛。例如，反射岛可以形成120在光导基板的表面上，然后通用光栅可以形成110在施加在反射岛上的接收层中。结果，反射岛可以位于光导基板的表面上，然后在反射岛上形成110通用光栅。
如图3所示，制造衍射背光的方法100还包括使用反射岛来选择130通用光栅的一部分以限定光栅元件。通过选择130限定的光栅元件表示包括原始通用光栅的相对小部分的衍射光栅。此外，所限定的光栅元件具有由反射岛确定的尺寸和在光导基板上的位置。例如，作为选择130通用光栅部的结果，光栅元件可以在尺寸上基本上类似，并且还可以与反射岛基本上并置或对准。根据各种实施例，衍射背光的反射衍射光栅元件包括光栅元件和反射岛的组合。
在一些实施例中，使用反射岛来选择130通用光栅的一部分以限定光栅元件包括通过蚀刻未被反射岛覆盖的通用光栅的暴露部分来移除该暴露部分。特别地，选择130可以采用反射岛作为光掩模以光刻地限定光栅元件。
例如，选择130通用光栅的一部分可以包括施加光致抗蚀剂以覆盖通用光栅。然后使用准直光源曝光光致抗蚀剂，以从光导基板的与反射岛所在一侧相反的一侧照射光致抗蚀剂。根据各种实施例，光致抗蚀剂可为正性光致抗蚀剂且反射岛充当光掩模以限定光致抗蚀剂的在光致抗蚀剂被显影之后剩余的一部分。选择130通用光栅的该部分以限定光栅元件然后还包括移除通用光栅的未被剩余的光致抗蚀剂覆盖的暴露部分。例如，移除通用光栅的暴露部分可以包括蚀刻暴露部分以移除通用光栅的未被光致抗蚀剂覆盖的材料。
在其他实施例中，选择130可以采用蚀刻或类似工艺来移除通用光栅的一部分或多个部分以限定光栅元件，反射岛被用作蚀刻掩模。在其他实施例中，使用反射岛来选择130通用光栅的部分以限定光栅元件包括用光学材料层覆盖通用光栅和反射岛，该光学材料层与通用光栅折射率匹配。
在一些实施例中(图3中未示出)，制造衍射背光的方法100还包括施加负光致抗蚀剂以覆盖反射岛和光栅元件。在施加之后，可以使用准直光源来曝光负光致抗蚀剂以照射负光致抗蚀剂并且在光栅元件上方的光致抗蚀剂中限定开口。然后，反射材料可以通过光致抗蚀剂中的开口沉积在光栅元件上。结果，反射材料可以专门地覆盖光栅元件。
在一些实施例中，光学材料层可以沉积在光导基板上，使得光学材料层嵌入光栅元件、反射岛和覆盖光栅元件的反射材料。被移除的通用光栅的暴露部分是被光学材料层覆盖的暴露部分。
图4示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的另一示例中的制造衍射背光的方法200的流程图。如图4所示，制造衍射背光的方法200包括在光导的表面上形成210反射岛。在各种实施例中，反射岛可以包括但不限于金属、金属聚合物和高折射率电介质中的一种或多种。在一些实施例中，形成210反射岛可以基本上类似于上文关于制造衍射背光的方法100所述的形成120反射岛。例如，反射岛可以使用反射材料的沉积层的光刻图案化来形成210。此外，在一些实施例中，光导可基本上类似于上述制造衍射背光的方法100的光导基板。
如图4所示，制造衍射背光的方法200还包括在光导上沉积220光学材料层以覆盖反射岛。在各种实施例中，光学材料与光导的材料折射率匹配。例如，光导可以包括玻璃或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，并且光学材料可以包括PMMA，二者都具有大约1.5的折射率。
图4中示出的制造衍射背光的方法200还包括在光学材料层上形成230通用光栅。在一些实施例中，形成230通用光栅可以基本上类似于形成110通用光栅，如上面关于制造衍射背光的方法100所描述的。例如，在一些实施例中，形成230通用光栅可以使用纳米压印光刻。
根据各种实施例，制造衍射背光的方法200还包括使用反射岛来选择240通用光栅的一部分以限定光栅元件。在各种实施例中，衍射背光的反射衍射光栅元件包括光栅元件和反射岛的组合。在一些实施例中，选择240通用光栅的一部分可以基本上类似于选择130上述制造衍射背光的方法100的通用光栅的一部分。例如，选择240可以包括施加光致抗蚀剂以覆盖通用光栅，并且使用准直光源曝光光致抗蚀剂以从光导的与反射岛所在一侧相对的一侧照射光致抗蚀剂，其中反射岛用作光掩模。此外，选择240通用光栅的一部分以限定光栅元件可以包括例如蚀刻通用光栅的未被剩余的光致抗蚀剂覆盖的暴露部分或者利用光学材料层覆盖通用光栅的暴露部分中的一个。
图5示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的在另一示例中制造衍射背光的方法300的流程图。如图5所示，制造衍射背光的方法300包括通过使用纳米压印模具纳米压印通用光栅而在光导的表面上形成310通用光栅。在一些实施例中，形成310通用光栅可以基本上类似于如上所述的制造衍射背光的方法100的形成110通用光栅。
图5中所示的制造衍射背光的方法300还包括在通用光栅上形成320反射岛，以及使用反射岛来选择330通用光栅的一部分以限定光栅元件。如上所述，衍射背光的反射衍射光栅元件可以包括光栅元件和反射岛的组合。在一些实施例中，形成320反射岛和选择330通用光栅的一部分中的一个或两个可以分别与上述形成120反射岛和形成110通用光栅基本上类似。例如，在所述通用光栅上形成320所述反射岛可以包括图案化反射材料层以限定所述反射岛，所述反射材料层包括金属、金属聚合物和高折射率电介质中的一种或多种。
在一些实施例中，使用反射岛来选择330通用光栅的部分以限定光栅元件包括通过蚀刻未被反射岛覆盖的通用光栅的暴露部分来移除该暴露部分。在其他实施例中，选择330通用光栅的部分包括用光学材料层覆盖通用光栅和反射岛，光学材料层与通用光栅折射率匹配。
在一些实施例中，所述通用光栅可以包括所述通用光栅中的开口。例如，可以通过光刻处理(例如，通用光栅的蚀刻)来提供开口。在这些实施例中，方法300还可以包括在开口中沉积反射材料层以提供不是反射衍射光栅元件的反射岛。
示例
下面给出根据上述方法100、200、300中的一个或多个的衍射背光制造的若干示例。示例通过举例而非限制的方式说明采用上述方法的结果。
图6A-6G示出了根据这里描述的原理的实施例的示例中制造衍射背光400的截面图。特别地，图6A-6C示出了包括光导基板410的衍射背光400。在一些实施例中，光导基板410可大体上类似于上文关于制造衍射背光的方法100、200、300所描述的光导基板或光导。具体地，根据各种实施例，衍射背光400的光导可以包括光导基板410。
如图6A所示，通用光栅420被提供在光导基板410的表面上。通用光栅420通常在光导基板410的整个表面或基本上整个表面上延伸。在一些实施例中，通用光栅420可以基本上类似于通过形成110通用光栅而提供的通用光栅，其在上面关于制造衍射背光的方法100、300进行了描述。例如，可以使用纳米压印光刻在光导基板410上提供通用光栅420。
图6B示出形成在通用光栅420的一部分422上并覆盖该部分的反射岛430。此外，如图6B所示，通用光栅420的另一部分424被暴露并且不被反射岛430覆盖。根据一些实施例，反射岛430可以基本上类似于如通过形成120、320制造衍射背光的上述方法100、300的反射岛而提供的上述反射岛。
在各种实施例中，可以移除暴露部分424以限定衍射背光400的光栅元件426。特别地，在一些实施例中，如图6C所示，可以通过用折射率与通用光栅420的材料匹配的光学材料层440覆盖通用光栅420和反射岛430来移除暴露部分424。如上所述，光学材料440具有与通用光栅420的折射率基本上相似的折射率，使得覆盖通用光栅420有效地消除了其在暴露部分424中的任何衍射特征。在其他实施例中，如图6D所示，可以通过使用反射岛430作为蚀刻掩模蚀刻暴露部分424来移除通用光栅420的暴露部分424。
移除暴露部分424选择通用光栅的部分422作为光栅元件426。根据一些实施例，如关于制造衍射背光的方法100、300所述，暴露部分424的移除可表示使用反射岛430来选择130、330通用光栅420的一部分以限定光栅元件。例如，在图6C中，当施加光学材料层时，反射岛430有效地保护覆盖部分422以选择和限定光栅元件426，而在图6D中，反射岛430通过充当防止覆盖部分422被蚀刻掉的蚀刻抗蚀剂来选择和限定光栅元件426。
一旦被限定，光栅元件426与反射岛430一起可以代表衍射背光400的反射衍射光栅元件402。在一些实施例中(例如，图6C)，反射衍射光栅元件402嵌入在包括光导基板410和光学材料层440的光导中。在其它实施例中(例如，图6D)，反射衍射光栅元件402可以在充当衍射背光400的光导基板410的表面上或表面处。
在一些实施例中，通用光栅420可以包括通用光栅420中的开口。另外，在一些实施例中，反射材料层可以沉积在开口中以提供不是反射衍射光栅元件的一部分或包括在反射衍射光栅元件中的反射岛。图6E示出衍射背光400的俯视图，图6F示出其侧视图，描绘了通用光栅420中的多个开口428。还以实例而非限制的方式说明位于多个开口的每一开口428内的反射岛432。如图6F所示，开口428内的反射岛432不覆盖任何通用光栅420，因此不是反射衍射光栅元件的一部分。另一方面，在选择和定义光栅元件426之后，反射岛430和光栅元件426(包括通用光栅的覆盖部分)是反射衍射光栅元件402的一部分，如图6G所示。
图7A-7F示出了根据这里描述的原理的实施例的另一示例中制造衍射背光400的截面图。如图6A-6F所示，图7A-7F所示的衍射背光400包括光导基板410。此外，图7A图示形成于光导基板410的表面上的反射岛430。根据一些实施例，反射岛430和形成反射岛的步骤可以基本上类似于上述制造衍射背光的方法100、200的通过在光导基板或光导上形成120、210反射岛而提供的反射岛。
图7B示出了衍射背光400的光导基板410和反射岛430，其被已经沉积在光导基板410上和反射岛430上方的光学材料层440覆盖。如所说明，光学材料440可与光导基板410折射率匹配，即，光学材料440可具有大体上类似于光导基板410的折射率。在一些实施例中，光学材料层440可以根据上述制造衍射背光的方法200的层材料的沉积220而沉积在光导基板410上。
图7C示出了在光学材料440的接收层中提供或形成的通用光栅420。在一些实施例中，光学材料层440的表面可以用作接收层。在其它实施例(未示出)中，可以在光学材料表面上设置或施加另一层材料以用作接收层。如上所述，可以根据制造衍射背光的方法100、200、300的形成110、230、310通用光栅来提供或形成通用光栅420。
图7D示出了施加在通用光栅420上的正性光致抗蚀剂450。还示出了表示正光致抗蚀剂450的曝光的箭头，其使用准直光源从光导基板410的与反射导430所位于的一侧相对的侧照射正光致抗蚀剂450。如图所示，反射岛430用作光掩模，以限定正性光致抗蚀剂450的在正性光致抗蚀剂450被显影之后剩余的部分452。通过显影正性光致抗蚀剂450移除光致抗蚀剂的另一部分454。特别地，如图7D所示，反射岛430阻挡来自准直光源的一些光(箭头)，防止被阻挡的光到达并照射(即，曝光)正光致抗蚀剂450的直接在反射岛430上方的部分452，如图所示。如图所示，正性光致抗蚀剂450的另一部分454暴露于来自光源的光，从而允许在对正性光致抗蚀剂进行显影期间移除另一部分454。
图7E示出了在正性光致抗蚀剂450被显影之后剩余的正性光致抗蚀剂450的部分452。剩余部分452覆盖并保护通用光栅420的一部分422，而通用光栅420的其他部分424不受保护，因此是暴露部分424。根据各种实施例，可以选择或更具体地进一步选择通用光栅420的部分422，以通过移除通用光栅420的未被正光致抗蚀剂450的剩余部分452覆盖的暴露部分424来限定光栅元件426。例如，通用光栅420的暴露部分424可以通过蚀刻移除。
图7F示出了移除正性光致抗蚀剂的剩余部分之后的衍射背光400。如图7F所示，反射衍射光栅元件402包括位于光栅元件426下方并与其对准的反射岛430。
图8A-8G示出了根据这里描述的原理的实施例的又一示例中制造衍射背光400的截面图。如图6A-6F和7A-7F所示，图8A-8G所示的衍射背光400包括光导基板410。此外，图8A示出形成于光导基板410的表面上的反射岛430。反射岛430可以如上所述地设置。例如，反射岛430可以使用施加到光导基板表面的反射材料层的光刻图案化来形成。
图8B示出了在光导基板410的表面上的反射岛430之上提供的通用光栅420。如上所述，可以使用纳米压印光刻在光导基板410表面上提供通用光栅420。例如，包括光学材料层(例如，折射率匹配的光学材料层440)的接收层可以沉积在光导基板410表面上和反射岛上方。然后，例如，纳米压印模具可以用于纳米压印通用光栅420。
如图8C所示，可在通用光栅420上施加正光致抗蚀剂450，且可使用反射岛430作为光掩模来限定在正光致抗蚀剂显影之后剩余的正光致抗蚀剂450的一部分452。例如，图8C示出了表示正光致抗蚀剂450的曝光的箭头，其使用准直光源从光导基板410的与反射岛430所在一侧相对的一侧照射正光致抗蚀剂450，例如，如上文关于图7D所述。而且，如前所述，通过显影正性光致抗蚀剂450移除光致抗蚀剂的另一部分454，留下剩余部分452。此外，如上所述，剩余部分452选择通用光栅420的部分422来限定光栅元件426。
图8D示出了在光致抗蚀剂显影之后，在移除通用光栅420的未被正性光致抗蚀剂450的剩余部分452覆盖的曝光部分之后的光栅元件426。如图所示，可以使用蚀刻来移除暴露部分，以在反射岛430上提供光栅元件426。
根据一些实施例，光栅元件426可以涂覆有反射材料层。根据各种实施例，反射材料层可相对较薄，使得光栅元件426的涂层将光栅元件426的衍射光栅保留在反射材料层中。
图8E示出了使用负性光致抗蚀剂460，其使用如上所述的准直光曝光，随后沉积反射材料470以在光栅元件426上提供反射材料层涂层。特别地，在使用反射岛430作为光掩模之后显影负光致抗蚀剂460曝光光栅元件426。然后，可以使用溅射、蒸发沉积或类似方法沉积反射材料470，以涂覆负光致抗蚀剂460的暴露部分462和暴露的光栅元件426。
如图8F所示，移除负光致抗蚀剂460的暴露部分462和伴随的未覆盖光栅元件426的反射材料470的剥离，在反射岛430和光栅元件426后面留下反射材料470的涂层。根据各种实施例，可选择负光致抗蚀剂460的厚度以支持反射材料470在负光致抗蚀剂460的暴露部分462上的剥离。
图8G示出根据一些实施例的在沉积折射率匹配的光学材料440以覆盖反射岛430和反射材料涂覆的光栅元件426之后的衍射背光400。如图所示，衍射背光400的光导包括折射率匹配的光学材料440和光导基板410的组合。此外，衍射背光400的反射衍射光栅元件402包括反射岛430和具有反射材料470的涂层的对准光栅元件426。
图9A-9E示出了根据这里描述的原理的实施例的又一示例中制造衍射背光400的截面图。图9A示出了覆盖了通用光栅420的衍射背光400的光导基板410和反射岛430，例如，如上面关于图8A-8B所述。如上所述，可以根据制造衍射背光的方法100、200、300的形成110、230、310通用光栅来提供或形成通用光栅420。特别地，例如，使用纳米压印模具的纳米压印光刻可以用于形成通用光栅420。
图9B示出已经施加在通用光栅420上的负光致抗蚀剂460。还示出表示负光致抗蚀剂460的曝光的箭头，其使用准直光源从光导基板410的与反射导430所位于的一侧相对的侧照射负光致抗蚀剂460。如图所示，反射岛430用作光掩模，以限定负光致抗蚀剂460显影之后剩余的曝光部分462。通过显影负光致抗蚀剂460以暴露通用光栅420的与反射岛430对准的部分422来移除负光致抗蚀剂460的另一部分464。结果，反射岛430用于选择部分422并限定光栅元件426。
图9C示出沉积在负性光致抗蚀剂460及通用光栅420的经暴露部分422上的反射材料层470。如上所述，反射材料470可以足够薄以在沉积的反射材料层中保存通用光栅的衍射光栅。
图9D示出在移除负光致抗蚀剂460的暴露部分462和伴随的反射材料470的剥离之后保留在通用光栅420上的反射材料层的部分472。如图所示，反射材料层的剩余部分472与反射岛对准，并有效地限定光栅元件426。也就是说，使用反射岛430作为光掩模来曝光负光致抗蚀剂460，接着沉积并剥离反射材料层，选择通用光栅420的部分422并限定光栅元件426。
图9E示出了在沉积折射率匹配的光学材料440以覆盖反射岛430和反射材料涂覆的光栅元件426之后的衍射背光400。如图所示，衍射背光400的光导包括折射率匹配的光学材料440和光导基板410的组合。此外，衍射背光400的反射衍射光栅元件402包括反射岛430和具有反射材料470的涂层的对准光栅元件426。
因此，已经描述了制造衍射背光的若干方法的示例和实施例，其采用反射岛来选择通用光栅的一部分作为或定义光栅元件，其中反射岛和光栅元件包括衍射背光的反射衍射光栅元件。应当理解，上述示例仅仅是表示这里描述的原理的许多具体示例中的一些示例的说明。显然，本领域技术人员可以容易地设计出许多其它布置，而不偏离由所附权利要求限定的范围。

Claims (20)

1.一种制造衍射背光的方法，所述方法包括：
在光导基板上形成通用光栅；
在所述光导基板上形成反射岛；
使用所述反射岛来选择所述通用光栅的一部分以限定光栅元件；以及
移除所述通用光栅的未被所述反射岛覆盖的暴露部分，
其中，所述衍射背光的反射衍射光栅元件包括所述光栅元件和所述反射岛的组合。
2.根据权利要求1所述的制造衍射背光的方法，其中，在所述光导基板上形成通用光栅包括：使用纳米压印模具将所述通用光栅纳米压印在所述光导基板的纳米压印接收层中。
3.根据权利要求1所述的制造衍射背光的方法，其中，形成所述反射岛包括：图案化反射材料层以限定所述反射岛，所述反射材料层包括金属、金属聚合物和高折射率电介质中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制造衍射背光的方法，其中，所述通用光栅位于所述光导基板的表面上，所述反射岛形成于所述通用光栅之上。
5.根据权利要求4所述的制造衍射背光的方法，其中，形成所述反射岛包括：
在所述通用光栅上沉积反射材料层；以及
使用图案化的光致抗蚀剂蚀刻所述反射材料层，以移除所述反射材料层的一部分并限定所述反射岛。
6.根据权利要求4所述的制造衍射背光的方法，其中，使用所述反射岛来选择所述通用光栅的所述部分以限定光栅元件包括：通过蚀刻所述通用光栅的未被所述反射岛覆盖的暴露部分来移除所述暴露部分。
7.根据权利要求4所述的制造衍射背光的方法，其中，使用所述反射岛来选择所述通用光栅的所述部分以限定光栅元件包括：利用光学材料层覆盖所述通用光栅和所述反射岛，所述光学材料层与所述通用光栅折射率匹配。
8.根据权利要求1所述的制造衍射背光的方法，其中，所述反射岛位于所述光导基板的表面上，所述通用光栅形成在所述反射岛之上。
9.根据权利要求8所述的制造衍射背光的方法，还包括：在所述反射岛与所述通用光栅之间提供光学材料层，其中，所述光学材料层与所述光导基板的材料折射率匹配，所述通用光栅形成在所述光学材料层上。
10.根据权利要求8所述的制造衍射背光的方法，其中，选择所述通用光栅的一部分包括：
施加光致抗蚀剂以覆盖所述通用光栅；以及
使用准直光源曝光所述光致抗蚀剂，以从所述光导基板的与所述反射岛所位于的一侧相对的一侧照射所述光致抗蚀剂，所述光致抗蚀剂为正性光致抗蚀剂且所述反射导充当光掩模以限定在所述光致抗蚀剂被显影之后剩余的所述光致抗蚀剂的一部分，
其中，选择所述通用光栅的所述部分以限定所述光栅元件包括：移除所述通用光栅的未被剩余的所述光致抗蚀剂覆盖的暴露部分。
11.根据权利要求10所述的制造衍射背光的方法，其中，移除所述通用光栅的所述暴露部分包括：蚀刻所述暴露部分以移除所述通用光栅的未被所述光致抗蚀剂覆盖的材料。
12.根据权利要求10所述的制造衍射背光的方法，还包括：
应用负光致抗蚀剂以覆盖所述反射岛和所述光栅元件；
使用准直光源来曝光所述负光致抗蚀剂以照射所述负光致抗蚀剂，并且在所述光栅元件上方的所述光致抗蚀剂中限定开口；以及
通过所述光致抗蚀剂中的所述开口在所述光栅元件上沉积反射材料，
其中，所述反射材料仅覆盖所述光栅元件。
13.根据权利要求12所述的制造衍射背光的方法，还包括：在所述光导基板上沉积光学材料层，所述光学材料层嵌入所述光栅元件、所述反射岛、以及覆盖所述光栅元件的所述反射材料，其中，移除所述通用光栅的所述暴露部分包括所述暴露部分被所述光学材料层覆盖。
14.一种制造衍射背光的方法，所述方法包括：
在光导的表面上形成反射岛，所述反射岛包括金属、金属聚合物和高折射率电介质中的一种或多种；
在所述光导上沉积光学材料层以覆盖所述反射岛，所述光学材料与所述光导的材料折射率匹配；
使用纳米压印光刻在所述光学材料层上形成通用光栅；
使用所述反射岛来选择所述通用光栅的一部分以限定光栅元件；以及
移除所述通用光栅的未被所述反射岛覆盖的暴露部分，
其中，所述衍射背光的反射衍射光栅元件包括所述光栅元件和所述反射岛的组合。
15.根据权利要求14所述的制造衍射背光的方法，其中，选择所述通用光栅的一部分包括：
应用光致抗蚀剂以覆盖所述通用光栅；以及
使用准直光源曝光所述光致抗蚀剂，以从所述光导的与所述反射岛所在一侧相对的一侧照射所述光致抗蚀剂，所述反射岛用作光掩模以限定在所述光致抗蚀剂被显影之后剩余的所述光致抗蚀剂的一部分，
其中，选择所述通用光栅的一部分以限定所述光栅元件包括：蚀刻所述通用光栅的未被剩余的所述光致抗蚀剂覆盖的暴露部分，以及用所述光学材料层覆盖所述通用光栅的所述暴露部分中的一个。
16.根据权利要求15所述的制造衍射背光的方法，还包括：在所述光栅元件上沉积反射材料层，并且还用所述光学材料层覆盖所沉积的反射材料层。
17.一种制造衍射背光的方法，所述方法包括：
通过使用纳米压印模具纳米压印通用光栅，在光导的表面上形成所述通用光栅；
在所述通用光栅上形成反射岛；
使用所述反射岛来选择所述通用光栅的一部分以限定光栅元件；以及
移除所述通用光栅的未被所述反射岛覆盖的暴露部分，
其中，所述衍射背光的反射衍射光栅元件包括所述光栅元件和所述反射岛的组合。
18.根据权利要求17所述的制造衍射背光的方法，其中，使用所述反射岛来选择所述通用光栅的所述部分以限定光栅元件包括：通过蚀刻所述通用光栅的未被所述反射岛覆盖的暴露部分来移除所述暴露部分，以及利用光学材料层来覆盖所述通用光栅和反射岛中的一个，所述光学材料层与所述通用光栅折射率匹配。
19.根据权利要求17所述的制造衍射背光的方法，其中，所述通用光栅包括所述通用光栅中的开口，所述方法还包括：在所述开口中沉积反射材料层以提供不包括在所述反射衍射光栅元件中的反射岛。
20.根据权利要求17所述的制造衍射背光的方法，其中，在所述通用光栅上形成所述反射岛包括：图案化反射材料层以限定所述反射岛，所述反射材料层包括金属、金属聚合物和高折射率电介质中的一种或多种。
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