CN104714267B - 栅偏振元件 - Google Patents

Abstract

一种栅偏振元件，通过做成防止由氧化性气体带来的劣化的构造，从而适当地用于紫外域的光的偏振用。在透明基板(1)上设有由许多线状部(21)构成的条纹状的栅层(2)的构造的栅偏振元件能够使紫外线偏振，栅层(2)被气体阻断层(3)覆盖，该气体阻断层将活性氧或臭氧那样的通过紫外线生成的氧化性气体阻断。气体阻断层(3)在偏振的光的波长中是透明的。

Description

栅偏振元件

技术领域

本申请的发明涉及作为偏振元件的一种的栅(grid)偏振元件。

背景技术

获得偏振光的偏振元件以偏光太阳镜那样的熟悉的制品为代表，已知有偏光滤光片或偏振膜等的光学元件，在液晶显示器等的显示设备中也被较多使用。在偏振元件中，根据将偏振光取出的方式而分类为几种，其中之一是线栅偏振元件。

线栅偏振元件是在透明基板上设有由金属(导电体)构成的微细的条纹状的栅(grid、格子)的构造。通过将形成栅的多个线状部的离开间隔设为偏振的光的波长以下，从而作为偏振镜发挥功能。对于直线偏振光中的、在栅的长度方向上具有电场成分的偏振光而言由于等效于平坦的金属，所以进行反射，另一方面，对于在与长度方向垂直的方向上具有电场成分的偏振光而言，由于等效于仅有透明基板，所以透过透明基板而射出。因此，从偏振元件只射出与栅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态，使栅的长度方向朝向期望的方向，从而能够得到偏振光的轴(电场成分的朝向)朝向期望的方向的偏振光。

以下，为了说明的方便，将在栅的长度方向上具有电场成分的直线偏振光称作s偏振光，将在与长度方向垂直的方向上具有电场成分的直线偏振光称作p偏振光。通常，将电场相对于入射面(与反射面垂直、包含入射光线和反射光线的面)垂直的偏振光称作s波，将平行的偏振光称作p波，但以栅的长度方向与入射面平行为前提而这样区别。

表示这样的偏振元件的性能的基本的指标是消光比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中、p偏振光的强度(Ip)相对于s偏振光的强度(Is)的比(Ip/Is)。此外，透过率TR通常是射出p偏振光的能量相对于入射的s偏振光和p偏振光的总能量的比(TR＝Ip/(Is+Ip))。理想的偏振元件为，消光比ER＝∞，透过率TR＝50％。

专利文献1：特开2009－69382号公报

专利文献2：特开2007－17762号公报

关于光的利用，如以显示器技术为代表那样利用可视域的光的情况较多，但在光通信等的领域中利用红外域的光。另一方面，将光作为能量利用的情况也较多，在此情况下利用紫外线的情况较多。例如光刻中的抗蚀剂的曝光(感光处理)或紫外线硬化型树脂的硬化处理等。因而，在偏振光的利用中，在将偏振光作为能量利用的情况下，需要紫外域的波长的偏振光。

若表示更具体的一例，如在液晶显示器的制造工艺中，近年来采用称作光取向的技术。该技术是通过光照射得到在液晶显示器中需要的取向膜的技术。如果对聚酰亚胺那样的树脂制的膜照射紫外域的偏振光，则膜中的分子被按照偏振光的朝向排列，能够得到取向膜。由于与称作摩擦的机械性的取向处理相比能够得到高性能的取向膜，所以较多被采用作为高画质的液晶显示器的制造工艺。

这样，在某种用途中，需要得到更短的波长域的偏振光，则需要用于此的偏振元件。但是，对于这样的使短波长域的光偏振的偏振元件还没进行如此的研究，作为产品也几乎没有出现实用性的产品。所谓短波长域，是从可视的短波长侧(例如450nm以下)到紫外域的波长域。

作为可视光用，经常使用使树脂层的吸收轴一致的偏振膜。但是，作为紫外线用，由于树脂在紫外线下短期间劣化，所以不能使用。

在使紫外线偏振的情况下，可以使用采用方解石的棱镜偏振元件。但是，棱镜偏振元件虽然适合于如激光那样对较窄的区域照射偏振光的用途，但并不面向如光取向那样向某种程度较大的区域照射偏振光的用途。

能够对某种程度较大的区域照射偏振光者，是上述线栅偏振元件。也可以通过将多个线栅偏振元件排列而对更大的区域照射偏振光。

线栅偏振元件如上述那样，需要使构成栅的各线状部的离开间隔的幅度为偏振的光的波长以下。偏振的波长越短，需要越微细的加工技术。以前，紫外域那样的短波长用的线栅偏振元件虽然在理论上可能，但因为微细加工的困难性而认为难以实现。但是，以半导体工艺为代表的近年来的微细加工技术的进步较显著，通过技术的应用，出现也足以能够制造紫外线用的线栅偏振元件的状况。

尽管如此，关于紫外线用的线栅偏振元件，还没有开发出实用性的制品，关于在实用化时有怎样的课题也不十分清楚。关于这一点，发明者在锐意研究紫外线用的线栅偏振元件的过程中发现，在紫外线用的线栅偏振元件中，会发生在可视光用的线栅偏振元件中未被发现的栅的劣化。以下，对这一点进行说明。另外，本发明的偏振元件由于形成栅的各线状部并不限于金属制，所以以下统称作“栅偏振元件”。

发明者使构成栅的各线状部的离开间隔为400nm以下而制作紫外线用的栅偏振元件，实际进行照射紫外线而调查偏振特性的实验，辨识出在各线状部发生了变色。调查可知，变色是各线状部的氧化，在发生了氧化的栅偏振元件中，透过率及消光比等的偏振特性恶化。

发明者对各线状部的氧化的原因进行了调查，得知因紫外线的照射带来的氧化性气体的生成是原因。所谓氧化性气体，是氧被紫外线激励而生成的活性氧、臭氧等。另外，在该说明书中，所谓“氧化性气体”，以将基础状态的氧气除外的意义使用。

发明内容

本发明是基于上述那样的认识而做出的，目的是提供一种通过做成防止因氧化性气体带来的劣化的构造而适合用于紫外线的偏振用的栅偏振元件。

为了解决上述课题，本申请的技术方案1所述的发明，是一种能够使紫外线偏振的栅偏振元件，具有以下结构：具备透明基板、和设在透明基板上的栅层；栅层是由许多线状部构成的条纹状，各线状部由在接触到由紫外线生成的氧化性气体时会劣化的材料形成；栅层被将氧化性气体阻断的气体阻断层覆盖，各线状部之间的空间为被气体阻断层封闭的空间；气体阻断层具有在偏振的光的波长中是透明的这样的构成。

此外，为了解决上述课题，技术方案2所述的发明为在上述技术方案1的结构中，具有以下结构：上述各线状部由光吸收性的无机电介体形成；上述栅层在光沿上述栅层的厚度方向传输的过程中，与偏振轴朝向与各线状部的长度方向垂直的方向的偏振光相比，偏振轴朝向各线状部的长度方向的偏振光被更多地吸收，由此使光偏振。

此外，为了解决上述课题，技术方案3所述的发明在上述技术方案1或2的结构中，具有以下结构：上述气体阻断层实质上不进入到上述各线状部之间的空间中而将该空间封闭。

此外，为了解决上述课题，技术方案4所述的发明在上述技术方案3的结构中，具有以下结构：上述气体阻断层的上述各线状部的侧面处的厚度是上述各线状部的宽度的50％以下。

此外，为了解决上述课题，技术方案5所述的发明在上述技术方案1～4的任一项结构中，具有以下结构：上述气体阻断层由形成在上述各线状部之上的第一层、和形成在第一层之上的第二层构成，第二层由比第一层致密的膜形成。

发明的效果

如以下说明那样，根据本申请的技术方案1所述的发明，由于栅层被将氧化性气体阻断的气体阻断层覆盖，各线状部之间的空间通过气体阻断层成为封闭的空间，所以即使在用于紫外线的偏振用的情况下也没有各线状部的因氧化性气体带来的劣化，能够不损害期待的偏振作用而获得。

此外，根据技术方案2所述的发明，除了上述效果以外，由于是吸收型的栅偏振元件，所以在使紫外线偏振时能够得到良好的偏振性能。

此外，根据技术方案3或4所述的发明，除了上述效果以外，由于气体阻断层实质上不进入到各线状部之间的空间中，所以栅层的光学常数不会变化到限度以上。

此外，根据技术方案5所述的发明，除了上述效果以外，由于气体阻断层由第一层和比第一层致密的第二层构成，所以能够得到在气体阻断层进入到各线状部之间而形成的情况下也抑制光学常数的变化的问题、此外在机械强度这一点上也更好的偏振元件。

附图说明

图1是示意地表示有关本发明的实施方式的栅偏振元件的立体概略图。

图2是表示作为吸收型的实施方式的栅偏振元件的动作模型的立体概略图。

图3是表示作为吸收型的实施方式的栅偏振元件的动作模型的正面概略图。

图4是表示气体阻断层3的构造的优劣的正面截面概略图。

图5是表示形成气体阻断层3的优选的方法的正面截面概略图。

图6是表示对于各线状部21的侧面的膜堆积量的上限的正面截面概略图。

图7是表示关于实施例的栅偏振元件的比较实验的结果的图。

图8是表示关于实施例的栅偏振元件的比较实验的结果的图。

附图符号说明

1透明基板；2栅层；21线状部；3气体阻断层；31第一层；32第二层。

具体实施方式

接着，对用来实施本发明的形态(实施方式)进行说明。

图1是示意地表示有关本发明的实施方式的栅偏振元件的立体概略图。图1所示的栅偏振元件具备透明基板1和设在透明基板1上的栅2。

透明基板1在对于使用波长(使用偏振元件偏振的光的波长)具有充分的透过性的意义上是“透明”的。在该实施方式中，由于将紫外线设想为使用波长，所以透明基板1的材质为石英玻璃(例如合成石英)。

栅2如图1所示，是由平行地延伸的许多线状部21形成的条纹(线和空间)状。栅2由于通过各线状部21与各线状部21之间的空间的三维构造起到偏振作用，所以以下称作栅层。

各线状部21在该实施方式中由硅形成。并且，在栅层2中，各线状部21的离开间隔(在图1中用t表示)为400nm以下。这一点是因为，以将实施方式的栅偏振元件在使紫外线偏振的用途中使用为前提。

如图1所示，实施方式的栅偏振元件具备将栅层2覆盖的层3。该层3为将氧化性气体阻断的气体阻断层。气体阻断层3进行阻断以使氧化性气体不到达各线状部21的表面。

气体阻断层3需要在将氧化性气体阻断的同时具有光透过性。所谓光透过性，是在使用波长中具有充分的透过性。并且，气体阻断层3优选的是其自身为在氧化性气体中不劣化的材料。作为被要求有这样的特性的气体阻断层3的材料，可以使用例如氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铪、五氧化钽等的无机材料。

关于气体阻断层3的形成，优选的是可以采用成膜技术。例如，可以将通过等离子溅镀那样的溅镀堆积的膜作为气体阻断层3。

在实施方式的栅偏振元件中，即使对存在于配置的气体环境中的气体照射紫外线而生成氧化性气体，由于氧化性气体被气体阻断层3阻断，所以各线状部21也不会通过氧化性气体而劣化。因此，因在氧化性气体中劣化带来的光学特性的恶化的问题在实施方式的栅偏振元件中不发生。气体阻断层3的厚度(线状部21的上表面的厚度)是100～500nm左右就可以。

这样的氧化性气体的阻断在与实施方式的栅偏振元件的动作原理的关系中带来特别显著的效果。以下，对这一点进行说明。

实施方式的栅偏振元件为以吸收型的模型动作的元件。吸收型的栅偏振元件是由本申请的发明者们开发的，是没有被普遍周知。以往已知的栅偏振元件是称作反射型的，利用p偏振光透过栅层2、而s偏振光在栅层2反射的特性。实施方式的栅偏振元件与此不同，利用以下的特性：s偏振光在栅层2中在厚度方向上传输的过程中被栅层2吸收而衰减，相对于此，在p偏振光中不发生这样的衰减而透过。

对于吸收型的栅偏振元件的动作模型，使用图2及图3更具体地说明。图2及图3是表示作为吸收型的实施方式的栅偏振元件的动作模型的概略图，图2是立体概略图，图3是正面概略图。在图2及图3中，为了方便，假设光从纸面上的上方向下方传输，将该方向设为z方向。此外，将栅层2的各线状部21延伸的方向设为y方向，因而，s偏振光(在图2中用Ls表示)具有电场成分Ey。该s偏振光的磁场成分(未图示)为x方向(Hx)。

如果这样的s偏振光照在栅偏振元件的栅层2上，则s偏振光的电场Ey由于各线状部21的介电常数被减弱。另一方面，各线状部21之间的介质是空气的情况较多，但由于一般介电常数比各线状部21小，所以在各线状部21之间的空间中电场Ey不如各线状部21内被减弱得多。

结果，在x－y平面内发生电场Ey的旋转成分。并且，通过与法拉第的电磁感应对应的以下的麦斯威尔方程式(式2)，对应于该x－y平面中的旋转的强度，在z方向上激励起两个相互反向的磁场Hz。

[数式1]

(式1)

即，以各线状部21间的中央的电场Ey的最高处为边界，在一侧Hz朝向光的传输方向前方，在另一侧Hz朝向后方。这里，在图2中被省略，但x方向的磁场Hx是与Ey同相位，朝向x轴负侧存在。该x方向磁场成分Hx被所生成的z方向成分Hz牵引，以波动的方式变形。

如果发生这样的磁场成分Hx的波动(旋转)，则通过与安培－麦斯威尔的法则对应的麦斯威尔方程式(式3)，还在图2的y方向上发生电场。

[数式2]

(式2)

在图3中示意地表示该状况，示意地表示通过x方向磁场成分Hx的波动(旋转)而新产生电场Ey的状况。

如图3所示，通过x－z面内的磁场成分Hx的波动(旋转)，在各线状部21内发生朝向图3的纸面近侧的电场Ey，在各线状部21之间发生朝向纸面里侧的电场Ey。在此情况下，由于入射的s偏振光的原来的电场Ey朝向纸面近侧，所以线状部21间的电场通过上述磁场的旋转而被抵消，发挥作用以使波动分断。结果，电场Ey在栅层2中局部存在于各线状部21内，通过与线状部21的材质对应的吸收，s偏振光的能量一边在栅层2内传播一边消失。

另一方面，关于p偏振光，电场成分朝向x方向(Ex)，而当以y方向观察时，由于介电常数的分布是均匀的，所以实质上不发生上述那样的电场的旋转成分。因而，s偏振光那样的电场的栅层2内的局部化、各线状部21内的衰减在p偏振光中不发生。即，该实施方式的栅偏振元件的动作原理是：关于s偏振光，通过产生磁场成分Hx的波动(旋转)，使电场Ey局部存在于各线状部21内，通过各线状部21内的吸收，有选择地使s偏振光衰减。根据发明者的研究，这样的吸收型的栅偏振元件对于紫外线显现较高的透过率和消光比，作为紫外线用的偏振元件非常适合。

在这样的吸收型的栅偏振元件中，如果各线状部21被暴露在活性氧或臭氧那样的氧化性气体中而劣化，则介电常数变化，结果，光学常数(复折射率)变化。在吸收型的栅偏振元件中，根据上述说明可知，通过选择适当的光学常数(特别是衰减系数)得到希望的消光比及透过率，所以如果由于劣化而光学常数变化，则不能得到希望的消光比及透过率的情况较多。由氧化性气体带来的劣化是典型的氧化，在各线状部21由硅形成的情况下，成为氧化硅，光学常数变化。

除此以外，还有通过变化为氧化数不同的氧化物而光学常数变化的情况，也有通过氧化状态变化而光学常数变化的情况。关于后者，如果表示一例，有形成栅层2的各线状部21如后述那样通过成膜和光刻形成。此时，在制作出的膜是氧化物的膜的情况下，或多或少包含氧空孔(氧的格子空孔)。该氧空孔在固体中作为杂质能级动作，所以与理想的光学特性(完全没有空孔的假想的光学特性)不同。通常设想在实际的成膜中得到的情况，基于其光学特性设计栅层2的尺寸形状等。但是，在氧化性气体存在的环境下，由于氧化性气体发挥作用以将氧空孔修复，所以随着时间而氧空孔的量减少，结果光学常数变化。该变化有作为偏振特性的恶化呈现的情况，同样可以说是由氧化性气体带来的劣化。

无论怎样，在实施方式的栅偏振元件中，由于如上述那样设有气体阻断层3，所以没有由氧化性气体带来的劣化，吸收型的栅偏振元件的动作被适当地维持。

发明者发现，在上述那样的由气体阻断层3实现的劣化防止构造中，为了得到希望的偏振特性，有以别的观点看来为重要的要素。以下，对于这一点，使用图4进行说明。图4是表示气体阻断层3的构造的优劣的正面截面概略图。

如上述那样，关于实施方式的气体阻断层3，可以通过成膜技术适当地制作。此时，根据成膜的方式，作为气体阻断层3用的膜30的构造可以有几种类型。一个是如图4中(A)所示那样沿着各线状部21的上表面或侧面形成有膜30的构造，另一是如图4中(B)所示那样沿着各线状部21的上部或侧面形成有膜30、各线状部21之间的空间被膜30封闭的构造，再另一个是如图4中(C)所示那样在各线状部21的侧面上没有形成膜30、通过形成在各线状部21的上表面上的膜30将各线状部21之间的空间封闭的构造。

其中，根据发明者的研究可知，图4中(A)及图4中(B)的构造不适当，图4中(C)的构造是优选的。在图4中(A)或图4中(B)的构造中，通过膜30进入到各线状部21之间的空间中，该空间的介电常数变化。该空间假设是空气(假设相对介电常数是1)而设计尺寸，此外设计各线状部21的材质及尺寸。因而，如果膜进入到该空间中而形成，则不再能够得到希望的分光性能(消光比及透过率)。因而，优选的是做成图4中(C)的构造。

在通过成膜技术得到图4中(C)那样的构造的气体阻断层3的情况下，需要精心设计。如果用通常的方法进行成膜，则膜材料(构成膜的粒子)进入到各线状部21之间，所以膜30堆积到各线状部21的侧面，成为图4中(A)或图4中(B)那样的构造。

作为得到图4中(C)所示那样的构造的气体阻断层3的成膜方法，采用通过溅镀成膜的方法，此时，可以适当地采用调整溅镀粒子的移动(泳动)的方法。以下，使用图5对这一点进行说明。图5是表示形成气体阻断层3的优选的方法的正面截面概略图。

气体阻断层3的形成是在透明基板1上形成各线状部21后进行。在通过溅镀进行气体阻断层3用的成膜的情况下，使用由气体阻断层3的材料形成的靶极。由于气体阻断层3是氧化硅那样的电介体，所以进行高频等离子溅镀。

此时，实施方式的栅偏振元件是紫外线用，各线状部21的离开间隔(间隙宽度)t比可视光用的离开间隔窄。因而，溅镀粒子不易进入到各线状部21之间的空间中。即便这样，如果在各线状部21的侧面溅镀粒子达到成膜面，则根据到达时的能量而溅镀粒子在成膜面上泳动(移动)。此时，如果泳动较大，则即便间隙宽度较窄，膜材料也容易进入到各线状部21的侧面，如图4中(A)及图4中(B)所示那样，膜30容易堆积到侧面上。

为了使泳动变小，只要使击打靶极的等离子中的荷电粒子的能量变小、使被击出的溅镀粒子的能量变小就可以。如果这样，则如图5中(1)所示，膜31以凝聚的方式堆积到各线状部21的上表面上，不堆积到各线状部21的侧面上，或者即使堆积也为很少的量。

但是，如果以较小的能量的溅镀粒子始终进行成膜，则如图5中(2)所示，膜31仅在各线状部21的上方成长，膜31不堆积堵塞各线状部21之间的空间。因此，作为气体阻断层3，为不适合膜构造。

另一方面，如果从中途使溅镀粒子的能量变高而使泳动变大，则膜32容易在横向上成长，如图5中(3)所示，膜32以将各线状部21之间的空间堵塞的形式堆积。因此，成为适合作为气体阻断层3的膜。

如果如上述那样，进行将溅镀粒子的能量在中途变更的二阶段成膜，则能够在抑制向各线状部21的侧面的膜堆积的同时将各线状部21之间的空间堵塞而形成膜31、32，作为实施方式的栅偏振元件的制造方法是优选的。这样的二阶段成膜可以通过变更用于溅镀的放电功率(向靶极投入的功率)、或变更成膜温度(成膜时的透明基板1的温度)来进行。如果表示一例，则例如在通过13.56MHz的高频形成等离子而进行的高频等离子溅镀的情况下，首先，使靶极的被溅镀表面上的功率密度(面积密度)为2W/cm²～9W/cm²左右，使成膜温度为室温，进行成膜；接着，使功率密度变得更高为9W/cm²～l8W/cm²左右，并且使成膜温度为比室温高的温度(例如100℃)来进行。

在如上述那样进行二阶段成膜的情况下，膜的致密度变化。即，溅镀粒子一边更大地泳动一边制作的膜相比由泳动较小的溅镀粒子制作的膜变得致密。因而，如果将形成的气体阻断层3用适当的方法分析，则能够判别是否是通过二阶段成膜得到的。例如，如果将制造出的栅偏振元件劈开，用SEM(Scanning Electron Microscope，扫描型电子显微镜)观察截面，则通过SEM像的对比度，能够确认膜的致密度。SEM在真空中对样品照射电子束，主要使用从样品放出的二次电子形成像。该二次电子由于在样品中向体积方向散射后被向真空中放出，所以反映样品的致密度。由较大地泳动的溅镀粒子制作出的膜较致密，即是高密度而均匀的膜质，得到的SEM像的对比度为均匀的。相对于此，由泳动较小的溅镀粒子制作出的膜较粗，即有密度不匀，在得到的SEM像的对比度上也能观察到不匀。

膜的致密度不同，在偏振特性的观点看也是重要的。在上述气体阻断层3用的膜31、32的制作中，膜材料进入到各线状部21之间的空间内，即使膜31形成得较薄，在不致密的膜的情况下，由于相比致密的膜折射率较小，所以使偏振特性恶化的问题也不怎么大。即，如果将膜31改称作第一层、将膜32改称作第二层，则使气体阻断层3为致密度较低的第一层31和形成在第一层31之上的致密度较高的第二层32，具有使得即使在第一层31的形成时在各线状部21的侧面上形成膜、给偏振特性带来的影响也较小的重要的意义。

另外，说明了如果膜堆积到各线状部21的侧面则不再能够得到希望的分光性能，但即使堆积到侧面，只要量较少，也不发生分光性能的恶化的问题。一般而言，如果相对于各线状部21的宽度为50％以下、更优选的是30％以下，则对于偏振性能的影响被抑制得足够小，不会成为问题。对于这一点，使用图6更详细地说明。图6是表示对于各线状部21的侧面的膜堆积量的上限的正面截面概略图。

如图6所示，在各线状部21的侧面上堆积了膜的情况下，膜的厚度在各线状部21的高度方向上不均匀，为在顶部附近较厚、在底部附近较薄的分布。在此情况下，侧面上的膜堆积量就膜厚的高度方向上的平均值而言，如果相对于各线状部21的宽度w是50％左右、更优选的是30％左右以内，则给偏振性能带来的影响被抑制得足够小，所以能够容许。

此外，如图6所示，各线状部21的间隙宽度有使得在一个线状部21的左右故意地不同的情况。本申请的申请人在先行的特愿2013－075246及特愿2013－143119中，公开了在做成间隙宽度周期性地不同的构造的情况下、在一定的条件下偏振性能提高。在要得到在这些申请中公开的效果的情况下，如图6所示，在一个线状部21中，使一侧的间隙宽度t1与另一侧的间隙宽度t2不同。

在此情况下，在形成较宽的间隙宽度(在图6的例子中是t2)的侧面中，线状部21的侧面的膜堆积容易变多。因而，如果面向较宽的间隙宽度t2的侧面上的平均的膜厚(在图6中用fa表示)是线状部21的宽度w的50％以下、更优选的是30％以下，则即使是除去了较窄的间隙宽度t1的侧面，也为平均50％以下，更优选的是30％以下，给偏振性能带来的影响被抑制得足够小。

此外，如果考虑气体阻断层3也可以作为栅层2的机械性的保护层发挥功能，则气体阻断层3在第二层32中为致密的这一情况是重要的。气体阻断层3可以作为将栅层2机械地保护的保护层发挥功能。此时，在实施方式的栅偏振元件中，在上侧的第二层32中，气体阻断层3是致密的，强度较高，所以作为保护层更适合。

另外，在栅偏振元件中，如果要得到更高的偏振性能(消光比及透过率)，则各线状部21的纵横比(图1所示的线状部21的高度h相对于宽度w的比)有变得更大的倾向。特别在吸收型的栅偏振元件中该倾向较显著。纵横比越大，伴随着s偏振光的吸收的光的传输距离更长，能够使消光比变高。另一方面，纵横比高的线状部21机械强度较弱，形成更充分的保护层而保护的需要较显著。

此外，说明了图5中(2)所示那样的不连续的气体阻断层3的构造不适当，但即使是不连续，如果由堆积在各线状部21的上表面上的各膜形成的间隙较窄、导通性较小，也实质上将气体阻断。如果间隙的宽度(在图5中(2)中用d表示)例如是10nm以下，则实质上将气体阻断，可以称作“气体阻断层”。

另外，如上述那样气体阻断层3将栅层2覆盖，但气体阻断层3只要至少对于栅层2在与透明基板1相反侧覆盖就足够。即，只要是在各线状部21的上侧(与透明基板1相反侧)以层状延伸的结构就足够。在各线状部21的长度方向的端部中各线状部21也离开，但在端部，气体阻断层3不将各线状部21覆盖。发明者确认了，即使是在端部气体阻断层3不将各线状部21覆盖的构造，也不发生由氧化性气体带来的劣化，尤其不成为问题。推测是由于开口是较小的斑点状，气体的导通较小。但是，在长度方向的端部中气体阻断层3也可以将各线状部21覆盖而堵塞，在此情况下，可以应用SOG(Spin On Glass、旋涂玻璃)膜的制作技术。在此情况下，也优选的是在各线状部21之间的空间中不制作膜。

如果对栅层2补充说明，则栅层2同样使用溅镀或CVD(化学气相沉积)(例如ALD(Atomiclayer Deposition、原子层沉积)等)的成膜技术在透明基板1之上制作膜，对膜进行光刻做成线和空间的图案来形成。作为各线状部21的材料，除了上述硅以外，也有使用氧化钛等的情况。在紫外域(400nm以下)的光的偏振用的情况下，各线状部21的宽度w是10～50nm左右，各线状部21之间的间隙宽度t是30～150nm左右。

这样的实施方式的栅偏振元件优选的是用于如上述光取向那样使紫外线偏振而向对象物照射的用途。在此情况下，使用适当的光学系统(例如截面呈抛物线的反射镜)使来自紫外线光源的光成为大致平行光，向栅偏振元件照射。在栅偏振元件中，如上述那样s偏振光被选择地较多吸收，p偏振光较多地透过，向对象物较多照射p偏振光。另外，该说明书还公开了紫外线偏振方法的发明，上述说明也是其一例的说明。

[实施例]

接着，关于上述实施方式的实施例及对实施例进行的比较实验的结果进行说明。

在如上述那样将气体阻断层3用氧化硅形成的情况下，利用使用氧化硅制的靶极的高频等离子蚀刻装置，制作气体阻断层3用的氧化硅膜。作为溅镀气体，使用氩和氧的混合气体，例如使氩为25sccm，氧为5sccm。使环境气体的压力为0.1Pa左右。

在第一层31的形成工序中，使成膜温度为常温，使向靶极的投入功率为300W，使成膜时间为1200秒，在第二层32的形成工序中，使成膜温度为100℃，使向靶极的投入功率为600W，使成膜时间为2500秒。高频的频率都是13.56MHz。另外，使溅镀气体的流量(比)及环境气体的压力在两个工序中都以上述值为一定。

此外，在第二层的制作工序中，为了促进溅镀粒子的泳动，对透明基板1施加自偏压电压。即，对透明基板1施加13.56MHz、100W的高频，通过与等离子的相互作用，对透明基板1赋予自偏压电压。通过自偏压电压，将等离子中的离子引出，向正在制作的膜入射。该离子的能量促进溅镀粒子的泳动。

通过这样的条件以250nm左右的厚度制作氧化硅膜而做成气体阻断层3，气体阻断层3在第二层中充分地连续。为了对该气体阻断层3进行评价，进行了与没有设置气体阻断层3的栅偏振元件的比较实验。将其结果表示在图7及图8中。图7及图8是表示关于实施例的栅偏振元件的比较实验的结果的图。

在该实验中，作为类似于紫外线照射时的环境，将栅偏振元件配置到氧等离子中。具体而言，使用ICP(Inductively－coupling plasma、感应结合等离子)蚀刻装置，将有气体阻断层3的栅偏振元件(实施方式)和没有气体阻断层3的栅偏振元件分别暴露在氧等离子中一定时间。在氧等离子中，生成游离氧(原子状氧)、单态氧、臭氧等的氧化性气体，成为类似于紫外线照射时的环境。

在图7中表示上述氧等离子的暴露结果，图7中(1)是关于没有气体阻断层3的比较例的栅偏振元件的结果，图7中(2)是关于有气体阻断层3的实施例的栅偏振元件的结果。如图7所示，在没有气体阻断层3的情况下，关于透过率与有气体阻断层3的情况没有较大差别，而关于消光比出现较大的差异。在没有气体阻断层3的情况下，通过10分钟左右的氧等离子暴露，消光比下降30％以上，通过20分钟左右的暴露，下降40％以上。相对于此，在有气体阻断层3的实施例的元件中，即使暴露达到40分钟左右，也完全看不到消光比的下降。

此外，在图8中表示调查因气体阻断层3的有无而元件的机械强度怎样不同的实验的结果。图8中(1)表示关于没有气体阻断层3的比较例的结果，图8中(2)表示关于有气体阻断层3的实施例的结果。在各表中，所谓“无负荷”，表示没有被施加机械负荷的各偏振元件的透过率及消光比，所谓“有负荷”，表示被施加机械负荷后的各偏振元件的透过率及消光比。“有负荷”在该例中是成年人男性将栅偏振元件用手指强力捏住而擦动后测量的透过率及消光比。

如图8所示，在没有气体阻断层3的比较例中，如果施加机械负荷，则透过率下降8％左右。此外，关于消光比，通过施加负荷而剧烈降低到100分之1左右。另一方面，在有气体阻断层3的实施例中，在施加了负荷的情况下，透过率及消光比也都仅限于稍稍的减少，确认了具有良好的机械强度。

Claims (5)

1.一种栅偏振元件，能够使紫外线偏振，其特征在于，

具备透明基板、和设在透明基板上的栅层；

栅层是由多个线状部构成的条纹状，各线状部由在接触到由于紫外线生成的氧化性气体时能够劣化的材料形成；

栅层被将氧化性气体阻断的气体阻断层覆盖，各线状部之间的空间为被气体阻断层封闭的空间；

气体阻断层在偏振的光的波长中是透明的，

气体阻断层进入到各线状部之间的空间中而将各线状部的侧面覆盖直至该侧面的下端，并且在各线状部之间不覆盖透明基板，

气体阻断层在各线状部的侧面处的平均厚度是各线状部的宽度的50％以下，

气体阻断层在各线状部的上表面上的厚度为100nm以上且500nm以下，

上述气体阻断层在上述各线状部的侧面处的厚度在上述各线状部的高度方向上不均匀，在上述各线状部的顶部附近厚，在上述各线状部的底部附近薄。

2.如权利要求1所述的栅偏振元件，其特征在于，

上述各线状部由光吸收性的无机电介体形成；

上述栅层在光沿上述栅层的厚度方向传输的过程中，和偏振轴朝向与各线状部的长度方向垂直的方向的偏振光相比，偏振轴朝向各线状部的长度方向的偏振光被更多地吸收，从而使光偏振。

3.如权利要求1或2所述的栅偏振元件，其特征在于，

上述气体阻断层对于全部上述线状部将相邻的线状部之间的空间封闭。

4.如权利要求1或2所述的栅偏振元件，其特征在于，

上述气体阻断层在上述各线状部的侧面处的平均厚度是上述各线状部的宽度的30％以下。

5.如权利要求1或2所述的栅偏振元件，其特征在于，

上述气体阻断层由形成在上述各线状部之上的第一层、和形成在第一层之上的第二层构成，第二层由比第一层致密的膜形成。

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