[发明专利]正和/或负C片的薄膜设计

说明书

对相关申请的交叉引用

[01]本申请要求于2006年6月2日提交的60/803,735号美国临时申请和2006年8月23日提交的60/823,326号美国临时申请的优先权，在此通过参考将这两个申请合并入本申请中。

技术领域

[02]本申请通常涉及薄膜，尤其涉及用于提供正和/或负C片元件而设计的薄膜涂层。

背景技术

[03]薄膜在防反射涂层和干涉滤光片中的应用是众所周知的。关于前者，对一个或多个薄膜层的厚度和折射率进行选择，以减少被基体所反射的光。关于后者，对薄膜层的厚度、折射率和/或层数进行选择，以提供所需的滤光特性。

[04]近期，业界对在光学元件中采用薄膜来实现双折射的兴趣越来越高。双折射的特征是有多种不同的折射率，它会使具有正交线性偏振的光(如s和p偏振光)以不同的速度穿过介质。不同的速度会导致两个正交偏振之间出现相位差。该相差通常称为“延迟”，可以用占波长的比率来表示，单位为度或纳米。通常，延迟的幅度将决定双折射元件的应用情况。例如，提供约1/2波长延迟的光学元件(即半波片)通常被用来改变线性偏振光的偏振状态。提供约1/4波长延迟的光学元件(即四分之一波片)通常被用来将线性偏振光转换为圆偏振光，或用在改变线性偏振光偏振状态的反射中，和/或其他各种应用，如光盘信息读取。提供更小幅度延迟(如低于1/10波长)的光学元件通常用于补偿偏振敏感的光学系统(如LCD投射系统中)的缺陷。

[05]一般而言，双折射光学元件被视为具有A片、C片或O片对称性。A片是非常轴取向与片平面平行的单轴双折射光学元件。C片是非常轴取向与片平面垂直(即平行于法向入射光的方向)的单轴双折射光学元件。O片则是非常轴(即其光轴或c轴)取向与片平面成斜角的单轴双折射光学元件。需要指出的是，C片对法向入射的光线不能实现任何净延迟(即法向入射光不受双折射影响)。与之相对，离轴入射(即与非常轴成某一角度)的光将出现与入射角成比例的净延迟。若延迟随入射角增大而增大，则C片被视为正片，若延迟随入射角增大而减小，则C片被视为负片。在本文中所提之处，迟滞(retardance)与延迟(retardation)可互换使用，其中涵盖两个正交线性偏振元件之间的有符号相位差。正C片需要正的双折射，类似地，负C片需要负的双折射。

[06]作为A片的双折射光学元件经常被用来提供或补偿面内延迟，而作为C片的元件则经常被用来提供或补偿面外延迟。面内延迟表示为光程差而非相位差，指的是两个正交面内折射率之差与光学元件物理厚度的乘积。面外延迟也以光程差表达，指的是沿光学元件厚度方向(z向)的折射率与一个面内折射率(或面内折射率的平均值)之差与光学元件物理厚度的乘积。

[07]光学元件中的双折射传统上由分子双折射晶体实现，是通过拉伸或弯曲各向同性材料，直至其各向同性消失，以及/或者施加电场以产生各向异性。如上所述，业界对在光学元件中采用薄膜实现双折射的兴趣也越来越高。采用薄膜的优越性在于它提供了经济的替代方案，规避了与有机和/或聚合材料相关的可靠性问题，并增加针对特定应用进行定制的设计灵活性。例如，尽管与有机和/或聚合材料等效产品相比，双折射晶体具有高度的耐用性和/或稳定性，但生成和打磨大型晶体薄片的成本却可能很高。此外，由于加工物理厚度小于约100μm的双折射晶体较为困难，所以这些自然双折射元件通常不适于补偿应用。例如，具有厚度至少100μm、双折射率为0.009的单石英片的C片的延迟值在可视区内被限制为900nm的最小值。

[08]使用薄膜实现双折射的成功尝试已经在7,170,574号美国专利和20070070276号美国专利申请中进行过报道，在此通过参考将两者合并入本申请中。在这些参考文献中，薄膜涂层被用来加工旨在补偿LCD面板固有双折射的调整延迟器。更具体地讲，薄膜涂层用于生成形式双折射(form-birefringent)薄膜叠层，其中单个层的光学厚度远小于入射光的波长。耐用性很高、充当-C片的形式双折射(FB)叠层可以被方便地集成到AR涂层设计(FBAR)中，以实现全功能的A/-C片调整延迟器。然而由于层厚限制，FBAR只能用作负C片。

发明内容

[09]本发明涉及薄膜设计，其层厚度不限于远小于入射光波长的范围，该薄膜是耐用的且可充当正和/或负C片的薄膜。