TW522261B

TW522261B - Polarizing element and manufacturing method thereof

Info

Publication number: TW522261B
Application number: TW090118470A
Authority: TW
Inventors: Mitsuhiro Kawazu; Shinji Kawamoto; Hiroaki Yamamato; Hideshi Nagata; Hiroyuki Inomata
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-03-01
Also published as: WO2002091044A1; US20040239833A1; CN1520524A; CA2445750A1; US20080018997A1; US7289173B2; JP2002328222A; KR20030097839A; EP1387190A1

Description

522261

技術範圍本發明關於一偏光元件及其製造方法。技術背景瓜偏光7C件包括使用一電介質薄膜之偏光束分離器、使用一雙折射晶體之洛匈棱鏡及格蘭-湯普森棱鏡，及描繪一有機化合物樹脂薄膜於一方向所製造之線性偏光薄膜，使導向碘或一雙向色性色調於一特定方向。再者，一偏光元件之特徵為，具有非均質外型之銀微粒係沉澱及散布於習知玻璃（例如參閱“新玻璃，，1997年所出版=第12冊編號4之第42頁）中。根據此偏光元件，熱拔出經石鹽銀微粒所分布之玻璃，結果岩鹽銀微粒轉換成球狀體，及同時導向這些球狀體，使其主軸彼此對齊。該玻璃接著在一降低之大氣下加熱，因此岩鹽銀微粒簡化為銀微粒’藉此完成偏光元件之製造。另外也有一所謂“薄板型偏光元件”（參閱Sumit〇ni〇〇saka 公司之光學偏光控制元件目錄）。根據此薄板型偏光元件’金屬或半導體薄膜層及電介質層彼此變換地配置之一薄板結構，產生於真空環境中之玻璃基材或類似材料上，而該真空環境使用真空沉積、濺射或類似方式，且以數十層像這樣的鋪層完全地建造。該基材及薄膜結構係接著以正交於薄板之方向切割成約30微米之厚度。由該切割所產生之切割表面然後經拋光磨平，藉此完成偏光元件之製造。再者，一金屬光栅製成於一透明基材表面之一所謂“金本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 522261 A7 B7

屬光柵偏光7C件”係已實現（參閱日本揭示專利公告號碼09-304620)。此偏光元件係經形成一金屬薄膜於一透明基材上，接著經使用一光石版印刷製圖技術乾蝕刻該金屬膜，或經一射出方法所製成。然而，就線性地偏光元件而言，製造該薄膜係便宜的，但因為該薄膜由抽出之樹脂膜所製成，有一問題為，比較於一無機化合物型式偏光元件之耐熱及耐膜性較差。再者，就以偏光元件而言，其特徵具有沉澱及散布於破璃中非均質外型之銀微粒，有一問題為，於一降低之大氣下，加熱該玻璃使得岩鹽銀微粒簡化成為銀微粒之步驟期間，岩鹽銀微粒可回到一球狀外型及失去其非均質外型，或銀微粒會縮小體積’其結果為入射光將散射，因此入射光插置損失增加，且使得偏光特性定度變差。再者，有一問題為，簡化岩鹽銀至金屬銀之處理效果僅由玻璃表面延伸至數十微米之深度，因此不將構成偏光特性之岩鹽銀微粒保留。岩鹽銀微粒之出現導致入射光插入損失之上升，也使得偏光元件之製造沒有效率，且阻礙製造偏光元件之成本。再者’就薄板型偏光元件而言，其製程需要許多時間及努力，這造成了其不可能減少製造成本之問題。再者，金屬或半導體薄膜層及電介質間介面之黏著係非常差的，因此其限制了所能建立鋪層之數目。再者，為減少入射光插入損失，其須切割基材及薄板結構至約3 〇微米或更少之厚度，以減少經拋光切割所產生之切割表面。此外，於此處 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

裝訂

522261 A7 ________B7 _ 五、發明説明（3 ) 理期間薄板結構易於破壞，其將導致產品產出極為不良的問題，因此偏光元件之成本非常的高。再者’就金屬光栅偏光元件而言，該光柵間隔必須比所使用偏光光線之波長為窄。例如，如果處理一 155微米之光學通信波長，製成次微米位階之光柵線條寬度及光柵間隔之微處理將變得須要，但其可能有光石板印刷製圖技術上之限制。有一問題為如果該光栅線條寬度或光柵間隔大於設計值，則入射光將由金屬薄膜反射，其導致插入損失增加且惡化偏光特性。再者，金屬薄膜之乾蝕刻選擇性地彼例（由光致蝕刻劑蝕刻率所分割之金屬薄膜蝕刻率）係低的’其導致之問題為其難以達成一厚的金屬薄膜，因為蝕刻一厚的金屬該光致蝕刻劑也變厚。結果，一完全地實現偏光特性之充份厚度金屬薄膜不能達成。例如，在雙重檢查.光柵偏光元件之偏光特性測試中，使用如上述日本揭示專利公告（Kokai)號碼09-304620 所揭露之金，其將發現吸收比約20dB，而不能充份地符合光學元件諸如一偏光元件所須之性能。鑒於上述，本發明之目的係提供便宜及具有良好偏光特性之偏光元件，及製造此偏光元件之方法。發明說明為達成上述，如本發明之偏光元件，其吸收通過其間電磁波之特定波長分量藉此產生偏光光線，且其特徵包本— 透明基材及複數配置於該透明基材表面之薄膜型導體，及以其預定間隔及以正交透明基材表面之方向彼此平行延 -6 - 本紙張尺度it用巾S ®家標準(CNS) A4規格(21G X 297公爱) ' -------- 522261 A7

五、發明説明（4 伸。 ^者，如本發明偏光元件之特徵為，該透明基材具有複數k供其表面中之第一凹槽，及薄膜型導體嵌人該第〆凹槽中。、再如本發明偏光元件之特徵為，該薄膜型導體嵌入複數第二凹槽中，而該第二凹槽透過一電介質固定形成於透明基材之表面上。 a再者，如本發明偏光兀件之特徵為，透明基材具有複數提供於其表面之第一凹槽，&薄膜型導體製成於該第一側表面。再者，如本發明偏光元件之特徵為，其具有覆蓋整個透明基材表面及薄膜型導體二者之一電介質。再者，如本發明偏光元件之特徵為，該偏光元件於透明表面上具有一電介質，該電介質已製成其中之複數凹槽，彼此平行且以其預足間隔，及以一正交透明基材表面之方向延伸，及薄膜型導體嵌入該凹槽中。再者，如本發明偏光元件之特徵為，其滿足該關係： °·1λ < d < 0.5λ » 〇.5d < Η < 20d ^ 〇.〇6d s W s 1.5d，及〇微米S I ε|W-(H/d)，其中d表示導體間預定之間隔，h表示導體之高度，w導體之寬度，I εΐ導體複相對電容率之絕對值、λ偏光光線之波長，d、W、H及λ之單位為微米。本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 B7 五、發明説明（5 較佳地，如本發明偏光元件之特徵為，其滿足該關係：〇.7d < Η < 15d ,及〇.6d < W < 〇.7d。更佳地，如本發明偏光元件之特徵為，其滿足該關係： l.Od < Η < l〇d，及 0.06d < W < 〇.5d。再者，如本發明偏光元件之特徵為，其中該導體包含由金、銀、銅、鈀、鉑、鋁、鍺、鍺、矽、鎳、鈷、錳、鐵、路、欽、釕、鈮、钕、镱、釔、鉬、銦，及鉍組成之組合中選出之至少之一者。為達成上面目的，如本發明製造一偏光元件之方法，其偏光元件吸收來自通過其間之電磁波特定波長之成份，且其特徵為，包含在一透明基材表面中之一第一波狀結構之形成步驟’一第一波狀結構具有複數線性第一凹槽，且其彼此平行以一其間之預定間隔延伸；一第二波狀結構形成步驟’其沉積一電介質至一約固定厚度於使用一液相沉積方法之該第一波狀結構上，藉此形成具有複數第二凹槽之一第一波狀結構，該第二凹槽之寬度比該第一波狀結構之第一凹槽為窄，及一導體嵌入步驟，其廢入一導體進入一第二凹槽。再者，製造如本發明偏光元件之方法之特徵為，在該第二波狀結果形成步驟之液相沉積方法包含將該第一波狀結構導接觸一氫化矽氟溶液，其中二氧化矽已溶解於一超飽和範圍，藉此沉積二氧化矽於該第一波狀結構之表面。 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 522261 A7 B7 五、發明説明（7 ) 在如本發明實施例之偏光元件1 〇中，一電介質丨2係提供於一透明基材11上。複數寬度W及高度Η之薄膜型導體13 係建立於透明基材1 1上’其以彼此平行方式且以一其間之預定間隔d延伸，及經電介質12維持於定位。透明基材1 1必須於所使用之偏光光線之波長為一透明基材，及可為例如一玻璃基材、一樹脂基材、一單晶體基材或類似材料。許多型式玻璃可使用玻璃基材，包括鈉鹼石灰玻璃、碎酸鋁玻璃、矽酸硼玻璃及石英玻璃，及一適合玻璃根據偏光元件10之用途可由這些玻璃所選取。這些型式玻璃、石英玻璃在紫外線至接近紅外線所涵蓋之範圍具有高光透射比’因此其特別適合偏光元件10使用於光纖通信（155微米）波長光之情形。再者，石英玻璃在意義上較佳為，其能容易地受到表面微處理技術，諸如雷射磨擦及乾蝕刻。當偏光元件10使用於光纖通信之波長光以及一石英玻璃基材時，鎵-绅單晶體基材也能使用為該透明基材1 1。再者’就使用不同於一石英玻璃基材之透明基材而言，一二氧化矽（石英）外膜可製成數微米厚度於透明基材表面上。在偏光元件10中，僅來自透明基材11表面數微米之部份係製成供顯示偏光特性，因此如果此部件具有如同石英玻璃之性質，則其將如上述一石英玻璃透明基材而論，易於施加表面微處理之技術。其必須注意根據偏光元件之使用，一丙晞酸樹脂、一聚碳敗醋樹脂或類似可用以替代上述之透明基材。 -10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 _B7 五、發明説明（8 ) 複數建立於透明基材Η表面上，換言之，以正交於上述表面方式延伸配置之薄膜型導體1 3係固定接觸於透明基材 11或電介質12。結果，薄膜型導體13不須與透明基材11隔離，及能夠維持導體13及透明基材11或電介質12間介面之黏合，而不須給予特別之顧慮。薄膜型導體13，其能提升偏光特性，而能藉此固定於預定方式，最後能實現穩定之偏光特性。再者，薄膜型導體13於後續製造步驟諸如加工及組裝期間，當受到各種外力時，將不會輕易地破壞。接觸及固定於導體13於定位之材料較佳地具有與透明基材11相同及幾乎相同之折射率。這係為更正通過偏光元件 10之光相位。此材料因此較佳地為由透明基材11所製成相同之材料。就不同於透明基材11所製材料係使用為電介質 12而τ ’其較佳選擇具有一折射率近於透明基材π之材料。其必須注意固定導體13於定位之材料，除了透明基材11 或電介質12外，可由其它透明固體，例如黏著劑之一可固化透明樹脂所替代。現在將敘述相關圖3偏光元件10之偏光能力。圖3係圖1所示偏光元件10與圖式所省略電介質12之前視圖。由於光線入射於偏光元件10上，波前平行於導體13側面及電場平行於圖3之y -方向之偏光光線（電場波）Τ Ε係由偏光元件10所反射，然而波前垂直於導體13側面電場平行於 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 B7 五、發明説明（9 圖3之X -方向之偏光光線Τ Μ係由偏光元件1 〇所傳送。在偏光光線ΤΕ有關波前方面，導體13具有一長度（圖3之高度Η )，使得其大致地動作為導體，及因此瞬間電流流經導體13。最後，得到相同於金屬表面之反射及吸收性質，因此該偏光光線ΤΕ不能通過偏光元件10。在另一相關偏光光線ΤΜ方面，導體13之長度（圖3之寬度W)係比較於波長為短，及因此導體13大致地不會動作為導體，導致沒有瞬間電流流經導體13。偏光光線ΤΜ因此通過偏光元件10。吸光比及插入損失大致地使用於計算一偏光元件之偏光能力的特性。吸光比係以下面公式由偏光光線ΤΜ (其係以較多數量傳送）透射係數ΤΤΜ與偏光光線ΤΕ (其係以較少數量傳送）透射係數ΤΤΕ之比率所定義’對於此情形，線性偏光光線係入射於偏光元件：吸光比（dB) — 10一Ιο^^ο^τμ/Ττε) 插置損失係以下面公式由偏光光線Τ Μ (其係以較多於偏光光線ΤΕ之數量傳送）透射係數ΤΤΜ與偏光光線τΕ(其係以較少數量傳送）透射係數ΤΤΕ之比率所定義，對於此情形，線性偏光光線係入射於偏光元件：插置損失（dB) = -10_log1()(TTM/l〇〇)，其間Ttm係表示為一百分比。吸光比越高及插置損失比越低’則偏光元件之偏光特性越好。 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 ____一五、發明説明（1(3 ) 現在將敘述導體1 3之外型必須具有良好偏光特性以顯示一給定偏光光線波長，換言之，必須取得寬度W、高度Η 及預定間隔d之值。導體13之外型係希望基於所使用偏光波長而決定。其希望建立於透明基材1 1上之導體1 3間預定間隔d使相關於下列波長λ : 0.1 λ < d < 0.5 λ 如果預定間隔d係大於0.5又，則，有關所使用偏光光線波長λ，其將不會有足夠導體13構成偏光元件TE之反射及吸收。最後，偏光光線Τ Ε之透射係數將很高，因此該偏光元件10將不再有正確地功能。預定間隔d越低，則偏光隔離效果越大，但如果d小於 0· 1 λ，則必須傳送之偏光光線Τ Μ之反射及吸收將增加，換言之，因此偏光元件10之性能將降低。再者，在圖1所示偏光元件1 〇之結構，如果預定間隔d少於0.1 λ，則其將難以配置該導體13，其由工業觀點係所不希望的。再者，有關導體13間預定間隔d之導體13高度Η係較佳地 0.5d < Η < 20d，更佳地0.7d < Η < 15d，而更加地為 l.Od < Η < 10d。導體13之高度H係較佳高到足以使得導體13在線性偏光光線入射之傳送方向實質上作用為導體。換言之，高度Η 較佳高到使得瞬間電流當導體13接收偏光光線Τ Ε時流動，導致反射及吸收性質類似於所得之一金屬表面，且因此偏光光線Τ Ε不傳送。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇χ 297公I) 522261 A7 __ B7 __ 五、發明説明（11 ) 如果高度Η少於0 · 5 d，則導體1 3在線性偏光光線入射之傳送方向實質上不會作用為導體，因此一充分吸光比將不會得到。再者，吸光比能經由使得高度Η增加而變大，但一旦高度Η超過20d，吸光比不再增加。再者，其不適合以電流技術形成具有一高度Η大於2 Od之導體，因此由工業之觀點，高度Η較佳為不超過20d。有關導體13間預定間隔d之導體13寬度W鐵係較佳地為〇.〇6d < W < 1.5d，更佳地為〇.〇6d S W < 0.7d，然而更佳地為 0.06d < W < 0.5d。當導體13之寬度W相對於預定間隔d變小時，插置損失降低，但如果寬度W少於〇.〇6d，則一足夠大地吸光比將不再得到。再者，為使得寬度W少0.06d，薄膜型導體π 必須相當地薄。其很困難達成且不實際。當寬度W相對於預定間隔d變大時，吸光比上升，但其不希望寬度超過1 · 5 d，因為在此情形下，必須傳送之偏光光線T Μ之反射及吸收增加，且因此入射光之插置損失增加0 導體13之具體性質大大地影響所得偏光元件1〇之特性。特別地，導體13之電導性及相對介電係數構成偏光特性；電導性及相對介電係數越大，反射及吸收偏光光線ΤΕ之功能越強，且因此吸光比越大則偏光特性越好。複相對電容率之絕對值I ε|能用作表示電導性及相對介電係數之一具體數量，在此情形，當使用具有一大|ε|值之導體本紙張尺度適用巾@國家標準(CNS) Α4規格(21G X 297公釐]~' " 522261 A7 B7_____ 五、發明説明（12 ) 時，將得到具有一大吸光比之偏光元件。如上述，導體13 之形狀，例如寬度W、高度Η及預定間隔d及具體性質值丨ε|係決定偏光特性值的因素。情形並非如此，這些每單一因素決定偏光之特性。根據使用於偏光元件之偏光光線波長，設定導體13之外型，換言之，設定W、Η、d及Α間之關係，且進一步設定導體13外型參數W、Η、d及具體性質值UI，藉此得到使用於偏光元件10之偏光光線波長之最佳特性。特別地，偏光元件10中導體13之外型參數W、Η及d及具體性質值I ε|滿足下面關係： 1.0微米 S I ε| —W一(H/d) 例如，就所使用具有一低值| ε|之導體13而言，如果所採用之一外型其W及H /d至少之一為大，則偏光元件1 〇將具有足夠特性用於實際目的。再者，就所使用具有一高值| ε| 之導體13而言，W及H/d至少之一可為小。如上述’偏光元件1 〇能以此方式產生，因而實現所使用偏光光線波長之最佳特性。導體13之材料係較佳為由金、銀、銅、細、鉬、銘、鍺、鍺、矽、鎳、鈷、錳、鐵、鉻、鈦、釕、鈮、钕、鏡、紀、鉬、銦，及錯組成之組合中選出之至少之一者。再者’導體13之材料係更較佳為由金、銀、銅、銘、免、铑、鎳、姑，及路組成之組合中選出之至少之一者。即使對於其它金屬材料，上述金屬材料具有高電導性及相對介電係數。如果此金屬材料使用於偏光元件1〇之導體 -15- -—--- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 __B7 五、發明説明（~~) ^ "~" " 13時，則改良在偏光元件1〇上入射光反射及吸收特性，因此偏光元件10之偏光特性得以改良。圖4係如圖1所示偏光元件變化之前視圖。在圖4中，相等於圖1構成元件之構成元件係由相同參考編號所指定。偏光元件20具有一波狀結構（此後稱為‘‘第一波狀結構”），其中複數線性第一凹槽22係彼此平行形成於透明基材21之一表面中。一層由二氧化矽所形成之電介質3〇係形成於第一波狀結構之表面上。此層電介質3〇係形成約相同厚度於第一波狀結構表面之所有位置，且因此其表面輪廓也具有一波狀結構（此後稱為“第二波狀結構，，）。第二波狀結構之凹槽32(此後稱為“第二凹槽32，，）具有一宽度w及一深度H。再者，突出部件33(此後稱為‘‘第二突起33，，）具有寬度d。一寬度W及深度Η之薄膜型導體13係嵌入各第二凹槽32中。製造如圖4所示之偏光元件方法現在將經由參考圖$ a至 5D而說明。圖5A至5D係有易於說明製造圖4所示偏光元件步驟之圖型。特別地，圖5A表示一透明基材處理步驟，圖5B表示一電介質形成步騾，圖5C表示一屌體嵌入步驟，及圖5D 表示該完成之偏光元件。首先，圖5 A所示，線性第一凹槽22係製成於透明基材2 1 之上部件中。為形成這些第一凹槽22中，其可使用一實行光曝光之方法，該方法使用一光石版印刷製圖曝光技術、 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 522261 A7

-電子光束牽引技術、一雷射牽引技術、一雷射二光束介面曝光或類似技術，及接著實行乾蝕刻或濕蝕刻技術。再者’也可使用雷射磨光或利用一壓力機之模型轉換，其容許形成一精細第一波狀結構。經利用此-方法，形成具有一寬度w，及一深度h之第— 凹槽22,及具有一寬度d，之第一突起23。接下來如圖5B所不，一層二氧化碎電介質川係形成於該第一波狀結構表面上。、電介質30層之形成係利用液相沉積所完成。特別地，透明基材2i接觸含二氧化矽之一氫化矽氟酸(ha)至一超飽和範圍（此後稱為‘處理熔液’），藉此沉積處理溶液中之二氧化矽至透明基材21之表面。處理溶液之預備，例如係將一含諸如發膠或梦玻璃之二氧化矽’大約地溶解至氫化矽氟酸溶液中之飽和狀態，接，加水或一試劑（諸如硼酸或金屬鋁）或另外提升大約飽和氫化矽氟酸溶液之溫度，藉此使得所含之二氧化矽至一超飽和範圍。就一樹脂基材用作透明基材21之情形而言，一具有諸如一氧化甲基丙烯基或一胺基之有機功能基之有機矽化合物外膜’係於％成二氧化矽沉積前所製成；當二氧化矽沉積後續地成時，一強力固接樹脂基材之二氧化矽外膜能因此形成。透過此液相沉積，二氧化矽係以相同沉積率均質地沉積於各第一凹槽22側表面之所有底部表面及各第一突起23之

裝訂

線 -17-

522261 A7 B7 五、發明説明（15 ) 頂部表面。在電介質30層形成後，第二凹槽32之寬度W係少於最初地形成於透明基材2 1上部中之第一凹槽22寬度 W ·，然而第二凹槽32之深度Η係相同於第一凹槽22深度 Η。再者，緊鄰導體13間之間隔d係大於第一突起23之寬度d、透過此液相沉積，第二凹槽32之寬度能因此非常地窄，深度1 5乘以此寬度之凹槽外型能輕易地形成。在電介質30層已形成後，導體13係嵌入如圖5C所示之第二凹槽32。無電解沉積係適合達成此結果之一方法。變換地，將導體13嵌入第二凹槽32可經施加含一導體原料之溶液至電介質30層，然後加熱。施加含導體原料之方法包括鑄造、浸鍍、照像凹版印刷、橡皮版印刷、黏輥、嘴鍍，及離心鍍法。當使用此方法時，一些導體保留於第二突起33之表面上，及如果情形保持於此，則偏光元件20之插置損失將增加。為避免於此，在導體13嵌入後，保留在第二突起33上之導體係經抛光、姓刻，或以布擦拭及類似方式去除。以此方式形成之導體13具有例如一 0· 1微米寬度W、一 1·5微米高度η，及一〇.5微米間隔d。為形成具有此一外型之導體13於第二凹槽32中，第二凹槽32之寬度W必須為〇1 微米’第二凹槽32之深度Η須為1.5微米，及間隔d必須為〇·5微米。遵循上述程序，如圖5D所示之偏光元件20係製成。值得注意的是，就第二凹槽32寬度為大及深度為低而 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 522261 A7

五、發明説明（16 ) 言，CVD、真空沉積、濺射或類似方式可使用來形成導體 13 « 再者，經形成具有一抗反射功能敷層於導體1 3表面上，插置損失能減少，因此具有改良偏光特性之偏光元件20能得以製造。使用上述製造方法，其易於製造一具有至少2 5dB吸光比及不超過1 .OdB之插置損失之偏光元件。再者，其也可能製造一具有至少30dB吸光比及不超過 l.OdB之插置損失更佳之偏光元件。裝其也必須注意，雖然剛得到一製造方法，其中一層電介質30在第一凹槽22經製成於透明基材21上部後所形成，其也可能省略該電介質3〇層之形成，簡單地形成該第一凹槽 22至一窄寬度於第一製造步騾中，接著直接地嵌入導體13 至第一凹槽22。圖6係如本發明第二實施例之一偏光元件前視圖。

複數線性第一凹槽42係彼此平行，而製成於由例如曝光及乾蚀刻所完成之透明基材4丨之上部中。導體i 3係接著直接地嵌入這些第一凹槽42。導體13之寬度及高度係分別地經由W及Η所註記，緊鄰導體13間之隔離係由^所註記。圖7係如本發明第三實施例之一偏光元件前視圖。在透明基材51之頂部，複數線性凹槽53係彼此平行，而製成於由例如曝光及乾蝕刻所完成之電介質52表面中。電介質52係經由二氧化矽或類似所製成及製成輸微米厚度於透明基材51上，導體13係嵌入電介質52中所製成之凹槽 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 522261 A7 _ B7 _ 五、發明説明（17 ) 53。導體1 3之寬度及高度係分別地經由w及Η所註記，及緊鄰導體13間之隔離係由d所註記。每一導體13係製以接觸電介質52。圖8係如本發明第四實施例之一偏光元件前視圖。導體13係經實行例如曝光及乾蝕刻，以數微米厚度之薄膜外型，製成於透明基材6 1頂部上。圖9係如本發明第五實施例之一偏光元件之前視圖。由複數線性第一凹槽74及複數線性第一突起73所組成之一弟一波狀結構，係製成於由例如曝光及乾|虫刻所完成之透明基材71之上部中。導體72係製成於第一突起73之侧表面上。這些導體72係經由無電鍍沉積或類似方式所形成之導體薄膜所形成’且覆蓋於第一波狀結構之整個表面，接著導體薄膜之移動部件製成於第一突起73之頂部表面，及導體薄膜之部件使用高度地方向性（非均質）蝕刻（例如使用 CF6氣體之反應離子蝕刻）製成於第一凹槽74之底部表面。導體72之寬度及高度係分別地經由w及Η所註記，及緊鄰導體72間之隔離係由d所註記。導體72由第一凹槽74底部表面所提升。 ~ 圖10係如本發明第六實施例之一偏光元件前視圖。包括複數線性第一突起82之一第一波狀結構，係製成於由例如曝光及乾蝕刻所完成之透明基材8丨之上部中。一導體82係製成於每第一突起82之頂部表面，其沿著第一突起 82之側表面部件向下延伸。這些導體83係經由第一突起之上方實行濺射、CVD或類似方式所形成。導體83之寬度 -20- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 522261 A7 B7 五、發明説明（18 ) 及南度係分別地經由W及η所社命，i ^ ^ 及冬' 鄰導體83間之隔離係由d所註記。圖1—1係如本發明第七實施例之一偏光元件前視圖。此實施例之偏光元件係相同於第六實施例，除了第一突起82上 < 導體83部件係經由拋光或類似方式所完成，藉此改良插置損失。 & 曰圖12係如本發明第八實施例之一偏光元件前視圖。此實施例之偏光元件係經取得第七實施例之偏光元件所製成’且以一電介質84覆蓋於整個波狀結構，使得保護導體83及另更正所傳送光之相位。電介質84具有約相同於透明基材8 1之折射係數。電介質8 4係例如經施加一溶膠外膜液體所製成，該溶膠液體具有諸如烷氧基矽烷之一有機矽化合物，使作為其覆蓋整個波狀結構之主要成份，接著實行熱處理以便膠化，且藉此固化該溶膠型外膜液體。如上述，如本發明偏光元件，用於產生偏光特性之透明基材表面之厚度能充分地變薄，使其約與所使用偏光光線波長相同程度，因此易於製成一薄的偏光元件。再者’用於產生偏光特性之結構係製成於偏光元件之表面上，因此具有一大型表面區域之偏光元件能輕易地得到。再者，許多偏光元件能同時經由切割具有一大型表面積之偏光元件，成為許多具有預定尺寸之部件而製成，因此其易於提升偏光元件之成本縮減。範例 -21 - k尺度適用中國國fii(CNS) A4規格(21〇x29?公釐) 522261 A7 B7 五、發明説明（19 ) 範例1 一片100毫米X 100毫米X2.1毫米尺寸之石英玻璃係製成一透明基材。一照相抗蝕劑係施加於此透明基材上，且實行 He-Cd雷射雙束千擾曝光，接著具有寬度（W’)〇.3〇微米及深度（Η)1·5微米之線性凹槽，以一〇·3〇微米之間隔（d，）彼此平行延伸其間之一波狀結構，係使用反應離子蝕刻所形成。接下來，整個波狀結構表面所形成之0.10微米厚度二氧化碎層，係經使用含二氧化碎之氫化碎氟酸溶液，且實行一液相沉積至超飽和範圍（處理溶液），藉此形成一波狀結構，其中該厚度係0·10微米、凹槽寬度（W)係0.1微米，凹槽高度（Η)係1.5微米，及緊鄰凹槽間之間隔係0.5微米。在本範例之液相沉積中，氫化矽氟酸之濃度係2 · 5莫耳/ 公升及處理溶液溫度係35°C。接下來，利用無電鍍沉積法，使一金導體嵌入波狀結構之凹槽中。形成於波狀結構突起之頂部表面上過多的金係利用一拋光裝置去除。如上面之結果，產生一偏光元件，其中寬度（w)〇1微米及咼度（H)l.5微米之金薄膜由一片石英玻璃表面以一〇.5微米間隔（d )升起其間，且以金薄膜接觸一二氧化矽層。當如上述製造偏光元件時，波狀結構外型及導體外型係實行相同製程製造另一範例，接著經使用一掃描電子顯微鏡（SEM)觀看此範例截面積而量測。偏光元件之偏姑特性係利用丨55微米之波長光線所計 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 __ B7 五、發明説明（2〇 ) 异’然而其發現吸光比〜冗局）2.3dB及插置損失為〇 ndB。吸光比及插置損失係遵循先前所給予定義所計算。再者，其必須注意不論在金及二氧化矽間之介面，或石英玻璃及二氧化間之介面將不會有剝片分離。範例2至10 使用如範例1之100毫米X 1〇〇毫米X 2丨毫米尺寸之石英玻璃片，具有如表1所示不同型式及外型導體之偏光元件係利用如範例1之相同程序所製造。在表1，每一預定間隔d、高度Η、寬度W及參數丨ε| —W_(H/d)具有微米之單位。表2表示各範例偏光元件之特性（吸光比及插置損失）。在範例6中，所使用波長係0.78微米，然而就所有其它範例而言，所使用波長係1.55微米。表1 間隔(d) 高度(Η) 寬度(w) 導體 | £ | W(H/d) 1 0.5(0.32 λ) 1.5(3.0d) 0.1(0.2d) Au 29.4 2 0.5(0.32 λ) 1.5(3.0d) 0.5(1.0d) Au 147.0 範 3 0.5(0.32 λ) 5.0(10.0d) 0.1(0.2d) Au 98.0 4 0.25(0.16 λ) 1.5(3.0d) 0.1(0.2d) Au 58.8 5 0.5(0.32 λ) 1.5(3.0d) 0.1(0.2(1) A1 50.4 6 0.25(0.32 λ) 0.75(3.0d) 0.05(0.2d) A1 7.72 例 7 0.5(0.32 λ) 1.5(3.0d) 0.1(0.2d) Ag 22.1 上 0.5(0.32 λ) 1.5(3.0d) 0.1(0.2d) Cu 32.9 9 0.5(0.32 λ) 1.5(3.0d) 0.05(0.1d) Au 14.7 10 0.3(0.19 λ) 0.3(1.0d) 0.1(0.3d) A1 2.57 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 B7 五、發明説明（21 ) 表2 吸光比[dB] 插置損失[dB] 波長[微米] 1 52.3 0.13 1.55 —2 55.6 1.49 1.55 一3 58.2 0.61 1.55 範〜4 58.7 0.22 1.55 5 55.7 0.26 1.55 一6 47.8 0.69 0.78 例 7 53.5 0.28 1.55 8 51.3 0.21 1.55 9 48.4 0.07 1.55 10 22.5 0.08 1.55 範例1 :在此範例中，一較佳材料係使用於偏光元件中導體，導體之外型參數係選於較佳範圍，因此得到具有良好吸光比及良好插置損失之偏光元件。範例2 :導體寬度W大於範例1，因此雖然吸光比高則插置損失增加。範例3 :導體高度Η大於範例1，因此得到一大吸光比。再者，即使Η增加，僅些微地增加插置損失。範例4 :導體間之間隔d小於範例1，因此得到一大吸光比。再者，因為寬度W未變，插置損失僅些微地增加。其能夠由範例1至4看出，即使當寬範圍變化製成導體外型參數時，可得到良好偏光特性。範例5 :導體外型參數係相同於範例1，但鋁使用為導體 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 B7 I、發明説明（22 ) ^ ^ — 材料。即使使用鋁，得到具有卓越特性之偏光元件。範例6 ··使用一與其它範例（一 1.55微米光纖通信波長）不同之波長（0.78微米）但經改變外型參數至一適合此新波長者，使再次得到卓越之偏光特性。範例7、8 :導體外型參數相同於範例i，但導體材料係改變至銀或銅。即使如此，卓越偏光特性係得到如同當使用金時。範例9 :導體寬度W係低於範例1，因此得到特別地之插置損失。再者，吸光比僅些微地降低。範例10 :導體之外型參數不僅在最佳範圍内，再者使用一具有相當低電導性之鋁。即使如此，得到一付之實際使用之偏光元件。比較範例1至4 使用如範例1之100毫米X 100毫米X 21毫米尺寸之石英玻璃片’具有如表3所示不同型式及外型導體之偏光元件，係利用如範例1之相同程序所製造。在表3，每一預定間隔d、高度η、寬度w及參數丨ε| 一W—(H/d)具有微米之單位。表4表不各比較範例偏光元件之特性（吸光比及插置損失）。表3 間隔（d) 高度(Η) 寬度(w) 導體 | ε | W(H/d) 比較範例 1 0.5(0.32 λ) 0.25(0.5d) 0.1(0.2d) Au 4.90 2 0.8(0.52 λ) 1.5(2.0d) 0.1(0.13d) Au 18.4 -25- 本紙張尺度適用中@國家標準(CNS) A#規格(⑽公爱) 522261 A7 B7 五、發明説明（23 ) 3 0.5(0.32 λ) 0.15(0.3d) 0.05(0.1d) A1 0.77 4 0.5(0.32 λ) 1.5(3.0d) 〇.8(1.6d) Au 235 表4 吸光比[dB] 插置損失[dB] 波長[微米] 比較範例 1 8.9 0.01 1.55 2 7.5 0.10 1.55 3 7.4 2.80 1.55 4 51.1 7.39 1.55 比較範例1 :高度Η低，及因此一足夠吸光比不能得到。比較範例2 :導體間之間隔d係大於於所使用之波長，因此不能得到一充分吸光比。比較範例3 :導體外型參數及具體性質值| ε |彼此無法充分地配合，特別地高度Η太低，導致偏光特性（吸光比及插置損失）不適合實際使用。比較範例4 :導體之寬度W為大，因此插置損失相當地大。工業應用如上述，如本發明偏光元件，複數薄膜型導體係配置於透明基材表面上，且彼此平行以一其間預定間隔及以一正交於透明基材表面方向延伸。透過散佈及吸收之入射光插置損失能因此減少，因此良好的偏光特性能得到。再者，由於簡單的結構，偏光元件係便宜的。再者，如本發明偏光元件，透明基材具有複數提供於其 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 522261 A7 B7 五、發明説明（24 ) 表面之第一凹槽，及薄膜型導體嵌入這些凹槽中。導體能因此固定於定位，因此導體不會由透明基材分離，及最後穩定偏光特性能實現。再者，如本發明偏光元件，薄膜型導體嵌入複數第二凹槽中，該凹槽透過固定地提供於透明基材表面上之一電介質所形成。導體能因此固定於定位，再者導體不會由透明基材分離，結果穩定偏光特性得以實現。再者，如本發明偏光元件，導體係形成於提供於透明基材之表面中之第一凹槽側表面上。導體能固定於定位，再者導體不會由透明基材分離，結果穩定偏光特性得以實現。再者，如本發明偏光元件，一電介質覆蓋於整個透明基材表面及薄膜型導體二者。導體係固定地經由電介質所保護，因此於後續諸如加工及組合之製造步驟期間，當受到各種外力時不會輕易地破壞。再者，如本發明偏光元件，偏光元件具有一電介質於透明基材之表面上，該電介質已形成其中，複數凹槽以一預定間隔彼此平行，且以正交透明基材表面方向延伸其間，及薄膜型導體嵌入凹槽中。導體能因此固定於定位，再者導體不會由透明基材分離，結果穩定偏光特性得以實現。再者，如本發明之偏光元件，其滿足下面關係： Ο.ΐλ < d < 0.5λ ^ 0.5d < Η < 20d » 0.06d < W < 1.5d，及 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 522261 A7 B7 五、發明説明（25 ) 1.0微米 S 丨 ε| —W_(H/d)，其中d表示導體間預定之間隔，Η表示導體之高度，W導體之寬度，I ε|導體複相對電容率之絕對值、λ偏光光線之波長，d、W、Η及λ之單位為微米。結果，具有高吸光比及低插置損失之較佳偏光特性能得到。較佳地，如本發明之偏光元件，其附加地滿足下面關係： 0.7d < H S 15d，及 0.06d < V/ < 0.7d。結果，具有高吸光比及低插置損失之更佳偏光特性能得到。更佳地，如本發明之偏光元件，其附加地滿足下面關係： l.Od < Η < 10d，及 0.06d < W < 0.5d。結果，具有高吸光比及低插置損失之又更較佳之偏光特十生能得到。再者，如本發明之偏光元件，該導體包含由金、銀、銅、Ιε、鉑、鋁、鍺、姥、矽、鎳、姑、筵、鐵、絡、鈥、釕、銳、妓、鏡、紀、鉬、銦，及叙組成之組合中選出之至少之一者。經使用此材料，具有相當地高之電導性及相對電介係數之導體能得到，因此入射光之反射及吸收性質能改良，且因此進一步改良偏光特性。如製造本發明偏光元件之方法，一偏光製造能得以製 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 522261 A7 B7 五、發明説明（26 ) 一預定間隔彼入射於偏光元，因此偏光元造’其中導體係嵌入透明基材之表面，且此平行之方式延伸其間。由於散佈及吸收件上光之插置損失能得到。再者，製程簡件能便宜製造。 -29 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims

522261 第090118470號專利申請案 A8 B8

、申請專利範圍

長成份，藉此產生偏光光線，其特徵為包含：一透明基材；及明基材之表面上，正交該透明基材之複數薄膜型導體，其配置於該透明基材之表面且以一預定間隔彼此平行延伸於一 $亥面乃*向.。 2·如申請專利範圍第！項之偏光元件，甚中該透明基材具有複數個設於其該表面中之第一凹槽，該薄膜型導體

3·如申請專利範圍第2項之偏光元件，其中該薄膜型導體係後入複數第二凹槽中，該凹槽係穿入均勾地設於透明基材表面上之一電介質所形成。 4·如申請專利範圍第丨項之偏光元件，其中該透明基材具有複數個設於其該表面之第一凹槽，該薄膜型導體係形成於該第一凹槽之側表面上。 5. 如申請專利範圍第1項之偏光元件，其中其具有覆蓋整個透明基材及薄膜型導體之表面二者的電介質。 6. 如申請專利範圍第1項之偏光元件，其中該偏光元件具有一電介質於該透明基材之該表面，該電介質中形成有複數凹槽以一預定間隔彼此平行及以一正交該透明基号之表面的方向延伸，該薄膜導體係嵌入該凹槽中。 7·如申清專利範圍第1至6項中任一項之偏光元件，其滿足以下之關係·· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公复) 522261 日修正 Α8 Β8 C8

、申請專利範圍〇1λ S d < 〇·5 又，〇.5d < Η < 2〇d > 0 〇6“ W < l.5d，及 L〇微米 S I ε| —w」H/d)，其中d表示該導體間該預定之間隔，h表示該導體之高度 ^遠導體之寬度，丨εΙ表示該導體複相對電容率之、色對值、X表示偏光光線之波長，d、W、Η及λ之單位為微米。 8 ·如申請專利範圍第7項之偏光元件，其進一步滿足以下關係： 0.7d < H S 15d，及〇.〇6d < W < 0.7d。 9·如申請專利範圍第7項之偏光元件，其進一步滿足以下關係： 1 〇d < Η < 10d，及〇.〇6d < W S 0.5d。 10.如申請專利範圍第1項之偏光元件，其中該導體包含由金、銀、銅、把、銘、铭、鍺、錯、碎、鎳、始、龜、鐵、絡、数、贫、說、敛、鏡、叙J、翻、銦，及紐組成之組合中選出之至少之一者。 11· 一種偏光元件之製造方法，該偏光元件係由通過其間之電磁波吸收特定波長成份，藉此產生偏光光線，其特徵為包含：一第一波狀結構之形成步騾，其係在一透明基材表本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 52226 % /f A B c D 申請專利範圍面，形成具有複數之彼此以預定間隔平行延伸之線性第一凹槽；一第二波狀結構之形成步驟’其係使用一液相沉積方法沉積一電介質至一接近均勻之厚度於該第一波狀結構上，藉此形成具有複數第二凹槽之一第二波狀結構，而該第二凹槽具有比該第一凹槽寬度為窄之寬度；及一導體嵌入之步騾，其係嵌入一導體進入該第二凹 12.如申請專利範圍第11項之偏光元件之製造方法，其中在該第二波狀結構形成步驟中之該液相沉積方法，包含導引該第一波狀結構接觸一氫化矽氟酸，其中二氧化矽已溶解至一超飽和程度，藉此沉積二氧化矽於該第一波狀結構之表面。 -3-

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