CN109557605B

CN109557605B - 偏振光元件及其制造方法、以及光学设备

Info

Publication number: CN109557605B
Application number: CN201811056018.8A
Authority: CN
Inventors: 武田吐梦
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: US10859743B2; CN109557605A; JP6410906B1; US20190094436A1; JP2019061047A; US20210048573A1; US11754766B2

Abstract

【课题】提供对于来自形成有格子状凸部的栅面侧的入射光和来自基板面侧的入射光这两者能够将吸收轴反射率抑制得较低的偏振光元件及其制造方法、以及具备该偏振光元件的光学设备。【解决方案】具有线栅构造的偏振光元件（1）具备：透明基板（10）；以及在透明基板（10）上以比使用波段的光波长短的间距排列并沿既定方向延伸的格子状凸部（11），格子状凸部（11）从透明基板（10）侧依次具有第1吸收层（13）、第1电介质层（14）、反射层（15）、第2电介质层（16）和第2吸收层（17）。

Description

偏振光元件及其制造方法、以及光学设备

技术领域

本发明涉及偏振光元件及其制造方法、以及光学设备。

背景技术

偏振光元件是吸收一个方向的偏振光、并使与它正交的方向的偏振光透射的光学元件。液晶显示装置中，原理上需要偏振光元件。特别是，在如透射型液晶投影仪那样的、使用光量大的光源的液晶显示装置中，偏振光元件受到较强的辐射线，因此除了需要优异的耐热性，还要求数厘米程度的大小和较高的消光比。为了对应这些要求，提出了线栅（wiregrid）型的无机偏振光元件。

线栅型的偏振光元件具有在透明基板上以比使用波段的光波长短的间距（数十nm～数百nm）并排多数沿一个方向延伸的导体的金属线（反射层）而配置的构造。若有光入射该偏振光元件，则与金属线的延伸方向平行的偏振光（TE波（S波））不能透射，而与金属线的延伸方向垂直的偏振光（TM波（P波））原样透射。线栅型的偏振光元件由于耐热性优异、能制作比较大的元件、且具有较高的消光比，所以适合液晶投影仪等的用途。

迄今为止，作为线栅型的偏振光元件，提出了各种构造的偏振光元件。

例如，在专利文献1中公开了这样的偏振光元件：具备基体和在基体上以比使用波段的光波长短的间距排列的格子状凸部，格子状凸部从基体侧依次具有线栅层、电介质层、吸收层、电介质层。

另外，在专利文献2中公开了这样的偏振光元件：具备透明基板和在透明基板上以比使用波段的光波长短的间距排列的格子状凸部，格子状凸部从透明基板侧依次具有反射层、电介质层、吸收层。

【先前技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特许第5184624号公报；

【专利文献2】日本特许第5960319号公报。

发明内容

【发明要解决的课题】

可是，在将线栅型的偏振光元件用于液晶投影仪的情况下，通常将形成有格子状凸部的栅（grid）面朝向液晶面板侧而配置。因而，在液晶面板的出射侧配置的偏振光元件中，光会从形成有格子状凸部的栅面侧入射。依据专利文献1及2记载的现有的偏振光元件，对于从形成有格子状凸部的栅面侧入射的光，能够将吸收轴反射率抑制得较低。

然而，在液晶投影仪中，存在透射出射侧的偏振光元件的光在其他光学元件等反射，并作为返回光入射到偏振光元件的情况。在该情况下，专利文献1及2记载的现有的偏振光元件中，不能将吸收轴反射率抑制得较低，而以较高的比例反射。若这样的返回光反复进行反射，则有因重影（ghost）等而画质变差的担忧。

本发明鉴于上述情况而成，其目的在于提供对于来自形成有格子状凸部的栅面侧的入射光和来自基板面侧的入射光这两者能够将吸收轴反射率抑制得较低的偏振光元件及其制造方法、以及具备该偏振光元件的光学设备。

【用于解决课题的方案】

为了达成上述目的，本发明提供偏振光元件（例如，后述的偏振光元件1），其是具有线栅构造的偏振光元件，具备：透明基板（例如，后述的透明基板10）；以及格子状凸部（例如，后述的格子状凸部11），在所述透明基板上以比使用波段的光波长短的间距排列，并沿既定方向延伸，所述格子状凸部从所述透明基板侧依次具有第1吸收层（例如，后述的第1吸收层13）、第1电介质层（例如，后述的第1电介质层14）、反射层（例如，后述的反射层15）、第2电介质层（例如，后述的第2电介质层16）和第2吸收层（例如，后述的第2吸收层17）。

也可以使所述格子状凸部在所述透明基板和所述第1吸收层之间具有基座（例如，后述的基座12），所述基座在从所述既定方向观看时具有梯形状。

也可以使所述基座由对于使用波段的光波长透明的Si氧化物构成。

也可以使所述第1吸收层和所述第2吸收层由相同材料构成。

也可以使所述第1电介质层和所述第2电介质层由相同材料构成。

也可以使所述第1吸收层的膜厚和所述第2吸收层的膜厚大致相同，且使所述第1电介质层的膜厚和所述第2电介质层的膜厚大致相同。

也可以使所述透明基板对于使用波段的光波长透明，且由玻璃、石英或蓝宝石构成。

也可以使所述反射层由铝或铝合金构成。

也可以使所述第1电介质层及所述第2电介质层由Si氧化物构成。

也可以使所述第1吸收层及所述第2吸收层包含Fe或Ta，并包含Si而构成。

也可以使所述偏振光元件的所述格子状凸部侧的表面被由电介质构成的保护膜覆盖。

也可以使所述偏振光元件的所述格子状凸部侧的表面被有机类憎水膜覆盖。

也可以使形成在所述格子状凸部的前端的栅前端部（例如，后述的栅前端部19），在从所述既定方向观看时，具有侧面在越到前端侧宽度越变窄的方向倾斜的细尖形状。

也可以使所述反射层具有：金属层（例如，后述的金属层151）；以及氧化物层（例如，后述的氧化物层152），从所述既定方向观看时，所述氧化物层覆盖所述金属层的侧面，并由构成所述金属层的金属的氧化物构成。

也可以使所述反射层的宽度小于所述第1电介质层及所述第2电介质层的宽度。

另外，本发明提供具有线栅构造的偏振光元件的制造方法，具有：在透明基板上形成从所述透明基板侧依次具有第1吸收层、第1电介质层、反射层、第2电介质层和第2吸收层的层叠体的工序；以及通过选择性蚀刻所述层叠体，形成以比使用波段的光的波长短的间距排列在所述透明基板上的格子状凸部的工序。

另外，本发明提供具备所述偏振光元件的光学设备。

【发明效果】

依据本发明，能够提供对于来自形成有格子状凸部的栅面侧的入射光和来自基板面侧的入射光这两者能够将吸收轴反射率抑制得较低的偏振光元件及其制造方法、以及具备该偏振光元件的光学设备。

附图说明

【图1】是示出本实施方式所涉及的光学元件的一个例子的截面示意图。

【图2】是示出本实施方式的变形例1所涉及的光学元件的截面示意图。

【图3】是示出本实施方式的变形例2所涉及的光学元件的截面示意图。

【图4】是示出本实施方式的变形例3所涉及的光学元件的截面示意图。

【图5】是示出不具有第1吸收层及第1电介质层的光学元件的一个例子的截面示意图。

【图6】是示出对于图1所示的构造的偏振光元件及图5所示的构造的偏振光元件，利用模拟来验证对于来自栅面侧的入射光的吸收轴反射率的结果的图表。

【图7】是示出对于图1所示的构造的偏振光元件及图5所示的构造的偏振光元件，利用模拟来验证对于来自基板面侧的入射光的吸收轴反射率的结果的图表。

【图8】是示出实际制作图1所示的构造的偏振光元件，并验证透射轴透射率、吸收轴透射率、透射轴反射率、及吸收轴反射率的结果的图表。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。

[偏振光元件]

本实施方式所涉及的偏振光元件是具有线栅构造的偏振光元件，具备透明基板和在透明基板上以比使用波段的光波长短的间距（周期）排列并沿既定方向延伸的格子状凸部。另外，该格子状凸部从透明基板侧依次具有第1吸收层、第1电介质层、反射层、第2电介质层和第2吸收层。

图1是示出本实施方式所涉及的偏振光元件1的一个例子的截面示意图。如图1所示，偏振光元件1具备：对于使用波段的光而言透明的透明基板10；以及在透明基板10的一个面上以比使用波段的光波长短的间距P排列的格子状凸部11。格子状凸部11从透明基板10侧依次具有根据需要而形成的基座12、第1吸收层13、第1电介质层14、反射层15、第2电介质层16和第2吸收层17。即，图1所示的偏振光元件1具有在透明基板10上以一维格子状排列格子状凸部11的线栅构造，格子状凸部11从透明基板10侧依次层叠基座12、第1吸收层13、第1电介质层14、反射层15、第2电介质层16、及第2吸收层17而形成。

本说明书中，如图1所示，将格子状凸部11延伸的方向（既定方向）称为Y轴方向。另外，将与Y轴方向正交并沿着透明基板10的主面排列格子状凸部11的方向称为X轴方向。在该情况下，入射到偏振光元件1的光，最好在透明基板10的形成格子状凸部11的一侧（栅面侧）从与X轴方向及Y轴方向正交的方向入射。

偏振光元件1通过利用透射、反射、干涉、及光学各向异性带来的选择性光吸收偏振光波的4个作用，使具有与Y轴方向平行的电场分量的偏振光（TE波（S波））衰减，并使具有与X轴方向平行的电场分量的偏振光（TM波（P波））透射。因而，Y轴方向为偏振光元件1的吸收轴的方向，X轴方向为偏振光元件1的透射轴的方向。

从偏振光元件1的形成格子状凸部11的一侧（栅面侧）入射的光，在通过第2吸收层17及第2电介质层16时有一部分被吸收而衰减。在透射第2吸收层17及第2电介质层16的光之中，TM波（P波）以较高的透射率透射反射层15、第1电介质层14、及第1吸收层13。另一方面，在透射第2吸收层17及第2电介质层16的光之中，TE波（S波）在反射层15反射。在反射层15反射的TE波，在通过第2电介质层16及第2吸收层17时一部分被吸收，一部分反射后返回到反射层15。另外，在反射层15反射的TE波，在通过第2电介质层16及第2吸收层17时干涉而衰减。

另一方面，从偏振光元件1的透明基板10侧（基板面侧）入射的光，在通过第1吸收层13及第1电介质层14时一部分被吸收而衰减。在透射第1吸收层13及第1电介质层14的光之中，TM波（P波）以较高的透射率透射反射层15、第2电介质层16、及第2吸收层17。另一方面，在透射第1吸收层13及第1电介质层14的光之中，TE波（S波）在反射层15反射。在反射层15反射的TE波，在通过第1电介质层14及第1吸收层13时一部分被吸收，一部分反射而返回反射层15。另外，在反射层15反射的TE波，在通过第1电介质层14及第1吸收层13时干涉而衰减。

如以上那样，依据本实施方式所涉及的偏振光元件1，对于来自形成有格子状凸部的栅面侧的入射光和来自基板面侧的入射光这两者能够将吸收轴反射率抑制得较低。

作为透明基板10，只要为对于使用波段的光显示透光性的基板就没有特别限制，能够对应目的进行适当选择。“对于使用波段的光显示透光性”并不意味着使用波段的光的透射率为100％，而是指显示能够保持作为偏振光元件的功能的透光性即可。作为使用波段的光，可以举出例如波长380nm～810nm左右的可见光。

透明基板10的主面形状没有特别限制，能适当选择与目的对应的形状（例如，矩形形状）。透明基板10的平均厚度优选例如0.3mm～1mm。

作为透明基板10的构成材料，优选折射率为1.1～2.2的材料，可举出玻璃、石英、蓝宝石等。从成本及透光率的观点来看，优选采用玻璃，特别是石英玻璃（折射率1.46）或碱石灰玻璃（折射率1.51）。玻璃材料的成分组成没有特别限制，能够采用例如作为光学玻璃广泛流通的硅酸盐玻璃等的廉价玻璃材料。

另外，从热传导性的观点来看，优选采用热传导性高的石英或蓝宝石。由此，对于较强的光能得到较高的耐光性，能优选作为发热量多的投影仪的光学引擎用的偏振光元件而采用。

此外，在采用由石英等的光学活性的晶体构成的透明基板的情况下，优选相对于晶体的光学轴沿平行方向或垂直方向配置格子状凸部11。由此，能得到优异的光学特性。在此，光学轴是指沿该方向前进的光的O（普通光线）与E（异常光线）的折射率之差成为最小的方向轴。

格子状凸部11以比使用波段的光波长短的间距P在透明基板上排列。格子状凸部11的间距P只要短于使用波段的光波长就无特别限制。从制作的容易性及稳定性的观点来看，格子状凸部11的间距P，优选为例如100nm～200nm。格子状凸部11的间距P能够以扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜进行观察，从而进行测定。例如，能够采用扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜，对于任意的4个部位测定间距，以其算术平均值为格子状凸部11的间距。以下，将该测定方法称为电子显微镜法。

格子状凸部11的宽度W无特别限制，但是优选小于格子状凸部11间的凹部的宽度。具体而言，格子状凸部11的宽度W优选为例如35nm～45nm。格子状凸部11的宽度W能够利用上述电子显微镜法在格子状凸部11的高度的中心位置进行测定。

如图1所示，基座12在从格子状凸部11延伸的方向（既定方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下具有梯形状。更详细而言，基座12在从既定方向观看时，具有侧面以宽度随着从透明基板10侧向第1吸收层13侧变窄的方式倾斜的等腰梯形状。

基座12的膜厚没有特别限制，例如优选10nm～100nm。此外，基座12的膜厚例如能够利用上述电子显微镜法来测定。

基座12是在透明基板10上沿吸收轴即Y轴方向排列以带状延伸的电介质膜而成。作为基座12的构成材料，优选对于使用波段的光而言透明，且折射率比透明基板10小的材料，其中，也优选SiO₂等的Si氧化物。

关于基座12，能够通过例如对形成在透明基板10上的由上述电介质构成的基底层18，阶段性改变利用干法蚀刻进行的各向同性蚀刻和各向异性蚀刻的平衡来形成。在该情况下，如图1所示，基座12配置在形成于透明基板10上的基底层18上。认为通过将基座12形成为梯形状，能得到与折射率缓慢变化这样的蛾眼构造同等的效果，能够防止光的反射，能得到较高的透射率特性。

但是，如上述，在本实施方式中基座12并不是必须的结构，偏振光元件1也可以不具有基座12。在该情况下，格子状凸部11能够直接配置在基底层18上。

第1吸收层13形成在基座12上，沿吸收轴即Y轴方向以带状延伸而排列。作为第1吸收层13的构成材料，可举出金属材料、半导体材料等的光学常数的消光常数不为零的、具有光吸收作用的1种以上的物质，可根据所适用的光的波长范围适当选择。作为金属材料，能举出Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等的元素单体或包含1种以上的这些元素的合金。另外，作为半导体材料，能举出Si、Ge、Te、ZnO、硅化物材料（β－FeSi₂、MgSi₂、NiSi₂、BaSi₂、CrSi₂、CoSi₂、TaSi等）。通过采用这些材料，偏振光元件1对于所适用的可见光区能得到较高的消光比。其中，优选第1吸收层13包含Fe或Ta，并且包含Si而构成。

在作为第1吸收层13采用半导体材料的情况下，由于半导体的带隙能量参与吸收作用，所以需要使带隙能量为使用波段以下。例如，在以可见光使用的情况下，需要使用波长400nm以上吸收、即作为带隙3.1eV以下的材料。

第1吸收层13的膜厚没有特别限制，例如，优选10nm～100nm。该第1吸收层13的膜厚可以通过例如上述电子显微镜法来测定。

此外，第1吸收层13能够利用蒸镀法、溅射法等来作为高密度的膜而形成。另外，第1吸收层13也可以由构成材料不同的2层以上构成。

第1电介质层14形成在第1吸收层13上，沿吸收轴即Y轴方向排列以带状延伸的电介质膜而成。相对于从基板面侧入射并在第1吸收层13反射的偏振光，第1电介质层14以使透射第1吸收层13并在反射层15反射的偏振光的相位错开半波长的膜厚形成。具体而言，第1电介质层14的膜厚在可调整偏振光的相位而提高干涉效果的1nm～500nm的范围内适当设定。该第1电介质层14的膜厚能够通过例如上述电子显微镜法来测定。

作为构成第1电介质层14的材料，能够举出SiO₂等的Si氧化物、Al₂O₃、氧化铍、氧化铋等的金属氧化物、MgF₂、冰晶石、锗、ニ氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳、或这些的组合等的一般性材料。其中，也优选第1电介质层14由Si氧化物构成。

第1电介质层14的折射率优选大于1.0且2.5以下。反射层15的光学特性也因周围的折射率而受到影响，所以通过选择第1电介质层14的材料，能够控制偏振光元件1的特性。

另外，通过适当调整第1电介质层14的膜厚及折射率，对于从基板面侧入射并在反射层15反射的TE波，能够在透射第1吸收层13时将一部分反射而返回到反射层15，并能通过干涉来使通过第1吸收层13的光衰减。这样，通过对从基板面侧入射的光中TE波进行选择性衰减，能够得到所期望的偏振光特性。

反射层15形成在第1电介质层14上，并且沿吸收轴即Y轴方向排列以带状延伸的金属膜而成。该反射层15具有作为线栅型偏振光镜的功能，使在与反射层15的长边方向平行的方向具有电场分量的偏振光波（TE波（S波））衰减，并使在与反射层15的长边方向正交的方向具有电场分量的偏振光波（TM波（P波））透射。

作为反射层15的构成材料，只要为对于使用波段的光具有反射性的材料就没有特别限制，能够举出例如Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等的元素单体或包含1种以上这些元素的合金。其中，反射层15也优选由铝或铝合金构成。此外，除了这些金属材料以外，例如也可以由通过着色等而使表面的反射率较高地形成的金属以外的无机膜或树脂膜构成反射层15。

反射层15的膜厚没有特别限制，例如，优选100nm～300nm。此外，反射层15的膜厚能够通过例如上述电子显微镜法来测定。

第2电介质层16形成在反射层15上，并且沿吸收轴即Y轴方向排列以带状延伸的电介质膜而成。第2电介质层16以相对于从栅面侧入射并在第2吸收层17反射的偏振光，使透射第2吸收层17并在反射层15反射的偏振光的相位错开半波长的膜厚形成。具体而言，第2电介质层16的膜厚在可调整偏振光的相位而提高干涉效果的1nm～500nm的范围内适当设定。该第2电介质层16的膜厚能够通过例如上述电子显微镜法来测定。

作为构成第2电介质层16的材料，可举出与第1电介质层14同样的材料。其中，第2电介质层16也优选用与第1电介质层14相同材料构成。通过用相同材料构成第1电介质层14及第2电介质层16，制造时的蚀刻条件等相同，从而制造变得容易。另外，也可以使第1电介质层14的性能和第2电介质层16的性能进行配合。

第2电介质层16的折射率优选大于1.0且2.5以下。反射层15的光学特性也受周围折射率的影响，因此通过选择第2电介质层14的材料，能够控制偏振光元件1的特性。

另外，通过适当调整第2电介质层16的膜厚及折射率，对于从栅面侧入射并在反射层15反射的TE波，能够在透射第2吸收层17时将一部分反射而返回到反射层15，且利用干涉来使通过第2吸收层17的光衰减。这样，通过对从栅面侧入射的光中TE波进行选择性衰减，能够得到所期望的偏振光特性。

第2吸收层17形成在第2电介质层16上，并且沿吸收轴即Y轴方向以带状延伸而排列。作为第2吸收层17的构成材料，可举出与第1吸收层13同样的材料。其中，第2吸收层17也优选用与第1吸收层13相同材料构成。通过用相同材料构成第1吸收层13及第2吸收层17，使得制造时的蚀刻条件等相同，从而制造变得容易。另外，也可以使第1吸收层13的性能和第2吸收层17的性能进行配合。

第2吸收层17的膜厚没有特别限制，例如，优选10nm～100nm。该第2吸收层17的膜厚能够通过例如上述电子显微镜法来测定。

此外，第2吸收层17能够利用蒸镀法、溅射法等来作为高密度的膜而形成。另外，第2吸收层17也可以由构成材料不同的2层以上构成。

此外，本实施方式所涉及的偏振光元件1中，优选第1吸收层13的膜厚与第2吸收层17的膜厚大致相同，且，第1电介质层14的膜厚与第2电介质层16的膜厚大致相同。具体而言，在将第1吸收层13的膜厚设为t₁（nm）时，第2吸收层17的膜厚优选为0.90t₁（nm）～1.10t₁（nm），更优选为0.95t₁（nm）～1.05t₁（nm）。另外，在将第1电介质层14的膜厚设为t₂（nm）时，第2电介质层16的膜厚优选为0.90t₂（nm）～1.10t₂（nm），更优选为0.95t₂（nm）～1.05t₂（nm）。通过这样配合膜厚，对于来自栅面侧的入射光和来自基板面侧的入射光，能够使吸收轴反射率的最小点上的波长相匹配。

具备以上结构的本实施方式所涉及的偏振光元件1，也可以在第1吸收层13与第1电介质层14之间、以及第2电介质层16与第2吸收层17之间，分别具有扩散屏障层。即在该情况下，格子状凸部11从透明基板10侧依次具有基座12、第1吸收层13、扩散屏障层、第1电介质层14、反射层15、第2电介质层16、扩散屏障层、和第2吸收层17。由于具有扩散屏障层，能防止第1吸收层13及第2吸收层17中的光扩散。该扩散屏障层由Ta、W、Nb、Ti等的金属膜构成。

另外，本实施方式所涉及的偏振光元件1在不影响光学特性的变化的范围内，也可以通过由电介质构成的保护膜覆盖栅面侧的表面。保护膜由电介质膜构成，能够利用CVD法（化学蒸镀法）、ALD法（原子层沉积法）等形成在栅面侧的表面。由此，能够抑制对于金属膜的所需以上的氧化反应。

进而，本实施方式所涉及的偏振光元件1，也可以通过有机类憎水膜来覆盖栅面侧的表面。有机类憎水膜例如由全氟十七烷三甲基氧硅烷（FDTS）等的氟类硅烷化合物等构成，可以通过利用上述CVD法、ALD法等来形成。由此，能够提高偏振光元件1的耐湿性等的可靠性。

[偏振光元件的制造方法]

本实施方式所涉及的偏振光元件的制造方法是具有线栅构造的偏振光元件的制造方法，具有：在透明基板上形成从透明基板侧依次具有第1吸收层、第1电介质层、反射层、第2电介质层、和第2吸收层的层叠体的工序；以及通过选择性蚀刻该层叠体，形成以比使用波段的光的波长短的间距排列在透明基板上的格子状凸部的工序。

作为一个例子，以下对图1所示的偏振光元件1的制造方法进行说明。

首先，在透明基板10上形成从透明基板10侧依次具有基底层、第1吸收层、第1电介质层、反射层、第2电介质层、和第2吸收层的层叠体。作为这些各层的形成方法，能举出溅射法、蒸镀法等。

接着，利用光刻法、纳米压印法等，在第2吸收层上形成一维格子状的掩模图案。然后，选择性蚀刻层叠体，从而形成以比使用波段的光的波长短的间距排列在透明基板10上的格子状凸部11。作为蚀刻方法，能举出例如采用了对应于蚀刻对象的蚀刻气体的干法蚀刻法。

特别是，在制造图1所示的偏振光元件1时，通过将基底层的蚀刻条件最优化，形成从格子状凸部11的延伸方向观看时具有梯形状的基座12。通过以上，能制造图1所示的偏振光元件1。

此外，本实施方式所涉及的偏振光元件的制造方法可以进一步具有以保护膜包覆栅面侧的表面的工序。另外，本实施方式所涉及的偏振光元件的制造方法可以进一步具有以有机类憎水膜包覆栅面侧的表面的工序。

[光学设备]

本实施方式所涉及的光学设备具备上述本实施方式所涉及的偏振光元件。作为光学设备，能举出液晶投影仪、平视显示器、数码相机等。本实施方式所涉及的偏振光元件是与有机偏振光元件相比耐热性优异的的无机偏振光元件，因此适合要求耐热性的液晶投影仪、平视显示器等的用途。

本实施方式所涉及的光学设备具备多个偏振光元件的情况下，只要多个偏振光元件的至少一个为本实施方式所涉及的偏振光元件即可。例如，在本实施方式所涉及的光学设备为液晶投影仪的情况下，配置在液晶面板的入射侧及出射侧的偏振光元件的至少一个为本实施方式所涉及的偏振光元件即可。从进一步降低重影等造成的画质变差的观点来看，优选至少出射侧的偏振光元件为本实施方式所涉及的偏振光元件，但是更优选入射侧及出射侧双方的偏振光元件为本实施方式所涉及的偏振光元件。

依据以上说明的偏振光元件1及其制造方法、以及光学设备，能得到如下效果。

本实施方式所涉及的偏振光元件1，具备从透明基板10侧依次层叠第1吸收层13、第1电介质层14、反射层15、第2电介质层16、及第2吸收层17而形成的格子状凸部11，所以对于来自栅面侧的入射光和来自基板面侧的入射光两者能够将吸收轴反射率抑制得较低。因而，在将本实施方式所涉及的偏振光元件1作为液晶投影仪中的液晶面板的出射侧的偏振光元件而采用的情况下，也能降低重影等造成的画质变差。

此外，本发明并不局限于上述的实施方式，能够达成本发明目的的范围内的变形及改良将被包括在本发明。

图2是示出本实施方式的变形例1所涉及的偏振光元件1A的截面示意图。该偏振光元件1A中，从格子状凸部11A延伸的方向（既定方向）观看时，形成在格子状凸部11A的前端的栅前端部19，具有侧面在越到前端侧宽度越变窄的方向倾斜的细尖形状。更详细而言，变形例1所涉及的偏振光元件1A的栅前端部19具有等腰梯形状。该栅前端部19由反射层15A的一部分、第2电介质层16A、及第2吸收层17A构成。

如图2那样，通过将栅前端部19设为细尖形状，能够提高透射轴方向（X轴方向）的偏振光（TM波）的透射率。作为这样TM波的透射率变高的理由，认为是因为将栅前端部19设为细尖形状，从而对于具有角度偏差而入射的光具有抑制散射的效果。

此外，在图2中，使栅前端部19包含反射层15A的一部分，但是并不限定于该构造，例如，也可以仅由第2电介质层16A及第2吸收层17A构成栅前端部19。

图3是示出本实施方式的变形例2所涉及的偏振光元件1B的截面示意图。该偏振光元件1B中，反射层15B具有：金属层151；以及在从格子状凸部11B延伸的方向（既定方向）观看时，覆盖金属层151的侧面并由构成金属层151的金属的氧化物构成的氧化物层152。

作为金属层151的构成材料，只要为对使用波段的光具有反射性的材料就没有特别限制，能举出例如Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等的元素单体或包含1种以上这些元素的合金。其中，金属层151也优选由铝或铝合金构成。

氧化物层152由构成金属层151的金属的氧化物构成。例如，在金属层151由Al构成的情况下，氧化物层152由Al₂O₃构成。该氧化物层152通过对金属层进行热处理时的氧化反应等来形成。

如图3那样，通过用金属层151和氧化物层152来构成反射层15B，从光的入射方向观看的反射层15B的面积偏振，且在反射层15B反射的光的量发生变化。因而，无需缩小栅宽度，而能够得到与缩小栅宽度的情况同等的光透射特性。

此外，在变形例2所涉及的偏振光元件1B中，也与变形例1所涉及的偏振光元件1A同样，也可以在格子状凸部11B的前端形成栅前端部。

图4是示出本实施方式的变形例3所涉及的偏振光元件1C的截面示意图。在该偏振光元件1C的格子状凸部11C中，反射层15C的宽度小于第1电介质层14及第2电介质层16的宽度。

如图4那样，通过使反射层15C的宽度小于第1电介质层14及第2电介质层16的宽度，变更从光的入射方向观看的反射层15C的面积，从而在反射层15C反射的光的量发生变化。因而，通过控制反射层15C的宽度，能够控制偏振光元件1C的光透射特性。

此外，在变形例3所涉及的偏振光元件1C中，也与变形例1所涉及的偏振光元件1A同样，也可以在格子状凸部11C的前端形成栅前端部。

[实施例]

接着，对本发明的实施例进行说明，但是本发明并不局限于这些实施例。

＜实施例1及比较例1＞

实施例1中，将图1所示的构造的偏振光元件1拿去模拟。另外，比较例1中，将图5所示的构造的偏振光元件100拿去模拟。更具体而言，对于这些偏振光元件的光学特性，通过利用RCWA（严格耦合波分析：Rigorous Coupled Wave Analysis）法进行的电磁场模拟来进行验证。模拟中采用Grating Solver Development公司的光栅模拟器Gsolver。此外，实施例1的偏振光元件1及比较例1的偏振光元件100被设计成对于颜色波段（波长λ＝520nm～590nm（既定波长））的光最优。

图5是示出比较例1的偏振光元件100的构造的截面示意图。图5中，对于与图1所示的偏振光元件1共同的结构标注相同标号。偏振光元件100的格子状凸部101除了不具有第1吸收层13及第1电介质层14以外，是与图1所示的偏振光元件1的格子状凸部11相同的结构。

图6是示出对于图1所示的构造的偏振光元件1及图5所示的构造的偏振光元件100，利用模拟来验证对于来自栅面侧的入射光的吸收轴反射率的结果的图表。图6中，横轴表示波长λ（nm），纵轴表示吸收轴反射率（％）。在此，吸收轴反射率意味着入射偏振光元件的吸收轴方向（Y轴方向）的偏振光（TE波）的反射率。

如图6所示，在光从栅面侧入射的情况下，无论是图1及图5的哪一种构造，都能通过第2电介质层16及第2吸收层17的功能，将吸收轴反射率抑制为较低。

图7是示出对于图1所示的构造的偏振光元件1及图5所示的构造的偏振光元件100，利用模拟来验证对于来自基板面侧的入射光的吸收轴反射率的结果的图表。图7中，横轴表示波长λ（nm），纵轴表示吸收轴反射率（％）。

如图7所示，在光从基板面侧入射的情况下，图1所示的构造的偏振光元件1中，通过第1吸收层13及第1电介质层14的功能，能将吸收轴反射率抑制为较低。另一方面，图5所示的构造的偏振光元件100中，由于不具有第1吸收层13及第1电介质层14，吸收轴反射率会显著增大。

＜实施例2＞

实施例2中，实际制作图1所示的构造的偏振光元件1，并验证了光学特性。图8是示出对于图1所示的构造的偏振光元件1，验证透射轴透射率、吸收轴透射率、透射轴反射率、及吸收轴反射率的结果的图表。图8中，横轴表示波长λ（nm），纵轴表示透射率或反射率（％）。在此，透射轴透射率意味着入射偏振光元件的透射轴方向（X轴方向）的偏振光（TM波）的透射率，透射轴反射率意味着入射偏振光元件的透射轴方向（X轴方向）的偏振光（TM波）的反射率。另外，吸收轴透射率意味着入射偏振光元件的吸收轴方向（Y轴方向）的偏振光（TE波）的透射率。

此外，关于吸收轴反射率，对于来自栅面侧的入射光及来自基板面侧的入射光两者进行验证，而对于除此以外的光学特性，对于来自栅面侧的入射光进行了验证。

如图8所示，图1所示的构造的偏振光元件1中，关于来自栅面侧的入射光及来自基板面侧的入射光两者，能够将吸收轴反射率抑制得较低，且，对其他光学特性也没有负面影响。

【标号说明】

1、1A、1B、1C 偏振光元件；10 透明基板；11、11A、11B、11C格子状凸部；12 基座；13第1吸收层；14 第1电介质层；15、15A、15B、15C 反射层；16、16A 第2电介质层；17、17A 第2吸收层；18 基底层；19 栅前端部；100 偏振光元件；101 格子状凸部；151金属层；152 氧化物层。

Claims

1.一种偏振光元件，是具有线栅构造的偏振光元件，

其具备：

透明基板；以及

格子状凸部，在所述透明基板上以比使用波段的光波长短的间距排列，并沿既定方向延伸，

所述格子状凸部具有这样的构造：从所述透明基板侧将第1吸收层、第1电介质层、反射层、第2电介质层和第2吸收层按此顺序连接。

2.如权利要求1所述的偏振光元件，其中，

所述格子状凸部在所述透明基板与所述第1吸收层之间具有基座，

所述基座在从所述既定方向观看时具有梯形状。

3.如权利要求2所述的偏振光元件，其中，

所述基座由对于使用波段的光波长透明的Si氧化物构成。

4.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述第1吸收层和所述第2吸收层由相同材料构成。

5.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述第1电介质层和所述第2电介质层由相同材料构成。

6.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述第1吸收层的膜厚和所述第2吸收层的膜厚大致相同，且，所述第1电介质层的膜厚和所述第2电介质层的膜厚大致相同。

7.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述透明基板对于使用波段的光波长透明，且由玻璃、石英或蓝宝石构成。

8.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述反射层由铝或铝合金构成。

9.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述第1电介质层及所述第2电介质层由Si氧化物构成。

10.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述第1吸收层及所述第2吸收层包含Fe或Ta，并且包含Si而构成。

11.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述偏振光元件的所述格子状凸部侧的表面被由电介质构成的保护膜覆盖。

12.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述偏振光元件的所述格子状凸部侧的表面被有机类憎水膜覆盖。

13.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

形成在所述格子状凸部的前端的栅前端部，在从所述既定方向观看时，具有侧面在越到前端侧宽度越变窄的方向倾斜的细尖形状。

14.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述反射层具有：金属层；以及氧化物层，从所述既定方向观看时，所述氧化物层覆盖所述金属层的侧面，并由构成所述金属层的金属的氧化物构成。

15.如权利要求1至3的任一项所述的偏振光元件，其中，

所述反射层的宽度小于所述第1电介质层及所述第2电介质层的宽度。

16.一种偏振光元件的制造方法，该偏振光元件是具有线栅构造的偏振光元件，所述制造方法具有：

在透明基板上形成层叠体的工序，所述层叠体从所述透明基板侧将第1吸收层、第1电介质层、反射层、第2电介质层和第2吸收层按此顺序连接；以及

通过选择性蚀刻所述层叠体，形成以比使用波段的光波长短的间距排列在所述透明基板上的格子状凸部的工序。

17.一种具备权利要求1至15的任一项所述的偏振光元件的光学设备。