(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線に対して透明な透明基板と、透明基板上に設けられた縞状のグリッドとより成り、グリッドが紫外線である対象波長の光を吸収する材料で形成された多数の線状部から成る紫外線用吸収型グリッド偏光素子であって、
グリッドを構成する各線状部は、第一の対象波長の光を吸収する第一の材料で形成された偏光作用が得られる層である第一の層と、第二の対象波長の光を吸収する第二の材料で形成された偏光作用が得られる層である第二の層と、第一の層と第二の層との間に設けられた第三の層とを備えており、
第一の材料は誘電体又は半導体であって紫外線照射による光触媒作用を有する材料であり、
第二の材料は誘電体又は半導体であって被酸化性材料であり、
第三の層は、第一の層において第一の材料の光触媒作用により酸化性活性種が生成された際に当該酸化性活性種により第二の層が酸化するのを防止するバリア層であることを特徴とする紫外線用吸収型グリッド偏光素子。
【請求項２】
前記第一の材料は酸化チタンであり、前記第二の材料はシリコンであることを特徴とする請求項１記載の紫外線用吸収型グリッド偏光素子。
【請求項３】
前記第三の層は、酸化シリコンで形成されていることを特徴とする請求項２記載の紫外線用吸収型グリッド偏光素子。
【請求項４】
前記第三の層の厚さは、２ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の紫外線用吸収型グリッド偏光素子。
【請求項５】
前記第三の層の厚さは、前記第一の層及び前記第二の層よりも薄く３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の紫外線用吸収型グリッド偏光素子。
【請求項６】
前記第一の層、前記第二の層及び前記第三の層は、光の伝搬方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の紫外線用吸収型グリッド偏光素子。
【請求項７】
光源と、請求項１乃至６いずれかに記載の紫外線用吸収型グリッド偏光素子とを備えており、グリッド偏光素子は、光配向用の膜材が配置される照射領域と光源との間に配置されていることを特徴とする光配向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、グリッド偏光素子を用いた偏光技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光光を得る偏光素子は、偏光サングラスのような身近な製品の他、偏光フィルターや偏光フィルム等の光学素子としても各種のものが知られており、液晶ディスプレイ等のディスプレイデバイスでも多用されている。偏光素子には、偏光光を取り出す方式から幾つかのものに分類されるが、その一つにワイヤーグリッド偏光素子がある。
【０００３】
ワイヤーグリッド偏光素子は、透明基板上に金属（導電体）より成る微細な縞状のグリッドを設けた構造のものである。グリッドを構成する各線状部の間隔を偏光させる光の波長よりも狭くすることで偏光子として機能する。直線偏光光のうち、各線状部の長さ方向に電界成分を持つ偏光光にとってはフラットな金属と等価なので反射する一方、長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ偏光光にとっては透明基板のみがあるのと等価なので、透明基板を透過して出射する。このため、偏光子からは格子の長さ方向に垂直な方向の直線偏光光が専ら出射する。偏光素子の姿勢を制御し、グリッドの各線状部の長さ方向が所望の方向に向くようにすることで、偏光光の軸（電界成分の向き）が所望の方向に向いた偏光光が得られることになる。
【０００４】
以下、説明の都合上、格子の長さ方向に電界成分を持つ直線偏光光をｓ偏光光と呼び、長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ直線偏光光をｐ偏光光と呼ぶ。通常、入射面（反射面に垂直で入射光線と反射光線を含む面）に対して電界が垂直なものをｓ波、平行なものをｐ波と呼ぶが、グリッドの各線状部の長さ方向が入射面に対し垂直であることを前提とし、このように区別する。
【０００５】
このような偏光素子の性能を示す基本的な指標は、消光比ＥＲと透過率ＴＲである。消光比ＥＲは、偏光素子を透過した偏光光の強度のうち、ｓ偏光光の強度（Ｉｓ）に対するｐ偏光光の強度（Ｉｐ）の比である（Ｉｐ／Ｉｓ）。また、透過率ＴＲは、入射するｓ偏光光とｐ偏光光の全エネルギーＩｉｎに対する出射ｐ偏光光のエネルギーの比である（ＴＲ＝Ｉｐ／Ｉｉｎ）。理想的な偏光素子は、消光比ＥＲ＝∞、透過率ＴＲ＝５０％ということになる。
尚、この出願の発明の偏光素子は、グリッドが金属（ワイヤー）には限らないので、以下の説明では、単にグリッド偏光素子と呼ぶ場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、上記のようなグリッド偏光素子は、光処理の分野でも用いられるようになってきている。この一例として、分子の配列を制御するための膜（配向膜）を偏光光照射により得る光配向の技術が挙げられる。光配向は、高性能の液晶ディスプレイの製造において多く採用されるようになってきた技術である。この技術は、液晶分子を基板に対して一定方向に配列したり、プレチルト角が一定になるように配列したりする配向膜を光処理により得る技術である。液晶基板上に配向膜を作成し、その上に液晶分子層を設けることで液晶分子の配列を制御する。以前は、ラビングと呼ばれる機械的な処理により配向膜を得ていたが、配向精度の向上等のため、配向膜用の材料が光に感応することを利用する光配向がしばしば採用されるようになってきている。
【０００８】
光配向では、配向膜材料が感応する光の波長は紫外域である場合が多く、紫外域の光について十分な性能の偏光素子が必要になる。グリッド偏光素子は、比較的広い領域内に比較的均一に偏光光を照射することが可能となるので、この点では光配向のような光処理に適している。しかしながら、グリッド偏光素子として一般的なワイヤーグリッド偏光素子は、紫外域の光の偏光用には向いていない。
【０００９】
ワイヤーグリッド偏光素子は、反射型のグリッド偏光素子といえるものであり、金属製グリッドにおいてｓ偏光光を選択的に反射させ、ｐ偏光光のみを選択的に透過させるものである。紫外域の光については、アルミのような金属といえども吸収が生じて反射率が低下する。即ち、金属中の自由電子のプラズマ振動数に光の振動数が近づいてくるため、紫外域の光については、金属といえども反射率が低下してしまう。従って、アルミ製グリッドのような反射型のグリッド偏光素子は、可視域では優れた偏光性能を発揮できても、紫外域の光については十分な偏光性能が得られない。
【００１０】
その一方で、周知のように、紫外域の光は可視域や赤外域の光に比べてエネルギーが高いので、対象物の性質や形状について何らかの変化を生じさせて処理する光処理の分野ではしばしば使用される。従って、紫外域において十分な偏光性能を発揮する偏光素子が得られるようになれば、その意義は極めて大きい。
この出願の発明者らは、上記の点を考慮し、従来の反射型のグリッド偏光素子とは異なるモデルで動作する、吸収型ともいうべきグリッド偏光素子を想到するに至った。吸収型のグリッド偏光素子では、グリッドの材料として誘電体のような光吸収材料を使用し、ｓ偏光光とｐ偏光光との間の光吸収の相違を利用して偏光作用を生じさせる。
【００１１】
発明者らは、吸収型のグリッド偏光素子の実用的な構造や構成材料を研究する過程で、予期し得なかった経時的な偏光性能の低下の問題が生じることを見出した。そして、この問題は、ある種のグリッド材料では、光触媒に相当する反応が生じ、これが原因で偏光性能の低下が生じ得ることを突き止めた。
この出願の発明は、上記発明者らが行った研究、知見に基づくものであり、紫外域の光についての十分な偏光性能を発揮し得る吸収型のグリッド偏光素子において、グリッド材料自体が持つ光触媒作用による偏光性能の低下の問題を防止することをその解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、紫外線に対して透明な透明基板と、透明基板上に設けられた縞状のグリッドとより成り、グリッドが紫外線である対象波長の光を吸収する材料で形成された多数の線状部から成る紫外線用吸収型グリッド偏光素子であって、
グリッドを構成する各線状部は、第一の対象波長の光を吸収する第一の材料で形成された偏光作用が得られる層である第一の層と、第二の対象波長の光を吸収する第二の材料で形成された偏光作用が得られる層である第二の層と、第一の層と第二の層との間に設けられた第三の層とを備えており、
第一の材料は誘電体又は半導体であって紫外線照射による光触媒作用を有する材料であり、
第二の材料は誘電体又は半導体であって被酸化性材料であり、
第三の層は、第一の層において第一の材料の光触媒作用により酸化性活性種が生成された際に当該酸化性活性種により第二の層が酸化するのを防止するバリア層であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記第一の材料は酸化チタンであり、前記第二の材料はシリコンであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記第三の層は、酸化シリコンで形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記第三の層の厚さは、２ｎｍ以上であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項４の構成において、前記第三の層の厚さは、前記第一の層及び前記第二の層よりも薄く３０ｎｍ以下であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記第一の層、前記第二の層及び前記第三の層は、光の伝搬方向に沿って積層されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、光源と、請求項１乃至６いずれかに記載の紫外線用吸収型グリッド偏光素子とを備えており、グリッド偏光素子は、光配向用の膜材が配置される照射領域と光源との間に配置されているという構成を有する。
【発明の効果】
【００１３】
以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、吸収型のグリッド偏光素子であるので、紫外域の光を偏光させる際に好適に使用できる。また、第一の材料の層と第二の材料の層とで各線状部が形成されているので、ブロードな波長領域において偏光作用が得られることになり、汎用性が高い。さらに、第一の層において生成された酸化性活性種により第二の層が酸化するのを防止するバリア層が設けられているので、初期の急激な酸化が第二の層において生じず、期待された偏光性能が損なわれることがなく得られる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、第一の材料は酸化チタンであり、第二の材料はシリコンであるので、３６５ｎｍのようなＵＶＡ又はＵＶＢ領域の光に加えて２５４ｎｍのようなＵＶＣ領域の光について偏光光を得ようとした場合に好適なグリッド偏光素子となる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、第三の層の材料が酸化シリコンであるので、初期の酸化を先取りして発生させたのと等価な状態となる。このため、酸化性活性種による第二の層の酸化が生じにくく、バリア層としてより好適なものとなる。
また、請求項４記載の発明によれば、酸化シリコンより成る第三の層の厚さが２ｎｍ以上であるので、生じ得る初期の急激な酸化以上の厚さでバリア層が形成されていることになる。このため、第二の層の目減りがより確実に防止できる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、第一、第二、第三の層が光の伝搬方向に沿って積層されているので、この点でより高い偏光性能を得ることができる。
また、請求項７記載の発明によれば、上記各効果を得ながら膜材に対して光配向処理を行うことができ、グリッド偏光素子の汎用性が高いことから、設備投資のコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るグリッド偏光素子の斜視概略図である。
【図２】吸収型のグリッド偏光素子の動作モデルについて模式的に示した斜視概略図である。
【図３】ｘ方向磁界成分Ｈｘの波打ちを確認したシミュレーション実験の結果を示す図である。
【図４】ｘ方向磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）により新たに電界Ｅｙが発生する様子を模式的に示した正面断面概略図である。
【図５】グリッドの各線状部が異なる二つの光吸収性材料で形成されることの意義について模式的に示した図である。
【図６】酸化チタンとシリコンとの組み合わせにより偏光性能がブロード化される点を確認したシミュレーション実験の結果を示す図である。
【図７】二つの吸収型グリッド材料の組み合わせにより一方のグリッド材料に劣化が生じることを確認した実験について示した図である。
【図８】図７に示す偏光性能の劣化についてのシミュレーション実験の結果を示す図である。
【図９】第一の層の材料による光触媒作用について模式的に示した図である。
【図１０】酸素分子の光吸収スペクトルを示した図である。
【図１１】中長期的なスパンでの消光比低下の原因について調べた実験の結果を示す図である。
【図１２】実施形態のグリッド偏光素子の製造方法について示した概略図である。
【図１３】他の実施形態のグリッド偏光素子の正面断面概略図である。
【図１４】実施形態のグリッド偏光素子の使用例を示したものであって、グリッド偏光素子を搭載した光配向装置の断面概略図である。
【図１５】他の材料の組み合わせの一例として、酸化チタンと窒化チタンとの組み合わせによるブロード化について示した図である。
【図１６】さらに他の材料の組み合わせの一例として、窒化チタンとシリコンとの組み合わせによるブロード化について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
図１は、実施形態に係るグリッド偏光素子の斜視概略図である。図１に示すグリッド偏光素子は、透明基板１と、透明基板１上に設けられたグリッド２とから主に構成されている。
【００１６】
透明基板１は、対象波長（偏光素子を使用して偏光させる光の波長）に対して十分な透過性を有するという意味で「透明」ということである。この実施形態では、紫外線を使用波長として想定しているので、透明基板１の材質としては石英ガラス（例えば合成石英）が採用されている。
【００１７】
グリッド２は、図１に示すように、平行に延びる多数の線状部３より成る縞状のものである。グリッド偏光素子は、光学定数が異なる領域が交互に且つ平行に配置されることで偏光作用を為すものである。各線状部３の間の空間４はギャップと呼ばれ、各線状部３と各ギャップ４とで偏光作用が得られる。各線状部３の幅Ｗとギャップ４の幅ｔとは、対象波長の光について偏光作用が得られるよう適宜定められる。
【００１８】
この実施形態のグリッド偏光素子は、吸収型のモデルで動作するものとなっている。より具体的には、グリッドを構成する各線状部３は、第一の対象波長の光を吸収する第一の材料で形成された第一の層３１と、第二の対象波長の光を吸収する第二の材料で形成された第二の層３２とを備えている。即ち、実施形態のグリッド変更素子は、異なる二つの波長について偏光作用を為すものとなっている。
【００１９】
まず、吸収型のグリッド偏光素子について、図２を使用して説明する。図２は、吸収型のグリッド偏光素子の動作モデルについて模式的に示した斜視概略図である。前述したように、グリッド偏光素子は、ｐ偏光光を透過させる一方、ｓ偏光光を透過させないようにした偏光素子である。従って、主として検討すべきは、ｓ偏光光の挙動である。尚、以下の説明では、理解を容易にするため、グリッド２の各線状部３はある単一の材料で形成された単一の層であるとする。
【００２０】
図２において、便宜上、光は紙面上の上から下に伝搬するものとし、この方向をｚ方向とする。また、グリッド２の各線状部３の延びる方向をｙ方向とし、従ってｓ偏光光（図２にＬｓで示す）は、電界成分Ｅｙを持つ。このｓ偏光光の磁界成分（不図示）はｘ方向となる（Ｈｘ）。
このようなｓ偏光光がグリッド偏光素子のグリッド２にさしかかると、ｓ偏光光の電界Ｅｙは、各線状部３の誘電率によって弱められる。一方、ギャップ４の媒質は、空気である場合が多いが、一般的に各線状部３より誘電率が小さいので、ギャップ４では電界Ｅｙはグリッド２内ほどは弱められない。
【００２１】
この結果、ｘ−ｙ平面内において電界Ｅｙの回転成分が生じる。そして、ファラデーの電磁誘導に対応する以下のマクスウェル方程式（式１）により、このｘ−ｙ平面での回転の強さに応じて、ｚ方向において二つの互いに逆向きの磁界Ｈｚが誘起される。
【数１】
0005900571.tif 000002
即ち、グリッド２間の中央の電界Ｅｙの最も高いところを境に、一方の側ではＨｚは光の伝搬方向前方に向き、他方の側ではＨｚは後方を向く。ここで、図２では省略されているが、ｘ方向の磁界ＨｘはＥｙと同位相で、ｘ軸負の側を向いて存在している。このｘ方向磁界成分Ｈｘは、生成されたｚ方向成分Ｈｚに引っ張られ、波打つように変形する。
【００２２】
図３は、このｘ方向磁界成分Ｈｘの波打ちを確認したシミュレーション実験の結果を示す図である。図３は、グリッド２の各線状部３の材質を酸化チタンとし波長３６５ｎｍでの光学定数（ｎ＝４．０３、ｋ＝３．０４）でシミュレーションを行ったものである。図３では、各線状部３の幅は１５ｎｍ、各線状部３の間隔は９０ｎｍで一定、各線状部３の高さは１７０ｎｍとした。シミュレーションはＦＤＴＤ（Finite-Difference Time-Domain）法に基づいており、使用したソフトウェアは、Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ社（米国マサチューセッツ州）のＭＡＴＬＡＢ（同社の登録商標）を用いた。
【００２３】
図３中、上側の濃い黒色の部分は電界Ｅｚのマイナス成分、中程の淡い灰色の部分は電界Ｅｚのプラス成分を示している。磁界は、ベクトル（矢印）で示されている。
図３に示すように、グリッド２にさしかかる前のｓ偏光光にはＨｚ成分が無いためＨｘ成分のみとなるが、グリッド２にさしかかる前述のＨｚ成分の生成により、磁界がｘ−ｚ面内で波打つことが確認できる。図３に示すように、磁界の波打ちは、時計回りの磁界の回転ともいえる状況である。
【００２４】
このような磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）が生じると、アンペール・マクスウェルの法則に対応するマクスウェル方程式（式２）により、さらに図２のｙ方向に電界が発生する。
【数２】
0005900571.tif 000003
この様子を図４において模式的に示す。図４は、ｘ方向磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）により新たに電界Ｅｙが発生する様子を模式的に示した正面断面概略図である。
【００２５】
図４に示すように、ｘ−ｚ面内での磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）により、各線状部３内では図２の紙面手前側に向いた電界Ｅｙが発生し、各ギャップ４では紙面奥側に向いた電界Ｅｙが発生する。この場合、入射したｓ偏光光の元の電界Ｅｙは紙面手前側に向いているから、ギャップ４の電界は、上記磁界の回転により打ち消され、波動を分断するように作用する。結果として、電界Ｅｙがグリッド２の各線状部３内に局在し、各線状部３の材料に応じた吸収によりｓ偏光光のエネルギーがグリッド２内を伝播しながら減衰する。
【００２６】
一方、ｐ偏光光については、電界成分はｘ方向に向いているが（Ｅｘ）、ｙ方向で見たとき、誘電率の分布は一様であるため、前述したような電界の回転成分は実質的に生じない。従って、ｓ偏光光のような電界のグリッド２での局在化、波動の分断は、ｐ偏光光に実質的に生じない。このため、透明基板１からは専らｐ偏光光が出射し、偏光作用が得られる。実施形態の吸収型グリッド偏光素子は、空間の誘電率分布の違いからこのようにｓ偏光光とｐ偏光光とで異なった伝搬をすることを前提にしている。尚、アモルファスシリコンのような半導体製の線状部３から成るグリッド２でも、同様にｓ偏光光とｐ偏光光とは異なった伝搬をし、偏光作用が得られることが確認されている。
【００２７】
このような吸収型のモデルで動作する実施形態のグリッド偏光素子は、前述したように各線状部３において第一第二の二つの層３１，３２が設けられている。この点は、偏光可能な波長を多波長化させたり広帯域化させたりする意義を有する。この点について、図５を使用して説明する。図５は、グリッド２の各線状部３が異なる二つの光吸収性材料で形成されることの意義について模式的に示した図である。
【００２８】
前述したように、吸収型の動作モデルでは、ｓ偏光光の電界がグリッドにおいて局在化し、各線状部３に吸収されて減衰していくことを利用している。従って、各線状部３は、対象波長の光を吸収する材料で形成される。
紫外域の光の物質における吸収は、前述した金属の場合のモデル（自由電子のプラズマ振動数が光の振動数に近づくために生じる）の他、一般的には電子遷移特にバンド間遷移によって生じる。いずれにしても、紫外域における吸収特性即ち分光吸収率は、材料に応じて異なる。吸収率はある波長でピークとなる場合が多いが、二つの材料がピークとなる吸収率を有する場合、ピーク波長は材料によって異なる。グリッド偏光阻止の材料としてこのように分光吸収特性の異なる二つの材料を選定した場合、分光吸収特性が平均化される形となり、平均化された分光吸収特性に応じた偏光性能が得られることになる。
【００２９】
分光吸収特性の平均化により得られる効果としては、二つの吸収率のピーク波長を有することになって異なる二つの波長において良好な偏光作用が得られる場合（偏光の多波長化）と、広い波長域においてある程度一定した偏光性能が得られる場合（偏光のブロード化）とがある。即ち、図５において、第一の材料の吸収のピーク波長をλ１とし、第二の材料の吸収のピーク波長をλ２とすると、吸収型のグリッド偏光素子は、λ１とλ２との両方で効率的に動作し得ることになる（多波長化）。そして、吸収スペクトルは、ピーク波長の前後において漸減するから、全体の吸収スペクトルは図５に破線で示すようなものとなり、λ１〜λ２のある程度広い波長域において全体として高い吸収率を有するものとなる。つまり、第一の材料の層３１と第二の材料の層３２とで各線状部３を形成した場合、λ１〜λ２のある程度広い波長領域において偏光作用が得られることになる（ブロード化）。以下、上記多波長化も含む概念として「ブロード」ないし「ブロード化」の用語を使用する。尚、図５は、吸収のピーク波長が異なる二つの材料により偏光作用を得る場合について模式的に示したものであり、特定の材料の吸収スペクトルの測定データを示すものではない。
【００３０】
発明者らは、このような技術思想に基づき、ブロードな領域においてより高い偏光性能を発揮し得る材料の組み合わせについて鋭意研究を行った。その結果、ある材料の組み合わせにおいて、一方の材料の作用が他方の材料を劣化させることがあることが判明した。一方の材料の作用とは、いわゆる光触媒作用である。以下、この点について説明する。
【００３１】
発明者らは、ブロードな波長領域において偏光作用が得られるグリッドの材料として、酸化チタンとシリコンの組み合わせに着目した。酸化チタンは、２８０ｎｍ以下（ＵＶＣ領域、例えば２５４ｎｍ）において高い吸収率を有し、この波長域の光を偏光するのに好適である。一方、２８０〜４００ｎｍ（ＵＶＡ領域、ＵＶＢ領域）においては、シリコンや窒化チタンといった材料が高い吸収率を有し、この波長域（例えば３６５ｎｍ）の光を偏光させるのに好適である。
【００３２】
図６は、酸化チタンとシリコンとの組み合わせにより偏光性能がブロード化される点を確認したシミュレーション実験の結果を示す図である。このシミュレーション実験では、石英製の透明基板の上に、各線状部の構造として、酸化チタンのみから成るもの、シリコンのみから成るもの、酸化チタンから成る層とシリコンから成る層とを積層したものについてそれぞれ偏光特性を計算により算出した。酸化チタンやシリコンは、アモルファス状であることを前提としている。このうち、図６には、各波長における消光比のデータが示されている。図６中、「Si 200nm」とあるのは、シリコンのみで高さ２００ｎｍの各線状部を形成した場合、「TiO2 200nm」は酸化チタンのみで高さ２００ｎｍの各線状部を形成した場合、「TiO2 50nm + Si 150nm」とあるのは、酸化チタンのみから成る５０ｎｍの層とシリコンのみから成る１５０ｎｍの層を積層して各線状部を形成した場合を意味しており、他の二つも同様である。また、ギャップ幅はいずれの場合も８０ｎｍとした。尚、シミュレーションにはＲＣＷＡ(Rigorous Coupled-Wave Analysis)法が用いられ、ソフトウェアには日本シムノプシス合名会社から販売されているRSOFTシリーズのDiffractMod（製品名）が使用された。
【００３３】
図６に示すように、酸化チタンのみで高さ２００ｎｍの各線状部を形成した場合、２５０〜２７０ｎｍ程度の波長域では高い消光比が得られるが、それより長い波長域では消光比は漸減し、３５０ｎｍより長い領域では非常に低い消光比しか得られない。そして、２００ｎｍの高さの各線状部のうちシリコンで形成された層を割り当てその高さを高くしていくと、図６に示すように、２７０ｎｍより長い波長域において消光比が徐々に高くなる。そして、全てシリコンの層で形成した場合、３８０ｎｍ付近で消光比がピークとなる偏光性能が得られる。
【００３４】
この結果からわかるように、酸化チタン製の各線状部の一部をシリコンに置き換えた構造とすると、偏光作用が実質的に得られなかった３５０ｎｍ超の波長域においても偏光作用が得られるようになり、より広い範囲において比較的均一な偏光作用が得られるようになる。尚、偏光特性のうち透過率のデータは図示を省略したが、同様に一部をシリコンの層に置き換えていくと、２５０〜４００ｎｍ程度の波長域において透過率がより均一化する点が確認されている。
【００３５】
上記のように、異なる材料で形成された層を組み合わせることで、偏光性能がブロード化される効果が得られる。しかしながら、このような材料の組み合わせによりブロード化させた吸収型グリッド偏光素子を構成した場合、一方の波長における偏光性能（一方の材料で期待される偏光性能）に予期できなかった悪化が生じることが判明した。この点について、図７を使用して説明する。図７は、二つの吸収型グリッド材料の組み合わせにより一方のグリッド材料に劣化が生じることを確認した実験について示した図である。
【００３６】
図７（１）には、この実験で使用されたグリッド偏光素子の概略構造が示されている。図７（１）に示すように、この実験で使用されたグリッド偏光素子は、グリッド２の各線状部３が第一第二の二つの層３１，３２から成る構造を有する。具体的には、第一の層３１は酸化チタンであり、第二の層３２はシリコンである。各線状部３の幅は３０ｎｍ程度、ギャップ４の幅は８０ｎｍ程度、第一の層３１（酸化チタン）の高さは３０ｎｍ程度、第二の層（シリコン）３２の高さは１００ｎｍ程度である。尚、この例では、第一の層３１が上側、第二の層３２が下側である。
【００３７】
実験では、図７（１）に示すグリッド偏光素子について紫外域の光を照射して偏光性能を評価した。この際、グリッド偏光素子が製作された直後の時点での性能とともに、経時的にどのように偏光性能が変化するかが調べられた。即ち、図７（２）には、紫外域の光の各積算照射時間における透過率と消光比の変化が示されている。透過率と消光比の変化は、製作直後の（紫外光照射開始時）の値を１００とした割合で示されている。ここでの透過率及び消光比のデータは、波長３６５ｎｍの検出器を用いて得られたものであり、従って波長３６５ｎｍでのデータである。
尚、紫外域の光を照射する光源としては、ウシオ電機株式会社製高圧水銀ランプが使用された。このランプはいわゆるオゾン有りランプとして知られており、この水銀ランプは、２８０ｎｍ以下のＵＶＣの領域においても豊富な放射スペクトルを有する。このランプの放射スペクトルを図７（３）に示す。
【００３８】
図７（２）に示すように、透過率については、照射時間が３０時間、２２０時間、５５０時間と増えるにつれ、若干向上するものの、初期値に対して大きな変化は示していない。一方、消光比については、３０時間経過時点で８６．０％にまで低下している。その後、２２０時間経過時には８６．８％であり、また５５０時間経過時点では７６．２％となっている。即ち、消光比については、当初の３０時間経過までで１４％という大幅な低下が見られ、その後は、消光比の低下は緩慢となり、５５０時間（１０倍以上の時間）が経過しても小幅の低下にとどまった。尚、透過率はＩｐ／Ｉｉｎであるので、実際には５０％以下の特定の値であるが、図７（２）はそれぞれ当初値を１００％とした場合の相対値となっている。消光比（Ｉｐ／Ｉｓ）も同様で、実際は単位無しの特定の値であるが、当初値を１００とした場合の百分率で示されている。
【００３９】
図７（２）に示すデータは波長３６５ｎｍのデータであり、このグリッド偏光素子では、波長３６５ｎｍの光については第二の層３２即ちシリコンの層が偏光作用を為すものとして設けられている。即ち、図７（２）に示された消光比の低下は、シリコンにおいて何らかの劣化が生じた結果であると考えられる。
発明者らは、劣化の原因について鋭意検討したところ、第一の層３１の材料として用いた酸化チタンの光触媒作用によるものではないかと推察された。即ち、第一の層３１の酸化チタンに対して紫外域の光が照射された結果、オゾン又は酸素活性種（例えば原子状酸素）が発生し、これら活性種によりシリコンが酸化された結果であると推察された。
【００４０】
第二の層３２のシリコンの酸化が第一の層３１として用いた酸化チタンによる光触媒反応が原因であるとすると、シリコンの酸化は、酸化チタンとの界面において専ら生じていると推測される。発明者らは、この推測を検証するため、あるシミュレーション実験を行った。この結果について、図８を使用して説明する。図８は、図７に示す偏光性能の劣化についてのシミュレーション実験の結果を示す図である。
【００４１】
図８の実験では、図７（１）に示すグリッド偏光素子の構造において、第二の層３２に酸化層が形成された場合にどのように偏光性能が変化するかを計算により求めた。即ち、グリッド２の各線状部３の全体の高さは一定とし、第二の層（シリコン）３２において第一の層３１との界面側の部位が酸化シリコンに置き換えられた場合に偏光性能がどのように変化するかを求めた。
尚、計算には、ＲＣＷＡ法が用いられており、アメリカ国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）が配布しているソフトウェア（http://physics.nist.gov/Divisions/Div844/facilities/scatmech/html/grating.htm）が使用された。また、シリコンの光学定数についてはｎ＝４．０３、ｋ＝３．０４、酸化シリコンについてはｎ＝２．３５、ｋ＝１．３３（いずれも３６５ｎｍにおける値）とした。
【００４２】
図８に示すように、シミュレーションでは、第二の層（シリコン）３２における酸化層の厚さが厚くなると、透過率は３８〜３９％程度でほぼ一定であるが、消光比は漸減している。即ち、第二の層３２のシリコンの第一の層３１との界面付近での酸化は、消光比の減少となって現れる。従って、図７（２）に示す消光比の低下は、この状態を示しているものと考えられる。
図８に示すシミュレーション結果において、当初の消光比（２０４６）に対して消光比は８６％程度に低下するのは、酸化シリコン層の厚さが２ｎｍ付近程度になった時点である。従って、図７（２）に示す結果は、第二の層３２の酸化は２ｎｍ程度の深さまで急激に進行し、その後は徐々に緩慢に酸化が進行することを示していると考えられる。
【００４３】
上記実験結果及びシミュレーション結果から推測される紫外光照射開始当初の第二の層（シリコン）３２の急激な酸化は、第一の層３１の酸化チタンによる光触媒作用の結果であると推測される。この点について、図９を使用して説明する。図９は、第一の層３１の材料による光触媒作用について模式的に示した図である。
同様に第一の層３１が酸化チタン、第二の層３２がシリコンの場合を例に説明する。酸化チタンに紫外光ＵＶが照射されると、酸化チタンの正孔が励起され、これにより酸化作用のある活性種（以下、酸化性活性種という）が生成される（図９（１））。酸化性活性種は、オゾン、酸素活性種、ＯＨラジカル等である。これら酸化性活性種は、界面において第二の層３２のシリコンを酸化させ、酸化シリコン層３２１を生成する（図９（２））。
【００４４】
酸化性活性種は、元々は、基底状態の水や酸素として存在していた種であるが、雰囲気に存在していたガス分子が第一の層３１の表面に吸着するか、又は第一の層３１内に含有されていたものと推測される。吸着した又は含有されていた種が、紫外光ＵＶの照射によって励起された酸化チタンによって分解し、この結果、酸化性活性種が生成されるものと考えられる。
【００４５】
一方、図７（２）に示す３０時間以後（中長期的なスパン）の消光比の緩慢な低下は、雰囲気に存在する酸素ガス分子が紫外光を直接吸収することによるものと考えられる。この点について、図１０及び図１１を使用して説明する。図１０は、酸素分子の光吸収スペクトルを示した図であり、図１１は中長期的なスパンでの消光比低下の原因について調べた実験の結果を示す図である。
周知のように、酸素分子については、３００ｎｍ以下の短波長領域にシューマン・ルンゲ吸収帯があり、シューマン・ルンゲ吸収帯よりさらに短い波長域にシューマン・ルンゲ連続吸収帯がある。そして、シューマン・ルンゲ吸収帯の長波長側には、ヘルツベルグ吸収帯があることで知られており、この吸収帯は、２００〜２４０ｎｍ程度の波長域となっている。これらの点が、図１０に示されている。
【００４６】
発明者らは、図７（２）に示された中長期的なスパン（３０時間経過以降）での消光比低下は、酸素ガス分子が紫外光を直接吸収することで励起されたことによる酸化が原因であると推測した。この点を確かめるため、図１１に結果を示す検証実験を行った。この実験では、図７（１）に示すものと同様のグリッド偏光素子について、同様にＵＶＡ〜ＵＶＣ領域の紫外光を放射する紫外線ランプを使用し、偏光性能を経時的に評価した。この際、あるグリッド偏光素子については、２２０ｎｍ以下をカットするカットフィルターを使用し、別のあるグリッド偏光素子については、２４０ｎｍ以下をカットするカットフィルターを使用して偏光実験を行った。
【００４７】
図１１では、３０時間経過時点での透過率及び消光比を１００とし、これに対する割合として２２０時間経過時点、５５０時間経過時点での透過率及び消光比が示されている。ここに示されているように、２２０ｎｍ以下をカットした場合には消光比は漸減して５５０時間経過時には７７．９％にまで低下する。一方、２４０ｎｍ以下をカットした場合には、消光比は殆ど低下せず、５５０時間経過時でも９２，２％である。２２０ｎｍ以下カットの場合に消光比が低下し、２４０ｎｍ以下カットの場合にはそのような消光比の低下が生じないことから、消光比の低下は、２２０〜２４０ｎｍの波長域の光により生じていることは明らかである。そして、図１０に示すように、酸素分子の光吸収は２４０ｎｍ付近から始まるから、２２０〜２４０ｎｍの波長域の光を酸素ガス分子が吸収して励起され、この結果、第二の層（シリコン）３２を酸化させたものと考えられる。
【００４８】
このような酸素分子が紫外光のエネルギーを直接吸収することによる酸化は、光触媒作用を伴わないので緩慢であり、このために中長期的な消光比の低下も緩慢なものとなっているものと思われる。一方、初期の（３０時間経過時までの）消光比の低下は、光触媒作用に起因した急激な酸化に起因しており、このために急激な低下となっていると考えられる。
【００４９】
尚、光触媒作用に起因した急激な酸化がある時点で飽和する（停止する）点については、以下のように考えられる。
一般的な光触媒作用は、光触媒材料で形成された部材（光触媒部材）の表面で生じる。有機物の汚れの除去等はこの典型であり、光触媒部材の表面に水や酸素が吸着されている状態で紫外光が照射され、これにより水や酸素が分解、励起されて活性種が生成される。そして、生成された活性種が有機物を分解、除去する。
【００５０】
グリッド偏光素子における光触媒作用も基本的に同じようなものではあるが、上述したように、グリッド２を構成する各線状部３は、ナノオーダー（光の波長程度以下）の非常に微細なものである。従って、酸化チタンのような光触媒材料でこのように微細なグリッド構造が形成された場合、各線状部３の断面全域が、光触媒作用が生じる表面領域となっていると考えられる。
【００５１】
つまり、光触媒作用は、光触媒部材の表面反応であるとはいっても、波長オーダーの深さの領域において生じている現象であり、従って、グリッド偏光素子のような波長オーダーの微細構造では、その全体が光触媒作用を持つと推測される。そして、その光触媒作用は、直接接している第二の層３２のシリコンに対して強く働き、急激な酸化を生じさせるものを推測される。
尚、光触媒作用により生じる酸化性活性種は、第一の層３１（酸化チタン）中に含有されていた水や酸素によるものであると思われるが（酸化チタンは親水性の材料として知られる）、第一の層３１の表面に吸着した種が励起されつつ第一の層３１中を移動して第二の層３２との界面に達して酸化を生じさせる場合もあると考えられる。
【００５２】
いずれにしても、上記のように酸化チタンのような光触媒作用のある材料と、シリコンのような被酸化性材料とを組み合わせてブロードタイプのグリッド偏光素子を構成すると、被酸化性材料の層に急激な酸化が生じる。そして、この酸化性活性種による急激な酸化は、界面を通したものであるので、酸化層の厚さがある程度に達すると飽和し、それ以上の深さにまでこの酸化が進行することはない。上記実験結果は、このような状況を示しているものと考えられる。
【００５３】
実施形態のグリッド偏光素子は、上記のような研究、知見に基づくものであり、図１に示すように、第一の層３１と第二の層３２との間に第三の層３３を設けている。第三の層３３は、第一の層３１で生成された活性種が第二の層３２に到達するのを防止するバリア層となっている。具体的に説明すると、同様に第一の層３１は酸化チタンで形成され、第二の層３２はシリコンで形成されている。そして、バリア層３３は、この実施形態では酸化シリコンで形成されている。
【００５４】
シリコンより成るバリア層３３の厚さは、２ｎｍ以上とすることが好ましい。前述したように、光触媒作用による第二の層３２の急激な酸化は、紫外線照射開始後の３０時間程度で飽和し、その厚さは２ｎｍ程度である。つまり、２ｎｍ以上の厚さの酸化シリコン層が形成されると、それ以上の深い領域には酸化性活性種による酸化作用は及ばないものと考えられる。従って、最初から酸化シリコン層を２ｎｍ以上の厚さで形成しておけば、光触媒作用によるシリコン層の酸化（目減り）は生じない。つまり、バリア層３３が無いと、光触媒作用により第二の層３２が２ｎｍ程度目減りしてしまうが、バリア層３３を設けることで、第二の層３２は当初形成された厚さのままとなり、期待された偏光性能が損なわれることがなくなる。実施形態におけるバリア層３３は、このような技術的意義を有するものとなっている。
【００５５】
尚、バリア層３３は、偏光作用のない層として設けられるので、あまり厚くすると、各線状部３の高さが不必要に高くなり、製造が難しくなるので好ましくない。製造上の問題を考慮すると、バリア層３３は、３０ｎｍ程度までの厚さとすることが望ましい。
また、中長期的な第二の層３２の酸化は、前述したように緩慢であるので、問題とならない場合が多く、またグリッド偏光素子の寿命であるとしてある程度の期間経過に新品と交換する等の対応を取ることができる。また、偏光の対象波長は２５４ｎｍのように２４０ｎｍより長い波長である場合、２４０ｎｍ以下をフィルターでカットするようにすれば、中長期的な消光比の低下も防止できる。
【００５６】
次に、このような実施形態のグリッド偏光素子の偏光作用について、補足して説明する。
前述したように、実施形態のグリッド偏光素子は吸収型であり、入射した偏光光が、ｓ波とｐ波とで異なった吸収のされ方（減衰の仕方）をすることで偏光が行われる。この際、第一の層３１の材料（酸化チタン）において多く吸収される第一の波長の光は、第一の層３１で形成される上側のグリッド領域を伝搬する際、上記のような吸収型のモデルでの偏光が行われる。そして、上側のグリッド領域を過ぎ、第二の層３２で形成された下側のグリッド領域を伝搬する際、第二の層３２の材料（シリコン）において多く吸収される第二の波長の光について、同様に吸収型のモデルにより偏光が行われる。この結果、透明基板からは、第一の波長と第二の波長とにおいて専らｐ偏光光が出射されることになり、多波長の（ブロードな）偏光が達成される。
【００５７】
次に、実施形態のグリッド偏光素子の製造方法について、図１２を使用して説明する。図１２は、実施形態のグリッド偏光素子の製造方法について示した概略図である。
実施形態のグリッド偏光素子を製造する場合、まず、石英製の透明基板１の上に第二の層３２用のシリコン膜５１を形成する（図１２（１））。形成方法としては、各種の方法を採用し得るが、例えばＡＬＤ（原子層蒸着）法を採用し得る。
【００５８】
次に、シリコン膜５１の表面を熱酸化し、表面に酸化シリコン層５２を形成する（図１２（２））。熱酸化の方法としては、半導体デバイスの製造プロセスにおける絶縁層形成の場合と同様に、加熱炉内にシリコン膜５１付きの透明基板１を配置し、酸素ガス等を適宜導入する方法を採用し得る。
熱酸化により酸化シリコン層５２を形成した後、その上に第二の層３２用の酸化チタン膜５３を作成する（図１２（３））。作成方法としては、同様にＡＬＤ法を採用し得る。
【００５９】
次に、酸化チタン膜５３の上にレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行い、レジストパターン５４を形成する（図１２（４））。レジストパターン５４は、形成するグリッドの形状に応じたものであり、縞状（ラインアンドスペース）である。
そして、形成したレジストパターン５４をマスクにしてエッチングを行い、第一、第二、第三の層３１，３２，３３より成る各線状部３を形成する（図１２（５））。これにより、実施形態のグリッド偏光素子が完成する。エッチングは、各層で材料が異なるため、各々異なるエッチャントを使用して行われる。また、エッチングはドライエッチングであって透明基板１の厚さ方向の異方性エッチングであり、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のような手法が適宜用いられる。
【００６０】
実施形態のグリッド偏光素子のより具体的な例について説明すると、同様に第一の層３１が酸化チタン、第二の層３２がシリコン、第三の層が酸化シリコンである場合、第一の層３１の厚さは５０ｎｍ、第二の層の厚さは１５０ｎｍ、第三の層の厚さは５ｎｍとされる。この場合、各線状部の全体の厚さ（高さ）は２０５ｎｍで、幅は３０ｎｍとされる。また、この例におけるギャップ４の幅は８０ｎｍとされる。
【００６１】
次に、他の実施形態のグリッド偏光素子について、図１３を使用して説明する。図１３は、他の実施形態のグリッド偏光素子の正面断面概略図である。
上記実施形態では、偏光作用を為す層は二つであったが、三つ又はそれ以上の場合もあり得る。この一例が、図１３（１）に示されている。即ち、図１３（１）に示すように、偏光作用を為す層として、第一、第二、第四の層３１，３２，３４が設けられ、第三層（バリア層）３３が各々の界面に設けられていても良い。この例は、第一の層３１が真ん中に設けられていて前述したような光触媒作用のある酸化チタンであり、下側の第二の層３２がシリコン、上側の第四の層３４が別の被酸化性の材料（例えば窒化チタン）である。また、第一の層３１が光触媒作用のある材料であって一番下に設けられ、その上に被酸化性の層である第二の層３２、その上に第四の層３４が設けられている場合もある。この場合、第三の層３３（バリア層）は、第一の層３１と真ん中の第二の層３２との間にのみ設けられ、第二の層３２と第四の層３４との間には設けられないこともある。第一の層３１が一番上に位置する場合も同様である。
【００６２】
また、第一の層３１と第二の層３２は、光の伝搬方向に沿って積層された層であったが、第一の層３１と第二の層３２が光の伝搬方向に対して垂直方向に並べられた構造も採用し得る。この例が図１３（２）に示されている。この例では、各線状部３は、光の伝搬方向に対して垂直な方向に並設された第一第二の層３１，３２によって形成されている。第一第二の各層３１，３２は偏光作用を為す層であり、その間に第三の層（バリア層）３３が設けられている。そして、第一の層３１が光触媒作用のある材料で形成され、第二の層３２が被酸化性材料で形成されている。このような構造の場合も、紫外光の照射により誘起された光触媒作用により第一の層３１において酸化性活性種が生じ得る。従って、第三の層（バリア層）３３がないと、第二の層３２の偏光作用について初期の急激な消光比低下という問題が生じることになり、第三の層（バリア層）３３を設けることに大きな意義がある。
【００６３】
図１３（２）に示す実施形態に比べると、図１の実施形態や図１３（１）の実施形態のように偏光作用を為す層が光の伝搬方向に積層された構造の方が偏光性能の点では有利である。即ち、光の伝搬方向に垂直な方向において、光学定数のコントラストがよりはっきりしていた方がより高い偏光性能が得られるからである。
尚、図１に示す実施形態において、３６５ｎｍ用のシリコンの層（第二の層３２）が上側に設けられ、２５４ｎｍ用の酸化チタンの層（第一の層３１）が下側に設けられる場合もあり得る。
【００６４】
次に、このようなグリッド偏光素子の使用例について説明する。図１４は、実施形態のグリッド偏光素子の使用例を示したものであって、グリッド偏光素子を搭載した光配向装置の断面概略図である。
図１４に示す装置は、前述した液晶ディスプレイ用の光配向膜を得るための光配向装置であり、対象物（ワーク）６０に偏光光を照射することで、ワーク６０の分子構造が一定の方向に揃った状態とするものである。従って、ワーク６０は光配向膜用の膜（膜材）であり、例えばポリイミド製のシートである。ワーク６０がシート状である場合、ロールツーロールの搬送方式が採用され、搬送の途中で偏光光が照射される。光配向用の膜材で被覆された液晶基板がワークとなることもあり、この場合には、液晶基板をステージに載せて搬送したり、又はコンベアで搬送したりする構成が採用される。
【００６５】
図１４に示す装置は、光源６１と、光源６１の背後を覆ったミラー６２と、光源６１とワーク６との間に配置されたグリッド偏光素子６３とを備える。グリッド偏光素子６３は、前述した実施形態のものである。
光源６１として、前述したように高圧水銀ランプのような紫外線ランプが使用される。光源６１は、ワーク６０の搬送方向に対して垂直な方向（ここでは紙面垂直方向）に長いものが使用される。
【００６６】
グリッド偏光素子６３は、前述したように各線状部の長さ方向を基準にしてｐ偏光光を選択的に透過させるものである。従って、光配向を行う方向にｐ偏光光の偏光軸が向くよう、ワーク６０に対してグリッド偏光素子６３が姿勢精度良く配置される。
尚、グリッド偏光素子は、大型のものを製造するのが難しいため、大きな領域に偏光光を照射する必要がある場合、複数のグリッド偏光素子を同一平面上に並べた構成が採用される。この場合、複数のグリッド偏光素子を並べた面は、ワーク６０の表面と並行とされ、各グリッド偏光素子における各線状部の長さ方向がワーク６０に対して所定の向きとなるように各グリッド偏光素子が配置される。
【００６７】
前述したように、グリッド偏光素子６３は、吸収波長域の異なる材料で形成された第一第二の層３１，３２により吸収型のグリッド偏光素子であるため、ブロードな波長域において偏光光を得ることができる。この点は、光配向装置の汎用性を高め、装置ユーザーにおける設備投資を安価にする意義がある。即ち、配向膜のタイプが異なるために異なる波長の偏光光の照射が必要な場合、従来の光配向装置では、当該異なる波長用のグリッド偏光素子に交換する必要が生じる。一方、実施形態のグリッド偏光素子では、波長範囲がブロードであるため、異なるタイプの配向膜についても同じグリッド偏光素子を使用して処理できる場合がある。同じグリッド偏光素子で異なる配向膜についても処理できれば、その分だけ装置ユーザーにおける設備投資は抑制できる。
【００６８】
そして、前述したようにグリッド偏光素子において第三の層（バリア層）３３が設けられているので、初期の急激な消光比低下の問題がない。このため、グリッド偏光素子の寿命が長くなり、この点でも設備投資をより抑えることができる。
尚、このような効果は、光配向以外にも、対象物に応じて異なる波長域の偏光光が必要になる光処理において一般的に妥当することはいうまでもない。
【００６９】
上述した実施形態において、光触媒作用のある第一の層３１の材料は酸化チタンであったが、この他、酸化スズ、酸化タングステン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニオブ、チタン酸ストロンチウム、タングステン酸カリウム、酸化ジルコニウム、窒化チタン等が第一の層３１の材料として用いられることもあり得る。
また、非酸化物である第二の層３２の材料としては、シリコンの他、窒化チタン、窒化ガリウム、窒化アルミガリウム、ゲルマニウム等が使用されることもあり得る。
さらに、第三の層（バリア層）３３の材料としては、酸化シリコンの他、窒化シリコンが使用されることもあり、また化学的に安定なフッ化物（例えばＭｇＦ２）が使用されることもある。
【００７０】
図１５は、他の材料の組み合わせの一例として、酸化チタンと窒化チタンとの組み合わせによるブロード化について示した図である。ここでは、酸化チタンはルチル型、窒化チタンはアモルファス状であることを前提としている。図１５の例では、各線状部の高さ１００ｎｍ、幅３０ｎｍの各線状部について、酸化チタンのみで各線状部を形成した場合、窒化チタンのみで各線状部を形成した場合、高さ５０ｎｍの酸化チタン層と高さ５０ｎｍの窒化チタン層とを積層して各線状部を形成した場合とで偏光特性がどのように変わるかをシミュレーションにより調べた実験の結果が示されている。ギャップ幅は１００ｎｍで共通とした。同様に、シミュレーションにはＲＣＷＡ法が用いられ、ソフトウェアにはDiffractMod（製品名）が使用された。
【００７１】
図１５に示すように、酸化チタンのみから成るグリッドの場合には３２０ｎｍ付近でおいて高い消光比のピークがあるものの、２５０ｎｍ以下では１００以下の低い消光比となっている。これが、酸化チタンの層と窒化チタンの層とを積層したグリッドとすると、３２０ｎｍ付近の消光比のピークは低くなるものの、２５０ｎｍ以下の波長域では消光比が改善する。３５０ｎｍ超の波長域でも、同様である。このように、酸化チタン製の各線状部の一部を窒化チタンに置き換えることで、波長域の違いによる消光比のバラツキが小さくなり、より均一な特性の偏光素子が得られる。この場合でも、酸化チタンの層と窒化チタンの層との間に前述したようなバリア層を設けることで酸化チタンの光触媒作用の影響で窒化チタンが酸化するのが防止される。このため、期待された偏光性能が損なわれることがなく得られる。
【００７２】
図１６は、さらに他の材料の組み合わせの一例として、窒化チタンとシリコンとの組み合わせによるブロード化について示した図である。ここでは、窒化チタン及びシリコンはアモルファス状である。図１６の例でも、各線状部の高さは１００ｎｍ、幅は３０ｎｍで共通とし、窒化チタンのみで各線状部を形成した場合、シリコンのみで各線状部を形成した場合、高さ５０ｎｍの窒化チタン層と高さ５０ｎｍのシリコン層とを積層して各線状部を形成した場合とで偏光特性がどのように変わるかをシミュレーションにより調べた実験の結果が示されている。同様に、ギャップ幅は１００ｎｍで共通とし、シミュレーションにはＲＣＷＡ法、DiffractMod（製品名）が使用された。
【００７３】
図１６に示すように、窒化チタンのみから成るグリッドの場合には２３０ｎｍ付近でおいて高い消光比のピークがあるものの、それより長い波長域では消光比は漸減し、３５０ｎｍ以上の長波長域では１０を下回る消光比となっている。これが、窒化チタンの層の一部をシリコンの層に置き換えていくと、２３０ｎｍ付近の消光比のピークは若干下がるものの、２５０ｎｍ超の波長域で消光比が大きく改善することがわかる。このように、窒化チタンとシリコンの組み合わせにおいても、波長域の違いによる消光比のバラツキが小さくなり、より均一な特性の偏光素子が得られる。そして、この例において、窒化チタンが光触媒作用を有する場合でも、窒化チタンの層とシリコンの層との間に前述したようなバリア層を設けることで窒化チタンの光触媒作用の影響でシリコンが酸化するのが防止される。このため、期待された偏光性能が損なわれることがなく得られる。
【符号の説明】
【００７４】
１  透明基板
２  グリッド
３  線状部
３１  第一の層
３２  第二の層
３３  第三の層（バリア層）
３４  第四の層
４  ギャップ
６０  ワーク
６１  光源
６２  ミラー
６３  グリッド偏光素子
【要約】
【課題】  紫外域の光についての十分な偏光性能を発揮し得る吸収型のグリッド偏光素子において、グリッド材料自体が持つ光触媒作用による偏光性能の低下の問題を防止する。
【解決手段】  透明基板１上に設けられた縞状のグリッド２を構成する各線状部３は、第一の対象波長の光を吸収する第一の材料で形成された第一の層３１と、第二の対象波長の光を吸収する第二の材料で形成された第二の層３２と、第一の層３１と第二の層３２との間に設けられた第三の層３３とを備える。第一の材料は酸化チタンのような光触媒作用を有する材料であり、第二の材料はシリコンのような被酸化性材料である。第三の層３３は酸化シリコンで形成されたバリア層であり、紫外線照射時にオゾンや原子状酸素のような酸化性活性種が生成された場合でも、バリア層３３により第二の層３２の酸化が防止される。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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