一种线栅偏振器的制造方法

技术领域

本发明涉及线栅偏振器技术领域，特别是涉及一种线栅偏振器的制造方法。

背景技术

线栅偏振器具有线栅结构，其中以预定周期布置在透明基板上呈条状突出的金属线。如果金属线的排列周期接近或大于入射电磁波的波长，则会发生典型的衍射现象；如果金属线的排列周期小于入射电磁波的波长，则会发生极化现象。即如果金属线的布置周期，即栅格间隔足够小，则平行于金属线偏振的光(即S偏振光)被金属栅格的反射特性所反射，并且垂直于金属线偏振的光(即P偏振)被透射。此时，金属线的宽度，厚度和布置周期与线栅偏振器的偏振特性，即透射率和反射率有关。

为了使线栅偏振器用于400nm至700nm波段的可见光，通常需要λ/5或更短的周期，即100nm或更短的线宽结构。然而，使用常规半导体工艺的光刻工艺很难形成具有这样的100nm或更小的精细图案的线栅，并且特别地，不可能形成大面积的图案。因此，常规的线栅偏振器首先使用电子束光刻形成主图案，然后使用电镀方法制造作为主图案的反相的模具。接下来，将金属层和聚合物层顺序地堆叠在透明基板上，并且使用模具在聚合物层上形成图案。最后，通过倾斜沉积将金属栅格沉积在该图案上。

然而，线栅偏振器的传统制造方法具有以下问题：由于工艺复杂，难以批量生产，并且由于需要诸如真空沉积设备的昂贵设备，因此使得生产成本极高。此外，通过这种方法制造的线栅偏振器仅具有几英寸的尺寸，因此难以应用于较大尺寸的显示面板上。

因此，本领域技术人员致力于开发一种能够批量生产的线栅偏振器的制造方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明公开了一种线栅偏振器的制造方法，所要解决的技术问题是提供一种能够批量生产的线栅偏振器的制造方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种线栅偏振器的制造方法，包括如下的步骤：

1)提供若干个表面刻蚀有微结构的基板，所述微结构为同向平行间隔布置的条状结构；

2)将刻蚀有微结构的基板对齐逐层叠加形成填充单元，并使基板内的条状结构形成若干方向一致的通道，所述通道除了两端的出入口敞开，叠加的侧壁处具有良好的密封性；将叠加后的填充单元整体放入金属填充装置的填充腔内，密封填充腔，并通过填充腔两端产生的压力差，使得被增压的金属填充介质在压力作用下流经所有的通道，并在流经通道时，金属填充介质将所有通道填满；

3)对填满金属填充介质的填充单元进行充分均匀的加热，使金属填充介质烧结定型于通道中并形成金属线栅；

4)将烧结后的填充单元进行拆分，得到若干个金属线栅单元；

所述金属填充装置包括本体，所述本体的两端设置有第一压力腔和第二压力腔，所述第一压力腔和第二压力腔之间的本体内设置有所述填充腔，所述填充腔设置有可拆卸的密封盖，所述填充腔内设置有用于金属填充介质烧结的加热装置。第一压力腔、第二压力腔和填充腔可连通或隔断，密封盖用于使填充腔密封。

以上基板的形成可以采用纳米压印光刻技术和干法刻蚀工艺相结合的方式制造，具体工艺为：在透光性基板的表面涂覆纳米压印胶层，通过压印模板在所述纳米压印胶层上压印出平行排列的凹凸微结构图案；再利用干法刻蚀工艺对凹槽底部的基板进行蚀刻；最后再利用干法刻蚀工艺将基板上表面的压印胶全部去除，使基板形成微结构。

优选的，所述第一压力腔和第二压力腔靠近所述填充腔的一侧均设置有闸门，第一压力腔和第二压力腔分别设置有用于调节其内压力值的调压阀。

优选的，为了便于填充单元的拆分，烧结后的金属填充介质所形成的金属线栅的剥离侧设置有剥离层。所述剥离层为有机硅化合物材料，在填充单元填充烧结前可以在相邻填充单元之间的接触面或金属线的剥离侧设置，有机硅化合物材料可为FOTS(1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷)的自组装单层或纳米薄膜。所述剥离层可以通过溶液步骤、气相沉积步骤等工艺形成。

优选的，在步骤2)中，所述基板设置有微结构的一侧设置有盖板，所述盖板与所述基板之间的微结构形成若干条方向一致的通道，将带有盖板的基板逐层叠加形成所述填充单元；在步骤3)中，将所形成的金属线栅保留至基板一侧或盖板一侧。

优选的，在步骤2)中，将带有微结构的基板逐层叠加，使相邻基板之间形成若干方向一致的通道，并在最上层的基板上设置盖板与多个所述基板形成所述填充单元。

优选的，位于最上层的金属线栅保留至盖板一侧，其余金属线栅保留至基板的下底面，将基板远离金属线栅一侧保留侧的微结构通过化学机械抛光工艺去除，最终得到金属线栅单元。

优选的，所述基板上的微结构采用纳米压印光刻工艺与干法刻蚀工艺相结合的方式加工。

优选的，所述金属填充介质设置为金属墨水或金属纳米粉末。

优选的，所述基板为耐高温、透明材质，基板的材料可设置为玻璃或石英。

优选的，加工后的金属线栅单元的金属线栅侧覆盖有透明保护层。

本发明的有益效果是：

通过将基板逐层叠加形成具有多个通道的填充单元，之后再将填充单元放入金属填充装置中进行批量、一次性的金属填充介质的填充及烧结，之后再对填充单元进行拆分，继而一次性批量加工金属线栅。以此方式加工，无需投入昂贵的真空沉积设备，且工艺简单，生产成本低，能够批量化生产，大大提高了生产效率，而且还能够满足较大尺寸线栅偏振器的加工。

附图说明

图1是本发明线栅偏振器的制造方法的实施例1的示意图；

图2是本发明线栅偏振器的制造方法的实施例2的示意图；

图3是本发明的金属填充装置的结构示意图；

图4是本发明压印模板的制作过程的示意图。

上述附图中：1、基板；11、微结构；2、通道；3、盖板；4、金属填充介质；41、金属线栅；5、金属填充装置；51、本体；52、第二压力腔；53、第一压力腔；54、填充腔；55、密封盖；56、闸门；6、透明保护层；8、纳米压印胶层；81、压印图案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1和图2所示，本发明提供了一种线栅偏振器的制造方法，包括如下的步骤：

1)提供若干个表面刻蚀有微结构11的基板1，微结构11为同向平行间隔布置的条状结构；

2)将刻蚀有微结构11的基板1对齐逐层叠加形成填充单元，并使基板1内的条状结构形成若干方向一致的通道2，通道2除了两端的出入口敞开，叠加的侧壁处具有良好的密封性；将叠加后的填充单元整体放入金属填充装置5的填充腔54内，密封填充腔54，并通过填充腔54两端产生的压力差，使得被增压的金属填充介质4在压力作用下流经所有的通道2，并在流经通道2时，金属填充介质4将所有通道2填满；

3)对填满金属填充介质4的填充单元进行充分均匀的加热，使金属填充介质4烧结定型于通道2中并形成金属线栅41；

4)将烧结后的填充单元进行拆分，得到若干个金属线栅单元。为了便于填充单元的拆分，烧结后的金属填充介质4所形成的金属线栅41的剥离侧设置有剥离层。剥离层为有机硅化合物材料，在填充单元填充烧结前可以在相邻填充单元之间的接触面或金属线的剥离侧设置，有机硅化合物材料可为FOTS(1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷)的自组装单层或纳米薄膜。剥离层可以通过溶液处理步骤、气相沉积步骤等工艺形成。

在本制造方法中，金属填充介质4可以设置为金属墨水或金属纳米粉末，优选金属墨水，若采用金属纳米粉末，可以使得金属纳米粉末随气流吹入，有关此方式的具体操作，相关技术中已有说明，在此不做具体赘述。

此外，作为优选，基板1为耐高温、透明材质，基板1的材料设置为玻璃或石英。加工后的金属线栅单元的金属线栅41侧覆盖有透明保护层6，用以防止金属线栅41氧化或受到破坏。

在本发明中，通过将基板1逐层叠加形成具有多个通道2的填充单元，之后再将填充单元放入金属填充装置5中进行批量、一次性的金属填充介质的填充及烧结，之后再对填充单元进行拆分，继而一次性批量加工金属线栅41。以此方式加工，无需投入昂贵的真空沉积设备，且工艺简单，生产成本低，能够批量化生产，大大提高了生产效率，而且还能够满足较大尺寸线栅偏振器的加工。

如图3所示，以上的金属填充装置5包括本体51，本体51的两端设置有第一压力腔53和第二压力腔52，第一压力腔53和第二压力腔52之间的本体51内设置有填充腔54，填充腔54设置有可拆卸的密封盖55，填充腔54内设置有用于金属填充介质4烧结的加热装置。作为优选，加热装置可设置为铺设于填充腔内壁的加热片。第一压力腔53、第二压力腔52和填充腔54可连通或隔断，密封盖55用于使填充腔54密封。第一压力腔53和第二压力腔52靠近填充腔54的一侧均设置有闸门56，第一压力腔53和第二压力腔52分别设置有用于调节其内压力值的调压阀。

作为优选，上述金属填充装置的外部装置可设置增压装置和废料回收装置，譬如，当第一压力腔53中填充的金属墨水受一端增压装置作用，从上述设置有凹凸图案的基板中的细长通道流入第二压力腔52后，再通过废料回收装置将第二压力腔52中的废料回收再利用。有关增压装置和废料回收装置的具体设置，相关技术中都较为常用，在此不做具体赘述。

采用上述结构设计的金属填充装置，为了方便在上述相邻线性凸起之间的线性凹槽中形成所需金属线，作为优选，在将设置有凹凸图案的基板放入填充腔时，可先将凹凸图案基板图案开口侧加盖一盖板，使得相邻线性凸起之间的线性凹槽与盖板形成一细长通道，之后再将基板上的通道的两端口朝向两侧的第一压力腔和第二压力腔放到填充腔，最后再通过密封盖将填充腔密封。

当金属填充装置开始工作时，可先将第一压力腔53和第二压力腔52对应的闸门56打开，之后使得金属墨水在压力作用下依次从第一压力腔53、基板上的通道2、第二压力腔52流出，在此过程中，可以通过两调压阀的调节，使得第一压力腔53的压力大于第二压力腔52的压力，之后再逐渐的将第二压力腔52一侧的调压阀关闭，使得金属墨水逐渐的将上述通道填满压实，在完成上述操作后，可将填充腔两侧的闸门关闭，之后再将密封盖去除，并对填充腔中填充有金属颗粒的基板加热至90

基板1表面的微结构11可以采用电子束光刻或纳米压印光刻技术与刻蚀工艺相结合的方式进行加工。如图4所示，以基板采用纳米压印光刻技术制造为例，具体工艺为：在透光性基板1的表面涂覆纳米压印胶层8，通过压印模板在纳米压印胶层8上压印出微结构图案，后通过UV紫外光对其进行照射，待纳米压印胶固化后将压印模板移除，以此在基板表面形成平行排列的凹凸图案(图4(a)(b))；之后利用干法刻蚀工艺去除凹凸微结构图案的凹槽内的压印胶(图4(c))，优选的，可采用氧气通过反应性等离子刻蚀工艺对凹槽内的压印胶进行去胶；之后再利用干法刻蚀工艺对凹槽底部的基板进行蚀刻(图4(d))；最后用湿法刻蚀工艺将基板上表面的压印胶全部去除，使基板形成微结构(图4(e))。

下面就本发明的制造方法的具体过程列举实施例加以说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种线栅偏振器的制造方法，包括如下的步骤：

1)提供若干个带有微结构11的基板1，微结构11为同向平行间隔布置的条状结构(图1(a))；

2)在基板1设置有微结构11的一侧设置盖板3，盖板3与基板1之间的微结构11形成若干条方向一致的通道2，将带有盖板3的基板1逐层叠加形成填充单元(图1(b))；作为优选，盖板3的材质与基板1的材质相同，均可设置为透明玻璃，之后将叠加后的填充单元整体放入金属填充装置5的填充腔54内，密封填充腔54(图1(c))，并通过填充腔54两端产生的压力差，使得被增压的金属填充介质4在压力作用下流经所有的通道2，并在流经通道2时，使得金属填充介质4逐渐的将所有通道2填满；以此方式进行填充，由于通道2两端存在压力差，在金属填充介质4以相对较大的压力流入通道2时，由于通道2另一端的压力相对较小，因此使得金属填充介质4以较慢的速度流出，并慢慢的积满通道2，以此方式填充的金属填充介质4受压力差作用，能够使得通道2内的金属介质填充的更加紧凑，继而避免金属介质无法填满通道2或在后续烧结过程中出现较大的松动和变形。

3)对填满金属填充介质4的填充单元进行充分均匀的加热，使金属填充介质4烧结定型于通道2中并形成金属线栅41(图1(d))；作为优选，金属填充介质4可优选具有一定流动性的金属墨水，填满通道2的金属墨水可通过约100摄氏度左右的低温将其烧结定型于通道2中。

4)将烧结后的填充单元进行拆分(图1(e))，将所形成的金属线栅41保留至基板1一侧(图1(f))或盖板3一侧(图1(g))，得到若干个金属线栅单元；

5)在金属线栅单元的金属线栅41一侧覆盖透明保护层6(图1(h))，作为优选，透明保护层可以由氧化硅或氮化硅制成。

实施2

本实施例与实施例1相比，主要区别在于，填充单元的叠加方式和拆分方式的不同，其它步骤与实施例1基本相同，具体的，如图2所示，本发明提供了一种线栅偏振器的制造方法，包括如下的步骤：

1)提供若干个表面刻蚀有微结构11的基板1，微结构11为同向平行间隔布置的条状结构(图2(a))；

2)将表面刻蚀有微结构11的基板1逐层叠加，使相邻基板1之间形成若干方向一致的通道2，并在最上层的基板1上设置盖板3与多个所述基板1形成所述填充单元(图2(b))；将叠加后的填充单元整体放入金属填充装置5的填充腔54内，密封填充腔54(图2(c))，并通过填充腔54两端产生的压力差，使得被增压的金属填充介质4在压力作用下流经所有的通道2，并在流经通道2时，金属填充介质4将所有通道2填满；

3)对填满金属填充介质4的填充单元进行充分均匀的加热，使金属填充介质4烧结定型于通道2中并形成金属线栅41(图2(d))；

4)将烧结后的填充单元进行拆分(图2(e))，位于最上层的金属线栅41保留至盖板3一侧(图2(f))，其余金属线栅41保留至基板1的下底面(图2(g))，将基板1远离所述金属线栅41一侧的微结构11通过化学机械抛光工艺去除或保留，最终得到若干个金属线栅单元；

5)在金属线栅单元的金属线栅41一侧覆盖透明保护层。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。