CN104105987B - 偏振光分离元件 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种偏振光分离元件、其制备方法、光照射装置、照射光的方法和制备有序光控取向膜的方法。所述偏振光分离元件相对于紫外线和热具有优异的耐久性，以及低间距依赖性的偏振特性，使得其易于制备。此外，该偏振光分离元件即使在短波长区内也可以实现高偏振度和消光比。

Description

偏振光分离元件
技术领域
本申请涉及偏振光分离元件、其制备方法、光照射装置、照射光的方法和制备有序光控取向膜的方法。
背景技术
使液晶分子在某一方向取向的液晶取向膜应用于多种领域。作为液晶取向膜，使用用作经光照射处理的表面并能够使相邻液晶分子取向的光控取向膜。常规上，光控取向膜可以通过向光敏材料层照射光例如线性偏振光来使光敏材料有序取向而制备。
为将线性偏振光照射至光控取向膜，可以使用多种偏振光分离元件。
例如，作为偏振光分离元件，使用铝的偏振光分离元件在韩国专利申请公布No.2002-0035587(参考文件1)中公开。
另外，一般来讲，用于使紫外区的光偏振的偏振光分离元件可以具有间距为120nm以下的线性栅格图案。
发明内容
技术问题
本申请涉及提供偏振光分离元件、制备偏振光分离元件的方法、光照射装置、照射光的方法、制备有序光控取向膜的方法。
技术方案
本申请的一方面提供偏振光分离元件，所述偏振光分离元件包括基板和形成于所述基板上的凹凸结构，并产生波长范围在紫外区的线性偏振光。本发明所用术语“紫外区”指波长为250至350nm、270至330nm和290至310nm的光的区域。下文中，将参照附图详细说明所述偏振光分离元件。
图1为示例性偏振光分离元件的示意性剖视图，图2为示例性偏振光分离元件的顶表面的示意图，图3为从上方拍摄的示例性偏振光分离元件的图像。如图1和图2所示，偏振光分离元件可以包括基板1和形成于所述基板上的凹凸结构。
本发明所用术语“凹凸结构”指其中具有多个凸出部2a和凹入部2b的条形图案彼此平行排列的结构(参见图2)，本发明所用术语“间距P”指通过将凸出部2a的宽度W和凹入部2b的宽度(参见图2)结合而获得的距离，本发明所用术语“高度”指凸出部的高度H(参见图1)。
如图1所示，示例性偏振光分离元件可以包括凹凸结构2，其可以具有凸出部2a和凹入部2b。此处，凸出部2a可以包含吸光材料。例如，相对于具有在250至350nm的紫外范围内任何波长(例如300nm的波长)的光，吸光材料可以具有1至10，例如1.3至8、1.5至9或2至7的折射率。由折射率小于1的吸光材料形成的偏振光分离元件可以具有优异的消光比。本发明所用术语“消光比”指Tc/Tp，并且消光比越大，偏振片表现的偏振性能可能越高。此处，Tc表示相对于偏振光分离元件，具有在垂直于凸出部2a的方向上偏振的波长的光的透射率，Tp表示相对于偏振光分离元件，在平行于凸出部2a的方向上偏振的光的透射率。此外，吸光材料在250至310nm的光波长范围内可以具有0.5至10，例如1至5、1.5至7、2至6或5至10的消光比。当凸出部2a使用消光系数在上述范围内的材料形成时，偏振光分离元件的消光比提高，总透射率也表现优异。
具体而言，当具有在250至310nm光波长范围内1至10的折射率和0.5至10的消光系数的吸光材料包含在凸出部2a中时，凸出部2a的间距无限制，在紫外范围内的光可能发生偏振。即，由于凸出部2a包含吸光材料，并因此在250至350nm的光波长范围内具有1至10的折射率和0.5至10的消光系数，当紫外范围内的光发生偏振时对间距P的依赖性可能低于反光材料例如铝。此外，由吸光材料形成以使紫外范围内具有短波长的光发生偏振的凸出部2a的间距可以为例如50至200nm、100至180nm、110至150nm、120至150nm、130至150nm或140至150nm。当间距P大于200nm(为400nm光波长范围的大约1/2)时，在紫外范围内可能不会发生偏振分离。由于凸出部2a具有在上述范围内的折射率和消光系数，紫外吸收能力优异，消光比即使在短波长下也非常优异，并因此使用吸光材料可以制备具有优异紫外偏振度的偏振光分离元件。在一个实施例中，吸光材料的氧化温度可以为400℃以上， 例如500℃以上、600℃以上、700℃以上或800℃以上。当凸出部2a由具有上述氧化温度的吸光材料形成时，由于吸光材料的高氧化温度，可以获得具有优异的热稳定性和耐久性的偏振光分离元件。因此，当背光源或光源产生热时，紫外范围内的光发生偏振，可以防止紫外线产生的热导致的氧化，并因此偏振光分离元件不变形并保持优异的偏振度。
此外，吸光材料可以为相关领域中已知的具有上述范围内的折射率和消光率的各种材料中的任意一种，并且可以为但不限于硅、氧化钛、氧化锌、锆、钨、氧化钨、砷化镓、锑化镓、砷化铝镓、碲化镉、铬、钼、镍、磷化镓、砷化铟镓(indium gallium arsenide)、磷化铟、锑化铟、碲化镉锌(cadmium zinc telluride)、氧化锡、氧化铯、钛酸锶(strontiumtitanium oxide)、碳化硅、铱、氧化铱或碲化硒锌(zinc selenium telluride)。
在一个实施例中，介电材料可以存在于所述凹凸结构中的凹入部中。相对于波长为250至350nm的光，介电材料可以具有1至3的折射率。只要具有在上述范围内的折射率，介电材料无特别限制，并且可以为例如氧化硅、氟化镁、氮化硅或空气。在一个实施例中，当介电材料为空气时，凹凸结构的凹入部可以是基本上空的空间。
在一个实施例中，紫外偏振光分离元件可以具有0.74至10的a和0.5至10的b，其由以下公式1计算。
[公式1]
(a+bi)2＝n1 2×(1-W/P)+n2 2×W/P
在公式1中，i为虚数，n1表示介电材料相对于具有在紫外范围内从250至350nm的任意波长在(例如300nm的波长)的光的折射率，n2表示凸出部2a相对于具有在250至350nm的紫外范围内的波长(例如300nm的波长)的光的折射率，W表示凸出部2a的宽度，P表示凸出部2a的间距。
当凹凸结构2的凸出部2a的间距P满足公式1时，即使在120nm以上的间距范围内，也可以获得在短波长范围内例如在250至350nm的光波长范围内具有0.5以上、0.6以上、0.7以上或0.9以上的高偏振度的偏振光分离元件。考虑制备方法的经济可行性，偏振度数值的上限可以为但不特别限于0.98以下、0.95以下或0.93以下。即，当偏振度大于0.98时，偏振光分离元件的凹凸结构的宽高比(凸出部的宽度/高度)必然提高。因此，难以制备偏振光分离元件，并且制备方法可能变得复杂。本发明所用术语“偏振度”指相对于待发射的光的偏振强度，并且如公式3所示计算。
[公式3]
偏振度D＝(Tc-Tp)/(Tc+Tp)
此处，Tc表示相对于偏振光分离元件，在垂直于凸出部2a的方向上偏振的具有250至350nm波长的光的透射率，Tp表示相对于偏振光分离元件，在平行于凸出部2a的方向上偏振的具有250至350nm波长的光的偏振光分离元件的透射率。此处，“平行”是指基本上平行，“垂直”是指基本上垂直。
此外，在一个实施例中，紫外偏振光分离元件可以具有1.3至10的c，0.013至0.1的d，其由公式2计算。
[公式2]
(c+di)2＝n1 2×n2 2/((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
在公式1中，i为虚数，n1表示在250至350nm的紫外范围内的任意一波长，例如相对于波长为300nm的光的折射率，n2表示凸出部2a在250至350nm的紫外范围内的任意一波长，例如相对于波长为300nm的光的折射率，W表示凸出部2a的宽度，P表示凸出部2a的间距。
当凹凸结构的凸出部2a的间距P满足公式2时，偏振光分离元件可以具有适当的透射率以具有优异的偏振分离性能，但其可能具有较低的吸收率。鉴于这些原因，可以制备偏振光分离元件以具有较小的凸出部2a的高度。
凸出部2a的高度H可以为但不特别限于例如20至300nm、50至200nm、100至150nm、150至250nm或200至280nm。当凹凸结构2的高度H大于300nm时，所吸收的光的强度提高，光控取向所需的光的绝对强度可能降低。因此，当凹凸结构2的高度H在上述范围内时，所吸收的光的强度可能不高，从而制备合适的偏振光分离元件，并且所述偏振光分离元件可以保持优异的紫外透射率并表现优异的偏振分离性能。此外，在相同间距P下由于凹凸结构2的高度H升高，宽高比可能升高，从而防止制备某种图案的便利性降低。
凸出部2a的宽度W可以为但不限于例如10至160nm，并且具体而言，当凸出部2a的间距为50至150nm时，凸出部2a的宽度W可以为10至120nm、30至100nm或50至80nm。
例如，凹凸结构2的填充因子可以为0.2至0.8，例如0.3至0.6、0.4至 0.7、0.5或0.75或0.45。当凹凸结构的填充因子满足上述范围时，可以实现优异的偏振分离性能，并且可以防止由于所吸收的光的低强度偏振光分离元件的偏振性能下降。本发明所用术语凹凸结构的“填充因子”指凸出部的宽度W与凸出部的间距P之比(W/P)。
此外，偏振光分离元件可以具有0.74至10的a，0.5至10的b，其由公式1计算，以及1.3至10的c和0.013至0.1的d，其由公式2计算。
[公式1]
(a+bi)2＝n1 2×(1-W/P)+n2 2×W/P
[公式2]
(c+di)2＝n1 2×n2 2/((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
在公式1和公式2中，i为虚数，n1表示介电材料相对于具有在250至350nm的紫外范围内的任意波长(例如300nm的波长)的光的折射率，n2凸出部2a相对于具有在250至350nm的紫外范围内的任意波长(例如300nm的波长)的光的折射率，W表示凸出部2a的宽度，P表示凸出部2a的间距。在公式1和公式2中，当a、b、c和d满足上述范围时，偏振光分离元件的偏振性能对间距P的依赖性降低。因此，即使当间距值为120nm以上的凹凸结构形成于偏振光分离元件中时，即使在短波长范围内，也可以实现高偏振度和消光比。
在一个实施例中，偏振光分离元件包括的起支撑凹凸结构2作用的基板1可以由诸如石英、紫外透明玻璃、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸酯或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物的材料形成。基板1的紫外透射率可以为例如70％以上、80％以上或90％以上，并且当所述透射率在上述范围内时，偏振光分离元件的紫外透射率可能提高，从而制备具有高光控取向速度的光控取向膜。
偏振光分离元件可以具有2以上，例如5以上、10以上、50以上、100以上或500以上的消光比。消光比的上限未特别限定，考虑制备方法和经济方面可以为例如2000以下、1500以下或1000以下。在一个实施例中，偏振光分离元件在250至350nm的光波长范围内(为短波长范围)可以具有2至2000的消光比，例如5至1500、50至2000、500至1500或100至2000的消光比。由于偏振光分离元件具有在上述范围内的消光比，其在紫外范围以及可见范围内可以具有优异的偏振性能。例如，当构成偏振光分离元件的图案 的高度提高时，消光比可能提高至2000以上。然而，具有2000以上的消光比的偏振光分离元件不实用，并且由于在相同间距下当高度提高时宽高比提高，就该方法而言，生产率显著下降。
本申请的另一方面提供上述紫外偏振光分离元件的制备方法，所述方法包括使用吸光材料在基板上形成凸出部2a而形成凹凸结构，以及将介电材料引入由凸出部2a形成的凹入部2b中。
此外，在偏振光分离元件的制备方法中，可以通过在基板上沉积吸光材料而形成凸出部2a。例如，吸光材料可以通过多种本领域已知的真空蒸发涂布的方法沉积在透明基板上，例如溅射、化学气相沉积(CVD)、低压CVD(LPCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、大气压CVD(APCVD)、物理气相沉积(PVD)、热蒸发沉积、感应热蒸发、电子束蒸发沉积和原子层沉积，但本申请并不限于此。
在根据另一个实施方案的制备方法中，可以通过溶液法使用包含吸光纳米粒子或吸光材料前体的涂层溶液在基板上形成凸出部2a。溶液法指使用溶液涂覆的方法，并且在一个示例性实施方案中，溶液法可以包括溶胶-凝胶法。
在一个实施例中，凸出部2a可以如下形成：通过使用抗蚀剂图案在沉积于基板上的吸光层上形成抗蚀剂图案。
抗蚀剂图案可以通过本领域已知的多种方法形成，例如，光刻法、纳米压印光刻法、软光刻法或干涉光刻法。可以通过在吸光层上涂覆抗蚀材料，使用掩模以期望的图案将涂层曝光，并使曝光的图案显影而形成抗蚀剂图案，但本申请并不限于此。
还可以使用之前形成的抗蚀剂图案作为掩模通过干法或湿法蚀刻形成凸出部2a。
在一个实施例中，湿法蚀刻可以指使用蚀刻溶液蚀刻吸光层的方法，例如，在使用强碱溶液例如氢氧化钾(KOH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)，强酸溶液例如氢氟酸(HF)或氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和柠檬酸(CH3COOH)的混合物的蚀刻溶液中使吸光层沉淀的方法。在一个实施例中，可以向蚀刻溶液中添加例如异丙醇(IPA)或表面活性剂的添加剂。
一般来讲，就湿法蚀刻而言，由于进行在垂直方向和水平方向上具有相同速度的蚀刻，例如各向同性蚀刻，湿法蚀刻不适于形成具有高宽高比的图 案。然而，由于偏振光分离元件不具有获得偏振度所需的高宽高比，可以使用湿法蚀刻形成凸出部2a。在此情况下，湿法蚀刻具有比干法蚀刻显著地低的生产成本和快的加工速度。
同时，在一个实施例中，根据晶体方向，吸光层可以选择性地使用各向同性或各向异性蚀刻。例如，当在100方向上结晶的吸光层上进行湿法蚀刻时，可以进行在每个方向上具有相同蚀刻速度的各向同性蚀刻。然而，当在110方向上结晶的吸光层上使用诸如KOH的强碱进行蚀刻时，在111方向上基本上不进行蚀刻，从而实现在一个方向上进行的各向异性蚀刻。因此，利用上述特性，即使通过湿法蚀刻，也可以实现具有高宽高比的各向异性蚀刻。
在一个实施例中，干法蚀刻为使用气体蚀刻吸光层的方法，并且可以为但不限于已知的干法蚀刻方法，例如离子束蚀刻、RF溅射蚀刻、反应离子蚀刻或等离子蚀刻。
此外，当通过干法蚀刻方法对吸光层进行蚀刻时，可以形成吸光层以提高蚀刻的便利性，并且在形成抗蚀剂图案之前可以在抗蚀剂和吸光层之间进一步形成硬质掩模层。硬质掩模层可以由在抗蚀剂上易于蚀刻而在吸光层上不被蚀刻的任何材料形成，而无特别限制，例如Cr、Ni、SiN或SiO2。此处，当进一步插入硬质掩模层时，与仅使用抗蚀剂作为蚀刻掩模时相比，蚀刻速率明显提高，使得可以易于形成具有高宽高比的图案。
当凸出部2a利用抗蚀剂图案形成时，抗蚀剂图案可以被去除，就干法蚀刻而言，硬质掩模层还可以在凸出部2a形成后去除。抗蚀剂图案或硬质掩模层无特别限制，并且可以在大约300至400℃下通过灼烧光致抗蚀剂的方法去除。
本申请的另一方面提供包括偏振光分离元件的装置，例如光照射装置。示例性装置可以包括偏振光分离元件和目标物体安置于其上的设备。
此处，偏振光分离元件可以为偏振片。例如，可以使用偏振片以从光源发射的光产生线性偏振光。偏振片可以包括在装置中，使得从光源发出的光入射在偏振片上然后照射至掩模。另外，例如，当所述装置包括集光片时，偏振片可存在于如下位置：其中从光源发出的光集中到集光片然后入射在偏振片上。
作为偏振片，可以使用任何能够从光源发出的光中产生线性偏振光的偏 振片而无特别限制。以Brewster角设置的玻璃片或线栅偏振片可以为此类偏振片的例子。
此外，所述装置还可以包括目标物体安装于其上的设备和偏振光分离元件之间的光控取向掩模。
此处，例如可以安装掩模以具有距所述装置上安装的目标物体的表面大约50mm以下的距离。所述距离可以为例如大于0mm、0.001mm以上、0.01mm以上、0.1mm以上或1mm以上。此外，所述距离可以为40mm以下、30mm以下、20mm以下或10mm以下。在目标物体表面和掩模之间的距离可以根据上述上限和下限的多种组合而设计。
此处，目标物体安装其上的设备的种类未特别限定，可以包括设计以在光照期间稳定保持目标物体的所有种类的设备。
此外，所述装置还可以包括能够将光照射至掩模的光源。作为光源，取决于目的，可以使用任何能够在掩模方向上照射光的光源而无特别限制。例如，当光控取向膜的取向或光致抗蚀剂的曝光通过导向掩模的开口的光进行时，使用能够发射紫外线的光源作为光源，并且可以为高压汞紫外灯、金属卤化物灯或镓紫外灯。
光源可以包括一个或多个光照射器件。当包括多个光照射器件时，光照射器件的数目或排列方式未特别限定。当光源包括多个光照射器件时，光照射器件以至少两列排列，其中位于所述至少两列中的任一列上的光照射器件可以与位于先前选定的列相邻的另一列的光照射器件交叉。
句子“光照射器件可以彼此重叠”可以指连接位于所述列中任一列上的光照射器件与位于先前选定的列相邻的另一列上的光照射器件的中心的线在与垂直于各列的方向不平行的方向(以预定角度倾斜的方向)上形成，光照射器件的照射区域在与各列垂直的方向上在特定部分相互重叠。
图4为上述光照射器件的排列方式的图。在图4中，多个光照射器件10可以配置为两列，即列A与列B。在图4的光照射器件中，当表示为101的光照射器件被设定为第一光照射器件，表示为102的光照射器件被设定为第二光照射器件时，连接第一光照射器件和第二光照射器件的中心的线P与在列A和列B的方向垂直的方向上形成的线C不平行。此外，第一光照射器件的照射区域和第二光照射器件的照射区域可以在垂直于列A和列B的方向上 的范围Q内相互重叠。
根据上述排列方式，可以均匀保持从光源发出的光的强度。此处，一个光照射器件与另一个光照射器件重叠的程度，例如图4中Q的长度未特别限定。例如，重叠程度可以为例如大约光照射器件直径(例如图4的L)的1/3至2/3。
此外，所述装置还可以包括至少一个集光片以控制由光源发出的光的强度。例如，在所述装置中可以包括集光片，使得在由光源发出的光入射在集光片上并集中之后，集中的光照射至偏振光分离元件和掩模。本领域中常规使用的任何集光片均可以作为集光片使用，只要其形成以集中从光源发出的光。可以使用柱状透镜层作为集光片。
图5为光照射装置的一个实例的图。图5的装置包括按顺序设置的光源10、集光片20、偏振片30、掩模40、目标物体50安装于其上的设备。在图5的装置中，由光源10发出的光首先入射到并集中在集光片20上，然后入射到偏振片30上。入射在偏振片30上的光作为线性偏振光产生，再入射到掩模40上，由开口引导以照射至目标物体50的表面上。
本申请的另一方面提供发射光的方法。一个示例性方法可以使用上述光照射装置实施。例如，所述方法可以包括将目标物体安装至其将被安装的设备上，以及使用偏振光分离元件和掩模将光照射至目标物体上。
在一个实施例中，目标物体可以为光控取向膜。在此情况下，照射光的方法可以为制备有序光控取向膜的方法。例如，可以通过在光控取向膜用设备固定的状态下，通过借助偏振光分离元件和掩模照射线性偏振光，使光控取向膜中包含的光敏材料在预定的方向有序化制备表现可取向性的光控取向膜。
能够应用于所述方法的光控取向膜的种类未特别限定。在相应的领域中，作为包含光敏残基的化合物，已知多种能够用于形成光控取向膜的光控取向化合物，并且所有所述已知的材料可以用于形成光控取向膜。可以使用以下化合物作为光控取向化合物，例如，通过反式-顺式光致异构化有序化的化合物；通过诸如断链或光氧化的光裂解有序化的化合物；通过诸如[2+2]环加成、[4+4]环加成或光二聚合作用的光交联或光聚合有序化的化合物；通过光弗里斯重排有序化的化合物或通过开环/闭环有序化的化合物。例如，可以使用诸 如磺化重氮染料或偶氮聚合物或二苯乙烯化合物的偶氮化合物作为通过反式-顺式光致异构化有序化的化合物，可以使用环丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐、芳族聚硅烷或聚醚、聚苯乙烯或聚酰亚胺作为通过光裂解有序化的化合物。此外，可以使用肉桂酸酯化合物、香豆素化合物、肉桂酰胺化合物、四氢邻苯二甲酰亚胺化合物、马来酰亚胺化合物、二苯甲酮化合物、二苯乙炔化合物、含有查耳酮残基的化合物(下文称为查耳酮化合物)、含有蒽基残基作为光敏残基的化合物(下文称为蒽基化合物)作为通过光交联或光聚合有序化的化合物。可以使用诸如苯甲酸酯化合物、苯并酰胺化合物或甲基丙烯酰胺基芳基甲基丙烯酸酯(methacrylamidoaryl methacrylate)化合物的芳族化合物作为通过光弗里斯重排有序化的化合物，可以使用诸如螺吡喃化合物的[4+2]π电子体系作为通过开环/闭环有序化的化合物，但本申请并不限于此。根据使用此类光控取向化合物的已知方法，可以形成光控取向膜。例如，光控取向膜可以使用所述化合物在适当的支撑基底上形成，并且可以由目标物体将安装至其上的设备(例如辊)转移，并应用于所述方法。
在所述方法中，借助偏振光分离元件和掩模将光照射至其上的光控取向膜可以为通过第一取向处理的光控取向膜。第一取向可以，在使用掩模发射光之前，向光控取向膜(例如，光控取向膜的整个表面)照射通过偏振光分离元件在某一方向上线性偏振的紫外线来进行。在光照射至用掩模通过第一取向处理的光控取向膜的同时，当照射与第一取向在不同方向的偏振光时，光只照射至光控取向膜与开口对应的区域，并且光控取向化合物可能重新有序化，从而制备其中光控取向化合物的有序方向图案化的光控取向膜。
当照射一次或多次线性偏振紫外线以使光控取向膜发生取向时，例如，取向层的取向由最后照射的偏振光的方向决定。因此，当通过使用偏振光分离元件照射在某一方向上线性偏振的紫外线来进行第一取向时，光控取向膜的预定部分曝光于与第一取向中使用的光不同的方向的线性偏振光，仅在照射光的预定部分，取向层的方向可以改变至与第一取向的方向不同的方向。因此，在光控取向膜中可以形成包括至少具有第一取向方向的第一取向区和具有与第一取向方向不同的第二取向方向的第二取向区的图案，或至少两种具有不同取向方向的取向区的图案。
在一个实施例中，在第一取向中照射的线性偏振紫外线的偏振轴可以垂 直于在第二取向中照射的线性偏振紫外线的偏振轴。本发明所使用术语“垂直”可以指基本上垂直。通过控制第一取向和第二取向中照射的光的偏振轴(通过上述方法)而制备的光控取向膜可以用于例如能够实现三维图像的滤光器。
例如，滤光器可以通过在如上所述形成的光控取向膜上形成液晶层而制备。形成液晶层的方法未特别限定，可以通过例如涂覆并使液晶化合物(可以通过在光控取向膜上的光使之发生交联或聚合)取向，并通过光照液晶化合物层使所述液晶化合物交联或聚合而形成。通过上述操作，液晶化合物层可以发生取向并根据光控取向膜的取向而固定，从而制备包括至少两种具有不同取向方向的区域的液晶膜。
涂覆于光控取向膜的液晶化合物的种类未特别限定，可以根据滤光器的用途适当选择。例如，当滤光器为用于实现三维图像的滤光器时，液晶化合物可以为根据下面取向层的取向图案而取向的液晶化合物，并且能够形成通过光交联或光聚合表现λ/4延迟特性的液晶聚合物层。本发明所用术语“λ/4延迟特性”可以指能够以入射光的1/4倍波长延迟入射光的特性。当使用此类液晶化合物时，例如，可以制备能够将入射光分成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的滤光器。
涂覆液晶化合物并通过取向使液晶化合物有序化(即根据下面取向层的取向图案)或使有序化的液晶化合物发生交联或聚合的方法未特别限定。例如，取向可以通过使液晶层保持在适当的温度下来进行，其中所述化合物根据液晶化合物的种类表现液晶性。此外，可以根据液晶层上液晶化合物的种类通过照射可诱导适当交联或聚合的水平的光来进行交联或聚合。
有益效果
本申请的偏振光分离元件对紫外线和热具有优异的耐久性和偏振特性的低间距依赖性，使得其易于制备。此外，本申请的偏振光分离元件即使在短波长范围内也可以实现高偏振度和消光比。
附图说明
图1为示例性偏振光分离元件的剖面图；
图2为示例性偏振光分离元件的示意性俯视图；
图3为从上方拍摄的示例性偏振光分离元件的图像；
图4为示例性光照射器件的排列的图；
图5为示例性光照射装置的图；
图6为示出当偏振光分离元件的消光系数固定时，随着紫外区折射率的提高，实施例3的包括由硅形成的凹凸结构的偏振光分离元件的Tc值的图；
图7为示出当偏振光分离元件的消光系数固定时，随着紫外区折射率的提高，实施例3的包括由硅形成的凹凸结构的偏振光分离元件的Tp值的图；
图8为示出实施例3和对比实施例中制备的振光分离元件的Tc和Tp的图。
具体实施方式
尽管将参照下面的实施例和对比实施例更详细说明本申请，但本申请的偏振光分离元件的范围并不仅限于以下实施例。
偏振光分离元件的制备
实施例1
在60℃下通过在丙酮和异丙醇(IPA)中各自超声清洗20分钟，去除石英玻璃表面的杂质。随后，以的速率通过电子束蒸发，在石英玻璃上沉积厚度为50nm的GaAs薄膜(相对于具有300nm波长的光的折射率：3.69，消光系数：1.97)。在沉积的GaAs薄膜上旋转涂覆Micro Resist生产的Mr-8010r至100nm的厚度，然后在95℃下烘烤1分钟。之后，使用间距为150nm的压印母版进行压印。在压印中，压机设定在160℃下，在40Bar下保持3分钟，冷却2分钟，在100℃下脱模。然后使用ICP RIE设备干法蚀刻GaAs。之后，使用作为有机溶剂的丙酮去除压印的抗蚀剂，从而制备凸出部宽度(W)为75nm，间距(P)为150nm的偏振光分离元件。
实施例2
通过与实施例1中描述的相同方法制备凸出部宽度(W)为75nm，间距(P)为150nm的InP偏振光分离元件，不同之处在于通过电子束蒸发将InP薄膜(相对于具有300nm波长的光的折射率：3.2，消光系数：1.74)沉积在石英玻璃上至50nm的厚度。
实施例3
通过与实施例1中描述的相同方法制备凸出部宽度(W)为75nm，间距(P)为150nm的硅偏振光分离元件，不同之处在于通过电子束蒸发将硅薄膜(相对于具有300nm波长的光的折射率：5，消光系数：4.09)沉积在石英玻璃上至50nm的厚度。
对比实施例
在60℃下通过在丙酮和异丙醇(IPA)中各自超声清洗20分钟，去除石英玻璃表面的杂质。随后，以的速率通过电子束蒸发，在石英玻璃上沉积厚度为200nm的铝薄膜(相对于具有300nm波长的光的折射率：0.28，消光系数：3.64)。在沉积的铝薄膜上旋转涂覆Micro Resist生产的Mr-8010r至100nm的厚度，然后在95℃下烘烤1分钟。之后，使用间距为150nm的压印母版进行压印。在压印中，压机设定在160℃下，在40Bar下保持3分钟，冷却2分钟，在100℃下脱模。然后，使用ICP RIE设备干法蚀刻铝。之后，使用作为有机溶剂的丙酮去除用于压印的抗蚀剂，从而制备凸出部宽度(W)为75nm，间距(P)为150nm的铝偏振光分离元件。
实验实施例
通过以下方法评价实施例1至3和对比实施例中制备的偏振光分离元件的物理性能：
测量方法1：透射率的测量
在通过将两片未使用的偏振光分离元件插入透射率测量设备中而形成偏振光源之后，将所制备的偏振光分离元件与偏振方向垂直放置，并测量Tp和Tc。此处，Tp表示平行于凸出部的偏振的透射率，Tc表示垂直于凸出部的偏振的透射率。
测量方法2：折射率和消光系数的测量
使用光谱式椭偏仪和振荡建模，通过将波长为300nm的光照射至偏振光分离元件，测量各个实施例和对比实施例中制备的偏振光分离元件的凸出部的折射率和消光系数。
[表1]
偏振光分离元件的有效折射率的计算
将以上测量的实施例1至3和对比实施例的各个偏振光分离元件的W和P值、介电材料(空气)的折射率(n1)、偏振光分离元件凸出部的光学系数(n2) 代入公式1和公式2中，结果示于下表2中。
[表2]
消光系数的计算
基于根据各波段测量的透射率计算消光比(Tc/Tp)。实施例1至3和对比 实施例的根据波段的消光比示于表3中。
[表3]
由Al和吸光材料构成的偏振光分离元件的材料的消光比
如表1所示，在凸出部中包含GaAs、InP和Si的情况下，相对于波长为300nm的光的折射率为1至10，相对于波长为300nm的光的消光系数为0.5至10。在Al的情况下，由于相对于波长为300nm的光的消光系数为3.64，相对于波长为300nm的光的折射率为0.28，本申请的吸光材料中不包含Al。
由表2可以看出，与实施例1至3类似，当凸出部使用GaAs、InP或硅形成时，在n//中，在Al即对比实施例的情况下a小于0.74，在Si即实施例的情况下a为0.74以上(其高于Al的情况下的a)，在Si的情况下的b高于在Al的情况下的b。
此外，如表3所示，在紫外波段，与对比实施例中制备的偏振光分离元件相比较，尽管被制备成具有与对比实施例中相同的150nm间距，实施例1至3中制备的偏振光分离元件具有明显更高的消光比。
此外，参见图6，当具有实施例1中由硅形成的凸出部的偏振光分离元件在紫外区(特别是在250nm至310nm的波段)具有某消光系数时，随着折射率提高，Tc的值通常都提高。在此情况下，透射率的宽度向短波长区域提高，如图7所示，随着紫外区的折射率提高，Tp值降低。即，凸出部由硅形成的偏振光分离元件在短波长范围内具有高消光比。
此外，使用N&K制造的光度计测量根据实施例3和对比实施例制备成具有相同的150nm间距的偏振光分离元件的Tc和Tp，结果示于图8中。如图8 所示，凸出部由硅形成的偏振光分离元件具有优异的偏振分离性能，并且在短波长范围(大约250至270nm)内，与凸出部由铝形成的偏振光分离元件相比较，具有由硅形成的凸出部的偏振光分离元件的凸出部的高度(50nm)小于具有由铝形成的凸出部的偏振光分离元件的凸出部的高度(150nm)，并因此偏振光分离元件易于制备。
1：基板
2：凹凸结构
2a：凸出部
2b：凹入部
10、101、102：光照射器件
20：集光片
30：偏振片
40：掩模
50：待照射目标物体
60：装载待照射目标物体的设备

Claims (16)

1.一种紫外偏振光分离元件，包括：
基板；和
凹凸结构，所述凹凸结构具有包含吸光材料的凸出部和包含介电材料的凹入部，所述吸光材料相对于波长为300nm的光的折射率为1至10，消光系数为0.5至10，所述凹凸结构形成于所述基板上，
其中，在以下公式1中，a为0.74至10，b为0.5至10，在以下公式2中，c为1.3至10，d为0.013至0.1：
[公式1]
(a+bi)2＝n1 2×(1-W/P)+n2 2×W/P，
[公式2]
(c+di)2＝n1 2×n2 2/((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)，
其中，i为虚数，n1表示所述介电材料相对于波长为300nm的光的折射率，n2表示所述凸出部相对于波长为300nm的光的折射率，W表示所述凸出部的宽度，P表示所述凸出部的间距。
2.根据权利要求1所述的紫外偏振光分离元件，其中，所述介电材料相对于波长为250nm至350nm的光的折射率为1至3。
3.根据权利要求1所述的紫外偏振光分离元件，其中，所述凸出部相对于波长为250nm至350nm的光的折射率为1至10。
4.根据权利要求1所述的元件，其中，所述凸出部相对于波长在紫外区的光的消光系数为0.5至10。
5.根据权利要求1所述的紫外偏振光分离元件，其中，所述吸光材料为选自硅、氧化钛、氧化锌、氧化锆、钨、氧化钨、砷化镓、锑化镓、砷化铝镓、碲化镉、铬、钼、镍、磷化镓、砷化铟镓、磷化铟、锑化铟、碲化镉锌、氧化锡、氧化铯、钛酸锶、碳化硅、铱、氧化铱或碲化硒锌中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的紫外偏振光分离元件，由公式3计算的D为0.67至0.98：
[公式3]
D＝(Tc-Tp)/(Tc+Tp)，
其中，Tc表示在垂直于所述凸出部的方向上偏振的波长为250nm至350nm的光相对于所述偏振光分离元件的透射率，Tp表示在平行于所述凸出部的方向上偏振的波长为250nm至350nm的光相对于所述偏振光分离元件的透射率。
7.根据权利要求1所述的紫外偏振光分离元件，其中，所述凸出部的间距为50nm至200nm。
8.根据权利要求7所述的紫外偏振光分离元件，其中，所述凸出部的宽度(W)与该凸出部的间距(P)之比(W/P)为0.2至0.8。
9.根据权利要求1所述的紫外偏振光分离元件，其中，所述凸出部的高度为20nm至300nm。
10.根据权利要求1所述的紫外偏振光分离元件，其中，由公式4计算的R为2至2000：
[公式4]
R＝Tc/Tp，
其中，Tc表示在垂直于所述凸出部的方向上偏振的波长为250nm至350nm的光相对于所述偏振光分离元件的透射率，Tp表示在平行于所述凸出部的方向上偏振的波长为250nm至350nm的光相对于所述偏振光分离元件的透射率。
11.一种制备权利要求1所述的紫外偏振光分离元件的方法，包括：
使用吸光材料在基板上形成凸出部；以及
通过将介电材料引入由凸出部形成的凹入部而形成凹凸结构。
12.一种光照射装置，包括：
目标物体装载至其上的设备；和
权利要求1所述的偏振光分离元件。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括：
介于目标物体装载至其上的设备和偏振光分离元件之间的光控取向掩模。
14.根据权利要求13所述的装置，还包括：
能够向掩模照射线性偏振光的光源。
15.一种照射光的方法，包括：
将目标物体装载至权利要求13所述的装置的目标物体装载至其上的设备上；以及
通过偏振光分离元件和掩模将光照射至目标物体上。
16.一种形成排列的光控取向膜的方法，包括：
将目标物体装载至权利要求13所述的装置的目标物体装载至其上的设备上；以及
通过偏振光分离元件和掩模将线性偏振光照射至光控取向膜上。
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