CN104076428A - 栅偏振元件及光取向装置 - Google Patents

Abstract

提供一种偏振元件，能够在某种程度的宽区域照射从可见短波长区域至紫外区的偏振光，在消光比、透过率这样的基本性能中具有优异的特性。设置在透明基板（1）上的条纹状的栅格（2）由非晶态状的氧化钛形成，将构成栅格（2）的各线状部（21）的宽度的平均值设为w，将各线状部（21）与一侧的相邻的线状部（21）之间的距离设为t，将与另一侧的相邻的线状部（21）之间的距离设为T时，成为t/T＞0.0149w＋0.0644的关系。

Description

栅偏振元件及光取向装置

技术领域

本发明涉及栅（grid）偏振元件。

背景技术

获得偏振光的偏振元件，已知有偏振滤光片、偏振膜等光学元件，例如偏振太阳镜这样的随身产品，在液晶显示器等显示器件中也广泛采用。偏振元件根据取出偏振光的方式而分为几种，其中一个为栅偏振器。

栅偏振元件采用了在透明基板上设置由金属（导电体）构成的微细的条纹状栅格的构造。通过使栅格的间隔小于要偏振的光的波长，从而作为偏振器发挥作用。在直线偏振光之中，对于在栅格的长度方向具有电场成分的偏振光来说，与平板金属等效，所以产生反射，另一方面，对于在与长度方向垂直的方向具有电场成分的偏振光来说，与只有透明基板的情况等效，所以穿透透明基板而射出。因此，从偏振器只射出与栅格的长度方向垂直的方向的直线偏振光。通过控制偏振元件的姿势而使栅格的长度方向朝向期望方向，能够得到偏振光的轴（电场成分的方向）朝向期望方向的偏振光。

下面，为了便于说明，将在栅格的长度方向具有电场成分的偏振光称为s偏振光，将在与长度方向垂直的方向具有电场成分的偏振光称为p偏振光。通常，将电场与入射面（与反射面垂直且包含入射光线和反射光线的面）垂直的波称为s波，将平行的波称为p波，以栅格的长度方向与入射面平行为前提来进行区别。

表示这种偏振元件的性能的基本指标是消光比ER和透过率TR。消光比ER是透过了偏振元件的偏振光的强度之中的、p偏振光的强度（Ip）相对于s偏振光的强度（Is）之比（Ip/Is）。另外，透过率TR通常是射出的p偏振光的能量与入射的s偏振光和p偏振光的全能量之比（TR＝Ip/（Ip＋Is））。理想的偏振元件是消光比ER＝∞、透过率TR＝50%。

专利文献1：日本特开2011-8172号公报

对于光的利用，以显示器技术为代表，利用可见区域的光的情况很多，但是在光通信等领域中利用红外区的光。另一方面，将光作为能量利用的情况也很多，在该情况下大多利用紫外区的光。例如，可以举出照相平版上的抗蚀剂的曝光（感光处理）、紫外线固化型树脂的固化处理等。因此，在偏振光的利用领域中，将偏振光作为能量利用的情况下，需要紫外区的波长的偏振光。

示出更具体的一个例子，在液晶显示器的制造工艺中，近年来采用被称为光取向的技术。该技术是通过光照射而在液晶显示器上得到需要的取向膜的技术。向聚酰亚胺这样的树脂制的膜照射紫外区的偏振光时，膜中的分子在偏振光的方向上排列，得到取向膜。

与被称为拓本（rubbing）的机械取向处理相比，能够得到高性能的取向膜，所以作为高画质的液晶显示器的制造工艺被广泛采用。

像这样，在某种用途中，需要得到更短的波长区域的偏振光，需要用于得到短波长区域的偏振光为此的偏振元件。然而，对于使这种短波长区域的光偏振的偏振元件，尚未进行深入研究，也几乎没有出现可实用的产品。短波长区域是从可见的短波长侧（例如450nm以下）到紫外区的波长区域。

作为用于可见光的偏振膜，往往使用将树脂层的吸收轴对齐的偏振膜。然而，作为用于紫外线的偏振膜，树脂受紫外线影响而在短期间劣化，所以无法使用。

在使紫外区的光偏振的情况下，能够使用采用了方解石的棱镜偏振器。然而，棱镜偏振器适用于像激光那样在窄区域照射偏振光的用途，不适用于像光取向那样在某种程度的宽区域照射偏振光的用途。

上述的线栅（wire grid）偏振元件是能够向某种程度的宽区域照射偏振光的偏振元件。将多个线栅偏振元件排列，能够向更宽区域照射偏振光。

在线栅偏振元件上，条纹状栅格的材料使用钨、铜、铝等。在紫外线用线栅偏振元件的情况下，大多使用在紫外区具有高反射率的铝。然而，线栅偏振元件虽然对于比500nm左右长的可见区域的光表现出某种程度的高消光比及透过率，然而随着波长变短，消光比和透过率从400nm附近开始急剧下降。其原因虽然未完全解开，但推测为起因于铝的光学性质。

像这样，在光取向这样的光工艺的用途中，希望有一种能够将从可见短波长区域至紫外区的偏振光照射到某种程度的宽区域的实用的偏振元件，但消光比、透过率这样的基本性能优异的偏振元件尚未开发出来。即，为了提高取向处理的品质，需要只照射朝向期望方向的偏振光（消光比的提高），为了提高生产性（处理效率）需要更高透过率的偏振元件。

发明内容

本发明是考虑上述课题而做出的，其意义在于，提供一种偏振元件，能够在某种程度的宽区域照射从可见短波长区域至紫外区的偏振光，在消光比、透过率这样的基本性能中具有优异的特性。

另外，为了解决上述课题，第一方面涉及的发明为一种栅偏振元件，由透明基板和设置在该透明基板上的条纹状的栅格构成，所述栅格由非晶态状的氧化钛形成，将构成该栅格的各线状部的宽度的平均值设为w，将各线状部与一侧的相邻的线状部之间的距离设为t，将与另一侧的相邻的线状部之间的距离设为T时，该栅格周期性地具有实质上t＜T的部分，并且在t＜T的部分中，满足t/T＞0.0149w＋0.0644的关系。

另外，为了解决上述课题，第二方面涉及的发明，在所述第一方面的构成中，在沿着所述透明基板的表面的方向且与所述线状部的长度方向垂直的方向观看时,所述栅格不具有如下那样的部位，该部位是两个所述线状部隔着宽距离T排列的部分连续的部位。

另外，为了解决上述课题，第三方面涉及的发明，具备光源和第一方面或第二方面所述的栅偏振元件，该栅偏振元件设置在配置有光取向用的膜材的照射区域和所述光源之间的位置，能够使来自所述光源的光通过所述栅偏振元件照射到光取向的膜材。

发明效果

如下述说明，根据本申请第一方面所述的发明，栅格由非晶态状的氧化钛形成，栅格的偏在比t/T相对于栅格宽度w具有t/T＞0.0149w＋0.0644的关系，所以能够在不使透过率较大下降的情况下提高消光比。因此，能够照射更优质的偏振光。

另外，根据第二方面所述的发明，除了上述效果之外，由于不具有线状部以宽的分离间隔T排列的部分连续的部位，所以消光比不会下降。

另外，根据第三方面所述的发明，除了上述效果之外，能够在以高能量照射质量良好的偏振光的同时进行光取向，所以能够以高生产性得到优质的光取向膜。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的实施方式的栅偏振元件的示意图，（1）是正面截面示意图，（2）是立体图。

图2表示在发明人进行的实验中制作的氧化钛膜的光学常数的示意图。

图3是表示铝的光学常数的图。

图4是表示在使用表现出图2的光学常数的氧化钛膜的实施方式的栅元件中，对伴随于偏在比（t/T）的透过率/消光比的变化进行模拟的结果的图。

图5是表示对在将图3中表示光学常数的铝作为栅格2的材质采用的情况下使偏在比t/T改变时透过率及消光比如何变化进行模拟的结果的图。

图6是示意性地表示在实施方式的栅偏振元件中消光比提高的理由的立体示意图。

图7是表示确认到了x方向磁场成分的波纹的模拟结果的图。

图8是示意性地表示由磁场成分Hx的波纹（旋转）而重新产生电场Ey的情况的正面截面示意图。

图9是表示300℃成膜的氧化钛薄膜的光学常数的图。

图10是表示对图9中表示光学常数的氧化钛薄膜同样地改变偏在比t/T时的透过率和消光比进行了模拟的结果的图。

图11是对使用了氧化钛制的栅格2的栅偏振元件的最佳结构进行研究的结果的图。

图12是表示金红石型结晶的氧化钛的光学常数的图。

图13是表示对在将金红石型结晶的氧化钛作为栅格2的材质采用的情况下透过率和消光比相对于偏在比t/T如何改变进行模拟的结果的图。

图14是表示实施方式的栅偏振元件的制造方法的示意图。

图15是表示实施方式的栅偏振元件的使用例，是搭载了栅偏振元件的光取向装置的截面示意图。

附图标记说明

1透明基板；2栅格；21线状部；3中间薄膜；4栅格用薄膜；5光源；6反射镜；7栅偏振元件；10工件

具体实施方式

接着，说明本发明的具体实施方式（实施方式）。

图1是示意性地表示本发明的实施方式的栅偏振元件的示意图，（1）是正面截面示意图，（2）是立体图。图1所示的栅偏振元件主要由采用透明材质形成的透明基板1和设置在透明基板1上的栅格2构成。实施方式的偏振元件具有与线栅偏振元件类似的结构，如后述那样，栅格2不是导电体（金属线），所以简称为栅偏振元件。

透明基板1的“透明”指的是，从相对于使用波长（使用偏振元件进行偏振的光的波长）具有足够的透过性。在该实施方式中，设想为将紫外区的光作为使用波长，所以作为透明基板1的材质，采用石英玻璃（例如合成石英）。

如图1所示，栅格2是由平行延伸的多个线状部21构成的条纹状的物件。各线状部21由非晶态状的氧化钛形成。将各线状部21的宽度的平均值设为w、将各线状部21与一侧的相邻的线状部21之间的距离设为t、将与另一侧的相邻的线状部21之间的距离设为T时，周期性地具有实质上t＜T的部分，并且在t＜T的部分中，成为t/T＞0.0149w＋0.0644的关系。以下为了便于说明，将t/T称为偏在比，将宽度w简称为栅格宽度。

在上述说明中，“实质上t＜T的部分”是指，一侧的分离距离t与另一侧的分离距离T实质上不同。“实质上”是指，不包括由于制造上的偏差而引起的距离的差异，而是为了发挥后述作用，有意地设为t≠T。

另外，“周期性”是非随机的意思。在t≠T是由于制造上的偏差而产生的情况下是随机的，然而，为了发挥后述的作用而有意地设为t≠T，所以成为周期性。另外，该情况下的周期性是指，沿着透明基板1的表面，从与栅格2的长度方向垂直的方向观看时，t≠T的部分周期性地存在。

这种实施方式的栅偏振元件的构成，是本发明人对于在从可见短波长区域至紫外区的区域（以下统称为短波长区域）中得到更高的消光比和透过率的栅偏振元件的构成是何种形态进行了深入研究的成果。

发明人对在短波长区域中得到消光比和透过率的栅偏振元件、尤其栅格2的结构和材料进行了深入研究的结果，判断出根据与以往的线栅偏振元件不同的思路选定栅格2的材料和结构是有效的。

以往的线栅偏振元件又称为反射型栅偏振元件，栅格2使用高反射率的金属，使在栅格2的长度方向具有电场成分的直线偏振光反射，从而不透过透明基板1。在这种思路的栅偏振元件中，如上所述，在更短的波长区域，消光比、透过率这样的基本性能的提高有限。

本申请的发明人想到了与这种以往的栅偏振元件的思路不同的、应该称为吸收型栅偏振元件的想法。虽然是吸收型，但不是利用在可见光用的偏振膜等中常见的由高分子进行的光吸收，而是利用由电磁感应现象引起的光的衰减。

众所周知，在金属那样的导电性介质中的光的传播中，折射率作为复折射率处理。如果为了将复折射率与通常的折射率进行区别而设为n’，则复折射率n’如以下的式1表示。

【数学式1】

n’＝n－ik    （式1）

在式1中，n是复折射率的实数部分，k是所谓的衰减系数。在折射率实数部分n大于衰减系数k而采用了不均等的栅结构的情况下，能够得到发明人想到的利用由电磁感应现象引起的光衰减的栅偏振元件。

首先，说明在实施方式的栅偏振元件中作为栅格材质使用的氧化钛的复折射率和作为比较例的铝的复折射率。图2是表示在发明人进行的实验中制作的氧化钛膜的光学常数（折射率实数部分n、衰减系数k）的示意图。图3是表示铝的光学常数的图，是基于在Aleksand ar D.Raki?.Algorithmfor the determination of intrinsic optical constants of m etal films:application to aluminum,Appl.Opt.34,4755-4767（1995）中公开的数据制作的。

图2所示的光学常数的氧化钛膜是通过后述的ALD法在石英制的透明基板1上制作的，成膜时的温度为100℃左右。因此，膜的状态推测为非晶态。膜厚为20nm左右。如图2所示，在240nm～400nm左右的紫外区的波长中，折射率实数部分n比衰减系数k小。另一方面，如图3所示，在铝的情况下，在同样的短波长区域，折射率实数部分n始终比衰减系数k小。

图4是对实施方式的栅元件中的电磁波的传播状况进行了模拟的结果的图。在图4中，假设了由图2所示的氧化钛薄膜构成图1所示的栅偏振元件的情况，对将偏在比t/T进行各种改变的情况下透过率TR及消光比ER如何改变进行了模拟。图4中的（1）表示透过率，（2）表示消光比。在图2的模拟中，使用了RCWA（Rigorous Coupled-Wave Analysis）法，使用美国国立标准技术研究所（NIST）发布的软件（http://physics.nist.gov/Divisions/Div844/facilities/scatmech/html/grating.htm），计算出各t/T中的透过率TR以及消光比ER。

如图2所示，折射率实数部分n、衰减系数k根据波长而成为不同的值，作为一个例子，假设使用254nm的紫外线，采用该波长处的n及k。具体地说，设为n＝2.35、k＝1.33。关于介电常数，根据该n及k预先计算并代入。另外，栅格2的宽度W在10～30nm之间以5nm间隔改变，但是高度为170nm恒定。对于10～30nm的各个栅格宽度W改变了偏在比t/T。另外，当偏在比t/T＝1时，以t＝T＝90nm为起点，以始终满足t＋T＝180nm的方式，减小t并增大T，从而改变t/T。

在图4（1）中，将t/T＝1时（没有偏在的情况）的透过率设为1，作为相对于该透过率的相对值，表示t/T小于1时的透过率。图4（2）的消光比也同样，采用将t/T＝1时的值设为1时的相对值进行表示。

如图4（1）所示，与t/T＝1的情况相比而设为小于1时，透过率稍微下降，在10～20nm的栅格宽度W中，并未出现太大的下降。另外，即使是在20～30nm的栅格宽度，只要在t/T＝1～0.7左右的范围，透过率不会有很大的下降。

另一方面，如图4（2）所示，对于消光比，确认到了通过将t/T设为小于1，与t/T＝1的情况相比有所提高。尤其，在栅格宽度W为15～25nm的情况下确认到显著的提高。

接着，作为比较例，说明对图3所示的将铝作为栅格2的材质时同样地进行了模拟的结果。图5表示对将图3中所示的光学常数的铝作为栅格2的材质采用的情况下改变偏在比t/T时透过率及消光比如何改变进行了模拟的结果的图。同样地，图5（1）示出透过率TR，（2）示出消光比ER。同样地，假设使用波长为254nm，作为该波长下的结果，折射率实数部分n＝0.183、衰减系数k＝2.93。栅格2的宽度同样地在10～30nm的范围以5nm刻度改变，高度恒定为170nm。

如图5（1）所示，在由铝构成栅格2的情况下，在10～20nm的栅格宽度W时确认到透过率TR稍微提高。透过率TR在偏在比t/T越小的情况下越高，最大为40%左右。然而，如图5（2）所示，对于消光比，在任何的栅格宽度W的情况下，t/T小于1时剧减。消光比的下降在部分地确认到透过率提高的偏在比t/T小的区域显著。也就是说，在由铝构成栅格2的情况下，确认到即使使栅格2偏在，关键的消光比仍下降，透过率的提高与消光比的提高不能同时实现。另外，虽然省略图示，对于铝，在波长365nm的情况下也同样地确认到，即使将偏在比t/T设为小于1，消光比不仅不提高反而剧减。

像这样，在以往一般的铝制栅格2的栅偏振元件的情况下，即使将栅格2偏在，消光比不提高反而下降，相对于此，在采用了氧化钛制的栅格2的实施方式的栅偏振元件中，通过构成为在某一条件下使栅格2偏在的结构，能够大幅度提高消光比，即使在该情况下，透过率也不会下降很多。

对于在具有由氧化钛构成的栅格2的实施方式的栅偏振元件中看到消光比提高的理由，下面说明能够推测的事项。图6是示意性地表示在实施方式的栅偏振元件中消光比提高的理由的立体示意图。

如上所述，消光比是p偏振光的强度（Ip）与s偏振光的强度（Is）之比，为了增高消光比，只要使s偏振光不透过偏振元件即可，在此主要考虑s偏振光的行为。

在图6中，为了便于说明，设为光在纸面上从上至下传播，将该方向设为z方向。另外，将栅格2延伸的方向设为y方向，因此s偏振光（图6中医Ls表示）具有电场成分Ey。该s偏振光的磁场成分（不图示）为x方向（Hx）。

这种s偏振光照射到栅偏振元件的栅格2时，s偏振光的电场Ey因栅格2的介电常数而减弱。另一方面，栅格2之间的介质大多数情况下为空气，通常其介电常数比栅格2小，所以在栅格2之间的空间中，电场Ey不像在栅格2内那么减弱。

其结果，在x-y平面内产生电场Ey的旋转成分。于是，通过与法拉第的电磁感应对应的以下的麦克斯韦方程式（式2），根据在该x-y平面处的旋转Re的强度，在两个相互反方向的z方向上产生磁场Hz。

【数学式2】

$\mathrm{RotE}=-\frac{\∂B}{\∂t}$  (式2)

即，以栅格2间的中央的电场Ey最高的地方为边界，在一侧，Hz朝向光的传播方向的前方，在另一侧，Hz朝向后方。在此，虽然在图6中省略，x方向的磁场Hx以与Ey相同的相位朝向x轴负的一侧存在。该x方向磁场成分Hx被所生成的z方向成分Hz拉伸，以波纹方式变形。

图7是表示确认到该x方向磁场成分Hx的波纹的模拟结果的图。图7是作为栅格材质使用硅酮的例子的模拟。硅酮也是在例如波长365nm的紫外线下折射率实数部分n＝4.03、衰减系数3.04，n＞k的材料。在图7中，线状部的宽度为15nm，各线状部的间隔为90nm恒定，各线状部的高度为170nm。模拟根据FDTD（Finite-Difference Time-Domain）法进行，使用的软件是Mathworks公司（美国马萨诸塞州）的MATLAB（该公司的注册商标）。

在图7中，上侧的浓黑色的部分是电场Ez的负成分，中度淡灰色的部分表示电场Ez的正成分。磁场以矢量（箭头）表示。

如图7所示，向栅格2照射前的s偏振光中没有Hz成分，所以只有Hx成分，但是通过生成向栅格2照射的上述的Hz成分，确认到磁场在x-y面内形成波纹。如图7所示，磁场的波纹是也可以称为顺时针的磁场旋转的状况。另外，在图7中，y方向是光的传播方向，z方向为栅格2的长度方向，与图6不同。

如果产生了这样的磁场成分的波纹（旋转），则根据与安培/麦克斯维尔法则对应的麦克斯维尔方程式（式3），进一步在y方向上产生电场。

【数学式3】

$\mathrm{RotH}=j+\mathrm{\ϵ}\frac{\∂E}{\∂t}$  (式3)

该情况在图8中示意性地示出。图8是示意性地表示通过磁场成分Hx的波纹（旋转）而新产生电场Ey的状态的正面截面概略图。

如图8所示，通过x-z面内的磁场成分Hx的波纹（旋转），在栅格2内产生朝向图8的纸面近前侧的电场Ey，在栅格2与栅格2之间产生朝向纸面进深侧的电场Ey。这种情况下，入射的s偏振光的本来的电场Ey朝向纸面近前侧，所以栅格2之间的电场作用为被上述磁场的旋转抵消而波动分断。结果，电场Ey局部地存在于栅格2内，通过与栅格2的材质相应的吸收，s偏振光的能量一边在栅格2内传播一边消失。

另一方面，对于p偏振光，电场成分朝向x方向（Ex），在y方向上观看时，介电常数的分布均一，实质上不产生如上所述的电场的旋转成分。因此，s偏振光那样的电场在栅格2内的局部化、在栅格2内的衰减，在p偏振光上不产生。也就是说，通过产生磁场成分Hx的波纹（旋转），电场Ey局部在栅格2内，通过在栅格2内的吸收，使s偏振光选择性地衰减，这是本实施方式的栅偏振元件的动作原理。这种电场Ey的局部化使栅格2偏在化，通过使栅格2间的间隔部分地狭窄，能够以良好的效果实现，由此能够提高消光比。图4所示的消光比的提高被认为是基于这种机理。

另外，在像铝那样折射率实数部分n小于衰减系数k的情况下，实质上不产生上述这样的电场Ey的局部化。折射率实数部分n和衰减系数k使用物理常数ε、μ表示，如以下的式4所示。

【数学式4】

$n^2-k^2=\frac{\mathrm{\ϵ\μ}}{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\μ}}_0}$  (式4)

由式4，n＜k是指具有负的介电常数。这表示波动没有进入到内部，表示在上述的情况下在栅格2内没有形成电场。因此，实质上不产生上述这样的电场的局部化。另一方面，通过使栅格2偏在化而产生栅格间隔宽的场所时，s偏振光容易穿过该场所而传播，结果消光比大大地下降。图5所示的消光比的剧减推测为表示这种状况。

接着，说明实施方式的栅偏振元件的更优选的结构。

首先，图4所示的模拟结果是基于图2所示的在100℃下制作的氧化钛薄膜的数据得到的。发明人同样地在300℃的温度下制作氧化钛薄膜并进行了模拟。图9是表示该300℃成膜的氧化钛薄膜的光学常数的图，图10是表示对于图9示出的光学常数的氧化钛薄膜同样地针对改变偏在比t/T时的透过率和消光比进行了模拟的结果的图。

如图9所示，在300℃成膜的情况下，在240～400nm左右的波长范围，折射率实数部分n大于衰减系数k。另外，如图10（1）所示，在10～20nm的栅格宽度W，透过率不怎么下降，在20～30nm的栅格宽度W，在1～0.7的偏在比t/T的范围，没有见到透过率大的降低。而且，如图10（2）所示，对于消光比，在除了10nm的栅格宽度中确认到大的提高。

图11是对使用了这种氧化钛制的栅格2的栅偏振元件的最佳结构进行了研究的结果的图。如图4（2）、图10（2）所示，使偏在比t/T从1开始见效时（偏在时），大多数情况下消光比迅速提高。消光比在某个t/T处成为峰值，然后下降。而且，以某个t/T为边界，消光比小于相对值1。即，与没有产生偏在的情况相比，消光比减小。因此，只要是消光比低于相对值1时的t/T的值（以下称为临界偏在比）以上的偏在比即可。

图11是描绘该临界偏在比的图。●标记表示图4（2）所示的100℃成膜的情况，▲标记表示图10（2）所示的300℃成膜的情况。图11所示的直线是对各标记适用最小二乘法而减去的直线。在此所示，在100℃成膜的情况下，设为t/T＞0.0147w－0.1134的话，能够预见消光比的提高。另外，在300℃成膜的情况下，设为t/T＞0.0149w＋0.0644的话，能够预见消光比的提高。

氧化钛薄膜大多通过后述的ALD那样的CVD（化学气相沉积）制作，成膜温度通常为100～300℃左右。在低于100℃的温度中，难以得到耐用的膜。另外，在以大于300℃的温度成膜时，结晶化的程度推进，以非晶态状态消失的情况较多。在300℃成膜的情况下，若t/T＞0.0149w＋0.0644，预见消光比提高这一情况没有改变，其结果，t/T＞0.0149w＋0.0644的话，对于具备由非晶态状态的氧化钛薄膜构成的栅格2的栅偏振元件全体，预见消光比提高的效果。

对避免透过率下降进行说明，在图4（1）中，透过率下降例如10%以上的条件是栅格宽度为25nm以上且t/T小于0.4左右的情况。另外，在图10（1）中，透过率下降10%以上的条件仍是栅格宽度为25nm以上且t/T小于0.4左右的情况。将该条件代入到图11的曲线图中时，确认到比t/T＝0.0149w＋0.0644的直线靠下侧。即，如果t/T＞0.0149w＋0.0644，在采用任何栅格宽度的情况下，都不会导致透过率较大地下降，能够预见消光比提高。

接着，作为比较例，说明将结晶化的氧化钛作为栅格2的材质采用的情况。图12是作为一个例子示出金红石型结晶的氧化钛的光学常数的图。该氧化钛薄膜是采用CVD成膜之后、在600℃左右进行热处理而结晶化得到的。如图12所示，在金红石型结晶的氧化钛的情况下，以280nm附近为边界，n和k逆转，在比280nm附近长的波长，n＞k。

图13是表示在将这种金红石型结晶的氧化钛作为栅格2的材质采用的情况下，对透过率、消光比相对于偏在比t/如何改变进行了模拟的结果的图。在该模拟中，将使用波长设为254nm，以该波长得到的n＝1.55、k＝3.09为前提，同样地通过RCWA法进行了模拟。

由图13所示可知，在金红石型结晶的氧化钛的情况下，对于透过率，看到部分提高，但消光比在任一偏在比t/T下都剧减，完全得不到由偏在比t/T小于1而产生的消光比提高的效果。即，为了提高消光比，重要的是氧化钛的状态为非晶态。

在金红石型结晶的情况下，如上所述，得不到消光比提高效果的理由不明确，不清楚是因为不满足n＞k的关系，还是由于不是非晶态。推测为双方的原因都有。无论怎样，基于偏在比t/T最佳化的消光比提高的效果，可以在采用了n＞k且非晶态状的栅格的情况下实现。

另外，“非晶态”、“结晶”这样的各术语的含义物理上是明确的，然而在实际的栅偏振元件中，在栅格的结构中，有时非晶态结构和结晶结构的部分混合存在。在这种情况下，只要栅格的一半以上的区域为非晶态结构，就可以说是“非晶态状”。对于结晶性的评价，使用X线衍射法、卢瑟福背散射分析法（RBS）等，在这种分析中，若是表示完全的结晶状态的峰值的一半以下的峰值，则能够作为非晶态状。另外，结晶状态包括所谓的微结晶。

接着，说明上述实施方式的栅偏振元件的制造方法。

图14是表示实施方式的栅偏振元件的制造方法的示意图。在实施方式的制造方法中，首先，如图14（1）所示，在透明基板1上制作中间薄膜3。中间薄膜3是制作栅格用薄膜时成为基底的薄膜。中间薄膜3最终被去除，所以对材料没有特殊限制。只要形状稳定性良好，蚀刻时可迅速去除即可。例如，光致抗蚀剂等的有机材料、硅酮、碳等可以作为中间薄膜3的材质选定。

接着，如图14（2）所示，进行照射，对中间薄膜3进行图案化。即，进行光致抗蚀剂的全面涂布、曝光、显影、蚀刻，对中间薄膜进行图案化。图案化使得中间薄膜3成为在纸面垂直方向上延伸的条纹状。此时，中间薄膜3的条纹的宽度L1、间隔L2决定最终制作的栅格2的间隔t、T。

接着，如图14（3）所示，将图案化的中间薄膜3的整个面覆盖，制作栅格用薄膜4。栅格用薄膜4是由栅格的材料、即氧化钛构成的薄膜。栅格用薄膜4通过热CVD的一种、即ALD（Atomic Layer Deposition）制作。ALD是在配置于反应容器内的基板上少量地供给初级粒子的气相分子，在每个原子层上吸附、成膜的技术。在初级粒子的反应饱和之后，将气相分子清理，再次供给初级粒子气相分子。反复进行该操作，制作预定厚度的薄膜。为了成膜温度的降低、成膜速度的提高，有时施加等离子脉冲。

像这样，在制作了栅格用薄膜4之后，进行栅格用薄膜4的异方性蚀刻。异方性蚀刻是透明基板1的厚度方向的蚀刻。通过该蚀刻，如图14（4）所示，成为在中间薄膜3的图案的两侧壁上残留有栅格用薄膜4的状态。然后，使用能够只将中间薄膜3的材料蚀刻的蚀刻剂进行蚀刻，将中间薄膜3的图案全部去除。由此，成为在透明基板1上形成有由氧化钛制的各线状部21构成的栅格2的状态，得到实施方式的栅偏振元件。所得到的栅偏振元件具有预定的偏在比t/T，为了成为该值，根据栅格宽度W来决定中间薄膜3的图案尺寸L1、L2。

接着，说明这种栅偏振元件的使用例。图15是表示实施方式的栅偏振元件的使用例，是搭载了栅偏振元件的光取向装置的截面示意图。

如图15所示的装置是用于得到上述的液晶显示器用光取向膜的光取向装置，向对象物（工件）10照射偏振光，从而成为工件10的分子结构均朝向一定方向的状态。因此，工件10是光取向膜用膜（膜材），是例如聚酰亚胺制的片。在工件10为片状的情况下，采用辊对辊的搬送方式，在搬送的途中照射偏振光。被光取向用的膜材覆盖的液晶基板有时是工件，在该情况下，将液晶基板载置到作业台上进行搬送，或者由输送机搬送。

图15所示的装置具备光源5、将光源5的背后覆盖的反射镜6、配置于光源5与工件6之间的栅偏振元件7。栅偏振元件7是上述实施方式的栅偏振元件。

在大多数的情况下，光取向需要紫外线的照射，所以光源5使用高压水银灯那样的紫外线灯。光源5使用在与工件10的搬送方向垂直的方向上（在此为纸面垂直方向）较长的光源。

如上所述，栅偏振元件7以栅格2的长度为基准，选择性地使p偏振光透过。因此，以p偏振光的偏振轴朝向进行光取向的方向的方式，将栅偏振元件7以良好的姿势精度配置于工件10。

另外，对于栅偏振元件，由于难以制造大型的元件，所以在需要向大区域照射偏振光的情况下，采用将多个栅偏振元件排列在同一平面上的构成。在这种情况下，使多个栅偏振元件排列的面与工件10的表面并行，以各栅偏振元件中的栅格的长度方向相对于工件为预定方向的方式配置各栅偏振元件。

根据上述实施方式的栅偏振元件，栅格2由非晶态状的氧化钛形成，栅格2的偏在比t/T相对于栅格宽度w具有t/T＞0.0149w＋0.0644的关系，所以能够在不使透过率下降较多的情况下提高消光比。因此，能够照射质量更好的偏振光。另外，在栅格宽度w因制造上的偏差及其他理由而根据各线状部21不同的情况下，应用于上述式子时，能够适用各线状部21的宽度的平均值。

并且，搭载了这种栅偏振元件的光取向装置使用消光比高的栅偏振元件，所以能够进行高品质的光取向处理，能够得到高品质的光取向膜。因此，能够对高画质的显示器的制造做出大贡献。

另外，在实施方式的栅偏振元件的结构中，说明了t≠T的部分周期性地存在，然而距离t的部分与距离T的部分交替地存在的结构（图1所示的结构）是其一个例子。周期性的栅格的偏在结构除此之外还有很多。其中，不希望以宽的分离间隔T排列线状部21的部分连续。这是因为，p偏振光在该部分处容易透过，消光比下降。将栅格间隔的图案以t（窄）、T（宽）表示时，作为优选的其他一个例子，可以举出ttTttTttT…、ttTtTttTtT…等。包括该例子在内，本发明并不排除包括t＝T的部分。即，在全部部位上t≠T不是必要条件。但是，从得到消光比提高的效果的观点出发，优选在栅格的整个区域之中的一半以上的区域中成为t≠T。

另外，能够良好地使用本发明的栅偏振元件的波长区域是可见区域之中的短波长侧和紫外区，也可以只在紫外区中使用。

Claims (3)

1.一种栅偏振元件，由透明基板和设置在该透明基板上的条纹状的栅格构成，其特征在于，

所述栅格由非晶态状的氧化钛形成，

将构成该栅格的各线状部的宽度的平均值设为w，将各线状部与一侧的相邻的线状部之间的距离设为t，将与另一侧的相邻的线状部之间的距离设为T时，该栅格周期性地具有实质上t＜T的部分，并且在t＜T的部分中，满足t/T＞0.0149w＋0.0644的关系。

2.根据权利要求1所述的栅偏振元件，其特征在于，

在沿着所述透明基板的表面的方向且与所述线状部的长度方向垂直的方向观看时,所述栅格不具有如下那样的部位，该部位是两个所述线状部隔着宽距离T排列的部分连续的部位。

3.一种光取向装置，其特征在于，

具备光源和权利要求1或2所述的栅偏振元件，该栅偏振元件设置在配置有光取向用的膜材的照射区域和所述光源之间的位置，能够使来自所述光源的光通过所述栅偏振元件照射到光取向的膜材。