在反射衬底上制造可转换的液晶偏振光栅的方法和相关装置的制作方法

专利名称：在反射衬底上制造可转换的液晶偏振光栅的方法和相关装置的制作方法
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在反射衬底上制造可转换的液晶偏振光栅的方法和相关装置
优先权要求在其它实施例中，可以通过穿过在其中包含所述全息图案 的掩模层传播紫外(UV)光来光刻图案化所述光对准层使得所述掩
准层中创建所述周期性对;条件。所述uv光可以是弱相干的'，并且
所述掩模层可以具有这样的厚度，所述厚度被配置成为所述紫外光的 波长范围提供半波延迟。将被理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在此可以 被用来描述多种元件、部件、区域、层和/或剖面，但是这些元件、 部件、区域、层和/或剖面不应当受这些术语限制。这些术语仅被用 来区别一个元件、部件、区域、层或剖面与另一个区域、层或剖面。 因此，在不脱离本发明的教导的情况下，以下讨论的第一元件、部件、 区域、层或剖面可以被称作第二元件、部件、区域、层或剖面。在此参考截面图描述本发明的实施例，所述截面图是本发 明的理想化实施例(和中间结构)的示意图。同样，会预料到由于利 用制造技术和/或容差导致的图示形状的变型。因此，本发明的实施 例不应当被解释为局限于在此所示区域的特定形状，而是将包括例如 由制造所导致的形状偏离。因此，附图
中所示的区域本质上是示意性 的并且它们的形状并不旨在示出装置的实际形状并且不想限制本发 明的范围。根据本发明的 一 些实施例的包括退化平面锚定条件的村 底的透射特性的实例在图2A-2D中被进一步示出。特别地，图2A-2D 示出根据本发明的一些实施例的五个不同退化平面液晶偏振光栅 (LCPG)实例050921A、 050921B、 050921C、 050921E、以及050921F 的透射特性。例如，图2A示出所述050921C、 050921E、和050921F 实例的透射率与电压特性的关系曲线。实例050921C是这样的结构， 其中液晶层被设置在包含退化平面锚定条件的涂有氧化铟锡(ITO) 的玻璃衬底和包含线性可光聚合的聚合物(LPP)作为对准层的涂有 ITO的玻璃衬底之间。实例050921E是包含液晶层的类似结构，所述 液晶层在包含退化平面锚定条件的涂有ITO的玻璃衬底和LPP/涂有 ITO的玻璃衬底之间，其中所述ITO玻璃利用甲醇进行清洁。实例 050921F是包含液晶层的结构，所述液晶层在LPP/涂有ITO的玻璃 衬底和具有退化平面锚定条件的(3-缩水甘油醚氧基丙基)三曱氧基 硅烷((3-Glyddyl漏oxypropyl) trimethoxysilane ) ( 3GPS ) /涂有ITO 的玻璃衬底之间。图2B示出所述050921A和050921B实例的透射率 与波长特性的关系曲线。实例050921A和050921B包括在具有退化 平面锚定条件的棵玻璃衬底和LPP/涂有ITO的玻璃衬底之间的液晶 层。图2C示出所述050921C和050921E实例的透射率与波长特性的 关系曲线，并且图2D示出所述050921F实例的透射率与波长特性的 关系曲线。
0044图3A-3E示出根据本发明的其它实施例的在反射衬底上 制造偏振光栅的方法以及这样制造的装置。现在参考图3A,在所述 反射衬底310上形成吸收紫外(UV)光的薄膜320。所述吸收UV光的薄膜320可以透过可见光，但也可以被配置为吸收UV波长范围内 的光，例如小于大约380nm。如图3B中所示，光对准层315b形成 在所述吸收UV的膜上。光对准层315a也形成在透射或透明衬底305 上。所述反射衬底310和透明衬底305以紧密间隔的关系组装在一起 以在其间提供单元间隙321,如图3C中所示。所述单元间隙321可 以基本一致，并且可以是所述偏振光栅的工作波长范围内的光的大约 半波延迟厚度，例如大约2微米(jim)。换句话说，所述单元间隙 321可以被配置成提供所述偏振光栅操作中使用的光的半波延迟。在 组装所述透明衬底305和反射衬底310之后，所述光对准层315a和 315b被图案化以在所述光对准层315a和315b中提供相应的周期性 对准条件316a和316b，如图3D中所示。例如，所述光对准层315a 和315b可以利用UV激光束301进行爆光。在一些实施例中，所述 光对准层315a和315b可以被图案化使得层315a和315b具有相同的 周期性对准条件。因此，在反射衬底310上的所述吸收UV的薄膜320 减少和/或消除了反射衬底310对所述全息记录光束的反射，由此减 小或避免对所述光对准层315a和315b的有害影响。在所述图案化工 艺之后，所述反射衬底310和透明衬底305之间的间隙321被填充液 晶材料，如图3E中所示，以在其间形成液晶层325。所述液晶层325 的分子根据所述光对准层315a和315b中的所述对准条件316a和 316b被对准从而提供对准很好的平面偏振光栅。因此，本发明的一 些实施例可以在最小改变的情况下容易地整合到当前制造工艺中去 以获得期望的液晶配置。
[0045图4A-4C示出根据本发明的其它实施例的在反射衬底上 制造偏振光栅的方法以及这样制造的装置。更具体地，图4A-4C示 出在各向异性"掩模"中捕获全息图案的"掩模转移"技术，随后利 用不相干光将所述各向异性"掩模"用来直接图案化所述反射衬底。 现在参考图4A，制造可聚合液晶偏振光栅430 (在此也被称作活性 液晶元(RM )光栅)。可以利用 一个玻璃#于底(one-glass substrate ) 技术制造所述可聚合液晶偏振光栅430，这是本领域公知的。所述可 聚合液晶偏振光栅430在选择的UV波长处可以具有半波延迟。例如， 在一些实施例中，所述可聚合液晶偏振光栅430可以是透明和双折射 的。然而，在其它实施例中，所述可聚合液晶偏振光栅430可以是部分吸收的和二色性的。同样，所述可聚合液晶偏振光栅430可以用作 用来图案化衬底上的光对准层的各向异性"掩模"。在一些实施例中， 所述掩模可以连同手性掺杂剂一起形成。这样的手性掺杂剂在Escuti 等人的PCT公开号No.WO 2006/092758中被进一步讨论，在此通过 引用并入其全部公开作为参考。
[0046更具体地，如图4B中所示，所述可聚合液晶偏振光栅430 紧密邻近在其上包括光对准层415b的目标衬底410放置，并且利用 UV光401进行照射。所述UV光401可以是非偏振的和/或弱相干的 以减小和/或最小化任何反射光的强度。同样，所述"掩模"的空间 变化近场输出可以利用光刻技术被直接转移到所述目标衬底410上 的光对准层415b以在其中创建周期性对准条件416。尽管在图4B中 被示为反射衬底，但是所述目标衬底410也可以是透明或透射衬底。 因此，对于在其上包括光对准层415a的透明衬底405而言可以类似 地执行图4B的过程，并且所述透明和反射衬底405和410可以被组 装并且在其间的间隙421中被填充液晶材料425，如图4C中所示。 如上所述，所述液晶层425的分子才艮据所述光对准层415a和/或415b 中的所述对准条件被对准从而提供对准良好的平面偏振光栅。因此， 可以以能够避免在目标衬底上使用全息术来实现期望的液晶配置。更 确切地说，全息术可以被用来创建各向异性掩模，所述各向异性掩模 随后被用来光刻图案化所述目标衬底。同样，本发明的一些实施例可 以被用来更快速和容易地由更大的硅晶片尺寸实现更高的产量。
[0047因此，根据本发明的一些实施例，可以在能够调制非偏振 光的反射衬底上制造液晶调制器。因此，本发明的一些实施例可以尤 其有利于便携式投影显示器、消费电视机、实时全息照相、和/或其 中可以使用空间光调制器的其它装置。
[0048前述说明了本发明并且不被解释为其限制。尽管本发明的 一些示范性实施例已经被描述，但是本领域技术人员将容易理解，在 不本质上脱离本发明的新颖教导和优点的情况下，在所述示范性实施 例中许多修改是可能的。例如，尽管没有示出，但是在此描述的衬底 可以在其表面上包括一个或多个电极，所述一个或多个电极例如由涂 在衬底上的透明氧化铟锡(ITO)提供。因此，所有这样的修改旨在 被包含在本发明的范围内。因此，将被理解的是，前述说明了本发明并且不被解释为局限于公开的特定实施例，并且对所述公开的实施例 以及其它实施例的修改旨在被包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种制造可转换的液晶偏振光栅的方法，所述方法包括在反射衬底的表面上创建退化平面锚定条件；以及在包括所述退化平面锚定条件的反射衬底的表面上形成液晶层。
2. 如权利要求l所述的方法，进一步包括 在衬底上形成对准层；图案化所述对准层以在其中创建周期性对准条件；以及组装在其上;括所述图案化的对准层的^底以在所述图案化的对准 层和所述反射衬底的表面之间限定间隙，其中形成所述液晶层包括在所述间隙中形成所述液晶层。
3. 如权利要求2所述的方法，其中形成所述液晶层进一步包括 直接在所述图案化的对准层上在所述间隙中形成所述液晶层使得所述液晶层的分子根据所述图案化的对准层中的所述周期性对准 条件被对准。
4. 如权利要求2所述的方法，其中所述衬底包括透射衬底，其 中所述对准层包括在其中包含可光聚合的聚合物的光对准层，并且其 中图案化所述对准层包括在组装所述透射和反射衬底之前通过所述透射衬底传播激光束 以图案化所述光对准层来在其中创建所述周期性对准条件。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述退化平面锚定条件包括 相对于所述反射衬底的表面的固定倾角。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述固定倾角小于大约5度 使得所述退化平面锚定条件基本上不影响所述液晶层的分子的对准。
7. 如权利要求2所述的方法，其中所述对准层包括光对准层， 并且其中图案化所述对准层包括形成可聚合液晶层；利用相干光全息图案化所述可聚合液晶层以限定在其中包括全 息图案的掩模层；以及利用所述掩模层光刻图案化所述光对准层以根据所述掩模层中 的全息图案在所述光对准层中创建所述周期性对准条件。
8. 如权利要求2所述的方法，其中所述对准层包括光对准层，并且进一步包括在其上形成所述对准层之前在所述衬底上形成光吸收膜，所述光 吸收膜被配置成吸收一定波长范围内的光，其中图案化所述对准层包括利用包含所述波长范围内的波长的 相干光图案化所述光对准层以在所述光对准层中创建所述周期性对 准条件。
9. 一种可转换的液晶偏振光栅装置，包括 在其表面上包括退化平面锚定条件的反射衬底；以及 在包括所述退化平面锚定条件的所述反射衬底的表面上的液晶层。
10. 如权利要求9所述的装置，进一步包括 透射衬底；以及所述透射衬底上的对准层，所述对准层在其中包括周期性对准条件，其中所述对准层位于所述液晶层上，与包括所述退化平面锚定条 件的所述反射衬底的所述表面相对。
11. 如权利要求10所述的装置，其中所述液晶层直接在所述对 准层上，并且其中所述液晶层的分子的对准对应于所述对准层的所述 周期性对准条件。
12. 如权利要求11所述的装置，其中所述液晶层直接在包括所 述退化平面锚定条件的所述反射衬底的所述表面上，并且其中所述退 化平面锚定条件包括相对于所述反射衬底的所述表面的固定倾角。
13. 如权利要求12所述的装置，其中所述固定倾角小于大约5 度使得所述退化平面锚定条件基本上不影响所述液晶层的分子的对 准。
14. 一种制造可转换的液晶偏振光栅的方法，所述方法包括 在反射衬底上形成光吸收膜，所述光吸收膜被配置成吸收一定波长范围内的光；在所述光吸收膜上形成光对准层；利用包括所述波长范围内的波长的相干光图案化所述光对准层 以在所述光对准层中创建周期性对准条件；以及在所述图案化的光对准层上形成液晶层使得所述液晶层的分子根据所述光对准层中的所述周期性对准条件被对准。
15. 如权利要求14所述的方法，进一步包括 在透明衬底上形成第二光对准层；邻近在其上包括所述第一光对准层的所述反射衬底组装在其上 包括所述第二光对准层的透明衬底以在所述第一和第二光对准层之 间限定间隙，其中图案化包括利用激光束图案化所述第一和第二光对准层以 在组装所述透明和反射衬底之后在其中创建相应的周期性对准条件， 并且其中形成所述液晶层包括在图案化所述第一和第二光对准层之 后在所述间隙中形成所述液晶层。
16. 如权利要求15所述的方法，其中形成所述液晶层进一步包括直接在所述第一和第二光对准层上在所述间隙中形成所述液晶 层使得所述液晶层的分子根据所述笫一和第二光对准层的相应周期 性对准条件被对准。
17. 如权利要求15所述的方法，其中所述光吸收膜包括被配置 成吸收紫外线波长范围中的光的紫外(UV)光吸收膜，并且其中图案 化所述第一和第二光对准层包括(u v)激光束以同时图案化所述第 一 和第二光对准层以在'其中创建相应的周期性对准条件。
18. 如权利要求15所述的方法，其中对于在所述偏振光栅装置 的工作波长范围内的光而言，所述第一和第二光对准层之间的间隙是 大约半波延迟厚度。
19. 一种可转换的液晶偏振光栅装置，包括 反射衬底；在所述反射衬底上的光吸收膜，所述光吸收膜被配置成吸收一定 波长范围内的光；在所述光吸收膜上的在其中包括周期性对准条件的光对准层；以及在所述光对准层上的液晶层，其中所述液晶层的分子的对准对应 于所述光对准层的所述周期性对准条件。
20. 如权利要求19所述的装置，进一步包括 透明衬底；以及在所述透明衬底上的在其中包括第二周期性对准条件的第二光 对准层，其中所述第二光对准层在所述液晶层上，与所述第一光对准层相对。
21. 如权利要求20所述的装置，其中所述液晶层直接在所述第 一和第二光对准层上，其中所述第一和第二周期性对准条件包括相同 的周期性对准条件，并且其中所述液晶层的分子的对准对应于所述第 一和第二光对准层的所述相同的周期性对准条件。
22. 如权利要求19所述的装置，其中所述光吸收膜包括被配置 成吸收紫外线波长范围内的光的紫外(UV)光吸收膜。
23. 如权利要求20所述的装置，其中对于所述偏振光栅装置的 工作波长范围内的光而言，所述第一和第二光对准层之间的距离是大 约半波延迟厚度。
24. —种制造可转换的液晶偏振光栅的方法，所述方法包括 制造在其中包括全息图案的掩模层； 在衬底上形成光对准层；利用所述掩模层光刻图案化所述光对准层以根据所述全息图案 在所述光对准层中创建周期性对准条件；以及在所述图案化的光对准层上形成液晶层使得所述液晶层的分子 根据所述光对准层中的所述周期性对准条件被对准。
25. 如权利要求24所述的方法，其中所述掩模层包括可聚合液 晶偏振光栅，并且其中制造所述掩模层包括形成可聚合液晶层；以及利用相干光全息图案化所述可聚合液晶层以限定在其中包括所 述全息图案的掩模层。
26. 如权利要求25所述的方法，其中制造所述掩模层进一步包括在全息图案化所述可聚合液晶层之前，添加手性掺杂剂到所述可 聚合液晶层。
27. 如权利要求24所述的方法，其中光刻图案化所述光对准层包括穿过在其中包含所述全息图案的掩模层传播紫外(UV)光使得所 述掩模层的空间变化近场输出被转移到所述光对准层以在所述光对 准层中创建所述周期性对准条件。
28. 如权利要求27所述的方法，其中所述UV光是弱相干的，并 且其中所述掩模层具有这样的厚度，所述厚度被配置成为所述紫外光 的波长范围提供半波延迟。
29. 如权利要求24所述的方法，其中所述衬底包括反射衬底， 并且进一步包括在透射衬底上形成第二光对准层；利用所述掩模层光刻图案化所述第二光对准层以根据所述全息 图案在所述第二光对准层中创建所述周期性对准条件；以及邻近所述反射衬底组装所述透射衬底以在所述第一和第二光对 准层之间限定间隙，其中形成所述液晶层包括直接在所述笫一和第二 光对准层上在所述间隙中形成所述液晶层使得所述液晶层的分子根 据所述第一和第二光对准层的所述周期性对准条件被对准。
30. 如权利要求29所述的方法，其中对于紫外线波长范围内的 光而言，所述第一和第二光对准层之间的所述间隙为大约半波延迟厚 度。
全文摘要
一种制造可转换的液晶偏振光栅的方法包括在反射衬底的表面上创建退化平面锚定条件。对准层可以形成在透射衬底上并且可以被图案化以在其中创建周期性对准条件。在其上包括所述图案化对准层的所述透射衬底可以邻近在其上包括所述退化平面锚定条件的所述反射衬底的所述表面被组装以在其间限定间隙。液晶层形成在包括所述退化平面锚定条件的所述反射衬底的所述表面上。可以直接在所述对准层上在所述间隙中形成所述液晶层使得所述液晶层的分子根据所述对准层中的所述周期性对准条件被对准，相关制造方法和偏振光栅也被讨论。
文档编号G02F1/1337GK101681064SQ200880012188
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月16日 优先权日2007年4月16日
发明者M·J·埃斯库蒂 申请人:北卡罗莱纳州立大学