偏振分離元件的製作方法

2023-04-24 03:58:36

偏振分離元件的製作方法
【專利摘要】本申請提供一種偏振光分離元件、其製備方法、光照射裝置、照射光的方法和製備有序光控取向膜的方法。所述偏振光分離元件相對於紫外線和熱具有優異的耐久性，以及低間距依賴性的偏振特性，使得其易於製備。此外，該偏振光分離元件即使在短波長區內也可以實現高偏振度和消光比。
【專利說明】偏振分離元件

【技術領域】
[0001] 本申請涉及偏振光分離元件、其製備方法、光照射裝置、照射光的方法和製備有序 光控取向膜的方法。

【背景技術】
[0002] 使液晶分子在某一方向取向的液晶取向膜應用於多種領域。作為液晶取向膜，使 用用作經光照射處理的表面並能夠使相鄰液晶分子取向的光控取向膜。常規上，光控取向 膜可以通過向光敏材料層照射光例如線性偏振光來使光敏材料有序取向而製備。
[0003] 為將線性偏振光照射至光控取向膜，可以使用多種偏振光分離元件。
[0004] 例如，作為偏振光分離元件，使用鋁的偏振光分離元件在韓國專利申請公布 No. 2002-0035587(參考文件1)中公開。
[0005] 另外，一般來講，用於使紫外區的光偏振的偏振光分離元件可以具有間距為120nm 以下的線性柵格圖案。


【發明內容】

[0006] 技術問題
[0007] 本申請涉及提供偏振光分離元件、製備偏振光分離元件的方法、光照射裝置、照射 光的方法、製備有序光控取向膜的方法。
[0008] 技術方案
[0009] 本申請的一方面提供偏振光分離元件，所述偏振光分離元件包括基板和形成於所 述基板上的凹凸結構，並產生波長範圍在紫外區的線性偏振光。本發明所用術語"紫外區" 指波長為250至350nm、270至330nm和290至310nm的光的區域。下文中，將參照附圖詳 細說明所述偏振光分離元件。
[0010] 圖1為示例性偏振光分離元件的示意性剖視圖，圖2為示例性偏振光分離元件的 頂表面的示意圖，圖3為從上方拍攝的示例性偏振光分離元件的圖像。如圖1和圖2所示， 偏振光分離元件可以包括基板1和形成於所述基板上的凹凸結構。
[0011] 本發明所用術語"凹凸結構"指其中具有多個凸出部2a和凹入部2b的條形圖案彼 此平行排列的結構（參見圖2)，本發明所用術語"間距P"指通過將凸出部2a的寬度W和 凹入部2b的寬度（參見圖2)結合而獲得的距離，本發明所用術語"高度"指凸出部的高度 H(參見圖1)。
[0012] 如圖1所示，示例性偏振光分離元件可以包括凹凸結構2,其可以具有凸出部2a和 凹入部2b。此處，凸出部2a可以包含吸光材料。例如，相對於具有在250至350nm的紫外 範圍內任何波長（例如300nm的波長）的光，吸光材料可以具有1至10,例如1.3至8、1.5 至9或2至7的折射率。由折射率小於1的吸光材料形成的偏振光分離元件可以具有優異 的消光比。本發明所用術語"消光比"指Tc/Tp，並且消光比越大，偏振片表現的偏振性能可 能越高。此處，Tc表示相對於偏振光分離元件，具有在垂直於凸出部2a的方向上偏振的波 長的光的透射率，Tp表不相對於偏振光分離兀件，在平行於凸出部2a的方向上偏振的光的 透射率。此外，吸光材料在250至310nm的光波長範圍內可以具有0. 5至10,例如1至5、 1. 5至7、2至6或5至10的消光比。當凸出部2a使用消光係數在上述範圍內的材料形成 時，偏振光分離元件的消光比提高，總透射率也表現優異。
[0013] 具體而言，當具有在250至310nm光波長範圍內1至10的折射率和0. 5至10的消 光係數的吸光材料包含在凸出部2a中時，凸出部2a的間距無限制，在紫外範圍內的光可能 發生偏振。即，由於凸出部2a包含吸光材料，並因此在250至350nm的光波長範圍內具有1 至10的折射率和〇. 5至10的消光係數，當紫外範圍內的光發生偏振時對間距P的依賴性可 能低於反光材料例如鋁。此外，由吸光材料形成以使紫外範圍內具有短波長的光發生偏振 的凸出部2a的間距可以為例如50至200nm、100至180nm、110至150nm、120至150nm、130 至150nm或140至150nm。當間距P大於200nm(為400nm光波長範圍的大約1/2)時，在紫 外範圍內可能不會發生偏振分離。由於凸出部2a具有在上述範圍內的折射率和消光係數， 紫外吸收能力優異，消光比即使在短波長下也非常優異，並因此使用吸光材料可以製備具 有優異紫外偏振度的偏振光分離元件。在一個實施例中，吸光材料的氧化溫度可以為400°C 以上，例如500°C以上、600°C以上、700°C以上或800°C以上。當凸出部2a由具有上述氧化 溫度的吸光材料形成時，由於吸光材料的高氧化溫度，可以獲得具有優異的熱穩定性和耐 久性的偏振光分離元件。因此，當背光源或光源產生熱時，紫外範圍內的光發生偏振，可以 防止紫外線產生的熱導致的氧化，並因此偏振光分離元件不變形並保持優異的偏振度。
[0014] 此外，吸光材料可以為相關領域中已知的具有上述範圍內的折射率和消光率的 各種材料中的任意一種，並且可以為但不限於矽、氧化鈦、氧化鋅、鋯、鎢、氧化鎢、砷化鎵、 鋪化鎵、砷化錯鎵、締化鎘、鉻、鑰、鎳、磷化鎵、砷化銦鎵（indium gallium arsenide)、磷 化銦、鋪化銦、締化鎘鋅（cadmium zinc telluride)、氧化錫、氧化銫、鈦酸銀（strontium titanium oxide)、碳化娃、銥、氧化銥或締化硒鋅（zinc selenium telluride)。
[0015] 在一個實施例中，介電材料可以存在於所述凹凸結構中的凹入部中。相對于波長 為250至350nm的光，介電材料可以具有1至3的折射率。只要具有在上述範圍內的折射 率，介電材料無特別限制，並且可以為例如氧化矽、氟化鎂、氮化矽或空氣。在一個實施例 中，當介電材料為空氣時，凹凸結構的凹入部可以是基本上空的空間。
[0016] 在一個實施例中，紫外偏振光分離元件可以具有0. 74至10的a和0. 5至10的b， 其由以下公式1計算。
[0017] [公式 1]
[0018] (a+bi)2 = n/X (1-ff/P)+n22 Xff/P
[0019] 在公式1中，i為虛數，表示介電材料相對於具有在紫外範圍內從250至350nm 的任意波長在（例如300nm的波長）的光的折射率，n2表不凸出部2a相對於具有在250至 350nm的紫外範圍內的波長（例如300nm的波長）的光的折射率，W表示凸出部2a的寬度， P表示凸出部2a的間距。
[0020] 當凹凸結構2的凸出部2a的間距P滿足公式1時，即使在120nm以上的間距範圍 內，也可以獲得在短波長範圍內例如在250至350nm的光波長範圍內具有0. 5以上、0. 6以 上、0. 7以上或0. 9以上的高偏振度的偏振光分離元件。考慮製備方法的經濟可行性，偏振 度數值的上限可以為但不特別限於0.98以下、0.95以下或0.93以下。即，當偏振度大於 0.98時，偏振光分離元件的凹凸結構的寬高比（凸出部的寬度/高度）必然提高。因此，難 以製備偏振光分離元件，並且製備方法可能變得複雜。本發明所用術語"偏振度"指相對於 待發射的光的偏振強度，並且如公式3所示計算。
[0021] [公式 3]
[0022] 偏振度 D = (Tc_Tp)/(Tc+Tp)
[0023] 此處，Tc表不相對於偏振光分離兀件，在垂直於凸出部2a的方向上偏振的具有 250至350nm波長的光的透射率，Tp表示相對於偏振光分離元件，在平行於凸出部2a的方 向上偏振的具有250至350nm波長的光的偏振光分離元件的透射率。此處，"平行"是指基 本上平行，"垂直"是指基本上垂直。
[0024] 此外，在一個實施例中，紫外偏振光分離元件可以具有1. 3至10的c，0. 013至0. 1 的d,其由公式2計算。
[0025] [公式 2]
[0026] (c+di)2 = n^Xn/Aa-W/P) Χη^+ΙΧη^/Ρ)
[0027] 在公式1中，i為虛數，表示在250至350nm的紫外範圍內的任意一波長，例如 相對于波長為300nm的光的折射率，n 2表示凸出部2a在250至350nm的紫外範圍內的任意 一波長，例如相對于波長為300nm的光的折射率，W表示凸出部2a的寬度，P表示凸出部2a 的間距。
[0028] 當凹凸結構的凸出部2a的間距P滿足公式2時，偏振光分離元件可以具有適當的 透射率以具有優異的偏振分離性能，但其可能具有較低的吸收率。鑑於這些原因，可以製備 偏振光分離元件以具有較小的凸出部2a的高度。
[0029] 凸出部2a的高度Η可以為但不特別限於例如20至300nm、50至200nm、100至 150nm、150至250nm或200至280nm。當凹凸結構2的高度Η大於300nm時，所吸收的光的 強度提高，光控取向所需的光的絕對強度可能降低。因此，當凹凸結構2的高度Η在上述範 圍內時，所吸收的光的強度可能不高，從而製備合適的偏振光分離元件，並且所述偏振光分 離元件可以保持優異的紫外透射率並表現優異的偏振分離性能。此外，在相同間距Ρ下由 於凹凸結構2的高度Η升高，寬高比可能升高，從而防止製備某種圖案的便利性降低。
[0030] 凸出部2a的寬度W可以為但不限於例如10至160nm，並且具體而言，當凸出部2a 的間距為50至150nm時，凸出部2a的寬度W可以為10至120nm、30至100nm或50至80nm。
[0031] 例如，凹凸結構2的填充因子可以為0. 2至0. 8,例如0. 3至0. 6、0. 4至0. 7、0. 5 或0. 75或0. 45。當凹凸結構的填充因子滿足上述範圍時，可以實現優異的偏振分離性能， 並且可以防止由於所吸收的光的低強度偏振光分離元件的偏振性能下降。本發明所用術語 凹凸結構的"填充因子"指凸出部的寬度W與凸出部的間距P之比（W/P)。
[0032] 此外，偏振光分離元件可以具有0. 74至10的a，0. 5至10的b，其由公式1計算， 以及1. 3至10的C和0. 013至0. 1的d，其由公式2計算。
[0033] [公式 1]
[0034] (a+bi)2 = n/X (1-ff/P)+n22 Xff/P
[0035] [公式 2]
[0036] (c+di)2 = n^Xn/Aa-W/P) Χη^+ΙΧη^/Ρ)
[0037] 在公式1和公式2中，i為虛數，ni表示介電材料相對於具有在250至350nm的紫 外範圍內的任意波長（例如300nm的波長）的光的折射率，n2凸出部2a相對於具有在250 至350nm的紫外範圍內的任意波長（例如300nm的波長）的光的折射率，W表示凸出部2a 的寬度，P表示凸出部2a的間距。在公式1和公式2中，當a、b、c和d滿足上述範圍時，偏 振光分離元件的偏振性能對間距P的依賴性降低。因此，即使當間距值為120nm以上的凹 凸結構形成於偏振光分離元件中時，即使在短波長範圍內，也可以實現高偏振度和消光比。
[0038] 在一個實施例中，偏振光分離元件包括的起支撐凹凸結構2作用的基板1可以由 諸如石英、紫外透明玻璃、聚乙烯醇（PVA)、聚碳酸酯或乙烯-乙酸乙烯酯（EVA)共聚物的材 料形成。基板1的紫外透射率可以為例如70%以上、80%以上或90%以上，並且當所述透 射率在上述範圍內時，偏振光分離元件的紫外透射率可能提高，從而製備具有高光控取向 速度的光控取向膜。
[0039] 偏振光分離元件可以具有2以上，例如5以上、10以上、50以上、100以上或500以 上的消光比。消光比的上限未特別限定，考慮製備方法和經濟方面可以為例如2000以下、 1500以下或1000以下。在一個實施例中，偏振光分離元件在250至350nm的光波長範圍 內（為短波長範圍）可以具有2至2000的消光比，例如5至1500、50至2000、500至1500 或100至2000的消光比。由於偏振光分離元件具有在上述範圍內的消光比，其在紫外範圍 以及可見範圍內可以具有優異的偏振性能。例如，當構成偏振光分離元件的圖案的高度提 高時，消光比可能提高至2000以上。然而，具有2000以上的消光比的偏振光分離元件不實 用，並且由於在相同間距下當高度提高時寬高比提高，就該方法而言，生產率顯著下降。
[0040] 本申請的另一方面提供上述紫外偏振光分離元件的製備方法，所述方法包括使用 吸光材料在基板上形成凸出部2a而形成凹凸結構，以及將介電材料引入由凸出部2a形成 的凹入部2b中。
[0041] 此外，在偏振光分離元件的製備方法中，可以通過在基板上沉積吸光材料而形成 凸出部2a。例如，吸光材料可以通過多種本領域已知的真空蒸發塗布的方法沉積在透明基 板上，例如濺射、化學氣相沉積（CVD)、低壓CVD (LPCVD)、等離子體增強CVD (PECVD)、大氣壓 CVD(APCVD)、物理氣相沉積（PVD)、熱蒸發沉積、感應熱蒸發、電子束蒸發沉積和原子層沉 積，但本申請並不限於此。
[0042] 在根據另一個實施方案的製備方法中，可以通過溶液法使用包含吸光納米粒子或 吸光材料前體的塗層溶液在基板上形成凸出部2a。溶液法指使用溶液塗覆的方法，並且在 一個示例性實施方案中，溶液法可以包括溶膠-凝膠法。
[0043] 在一個實施例中，凸出部2a可以如下形成：通過使用抗蝕劑圖案在沉積於基板上 的吸光層上形成抗蝕劑圖案。
[0044] 抗蝕劑圖案可以通過本領域已知的多種方法形成，例如，光刻法、納米壓印光刻 法、軟光刻法或幹涉光刻法。可以通過在吸光層上塗覆抗蝕材料，使用掩模以期望的圖案將 塗層曝光，並使曝光的圖案顯影而形成抗蝕劑圖案，但本申請並不限於此。
[0045] 還可以使用之前形成的抗蝕劑圖案作為掩模通過幹法或溼法蝕刻形成凸出部2a。
[0046] 在一個實施例中，溼法蝕刻可以指使用蝕刻溶液蝕刻吸光層的方法，例如，在使用 強鹼溶液例如氫氧化鉀（Κ0Η)或四甲基氫氧化銨（TMAH)，強酸溶液例如氫氟酸（HF)或氫氟 酸（HF)、硝酸（ΗΝ0 3)和檸檬酸（CH3C00H)的混合物的蝕刻溶液中使吸光層沉澱的方法。在 一個實施例中，可以向蝕刻溶液中添加例如異丙醇（IPA)或表面活性劑的添加劑。
[0047] 一般來講，就溼法蝕刻而言，由於進行在垂直方向和水平方向上具有相同速度的 蝕刻，例如各向同性蝕刻，溼法蝕刻不適於形成具有高寬高比的圖案。然而，由於偏振光分 離元件不具有獲得偏振度所需的高寬高比，可以使用溼法蝕刻形成凸出部2a。在此情況下， 溼法蝕刻具有比幹法蝕刻顯著地低的生產成本和快的加工速度。
[0048] 同時，在一個實施例中，根據晶體方向，吸光層可以選擇性地使用各向同性或各向 異性蝕刻。例如，當在100方向上結晶的吸光層上進行溼法蝕刻時，可以進行在每個方向上 具有相同蝕刻速度的各向同性蝕刻。然而，當在110方向上結晶的吸光層上使用諸如Κ0Η 的強鹼進行蝕刻時，在111方向上基本上不進行蝕刻，從而實現在一個方向上進行的各向 異性蝕刻。因此，利用上述特性，即使通過溼法蝕刻，也可以實現具有高寬高比的各向異性 蝕刻。
[0049] 在一個實施例中，幹法蝕刻為使用氣體蝕刻吸光層的方法，並且可以為但不限於 已知的幹法蝕刻方法，例如離子束蝕刻、RF濺射蝕刻、反應離子蝕刻或等離子蝕刻。
[0050] 此外，當通過幹法蝕刻方法對吸光層進行蝕刻時，可以形成吸光層以提高蝕刻的 便利性，並且在形成抗蝕劑圖案之前可以在抗蝕劑和吸光層之間進一步形成硬質掩模層。 硬質掩模層可以由在抗蝕劑上易於蝕刻而在吸光層上不被蝕刻的任何材料形成，而無特別 限制，例如Cr、Ni、SiN或Si0 2。此處，當進一步插入硬質掩模層時，與僅使用抗蝕劑作為蝕 刻掩模時相比，蝕刻速率明顯提高，使得可以易於形成具有高寬高比的圖案。
[0051] 當凸出部2a利用抗蝕劑圖案形成時，抗蝕劑圖案可以被去除，就幹法蝕刻而言， 硬質掩模層還可以在凸出部2a形成後去除。抗蝕劑圖案或硬質掩模層無特別限制，並且可 以在大約300至400°C下通過灼燒光致抗蝕劑的方法去除。
[0052] 本申請的另一方面提供包括偏振光分離元件的裝置，例如光照射裝置。示例性裝 置可以包括偏振光分離元件和目標物體安置於其上的設備。
[0053] 此處，偏振光分離元件可以為偏振片。例如，可以使用偏振片以從光源發射的光產 生線性偏振光。偏振片可以包括在裝置中，使得從光源發出的光入射在偏振片上然後照射 至掩模。另外，例如，當所述裝置包括集光片時，偏振片可存在於如下位置：其中從光源發出 的光集中到集光片然後入射在偏振片上。
[0054] 作為偏振片，可以使用任何能夠從光源發出的光中產生線性偏振光的偏振片而無 特別限制。以Brewster角設置的玻璃片或線柵偏振片可以為此類偏振片的例子。
[0055] 此外，所述裝置還可以包括目標物體安裝於其上的設備和偏振光分離元件之間的 光控取向掩模。
[0056] 此處，例如可以安裝掩模以具有距所述裝置上安裝的目標物體的表面大約50mm 以下的距離。所述距離可以為例如大於〇mm、〇. 001mm以上、0. 01mm以上、0. 1mm以上或1mm 以上。此外，所述距離可以為40mm以下、30mm以下、20mm以下或10mm以下。在目標物體表 面和掩模之間的距離可以根據上述上限和下限的多種組合而設計。
[0057] 此處，目標物體安裝其上的設備的種類未特別限定，可以包括設計以在光照期間 穩定保持目標物體的所有種類的設備。
[0058] 此外，所述裝置還可以包括能夠將光照射至掩模的光源。作為光源，取決於目的， 可以使用任何能夠在掩模方向上照射光的光源而無特別限制。例如，當光控取向膜的取向 或光致抗蝕劑的曝光通過導向掩模的開口的光進行時，使用能夠發射紫外線的光源作為光 源，並且可以為高壓汞紫外燈、金屬滷化物燈或鎵紫外燈。
[0059] 光源可以包括一個或多個光照射器件。當包括多個光照射器件時，光照射器件的 數目或排列方式未特別限定。當光源包括多個光照射器件時，光照射器件以至少兩列排列， 其中位於所述至少兩列中的任一列上的光照射器件可以與位於先前選定的列相鄰的另一 列的光照射器件交叉。
[0060] 句子"光照射器件可以彼此重疊"可以指連接位於所述列中任一列上的光照射器 件與位於先前選定的列相鄰的另一列上的光照射器件的中心的線在與垂直於各列的方向 不平行的方向（以預定角度傾斜的方向）上形成，光照射器件的照射區域在與各列垂直的 方向上在特定部分相互重疊。
[0061] 圖4為上述光照射器件的排列方式的圖。在圖4中，多個光照射器件10可以配置 為兩列，即列A與列B。在圖4的光照射器件中，當表示為101的光照射器件被設定為第一 光照射器件，表示為102的光照射器件被設定為第二光照射器件時，連接第一光照射器件 和第二光照射器件的中心的線P與在列A和列B的方向垂直的方向上形成的線C不平行。 此外，第一光照射器件的照射區域和第二光照射器件的照射區域可以在垂直於列A和列B 的方向上的範圍Q內相互重疊。
[0062] 根據上述排列方式，可以均勻保持從光源發出的光的強度。此處，一個光照射器件 與另一個光照射器件重疊的程度，例如圖4中Q的長度未特別限定。例如，重疊程度可以為 例如大約光照射器件直徑（例如圖4的L)的1/3至2/3。
[0063] 此外，所述裝置還可以包括至少一個集光片以控制由光源發出的光的強度。例如， 在所述裝置中可以包括集光片，使得在由光源發出的光入射在集光片上併集中之後，集中 的光照射至偏振光分離元件和掩模。本領域中常規使用的任何集光片均可以作為集光片使 用，只要其形成以集中從光源發出的光。可以使用柱狀透鏡層作為集光片。
[0064] 圖5為光照射裝置的一個實例的圖。圖5的裝置包括按順序設置的光源10、集光 片20、偏振片30、掩模40、目標物體50安裝於其上的設備。在圖5的裝置中，由光源10發 出的光首先入射到併集中在集光片20上，然後入射到偏振片30上。入射在偏振片30上的 光作為線性偏振光產生，再入射到掩模40上，由開口引導以照射至目標物體50的表面上。 [0065] 本申請的另一方面提供發射光的方法。一個示例性方法可以使用上述光照射裝置 實施。例如，所述方法可以包括將目標物體安裝至其將被安裝的設備上，以及使用偏振光分 離元件和掩模將光照射至目標物體上。
[0066] 在一個實施例中，目標物體可以為光控取向膜。在此情況下，照射光的方法可以為 製備有序光控取向膜的方法。例如，可以通過在光控取向膜用設備固定的狀態下，通過藉助 偏振光分離7Π 件和掩模照射線性偏振光，使光控取向膜中包含的光敏材料在預定的方向有 序化製備表現可取向性的光控取向膜。
[0067] 能夠應用於所述方法的光控取向膜的種類未特別限定。在相應的領域中，作為包 含光敏殘基的化合物，已知多種能夠用於形成光控取向膜的光控取向化合物，並且所有所 述已知的材料可以用於形成光控取向膜。可以使用以下化合物作為光控取向化合物，例如， 通過反式-順式光致異構化有序化的化合物；通過諸如斷鏈或光氧化的光裂解有序化的化 合物；通過諸如[2+2]環加成、[4+4]環加成或光二聚合作用的光交聯或光聚合有序化的化 合物；通過光弗裡斯重排有序化的化合物或通過開環/閉環有序化的化合物。例如，可以使 用諸如磺化重氮染料或偶氮聚合物或二苯乙烯化合物的偶氮化合物作為通過反式-順式 光致異構化有序化的化合物，可以使用環丁烷-1，2, 3, 4-四甲酸二酐、芳族聚矽烷或聚醚、 聚苯乙烯或聚醯亞胺作為通過光裂解有序化的化合物。此外，可以使用肉桂酸酯化合物、香 豆素化合物、肉桂醯胺化合物、四氫鄰苯二甲醯亞胺化合物、馬來醯亞胺化合物、二苯甲酮 化合物、二苯乙炔化合物、含有查耳酮殘基的化合物（下文稱為查耳酮化合物）、含有蒽基 殘基作為光敏殘基的化合物（下文稱為蒽基化合物）作為通過光交聯或光聚合有序化的化 合物。可以使用諸如苯甲酸酯化合物、苯並醯胺化合物或甲基丙烯醯胺基芳基甲基丙烯酸 酯（methacrylamidoaryl methacrylate)化合物的芳族化合物作為通過光弗裡斯重排有序 化的化合物，可以使用諸如螺吡喃化合物的[4+2] π電子體系作為通過開環/閉環有序化 的化合物，但本申請並不限於此。根據使用此類光控取向化合物的已知方法，可以形成光控 取向膜。例如，光控取向膜可以使用所述化合物在適當的支撐基底上形成，並且可以由目標 物體將安裝至其上的設備（例如輥）轉移，並應用於所述方法。
[0068] 在所述方法中，藉助偏振光分離元件和掩模將光照射至其上的光控取向膜可以為 通過第一取向處理的光控取向膜。第一取向可以，在使用掩模發射光之前，向光控取向膜 (例如，光控取向膜的整個表面）照射通過偏振光分離兀件在某一方向上線性偏振的紫外 線來進行。在光照射至用掩模通過第一取向處理的光控取向膜的同時，當照射與第一取向 在不同方向的偏振光時，光只照射至光控取向膜與開口對應的區域，並且光控取向化合物 可能重新有序化，從而製備其中光控取向化合物的有序方向圖案化的光控取向膜。
[0069] 當照射一次或多次線性偏振紫外線以使光控取向膜發生取向時，例如，取向層的 取向由最後照射的偏振光的方向決定。因此，當通過使用偏振光分離元件照射在某一方向 上線性偏振的紫外線來進行第一取向時，光控取向膜的預定部分曝光於與第一取向中使用 的光不同的方向的線性偏振光，僅在照射光的預定部分，取向層的方向可以改變至與第一 取向的方向不同的方向。因此，在光控取向膜中可以形成包括至少具有第一取向方向的第 一取向區和具有與第一取向方向不同的第二取向方向的第二取向區的圖案，或至少兩種具 有不同取向方向的取向區的圖案。
[0070] 在一個實施例中，在第一取向中照射的線性偏振紫外線的偏振軸可以垂直於在第 二取向中照射的線性偏振紫外線的偏振軸。本發明所使用術語"垂直"可以指基本上垂直。 通過控制第一取向和第二取向中照射的光的偏振軸（通過上述方法）而製備的光控取向膜 可以用於例如能夠實現三維圖像的濾光器。
[0071] 例如，濾光器可以通過在如上所述形成的光控取向膜上形成液晶層而製備。形成 液晶層的方法未特別限定，可以通過例如塗覆並使液晶化合物（可以通過在光控取向膜上 的光使之發生交聯或聚合）取向，並通過光照液晶化合物層使所述液晶化合物交聯或聚合 而形成。通過上述操作，液晶化合物層可以發生取向並根據光控取向膜的取向而固定，從而 製備包括至少兩種具有不同取向方向的區域的液晶膜。
[0072] 塗覆於光控取向膜的液晶化合物的種類未特別限定，可以根據濾光器的用途適當 選擇。例如，當濾光器為用於實現三維圖像的濾光器時，液晶化合物可以為根據下面取向層 的取向圖案而取向的液晶化合物，並且能夠形成通過光交聯或光聚合表現λ/4延遲特性 的液晶聚合物層。本發明所用術語" λ /4延遲特性"可以指能夠以入射光的1/4倍波長延 遲入射光的特性。當使用此類液晶化合物時，例如，可以製備能夠將入射光分成左旋圓偏振 光和右旋圓偏振光的濾光器。
[0073] 塗覆液晶化合物並通過取向使液晶化合物有序化（即根據下面取向層的取向圖 案）或使有序化的液晶化合物發生交聯或聚合的方法未特別限定。例如，取向可以通過使 液晶層保持在適當的溫度下來進行，其中所述化合物根據液晶化合物的種類表現液晶性。 此外，可以根據液晶層上液晶化合物的種類通過照射可誘導適當交聯或聚合的水平的光來 進行交聯或聚合。
[0074] 有益效果
[0075] 本申請的偏振光分離元件對紫外線和熱具有優異的耐久性和偏振特性的低間距 依賴性，使得其易於製備。此外，本申請的偏振光分離元件即使在短波長範圍內也可以實現 高偏振度和消光比。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0076] 圖1為示例性偏振光分離元件的剖面圖；
[0077] 圖2為示例性偏振光分離元件的示意性俯視圖；
[0078] 圖3為從上方拍攝的示例性偏振光分離元件的圖像；
[0079] 圖4為示例性光照射器件的排列的圖；
[0080] 圖5為示例性光照射裝置的圖；
[0081] 圖6為示出當偏振光分離元件的消光係數固定時，隨著紫外區折射率的提高，實 施例3的包括由矽形成的凹凸結構的偏振光分離元件的Tc值的圖；
[0082] 圖7為示出當偏振光分離元件的消光係數固定時，隨著紫外區折射率的提高，實 施例3的包括由矽形成的凹凸結構的偏振光分離元件的Tp值的圖；
[0083] 圖8為示出實施例3和對比實施例中製備的振光分離元件的Tc和Tp的圖。

【具體實施方式】
[0084] 儘管將參照下面的實施例和對比實施例更詳細說明本申請，但本申請的偏振光分 離元件的範圍並不僅限於以下實施例。
[0085] 偏振光分離元件的制各
[0086] 實施例1
[0087] 在60°C下通過在丙酮和異丙醇（IPA)中各自超聲清洗20分鐘，去除石英玻璃表面 的雜質。隨後，以丨A/sec的速率通過電子束蒸發，在石英玻璃上沉積厚度為50nm的GaAs薄 膜（相對於具有300nm波長的光的折射率：3. 69,消光係數：1. 97)。在沉積的GaAs薄膜上 旋轉塗覆Micro Resist生產的Mr-8010r至100nm的厚度，然後在95°C下烘烤1分鐘。之 後，使用間距為150nm的壓印母版進行壓印。在壓印中，壓機設定在160°C下，在40Bar下保 持3分鐘，冷卻2分鐘，在100°C下脫模。然後使用ICP RIE設備幹法蝕刻GaAs。之後，使 用作為有機溶劑的丙酮去除壓印的抗蝕劑，從而製備凸出部寬度（W)為75nm，間距（P)為 150nm的偏振光分離兀件。
[0088] 實施例2
[0089] 通過與實施例1中描述的相同方法製備凸出部寬度（W)為75nm，間距（P)為150nm 的InP偏振光分離元件，不同之處在於通過電子束蒸發將InP薄膜（相對於具有300nm波 長的光的折射率：3. 2,消光係數：1. 74)沉積在石英玻璃上至50nm的厚度。
[0090] 實施例3
[0091] 通過與實施例1中描述的相同方法製備凸出部寬度（W)為75nm，間距（P)為150nm 的娃偏振光分離兀件，不同之處在於通過電子束蒸發將娃薄膜（相對於具有300nm波長的 光的折射率：5,消光係數：4. 09)沉積在石英玻璃上至50nm的厚度。
[0092] 對比實施例
[0093] 在60°C下通過在丙酮和異丙醇（IPA)中各自超聲清洗20分鐘，去除石英玻璃表面 的雜質。隨後，以丨A/see的速率通過電子束蒸發，在石英玻璃上沉積厚度為2〇〇nm的鋁薄膜 (相對於具有300nm波長的光的折射率：0. 28,消光係數：3. 64)。在沉積的鋁薄膜上旋轉塗 覆Micro Resist生產的Mr-8010r至100nm的厚度，然後在95°C下烘烤1分鐘。之後，使用 間距為150nm的壓印母版進行壓印。在壓印中，壓機設定在160°C下，在40Bar下保持3分 鍾，冷卻2分鐘，在10(TC下脫模。然後，使用ICP RIE設備幹法蝕刻鋁。之後，使用作為有 機溶劑的丙酮去除用於壓印的抗蝕劑，從而製備凸出部寬度（W)為75nm，間距（P)為150nm 的錯偏振光分尚兀件。
[0094] 實驗實施例
[0095] 通過以下方法評價實施例1至3和對比實施例中製備的偏振光分離元件的物理性 能：
[0096] 測量方法1 :透射率的測量
[0097] 在通過將兩片未使用的偏振光分離元件插入透射率測量設備中而形成偏振光源 之後，將所製備的偏振光分離元件與偏振方向垂直放置，並測量Tp和Tc。此處，Tp表示平 行於凸出部的偏振的透射率，Tc表示垂直於凸出部的偏振的透射率。
[0098] 測量方法2 :折射率和消光係數的測量
[0099] 使用光譜式橢偏儀和振蕩建模，通過將波長為300nm的光照射至偏振光分離元 件，測量各個實施例和對比實施例中製備的偏振光分離元件的凸出部的折射率和消光系 數。
[0100] [表 1]
[0101]

【權利要求】
1. 一種紫外偏振光分離兀件，包括： 基板；和 凹凸結構，所述凹凸結構具有包含吸光材料的凸出部和包含介電材料的凹入部，所述 吸光材料相對于波長為300nm的光的折射率為1至10,消光係數為0. 5至10,所述凹凸結 構形成於所述基板上。
2. 根據權利要求1所述的紫外偏振光分離元件，其中，在以下公式1中，a為0.74至 10, b 為 0· 5 至 10 : [公式1] (a+bi)2 = n/X (1-ff/P)+n22Xff/P, 其中，i為虛數，表示所述介電材料相對于波長為300nm的光的折射率，n2表示所述 凸出部相對于波長為300nm的光的折射率，W表示所述凸出部的寬度，P表示所述凸出部的 間距。
3. 根據權利要求1所述的紫外偏振光分離元件，其中，在以下公式2中，c為1. 3至10， d 為 0· 013 至 0· 1 : [公式2] (c+di)2 = n/Xr^VUl-W/P) XnJ+WXnJ/P)， 其中，i為虛數，表示所述介電材料相對于波長為300nm的光的折射率，n2表示所述 凸出部相對于波長為300nm的光的折射率，W表示所述凸出部的寬度，P表示所述凸出部的 間距。
4. 根據權利要求1所述的紫外偏振光分離元件，其中，在以下公式1中，a為0.74至 10, b為0. 5至10,在以下公式2中，c為1. 3至10, d為0. 013至0. 1 : [公式1] (a+bi)2 = n/X (1-ff/P)+n22Xff/P, [公式2] (c+di)2 = n/Xr^VUl-W/P) XnJ+WXnJ/P)， 其中，i為虛數，h表示所述介電材料相對于波長為300nm的光的折射率，n2表示所述 凸出部相對于波長為300nm的光的折射率，W表示所述凸出部的寬度，P表示所述凸出部的 間距。
5. 根據權利要求2至4中任一項所述的紫外偏振光分離元件，其中，所述介電材料相對 于波長為250nm至350nm的光的折射率為1至3。
6. 根據權利要求2至4中任一項所述的紫外偏振光分離元件，其中，所述凸出部相對於 波長為250nm至350nm的光的折射率為1至10。
7. 根據權利要求2至4中任一項所述的元件，其中，所述凸出部相對于波長在紫外區的 光的消光係數為0.5至10。
8. 根據權利要求1所述的紫外偏振光分離元件，其中，所述吸光材料為選自矽、氧化 鈦、氧化鋅、氧化鋯、鎢、氧化鎢、砷化鎵、銻化鎵、砷化鋁鎵、碲化鎘、鉻、鑰、鎳、磷化鎵、砷化 銦鎵、磷化銦、鋪化銦、締化鎘鋅、氧化錫、氧化銫、鈦酸銀、碳化娃、銥、氧化銥或締化硒鋅中 的至少一種。
9. 根據權利要求1所述的紫外偏振光分離元件，由公式3計算的D為0. 67至0. 98 : [公式3] D = (Tc-Tp)/(Tc+Tp), 其中，Tc表不在垂直於所述凸出部的方向上偏振的波長為250nm至350nm的光相對於 所述偏振光分離元件的透射率，Tp表示在平行於所述凸出部的方向上偏振的波長為250nm 至350nm的光相對於所述偏振光分離元件的透射率。
10. 根據權利要求2至4中任一項所述的紫外偏振光分離元件，其中，所述凸出部的間 距為 50nm 至 200nm。
11. 根據權利要求10所述的紫外偏振光分離元件，其中，所述凸出部的寬度（W)與該凸 出部的間距（P)之比（W/P)為0. 2至0. 8。
12. 根據權利要求2至4中任一項所述的紫外偏振光分離元件，其中，所述凸出部的高 度為 20nm 至 300nm。
13. 根據權利要求1所述的紫外偏振光分離元件，其中，由公式4計算的R為2至2000 : [公式4] R = Tc/Tp, 其中，Tc表不在垂直於所述凸出部的方向上偏振的波長為250nm至350nm的光相對於 所述偏振光分離元件的透射率，Tp表示在平行於所述凸出部的方向上偏振的波長為250nm 至350nm的光相對於所述偏振光分離元件的透射率。
14. 一種製備權利要求1所述的紫外偏振光分離元件的方法，包括： 使用吸光材料在基板上形成凸出部；以及 通過將介電材料引入由凸出部形成的凹入部而形成凹凸結構。
15. -種光照射裝置，包括： 目標物體裝載至其上的設備；和 權利要求1所述的偏振光分離元件。
16. 根據權利要求15所述的裝置，還包括： 介於目標物體裝載至其上的設備和偏振光分離元件之間的光控取向掩模。
17. 根據權利要求16所述的裝置，還包括： 能夠向掩模照射線性偏振光的光源。
18. -種照射光的方法，包括： 將目標物體裝載至權利要求16所述的裝置的目標物體裝載至其上的設備上；以及 通過偏振光分離元件和掩模將光照射至目標物體上。
19. 一種形成排列的光控取向膜的方法，包括： 將目標物體裝載至權利要求16所述的裝置的目標物體裝載至其上的設備上；以及 通過偏振光分離元件和掩模將線性偏振光照射至光控取向膜上。
【文檔編號】G02B5/30GK104105987SQ201280069066
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2012年12月5日 優先權日:2011年12月5日
【發明者】金臺洙, 樸正岵, 辛富建, 金在鎮, 李鍾炳, 鄭鎮美 申請人:Lg化學株式會社