專利名稱：多層線柵偏振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于可見和近可見光譜的線柵偏振器。
背景技術(shù)：
線柵偏振器(WGP)為設(shè)置在基底例如玻璃的表面上的平行線的陣列。通常，線柵偏振器是在基底上的線的單個(gè)、周期性的陣列。當(dāng)線的周期大于光波長的約一半時(shí)，柵充當(dāng)衍射光柵。當(dāng)線的周期小于光波長的約一半時(shí)，柵充當(dāng)偏振器。
雖然希望WGP透射一種偏振的所有光而反射所有其它偏振，但沒有偏振器是完美的。實(shí)際的WGP將透射兩種偏振的一些光，并將反射兩種偏振的一些光。當(dāng)光在透明材料例如玻璃薄片的表面上入射時(shí)，少量的光被反射。例如，在法向入射時(shí)，從玻璃的每個(gè)表面反射入射光的約4％。
已提出了在WGP之下或在線與基底之間設(shè)置膜，以使第一衍射級(jí)向較短波長移動(dòng)，以便改善在部分可見光譜例如藍(lán)光中的性能。參見美國專利No.6,122,103。該膜的折射率小于基底的折射率。還提出了蝕刻到基底或下面的層中以進(jìn)一步減小線柵之下的有效折射率。參見美國專利No.6,122,103。還提出了將每條線形成為具有交替的金屬與介電層的復(fù)合材料。參見美國專利No.US6,532,111。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)公認(rèn)，開發(fā)具有改善的性能的線柵偏振器或者具有希望的偏振態(tài)例如p的增加的透射和另一偏振態(tài)例如s的減少的透射(或增加的反射)的線柵偏振器是有利的。另外，已經(jīng)公認(rèn)，線柵偏振器可以充當(dāng)用于反射一種偏振態(tài)的金屬和充當(dāng)用于另一偏振態(tài)的有損耗的電介質(zhì)的薄膜。因此，已經(jīng)公認(rèn)，可以將形狀雙折射(form birefringence)和有效折射率應(yīng)用于線柵偏振器。另外，已經(jīng)公認(rèn)，可以將線柵偏振器視為薄膜層，并引入到光學(xué)疊層中。
簡明并概括而言，本發(fā)明旨在用于偏振光的多層線柵偏振器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述偏振器包括設(shè)置在基底上并具有比所述基底的折射率大的折射率的至少一個(gè)薄膜層。線柵層設(shè)置在所述至少一個(gè)薄膜層之上。所述線柵層包括細(xì)長金屬基元(element)的陣列，所述陣列具有比光的波長大的長度和比所述光的半波長小的周期。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述偏振器包括設(shè)置在基底之上的線柵層。所述線柵層包括細(xì)長金屬基元的陣列，所述陣列具有比光的波長大的長度和比光的半波長小的周期。介電層設(shè)置在所述線柵層之上。所述介電層包括非金屬基元的陣列。至少一個(gè)薄膜層設(shè)置在所述線柵層與所述介電層之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述偏振器包括設(shè)置在基底之上并跨過所述基底連續(xù)地延伸的薄膜層的疊層。所述薄膜層中的至少一個(gè)在結(jié)構(gòu)和材料上是均勻的。所述薄膜層中的至少一個(gè)包括細(xì)長金屬基元的線柵陣列，所述線柵陣列具有比光的波長大的長度并且比光的半波長小的周期。所述薄膜層中的至少一個(gè)包括非金屬基元的介電陣列。


通過結(jié)合附圖進(jìn)行的下列詳細(xì)說明，本發(fā)明的附加的特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，這些附圖通過實(shí)例共同示例了本發(fā)明的特征；其中圖1和2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多層線柵偏振器的截面示意圖(附圖沒有按比例繪制并且為清楚起見非?？浯蟮厥境隽颂卣?；圖3為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的多層線柵偏振器的截面示意圖(附圖沒有按比例繪制并且為清楚起見非?？浯蟮厥境隽颂卣?；圖4a為與其它偏振器相比圖3的多層線柵偏振器的p偏振反射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖4b為與其它偏振器相比圖3的多層線柵偏振器的s偏振透射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖4c為與其它偏振器相比圖3的多層線柵偏振器的p偏振透射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的多層線柵偏振器的截面示意圖(附圖沒有按比例繪制并且為清楚起見非?？浯蟮厥境隽颂卣?；圖6a為與另一偏振器相比圖5的多層線柵偏振器的s偏振反射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖6b為與另一偏振器相比圖5的多層線柵偏振器的p偏振透射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的多層線柵偏振器的截面示意圖(附圖沒有按比例繪制并且為清楚起見非常夸大地示出了特征)；圖8為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的多層線柵偏振器的截面示意圖(附圖沒有按比例繪制并且為清楚起見非常夸大地示出了特征)；圖9為與另一偏振器相比圖7和8的多層線柵偏振器的p偏振反射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖10a和b為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的多層線柵偏振器的截面示意圖(附圖沒有按比例繪制并且為清楚起見非常夸大地示出了特征)；圖11為與另一偏振器相比圖10a和b的多層線柵偏振器的s偏振反射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的另一多層線柵偏振器的截面示意圖(附圖沒有按比例繪制并且為清楚起見非常夸大地示出了特征)；圖13為與另一偏振器相比圖12的多層線柵偏振器的s偏振透射率與波長的關(guān)系的曲線圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的線柵層的截面示意圖，該線柵層在該線柵層的金屬基元之間的間隔中的具有介電材料；以及圖15為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有兩個(gè)介電柵的介電柵層的截面圖，該兩個(gè)介電柵具有兩種不同材料的基元。
現(xiàn)在將參考并在此使用特定的語言描述所示例的示例性實(shí)施例。然而應(yīng)該理解，并不旨在由此限制本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例方式
已經(jīng)公認(rèn)，對于光的一種偏振，線柵偏振器實(shí)質(zhì)上充當(dāng)反射光(或其一種偏振)的金屬，而對于光的另一種偏振，線柵偏振器實(shí)質(zhì)上充當(dāng)透射光(或其另一種偏振)的有損耗的電介質(zhì)的薄膜。因此，已經(jīng)公認(rèn)可以將兩種構(gòu)思即形狀雙折射和有效折射率應(yīng)用于改善偏振器的性能。
典型地不將線柵偏振器考慮為形狀雙折射的實(shí)例。通常，雙折射意味著材料對于不同的偏振具有不同的折射率。雙折射在晶體材料例如石英和在拉伸的聚合物中非常普遍。形狀雙折射是指由材料的形狀造成的雙折射。
當(dāng)材料具有材料特性例如密度的變化時(shí)，在變化的尺度小于光的波長的情況下，折射率與均勻體材料的折射率不同。存在有效折射率，其是均勻薄膜具有的對光造成相同影響的折射率。該效應(yīng)的理論處理被稱為有效介質(zhì)理論。通過介電材料利用該現(xiàn)象，以使這些事物成為蛾眼抗反射涂層。
另外，典型地不將線柵偏振器考慮為薄膜。在光學(xué)中，典型地僅對于介電材料考慮形狀雙折射和有效折射率。然而，已經(jīng)公認(rèn)將線柵偏振器處理為具有有效折射率的等效雙折射薄膜允許將其視為薄膜疊層中的基元，并使用具有特定性能目標(biāo)的薄膜設(shè)計(jì)技術(shù)。
本發(fā)明利用薄膜結(jié)合金屬線柵偏振器以改善偏振器的性能。通常，這可包括在線柵之下和其頂上的膜。這些膜中的任何一種是均勻的或者是介電柵。線柵可以為復(fù)合柵、或具有復(fù)合線。將線柵與材料不同的、由此折射率不同的多個(gè)層結(jié)合可以減少希望被透射的偏振的反射。例如，可以配置線柵以反射s偏振光并透射p偏振光。如上述討論的，雖然希望透射所有的p偏振光而反射所有的s偏振光，但典型的線柵將透射兩種偏振的一些并且反射兩種偏振的一些。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將線柵處理為雙折射薄膜并將線柵與多個(gè)薄膜結(jié)合可以減少p偏振光的反射。
如圖1和2中所示例的，將通常在10a和10b所示的多層線柵偏振器器件示出作為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施，以使光12偏振或者使一種偏振態(tài)與正交偏振態(tài)基本上分離，并以較少反射和/或透射不需要的偏振的改善的方式這樣做。相信這樣的器件在可見光應(yīng)用中，或者為用在約400-700nm(納米)或者說0.4-0.7μm(微米)的范圍的可見光上具有顯著的效用。這樣的可見光應(yīng)用可包括投影顯示設(shè)備例如投影儀?？梢詫⑦@里描述的多層線柵偏振器器件用于各種不同的應(yīng)用，例如偏振器、分束器、檢偏器等。同樣相信這里的器件在近可見光應(yīng)用，例如紫外和/或紅外應(yīng)用，或者為用在約250-400nm或700-10,000nm的范圍的可見光上具有效用。因此，這里寬泛地使用術(shù)語“光”來表示可見光、紫外光以及紅外光，或者在250-10,000nm范圍的電磁波。
偏振器10a和10b包括承載或支撐多個(gè)薄膜層18或薄膜層18的疊層的基底14，包括線柵或者線柵層22?；?4對于處理的光可以是透明的。例如，基底可以是玻璃(Bk7)。其它基底可以為石英或塑料。另外，基底14相對于剩余薄膜層可以具有充分的厚度ts。此外，基底可以具有折射率(或折光率)ns。例如，玻璃基底(Bk7)具有1.52的折射率(550nm處)。(應(yīng)該理解，折射率隨波長稍微變化。)線柵或線柵層22包括細(xì)長金屬基元26的線柵陣列?；?6具有比光的波長大的長度，并以比光的半波長小的周期P位于通常平行的排列中。因此，為用于可見光，基元26具有比可見光的波長大，或者大于700nm(0.7μm)的長度。然而，該長度可以更長?；?6可以具有比可見光的半波長小或者小于200nm(0.2μm)的中心至中心的間隔、間距或周期P?；?6還可具有處于間距或者周期的10至90％的范圍的寬度w。對于可見光應(yīng)用，基元26還可具有比光的波長小或者小于400nm(0.4μm)的厚度或高度。在一個(gè)方面，對于可見光應(yīng)用，厚度可以小于0.2μm。
基元26或陣列通常與可見光相互作用，從而通常1)透射具有基本上均勻和恒定的線偏振態(tài)(例如p偏振)的透射束30，以及2)反射同樣具有基本上均勻和恒定的線偏振態(tài)(例如s偏振)的反射束34?；ǔＭ干渚哂芯植空换虼怪庇诨∠虻牡谝黄駪B(tài)(p偏振)的光，并反射具有平行于基元取向的第二偏振態(tài)(s偏振)的光。應(yīng)理解，線柵偏振器將以特定程度的效率分離光的偏振態(tài)，或者可以透射和/或反射兩種偏振態(tài)的部分。還應(yīng)理解，可以將基元的一部分配置為透射或反射不同的偏振態(tài)。
可以通過光刻在基底上或之上形成基元26或陣列。基元26可以導(dǎo)電，并可以由鋁、銀、金或銅形成。
多個(gè)薄膜層18可以包括在線柵層22之下和/或之上的層。因此，可以在基底14與線柵層22之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)層18a-c。另外，可以在線柵層22之上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)層。層18可以由不同的材料或者與基底14不同的材料甚至相互不同的材料形成。因此，層18可以具有與基底14的折射率ns不同的折射率n。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其折射率n1-3比基底14的折射率ns大的層18a-c中的至少一個(gè)減少了p偏振光的反射。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，偏振器10a或10b具有設(shè)置在基底14與線柵層22之間的至少一個(gè)薄膜層18a，并且薄膜層18a具有比基底14的折射率ns大的折射率n1。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，偏振器10a或10b可以具有至少兩個(gè)薄膜層18a和b，或者至少三個(gè)薄膜層18a-c。
薄膜層18a-c可以在整個(gè)基底14上連續(xù)地延展，并可以是一致或恒定的層，由18a和18c所示?？梢杂山殡姴牧闲纬蓪?8a-c。例如，這些層可以由氧化鋁；三氧化銻；硫化銻；氧化鈹；氧化鉍；三氟化鉍；硫化鎘；碲化鎘；氟化鈣；氧化鈰；錐冰晶石；冰晶石；鍺；二氧化鉿；氟化鑭；氧化鑭；氯化鉛；氟化鉛；碲化鉛；氟化鋰；氟化鎂；氧化鎂；氟化釹；氧化釹；氧化鐠；氧化鈧；硅；氧化硅；三氧化二硅；二氧化硅；氟化鈉；五氧化鉭；碲；二氧化鈦；氯化鉈；氧化釔；硒化鋅；硫化鋅；以及二氧化鋯形成。可以在基底上淀積膜層。在金屬氧化物的情況下，其可以通過從氧化物蒸發(fā)劑材料(根據(jù)需要具有附加的氧回填物)開始淀積。然而，還可以通過蒸發(fā)母體金屬，然后用背景中的O2氧化所淀積的材料來淀積材料。
可以控制薄膜層18a-c的厚度t1-3和材料(或折射率n1-3)以減少p偏振光的反射，如下面更加詳細(xì)的描述。
薄膜層18a-c的一個(gè)或多個(gè)層包括這樣的介電柵，該介電柵包括非金屬基元38的陣列?？梢员舜嘶旧掀叫械厝∠蜿嚵械姆墙饘倩?8和金屬基元26。另外，陣列可以具有基本上相等的周期和/或?qū)挾?。在一個(gè)方面，對準(zhǔn)介電柵的非金屬基元38與金屬基元26，或者非金屬基元38與線柵層的金屬基元26對準(zhǔn)，如圖1中所示。在另一方面，介電柵的非金屬基元38與金屬基元26是偏離的，或者非金屬基元38相對于線柵層的金屬基元26是偏離的，如圖2中所示。
如上所述，多個(gè)薄膜層18可以包括設(shè)置在線柵層22之上的一個(gè)或多個(gè)其它薄膜層。其它薄膜層可以包括介電材料，并可以是連續(xù)的或恒定的。另外，其它薄膜層42可以包括這樣的介電柵，該介電柵包括非金屬基元46的陣列。陣列的非金屬基元46和金屬基元26可以被彼此基本上平行地取向，并可以具有基本上相等的周期。在一個(gè)方面，對準(zhǔn)非金屬基元46與金屬基元26，或者在線柵層22的金屬基元26上方或之上對準(zhǔn)介電柵的非金屬基元46，如圖1中所示。在另一方面，非金屬基元46與金屬基元26是偏離的，或者介電柵的非金屬基元46在線柵層22的金屬基元26的上方是偏離的。
如上面所討論的，可以改變薄膜層18的數(shù)量、厚度t以及材料(或折射率)以減少p偏振光的反射(增加p偏振光的透射)和/或減少s偏振光的透射(增加s偏振光的反射)。層18a和c中的一些在結(jié)構(gòu)和材料上可以是均勻的，而其它層可以包括柵，例如線柵層22的金屬基元26或介電柵的非金屬基元38和46。下面討論具體結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
參考圖3，示出了多層線柵偏振器的實(shí)例10c。該偏振器包括在玻璃(BK7)基底14上并在基底與線柵或線柵層22之間的三個(gè)均勻薄膜層50a-c?；?4具有1.52的折射率ns。第一薄膜層50a為具有65nm的厚度t1的氧化鎂(MgO)的均勻材料。這樣，第一層50a具有比基底14的折射率ns大的1.74的折射率n1(對于550nm的波長)。第二薄膜層50b為具有130nm的厚度t2和2.0的折射率的ZrO2的均勻材料。這樣，第二層50b同樣具有比基底14的折射率ns大的折射率n2。第三薄膜層50c為具有70nm的厚度t3的氟化鎂(MgF2)的均勻材料。這樣，第三層50c具有1.38的折射率n3(對于550nm的波長)。
在第三層50c的頂上設(shè)置線柵層22或線柵。線柵包括由鋁制成的基元?；梢跃哂?44nm的周期P、周期的39.5％或57nm的寬度w，以及155nm的厚度twg或高度。
參考圖4a-c，比較圖3的偏振器10c的性能和在線柵與基底之間不具有薄膜層的相似的偏振器，以及在線柵與基底之間具有30nm的氟化鎂(MgF2)層(因此具有比基底低的折射率的薄膜層)的相似的偏振器的性能。光12以45度的入射角入射在偏振器10c上。在該情況下，主要透射p偏振30，并主要反射s偏振34。參考圖4a，如曲線54所示，穿過偏振器10c的p偏振的透射率比其它兩種偏振器大(或p偏振從該偏振器的反射率較小)。雖然可以看到具有較低折射率的薄層的偏振器表現(xiàn)得比普通偏振器出色，但具有三個(gè)薄膜層50a-c的薄膜層的偏振器10c表現(xiàn)得更加出色。參考圖4b，如曲線56所示，偏振器10c的s偏振光的透射率(泄漏量)比其它兩種偏振器中的任何一種都小(或者穿過偏振器的s偏振的透射率較小)。參考圖4c，如曲線58所示，偏振器10c的p偏振的反射率普遍比其它的偏振器小(或者p偏振的透射率較大)。最終結(jié)果為存在更多的透射的p偏振以及在透射和反射中的提高的對比度，這意味著多層偏振器10c的透射和反射的偏振的純度更高。
參考圖5，示出了多層線柵偏振器的另一實(shí)例10d。偏振器10d包括設(shè)置在具有鋁的基元的線柵層22或線柵的頂部正上的兩個(gè)介電層或兩個(gè)介電柵60a和60b。線柵或線柵層22設(shè)置在玻璃(BK7)基底14上。線柵的基元26的厚度或高度twg為160nm。第一介電柵60a設(shè)置在線柵上，并具有100nm的厚度，且由折射率n1為1.45的氧化硅(SiO2)形成。第二介電柵60b也具有100nm的厚度t2并由折射率n2為2.5的材料形成。柵的周期P為144nm。基元的寬度為周期P的45％或57nm。光12以45度入射。
參考圖6a和b，比較圖5的偏振器10d的性能與在頂上沒有介電柵的相似的偏振器的性能。因?yàn)闁诺闹芷赑比可見光的波長小，所以它們實(shí)質(zhì)上全都起薄膜的作用。在圖6a中，可以看出，對于偏振器10d，反射的s偏振基本上更大，如曲線62所示。在圖6b中，可以看出，對于偏振器10d，透射的p偏振也更大，如曲線64所示。
參考圖7，示出了多層線柵偏振器的另一實(shí)例10e。偏振器10e包括在線柵或線柵層22與玻璃(BK7)基底14之間的三個(gè)均勻薄膜層70a-c。第一層70a設(shè)置在基底14上，具有33nm厚的厚度t1，并具有1.8的折射率n1。第二層70b為具有1.38的折射率n2和30nm的厚度t2的氟化鎂(MgF2)材料。第三層70c具有20nm的厚度t3，并具有1.8的折射率n3。這樣，第一和第三層70a和c具有比基底14的折射率ns大的折射率n1和n3。線柵或線柵層22包括具有144nm的周期P的鋁的基元?；叨萾wg為160nm，并且基元的寬度w為周期的45％或者57nm。光12為法向入射(0度)。
參考圖8，示出了多層線柵偏振器的另一實(shí)例10f。偏振器10e包括三個(gè)薄膜層80a-c，與上面描述的圖7中的那些薄膜層相似，只是第一層80a具有28nm的厚度t1；第二層80b具有25nm的厚度t2；第三層80c具有17nm的厚度t3。另外，偏振器10f包括在線柵層22上方的薄膜層84。薄膜層84包括介電柵，其中非金屬基元設(shè)置在線柵的金屬基元上。線柵或線柵層22與上面描述的圖7的線柵相似。介電層84的基元具有100nm的厚度t4。介電層84的基元由二氧化硅(SiO2)形成。
參考圖9，比較偏振器10e和f的性能與沒有薄膜層的相似的線柵偏振器的性能。如曲線86和88所示，偏振器10e和f都反射較少的p偏振(透過較多的p偏振)。如曲線88所示，具有在線柵層之下的薄膜層和在線柵上方的介電柵的偏振器10f表現(xiàn)出顯著的改善。
參考圖10a和b，示出了多層線柵偏振器的實(shí)例10g和h。偏振器10g和h都包括在基底14上設(shè)置的線柵或線柵層22。線柵可以包括鋁的基元，并且基底可以是玻璃(BK7)。線柵的周期P為144nm，并且基元具有150nm的厚度twg。基元的寬度w為周期的45％或65nm。另外，基元26限定了其間的間隔92，間隔92包括具有1.17的折射率n1的材料。第二均勻?qū)?6設(shè)置在基元26和間隔92或線柵層22的頂上，并具有100nm的厚度t2和1.17的折射率n2。第三薄膜層100設(shè)置在第二層96之上。第三層100具有二氧化硅(SiO2)的均勻?qū)雍?0nm的厚度t3。這樣，第三層100具有1.45的折射率n3。第四層104設(shè)置在第三層100上，并包括具有非金屬基元的介電柵。介電柵的基元具有50nm的厚度t4。介電柵的基元由二氧化硅(SiO2)形成并具有2.0的折射率n4。介電層的基元的寬度w為周期的50％。如圖10a所示，介電層的基元設(shè)置在線柵的基本上正上方?？蛇x地，介電層的基元可以相對于線柵的基元偏離，或者偏移半個(gè)周期，以便它們基本上在線柵的基元之間的間隔的上方，如圖10b所示。光12以45度入射。
參考圖11，比較偏振器10g和h的性能與在玻璃基底上僅具有線柵的相似的偏振器的性能。偏振器10g和h具有提高的s偏振的反射率，如曲線108(其彼此相互重疊)所示。另外，似乎當(dāng)有效介質(zhì)理論的條件適用時(shí)將介電柵與線柵的對準(zhǔn)是不相關(guān)的。這些實(shí)例還表明可以結(jié)合并使用均勻?qū)雍徒殡妼右垣@得利益。另外，這些實(shí)例論證了有效介質(zhì)理論的原理。
參考圖12，示出了多層線柵偏振器的另一示例10i。偏振器10i與圖3的偏振器10c相似，但是包括具有復(fù)合基元的線柵或線柵層112。復(fù)合基元可以包括金屬與非金屬層的交替層。在美國專利No.6,532,111中可發(fā)現(xiàn)這樣的復(fù)合基元的實(shí)例，在這里引用該專利作為參考。例如，每個(gè)基元可以包括鋁與氟化鎂的交替層。
參考圖13，比較偏振器10i的性能與具有復(fù)合基元但在基底與線柵層之間不具有薄膜層的相似的偏振器的性能。如曲線116所示，偏振器10i具有s偏振的較少的泄漏量或者透射率。
參考圖14，線柵層22與上述的線柵層相似，但是在線柵層的金屬基元之間的間隔中具有介電材料120。這樣的線柵或線柵層可以替代上述的任何一種。
參考圖15，示出了具有兩種介電柵124和128的介電柵層，該兩種介電柵具有兩種不同材料的基元，該兩種不同材料分別具有兩個(gè)不同的折射率n1和n2。因此，介電層或柵具有不同材料的交替基元，或在另一種柵的間隔中設(shè)置的一種柵的基元。這樣的介電柵或?qū)涌梢蕴娲鲜龅娜魏我环N。
這里介紹的實(shí)例只是可以由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的許多可能中的一些。通常，對于特定的應(yīng)用例如優(yōu)化在光的給定帶的入射角的給定范圍內(nèi)的透射率或反射率，可以結(jié)合均勻?qū)优c介電柵的結(jié)合?？梢詫ν干浠蚍瓷浠蛘邇烧咭黄疬M(jìn)行優(yōu)化?？梢詫υ谄衿魃蠌目諝鈧?cè)或從基底側(cè)或者從這兩側(cè)的入射進(jìn)行優(yōu)化。
在美國專利5,986,730；6,081,376；6,122,103；6,208,463；6,243,199；6,288,840；6,348,995；6,108,131；6,452,724；6,710,921；6,234,634；6,447,120以及6,666,556中示出了線柵偏振器、光學(xué)組件(optial train)和/或投影/顯示系統(tǒng)的各種方面，這里引用它們作為參考。
盡管已經(jīng)將線柵偏振器示例為朝向光源或者其中細(xì)長基元朝向光源，應(yīng)該理解這僅用于示例的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以將線柵偏振器取向?yàn)槔鐝囊壕ш嚵谐虺上癯休d梁(imaging bearing beam)，用于避免使載像束(image bearing beam)穿過基底、從而避免與穿過介質(zhì)例如基底的光相關(guān)聯(lián)的重影或多次反射的簡單目的。這樣的配置可以產(chǎn)生背對著光源的線柵偏振器。
雖然上述實(shí)例是作為本發(fā)明的原理在一種或多種特定的應(yīng)用中的示例，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，很顯然，在不需創(chuàng)造性的勞動(dòng)并且不偏離本發(fā)明的原理和構(gòu)思的情況下，可以在實(shí)施的形式、用法和細(xì)節(jié)上進(jìn)行許多修改。因此，本發(fā)明旨在僅受下面提出的權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于使光偏振的線柵偏振器器件，包括a)基底；b)至少兩個(gè)薄膜層，設(shè)置在所述基底上，所述薄膜層具有彼此不同的折射率；c)所述兩個(gè)薄膜層中的至少一個(gè)的折射率大于所述基底的折射率；以及d)線柵層，設(shè)置在所述至少兩個(gè)薄膜層之上，所述線柵層包括其長度大于所述光的波長且其周期小于所述光的半波長的細(xì)長金屬基元的陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述薄膜層中的一個(gè)包括介電柵，所述介電柵包括非金屬基元的陣列，所述陣列的所述非金屬和金屬基元被取向?yàn)楸舜嘶旧掀叫?，并且所述陣列具有基本上相等的周期?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，還包括設(shè)置在所述線柵層之上的至少一個(gè)薄膜層；所述至少一個(gè)其它的薄膜層包括介電柵，所述介電柵包括非金屬基元的陣列，所述陣列的所述非金屬和金屬基元被取向?yàn)楸舜嘶旧掀叫校⑶宜鲫嚵芯哂谢旧舷嗟鹊闹芷凇?br> 4.一種用于使光偏振的線柵偏振器器件，包括a)具有折射率的基底；b)至少一個(gè)薄膜層，設(shè)置在所述基底上，所述薄膜層的折射率大于所述基底的折射率；以及c)線柵層，設(shè)置在所述至少一個(gè)薄膜層之上，所述線柵層包括其長度大于所述光的波長且其周期小于所述光的半波長的細(xì)長金屬基元的陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中所述至少一個(gè)薄膜層包括介電柵，所述介電柵包括非金屬基元的陣列，所述陣列的所述非金屬和金屬基元被取向?yàn)楸舜嘶旧掀叫?，并且所述陣列具有基本上相等的周期?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，還包括設(shè)置在所述線柵層之上的至少一個(gè)其它的薄膜層；所述至少一個(gè)其它的薄膜層包括介電柵，所述介電柵包括非金屬基元的陣列，所述陣列的所述非金屬和金屬基元被取向?yàn)楸舜嘶旧掀叫?，并且所述陣列具有基本上相等的周期?br> 7.一種用于使光偏振的線柵偏振器器件，包括a)基底；b)線柵層，設(shè)置在所述基底之上，所述線柵層包括其長度大于所述光的波長且其周期小于所述光的半波長的細(xì)長金屬基元的陣列；c)介電層，設(shè)置在所述線柵層之上，所述介電層包括非金屬基元的陣列；以及d)至少一個(gè)薄膜層，設(shè)置在所述線柵層與所述介電層之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，還包括設(shè)置在所述基底與所述線柵層之間的至少一個(gè)薄膜層；所述至少一個(gè)薄膜層包括具有彼此不同的折射率的多個(gè)薄膜層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，還包括在所述基底與所述柵極層之間的其折射率大于所述基底的折射率的至少一個(gè)薄膜層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，還包括在所述基底與所述線柵層之間的包括非金屬基元的陣列的介電柵，所述陣列的所述非金屬和金屬基元被取向?yàn)楸舜嘶旧掀叫?，并且所述陣列具有基本上相等的周期?br> 11.一種用于使光偏振的線柵偏振器器件，包括a)基底；b)薄膜層的疊層，設(shè)置在所述基底之上，并跨過所述基底連續(xù)地延伸；c)所述薄膜層中的至少一個(gè)在結(jié)構(gòu)和材料上是均勻的；d)所述薄膜層中的至少一個(gè)包括其長度大于所述光的波長且其周期小于所述光的半波長的細(xì)長金屬基元的線柵陣列；以及e)所述薄膜層中的至少一個(gè)包括非金屬基元的介電陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的器件，其中所述陣列的所述非金屬和金屬基元被取向?yàn)楸舜嘶旧掀叫?，并且所述陣列具有基本上相等的周期?br> 13.根據(jù)權(quán)利要求11的器件，還包括設(shè)置在所述基底與所述線柵陣列之間的至少一個(gè)薄膜層；所述至少一個(gè)薄膜層包括具有彼此不同的折射率的多個(gè)薄膜層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的器件，其中在所述基底與所述柵極層之間的所述薄膜層中的至少一個(gè)的折射率大于所述基底的折射率。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的器件，其中所述陣列的所述非金屬和金屬基元被取向?yàn)楸舜嘶旧掀叫?，并且所述陣列具有基本上相等的周期?br> 全文摘要
一種用于使光(12)偏振的多層線柵偏振器(10a)，包括設(shè)置在基底(14)之上的薄膜層的疊層(18)，包括其長度大于所述光的波長且其周期小于所述光的半波長的細(xì)長金屬基元(26)的線柵陣列(22)。所述層中的一個(gè)可以包括其折射率大于所述基底的折射率的薄膜層(18a－c)。所述薄膜層中的一個(gè)可以包括非金屬基元(38、46)的介電陣列。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101073024SQ200580041840
公開日2007年11月14日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者R·T·珀金斯, C·成－原, D·P·漢森, E·加德納 申請人:莫克斯泰克公司