專利名稱：用于偏振和波長濾波的微結(jié)構(gòu)光學(xué)裝置的制作方法
用于W^波&慮波的微結(jié)構(gòu)光學(xué)裝置
絲領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種濾波光波#濾波光 的光學(xué)裝置。波^^ >慮波器
在顯示器、室內(nèi)照明、艦械態(tài)成像照相才;L2L^^封沐標(biāo)各中是常用的光
，最重要地，用作液晶顯示背:彩^濾色器陣列的廉階、高效i的^
背景技術(shù)：
基于液晶4沐的薄、平的信息^LM顯示器專門用于便攜式計^l^i者如 移動電#個人數(shù)據(jù)助理(PDA)的手#^置。正在臺式計#^^家用庭^！^ 市場中，液晶顯示器或LCDs 'tfel替代了陰旨線管(CRT)顯示器。
用于膝上型計算機(jī)或電視的典型LCD包括兩個主要模失液晶面板，以 及稱為背光的光源和分布系統(tǒng)。液晶面板^^成百萬個獨立圖像M或像素， 其 >電子信號時用作快門以阻斷或透狄自背光的光。將吸齡了窄范圍
的顏色，典型的紅色、綠色和藍(lán)色w卜的所有顏色的染料iy^白絲源^:
^f象素之間以生成全色顯示器。
為了產(chǎn)生快門^，將可作為有機(jī)、長鏈、圓柱形分子的溶劑的液晶材料 夾在^^慮》^的片或 ^間。每^S^器具有唯一的軸，^5^5Ut過電 場振動與該軸平行的光，級^^斤有其它的光。通it^"兩^H^器定向使它們的 軸正交一旋轉(zhuǎn)90度一沒有itit4t。當(dāng)長銜良晶^^^交的 恭之間配向 時，經(jīng)it^-H^器的光的皿^^皮旋轉(zhuǎn)到配向為第二,器的it^軸-允許 it^)"。液晶分子的旋^iiit^片狀皿恭t間、沿液晶分子配向的方向;^p 電場而^^作用。當(dāng)施加電場時，快門關(guān)閉，光被阻斷。
濾色染W(wǎng)^^片兩者中的吸^P艮制了⑩皿晶《象素的光量。經(jīng)過一對 配向的標(biāo)準(zhǔn)偏振片膜的白光的透射率小于20% ，而單個濾色器的⑩率最多是 70%。專^Ni色像素的組^t射率小于來自背光的可用光的12。/。。該弱的M射率很多年限制了 LCD的市場M。
迫切需要更高魏率的條和濾色膜以提高LCD的狄。近年來，3M公 司推出了一種具有高it^率的^HW^]"f^^LCD中的第^MI (見 2003年4月8日^Hf"的US6，543，153)。這種與其它^Jt增強膜(BEF)組合的 單個3M膜使LCDit^的光加倍，其允許顯示器在更廣范圍的環(huán)嫂中可見。另
由3M生產(chǎn)的A^WM高^雜和昂貴。3M條器由涂覆在塑料片 上的超過6百層薄膜的疊層組成。一J1^覆，薄膜疊層在一個或更多個方向上 拉伸以產(chǎn)生對于生成^#^所需的各向異性。
表面浮^#緣構(gòu)可凈顛己置為產(chǎn)生對^^^￡#^的相^^^置。已使 用表面浮雕^^兌明了半波片和1/4波片。l Lfll制技術(shù)可大量低價地生產(chǎn) 這樣的結(jié)構(gòu)。當(dāng)^ Me^的頂部上(或在 ^間的凹部內(nèi))選棒I^^定 積薄金屬層時，條糾能由表面浮雕^W，成。這樣的裝置稱為線_*^ 振器。線- ^11"#^于 ^卜光，但尚未被接受利用可見itiM吏用，
(nm)的數(shù)量級)的需求，該極小itMt/l被圖案^^例如顯示器應(yīng)用中的 大面積丄。線- ^器可利用投影系統(tǒng)中使用的賴濕示器來使用。
,技術(shù)中已知有兩種類型表面浮^^結(jié)構(gòu)肯,)j光學(xué)波W慮波^ft用。 第一種類型在文獻(xiàn)中被稱為"Aztec"結(jié)構(gòu)，由Cowan在美國專利4,839^50、 4874^213和4，888 260中/^和完整描述。Aztec表面結(jié)構(gòu)勤以于臺階狀金字塔， 其中每個臺階高;M"應(yīng)于在M時將相干i(k^加的光波長的一半。Aztec結(jié)構(gòu)將 從寬波長的光源中錄窄范圍波長。Aztec結(jié)構(gòu)通常在光條時絲出很小的效 果，且實際上常常被專門設(shè)計為如美國專利6,707,518和6,791,757所討論的對 ^!^敏感的。
用于樣面浮^f機(jī)構(gòu)產(chǎn)生光學(xué)濾波功能的第^t技術(shù)是利用表面結(jié)構(gòu)波 導(dǎo)^。 M, Aztec結(jié)構(gòu)或諸如孑L^柱的結(jié)構(gòu)的簡單陣列肯M皮^A高折射率區(qū) 域以產(chǎn)生波導(dǎo)諧振控。這樣的三維或二維結(jié)構(gòu)濾波器已^最近的it^信和光 計算的文獻(xiàn)中受到了很大關(guān)注，其中它們被稱作"光子帶隙"裝置。^ 1二#
三維波導(dǎo)模態(tài)的波導(dǎo)諧振器作為濾波器 ^技術(shù)中幾乎不為人所知，但e^
文獻(xiàn)中描idit。(見Magnuwon美國專利5,216,680、 5,598300和6，154，480。還有S. Peng和GM.Morris， "Resonant Scattering from two-dimensional gratings", J. Opt Soc. Am. A， VoL13， No.5， p.993， May 1996; R Magnusson和S. S. Wang， "New Principle for optical filters", AppL Phys. Lett, 61， No. 9， p. 1022， August 1992.)
為了產(chǎn)生諧#^[，波導(dǎo)模態(tài)的表面結(jié)構(gòu)濾波器由具有小于在照明光中使 用的形皮長的尺寸(高度、t^和間隔)的元件《J^。因為該結(jié)構(gòu)由具有比周
圍介質(zhì)更高密度的材^UaA，所以波導(dǎo)在垂直于傳播方向的方向上產(chǎn)生。照明 光中的波長范圍#^艮制并絲構(gòu)平面內(nèi)絲^^^^巨離，在該構(gòu)中照明
皿經(jīng)^#。在平面內(nèi)向外;^Mt^^播的波將與M構(gòu)^t的光干涉，允 許所限制的it^漏到平面外，在與A4t方向相反的方向上傳播。在P車列中該 結(jié)構(gòu)的大小、形#《試決定了濾波器帶寬、濾波帶通分布和中心波長。
波導(dǎo)諧M構(gòu)易于產(chǎn)生在M時操怍的濾波器。為了產(chǎn)生⑩式濾波器， 將波"!4皆4W構(gòu)置于在傳統(tǒng)的Fabiy-Perot諧，配置中的寬帶高^gJt鏡結(jié)構(gòu) 之間。這一概念直絲似于在 ^內(nèi)妙固##準(zhǔn)具以產(chǎn)生窄線寬，勤目干 ^!或如賄技術(shù)中已知的"單頻"辦。薄膜絲濾波H^^非吸收介電材料 的疊層來生成Fabiy-Perot腔。對于M向方向上傳播的^f到了腔諧振。相反 的，結(jié)構(gòu)化的波導(dǎo)諧4^慮波器5McS&置為a向g向方向Ji^生成諧振，有效 械少了實現(xiàn)窄帶絲所需要的層數(shù)。波"H皆^i^t濾波器由Magn鵬oii在美 國專利5，598，300中乂》聽，JL^斤有的結(jié)構(gòu)化的波導(dǎo)諧^iMl"濾波器i殳計由Hobbs 在參考文獻(xiàn)(Hobbs， D.S. "Laser-Line Rejection or TVansmission Filters Based on Surface Structures Built on Infrared Transmitting Materials", Proceedings SPIE Vol. 5786， Window and Dome Technologies and Materials IX， March 2005)中示 出
當(dāng)表面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波器中的元件^S&置為高度圓形對稱時，在結(jié)構(gòu)化的波 導(dǎo)中傳播的it^在所有方向Jiit^相同的A^,并JMff^A^出波導(dǎo)而與照 明光的*態(tài)無關(guān)。這種，獨立性是由Hobbs和Cowan在美國專利 6,707,518、 6,791,757和6,870,624中乂iHf的裝置的主要方面之一。
對偏振絲作的表面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波器可由》bit過使用非對稱結(jié)構(gòu)如一維線 陣列()或矩形元件的二維P車列;^造。在美國專利5,598^00中，Magnusson 聲稱乂>開的波導(dǎo)諧^>慮波器可用作偏1^慮波器和非Brewster角 的' ^鏡。Magn鵬on沒有教示表面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波器:M^對^iit^t， ^^殳有教導(dǎo) 濾波器:^可用作包括寬光潛范圍的非^^光源的*器。

發(fā)明內(nèi)容
在以下描述中，公開了^^面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波器，該濾波器用來當(dāng)^Jt正 交^^態(tài)時，波^^定范圍的特定,態(tài)。該刻尿是通過由諸如線P車列的非 對稱iL^MM的表面結(jié)構(gòu)》皮導(dǎo)產(chǎn)生的。結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)的元件將在平#^ ^偏 振的光的一個波^Ji諧振，JL^垂直于;3yt線的方向上^lL的光的另一波^Ji 諧振。用結(jié)構(gòu)的4陣列會產(chǎn)生同樣的效果，其中^元件是例如矩形的非對 稱的，或者其中在一個方向上的陣列的結(jié)構(gòu)間隔不同于扭妙向上的結(jié)構(gòu)間 隔。當(dāng)照明光源包^t^t^jt^4l管(LED)光源的窄范圍波長時，* 表面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波器可^S己置為^Mt^J"與^t^ LED波長匹配的^^光。 由隨才;1^的寬帶光源照明的同一濾波11#>^或，以正交狀態(tài) 的兩個 窄帶光鐠區(qū)域。通過設(shè)計同時對多個波長波帶操作的非對稱表面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波 器，能實現(xiàn),多波帶濾波器，^能夠^^用于照明液晶顯示器的典型的熒 iUT和LED光源的分立的光鐠范圍。該發(fā)明裝JJ且合了^面浮^^機(jī)構(gòu)光學(xué) ^器和波導(dǎo)諧板慮波器中可見的簡刺氐賴制造與>|^^伸的介電膜疊層中可 見的j^員耗大面積^^功能的優(yōu)點。
多波帶匹配的濾波裝^t照明光的A^f角特別敏感。依賴于結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)配
置，照明角度的范圍可以象偏離設(shè)計軸;ui那樣小。對于需要寬角度傳播或光
4^形的照明的應(yīng)用，*濾波11^; _好的選擇。當(dāng)結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)層位于結(jié)構(gòu)化 的或均勻的高反射層之間產(chǎn)生Fabry-Perot腔時，生成了波導(dǎo)諧g面結(jié)構(gòu), 濾波器。#由高M(jìn)結(jié)構(gòu)^^/或均勻的波導(dǎo)層形成的腔內(nèi)諧振的;5bj^it^。 利用形成波導(dǎo)的非對稱結(jié)構(gòu)，僅在窄范圍波長內(nèi)的S偏振iW滿足諧振條降并
*^回去。對于P偏振光不生成諧振控，且寬帶P偏振ifc^^it射。對于在 波長的窄范圍內(nèi)的P^^光，生成了#面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)內(nèi)的諧振，Jil些波長被 疊加在S ^^fit^上而M回去。不通過孩機(jī)構(gòu)或由微結(jié)構(gòu)配置設(shè)置的諧 #^諧振的照明*波長的寬范圍上偏艮。因此與前述的產(chǎn)生具有與特定照明 源的光漆范圍匹配的諧#>皮帶的^濾色器的^匹酉^巨波濾波器相比， 濾波器設(shè)計要求4fi皆擬皮帶定^光源不發(fā)射的光波Wi。作為產(chǎn)生基于孩機(jī)構(gòu)的寬帶^f條器的結(jié)果，期望使利用樣燥構(gòu)諧振的光的帶寬最小化，并且
甚至引入波導(dǎo)缺陷，該波導(dǎo)缺陷有^w制或最小化諧振而僅留下寬帶偏振功
能。利用由在m構(gòu)的波導(dǎo)層之間的最小化的相干性，三維結(jié)構(gòu)可預(yù)見為具有
It^斤有三個軸變化的平均折射率的爭;^bH"料(bulkmaterial)。 m構(gòu)波導(dǎo)的特 性產(chǎn)生了大的折射率變化，其允許很少量的層4^亍與具有用大量層和小折射率 變^^J建的裝置等同的功能。
在用于照明LCD的背光中發(fā)現(xiàn)非吸收寬帶孩媳構(gòu)^H^器的大量應(yīng)用。 如上所述，LCD輛選棒歸吸收一鎮(zhèn)振態(tài)的所有光的吸收條器?；谖?結(jié)構(gòu)的非吸>1^^# 11^過將有效*器#^吸收,器^^€供在LCD 亮^Ji的大幅提高，該有效 |1#不 "的*態(tài)^)"回光源，在光源中偏 振,^^經(jīng)受^##換并被作為艦;^環(huán).m構(gòu)會允"i^HM^^^量地制造 這種^M，該^M食t^當(dāng)前被3M公司用它們的DBEF產(chǎn)品獨占地享有的 十億美元的^H^器市場Ji^效竟?fàn)帯?br> 本發(fā)明的一方面包括對包含在寬帶光源中的窄范圍光波長同時濾波和* 的波導(dǎo)模態(tài)的諧g面結(jié)構(gòu)光學(xué)濾波器。該表面結(jié)構(gòu)^^慮波器提供對于* 光的高^#或，，沒有如在常規(guī) ^置和濾色器中發(fā)現(xiàn)的由于吸》1^斤導(dǎo) 致的損耗。i^titl制包括^^慮波器的表面浮,構(gòu)而獲剩^^的制造。 本發(fā)明的另一方面旨在^^光學(xué)濾波器陣列，該P車列具有多個波導(dǎo)模態(tài)表 面結(jié)構(gòu)以^t或it^^A4t光的寬光譜中的一個或多個分立的光波長波帶中的 ^^光。表面結(jié)構(gòu)濾波器凈妙艮定ffi定區(qū)域，每個區(qū)^l皮以預(yù)&巨離在空間上 隔開，_@1^維陣列中重_1±述區(qū)域。陣列中的每個濾波區(qū)絲"窗" 己置為 ^iU^或透射不同的光波長。例如，由分別透射偏振的紅光(R)、綠&G) 和藍(lán)^6(B)的三個濾波窗的重復(fù)組構(gòu)成的陣列會形成RGB濾色器陣列，與在大 多數(shù)液晶顯示器中使用的刻以。這樣的^RGB濾色器陣列^f^/RXCD 中使用的標(biāo)準(zhǔn)吸收型染料濾色器陣列和>^#式^#^兩者。^iMh慮波陣列 的可替換實施方案會>^^^ 的RGB光以產(chǎn)生用于大多數(shù)數(shù)字?jǐn)z#^系統(tǒng)中 的青色(C)、洋紅(M)、黃色(Y)或CMY彩色圖式。偏振濾波陣列的另一 可替換實施方案會^^卜光寬光鐠中^t窄波長范圍內(nèi)的^^光，以產(chǎn)生用于 夜視應(yīng)用的彩色和^H^^成^^測器。
本發(fā)明的另一方面旨在^^光學(xué)濾波器，該濾波器具有一個或多個波導(dǎo)模態(tài)表面結(jié)構(gòu)以^j"或it^^A^"光的寬光潛中的一個或多個分立的光波長的
波帶中的^^光。表面結(jié)構(gòu)被i^il^疊為使得照明寬帶^^^^t^^遇 到每個濾波器。疊層內(nèi)的^個濾波器^L設(shè)計為^Ml^t或iM與照明源的光 語成分匹配的窄帶波長。疊層內(nèi)的每個濾波器泉嚴(yán)至少與照明光源一樣大的面 積。例如，分別^f^Jt或絲紅光(R)、綠々G)和j^ib(B)的三^^ 面結(jié)構(gòu)濾波器肯^fc^層，以形成RGB濾色器片，其中RGB濾波器被設(shè)置為與 在大多數(shù)液晶顯示器中使用的光源的光譜范圍相匹配。這樣的^^慮波片M
本發(fā)明的另一方面旨在^^光學(xué)濾波器，該濾波器具有同時^j"或it^在 ^UOf光的寬光鐠中的兩個或多個分立的ib皮長的波帶中的^^光的^波導(dǎo) 模態(tài)表面結(jié)構(gòu)。在該實施賴中，形成波導(dǎo)模態(tài)濾波器的結(jié)構(gòu)的維度被調(diào)整， 以支持多于"HS皆4^皮長。通常，在兩^^五個分立的波帶之間負(fù)lii行從單個 表面浮雕結(jié)構(gòu)的偏(^^Jt或i^。通過將照明光源的光^^布與表面結(jié)構(gòu)濾 波器的諧翻目匹配，提供了育^典型地于液晶顯示器中iM)的光源上#^的高 效條片。以同樣的方式，^#^面結(jié)構(gòu)濾波器負(fù)1*@己置為絲或絲與感興 趣的目標(biāo)特樹目匹配的特^tit^布，該目標(biāo)特征例如火箭噴流或噴氣式飛機(jī) 發(fā)動機(jī)的^M6^征、或例如用在'^yi訊系統(tǒng)中的處于分立波"M^/或分立偏 振態(tài)中的攜帶信息的#^編碼的光源的^1^#征。
這些方面通常通過提供由^t預(yù)定形狀的介電體(如在1^面上重復(fù)的、 并以例如具有it^或矩形或直角三角形陣列的預(yù)定非對稱圖案iU的線、或者 橢圓或矩形柱或孔)形成的波導(dǎo)模態(tài)表面結(jié)構(gòu)濾波器而獲得。要注意的是^Eit 里^fM的術(shù)洽'體"可包括充滿空U某些其它介電材料的"孔"。
在另一應(yīng)用中，^式^#^面結(jié)構(gòu)光學(xué)濾波器能用作' 6^鏡，或者透 射式濾波器能i^'^i^質(zhì)的表面上。兩個濾波器^^提供與激光窄帶^沐 結(jié)合的泵浦^ 、明的高絲率的特定優(yōu)點。另外，濾波器能由^^質(zhì)本身構(gòu) 造，以減少熱透鏡問題和在^ )大功率'絲器的多層薄膜濾波器上常?？吹降?熱損傷。
在另一應(yīng)用中，育fea供包括^MM^兩種結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)濾波器。能
^it:過以預(yù)定波^,態(tài)編碼的濾波器的寬帶光4Ji^^信息。能利用多個 預(yù)定波帶。在又一個應(yīng)用中，^^^^面結(jié)構(gòu)濾波器來提高激^t信系統(tǒng)中的信
號分辨。調(diào)幅信息肯t^'a光源的一個或多^H^態(tài)上編碼。例如，當(dāng)^E相 對于絲的MaK棘自太陽的背景絲強時，^ ^^Hc^之間的自由空間激 itit信系統(tǒng)能利用偏振^H^窄帶濾波器，以對于擴(kuò)展的時間支#^信。
本發(fā)明特征在于用于濾波和^電磁波的裝置，該裝置包拾具有表面浮 ，構(gòu)的第一基板，該表面浮雕結(jié)構(gòu)包含至少一怖^A寸小于經(jīng)濾波的電磁
波波長的介電體，該結(jié)構(gòu)以至少;t^第一^L4面的-"^分的一^l二維陣列
形式重復(fù)，并JL^4i^的表面浮雕結(jié)構(gòu)由足以形成波導(dǎo)模態(tài)諧松慮波器的材
#^1 ^^^#料，并JLi斤述介電體^St置為在與包含J^的平面平行的
平面內(nèi)xte時具有并不相等的尺寸，或所述介電^^維陣列的一個方向上的 重復(fù)周期不等于4^交方向上的重復(fù)周期。
表面浮雕結(jié)構(gòu)的尺寸可被調(diào)整，以濾波和 多于一個的電磁波波長范圍。
經(jīng)濾波的電磁波的波長范圍可對應(yīng)于冷陰極B燈的波長分布，或?qū)?yīng)于LED 光源的波長分布。在表面紋理中的M介電體可以是在^L4面上以陣列形式 重復(fù)的線。^^電體可具有圓錐形、橢圓形、正方形、矩形、正弦、六邊形 或yXii形的截面輪廓。^4面紋理中的名^h介電體可以是在l^L^面上以P車列
重復(fù)的矩形或橢圓形的M孔。^Hh電體可具有圓錐形、橢圓形、正方形、 矩形、正弦、六邊形或/xii形的截面輪廓。
該裝置可進(jìn)一步包括一個或多個包^il種表面浮雕結(jié)構(gòu)的1^，在每個基 Kh的表面浮雕結(jié)構(gòu)凈iLS己置為濾波和^lL來自照明電磁波的不同波長區(qū)域，并 JL^斤i4i4l被疊加以^m明電磁波連續(xù)i^皮每個^^慮波。可替換地，該裝置 還可包括在包^t種表面浮麟構(gòu)的每個^i^的局^M匕區(qū)域，在^-"局^M匕 區(qū)域內(nèi)的表面浮麟構(gòu),icS己置為濾波和^^自照明電磁波的不同波長區(qū)域，
并JL^斤i^命化區(qū)域以;tJJ^L的陣列形式重復(fù)，以使照明電磁波的不同區(qū)域 并行地同時被不同的局斧f匕區(qū)域濾波。
特4ii^于LCD顯示器，其包拾光源；A^f條器，選棒f她以一個 條態(tài)魏來自光源的光并^1"具有正交 態(tài)的光；和液晶微，接收凈議
4t^器iMi"的光，該液晶^包^ta上所述的^F車列。特^ii^于包括上 ii^置的潮jyt鏡。更進(jìn)一步的，本發(fā)明的特征在于光學(xué)編碼裝置，其包括 光源；和上述的裝置，該裝置接餘自光源的光并錄至少一個波長的且具有一^N^態(tài)的光，it^至少一個其它波長的且具有正交,態(tài)的光。
本發(fā)明的另一方面的特絲于^t色器，包括分離像素的陣列，每個 像素包括多個分立的濾色器窗，每個濾色窗i^3"可見光i普的不同窄部分，每個 窗包^上所述的^^置。又一方面構(gòu)想了包括上^^^置的^#>慮波器，^"有 由具有第一折射率的材料的均勻?qū)佣x的波導(dǎo)和由具有第二浙射率的材料制成 的表面浮，構(gòu)，其中第一折射率大體上大于第二折射率。
本發(fā)明的這些優(yōu)點將由下述說明書^M'J^求而變得^a清楚。


^^置的示意圖。 、 ， ，， 、，— 、；<"
圖2是圖1所示的^L光學(xué)濾波器模型的預(yù)測A^的圖4c
圖3示出根提圖1所示的模型制造的原型^^L光學(xué)濾波裝置的掃描電子顯
微鏡(SEM)圖像。
圖4是圖3所示的^^光學(xué)濾^^置的測量M的圖表。
圖5是被構(gòu)造為與圖1示出的設(shè)計嚴(yán)密匹配的,的^L光學(xué)濾波裝置的
測量M的圖表。
圖6是才娥本發(fā)明特定原理的被設(shè)計為對綠ib^ff^怍的偏振光學(xué)濾波裝 置的示意圖。
圖7是圖6所示的偏振光學(xué)濾波器模型的預(yù)測反射的圖夂 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明特定原理的被設(shè)計為對藍(lán)ife^紅;fci^沐怍的兩個 ^1^光學(xué)濾波裝置的預(yù)測反射的合成圖表。
圖9是示出^^^頁域^^原理的濾色器的重復(fù)陣列的平面視圖的圖。
圖10是示出典型用于液晶顯示裝置中的分立濾色器的,率的圖表。
圖ll是描述背側(cè)照射的液晶顯示器的截面圖的圖表。
圖12示出用來照明液晶顯示器的光源的光^^布的兩個圖表。
圖13a和13b示出根椐圖6所示模型制造的原型偏振光學(xué)濾波裝置的SEM圖像。
圖14a是圖13a示出的^^光學(xué)濾i^^置的測量^f率的圖l 圖14b是圖13b示出的^^光學(xué)濾^^置的測量^f率的圖表。圖15a是說明了才娥本發(fā)明特定原理的形成一個顏色的一^f象素的分立偏
#^慮色器和^^^f^X的i殳計的圖。
圖15b是說明^^);^域公知方法^復(fù)制圖15a的偏振濾色器的示意圖。 圖16是才Nt本發(fā)明特定原理的被設(shè)計為同時對藍(lán)ibfp綠ib^沐怍的偏
振光學(xué)濾^^置的示意圖。
圖17是圖16示出的^^li光學(xué)濾波器模型的預(yù)測的絲率的圖表。 才Mt本發(fā)明特定原理的被設(shè)計為同時對紅光、綠it^^^沐怍的濾波裝置。
圖19是圖18示出的^^光學(xué)濾波器模型的預(yù)測絲率的圖表。 圖20是說明本發(fā)明特定原理的m^技術(shù)非^lL光學(xué)濾波器的測量A^率 的圖l
^dt置的示意圖。
圖22是圖21示出的^^光學(xué)濾波器模型的預(yù)測M率的圖表。
圖23示出才緣本發(fā)明特^^理的被設(shè)計為對可見^i^^t的可替換配
置的俏振光學(xué)濾波裝置的多個示意圖。
圖24是才娥本發(fā)明特^f、理的被設(shè)計為同時對^^綠光的多個波帶進(jìn)
##怍的偏1#1光學(xué)濾波裝置的示意圖。
圖25是圖24所示的^^光學(xué)濾波器模型的預(yù)測的g率的圖表。
圖26是說明M^:量復(fù)制圖24所示的偏振光學(xué)濾波器的方法的示意圖。
圖27是##本發(fā)明特定原理的被設(shè)計為同時對紅ife^綠光的多個波帶進(jìn)
^#怍的偏振光學(xué)濾波裝置的示意圖。
圖28是圖27所示的^^光學(xué)濾波器模型的預(yù)測的i^率的圖l
圖29是^^本發(fā)明特定原理的^S己置為對^te^怍的如圖27所示的
^^光學(xué)濾波器才莫型的預(yù)測的it^率的圖表。
圖30a是通過插入的截面圖說明的涂覆有三個均勻材料層的塑料膜的預(yù)測
的iMj"率的圖l
圖30b是說明自^^量復(fù)制圖27所示的偏振光學(xué)濾波裝置的方法的示意圖。
圖31狄于圖27所示的模型的2iii^i光學(xué)濾波器模型的預(yù)觀'J的絲率的圖表。
圖32 AJ^于圖27所示的模型的改進(jìn)"^^光學(xué)濾波器模型的預(yù)測A^f率的
圖l
圖33是通過#^本發(fā)明特定原理的圖27的設(shè)計的兩個^^光學(xué)濾波器的 預(yù)測的iMf率的圖表。
圖34是通過才娘本發(fā)明特定原理的圖27的設(shè)計的兩個^^光學(xué)濾波器的 預(yù)測的i^率的圖表。
本發(fā)明的前ii^^其它目的、特色和優(yōu)點 過下面的如附圖所說明的本發(fā) 明M實;^案的更具體的描述而顯而易見，其中，在不同視圖中相同的參考 字符指代同-"^分。附圖不必成比例，取而4化，其重點在fS兌明本發(fā)明的原 理。
^f^實施方式
圖1示出表面結(jié)構(gòu)偏振光學(xué)濾波器10的截面的逸f見圖，該濾波器肯^Jt 寬光諉中的、以直角入紂而撞擊裝置的隨^ 的光束20中的特定波長范圍和 特定電場配向24P和24S或 態(tài)的光。it4t光束22包含與Ajt光束20相同 的隨才咸振寬光譜光，除了以正交于絲光24P和24S的電場配向傳播的波長 26P和26S。注意，在下文中，標(biāo)i 身'S"和'P"的^^指代正交電場方向，S意 指平^ff"f表面結(jié)構(gòu)的^JL方向4^動的電場，P表示^it交方向Ji^垂直于表面 結(jié)構(gòu)的"^1方向的方向上^^動的電場。
^#^面結(jié)構(gòu)光學(xué)濾波器10設(shè)在具有光學(xué)折射率n2的平臺i^板12上。 濾波器由折射率為n3的均勻材料層14和表面浮雕結(jié)構(gòu)16組成，表面浮雕結(jié)構(gòu) 16 ^S己置為線陣列，該線陣列由折射率為n4的材,'J成，具有常規(guī)矩形截 面輪廓。在線16之間的空間填^^斤射率為nl的材料。線16在a 12上的 均勻材料層14的表面上以周期間隔或間距為A的陣列形式重復(fù)。線16的陣列 ^L^技術(shù)中^^為;5W。為了起到光學(xué)濾波器的作用，，間距必須小于要 濾波的光波長。這樣的^t^iW技術(shù)中被稱為"子波長"。另外，偏板慮波器 10必須用形成波導(dǎo)的材料制成。這需要材料層的折射率是n2<n3>nl,且n3^n4。
使用嚴(yán)格矢量衍4^十算，以^#^面結(jié)構(gòu)光學(xué)濾波器設(shè)計10的性能。 該軟件才對Wi過由多個構(gòu)造的均勻材^^且成的由用戶定義的三*面紋理，預(yù)測寬光譜光的光鐠^t率和it^率。該計算考慮了任意偏振態(tài)和iLMt角。包
^#料庫的光學(xué)常數(shù)的測量數(shù)據(jù)。圖2示出圖1所示的^^慮波器設(shè)計的預(yù)測 性能的圖表。該模型釆用了用作材料層14的113=2.1的五萄/^& (Ta205),用 作ib^ 16的n4=1.62的感光聚*，112=1.48的^C璃J^nl-l的空，競。 雄間距AiU 550nm，;5y^的^l和高^^別i勁275nm和卯nm。 Ta205 層14的厚度iU 150nm。當(dāng)寬帶絲20垂直于濾波器結(jié)構(gòu)的平面A^t時，模 型預(yù)測到850nm波長的P偏振絲作為光束24P被絲，925nm波長的S偏 振iW作為光束24S祐，。透射的寬帶光束22將包含波長分別在850nm和 925nm波長的S和P ^^光語成分26P和26S。裝置10想,波錄^l(4^慮波器 的作用。圖2說明了條函數(shù)的潛^t率iiS'j 100%，也^l:說包含在絲20 內(nèi)的850nm波長的P偏振光的100 %#fA^j"。當(dāng)光束20沒有,時，裝置 10將850nm的光的50 。/。^Jt為P *態(tài)，將850nm的光的50%,為S ■ 態(tài)。在925nm波長，光的一半將^^Jt成S偏振態(tài)，另一半將以P條態(tài)透射。
制造圖1的偏振濾波器設(shè)計的原型以說明偏，應(yīng)。涂覆有150nm的 Ta205層的玻璃J^^被80nm厚的作為光刻l^斤公知的感光聚^^層階涂覆。 ^"膠使用干涉光刻技術(shù)用間距530nm的光柵圖案來膝光。在標(biāo)準(zhǔn)濕i^影處 理后，光刻膠包含由線陣列組成的表面結(jié)構(gòu)。所制造結(jié)構(gòu)的iE^L圖和截面視圖 被示在圖3的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像中。絲12、均勻材料層14和光 貞16在顯微圖中示出。
圖4是圖3所示的^E波器原型的測量^t率的圖l示出了兩條曲線， 其中虛線示出當(dāng)用以直角A4t的S ,寬帶itm明時裝置的M率，實線示出 當(dāng)用也以直角A^、 P偏振寬帶光照明時裝置的M率。^^I光纖^^光源和 稱為鋁>6^鏡的基于 的光5#^^行測量。^Mt率對于兩偏4^皮長波帶 都是大約80%，波帶間隔是75nm。偏銜慮波器波帶的形狀、位置和間隔與由 圖2計算所預(yù)測的緊密匹配。
圖5是緊密匹配圖1設(shè)計的^S&置為具有iW^構(gòu)的^^慮波器原型的測 量M率的圖表。如圖4中所示，示出了兩條曲線，其中虛線示出當(dāng)用以直角 A^的S^^寬帶光照明時裝置的A^率，實線示出當(dāng)用也以直角A^的P偏 振寬帶iy 、明時裝置的M率。光il^C測量示出對于以925nm為中心的S * 光的偏^t率為102 °Zq ，并JJ寸于以860nm為中心的P偏振光的效率為大約95% 。(在效率測量時的誤差是由于用于偏振白光源的常規(guī)吸收型偏振器的透射
率變化。)偏4^慮波器波帶的形狀、位置和間隔與通過圖2的計算而預(yù)測的非常
匹配，偏4^t率高度顯示了^應(yīng)-波材Wfc^或彬慮波材^h及收而導(dǎo)致的最小光 損耗。
對于4艮多應(yīng)用，例如用于LCD的濾色器陣列和A^^器，期望在更寬 的波長波帶上產(chǎn)生濾波響應(yīng)，以與光源的光i昏范圍匹配。另夕卜，與主^MJt偏 振^a術(shù)需要的幾百個材料層相關(guān)聯(lián)的^f目比，用更少的^^"層來產(chǎn)生^#> 濾波功負(fù)巨將絲l^[氐制it^。圖6示出被設(shè)計為對以540nm為中心的綠M 行操作的偏振濾波結(jié)構(gòu)30，其中540nm ^J I于LCDs中的冷陰極熒光燈 (CCFL)和^t^4l管(LED)發(fā)射的常用波長。裝置30由單一材料層34 纟M，該單一材料層34由皿12支撐且包含表面浮自構(gòu)36。這樣的結(jié)構(gòu)能 容易艦過^^]常規(guī)的、；^C^量梅)J輥的復(fù)制方法在彈^塑料^Ji制成。與 裝置10同#^^1^>慮波11#用的裝置30由符合關(guān)系nl<n3>n2的材^J成， 表面浮雕結(jié)構(gòu)36的間距A必須小于經(jīng)濾波的光的波長，表面浮雕結(jié)構(gòu)36必須 凈顛&置為高度非對稱的以產(chǎn)生偏皿應(yīng)。
圖7示出來自圖6的偏4^慮波設(shè)計的預(yù)測M率。與前面的圖4^所有下 面l^的圖表一樣，示出了兩條曲線，其中虛線示出當(dāng)用以直角入紂的 寬帶光照明時圖6 ^^型的預(yù)測M率，實線示出當(dāng)用也以直角4的P *寬 帶光照明時圖6模型的預(yù)測a率。該模型釆用用于組合材料以^構(gòu)層34和 36的Ta205 U3-2.1 )，具有n2=1.48的玻璃狄，具有nl-l的空^f^。光 柵間距A設(shè)為350nm，錢線36的ti/l和高妙別設(shè)為175nm (間距的一半 或50Q/。占空比)和75nm。 Ta205層34的厚度iU 75nm。當(dāng)寬帶絲20垂直 于濾波器結(jié)構(gòu)的平面A^j"時，該模型預(yù)測585nm波長的S偏(l^fe^Ht為it^24S ^L^J", 540nm波長的P偏振絲作為光束24P被反射。透射的寬帶光束22 將包含分別在波長585nm和540nm處的S和P偏振光鐠成分26P和26S。
裝置30 'j用于在半高全寬(full-width half-maximum FWHM)點測得 的15到20nm寬、間隔45nm的兩個波長波帶的有效,器的作用。偏^M皮帶 的中心波長,iUt^的間距支配性地確定。圖8示出Mjyt間多EiM吏^^慮 波器波帶以藍(lán)色的430nm為中心和以紅色的610nm為中心的預(yù)測效果，這兩 個波^P是CCFL發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)波長。示出了四條曲線，其中兩#"是4樹> 間距iU 400nm的紅色濾波器;^型，兩^bl:4樹iyt間i 巨i殳為250rnn的藍(lán)色濾 波器模型。所有其它的裝置^lt如圖6模型所示的i議。模型結(jié)U明由固定 的材料^^賦的一種類型的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能用于產(chǎn)絲大多數(shù)LCD和數(shù)石射目 機(jī)中^JD的濾色器陣列的典型紅、鄉(xiāng)藍(lán) ^慮波器波帶。然后能產(chǎn)生像素化 的主結(jié)構(gòu)，其中像素陣列由三付區(qū)糊成，每付區(qū)域包含不同的她間距。 主陣列能^U標(biāo)準(zhǔn)點陣干涉光刻工具而制成。標(biāo)準(zhǔn)to'J^l制技術(shù)能一次 將包含幾十萬像素的^#>慮色器陣列復(fù)制到彈性塑料片上。
圖9示出了典型濾色器陣列120的平面視圖，該陣列 己置為具有Cl到 C1024的1024列和R1到R768的768行的圖像元件(像素)121，每^H象素包 ^-^Eit^對應(yīng)于紅色R、綠色G和藍(lán)色B的可見光i瞽的窄部分的三個濾色器 窗。陣列120是例如4^±型計#^幾、臺式計^^監(jiān)視器和電禍機(jī)中使用的平 板LCDs的典型組件。
圖10示出了可見ife^i^卜光(M 380nm -780nm波長范圍)透過由 日本DaiNippon打印公司生產(chǎn)的吸收型染料濾色材料的乂/HH^t率。示出了與 用于大多數(shù)LCD濾色器陣列的紅色(點化線)、綠色(實線)和藍(lán)色(虛線) 材料的透射率對應(yīng)的三條曲線。三種材料中的^""種由硬化聚*的均勻?qū)咏M 成，上述硬化聚^ 包含以最小吸JM^射窄帶波長、同時強烈吸收具有該通 帶以外波長的光的染料。每種染料的通帶被優(yōu)化為具有峰^i^射率，以匹配用 于LCDs的典型CCFL燈的光if^布。本發(fā)明的目的是#^€常在陣列120中 釆用的、具有非吸#偏4^慮色器的吸收型染料濾波器，該非級^^^偏#^慮色 器iMfiUJt窄范圍的波長、并且循環(huán)^J"濾色帶以外的所有波長。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明裝置的應(yīng)用，圖11示出了顯示典型的背側(cè)照明 LCD截面的示意圖。LCD由液晶微IOO, ifeA形、分布和^ #^130，以及 光源140纟JL^。光源140包含CCFL燈146 (或可替艦，LEDs陣列) 到光i^^Mt表面144的光波導(dǎo)142。非偏振光122被142和144的組合展開， 以 ^示器的區(qū)域并向液晶才狹100傳播。^ijii^:100之前，在大角度 范圍發(fā)射的非偏振光122 it^了用于減少照明傳播的角度以產(chǎn)生光124的窄光 錐的光準(zhǔn)直膜134和133。膜134和133典型地形成為以截面配置設(shè)置的三角形 輪廓 132。可替換的設(shè)計輛孩iit鏡陣列。這些光準(zhǔn)直或棱^M通常4^ 技術(shù)中被稱為亮度提高膜或BEF 。當(dāng)照明光124敲'lS^j"條器136時，照明光124是非條的，該A^偏 振器136選棒14iikit射具有線性條態(tài)的光128 JL^f具有正交偏振態(tài)的光 126。這樣的反射 器136用于通過消除對不沿著液晶模塊100的,軸 1 的光的吸收(如上所述)并在^ 133、 134、 142和144的多次A^j"后被轉(zhuǎn)^ 條光128的絲光126的最終絲剩作為賄絲中細(xì)環(huán)的妙的鰣)， 錄高透ii^ 100的光。^Jt^條器136的功f^極少絲于照明光的色 彩，應(yīng)有^W軸Ji^上至離軸30^A^的ibii^^t。如Ji^W， 3M公 司對LCD市場提供了占主導(dǎo)It的^f^^^。 3M的膜已知為DBEF。本發(fā) 明更進(jìn)一步的目的是提供基于能以^A本大量生產(chǎn)的微結(jié)構(gòu)的可替換、非吸收 型、皿環(huán)寬帶^ 。
接下來^4^光128 A^"到由基板106和液晶材料114構(gòu)造的液晶模塊100 上。^^光128的^#^配向與常^^吸收型皿層103的i^f軸一致。接著， 光128通過包^t明導(dǎo)電膜116的窗陣列傳播，所述窗連接到個沐的晶體管以 允i^a如上所述的電信號。層118用于將液晶分子配向在基態(tài)，該基態(tài)負(fù)誠 過電子信號改變。^if過層114和118后，光128A4t到包含分立的紅色108、 綠色110和藍(lán)色112濾波窗的濾色器陣列120上。具有變化的光脊范圍的, M過陣列120, JLit過逸明導(dǎo)電層105和J^板106傳播。依靠 口的電信號， 透&慮色器陣列120的;^沿著吸收型< 器層104的透過軸或消，而被偏
振。平行于層104的透過軸而,的it^過^^j"層102, ^5里可,ic;Jl^到。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供基于微結(jié)構(gòu)的偏振陣列的改進(jìn)濾色器陣列 120,上述孩機(jī)構(gòu)能由還4^^t明導(dǎo)電層105、夕HI^器104和潛在配向?qū)?18 功能的材^料制成。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供基于鄉(xiāng)構(gòu)的可替換的、非吸收型、規(guī)環(huán)的 寬帶^ 136，該微結(jié)構(gòu)能以^A^;t^量制造并JJ^yi供足以允許去RHL 收型條器103的偏滅率。
本發(fā)明的特別目標(biāo)是提供負(fù)^t作對利用LCD ^^的照明光源進(jìn)^Mt的 ^慮波器。圖12a和12b示出通常凈iUMl來照明LCD的兩個光源的光it^^布。 圖12a是示出在610nm、 540nm和430nm處的三條窄帶發(fā)射線的CCFL背光 的輸出的圖表。焚it^射線的光鐠t/t對于藍(lán)線和紅線小于3nm FWHM，對 于驗大約10nm FWHM。圖12b是使用中心在630nm、 535nm和465nm處的三個LED光源構(gòu)造的背光的光"if^布的組合圖。每個LED的光傳3tl在 25nm到40nm FWHM之間。
用于使濾色^^的圖6設(shè)i"H皮簡化，以在^Li殳計為從白光源中提取, 的紅光的幾個原型的制造中實踐。涂覆有150nm的Ta205層的玻璃1^^被 385nm厚的^^ 個凃覆。^^干涉ife^技術(shù)以具有405nm間距的;^圖樣 對光刻膠膝光。在標(biāo)準(zhǔn)濕 影工藝后，光刻M包含了由線陣列組成的表面 結(jié)構(gòu)。然后ife^]^^被用作犧iN^模，通過該犧 ^模，使用已知為活性離子 蝕刻(active ion etching)或RIE的干式蝕刻才支術(shù)，蝕刻下面的Ta205層。在 圖13a的SEM圖像中示出在REE后錄去除剩輛it^膠掩^^之前的所制 it^構(gòu)的JE^L圖和截面圖。以顯微圖示出基t112、均勻材料層34和iW^36。 圖13b示出以與圖13a原型相似的方式制造的皿濾色器原型，除了剩余的光 刻膠掩;JPt^^去除。
圖14a是圖13a示出的 >慮色器原型的測量^#率的圖表。示出了兩條 曲線，其中虛線示出當(dāng)用以直角入紂的8 寬帶光照明時裝置的^率，實 線示出當(dāng)用也以直角A4t的P^^寬帶iy 、明時裝置的M率。^ J光纖M 的光源和以鋁^H^7參考的基于，的光"i制iUMi行測量。偏^^L率對于中
心在633nm的P 90 %以上，633nm波長是對應(yīng)于，M氣體g
器的發(fā)射的波長。觀測到對于中心在675nm的S偏振光，偏^t率為100 % 。 在兩波帶上，i^肖光tbil對比"絲出200: 1， i^的實際^L被測量系統(tǒng) 所限制。圖14a原型可產(chǎn)生有效的^y^f鏡，提供能用刊l定^^率和 減少對典型Brewster窗的需要的^#^饋。
圖14b示出圖13b原型的^^:率。在該原型中，帶寬被明^if加，波 帶以610nm為中心以匹配來自CCFL光源的紅色發(fā)射光。注意，波帶以外的反 射率是極小的——t^M藍(lán);^綠光的高⑩率。這樣的濾波^#對應(yīng)于CMY 色彩方案中的青色。
圖15說明可絲來產(chǎn)^于#^構(gòu)的 >慮色器陣列120的簡單制ii^r 法。該陣列的"HW象素121被示出為由包樹應(yīng)于紅色、綠色和藍(lán)^Jt (或 青色、洋紅、黃色絲)的三^"像素窗《咸。該結(jié)構(gòu)的截面150被示出，其 中被折射率nl的環(huán)>^;斤包圍的、具有折射率n3的材料層由具有折射率n2的基 板支撐，使得nKn3、2。濾波器的設(shè)計遵循圖6模型，其中結(jié)構(gòu)化層以均勻材料層制成，以使得結(jié)構(gòu)的;級小于材料層厚度的一半。n3折射率材料層可由具 有在1.7到1.9范圍內(nèi)的折射率n3的高溫聚#樹脂^^。 1^1可是具有在1.4 到1.65范圍內(nèi)的折射率的玻璃或塑料，聚乙烯或PET片塑^f"^l^示膜的常規(guī) 選擇(n3=1.6 )。系統(tǒng)160可用于在iMl包含突出部162的滾筒輥164的一^it 過(singlepass)復(fù)制工藝中實 "濾色器陣列的錢構(gòu)圖，突出部162用于將 120和150中示出的圖鈔印到高折射率材料中?？商鎿Q地，高折射率材料可包 ^f吏得暴露于光源146的材料硬化(固化)的光引發(fā)劑，該光源146典型賄 射在紫外到藍(lán)色光脊范圍的光。
在許多LCD應(yīng)用中，偏私慮波器必須在由照明光源發(fā)射的多至五個的分 立波帶上操作。通it^4^發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)，偏椒慮波器可被制作為同時在多 個波帶上工作。圖16示出被設(shè)計為同時A^^^^^綠光的偏振光學(xué)濾波 裝置40。由正弦輪廓線組成的表面浮雕iW^構(gòu)46被構(gòu)建在由基仗12支撐的 材^1"層44的表面內(nèi)。材料的折射率又被iM為nl<n3>n2，其W生波導(dǎo)諧振 必需的^#。 ；5 #構(gòu)46的^1和間多^1均勻?qū)?4的厚度被調(diào)整為糊 多個諧^^皮帶。通過將層44和; 46的厚度從如圖6設(shè)計中的大約四分之一 諧4^皮，加到大約四分t諧4^皮長，可產(chǎn)生了兩^H^^慮波器波帶。
圖17示出透錄置40的絲率的計算結(jié)果，該裝置40是利用玻璃絲 12 U2-1.48)和被空氣nl-l包圍的碗4匕鋅44， 46 (n3=2.4)結(jié)構(gòu)層而構(gòu)成的。 均勻ZnS層44的厚度被設(shè)為180nm，光tf^JL被設(shè)為195nm,光柵間i^皮設(shè) 為253nm。圖9中的實線示出P偏振; W"被以540nm和440nm為中心的兩波 銀寬光鐠絲20絲，分別如圖16的24P和25P所示。僅僅如圖8的26S 和27S所示的S^M^波長540nm和440nm處,iCi^。圖17中的虛線示出 S偏振光將以550nm和450nm為中心的兩波"^寬光鐠光束20發(fā)射，分別如 圖16中的24S和25S所示。僅僅如圖16的26P和27P所示的P偏振絲波長 550nm和450nm處凈Ait射。以波長550nm、 540nm、 450nm和440nm為中心 的偏^4^慮波器波f^皮圖17中的陰影區(qū)域高亮顯示，并JL^該圖中表示為G2、 Gl、 B2和B1。
通過將均勻材料層厚度增;^皆擬皮長的另外四分之一，可產(chǎn)生第三 的 濾波器波帶。圖18示出用與裝置40相同材^H殳計的、但包含具有矩形輪廓線 的表面浮雕結(jié)構(gòu)56、并JL^54的厚度增加到240nm的偏4^慮^^置50。雄線的寬度被減少到僅為本示例中的被i^; 280nm的光柵間距的40%。
圖19示出透it^置50的i^率的計算結(jié)果。圖19中的實線示出P 被以595nm、 490nm和425nm為中心的三個波M寬光鐠光束20 M出， 分別如圖10的23P、 24P和25P所示。僅僅如圖18的28S、 26S和27S所示的 S偏振it^波長595nm、 490nm和425nm處^fot^j"。圖19中的虛線示出S偏 振iW"被以610nm、 520nm和430nm為中心的三個波M寬光"i普光束20 M 出，分別如圖18中的23S、 24S和25S所示。僅僅如圖18的26P和27P所示 的P偏振絲波長610nm、 520nm和430rnn處^it^f。以波長610nm、 595nm、 520nm、 495nm、 440nm和430nm為中心的偏#^慮波器波舉故圖19中的陰影 區(qū)域高亮顯示，并JL在圖中表示為R2、 Rl、 G2、 Gl、 B2和B1。
在圖20中示出來自被設(shè)計為對i^M^iff^ft的^口、非<^>皮導(dǎo) 諧4^慮波器的測得的M^:據(jù)。濾波器是^^淀積vj^L璃^i^Ui的ZnS層制 造的。在ZnS層內(nèi)以大約二分之""i皆擬皮長的厚度制造臺面結(jié)構(gòu)(蜂窩圖案) 的圓形對稱陣列。該數(shù)據(jù)表明波導(dǎo)諧板慮波器^f皮設(shè)計和制造為使大多IUt源 的發(fā)射光鐠與比同櫸性能的多層薄膜濾波器薄的筒單結(jié)構(gòu)相匹配。
圖21示出被i殳計為偏振來自CCFL背光的分立發(fā)射波帶的偏振光學(xué)濾波 裝置60。三個未^^皮長波帶72、 74、 76以正^A^照明裝置60。 #實施
基板12的表面:這*腿過將該結(jié)構(gòu)凹凸;刷到塑料基板中，或通ii^"覆到基 紅的聚*層中復(fù)制所^構(gòu)來實現(xiàn)，這兩個技^KM與圖15中所示相似 的低M、大容量、梅ij^l制工藝來進(jìn)行。然后， 12中的表面結(jié)構(gòu)68 被材料層64所涂覆，材料層64復(fù)制如同在層64頂表面的表面結(jié)構(gòu)66—樣的 表面結(jié)構(gòu)68。材料的折射率又被設(shè)置為使得nKn3〉n2,其中對于空氣nl-l， 對于ZnSn3-2.4，對于玻璃n2-1.48。，結(jié)構(gòu)66、 68的深度和間多E^均勻?qū)?64的厚度被調(diào)整為產(chǎn)生匹配CCFL發(fā)射線的三^H皆4^皮帶。所建模的圖案間距 是230nm，光tt^H是80nm,層64的厚度是335nm。
圖22示出當(dāng)用可見光鐠內(nèi)的S (虛線)和P (實線)^^光兩者照明時偏 #>慮波器60的預(yù)測的透射率。四個^^皮^^皮以波長615nm、 545nnm、 480nm 和430nm為中心而預(yù)測，并,頓it^示注為R、 G、 B2和B的疊加灰色波帶所 高亮顯示。^Ut些波帶中，S^^fe^Jt回光源，如圖21中的72S、 74S和76S所示。仫^僅P偏振it^些波"M:凈iCii射，如圖21中的72P、 74P和76P 所示。來自CCFL光源的發(fā)射光"if^疊加在該圖中。注意僅僅在540nm的光i普 ^R^置60適當(dāng)ilk^。通過與層64的厚度""^^調(diào)整;^66、 68的間i 巨、線 寬和^>1,在435nm和610nm的CCFL光語線負(fù)fe^L有^M^。
圖23示出可脊氏實施方案的偏>^慮波結(jié)構(gòu)的俯阮、JE^截面圖。示出 了兩種類型的結(jié)構(gòu)，其中在前述實施方案中可見的線結(jié)構(gòu)陣列,妙巨形或正方形 結(jié)構(gòu)的二維陣列所取代。在圖的左半部分，示出了矩形陣列，其中陣列中矩形 的間隔在兩個方向上是相等的。用;jM^f(^^應(yīng)所需要的矩形結(jié)構(gòu)的非對稱 性負(fù)^^勁如截面視圖中所示的線與間隔的比例或占空比的^差異。在方向1 上,的;feit^不同的諧振條泮，將以與正^r向上,的光不同的波^^i"。 這樣的矩形陣列能^U常規(guī)的雙;5t^干涉;5t^技術(shù)制造，在該技術(shù)中通過^^ 刻1^^在啄紋間旋轉(zhuǎn)90度并在一次膝光內(nèi) 膝光能量以產(chǎn)生更寬特征，從 而i^f亍兩i^t圖案^^。
圖23的右，分示出4#^慮波陣列的又一實施方案。^^例中，均 勻和結(jié)構(gòu)4^gr,W且合在單個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中。^^通^± 正^向上結(jié)構(gòu)的間距 而產(chǎn)生的對##征，來產(chǎn)生需要的非對稱性。i^X現(xiàn)出對于在一個方向上偏 振的光與對于^EW向上偏振的i^斤不同的諧振^K 二維陣列提供額外參 數(shù)的優(yōu)勢以^肯^L許對于濾波帶位置的增加的控制的圖案對稱性。
很多其它類型的非對稱結(jié)構(gòu)適合于生產(chǎn)^>慮波器?？蒦J^諸如具有垂直 或錐形側(cè)壁和橢圓M的錐或孔的結(jié)構(gòu)。使用直角三角形朝^'形式的三it^干 涉光刻，易于產(chǎn)^Jt方形H(^Ji的橢圓孔陣列。
前述實齢案的一個方面是當(dāng)用寬光漆范圍的i!6m明時，在幼狄中隔 離出偏#>皮帶。4it射中，偏l^皮帶疊加在非偏振寬帶it^Ji。這樣的裝置在 l Lt技術(shù)中公知為拒波濾波器。在某些濾色器陣列應(yīng)用中，期望偏振和隔離透 射^中的波帶以^#所有其它波長。這些裝置^L^技術(shù)中Z/^為iMj"濾 波器。通常，皿濾波器對于以大角JLA^的光具有更大的容許限度，在LCD 例子中，當(dāng)被^^慮波器絲時，^慮波和未條的光倉^背光準(zhǔn)直(圖11中 的130、 140)和分布膜中循環(huán)。這種循環(huán)允許更多的M過LCD，產(chǎn)生更明亮 的顯示。
^^面結(jié)構(gòu)iMb慮波器育M皮設(shè)計為循環(huán)非偏振光。圖24示出被設(shè)計為同時^^CCFL背it^射的jL^綠光的^(l^光學(xué)i^濾波器90。對于前述 實施方案，該裝置由建^^L12上的材料層中的表面結(jié)構(gòu)^a^，其中材^Ht循 關(guān)系nKn3〉n2。在裝置90中，均勻?qū)?4凈力定積v fe^12上，由矩形^"廓線 的P車列^L^的結(jié)構(gòu)層95建在以折射率近似n2的材辨'j成的材料層94的頂部。 然后結(jié)構(gòu)層95被折射率為n3的另一材^1"層涂覆，以佳表面結(jié)構(gòu)95被如同表面 結(jié)構(gòu)96那樣復(fù)制。^St置中，結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)錄于高絲層之間，即一個結(jié)構(gòu) ^^96和一個均勻?qū)?4之間，以產(chǎn)生Fabiy-Perot腔。僅M由結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)層 和均勻波導(dǎo)層94、 95形成的腔內(nèi)諧振的ib^Nfc^。對于形成波導(dǎo)的非對稱結(jié) 構(gòu)，僅棘波長的窄范圍內(nèi)的S^^珊滿足諧振糾并^it^。具有波長不 在腔內(nèi)諧振的S ^#>^#^^到圖中所示的束92S。對于P ^^光，不能產(chǎn) 生諧#^，寬帶P ^^光作為束92P ^Cit^。對于在波長窄范圍內(nèi)的P <1&^光， 產(chǎn)生在均勻波導(dǎo)94內(nèi)的諧振,這些波長與S 92S相疊加^Mt^回來。
對于圖24的設(shè)計，利用m構(gòu)或由微結(jié)構(gòu)配置設(shè)置的諧^J^殳有諧振的光 在波長的寬范圍上*。因此與所有前面的產(chǎn)生具有與特定照明源的光鐠范圍 匹配的諧振帶的偏f^慮色器的實施方案相比，圖24設(shè)計要求#^振帶安5^光 源不4i射的光波長處。因此為了產(chǎn)生基于##構(gòu)的寬帶^,器，期望最小 化與孩機(jī)構(gòu)諧振的光的帶寬，甚至引入波扭陷，所i^皮扭陷有^W制或 最小化僅留下寬帶> 功能的諧振。利用微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)層之間的最小化的相干性， 可預(yù)J^維結(jié)構(gòu)為具有^^斤有三個軸變化的平均折射率的柏^t料。微結(jié)構(gòu)波 導(dǎo)的特性產(chǎn)生大的折射率變化，i^L許很小數(shù)量的層來^ff與以大量層和小折 射率變^^I建的裝置同等的功能。
圖25示出對于以正交撞擊到裝置的S (虛線)和P (實線)^j^光的通過 裝置卯的預(yù)測的,率。樹站^Jj仗12的折射率n2對于玻璃來說等于1.5, 均勻波導(dǎo)層94的折射率對于ZnS為2.4、厚度為280nm。結(jié)構(gòu)層95的折射率 n3 ^t^皮設(shè)為1.5、總厚度為U0nm，其中的80nm被矩形截面的; 所調(diào)制。 ZnSi^f皮i^涂^^料96的4斤射率，；fvl^80nm，空^i皮it^it^撞擊^^置 ^:前在其中傳播的介質(zhì)。雄間距A被i5^275nm，規(guī)占空J(rèn)^皮i5^ 50%。 包含從400nm到800nm的波長范圍的寬帶白光92以正交A^"撞擊裝置。
如上所述，由模型預(yù)測的絲光的特4樹于S和P ^4^U:明顯不同的。對于S偏振光，兩個窄帶#鍵射，M于P偏振光，預(yù)測的透射率在寬帶上較
高，僅M個窄波長波f^sJ時。該實施方案示出位于比前述實施方^ _得
寬得多的波長范圍的諧#>皮帶"卜的有效^^皮帶。對于前述圖，偏r^^^皮 標(biāo)注未G、 B2、 B和B3的灰色條所高亮顯示。CCFL光i普在圖25中再次被疊 加。注意，六個CCFL發(fā)射線中的四個^^置卯有^lk^。
圖26示出說明輛;*^^量制妙法的示意圖180， ^Jfl該方法在柔性塑料 片膜12的^Ji產(chǎn)生圖24的發(fā)明'Iii^置。塑料片膜12是PET、聚^l旨或其它 滿足圖24設(shè)計^U范的材料，^^^覆有諸如ZnS的更高折射率材料的均勻?qū)印?涂覆有ZnS的塑料片膜由于其用于^^息圖和身份證而食W多種來源購買。 經(jīng)涂覆的塑料片膜通過一系列的圓柱形輥186、 188和184被^i^過系統(tǒng)180。 輥184包含圍繞其圓周的一系列突出線182,該突出^^^形和定位為使得當(dāng)輥 轉(zhuǎn)動時，浮雕結(jié)構(gòu)的重復(fù)陣列負(fù)Mt塑料層的表面內(nèi)產(chǎn)生。塑料層最初作為液體 194從漏斗192分布在輥184和塑料片之間，然后通iij^露于紫外光185 (或可 替^kifit^露于熱或電子束)而轉(zhuǎn)化成固體。剝離輥186用于M筒輥184 #^硬化塑料。然后孩機(jī)構(gòu)片膜被引AJ^覆室198， ^i^覆室198中另一層i勤口 ZnS的高折射率材料196以共形的方式淀積在,并填^^面浮雕;tt^t間 的谷部。
圖27表^^皮設(shè)計用于寬帶,和減小的i^^皮帶數(shù)量的偏4^緣構(gòu)濾波 器170。模型包拾具有折射率n2=1.62以;j^以PET膜的J^L 12、以高折射率 材料(n3=2.4以模擬ZnS)構(gòu)成并且^A PET M^面中的微結(jié)構(gòu)光柵，該 孩機(jī)構(gòu)具有320nm的it^周期A, 60。/。的;^占空比和85nm的調(diào)制^JL。被 設(shè)置為n4=1.5以銜W更化聚合物或環(huán)攀樹脂的^^斤射率材料175層以共形的方 iC^^覆在結(jié)構(gòu)174的頂部，4t悉厚度達(dá)到170nm以偵jynt結(jié)構(gòu)174在層175 表面內(nèi)禍^>]。第二高折射率材料(再次n3-2.4以模擬ZnS)以共形的方式3皮 淀積85mn厚度，以產(chǎn)生凈樹于空U nl=l的夕MP介質(zhì)包圍的iW^構(gòu)176。 包含從400nm到800nm范圍波長的寬帶白光172以正交A^t撞擊裝置。
圖28示出對于S (虛線)和P (實線)偏振光的通it^置170的預(yù)測的透 射率。在可見光傳的綠#紅光區(qū)域中預(yù)測兩個寬偏#^皮帶，并且該兩個寬偏 4^皮f^皮標(biāo)注為R和G的疊加灰色波帶所高亮顯示。^it些波帶中，S偏振光 #^回光源，如圖27中的172S所示。僅:僅P偏振it^it些波長^it射，如圖27中的172P所示。來自CCFL光源的光語發(fā)射也在圖中被疊加。該模型顯 示了裝置170將以綠色中的超過90: 1和對于紅^^射線的超過100: 1的微 對比度，有^k^由CCFL源發(fā)射的綠*紅光。偏振帶以外的^將以平 均大約70%被透射，剩余的30%^#回光源。注意由于結(jié)構(gòu)波導(dǎo)層的減小的厚 度，消除了對于S偏振光的諧振帶，對于P偏振光的諧振f^皮有皿窄化和壓 縮。
^5U'j用從320nm到260nm周期的;ttH、司隔的簡單^，圖28中所示的偏 ^^皮f^皮箭測為轉(zhuǎn)換到如圖29中所示的藍(lán)綠光i務(wù)范圍，圖29與在前的圖表一 樣，對于S和P偏振光的通it^置170的預(yù)測的i^^^別由虛線和實線所顯 示，兩個寬偏#>皮帶和一個更不有效的偏#^皮帶#^可見光鐠的綠色和藍(lán)色區(qū) 域中預(yù)測，iW皮標(biāo)注為Bl、 B2和G的疊加灰色波帶所高亮顯示。^jfc^些波帶 中，S^jy^JN"回光源，如圖27中的172S所示。僅僅P^^t^il些波 ^blfet^，如圖27中的172P所示。來自CCFL光源的光鐠發(fā)射也疊加在圖 中。模型顯示了裝置170將以超過90: 1的^W比度有^itM^大多數(shù)由 CCFL光源JL射的M。
圖30a和30b表示一種制造圖27的^S^^^慮波器設(shè)計的手段。該工 藝開始于涂^^有由ZnS (n3=2.4)和Si02 (n4^1.5)或丙烯酸(n4=1.48)紐成 的三層薄膜疊層的柔性塑料片膜(PET， n2-l,62)的輥。ZnS層的厚度dl被 i殳為85nm,丙烯酸層的厚度d2為170nm。將膜疊層和^4l的截面圖示出為插 A^通it^涂覆的膜片的可見波帶光的正^Aiat^率的圖。注意，對于S和 P條光的絲率是相等的——t樣更有^^。
圖30b表示用于直M圖27 ;5 #構(gòu)壓印到經(jīng)涂覆的PET膜中的^J'J輥 制造系統(tǒng)200。經(jīng)涂覆的PET膜通過圓柱狀輥188、 186和204 4皮^1^過系統(tǒng)。 輥188以足^f汰面突出部202 ^t^:fe薄g的力向著輥204按壓經(jīng)PET涂 覆的膜，以^i方形截面凹槽的重t^列凈ill制在每個薄M^內(nèi)和在PET膜的 表面內(nèi)。剝離輥186用于>^輥202#^印膜。
通過圖30b的制it工藝，期望與圖27設(shè)計的較小改動，例如對于臨近PET 膜的材料層的傾斜的凹槽側(cè)壁和斷氐的結(jié)構(gòu)深度。這些結(jié)構(gòu)缺陷中的每個將用 于抑制產(chǎn)生的窄帶諧振，而不減少^W比度。圖31示出通過凈i^ii以包皿 斜側(cè)壁凹槽和不等的層厚度的圖27結(jié)構(gòu)的可見波帶光的預(yù)測的,率。所有其它錄與圖29模型4湖目同。在藍(lán)色光i普區(qū)域內(nèi)的有效條帶寬被增加到接近 100nm以強烈抑制P^^^光的諧振之一。^^皮帶以陰影灰色區(qū)錄示，并被 才和主為BB。疊加的CCFL光鐠發(fā)4t^示出肯l^得所有發(fā)射的藍(lán)-紫色光的有 效i為了闡明通過圖31模型預(yù)測的性能，圖32示出才娥本發(fā)明結(jié)構(gòu)的可 見光的預(yù)測的絲的圖l在該圖表中，用虛錄示的S^M^f對于藍(lán)-紫 色波長被強烈iik^，而P #^藍(lán)-紫色光(實線)將經(jīng)歷很小的狄。在該 圖表中4M色LED的發(fā)射光^tM皮疊加，以說明^^得的用于LCD的典型 光源的有效,。圖32示出與圖31中所示曲 倒的曲線，證實了當(dāng)用于背 光LCD應(yīng)用時本發(fā)明裝置的i^員特'^^t環(huán)光的潛能。
作為來自A4^!,器136的反射結(jié)果，在LCD背光中循環(huán)的光的fe念 ,A4t的皿態(tài)從S到P態(tài)或從P到S態(tài)的旋轉(zhuǎn)。期望在來自BEF133、 134 ^fclt膜144的多:^Jt后，，態(tài)將從凈>^^1 器136 M的狀態(tài)轉(zhuǎn)4匕 為被透射的狀態(tài)。某些^)"光可能僅僅需要;U^Jt來M振態(tài)從被阻擋態(tài)轉(zhuǎn) 化到通過態(tài)，而其它的光可能進(jìn)行了幾百i^^，增加了系統(tǒng)" L^殼體^J^員 耗的可能性。為了M來自^Sjm偏振器裝置的反射光的偏振態(tài)的更決轉(zhuǎn)化， 可采用相^i^器件。在僅僅兩次通過其非常光浙射率晶軸相對于本發(fā)明裝置
的ifc^r向^45度配向的單軸晶體四分之一波勤目^^教降，將產(chǎn)生M 振態(tài)90度的絲，將S^Mt^^J，JP^4^M從P到S。 ；^發(fā)明的另一個目 的是提皿過并入位于^m,器和背光LCD的照明源之間的四分之一波 勤目^^H^而透過該公開的^Mt^偏振器裝置的鋪振光的增強i^率。該 目的食腿過^J I標(biāo);^i伸的薄膜四分之一波長塑料片或4ff"波長周期、高織 比ibfe壓印到諸如PET的^t塑料膜的表面中來完成。所發(fā)明的裝置170 于to實施方案中使用的PET;i4l背側(cè)上并Ail種經(jīng)壓印的四分之一波^id 結(jié)構(gòu)。
再一次參考圖28、圖29和圖31，注意到^^皮帶夕卜的絲率很高，這暗 示著圖28裝置的功能能^地與圖29或圖30裝U且合，以產(chǎn)生有效^^整個 可見光鐠的寬帶^ *器裝置。圖28裝置能與圖29或圖30裝^l且合的一 種方iU:將兩側(cè)Ji^覆的PET膜與圖30a膜疊層壓印，然后分離M同時# 膜的HJl^印困28裝置和在膜的相對側(cè)Ji^印圖29或30裝置。
圖33示出了透itW兩側(cè)上的如圖27中示出的PET膜支撐結(jié)構(gòu)的可見光的預(yù)測的it4t率。圖28和圖29模型被模擬以產(chǎn)生圖33的結(jié)果。P偏振光的 ⑩率用實線表示，S ^^^光的it^率用虛線表示。CCFL光源的光i瞽再一次 包括在圖中。該圖示出由CCFL光源發(fā)射的光的^h光"i普將:R^發(fā)明的裝置偏 振，對于強的紅色、綠色和藍(lán)^C射線將產(chǎn)生高度有效的條。這些有效的偏 振帶由圖中的灰色區(qū)J^^示，并標(biāo)注為B1、 B2、 G和R。注意在光語的藍(lán)色區(qū) 域中的減小iMl"率不表示;3y員耗。在該區(qū)域中沒有透射的光將,il^回LCD光 源，^EJ)5里它^^J^斤^^皮循環(huán)。
圖34也示出了透it^M兩側(cè)上的如圖27中示出的PET膜支撐結(jié)構(gòu)的可 見光的預(yù)測的,率。為了示出對組合結(jié)構(gòu)的諧振的抑制^，圖30的模型與 圖28的模型組合，以產(chǎn)生圖34的結(jié)果。P ^^光的itlt率用實線表示，S ■ 光的,率用虛線表示。ccfl光源的光鐠再次包括在圖中。該圖示出由ccfl 源發(fā)射的光的整個光i瞽將^^s發(fā)明的裝置m，對于強的紅色、綠色和藍(lán)^ 射線將產(chǎn)生高度有效的偏振。這些有效的偏振帶由圖中灰色區(qū)^^示，并被標(biāo) 注為B1、 B2、 G和R。利用該設(shè)計，P偏振ifeit^率中的諧振槽口^l在藍(lán)色 區(qū)域中被減小和抑制。S偏振光的艦桃在200nm帶寬上大;UW少，賄 由于諧振光導(dǎo)致的較小峰值。特別地，可見光的平均^W"比yt^過80: 1。
權(quán)利要求
1.一種用于濾波和偏振電磁波的裝置，該裝置包括具有表面浮雕結(jié)構(gòu)的第一基板，該表面浮雕結(jié)構(gòu)包含至少一個物理尺寸小于經(jīng)濾波的電磁波波長的介電體，該結(jié)構(gòu)以至少覆蓋第一基板表面的一部分的一維或二維陣列形式重復(fù)，并且所述基板的表面浮雕結(jié)構(gòu)由足以形成波導(dǎo)模態(tài)諧振濾波器的材料組成或浸入所述材料，并且所述介電體被配置為在與包含基板的平面平行的平面內(nèi)觀察時具有并不相等的尺寸，或所述介電體在二維陣列的一個方向上的重復(fù)周期不等于在正交方向上的重復(fù)周期。
2. :H5U'j要求1所述的裝置，^#絲于表面浮麟構(gòu)的尺寸被調(diào)整，以 濾波和 多于一個的電磁波波長范圍。
3. 如權(quán)矛j^求2所述的裝置，其特征在于經(jīng)濾波的電磁波的波長范圍對應(yīng)于冷陰極熒ibtr的波長^^布。
4. 如權(quán)矛J^求2所述的裝置，其特征在于經(jīng)濾波的電磁波的波長范圍對應(yīng) 于LED光源的波長^^布。
5. :H5U'J^求1所述的裝置，^4t;^于a面故理中的^^介電體是在 _^^14面上以陣列形式重復(fù)的線。
6. ^ ，漆求5所述的裝置，其特4i^于^Nh電^Mr有圓錐形、橢圓形、正方形、矩形、正弦、六邊形或vxii形的截面輪廓。
7. 如權(quán)矛溪求i所述的裝置，^^^于M面紋理中的VHh電體是在J41^面上以陣列重復(fù)的矩形或橢圓形的M孔。
8. :H5U，澳求7所述的裝置，其特4i^于VNh電M"有圓錐形、橢圓形、正方形、矩形、正弦、六邊形或/Mi形的截面輪廓。
9. :H5U'漆求1所述的裝置，還^#:一個或多個包^H5Uf'決求l中的表面浮雕結(jié)構(gòu)的基仗，在每個J^上的表面浮雕結(jié)構(gòu)^cs己置為濾波和^^來自照明電磁波的不同波長區(qū)域，并且所i^S^皮疊加以"^^明電磁波連續(xù)il^皮每個J^^慮波。
10. 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括在包^^'J^"求i中的表面浮雕結(jié)構(gòu)的每個J^的局4M匕區(qū)域，在每 一局命化區(qū)域內(nèi)的表面浮，構(gòu)^1己置為濾波和^#^自照明電磁波的不同》皮 長區(qū)域，和所^命f匕區(qū)域以aJJ^l的陣列形式重復(fù)，以^^^明電磁S皮的不同區(qū)域并行地同時被不同的局部化區(qū)域濾波。
11. 一種LCD顯示器，包括 光源；M,器，選棒,以"HS^態(tài)it^來自光源的光并M具有正交偏 振態(tài)的光；和液晶微，接收^^H^^器iMJ"的光，該液晶微包括包^5U，]^"求l 的^^的^f車列。
12. —種包^M'溪求l的裝置的'^yt鏡。
13. —種光學(xué)編碼裝置，包括 光源；和^U，漆求1的裝置，所述權(quán)矛漆求1的裝置接#自光源的光并a至少 一個波長的且具有一^S^態(tài)的光，透射至少一個其它波長的且具有正交條 態(tài)的光。
14. 一種^t色器，包拾分離l象素的陣列，每^H象素包括多個分立的濾色器窗，每個濾色窗,可 見光i普的不同窄部分，每個窗包^U'J要求1的裝置。
15. —種包^U，溪求1的裝置的^^慮波器，^^有由具有第一折射率 的材料的均勻?qū)佣x的波導(dǎo)和由具有第二折射率的材料制成的表面浮，構(gòu)， 其中第一折射率大體上大于第"^斤射率。
全文摘要
描述了一種基于微結(jié)構(gòu)的偏振器。該裝置用作光譜光學(xué)區(qū)域內(nèi)的電磁波濾波器，濾波多個波長波段和偏振態(tài)。該裝置包括具有表面浮雕結(jié)構(gòu)的基板，該表面浮雕結(jié)構(gòu)包含物理尺寸小于經(jīng)濾波的電磁波波長的介電體，所述結(jié)構(gòu)以至少涂覆基板表面的一部分的陣列形式重復(fù)。該揭示的結(jié)構(gòu)作為液晶顯示器中的反射型偏振器、或顯示器中每個像素的偏振型濾色器元件特別有用。通過該裝置實現(xiàn)了其它應(yīng)用，例如偏振編碼的安全標(biāo)記、偏振室內(nèi)照明和用于電子成像系統(tǒng)的濾色器陣列。
文檔編號G02F1/1335GK101617263SQ200680016855
公開日2009年12月30日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月18日
發(fā)明者道格拉斯·S·霍布斯 申請人:道格拉斯·S·霍布斯