柵偏振元件、紫外線偏振光照射方法及裝置、光取向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及作為偏振元件的一種的柵（grid)偏振元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 獲得偏振光的偏振兀件以偏光太陽鏡那樣的熟悉的制品為代表，已知有偏光濾光 片或偏振膜等的光學(xué)元件，在液晶顯示器等的顯示設(shè)備中也被較多使用。在偏振元件中，根 據(jù)將偏振光取出的方式而分類為幾種，其中之一有線柵偏振元件。
[0003]線柵偏振元件是在透明基板上設(shè)有由金屬（導(dǎo)電體）構(gòu)成的微細(xì)的條紋狀的柵 (grid、格子）的構(gòu)造。通過使形成柵的多個線狀部的離開間隔設(shè)為偏振的光的波長以下， 從而作為偏振鏡發(fā)揮功能。對于直線偏振光中的、在柵的長度方向上具有電場成分的偏振 光而言等效于平坦的金屬，所以進(jìn)行反射，另一方面，對于在與長度方向垂直的方向上具有 電場成分的偏振光而言，由于等效于僅有透明基板，所以透過透明基板而射出。因此，從偏 振元件只射出與柵的長度方向垂直的方向的直線偏振光。通過控制偏振元件的姿態(tài)、使柵 的長度方向朝向希望的方向，從而能夠得到偏振光的軸（電場成分的朝向）朝向希望的方 向的偏振光。
[0004]以下，為了說明的方便，將在柵的長度方向上具有電場成分的直線偏振光稱作S 偏振光，將在與長度方向垂直的方向上具有電場成分的直線偏振光稱作P偏振光。通常，將 電場相對于入射面（與反射面垂直、包含入射光線和反射光線的表面）垂直的偏振光稱作 s波，將平行的偏振光稱作p波，但以柵的長度方向與入射面平行為前提而這樣區(qū)別。
[0005]表示這樣的偏振元件的性能的基本的指標(biāo)是消光比ER和透過率TR。消光比ER是 透過了偏振元件的偏振光的強度中、P偏振光的強度（Ip)相對于s偏振光的強度（Is)的比 (Ip/Is)。此外，透過率TR通常是射出p偏振光的能量相對于入射的s偏振光和p偏振光的 總能量的比（TR = Ip/(Is+Ip))。理想的偏振元件為，消光比ER =°°,透過率TR = 50%。
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :特許第5184624號公報
[0007] 專利文獻(xiàn)2 :特許第5224252號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)3 :特許第5277455號公報
[0009]線柵偏振元件如其名稱那樣，采用金屬作為柵的材料，如上述那樣通過使柵將s 波有選擇地反射而得到偏振作用。根據(jù)發(fā)明者的研究可知，在線柵偏振元件中，金屬的劣化 作為不可避免的問題而存在。
[0010] 線柵偏振元件的制造通過在透明基板上形成金屬膜、用光刻得到微細(xì)的柵構(gòu)造來 進(jìn)行。此時，在制造中存在一些加熱工序的情況較多，有金屬的表面熱氧化的情況。例如在 柵中采用鋁的情況較多，但如果將形成鋁制的柵而得到的偏振元件在高溫狀態(tài)下暴露在空 氣中，則迅速地氧化，在表面上形成氧化鋁層。
[0011] 如上述那樣，在線柵偏振元件中，將形成柵的各線狀部的間隔（間隙寬度）根據(jù)與 偏振的光的波長的關(guān)系而最優(yōu)地設(shè)計。在該設(shè)計中，當(dāng)然將柵的材料的物性、特別是光學(xué)常 數(shù)（復(fù)折射率的n和k)作為重要的參數(shù)進(jìn)行考慮。即使設(shè)計為鋁制的柵，如果在表面上形 成氧化層，則光學(xué)常數(shù)也與設(shè)計時不同，所以有不能得到希望的偏振性能的情況。雖然有使 用銅等的其他金屬作為柵的材料的情況，但情形是同樣的。也可以考慮使用如金那樣不氧 化的金屬，但是有微細(xì)加工困難、及產(chǎn)生成本上的問題的情況。
[0012] 這樣的柵的劣化不僅是由于制造時的因素、還可能由于使用時的因素即使用環(huán)境 而發(fā)生。例如如果在高溫多濕那樣的容易氧化的環(huán)境中使用，則可能容易發(fā)生劣化。以使 用環(huán)境為原因的劣化的另一例，是偏振的光是紫外線的情況。
[0013] 如周知那樣，通過紫外線的照射而生成活性氧（日語：酸素活性種）（例如原子狀 氧），活性氧具有較高的氧化作用。特別是，通過300nm以下的紫外線生成的活性氧及臭氧 的氧化作用是較強的，可將鋁那樣的金屬迅速地氧化。此外，在光取向那樣的光工藝中，為 了使生產(chǎn)性變高，有需要以更高的照度照射偏振光的情況。在此情況下，也可能有由于高照 度的光照射金屬被加熱而熱氧化的情況。
[0014] 例如在鋁制的柵的情況下，通常通過使用鋁制的靶極的濺鍍制作柵用的薄膜，通 過蝕刻做成條紋狀的柵形狀。濺鍍通過DC或高頻進(jìn)行，使靶極的被濺鍍面上的投入功率密 度為1~lOW/cm 2左右，使環(huán)境氣體壓力為0. 01~0.1 Pa左右，使作為濺鍍氣體的氬的流 量為10~50SCCM左右，使基板溫度為20~100°C左右。如果對這樣制作的鋁膜照射紫外 線（380nm以下），則可以確認(rèn)鋁氧化而反射率下降。
[0015] 這樣的因光照射帶來的金屬的氧化的問題也被作為給以往的線柵偏振元件的偏 振機構(gòu)本身帶來影響的問題明確提出。即，線柵偏振元件如上述那樣通過在柵中有選擇地 使S波反射而產(chǎn)生偏振作用。但是，鋁或銅等金屬由于氧化而變得容易吸收紫外線，結(jié)果反 射率下降。因此，如果將通過由這些金屬形成的柵構(gòu)成的線柵偏振元件作為紫外線用來使 用，則在短期間中柵氧化而吸收率變高，不再能得到希望的偏振性能（消光比及透過率）。 此外，根據(jù)金屬，也有最初紫外線的吸收率較高的金屬，也有不能作為紫外線用來使用的材 料。通過發(fā)明者的研究判明了這樣的問題。
[0016] 公開了線柵偏振元件的專利文獻(xiàn)1~3采用鋁、銀、金或銅作為起到偏振作用的主 要的層即元件26(即線柵）的材料（例如在專利文獻(xiàn)1中，段落0019)，也言及了紫外線的 偏振（例如在專利文獻(xiàn)1中，段落0015)。但是，實際上，以紫外線照射為原因而柵氧化、紫 外線的反射率下降，或者最初起就為對于紫外線吸收較多而反射較少的狀態(tài)。即，專利文獻(xiàn) 1~3雖然言及了紫外線的偏振，但作為反射型的偏振元件實際上不發(fā)揮功能，或者僅能得 到不充分的偏振性能。
[0017] 本申請的發(fā)明者試圖通過與這樣的作為反射型的以往的線柵偏振元件根本不同 的技術(shù)思想來構(gòu)建偏振元件，完成了非反射型即也可以稱作吸收型的偏振元件。本發(fā)明的 偏振元件不是反射型，起到偏振作用的主要的部分不是單體金屬制，所以以下稱作柵偏振 元件。另外，所謂單體金屬（日語：単體金屬），是與其他金屬以外的原子沒有結(jié)合的金屬 (非絡(luò)合物金屬（日語：非錯體金屬））。
[0018] 吸收型的柵偏振元件將上述那樣的金屬化合物或電介體的光吸收反向利用，以吸 收作用為主要的原因而產(chǎn)生偏振作用。如后述那樣，如果選擇光吸收性的材料作為柵的材 料，使柵的高度某種程度變高而使縱橫比變大，則能夠有選擇地將S波吸收而使其衰減并 使P波透過，能夠得到充分的偏振作用。
[0019] 另外，在專利文獻(xiàn)1~3中，在由鋁那樣的單體金屬構(gòu)成的元件26之上設(shè)有吸收 層34a及34b。按照專利文獻(xiàn)1~3的說明，這些吸收層34a及34b是用來將被元件26 (線 柵）有選擇地反射的s波吸收的（例如在專利文獻(xiàn)1中，段落0021)?；蛟S可以考慮目的是 以使由元件26反射的s波不給周圍帶來不良影響而吸收反射s波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 該申請的發(fā)明是考慮上述各點而做出的，所要解決的課題是提供一種在非反射型 (吸收型）的柵偏振元件中、制造較容易、在以紫外線為對象波長那樣的容易發(fā)生氧化的條 件下使用的情況下也能夠穩(wěn)定地得到希望的偏振性能良好的柵偏振元件。
[0021] 為了解決上述課題，本申請的技術(shù)方