具有雙吸收區域的線柵偏振器的製作方法

2023-09-25 19:37:30 2

本申請通常涉及選擇性吸收式線柵偏振器和圖像投影系統(例如，計算機投影儀)。

背景技術：

在圖5中示出的是一種圖像投影系統50，包括：(1)夾在或設置在光源41與液晶顯示器(LCD)42之間的線柵偏振器(入射側(incoming)線柵偏振器)56；以及(2)夾在或設置在X-立方體43與LCD 42之間的另一線柵偏振器(分析器(analyzer)線柵偏振器)55。線柵偏振器55和56可以具有被設置在透明襯底11的表面上的平行的、狹長的長條54的陣列。長條54中的每一個可以包括反射線(wire)13和吸收式肋狀物12。

來自光源41的光44可以在入射側線柵偏振器56處被偏振。入射側線柵偏振器56可以基本上透過光57的一種偏振(例如，p-偏振光)並且基本上反射光57的相反偏振(例如，s-偏振光)。來自入射側線柵偏振器56的反射光57可能不利地影響被投影的圖像(例如，重影)。然而，由於吸收式肋狀物12被設置在LCD 42與反射線13之間，因此被LCD 42反射的光47可能被入射側線柵偏振器56吸收。

光44中的一些可以通過LCD 42並且可以在分析器線柵偏振器55處被進一步偏振。分析器線柵偏振器55可以基本上透過一種偏振(例如，p-偏振光)並且基本上吸收相反偏振(例如，s-偏振光)。由於吸收式肋狀物12被設置在LCD 42與反射線13之間，因此相反偏振或s-偏振光可以被分析器線柵偏振器55吸收。然後光44可以到達X-立方體43，在X-立方體43中，來自不同方向的光可以組合併且被投影。到達X-立方體43的光中的一些可以反射回來到系統中—反射回來朝向分析器線柵偏振器55。來自X-立方體43的反射光48可能不利地影響被投影的圖像(例如，重影)。

X-立方體有時被稱為X-立方體稜鏡或交叉二向色稜鏡。X-立方體通常被用在計算機投影儀中，用於將不同顏色的光組合成要被投影的單個圖像。典型地，X-立方體由四個具有二向色塗層的直角稜鏡製成，該四個稜鏡粘合在一起以形成立方體。

技術實現要素：

已認識到這樣是有利的：消除、最小化或去除不僅從LCD反射的光而且從入射側線柵偏振器反射的光以及從X-立方體反射的光。本發明涉及可以被用於吸收來自LCD、來自X-立方體以及/或來自入射側線柵偏振器的反射光的線柵偏振器的各種實施例。本發明也涉及製作這樣的線柵偏振器的各種方法並且涉及使用這樣的線柵偏振器的被改進的圖像投影系統。

在一個實施例中，選擇性吸收式線柵偏振器可以包括平行的、狹長的條(rod)的陣列，該陣列被設置在透明襯底的表面上並且在相鄰的條之間具有間隙，所述條中的每一個包括夾在兩個吸收式肋狀物之間的反射線。

在一個實施例中，製作選擇性吸收式線柵偏振器的方法可以包括：

1.在透明襯底的表面上沉積吸收材料的層(第一層)；

2.在所述第一層的表面上沉積反射材料的層(第二層)；

3.在所述第二層的表面上沉積吸收材料的層(第三層)；以及

4.蝕刻所述三個層以形成間隔開的條，所述條能夠：

a.基本上透過光的一種偏振；以及

b.基本上吸收從兩個相反方向中的任一方向入射到所述偏振器的光的相反偏振。

在一個實施例中，圖像投影系統可以包括被設置在光源與液晶顯示器(LCD)之間的入射側線柵偏振器。所述入射側線柵偏振器可以包括平行的、狹長的條的陣列，該陣列被設置在透明襯底的表面上並且在相鄰的條之間具有間隙。所述條中的每一個可以具有夾在兩個吸收式肋狀物之間的反射線。所述入射側線柵偏振器可以被設置在接收來自所述光源的光的位置，並且能夠基本上透過來自所述光源的所述光的一種偏振並且基本上吸收來自所述光源的所述光的相反偏振。所述入射側線柵偏振器可以被設置在接收來自所述LCD的反射光的位置並且能夠基本上吸收來自所述LCD的所述反射光。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例的包括被夾在兩個吸收式肋狀物12之間的線13的線柵偏振器10的示意性截面側視圖；

圖2為根據本發明實施例的包括被夾在兩個吸收式肋狀物12之間的線13的線柵偏振器10的示意性透視圖；

圖3a-c示出根據本發明實施例的製作線柵偏振器的方法中的步驟；

圖4為根據本發明實施例的圖像投影系統；

圖5為根據現有技術的圖像投影系統。

具體實施方式

定義

在光學結構中使用的許多材料吸收一些量的光、反射一些量的光並且透過一些量的光。首先，下面的四個定義旨在區分主要吸收式、主要反射式或主要透過式的材料或結構。

1.如在此所使用的，術語「吸收式的」表示基本上吸收在關注的波長內的光。

a.材料是否為「吸收性的」是相對於在偏振器中使用的其它材料而言。由此，吸收式結構將吸收顯著多於反射式或透過式結構。

b.材料是否為「吸收性的」取決於關注的波長。材料可能在一種波長範圍內為吸收性的，但在其它波長範圍內不是吸收性的。

c.在一方面中，吸收式結構可以吸收大於40％且反射小於60％的在關注的波長內的光(假設該吸收式結構為光學厚膜-即，大於趨膚深度厚度)。

d.吸收式肋狀物可以被用於選擇性吸收光的一種偏振。

2.如在此所使用的，術語「反射式的」表示基本上反射在關注的波長內的光。

a.材料是否為「反射性的」是相對於在偏振器中使用的其它材料而言。由此，反射式結構將反射顯著多於吸收式或透過式結構。

b.材料是否為「反射性的」取決於關注的波長。材料可能在一種波長範圍內為反射性的，但在其它波長範圍內不是反射性的。一些波長範圍可以有效地利用高反射性材料。在其它的波長範圍，尤其是其中更容易發生材料劣化的較低的波長，材料的選擇可能更受限制，並且光學設計者可能需要接受具有比預期低的反射率的材料。

c.在一方面中，反射式結構可以反射大於80％且吸收小於20％的在關注的波長內的光(假設反射式結構為光學厚膜-即，大於趨膚深度厚度)。

d.通常將金屬用作反射性材料。

e.反射式線可以被用於分離光的一種偏振與光的相反偏振。

3.如在此所使用的，術語「透過式的」表示基本上透過在關注的波長內的光。

a.材料是否為「透過性的」是相對於在偏振器中使用的其它材料而言。由此，透過式結構將透過顯著多於吸收式或反射式結構。

b.材料是否為「透過性的」取決於關注的波長。材料可能在一種波長範圍內為透過性的，但在其它波長範圍內不是透過性的。

c.在一方面中，透過式結構可以透過大於90％且吸收小於10％的在關注的波長內的光。

4.如在這些定義中所使用的，術語「材料」指的是特定結構的整體材料。因此，「吸收式的」結構由作為整體基本上為吸收性的材料製成，即使材料可能包括一些反射性的或透過性的成分。由此，例如，由足夠量的吸收性材料製成的以使得基本上吸收光的肋狀物為吸收式肋狀物，即使該肋狀物可能包括一些被嵌在其中的反射性的或透過性的材料。

5.如在此所使用的，術語「光」可能表示在電磁光譜的x-射線、紫外線、可見光、和/或紅外線、或其它區域中的光或電磁輻射。

6.如在此所使用的，術語「被夾在」表示一項(中心項)被置於其它兩項(外部項)之間，但中心項不一定接觸外部項。

7.如在此所使用的，術語「基本上吸收」並不表示吸收所有的反射光，而是吸收大量的反射光以使得在圖像投影系統中存在有意義的改進。

詳細描述

線柵偏振器結構

如在圖1-2中所示例的，選擇性吸收式線柵偏振器10被示出包括平行的、狹長的條14的陣列，該陣列被設置在透明襯底11的表面上並且在相鄰的條14之間具有間隙15。條14中的每一個可以包括夾在兩個吸收式肋狀物12之間的反射線13。間隙15可以從底部肋狀物12b(即，最接近襯底的肋狀物12)的底部或靠近底部肋狀物12b的底部延伸至頂部肋狀物12a(即，最遠離襯底的肋狀物12)的頂部。間隙15可以填充有空氣或填充有其他材料，諸如例如玻璃或其他介電材料。

肋狀物12可以包括對預期光波長範圍為充分吸收性的任何材料。在一方面中，肋狀物12可以包括鍺、矽、鈦、鎢、碳和/或鉭。在一方面中，肋狀物12可以包含質量百分比為至少80％的鍺、至少80％的矽、至少80％的鎢、至少80％的碳、至少80％的鈦或至少80％的鉭。

線13可以為金屬的—也就是，布線13可以由金屬(大體上純的金屬或金屬合金)製成。在一方面中，線13可以包括鋁、鉻、銀和/或金。在一方面中，線13可以包含質量百分比為至少80％的鋁、至少80％的鉻、至少80％的銀或至少80％的金。

肋狀物12中的至少一個可以鄰接線13。備選地，可以將諸如用於提高偏振器的性能的其它薄膜材料的其它材料設置在肋狀物12中的一個或兩者與線13之間。底部肋狀物12b可以鄰接襯底11，或者可以將諸如薄膜的其它材料設置在底部肋狀物12b與襯底之間。在頂部肋狀物12a的頂表面的頂部上可能存在或不存在其它材料。

根據整體線柵偏振器設計，線13和肋狀物12可以具有各種厚度。在一個實施例中，線13可以具有在140-220納米之間的厚度，並且肋狀物12每一個可以具有在10-30納米之間的厚度。條14可以具有小於入射光的半波長的柵距(pitch)。在一個實施例中，條14具有在40-160納米之間的柵距。

根據在此公開的實施例製作的線柵偏振器在450納米至700納米的光波長範圍內，可以吸收來自該偏振器的兩側(因為吸收式肋狀物12夾著線13，所以是兩側)的光的一種偏振(例如，s-偏振光)的至少80％並且透過光的相反偏振(例如，p-偏振光)的至少80％。在另一實施例中，肋狀物12可以吸收大於40％且反射小於60％的在450納米至700納米的波長範圍內的光的一種偏振(例如，s-偏振光)。在一個實施例中，線13可以反射大於80％且吸收小於20％的在450納米至700納米的波長範圍內的光的一種偏振。

製造方法

下文為製作選擇性吸收式線柵偏振器的方法，該偏振器諸如例如包括上述結構和性能特性的上述實施例中的一個。該方法可以包括下面的步驟，其可以以所描述的順序進行：

1.在透明襯底11的表面上沉積吸收材料的層(第一層)31。見圖3a。

2.在第一層的表面上沉積反射材料的層(第二層)32。見圖3b。

3.在第二層的表面上沉積吸收材料的層(第三層)33。見圖3c。

4.蝕刻三個層31-33以形成間隔開的條14，條14能夠：

a.基本上透過光的一種偏振；以及

b.基本上吸收從兩個相反方向d1和d2中的任一方向入射至偏振器的光的相反偏振。見圖1-2。兩個相反方向d1和d2可以垂直於襯底的表面。

圖像投影系統

在圖4中示出的是圖像投影系統40，包括：(1)被設置在光源41與液晶顯示器(LCD)42之間的線柵偏振器(入射側線柵偏振器)46；以及(2)被設置在X-立方體43與LCD 42之間的另一線柵偏振器(分析器線柵偏振器)45。可以將LCD 42設置在線柵偏振器45與46之間。入射側線柵偏振器46和分析器線柵偏振器45可以具有如上所述的實施例的線柵偏振器10的結構和性能特性。

入射側線柵偏振器46可以被設置在接收來自光源41的光44的位置。入射側線柵偏振器46可以基本上透過來自光源41的光44的一種偏振(例如，p-偏振光)並且基本上吸收來自光源41的光44的相反偏振(例如，s-偏振光)。入射側線柵偏振器46可以被設置在接收來自LCD 42的反射光47的位置。入射側線柵偏振器46可以基本上吸收來自LCD 42的反射光47。

分析器線柵偏振器45可以被設置在接收來自LCD 42的光49的位置。分析器線柵偏振器45可以基本上透過來自LCD的光49的一種偏振(例如，p-偏振光)並且基本上吸收來自LCD的光49的相反偏振(例如，s-偏振光)。可以將分析器線柵偏振器45設置在接收來自X-立方體43的反射光48的位置。分析器線柵偏振器46可以基本上吸收來自X-立方體43的反射光48。

通常，偏振器45和46的線面向LCD 42，如圖6所示，但是其中線面向光源41和/或X-立方體的相對結構也在本發明的範圍內。

此處的附圖不是按比例的。襯底11在厚度上典型地接近毫米，但條14在厚度上典型地遠小於毫米，至少用於可見光的偏振。因此，為了示出偏振器的各種元件，附圖不是按比例的。另外，典型的線柵偏振器具有比示出的線13多許多的線，但是為了清楚地示出結構，僅在附圖中示出一些線13或條14。