TWI459055B - 偏振元件及其製作方法 - Google Patents

Description

偏振元件及其製作方法

本發明涉及一種光學元件，尤其涉及一種偏振元件及其製作方法。

偏光元件係一種重要之光學元件，被廣泛應用於照相機、液晶顯示器等光學裝置中。目前普遍使用之偏光元件為一種吸收性偏光元件，其係藉由吸收一種偏振態之光，而讓另一偏振態之光通過該偏光元件，來達到讓通過的光線僅具有單一偏振態。

具體來說，該偏光元件通常係由二向色性分子溶於或吸收於高分子物質中(例如聚乙烯醇)形成一薄膜，並將該薄膜以同一個方向拉伸以配列二向色性分子。此時，二向色性分子就會沿拉伸方向有規則排列起來，形成一條條長鏈。在入射光波中，光波的振動方向平行於長鏈方向之光會被吸收，而垂直於長鏈方向之光則能透過該薄膜，從而使得透過該薄膜之透射光成為線偏振光。

然而，由於此種將二向色性分子結合高分子聚合物作為偏光元件的製備過程較為複雜，且應用高分子聚合物作為材料之偏光元件於50℃以上使用一段時間後，偏光率會隨之減小，甚至失去偏光作用。而且此類偏光元件對濕度要求也較高，一旦工作環境惡劣，濕度大，偏光元件將失去偏光作用。

有鑑於此，如何提供一種製程簡單且可靠度高的偏光元件及其製作方法，實為現今的重要課題之一。

一種偏振元件之製作方法，其包括下列步驟：提供一支撐板；塗佈一光阻於該支撐板上；提供一奈米碳管膜於該光阻上，部份之該奈米碳管膜浸潤於該光阻中，該奈米碳管膜包括複數個奈米碳管，該等奈米碳管之端部係沿一方向相互連接，該等奈米碳管排列形成複數個相互平行的奈米碳管絲，相鄰之該等奈米碳管絲之間係由複數個奈米碳管連接；沈積複數個金屬粒子或複數個半金屬粒子於該奈米碳管膜與該光阻上；去除該光阻；去除連接相鄰之該等奈米碳管絲之該等奈米碳管；及黏接該附著有該等金屬粒子或半金屬粒子之該奈米碳管膜於一基底並去除該支撐板形成該偏振元件。

一種偏光元件，其包括一基底、一奈米碳管膜以及複數個金屬粒子。其中，該奈米碳管膜係設置於該基底，該奈米碳管膜係包括複數個奈米碳管，該等奈米碳管之端部係沿一方向相互連接，且該等奈米碳管係實質上排列形成複數個相互平行的奈米碳管絲；複數個金屬粒子或半金屬粒子係黏著於該奈米碳管膜之該等奈米碳管。

承上所述，因依偏光元件及其製作方法係利用奈米碳管膜的複數個奈米碳管規則性排列，來達到偏光元件的偏光作用，且金屬粒子或半金屬粒子的附著，更進而強化偏光效果；由於使用奈米碳管膜來製作偏光元件，可利用簡單的半導體製程以及沈積方法來製作該偏光元件，相較於習知技術，達到製程簡單更進而降低了 製作成本。

1、2‧‧‧偏光元件

11‧‧‧基底

12、23‧‧‧奈米碳管膜

121、231‧‧‧奈米碳管絲

13、24‧‧‧金屬粒子

13’、24’‧‧‧半金屬粒子

20‧‧‧支撐板

201‧‧‧光滑面

21‧‧‧光阻

24‧‧‧基底

S1~S6‧‧‧流程步驟

圖1係本技術方案較佳實施例之一種偏光元件的示意圖。

圖2係本技術方案較佳實施例之一種偏光元件之製作方法的流程圖。

圖3係本技術方案較佳實施例之一種偏光元件之製作方法的流程示意圖。

圖4係圖3中去除相鄰奈米碳管絲之間該等奈米碳管的示意圖。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的偏光元件及其製作方法。

請參照圖1所示，依據較佳實施例之一種偏光元件1包括一基底11、一奈米碳管膜12以及複數個金屬粒子13或複數個半金屬(semi-metal)粒子13’。該奈米碳管膜12係設置於該基底11上，該等金屬粒子13或該等半金屬粒子13’係附著於該奈米碳管膜12上。

在本實施例中，該基底11係構成一光學元件的基板，其可為一塑膠板，或由一光固化膠例如紫外光固化膠製成。

該奈米碳管膜12係包括複數個奈米碳管，該等奈米碳管之端部係沿一方向相互連接，且該等奈米碳管係實質上排列形成複數個相互平行的奈米碳管絲121，在本實施例中，該等奈米碳管絲121係實質上等間距排列。即，該等奈米碳管係連續地以端部接合形成一定長度之奈米碳管絲121，複數個奈米碳管絲121再相互平行排 列形成一定寬度之奈米碳管膜12。藉由規則性的該等奈米碳管排列設置於該基底11上，當一光線入射時，該奈米碳管膜12對於特定波長之光線會有不同之透射率，而達到偏光的效果。

複數個金屬粒子13或半金屬粒子13’係以沈積方式黏著於該奈米碳管膜12之該等奈米碳管，依據該等粒子13、13’材料的選擇以及沈積的厚度，對不同波長入射光之偏振度也會不同。在本實施例中，該等金屬粒子13係可為金、銀或鐵，而該等半金屬粒子13’則可為碘。

另，請參照圖2至圖3所示，依據較佳實施例之一種偏振元件2之製作方法係包括以下步驟：提供一支撐板20，S1；塗佈一光阻21於該支撐板20上，S2；提供一奈米碳管膜23於該光阻21上，部份之該奈米碳管膜23浸潤於該光阻21中，S3；沈積複數個金屬粒子24或複數個半金屬粒子24’於該奈米碳管膜23與該光阻21上，S4；去除該光阻21，S5；及，黏接該附著有該等金屬粒子24或複數個半金屬粒子24’之該奈米碳管膜23於一基底30形成該偏振元件2，S6。

於步驟S1，該支撐板20係為一具有平滑表面的基板，在本實施例中，該支撐板20係為一矽基板，並經過拋光處理而形成具有一光滑面201。

於步驟S2，該光阻21係以塗佈方式形成於該支撐板20的光滑面201上，在本實施例中，該光阻21係為一正向光阻(positive photoresist)，於矽基板的表面形成約100微米之厚度，再經過適當強度之紫外光固化該正向光阻使定型，但控制光照強度使該光阻21未完全固化狀態，並保持一定彈性。

於步驟S3，該奈米碳管膜23係鋪設於該光阻21上，由於該奈米碳管膜23係在該光阻21並未完全固化時鋪設，部份之該奈米碳管膜23係浸潤於該光阻21之中。在本實施例中，該奈米碳管膜23係由一奈米碳管陣列中拉取而獲得，具體來說，該奈米碳管膜23係包括複數個奈米碳管絲231基本相互平行排列，且大致平行於該奈米碳管膜23表面(如圖4所示)，而該等奈米碳管絲231其中之一係由複數個奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連且基本沿同一方向擇優取向排列構成。其中，相鄰之該等奈米碳管絲231之間係由複數個奈米碳管連接，即部份之複數個奈米碳管係搭接著相鄰的奈米碳管絲231。

步驟S4，複數個金屬粒子24係以蒸鍍或濺鍍方式沈積於該奈米碳管膜23與該光阻21上，可以理解的，該奈米碳管膜23中，實質上平行排列之該等奈米碳管絲231之間係具有複數間隙，因此，於微觀上，該等金屬粒子24係可透過該等間隙沈積於該奈米碳管膜23之該等奈米碳管的至少部分表面上，且該等金屬粒子24亦會藉由該等間隙沈積於該光阻21上。在本實施例中，該金屬粒子24係選自金、銀或鐵。

另外，若沉積的是該等半金屬粒子24’，則可藉由將步驟S3完成之該支撐板20，即將設置有該光阻21以及該奈米碳管膜23的該支撐板20浸置於一半金屬溶液中來達成，該半金屬溶液例如為碘溶液，藉由浸置的過程中，俾使該等半金屬粒子24附著於該奈米碳管膜23與該光阻21上。

該等金屬粒子24或該等半金屬粒子24’係可依據實際需求(例如選擇不同電磁波之偏振程度)，選擇不同之材料，以改善該偏光 元件2在各個波段電磁波之偏振性能。

於步驟S4後，在步驟S5利用顯影液將該光阻21去除，而留下附著該等金屬粒子24或該等半金屬粒子24’之該奈米碳管膜23於該支撐板20上。

於步驟S5之後，該製作方法更包括一步驟，將連接相鄰該等奈米碳管絲231之該等奈米碳管去除，在本實施例中，係利用雷射或刀具等方式將搭接之該等奈米碳管去除，並控制使該等奈米碳管絲231實質上等間距平行排列(如圖4所示)，俾使該奈米碳管膜23中的該等奈米碳管具有一規則性的排列。舉例來說，該附著有該等金屬粒子24或該等半金屬粒子24’的該奈米碳管膜23在利用刀具執行步驟S5之前，可先外加一保護膜層來增加該奈米碳管膜23的強度後，再利用刀具去除搭接的該等奈米碳管。

於步驟S6，將附著有該等金屬粒子24之該奈米碳管膜23黏接於一基底30上，詳細來說，步驟S6係包括下列步驟：首先，塗佈一紫外光固化膠於附著有該等金屬粒子24之該奈米碳管膜23上，即將該紫外光固化膠塗佈於去除該光阻21後的該支撐板20上，而使該紫外光固化膠浸潤該奈米碳管膜23；之後，固化該紫外光固化膠，使該奈米碳管膜23固著於該紫外光固化膠中；最後，去除該支撐板20而形成該偏光元件2，於此，該紫外光固化膠即固化成為該偏光元件2之該基底30。

另外，於步驟S5之後，支撐該奈米碳管膜23之該支撐板20係可藉由將附著有該等金屬粒子24或該等半金屬粒子24’之該奈米碳管膜23貼附於一塑膠板上，之後，再去除該支撐板20來完成該偏光元件2的製備。於此，該塑膠板係作為該偏光元件2之該基底30。

綜上所述，依據本發明之偏光元件及其製作方法係利用奈米碳管膜的複數個奈米碳管規則性排列，來達到偏光元件的偏光作用，且金屬粒子或半金屬粒子的附著，更進而強化偏光效果；由於使用奈米碳管膜來製作偏光元件，可利用簡單的半導體製程以及沈積方法來製作該偏光元件，相較於習知技術，製程簡單更進而降低了製作成本。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

S1~S6‧‧‧流程步驟

Claims (15)

1. 一種偏振元件之製作方法，包括下列步驟：提供一支撐板；塗佈一光阻於該支撐板上；提供一奈米碳管膜於該光阻上，部份之該奈米碳管膜浸潤於該光阻中，該奈米碳管膜包括複數個奈米碳管，該等奈米碳管之端部係沿一方向相互連接，該等奈米碳管排列形成複數個相互平行的奈米碳管絲，相鄰之該等奈米碳管絲之間係由複數個奈米碳管連接；沈積複數個金屬粒子或複數個半金屬粒子於該奈米碳管膜與該光阻上；去除該光阻：去除連接相鄰之該等奈米碳管絲之該等奈米碳管；以及黏接該附著有該等金屬粒子或該等半金屬粒子之該奈米碳管膜於一基底並去除該支撐板形成該偏振元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中該等奈米碳管係使用雷射或刀具去除。
3. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中該等奈米碳管絲係實質上等間距排列。
4. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中黏接該附著有該等金屬粒子或該等半金屬粒子之該奈米碳管膜於該基底之步驟係包括：塗佈一紫外光固化膠於該奈米碳管膜上；以及固化該紫外光固化膠，該奈米碳管膜係固著於該紫外光固化膠中。
5. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中黏接該附著有該等金屬粒子或該等半金屬粒子之該奈米碳管膜於該基底之步驟係包括： 黏接該附著有該等金屬粒子或該等半金屬粒子之該奈米碳管膜於一塑膠板。
6. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中該支撐板係為一矽基板。
7. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中該光阻之材料係為一正向光阻。
8. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中該等金屬粒子係以蒸鍍或濺鍍方式沈積於該奈米碳管膜與該光阻上。
9. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中設置有該光阻與該奈米碳管膜之該支撐板係浸置於一半金屬溶液中，使該等半金屬粒子沈積於該奈米碳管膜與該光阻上。
10. 如申請專利範圍第9項所述的偏振元件之製作方法，其中該半金屬溶液係為碘溶液。
11. 如申請專利範圍第1項所述的偏振元件之製作方法，其中該等金屬粒子係為金、銀或鐵。
12. 一種偏振元件，包括：一基底；一奈米碳管膜，其係設置於該基底，該奈米碳管膜係包括複數個奈米碳管，該等奈米碳管之端部係沿一方向相互連接，且該等奈米碳管係實質上排列形成複數個相互平行的奈米碳管絲；以及複數個金屬粒子，係黏著於該奈米碳管膜之該等奈米碳管。
13. 如申請專利範圍第12項所述的偏振元件，其中該基底之材料係為塑膠或光固化膠。
14. 如申請專利範圍第12項所述的偏振元件，其中該等奈米碳管絲係實質上等間距排列。
15. 如申請專利範圍第12項所述的偏振元件，其中該等金屬粒子係為金、銀或鐵。