栅偏振元件、紫外线偏振光照射方法及装置、光取向装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及作为偏振元件的一种的栅（grid)偏振元件。
【背景技术】
[0002] 获得偏振光的偏振兀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，其中之一有线栅偏振元件。
[0003]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。通过使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 的长度方向朝向希望的方向，从而能够得到偏振光的轴（电场成分的朝向）朝向希望的方 向的偏振光。
[0004]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表面）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。
[0005]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%。
[0006] 专利文献1 :特许第5184624号公报
[0007] 专利文献2 :特许第5224252号公报
[0008] 专利文献3 :特许第5277455号公报
[0009]线栅偏振元件如其名称那样，采用金属作为栅的材料，如上述那样通过使栅将s 波有选择地反射而得到偏振作用。根据发明者的研究可知，在线栅偏振元件中，金属的劣化 作为不可避免的问题而存在。
[0010] 线栅偏振元件的制造通过在透明基板上形成金属膜、用光刻得到微细的栅构造来 进行。此时，在制造中存在一些加热工序的情况较多，有金属的表面热氧化的情况。例如在 栅中采用铝的情况较多，但如果将形成铝制的栅而得到的偏振元件在高温状态下暴露在空 气中，则迅速地氧化，在表面上形成氧化铝层。
[0011] 如上述那样，在线栅偏振元件中，将形成栅的各线状部的间隔（间隙宽度）根据与 偏振的光的波长的关系而最优地设计。在该设计中，当然将栅的材料的物性、特别是光学常 数（复折射率的n和k)作为重要的参数进行考虑。即使设计为铝制的栅，如果在表面上形 成氧化层，则光学常数也与设计时不同，所以有不能得到希望的偏振性能的情况。虽然有使 用铜等的其他金属作为栅的材料的情况，但情形是同样的。也可以考虑使用如金那样不氧 化的金属，但是有微细加工困难、及产生成本上的问题的情况。
[0012] 这样的栅的劣化不仅是由于制造时的因素、还可能由于使用时的因素即使用环境 而发生。例如如果在高温多湿那样的容易氧化的环境中使用，则可能容易发生劣化。以使 用环境为原因的劣化的另一例，是偏振的光是紫外线的情况。
[0013] 如周知那样，通过紫外线的照射而生成活性氧（日语：酸素活性種）（例如原子状 氧），活性氧具有较高的氧化作用。特别是，通过300nm以下的紫外线生成的活性氧及臭氧 的氧化作用是较强的，可将铝那样的金属迅速地氧化。此外，在光取向那样的光工艺中，为 了使生产性变高，有需要以更高的照度照射偏振光的情况。在此情况下，也可能有由于高照 度的光照射金属被加热而热氧化的情况。
[0014] 例如在铝制的栅的情况下，通常通过使用铝制的靶极的溅镀制作栅用的薄膜，通 过蚀刻做成条纹状的栅形状。溅镀通过DC或高频进行，使靶极的被溅镀面上的投入功率密 度为1~lOW/cm 2左右，使环境气体压力为0. 01~0.1 Pa左右，使作为溅镀气体的氩的流 量为10~50SCCM左右，使基板温度为20~100°C左右。如果对这样制作的铝膜照射紫外 线（380nm以下），则可以确认铝氧化而反射率下降。
[0015] 这样的因光照射带来的金属的氧化的问题也被作为给以往的线栅偏振元件的偏 振机构本身带来影响的问题明确提出。即，线栅偏振元件如上述那样通过在栅中有选择地 使S波反射而产生偏振作用。但是，铝或铜等金属由于氧化而变得容易吸收紫外线，结果反 射率下降。因此，如果将通过由这些金属形成的栅构成的线栅偏振元件作为紫外线用来使 用，则在短期间中栅氧化而吸收率变高，不再能得到希望的偏振性能（消光比及透过率）。 此外，根据金属，也有最初紫外线的吸收率较高的金属，也有不能作为紫外线用来使用的材 料。通过发明者的研究判明了这样的问题。
[0016] 公开了线栅偏振元件的专利文献1~3采用铝、银、金或铜作为起到偏振作用的主 要的层即元件26(即线栅）的材料（例如在专利文献1中，段落0019)，也言及了紫外线的 偏振（例如在专利文献1中，段落0015)。但是，实际上，以紫外线照射为原因而栅氧化、紫 外线的反射率下降，或者最初起就为对于紫外线吸收较多而反射较少的状态。即，专利文献 1~3虽然言及了紫外线的偏振，但作为反射型的偏振元件实际上不发挥功能，或者仅能得 到不充分的偏振性能。
[0017] 本申请的发明者试图通过与这样的作为反射型的以往的线栅偏振元件根本不同 的技术思想来构建偏振元件，完成了非反射型即也可以称作吸收型的偏振元件。本发明的 偏振元件不是反射型，起到偏振作用的主要的部分不是单体金属制，所以以下称作栅偏振 元件。另外，所谓单体金属（日语：単体金属），是与其他金属以外的原子没有结合的金属 (非络合物金属（日语：非錯体金属））。
[0018] 吸收型的栅偏振元件将上述那样的金属化合物或电介体的光吸收反向利用，以吸 收作用为主要的原因而产生偏振作用。如后述那样，如果选择光吸收性的材料作为栅的材 料，使栅的高度某种程度变高而使纵横比变大，则能够有选择地将S波吸收而使其衰减并 使P波透过，能够得到充分的偏振作用。
[0019] 另外，在专利文献1~3中，在由铝那样的单体金属构成的元件26之上设有吸收 层34a及34b。按照专利文献1~3的说明，这些吸收层34a及34b是用来将被元件26 (线 栅）有选择地反射的s波吸收的（例如在专利文献1中，段落0021)。或许可以考虑目的是 以使由元件26反射的s波不给周围带来不良影响而吸收反射s波。
【发明内容】
[0020] 该申请的发明是考虑上述各点而做出的，所要解决的课题是提供一种在非反射型 (吸收型）的栅偏振元件中、制造较容易、在以紫外线为对象波长那样的容易发生氧化的条 件下使用的情况下也能够稳定地得到希望的偏振性能良好的栅偏振元件。
[0021] 为了解决上述课题，本申请的技术方