專利名稱：圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種偏振片，具體來(lái)說(shuō)涉及一種圖案化偏振轉(zhuǎn)換器以及相應(yīng)的制造方法。
背景技術(shù)：
偏振片是廣泛應(yīng)用于顯示器、通信系統(tǒng)和傳感器的重要光學(xué)元件。傳統(tǒng)的偏振片能夠?qū)⒎瞧窆廪D(zhuǎn)換成具有一個(gè)特定偏振方向的線偏振光，其線偏振方向是空間均勻的。不過(guò)，在某些應(yīng)用中需要空間不均勻的偏振片。例如，某些涉及光配向技術(shù)的應(yīng)用需要具有空間變化的線偏振方向的微圖案化偏振片。其它應(yīng)用可能需要產(chǎn)生具有空間變化方向的線偏振以及圓偏振的圖案化偏振片，例如偏振傳感器。傳統(tǒng)的圖案化偏振片包括基于線柵偏振片的微圖案化偏振片陣列、光配向偶氮染料偏振片、以及用于圖像感測(cè)的液晶微偏振片陣列。不過(guò)，線柵偏振片需要光刻制造并且在多區(qū)圖案的情況下成本較高，光配向偶氮染料偏振片的消光系數(shù)不足，而液晶微偏振片陣列的厚度會(huì)導(dǎo)致圖像感測(cè)應(yīng)用中出現(xiàn)問(wèn)題。其它的傳統(tǒng)圖案化偏振片對(duì)于實(shí)際制造來(lái)說(shuō)同樣過(guò)于復(fù)雜，或者由于其它缺陷而使其不適于實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種圖案化偏振轉(zhuǎn)換器以及一種成本效率高的制造方法。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其包括四分之一波片以及定位為實(shí)質(zhì)上與所述四分之一波片平行的圖案化四分之一波片，其中所述圖案化四分之一波片包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)光軸的延遲區(qū)、以及至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于另一個(gè)光軸的其它延遲區(qū)或者至少一個(gè)非延遲區(qū)。圖案化偏振轉(zhuǎn)換器可以構(gòu)造為將通過(guò)四分之一波片輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成通過(guò)圖案化四分之一波片輸出的具有空間變化偏振狀態(tài)的光。該圖案化偏振轉(zhuǎn)換器還用在偏振傳感器中并將通過(guò)圖案化四分之一波片輸入的偏振光轉(zhuǎn)換成通過(guò)四分之一波片輸出的線偏振光。所述四分之一波片和圖案化四分之一波片可以是寬帶四分之一波片，也可以是液晶盒或者固體延遲片(或其組合)。固體延遲片構(gòu)造包括延遲薄膜(例如液晶聚合物薄膜) 和固體晶體構(gòu)造。如果四分之一波片或圖案化四分之一波片是液晶盒，則該液晶盒可以包括兩個(gè)電極，電壓源連接至這兩個(gè)電極以開(kāi)啟或關(guān)閉延遲區(qū)以及調(diào)節(jié)延遲區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例中，圖案化偏振轉(zhuǎn)換器可以構(gòu)造為將通過(guò)四分之一波片輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成通過(guò)圖案化四分之一波片輸出的徑向或方位角偏振光。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括制造圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的方法，該方法包括制造圖案化四分之一波片，其中所述制造包括對(duì)基板涂敷光配向?qū)樱⑶彝ㄟ^(guò)模板圖案化偏振轉(zhuǎn)換器曝光所述光配向?qū)?；以及提供?shí)質(zhì)上平行于所述圖案化四分之一波片的四分之一波片。所述圖案化四分之一波片可以是固體延遲片，其中所述制造還包括在所述光配向?qū)由铣练eLCP層以及聚合所述LCP層。所述圖案化四分之一波片還可以是液晶盒，其中所述制造還包括使用所述基板和其它基板組裝單元并且使用液晶填充所述基板之間的區(qū)域。在另一個(gè)實(shí)施例中，模板圖案化偏振轉(zhuǎn)換器包括對(duì)應(yīng)于一個(gè)光軸的第一延遲區(qū)和至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于與第一延遲區(qū)不同的光軸的其它延遲區(qū)，以及至少一個(gè)非延遲區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括偏振傳感器，其包括圖案化偏振轉(zhuǎn)換器、線偏振片、和傳感器陣列。該傳感器陣列可以是CCD(電荷耦合器件)或CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器陣列，并可以包含與圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的各個(gè)區(qū)對(duì)應(yīng)的像素。通過(guò)閱讀后續(xù)詳細(xì)說(shuō)明并參照附圖，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。


圖1是一個(gè)實(shí)施例中的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖，其具有四分之一波片和圖案化四分之一波片，圖案化四分之一波片上具有延遲區(qū)和非延遲區(qū)，其中線偏振光通過(guò)四分之一波片輸入。圖2是示出了另一實(shí)施例中的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖，其具有四分之一波片和圖案化四分之一波片，圖案化四分之一波片上具有延遲區(qū)和非延遲區(qū)，其中線偏振光通過(guò)四分之一波片輸出。圖3是一個(gè)實(shí)施例中的圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖，其具有四分之一波片和圖案化四分之一波片，具有兩個(gè)電極，以圓形對(duì)稱配向進(jìn)行圖案化，并且通過(guò)所施加的電壓進(jìn)行偏置，所述偏振轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為將輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成輸出的徑向偏振光。圖4是一個(gè)實(shí)施例中的圖案化方位角偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖，其具有四分之一波片和圖案化四分之一波片，具有兩個(gè)電極，以圓形對(duì)稱配向進(jìn)行圖案化，并且通過(guò)所施加的電壓進(jìn)行偏置，所述偏振轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為將輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成輸出的方位角偏振光。圖5是示出了一個(gè)實(shí)施例中將圖案化四分之一波片的設(shè)計(jì)復(fù)制到光配向?qū)右杂糜谥圃祛~外的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的方法的示意圖。圖6是示出了另一個(gè)實(shí)施例中用于制造另外圖案化偏振轉(zhuǎn)換器而將圖案化四分之一波片的設(shè)計(jì)復(fù)制到配向?qū)拥姆椒ǖ氖疽鈭D。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種偏振轉(zhuǎn)換器，其具有能夠用于將輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成以空間變化的偏振狀態(tài)輸出的光的多個(gè)區(qū)，包括基于該區(qū)的圖案產(chǎn)生線偏振光的區(qū)以及產(chǎn)生圓偏振光的區(qū)。在其它實(shí)施例中，可以將具有多個(gè)區(qū)的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器用在能夠檢測(cè)輸入光的偏振狀態(tài)的偏振傳感器應(yīng)用中。本發(fā)明的其它實(shí)施例包括徑向及方位角偏振轉(zhuǎn)換器，其可以用在諸如光鉗(tweezer)的應(yīng)用中。另外，圖案化偏振轉(zhuǎn)換器可以用于制造具有相同圖案的更多圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中使用單步光配向來(lái)將已有圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的圖案復(fù)制到未進(jìn)行圖案化的光配向?qū)?。通常?lái)說(shuō)，半波片可以用于將輸入的線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，而四分之一波片能夠用于將輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成輸出的圓偏振光。文中所稱的“四分之一波片”包括λ /4波片、3 λ /4波片、5 λ /4波片、7 λ /4波片等，因?yàn)檫@些波片類型中的任一種能夠?qū)⒕€偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光(差別在于圓偏振光為右圓偏振還是左圓偏振)。應(yīng)當(dāng)理解，半波片和四分之一波片的性能通常是專用于特定波長(zhǎng)的，但是已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了寬帶半波片和四分之一波片并廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用。四分之一波片還可以將輸入的圓偏振光轉(zhuǎn)換成輸出的線偏振光，線偏振光的偏振方向取決于四分之一波片的光軸。于是可以將實(shí)質(zhì)上彼此平行布置的兩個(gè)四分之一波片用作線偏振轉(zhuǎn)換器，以將輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成輸出的線偏振光，其中輸出光的線偏振方向取決于第二四分之一波片的光軸?，F(xiàn)參照?qǐng)D1，其示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖100，其中第二波片是被圖案化為具有空間變化的光軸配向的不同區(qū)并且還被圖案化為在中心具有非延遲區(qū)的圖案化四分之一波片(本文將不具有多個(gè)區(qū)圖案的第一四分之一波片稱為 “四分之一波片”，而將以多個(gè)區(qū)進(jìn)行圖案化的第二四分之一波片稱為“圖案化四分之一波片”)。通過(guò)使用多步光配向處理來(lái)實(shí)現(xiàn)這種包括延遲及非延遲區(qū)的圖案化。每個(gè)區(qū)(對(duì)應(yīng)于具有特定配向圖案的區(qū)域)可以通過(guò)使用光配向掩模單獨(dú)曝光。于是，可以通過(guò)對(duì)應(yīng)于期望配向圖案的線偏振光(具有對(duì)應(yīng)于該光配向?qū)铀褂玫牟牧系倪m當(dāng)波長(zhǎng))來(lái)曝光該光配向?qū)拥拿總€(gè)區(qū)，而使用一個(gè)或多個(gè)光配向掩模保護(hù)該光配向?qū)拥钠渌鼌^(qū)。針對(duì)每個(gè)區(qū)重復(fù)此處理，直到光配向?qū)拥乃袇^(qū)已被曝光。另外，可以將非延遲區(qū)圖案化到光配向?qū)由稀Ｊ褂脤?duì)于輸入光偏振以及輸入光曝光量均敏感的光配向材料，可以通過(guò)光的偏振方向控制光配向?qū)拥墓裁媾湎颍⑶铱梢酝ㄟ^(guò)輸入光的曝光量來(lái)控制光配向?qū)拥膬A斜角度。給定特定的輸入光曝光量，可以實(shí)現(xiàn)光配向?qū)拥钠毓鈪^(qū)的垂直配向，從而產(chǎn)生非延遲區(qū)。區(qū)的尺寸可以小至1 μ m。在另一實(shí)施例中，可以使用下文參照?qǐng)D5、圖6所述的空間變化線偏振光源(通過(guò)使光通過(guò)圖案化偏振轉(zhuǎn)換器而產(chǎn)生)來(lái)執(zhí)行圖案化四分之一波片的圖案化。在一個(gè)實(shí)施例中，圖案化四分之一波片可以是由具有不同配向方向的液晶聚合物 (LCP)制成的延遲薄膜(一種“固體延遲片”)。為了生成這種延遲薄膜，將光配向?qū)油糠笾粱迳喜⑼ㄟ^(guò)上述多步處理進(jìn)行曝光。然后，將LCP層沉積在曝光后的光配向?qū)由?，并使用適當(dāng)波長(zhǎng)(例如紫外光)的光來(lái)聚合該LCP。在另一實(shí)施例中，圖案化四分之一波片可以是具有空間變化配向方向的圖案化液晶盒。為了生成這種液晶盒，將光配向?qū)油糠笾粱迳喜⑼ㄟ^(guò)上述多步處理進(jìn)行曝光。在光配向之前或之后，可以將該基板與另一基板進(jìn)行組裝以形成單元，并通過(guò)將液晶填充在兩個(gè)基板之間的區(qū)域來(lái)填充該單元。在另一實(shí)施例中，該單元可以包括電極，用于將電壓施加至液晶盒的電壓源可以連接至電極。應(yīng)當(dāng)理解，四分之一波片還可以是包括LCP層的延遲薄膜或者液晶盒。在其它實(shí)施例中，四分之一波片可以是固體晶體四分之一波片(另一種類型的“固體延遲片”)，或者該四分之一波片可以使用其它類型的雙折射材料制成。不過(guò)，圖案化四分之一波片優(yōu)選地使用光配向LCP或光配向液晶盒來(lái)制成。圖1-圖4示出了為便于圖示而分離的四分之一波片和圖案化四分之一波片，然而應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)際上它們可以例如布置在單個(gè)基板的兩側(cè)上、制造在基板的同一側(cè)上、可以為液晶盒、或者實(shí)際固定為彼此分離。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，如果四分之一波片是商用薄膜，則其可以附接至玻璃基板的一側(cè)，而圖案化四分之一波片可以制造在該玻璃基板的另一側(cè)上。在另一示例性實(shí)施例中，可以使用LCP將四分之一波片制造在基板的一側(cè)上，其中該四分之一波片的配向?qū)油ㄟ^(guò)任意傳統(tǒng)配向方法來(lái)處理以提供四分之一波片的特性，然后將光配向?qū)映练e在四分之一波片的上面，通過(guò)上述多步光配向處理進(jìn)行圖案化，沉積另一 LCP層并進(jìn)行曝光，以完成具有四分之一波片和圖案化四分之一波片的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的制造。在波片之一為液晶盒的其它示例性實(shí)施例中，另一個(gè)波片可以是固體波片或者附接至液晶盒的薄膜，或者，如果兩個(gè)波片均為液晶盒，則可以將兩個(gè)液晶盒彼此附接。在四分之一波片為固體晶體四分之一波片的其它示例性實(shí)施例中，可以將其附接至或者固定在相對(duì)圖案化四分之一波片的固定位置處。圖1所示的裝置可以用作圖案化線偏振轉(zhuǎn)換器，其將輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成輸出光，該輸出光具有圖1所示的具有空間變化的偏振方向的線偏振區(qū)以及圓偏振區(qū)。如上文所述，當(dāng)線偏振光經(jīng)過(guò)其光軸定位為相對(duì)線偏振光的偏振方向45°或-45°的四分之一波片時(shí)，該線偏振光將被轉(zhuǎn)換成圓偏振光。經(jīng)過(guò)圖1所示圖案化四分之一波片的非延遲區(qū)的圓偏振光將不受該圖案化四分之一波片的影響而保持其圓偏振狀態(tài)。經(jīng)過(guò)圖1所示圖案化四分之一波片的空間變化延遲區(qū)的圓偏振光將被轉(zhuǎn)換成線偏振光，該線偏振光具有與圖案化四分之一波片的延遲區(qū)的光軸相對(duì)應(yīng)的空間變化偏振方向。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖1僅為示例性的圖案化線偏振轉(zhuǎn)換器，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，圖案化四分之一波片中的各個(gè)區(qū)的構(gòu)造可以根據(jù)人們的選擇而任意改變。圖2示出了用在偏振傳感器應(yīng)用中的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖200。如圖2所示，如果偏振狀態(tài)變化的光在與輸入光的偏振狀態(tài)對(duì)應(yīng)的延遲和非延遲區(qū)處通過(guò)圖案化四分之一波片輸入，則輸入光被轉(zhuǎn)換成通過(guò)四分之一波片輸出的線偏振光。圖2所示的輸入光和輸出光的示例示出了具有空間變化偏振狀態(tài)的輸入光，該空間變化偏振狀態(tài)對(duì)應(yīng)于圖案化四分之一波片的延遲區(qū)和非延遲區(qū)。圖2所示的示例輸入光包括具有幾種不同偏振狀態(tài)的光，包括45°線偏振、-45° 線偏振、0°線偏振、90°線偏振、左圓偏振(從光源處看來(lái))，并且圖案化偏振轉(zhuǎn)換器在圖案化四分之一波片上具有對(duì)應(yīng)于這些偏振狀態(tài)中的每一個(gè)的5個(gè)區(qū)。于是，空間變化的輸入光被轉(zhuǎn)換成單一線偏振狀態(tài)(即在此示例中為0°線偏振)，并且可以檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于每個(gè)區(qū)的強(qiáng)度。在使用相同圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的另一示例(未示出)中，如果僅將左圓偏振光通過(guò)圖案化四分之一波片輸入該圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，則對(duì)應(yīng)于非延遲區(qū)域的輸出光將具有 100% (或0%，取決于四分之一波片的配向情況)的強(qiáng)度，相對(duì)地其它區(qū)的輸出可能具有 50%的強(qiáng)度。于是，可以看出該強(qiáng)度信息可以用于確定各種輸入光的偏振狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)理解，除了用于僅將偏振方向?qū)?yīng)于從圖案化偏振轉(zhuǎn)換器輸出的光的偏振方向的線偏振光濾出的線偏振片之外，CCD(電荷耦合器件)或CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器陣列也可以在偏振傳感器應(yīng)用中用于同圖案化偏振轉(zhuǎn)換器結(jié)合。使用其一個(gè)或多個(gè)像素與偏振轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)區(qū)相配向的CCD或CMOS傳感器陣列，與圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的各個(gè)區(qū)和輸入光的一個(gè)或多個(gè)偏振狀態(tài)對(duì)應(yīng)的通過(guò)圖案化偏振轉(zhuǎn)換器輸出并且經(jīng)過(guò)線偏振片的光的一個(gè)強(qiáng)度或多個(gè)強(qiáng)度能夠被分別檢測(cè)并且基于Johns或Mokes矩陣計(jì)算進(jìn)行計(jì)算。CMOS傳感器陣列和Mokes矩陣計(jì)算在偏振感測(cè)應(yīng)用中的示例可見(jiàn)^iao等人的 "Liquid-crystal micropolarimeter array for fullStokes polarization imaging in visible spectrum", OpticsExpress Vol. 18，No. 17，pp. 1-12 (Aug. 2010)，其整體通過(guò)引用并入本文。應(yīng)該理解，如果在偏振感測(cè)應(yīng)用中只有非偏振光通過(guò)圖案化偏振轉(zhuǎn)換器輸入，則無(wú)論其經(jīng)過(guò)圖案化四分之一波片的哪個(gè)區(qū)，在傳感器陣列處接收到的光的強(qiáng)度都將是均勻的。圖3示出了一個(gè)實(shí)施例中的圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖300，其中圖案化四分之一波片包括以圓形對(duì)稱配向進(jìn)行圖案化的液晶層以及兩個(gè)電極，這兩個(gè)電極通過(guò)能夠?qū)⒉煌碾妷毫渴┘又翀D案化四分之一波片的電極的電壓源來(lái)偏置。應(yīng)當(dāng)理解，可以如上文所述使用多步光配向處理或者后文結(jié)合圖5說(shuō)明的使用單步光配向處理來(lái)制造圖案化四分之一波片。多步光配向處理的示例可以是使用具有窄帶窗孔的掩模并且同一時(shí)刻僅對(duì)光配向?qū)拥囊粋€(gè)窄帶部分光配向。通過(guò)旋轉(zhuǎn)光配向?qū)雍突?，可以在光配向?qū)由蠈?shí)現(xiàn)圓形對(duì)稱配向。圖3所示的圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器將通過(guò)四分之一波片輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成通過(guò)圖案化四分之一波片輸出的徑向偏振光。另外，所施加的電壓可以用于開(kāi)啟或關(guān)閉圖案化四分之一波片的延遲區(qū)(即施加至少一定量的電壓以使得液晶分子垂直配向并將關(guān)閉延遲區(qū)以使得延遲區(qū)變?yōu)榉茄舆t區(qū))。此外，調(diào)整所施加電壓能夠?qū)D案化四分之一波片進(jìn)行調(diào)節(jié)，以基于所施加電壓來(lái)針對(duì)特定波長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)樗┘与妷河绊懸壕Х肿拥膬A斜以及對(duì)應(yīng)于液晶層的雙折射幅度，因此不同的電壓使得液晶層針對(duì)光的波長(zhǎng)提供不同的延遲值。于是，調(diào)整所施加的電壓允許圖案化四分之一波片實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)的特定效果。在另一實(shí)施例中，如果將固體LCP圖案化四分之一波片用在圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器中，則延遲值將固定，并不適于施加電壓。應(yīng)當(dāng)理解，由于圖1和圖2所示的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器可以具有LCP圖案化四分之一波片或液晶圖案化四分之一波片，因此施加電壓可以添加至圖1和圖2所示的也具有液晶圖案化四分之一波片的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例中。還應(yīng)當(dāng)理解，如果任一上述實(shí)施例中的四分之一波片為液晶盒，則可以將電壓源添加至四分之一波片的電極，以使得該四分之一波片可調(diào)。圖4示出了一個(gè)實(shí)施例中的圖案化方位角偏振轉(zhuǎn)換器的示意圖400，其中以圓形對(duì)稱配向?qū)D案化四分之一波片進(jìn)行圖案化并且通過(guò)能夠?qū)⒉煌碾妷毫渴┘又翀D案化四分之一波片的電壓源來(lái)對(duì)其偏置。這種圖案化方位角偏振轉(zhuǎn)換器將通過(guò)四分之一波片輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成通過(guò)圖案化四分之一波片輸出的方位角偏振光。與圖3的圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器類似，圖4的圖案化方位角偏振轉(zhuǎn)換器可以利用所施加的電壓來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉圖案化四分之一波片的延遲區(qū)，以及針對(duì)特定波長(zhǎng)優(yōu)化圖案化四分之一波片。應(yīng)當(dāng)理解，與圖3的圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器中相同的圖案化四分之一波片可以用在圖4的圖案化方位角偏振轉(zhuǎn)換器中，不過(guò)與圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器相比，圖案化方位角偏振轉(zhuǎn)換器中的輸入線偏振光的四分之一波片旋轉(zhuǎn)了 90°。圖5示出了一個(gè)實(shí)施例中的示意圖500，其圖示了如何將圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器用作模板來(lái)制造具有相同圓形對(duì)稱配向的其它圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器。通過(guò)使用單步光配向，其中來(lái)自光源的線偏振光(具有對(duì)應(yīng)于所使用的光配向材料的適當(dāng)波長(zhǎng))穿過(guò)模板圖案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器到達(dá)光配向?qū)樱梢詫⒃搱D案化徑向偏振轉(zhuǎn)換器的圖案化四分之一波片的圖案復(fù)制到光配向?qū)由?。此光配向?qū)涌梢杂脕?lái)如上文詳細(xì)說(shuō)明的制造其它圖案化偏振轉(zhuǎn)換器。圖6示出了另一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖600，其圖示了如何使用具有4個(gè)不同延遲區(qū)的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器來(lái)制造另一個(gè)具有相同的4個(gè)延遲區(qū)的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器。首先，將光配向?qū)?沉積在玻璃基板7上。然后通過(guò)已有的具有4個(gè)不同延遲區(qū)9的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器對(duì)該光配向?qū)悠毓?。然后將LCP層10沉積在光配向?qū)拥纳厦娌⑹褂肬V曝光來(lái)聚合，獲得了基于光配向?qū)拥呐湎蚍较蜻M(jìn)行配向的LCP層的分子。在聚合LCP層之后，可以使用帶有光配向?qū)?以及LCP層10的玻璃基板7來(lái)作為圖案化偏振轉(zhuǎn)換器中的圖案化四分之一波片。應(yīng)當(dāng)理解，使用圖5和圖6所示的單步光配向來(lái)復(fù)制圖案化四分之一波片的處理提供了以顯著降低的成本制造圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的方法。所有在本文中引用的文件，包括出版物、專利申請(qǐng)、專利，均為通過(guò)引用其相同內(nèi)容以與單獨(dú)指出該文件相同的方式整體并入本文。除非文中特別指出或者通過(guò)上下文能夠明確確定，在說(shuō)明本發(fā)明時(shí)(特別是權(quán)利要求中)使用的術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”、“所述”以及類似術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)理解為涵蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)。除非另外指出，術(shù)語(yǔ)“包括”、“具有”、“包含”等應(yīng)當(dāng)理解為開(kāi)放式術(shù)語(yǔ)(即意為“包括但不限于”)。。 除非另外指出，文中所引用的數(shù)值范圍僅應(yīng)作為分別指示落入該范圍的各個(gè)單獨(dú)值時(shí)的簡(jiǎn)記方法，每個(gè)單獨(dú)值均應(yīng)以類似單獨(dú)引用的方式并入本說(shuō)明書(shū)。除非文中特別指出或者通過(guò)上下文能夠明確確定，文中所描述的全部方法均以任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行。文中所提供的任何及全部示例的應(yīng)用、以及示例性語(yǔ)言(如“例如”)，僅為更佳地描述本發(fā)明，除非例外指出，否則不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。說(shuō)明書(shū)中的語(yǔ)句不應(yīng)理解為將任何未指明的要素指定為對(duì)本發(fā)明的實(shí)施必不可少的要素。文中對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，其中包括發(fā)明人已知的執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。通過(guò)閱讀前述說(shuō)明，這些優(yōu)選實(shí)施例的變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。發(fā)明人希望本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)夭捎眠@些變型，并期望本發(fā)明以文中所描述的具體方式以外的方式實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明包括全部變型以及適當(dāng)?shù)姆伤试S的所附權(quán)利要求中主題的等同部分。另外，除非文中特別指出或者通過(guò)上下文能夠明確確定，上述要素在各種可能變型中的任何組合均被本發(fā)明覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，包括四分之一波片；和圖案化四分之一波片，其定位為實(shí)質(zhì)上與所述四分之一波片平行，其中所述圖案化四分之一波片包括對(duì)應(yīng)于一個(gè)光軸的第一延遲區(qū)以及至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于不同光軸的另一延遲區(qū)和至少一個(gè)非延遲區(qū)。
2.權(quán)利要求1的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中圖案化偏振轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為將輸入到四分之一波片的線偏振光轉(zhuǎn)換成從圖案化四分之一波片輸出的具有空間變化偏振狀態(tài)的光。
3.權(quán)利要求1的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述圖案化偏振轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為將輸入到圖案化四分之一波片的偏振光轉(zhuǎn)換成從四分之一波片輸出的對(duì)應(yīng)于四分之一波片的光軸的偏振光。
4.權(quán)利要求1的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中四分之一波片和圖案化四分之一波片中的至少一個(gè)是寬帶四分之一波片。
5.權(quán)利要求1的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述圖案化四分之一波片是液晶盒。
6.權(quán)利要求5的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述圖案化四分之一波片包括兩個(gè)電極，并且所述圖案化偏振轉(zhuǎn)換器還包括電壓源，其連接至圖案化四分之一波片的兩個(gè)電極，用于開(kāi)啟或關(guān)閉圖案化四分之一波片的延遲區(qū)，并用于調(diào)節(jié)圖案化四分之一波片的延遲區(qū)。
7.權(quán)利要求1的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述圖案化四分之一波片的各個(gè)區(qū)構(gòu)造為使得圖案化偏振轉(zhuǎn)換器將輸入到四分之一波片的線偏振光轉(zhuǎn)換成從圖案化四分之一波片輸出的徑向或方位角偏振光中的至少一種。
8.權(quán)利要求1的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述圖案化偏振轉(zhuǎn)換器是包括液晶聚合物 (LCP)薄膜的固體延遲片。
9.一種制造圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的方法，包括制造圖案化四分之一波片，其中所述制造包括將光配向?qū)油糠笾粱迳?；和通過(guò)模板圖案化偏振轉(zhuǎn)換器曝光所述光配向?qū)樱惶峁?shí)質(zhì)上平行于所述圖案化四分之一波片定位的四分之一波片。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述圖案化四分之一波片是固體延遲片，并且所述制造還包括在所述光配向?qū)由铣练e液晶聚合物(LCP)層；以及聚合所述LCP層。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述圖案化四分之一波片是液晶盒，并且所述制造還包括使用所述基板和另一基板來(lái)組裝單元；和使用液晶填充所述基板和所述另一基板之間的區(qū)域。
12.權(quán)利要求9的方法，其中所述模板圖案化偏振轉(zhuǎn)換器包括對(duì)應(yīng)于一個(gè)光軸的第一延遲區(qū)和至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于與第一延遲區(qū)不同光軸的另一延遲區(qū)，以及至少一個(gè)非延遲區(qū)。
13.一種偏振傳感器，包括圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其構(gòu)造為將輸入到圖案化四分之一波片輸入的偏振光轉(zhuǎn)換成從四分之一波片輸出的對(duì)應(yīng)于四分之一波片的光軸的偏振光，其中所述圖案化偏振轉(zhuǎn)換器還包括四分之一波片；和圖案化四分之一波片，其中所述圖案化四分之一波片定位為實(shí)質(zhì)上與所述四分之一波片平行，并且所述圖案化四分之一波片包括對(duì)應(yīng)于一個(gè)光軸的第一延遲區(qū)以及至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于不同光軸的另一延遲區(qū)和至少一個(gè)非延遲區(qū)；線偏振片，其中從圖案化偏振轉(zhuǎn)換器輸出的光穿過(guò)所述線偏振片，其強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于輸入光和圖案化四分之一波片的各個(gè)區(qū)；和傳感器陣列，其構(gòu)造為接收穿過(guò)所述線偏振片的光。
14.權(quán)利要求13的偏振傳感器，其中所述傳感器陣列是包括電荷耦合器件(CCD)傳感器陣列或互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器陣列的組中的一個(gè)。
15.權(quán)利要求13的偏振傳感器，其中所述傳感器陣列具有至少一個(gè)與所述圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)區(qū)相對(duì)應(yīng)的像素。
16.權(quán)利要求13的偏振傳感器，其中如果非偏振光輸入圖案化偏振轉(zhuǎn)換器的圖案化四分之一波片的多個(gè)區(qū)，則在傳感器陣列處接收到的對(duì)應(yīng)于多個(gè)區(qū)的光具有均勻的強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其具有能夠用于將輸入的線偏振光轉(zhuǎn)換成具有空間變化偏振狀態(tài)的輸出光的多個(gè)區(qū)，其中包括基于區(qū)的圖案產(chǎn)生線偏振光的區(qū)和產(chǎn)生圓偏振光的區(qū)。具有多個(gè)區(qū)的圖案化偏振轉(zhuǎn)換器可以用在偏振傳感器應(yīng)用中，以檢測(cè)輸入光的偏振狀態(tài)。本發(fā)明還提供了圖案化徑向和方位角偏振轉(zhuǎn)換器，其用于諸如光鉗的應(yīng)用中，另外，圖案化偏振轉(zhuǎn)換器可以用于制造具有相同圖案的更多圖案化偏振轉(zhuǎn)換器，其中使用單步光配向?qū)⒁延袌D案化偏振轉(zhuǎn)換器的圖案復(fù)制到未圖案化的光配向?qū)印?br> 文檔編號(hào)G02B27/28GK102455522SQ201110312188
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者弗拉迪米爾·格里戈里耶維奇·奇格里諾夫, 杜濤, 郭海成 申請(qǐng)人:香港科技大學(xué)