金属线栅偏振器及其制作方法、显示装置与流程

1.本公开涉及显示技术领域，特别是指一种金属线栅偏振器及其制作方法、显示装置。


背景技术：

2.偏振器件在现代光学系统中有着举足轻重的作用，在显示产品中偏振片用来减少环境反射光对显示的影响，摄影镜头前加上偏振镜来消除反射光。
3.而传统的偏振器件，如晶体偏振器尺寸大、价格昂贵且角度入射性能不好。金属光栅是基于金属栅条表面的电子在入射光作用下沿栅条方向自由振荡，在垂直于栅条方向上受限制，从而表现出强烈的偏振特性，可作为偏振器或偏振分束器。相比传统的偏振器件，如偏振片等，金属线栅偏振器在入射光角度变化很大时也有很好的偏振效果，价格便宜，温度适应性好，尺寸很小，便于应用于微系统中。所以，金属线栅偏振器具有传统偏振器件无法比拟的优势。
4.目前制作金属线栅偏振器的主要方法包括：纳米压印技术、电子束直写曝光技术、x射线光刻技术和全息光刻技术。但上述方法制作出的金属线栅偏振器的相邻两线栅之间的最小间隔距离较大，导致偏振度较小，不能满足一些产品对偏振度的需求。


技术实现要素：

5.本公开要解决的技术问题是提供一种金属线栅偏振器及其制作方法、显示装置，能够制备高偏振度的金属线栅偏振器。
6.为解决上述技术问题，本公开的实施例提供技术方案如下：
7.一方面，本公开的实施例提供一种金属线栅偏振器的制作方法，包括：
8.在基底上制备第一子线栅结构，所述第一子线栅结构包括相互平行的多条第一子线栅，所述第一子线栅采用金属材料；
9.在形成有所述第一子线栅结构的基底上沉积一层厚度小于第一阈值的金属薄膜，所述金属薄膜沉积于所述第一子线栅远离所述基底的一侧形成多条第二子线栅，所述第二子线栅与对应的第一子线栅组成所述金属线栅偏振器的线栅。
10.一些实施例中，沉积所述金属薄膜后，部分金属薄膜位于所述第一子线栅之间的间隔区域，所述方法还包括：
11.对所述基底上的金属薄膜进行整体刻蚀，去除所述第一子线栅之间间隔区域的金属薄膜，刻蚀厚度小于所述金属薄膜的沉积厚度。
12.一些实施例中，所述金属薄膜包括：al、ag、cu或ir薄膜。
13.一些实施例中，所述金属薄膜的厚度大于第二阈值，所述第一阈值为500nm，所述第二阈值为30nm。
14.一些实施例中，所述金属薄膜的沉积厚度为40-50nm。
15.一些实施例中，刻蚀厚度为25-30nm。
16.一些实施例中，所述第一子线栅在垂直于自身延伸方向上的纵截面为矩形；
17.所述第二子线栅在垂直于自身延伸方向上的纵截面的轮廓为椭圆形的一部分。
18.一些实施例中，所述在基底上制备第一子线栅结构包括：
19.采用纳米压印技术制备所述第一子线栅结构。
20.一些实施例中，所述在形成有所述第一子线栅结构的基底上沉积一层厚度小于第一阈值的金属薄膜包括：
21.利用溅射方式在所述第一子线栅结构上覆盖一层金属薄膜。
22.本公开的实施例提供一种金属线栅偏振器，包括：
23.基底；
24.位于所述基底上的第一子线栅结构，所述第一子线栅结构包括相互平行的多条第一子线栅，所述第一子线栅采用金属材料；
25.第二子线栅结构，所述第二子线栅结构包括多条第二子线栅，所述第二子线栅与所述第一子线栅一一对应，每一所述第二子线栅位于对应的第一子线栅远离所述基底的一侧，所述第二子线栅与对应的第一子线栅组成所述金属线栅偏振器的线栅。
26.一些实施例中，相邻两条第一子线栅之间的间距均等于d1；相邻两条线栅之间的最小间距等于d2，d2小于d1。
27.一些实施例中，所述第一子线栅在垂直于自身延伸方向上的纵截面为矩形；
28.所述第二子线栅在垂直于自身延伸方向上的纵截面的轮廓为椭圆形的一部分。
29.一些实施例中，d1的取值范围为50-500nm，d2的取值范围为20-450nm。
30.本公开的实施例一种显示装置，包括如上所述的金属线栅偏振器。
31.本公开的实施例具有以下有益效果：
32.上述方案中，第一子线栅结构和第二子线栅结构组成金属线栅偏振器，在第一子线栅结构的基础上形成第二子线栅结构，增加了线栅的高度，因此可以提高金属线栅偏振器的偏振度；本实施例中，在基底的同一侧制作第一子线栅结构和第二子线栅结构，避免了对位偏差，保证了金属线栅偏振器的透过率；另外，本实施例的制作流程简单，生产效率高，降低了金属线栅偏振器的成本。再者，本实施例在第一子线栅结构上沉积金属薄膜时，部分金属会沉积在第一子线栅的侧壁，这样可以增加线栅的宽度，提高了线栅的占空比，进一步提高了金属线栅偏振器的偏振度，通过本实施例的技术方案，可以将金属线栅偏振器的偏振度提升至99.986％以上。
附图说明
33.图1为本公开实施例在基底上形成第一线栅结构的示意图；
34.图2为图1在aa’方向上的截面示意图；
35.图3为本公开实施例在基底上形成第二线栅结构的示意图；
36.图4为图3在aa’方向上的截面示意图。
37.附图标记
38.1 基底
39.2 第一子线栅
40.3 第二子线栅
具体实施方式
41.为使本公开的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
42.一些显示产品要求金属线栅偏振器的偏振度大于99.986％才能满足对比度要求，然而现有的工艺能力暂时无法做到金属线栅偏振器的偏振度大于99.986％，而且偏振度均一性较差，部分金属线栅偏振器的偏振度只能达到99％。比如，相关技术中，在采用纳米压印工艺制作金属线栅偏振器时，在基底上形成压印胶，进行纳米压印形成压印胶图形，在压印胶图形上沉积金属薄膜，去除压印胶图形，得到金属线栅偏振器，该种方案中金属线栅偏振器的偏振度只能达到99％左右。
43.为了提高金属线栅偏振器的偏振度，可以采用双层wgp(线栅偏振器)工艺，即在基底的第一表面形成第一层金属线栅，再在基底的第二表面形成第二层金属线栅，双层wgp工艺可以将金属线栅偏振器的偏振度提高到99.99％以上，但双层wgp(线栅偏振器)工艺的制程复杂，效率较低，并且对第一层金属线栅和第二层金属线栅的对位要求高，如果第一层金属线栅和第二层金属线栅的线栅方向存在角度差，会严重影响金属线栅偏振器的透过率，但由于第一层金属线栅和第二层金属线栅形成在基底的不同表面上，对位难免出现偏差。
44.另一种提高偏振度的方式是叠层wgp工艺，制备流程包括：对基底进行清洗；在基底上沉积一层金属薄膜，比如铝薄膜；对铝薄膜进行图形化；沉积一层sio；在sio上依次涂覆增粘剂、ipa异丙醇和压印胶；对压印胶进行压印，形成压印胶图形；以压印胶为图形对铝薄膜进行刻蚀，形成第一层金属线栅；形成平坦层；形成缓冲层；沉积一层金属薄膜，比如铝薄膜；对铝薄膜进行图形化；沉积一层sio；在sio上依次涂覆增粘剂、ipa异丙醇和压印胶；对压印胶进行压印，形成压印胶图形；以压印胶为图形对铝薄膜进行刻蚀，形成第二层金属线栅。可以看出，叠层wgp工艺的制程复杂，效率较低，并且对金属线栅偏振器的偏振度提升有限。
45.本公开的实施例提供一种金属线栅偏振器及其制作方法、显示装置，能够制备高偏振度的金属线栅偏振器。
46.本公开的实施例提供一种金属线栅偏振器的制作方法，包括：
47.在基底上制备第一子线栅结构，所述第一子线栅结构包括相互平行的多条第一子线栅，所述第一子线栅采用金属材料；
48.在形成有所述第一子线栅结构的基底上沉积一层厚度小于第一阈值的金属薄膜，所述金属薄膜沉积于所述第一子线栅远离所述基底的一侧形成多条第二子线栅，所述第二子线栅与对应的第一子线栅组成所述金属线栅偏振器的线栅。
49.对于金属线栅偏振器，偏振度由金属线栅偏振器的占空比和线栅的高度决定，其中，占空比为线栅的线宽与线栅之间的间距的比，金属线栅偏振器的占空比越大，则金属线栅偏振器的偏振度越大；线栅的高度越大，则金属线栅偏振器的偏振度越大。
50.本实施例中，第一子线栅结构和第二子线栅结构组成金属线栅偏振器，在第一子线栅结构的基础上形成第二子线栅结构，增加了线栅的高度，因此可以提高金属线栅偏振器的偏振度；本实施例中，在基底的同一侧制作第一子线栅结构和第二子线栅结构，避免了对位偏差，保证了金属线栅偏振器的透过率；另外，本实施例的制作流程简单，生产效率高，降低了金属线栅偏振器的成本。再者，本实施例在第一子线栅结构上沉积金属薄膜时，部分
金属会沉积在第一子线栅的侧壁，这样可以增加线栅的宽度，提高了线栅的占空比，进一步提高了金属线栅偏振器的偏振度，通过本实施例的技术方案，可以将金属线栅偏振器的偏振度提升至99.986％以上，甚至可以达到99.998％以上。
51.在第一子线栅结构上沉积金属薄膜时，可能会有一少部分金属沉积到第一子线栅之间的间隔区域，这样对金属线栅偏振器的透过率造成了影响，因此，沉积所述金属薄膜后，部分金属薄膜位于所述第一子线栅之间的间隔区域，在沉积金属薄膜后，还需要对所述基底上的金属薄膜进行整体刻蚀，去除所述第一子线栅之间间隔区域的金属薄膜，通过对刻蚀的时间进行控制可以实现刚好完全去除第一子线栅之间间隔区域的金属薄膜；由于只有一少部分金属沉积到第一子线栅之间的间隔区域，因此刻蚀的厚度小于金属薄膜的厚度，在经过刻蚀后，第一子线栅远离基底的一侧仍然保留了大部分的金属薄膜以形成第二子线栅，这样可以在保证金属线栅偏振器的透过率的情况下提高金属线栅偏振器的偏振度。
52.另外，也可以控制金属薄膜的沉积厚度，避免金属薄膜沉积在第一子线栅之间的间隔区域，或者减少金属薄膜沉积在第一子线栅之间的间隔区域的厚度。
53.一具体实施例中，如图1-图4所示，本实施例的金属线栅偏振器的制作方法包括以下步骤：
54.步骤1、如图1和图2所示，在基底1上形成第一子线栅结构，所述第一子线栅结构包括相互平行的多条第一子线栅2；
55.具体地，可以采用纳米压印技术制备所述第一子线栅结构。在采用纳米压印工艺制作第一子线栅结构时，在基底1上形成压印胶，进行纳米压印形成压印胶图形，在压印胶图形上沉积金属薄膜，去除压印胶图形，得到第一子线栅结构。
56.由于采用al制作线栅具有良好的偏振度，因此，本步骤中的金属薄膜可以采用al薄膜，当然，本步骤中的金属薄膜并不局限于采用al薄膜，还可以采用ag、cu或ir薄膜。
57.由图2可以看出，制作出的第一子线栅2在垂直于自身延伸方向上的纵截面为矩形。相邻第一子线栅2之间的距离均等于d1。
58.步骤2、如图3和图4所示，在第一子线栅2上沉积金属薄膜，形成第二子线栅3。
59.本实施例中，可以采用溅射方式在第一子线栅2上沉积金属薄膜，溅射方式包括原子层沉积技术和磁控溅射技术。
60.原子层沉积技术由于特殊的自限制反应特性，每个沉积周期只沉积一层原子，可以通过控制沉积周期来极为精确的控制沉积薄膜的厚度(0.05nm级别)，并且三维覆形性能力很好。因此基于原子层沉积技术优良的三维覆形性和精确的厚度控制能力，本实施例可以利用原子层沉积方式在所述第一子线栅结构上覆盖一层金属薄膜。当然，本实施例并不局限于采用原子层沉积方式形成金属薄膜，还可以采用磁控溅射的方式形成金属薄膜，在磁控溅射中，通过对电场和磁场进行控制，可以使得金属薄膜仅形成在第一子线栅2上，而不会沉积到相邻第一子线栅2之间的间隔区域；或者，大部分形成在第一子线栅2上，仅有极少部分会沉积到相邻第一子线栅2之间的间隔区域。
61.由于采用al制作线栅具有良好的偏振度，因此，本步骤中的金属薄膜可以采用al薄膜，当然，本步骤中的金属薄膜并不局限于采用al薄膜，还可以采用ag、cu或ir薄膜。
62.一具体示例中，如图4所示，可以在形成有所述第一子线栅结构的基底1上沉积一
层厚度为h的金属薄膜；在利用磁控溅射技术沉积金属薄膜时，通过对电场和磁场进行控制，可以使得金属薄膜仅形成在第一子线栅2上，如图4所示，在第一子线栅2顶部形成纺锥型结构；如果存在部分金属原子沉积到第一子线栅2之间的间隔区域，为了保证金属线栅偏振器的透过率，需要对基底1上的金属薄膜进行整体刻蚀，去除相邻第一子线栅2之间间隔区域的金属薄膜，同时第一子线栅2顶部的部分金属薄膜也被去除，刻蚀厚度k小于h，在刻蚀后，在所述第一子线栅结构远离所述基底的一侧形成第二子线栅结构，所述第二子线栅结构包括多个相互平行的第二子线栅3，第二子线栅3与第一子线栅2一一对应，每一第二子线栅3位于对应的第一子线栅2远离所述基底1的一侧，每一第二子线栅3与对应的第一子线栅2组成金属线栅偏振器的线栅，所述第一子线栅结构和所述第二子线栅结构组成金属线栅偏振器。由图4可以看出，所述第一子线栅2在垂直于自身延伸方向上的纵截面为矩形，第二子线栅3在垂直于自身延伸方向上的纵截面的轮廓为椭圆形的一部分
63.由图4可以看出，相邻第二子线栅3之间的最小间距为d2，d2小于d1。相邻第二子线栅3之间的最小间距也决定了金属线栅偏振器的线栅之间的最小间距。
64.金属线栅偏振器的偏振度与线栅的高度成正比，增加沉积的金属薄膜的厚度也会增加金属线栅偏振器的偏振度，但如果沉积的金属薄膜的厚度过大，则相邻第二子线栅之间的距离会降低为0，因此，金属薄膜的厚度h应小于500nm，这样可以保证相邻第二子线栅之间存在一定的间隙，具体地，金属薄膜的厚度小于第一阈值，金属薄膜的厚度大于第二阈值，第一阈值可以为500nm，第二阈值可以为30nm。
65.一些实施例中，所述金属薄膜的沉积厚度h可以为40-50nm，刻蚀厚度k可以为25-30nm，在此参数下金属线栅偏振器的线栅结构的高度比第一子线栅的高度大25nm左右，可以将金属线栅偏振器的偏振度提高至99.999％。
66.本公开实施例还提供了一种金属线栅偏振器，如图3、图4所示，包括：
67.基底1；
68.位于所述基底1上的第一子线栅结构，所述第一子线栅结构包括相互平行的多条第一子线栅2，所述第一子线栅2采用金属材料；
69.第二子线栅结构，所述第二子线栅结构包括多条第二子线栅3，所述第二子线栅3与所述第一子线栅2一一对应，每一所述第二子线栅3位于对应的第一子线栅2远离所述基底1的一侧，所述第二子线栅3与对应的第一子线栅2组成所述金属线栅偏振器的线栅。
70.对于金属线栅偏振器，偏振度由金属线栅偏振器的占空比和线栅的高度决定，其中，占空比为线栅的线宽与线栅之间的间距的比，金属线栅偏振器的占空比越大，则金属线栅偏振器的偏振度越大；线栅的高度越大，则金属线栅偏振器的偏振度越大。
71.本实施例中，第一子线栅结构和第二子线栅结构组成金属线栅偏振器，在第一子线栅结构的基础上形成第二子线栅结构，增加了线栅的高度，因此可以提高金属线栅偏振器的偏振度；本实施例中，在基底的同一侧制作第一子线栅结构和第二子线栅结构，避免了对位偏差，保证了金属线栅偏振器的透过率；另外，本实施例的制作流程简单，生产效率高，降低了金属线栅偏振器的成本。
72.在制作本实施例的金属线栅偏振器时，可以在基底上制备第一子线栅结构，所述第一子线栅结构包括相互平行的多条第一子线栅；在形成有所述第一子线栅结构的基底上沉积一层厚度小于第一阈值的金属薄膜，所述金属薄膜沉积于所述第一子线栅远离所述基
底的一侧形成多条第二子线栅，所述第二子线栅与对应的第一子线栅组成所述金属线栅偏振器的线栅。
73.本实施例在第一子线栅结构上沉积金属薄膜时，部分金属会沉积在第一子线栅的侧壁，这样可以增加线栅的宽度，减小相邻两条线栅之间的间距，比如相邻两条第一子线栅之间的间距均等于d1；相邻两条线栅之间的最小间距d2小于d1。这样本实施例提高了线栅的占空比，进一步提高了金属线栅偏振器的偏振度，通过本实施例的技术方案，可以将金属线栅偏振器的偏振度提升至99.986％以上，甚至可以达到99.998％以上。
74.由于采用al制作线栅具有良好的偏振度，因此，第一子线栅2可以采用al制作，当然，第一子线栅2并不局限于采用al，还可以采用ag、cu或ir；第二子线栅3可以采用al制作，当然，第二子线栅3并不局限于采用al，还可以采用ag、cu或ir。
75.一些实施例中，如图4所示，所述第一子线栅2在垂直于自身延伸方向上的纵截面可以为矩形；所述第二子线栅3在垂直于自身延伸方向上的纵截面的轮廓可以为椭圆形的一部分，第二子线栅3的部分位于第一子线栅2远离基底1一侧的表面，另一部分延伸至第一子线栅2的侧壁，与第一子线栅共同组成金属线栅偏振器的线栅。
76.一些实施例中，相邻两条第二子线栅3之间的最小间距d2为20-450nm，也即金属线栅偏振器的相邻两条线栅之间的最小间距为20-450nm。相邻第一子线栅2之间的间距d1的取值范围为50-500nm，可以看出，金属线栅偏振器的相邻两条线栅之间的最小间距小于相邻第一子线栅2之间的间距d1，从而可以有效提升金属线栅偏振器的偏振度。
77.本实施例中，金属线栅偏振器的线栅的高度可以比第一子线栅的高度大25nm左右，可以将金属线栅偏振器的偏振度提高至99.999％，能够满足多种产品的需求。
78.本公开实施例还提供了一种显示装置，包括如上所述的金属线栅偏振器。
79.该显示装置包括但不限于：射频单元、网络模块、音频输出单元、输入单元、传感器、显示单元、用户输入单元、接口单元、存储器、处理器、以及电源等部件。本领域技术人员可以理解，上述显示装置的结构并不构成对显示装置的限定，显示装置可以包括上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。在本公开实施例中，显示装置包括但不限于显示器、手机、平板电脑、电视机、可穿戴电子设备、导航显示设备等。
80.所述显示装置可以为：液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件，其中，所述显示装置还包括柔性电路板、印刷电路板和背板。
81.在本公开各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本公开的保护范围之内。
82.需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
83.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件
及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
84.可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
85.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
86.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。