TWI872763B - 金屬線偏光片的製作方法 - Google Patents

Abstract

一種金屬線偏光片的製作方法，包括在一透明基板上形成一薄金屬層，接著利用電鑄製程在該薄金屬層上形成多條金屬線，最後進行化學反應以將該薄金屬層暴露在該多條金屬線之間的部分轉換為透明的介電層，以形成該金屬線偏光片。

Description

金屬線偏光片的製作方法

本發明是有關一種金屬線偏光片(Wire-grid Polarizer; WGP)，特別是關於一種低成本且具有良好穿透率(Transmittance)與消光比(Extinction Ratio)的金屬線偏光片的製作方法。

圖1顯示傳統的金屬線偏光片10，用以說明金屬線偏光片10之運作原理。圖2顯示圖1的金屬線偏光片10的剖面圖。金屬線偏光片10包括一透明基板12及多條金屬線14。多條金屬線14是平行排列在透明基板12上，以形成一金屬線柵。假設入射光Li為非偏極光(Un-polarized Light)，入射光Li包含了P偏極光Ip及S偏極光Is，其中P偏極光Ip與S偏極光Is的強度相等。P偏極光Ip的電場垂直於多條金屬線14，而S偏極光Is的電場平行於多條金屬線14。當入射光Li照射至金屬線偏光片10時，S偏極光Is會與多條金屬線14交互作用而形成電偶極(electric dipole)，使得大部分的S偏極光Is被金屬線偏光片10反射，成為反射光Lr的S偏極光Rs，只有小部的S偏極光Is穿過金屬線偏光片10，成為穿透光Lt的S偏極光Ts。由於P偏極光Ip的電場垂直於多條金屬線14，因此不會和多條金屬線14交互作用而產生電偶極，P偏極光Ip幾乎完全穿過金屬線偏光片10，即入射光Li的P偏極光Ip幾乎等於穿透光Lt的P偏極光Tp。

金屬線偏光片10的好壞可以透過金屬線偏光片10的穿透率Tr及消光比Er來判斷，其中 Tr=Tp/Ip，而Er=Tp/Ts。穿透率Tr及消光比Er越大，代表金屬線偏光片10的功效越好。一般而言，金屬線14的線寬W越小且高度H越高，則穿透率Tr及消光比Er越大。

為得到良好的穿透率Tr與消光比Er，金屬線偏光片10是採用奈米壓印微影與乾蝕刻等製程技術進行製作。然而，奈米級之微影與乾蝕刻之生產成本偏高，造成金屬線偏光片10之單價過高，而難以推廣金屬線偏光片10之應用範圍與拓展其應用市場之規模。

圖3顯示使用電鑄製程製作的金屬線偏光片20的剖面圖。圖3的金屬線偏光片20包括一透明基板22、一透明導電層24及多條金屬線26。由於金屬線26無法直接電鑄在透明基板22上，因此必須先在透明基板22上覆蓋一層透明導電層24，接著再透過電鑄方式於透明導電層24上形成多條金屬線26。多條金屬線26是平行排列在透明導電層24上，以形成一金屬線柵。電鑄製程的成本較低，約為奈米壓印微影與乾蝕刻等製程的1/10左右。為了有良好的電鑄特性，需增加透明導電層24的厚度來降低透明導電層24的阻值，進而提升電鑄速率與改善電鑄的均勻性問題。然而，透明導電層24具有光學吸收率及導電性，因此隨著透明導電層24的厚度的增加，金屬線偏光片20的穿透率Tr與消光比Er會降低。

因此，一種低成本且具有良好穿透率與消光比的金屬線偏光片的製作方法，乃為所冀。

本發明的目的，在於提出一種低成本且具有良好穿透率與消光比的金屬線偏光片的製作方法。

根據本發明，一種金屬線偏光片的製作方法，包括在一透明基板上形成一薄金屬層，接著利用電鑄製程在該薄金屬層上形成多條金屬線，最後進行化學反應以將該薄金屬層暴露在該多條金線之間的部分轉換為透明的介電層，以形成該金屬線偏光片。本發明的金屬線是利用電鑄製程來形成，因此本發明的金屬線偏光片的成本較低，而且多條金屬線之間的薄金屬層會通過化學反應而轉換為透明的介電層，所以本發明的金屬線偏光片具有良好穿透率與消光比。

圖4是本發明金屬線偏光片的製作方法的第一實施例。圖5至圖10是用以說明圖4的製作方法。如圖4步驟S10及圖5所示，本發明金屬線偏光片30的製作方法包括在一透明基板32上形成一薄金屬層34，其中薄金屬層34的材質可以是但不限於鋁、鎳、銅或鐵。薄金屬層34的功用之一是為了在接下來的步驟S12中，可以通過電鑄製程來形成金屬線。

在形成薄金屬層34後，接著進行步驟S12。在步驟S12中，先於薄金屬層34上形成一光阻圖案40，如圖6所示。光阻圖案40可以是硬質光阻或軟質光阻。光阻圖案40可以但不限於使用壓印膠來形成。形成光阻圖案40後，接著利用電鑄製程在薄金屬層34未被光阻圖案40覆蓋的區域上形成多條平行排列的金屬線36，如圖7所示。薄金屬層34與金屬線36的材質可以相同或不同。在形成多條金屬線36後，將光阻圖案40移除，如圖8所示。在圖8中，金屬線36的剖面形狀為矩形，但本發明不限於此，金屬線36的形狀可以是各種規則或非規則形狀，例如金屬線36的剖面形狀也可以是上寬下窄或上窄下寬的梯形。

在形成多條金屬線36並移除光阻圖案後，進行步驟S14。步驟S14是對薄金屬層34暴露在多條金屬線36之間的部分進行化學反應，以將該部分轉換成為透明的介電層38，使得入射光線可以穿過。步驟S14的化學反應包括但不限於氧化、氮化、氟化或硫化。在步驟S14的化學反應後，薄金屬層34與金屬線36組成金屬線柵，以形成本發明的金屬線偏光片30。

在一實施例中，若薄金屬層34與金屬線36為相同材質，或者薄金屬層34與金屬線36為不同材質但皆可進行化學反應時，暴露在多條金屬線36之間的薄金屬層34以及多條金屬線36的表層在步驟S14的化學反應中將被轉換為透明的介電層38，如圖9所示。

在一實施例中，若薄金屬層34與金屬線36為不同材質且金屬線36不會進行化學反應時，只有暴露在多條金屬線36之間的薄金屬層34在步驟S14的化學反應中被轉換為透明的介電層38，如圖10所示。

在一實施例中，當薄金屬層34與金屬線36為不同材質且薄金屬層34的活性大於金屬線36時，在步驟S14的化學反應後，薄金屬層34有較多部分被轉換為介電層38，因此金屬線柵將呈現上寬下窄的形狀，如圖11所示。

在一實施例中，金屬線36可以由多層不同材料組成。如圖12所示，每一條金屬線36包括一第一金屬層362及一第二金屬層364。當第一金屬層362的活性大於第二金屬層364時，在步驟S14的化學反應後，第一金屬層362有較多部分被轉換為介電層38，因此金屬線36將呈現上窄下寬的形狀，如圖12所示。相反的，當第一金屬層362的活性小於第二金屬層364時，在步驟S14的化學反應後，第二金屬層364有較多部分被轉換為介電層38，因此金屬線36將呈現上寬下窄的形狀。

圖13是本發明金屬線偏光片的製作方法的第二實施例。圖14至圖19用以說明圖13的製作方法。如圖13步驟S20及圖14所示，本發明金屬線偏光片50的製作方法包括在一透明基板32上形成一光學薄膜層52，其中光學薄膜層52可以是但不限於抗反射層。在形成光學薄膜層52後，進行步驟S22。在光學薄膜層52上形成一薄金屬層34，如圖15所示。

在形成薄金屬層34後，接著進行步驟S24。在步驟S24中，先於薄金屬層34上形成一光阻圖案40，如圖16所示。形成光阻圖案40後，接著利用電鑄製程在薄金屬層34未被光阻圖案40覆蓋的區域上形成多條平行排列的金屬線36，如圖17所示。薄金屬層34與金屬線36的材質可以相同或不同。在形成多條金屬線36後，將光阻圖案40移除，如圖18所示。

在形成多條金屬線36並移除光阻圖案後，進行步驟S26。步驟S26是對薄金屬層34暴露在多條金屬線36之間的部分進行化學反應，以將該部分轉換成為透明的介電層38，使得入射光線可以穿過。若薄金屬層34與金屬線36為相同材質，或者薄金屬層34與金屬線36為不同材質但皆可進行化學反應時，暴露在多條金屬線36之間的薄金屬層34以及多條金屬線36的表層在步驟S26的化學反應中將被轉換為透明的介電層38，如圖19所示。在步驟S26的化學反應後，薄金屬層34與金屬線36組成金屬線柵，以形成本發明的金屬線偏光片50。步驟S26的化學反應包括但不限於氧化、氮化、氟化或硫化。

本發明的製作方法是是利用電鑄製程來形成金屬線36，因此本發明的金屬線偏光片30及50的成本較低，而且多條金屬線36之間的薄金屬層34會通過化學反應而轉換為透明的介電層38，所以本發明的金屬線偏光片具有良好穿透率與消光比。另一方面，圖2及圖3的金屬線偏光片10及20的金屬線柵只包含金屬線14或26，而圖10的金屬線偏光片30的金屬線柵包含了薄金屬層34與金屬線36，因此本發明金屬線偏光片30的金屬線柵的高度會大於金屬線偏光片10及20的金屬線柵的高度，因而具有更好的穿透率與消光比。在圖9及圖19中，化學反應使得金屬線36的表層轉化為介電層38，一般來說，被轉化的表層的厚度不會大於薄金屬層34的厚度，因此相較於的圖2及圖3的金屬線偏光片10及20的金屬線柵，圖9及圖19的金屬線偏光片30及50的金屬線柵具有較小的寬度及較高的高度，因而具有更好的穿透率與消光比。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10:金屬線偏光片 12:透明基板 14:金屬線 20:金屬線偏光片 22:透明基板 24:透明導電層 26:金屬線 30:金屬線偏光片 32:透明基板 34:薄金屬層 36:金屬線 38:介電層 40:光阻圖案 50:金屬線偏光片 52:光學薄膜層 Er:消光比 H:高度 Ip:P偏極光 Is:S偏極光 Li:入射光 Lr:反射光 Lt:穿透光 Rs:S偏極光 S10:步驟 S12:步驟 S14:步驟 S20:步驟 S22:步驟 S24:步驟 S26:步驟 Tp:P偏極光 Tr:穿透率 Ts:S偏極光 W:線寬

圖1顯示傳統的金屬線偏光片。 圖2顯示圖1的金屬線偏光片的剖面圖。 圖3顯示使用電鑄製程製作的金屬線偏光片的剖面圖。 圖4顯示本發明金屬線偏光片的製作方法的第一實施例。 圖5至圖10是用以說明圖4的製作方法。 圖11顯示薄金屬層的活性大於金屬線時的實施例。 圖12顯示金屬線由多層不同材料組成的實施例。 圖13顯示本發明金屬線偏光片的製作方法的第二實施例。 圖14至圖19是用以說明圖13的製作方法。

S10:步驟

S12:步驟

S14:步驟

Claims (7)

1. 一種金屬線偏光片的製作方法，包括下列步驟： 在一透明基板上形成一薄金屬層； 利用電鑄製程在該薄金屬層上形成多條金屬線，其中該多條金屬線平行排列，該薄金屬層的一部分暴露在該多條金屬線之間；以及 進行化學反應以將該薄金屬層的該部分轉換為透明的介電層，以形成該金屬線偏光片。
2. 如請求項1所述的製作方法，其中該化學反應包括氧化、氮化、氟化或硫化。
3. 如請求項1所述的製作方法，其中該多條金屬線的表層通過該化學反應轉換為該介電層。
4. 如請求項1所述的製作方法，其中該多條金屬線與該薄金屬層是同一材質。
5. 如請求項1所述的製作方法，其中該多條金屬線與該薄金屬層是不同材質。
6. 如請求項1所述的製作方法，其中每一條該金屬線包括多層不同材料。
7. 如請求項1所述的製作方法，更包括在該透明基板及該薄金屬層之間形成一光學薄膜層。