專(zhuān)利名稱：具有空間上變化的傾角的液晶層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及具有空間上變化的傾角的液晶(LC)層，尤其是涉及用于產(chǎn)生具 有在空間上變化的傾角的液晶聚合物(LCP)的方法，以及使用LCP所制造的光學(xué)元件以及 LCP的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
具有空間上變化的傾角的液晶(LC)被用于各種應(yīng)用。例如，被編碼到基于可編程 液晶(LC)的空間光調(diào)制器(SLM)上的衍射光柵和更復(fù)雜的薄全息圖，作為改變光束的波前 的方法被積極地研究。雖然被編碼到LC/SLM上的可編程薄全息圖是非常通用的，這些有源 部件對(duì)于很多應(yīng)用成本較高。此外，已經(jīng)知道，這些可編程薄全息圖提供相對(duì)小的轉(zhuǎn)向角。 例如，現(xiàn)有技術(shù)的硅基LC(LCoS)面板具有小于10 μ m的像素間距，其在0. 5 μ m的波長(zhǎng)處并 利用每光柵周期最少兩個(gè)像素來(lái)提供大約1. 4度的最大光束偏轉(zhuǎn)角。所有其它可編程全息 圖輸出(例如，稱為重放)將具有甚至更小的偏轉(zhuǎn)角。最近，對(duì)使用具有空間上變化的傾角的液晶聚合物(LCP)形成光學(xué)部件的興 趣逐漸增加，例如形成上述衍射光柵和/或更復(fù)雜的薄全息圖。例如，在美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?20090009668中，Tan等人提出了基于LCP膜的偏振選擇衍射光學(xué)元件。LCP膜包括像素陣 列，其中每個(gè)像素使用固定的液晶指向矢被編碼，使得每個(gè)液晶指向矢在垂直于LCP膜的 公共平面中被取向，并提供面外傾角的預(yù)定模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了形成具有帶有空間上變化的傾角的LCP層的光學(xué)部件的方法，光學(xué) 部件例如為衍射光柵和/或更復(fù)雜的全息圖。本發(fā)明還提供了包括具有空間上變化的傾角 的LCP的光學(xué)部件以及包括所述光學(xué)部件的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了制造包括具有空間上變化的傾角的液晶層的光學(xué) 部件的方法，該方法包括步驟a)使用線性光聚合的聚合物層涂覆襯底；b)使用線偏振紫 外光以斜角照射線性光聚合的聚合物層；以及c)在所照射的線性光聚合的聚合物層的表 面上涂敷一層液晶材料，其中液晶材料在其傾角和線偏振紫外光的總劑量之間有預(yù)定的關(guān) 系，且其中使用至少一個(gè)劑量的線偏振紫外光照射該線性光聚合的聚合物層，所述至少一 個(gè)劑量的線偏振紫外光足以引起在具有比相鄰區(qū)域更大的面內(nèi)(in-plane)雙折射率的液 晶層內(nèi)形成多個(gè)離散區(qū)域。


結(jié)合附圖，通過(guò)下列詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)將是明顯的，其中
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圖Ia是相對(duì)于LC層的坐標(biāo)系統(tǒng)的示意性圖示；圖Ib是對(duì)LC層的光軸的坐標(biāo)系統(tǒng)的示意性圖示；圖Ic是示出在具有離散地變化的傾斜軸的襯底上的LC層的側(cè)視圖的示意性圖 示；圖Id是示出在具有連續(xù)變化的傾斜軸的襯底上的LC層的側(cè)視圖的示意性圖示；圖2是示出用于在LCP層中強(qiáng)加可變傾斜的傾斜取向的對(duì)LPP的LPUV曝光系統(tǒng) 設(shè)置的示意圖；圖3是示出ROPl 19/R0F5106系統(tǒng)的面內(nèi)雙折射行為與LPUV劑量的關(guān)系曲線；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的LCP傾角光柵結(jié)構(gòu)的例子；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的與方位定向光柵組合的LCP傾角光柵結(jié)構(gòu) 的例子；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的在LCP層中的連續(xù)傾角梯度的例子；圖7示出在具有較高傾角的LCP層的區(qū)域內(nèi)具有低傾角域(LTD)的LCP層的例 子；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的具有在較低傾角光柵線上成核的LTD的 LCP層的例子；圖9是示出具有任意傾角和一致的方位方向的LD設(shè)備的示意圖；圖10示出(a)中的單軸0板指向矢在(b)中的面內(nèi)和面外(out-of-plane)雙折 射部件內(nèi)的投影；圖11是示出給定LC指向矢傾角的相差與在λ = 400nm處使用LCP單軸材料的 A板配置的像素比較的曲線；以及圖12是示出包括具有XY隨機(jī)LC指向矢極化傾角的相格的、用于通過(guò)在每個(gè)XY 位置暫時(shí)改變相位調(diào)制來(lái)抑制散斑的基于激光器的照明系統(tǒng)的子系統(tǒng)的示意圖。注意，在全部附圖中，相同的特征由相同的參考數(shù)字標(biāo)識(shí)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生液晶(LC)材料層的方法，該材料層的指向矢或光軸的傾角 在沉積有LC層的襯底區(qū)域上空間變化。LC材料可為常規(guī)液晶(非聚合物)或液晶聚合物 (LCP) 0術(shù)語(yǔ)“傾角”指在LC的光軸和襯底的平面之間的角。對(duì)于正性單軸LC材料，光軸 也稱為慢軸(SA)。參考圖Ia所示，LC層10被布置在襯底11上。所示襯底11的平面平行于x_y平 面，而ζ軸垂直于該主表面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，LC層的傾斜軸在襯底的區(qū)域上 作空間變化(即，在整個(gè)x-y平面上變化)。參考圖Ib所示，矢量α的光軸可由極角θ和 方位角Φ限定。方位角Φ指投影在襯底平面中的光軸的方位角方向，其相對(duì)于與襯底的 平面相關(guān)的某個(gè)任意參考方向(例如，所示為χ軸)被測(cè)量。極角θ是該指向矢的傾角， 并相應(yīng)于該矢量從χ-y平面偏離的角。具有等于0°的空間上不變的傾角的LC材料一般稱為A板，并被稱為擁有平行取 向。具有等于90°的空間上不變的傾角的LC材料一般稱為C板，并被稱為擁有垂面取向。 具有在0°和90°之間的一致的傾角的LC材料一般稱為0板，并被理解為具有A板和C板延遲分量。通常，空間上變化的傾角意指傾角穿過(guò)LC層的整個(gè)表面以預(yù)定的或隨機(jī)的順序 變化。例如，對(duì)于預(yù)定順序變化，圖IC示出了具有離散模式的空間上變化的傾斜軸，而Id 示出了遵循連續(xù)模式(例如，梯度)的空間上變化的傾斜軸。當(dāng)LC材料的傾角變化時(shí)，有 效面內(nèi)(或A板分量)雙折射率八％也變化。例如，當(dāng)正性單軸LC材料的傾角從0°增加 到90°時(shí)，其ΔηΑ值從LC材料的固有Δη值降低到零。與ΔηΑ直接相關(guān)的是面內(nèi)(Α板) 延遲ΓΑ，其為ΔηΑ*(1的積，其中d是LC材料層的物理厚度。因此，當(dāng)LC材料的傾角變化 時(shí)，1\也變化。類(lèi)似地，當(dāng)LC的傾角變化時(shí)，面外(C板)延遲Γ。變化。Δ nA的變化的另 一結(jié)果是平均面內(nèi)折射率nA,avg的變化。通常，空間上變化的傾角在LC材料層中產(chǎn)生，LC材料層能夠形成具有在0和90度 之間的兩個(gè)或多個(gè)不同的傾角的0板。更具體地，LC材料涂敷在襯底上，在襯底的區(qū)域上 方，使傾角連續(xù)地、離散地或隨機(jī)地變化。當(dāng)傾角θ在LC材料層的整個(gè)表面上方變化時(shí)， 方位角Φ可為一致的，或也可在LC材料層的區(qū)域上連續(xù)地或離散地變化。通常，空間上變 化的傾角指在沿著襯底的表面上的橫向方向上變化的平均傾角。更具體地，在表面上的每 個(gè)點(diǎn)處的傾角將是在該層整個(gè)厚度上的LC指向矢的平均值(S卩，傾角一般越接近取向?qū)訒r(shí) 越高)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，LC層從0板類(lèi)型的LCP前體形成，該LCP前體的傾角由實(shí)驗(yàn)條 件確定。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，LCP前體是可從Rolic得到的R0F5106LCP前體。在另一 實(shí)施方式中，LC層由以不同比例與也可從Ro 1 ic得到的R0F5113LCP前體混合的R0F5106形 成。被混合的混合物是有利的，因?yàn)樗鼈兪沟煤苋菀撰@得不同范圍的傾角。0板型LCP前體 結(jié)合取向?qū)硬牧鲜褂茫∠驅(qū)硬牧显诔练eLCP前體層之前首先涂敷在襯底上。通常，取向?qū)?材料將展示一種機(jī)制，通過(guò)該機(jī)制可控制隨后被涂敷的LCP前體的傾角。在一個(gè)實(shí)施方式 中，取向?qū)邮蔷€性光聚合(LPP)的聚合物，其在被控制劑量的線偏振紫外(LPUV)輻射以非 零入射角(AOI)照射時(shí)，將在隨后被涂敷的LCP前體層中產(chǎn)生預(yù)定的方位角方向和預(yù)定的 傾角。在上述LPP/LCP系統(tǒng)的情況下，通過(guò)控制LPUV能量劑量來(lái)獲得預(yù)定的傾角。例如，在 一個(gè)實(shí)施方式中，可從Rolic得到的R0P119用于形成LPP層，且LCP層由可從Rolic得到 的R0F5106LCP前體或以不同的比例與R0F5113LCP前體混合的R0F5106形成，R0F5113LCP 前體也可從Rolic得到。因而產(chǎn)生的LPP/LCP系統(tǒng)示為在LCP中提供在一范圍內(nèi)的被控制 的傾角。有利地，該過(guò)程對(duì)所使用的確切AOI不是高度敏感的，然而，通常，AOI將明顯不同 于零。 參考圖2，示出了用于制造具有LC層的光學(xué)元件的系統(tǒng)，該LC層具有空間上變化 的傾角。光學(xué)裝置60包括用于支撐在制造中的設(shè)備65的底座、線偏振紫外(LPUV)光曝光 系統(tǒng)70和光掩模75。在制造中的設(shè)備65包括襯底66，其上沉積了線性光聚合(LPP)取向 層67。LPUV曝光系統(tǒng)70包括UV光源71、準(zhǔn)直透鏡72和UV偏振器73?？蛇x地，準(zhǔn)直透鏡 72用準(zhǔn)直反射器代替。光掩模75被摹制/設(shè)計(jì)成以預(yù)定的方式向取向?qū)犹峁┳兓降?光。特別是，光掩模75被摹制成向取向?qū)犹峁┳兓降哪芰棵芏?，作為橫向空間坐標(biāo)的 函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，光掩模75是可變的透射掩模。在另一實(shí)施方式中，光掩模75是 可變尺寸的孔掩模。在另一實(shí)施方式中，一系列二進(jìn)制掩模單獨(dú)地用于產(chǎn)生作為橫向空間 坐標(biāo)的函數(shù)的傳送到取向?qū)拥淖兓降哪芰棵芏鹊男?yīng)。在又一實(shí)施方式中，掩模的和無(wú)掩模曝光的組合用于產(chǎn)生作為橫向空間坐標(biāo)的函數(shù)的傳送到取向?qū)拥淖兓降哪芰?密度的效應(yīng)。在操作中，光源71將處于傾斜角的LPUV光提供到襯底66的表面。在這個(gè)實(shí)施方 式中，所示光源相對(duì)于水平襯底傾斜。在其它實(shí)施方式中，襯底相對(duì)于光源傾斜。非垂直 的LPUV光入射及其能量密度劑量引起取向?qū)?7的變化，其使在隨后沉積的LCP前體層中 的LC指向矢以傾斜角被取向(以某個(gè)方位角從襯底的平面傾斜)。在這個(gè)實(shí)施方式中，UV 偏振器73被定向成以高透射率來(lái)透射平行于制圖面(即，其是入射面)偏振的UV光。根 據(jù)LPP材料的化學(xué)性質(zhì)，該配置將一般導(dǎo)致隨后沉積的LCP層的LC指向矢在平行或垂直于 LPUV入射面的方位面中被取向。LC指向矢的實(shí)際面外傾斜取決于輸送到LPP取向?qū)?7的 LPUV能量密度劑量。因?yàn)楣庋谀?5以預(yù)定的模式向取向?qū)?7提供不同的能量密度，導(dǎo)致 具有空間上可變的傾角的隨后形成的LCP膜，其具有可變的面內(nèi)延遲。雖然LC指向矢的面 外傾斜以預(yù)定的方式在整個(gè)膜上變化，在該實(shí)施方式中，LC指向矢的方位角是恒定的。一 旦LPP層以這種方式對(duì)LPUV曝光，于是液晶聚合物前體的薄層就涂覆在取向?qū)由?。該層?著對(duì)UV光(例如，其不必為偏振的)曝光，以交聯(lián)LCP前體，并以預(yù)定的傾斜角固定LC指 向矢。因此，提供了相對(duì)穩(wěn)定的LCP層，其只需要被單個(gè)襯底支撐。應(yīng)當(dāng)指出，參考LCP前體描述了該制造技術(shù)，該LCP前體優(yōu)選地與隨后的UV照射 交聯(lián)，以將其轉(zhuǎn)變成LCP。通常，0板LCP層可使用本領(lǐng)域中已知的LPP和0板LC化合物中 的任何一個(gè)形成，后者可為聚合的和/或以UV照射和/或熱力地交聯(lián)。例如，在一個(gè)實(shí)施 方式中，LPP層通過(guò)在玻璃襯底上旋涂環(huán)戊酮中的R0P119的2wt%溶液(例如，在60秒內(nèi) 以2000RPM)來(lái)形成，以獲得50nm厚的取向?qū)?。在其它?shí)施方式中，LPP層使用另一涂敷方 法例如線涂敷、照相凹板式涂敷、狹縫式涂敷等形成，以涂覆R0P119層。通常，LPP常常包括 苯乙烯酸衍生物和/或阿魏酸衍生物，如本領(lǐng)域中公知的。根據(jù)本發(fā)明，LPP層將具有在隨 后涂鍍的LC或LCP層中產(chǎn)生面外傾角的類(lèi)型。在一個(gè)實(shí)施方式中，LPP涂敷的玻璃在通過(guò) 光掩模被LPUV照射之前，在預(yù)定的溫度時(shí)(例如，180度)在熱板上被烘焙預(yù)定的時(shí)間(例 如，5分鐘)。在一個(gè)實(shí)施方式中，LCP層從包括LCP前體的液晶材料形成。例如可包括交 聯(lián)的丙烯酸向列型液晶化合物的LCP前體材料在本領(lǐng)域中是公知的。根據(jù)本發(fā)明，LCP材料 將具有適當(dāng)?shù)仨憫?yīng)于傾角的包括LPP層的類(lèi)型。適合于形成LCP層的各種LCP前體化合物 可從Rolic (AlIschwi 1，CH)得到。在一個(gè)實(shí)施方式中，LCP前體層作為R0F5106LCP前體的 15wt%溶液，或苯甲醚中的R0F5106LCP前體和R0F5113LCP前體的混合物，被旋涂在LPP層 上。在其它實(shí)施方式中，LCP層使用另一涂敷方法例如線涂敷、照相凹板式涂敷、狹縫式涂 敷等形成。因而形成的LPP/LCP設(shè)備隨后一般被烘培(即，退火)預(yù)定的時(shí)間，以促進(jìn)LCP 到LPP取向?qū)拥牧己萌∠?。有利地，LCP前體形成LCP的隨后的光化學(xué)交聯(lián)使膜凝固，并使 LC指向矢的方向持久。這被認(rèn)為在高功率照明和短波長(zhǎng)激光曝光下提供改進(jìn)的可靠性。如上所討論的，控制LPP層所強(qiáng)加的傾角的一種方法是改變LPP層上的LPUV劑 量。參考圖3，示出了 ΔηΑ響應(yīng)與對(duì)上述R0P119/R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)應(yīng)用40度的入射 角的LPUV劑量的曲線。對(duì)于小于 80mJ/cm2的LPUV劑量，具有傾角和ΔηΑ的高變化率。 對(duì)于大于 180mJ/cm2的LPUV劑量，傾角和Δ nA逐步變化。在低于 40mJ/cm2的低劑量 時(shí)，各種傾角域缺陷在該系統(tǒng)中被觀察到。更具體地，可觀察到在基質(zhì)LCP相內(nèi)稍微作為隔 離的相分離域出現(xiàn)的“低傾角域”，其具有與基質(zhì)LCP明顯不同的傾角。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)
6實(shí)施方式，這些觀察用于產(chǎn)生具有空間上變化的或圖案化的傾角(例如，因而和ΔηΑ、ΓΑ、 rc.nA,av)的雙折射光學(xué)元件?？臻g變化可為離散的或連續(xù)的、在規(guī)模上宏觀的或在規(guī)模上 微觀的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，LPUV劑量模式通過(guò)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的光掩模的 系列使LPP層曝光來(lái)建立。更具體地，空間上調(diào)制的LPUV劑量通過(guò)一個(gè)或多個(gè)光掩?；蛲?過(guò)掩蔽的和無(wú)掩模曝光的組合作為劑量的范圍或作為兩個(gè)或多個(gè)離散的劑量被應(yīng)用。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)使用兩布驟過(guò)程照射LPP層，在上述R0P119/ R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)中提供了空間上變化的傾角。在第一步驟中，該層對(duì)線偏振光曝光，而 沒(méi)有光掩模(例如，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孔，以在所有的位置設(shè)定最低傾角)。在第二步驟中，該層通 過(guò)光掩模對(duì)線偏振光曝光(例如，以在相應(yīng)于光掩模的透射區(qū)域的選定位置設(shè)定較高的傾 角)。在這個(gè)實(shí)施方式中，與只在第一照射步驟中曝光的那些區(qū)域比較，在第一和第二照射 步驟中曝光的那些區(qū)域處所輸送的總能量密度(即，劑量)將更高。通常，照明的所需能量 密度和波長(zhǎng)將依賴于LPP材料。對(duì)于上述R0P119/R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)，能量密度一般在 30-300mJ/cm2之間，而波長(zhǎng)范圍一般將在280和365nm之間。LPUV的入射角一般將在20和 60度之間。特別地，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)入射角(AOI)對(duì)該過(guò)程有明顯的影響，然而，通常，AOI應(yīng)明顯 不同于零。在這個(gè)實(shí)施方式中，光掩模有阻擋LPUV的第一多個(gè)區(qū)域和透射LPUV的第二多個(gè) 區(qū)域(即，二進(jìn)制掩模)。因?yàn)樵贚PP層上的任何給定點(diǎn)處輸送的總劑量是在每次曝光中 輸送到該點(diǎn)的劑量的和(例如，如果LPUV的方位角方向?qū)λ衅毓舛际窍嗤?，LPP將在 隨后涂鍍的LC層中引起空間上變化的傾角，其中空間上變化的傾角布置在由光掩模指示 的離散模式中。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，空間上變化的傾角提供交替的面內(nèi)延遲模式(例 如，相應(yīng)于圖Ic所示的傾角模式)。通常，光掩模將根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用被摹制。在一個(gè)實(shí)施方式中，光掩模被摹制來(lái)以像 素方式向取向?qū)犹峁┳兓哪芰棵芏?。通常，像素將是周期性?例如，以規(guī)則的間隔)或 非周期性的(例如，隨機(jī)的或以預(yù)定的模式)。有利地，光掩模的使用允許LCP層以大量相 位分布水平和以增加的精度被摹制。在一個(gè)實(shí)施方式中，光掩模被摹制以提供兩個(gè)水平的 相位分布。在另一實(shí)施方式中，光掩模被摹制以提供多于兩個(gè)水平的相位分布。通常，如果 具有空間上變化的傾角的LC是衍射光柵或更復(fù)雜的全息圖，則它將一般有至少4個(gè)水平的 相位分布，以便提供合理的衍射效率。在另一實(shí)施方式中，通過(guò)經(jīng)由單個(gè)光掩模照射LPP層，在上述R0P119/ R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)中提供了空間上變化的傾角。在這個(gè)實(shí)施方式中，光掩模是具有光密 度分布的梯度掩模，其提供連續(xù)變化的而不是離散地變化的在空間上變化的LPUV劑量。例 如，在一個(gè)實(shí)施方式中，空間上變化的傾角形成連續(xù)變化的梯度(例如，圖Id所示的延遲模 式)O在這些實(shí)施方式的每個(gè)中，LC指向矢的光軸具有空間上變化的傾角和大體一致的 方位角。在其它實(shí)施方式中，LPP層被照射多次，每次使用具有不同的方位角方向的LPUV。 例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，LPUV的方位角方向在輸送到LPP層上的不同點(diǎn)的不同曝光中間 不同，以便在LCP層中提供空間上變化的傾角和方位角方向的疊置模式。在這種情況下，對(duì) LCP的因而形成的傾角和面內(nèi)方向的預(yù)測(cè)更復(fù)雜。
此外，在上述實(shí)施方式的每個(gè)中，襯底可選地設(shè)置有非反射背面，其對(duì)于LPP材料 所響應(yīng)的UV波長(zhǎng)是不反射的。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底的背面涂有UV抗反射涂層或 UV吸收涂層。有利地，不反射涂層阻止來(lái)自UV透明襯底的背面的LPUV的強(qiáng)背向反射，其可 趨向于使劑量模式降級(jí)。特別地，如果所使用的光掩模包含微觀或相對(duì)小的特征化的圖案， 這更是問(wèn)題，其中實(shí)現(xiàn)預(yù)期的傾角模式更難。在襯底材料的固有反射率足夠低或襯底對(duì)UV 是非透射的其它實(shí)施方式中，一般對(duì)LPUV過(guò)程不需要非UV反射背面。參考圖4，示出了微觀地摹制的傾角結(jié)構(gòu)的例子。更具體地，照片顯示圖像，其中該 結(jié)構(gòu)包括具有空間上變化的傾角的第一區(qū)域(即，標(biāo)記為光柵區(qū))和具有一致的傾角的第 二區(qū)域(即，標(biāo)記為非光柵區(qū))。上面的照片是亮態(tài)(BS)圖像，在交叉的偏振器之間的透射 中觀看樣本，而下面的照片是暗態(tài)(DS)圖像，在交叉的偏振器之間的透射中觀看樣本?？臻g上變化的傾角LCP結(jié)構(gòu)通過(guò)在200mm熔融的硅石襯底晶片上旋涂包括環(huán)戊酮 中的R0P119的2wt%溶液的LPP層來(lái)形成(例如，在60秒內(nèi)以2000RPM)，以獲得50nm厚 的取向?qū)?。在這個(gè)實(shí)施方式中，在襯底上不設(shè)置抗反射層。LPP涂敷的襯底接著經(jīng)受兩步驟 照射過(guò)程。在第一步驟中，該層在第一次曝光中對(duì)LPUV曝光而沒(méi)有光掩模，以在所有位置 設(shè)定最低傾角。更具體地，該第一 LPUV曝光提供了相應(yīng)于較低的傾角的均勻低劑量(即， 40mJ/cm2)。在第二步驟中，光柵區(qū)域在第二次曝光中通過(guò)具有5 μ m線/5 μ m的間隔的光柵 光掩模對(duì)LPUV曝光，以在相應(yīng)于光掩模的透射區(qū)域(5 μ m間隔)的選定位置設(shè)定較高的傾 角。更具體地，第二次LPUV曝光提供了模式化的高劑量(即，lOOmJ/cm2)，使得第一次低劑 量曝光和第二次高劑量曝光的和相應(yīng)于在相應(yīng)于光掩模的透射區(qū)域的位置處產(chǎn)生的高傾 角。對(duì)于這兩次曝光，LPUV光的方位角是相同的，相對(duì)于某個(gè)任意參考被測(cè)量(在這種情況 下，方位角名義上平行于光柵方向)。對(duì)于這兩次曝光，LPUV的入射角是40度。隨后，LCP 層通過(guò)在LPP層上旋涂R0F5106LCP前體的37% wt%溶液(即，以IOOOrpm)來(lái)形成。LCP 層中的LC指向矢采用由模式化的LPUV曝光劑量限定的傾角模式。LCP前體層隨后被退火、 UV固化以形成LCP、后烘培。因而產(chǎn)生的LCP層包括具有5微米寬的線的光柵，這些線以傾角交替。更具體地， 由于LCP傾角在 50°和 65° (S卩，分別相應(yīng)于在75 80nm和25nm之間交替的延遲)， 光柵包括高和低延遲的交替的線的圖案。光柵方向平行于這兩個(gè)傾角的傾斜面。參考圖5，示出了微觀地模式化的傾角結(jié)構(gòu)的另一例子。更具體地，照片顯示圖像， 其中該結(jié)構(gòu)包括具有空間上變化的傾角的第一區(qū)域(即，標(biāo)記為光柵區(qū))和具有一致的傾 角的第二區(qū)域(即，標(biāo)記為非光柵區(qū))。上面的照片是BS圖像，在交叉的偏振器之間的透射 中觀看樣本，而下面的照片是DS圖像，在交叉的偏振器之間的透射中觀看樣本。空間上變化的傾角LCP結(jié)構(gòu)通過(guò)在200mm熔融的硅石襯底晶片上旋涂包括環(huán)戊酮 中的R0P119的2wt%溶液的LPP層來(lái)形成(例如，在60秒內(nèi)以2000RPM)，以獲得50nm厚 的取向?qū)?。在這個(gè)實(shí)施方式中，在襯底上不設(shè)置抗反射層。LPP涂敷的襯底接著經(jīng)受兩步驟 照射過(guò)程。在第一步驟中，LPP層在第一次曝光中對(duì)LPUV曝光而沒(méi)有光掩模(即，通過(guò)標(biāo) 準(zhǔn)孔，以在所有位置設(shè)定最低傾角)。更具體地，該第一 LPUV曝光提供了相應(yīng)于較低的傾角 的均勻低劑量(即，40mJ/cm2)。在第二步驟中，光柵區(qū)域在第二次曝光中通過(guò)具有5 μ m線 /5 μ m的間隔的光柵光掩模對(duì)LPUV曝光，以在相應(yīng)于光掩模的透射區(qū)域(5 μ m間隔)的選 定位置設(shè)定較高的傾角。更具體地，第二次LPUV曝光提供了模式化的高劑量(即，IOOmJ/cm2)，使得第一次低劑量曝光和第二次高劑量曝光的和相應(yīng)于在相應(yīng)于光掩模的透射區(qū)域 的位置處產(chǎn)生的高傾角。對(duì)于第一次曝光，LPUV光的方位角是56. 7度。對(duì)于第二次曝光， LPUV光的方位角是0度。對(duì)于這兩次曝光，LPUV的入射角是40度。隨后，LCP層通過(guò)在 LPP層上旋涂R0F5106LCP前體的37% wt%溶液(即，以IOOOrpm)來(lái)形成。LCP層中的LC 指向矢采用由模式化的LPUV曝光劑量限定的傾角模式和方位角模式。LCP前體層隨后被退 火、UV固化以形成LCP、后烘培。因而產(chǎn)生的LCP層包括在線之間有慢軸(SA)方位角偏移的高/低斜線的光柵。 特別是，高/低斜線展示大約45度SA偏移。更具體地，根據(jù)所產(chǎn)生的低傾斜SA離光柵方 向?yàn)榇蠹s57度以及所產(chǎn)生的高傾斜SA離光柵方向?yàn)榇蠹s14度，觀察到45度SA偏移。特 別地，在高/低傾斜光柵線之間的SA偏移表現(xiàn)為小于第一和第二次LPUV曝光的方位角的 偏移。這是由于第二次曝光所限定的高傾角區(qū)實(shí)際上接收具有不同的方位角的兩個(gè)不同的 LPUV曝光劑量。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，LPUV劑量模式通過(guò)使LPP層對(duì)LPUV曝光來(lái)建立，同 時(shí)LPP層在單個(gè)方向上平移。更具體地，移動(dòng)的LPP層通過(guò)插在LPP層和LPUV源之間的靜 止的孔和/或掩?；蚩缀?或掩模的系列被曝光。因此，LPUV劑量模式沿著襯底表面的一 個(gè)方向建立，而沿著另一方向?qū)嵸|(zhì)上是恒定的。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)使用兩布驟過(guò)程照射LPP層在上述R0P119/ R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)中提供了空間上變化的傾角。在第一步驟中，靜止的LPP層通過(guò)規(guī)則 的孔對(duì)低劑量的線偏振光均勻地曝光。在第二步驟中，LPP層通過(guò)鋸齒形光掩模對(duì)較高劑量 的線偏振光曝光，同時(shí)LPP層在第一方向上平移。在這個(gè)實(shí)施方式中，能量密度(即，劑量) 將以預(yù)定的連續(xù)方式變化。更具體地，輸送到LPP層上的每個(gè)點(diǎn)的LPUV劑量由曝光時(shí)間和 LPUV功率的積確定。曝光時(shí)間是襯底的平移速度和孔的寬度的函數(shù)。LPUV功率是孔開(kāi)口 的透射的函數(shù)。通常，照明的所需能量密度和波長(zhǎng)將取決于LPP材料。對(duì)于上述R0P119/ R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)，能量密度一般在30-300mJ/cm2之間，而波長(zhǎng)范圍一般將在280和 365nm之間。LPUV的入射角一般將在20和60度之間。獲得期望劑量所需的鋸齒形孔的平 移速度和寬度取決于偏振UV光源的功率輸出。參考圖6，示出了在200mm玻璃襯底上產(chǎn)生的微觀的連續(xù)變化的傾角結(jié)構(gòu)的例子。 更具體地，圖6中左側(cè)示出在交叉的偏振器之間觀看的結(jié)構(gòu)的BS圖像，中間的圖示出空間 上變化的延遲，而右側(cè)示出基本一致的FA軸的方位角方向。在附圖的右下側(cè)還示出了鋸齒 形光掩模?？臻g上變化的傾角LCP結(jié)構(gòu)通過(guò)在200mm熔融的硅石襯底晶片上旋涂包括環(huán)戊酮 中的ROPl 19的2wt %溶液的LPP層來(lái)形成(例如，在60秒內(nèi)以2000RPM)，以獲得50nm厚的 取向?qū)?。在這個(gè)實(shí)施方式中，在襯底上不設(shè)置抗反射層。LPP涂敷的襯底接著經(jīng)受兩步驟照 射過(guò)程，其中LPP涂敷的襯底通過(guò)某些孔以平移掃描方式被曝光。在第一步驟中，該層在第 一次曝光中通過(guò)平行的孔對(duì)以恒定的速度在單個(gè)方向上掃描的LPUV曝光，以在所有位置 提供40mJ/cm2的均勻劑量。在第二步驟中，該層在第二次曝光中通過(guò)鋸齒形劑量孔(例如， 如圖6所示)對(duì)與在第一次曝光中一樣以恒定的速度在相同的方向上掃描的LPUV曝光，以 在垂直于掃描方向的方向上產(chǎn)生從0到60mJ/cm2的周期性變化的劑量。更具體地，由于這 個(gè)兩步驟曝光過(guò)程，LPP層在垂直于掃描方向的方向上在LPP層的整個(gè)表面上接收從40到lOOmJ/cm2擺動(dòng)的LPUV劑量。對(duì)于這兩次曝光，LPUV光的方位角是O度。對(duì)于這兩次曝光， LPUV的入射角是40度。隨后，LCP層通過(guò)在LPP層上旋涂R0F5106LCP前體的37%襯％溶 液(即，以IOOOrpm)來(lái)形成。LCP層中的LC指向矢采用由模式化的LPUV曝光劑量限定的 傾角模式。LCP前體層隨后被退火、UV固化以形成LCP、后烘培。因而產(chǎn)生的LCP層具有面內(nèi)延遲值，其在鋸齒形模式中在襯底上的一個(gè)方向上變 化。更具體地，由于傾角在65和50度(即，相應(yīng)于Δη范圍在0. 012和10. 04)之間變化， 大致線性變化的延遲在大約25到85nm之間變化。在上述實(shí)施方式中，襯底在垂直于LPUV的方位角的方向上平移，這在LCP層中產(chǎn) 生平行于平移方向且恒定的FA。在其它實(shí)施方式中，LPUV方位角方向在第二次曝光期間旋 轉(zhuǎn)，以便使LCP層的FA方位角方向在空間上變化。在又一些實(shí)施方式中，LPP層旋轉(zhuǎn)而不 是平移。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)使用兩布驟過(guò)程照射LPP層在上述R0P119/ R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)中提供了空間上變化的傾角。在第一步驟中，靜止的LPP層通過(guò)第一 靜止的窄弧形孔(即，具有只有幾度的頂角)對(duì)低劑量的線偏振光曝光，同時(shí)襯底從起始位 置繞著垂直于其表面并與孔的頂點(diǎn)重合的軸旋轉(zhuǎn)360度。在第二步驟中，LPP層通過(guò)第二 靜止的窄弧形孔(即，具有只有幾度的頂角)對(duì)較高劑量的線偏振光曝光，該孔的透射在 徑向方向上從其頂點(diǎn)變化，同時(shí)襯底從相同的起始位置繞著垂直于其表面并與孔的頂點(diǎn)重 合以及也與第一次曝光的旋轉(zhuǎn)軸重合的軸旋轉(zhuǎn)360度。在這兩次曝光中，孔放置在相對(duì)于 襯底的起始位置的相同位置上，且LPUV照明的方位角是襯底的同一相對(duì)起始位置。輸送 到LPP層上的每個(gè)點(diǎn)的劑量由曝光時(shí)間和LPUV功率的積確定，然而，曝光時(shí)間是襯底的角 速度和孔的角寬度的函數(shù)。LPUV功率依然是孔開(kāi)口的透射的函數(shù)。通常，照明的所需能量 密度和波長(zhǎng)將取決于LPP材料。對(duì)于上述R0P119/R0F5106LPP/LCP系統(tǒng)，能量密度一般在 30-300mJ/cm2之間，而波長(zhǎng)范圍一般將在280和365nm之間。LPUV的入射角一般將在20和 60度之間。所需的旋轉(zhuǎn)速度取決于期望劑量、LPUV功率和孔開(kāi)口的角寬度。兩次曝光的組 合效應(yīng)提供一劑量，該劑量相對(duì)于襯底從相應(yīng)于孔的頂點(diǎn)位置的點(diǎn)徑向變化，并且在繞著 該點(diǎn)的方位角方向上是恒定的。此外，在相對(duì)于襯底的方位角方向上，關(guān)于該點(diǎn)，LPUV的方 向在方位角位置每變化一度時(shí)變化1度。隨后，LCP層通過(guò)在LPP層上旋涂R0F5106LCP前 體的37% 溶液(S卩，以IOOOrpm)來(lái)形成。LCP層中的指向矢采用由模式化的LPUV曝 光劑量限定的傾角模式。LCP前體層隨后被退火、UV固化以形成LCP、后烘焙。在這個(gè)實(shí)施 方式中，LCP的LC指向矢采用繞著襯底上的點(diǎn)的旋渦方位角取向(階數(shù)m = 2)，但也采用 在遠(yuǎn)離該點(diǎn)徑向方向上變化的傾角。在襯底和/或LPUV光改變(例如，平移、旋轉(zhuǎn)等)的上述實(shí)施方式中，LPP層可選 地受到不止一種上述變化。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，產(chǎn)生LPP的多于一個(gè)高劑量旋轉(zhuǎn)曝 光，其中旋轉(zhuǎn)中心在曝光之間不同。在另一實(shí)施方式中，LPP層和相對(duì)于襯底的LPUV方向 在旋轉(zhuǎn)曝光過(guò)程期間變化。在其它實(shí)施方式中，LPP層被曝光多次，每次使用不同的光掩模 和/或孔。在后一種情況下，可選地使用一個(gè)或多個(gè)平移方向，其中在襯底的平面中的襯底 的旋轉(zhuǎn)方向在每次平移之前產(chǎn)生，且其中LPUV方向可選地在每次平移之前旋轉(zhuǎn)。實(shí)質(zhì)上， 容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的2維劑量和方位角方向模式。在襯底和/或LPUV光源改變的上述實(shí)施方式的每個(gè)實(shí)施方式中，平移速度、角速
10度和LPUV源是恒定的。在其它實(shí)施方式中，平移速度或角速度被調(diào)節(jié)，同時(shí)襯底被平移或 旋轉(zhuǎn)。在又一些實(shí)施方式中，LPUV源功率在平移或旋轉(zhuǎn)過(guò)程期間被調(diào)節(jié)。在襯底和/或LPUV光源改變的上述實(shí)施方式的每個(gè)實(shí)施方式中，光掩模具有允許 LPUV通過(guò)LPP層、完全阻擋LPUV和/或允許LPUV的一部分通過(guò)LPP層的一個(gè)或多個(gè)部分。 例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，光掩模是由UV阻擋材料制造的具有孔的板(即，金屬板)。在一 個(gè)實(shí)施方式中，孔具有在寬度上變化(調(diào)節(jié))的開(kāi)口剖面，寬度在平行于襯底的平移方向的 方向上被測(cè)量。在另一實(shí)施方式中，孔具有完全被阻擋的部分。在又一實(shí)施方式中，孔開(kāi)口 具有變化的光透射(例如，如果漸變的光密度掩模用作光掩模)。有利地，基于靜止光掩模和靜止襯底的上述實(shí)施方式對(duì)生產(chǎn)復(fù)雜和細(xì)微地摹制的 傾角結(jié)構(gòu)特別有用，而基于機(jī)械啟動(dòng)的襯底和/或LPUV光源的上述實(shí)施方式對(duì)生產(chǎn)較不復(fù) 雜和宏觀傾角結(jié)構(gòu)特別有用。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，空間上變化的傾角通過(guò)使用相對(duì)低的LPUV劑量 (即，低于 40mJ/cm2)使LPP層曝光來(lái)建立。可選地，低LPUV劑量通過(guò)一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的 掩模的系列提供，作為劑量的范圍或兩個(gè)或多個(gè)離散的劑量。如圖3所示，對(duì)于上述LPP/LCP系統(tǒng)，使用低LPUV劑量(S卩，低于 40mJ/cm2且特 別低于30mJ/cm2)照射LPP層將導(dǎo)致隨后涂鍍的LCP層中的微觀低傾角域(LTD)的形成。 術(shù)語(yǔ)LTD指具有與周?chē)腖CP材料比較相對(duì)低的傾角的區(qū)域。更具體地，LTD稍微表現(xiàn)為在 周?chē)罢１憩F(xiàn)”的較高傾角LCP相內(nèi)的隔離的相分離域。因?yàn)長(zhǎng)TD具有明顯較低的傾角， 它們展示比周?chē)牧细叩拿鎯?nèi)延遲(或雙折射)。因?yàn)長(zhǎng)TD的空間分布一般在LCP層內(nèi) 是隨機(jī)的，結(jié)果是具有隨機(jī)分布的二進(jìn)制(或接近于二進(jìn)制)空間上變化的傾角。通常，當(dāng) LPUV劑量降低時(shí)，LTD的尺寸和區(qū)域密度將增加。在某個(gè)點(diǎn)，如果劑量足夠低，則預(yù)期LTD 的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)。參考圖7，示出了使用上述LPP/LCP系統(tǒng)在20mJ/cm2處以單次曝光形成微觀LTD的 例子。更具體地，照片顯示圖像，其中該結(jié)構(gòu)包括具有空間上變化的傾角的第一區(qū)域(即， 顯示LTD的上面的區(qū)域)和具有一致的傾角的第二區(qū)域(即，下面的區(qū)域)。上面的照片 是BS圖像，樣本在交叉的偏振器之間的透射中被觀看，而下面的照片是DS圖像，樣本在交 叉的偏振器之間的透射中被觀看。右下方的照片顯示在BS圖像中的LTD的特寫(xiě)，樣本在交 叉的偏振器之間的透射中被觀看?？臻g上變化的傾角LCP結(jié)構(gòu)通過(guò)在200mm熔融的硅石襯底晶片上旋涂包括環(huán)戊酮 中的R0P119的2wt%溶液的LPP層來(lái)形成(例如，在60秒內(nèi)以2000RPM)，以獲得50nm厚 的取向?qū)印Ｔ谶@個(gè)實(shí)施方式中，在襯底上不設(shè)置抗反射層。LPP涂敷的襯底首先在第一次曝 光中在20mJ/em2的相對(duì)低的均勻劑量處對(duì)LPUV曝光。只LPP涂敷的襯底的下面的部分接 著在第二次曝光中對(duì)100mJ/cm2的LPUV劑量(即，對(duì)于120mJ/cm2的總劑量)曝光。LPUV 光的方位角在每種情況下為0。隨后，LCP層通過(guò)在LPP層上旋涂R0F5106LCP前體的37% 1%溶液(即，以IOOOrpm)來(lái)形成。LCP前體層隨后被退火、UV固化以形成LCP、后烘培。因而形成的LCP層具有在空間上變化的面內(nèi)延遲。特別是，下面的區(qū)域?qū)⒕哂邢?應(yīng)于相對(duì)高傾角的一致的延遲，而上面的區(qū)域具有二進(jìn)制空間上變化的延遲。更具體地，面 內(nèi)延遲值在襯底的整個(gè)表面上以隨機(jī)的二進(jìn)制方式在空間上變化。參考圖7，二進(jìn)制空間 上變化的傾角產(chǎn)生于從LTD的形成(即，BS圖像中的較亮的相)。特別地，LTD通過(guò)旋向線(即，較低的傾斜相的較黑的線)與主LC矩陣分離。通常，兩個(gè)相將展示相同的慢軸(SA) 方向，雖然確切的傾角和面內(nèi)折射沒(méi)有被測(cè)量。有利地，該實(shí)施方式使用單次曝光提供了兩個(gè)離散的LCP傾角(即，一個(gè)來(lái)自LTD， 而一個(gè)來(lái)自“正常”表現(xiàn)的LCP)的隨機(jī)空間分布。通常，LCP層內(nèi)的LTD的相對(duì)尺寸和區(qū)域 密度依賴于曝光劑量，以及依賴于其它處理?xiàng)l件。在參考圖7討論的實(shí)施方式中，使用單次曝光實(shí)現(xiàn)空間上變化的傾角。在其它實(shí) 施方式中，使用足夠低劑量LPUV光的LTD的形成與上述實(shí)施方式中的任何一個(gè)組合。例如， 參考圖8，示出了使用類(lèi)似于用于形成圖4所示的結(jié)構(gòu)的方法形成的微觀LTD的例子。更具體地，空間上變化的傾角LCP結(jié)構(gòu)通過(guò)在200mm熔融的硅石襯底晶片上旋涂 包括環(huán)戊酮中的R0P119的2wt%溶液的LPP層來(lái)形成(例如，在60秒內(nèi)以2000RPM)，以獲 得50nm厚的取向?qū)?。在這個(gè)實(shí)施方式中，在襯底上不設(shè)置抗反射層。LPP涂敷的襯底接著 經(jīng)受兩步驟照射過(guò)程。在第一步驟中，該層在第一次曝光中對(duì)LPUV曝光而沒(méi)有光掩模，以 在所有位置設(shè)定最低傾角。更具體地，該第一 LPUV曝光提供了相應(yīng)于較低的傾角的均勻低 劑量(即，20mJ/cm2)。在第二步驟中，上面的部分在第二次曝光中通過(guò)具有5 μ m線/5 μ m 的間隔的光柵光掩模對(duì)LPUV光曝光，以在相應(yīng)于光掩模的透射區(qū)域(5 μ m間隔)的選定位 置設(shè)定較高的傾角。更具體地，第二次LPUV曝光提供了模式化的高劑量(即，lOOmJ/cm2)， 使得第一次低劑量曝光和第二次高劑量曝光的和相應(yīng)于在相應(yīng)于光掩模的透射區(qū)域的位 置處產(chǎn)生的高傾角。對(duì)于這兩次曝光，LPUV光的方位角是相同的，其相對(duì)于某個(gè)任意參考 被測(cè)量(在這種情況下，方位角名義上平行于光柵方向)。隨后，LCP層通過(guò)在LPP層上旋 涂R0F5106LCP前體的37% 溶液(S卩，以IOOOrpm)來(lái)形成。LCP層中的LC指向矢采用 由模式化的LPUV曝光劑量限定的傾角圖案。LCP前體層隨后被退火、UV固化以形成LCP、 后烘培。因而產(chǎn)生的LCP層包括具有5微米寬的線的上面的區(qū)域以及具有隨機(jī)分布的 LTD(例如，相應(yīng)于20mJ/cm2的單次劑量)的下面的區(qū)域，這些線以傾角交替(例如，相應(yīng) 于20和120mJ/cm2的交替的劑量)。參考圖8，較黑的光柵線相應(yīng)于120mJ/cm2劑量，因此 具有較高的傾角，而較亮的光柵線相應(yīng)于20mJ/cm2劑量，因此具有比120mJ/cm2劑量低的傾 角。特別地，LTD表現(xiàn)為優(yōu)先形成低劑量光柵線。特別是，顯然較小尺寸的LTD只在較亮的 20mJ/cm2劑量線上成核。然而，一些較大尺寸的LTD被發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)或多個(gè)20mJ/cm2劑量線 之間越過(guò)120mJ/cm2線跨接。有利地，展示LTD橋接效應(yīng)的LCP層在需要三個(gè)或多個(gè)LCP傾角的準(zhǔn)隨機(jī)分布和 /或在沒(méi)有LTD的情況下可用傾角的范圍不足的應(yīng)用中有潛力。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中， LPP層對(duì)交替的小特征的圖案曝光，例如，如在微觀棋盤(pán)格圖案中的，其中交替的特征可選 地對(duì)高和低LPUV劑量曝光。在這種情況下，該過(guò)程被優(yōu)化以使LTD在低劑量特征的某個(gè)比 例上隨機(jī)地成核，且對(duì)那些LTD中的一些橋接到其它附近的低劑量特征。在其它實(shí)施方式中，通過(guò)增加高劑量特征的寬度，增加低劑量特征的寬度，或增加 應(yīng)用于低劑量線的劑量，LTD橋接減小和/或被消除，以便減小LTD的尺寸和區(qū)域密度。設(shè)想了對(duì)具有空間上變化的傾角特別是具有LTD的LCP層的很多應(yīng)用。例如，在 一個(gè)實(shí)施方式中，具有空間上變化的傾角的LCP層用于抑制激光照明系統(tǒng)中的散斑。激光照明系統(tǒng)通常用在投影顯示器中，以提供高功率照明和飽和顏色。然而，雖然
12激光器提供了具有良好色彩的明亮圖像，但是圖像質(zhì)量由于散斑而降低。當(dāng)相干光從粗糙 或多塵的表面反射或通過(guò)具有隨機(jī)折射率變化的介質(zhì)傳播時(shí)產(chǎn)生散斑。更具體地，反射光 包括具有大于光波長(zhǎng)的微分延遲的多個(gè)光束，當(dāng)反射光在探測(cè)器(例如人眼或平方律光電 探測(cè)器)處干涉時(shí)產(chǎn)生散斑。該干涉提供了光密度的不均勻的、隨機(jī)的波動(dòng)，通常稱為散斑 圖樣。在投影顯示器中，散斑通常在光從顯示屏反射時(shí)產(chǎn)生，顯示屏一般具有大于激光 的波長(zhǎng)的四分之一的表面粗糙度。所反射的激光的因而形成的隨機(jī)空間干擾產(chǎn)生明顯降低 圖像質(zhì)量(例如，使它看起來(lái)是粒狀的和/或較不清楚)的散斑圖樣。此外，根據(jù)視點(diǎn)，散 斑圖樣可能由于在給定方向上的相對(duì)相位延遲的不同特征而改變。因此，被觀察的圖像隨 著視點(diǎn)改變，且光學(xué)系統(tǒng)不能可靠地重建高保真度圖像。雖然折射率變化、光學(xué)部件上的灰塵和屏幕粗糙度都引起散斑，該效應(yīng)一般只在 使用相干光源例如激光器時(shí)是個(gè)明顯的問(wèn)題。存在幾種方法用于減少/破環(huán)激光輸出的相 干性，使得顯示器不受圖像質(zhì)量降低的影響。一種方法是增加縱模的數(shù)量，以便來(lái)自多個(gè)波 長(zhǎng)的散斑圖樣平均到平滑的分布。另一方法是使相干激光二極管(LD)的陣列平鋪，該陣列 規(guī)定空間上不相干的照明。不幸的是，波長(zhǎng)分集的這個(gè)規(guī)定是昂貴的方法(即，很多微型投 影儀一般依賴于單個(gè)LD芯片來(lái)輸出數(shù)十流明照明)。又一方法是在激光照明中創(chuàng)建偏振分 集。例如，一個(gè)激光光束可分成兩個(gè)偏振，第一偏振被允許通過(guò)PBS，而第二偏振被延遲大于 激光的相干波長(zhǎng)。不幸的是，這種方法龐大且具有有限的散斑對(duì)比度降低。除了改變激光二極管(LD)布置(即，降低空間相干性)或處理激光器件特征 (即，提供偏振和波長(zhǎng)分集)以減小激光光束的空間和時(shí)間相干性以外，可代替的方法是 創(chuàng)建各種各樣的沸騰散斑圖樣的很多小顆粒，沸騰散斑圖樣及時(shí)移動(dòng)過(guò)XY平面并允許對(duì) 探測(cè)器(即，眼睛)的時(shí)間平均以減少?gòu)?qiáng)度不均勻性。該方法一般需要外部光學(xué)元件，例 如擴(kuò)散器[J.W.Goodman et al·, "Speckle reduction by a moving diffuser in laser projectiondisplays, "Annual Meeting of the Optical Society of America, Rhode Island, 2000]、相位板[美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，323，984和06747781]、或隨機(jī)衍射光學(xué)元件[L. Wang et al. , Specklereduction in laser projection systems by diffractive optical element, ” Appl. Opt. 37，pp. 177-1775，1998]，其被振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)以隨時(shí)間對(duì)每個(gè)XY位置產(chǎn) 生多個(gè)相位延遲。在由此通過(guò)引用被并入本申請(qǐng)的對(duì)于激光照明系統(tǒng)的基于延遲器的去散斑器件 的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)12/424，168中，Tan等人提出了另一方法，使用可啟動(dòng)的波片元件來(lái)產(chǎn)生很 多不同的沸騰散斑圖樣。特別是，可啟動(dòng)的波片元件通過(guò)提供可變的相位調(diào)制產(chǎn)生各種各 樣的散斑圖樣，該相位調(diào)制由近半波光學(xué)延遲器的機(jī)械擾動(dòng)和/或電子轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，該近半 波光學(xué)延遲器具有包括多個(gè)旋渦的空間上變化的慢軸方向(即，傾角是恒定的，但方位角 在延遲器的整個(gè)表面上變化)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，具有空間上變化的傾角的LCP層用于產(chǎn)生隨機(jī)相位 擴(kuò)散器，其用于在激光投影系統(tǒng)中抑制散斑。參考圖9，示出了形成隨機(jī)相位擴(kuò)散器的隨機(jī)傾斜的液晶器件的例子。器件200包 括布置在襯底209上的可變傾斜LC層201。LC層201包括多個(gè)不同地傾斜的指向矢，其中 兩個(gè)被示為202和203。出于說(shuō)明的目的，LC層201被示為平行于XY平面，而入射光平行于Z軸215傳播。LC分子的傾斜面平行于XZ平面。輸入線偏振210被取向到傾斜面。在沒(méi)有損失一般性的情況下，單個(gè)編碼元件由相對(duì)于Z軸傾斜一角度并包含在XZ 面內(nèi)的LC指向矢表示。參考圖10，該LC指向矢的雙折射可被投影到如(b)中所示的面內(nèi) 和面外雙折射部件，該LC指向矢具有如(a)中所示的單軸0板雙折射。更具體地，LC指向 矢202形成具有Z軸的極角偏移222 θ。，而面外傾角223 θ t由π /2- θ。給出。在極端情況 下，LC取向具有A板對(duì)稱性(θ t = 0度)或C板對(duì)稱性(θ t = 90度)。從描述折射率橢 球的二次方程中，面內(nèi)na和面外η。有效折射率由XY平面230內(nèi)的投影和沿著Z軸240的 投影表示。這些有效折射率由下式給出
權(quán)利要求
1.一種制造包括具有空間上變化的傾角的液晶層的光學(xué)元件的方法，所述方法包括步驟a)使用線性光聚合的聚合物層涂覆襯底；b)使用線偏振紫外光以斜角照射所述線性光聚合的聚合物層；以及c)在所照射的線性光聚合的聚合物層的表面上涂敷一層液晶材料，其中所述液晶材料在其傾角和線偏振紫外光的總劑量之間有預(yù)定的關(guān)系，以及其中使用至少一個(gè)劑量的線偏振紫外光照射所述線性光聚合的聚合物層，所述至少一 個(gè)劑量的線偏振紫外光足以引起在具有比相鄰區(qū)域更大的面內(nèi)雙折射率的液晶層內(nèi)形成 多個(gè)離散區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液晶材料包括液晶聚合物前體，并包括步驟d)使用紫外光照射具有所述多個(gè)離散區(qū)域的所述液晶層以形成液晶聚合物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟b)包括使用足以引起形成所述多個(gè)離散區(qū)域的所述至少一個(gè)劑量的線偏振紫外光照射所述 線性光聚合的聚合物層；以及通過(guò)光掩模使用第二劑量的線偏振紫外光照射所述線性光聚合的聚合物層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述光掩模包括對(duì)所述線偏振紫外光的不同透射水 平的至少兩個(gè)離散區(qū)域。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述光掩模是具有對(duì)所述線偏振紫外光的連續(xù)變化 的透射的可變透射掩模。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述光掩模是光柵光掩模。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述至少一個(gè)劑量和所述第二劑量由具有相對(duì)于所 述襯底的不同方位角方向的線偏振光所提供。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b)包括使用足以引起形成所述多個(gè)離散區(qū)域的所述至少一個(gè)劑量的線偏振紫外光照射所述 線性光聚合的聚合物層；以及通過(guò)光掩模使用第二劑量的線偏振紫外光照射所述線性光聚合的聚合物層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟b)包括移動(dòng)所述光掩模和所述襯底中的至少一個(gè)，同時(shí)使用所述第二劑量的線偏振紫外光照 射所述線性光聚合的聚合物層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液晶層內(nèi)的所述多個(gè)離散區(qū)域和周?chē)膮^(qū)域 具有相同的慢軸方位角方向。
11.如權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底包括布置在所述襯底的背 面上的紫外抗反射涂層或紫外吸收涂層。
12.如權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述至少一個(gè)劑量小于40mJ/cm2。
13.如權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述至少一個(gè)劑量小于30mJ/cm2。
14.如權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述多個(gè)離散區(qū)域是隨機(jī)或準(zhǔn)隨機(jī) 分布的。
15.如權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述光學(xué)元件用于抑制激光照明系 統(tǒng)中的散斑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造包括具有空間上變化的傾角的液晶層的光學(xué)元件的方法，包括使用線性光聚合的聚合物層涂覆襯底，使用線偏振紫外光以斜角照射線性光聚合的聚合物層，以及在所照射的線性光聚合的聚合物層的表面上涂敷一層液晶材料。液晶材料在其傾角和線偏振紫外光的總劑量之間有預(yù)定的關(guān)系。使用至少一個(gè)劑量的線偏振紫外光照射線性光聚合的聚合物層，所述至少一個(gè)劑量的線偏振紫外光足以引起在具有比相鄰區(qū)域更大的面內(nèi)雙折射率的液晶層內(nèi)形成多個(gè)離散區(qū)域。
文檔編號(hào)G02B5/30GK101995598SQ201010248400
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者大衛(wèi)·M.·西蒙, 譚金龍 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司