TW201502604A - 光柵偏光元件及光配向裝置 - Google Patents

Abstract

提供可從可視短波長區域將紫外區域的偏光光線照射至某種程度寬廣的區域，於消光比及透射率之基本性能中具有優良特性的偏光元件。 設置於透明基板(1)上之條紋狀的晶格(2)係以非晶狀的氧化鈦所形成，將構成晶格(2)之各線狀部(21)的寬度的平均值設為w，將與各線狀部(21)中一方側之鄰接的線狀部(21)的距離設為t，將與另一方側之鄰接的線狀部(21)的距離設為T時，成為t/T>0.0149w+0.0644的關係。

Description

光柵偏光元件及光配向裝置

本案發明係關於光柵偏光元件。

取得偏光光線的偏光元件，係以偏光太陽眼鏡之切身的產品為首，作為偏光濾光片及偏光薄膜等的光學元件，公知有各種者，即使液晶顯示器等的顯示器裝置也多使用。於偏光元件，根據取出偏光光線的方式可分類成幾種，其一有光柵偏光子。

光柵偏光元件，係於透明基板上設置由金屬(導電體)所成之細微的條紋狀晶格之構造者。利用使晶格的間隔比偏光之光線的波長還狹小，而具有作為偏光子的功能。直線偏光光線中，因對於在晶格的長度方向具有電場成分的偏光光線而言，等同於平坦的金屬，所以會反射，但對於在與長度方向垂直之方向具有電場成分的偏光光線而言，僅等同於透明基板，所以會透射透明基板而射出。因此，來自偏光子係專設出與晶格的長度方向垂直之方向的直線偏光光線。利用控制偏光元件的姿勢，使晶格的長度方向朝向所希望的方向，可獲得偏光光線的軸(電 場成分的朝向)朝向所希望的方向之偏光光線。

以下，為了說明便利，將於晶格的長度方向具有電場成分的偏光光線稱為s偏光光線，將於與長度方向方向垂直之方向具有電場成分的偏光光線稱為p偏光光線。通常，將對於射入面(與反射面垂直且包含射入光線與反射光線之面)，電場垂直者稱為s波，平行者稱為p波，但是以晶格的長度方向與射入面平行為前提，來如此區別。

表示此種偏光元件之性能的基本指標，係消光比ER與透射率TR。消光比ER係透射偏光元件之偏光光線的強度中，s偏光光線的強度(Is)相對於p偏光光線的強度(Ip)之比。又，透射率TR係通常，射入之s偏光光線與p偏光光線的全能量相對之射出p偏光光線的能量(TR=Ip/(Ip+Is))。理想的偏光元件係消光比ER=∞，透射率TR=50%。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2011-8172號公報

關於光的利用，如顯示器技術所代表，大多是利用可視區域的光線，在光通訊等的領域中，利用紅外 光區域的光線。另一方面，也大多有作為能量，利用光線的狀況，此時，大多利用紫外區域的光線。例如，光微影之光阻劑的曝光(感光處理)及紫外線硬化型樹脂的硬化處理等。所以，即使於偏光光線的利用領域中，在作為能量而利用偏光光線時，需要紫外區域之波長的偏光光線。

揭示更具體一例時，於液晶顯示器的製程中，近來，逐漸採用被稱為光配向的技術。該技術係藉由光照射來取得於液晶顯示器中必要的配向膜的技術。對如聚醯亞胺之樹脂製的膜，照射紫外區域的偏光光線時，膜中的分子被排列成偏光光線的朝向，可獲得配向膜。相較於被稱為刷磨的機械式配向處理，因可獲得高性能的配向膜，大幅採用來作為高畫質之液晶顯示器的製程。

如此，在某種用途中，需要獲得更短之波長區域的偏光光線，故需要用於其的偏光元件。然而，針對此種使短波長區域之光線偏光的偏光元件，並未多有研究，作為產品，也幾乎沒有實用者。所謂短波長區域，係從可視的短波長側(例如450nm以下)至紫外區域的波長區域。

作為可視光用，常使用備有樹脂層之吸收軸的偏光薄膜。然而，作為紫外線用，因為樹脂會因紫外線而短期間劣化，所以無法使用。

使紫外區域的光線偏光時，可使用使用方解石的稜鏡偏光子。然而，稜鏡偏光子係雖然適用於如雷射，對狹小區域照射偏光光線的用途，但是，並不適合如光配向，對 某種程度寬廣的區域照射偏光光線的用途。

可對某種程度寬廣的區域照射偏光光線者是前述之線柵偏光元件。也可並排複數線柵偏光元件，對更寬廣的區域照射偏光光線。

於線柵偏光元件中，於條紋狀晶格的材料，使用鎢、銅、鋁等。紫外線用的線柵偏光元件之狀況中，大多使用即使於紫外區域中也具有高反射率的鋁。然而，線柵偏光元件雖然會針對比500nm程度還長之可視區域的光線，表示某種程度的高消光比及透射率，但是，隨著波長變短，從400nm附近消光比及透射率會急遽降低。此理由雖未完全解明，但是，推測為起因於鋁的光學性質。

如此，在如光配向之光製程的用途中，雖然希望有可將從可視短波長區域到紫外區域的偏光光線，照射至某種程度寬廣的區域之實用性的偏光元件，但是，還未開發出消光比及透射率之基本性能中具有優良性能的偏光元件。亦即，對於提升配向處理的品質來說，有僅照射朝向所希望之方向的偏光光線的必要(消光比的提升)，對於提高生產性(處理效率)來說，則需要透射率更高的偏光元件。

本案發明係考慮此種課題所發明者，具有提供可將從可視短波長區域至紫外區域的偏光光線，照射至某種程度寬廣的區域，於消光比及透射率之基本性能中具有優良特性的偏光元件之意義。

為了解決前述課題，本案申請專利範圍第1項所記載之發明是一種光柵偏光元件，係由透明基板，與設置於該透明基板上之條紋狀晶格所成的光柵偏光元件，具有：前述晶格，係以非晶狀的氧化鈦所形成；將構成該晶格的各線狀部之寬度的平均值設為w，將於各線狀部中與一方側之鄰接的線狀部的距離設為t，與另一方側之鄰接的線狀部的距離設為T時，該晶格係週期性具有實質上t<T的部分，並且於t<T的部分中，為t/T>0.0149w+0.0644的關係之構造。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第2項所記載之發明，係於前述請求項1的構造中，前述晶格，係不具有從沿著前述透明基板的表面之方向，且與前述線狀部的長度方向垂直之方向觀看時，隔開寬廣的距離T，兩個前述線狀部並排的部分連續之處。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第3項所記載之發明是一種光配向裝置，具有：具備光源，與申請專利範圍第1項或第2項所記載之光柵偏光元件；該光柵偏光元件，係設置於配置有光配向用之膜材的照射區域與前述光源之間的位置，可將來自前述光源的光線，透過前述光柵偏光元件，照射至光配向的膜材之構造。

如以下所說明，依據本案申請專利範圍第1項所記載的發明，晶格是以非晶狀的氧化鈦所形成，相對於晶格寬w，晶格的偏側比t/T具有t/T>0.0149w+0.0644的關係，所以，可不使透射率大幅降低，來提升消光比。因此，可照射質更高的偏光光線。

又，依據申請專利範圍第2項所記載之發明，除了前述效果，因未不具有以寬廣的離開間隔T，線狀部並排的部分連續之處，所以，消光比不會降低。

又，依據申請專利範圍第3項所記載之發明，除了前述效果，因為可一邊以高能量，照射良質的偏光光線，一邊進行光配向，所以，可以較高的生產性，獲得良質的光配向膜。

1‧‧‧透明基板

2‧‧‧晶格

21‧‧‧線狀部

3‧‧‧中間薄膜

4‧‧‧晶格用薄膜

5‧‧‧光源

6‧‧‧鏡片

7‧‧‧光柵偏光元件

10‧‧‧工件

T‧‧‧距離

t‧‧‧距離

W‧‧‧晶格寬

[圖1]模式揭示關於本案發明的實施形態之光柵偏光元件的概略圖，(1)是前視剖面概略圖，(2)是立體圖。

[圖2]針對發明者們所進行之實驗中作成之氧化鈦膜的光學常數進行揭示的概略圖。

[圖3]針對鋁的光學常數進行揭示的圖。

[圖4]於使用表示圖2的光學常數之氧化鈦的實施形態的光柵元件中，揭示模擬伴隨偏側比(t/T)之透射率‧消光比的變化之結果的圖。

[圖5]揭示作為晶格2的材質，採用圖3所示之光學常數的鋁時，模擬使偏側比t/T變化的話，透射率及消光比成為何種狀況之結果的圖。

[圖6]針對實施形態的光柵偏光元件中消光比提升的理由，進行模式揭示的立體概略圖。

[圖7]揭示確認x方向磁場成分的波動之模擬結果的圖。

[圖8]模式揭示因磁場成分Hx的波動(旋轉)而產生新的電場Ey之樣子的前視剖面概略圖。

[圖9]揭示300℃成膜的氧化鈦薄膜之光學常數的圖。

[圖10]關於圖9所示之光學常數的氧化鈦薄膜，針對同樣使偏側比t/T變化時的透射率與消光比，進行模擬之結果的圖。

[圖11]針對使用氧化鈦製之晶格2的光柵偏光元件的最佳構造，進行檢討之結果的圖。

[圖12]針對金紅石型結晶的氧化鈦之光學常數進行揭示的圖。

[圖13]揭示作為晶格2的材質，採用金紅石型結晶的氧化鈦時，模擬相對於偏側比t/T，透射率及消光比成為何種狀態之結果的圖。

[圖14]針對實施形態之光柵偏光元件的製造方法，進行揭示的概略圖。

[圖15]揭示實施形態之光柵偏光元件的使用例者，搭 載光柵偏光元件之光配向裝置的剖面概略圖。

接著，針對用以實施本案發明的形態(實施形態)進行說明。

圖1係模式揭示關於本案發明的實施形態之光柵偏光元件的概略圖，(1)是前視剖面概略圖，(2)是立體圖。圖1所示光柵偏光元件，係主要由以透明材質所形成之透明基板1，與設置於透明基板1上的晶格2所構成。實施形態的偏光元件，係具有類似線柵偏光元件的構造，但如後述般，因為晶格2並不是導電體(引線)，僅單稱為光柵偏光元件。

透明基板1係代表相對於使用波長(使用偏光元件進行偏光之光線的波長)，具有充分透射性的意思，故稱為「透明」。在此實施形態中，作為使用波長，想定紫外區域的光線，作為透明基板1的材質，採用石英玻璃(例如合成石英)。

晶格2係如圖1所示，由平行延伸之多數線狀部21所成之條紋狀者。各線狀部21，係以非晶狀的氧化鈦所形成。將各線狀部21之寬度的平均值設為w，將於各線狀部21中與一方側之鄰接的線狀部21的距離設為t，與另一方側之鄰接的線狀部21的距離設為T時，週期性具有實質上t<T的部分，並且於t<T的部分中，為t/T>0.0149w+0.0644的關係。以下，為了說明便利，將 t/T稱為偏側比，寬度w略稱為晶格寬。

於前述說明中，所謂「實質上t<T的部分」係指一方側的離開距離t與另一方側的離開距離T實質上不同。所謂「實質上」係不包含因製造上的偏差所產生之距離的不同，為了發揮後述的作用，意圖性成為t≠T。

又，「週期性」係指不是隨機的程度的意思。t≠T是因製造上的偏差所產生時，則為隨機，但是，以發揮後述之作用之方式意圖性設為t≠T，所以為週期性。再者，此時的週期性係沿著透明基板1的表面，從與晶格2的長度方向垂直之方向觀看時，存在有t≠T的部分。

此種實施形態的光柵偏光元件的構造，是針對於從可視短波長區域到紫外區域的區域(以下，總稱為短波長區域)中可獲得更高消光比與透射率的光柵偏光元件的構造，發明者們銳意研究的結果。

發明者們針對短波長區域中可獲得消光比與透射率的光柵偏光元件，尤其針對晶格2的構造及材料，進行銳意研究的結果，理解依據與先前線柵偏光元件不同的發想，來選定晶格2的材料及構造為有效方法。

先前的線柵偏光元件，也可稱為反射型光柵偏光元件，於晶格2使用反射率高的金屬，藉由讓於晶格2的長度方向具有電場成分的直線偏光光線反射，而不透射透明基板1。在此種發想的光柵偏光元件中，如前述般，在更短波長區域中消光比及透射率等基本性能的提升有限度。

本案發明者們與此種先前的光柵偏光元件的法想不同，想到應稱為吸收型光柵偏光元件的發想。即使稱為吸收型，也並不是在可視光用的偏光薄膜等所見之利用高分子所致之光線的吸收，而是利用電磁感應現象所致之光線的衰減者。

如週知般，於如金屬之導電性的媒質之光線的傳導中，折射率被當成複數折射率。為了區別複數折射率與一般的折射率，設為n’的話，複數折射率n’係以以下式1表示。

【數1】 n'=n-ik (式1)

於式1中，n為複數折射率的實部分，k是所謂衰減係數。發明者們所想到之利用電磁感應現象所致之光線的衰減的光柵偏光元件，係採用相較於衰減係數k，折射率實部分n比較大，不均等的光柵構造時所得者。

首先，針對在實施形態的光柵偏光元件中，作為晶格材質所使用之氧化鈦的複數折射率，與作為比較例之鋁的複數折射率，進行說明。圖2係針對發明者們所進行之實驗中作成之氧化鈦膜的光學常數(折射率實部分n，消衰係數k)進行揭示的概略圖。圖3係針對鋁的光學常數所示之圖，依據Aleksandar D.Raki？.Algorithm for the determination of intrinsic optical constants of metal films：application to aluminum,Appl.Opt.34,4755-4767(1995)所示資料來作成者。

圖2所示之光學常數的氧化鈦膜，係藉由後述之ALD法，作成於石英製的透明基板1上者，成膜時的溫度為100℃程度。所以，膜的狀態推測為非晶。膜厚為20nm程度。如圖2所示，於240nm~400nm程度之紫外區域的波長中，折射率實部分n小於消衰係數k。另一方面，如圖3所示，鋁之狀況中，於相同的短波長區域中，折射率實部分n相對於消衰係數k通常較小。

圖4係模擬實施形態的光柵元件之電磁波的傳導狀況之結果的圖。在圖4中，假設藉由圖2所示之氧化鈦薄膜，構成圖1所示之光柵偏光元件之狀況者，模擬將偏側比t/T作各種改變時，透射率TR及消光比ER如何變化。圖4中的(1)表示透射率，(2)表示消光比。在圖2的模擬中，使用RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)法，使用美國國家標準技術研究院(NIST)所發派的軟體(http：//physics.nist.gov/Divisions/Div844/facilities/scatmech/html/grating.htm)，計算出各t/T之透射率TR及消光比ER。

如圖2所示，折射率實部分n及衰減係數k為因波長而不同之值，作為一例，假設使用254nm的紫外線，設為該波長的n及k。具體來說，設為n=2.35，k=1.33。關於介電率，從該n及k預先計算並代入。又，晶格2的寬度W雖然在10~30nm之間，以5nm間隔變 化，但高度為一定的170nm。於10~30nm的各晶格寬W中，使偏側比t/T變化。再者，在偏側比t/T=1時，以t=T=90nm為起點，以經常滿足t+T=180nm之方式，減少t，增加T，來使t/T變化。

在圖4(1)中，將t/T=1時(未偏側時)的透射率設為1，作為與此相對的相對值，揭示將t/T設為未滿1時的透射率。圖4(2)的消光比也相同，以將t/T=1時之值設為1時的相對值表示。

如圖4(1)所示，相較於t/T=1之狀況，設為未滿1的話，雖然透射率稍微降低，但是，在10~20nm的晶格寬W中並未發現多大的降低。又，即使20~30nm的晶格寬，如果在t/T=1~0.7程度的範圍，並不會有透射率大幅降低。

另一方面，如圖4(2)所示，關於消光比，可確認利用將t/T設為未滿1，相較於t/T=1之狀況，會提升。尤其，晶格寬W為15~25nm時可確認明顯提升。

接著，作為比較例，說明針對將圖3所示之鋁作為晶格2的材質之狀況，同樣進行模擬之結果。圖5係揭示作為晶格2的材質，採用圖3所示之光學常數的鋁時，模擬使偏側比t/T變化的話，透射率及消光比成為何種狀況之結果的圖。同樣地，於圖5(1)揭示透射率TR，於(2)揭示消光比ER。同樣地，使用波長假設為254nm，作為於該波長中所得者，設為折射率實部分n=0.183，消衰係數k=2.93。晶格2的寬度係同樣地在10~30nm以 5nm刻度變化，高度為一定的170nm。

如圖5(1)所示，由鋁所成之晶格2之狀況中，可確認於10~20nm的晶格寬W中透射率TR稍微提升。透射率TR係於偏側比t/T較小之狀況中更高，最大是40%程度。然而，如圖5(2)所示，關於消光比，任一晶格寬W之狀況中將t/T設為小於1的話都會急遽減少。消光比的降低係在一部分確認透射率的提升之偏側比t/T較小的區域中顯著。亦即，由鋁所成之晶格2的狀況中，可確認即使讓晶格2偏側，重要的消光比也會降低，無法讓透射率的提升與消光比的提升兩立。再者，雖省略圖示，關於鋁，波長365nm之狀況也相同，可確認即使將偏側比t/T設為未滿1，消光比也不會提升，而且還會急遽減少。

如此，在先前一般鋁製晶格2的光柵偏光元件之狀況中，即使讓晶格2偏側，消光比也不會提升，而且反而會降低，相對於此，在採用氧化鈦製的晶格2之實施形態的光柵偏光元件中，設為以某種條件，使晶格2偏側的構造，可大幅提升消光比，此時透射率也不會大幅降低。

於具有由氧化鈦所成之晶格2的實施形態之光柵偏光元件中，針對可觀察到消光比的提升的理由，於以下說明可推測的事項。圖6係針對實施形態的光柵偏光元件中消光比提升的理由，進行模式揭示的立體概略圖。

如前述般，因為消光比是s偏光光線的強度(Is)相對 之p偏光光線的強度(Ip)的比，對於提高消光比來說，使s偏光光線無法透射偏光元件即可，在此，主要針對s偏光光線的動作來進行考察。

於圖6中，為了說明方便，光線設為從紙面上往下傳導者，將此方向設為x方向。又，將晶格2延伸的方向設為y方向，所以，s偏光光線(於圖6以Ls表示)具有電場成分Ey。該s偏光光線的磁場成分(未圖示)為x方向(Hx)。

此種s偏光光線射入光柵偏光元件的晶格2時，s偏光光線的電場Ey係因晶格2的介電率而變弱。另一方面，晶格2之間的媒質大多為空氣，但是，一般來說介電率小於晶格2，在晶格2之間的空間中，電場Ey並未變弱如晶格2內般。

結果，於x-y平面中產生電場Ey的旋轉成分。然後，藉由對應法拉第之電磁感應的以下馬克斯威爾方程式(式2)，因應該x-y平面之旋轉Re的強度，於兩個彼此逆向的z方向，誘發磁場Hz。

亦即，以晶格2之間的中央的電場Ey最高處為境界，在一方側中Hz朝向光線的傳導方向前方，在另一方側中Hz朝向後方。在此，在圖6中省略，但是，x方向 的磁場Hx係與Ey相同相位，朝向x軸負側而存在。該x方向磁場成分Hx係以被產生之z方向成分Hz拉引，產生波動之方式變形。

圖7係揭示確認該x方向磁場成分Hx的波動之模擬結果的圖。在圖7中，為作為晶格材質，使用矽之例的模擬。矽也是例如在波長365nm的紫外線中折射率實部分n=4.03，消衰係數3.04，n>k的材料。在圖7中，線狀部的寬度為15nm，各線狀部的間隔為一定的90nm，各線狀部的高度設為170nm。模擬係依據FDTD(Finite-Difference Time-Domain)法，使用的軟體係使用Mathworks公司(美國麻州)的MATLAB(同公司的註冊商標)。

圖7中，上側的深黑色的部分表示電場Ez的負成分，中間的淡灰色的部分表示電場Ez的正成分。磁場係以向量(箭頭)表示。

如圖7所示，射入晶格2之前的s偏光光線沒有Hz成分，成為僅Hx成分，但是，藉由射入晶格2之前述的Hz成分的產生，可確認磁場在x-y面內產生波動。如圖7所示，磁場的波動也可說是順時針之磁場的旋轉。在者，在圖7中，y方向是光線的傳導方向，z方向是晶格2的長度方向，與圖6不同。

此種磁場成分Hz的波動(旋轉)產生的話，藉由對應Maxwell Ampere法則的馬克斯威爾方程式(式3)，進而於y方向產生電場。

並於圖8揭示該樣子的模式。圖8係模式揭示因磁場成分Hx的波動(旋轉)而產生新的電場Ey之樣子的前視剖面概略圖。

如圖8所示，藉由x-z面內之磁場成分Hx的波動(旋轉)，在晶格2內，產生朝向圖8的紙片前方側的電場Ey，於晶格2與晶格2之間，產生朝向紙面裏側的電場Ey。此時，射入之s偏光光線原來的電場Ey係因為朝向紙面前方側，晶格2之間的電場以被前述磁場的旋轉抵消，分斷波動之方式作用。作為結果，電場Ey局部存在於晶格2內，藉由因應晶格2之材質的吸收，s偏光光線的能量一邊傳播於晶格2內，一邊逐漸消失。

另一方面，關於p偏光光線，電場成分朝向x方向(Ex)，但是從y方向觀察時，介電率的分布為一樣，故如前述之電場的旋轉成分實質上不會產生。所以，s偏光光線之電場的晶格2內的局部存在化，在晶格2內的衰減，不會產生於p偏光光線。亦即，利用產生磁場成分Hx的波動(旋轉)，使電場Ey局部存在於晶格2內，並藉由在晶格2內的吸收，選擇性地使s偏光光線衰減，是此實施形態的光柵偏光元件的動作原理。此種電場Ey的局部存在化，係可推測是利用使晶格2偏側化，部分性縮小 晶格2之間的間隔，來有效率地達成，藉此，可提升消光比。圖4所示之消光比的提升，係考察為此種機制所致者。

又，如前述之電場Ey的局部存在化，在像鋁般，折射率實部分n比消衰係數k小時，實質上不會產生。折射率實部分n與消衰係數k係使用物理常數ε及μ來表示的話，則如以下式4。

根據式4，n<k則為具有負的介電率。此係代表波動不可進入內部，在前述狀況中，代表晶格2內未形成電場。所以，如前述之電場的局部存在化實質上不會產生。另一方面，利用使晶格2偏側化，晶格間隔產生較寬之處時，s偏光光線可通過該處，變得容易傳導，結果，消光比會大幅降低。圖5所示之消光比的急遽降低可推測為表示此種狀況。

接著，針對實施形態的光柵偏光元件更理想的構造進行說明。

首先，圖4所示模擬結果係依據圖2所示以100℃作成之氧化鈦薄膜的資料者。發明者們係以300℃的溫度同樣地作成氧化鈦薄膜來進行模擬。圖9係揭示該300℃成膜之氧化鈦薄膜的光學常數的圖，圖10係針對圖9所示 光學常數的氧化鈦薄膜，同樣地針對使偏側比t/T變化時的透射率與消光比，進行模擬之結果的圖。

如圖9所示，在300℃成膜的狀況中，也於240~400nm程度的波長範圍中，折射率實部分n比消衰係數k還大。又，如圖10(1)所示，在10~20nm的晶格寬W中，透射率並未大幅降低，即使20~30nm的晶格寬W中，在1~0.7的偏側比t/T的範圍中也未看到大幅的降低。然後，如圖10(2)所示，關於消光比，於除了10nm之外的晶格寬中可確認大幅提升。

圖11係針對使用此種氧化鈦製之晶格2的光柵偏光元件的最佳構造，進行檢討之結果的圖。如圖4(2)及圖10(2)所示，使偏側比t/T從1開始逐漸變小時(使其逐漸偏側)，幾乎消光比都會馬上提升。消光比在某t/T中成為尖峰，之後會下降。然後，以某t/T為境界，消光比變小於相對值1。亦即，相較於不偏側時，消光比會變小。所以，成為消光比低於相對值1時的t/T之值(以下，稱為臨限偏側比)以上的偏側比即可。

圖11係描繪該臨限偏側比的圖。●標記是圖4(2)所示100℃成膜之狀況，標記是圖10(2)所示300℃成膜之狀況。圖11所示直線係針對各標記，適用最小平方法所拉的直線。如此所示般，在100℃成膜時，設為t/T>0.0147w-0.1134的話，可期待消光比的提升。又，在300℃成膜時，設為t/T>0.0149w+0.0644的話，可期待消光比的提升。

氧化鈦薄膜係大多藉由如後述之ALD的CVD(化學氣相沉積)所作成，成膜溫度一般為100~300℃。在低於100℃的溫度中，難以取得可耐實用的膜。又，以超過300℃的溫度成膜時，結晶化的程度會有進展，變成不是非晶狀態。在300℃成膜時，如果是t/T>0.0149w+0.0644的話，因可期待消光比提升不變，結果，如果是t/T>0.0149w+0.0644的話，關於具備由非晶狀態之氧化鈦薄膜所成之晶格2的光柵偏光元件全般，可期待消光比提升的效果。

針對避免透射率的降低來說明的話，於圖4(1)中，透射率例如降低10%以上的條件，是晶格寬為25nm以上且t/T比0.4程度小時。又，於圖10(1)中，透射率降低10%以上的條件，當然還是晶格寬為25nm以上且t/T比0.4程度小時。將該條件套入圖11的圖表時，可確認位於比t/T>0.0149w+0.0644的直線還下側。亦即，如果是t/T>0.0149w+0.0644的話，即使採用任一晶格寬之狀況中，也可不使透射率大幅降低，可期待消光比提升。

接著，作為比較例，針對採用結晶化之氧化鈦來作為晶格2的材質之狀況進行說明。圖12係作為一例，針對金紅石型結晶的氧化鈦之光學常數進行揭示的圖。該氧化鈦薄膜，係在以CVD成膜之後，以600℃程度進行熱處理來結晶化者。如圖12所示，金紅石型結晶的氧化鈦之狀況中，以280nm附近為境界，n與k逆轉，於比280nm附近還長的波長中則為n>k。

圖13係揭示作為晶格2的材質，採用此種金紅石型結晶的氧化鈦時，模擬相對於偏側比t/T，透射率及消光比成為何種狀態之結果的圖。在此模擬中，將使用波長設為254nm，以在該波長中所得之n=1.55，k=3.09為前提，同樣地藉由RCWA法來進行模擬。

如圖13所示，在金紅石型結晶的氧化鈦之狀況中，關於透射率，雖然可觀察到一部分提升，但是，消光比在任一偏側比t/T中都會急遽減少，可知完全無法獲得將偏側比t/T設為未滿1所致之消光比提升的效果。亦即，對於為了提升消光比來說，重點是氧化鈦的狀態為非晶狀。

金紅石型結晶的狀況如前述般，無法獲得消光比提升的效果的理由是因不是n>k的關係，或因不是非晶的關係，並不明確。也可推測雙方都是原因。不管如何，偏側比t/T的最佳化所致之消光比提升的效果，可在採用n>k，且非晶狀的晶格時實現。

再者，「非晶」、「結晶」等各用語的意義在物理上很明確，但是，在實際的光柵偏光元件，於晶格的構造中，有非晶構造與結晶構造混合存在之狀況。此時，只要在晶格一半以上的區域中成為非晶的話，就可稱為「非晶狀」。關於結晶性的評估，使用X線繞射法及拉塞福背向散射分析法(RBS)等，如果於此種分析中表示完全結晶狀態之尖峰的一半以下的尖峰的話，則可作為非晶狀。再者，於結晶狀態，也包含所謂微結晶。

接著，針對前述實施型態之光柵偏光元件的 製造方法進行說明。

圖14係針對實施形態之光柵偏光元件的製造方法，進行揭示的概略圖。在實施形態的製造方法中，首先，如圖14(1)所示，於透明基板1上作成中間薄膜3。中間薄膜3係為作成晶格用的薄膜時之基底的薄膜。中間薄膜3最後會被去除，關於材料並無特別限制。只要形狀穩定性佳，蝕刻時可迅速去除的話即可。例如，光阻等的有機材料、矽、碳等可選定作為中間薄膜3的材質。

接著，如圖14(2)所示，進行光微影來對中間薄膜3進行圖案化。亦即，進行光阻的整面塗布，與曝光、顯像、蝕刻，對中間薄膜進行圖案化。圖案化係以中間薄膜3成為往紙面垂直方向延伸的條紋狀之方式進行者。此時，中間薄膜3之條紋的寬度L1及間隔L2，係決定最後作成之晶格2的間隔t、T。

接著，如圖14(3)所示，以覆蓋被圖案化之中間薄膜3的整面之方式，作成晶格用薄膜4。晶格用薄膜4係由晶格的材料，亦即氧化鈦所成的薄膜。晶格用薄膜4係藉由熱CVD之一種的ALD(Atomic Layer Deposition)所作成。ALD係對配置於反應容器內的基板上，慢慢少量供給母材的氣相分子，針對每一原子層吸附、成膜的技術。母材的反應飽和之後，對氣相分子進行清洗，再次供給母材氣相分子。重複此步驟，作成所定厚度的薄膜。為了成膜溫度的減低及成膜速度的提升，也有施加電漿脈衝之狀況。

如此，作成晶格用薄膜4之後，進行晶格用薄膜4的非等向性蝕刻。非等向性蝕刻係透明基板1之厚度方向的蝕刻。藉由該蝕刻，如圖14(4)所示，成為於中間薄膜3的圖案的兩側壁，殘留晶格用薄膜4之狀態。之後，使用僅中間薄膜3的材料可蝕刻的蝕刻劑來進行蝕刻，去除全部中間薄膜3的圖案。藉此，成為由氧化鈦製的各線狀部21所成之晶格2形成於透明基板1上的狀態，獲得實施形態的光柵偏光元件。獲得的光柵偏光元件，係具有所定偏側比t/T，以成為該值之方式因應晶格寬W，決定中間薄膜3的圖案尺寸L1、L2。

接著，針對此種光柵偏光元件的使用例進行說明。圖15係揭示實施形態之光柵偏光元件的使用例者，搭載光柵偏光元件之光配向裝置的剖面概略圖。

圖15所示之裝置，係用以取得前述之液晶顯示器用的光配向膜者，利用對對象物(工件)10照射偏光光線，作為工件10的分子構造對齊一定方向的狀態。所以，工件10係光配向膜用的膜(膜材)，例如聚醯亞胺製的薄片。工件10是薄片狀時，採用捲對捲的搬送方式，在搬送的途中被照射偏光光線。被光配向膜的膜材覆蓋的液晶基板也有成為工件之狀況，此時，採用將液晶基板載置於平台搬送，或利用輸送機搬送的構造。

圖15所示裝置，係具備光源5、覆蓋光源5之背後的鏡片6、配置於光源5與工件6之間的光柵偏光元件7。光柵偏光元件7係前述之實施形態者。

大多狀況，光配向需要紫外線的照射，所以，於光源5使用如高壓水銀燈的紫外線燈。光源5係使用與工件10的搬送方向垂直之方向(在此為紙面垂直方向)較長者。

光柵偏光元件7係如前述般，以晶格2的長度為基準，選擇性透射p偏光光線。所以，以p偏光光線的偏光軸朝向進行光配向的方向之方式，光柵偏光元件7對於工件10配置成高精度的姿勢。

再者，光柵偏光元件係難以製造大型者，需要對較大區域照射偏光光線時，採用將複數光柵偏光元件並排於相同平面上。此時，並排複數光柵偏光元件之面，係與工件10的表面平行，以各光柵偏光元件之晶格的長度方向對於工件成為所定朝向之方式配置各光柵偏光元件。

依據上述之實施形態的光柵偏光元件，晶格2是以非晶狀的氧化鈦所形成，相對於晶格寬w，晶格2的偏側比t/T具有t/T>0.0149w+0.0644的關係，所以，可不使透射率大幅降低，來提升消光比。因此，可照射質更高的偏光光線。再者，晶格寬w係因製造上的偏差等其他理由，根據各線狀部21而成為不同者時，適用前述計算式時，則適用各線狀部21之寬度的平均值。

然後，搭載此種光柵偏光元件的光配向處理，係因為使用消光比高的光柵偏光元件，可進行高品質的光配向處理，可獲得高品質的光配向膜。因此，可對於高畫質的顯示器的製造有大幅貢獻。

再者，於實施形態的光柵偏光元件的構造 中，已說明成為t≠T的部分週期性存在，但是，距離t的部分與距離T的部分交互存在的構造(圖1所示構造)也是一例。週期性之晶格的偏側構造，係除此之外也有許多種。但是，線狀部21以寬廣的離開間隔T並排的部分連續並不理想。因為p偏光光線在該部分容易透射，消光比會降低。以t(狹小)、T(寬廣)來表示晶格間隔的圖案的話，作為理想的其他一例，可舉出ttTttTttT…及ttTtTttTtT…等。也包含此例，本案發明並不是排除包含成為t=T的部分。亦即，於所有部分中t≠T都不是必要要件。但是，根據取得消光比提升的效果的觀點來說，於晶格全區域中一半以上的區域中成為t≠T為佳。

又，本案發明的光柵偏光元件可適切使用的波長區域，係可視區域中的短波長側與紫外區域，但是，作為僅於紫外區域中專用者亦可。

1‧‧‧透明基板

2‧‧‧晶格

21‧‧‧線狀部

T‧‧‧距離

t‧‧‧距離

W‧‧‧晶格寬

Claims (3)

1. 一種光柵偏光元件，係由透明基板，與設置於該透明基板上之條紋狀晶格所成的光柵偏光元件，其特徵為：前述晶格，係以非晶狀的氧化鈦所形成；將構成該晶格的各線狀部之寬度的平均值設為w，將於各線狀部中與一方側之鄰接的線狀部的距離設為t，與另一方側之鄰接的線狀部的距離設為T時，該晶格係週期性具有實質上t<T的部分，並且於t<T的部分中，為t/T>0.0149w+0.0644的關係。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之光柵偏光元件，其中，前述晶格，係不具有從沿著前述透明基板的表面之方向，且與前述線狀部的長度方向垂直之方向觀看時，隔開寬廣的距離T，兩個前述線狀部並排的部分連續之處。
3. 一種光配向裝置，其特徵為：具備光源，與申請專利範圍第1項或第2項所記載之光柵偏光元件；該光柵偏光元件，係設置於配置有光配向用之膜材的照射區域與前述光源之間的位置，可將來自前述光源的光線，透過前述光柵偏光元件，照射至光配向的膜材。