阅读说明：本技术 晶圆级偏振光学器件及其制备方法 (Wafer-level polarizing optical device and preparation method thereof ) 是由 鞠晓山 李宗政 冯坤亮 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种晶圆级偏振光学器件及其制备方法,晶圆级偏振光学器件包括：基底,具有承载面,承载面具有第一方向和第二方向；多个沿第一方向阵列分布的直角三棱柱,设置在承载面,且与基底为一体式结构,每一直角三棱柱沿平行于第二方向的方向延伸,且具有第一表面和第二表面,第一表面垂直连接于承载面,第二表面连接第一表面和承载面,且与第一表面呈设定夹角,将基底和多个直角三棱柱设置为一体式结构,以使得在升降温曲线测试时直角三棱柱不会从基底上脱落,从而使得晶圆级偏振光学器件的结构稳定性较好,产品良率较高,耐用性较强,并且采用同一种材料一体成型,结构及制备工艺较为简单。(The invention relates to a wafer-level polarization optical device and a preparation method thereof, wherein the wafer-level polarization optical device comprises: the substrate is provided with a bearing surface, and the bearing surface is provided with a first direction and a second direction; a plurality of right angle triangular prism along first direction array distribution, the setting is at the loading end, and with basement formula structure as an organic whole, each right angle triangular prism extends along the direction that is on a parallel with the second direction, and first surface and second surface have, first surface connects perpendicularly in the loading end, first surface and loading end are connected to the second surface, and be the settlement contained angle with the first surface, set up basement and a plurality of right angle triangular prism into the integral type structure, so that the right angle triangular prism can not follow the basement and drop when rising and falling temperature curve test, thereby make wafer level polarization optical device's structural stability better, the product yield is higher, the durability is stronger, and adopt same material integrated into one piece, structure and preparation technology are comparatively simple.)

晶圆级偏振光学器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及晶圆级偏振光学器件及其制备方法。

背景技术

在显示技术领域，晶圆级偏振光学器件用于实现光线偏振效果，例如，偏光片用于使天然光变成沿着某几个方向振动的偏振光，实现入射光的遮蔽，保留所需振动方向的光线，再例如波片利用双折射的材料，用于调整光束的偏振状态，实现相位偏移，常用的波片包括半波片和四分之一波片。半波片和四分之一波片和偏振片搭配,可以产生任意偏振态。

现有的偏光片主要包括玻璃及设置在玻璃上的金属线光栅,但是由于金属线光栅的附着力有限，在升降温曲线测试时金属线光栅发生热膨胀，其附着力变化会导致金属线光栅脱膜,以致偏光片毁损，影响偏光效果；现有的波片双折射的单轴晶体(如石英晶体)制作而成，波片的厚度，材料以及工作波长对相位的偏移量影响巨大，但是现有单轴晶体的厚度以及切割角的精度不易控制，使得相位偏移量的精确性较差，影响偏光效果。

发明内容

基于此，有必要针对晶圆级偏振光学器件结构稳定性较差的问题，提供一种晶圆级偏振光学器件及其制备方法。

一种晶圆级偏振光学器件，包括：

基底，所述基底具有承载面，所述承载面具有第一方向和第二方向；

多个沿第一方向阵列分布的直角三棱柱，设置在所述承载面，且与所述基底为一体式结构，每一所述直角三棱柱沿平行于第二方向的方向延伸，且具有第一表面和第二表面，所述第一表面垂直连接于所述承载面，所述第二表面连接所述第一表面和所述承载面，且与所述第一表面呈设定夹角。

上述晶圆级偏振光学器件，由于第二表面与第一表面呈设定夹角设置，垂直于承载面的入射光照射到第二表面上，在第二表面上发生反射，在直角三棱柱内继续传输，照射到第一表面上，然后在第一表面上发生反射，在直角三棱柱内继续传输，并垂直通过第二表面，入射光通过直角三棱柱后的形成的偏振光与入射光之间的偏振角度和第二表面与第一表面之间的设定夹角互补，使得入射光线发生上偏振。将基底和直角三棱柱设置为一体式结构，以使得在升降温曲线测试时直角三棱柱不会从基底上脱落，从而使得晶圆级偏振光学器件的结构稳定性较好，产品良率较高，耐用性较强，并且采用同一种材料一体成型，结构及制备工艺较为简单。

在其中一个实施例中，所述设定夹角为32°-38°。

上述晶圆级偏振光学器件，通过限定第二表面与第一表面之间的设定夹角为32°-38°，以形成偏光效果较好的偏光片。

在其中一个实施例中，所述第二表面上设有相位延迟层。

上述晶圆级偏振光学器件，通过第二表面上设置相位延迟层，以形成波片。

在其中一个实施例中，所述设定夹角为49°-55°。

上述晶圆级偏振光学器件，通过限定第二表面与第一表面之间的设定夹角为49°-55°，以改善相位延迟效果。

在其中一个实施例中，沿垂直于所述承载面的方向，以所述承载面为基准，所有所述第一表面的延伸高度相同。

上述晶圆级偏振光学器件，通过限定第一表面的高度相同，以形成规则排布的直角三棱柱，结构简单，方便制备。

在其中一个实施例中，沿垂直于所述承载面的方向，以所述承载面为基准，所述直角三棱柱中至少一处所述第一表面的延伸高度与其余位置所述第一表面的延伸高度不同。

上述晶圆级偏振光学器件，通过限定直角三棱柱在平行于第二方向的延伸方向上第一表面高低不平，以形成不规则排布的直角三棱柱，适用于不同的应用场景。

在其中一个实施例中，沿垂直于所述第二方向的横截面上至少一个所述第一表面的延伸高度与其余所述第一表面的延伸高度不同。

上述晶圆级偏振光学器件，通过限定沿垂直于第二方向的横截面上沿垂直于承载面的方向第一表面上的高度不同，以形成不规则排布的直角三棱柱，适用于不同的应用场景。

另外，本发明还提供了一种如上述技术方案任一项所述的晶圆级偏振光学器件的制备方法，包括：

步骤S901，在基板上涂覆一层胶材；

步骤S902，采用纳米压印成型基底层及位于所述基底层上的直角三棱柱层；

步骤S903，切割所述基底层以及所述直角三棱柱层，以形成晶圆级偏振光学器件，并将所述晶圆级偏振光学器件从所述基板上分离。

上述晶圆级偏振光学器件的制备方法，首先，通过步骤S901在基板上涂覆一层胶材；然后通过步骤S902，采用纳米压印成型设定厚度的基底层，继续压印出直角三棱柱层；接着通过步骤S903，对步骤S902形成的基底层和直角三棱柱层进行切割，以形成多个晶圆级偏振光学器件，并将晶圆级偏振光学器件从基板上分离，完成晶圆级偏振光学器件的制备。上述制备方法简单且易于实现，并且采用同一胶材一体成型基底层和直角三棱柱层，制备的晶圆级偏振光学器件结构简单，在升降温曲线测试时直角三棱柱不会从基底上脱落，从而使得晶圆级偏振光学器件的结构稳定性较好，产品良率较高，耐用性较强，并且通过纳米压印能够精确控制直角三棱柱的尺寸，使得晶圆级偏振光学器件的偏振效果较好。

在其中一个实施例中，在将所述晶圆级偏振光学器件从所述基板上分离之前，还包括在所述直角三棱柱层上蒸镀形成一层相位延迟膜层。

上述晶圆级偏振光学器件的制备方法，通过在直角三棱柱层上蒸镀形成一层相位延迟膜层，相位延迟膜层的制备方法包括但不局限于蒸镀工艺。

在其中一个实施例中，所述胶材为UV固化胶、OC胶或热敏胶。

上述晶圆级偏振光学器件的制备方法，通过限定胶材的材料，以便于晶圆级偏振光学器件的加工制备。

附图说明

图1为本发明提供的一种晶圆级偏振光学器件的结构示意图；

图2为本发明提供的一种晶圆级偏振光学器件的剖视图；

图3为本发明提供的一种晶圆级偏振光学器件的光路示意图；

图4为本发明提供的另一种晶圆级偏振光学器件的结构示意图；

图5为本发明提供的另一种晶圆级偏振光学器件的的剖视图；

图6为本发明提供的一种晶圆级偏振光学器件的光路示意图；

图7为本发明提供的又一种晶圆级偏振光学器件的的俯视图；

图8为本发明提供的再一种晶圆级偏振光学器件的剖视图；

图9为本发明提供的一种晶圆级偏振光学器件的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1、图2以及图3所示，本发明提供了一种晶圆级偏振光学器件100，用于调整入射光的偏振状态，该晶圆级偏振光学器件100包括基底110和多个直角三棱柱120这两部分，其中：

基底110具有承载面，承载面与基底110的厚度方向垂直，承载面具有第一方向X和第二方向Y，并且第一方向X和第二方向Y相垂直；

多个沿第一方向X阵列分布的直角三棱柱120设置在承载面，并且多个直角三棱柱120与基底110为一体式结构，多个直角三棱柱120沿垂直于承载面的方向的截面为锯齿状结构，锯齿状结构包括多个依次排布的直角三角形，并且直角三角形的斜边延伸至与该直角三角形相邻的直角三角形的直角边，每一直角三棱柱120沿平行于第二方向Y的方向延伸，并且每一直角三棱柱120具有第一表面122和第二表面123，第一表面122与承载面相连接，并且第一表面122垂直于承载面，第二表面123分别连接第一表面122和承载面，并且第二表面123与第一表面122呈设定夹角。

上述晶圆级偏振光学器件100，由于第二表面123与第一表面122呈设定夹角设置，垂直于承载面的入射光照射到第二表面123上，在第二表面123上发生反射，在直角三棱柱120内继续传输，照射到第一表面122上，然后在第一表面122上发生反射，在直角三棱柱120内继续传输，并垂直通过第二表面123，入射光通过直角三棱柱120后的形成的偏振光与入射光之间的偏振角度和第二表面123与第一表面122之间的设定夹角互补，使得入射光线发生上偏振。将基底110和直角三棱柱120设置为一体式结构，以使得在升降温曲线测试时直角三棱柱120不会从基底110上脱落，从而使得晶圆级偏振光学器件100的结构稳定性较好，产品良率较高，耐用性较强，并且采用同一种材料一体成型，结构及制备工艺较为简单。

直角三棱柱120具有多种，一种优选实施方式，如图1、图2以及图3所示，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为32°-38°。较佳地，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为35°。

上述晶圆级偏振光学器件100，通过限定第二表面123与第一表面122之间的设定夹角为32°-38°，以形成偏光效果较好的偏光片。在具体设置时，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为32°-38°，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角还可以为其他能够满足偏振效果的范围值，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°。当然，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角并不局限于上述数值，还可以为32°-38这一范围内的任意值，而第二表面123与第一表面122之间的设定夹角的具体数值根据晶圆级偏振光学器件100的实际情况进行确定。

直角三棱柱120具有多种，如图4以及图5所示，一种优选实施方式，第二表面123上设有相位延迟层130。

上述晶圆级偏振光学器件100，通过第二表面123上设置相位延迟层130，以形成波片。垂直于承载面的入射光照射到相位延迟层130上，一部分入射光在相位延迟层130上发生反射，另一部分入射光穿过相位延迟层130照射到第二表面123上，在第二表面123上发生反射，并穿过相位延迟层130射出，此时，两部分偏振光的传播方向平行，具有一定的相位延迟。

一种优选实施方式，如图4、图5以及图6所示，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为49°-55°。较佳地，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为52°。

上述晶圆级偏振光学器件100，通过限定第二表面123与第一表面122之间的设定夹角为49°-55°，以改善相位延迟效果。在具体设置时，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为49°-55°，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角还可以为其他能够满足相位延迟效果的范围值，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角可以为49°、50°、51°、52°、53°、54°、55°。当然，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角并不局限于上述数值，还可以为49°-55°这一范围内的任意值，而第二表面123与第一表面122之间的设定夹角的具体数值根据晶圆级偏振光学器件100的实际情况进行确定。另外，为了进一步改善相位偏移量，可以通过多个晶圆级偏振光学器件100平行设置，以将单个相位偏移量叠加，在此基础上，还可以通过多个晶圆级偏振光学器件100平行旋转微调，以进一步提高相位偏移量的精度。

具体地，如图2所示，沿垂直于承载面的方向，以承载面为基准，所有第一表面122的延伸高度相同。

上述晶圆级偏振光学器件100，偏振效果通过第二表面123与第一表面122之间的设定夹角确定，在保证偏振效果时，第二表面123与第一表面122之间的设定夹角固定，所有第一表面122的高度可以相同也可以不同，通过限定第一表面122的延伸高度相同，以形成规则排布的直角三棱柱120，结构简单，方便制备。在具体设置时，每一第一表面122沿第二方向Y方向上的任意处的高度相同，沿着平行于第一方向X方向上所有第一表面122的高度相同。

为了便于扩展晶圆级偏振光学器件100的应用范围，具体地，如图7所示，沿垂直于承载面的方向，以承载面为基准，直角三棱柱120中至少一处第一表面122的延伸高度与其余位置处第一表面122的延伸高度不同。

上述晶圆级偏振光学器件100，通过限定直角三棱柱120在平行于第二方向Y的延伸方向上第一表面122高低不平，以形成不规则排布的直角三棱柱120，适用于不同的应用场景。在具体设置时，晶圆级偏振光学器件100中第一表面122的延伸高度在平行于第二方向Y的延伸方向上不同的直角三棱柱120的个数可以为一个、两个、三个或是三个以上，并且每一直角三棱柱120在平行于第二方向Y的延伸方向上，第一表面122的延伸高度可以有一处、两处或是两处以上高于或是低于剩余位置的延伸高度，而延伸高度不同的直角三棱柱120的个数以及位置根据晶圆级偏振光学器件100的实际情况进行确定。

为了进一步便于扩展晶圆级偏振光学器件100的应用范围，如图8所示，更具体地，直角三棱柱120沿垂直于第二方向Y的横截面上至少一个第一表面122的延伸高度与其余第一表面122的延伸高度不同。

上述晶圆级偏振光学器件100，通过限定直角三棱柱120沿垂直于第二方向Y的横截面上第一表面122的延伸高度不同，以形成不规则排布的直角三棱柱120，适用于不同的应用场景。在具体设置时，晶圆级偏振光学器件100中每一直角三棱柱120的任意处的延伸高度可以相同，也可以不同，沿平行于第一方向X方向第一表面122的延伸高度不同的直角三棱柱120的个数可以为一个、两个、三个或是三个以上，并且多个直角三棱柱120的高度不同位置的连线平行于第一方向X方向上，而延伸高度不同的直角三棱柱120的个数以及位置根据晶圆级偏振光学器件100的实际情况进行确定。

实施例二，

另外，如图9所示，本发明还提供了一种如上述技术方案任一项的晶圆级偏振光学器件100的制备方法，包括：

步骤S901，在基板上涂覆一层胶材；在具体设置时，胶材在基板上的形成工艺可以为旋涂、喷涂或是印刷，当然，并不局限于上述工艺。

步骤S902，采用纳米压印成型基底层及位于基底层上的直角三棱柱层；在具体设置时，基底层的厚度可以通过纳米压印设备精准控制，同时，直角三棱柱层的两个表面之间的角度也可以通过纳米压印设备精准控制，以使得精度较高。

步骤S903，切割基底层和直角三棱柱层，以形成晶圆级偏振光学器件100，并将晶圆级偏振光学器件100从基板上分离。在具体设置时，通过切割装置切割基底层和直角三棱柱层以形成晶圆级偏振光学器件100，通过分离装置可以直接将晶圆级偏振光学器件100从基板上撕掉，当然，切割和分离工艺并不局限于。

上述晶圆级偏振光学器件100的制备方法，首先，通过步骤S901在基板上涂覆一层胶材；然后通过步骤S902，采用纳米压印成型设定厚度的基底层，继续压印出直角三棱柱层；接着通过步骤S903，对步骤S902基底层和直角三棱柱层进行切割，以形成多个晶圆级偏振光学器件100，并将晶圆级偏振光学器件100从基板上分离，完成晶圆级偏振光学器件100的制备。上述制备方法简单且易于实现，并且采用同一胶材一体成型基底层和直角三棱柱层，制备的晶圆级偏振光学器件100结构简单，在升降温曲线测试时直角三棱柱120不会从基底110上脱落，从而使得晶圆级偏振光学器件100的结构稳定性较好，产品良率较高，耐用性较强，并且通过纳米压印能够精确控制直角三棱柱120的尺寸，使得晶圆级偏振光学器件100的偏振效果较好。

为了方便相位延迟层130的制备，一种优选实施方式，在将晶圆级偏振光学器件100从基板上分离之前，还包括在直角三棱柱层上蒸镀形成一层相位延迟膜层。

上述晶圆级偏振光学器件100的制备方法，通过在直角三棱柱层上蒸镀形成一层相位延迟膜层，相位延迟膜层的制备方法包括但不局限于蒸镀工艺。在具体设置时，相位延迟膜层可以完全覆盖直角三棱柱层的斜面，相位延迟膜层还可以仅覆盖直角三棱柱层的斜面的一部分，以在不同的区域形成相位延迟效果和偏振效果，在切割后每一直角三棱柱120的第二表面123上的相位延迟膜层即为相位延迟层130。

具体地，相位延迟膜层的材料可以为介电材料,金属,或高分子聚合物。

上述晶圆级偏振光学器件100的制备方法，通过限定相位延迟膜层的材料为介电材料,金属,或高分子聚合物，能够保证光线反射效果和穿透效果，从而提高相位延迟效果。在具体设置时，相位延迟膜层的材料可以聚四氟乙烯、聚氯乙烯、金属银、金属铜等，相位延迟膜层的具体材料根据晶圆级偏振光学器件100的实际情况进行确定。

一种优选实施方式，胶材可以为UV固化胶、OC胶或热敏胶。

上述晶圆级偏振光学器件100的制备方法，通过限定胶材的材料可以为UV固化胶、OC胶或热敏胶，以便于晶圆级偏振光学器件100的加工制备。在具体设置时，胶材可以为UV固化胶，在基板上涂覆一层UV固化胶，采用纳米压印以及UV光照固化成型设定厚度的基底层和直角三棱柱层，胶材可以为OC胶或热敏胶，在基板上涂覆一层OC胶或热敏胶，采用纳米压印以及热固化成型设定厚度的基底层和直角三棱柱层，当然，胶材并不局限于上述材质，而胶材的具体材质根据晶圆级偏振光学器件100的实际情况进行确定。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。