(57)【要約】  本発明は、偏光分離素子の製造方法、偏光分離素子、光照射装置、光の照射方法及び整列された光配向膜の製造方法に関する。本発明の偏光分離素子の製造方法は、製造工程が単純であり、製造コストが安くて、大面積で紫外線偏光分離素子を製造することが容易である。また、本発明の偏光分離素子は、紫外線及び熱に対する耐久性に優れていて、偏光特性のピッチ依存性が低くて、製造工程が容易であると共に、短波長領域でも優れた偏光度を具現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に３００ｎｍの波長の光に対する屈折率が１〜１０であり、吸光係数が０．５〜１０である凸部を溶液工程で形成する、紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項２】
上記溶液工程は、ゾル−ゲル工程を含む、請求項１に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項３】
上記基板の上に一定の隙間を有する格子形態でレジストを形成し、上記格子の隙間にコーティング溶液を塗布し、上記凸部を形成する、請求項１に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項４】
上記基板の上に光吸収性物質を含むコーティング溶液の層を形成し、上記コーティング溶液の層上にレジストを形成した後、エッチングを通じて上記凸部を形成する、請求項１に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項５】
上記コーティング溶液は、平均粒径が３〜１００ｎｍである光吸収性粒子または光吸収性物質の前駆体を含む、請求項３または４に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項６】
上記光吸収性粒子は、酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化タングステン粒子、酸化スズ粒子、酸化セシウム粒子、ストロンチウム酸化チタン粒子、シリコンカーバイド粒子、イリジウム粒子、酸化イリジウム粒子及びシリコン粒子よりなる群から選択された１種以上を含む、請求項５に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項７】
上記コーティング溶液の上記光吸収性粒子の含量が１〜３０重量部である、請求項５に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項８】
上記光吸収性物質の前駆体は、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、タングステンアルコキシド、スズアルコキシド、亜鉛アルコキシド、セシウムアルコキシド、イリジウムアルコキシド及びシリコンアルコキシドよりなる群から選択された１種以上を含む、請求項５に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項９】
上記コーティング溶液の上記光吸収性物質の前駆体の含量が１〜４０重量部である、請求項５に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１０】
上記コーティング溶液は、光吸収性物質の前駆体及び光吸収性粒子を含み、上記光吸収性粒子は、上記光吸収性物質の前駆体が形成する光吸収性物質と同一の物質を含む、請求項５に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１１】
塗布された上記コーティング溶液を６０℃〜３００℃の温度に維持することをさらに含む、請求項３または４に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１２】
上記レジストは、フォトリソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィ、ソフトリソグラフィまたは干渉リソグラフィによって形成する、請求項３または４に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１３】
上記凸部を形成した後、上記レジストを除去することをさらに含む、請求項３または４に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１４】
上記レジストを２５０℃〜９００℃の温度に維持して除去する、請求項１３に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１５】
上記凸部のピッチが５０ｎｍ〜２００ｎｍで形成する、請求項１に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１６】
上記凸部のピッチＰに対する上記凸部の幅Ｗの比率Ｗ／Ｐが０．２〜０．８で形成する、請求項１５に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１７】
上記凸部のピッチＰに対する上記凸部の高さＨの比率Ｈ／Ｐが０．３〜１．５で形成する、請求項１５に記載の紫外線偏光分離素子の製造方法。
【請求項１８】
３００ｎｍの波長の光に対する屈折率が１〜１０であり、吸光係数が０．５〜１０である凸部が一定の隙間で離隔されて形成された格子を含む紫外線偏光分離素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離素子の製造方法、偏光分離素子、光照射装置、光照射方法及び整列された光配向膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶分子を一定方向に配列するために使用される液晶配向膜は、多様な分野に適用されている。液晶配向膜としては、光の照射によって処理された表面であって、隣接する液晶分子を配列させることができる光配向膜がある。通常、光配向膜は、光感応性物質（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の層に光、例えば、直線偏光された光を照射することによって、上記光感応性物質を一定方向に整列（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｌｙ  ｏｒｄｅｒｉｎｇ）させて製造することができる。
【０００３】
上記光配向膜に直線偏光された光を照射するために、多様な種類の偏光分離素子が利用されることができ、上記偏光分離素子は、多様な方法によって製造されることができる。
【０００４】
例えば、上記偏光分離素子として韓国特許公開第２０１１−００３３０２５号公報などには、基板上に反射防止層を形成し、反射防止層上に感光剤層を形成した後、レーザーで感光剤層を選択的に露光した後、現像し、線格子パターンを形成し、上記線格子パターン上に金属を蒸着し、紫外線偏光分離素子を製造する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、偏光分離素子の製造方法、偏光分離素子、光照射装置、光照射方法及び整列された光配向膜の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示的な偏光分離素子の製造方法は、基板の上に凹凸を溶液工程によって形成することを含むことができ、これによって製造された偏光分離素子は、紫外線領域波長帯域の線偏光された光を生成することができる。本明細書で使用される用語「紫外線領域」は、例えば、２５０〜３５０ｎｍ、２７０〜３３０ｎｍ、２９０〜３１０ｎｍの波長を有する光の領域を意味する。以下、添付の図面を参照して、上記偏光分離素子について詳しく説明する。
【０００７】
１つの例示で、上記紫外線偏光分離素子の製造方法は、光吸収性物質を含む凸部を溶液工程によって形成することを含むことができる。上記溶液工程は、溶液（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を使用するコーティング工程を意味し、１つの例示的な形態で、上記溶液工程は、ゾル−ゲル工程（Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を含むことができる。上記でゾル−ゲル工程は、ゾル（Ｓｏｌ）状態の溶液、すなわち有機金属前駆体を出発物質とする加水分解及び重合／縮合反応を通じて生成された微細コロイド粒子が有機分散剤上に分散している状態の溶液に、追加的に水を添加し、加水分解及び縮合反応を起こして、上記ゾルが一定濃度以上に濃くなることによって、堅固な網状組職が形成され、固まった状態のゲル（Ｇｅｌ）にゲル化させてコーティングする工程を意味し、より具体的には、光吸収性ナノ粒子または上記光吸収性物質の前駆体を含むゾル状態のコーティング溶液を塗布し、水を添加してゲル化させて、シリコンコーティング層を形成するコーティング工程を意味することができる。上記のように光吸収性物質を基板の上に真空蒸着することなく、溶液工程によって光吸収性物質を含む凸部を形成することができるので、高価の真空蒸着装備が不要で、工程の経済性が向上し、工程の大面積化をさらに効率的に具現することができる。
【０００８】
図１は、例示的な紫外線偏光分離素子の製造方法を順次に示す図であり、図２は、例示的な紫外線偏光分離素子の製造方法の他の具現例を順次に示す図である。
【０００９】
図１に例示的に示されたように、本発明の製造方法で上記凸部１４１は、基板１１０上に一定の隙間を有する格子形態でレジスト１２０を形成し、上記格子の隙間に上記コーティング溶液１３０を前述した溶液工程によって塗布することによって、形成することができる。上記のように、レジスト１２０を先に形成し、溶液工程を通じて凸部１４１を形成する場合、凸部１４１によって形成された凹部１４２に凸部１４１の高さを超えない厚さでコーティングすることができるので、所望のピッチや高さを有する凹凸１４０の形成が容易であり、エッチング工程が追加的に必要ではないので、工程の経済的な側面で効率性を高めることができる。本明細書で使用される用語「格子」は、平面上に一定間隔で２個以上の溝が設けられていて、これにより、複数の凹部１４２と凸部１４１が形成されたストライプ形状のパターンが互いに平行に配列された凹凸１４０構造を意味する。
【００１０】
上記製造方法の他の具現例として、図２に例示的に示されたように、上記凸部２４１は、基板２１０上にコーティング溶液２２０を前述した溶液工程によって塗布し、光吸収性物質を含むコーティング溶液の層２２０を形成し、上記コーティング溶液の層２２０上にレジスト２３０を形成した後、エッチングを通じて形成することができる。本明細書で使用される用語「レジスト」は、所望の部位にのみエッチングをするために、エッチングを希望しない部分に被覆される有機高分子物質または金属薄膜などを意味する。
【００１１】
１つの例示で、上記コーティング溶液１３０、２２０は、光吸収性粒子または光吸収性物質の前駆体を含むことができ、好ましくは、光吸収性粒子及び光吸収性物質の前駆体をすべて含むことができる。
【００１２】
１つの例示で、上記で光吸収性粒子の平均粒径は、目的しようとする紫外線偏光分離素子１００、２００の凸部１４１、２４１及び凹部１４２、２４２のピッチ、幅または高さによって異なることができ、特に制限されるものではないが、例えば、平均粒径が１００ｎｍ以下の粒子であることができる。上記粒子の平均粒径が１００ｎｍを超過する場合、粒子の平均粒径のサイズがレジスト１２０、２３０の凹部及び凸部の幅とサイズが類似しているか、むしろさらに大きいので、好ましいパターンを形成することができないと共に、製造された偏光分離素子１００、２００で紫外線波長に対する光の散乱現象が激しくなるので、効果的な紫外線分離特性を期待することができない。上記粒子の平均粒径の下限は、製造された偏光分離素子１００、２００の凸部１４１、２４１の幅に比べて小さい粒径の粒子使用が好ましいので、特に制限されるものではないが、製造可能性の側面で考慮したとき、例えば、３ｎｍであることができる。
【００１３】
また、上記光吸収性粒子は、紫外線領域の光を吸収することができる粒子、例えば、３００ｎｍの波長に対する屈折率が１〜１０であり、吸光係数が０．５〜１０の範囲を満足する粒子なら特に制限されるものではなく、例えば、酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化タングステン粒子、酸化スズ粒子、酸化セシウム粒子、ストロンチウム酸化チタン粒子、シリコンカーバイド粒子、イリジウム粒子、酸化イリジウム粒子及びシリコン粒子よりなる群から選択された１種または２種以上の合金を使用することができ、好ましくは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子を使用することができるが、これに制限されるものではない。例えば、上記二酸化チタン粒子を使用した偏光分離素子１００、２００の場合、紫外線領域で吸光係数が１以上と優れていて、紫外線領域で偏光度が優秀に具現されることができ、アルミニウムに比べて酸化による偏光特性の低下が減少するので、耐久性が向上することができる。
【００１４】
例示的な上記粒子の形状は、球形状またはピラミッド（四面体）、キューブ（六面体）またはそれ以上の球に近い多面体であることができ、また、他の例示的な形態として、円板形状、楕円形状、ロッド（ｒｏｄ）形状であることができるが、特に制限されるものではない。
【００１５】
上記でコーティング溶液１３０、２２０内に上記光吸収性粒子は、例えば、コーティング溶液１００重量部に対して、１〜３０重量部、５〜２０重量部、１５〜２５重量部、１０〜１８重量部で含まれることができる。上記光吸収性粒子が１重量部未満で含まれれば、光吸収性粒子の密度が相対的に低くて、均一な膜または格子の隙間の下部を均一に満たすことができず、３０重量部を超過して含まれれば、相対的に高い固形分の含量によって上記格子の隙間内部に満たすか、均一な薄膜を得るのにあたって、工程上の制御が困難なことがある。
【００１６】
上記コーティング溶液１３０、２２０で、光吸収性粒子を分散するのに使用される溶媒は、光吸収性粒子の種類によって多様な溶媒が使用されることができ、特に制限されるものではない。例えば、極性溶媒として蒸留水、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒、エトキシアセテートなどが利用されることができ、非極性溶媒としてトルエン、キシレン、ヘキサン、オクタンなどが利用されることができる。
【００１７】
１つの例示で、上記光吸収性物質の前駆体は、加水分解及び縮合反応によって小さい粒径のサイズを有する微細粒子を形成することができ、上記のように、光吸収性物質の前駆体によって形成された微細粒子を利用して微細なパターンを形成するために、上記光吸収性物質の前駆体は、上記ゾル−ゲル工程で利用されることができる。
【００１８】
１つの例示で、上記光吸収性物質の前駆体は、上記ゾル−ゲル工程のうち加水分解及び縮合反応によって、前述した範囲の屈折率及び吸光係数範囲を満足する光吸収性物質の膜または前述した光吸収性粒子を形成することができる前駆体なら、特に制限されるものではないが、例えば、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、タングステンアルコキシド、スズアルコキシド、亜鉛アルコキシド、セシウムアルコキシド、イリジウムアルコキシド及びシリコンアルコキシドよりなる群から選択された１種以上を使用することができ、好ましくは、チタンアルコキシドまたはシリコンアルコキシドを使用することができるが、これに制限されるものではない。
【００１９】
上記コーティング溶液１３０、２２０内で上記光吸収性物質の前駆体は、例えば、コーティング溶液１００重量部に対して１〜４０重量部、５〜３０重量部、２０〜３５重量部、１０〜２５重量部で含まれることができる。上記光吸収性物質の前駆体が１重量部未満で含まれれば、相対的にコーティング溶液内の有機化合物の量が多くなって、上記前駆体を利用した溶液工程中にコーティング溶液内の有機化合物を除去するための焼結工程で体積収縮が非常に大きく発生し、均一なフィルムまたは格子の具現が困難になり、４０重量部を超過して含まれれば、窒素が充填されたグローブボックス内で工程が進行されるとしても、極少量の水分によって水和反応が急激に進行され、所望の形状を有するフィルムあるいは格子が形成される前に固くなってしまう問題が発生するなど反応速度の制御が困難になることができる。
【００２０】
１つの例示で、上記コーティング溶液１３０、２２０は、前述した光吸収性物質の前駆体以外にも、アルコール系溶媒及び酸または塩基触媒などを含むゾル−ゲル溶液であることができる。
【００２１】
上記でアルコール系溶媒は、イソプロパノール、メタノール、エタノール及びブタノールなどよりなる群から選択された１つ以上のアルコールを含むことができる。上記アルコール系溶媒は、ゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）コーティング溶液１００重量部に対して例えば、５０〜９０重量部、６０〜８０重量部、７０〜７５重量部で含まれることができる。上記アルコール系溶媒が５０重量部未満で含まれれば、沈殿物の発生及び均一な膜を有するフィルムまたは格子の具現が難しくて、９０重量部を超過して含まれれば、最終形成された吸収物質、すなわち、固形分の含量が小さくて、連続したパターンまたは格子の形成が困難になることができる。
【００２２】
上記で酸または塩基触媒は、特に制限されるものではないが、例えば、塩酸、硝酸、酢酸、アンモニア、水酸化カリウム、アミン系化合物などよりなる群から選択された１つ以上を含むことができる。１つの例示で、金属酸化物前駆体は、酸性条件で酸化物誘導体の安定性を増加させて沈殿を防止し、均一なゲル化（ｇｅｌａｔｉｏｎ）を誘導することができるので、酸触媒を使用することができ、この場合、上記でゾル−ゲル溶液のｐＨは、上記光吸収性物質の前駆体の種類によって適切なｐＨ値が変わることができる。例えば、ｐＨ２〜５で前駆体溶液の安定性を得ることができる。
【００２３】
上記酸または塩基触媒は、上記ゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）コーティング溶液１００重量部に対して例えば、１〜３０重量部、５〜２０重量部、１０〜１５重量部で含まれることができる。１重量部未満で含まれれば、溶液が空気中の水分と速い水和及び縮合反応で粘度が急激に増加する問題が発生し、３０重量部を超過して含まれれば、水和反応及び縮合反応によるゲル化が遅くなって、所望の厚さの薄膜を得ることができないか、またはコーティング溶液で占める有機化合物の含量が相対的に大きくなって、焼結工程後に大きい体積収縮によって所望のフィルム及び格子形状を得にくいことがある。
【００２４】
１つの例示で、上記コーティング溶液１３０、２２０は、また、後述する焼結工程で光吸収性物質の前駆体または光吸収性物質の有機化合物の除去による体積収縮を相対的に緩和させるために、光吸収性物質の前駆体及び光吸収性粒子をすべて含むことができる。例えば、上記コーティング溶液１３０、２２０としては、上記光吸収性物質の前駆体と上記光吸収性物質の前駆体が脱水及び縮合反応によって形成する光吸収性物質と同一であるかまたは異なる物質を含む光吸収性粒子が混合された混合溶液を使用することができ、好ましくは、上記光吸収性粒子は、上記光吸収性物質の前駆体が形成する光吸収性物質と同一の物質を含むことができる。上記のように、光吸収性粒子が上記光吸収性物質の前駆体が形成する光吸収性物質と同種の物質を含む場合、高温の焼結工程で異種の光吸収性粒子と上記光吸収性前駆体混合物との間の相分離現象によって組成が不均一になることを最小化することができる。
【００２５】
上記で光吸収性物質の前駆体に対する光吸収性粒子の重量比は、上記光吸収性物質の前駆体０．１〜５０重量部に対して、例えば０．１〜５０重量部、１〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部で含まれることができる。上記光吸収性粒子が５０重量部を超過して含まれれば最終形成された光吸収性物質内の固形分の含量が相対的に大きくなるので、レジスト格子の隙間に上記粒子を効果的に充填しにくいことがあり、均一な薄膜及び信頼度が高い微細パターンの形成が難しいことがある。また、上記粒子が０．１重量部未満で含まれれば、体積収縮の緩和による効果を得にくいことがある。
【００２６】
上記のように、コーティング溶液１３０、２２０が光吸収性物質の前駆体と光吸収性粒子をすべて含む場合、１つの例示で、上記粒子は、コアシェル構造を有することができる。例えば、上記粒子は、金属または金属合金を含むコアと、上記コアの外側に存在し、有機化合物、金属酸化物またはコアの金属または金属合金とは異なる金属または金属合金を含むシェルとを含むことができる。上記のように、コアシェル構造の粒子の場合、大きい比表面積を有することができ、粒子間の凝集または凝結が起きない効果があり、上記粒子の分散性を高めることができる。１つの例示で、上記有機化合物は、上記コアの外側に結合されたリガンドまたは高分子化合物であることができる。
【００２７】
上記でリガンドは、オレイン酸（ｏｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）、ステアリン酸（ｓｔｅａｒｉｃ  ａｃｉｄ）、パルミチン酸（palmic acid）、２−ヘキサデカノン（２−ｈｅｘａｄｅｃａｎｏｎｅ）、１−オクタノール（１−ｏｃｔａｎｏｌ）、スパン８０（Ｓｐａｎ  ８０）、ドデシルアルデヒド（ｄｏｄｅｃｙｌａｌｄｅｈｙｄｅ）、１、２−エポキシドデカン（１、２−ｅｐｏｘｙｄｏｄｅｃａｎｅ）、１、２−エポキシヘキサン（１、２−ｅｐｏｘｙｈｅｘａｎｅ）、アラキジルドデカノエート（ａｒａｃｈｉｄｙｌ  ｄｏｄｅｃａｎｏａｔｅ）、オクタデシルアミン（ｏｃｔａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ）、シラン（ｓｉｌａｎｅｓ）、アルカネチオール（ａｌｋａｎｅｔｈｉｏｌｓ、（ＨＳ（ＣＨ２）ｎＸ、Ｘ＝ＣＨ３、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ））、ジアルキルジスルフィド（ｄｉａｌｋｙｌ  ｄｉｓｕｌｆｉｄｅｓ、（Ｘ（ＣＨ２）ｍＳ−Ｓ（ＣＨ２）ｎＸ））及びジアルキルスルフィド（ｄｉａｌｋｙｌ  ｓｕｌｆｉｄｅｓ、（Ｘ（ＣＨ２）ｍＳ（ＣＨ２）ｎＸ））の中から選択された少なくとも１種以上が例示されることができ、これに制限されるものではない。
【００２８】
上記高分子化合物としては、フルオロポリマー（ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリアクリル酸（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリスルフィド（ｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｏｘｉｄｅ）、１種以上の官能基を含むブロック共重合体及びニトロセルロース（ｎｉｔｒｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）の中から選択された少なくとも１種以上が例示されることができ、これに制限されるものではない。
【００２９】
上記コーティング溶液１３０、２２０は、例えば、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレイコーティング法、バーコーティング法などの技術分野で広く知られたコーティング法を利用して、上記格子の隙間に塗布されるか、基板１１０、２１０上に塗布されることができるが、これに制限されるものではない。
【００３０】
１つの例示で、上記溶液工程は、コーティング溶液１３０、２２０内の溶媒を除去するための焼結工程をさらに含むことができる。例えば、上記コーティング溶液１３０、２２０をレジスト１２０の格子の隙間に塗布するか、基板１１０、２１０上に塗布した後に、所定の温度条件で加熱することによって、行われることができる。上記でコーティング溶液１３０、２２０を加熱する温度条件は、上記溶液を組成する溶媒の種類によって変わることができ、６０℃〜３００℃の温度範囲、例えば、８０℃〜２５０℃、１００℃〜２００℃、８０℃〜３００℃、１００℃〜２５０℃、１５０℃〜３００℃の温度で加熱されることができる。上記温度が６０℃未満の場合、前駆体のゲル化によって形成された格子またはフィルム内部の溶媒が完全に除去されないので、焼結工程で均一な形状を有する格子またはフィルムを形成しにくいし、３００℃を超過する場合、急な溶媒の蒸発に起因して形成されたフィルムまたは格子に局所的な気孔が形成されるなどの欠陥が発生することができる。上記焼結工程を通じて上記コーティング溶液１３０、２２０の溶媒を完全に除去することによって、光吸収性粒子間の隙間を狭め、上記凸部１４１、２４１内の光吸収性物質の密度を高めることができ、光吸収性粒子間の結合度を高めて、物理的安定性を高めることができる。また、上記焼結工程によって上記光吸収性物質の前駆体または上記光吸収性粒子に結合された有機物を完全に除去することができ、紫外線波長帯域で吸光度に優れた結晶構造を形成することができる。
【００３１】
１つの例示で、上記レジスト１２０、２３０は、技術分野で公知された多様な方法によって形成されることができ、例えば、フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏ  ｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ソフトリソグラフィ（Ｓｏｆｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）または干渉リソグラフィ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などの方法が利用されることができ、例えば、基板１１０、２１０または光吸収性物質を含むコーティング溶液の層２２０上にレジスト物質を塗布した後、マスクを利用して所望のパターンで露光した後、現像する方法で形成されることができるが、これに制限されるものではない。
【００３２】
図２に例示的に示されたように、上記凸部２４１は、上記のような方法でコーティング溶液の層２２０上に形成されたレジスト２３０をマスクとして利用して、乾式または湿式エッチングなどのエッチング工程によって形成することができる。
【００３３】
上記湿式エッチングは、エッチング溶液を使用して、上記コーティング溶液の層２２０をエッチングする方法を意味し、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）のような強塩基性溶液、ＨＦのような強酸性溶液またはフッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）及び酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）の混合物などを使ったエッチング溶液に上記コーティング溶液の層２２０を浸漬させる方法によって行うことができる。１つの例示で、上記エッチング溶液に、ＩＰＡ（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ）または界面活性剤などの添加物を追加することができる。
【００３４】
一般的に湿式エッチングの場合、垂直方向と水平方向のエッチング速度が同一のエッチング、いわゆる等方エッチングが行われるので、高い縦横比を有するパターンを形成するには適していないにもかかわらず、上記偏光分離素子１００、２００は、偏光度を得るために要求される前述した屈折率及び吸光係数を有する光吸収性物質を含むので、縦横比が高くなくて、湿式エッチングを利用して凹凸１４０、２４０を形成することができる。この場合、乾式エッチングより工程費用が顕著に減少し、工程速度が速くなることができる。
【００３５】
１つの例示で、上記コーティング溶液の層２２０は、その結晶方向によって等方性エッチングまたは異方性エッチングを選択的に利用することができる。例えば、結晶方向が１００方向であるコーティング溶液の層２２０に湿式エッチングを行う場合、すべての方向で同一のエッチング速度を有する等方エッチングが行われるようになる。しかし、コーティング溶液の層２２０の結晶方向が１１０方向の場合には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの強塩基を使用すれば、１１１方向は、事実上エッチングが行われないようになり、その結果、一方向だけでエッチングが進行される異方性エッチングを具現することができる。したがって、このような特性を利用すれば、湿式エッチングを用いても、高い縦横比を有する異方性エッチングを具現することができる。
【００３６】
１つの例示で、上記乾式エッチングは、気体状態のガスを使用して、上記コーティング溶液の層２２０をエッチングする方法であり、例えば、イオンビームエッチング、ＲＦスバッターエッチング、反応イオンエッチングまたはプラズマエッチングなどの公知された乾式エッチング法を利用することができるが、これに制限されるものではない。
【００３７】
上記コーティング溶液の層２２０を乾式エッチング方法によるエッチングする場合、エッチングの容易性を高めるために、上記コーティング溶液の層２２０を形成し、上記レジスト２３０を形成する前に、上記レジスト２３０とコーティング溶液の層２２０との間にさらにハードマスク層を形成することができる。上記ハードマスク層は、レジスト２３０にはエッチングがよく行われるが、上記コーティング溶液の層２２０よりはエッチングがよく行われない物質なら、特に制限されず、例えばＣｒ、Ｎｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２などを使用することができる。上記で、ハードマスク層をさらに挿入する場合、レジスト２３０だけをエッチングマスクとして使用する場合よりエッチングの比率が顕著に高くなるので、高い縦横比を有するパターンを容易に製作することができる。
【００３８】
上記レジスト２３０を利用して、凹凸が形成されれば、上記レジスト２３０は除去されることができ、乾式エッチングの場合、上記ハードマスク層は、凹凸２４０が形成された後に除去されることができる。上記レジスト２３０またはハードマスク層は、特に制限されるものではなく、例えば、加熱を用いたレジストバーニング工程または乾式エッチング工程を通じて除去されることができる。
【００３９】
上記でレジストバーニング工程時に、加熱温度は、使用しようとする光吸収性物質または光吸収性物質の前駆体の種類によって変わることができ、例えば、２５０℃〜９００℃、３００℃〜８００℃、３５０℃〜７００℃、３００℃〜５００℃、３５０℃〜６００℃、４００℃〜８００℃、または４５０℃〜９００℃の温度範囲で行われることができる。加熱温度が２５０℃未満の場合、有機物の除去が完了せず、耐久性の低下が発生することができ、９００℃を超過する場合、金属酸化物結晶相の変化で紫外線領域での光吸収特性が低下することができ、特に加熱温度が３５０℃〜７００℃の場合、ゾル−ゲルコーティング溶液１３０、２２０で光吸収性物質の前駆体及び光吸収性ナノ粒子に結合された有機化合物を効果的に除去することができ、これにより、紫外線領域での光吸収を活性化することができる。上記レジストバーニング工程を通じてレジスト２３０が除去される場合、上記光吸収性物質または光吸収性物質の前駆体の分散のために導入された表面処理物質をレジスト２３０とともに除去することができる。
【００４０】
例示的な上記製造方法で、上記凸部は、凸部によって形成される凹部に誘電物質が存在するように形成することができる。上記で、凸部と凹部に存在する誘電物質は、下記数式１のａが０．７４〜１０であり、ｂが０．５〜１０になるように形成することができる。
【００４１】
［数式１］
（ａ＋ｂｉ）２＝ｎ１２×（１−Ｗ／Ｐ）＋ｎ２２×Ｗ／Ｐ
【００４２】
上記数式１で、ｉは、虚数単位であり、ｎ１は、上記誘電物質の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線領域の波長のうちいずれか１つの長さの波長、例えば、３００ｎｍ波長の光に対する屈折率であり、ｎ２は、上記凸部１４１、２４１の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線領域のうちいずれか１つ長さの波長、例えば、３００ｎｍの波長の光に対する屈折率であり、Ｗは、上記凸部１４１、２４１の幅であり、Ｐは、上記凸部１４１、２４１のピッチである。
【００４３】
上記凹凸１４０、２４０の凸部１４１、２４１のピッチＰが上記数式１を満足するように形成される場合、１２０ｎｍ以上のピッチ範囲でも、短波長領域、例えば２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの光波場領域で０．５以上、０．６以上、０．７以上、０．９以上の高い偏光度を有する偏光分離素子１００、２００を得ることができる。上記偏光度値の上限は、特に制限されるものではないが、製造工程の経済性を考慮して０．９８以下、０．９５以下、０．９３以下の値を有することができる。すなわち、上記偏光度が０．９８を超過する場合、偏光分離素子１００、２００の凹凸１４０、２４０の縦横比（Ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ、凸部の幅／高さ）を高めなければならないし、この場合、偏光分離素子１００、２００の製作が難しくなり、製作工程が複雑になることができる。本明細書で使用される用語「偏光度」は、照射される光の強度に対する偏光の強度を意味し、下記数式３のように計算される。
【００４４】
［数式３］
偏光度Ｄ＝（Ｔｃ−Ｔｐ）／（Ｔｃ＋Ｔｐ）
【００４５】
上記で、Ｔｃは、上記凸部１４１、２４１と直交する方向に偏光された２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の光の上記偏光分離素子１００、２００に対する透過度であり、Ｔｐは、上記凸部１４１、２４１と平行な方向に偏光された２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の光の上記偏光分離素子１００、２００に対する透過度である。上記で平行というのは、実質的な平行を意味し、垂直というのは、実質的な垂直を意味する。
【００４６】
また、１つの例示で、上記凹凸１４０、２４０は、下記数式２のｃが１．３〜１０であり、ｄが０．０１３〜０．１になるように形成することができる。
【００４７】
［数式２］
（ｃ＋ｄｉ）２＝ｎ１２×ｎ２２／（（１−Ｗ／Ｐ）×ｎ２２＋Ｗ×ｎ１２／Ｐ）
【００４８】
上記数式２で、ｉは、虚数単位であり、ｎ１は、上記誘電物質の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線領域のうちいずれか１つ長さの波長、例えば、３００ｎｍ波長の光に対する屈折率であり、ｎ２は、上記凸部１４１、２４１の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線領域のうちいずれか１つ長さの波長、例えば、３００ｎｍ波長の光に対する屈折率であり、Ｗは、上記凸部１４１、２４１の幅であり、Ｐは、上記凸部１４１、２４１のピッチである。
【００４９】
上記凹凸１４０、２４０の凸部１４１、２４１のピッチＰが上記式２を満足するように形成される場合、優れた偏光分離特性を有するための適切な透過率を有することができ、一方、吸収率が低くなって、凸部１４１、２４１の高さを低く製造することができる。
【００５０】
また、例示的な上記偏光分離素子１００、２００の製造方法で、上記凹凸１４０、２４０は、下記数式１のａが０．７４〜１０であり、ｂが０．５〜１０であり、下記数式２のｃが１．３〜１０であり、ｄが０．０１３〜０．１になるように形成することができる。
【００５１】
［数式１］
（ａ＋ｂｉ）２＝ｎ１２×（１−Ｗ／Ｐ）＋ｎ２２×Ｗ／Ｐ
【００５２】
［数式２］
（ｃ＋ｄｉ）２＝ｎ１２×ｎ２２／（（１−Ｗ／Ｐ）×ｎ２２＋Ｗ×ｎ１２／Ｐ）
【００５３】
上記数式１及び２で、ｉは、虚数単位であり、ｎ１は、上記誘電物質の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線領域のうちいずれか１つ長さの波長、例えば、３００ｎｍ波長の光に対する屈折率であり、ｎ２は、上記凸部１４１、２４１の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線領域のうちいずれか１つ長さの波長、例えば、３００ｎｍ波長の光に対する屈折率であり、Ｗは、上記凸部１４１、２４１の幅であり、Ｐは、上記凸部１４１、２４１のピッチである。
【００５４】
上記数式１及び数式２によってａ、ｂ、ｃ及びｄが上記範囲をすべて満足する場合、上記偏光分離素子１００、２００のピッチＰによる偏光特性に依存性が低くて、偏光分離素子１００、２００に１２０ｎｍ以上のピッチ値を有する凹凸１４０、２４０を形成しても、短波長領域でも優れた偏光度を具現することができる。
【００５５】
１つの例示で、上記凸部１４１、２４１のピッチＰは、特に制限されるものではないが、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、１００ｎｍ〜１８０ｎｍ、１１０ｎｍ〜１５０ｎｍ、１２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、１３０ｎｍ〜１５０ｎｍまたは１４０ｎｍ〜１５０ｎｍで形成されることができる。
【００５６】
１つの例示で、上記凸部１４１、２４１のピッチＰに対する上記凸部１４１、２４１の高さＨの比率Ｈ／Ｐは、紫外線領域で具現される偏光分離素子１００、２００の格子のピッチと線幅を考慮するとき、例えば、０．３〜１．５、０．４〜１、０．５〜１．２、０．６〜１．３または０．８〜１．５で形成することができる。上記凸部１４１、２４１のピッチＰに対する上記凸部の高さＨの比率Ｈ／Ｐが０．６未満なら、十分な光吸収を得ることができない問題が発生し、１．５を超過なら、工程上具現が難しいと共に、実際に製作するとしても、偏光度に優れているが、光配向工程速度に最大の影響を及ぼす光透過度が大幅に減少することができる。
【００５７】
上記凸部１４１、２４１の高さＨは、特に制限されるものではないが、例えば、２０ｎｍ〜３００ｎｍ、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、１００ｎｍ〜１５０ｎｍ、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍまたは２００ｎｍ〜２８０ｎｍで形成されることができる。上記凸部１４１、２４１の高さＨが３００ｎｍを超過する場合、吸収される光量が増加し、光配向時に必要な絶対光量が低くなることができる。したがって、上記凸部１４１、２４１の高さＨが前述した範囲内で形成される場合、吸収される光量が多くないため、適合な偏光分離素子１００、２００の製作が可能であり、上記偏光分離素子１００、２００が優れた紫外線透過率を維持しながらも、円滑な偏光分離性能を具現することができる。また、同一のピッチＰで凸部１４１、２４１の高さＨが厚くなるにつれて縦横比が増加するようになり、パターン製作容易性が低下することを防止することができる。
【００５８】
上記凸部１４１、２４１の幅Ｗは、特に制限されるものではないが、例えば、１０ｎｍ〜１６０ｎｍで形成されることができ、特に凸部１４１、２４１のピッチが５０ｎｍ〜１５０ｎｍの場合、例えば、１０ｎｍ〜１２０ｎｍ、３０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０ｎｍ〜８０ｎｍで形成されることができる。
【００５９】
１つの例示で、上記凹凸１４０、２４０は、曲線因子（ｆｉｌｌ−ｆａｃｔｏｒ）が０．２〜０．８を満足するように形成することができ、例えば、０．３〜０．６、０．４〜０．７、０．５〜０．７５または０．４５を満足するように形成することができる。上記凹凸１４０、２４０の曲線因子が上記数値範囲を満足する場合、円滑な偏光分離性能を具現することができ、吸収される光量が多くないため、偏光分離素子１００、２００の偏光特性が低下することを防止することができる。本明細書で使用される用語凹凸１４０、２４０の「曲線因子（ｆｉｌｌ−ｆａｃｔｏｒ）」は、凸部１４１、２４１のピッチＰに対する上記凸部１４１、２４１の幅Ｗの比率Ｗ／Ｐを意味する。また、上記「偏光特性」というのは、偏光分離素子１００、２００に照射される光の成分のうちＰ偏光は透過され、Ｓ偏光は偏光分離素子１００、２００によって吸収または反射する特性を意味する。本明細書で使用される用語「Ｓ偏光」は、吸収型偏光板に入射する入射光のうち上記格子と平行な電場ベクトルを有する成分を意味し、「Ｐ偏光」は、入射光のうち格子に直交する電場ベクトルを有する成分を意味する。
【００６０】
本発明は、また、偏光分離素子に関する。
【００６１】
図３は、例示的な偏光分離素子１００の断面を模式的に示す図であり、図４は、例示的な偏光分離素子１００の上面を模式的に示す図である。図３及び図４に示されたように、上記偏光分離素子１００は、光吸収性物質を含む凸部１４１と誘電物質が存在する凹部１４２を有する凹凸１４０を含むことができる。本明細書で使用される用語「凹凸」は、複数の凹部１４２と凸部１４１が形成されたストライプ形状のパターンが互いに平行に配列された構造（図４を参照）を意味し、本明細書で使用される用語「ピッチＰ」は、上記凸部１４１の幅Ｗと凹部１４２の幅を加えた距離を意味し（図４を参照）、本明細書で使用される用語「高さ」は、上記凸部１４１の高さＨを意味する（図３を参照）。
【００６２】
図３のように、例示的な上記偏光分離素子１００は、凹凸１４０を含むことができ、上記凹凸１４０は、凹部１４２と凸部１４１を有することができる。上記で、凸部１４１は、光吸収性物質を含むことができる。例えば、上記光吸収性物質は、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線領域のうちいずれか１つの長さの波長、例えば、３００ｎｍの波長の光に対する屈折率が１〜１０、例えば、１．３〜８、１．５〜９、２〜７または３〜４であることができる。屈折率が１未満の光吸収性物質で形成された偏光分離素子１００は、優れた消光比を有することができない。本明細書で使用される用語「消光比（Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）」は、Ｔｃ／Ｔｐを意味し、消光比が高いほど偏光性能に優れた偏光板として見なされる。ここで、Ｔｃは、上記凸部１４１と直交する方向に偏光された波長の光の上記偏光分離素子１００に対する透過度であり、Ｔｐは、上記凸部１４１と平行な方向に偏光された光の上記偏光分離素子１００に対する透過度を意味する。また、上記光吸収性物質は、２５０ｎｍ〜３１０ｎｍの光波場領域、例えば、３００ｎｍの波長の光に対する吸光係数が０．５〜１０、例えば、１〜５、１．２〜７、１．３〜５、または１．５〜３であることができる。上記吸光係数が上記数値範囲を満足する材料を使用して凸部１４１を形成する場合、偏光分離素子１００の消光比が高くなり、全体透過率が優秀に現われることができる。
【００６３】
特に、２５０ｎｍ〜３１０ｎｍの光波場領域、例えば、３００ｎｍの光に対する屈折率が１〜１０であり、同時に吸光係数が０．５〜１０の範囲を満足する光吸収性物質が凸部１４１に含まれる場合、上記凸部１４１のピッチに制限されることなく、紫外線領域の光を偏光させることができる。すなわち、上記凸部１４１が上記光吸収性物質を含み、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの光波場領域、例えば、３００ｎｍの光に対する屈折率が１〜１０であり、吸光係数が０．５〜１０であるので、紫外線領域の光を偏光させる場合のピッチＰに対する依存性がアルミニウムのような反射性素材より低いことがある。また、短波長である紫外線領域の光を偏光させるために上記光吸収性物質で形成された凸部１４１のピッチは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、１００ｎｍ〜１８０ｎｍ、１１０ｎｍ〜１５０ｎｍ、１２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、１３０ｎｍ〜１５０ｎｍまたは１４０ｎｍ〜１５０ｎｍで形成されることができる。上記ピッチＰが４００ｎｍの光波場領域の約１／２程度である２００ｎｍを超過する場合、紫外線領域での偏光分離が生じないことがある。上記凸部１４１は、また、前述した範囲の屈折率及び吸光係数を有するので、紫外線吸収能に優れていて、アルミニウムに比べて短波長でも優れた消光比を有するので、上記光吸収性物質を利用して紫外線偏光度に優れた偏光分離素子１００を製造することができる。１つの例示で、上記光吸収性物質の酸化温度は、４００℃以上であることができ、例えば、５００℃以上、６００℃以上、７００℃以上、８００℃以上であることができる。上記のような酸化温度を有する光吸収性物質で上記凸部１４１を形成する場合、上記光吸収性物質の酸化温度が高いため、熱的安定性及び耐久性に優れた偏光分離素子１００を得ることができる。これにより、バックライトまたは光源で発生する熱、特に、紫外線領域の光を偏光させる場合、紫外線による熱による酸化を防止することができ、したがって、偏光分離素子１００が変形されずに、優れた偏光度を維持することができるという効果がある。
【００６４】
また、上記光吸収性物質は、前述した範囲の屈折率及び吸光係数を有するものなら、技術分野で公知された多様な物質を使用することができ、例えば、シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、タングステン、酸化タングステン、ガリウム砒素、ガリウムアンチモナイド、アルミニウムガリウム砒素、テルル化カドミウム、クロム、モリブデン、ニッケル、ガリウムホスフィド、インジウムガリウム砒素、インジウムホスフィド、インジウムアンチモナイド、テルル化カドミウム亜鉛、酸化スズ、酸化セシウム、ストロンチウム酸化チタン、シリコンカーバイド、イリジウム、酸化イリジウムまたはテルル化亜鉛セレニウムなどが使用されることができるが、これに制限されるものではない。
【００６５】
１つの例示で、上記凹凸１４０の凹部１４２には、誘電物質（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）が存在することができる。例示的な上記誘電物質の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ波長の光に対する屈折率は、１〜３であることができる。上記誘電物質は、前述した範囲の屈折率を有するものなら、特に制限されるものではなく、例えば、シリコンオキシド、マグネシウムフロライド、シリコンナイトライドまたは空気などが例示されることができる。１つの例示で、上記誘電物質が空気の場合には、上記凹凸１４０の凹部１４２は、実質的に空いている状態（ｅｍｐｔｙ  ｓｐａｃｅ）であることができる。
【００６６】
１つの例示で、上記偏光分離素子１００に含まれ、凹凸１４０を支持するための上記基板１１０は、例えば、石英、紫外線透過ガラス、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙ  Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、エチルビニルアセテート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｖｉｎｙｌ  Ａｃｅｔａｔｅ、ＥＶＡ）などのような材料から形成された基板であることができる。例示的な上記基板１１０の紫外線透過率は、例えば７０％以上、８０％以上、９０％以上であることができ、前述した範囲の透過率を有する場合、偏光分離素子の紫外線透過率が向上し、光配向速度に優れた光配向膜の製造が可能である。例えば、可視光線だけでなく、２００ｎｍ領域の紫外線波長帯まで光透過度が８５％〜９０％以上と優れていて、長時間の紫外線の照射とランプで発散する熱に強い石英（Ｑｕａｒｔｚ）が上記基板１１０として使用されることができる。
【００６７】
例示的な上記偏光分離素子１００の消光比は、２以上であることができ、例えば、５以上、１０以上、５０以上、１００以上または５００以上の値を有することができる。上記消光比の上限は、特に制限されるものではないが、製造工程及び経済的な側面を考慮するとき、例えば、２０００以下、１５００以下または１０００以下であることができる。１つの例示で、上記偏光分離素子１００は、短波長である２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの光波長領域での消光比が２〜２０００、例えば、５〜１５００、１０〜１５００、５０〜２０００、５００〜１５００または１００〜２０００であることができる。前述した範囲内の消光比を有することによって、上記偏光分離素子１００は、可視光線領域はもちろん、紫外線領域にも優れた偏光性能を示すことができる。例えば、上記偏光分離素子１００を構成する格子の高さを増加させる場合、消光比を２０００を超過して向上させることができるが、現実的に２０００以上の消光比を有する偏光分離素子は、実用的な面で意味がなく、同一のピッチで高さを大きくする場合、縦横比が増加するので、工程的な側面でも生産性が顕著に低下することができる。
【００６８】
本発明は、また、上記偏光分離素子を含む装置、例えば、光照射装置に関する。例示的な装置は、上記偏光分離素子及び被照射体が保持される装備を含むことができる。
【００６９】
上記で、上記偏光分離素子は、偏光板であることができる。偏光板は、例えば、光源から照射された光から直線に偏光された光を生成するために使用されることができる。偏光板は、例えば、光源から照射された光が偏光板に入射し、偏光板を透過した光がさらにマスクに照射され得るように装置内に含まれることができる。また、例えば、装置が集光板を含む場合には、偏光板は、光源から照射された光が集光板に集光された後に、偏光板に入射することができる位置に存在することができる。
【００７０】
偏光板としては、光源から照射された光から直線偏光された光を生成することができるものなら、特別な制限なしに使用されることができる。このような偏光板としては、ブリュースター角で配置されたガラス板またはワイヤグリッド偏光板などが例示されることができる。
【００７１】
また、上記装置は、被照射体が保持される装備と偏光分離素子との間に光配向マスクをさらに含むことができる。
【００７２】
上記でマスクは、例えば、装備に保持された被照射体の表面との距離が約５０ｍｍ以下になるように設置されることができる。上記距離は、例えば、０ｍｍを超過するか、０．００１ｍｍ以上、０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以上または１ｍｍ以上であることができる。また、上記距離は、４０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下または１０ｍｍ以下であることができる。被照射体の表面とマスクの距離は、前述した上限及び下限の多様な組合で設計されることができる。
【００７３】
上記で、被照射体が保持される装備の種類は、特に制限されず、光が照射される間に、被照射体が安定的に維持され得るように設計されているすべての種類の装備が含まれることができる。
【００７４】
また、上記装置は、マスクに光を照射することができる光源をさらに含むことができる。光源としては、マスクの方向に光を照射することができるものなら、目的によって特別な制限なしに使用することができる。例えば、マスクの開口部にガイドされる光を通じて光配向膜の配向や、フォトレジストの露光などを行う場合には、光源としては、紫外線の照射が可能な光源として、高圧水銀紫外線ランプ、メタルハライドランプまたはガリウム紫外線ランプなどが使用されることができる。
【００７５】
光源は、１つまたは複数個の光照射手段を含むことができる。複数の光照射手段が含まれる場合に、照射手段の数や配置形態は、特に制限されない。光源が複数の光照射手段を含む場合に、光照射手段は、２個以上の列を形成しており、２個以上の列のうちいずれか１つの列に位置する光照射手段と上記いずれか１つの列に隣接する他の列に位置している光照射手段は、互いにずれて重畳されるように配置されることができる。
【００７６】
光照射手段が互いにずれて重畳されているというのは、いずれか１つの列に存在する光照射手段といずれか１つの列に隣接する他の列に存在する光照射手段の中心を連結する線は、各列と垂直する方向に平行しない方向（所定角度で傾いた方向）に形成されながら、光照射手段の照射面積は、各列と垂直する方向で一定部分だけ互いに重なって存在する場合を意味することができる。
【００７７】
図５は、上記のような光照射手段の配置を例示的に説明している図である。図５では、複数の光照射手段１０が２個の列、すなわちＡ列とＢ列を形成しながら配置されている。図５の光照射手段のうち１０１で表示される光照射手段を第１光照射手段とし、１０２で表示される光照射手段を第２光照射手段とすれば、第１及び第２光照射手段の中心を連結する線Ｐは、Ａ列及びＢ列の方向と垂直する方向に形成されている線Ｃに平行しないように形成されている。また、第１光照射手段の照射面積と第２光照射手段の照射面積は、Ａ列及びＢ列の方向と垂直する方向にＱの範囲だけ重畳されている。
【００７８】
上記のような配置によれば、光源によって照射される広義光量を均一に維持することができる。上記でいずれか１つの光照射手段と他の光照射手段が重畳される程度、例えば、図５でＱの長さは、特に制限されない。例えば、重畳される程度は、光照射手段の直径、例えば、図５のＬの約１／３以上〜２／３以下であることができる。
【００７９】
装置は、また、光源から照射される光の光量の調節のために、１つ以上の集光板をさらに含むことができる。集光板は、例えば、光源から照射された光が集光板に入射し、集光された後に、集光された光が偏光分離素子及びマスクに照射され得るように装置内に含まれることができる。集光板としては、光源から照射された光を集光することができるように形成されていたら、この分野で通常使用される構成を使用することができる。集光板としては、ランチキュラーレンズ層などが例示されることができる。
【００８０】
図６は、光照射装置の１つの例を示す図である。図８の装置は、順に配置された光源１０、集光板２０、偏光板３０、マスク４０及び被照射体５０を保持する装備６０を含んでいる。図６の装置では、光源１０で照射された光がまず集光板２０に入射して集光され、さらに偏光板３０に入射する。偏光板３０に入射した光は、直線に偏光された光として生成され、さらにマスク４０に入射し、開口部によってガイドされ、被照射体５０の表面に照射されることができる。
【００８１】
本発明は、光の照射方法に関する。例示的な上記方法は、上記記述した光照射装置を使用して行うことができる。例えば、上記方法は、上記被照射体が保持されることができる装備に被照射体を保持し、上記偏光分離素子及びマスクを介して上記被照射体に光を照射することを含むことができる。
【００８２】
１つの例示で、上記被照射体は、光配向膜であることができる。このような場合、上記光照射方法は、整列された光配向膜を製造する方法であることができる。例えば、光配向膜が装備に固定された状態で偏光分離素子及びマスクを介して直線偏光された光などを照射し、光配向膜に含まれている光感応性物質を所定方向に整列させて配向性が発現された光配向膜を製造することができる。
【００８３】
上記方法に適用されることができる光配向膜の種類は、特に制限されない。当該分野では、光感応性残基（residue）を含む化合物として光配向膜の形成に使用することができる多様な種類の光配向性化合物が公知されていて、このような公知の物質は、いずれも光配向膜の形成に使用されることができる。光配向性化合物としては、例えば、トランス−シス光異性化（ｔｒａｎｓ−ｃｉｓ  ｐｈｏｔｏｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）によって整列される化合物、鎖切断（ｃｈａｉｎ  ｓｃｉｓｓｉｏｎ）または光酸化（ｐｈｏｔｏ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）などのような光分解（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）によって整列される化合物；［２＋２］添加環化（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）、［４＋４］添加環化または光二量化（ｐｈｏｔｏｄｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）などのような光架橋または光重合によって整列される化合物；光フリース再配列（ｐｈｏｔｏ−Ｆｒｉｅｓ  ｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）によって整列される化合物または開環／閉環（ｒｉｎｇ  ｏｐｅｎｉｎｇ／ｃｌｏｓｕｒｅ）反応によって整列される化合物などを使用することができる。トランス−シス光異性化によって整列される化合物としては、例えば、スルホ化ジアゾ染料（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ  ｄｉａｚｏ  ｄｙｅ）またはアゾ高分子（ａｚｏ  ｐｏｌｙｍｅｒ）などのアゾ化合物やスチルベン化合物（ｓｔｉｌｂｅｎｅｓ）などが例示されることができ、光分解によって整列される化合物としては、シクロブタンテトラカルボキシル酸二無水物（ｃｙｃｌｏｂｕｔａｎｅ−１、２、３、４−ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ  ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、芳香族ポリシランまたはポリエステル、ポリスチレンまたはポリイミドなどが例示されることができる。また、光架橋または光重合によって整列される化合物としては、シンナメート（ｃｉｎｎａｍａｔｅ）化合物、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）化合物、シンナムアミド（ｃｉｎｎａｍａｍｉｄｅ）化合物、テトラヒドロフタルイミド（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ）化合物、マレイミド（ｍａｌｅｉｍｉｄｅ）化合物、ベンゾフェノン化合物またはジフェニルアセチレン（ｄｉｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｙｌｅｎｅ）化合物や光感応性残基としてカルコニル（ｃｈａｌｃｏｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、カルコン化合物）またはアントラセニル（ａｎｔｈｒａｃｅｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、アントラセニル化合物）などが例示されることができ、光フリース再配列によって整列される化合物としては、ベンゾエート（ｂｅｎｚｏａｔｅ）化合物、ベンゾアミド（ｂｅｎｚｏａｍｉｄｅ）化合物、メタアクリルアミドアリール（メタ）アクリレート（ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｍｉｄｏａｒｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）化合物などの芳香族化合物が例示されることができ、開環／閉環反応によって整列する化合物としては、スピロピラン化合物などのように［４＋２］π−電子システム（［４＋２］π−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｓｙｓｔｅｍ）の開環／閉環反応によって整列する化合物などが例示されることができるが、これに制限されるものではない。このような光配向性化合物を使用した公知の方式を通じて上記光配向膜を形成することが��きる。例えば、光配向膜は、上記化合物を使用して適切な支持基材上に形成されることができ、このような光配向膜は、被照射体を保持することができる装備、例えば、ロールによって移送されながら上記方法に適用されることができる。
【００８４】
上記方法で偏光紫外線分離素子及びマスクを介して光が照射される光配向膜は、１次配向処理された光配向膜であることができる。１次配向処理は、例えば、偏光紫外線分離素子を通じて一定方向に直線偏光された紫外線をマスクを介して光を照射する前に、光配向膜、例えば、光配向膜の全面に照射することによって行うことができる。１次配向処理された光配向膜にマスクを介して光を照射し、且つ上記１次配向処理時とは異なる方向に偏光された光を照射するようになれば、開口部に対応する光配向膜の領域にのみ光が照射され、光配向性化合物が再整列され、これにより、光配向性化合物の整列方向がパターン化されている光配向膜を製造することができる。
【００８５】
光配向膜の配向のために、例えば、直線偏光された紫外線を１回以上照射すると、配向層の配向は、最終的に照射される光の偏光方向によって決定される。したがって、光配向膜に偏光紫外線分離素子を通じて一定方向に直線偏光された紫外線を照射し、１次配向させた後に、マスクを介して所定部位にのみ１次配向処理時に使用したものとは異なる方向に直線偏光された光に露出させれば、光が照射される所定部位だけで配向層の方向が１次配向処理時の方向とは異なる方向に変更されることができる。これにより、第１配向方向を有する第１配向領域と第１配向方向とは異なる第２配向方向を有する第２配向領域を少なくとも含むパターンまたは配向方向が互いに異なる２種類以上の配向領域が光配向膜に形成されることができる。
【００８６】
１つの例示で、１次配向時に照射される直線偏光された紫外線の偏光軸と１次配向後にマスクを介して行われる２次配向時に照射される直線偏光された紫外線の偏光軸とが成す角度は、垂直であることができる。上記で、垂直は、実質的な垂直を意味することができる。このような方式で１次及び２次配向時に照射される光の偏光軸を制御して製造された光配向膜は、例えば、立体映像を具現することができる光学フィルタに使用されることができる。
【００８７】
例えば、上記のように形成された光配向膜上に液晶層を形成し、光学フィルタを製造することができる。液晶層を形成する方法は、特に制限されず、例えば、光配向膜上に光による架橋または重合が可能な液晶化合物を塗布及び配向した後に、液晶化合物の層に光を照射し、架橋または重合させて形成することができる。このような段階を進行することによって、液晶化合物の層は、光配向膜の配向によって配向及び固定され、配向方向が異なる２種類以上の領域を含む液晶フィルムが製造されることができる。
【００８８】
光配向膜に塗布される液晶化合物の種類は、特に制限されず、光学フィルタの用途によって適切に選択されることができる。例えば、光学フィルタが立体映像の具現のためのフィルタである場合には、液晶化合物は、下部に存在する配向層の配向パターンによって配向することができ、光架橋または光重合によってλ／４の位相差特性を示す液晶高分子層を形成することができる液晶化合物であることができる。用語「λ／４の位相差特性」は、入射する光をその波長の１／４倍だけ位相遅延させることができる特性を意味することができる。このような液晶化合物を使用する場合、例えば、入射光を左円偏光された光及び右円偏光された光に分割することができる光学フィルタを製造することができる。
【００８９】
液晶化合物を塗布し、また、配向処理、すなわち下部の配向層の配向パターンによって整列させる方式や、整列された液晶化合物を架橋または重合させる方式は、特に制限されない。例えば、配向は、液晶化合物の種類によって化合物が液晶性を示すことができる適切な温度で液晶層を維持する方式などに進行されることができる。また、架橋または重合は、液晶化合物の種類によって適切な架橋または重合が誘導されることができる水準の光を液晶層に照射して行うことができる。
【発明の効果】
【００９０】
本発明の偏光分離素子の製造方法は、製造工程が単純で、製造コストが安くて、大面積で紫外線偏光分離素子を製造することが容易である。また、本発明の偏光分離素子は、紫外線及び熱に対する耐久性に優れていて、偏光特性のピッチ依存性が低くて、製造工程が容易であると共に、短波長領域でも優れた偏光度及び消光比を具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】例示的な紫外線偏光分離素子の製造方法を順次に示す図である。
【図２】例示的な紫外線偏光分離素子の製造方法の他の具現例を順次に示す図である。
【図３】例示的な偏光分離素子を断面を示す断面図である。
【図４】例示的な偏光分離素子の上面を模式的に示す図である。
【図５】例示的な光照射手段の配置を示す図である。
【図６】例示的な光照射装置を示す図である。
【図７】実施例１によって製造された例示的な偏光分離素子を撮影したＳＥＭ写真である。
【図８】実施例２によって製造された例示的な偏光分離素子を撮影したＳＥＭ写真である。
【図９】実施例１、２及び比較例によって製造された例示的な偏光分離素子の偏光特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００９２】
以下、本発明による実施例及び本発明によらない比較例を通じて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範囲が下記提示された実施例によって制限されるものではない。
【００９３】
［製造例：ゾル−ゲルコーティング溶液の製造］
窒素が充填されたグローブボックスで溶媒であるイソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ）５０ｍＬに二酸化チタンの前駆体であるチタンイソプロポキシド（Ｔｉ−ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）１．２５ｍＬと触媒である塩酸２ｍＬを混合し、約１０分間撹拌し、ゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）コーティング溶液を製造した。
【００９４】
［実施例：紫外線吸収型偏光分離素子の製造］
実施例１
５ｍｍ厚さの石英基板上にアクリル系レジスト（Ｍｉｃｒｏｒｅｓｉｓｔ社のＭＲ８０１０Ｒ）を塗布し、１００ｎｍ厚さのレジスト層を形成した。上記レジスト層上にあらかじめ製作された７５ｎｍの隙間を有する格子が形成されたスタンパーを接触させた後、２０分間１６０℃温度で加熱し、４０ｂａｒの圧力で加圧し、上記レジスト層にスタンパーの格子を転移した。その後、インプリントされたパターンの凹部に存在するレジスト層の残膜を除去し、１５０ｎｍピッチの格子を有するレジストを製造した。上記製造例１で製造されたゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）コーティング溶液を２０００ｒｐｍでスピンコーティングし、レジスト格子の隙間にゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）コーティング溶液を均一に充填した。その後、空気中の水分と反応を通じて加水分解及び縮合反応でチタン酸化物（二酸化チタン、ＴｉＯ２）が形成されることができるように、常温及び６５％の相対湿度の条件下で放置し、ゲル化した。その後、基板を４００℃で熱処理し、レジストの格子の隙間に充填されたチタンイソプロポキシドをアナターゼ結晶構造の二酸化チタンに作ると同時に、レジストを除去し、凸部に二酸化チタンを含みと、凸部の高さＨが５０ｎｍ、幅Ｗが７５ｎｍ、ピッチＰが１５０ｎｍである紫外線偏光分離素子を製造した。図７は、実施例１によって製造された吸収型偏光分離素子の形状を示すＳＥＭ写真である。
【００９５】
実施例２
５ｍｍ厚さの石英基板上に上記製造例１で製造されたゾル−ゲルコーティング溶液を２０００ｒｐｍでスピンコーティングした後、空気中の水分と反応を通じて加水分解及び縮合反応でチタン酸化物（二酸化チタン、ＴｉＯ２）が形成されることができるように、常温及び６５％の相対湿度の条件下で放置し、ゲル化した。このような工程を２回繰り返して、６０ｎｍ厚さのチタン酸化層を形成した。その後、チタン酸化層上にアクリル系レジスト（Ｍｉｃｒｏｒｅｓｉｓｔ社のＭＲ８０１０Ｒ）を塗布し、１００ｎｍ厚さのレジスト層を形成した。上記レジスト層上にあらかじめ製作された７５ｎｍの隙間を有する格子が形成されたスタンパーを接触させた後、２０分間１６０℃温度で加熱し、４０ｂａｒの圧力で加圧し、上記レジスト層にスタンパーの格子を転移した。その後、インプリントされたパターンの凹部に存在するレジスト層の残膜を除去し、１５０ｎｍピッチの格子を有するレジストを製造した。上記レジストをエッチングマスクとして利用してエチバック（ｅｔｃｈｂａｃｋ）工程を行うことによって、チタン酸化層をパターニングし、凸部に二酸化チタンを含み、凸部の高さＨが５０ｎｍ、幅Ｗが７５ｎｍ、ピッチＰが１５０ｎｍである紫外線偏光分離素子を製造した。図８は、実施例２によって製造された吸収型偏光分離素子の形状を示すＳＥＭ写真である。
【００９６】
比較例
５ｍｍ厚さの石英基板上にアルミニウム層をスパッタリング方法を用いて１５０ｎｍ厚さで真空蒸着した。その後、アルミニウム層の上部にアクリル系レジスト（Ｍｉｃｒｏｒｅｓｉｓｔ社のＭＲ８０１０Ｒ）を塗布し、１００ｎｍ厚さのレジスト層を形成した。上記レジスト層上にあらかじめ製作された７５ｎｍの隙間を有する格子が形成されたスタンパーで接触させた後、２０分間１６０℃で加熱し、４０ｂａｒの圧力を印加して、上記レジスト層にスタンパーの格子を転移した。その後、インプリントされたパターンの凹部に存在するレジスト層の残膜を除去し、１５０ｎｍピッチの格子を有するレジストを製造した。上記レジストをエッチングマスクとして利用してエチバック（ｅｔｃｈｂａｃｋ）工程を行うことによって、パターニングし、凸部にアルミニウムを含み、凸部の高さＨが５０ｎｍ、幅Ｗが７５ｎｍ、ピッチＰが１５０ｎｍである紫外線偏光分離素子を製造した。
【００９７】
実験例
実施例１〜２及び比較例で製造された偏光分離素子に対して下記方式でその物性を評価した。
【００９８】
測定方法１：凸部の屈折率及び吸光係数の測定
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ装備及びＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌｉｎｇを利用して実施例及び比較例で製造された偏光分離素子に３００ｎｍの波長の光を照射し、上記偏光分離素子の凸部の屈折率及び吸光係数を測定し、その結果を下記表１に示した。
【００９９】
【表１】
2015502581.tif 000003
【０１００】
測定方法２：透過度の測定
Ａｘｏ−ｓｃａｎ偏光透過反射スペクトル測定装置を利用して２００〜４００ｎｍの波長帯域で実施例１〜３及び比較例による紫外線偏光分離素子のＰ偏光とＳ偏光の透過度を測定した。その測定結果は、図９にグラフで示す。図９で、ｘ軸は、光の波長（２００ｎｍ〜４００ｎｍ）を示し、ｙ軸は、光透過度を示す。
【０１０１】
表１に示されたように、比較例のアルミニウムを蒸着して形成された偏光分離素子の凸部は、３００ｎｍの波長の光に対する屈折率が０．２８であり、吸光係数が３．６４であるので、屈折率が１未満であったが、実施例の場合、溶液工程によって形成された二酸化チタンを含む凸部は、３００ｎｍの波長の光に対する屈折率が３．５１であり、吸光係数が１．０７であるので、３００ｎｍの波長の光に対する屈折率が１〜１０であり、吸光係数が０．５〜１０の範囲を満足するものであることが分かった。
【０１０２】
また、図９を参照すれば、実験例１及び２によって製造された偏光分離素子が比較例によって製造された偏光分離素子に比べて紫外線領域帯で偏光特性に優れていることを確認することができる。特に、２５０ｎｍ以下の領域で、比較例による偏光分離素子は、偏光特性が現われないが、実験例１及び２によって製造された偏光分離素子は、偏光特性に優れていることを確認することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１００、２００  偏光分離素子
１１０、２１０  基板
１２０、２３０  レジスト
１３０、２２０  コーティング溶液
１４０  凹凸
１４１  凸部
１４２  凹部
１０、１０１、１０２  光照射手段
２０  集光板
３０  偏光板
４０  マスク
５０  被照射体
６０  被照射体が保持される装備
【図１】
2015502581.tif 000004
【図２】
2015502581.tif 000005
【図３】
2015502581.tif 000006
【図４】
2015502581.tif 000007
【図５】
2015502581.tif 000008
【図６】
2015502581.tif 000009
【図７】
2015502581.tif 000010
【図８】
2015502581.tif 000011
【図９】
2015502581.tif 000012
【国際調査報告】
2015502581.tif 000013
2015502581.tif 000014
2015502581.tif 000015
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