TWI664455B - 偏振元件及光配向裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之主要目的在於提供一種對如紫外線區域之短波長之光具有高消光比，並且即便於入射至偏振元件之光之入射角變大之情形時，亦能夠抑制偏振光之偏振軸之旋轉的偏振元件。

由兼具提高自偏振元件出射之偏振光之消光比之作用、及抑制自偏振元件出射之偏振光之偏振軸旋轉之作用的偏振材料層構成偏振元件之細線，藉此解決上述問題。

Description

偏振元件及光配向裝置

本發明係關於一種使來自光源之光偏振之偏振元件及光配向裝置。

液晶顯示裝置一般具有如下構造：將形成有驅動元件之對向基板與彩色濾光片對向配置並將周圍密封，且於其間隙填充有液晶材料。而且，液晶材料具有折射率異向性，可根據以沿施加至液晶材料之電壓之方向的方式整齊排列之狀態、與未施加電壓之狀態之差異，切換接通/斷開而顯示像素。此處，為了使液晶材料配向而於夾持液晶材料之基板設置有配向膜。又，配向膜亦被用作用於液晶顯示裝置之相位差膜、或3D顯示用相位差膜之材料。作為配向膜，例如已知有使用以聚醯亞胺為代表之高分子材料者，藉由實施利用布等摩擦該高分子材料之摩擦處理，而成為具有配向限制力者。然而，此種藉由摩擦處理而被賦予配向限制力之配向膜存在布等作為異物殘留等問題。

相對於此，若為藉由照射直線偏振光而表現配向限制力之配向膜、即光配向膜，則不實施如上所述之利用布等進行之摩擦處理便可賦予配向限制力，故而不存在布等作為異物殘留之不良情況，因此，近年來備受關注。作為用以對此種光配向膜賦予配向限制力之直線偏振之照射方法，一般使用經由偏振元件進行曝光之 方法。作為偏振元件，使用具有平行配置之數條細線者，作為構成細線之材料，使用鋁或氧化鈦(例如專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2009-265290號公報

然而，若為具備由如上所述之材料構成之細線之偏振元件，則存在如下等問題：於為如紫外線區域之短波長之光之情形時，消光比(P波透過率/S波透過率)、即垂直於上述細線之偏振成分(P波)之透過率(出射光中之P波成分/入射光中之P波成分，以下存在簡稱為P波透過率之情形)相對於平行於上述細線之偏振成分(S波)之透過率(出射光中之S波成分/入射光中之S波成分，以下存在簡稱為S波透過率之情形)的比率於特定之波段較低。

例如，使用鋁作為構成細線之材料者對於波長為300nm以下之紫外光、尤其是波長為240nm以上且260nm以下之紫外光，消光比等偏振特性不充分，又，使用氧化鈦作為構成細線之材料者對於波長為300nm以上之紫外光、尤其是波長為355nm以上且375nm以下之紫外光，消光比等偏振特性不充分。

針對上述問題，本發明者發現，藉由利用含有矽化鉬之材料構成偏振元件之細線，並將細線之膜厚、間距、線寬設為既定之範圍，即便對於波長為240nm以上且400nm以下之紫外光、尤其是波長為240nm以上且260nm以下之紫外光及波長為355nm 以上且375nm以下之紫外光，亦能夠兼具優異之消光比及較高之P波透過率。

另一方面，由於來自光源之光為發散光，故而來自光源之光以各種角度入射至偏振元件。尤其是於將長條之棒狀燈用作光源之情形時，入射至偏振元件之光亦包含入射角較大者。

然而，若入射至偏振元件之光之入射角變大，則會產生如下問題：自偏振元件出射之偏振光之方向自所希望之方向旋轉而偏移，即，伴隨著入射光之角度增大，偏振光之偏振軸之旋轉量變大。而且，若於偏振軸之方向存在偏差之狀態下對光配向膜賦予配向限制力，則有於光配向膜產生無法獲得所希望之配向特性之部分之虞。

本發明係鑒於上述實際情況而完成者，其主要目的在於提供一種對如紫外線區域之短波長之光具有高消光比，並且即便於入射至偏振元件之光之入射角變大之情形時，亦能夠抑制偏振光之偏振軸之旋轉的偏振元件。

本發明係一種偏振元件，其係於透明基板上並列配置數條細線而成者，其特徵在於：上述細線具有單層之偏振材料層，該偏振材料層兼具提高自上述偏振元件出射之偏振光之消光比的作用、及抑制自上述偏振元件出射之偏振光之偏振軸旋轉的作用，且構成上述偏振材料層之偏振材料於波長254nm之光時之折射率n及消光係數k滿足2.3≦n≦3.1且1.5≦k≦2.3之範圍。

又，本發明係一種偏振元件，其特徵在於：上述偏振材料層含有矽化鉬、或其氧化物、氮化物、氮氧化物中之任一者。

又，本發明係一種光配向裝置，其係使紫外光偏振並照射至光配向膜者，其特徵在於：具備上述偏振元件，且將藉由上述偏振元件而偏振後之光照射至上述光配向膜。

根據本發明，可提供一種對如紫外線區域之短波長之光具有高消光比，並且即便於入射至偏振元件之光之入射角變大之情形時，亦能夠抑制偏振光之偏振軸旋轉的偏振元件。

又，具備本發明之偏振元件之光配向裝置係即便產生入射至偏振元件之光之入射角變大之情形，亦能夠抑制偏振光之偏振軸旋轉，並且可高效率地對光配向膜賦予配向限制力，上述光配向膜對如紫外線區域之短波長之光具有感度。

1‧‧‧透明基板

2‧‧‧細線

3‧‧‧偏振材料層

3A‧‧‧偏振材料膜

4‧‧‧氧化膜

5‧‧‧台座部

6‧‧‧中間層

7‧‧‧硬質遮罩圖案

7A‧‧‧硬質遮罩層

8‧‧‧樹脂圖案

10、11、12、13、14‧‧‧偏振元件

10A‧‧‧積層基板

10a、10b、10c、10d‧‧‧偏振元件

20、30‧‧‧光配向裝置

21、31‧‧‧偏振元件單元

22、32‧‧‧紫外線燈

23、33‧‧‧反射鏡

24、34‧‧‧偏振光

25、35‧‧‧光配向膜

26、36‧‧‧工件

41、42‧‧‧交界部

P、P₁‧‧‧間距

T、T₁、T₂‧‧‧厚度

W、W₁、W₂‧‧‧寬度

圖1係表示本發明之偏振元件之一例之說明圖，(a)係概略俯視圖，(b)係(a)之A-A線剖面圖。

圖2(a)至(c)係表示本發明之偏振元件之另一例之說明圖。

圖3(a)至(e)係表示本發明之偏振元件之製造方法之一例的概略步驟圖。

圖4係表示本發明之光配向裝置之構成例之圖。

圖5係表示本發明之光配向裝置之另一構成例之圖。

圖6(a)至(d)係表示本發明之光配向裝置中之偏振元件之配置形態之例的圖。

圖7(a)及(b)係說明實施例1之模擬模型之圖。

圖8係說明用於模擬之偏振元件之構成之圖。

圖9係表示實施例1之模擬結果之曲線圖。

圖10係表示實施例2之模擬結果之曲線圖。

圖11係表示實施例3之模擬結果之曲線圖。

圖12係表示實施例4之模擬結果之曲線圖。

圖13係表示實施例5之模擬結果之曲線圖。

圖14係表示實施例6之消光比相對於紫外光之波長之關係的圖表。

圖15係表示實施例6之消光比相對於透過率之關係的圖表。

<偏振元件>

圖1係表示本發明之偏振元件之一例之說明圖，(a)係概略俯視圖，(b)係(a)之A-A線剖面圖。又，圖2係表示本發明之偏振元件之另一例之說明圖。

如圖1所例示般，偏振元件10具有於透明基板1上並列配置數條細線2而成之構成。而且，細線2具有單層之偏振材料層3，該偏振材料層3兼具提高自偏振元件10出射之偏振光之消光比之作用、及抑制自偏振元件10出射之偏振光之偏振軸旋轉之作用。

再者，於圖1所例示之偏振元件10中，表示了細線2僅由單層之偏振材料層3構成之形態，但於本發明中，亦可為例如圖2(a)所例示之偏振元件11般細線2於單層之偏振材料層3之上表面及側面具有氧化膜4之形態。藉由具有氧化膜4，能夠製成對長時間之紫外線照射之耐久性、或對酸性溶液之洗淨耐性優異之 偏振元件。

又，於本發明中，亦可為例如圖2(b)所例示之偏振元件12般細線2於偏振材料層3之底側具有透明基板1被刻蝕而形成之台座部5之形態。於藉由乾式蝕刻形成具有偏振材料層3之細線2時，存在因使用之蝕刻氣體等導致透明基板1亦被刻蝕之情形。因此，藉由如上所述般設為細線2具有台座部5之形態，可使乾式蝕刻步驟更容易。

又，於本發明中，亦可為例如圖2(c)所例示之偏振元件13般細線2於偏振材料層3上且氧化膜4下具有中間層6之形態。於藉由乾式蝕刻形成細線2時，存在於偏振材料層3上設置硬質遮罩(hard mask)層之情形。若為細線2具有該硬質遮罩層作為中間層6之形態，則可省略去除硬質遮罩層之步驟，從而可獲得縮短製造步驟或降低製造成本等效果。

以下，對本發明之偏振元件10之各構成進行說明。

(透明基板)

作為透明基板1，只要為能夠穩定地支持細線2且來自光源之光之透過性優異者，則並無特別限定，例如可使用經光學研磨之合成石英玻璃、螢石、氟化鈣等。於本發明中，尤其可較佳地使用合成石英玻璃。其原因在於：品質穩定，又，即便於使用短波長之光之情形時透過性亦較高。作為透明基板1之厚度，可根據本發明之偏振元件之用途或尺寸等適當選擇。

(偏振材料層)

如上所述，細線2具有單層之偏振材料層3，該偏振材料層3兼具提高自偏振元件10出射之偏振光之消光比之作用、及抑制自偏振元件10出射之偏振光之偏振軸旋轉之作用。

於本發明中，構成偏振材料層3之偏振材料於波長254nm之光時之折射率n及消光係數k較佳為滿足2.3≦n≦3.1且1.5≦k≦2.3之範圍。其原因在於：具有較高之消光比，並且即便於入射至偏振元件之光之入射角變大之情形時，亦能夠抑制偏振光之偏振軸旋轉。

再者，所謂消光比係指垂直於細線2之偏振成分(P波)之透過率(出射光中之P波成分/入射光中之P波成分，以下存在簡稱為P波透過率之情形)相對於平行於細線2之偏振成分(S波)之透過率(出射光中之S波成分/入射光中之S波成分，以下存在簡稱為S波透過率之情形)的比率(P波透過率/S波透過率)。作為消光比之測定方法，可使用偏振元件之領域中之一般之測定方法，例如，可藉由使用Woollam公司製造之VUV-VASE等能夠測定紫外光之偏振特性之透過型橢圓偏振計而進行測定。

作為滿足上述折射率n與消光係數k之範圍之材料，可列舉矽化鉬(MoSi)系材料、即含有矽化鉬(MoSi)或其氧化物(MoSiO)、氮化物(MoSiN)、氮氧化物(MoSiON)中之任一者之材料。其原因在於：若為上述材料，則可成膜為構成細線2之偏振材料層3，又，亦可藉由含有氧或氮等而將折射率n或消光係數k調整為所希望之範圍。又，其原因在於：上述材料於光罩之技術領域中被用作構成遮罩圖案之材料，亦可形成極微細之細線。

於本發明中，關於偏振材料層3之厚度(圖1(b)所示 之T)，只要為能夠獲得所希望之偏振特性者則並無特別限定，例如，較佳為60nm以上，特佳為140nm~180nm之範圍內。其原因在於：藉由為上述範圍，能夠抑制加工困難性，並且可製成抑制偏振軸之旋轉或消光比優異者。

又，於本發明中，關於偏振材料層3之間距(圖1(b)所示之P)，只要為能夠獲得所希望之偏振特性者則並無特別限定，例如，可設為60nm以上且140nm以下之範圍內，尤其較佳為80nm以上且120nm以下之範圍內，特佳為90nm以上且110nm以下之範圍內。其原因在於：藉由為上述間距，能夠製成對波長為240nm以上且400nm以下之紫外光之消光比及P波透過率優異者。

又，於本發明中，作為偏振材料層3之寬度(圖1(b)所示之W)，只要為能夠獲得所希望之偏振特性者則並無特別限定，較佳為設為25nm以上且40nm以下之範圍。其原因在於：藉由為上述範圍，能夠製成對波長為240nm以上且400nm以下之紫外光具有較高之P波透過率之前提下消光比優異之偏振元件，進而可容易地進行細線加工。再者，通常可藉由使上述寬度變窄而提高P波透過率。

<偏振元件之製造方法>

其次，對本發明之偏振元件之製造方法進行說明。

圖3係表示本發明之偏振元件之製造方法之一例的概略步驟圖。例如，為了製造圖1所例示之偏振元件10，首先，如圖3(a)所示般，準備積層基板10A，該積層基板10A係於透明基板1上依序積層用以形成偏振材料層3之偏振材料膜3A、及作為形成 偏振材料層3時之蝕刻遮罩而發揮作用之硬質遮罩層7A而成。

再者，偏振材料膜3A可使用與構成偏振材料層3之材料相同者，並藉由濺鍍法等方法而形成。又，硬質遮罩層7A可使用乾式蝕刻特性與構成上述偏振材料層3之材料不同之材料，並藉由濺鍍法等方法而形成。例如，於將矽化鉬系材料用作構成偏振材料層3之材料之情形時，可使用鉻系材料作為構成硬質遮罩層7A之材料。

其次，如圖3(b)所示般，藉由光微影法、壓印(imprint)法、或電子束繪圖法等方法，於硬質遮罩層7A上形成樹脂圖案8，繼而，對自該樹脂圖案8露出之硬質遮罩層7A進行乾式蝕刻加工，而形成硬質遮罩圖案7，其後，去除樹脂圖案8(圖3(c))。例如，於使用鉻系材料作為構成硬質遮罩層7A之材料之情形時，可藉由利用氯氣與氧氣之混合氣體進行之乾式蝕刻形成硬質遮罩圖案7。

其次，如圖3(d)所示般，將硬質遮罩圖案7用作蝕刻遮罩，對偏振材料膜3A進行乾式蝕刻加工而形成偏振材料層3，其後，去除硬質遮罩圖案7，而獲得偏振元件10(圖3(e))。例如，於將矽化鉬系材料用作構成偏振材料層3之材料之情形時，可藉由利用氟系氣體進行之乾式蝕刻形成偏振材料層3。

<用途>

作為上述偏振元件之用途，較佳為用於如紫外線區域之短波長之光之直線偏振產生用，尤其較佳為波長200nm~400nm之範圍內之光之直線偏振產生用。作為光配向膜之材料，已知有藉由波長260nm左右之光被配向者、藉由300nm左右之光被配向者、及藉 由365nm左右之光被配向者，且使用與材料對應之波長之光源燈。其原因在於：可於該等光配向膜之配向中使用上述包含矽化鉬系材料層之偏振元件。

<光配向裝置>

其次，對本發明之光配向裝置進行說明。本發明之光配向裝置係使紫外光偏振並照射至光配向膜之光配向裝置，且具備上述本發明之偏振元件，並將藉由該偏振元件而偏振後之光照射至光配向膜。

圖4係表示本發明之光配向裝置之構成例之圖。圖4所示之光配向裝置20具備收容有本發明之偏振元件之偏振元件單元21及紫外線燈22，藉由收容於偏振元件單元21之偏振元件使自紫外線燈22照射之紫外光偏振，並將該偏振後之光(偏振光24)照射至形成於工件26上之光配向膜25，藉此，對光配向膜25賦予配向限制力。

此處，於本發明中，既可以對於偏振元件10之透明基板1而言細線2側成為光配向裝置20之紫外線燈22側之方式，將偏振元件10配置於偏振元件單元21內，又，亦可以對於細線2而言透明基板1側成為紫外線燈22側之方式，將偏振元件10配置於偏振元件單元21內。

於光配向裝置20具備使形成有光配向膜25之工件26移動之機構，藉由使工件26移動，可對光配向膜25之整個面照射偏振光24。例如，於圖4所示之例中，工件26向圖中右方向(圖4中之箭頭方向)移動。

再者，於圖4所示之例中，將工件26表示為矩形狀之平板，但於本發明中，工件26之形態只要為能夠照射偏振光24者，則並無特別限定，例如，工件26亦可為薄膜狀之形態，又，亦可為如能夠捲取般之帶狀(網狀)之形態。

於本發明中，紫外線燈22較佳為能夠照射波長為240nm以上且400nm以下之紫外光者，又，光配向膜25較佳為對波長為240nm以上且400nm以下之紫外光具有感度者。其原因在於：光配向裝置20由於具備對上述波長範圍之紫外光之消光比優異、且具有較高之P波透過率之本發明之偏振元件，故而能夠高效率地向對上述波長範圍之紫外光具有感度之光配向膜賦予配向限制力，從而能夠提高生產性。

又，為了將來自紫外線燈22之光高效率地照射至偏振元件，光配向裝置20較佳為於紫外線燈22之背面側(與偏振元件單元21為相反側)或側面側具有反射紫外光之反射鏡23。

又，為了對大面積之光配向膜25高效率地賦予配向限制力，較佳為如圖4所示般，以將棒狀燈用作紫外線燈22，照射成為於相對於工件26之移動方向(圖4中之箭頭方向)正交之方向上較長之照射區域的偏振光24之方式，構成光配向裝置20。

於該情形時，偏振元件單元21亦成為適於對大面積之光配向膜25照射偏振光24之形態，但要製造大面積之偏振元件存在困難性，因此，於偏振元件單元21內配置數個偏振元件於技術上、經濟上均較佳。

再者，藉由將棒狀燈用作紫外線燈22，即便產生入射至偏振元件之光之入射角變大之情形，本發明之偏振元件亦能夠 抑制偏振光之偏振軸旋轉，因此，能夠高效率地對光配向膜賦予配向限制力。

又，本發明之光配向裝置亦可為具備數個紫外線燈之構成。圖5係表示本發明之光配向裝置之另一構成例之圖。如圖5所示，光配向裝置30具備2個紫外線燈32，且於各紫外線燈32與工件36之間，分別配置有收容有本發明之偏振元件10之偏振元件單元31。又，於各紫外線燈32分別配置有反射鏡33。

如此，藉由具備數個紫外線燈32，相較於具備1個紫外線燈32之情形，能夠使照射至形成於工件36上之光配向膜35之偏振光34之照射量增加。因此，相較於具備1個紫外線燈32之情形，能夠使工件36之移動速度變大，其結果，能夠提高生產性。

再者，於圖5所示之例中，表示了於工件36之移動方向(圖5中之箭頭方向)上並列配置有2個紫外線燈32之構成，但本發明並不限定於此，例如，亦可為於與工件36之移動方向正交之方向上配置有數個紫外線燈之構成，進而亦可為於工件36之移動方向及與其正交之方向之兩方向上配置有數個紫外線燈之構成。再者，所謂與工件之移動方向正交之方向係指於俯視工件之被照射紫外光之面時與工件之移動方向正交之方向。

又，於圖5所示之例中，表示了針對1個紫外線燈32配設有1個偏振元件單元31之構成，但本發明並不限定於此，例如，亦可為針對數個紫外線燈配設有1個偏振元件單元之構成。於該情形時，只要1個偏振元件單元具有能夠包含數個紫外線燈之照射區域之大小即可。

圖6係表示本發明之光配向裝置中之偏振元件之配 置形態之例的圖。再者，圖6(a)~(d)所示之偏振元件之配置形態均表示將平板狀之偏振元件10與光配向膜之膜面對向且平面地排列之形態。

例如，於圖4所示之光配向裝置20中，於沿相對於工件26之移動方向正交之方向照射帶狀之偏振光24之情形時，於偏振元件單元21內，如圖6(a)所示般，於相對於工件26之移動方向(箭頭方向)正交之方向上配置數個偏振元件10之情況較為有效率。其原因在於：能夠將偏振元件10之數量抑制得較少。

另一方面，於偏振元件10之面積較小之情形、或光配向裝置具備數個紫外線燈之情形時，較佳為如圖6(b)所示般，除了於相對於工件之移動方向(箭頭方向)正交之方向上配置數個偏振元件10以外，亦於沿移動方向(箭頭方向)之方向上配置數個偏振元件10。其原因在於：能夠將來自紫外線燈之光無浪費地照射至光配向膜，從而能夠提高生產性。

此處，於本發明中，較佳為如圖6(c)及圖6(d)所示般，以配置數個之偏振元件沿工件之移動方向(箭頭方向)不呈一行對齊之方式，使相鄰之偏振元件之位置沿與工件之移動方向正交之方向(圖中之上下方向)位移而配置。換言之，於本發明中，較佳為以於與光配向膜之移動方向正交之方向上相鄰之數個偏振元件間之交界部於光配向膜之移動方向上不連續地連接之方式，配置有數個偏振元件。其原因在於：於偏振元件間之交界部，通常不產生偏振光，因此，抑制該交界部對光配向膜造成之弊端。

此處，圖6(c)所示之配置形態係如下之配置形態：所配置之數個偏振元件均具有相同之形狀、相同之尺寸，且於左右方 向上相鄰之偏振元件之上下方向之位置以偏振元件之上下方向之大小之1/2之大小的步長沿上下方向位移。又，圖6(d)所示之配置形態係如下之配置形態：所配置之數個偏振元件均具有相同之形狀、相同之尺寸，且於左右方向上相鄰之偏振元件之上下方向之位置以較偏振元件之上下方向之大小之1/2小之步長沿上下方向位移。

對上述內容更詳細地進行說明。於圖6(c)所示之配置形態中，於上下方向上鄰接配置之偏振元件10a與偏振元件10b之交界部41被沿左右方向配置之偏振元件10c及偏振元件10d阻止沿左右方向延伸。即，於圖6(c)所示之配置形態中，阻止於上下方向上鄰接配置之偏振元件間之交界部於左右方向連續地連接。因此，於採用圖6(c)所示之配置形態對光配向膜照射偏振光之情形時，能夠抑制因上述偏振元件間之交界部引起之弊端連續地波及至光配向膜。

同樣地，於圖6(d)所示之配置形態中，於上下方向上鄰接配置之偏振元件間之交界部於左右方向連續地連接之情況亦被阻止。因此，於採用圖6(d)所示之配置形態對光配向膜照射偏振光之情形時，能夠抑制因上述偏振元件間之交界部引起之弊端連續地波及至光配向膜。

再者，於圖6(c)所示之配置形態中，由於以偏振元件之上下方向之大小之1/2之大小的步長沿上下方向位移，故而對於左右方向(工件之移動方向)，每2個偏振元件則交界部41之上下方向之位置對齊。另一方面，於圖6(d)所示之配置形態中，由於以較偏振元件之上下方向之大小之1/2小之步長沿上下方向位移，故而 交界部42之上下方向之位置變得更難以對齊。因此，於圖6(d)所示之配置形態中，能夠進一步抑制因上述偏振元件間之交界部引起之弊端連續地波及至光配向膜。

再者，於圖6(a)~圖6(d)所示之例中，各個偏振元件係以其側面相互相接之方式配置，但本發明並不限定於該形態，亦可為相鄰之偏振元件間之交界部具有間隙之形態。

又，亦可設為藉由將相鄰之偏振元件之端部相互重疊，而於偏振元件間之交界部不產生間隙之形態。

以上，針對本發明之偏振元件及光配向裝置，對各自之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質上相同之構成且發揮相同之作用效果者於任何情形時均包含於本發明之技術範圍內。

[實施例]

以下表示實施例，進一步具體地對本發明進行說明。

[實施例1]

如圖7所示，針對波長254nm之光自形成有細線2之側以方位角45度、入射角60度入射至偏振元件14之情形，製作基於「繞射光學元件之數值分析及其應用」(丸善出版，小館香椎子主編)所記載之RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis，嚴格耦合波分析)之模擬模型，並算出構成偏振材料層3之偏振材料之折射率n及消光係數k與自偏振元件14出射之偏振光之偏振軸之旋轉量的關係。

再者，於該實施例1之模擬模型中，如圖8所示，偏 振元件14之細線2係設為如下構成：於單層之偏振材料層3之上表面及側面具有氧化膜4，且於偏振材料層3之底側具有透明基板1被刻蝕而形成之台座部5。此處，偏振材料層3之厚度T₁設為150nm，台座部5之厚度(透明基板1之刻蝕量)T₂設為12nm，細線2之寬度W₁設為35.5nm，細線2之間距P₁設為100nm，氧化膜4之寬度W₂設為9nm。又，氧化膜4對波長254nm之光之折射率設為1.541566，消光係數設為0.004877，透明基板1(台座部5亦相同)對波長254nm之光之折射率設為1.5054，消光係數設為0。

將結果示於表1及圖9。再者，於表1及圖9中，偏振軸之旋轉量表示以入射光之入射角為0度之情形時之偏振軸之方向作為基準，自該方向之旋轉量(旋轉角度)。

如表1及圖9所示，。經確認藉由適當地選擇構成偏振材料層3之材料之折射率n及消光係數k之範圍，即便於入射至偏振元件之光之入射角變大之情形時，亦能夠抑制偏振光之偏振軸之旋轉。

[實施例2]

其次，針對波長254nm之光自形成有細線2之側以方位角0度、入射角0度入射至圖8所示之偏振元件14之情形，製作基於「繞射光學元件之數值分析及其應用」(丸善出版，小館香椎子主編)所記載之RCWA(Regorous Coupled Wave Analysis)之模擬模型，並算出構成偏振材料層3之材料於波長254nm之光時之折射率n及消光係數k與消光比之關係。此處，圖8所示之偏振元件14之偏振材料層3之厚度T₁、台座部5之厚度T₂、細線2之寬度W₁、細線2之間距P₁、氧化膜4之寬度W₂、以及氧化膜4對波長254nm之光之折射率及消光係數、透明基板1(台座部5亦相同)對波長254nm之光之折射率及消光係數之各值係設為與實施例1相同。將結果示於表2及圖10。

如表2及圖10所示，經確認藉由適當地選擇構成偏振材料層3之材料之折射率n及消光係數k之範圍，能夠提高消光比。

[實施例1及2之評價]

根據上述實施例1及實施例2之結果，可確認，藉由將構成偏振材料層3之材料之折射率n及消光係數k設為滿足特定之範圍者，而於具有偏振材料層3之偏振元件14中，對如紫外線區域之短波長之光具有高消光比，並且即便於入射至偏振元件之光之入射角變大之情形時，亦能夠抑制偏振光之偏振軸旋轉。

例如，於具有厚度T₁為150nm之偏振材料層3之偏振元件14中，若折射率n及消光係數k為滿足2.3≦n≦3.1且1.5≦k≦2.3之範圍者，則即便於波長254nm之光以方位角45度、入射角60度之較大之角度入射至偏振元件14之情形時，亦能夠將自偏振元件14出射之偏振光之偏振軸之旋轉量抑制於±3度以內，且能夠將消光比設為50以上。

而且，作為滿足上述折射率n與消光係數k之範圍之材料，可列舉矽化鉬(MoSi)系材料、即含有矽化鉬(MoSi)或其氧化物(MoSiO)、氮化物(MoSiN)、氮氧化物(MoSiON)中之任一者之材料。

[實施例3]

其次，除了將圖8所示之偏振材料層3之厚度T₁設為170nm，將細線2之寬度W₁設為34.5nm以外，以與實施例1相同之方式， 針對波長254nm之光自形成有細線2之側以方位角45度、入射角60度入射至偏振元件14之情形，製作基於RCWA(Regorous Coupled Wave Analysis)之模擬模型，並算出構成偏振材料層3之偏振材料之折射率n及消光係數k與自偏振元件14出射之偏振光之偏振軸之旋轉量的關係。將結果示於表3及圖11。

再者，伴隨著偏振材料層3之厚度之變更亦變更細線2之寬度之理由在於：若使細線2之寬度相同而使偏振材料層3之厚度變厚，則自偏振元件14出射之偏振光之透過率會下降，因此，避免該情況。即，於該實施例3與上述實施例1中，自偏振元件14出射之偏振光之透過率成為接近之值。

[實施例4]

其次，除了將圖8所示之偏振材料層3之厚度T₁設為170nm，將細線2之寬度W₁設為34.5nm以外，以與實施例2相同之方式，針對波長254nm之光自形成有細線2之側以方位角0度、入射角0度入射至偏振元件14之情形，製作基於RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)之模擬模型，並算出構成偏振材料層3之材料於波長254nm之光時之折射率n及消光係數k與消光比之關係。將結果示於表4及圖12。

[實施例3及4之評價]

根據上述實施例3及實施例4之結果，可確認，藉由將構成偏振材料層3之材料之折射率n及消光係數k設為滿足特定之範圍者，而於具有厚度T₁為170nm之偏振材料層3之偏振元件14中，亦對如紫外線區域之短波長之光具有高消光比，並且即便於入射至偏振元件之光之入射角變大之情形時，亦能夠抑制偏振光之偏振軸旋轉。

例如，若折射率n及消光係數k為滿足2.3≦n≦3.1且1.5≦k≦2.3之範圍者，則於具有厚度T₁為170nm之偏振材料層3之偏振元件14中，即便於波長254nm之光以方位角45度、入射角60度之較大之角度入射至偏振元件14之情形時，亦能夠將自偏振元件14出射之偏振光之偏振軸之旋轉量抑制於±3度以內，且能夠將消光比設為50以上。

進而，根據實施例3及實施例4之結果，經確認於具有厚度T₁為170nm之偏振材料層3之偏振元件14中，亦可將折射率n及消光係數k之範圍設為更廣之範圍。例如，於具有厚度T₁為170nm之偏振材料層3之偏振元件14中，若折射率n及消光係數k為滿足2.3≦n≦3.5且1.3≦k≦2.3之範圍者，則即便於波長254nm之光以方位角45度、入射角60度之較大之角度入射至偏振元件14之情形時，亦能夠將自偏振元件14出射之偏振光之偏振軸之旋轉量抑制於±3度以內，且能夠將消光比設為50以上。

再者，作為上述滿足2.3≦n≦3.5且1.3≦k≦2.3之範圍之材料，亦可列舉矽化鉬(MoSi)系材料、即含有矽化鉬(MoSi)或 其氧化物(MoSiO)、氮化物(MoSiN)、氮氧化物(MoSiON)中之任一者之材料。

[實施例5]

其次，針對波長254nm之光自形成有細線2之側以方位角45度、入射角0度~60度入射至偏振元件14之情形，製作基於「繞射光學元件之數值分析及其應用」(丸善出版，小館香椎子主編)所記載之RCWA(Regorous Coupled Wave Analysis)之模擬模型，並算出入射光之入射角與偏振軸之旋轉量之關係。

再者，於該實施例5之模擬模型中，構成偏振材料層3之偏振材料於波長254nm之光時之折射率n係設為2.7，消光係數k係設為1.93，針對在實施例1中使用之偏振材料層3之厚度T₁為150nm之偏振元件14、及在實施例3中使用之偏振材料層3之厚度T₁為170nm之偏振元件14之兩者，算出入射光之入射角與偏振軸之旋轉量之關係。將結果示於表5及圖13。

如表5及圖13所示，經確認上述條件之偏振元件14對於入射角0度~60度之入射光，能夠將偏振光之偏振軸之旋轉量抑制於±1度以內。

[實施例6] (偏振元件之製造)

準備膜厚6.35mm之合成石英玻璃作為透明基板，使用鉬與矽之混合靶，於氬氣、氮氣之混合氣體環境中，藉由反應性濺鍍法，形成膜厚170nm之經氮化之矽化鉬膜作為矽化鉬系材料膜。進而，於矽化鉬膜上，藉由濺鍍法以15nm形成氮氧化鉻膜作為硬質遮罩。繼而，於硬質遮罩上，形成具有間距為100nm之線與間隙圖案之圖案狀抗蝕劑。其後，使用氯氣與氧氣之混合氣體作為蝕刻氣體對鉻系材料之硬質遮罩進行乾式蝕刻，繼而，使用SF₆對矽化鉬系材料膜進行乾式蝕刻，其後，將硬質遮罩剝離，藉此，獲得偏振元件。藉由Vistec公司製造之SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)測定裝置LWM9000及VEECO公司製造之AFM(Atomic Force Microscope，原子力顯微鏡)裝置DIMENSION-X3D測定所獲得之偏振元件之細線之寬度、厚度、及間距，結果分別為28nm、170nm及100nm。

(細線之構造評價)

針對實施例6之偏振元件之細線，藉由透過型橢圓偏振計(Woollam公司製造之VUV-VASE)測定矽化鉬系材料層之折射率及消光係數，結果為波長254nm時之折射率n為2.43，波長254nm時之消光係數k為1.80。又，使用透過型橢圓偏振計(Woollam公司製造之VUV-VASE)測定氧化矽膜之折射率及消光係數，結果為波長254nm時之折射率n為1.54，波長254nm時之消光係數k為0.00。又，使用透過型橢圓偏振計(Woollam公司製造之VUV-VASE) 測定合成石英之折射率及消光係數，結果為波長254nm時之折射率n為1.50，波長254nm時之消光係數k為0.00。

(P波透過率及S波透過率之測定及消光比之算出)

針對實施例6之偏振元件，藉由透過型橢圓偏振計(Woollam公司製造之VUV-VASE)於面內9列×9行之81點測定波長254nm、313nm、365nm之紫外光之P波透過率(出射光中之P波成分/入射光中之P波成分)及S波透過率(出射光中之S波成分/入射光中之S波成分)，算出對於偏振元件之P波透過率之消光比(P波透過率/S波透過率)。將結果示於圖14及圖15。再者，圖14係表示81點的消光比相對於所照射之紫外光之波長(nm)(橫軸)之平均值(縱軸)的圖表，圖15係表示各波長之紫外光時之相對於81點之偏振元件之P波透過率之平均值(橫軸)的81點之消光比之平均值(縱軸)的圖表。再者，於面內81點之各個部位之測定係藉由對直徑5mm之圓形區域內進行測定而進行。又，面內81點之測定部位係在10mm×120mm之範圍內，以於各測定部位之測定區域彼此不重合之方式配置。如圖14及圖15所示，可確認，於各波長下，能夠獲得可用作偏振元件之消光比。可確認，尤其是於照射之紫外光為254nm之短波長之情形時，能夠獲得平均P波透過率為65.6%且平均消光比為285之良好之結果。進而，可確認，即便於紫外光之波長為313nm及365nm之情形時，各自之平均消光比為235及76，亦可將消光比設為50以上。如此，可確認，藉由折射率n及消光係數k為滿足2.3≦n≦3.1且1.5≦k≦2.3之範圍者，不僅於紫外光之波長為254nm之情形時，即便於紫外光之波長為313nm及365nm 之情形時，亦可將消光比設為50以上。又，可確認，若針對紫外光之波長為254nm之情形，與對具有厚度T₁為170nm之偏振材料層3之偏振元件14進行模擬之實施例4進行比較，則可獲得大致相同之消光比。

(對於入射角度之偏振軸之旋轉量之測定)

針對實施例6之偏振元件，藉由透過型橢圓偏振計(Woollam公司製造之VUV-VASE)，測定對於波長254nm之紫外光時之方位角45度、入射角(0度、30度、60度)的自偏振元件出射之偏振光之偏振軸之旋轉量。測定係於面內之中心點進行測定。將其結果示於下述表6。

如表6所示，可確認，即便於以方位角45度、入射角60度之較大之角度入射至偏振元件之情形時，亦能夠將自偏振元件出射之偏振光之偏振軸之旋轉量抑制於±3度以內。根據本實施形態，關於254nm附近之紫外線區域之波長之光，能夠兼顧消光比及旋轉軸之旋轉量之抑制。由於旋轉軸之旋轉量較少，故而即便於將入射角易增大之棒狀之長條燈用作光源之情形時，亦能夠獲得良好之偏振性能。

Claims (3)

1. 一種偏振元件，其係在透明基板上並列配置複數條細線者，其特徵在於：上述細線具有單層之偏振材料層，該偏振材料層兼具如下作用：提高自上述偏振元件出射之偏振光之消光比；及抑制自上述偏振元件出射之偏振光之偏振軸旋轉；且構成上述偏振材料層之偏振材料於波長254nm之光時的折射率n及消光係數k滿足2.3≦n≦3.1且1.5≦k≦2.3之範圍，上述偏振材料層之厚度係60nm以上。
2. 如請求項1之偏振元件，其中，上述偏振材料層含有矽化鉬、或其氧化物、氮化物、氮氧化物中之任一者。
3. 一種光配向裝置，其係使紫外光偏振並照射至光配向膜者，其特徵在於：具備請求項1或2之偏振元件，且將藉由上述偏振元件而偏振後之光照射至上述光配向膜。