CN116806322A - 在光传感器元件上生成空间受限薄膜堆叠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造空间受限薄膜堆叠的方法，该薄膜堆叠包括在具有光传感器元件的光学传感器设备上的光学各向异性薄膜，使得薄膜堆叠覆盖光传感器元件但不覆盖光学传感器设备的整个表面区域。根据本发明的方法制造的电子设备可用于分析光的偏振态。

Description

在光传感器元件上生成空间受限薄膜堆叠的方法

技术领域

本发明涉及对包括聚合或交联型液晶的光学元件进行空间限制的方法。

背景技术

对光的偏振态的分析对于许多应用来说已经变得重要。在一些应用中，不同光源的光通过光的偏振态进行编码。对落在表面上的光的偏振态的检测允许确定例如来自两种不同类型光源的光量。

US 9612152 B2公开了一种用于确定落在有机发光二极管(OLED)显示器上的环境光量的方法，该有机发光二极管显示器具有从观察者的角度来看位于显示屏后面的光传感器设备。由于到达传感器的光是环境光和OLED显示器发出的光的混合，因此需要区分来自两个不同光源的光。在所公开的实施例之一中，包括线性偏振器和四分之一波延迟器的圆偏振器布置在OLED显示器的前侧，这提供了减少由OLED结构引起的反射的附加好处。通过圆偏振器的入射环境光是圆偏振的，而从OLED显示器发射的光是非偏振的。位于显示器背面的光传感器设备具有两个通道。两个通道中的第一个检测环境光和由显示器发射的光。第二通道配备有圆偏振器，该圆偏振器与显示器正面的圆偏振器相比具有相反的旋向。因此，圆偏振的环境光被阻挡在第二通道中，并且仅检测从显示器发射的光。然后，可以根据在两个通道中检测到的光强度的差异来确定环境光的强度。因此，该光传感器设备被用作环境光传感器。然而，该专利说明书没有公开如何将圆偏振器应用到光传感器设备的第二通道。

US2020191648 A1还公开了一种用于OLED显示器的环境光传感器元件。与US9612152 B2的解决方案类似，在OLED显示器的前侧设置圆偏振器，并且在显示器的后侧设置包括两个通道的环境光传感器。这两个通道都配备了圆偏振器，但具有相反的旋向。因此，圆偏振的环境光在一个通道中被阻挡，而它可以通过另一个通道中的圆偏振器。从OLED显示器发射的非偏振光同样由两个通道检测。环境光的强度可以根据在两个通道中检测到的光强度的差异来确定。然而，US2020191648 A1没有公开如何将相反旋向的圆偏振器应用到光传感器设备的两个通道。

在诸如如上所述用作环境光传感器的光学传感器设备中，一个或多个光传感器元件可以占据半导体芯片区域的一部分。可能希望芯片的这些部分被光学薄膜(例如圆形偏振器薄膜)覆盖，而芯片的其他区域(例如焊盘)不应该被光学薄膜覆盖。此外，在包括多于一个的光传感器元件的光学传感器设备(例如光传感器元件的阵列)中，各个光传感器元件可能需要具有相互不同的光学属性的光学薄膜。因此，有必要将光学薄膜或层精确地限制到衬底或设备的特定区域。

此外，对于微光学应用，光学薄膜要覆盖的有效光学区域可以在微米范围内。因此，使用厚度远大于要覆盖的有效光学区域的尺寸的标准光学薄膜几乎是不可能的。

因此，需要能够以非常高的位置精度和高分辨率在微米范围内的区域生成或应用具有各向异性光学属性的薄膜或层的方法。

已知定向液晶聚合物提供高双折射，这允许制造层厚度仅为几微米的延迟膜，例如四分之一波或半波延迟器。液晶聚合物(LCP)的层可以通过在衬底上涂覆一层液晶单体来制造，衬底通常具有能够定向液晶的表面。在液晶单体定向后，它们被聚合或交联，以便使材料固化。如果液晶组合物中包括二向色性染料，则LCP层各向异性地吸收光，因此起到线性偏振器的作用。

为了在衬底上形成LCP层的有限区域，主要有两种方法。在第一种方法中，例如通过印刷方法，以正确的尺寸和位置局部地应用LCP层。在第二种方法中，在较大区域中生成LCP层，该较大区域分别包含所需的较小区域或要创建的区域的图案。例如，这可以通过涂覆来实现。在后面的步骤中，去除所需图案区域之外的LCP。

作为第一种方法的示例，WO 02/061470 A1描述了一种方法，其中通过以所需图案将液晶单体喷印到具有对准液晶的能力的衬底上来创建LCP区域的图案。随后，液晶单体通过暴露在uv光下进行交联。这种方法的最大优点是可以由计算机控制图案生成，从而允许创建单独的LCP图案。然而，尺寸、厚度和形状的精度可能不足以在几微米的范围内创建定义明确的LCP区域。

作为第二种方法的示例，WO2008/077261描述了一种使用液晶单体的特殊配方的方法。在通常在对准层的顶部形成这种材料的层之后，液晶单体通过选择性uv辐射仅在层中需要包含LCP薄膜的那些区域中被固化。随后，通过在适当的溶剂中洗涤来去除未交联的液晶材料。虽然与标准液晶单体材料相比，由于特殊材料配方的使用，可实现的横向分辨率有所提高，但该方法所能获得的横向分辨率可能不足以用于高分辨率应用。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的方法，用于在作为光学传感器设备的一部分的光传感器元件的顶部产生空间受限的光学各向异性薄膜或层。本发明的另一个目的是提供包括光学传感器设备的新型电子设备，该光学传感器设备包括覆盖有空间受限的各向异性光学薄膜的一个或多个光传感器元件。本发明的另一个目的是提供使用本发明的电子设备的应用。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于制造空间受限薄膜堆叠的方法，空间受限薄膜堆叠包括在光学传感器设备的光传感器元件上的至少一个光学各向异性薄膜，其中空间受限薄膜堆叠覆盖光传感器元件但不覆盖光学传感器设备的整个表面区域，该方法包括以下步骤

-提供具有光传感器元件的光学传感器设备，其中光传感器元件不延伸到光学传感器设备的整个区域

-在光学传感器设备上制备包括第一定向聚合液晶层的薄膜堆叠

-通过由干法或湿法蚀刻选择性地从薄膜堆叠中去除材料来形成空间受限薄膜堆叠，

或者

-提供衬底

-在衬底上制备包括第一定向聚合液晶层的薄膜堆叠

-通过薄膜堆叠从衬底到光学传感器设备的选择性转移区域来形成空间受限薄膜堆叠。

优选地，光学传感器设备包括两个或更多个光传感器元件，并且空间受限薄膜堆叠被形成为使得其不覆盖所有的光传感器元件。

优选地，该方法包括制备薄膜堆叠的步骤，该薄膜堆叠包括光学传感器设备上的第一定向聚合液晶层和第二定向聚合液晶层。另一种优选方法包括制备薄膜堆叠的步骤，该薄膜堆叠包括光学传感器设备上的第一、第二和第三定向聚合液晶层。另一种优选方法包括制备薄膜堆叠的步骤，该薄膜堆叠包括光学传感器设备上的第一、第二、第三和第四定向聚合液晶层。

关于“定向聚合液晶层”，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于指代各个层。然而，它们不应暗示特殊的层顺序。例如，可选的第三聚合液晶层可以位于第一和第二定向聚合液晶层之间。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，其包括

-具有光传感器元件的光学传感器设备

-包括定向聚合液晶层的空间受限薄膜堆叠，其中空间受限薄膜堆叠覆盖光传感器元件，但不覆盖光学传感器设备的整个区域。

优选地，光学传感器设备包括两个或更多个光传感器元件，并且空间受限薄膜堆叠不覆盖所有的光传感器元件。

优选地，空间受限薄膜堆叠包括第一定向聚合液晶层和第二定向聚合液晶层。另一优选薄膜堆叠包括第一、第二和第三定向聚合液晶层。

附图说明

附图进一步说明了本发明。需要强调的是，不同的特征不一定是按比例绘制的。

图1示出了具有两个光学传感器元件和三个焊盘的光学传感器设备在图1a中的俯视图中以及在图1b中的侧视图中的其横截面的示例。

图2示出了根据本发明的图1a中示出的光学传感器设备，其具有包括覆盖光传感器元件但不覆盖焊盘的至少一个光学各向异性薄膜的薄膜堆叠。

图3a-图3f示出了用于制造图2的空间受限薄膜堆叠的方法的第一变型的步骤。

图4示出了光学传感器设备上的空间受限薄膜堆叠的变型，其中薄膜堆叠仅覆盖光传感器元件的区域。

图5示出了光学传感器设备上的空间受限薄膜堆叠的另一变型，其中不同的薄膜堆叠被应用在不同的光传感器元件上。

图6示出了光学传感器设备上的薄膜堆叠的第一实施例，其中该薄膜堆叠包括胆甾型LCP层。

图7示出了光学传感器设备上的薄膜堆叠的实施例，其中该薄膜堆叠包括胆甾型LCP层和LCP延迟器层。

图8示出了光学传感器设备上的薄膜堆叠的实施例，其中该薄膜堆叠包括线性偏振LCP层。

图9示出了光学传感器设备上的图8的薄膜堆叠的俯视图，其中线性偏振LCP层具有定向图案。

图10示出了光学传感器设备上的薄膜堆叠的实施例，其中该薄膜堆叠包括线性偏振LCP层和LCP延迟器层。

图11示出了图10的实施例的变型，其中LCP延迟器层具有光轴的定向图案。

图12示出了图10的实施例的变型，其中线性偏振LCP层具有偏振方向的定向图案。

图13a-图13f示出了用于制造图2的空间受限薄膜堆叠的方法的第二变型的步骤。

图14示出了根据本发明的电子设备作为显示器背面上的环境光传感器的用途。

具体实施方式

光传感器元件是对光敏感并将光强度转换为电信号或改变元件的导电性的电光元件。本发明中使用的光传感器元件可以对可见光、紫外线(uv)和/或红外(IR)光敏感。优选地，光传感器元件对可见光敏感。

在本申请的上下文中，光传感器元件可以是任何已知类型，例如光电二极管、光电晶体管、光敏电阻，但也可以指用作成像设备的传感器阵列(例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的各个像素。优选地，光传感器元件是半导体。

在本申请的上下文中，光学传感器设备包括光传感器元件和其他结构和/或功能元件。优选地，光学传感器设备包括两个光传感器元件。更优选的是，光学传感器设备包括两个以上的光传感器元件。优选地，光学传感器设备包括具有多个光传感器元件的阵列。优选地，光学传感器设备是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)设备。

优选地，光学传感器设备包含提供信号处理的电子电路。优选地，电子电路是集成电路。光学传感器设备可以在半导体晶片(例如硅晶片)上制造。通常，在晶片上生产多个光学传感器设备，然后将这些光学传感器设备切块以获得单独的光学传感器设备。

光学传感器设备可以具有负责不同电和/或非电功能的不同材料的横向布置。因此，设备的不同区域可能具有不同的表面高度水平。优选地，作为高度水平的最大差值的结构深度小于10μm，更优选地小于1μm，并且最优选地小于0.5μm。光学传感器设备的表面可以具有其他局部变化属性，例如不同的表面张力。

优选地，光学传感器设备具有用于电连接的焊盘。

在本申请的上下文中使用的“液晶聚合物材料(LCP材料)”指的是包括液晶单体和/或液晶低聚物和/或液晶聚合物和/或交联型液晶的液晶材料。在液晶材料包括液晶单体的情况下，这些单体通常在它们例如由于与对准层的接触已经定向之后可以聚合。聚合可以通过热处理或暴露在光化光下引发，光化光优选地包括uv光。LCP材料可以只包括单一类型的液晶化合物，但也可以包括附加的可聚合和/或不可聚合化合物，其中并不是所有的化合物都必须具有液晶属性。此外，LCP材料可以包含添加剂，例如，光引发剂、抑制剂、光稳定剂、粘合力促进剂、流平剂、IR吸收物质、uv吸收剂、碳纳米管、手性掺杂剂和/或各向同性或各向异性荧光和/或非荧光染料。优选地，LCP材料包括各向异性吸收物质，例如碳纳米管或二向色性染料，其可以各向异性地吸收光的uv范围、可见光范围和/或红外波长范围内的光。优选地，LCP材料包括各向异性地吸收光的可见光波长范围内的光的二色性染料或碳纳米管。在本申请的上下文中，假设LCP层中的各向异性吸收物质根据LCP层的局部定向排列。还优选含有手性掺杂剂的LCP材料。优选地，LCP材料是胆甾型的。适当的液晶单体例如在WO00/48985中公开。优选的液晶单体具有可聚合基团，其为丙烯酸酯或双丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、烯丙基、乙烯基或丙烯酰胺。例如，在WO2015/177062中公开了适合的二色性染料。

术语“可聚合”和“聚合”应分别包括“可交联性”和“交联的”的含义。同样，“聚合”应包括“交联”的含义。

本申请中使用的LCP层可以由优选地溶解在适当的溶剂中的LCP材料通过任何已知的涂层或印刷方法形成。

可以通过不同的方法来实现液晶分子在LCP层中的对准，例如在应用到衬底期间或之后剪切材料，或者通过将LCP材料应用到具有对准能力的表面(例如刷毛的、光对准的或具有各向异性表面结构的表面)的衬底上。

优选地，LCP层的LCP材料由包括可光对准材料的层对准，该材料已经暴露在对准光中以提供具有对准能力的表面。光对准允许容易地生成具有定向图案的对准表面，即使在卷对卷制造中也是如此。此外，可以在具有地形的表面上应用光对准，因为在光对准层中产生对准的光可以遵循表面调制，这不是大多数可选的对准方法的情况。

在本申请的上下文中，术语“定向方向”指的是LCP材料或LCP层中的液晶的长轴沿其对准的方向。如果关于在对准层(例如光对准层)中创建的对准方向使用术语“定向方向”，则它指的是与对准层接触的液晶将采用的定向方向。

术语“定向图案”指的是LCP层或对准层中的图案，该图案包括至少两个定向方向不同的区域。

由既不包括各向异性吸收物质也不包括手性掺杂剂的LCP材料制成的定向LCP层通常是双折射的，并且充当光学延迟器层。光学延迟取决于LCP层的厚度，因此可以调整为从几纳米到几微米的任何值。优选地，在本申请中使用的LCP延迟器层被设计为四分之一波片或半波片。

由包括各向异性吸收物质的LCP材料制成的定向LCP层各向异性地吸收光，因此在各个各向异性吸收的波长范围内充当线性偏振器。因此，这种LCP材料提供了可镀膜的偏振器。可以通过包括在不同波长范围内各向异性吸收的几种物质(例如二向色性染料)使得各个各向异性吸收物质的吸收曲线重叠来扩展各向异性吸收的波长范围。通过这种方式，例如可以覆盖整个可见光波长范围。

由包括手性掺杂剂的LCP材料制成的定向LCP层采用扭曲构型，并且可以用作扭曲的延迟器。优选地，手性掺杂剂的浓度足够高，从而LCP层充当胆甾型层，从而在光的uv或可见光或红外波长范围内提供选择性反射。优选地，选择反射带在光的可见光波长范围内。

在本申请的上下文中，“可光对准材料”是这样一种材料，在该材料中，液晶材料的对准能力可以在暴露于对准光时被诱发，而与光反应机制无关。适合的可光对准材料例如是这样的材料，其中，当暴露在对准光下时，通过光二聚、光分解、反顺异构化或光弗赖斯(photo-fries)重排而诱发对准能力。优选的是其中通过光二聚反应诱发定向的可光对准材料。例如，在美国专利US6107427中公开了适合的可光对准材料。

术语“光对准的材料”是指通过暴露于对准光而对准的可光对准材料。

术语“光对准”、“可光对准”和“光对准的”分别与术语“光定向”、“可光定向”和“光定向的”同义。

术语“光对准层”用于包括可光对准和/或光对准的材料的层，无论其是否已经暴露在对准光中。因此，在此使用的光对准层只要没有暴露在对准光下就不具有对准能力，并且在暴露在对准光下之后具有对准能力。光对准层通常形成为厚度在几纳米到几百纳米范围内的薄层。

如果光对准层的整个区域暴露在对准光中，则产生单轴对准。对准光可以是这样塑形，使得例如通过利用光掩模覆盖某些区域或者通过仅通过将光束扫描到期望的区域来使光对准层的仅一部分暴露在对准光中。可以用对准光的不同偏振面添加后续暴露步骤，以便在光对准层上生成定向图案。也可以使用通过光对准来生成对准图案的任何其他已知方法，包括暴露于具有空间调制的偏振平面的对准光。结果，可以在光对准层的表面中产生多个定向方向。

术语“对准光”指的是光，该光可以在可光定向材料中诱发各向异性，并且至少部分是线性或椭圆偏振的和/或从倾斜方向入射到可光定向物质的表面。优选地，对准光以大于5:1的偏振度被线性偏振。根据可光定向物质的光敏性来选择对准光的波长、强度和能量。通常，波长在UV-A、UV-B和/或UV-C范围或在可见光范围内。优选地，对准光包括波长小于450nm的光。更优选的是，对准光包括波长小于420nm的光。

如果对准光是线性偏振的，则对准光的偏振面是指对准光的传播方向和偏振方向所确定的平面。在对准光是椭圆偏振的情况下，偏振面是指由光的传播方向和偏振椭圆的长轴定义的平面。

与层以及层的表面结合使用的相关术语“上”和“下”、“上方”和“下方”以及“顶部”分别相对于衬底或光学传感器设备的位置来定义。因此，层的下部面向衬底或光学传感器设备，而上部背离衬底或光学传感器设备。类似地，在层的顶部是指分别与面对衬底或光学传感器设备的层的一侧相对的层的一侧。

图1a的图示出了光学传感器设备10的示例的俯视图，其包含两个光传感器元件11、焊接焊盘12和提供信号处理的集成电路13。不同部件表面的材料可能不同。例如，焊盘通常包括金属。虽然焊盘可以是单个金属层，但其他区域可以具有更复杂的结构，例如光传感器元件。因此，光传感器元件区域、集成电路区域和焊盘区域中的表面可以处于不同的高度水平，从而创建如图1b所示的表面地形，其是穿过图1a的光学传感器设备的横截面。

图2示出了使用本发明的方法在光学传感器设备10的光传感器元件11上制备空间受限薄膜堆叠14时可能产生的光学传感器设备20。空间受限薄膜堆叠14覆盖光传感器元件，但不覆盖光学传感器设备的焊盘。优选地，光学传感器设备包括两个或更多个光传感器元件，并且空间受限薄膜堆叠14不覆盖所有光传感器元件。这具有这样的优点，即未覆盖的光传感器元件可以检测没有被空间受限薄膜堆叠14改变的光，因此可以用于入射光强度的参考测量，而不管例如入射光的偏振态如何。

图3a-图3f中示出了根据本发明第一方面的方法的第一变型的步骤，其中空间受限薄膜堆叠形成在光学传感器设备(例如图2中所示的光学传感器设备上)。该方法开始于提供具有光传感器元件的光学传感器设备。在下面的描述中，以图1的光学传感器设备10为例，其中假设光学传感器设备是包括两个光传感器元件11、键合焊盘12和集成电路13的半导体芯片。尽管该描述涉及单个光学传感器设备，但是该方法可以同时应用于例如在半导体晶片上的多个光学传感器设备，该半导体晶片随后被切成单个芯片。

根据该方法，在光学传感器设备10上制备包括至少一个定向聚合液晶层的薄膜堆叠21，如图3a所示。薄膜堆叠21可以包括附加的光学各向异性和/或各向同性层，例如滤色器、IR滤光器、UV滤光器、减反射涂层和阻挡层。用于应用薄膜堆叠的各个层的方法取决于各个层的材料的性质，并且可以包括不同的印刷和涂覆方法，最好是旋涂，但也可以包括真空沉积技术，例如蒸发或溅射。这些层可以应用在光学传感器设备的整个表面区域上，尽管这不是必需的。甚至有可能薄膜堆叠的各个层不覆盖相同的区域。优选地，薄膜堆叠21包括用于液晶定向的对准层。薄膜堆叠21还可以包括光学传感器设备和第一聚合液晶层之间的平坦化层。可能需要平坦化层来为薄膜堆叠中的其他层(特别是液晶层)提供平坦的表面。通过化学机械抛光(CMP)可以进一步降低平坦化层的表面粗糙度。另一方面，如果光学传感器设备的表面地形的结构深度低，则可能不需要平坦化层。尽管图3a-图3f中的薄膜堆叠21的上表面被描绘为平坦的，但是它可以采用来自光学传感器设备的一些表面地形，特别是如果没有应用平坦化层的话。根据在该方法的不同步骤中使用的材料，还可能需要包括保护层，以保护光学传感器设备不受不同方法步骤中使用的溶剂和蚀刻处理的影响。

在下一步骤中，例如通过在薄膜堆叠21的顶部涂覆光致抗蚀剂层22，如图3b所示。然后通过使用标准光刻工艺在所需的空间受限薄膜堆叠14的区域中去除光致抗蚀剂，而光致抗蚀剂层22a保持在该区域之外，如图3c所示。

然后，将硬掩模23沉积到薄膜堆叠上，如图3d所示。随后，将光致抗蚀剂溶解在适当的溶剂中，这将光致抗蚀剂层22a连同层22a区域中的硬掩模一起去除，如图3e所示。以这种方式产生的硬掩模图案23a覆盖所需的空间受限薄膜堆叠14的区域，并保护该区域下方的材料不受以下方法步骤的蚀刻反应的影响。可以备选地使用用于生成硬掩模图案23a的任何其他方法。对所应用的干法或湿法蚀刻工艺具有高选择性的任何材料都可以用于硬掩模23。优选地，用于硬掩模的材料包括无机氧化物(例如硅氧化物或铝氧化物)、或氮化硅或例如铝的金属。更优选的是，硬掩膜的材料包括二氧化硅。优选地，硬掩薄膜堆叠23是透明的。这具有不会阻止光进入光传感器元件的优点，因此在完成其他蚀刻步骤之后不必将其去除。这可以具有进一步的优点，即即使在光学传感器设备上的薄膜堆叠的生产已经完成之后，它也可以充当掩模下面的有机材料的保护层。

在另一步骤中，通过干法或湿法蚀刻在未被硬掩模图案23a覆盖的区域中去除薄膜堆叠21的材料。如图3f所示，在所需区域中形成对应于图2的空间受限薄膜堆叠14的空间受限薄膜堆叠21a。优选地，从薄膜堆叠21去除材料的工艺包括干法蚀刻，优选地是反应性离子蚀刻(RIE)、电感耦合等离子体RIE(ICP-RIE)或等离子灰化，优选地使用O2等离子体。在任何情况下，材料和工艺的选择都应确保光学传感器设备的表面不会损坏。

在图3a-图3f中示出并如上所述的工艺中，假设单个空间受限薄膜堆叠21a覆盖两个光传感器元件11。根据应用，可能需要从薄膜堆叠21去除材料，使得彼此不连接的薄膜堆叠21的岛得以保留。例如，可能希望薄膜堆叠仅保持在每个光传感器元件的顶部，如图4所示，而不在各个光传感器之间的间隙区域。显然，这需要比图3的示例更高的精度。然而，只要薄膜堆叠是相同的，它就不会改变工艺步骤的数量。它只需要生成不同的硬掩模图案23a。在本申请的上下文中，在材料已经从相同的薄膜堆叠去除之后(例如从薄膜堆叠21去除之后)得以保留的单独的、未连接的区域被认为是单个空间受限的薄膜的一部分，例如在图4中的两个光传感器元件之上的薄膜堆叠21a的两个区域。

在不同的光传感器元件上需要不同的空间受限薄膜堆叠的情况下，如图5所示，本发明的方法可能必须应用两次。例如，可以如上面参考图3a-图3f所述的方法来制备空间受限薄膜堆叠21a，而无需去除硬掩模图案23a。然后，如上所述类似地应用和处理空间受限薄膜堆叠24a以及硬掩模图案25a所需的薄膜。因为硬掩模23a没有被去除，所以它保护空间受限薄膜堆叠21a不受为形成空间受限薄膜堆叠24a的形状而执行的蚀刻反应的影响。空间受限薄膜堆叠21a和24a可以例如在层的数量、层的材料、层的厚度和/或层的光学功能方面不同。

薄膜堆叠21中使用的层的类型取决于薄膜堆叠的所需光学属性。可以存在支撑层结构而不具有光学功能的附加层，例如平坦化层、粘附层、保护层和/或用于液晶的对准层。在第一实施例中，薄膜堆叠21包括胆甾型LCP层32作为根据本发明的第一定向聚合液晶层，如图6所示。在光学传感器设备具有具有大结构深度的表面地形的情况下，也在图6的薄膜堆叠中描绘的可选的平坦化层31可能是有用的。胆甾型LCP层32在其选择反射带内充当圆偏振器。只有在具有透过胆甾型LCP层所需的适当旋向的情况下，波长在选择反射带中的圆偏振光才能通过胆甾型LCP层32并且能由光传感器元件11检测到。因此，该设备充当了特定波长的圆偏振光的分析器。

图6的薄膜堆叠21的制备包括使用适当的材料在光学传感器设备10上应用平坦化层，该平坦化层与光学传感器设备的表面材料和要在顶部涂覆的胆甾型LCP材料兼容。接下来，优选使用涂层技术通过在平坦化层的顶部应用包括手性掺杂剂的LCP材料来形成胆甾型LCP层32。然后可以提高LCP层的温度，以去除残留溶剂并且支持液晶分子的对准。最后，优选地通过暴露在光化光下使LCP材料交联，这结束了根据本发明的第一定向聚合液晶层的制备。对于某些应用，在薄膜堆叠中包括支持胆甾型液晶材料的对准的对准层(图6中未示出)可能是有帮助的。

图7的实施例中的薄膜堆叠21包括胆甾型LCP层32作为如图6所示的第一定向聚合液晶层以及另外由对准层33对准的第二定向聚合液晶层34。第二LCP层形成为延迟器层。对准层33可以表现出被转移到LCP层中的液晶的定向图案，从而形成包括定向图案的图案化延迟器。第二LCP层优选地设计成用作四分之一波延迟器或半波延迟器。如果第二LCP层被设计为用作四分之一波延迟器，则从薄膜堆叠上方以与LCP层34的光轴成+45°或-45°的偏振面入射到薄膜堆叠上的线性偏振光被转换为左旋或右旋圆偏振光。因此，只有在具有透过胆甾型LCP层32所需的适当旋向的情况下，波长在选择反射带内的圆偏振光才能通过胆甾型LCP层32因此才能被光传感器元件11检测到。因此，该设备充当了特定波长的线性偏振光的分析器。

图7的薄膜堆叠21的制备包括如上参考图6所述的工艺步骤。在胆甾型LCP层的顶部，通过涂覆适合的材料并随后对其进行处理以创建所需的对准能力来形成对准层33。该对准层优选地包括可光对准材料，其中通过暴露于对准光来创建对准能力。在这种情况下，例如，通过使用具有相应掩模图案的光掩模多次暴露于对准光，可以容易地生成可选的定向图案。随后，通过形成LCP材料的层(优选地通过涂覆或印刷)，可选地提高层的温度以便去除残留溶剂并支持液晶分子的对准，优选通过暴露在光化光下使LCP材料交联，来在对准层的顶部制备第二LCP层。

图8示出了薄膜堆叠21的另一实施例，其中第一定向聚合液晶层36包括各向异性吸收物质并且因此充当线性偏振器。因此，图8的设备充当线性偏振光的分析器。在图8所示的示例中，假设光学传感器设备10a具有小的结构深度，使得不需要平坦化层，尽管如在每个实施例中，平坦化层仍然是可选的。因此，除了各向异性吸收LCP层36之外，图8所示的薄膜堆叠21仅示出对准层35，其为各向异性吸收LCP层36中的液晶提供对准。对准层可以展现定向图案，以便在各向异性吸收的LCP层36中诱发相应的定向图案，从而形成图案化偏振器，该图案偏振器包括在偏振方向上彼此不同的区域。在图9中描绘为俯视图的实施例的优选变型中，光学传感器设备10a包括第一光传感器元件11a和第二光传感器元件11b，并且LCP偏振器36具有定向图案，使得在覆盖第一光传感器元件11a的第一区域36a中，LCP偏振器呈现第一偏振方向37a，并且在覆盖第二光传感器元件11b的第二区域36b中，LCP偏振器呈现第二偏振方向37b，其中第一偏振方向不同于第二偏振方向。优选地，第一偏振方向37a与第二偏振方向37b相差40°和50°之间的角度，更优选地在43°和47°之间并且在最佳情况下为45°，或者第一偏振方向37a与第二偏振方向37b之间的夹角在80°和100°之间，更优选地在85°和95°之间并且在最佳情况下为90°。在图8的实施例的另一优选变型中(图中未示出)，光学传感器设备包括第一、第二和第三光传感器元件，并且LCP偏振器36具有定向图案，使得在覆盖第一光传感器元件的第一区域中，LCP偏振器展现第一偏振方向，并且在覆盖第二光传感器元件的第二区域中，LCP偏振器展现第二偏振方向，并且在覆盖第三光传感器元件的第三区域中，LCP偏振器展现第三偏振方向，其中第一、第二和第三偏振方向相互不同。优选地，第一和第二偏振方向相差40°和50°之间的角度，更优选地在43°和47°之间并且在最佳情况下为45°，并且第一和第三偏振方向相差80°和100°之间的角度，更优选地在85°和95°之间以及在最佳情况下为90°。

在图8的实施例的另一优选变型中(图中未示出)，光学传感器设备包括第一、第二、第三和第四光传感器元件，并且LCP偏振器36具有定向图案，使得在第一、第二、第三和第四光之上的区域中，LCP偏振器分别具有第一、第二、第三和第四偏振方向。第一、第二、第三和第四偏振方向相互不同。优选地，第一和第二偏振方向相差45°的角度，第一和第三偏振方向相差90°的角度，第一和第四偏振方向相差135°的角度。虽然上述角度差是优选的，但容忍上述值的偏差。优选地，偏差分别不超过+10°或10°，更优选地不超过+5°或-5°，并且最优选地不超过+2°或-2°。优选地，根据该变型制造的电子设备用于容易地测量描述光的偏振态的斯托克斯参数。

图8的薄膜堆叠21的制备包括通过在光学传感器设备上应用(例如通过涂覆)适合材料的层，并且随后对其进行处理以产生所需的对准能力来形成对准层35。该对准层优选地包括可光对准材料，其中通过暴露于对准光来创建对准能力。在这种情况下，例如通过使用具有相应掩模图案的光掩模多次暴露于对准光，可以容易地生成可选的定向图案，例如如上所述的优选偏振器图案所需的。随后，通过形成(优选通过涂覆或印刷)包括各向异性吸收物质的LCP材料的层，在对准层的顶部制备各向异性吸收LCP层36。可以提高设备上各层的温度，以便去除残留溶剂并且支持液晶分子和各向异性吸收物质两者的对准。最后，以及优选地通过暴露在光化光下使LCP材料交联化，这结束了图8实施例的第一定向聚合液晶层的制备。

图10的实施例中的薄膜堆叠21包括定向层35和各向异性吸收LCP层36作为如图8所示的第一定向聚合液晶层以及另外由对准层33定向的第二定向聚合液晶层34。第二LCP层形成为延迟器层，并且优选地被设计为充当四分之一波延迟器或半波延迟器。优选地，在LCP延迟器层34中有一区域，该区域覆盖光传感器元件的区域，其中光轴方向相对于同一光传感器元件上方的相应区域中的各向异性吸收LCP层36的偏振方向以0°、+45°、-45°或90°的角度定向。尽管上述角度中的任何一个代表最佳角度，但本领域技术人员将理解，该设备也将以偏离上述值的角度操作。优选地，偏差分别不超过+10°或10°，更优选地不超过+5°或-5°，并且最优选地不超过+2°或-2°。如果光轴方向与偏振方向成+45°或-45°，并且LCP延迟器层34被设计为四分之一波延迟器，则根据圆偏振光的旋向，从上面入射到薄膜堆叠上的圆偏振光由四分之一波片转换成具有平行或垂直于LCP偏振器36的偏振方向的偏振面的线性偏振光。因此，特定旋向的入射圆偏振光可以被光传感器检测到，而相反旋向的圆偏振光不能通过薄膜堆叠21，因此不在相应的光传感器元件中生成信号。因此，图10的设备充当圆偏振光的分析器。

对准层33可以展现定向图案，该定向图案被转移到LCP延迟器层34中的液晶，从而形成图案化的延迟器，该图案的延迟器包括在光轴方向上彼此不同的区域。在图11所示的实施例的优选变型中，光学传感器设备10a包括第一光传感器元件11a和第二光传感器元件11b，LCP偏振器36具有均匀的偏振方向37，LCP延迟器层34具有定向图案，使得在覆盖第一光传感器元件11a的第一区域34a中，LCP延迟器层呈现第一光轴方向38a，并且在覆盖第二光传感器元件11b的第二区域34b中，LCP延迟器层呈现第二光轴方向38b，其中第一光轴方向不同于第二光轴方向。优选地，LCP层34被设计为四分之一波延迟器，并且第一光轴方向38a与第二光轴方向38b之间的夹角在80°和100°之间，更优选在85°和95°之间，最优选为90°，并且第一光轴方向38a和LCP偏振器36的偏振方向37之间的夹角在+40°和+50°之间，更优选在+43°和+47°之间，在最佳情况下为45°。然后，第一光传感器元件11a可以检测到与第二光传感器元件11b相反的入射圆偏振光。在两个光传感器元件中产生的信号之间的差是入射光的圆偏振度的量度。两个光传感器元件11a和11b以及顶部的薄膜堆叠例如可以用作检测系统的两个通道，该检测系统可以分析两个通道中的左手和右手圆偏振光量。

在图11的结构的修改变型中(图中未示出)，LCP层34被设计为半波延迟器，并且第一光轴方向38a平行或垂直于LCP偏振器36的偏振方向37，并且第二光轴方向38b和偏振方向37之间的角度在40°和50°之间，更优选在43°和47°之间，在最佳情况下为45°。术语平行和垂直应包括偏差优选是±10°，更优选是±5°，最优选是±2°。然后，薄膜堆叠21的作用类似于图案化的线性偏振器。例如，如果第一光轴方向38a平行于LCP偏振器36的偏振方向37，则从上方以主要平行于偏振方向37的偏振方向入射的线性偏振光在薄膜堆叠的区域34a中透射，使得第一光传感元件11a能够检测入射的线性偏振光，而在区域34b中，线性偏振光的偏振方向旋转90°，并且光不能通过线性偏振器36，因此不能到达光传感元件11b。通过确定在两个光传感器元件中产生的信号之间的差，可以确定入射偏振光的偏振方向。

作为对准层33图案化的替代或补充，对准层35可以展示定向图案，该定向图案被转移到各向异性吸收LCP层36中的液晶，从而形成图案化偏振器，该图案化偏振器包括在偏振方向上彼此不同的区域。在图12所示的优选实施例中，光学传感器设备10a包括第一光传感器元件11a和第二光传感器元件11b，并且LCP偏振器36被图案化，使得在覆盖第一光传感器元件11a的第一区域中，LCP偏振器36具有第一偏振方向37a，并且在覆盖第二光传感器元件11b的第二区域中，LCP偏振器36具有第二偏振方向37b，其中第一偏振方向不同于第二方向，并且LCP延迟器层34具有光轴的均匀定向38。优选地，LCP层34被设计为四分之一波延迟器，并且第一偏振方向37a和光轴方向38之间的角度在+40°和+50°之间，更优选地在+43°和+47°之间，在最佳情况下为+45°，并且第二偏振方向37b和光轴方向38之间的角度在-40°和-50°之间，更优选地在-43°和-47°之间，在最佳情况下为-45°。与图11的实施例类似，第一光传感器元件11a可以检测到与第二光传感器元件11b相反的入射圆偏振光。在两个光传感器元件中产生的信号之间的差是入射光的圆偏振度的量度。

在光学传感器设备上的光传感器元件的数量大于两个的更复杂的实施例中，可以图案化LCP延迟器层34的光轴方向和各向异性吸收的LCP层36的偏振方向。

根据图11-图13的薄膜堆叠21的制备包括如上参考图8所述的工艺步骤。在各向异性吸收LCP层36的顶部，通过涂覆适合的材料并且随后对其进行处理以创建所需的对准能力来形成对准层33。对准层优选地包括可光对准材料，其中通过暴露于对准光来产生对准能力。在这种情况下，可以容易地生成可选的定向图案，如上所述。随后，通过形成(优选地通过涂覆或印刷)LCP材料的层，可选地提高层的温度以便去除残留溶剂并且支持液晶分子的对准，以及优选地通过暴露在光化光下使LCP材料交联化，来在对准层的顶部制备LCP延迟器层34。

优选地，薄膜堆叠21包括同向定向的聚合液晶层，优选地作为第二或第三定向聚合液晶层。由于同向定向，光轴垂直于层平面，并且因此同向LCP层起到平面外延迟器的作用，也称为C板延迟器。优选地，上面参考图7-图13描述的薄膜堆叠21的配置包括附加的同向定向的聚合液晶层。由于液晶在同向LCP延迟器中的垂直定向，它不需要提供面内定向方向的对准层。然而，在应用同向LCP层的LCP材料之前，在薄膜堆叠上应用具有适当表面张力的材料的薄层可能是有帮助的，这支持液晶的同向定向。

优选地，薄膜堆叠21包括定向聚合液晶层，其中液晶分子相对于层平面倾斜，从而形成具有倾斜光轴的延迟器层，也称为o板延迟器。

优选地，薄膜堆叠21包括定向聚合液晶层，其中垂直于层平面的折射率小于层平面内的平均折射率，也称为负c板延迟器。

根据本发明方法的第二变型，在衬底上制备包括第一定向聚合液晶层的薄膜堆叠，并且随后将所述薄膜堆叠的选择区域从衬底转移到光学传感器设备，使得空间受限薄膜堆叠仅覆盖所需区域。

本发明的方法的第二变型在图6a-图6f中示出，并且从提供衬底40(图13a)开始。可在该方法中使用的衬底可以包括或由任何材料组成。优选地，衬底包括塑料、玻璃或金属。衬底可以是刚性的或柔性的，并且可以具有任何形式或形状。如果衬底是柔性的，优选的是塑料或金属箔。优选地，衬底被制备为转印箔，其支持将薄膜堆叠容易地转移到光学传感器设备。优选地，衬底是透明的。

衬底可以包括附加层，例如有机层、介电层或金属层。这些层可以具有不同的功能。例如，有机层可以被涂覆作为底漆层，这增加了要被涂覆的材料与衬底的兼容性。优选地，衬底包括支持从衬底去除应用在释放层之上的层的释放层42。优选地，释放层是热释放层，其在增加衬底的温度时释放。如果衬底和薄膜堆叠之间的粘合力较弱，则可以省略释放层。因此，释放层42是可选的。

根据该方法，例如通过涂覆或印刷，在衬底上制备包括至少一个定向聚合液晶层的薄膜堆叠41，如图13b所示。薄膜堆叠41可以包括附加的光学各向异性和/或各向同性层，类似于上面为薄膜堆叠21描述的那些层，例如对准层、偏振层、滤色器、IR滤光器、UV滤光器、抗反射涂层和阻挡层。用于应用薄膜堆叠的各个层的方法取决于各个层的材料的属性，并且可以包括不同的印刷和涂覆方法，但也可以包括真空沉积技术，例如蒸发或溅射。

衬底可以在各个层的沉积期间移动。例如，可以通过将各自的材料沉积到移动的柔性箔上来在卷对卷工艺中产生单独的层，移动的柔性箔优选的是塑料或金属的。

优选地，薄膜堆叠包括用于液晶定向的对准层。

为了仅转移在衬底上制备的薄膜堆叠的选择性区域，优选地去除要转移的区域之外的材料。有不同的方法来选择性地从衬底上的薄膜堆叠中去除材料，例如使用粒子和/或电磁辐射的烧蚀方法。粒子辐射可以包括原子、分子、离子和/或电子。电磁辐射可以使用IR、可见光、UV光或x射线。优选地，通过激光烧蚀来选择性地去除材料。另一种选择性地从薄膜堆叠中去除材料的方法包括结合干法或湿法蚀刻的光刻方法。还可以将可聚合液晶材料本身用作光致抗蚀剂。然后，液晶单体仅在希望转移到光学传感器设备的区域中交联化，例如通过使用光掩模选择性地暴露在uv光下。在没有暴露在uv光下的区域，液晶材料不是交联的，并且可以用适当的溶剂洗掉。作为选择性去除材料的结果，形成了薄膜堆叠41a，其具有要转移到光学传感器设备的所需区域，如图13c所示。薄膜堆叠41a的区域之外可选的释放层42是否被移除并不重要。

为了将薄膜堆叠41a精确地转移到光学传感器设备的光传感器元件上，可能需要在光学传感器设备和衬底40上两者上的套准标记。可在薄膜堆叠41a的顶部应用可选的粘合层44，以在光传感器元件和转印的薄膜堆叠之间提供足够的粘合力，如图13d所示。尽管不一定需要，但优选地使用粘合层44。备选地，可以将粘合层应用到光学传感器设备。优选地，粘合层包括压敏粘合剂。通过将薄膜堆叠41a与可选的套准标记套准来执行转移，如图13E所示(套准标记未示出)。如果衬底包括热释放层，则可以在层压工艺中应用热量，以便在层压的同时释放衬底。在去除衬底40之后，光学传感器设备10的光传感器元件11被薄膜堆叠41a覆盖，如图13f所示。

在光传感器元件上具有空间受限薄膜堆叠的光学传感器设备的功能应该是相同的，而不管已经用于将空间受限薄膜堆叠应用在光传感器元件上的方法是什么。具体地，本发明的方法的第一和第二变型旨在导致光传感器元件顶部的空间受限薄膜堆叠的相同的光学功能。这要求根据两种方法的变型进行处理得到的在光传感器顶部的空间受限薄膜堆叠中的定向聚合液晶层的顺序是相同的。因此，转移到光传感器元件11之后的空间受限薄膜堆叠41a中的LCP层和空间受限薄膜堆叠21a中的对应LCP层具有相同的顺序。因此，为了实现上面关于薄膜堆叠21和相关图6-图12所解释的光学属性，根据该方法的第二变型，必须在衬底上应用不同类型的LCP层，使得当从光传感器元件观察时，转移到光传感器元件11的空间受限薄膜堆叠41a中的LCP层具有与空间受限薄膜堆叠21a中以及相应地在薄膜堆叠21中的相应LCP层相同的顺序。例如，为了通过该方法的第二变型实现图10中的薄膜堆叠21的光学功能，LCP延迟器层34将是应用在图13B中的堆叠41的衬底上的最低LCP层。然后，将偏振LCP层36涂覆在LCP延迟器层34的上方。因此，LCP层的顺序相对于薄膜堆叠21中的顺序是颠倒的。在根据图13c-图13f的方法选择性地转移薄膜堆叠之后，光传感器元件顶部的空间受限薄膜堆叠41a中的LCP层的顺序与图10的薄膜堆叠21的顺序相同。当然，在所转移的空间受限薄膜堆叠41a中，用于对准LCP层的对准层在相应的LCP层之上，而在薄膜堆叠21中，它们位于相应的LCP层之下。然而，由于对准层不影响薄膜堆叠的光学属性，因此它们的位置不改变薄膜堆叠的光学功能。

不是直接将薄膜堆叠41a转移到光学传感器设备10，而是遵循图13e-图13f中所示的方法，可以首先将薄膜堆叠41或空间受限薄膜堆叠41a转移到第二衬底，然后与上述方法类似地进一步处理，并随后作为空间受限薄膜堆叠41a转移到光学传感器设备10。由于LCP层的顺序可以在薄膜堆叠的每次转移时反转，因此LCP层应用到第一衬底的顺序可以与图6-图12的堆叠21中的LCP层的顺序相同，以便实现相同的光学功能。

在为LCP材料中的液晶提供对准的上述任何方法中，在LCP材料沉积之后提高LCP层的温度可能是有帮助的。

如上所述，薄膜堆叠可以包括一个或多个定向聚合液晶层。优选地，薄膜堆叠中的至少一个聚合液晶层由包括可光对准物质的层定向，该可光对准物质已经暴露在对准光中以提供具有对准能力的表面。

对于包括多于一个聚合液晶层的任何薄膜堆叠，例如图8和图11中关于薄膜堆叠21描述的那些，优选地通过在用于下LCP层的LCP材料中添加适当的可光对准材料来避免聚合液晶层之间的对准层。因此，除了其光学功能之外，该LCP层还具有对准层的功能，因此是可光对准LCP层。可用于在可光对准LCP层中产生对准的方法与用于在光对准层中产生对准的方法相同。例如，在WO2018/019691中公开了用于制备可光对准LCP层的方法以及适合的材料，其通过引用结合于此。

在本发明的优选方法中，提供了一种光学传感器设备，其包括第一光传感器元件和第二光传感器元件，并且在光传感器元件的顶部制备薄膜堆叠，薄膜堆叠包括一个或多个定向聚合液晶层，其中至少在一个聚合液晶层中生成定向图案，使得液晶在第一光传感器元件上方的区域中的定向与在第二光传感器元件上方的区域中的定向不同。

上述薄膜堆叠的任何实施例还可以包括用于不同目的的附加层。

根据本发明第二方面的电子设备包括具有光传感器元件的光学传感器设备和包括定向聚合液晶层的空间受限薄膜堆叠，其中空间受限薄膜堆叠覆盖光传感器元件，但不覆盖光学传感器设备的整个区域。

优选的电子设备是由如上所述根据本发明第一方面的方法的实施例产生的那些电子设备。具体地，优选的电子设备是在图3f、图4-图12以及图13f中示出并在上面进一步描述的那些设备以及不同的变型，尽管未在图中示出，但在上面的描述中对其进行了解释。

根据本发明的第三方面，提供了利用根据本发明第二方面的电子设备的不同应用。

根据本发明第二方面提供的大多数电子设备可以用于分析光的偏振态。在第一优选用途中，根据本发明的电子设备被用来测量描述光的偏振态的斯托克斯参数，如上进一步所述。优选地，空间受限薄膜堆叠21a的至少一个定向聚合液晶层(34、36)包括在覆盖不同光传感器元件的区域中具有两个或三个或四个不同定向方向的定向图案。

在第二优选用途中，根据本发明的电子设备20用作电光显示器50后面的环境光传感器，如观察者所见，如图14所示。优选地，该显示器是OLED显示器。优选地，在显示器的前侧(图14中的顶侧)设置圆偏振器，其优选地包括线片偏振器52和四分之一波延迟膜51。电子设备20包括两个或更多个光传感器元件，并且空间受限薄膜堆叠21a包括第一和第二定向聚合液晶层(34，36)，其中，第一定向聚合液晶层(36)充当线性偏振器，并且第二定向聚合液晶层(34)充当四分之一波延迟器，并且其中第一定向聚合液晶层(36)位于光传感器元件和第二定向聚合液晶层(34)之间。

实例

示例中使用的材料

化合物

光对准材料PA

如专利申请WO2012/085048 A1中所描述的合成

可交联型液晶化合物LCC

二向色性染料dDye

根据WO2015/177062制备。

合成

可聚合液晶材料M-LCP

可聚合液晶材料M-dLCP，包括二向色性染料

溶液

S-LPP

将3wt％的光对准材料PA溶于97wt％的甲氧基乙酸丙酯中，室温下搅拌30分钟，制得S-LPP溶液。

S-LCP

将10wt％的M-LCP溶解于90wt％的甲氧基丙酮、10wt％的二恶烷和10wt％的环己酮的混合溶剂中，在室温下搅拌30分钟，制得S-LCP溶液。

S-dLCP

将40wt％的M-dLCP溶解于60wt％的80％ MEK和20％环己酮的混合溶剂中，在室温下搅拌30分钟，制得S-dLCP溶液。

本发明的方法的第一变型的示例

该示例描述了在光学传感器设备的两个光传感器元件之上制备层堆叠，使得设备的焊盘不被覆盖，并且使得层堆叠充当在覆盖第一和第二光传感器元件的区域中具有相反旋向的图案化圆偏振器。在半导体晶片上提供了多个光学传感器设备，每个光学传感器设备包括两个光传感器元件和焊盘。通过表面轮廓仪的分析，发现每个光学传感器设备的光传感器元件、焊盘和其他一些区域的顶表面处于不同的高度。因此，晶片表现出一定的表面地形。

用O₂等离子体激活半导体晶片表面，使用如下参数：功率80％(200W，40kHz)，O₂流5sccm，时间5分钟。

然后通过在晶片顶部旋涂(2’500rpm持续60秒，然后3’000rpm持续4秒)自流平材料Level^TMM10-44(布鲁尔科学公司)，然后在热板上以100℃退火1分钟，然后在室温下暴露在N₂气氛下的1’500mJ/cm² UVA光下，然后在热板上140℃焙烧2分钟，来在晶片上制备平坦化层。通过表面轮廓仪的分析发现，所产生的平坦化层具有减小表面地形的结构深度的效果。

然后，将光对准材料溶液S-LPP涂覆在平坦化层上，以1’700rpm持续30秒。将所生成的薄膜在热板上以100℃退火10分钟。然后在室温下将薄膜暴露在225mJ/cm²的UVB光下，该光平行于晶片上的参考轴进行线性偏振。

随后，通过旋涂(300rpm持续40秒，然后3’000rpm持续4秒)将S-dLCP溶液涂覆在LPP层上。将所产生的薄膜在热板上以90℃退火19秒。然后在室温下将薄膜暴露在N₂氛围下的2’000mJ/cm² UVA光，以便通过交联固化层。用线性偏振器观察由S-dLCP制成的层时，发现晶片上的层充当线性偏振器。

然后，通过旋涂(1’700rpm持续30秒)将Dymax 4021(20wt％以MPA为单位的固体含量)的溶液直接涂覆到dLCP层上，并在热板上于80℃焙烧60秒以形成阻挡层。然后在室温下将薄膜暴露在N₂气氛下的1500mJ/cm²的UVA光下。阻挡层是可选的，但可能有助于保护dLCP层不受制备其他层时使用的溶剂的影响。

通过以1’700rpm旋涂30秒来旋涂S-LPP溶液，并在热板上以100℃退火10分钟，来在阻挡层的顶部制备第二LPP层。具有适当设计的光掩模设置在晶片的涂覆侧的上方，使得在多个光学传感器设备上的两个光传感器元件中的第一个光传感器元件的每个上方的区域是透明的，而光掩模的其他区域是不透明的。然后在室温下通过光掩模将薄膜暴露在444mJ/cm²的UVB光下，该光沿相对于晶片上的上述参考轴135°的方向线性偏振。然后，在去除光掩模后，将薄膜在室温下再次暴露于223mJ/cm²的UVB光下，该光沿相对于晶片上的上述参考轴的45°方向线性偏振。

通过旋涂(1’800rpm持续120秒)将S-LCP溶液涂覆在第二LPP层上并在热板上以80℃退火75秒，来制备具有根据由LPP层的二次暴露生成的定向图案的局部改变光轴的四分之一波延迟器层。然后在室温下，将薄膜暴露在N₂气氛下的1’500mJ/cm²的UVA光下。

通过旋涂(150rpm持续15秒，然后’2000rpm持续60秒)将负性光致抗蚀剂AZ nLOF2035(MicroChemical GmbH)涂覆到LCP延迟器层上，并在热板上以110℃进一步焙烧60秒，来制备光致抗蚀剂层。

具有适当设计的光掩模设置在晶片顶部的光致抗蚀剂层之上，使得对于每个光学传感器设备，光掩模的不透明区域包围两个光传感器元件，而对于每个光学传感器设备的包括焊盘在内的其余区域，光掩模是透明的。然后将光致抗蚀剂层在室温下通过光掩模暴露到44mJ/cm²的UVB光下，然后在热板上以110℃焙烧120秒。此外，涂覆的半导体晶片用AZ400K(MicroChemical GmbH)DI水中稀释(1:2.5)2分钟，然后用DI水漂洗，用干N₂吹干，然后在热板上以110℃焙烧120秒。经过这一工艺后，LCP层表面部分地暴露。

通过物理气相沉积(PVD)，在层结构的顶部沉积厚度为100nm的SiO₂薄层，使得其覆盖剩余的光致抗蚀剂层和LCP层的暴露部分。

然后将晶片在60℃温度下浸泡在TechniSTRI NI555(MicroChemical GMBH)中40分钟。该工艺步骤将光致抗蚀剂层与覆盖光致抗蚀剂层的SiO₂层一起去除。覆盖LCP层的暴露区域的SiO₂层部分保持完好。然后用DI水冲洗晶片，并用干N₂吹干。

然后，通过O₂反应性离子刻蚀(RIE)，在基压为2.5x10^-5mbar、O₂流48sccm、压力200mTorr、RIE功率200W、反射功率4W、DC电压228V、温度45℃、时间40分钟的腔室中干法刻蚀晶片。

本发明和不同的实施例可以用以下几项来概括：

1.一种用于制造空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)的方法，所述空间受限薄膜堆叠包括在光学传感器设备(10、10a)的光传感器元件(11、11a、11b)上的至少一个光学各向异性薄膜(32、34、36)，其中所述空间受限薄膜堆叠覆盖所述光传感器元件但不覆盖所述光学传感器设备的整个表面区域，所述方法包括以下步骤

-提供具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)，其中所述光传感器元件不延伸到所述光学传感器设备的整个区域

-在所述光学传感器设备上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(21)

-通过以干法或湿法蚀刻选择性地从所述薄膜堆叠去除材料来形成所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)，

或者

-提供衬底(40)

-在所述衬底上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(41)

-通过选择性地将所述薄膜堆叠的区域从所述衬底转移到所述光学传感器设备(10)来形成所述空间受限薄膜堆叠(41a)。

2.根据项目1所述的方法，其中所提供的光学传感器设备(10、10a)包含电子电路，所述电子电路提供信号处理并且优选为集成电路(13)。

3.根据任一前述项目所述的方法，其中所述光学传感器设备包括两个或更多个光传感器元件(11、11a、11b)，并且所述空间受限薄膜堆叠被形成为使得其不覆盖所有所述光传感器元件。

4.根据任一前述项目所述的方法，其中所述第一定向聚合液晶层(36)包括各向异性吸收物质。

5.根据任一前述项目所述的方法，其中所述第一定向聚合液晶层(32)通过应用包括手性掺杂剂的LCP材料而形成。

6.根据任一前述项目所述的方法，其中制备薄膜堆叠(21、41)，其包括所述光学传感器设备上的第一定向聚合液晶层(32、34、36)和第二定向聚合液晶层(34)。

7.根据项目6所述的方法，其中第二定向聚合液晶层(34)形成为延迟器层。

8.根据任一前述项目所述的方法，其中制备薄膜堆叠(21，41)，其包括一个或多个定向聚合液晶层(32，34，36)，并且至少一个聚合液晶层由包括可光对准物质(33，35)的层定向，所述可光对准物质已经暴露在对准光下以提供具有对准能力的表面。

9.根据任一前述项目所述的方法，其中所述光学传感器设备包括第一光传感器元件(11a)和第二光传感器元件(11b)，并且制备薄膜堆叠(21，41)，其包括一个或多个定向聚合液晶层(32，34，36)，其中至少在一个聚合液晶层(34，36)中生成定向图案，使得在所述第一光传感器元件(11a)上方区域中的液晶的定向不同于在所述第二光传感器元件(11b)上方区域中的定向。

10.根据任一前述项目所述的方法，包括以下步骤

-提供具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)，其中所述光传感器元件不延伸到所述光学传感器设备的整个区域

-在所述光学传感器设备上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(21)

-在所述薄膜堆叠上方制备硬掩模图案(23a、25a)，其覆盖所需的空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)的区域

-通过在未被所述硬掩模覆盖的区域中以干法或湿法蚀刻所述薄膜堆叠以选择性地从所述薄膜堆叠中去除材料，来形成所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)。

11.根据项目10所述的方法，其中所述硬掩模包括氮化硅或无机氧化物，优选为氧化硅，更优选为二氧化硅。

12.根据任一前述项目所述的方法，包括以下步骤

-提供具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)，其中所述光传感器元件不延伸到所述光学传感器设备的整个区域

-在所述光学传感器设备上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(21)

-通过以干法刻蚀，优选为反应性离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子RIE(ICP-RIE)或等离子灰化，优选地使用O2等离子体，选择性地从所述薄膜堆叠中去除材料来形成所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)。

13.一种电子设备(20)，包括

-具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)

-空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)，包括定向聚合液晶层(32、34、36)，其中所述空间受限薄膜堆叠覆盖所述光传感器元件，但不覆盖所述光学传感器设备的整个区域。

14.根据项目13所述的电子设备，其中所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)包括第一定向聚合液晶层和第二定向聚合液晶层，并且优选地包括第三定向聚合液晶层。

15.根据项目13-14中任一项所述的电子设备，其中所述光学传感器设备(10、10a)包含电子电路，所述电子电路提供信号处理并且优选为集成电路(13)。

16.根据项目13-15中任一项所述的电子设备，其中所述光学传感器设备包括两个或更多个光传感器元件，并且所述空间受限薄膜堆叠不覆盖所有所述光传感器元件。

17.根据项目13-16中任一项所述的电子设备，其中所述第一定向聚合液晶层(32、36)是胆甾型LCP层或充当线性偏振器。

18.根据项目14-17中任一项所述的电子设备，其中所述第二定向聚合液晶层(34)是延迟器层，优选地具有四分之一波或半波延迟。

19.根据项目13-18中任一项所述的电子设备，其中所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)包括一个或多个定向聚合液晶层(32、34、36)，其中至少一个定向聚合液晶层由包括光对准的物质的层(33、35)定向。

20.根据项目14-19中任一项所述的电子设备，其中所述第一定向聚合液晶层(36)充当线性偏振器，并且所述第二定向聚合液晶层(34)充当四分之一波延迟器。

21.根据项目13-20中任一项所述的电子设备，其中所述光学传感器设备(10、10a)包括第一光传感器元件(11a)和第二光传感器元件(11b)，并且覆盖两个光传感器元件的空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)包括一个或多个定向聚合液晶层(32、34、36)，其中所述聚合液晶层(34、36)中的至少一个聚合液晶层包括定向图案，使得所述第一光传感器元件(11a)上方区域中的液晶定向不同于在所述第二光传感器元件(11b)上方区域中的定向。

22.根据项目21所述的电子设备，其中第一定向聚合液晶层(36)充当线性偏振器，并且第二定向聚合液晶层(34)充当四分之一波延迟器，并且其中第一定向聚合液晶层(36)位于光传感器元件和第二定向聚合液晶层(34)之间。

23.根据项目13-22中任一项所述的电子设备的用途，用于分析光的偏振态。

24.根据项目13-22中任一项所述的电子设备在显示器设置中的用途，其位于从观察者的角度看到的所述显示器的后面，作为用于分析环境光强度的环境光传感器设备。

Claims (15)

1.一种用于制造空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)的方法，所述空间受限薄膜堆叠包括在光学传感器设备(10、10a)的光传感器元件(11、11a、11b)上的至少一个光学各向异性薄膜(32、34、36)，其中所述空间受限薄膜堆叠覆盖所述光传感器元件但不覆盖所述光学传感器设备的整个表面区域，所述方法包括以下步骤

-提供具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)，其中所述光传感器元件不延伸到所述光学传感器设备的整个区域

-在所述光学传感器设备上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(21)

-通过以干法或湿法蚀刻选择性地从所述薄膜堆叠去除材料来形成所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)，

或者

-提供衬底(40)

-在所述衬底上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(41)

-通过选择性地将所述薄膜堆叠的区域从所述衬底转移到所述光学传感器设备(10)来形成所述空间受限薄膜堆叠(41a)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所提供的光学传感器设备(10、10a)包含电子电路，所述电子电路提供信号处理并且优选为集成电路(13)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一定向聚合液晶层(32、36)包括各向异性吸收物质或手性掺杂剂。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中制备薄膜堆叠(21、41)，其包括所述光学传感器设备上的第一定向聚合液晶层(32、34、36)和第二定向聚合液晶层(34)，其中所述第二定向聚合液晶层(34)优选形成为延迟器层。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光学传感器设备包括第一光传感器元件(11a)和第二光传感器元件(11b)，并且制备薄膜堆叠(21，41)，其包括一个或多个定向聚合液晶层(32，34，36)，其中至少在一个聚合液晶层(34，36)中生成定向图案，使得在所述第一光传感器元件(11a)上方区域中的液晶的定向在不同于所述第二光传感器元件(11b)上方区域中的定向。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤

-提供具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)，其中所述光传感器元件不延伸到所述光学传感器设备的整个区域

-在所述光学传感器设备上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(21)

-在所述薄膜堆叠上方制备具有图案(23a、25a)的硬掩模，其覆盖所需的空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)的区域，其中所述硬掩模优选地包括氮化硅或无机氧化物，优选为氧化硅，更优选为二氧化硅

-通过在未被所述硬掩模覆盖的区域中以干法或湿法蚀刻所述薄膜堆叠以选择性地从所述薄膜堆叠中去除材料，来形成所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤

-提供具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)，其中所述光传感器元件不延伸到所述光学传感器设备的整个区域

-在所述光学传感器设备上制备包括第一定向聚合液晶层(32、36)的薄膜堆叠(21)

-通过以干法刻蚀，优选为反应性离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子RIE(ICP-RIE)或等离子灰化，优选地使用O2等离子体，选择性地从所述薄膜堆叠中去除材料来形成所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a)。

8.一种电子设备(20)，包括

-具有光传感器元件(11、11a、11b)的光学传感器设备(10、10a)

-空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)，包括定向聚合液晶层(32、34、36)，其中所述空间受限薄膜堆叠覆盖所述光传感器元件，但不覆盖所述光学传感器设备的整个区域。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)包括第一定向聚合液晶层和第二定向聚合液晶层，并且优选地包括第三定向聚合液晶层。

10.根据权利要求8-9中任一项所述的电子设备，其中所述光学传感器设备(10、10a)包含电子电路，所述电子电路提供信号处理并且优选为集成电路(13)。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的电子设备，其中所述第一定向聚合液晶层(32、36)是胆甾型LCP层或充当线性偏振器。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的电子设备，其中所述第二定向聚合液晶层(34)是延迟器层，优选地具有四分之一波或半波延迟。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的电子设备，其中所述光学传感器设备(10、10a)包括第一光传感器元件(11a)和第二光传感器元件(11b)，并且覆盖两个光传感器元件的空间受限薄膜堆叠(14、21a、24a、41a)包括一个或多个定向聚合液晶层(32、34、36)，其中所述聚合液晶层(34、36)中的至少一个聚合液晶层包括定向图案，使得所述第一光传感器元件(11a)上方区域中的液晶定向不同于在所述第二光传感器元件(11b)上方区域中的定向。

14.根据权利要求8-13中任一项所述的电子设备用途，用于分析光的偏振态。

15.根据权利要求8-13中任一项所述的电子设备在显示器设置中的用途，其位于从观察者的角度看到的所述显示器的后面，作为用于分析环境光强度的环境光传感器设备。