CN114200564B - 曲面贴合光栅偏振膜片及其制造方法与金属栅模具 - Google Patents

曲面贴合光栅偏振膜片及其制造方法与金属栅模具 Download PDF

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Abstract

一种曲面贴合光栅偏振膜片及其制造方法与金属栅模具，其金属栅模具包含有复数个沟槽，此些沟槽与金属栅模具的表面形成有至少两种不同的夹角，此些夹角利用待贴合曲面的轮廓对应于沟槽的设立位置的法线，藉由转印制作的方式来获得，接续配合离子束倾斜蚀刻的方式来成型；因此，藉由此金属栅模具来形成曲面贴合光栅偏振膜片，使得曲面贴合光栅偏振膜片贴合于待贴合曲面后，其栅体能朝向入射光方向，有效解决既有金属栅偏振片贴合于曲面产品上所产生栅体倾斜，以及其所衍生入射光波反射导致透射率和偏振对比度下降的问题。

Description

曲面贴合光栅偏振膜片及其制造方法与金属栅模具
技术领域
本发明系有关光栅偏振膜片技术领域，特别是指一种贴合于曲面的光栅偏振膜片及其制造方法与相关金属栅模具。
背景技术
偏光膜片为液晶显示器中不可获缺的元件，其主要系将液晶分子封装于两个偏光膜之间，配合两端电压的控制得以正常作动，显示出所需的图案；偏光膜片主要由高分子化合物聚乙烯醇的薄膜作为基料，再浸染于碘溶液使碘离子扩散渗入聚乙烯醇中，并经硼酸水溶液还原稳定后进行拉伸并烘干而成。随着相关技术进步以及对于产品微小化与轻量化的需求，金属栅偏振膜片成为相当有潜力取代既有的偏光膜片。
金属栅偏振膜片10主要具有复数个概略平行的栅体11，请参阅图1A，藉由栅体11不同的高度、宽度、间距等数值，产生不同的偏振效果；当其密度周期小于光波长时，即可展现出偏振的特性，同时，能于垂直于栅体11与平行于栅体11分别产生不同的偏振态。然而，随着曲面显示模组的广泛应用，金属栅偏振膜片10也面临需要贴合于曲面12的状况，如图1B，当金属栅偏振膜片10贴合于此曲面12时，受到贴合于曲面12所产生的表面张力影响，栅体11会产生倾斜的现象，倾斜的程度与分布，则取决于曲面12的型态；如此一来，倾斜的栅体11会导致入射光的部份反射，进而使得透射率以及偏振对比度的下降。
故，如何对于曲面贴合光栅偏振膜片进行改良，以解决上述习知技术的不足，即为从事此行业相关业者所亟欲研发的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在提供一种曲面贴合光栅偏振膜片及其制造方法与金属栅模具，利用转印制程来制作相关金属栅模具，使其成型的曲面贴合光栅偏振膜片于贴合曲面后，不会产生倾斜的状况，来解决曲面贴合光栅偏振膜片的光反射及降低消光比问题的问题。
为达上述的目的，本发明提供一种曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其可适用于贴于曲面的待贴物上，其步骤包含有下列步骤：
提供金属栅模具，此金属栅模具上具有复数个沟槽，每一沟槽与金属栅模具的表面形成夹角，且此些夹角系至少具有两种以上不同的数值；
依据沟槽的夹角，依序于些沟槽内形成复数个栅体；
于金属栅模具的表面形成连接栅体的基板；及
将基板连同此些栅体自金属栅模具剥离，而可以获得曲面贴合光栅偏振膜片。
根据本发明的实施例，前述提供金属栅模具的步骤包含有：
提供一基材，并于其一表面上涂布光阻材料；
藉由曝光显影方式于光阻材料上定义出栅体的位置、宽度与长度；
以夹角依序蚀刻基材以形成此些沟槽；及
去除光阻材料形成金属栅模具。
根据本发明的实施例，前述夹角是藉由下列步骤取得：
取得曲面的轮廓；
藉由轮廓上对应于此些栅体的位置的法线，来计算此些法线与一入射光的夹角；及
转换入射光的夹角而获取沟槽的夹角。
根据本发明的实施例，前述基材是以离子蚀刻的方式来形成此些沟槽。
根据本发明的实施例，前述基材的材质为硅、化合物半导体、玻璃或塑料。
根据本发明的实施例，前述依据此些沟槽的夹角，于此些沟槽内形成复数个栅体的步骤中，是采用电镀或是沉积的方式来形成此些栅体。
根据本发明的实施例，前述电镀是藉由蒸镀或溅镀的方式来进行。
根据本发明的实施例，前述沉积的方式是藉由电化学沉积的方式来进行。
根据本发明的实施例，前述栅体的材质为铝、铁、金或银。
根据本发明的实施例，前述栅体内系具有奈米材料或量子点。
根据本发明的实施例，前述栅体末端更形成有一抗反射材料。
根据本发明的实施例，前述抗反射材料为一介电材料。
根据本发明的实施例，前述于金属栅模具的表面形成基板的步骤前，更包含有以光微影蚀刻来定义出此些栅体的步骤。
根据本发明的实施例，前述基板为一光硬化高分子材料所构成。
根据本发明的实施例，前述于将基板连同此些栅体自金属栅模具剥离的步骤前，更包含将基板经过紫外光硬化。
根据本发明的实施例，前述将基板连同此些栅体自金属栅模具剥离，以获得曲面贴合光栅偏振膜片的步骤中，是采用真空吸引的方式将基板连同此些栅体取出。
为达上述的目的，本发明提供一种曲面贴合光栅偏振膜片，其利用所述实施例的制造方法所制造。
为达上述的目的，本发明提供一种曲面贴合光栅偏振膜片的金属栅模具，藉以制造适用于贴于曲面的曲面贴合光栅偏振膜片，其特征在于：
金属栅模具上具有复数个沟槽，每一沟槽与金属栅模具的表面形成一夹角，此些夹角系至少具有两种以上不同的数值。
根据本发明的实施例，前述夹角为藉由曲面的轮廓对应于此些沟槽的位置的法线，来计算此些法线与一入射光的夹角，并利用此与入射光的夹角来转换取得前述沟槽的夹角。
根据本发明的实施例，前述金属栅模具的表面更具有圆角、导角或凹槽。
为达上述的目的，本发明提供一种曲面贴合光栅偏振膜片，适用于贴于一曲面，其利用所述实施例的金属栅模具所制造。
与先前技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明突破现有曲面贴合金属栅偏振膜片于贴合于曲面的倾斜现象，所造成光反射及降低消光比问题。
(2)本发明利用转印制程来制作相关金属栅模具，使其成型的曲面贴合光栅偏振膜片于贴合曲面后，不会产生倾斜的状况，进而提升消光比。
底下藉由具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A为习知金属栅偏振膜片的结构示意图。
图1B为习知金属栅偏振膜片贴合于曲面的示意图。
图2A～2E为本发明的实施例所提供的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法的制作流程示意图。
图3A～3B为本发明的实施例所提供的曲面贴合光栅偏振膜片贴合于一曲面表面的示意图。
图4A～4E本发明的实施例所提供的金属栅模具的制作流程示意图。
图5A和图5B为本发明实施例所提供的金属栅模具的取得沟槽夹角的示意图。
图6A～6B为本发明的实施例所提供的曲面贴合光栅偏振膜片的光学仿真试验的功效对照示意图。
附图标记为：
10…金属栅偏振膜片                      23…基材
11…栅体                                24…光阻材料
12…曲面                                30…曲面贴合光栅偏振膜片
20…金属栅模具                          31…栅体
201…表面                               32…基板
21…沟槽                                40…待贴物
41…曲面表面                            θ…夹角
501…法线                               α…夹角
60…入射光
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域中具有通常知识者在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在实施方式的描述中，当一个结构被描述为位于另一结构“之上或上方”或者“之下或下方”时，则该描述应当解释为包括所述结构相互接触的情况以及在所述结构之间设置了第三结构的情况。以下将参考附图详细描述实施方式。
正如先前技术所描述的，目前习知的金属栅偏振膜片在贴合于曲面时，会产生栅体倾斜的现象，而发生透射率以及偏振对比度下降的问题。为了解决上述技术问题，本发明的基本思想是提供一种曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，藉由转印的制程来成型具有预倾斜角度的曲面贴合光栅偏振膜片，而可于贴合至曲面时，使得栅体呈现概略等向的配置，而可解决习知结构所产生光反射及降低消光比问题。因此，当应用于譬如感测装置、光学镜头、眼镜、电子装置等具有曲面的产品时，不会产生倾斜的状况，进而提升消光比。
请参照图2A-2E，其绘示本发明的实施例所提供的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法的制作流程示意图。
首先提供金属栅模具20，如图2A所示，此金属栅模具20上具有复数个沟槽21，每一沟槽21与金属栅模具20的表面201形成夹角θ，且此些夹角θ系至少具有两种以上不同的数值，换句话说，也就是沟槽21相对于金属栅模具20的表面201具有至少两种以上的斜度。接着，请参阅图2B，依据每一沟槽21的夹角θ，依序于金属栅模具20得此些沟槽21内形成复数个栅体31，其中形成的方式可以采用电镀或是沉积等方式，而其中电镀可以采用蒸镀或溅镀的方式来进行，沉积可以采用譬如电化学沉积的方式来进行。然后，以光微影蚀刻清除金属栅模具20的表面201，并且定义出此些栅体31，如图2C所示，并且于金属栅模具20的表面201形成连接栅体31的基板32(见图2D)，举例来说，基板32可藉由光硬化高分子材料所构成，并接续采用紫外光硬化的方式，来将基板32进行硬化。最后将基板32连同此些栅体31自金属栅模具20剥离，而可以获得曲面贴合光栅偏振膜片30，请参阅图2E，而其中可以藉由真空吸引的方式将曲面贴合光栅偏振膜片30取出。就前述附图来看，沟槽21以及所形成栅体31的夹角θ与预倾斜角度、数量、位置、大小、配置等，仅是示意，并非用以限定仅能采用如附图中的态样与模式，基于前述相同原理，可依据实际使用状态来调整。再者，栅体31的材质可为铝、铁、金、银等各种金属材质，且其内部不必然为同一材质或是均匀材质所构成，其内部可包含有奈米粒子或是量子点、或是于末端沉积有譬如介电材料的抗反射材料；同时，图中所绘示型态的横截面为长方形，并非用以限定其形状，其可以为方形、锥形(角锥、圆锥等)或是其他任意几何形状，此形状与材质等同样可依据实际使用状态来予以变化。
因此，所取得的曲面贴合光栅偏振膜片30应用于贴合至具有曲面表面41的待贴物40时，因曲面贴合光栅偏振膜片30的栅体31为配合此曲面表面41的轮廓型态，而设计成具有预倾斜的型态，请参阅图3A、3B，因此贴合至待贴物40的曲面表面41后，经过拉伸而服贴于待贴物40的曲面表面41，预倾斜的栅体31受到其张力影响，呈现出概略相互平行的状态(见图3B)，因而可解决习知结构所产生光反射及降低消光比问题；其中，待贴物40可譬如感测装置、光学镜头、眼镜、电子装置等具有曲面的产品。
接续，针对前述提供金属栅模具20的部份进行说明，金属栅模具20的制作(提供)方式如下；首先提供一基材23，并于其基材23的一侧表面上涂布光阻材料24，如图4A所示，其中基材23常见者为硅基板，也可以是其他化合物半导体或是玻璃、塑料等各种材质，而光阻材料可以是有机材料或无机材料；接着藉由曝光显影方式于光阻材料24上定义出栅体的位置、宽度与长度(见图4B)，换句话说，也就是依据所需要的栅体型态来将其所设定的位置，进行曝光出所需的宽度与长度，然后再针对以栅体所需要的夹角依序蚀刻基材23以形成此些沟槽21，请参阅图4C，因为沟槽21所需要的夹角θ不尽相同(如前面所定义，至少具有两种不同的数值)，因此为了确保蚀刻的完整度，可以采用分段蚀刻的方式，也就是说，每次蚀刻仅进行单一角度(夹角θ)的沟槽21的蚀刻，而其余不同角度、暂时尚未进行蚀刻或是已经蚀刻完成的部份，则可以藉由光阻材料予以保护，然后依序完成各个角度(夹角θ)的沟槽21的蚀刻，此部份蚀刻的部份可譬如为离子蚀刻的方式；再者，沟槽21所需要设定的夹角θ容后详述。最后，如图4D所示，藉由利用譬如光阻液来去除光阻材料24形成金属栅模具20，所形成的金属栅模具20则具有至少具有两种以上不同的数值的夹角θ的沟槽21，也就是说其所具有的复数个沟槽21中，每一沟槽21与金属栅模具20的表面201会形成一个夹角θ，这些夹角θ系至少具有两种以上不同的数值，也就是说，藉由此金属栅模具20所形成的栅体会是不规则的(也就是不是全部都会呈现概略平行的状态)，以供后续贴合于曲面时，配合曲面的拉伸而呈现出成品为概略平行的状态(栅体)，此部份如同前述，在此不重述赘述。
另一方面，为了日后使用上曲面贴合光栅偏振膜片30能顺利脱离金属栅模具20，可于金属栅模具20的周缘设计有圆角(见图4E)或是导角、凹槽，使其更易于剥离(不论是采用真空吸引或是其他物理性方式的剥离)，另外，除了前述设计外，也可以于其他位置(譬如沟槽21的末端、开口周缘等)也具有同样或类似的设计，此部份并非本案重点，熟悉此项技术的人士可轻易变化或置换，在此仅举例说明，不予以赘述。
再来，针对取得夹角θ部份予以说明，此些夹角θ即为日后栅体会呈现的倾斜状态，因为是要匹配于所需要的曲面上，使其贴合后能呈现概略平行的状态，因此需要藉由转印或是还原的制作方式，来取得此些夹角θ的数值。请参阅图5A，首先取得待贴物40的曲面表面41的曲面的轮廓，并藉由轮廓上对应于此些栅体31的位置的法线501，来依序计算此些法线501与入射光60的夹角α，然后再转换入射光60的夹角α而获取沟槽21的夹角θ(见图5B)，而根据曲面的轮廓与栅体31的设置位置的不同，每一个法线501与入射光60的夹角α也可能会有所不同，但因为是曲面表面41的曲面的轮廓，因此，其至少会具有两种以上不同的夹角α，也因此夹角θ系至少具有两种以上不同的数值。具体来说，其转换方式可譬如夹角α对等于夹角θ的数值来取得。如同前述，附图中所绘示待贴物40的曲面表面41仅是示意，用以配合此段落予以说明，并非用以限定仅能适用于这样轮廓的表面，任何曲面(换句话说非完全平面的型态)皆可利用本发明所提供的方式来予以转换为所需要的沟槽21配置；再者，夹角θ的数值也不仅限定于仅能对等于夹角α，依据使用的型态，包含材质、曲面复杂度、贴合后使用状态等，也可适当加入其他补偿或是参数值来加以转换，来取得最佳的沟槽21配置角度。
接续，提出具体实施例来说明金属栅模具20的制作方式。首先，将硅基板利用光阻材料均匀旋涂在表面，藉由旋涂机两阶段的涂布来使其均匀分布，譬如为第一阶段750rmp，时间15秒、第二阶段3500rmp，时间40s秒的两阶段旋涂。然后，放置于100℃烤盘软烤1分钟来将光阻材料进行硬化；接续，利用光罩对准仪的紫外光对硅基板进行硬式接触曝光，曝光时间为1.6秒、或是以之光罩图形以硬式曝光，曝光时间为1.6秒。然后，将曝完光的硅基板放置于烤盘进行1分钟120℃做正负阻反转烤并将硅基板做全面曝光40秒。然后，以显影液摇晃显影约40秒，再以去离子水冲洗1分钟洗净，再将硅基板置于125℃软烤30分钟来将光阻硬化。接续，利用硝酸(HNO3)：氢氟酸(HF)：去离子水以1:1:2来构成蚀刻溶液，并进行蚀刻约180秒后，再以去离子水冲洗1分钟洗净，并利用氮气吹干，而定义出栅体的位置、宽度与长度。接续，将硅基板以设定的倾斜角度并进行斜向离子束蚀刻，依序完全所有沟槽的蚀刻后，将硅基板浸泡在装有丙酮中，加热至65℃，浸泡时间10分钟。之后，再以超音波震荡机进行间断式震荡，直到光阻完全掀离，而可取得具有两种以上不同的数值的夹角的沟槽的金属栅模具。
而针对制作曲面贴合光栅偏振膜片的部份，以下也举一个具体的实施例来说明。首先，将前述的金属栅模具放入电子束蒸镀机腔体中，进行抽真空，等到真空度到达3×10- 6Torr时，以蒸镀速率
Figure BDA0003396981590000071
开始进行铝薄膜的蒸镀，此处厚度设定为300奈米。接续，以光微影蚀刻来定义出栅体，也就是将其表面蚀刻以露出栅体。然后，涂布光固化性树脂后，利用紫外光照射固化树脂后，即可将薄膜撕离并完成具有倾斜角度的曲面贴合光栅偏振膜片。以上仅是举例说明具体的实施方案，并非限定仅能采用前述数值或材料来予以进行。
以下结合光学仿真试验的内容对本发明作进一步详细说明及功效的验证，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
请参照图6A和图6B，其本发明的实施例所提供的曲面贴合光栅偏振膜片的光学仿真试验的功效对照示意图。其利用具有曲面的玻璃透镜,并于贴合具铝金属线宽为100nm厚度100nm线距150nm的金属光栅偏振片，并利用仿真软件Comsol进行在白光照射下时的偏振数据。经由模拟计算分析，结果发现P偏振光由93.4％提升至95.4％，也就是总提升2％的P偏振光；而总消光比是由30dB提升至36dB(提升20％)。
综上所述，根据本发明所提供的曲面贴合光栅偏振膜片及其制造方法与金属栅模具，利用转印制程来制作相关金属栅模具，使金属栅模具的复数个沟槽与其表面会形成一个夹角，且夹角的数值具有至少两种以上不同的数值，且此沟槽的夹角系藉由待贴合的曲面的轮廓以转印制程来设计。因此，藉由此金属栅模具所成型的曲面贴合光栅偏振膜片，就会具有预倾斜的栅体，且相同地，栅体倾斜的角度也就会具有两种以上的斜度，且其也系配合待贴合的曲面的轮廓。因此，在贴合曲面后，受到曲面表面张力拉伸下，栅体不会产生倾斜的状况，而是会呈现概略相互平行的状态，来解决曲面贴合光栅偏振膜片的光反射及降低消光比问题的问题。当应用于譬如感测装置、光学镜头、眼镜、电子装置等具有曲面的产品时，不会产生倾斜的状况，进而提升消光比。
唯以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明权利要求所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求内。

Claims (18)

1.一种曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，适用于贴于曲面，其特征在于，包含有下列步骤：
提供金属栅模具，所述金属栅模具上具有复数个沟槽，每个所述沟槽与所述金属栅模具的表面形成夹角，所述夹角至少具有两种以上不同的数值；
依据所述沟槽的所述夹角，依序于所述沟槽内形成复数个栅体；
于所述金属栅模具的所述表面形成连接所述栅体的基板；及
将所述基板连同所述栅体自所述金属栅模具剥离，以获得所述曲面贴合光栅偏振膜片；
其中提供所述金属栅模具的步骤，包含有：
提供基材，并于其表面上涂布光阻材料；
藉由曝光显影方式于所述光阻材料上定义出所述栅体的位置、宽度与长度；
以所述夹角依序蚀刻所述基材以形成所述沟槽；及
去除所述光阻材料形成所述金属栅模具；
其中所述夹角藉由下列步骤取得：
取得所述曲面的轮廓；
藉由所述轮廓上对应于所述栅体的位置的法线，来计算所述法线与入射光的夹角；及
转换所述入射光的夹角而获取所述沟槽的夹角。
2.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述基材以离子蚀刻的方式来形成所述沟槽。
3.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述基材的材质为硅、化合物半导体、玻璃或塑料。
4.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中依据所述沟槽的所述夹角，于所述沟槽内形成复数个栅体的步骤中，采用电镀或是沉积的方式来形成所述栅体。
5.如权利要求4所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述电镀的方式藉由蒸镀或溅镀的方式来进行。
6.如权利要求4所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述沉积的方式藉由电化学沉积的方式来进行。
7.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述栅体的材质为铝、铁、金或银。
8.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述栅体内具有奈米材料或量子点。
9.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述栅体末端更形成有抗反射材料。
10.如权利要求9所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述抗反射材料为介电材料。
11.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中于所述金属栅模具的表面形成所述基板的步骤前，更包含有以光微影蚀刻来定义出所述栅体的步骤。
12.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中所述基板为光硬化高分子材料所构成。
13.如权利要求12所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中于将所述基板连同所述栅体自所述金属栅模具剥离的步骤前，更包含将所述基板经过紫外光硬化。
14.如权利要求1所述的曲面贴合光栅偏振膜片的制造方法，其特征在于，其中将所述基板连同所述栅体自所述金属栅模具剥离，以获得所述曲面贴合光栅偏振膜片的步骤中，采用真空吸引的方式将所述基板连同所述栅体取出。
15.一种曲面贴合光栅偏振膜片，适用于贴于曲面，其特征在于，其利用如权利要求1所述的制造方法所制造。
16.一种曲面贴合光栅偏振膜片的金属栅模具，藉以制造适用于贴于曲面的曲面贴合光栅偏振膜片，其特征在于：
所述金属栅模具上具有复数个沟槽，每个所述沟槽与所述金属栅模具的表面形成夹角，所述夹角至少具有两种以上不同的数值；所述的曲面贴合光栅偏振膜片的金属栅模具，其特征在于，其中所述夹角为藉由所述曲面的轮廓对应于所述沟槽的位置的法线，来计算所述法线与入射光的夹角，并利用此与所述入射光的夹角来转换取得所述沟槽的夹角。
17.如权利要求16所述的曲面贴合光栅偏振膜片的金属栅模具，其特征在于，其中所述金属栅模具的表面更具有圆角、导角或凹槽。
18.一种曲面贴合光栅偏振膜片，适用于贴于一曲面，其特征在于，其利用如权利要求16所述的金属栅模具所制造。
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