CN110998383B - 偏振片和光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及偏振片，该偏振片具备基板、相对于所述基板突出的多个凸部，所述多个凸部由在俯视下在第1方向延伸的凸部周期性地排列而成，所述凸部分别具有反射层和前端部，所述前端部与所述反射层相比处于远离所述基板的位置，所述前端部在与所述基板和所述第1方向垂直的第1切割面，从作为前端的第1端部朝向所述基板侧的第2端部连续地展宽，所述前端部的第1面包含连续的第1曲面。

Description

偏振片和光学设备
技术领域
本发明涉及偏振片和光学设备。
本申请基于2018年7月26日在日本申请的日本特愿2018-140653号要求优先权，并将其内容引用在本文中。
背景技术
偏振片可用于液晶显示器等。近年来，以比使用波段的光的波长短的周期排列有反射层的线栅偏振片受到关注。
例如，在专利文献1中记载了排列有截面形状为矩形的金属细线的线栅偏振片。另外，在专利文献2中，记载了使金属细线的截面形状为梯形的线栅偏振片。此外，在专利文献3中，记载了金属细线的截面形状为内翘曲形状的线栅偏振片。
专利文献1~3所记载的线栅偏振片均为反射型的线栅偏振片。与之相对的是，也提出了吸收型的线栅偏振片。反射型的线栅偏振片透过特定的偏转成分的光，反射其它的偏转成分的光。
与之相对的是，吸收型的线栅偏振片透过特定的偏转成分的光，通过干涉消除其它的偏转成分的光。
专利文献4所记载的线栅偏振片是在反射层的一面具有介电体层和吸收层的吸收型的线栅偏振片。通过使被反射层反射的光和被吸收层反射的光干涉，消除反射光。在专利文献4中，记载了设计含有反射层以及介电体层和吸收层的格栅前端部的形状，记载了通过设计来提高透过率特性和反射率特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-237437号公报；
专利文献2：日本专利第5796522号公报；
专利文献3：日本专利第5476142号公报；
专利文献4：日本专利第6302040号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
若在液晶投影仪等中使用反射率高的偏振片，则会导致液晶面板的故障和由杂散光引起的画质的劣化。随着近年来的液晶投影仪等的高亮度化、高精细化，要求偏振片进一步降低反射率。
本发明是鉴于上述问题而进行的发明，其目的在于，提供光学特性优异的偏振片和光学设备。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明提供以下的手段。
第1方案所涉及的偏振片是具有线栅结构的偏振片，具备透明基板、和在所述透明基板上的第1方向延伸且以比使用波段的光的波长短的间距周期性地排列的多个凸部，所述凸部分别具备反射层和前端部，所述前端部与所述反射层相比位于远离所述基板的位置，所述前端部在与所述基板和所述第1方向垂直的第1切割面，从作为前端的第1端部朝向所述基板侧的第2端部连续地展宽，所述前端部的第1面包含连续的第1曲面。
在上述方案所涉及的偏振片的所述第1切割面，在所述前端部与所述反射层的连接部分可具有高低差(段差)。
在上述方案所涉及的偏振片的所述第1切割面，在将所述反射层的最大宽度记为DR，将所述前端部的最大宽度记为DT时，可为1≤DT/DR≤2.3的关系成立的构成。
在上述方案所涉及的偏振片的所述第1切割面，所述反射层可具备朝向所述反射层的中心轴凹陷的第2曲面。
在上述方案所涉及的偏振片中，所述第2曲面的一部分可与所述反射层的所述前端部侧的第1端部接触。
在上述方案所涉及的偏振片的所述第1切割面，在将所述反射层的高度记为HR，将所述第2曲面的高度记为HC时，可为0.3≤HC/HR≤1的关系成立的构成。
在上述方案所涉及的偏振片中，所述前端部的第1曲面在以所述前端部的所述第2端部的中心为原点的情况下，可用以下的关系式(1)近似：
z=(-DT 2/4HT)x2+HT …(1)
在关系式(1)中，DT为所述前端部的最大宽度，HT为所述前端部的高度。
在上述方案所涉及的偏振片中，所述反射层的第2曲面在以所述反射层的宽度最小的位置的中点为原点的情况下，可用以下的关系式(2)近似：
z2=((-HC 2+2DC)/4DR 2)x2+(DC/2) …(2)
在关系式(2)中，HC为所述第2曲面的高度，DC为所述反射层的最小宽度，DR为所述反射层的最大宽度。
第2方案所涉及的光学设备具备上述方案所涉及的偏振片。
发明效果
根据上述方案所涉及的偏振片和光学设备，可提高光学特性。
附图说明
[图1]是第1实施方式所涉及的偏振片的截面示意图。
[图2]是将前端部的第1面投影至xz平面得到的图。
[图3]是将反射层的第2曲面投影至xz平面得到的图。
[图4]是用扫描型电子显微镜(SEM)拍摄第1实施方式所涉及的偏振片中的一个凸部的截面得到的图像。
[图5]是第1实施方式所涉及的偏振片的另一个实例的截面图。
[图6A]是测量实施例1、比较例1和比较例2的偏振片的作为光学特性之一的透过轴透过率的结果。
[图6B]是测量实施例1、比较例1和比较例2的偏振片的作为光学特性之一的吸收轴透过率的结果。
[图6C]是测量实施例1、比较例1和比较例2的偏振片的作为光学特性之一的透过轴反射率的结果。
[图7A]是测量实施例2的偏振片的作为光学特性之一的透过轴透过率的结果。
[图7B]是测量实施例2的偏振片的作为光学特性之一的吸收轴透过率的结果。
[图8]是测量实施例3的偏振片的光学特性的结果。
[图9]是测量实施例4的偏振片的光学特性的结果。
[图10]是第1实施方式所涉及的偏振片的另一个实例的截面示意图。
[图11]是测量实施例5的偏振片的光学特性的结果。
[图12A]是测定实施例6和比较例3的作为光学特性之一的透过轴透过率的结果。
[图12B]是测定实施例6和比较例3的作为光学特性之一的吸收轴透过率的结果。
[图12C]是测定实施例6和比较例3的作为光学特性之一的透过轴反射率的结果。
[图12D]是测定实施例6和比较例3的作为光学特性之一的反射轴反射率的结果。
具体实施方式
以下，一边适宜参照附图一边详细地对本实施方式进行说明。为了使特征容易理解，以下说明中使用的附图有为方便起见而放大显示作为特征的部分的情况，各组成要素的尺寸比例等会与实际不同。以下说明中示例的材料、尺寸等只是一个实例，本发明并不限定于这些，可在发挥本发明的效果的范围内适宜变更而实施。
“偏振片”
图1是第1实施方式所涉及的偏振片100的截面示意图。偏振片100是具有线栅结构的偏振片。偏振片100具备基板10和多个凸部20。多个凸部20在俯视下在第1方向延伸。以下，将基板10延伸的平面记为xy平面，将多个凸部20延伸的第1方向记为y方向。另外，将与xy平面垂直的方向记为z方向。图1是以xz平面切割偏振片100得到的截面图。换言之，是与多个凸部20延伸的第1方向垂直的截面图。
偏振片100衰减具有与凸部20延伸的y方向平行的电场成分的偏振波(TE波(S波))，透过具有与y方向垂直的电场成分的偏振波(TM波(P波))。
偏振片100的y方向为吸收轴，x方向为透过轴。
(基板)
基板10相对于偏振片100的使用波段的波长的光具有透明性。“具有透明性”无需100%透过使用波段的波长的光，只要能够可保持作为偏振片的功能的程度地透过即可。基板10的平均厚度优选为0.3mm以上且1mm以下。
基板10优选使用折射率为1.1~2.2的材料。例如，可使用玻璃、水晶、蓝宝石等。用作基板10的玻璃材料的成分组成无特殊限制。
例如硅酸盐玻璃作为光学玻璃广泛流通，价廉。另外，石英玻璃(折射率为1.46)、钠钙玻璃(折射率为1.51)的成本低，透过性优异。与之相对的是，水晶、蓝宝石的导热性优异。基板10的材料可根据偏振片100所需要的性能适宜选择。例如，投影仪的光学引擎用的偏振片由于照射强光，所以要求耐光性和散热性。因此，基板10优选使用水晶或蓝宝石。
基板10的第1面10a的形状不限定于平坦面。例如基板10可在xz切割面在第1面10a侧具有梯形的底座11。第1面10a的形状因底座11而形成凹凸状。
底座11在y方向延伸。底座11使基板10与空气之间的折射率界面的折射率变化平缓，抑制反射。底座11的高度优选为10nm以上且100nm以下。底座11的宽度优选比凸部20的后述的反射层30的宽度宽。在这里，底座11的宽度是指在xz切割面观察的梯形的上底的宽度。底座11可由与基板10相同的材料构成，或由不同的材料构成。
(凸部)
凸部20在y方向延伸。凸部20在x方向周期性地排列。换言之，在与凸部20延伸的第1方向垂直的方向周期性地排列多个凸部20。毗邻的凸部20的x方向的间距P比偏振片100的使用波段的波长的光短。例如间距P优选为100nm以上且200nm以下。如果间距P在该范围内，则凸部20的制作变得容易，凸部20的机械稳定性和光学特性的稳定性提高。
毗邻的凸部20的间距P可通过扫描型电子显微镜或透过型电子显微镜以平均值的方式测量。例如，在任意的4个部位测定毗邻的凸部20的x方向的距离，通过其算术平均求得间距P。将在多个凸部20中任意的4个部位的测量值平均的测定方法称为电子显微镜法。
在这里，将毗邻的凸部20的上端部间的距离或在xy面俯视毗邻的凸部20时的x方向的中心间的距离作为间距P。
以下，将使用通过扫描型电子显微镜或透过型电子显微镜观察的图像，将任意的4个部位的测量值平均的测定方法称为电子显微镜法。
凸部20相对于基板10突出。凸部20突出的主方向为z方向。凸部20的x方向的平均宽度优选为间距P的20%以上且50%以下。在这里，凸部20的平均宽度是指将凸部20在z方向十等分得到的各点的宽度的平均值。凸部20的高度优选为250nm以上且400nm以下。另外，凸部20的高度除以平均宽度得到的长径比优选为5以上且13.3以下。
在基板10为水晶等光学活性晶体的情况下，优选使相对于晶体的光学轴平行或垂直的方向与凸部20延伸的方向一致。在这里，光学轴是在该方向行进的光的寻常光线(O)与非常光线(E)的折射率之差为最小的方向轴。通过使凸部20在该方向延伸，可提高光学特性。
凸部20分别具有反射层30和前端部40。图1所示的凸部20从基板10侧起按反射层30、前端部40的顺序层合。
<前端部>
前端部40与反射层30相比位于远离基板10的位置。前端部40在远离基板10的外表面侧具有前端(第1端部40A)。如图1所示，前端部40在用xz平面切割的第1切割面，从第1端部40A朝向第2端部40B连续地展宽。第2端部40B是前端部40的基板10侧的端部。
在这里，“连续地展宽”是指从第1端部40A朝向第2端部40B前端部的x方向的宽度不变窄。即，在从第1端部40A朝向第2端部40B前端部的x方向的宽度逐渐变宽的情况下，包括从第1端部40A至到达第2端部40B的中途前端部的x方向的宽度变宽，此后恒定的情况。例如，在将前端部40在z方向十等分时，不含有切割宽度从第1端部40A朝向第2端部40B变窄的部分的情况下，视为前端部40连续地展宽。
xz平面中的前端部40的x方向的宽度的变化率优选在第1端部40A侧比第2端部40B侧大。
前端部40的第1面40a包含第1曲面。图1的前端部40的第1面40a构成第1曲面。通过前端部40的第1面40a包含第1曲面，可降低偏振片100的透过轴反射率。第1面40a中的第1曲面优选为在+z方向突出的弯曲面。+z方向是从第2端部40B朝向第1端部40A的方向，-z方向是从1端部40A朝向第2端部40B的方向。
图2是将前端部40的第1面40a投影至xz平面得到的图。图2以前端部40的第2端部40B的中心为原点。如图2所示，作为一个实例，第1面40a可用以下的关系式(1)近似。
z=(-DT 2/4HT)x2+HT …(1)
在上述关系式(1)中，DT为前端部40的最大宽度，HT为前端部40的高度。由于前端部40从第1端部40A朝向第2端部40B展宽，所以第2端部40B的宽度相当于最大宽度。若前端部40的第1面40a的形状可用上述关系式(1)近似，则偏振片100的光学特性提高。
前端部40的最大宽度DT和前端部40的高度HT可采用上述的电子显微镜法测定。前端部40的最大宽度DT优选为间距P的20%以上且50%以下。
图1所示的前端部40从基板10侧起具有介电体层42、吸收层44和第2介电体层46。介电体层42、吸收层44和第2介电体层46通过干涉衰减被反射层30反射的偏振波(TE波(S波))。
“介电体层”
图1所示的介电体层42层合在反射层30上。介电体层42无需一定与反射层30接触，也可在介电体层42与反射层30之间存在其它的层。介电体层42在y方向呈带状延伸。介电体层42构成前端部40的一部分。
介电体层42的膜厚可根据被吸收层44反射的偏振波来确定。确定介电体层42的厚度使得被吸收层44反射的偏振波的相位与被反射层30反射的偏振波的相位只偏移半波长。具体而言，介电体层42的膜厚优选为1nm以上且500nm以下。如果在该范围内，则可调整所反射的2种偏振波的相位的关系，可提高干涉效果。介电体层42的膜厚可采用上述的电子显微镜法测定。
介电体层42可使用金属氧化物、氟化镁(MgF2)、冰晶石、锗、硅、氮化硼、碳或它们的组合。金属氧化物可列举出SiO2等Si氧化物、Al2O3、氧化铍、氧化铋、氧化硼、氧化钽等。这些之中，介电体层42优选为Si氧化物。
介电体层42的折射率优选比1.0大且为2.5以下。反射层30的光学特性也受周围的折射率(例如，介电体层42的折射率)影响。通过调整介电体层42的折射率，可控制偏光特性。
“吸收层”
图1所示的吸收层44层合在介电体层42上。吸收层44在y方向呈带状延伸。吸收层44构成前端部40的一部分。
吸收层44的膜厚例如优选为10nm以上且100nm以下。吸收层44的膜厚可采用上述的电子显微镜法测定。
吸收层44可使用1种以上的具有光学常数的消光常数不为零的光吸收作用的物质。吸收层44可使用金属材料或半导体材料。吸收层44所使用的材料可根据使用波段的光的波长范围适宜选择。
在吸收层44中使用金属材料的情况下，金属材料优选为Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等单质金属或含有它们中的1种以上的元素的合金。另外，在吸收层44中使用半导体材料的情况下，半导体材料优选为Si、Ge、Te、ZnO、硅化物材料。硅化物材料例如可列举出β-FeSi2、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、TaSi等。将这些材料用于吸收层44的偏振片100对可见光区具有高的消光比。另外，吸收层44特别优选含有Fe或Ta和Si。
在吸收层44为半导体材料的情况下，半导体的带隙能量有助于光的吸收作用。因此，半导体材料的带隙能量为将使用波段的波长进行能量换算得到的值以下。例如，在使用波段为可见光区的情况下，优选使用具有相当于400nm以上波长的吸收能量的3.1eV以下的带隙能量的半导体材料。
吸收层44不只限定于1层，也可由2层以上构成。在吸收层44为2层以上的情况下，各层的材料可不同。吸收层44可通过蒸镀、溅射法等方法成膜。
“第2介电体层”
图1所示的第2介电体层46层合在吸收层44上。第2介电体层46在y方向呈带状延伸。第2介电体层46构成前端部40的一部分。
第2介电体层46可使用与上述的介电体层42相同的材料。第2介电体层46可由与介电体层42相同的材料构成，或由不同的材料构成。
第2介电体层46优选为Si氧化物。第2介电体层46的折射率也优选为与上述介电体层42相同的范围。第2介电体层46的厚度例如优选为10nm以上且100nm以下。第2介电体层46的厚度可采用上述的电子显微镜法测定。
<反射层>
反射层30位于基板10与前端部40之间。在基板10与反射层30之间，可插入其它的层。反射层30相对于基板10在z方向突出，在y方向呈带状延伸。反射层30反射TE波(S波)，透过TM波(P波)。
如图1所示，反射层30优选具有相对于反射层30的x方向的中心轴C凹陷的第2曲面30a。第2曲面30a优选为在x方向突出或凹陷的弯曲面。x方向的中心轴C沿着反射层30在x方向的宽度的中心。即，换言之，在第2曲面30a，反射层30的两侧面形成朝向反射层30的中心轴C凹陷的曲面。
第2曲面30a的最接近中心轴C的部分(反射层30的宽度最小的位置)优选与反射层30的z方向的中心位置相比位于前端部40侧。即，第2曲面30a优选位于反射层30的前端部40侧。
第2曲面30a的一部分优选与反射层30的前端部40侧的第1端部30A接触。通过第2曲面30a与反射层30的第1端部30A接触，可提高偏振片100的透过轴透过率。
即，可构成具有第2曲面30a的反射层30使得第2曲面30a的上端部成为反射层30的第1端部30A。
图3是将反射层30的第2曲面30a投影至xz平面得到的图。图3以反射层30的宽度最小的位置的中点为原点。如图3所示，作为一个实例，第2曲面30a可用以下的关系式(2)近似。
z2=((-HC 2+2DC)/4DR 2)x2+(DC/2) …(2)
在上述关系式(2)中，HC为第2曲面30a的高度，DC为反射层30的最小宽度，DR为反射层30的最大宽度。在这里，第2曲面30a的高度是指第2曲面30a的z方向的宽度。
另外，在将反射层30的高度记为HR，将第2曲面30a的高度记为HC时，优选0.3≤HC/HR≤1的关系成立，更优选0.4≤HC/HR≤0.6的关系成立。通过第2曲面30a的高度HC相对于反射层30的整体高度HR在上述范围内，偏振片100的透过轴透过率提高。
反射层30的最大宽度DR、最小宽度DC、高度HR和第2曲面30a的高度HC可采用上述的电子显微镜法测定。反射层30的最大宽度DR优选为间距P的20%以上且50%以下。反射层30的高度例如优选为100nm以上且300nm以下。
另外，反射层30优选与前端部40之间满足以下关系。优选在前端部40与反射层30之间的连接部分具有高低差S。若前端部40宽度比反射层30的宽度宽，则偏振片100的透过性能提高。在这里，前端部40的宽度是与反射层30连接的第2端部40B的宽度。
另外，反射层30的最大宽度DR和前端部40的最大宽度DT优选满足1≤DT/DR≤2.3的关系。若满足该关系，则偏振片100的吸收轴反射率降低。
反射层30可使用对使用波段的波长的光具有反射性的材料。例如，可使用Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Ta等单质金属或它们的合金。这些之中，优选使用铝或铝合金。另外，反射层30不限定于金属，可使用通过着色等提高表面反射率的无机膜或树脂膜。
图4是用扫描型电子显微镜(SEM)拍摄本实施方式所涉及的偏振片100中的一个凸部20的截面得到的图像。如图4所示，由截面SEM图像也可确认具有构成第1曲面的第1面40a的前端部40和具有第2曲面30a的反射层30。另外，如图4所示，在凸部20的外表面可见一些凹凸。可用上述的关系式(1)和(2)近似是指可近似为排除能够作为误差判断的一些凹凸的理论形状。
(其它的构成)
偏振片100可具有上述的构成以外的层。
例如，在介电体层42或第2介电体层46与吸收层44之间，可具有扩散阻挡层。扩散阻挡层防止吸收层44中的光的扩散。扩散阻挡层可使用Ta、W、Nb、Ti等金属膜。
另外，可在偏振片100的光的射入侧形成保护膜。例如，在图1中光从+z方向朝向-z方向射入的情况下，形成保护膜使得覆盖基板10的第1面10a和凸部20的周围。保护膜可使用与介电体层42相同的材料。保护膜抑制反射层30等的金属膜被过度氧化。保护膜可利用CVD (Chemical Vapor Deposition)、ALD (Atomic Layer Deposition)等形成。
另外，可在偏振片100的光的射入侧形成防水膜。防水膜例如可使用全氟癸基三乙氧基硅烷(FDTS)等氟系硅烷化合物。防水膜可利用CVD、ALD等形成。防水膜提高偏振片100的耐湿性，提高可靠性。
如上所述，本实施方式所涉及的偏振片100的反射率低，透过率高。因此，可用于各种光学设备。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于特定的实施方式，在权利要求书内所记载的本发明的主旨的范围内，可进行各种变形、变更。
图5是第1实施方式所涉及的偏振片的另外的实例的截面图。图5所示的偏振片101的反射层32的形状与图1所示的偏振片100不同。图5所示的反射层32不具有相对于中心轴C凹陷的弯曲面。另一方面，前端部40的第1面40a构成第1曲面。因此，图4所示的偏振片101的光学特性也优异。
“偏振片的制备方法”
偏振片的制备方法具有基板准备工序、成膜工序和蚀刻工序。
在基板准备工序中，准备基板10。基板10可使用市售的基板。在形成底座11的情况下，在基板10上形成底层。
在成膜工序中，依次层合形成反射层的层、形成介电体层的层、形成吸收层的层和形成第2介电体层的层。这些层可采用溅射法或蒸镀法。
在蚀刻工序中，蚀刻已成膜的各层。蚀刻通过图案化的掩模进行。掩模图案通过光刻法或纳米压印法等形成。蚀刻优选采用干蚀刻。
构成前端部40的介电体层42、吸收层44和第2介电体层46的蚀刻速率不同。通过利用该蚀刻速率的差异，前端部40的第1面40a的形状形成第1曲面。蚀刻速率可通过改变蚀刻气体种类、气体流量、气体压力、用于产生离子或自由基的输出电压等来调整。
另外，在反射层30设置第2曲面30a的情况下，变更蚀刻气体(Cl2、BCl、N2)的分压比。另外，通过在蚀刻时变更基板温度，也可形成第2曲面30a。因蚀刻时的基板温度而使构成反射层30的例如Al的蚀刻各向异性产生差异，在反射层30上形成第2曲面30a。
此外，在基板10上形成底座11的情况下，蚀刻已成膜的底层。通过优化气体流量、气体压力、用于产生离子或自由基的输出电压和基板10的冷却温度等蚀刻条件，可形成底座11。
“光学设备”
第2实施方式所涉及的光学设备具备上述第1实施方式所涉及的偏振片100和/或偏振片101。光学设备可列举出液晶投影仪、平视显示器(headup display)、数码相机等。第1实施方式所涉及的偏振片100和偏振片101的透过轴方向的偏振光的透过率高，吸收轴方向的偏振光的反射率低。因此，可用于各种用途。另外，偏振片100和偏振片101由无机材料构成。与有机偏振片相比，偏振片100和偏振片101特别适合用于要求耐热性的液晶投影仪、平视显示器等。
在光学设备具备多个偏振片的情况下，只要多个偏振片中至少1个为第1实施方式所涉及的偏振片100和偏振片101中的任一种即可。例如，在光学设备为液晶投影仪的情况下，在液晶面板的射入侧和射出侧配置偏振片。其中的一个偏振片使用第1实施方式所涉及的偏振片100和/或偏振片101。
实施例
“实施例1、比较例1、比较例2”
实施例1、比较例1和比较例2测定改变凸部的前端部的形状时的偏振片的光学特性的变化。偏振片的光学特性通过利用RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis)法的电磁场模拟来验证。模拟使用Grating Solver Development公司的光栅模拟器GsolverV51。
(实施例1)
在实施例1中，制作与图5所示的偏振片101相同的构成的偏振片。基于图5，对实施例1的偏振片的具体构成进行说明。
基板10：无碱玻璃(Eagle XG，康宁公司制)
底座11高度：60nm
毗邻的凸部20的间距P：140nm
反射层32：铝
反射层32的最大宽度DR：30nm
反射层32的高度HR：250nm
毗邻的反射层32的最短距离：110nm
前端部40的最大宽度DT：50nm
前端部40的高度HT：60nm
前端部40的构成：
介电体层42：SiO2，厚度为5nm
吸收层44：Fe (5atm%)和Si (95atm%)，厚度为25nm
第2介电体层46：SiO2，厚度为30nm
前端部40的截面形状(与凸部20延伸的第1方向垂直的截面)：朝上突出(在+z方向突出)的第1曲面(第1曲面的形状可用关系式(1)近似。)
(比较例1)
比较例1只在使前端部40的截面形状为矩形的方面与实施例1不同。其它的条件设为与实施例1相同。
(比较例2)
比较例2只在使前端部40的截面形状为三角形的方面与实施例1不同。其它的条件设为与实施例1相同。
图6A~图6C是测量实施例1、比较例1和比较例2的偏振片的光学特性的结果。
图6A是透过轴透过率Tp的结果，图6B是吸收轴透过率Ts的结果，图6C是透过轴反射率Rp的结果。测定求得对波长为500nm~600nm的G波段的波长的光的透过率或反射率。如图6A和图6B所示，即使改变前端部的形状，透过轴透过率和吸收轴透过率也无大的变动。与之相对的是，如图6C所示，若前端部的截面形状形成第1曲面，则降低透过轴反射率。
(实施例2)
实施例2制作与图5所示的偏振片101相同的构成的偏振片。测定在变化前端部40的最大宽度DT与反射层32的最大宽度DR的关系的情况下的偏振片的光学特性的变化。光学特性采用与实施例1相同的方法测定。将反射层32的最大宽度DR固定为30nm，变化前端部40的最大宽度DT为10nm、20nm、30nm、50nm、70nm、90nm。前端部40的最大宽度DT以外的参数设为与实施例1相同。
图7A和图7B是测量实施例2的偏振片的光学特性的结果。图7A是透过轴透过率的结果，图7B是吸收轴反射率的结果。测定求得对波长为500nm~600nm的G波段的波长的光的透过率或反射率。如图7A和图7B所示，在反射层32的最大宽度DR和前端部40的最大宽度DT满足1≤DT/DR≤2.3的关系时，透过轴透过率高，吸收轴反射率降低。
(实施例3)
实施例3制作与图1所示的偏振片100相同的构成的偏振片。即，反射层30具有第2曲面30a的方面与实施例1不同。第2曲面30a的形状设为朝向反射层30的中心轴C朝下突出的形状，可用关系式(2)近似。
在实施例3中，测定在变化反射层30的最大宽度DR与反射层30的最小宽度DC的关系的情况下的偏振片的光学特性的变化。光学特性通过与实施例1相同的方法求得。反射层30的最大宽度DR固定为30nm，变化反射层30的最小宽度DC为1nm、10nm、15nm、25nm、30nm。第2曲面30a的高度HC固定为50nm。反射层30具备第2曲面30a的方面及其最小宽度DC以外的参数设为与实施例1相同。另外，最小宽度DC为30nm的情况对应于反射层30不具有第2曲面30a的实施例1。
图8是测量实施例3的偏振片的光学特性的结果。图8是透过轴透过率的结果。测定求得对波长为500nm~600nm的G波段的波长的光的透过率或吸收率。如图8所示，通过反射层30具备朝向中心轴C凹陷的第2曲面30a，透过轴透过率提高。
(实施例4)
实施例4制作与图1所示的偏振片100相同的构成的偏振片。实施例4在改变第2曲面30a的高度HC相对于反射层30的高度HR的关系方面与实施例3不同。反射层30的最小宽度DC设为15nm。
在实施例4中，测定在变化反射层30的高度HR与第2曲面30a的高度HC的关系的情况下的偏振片的光学特性的变化。光学特性通过与实施例1相同的方法求得。反射层30的高度固定为250nm，变化第2曲面30a的高度为0nm、25nm、50nm、75nm、100nm、125nm、150nm、250nm。需说明的是，第2曲面30a的高度为0nm对应于不具有第2曲面30a的实施例1。
图9是测量实施例4的偏振片的光学特性的结果。图9是透过轴透过率的结果。测定求得对波长为500nm~600nm的G波段的波长的光的透过率或吸收率。如图9所示，所有情况均显示高的透过轴透过率。
特别是，在反射层的高度HR和第2曲面30a的高度HC满足0.3≤HC/HR≤1的关系的情况下，透过率透过率特别提高。
(实施例5)
实施例5制作与图10所示的偏振片102相同的构成的偏振片。图10所示的偏振片102与反射层34的形状示出于图1的偏振片100不同。图10所示的偏振片102在反射层34的第1端部34A与第2曲面30a的端部不接触的方面与图1所示的偏振片100不同。实施例5在改变反射层34的第1端部34A与第2曲面34a的端部的距离L的方面与实施例3不同。反射层34的最小宽度DC设为15nm，第2曲面34a的高度HC设为50nm。
在实施例5中，测定在变化反射层34的高度HR和反射层34的第1端部34A与第2曲面34a的端部(上端部)的距离L的关系的情况下的偏振片的光学特性的变化。光学特性通过与实施例1相同的方法求得。反射层34的高度HR固定为250nm，变化第1端部34A与第2曲面34a的端部的距离L为0nm、50nm、100nm、150nm。
图11是测量实施例5的偏振片的光学特性的结果。图11是透过轴透过率的结果。测定求得对波长为500nm~600nm的G波段的波长的光的透过率或吸收率。如图11所示，随着第1端部34A与第2曲面34a的端部的距离L接近，透过轴透过率提高。在第2曲面34a的一部分与反射层34的第1端部34A接触时，透过轴透过率特别提高。
(实施例6、比较例1)
实施例6制作与图1所示的偏振片100相同的构成的偏振片。具体的构成如下所示。
基板10：无碱玻璃(Eagle XG，康宁公司制)
底座11高度：60nm
毗邻的凸部20的间距P：140nm
反射层30：铝
反射层30的最大宽度DR：30nm
反射层30的最小宽度DC：25nm
反射层30的高度HR：250nm
第2曲面30a的高度HC：125nm
第2曲面30a的形状：朝向中心轴朝下突出的形状(可用关系式(2)近似)
毗邻的反射层30的最短距离：110nm
前端部40的最大宽度DT：30nm
前端部40的高度HT：60nm
前端部40的构成：
介电体层42：SiO2，厚度为5nm
吸收层44：Fe (5atm%)和Si (95atm%)，厚度为25nm
第2介电体层46：SiO2，厚度为30nm
前端部40的截面形状(与凸部20延伸的第1方向垂直的截面)：朝上突出(在+z方向突出)的第1曲面(第1曲面的形状可用关系式(1)近似)
比较例3只在使前端部40的截面形状为矩形的方面与实施例6不同。其它的条件设为与实施例6相同。
测定实施例6和比较例3的每种波长的光学特性。图12A~图12D是测定实施例6和比较例3的光学特性的结果。图12A是透过轴透过率的结果，图12B是吸收轴透过率的结果，图12C是透过轴反射率的结果，图12D是反射轴反射率的结果。图示虚线为实施例6的结果，图示实线为比较例3的结果。可确认通过前端部40的截面形状为第1曲面，偏振片的光学特性提高。在表1中挑选出图12中的波长为520~590nm的结果。
[表1]
Tp (%) Ts (%) Rp (%) Rs (%)
比较例3 93.7 0.018 1.16 1.53
实施例6 94.5 0.022 0.78 0.49
符号说明
10 基板
10a 第1面
11 底座
20 凸部
30、32、34 反射层
30a、34a 第2曲面
30A、34A 第1端部
40 前端部
40A 第1端部
40B 第2端部
40a 第1面
42 介电体层
44 吸收层
46 第2介电体层
100、101、102 偏振片。

Claims (9)

1.偏振片，其是具有线栅结构的偏振片，
所述偏振片具备：透明基板、和在所述透明基板上的第1方向延伸且以比使用波段的光的波长短的间距周期性地排列的多个凸部，
所述凸部分别具备反射层和前端部，
所述前端部与所述反射层相比位于远离所述基板的位置，
所述前端部在与所述基板和所述第1方向垂直的第1切割面，从作为前端的第1端部朝向所述基板侧的第2端部连续地展宽，
所述前端部的第1面包含连续的第1曲面，
所述前端部的第1曲面在以所述前端部的所述第2端部的中心为原点、以所述透明基板延伸的平面为xy平面、以所述第1方向为y方向且以与所述xy平面垂直的方向为z方向的情况下，用以下的关系式(1)近似：
z=(-DT 2/4HT)x2+HT …(1)
在关系式(1)中，DT为所述前端部的最大宽度，HT为所述前端部的高度。
2.根据权利要求1所述的偏振片，其中，在所述前端部与所述反射层的连接部分具有高低差。
3.根据权利要求1所述的偏振片，其中，在所述第1切割面，在将所述反射层的最大宽度记为DR，将所述前端部的最大宽度记为DT时，1≤DT/DR≤2.3的关系成立。
4.根据权利要求1所述的偏振片，其中，在所述第1切割面，所述反射层具备朝向所述反射层的中心轴凹陷的第2曲面。
5.根据权利要求4所述的偏振片，其中，所述第2曲面的一部分与所述反射层的所述前端部侧的第1端部接触。
6.根据权利要求4所述的偏振片，其中，在所述第1切割面，在将所述反射层的高度记为HR，将所述第2曲面的高度记为HC时，0.3≤HC/HR≤1的关系成立。
7.根据权利要求4所述的偏振片，其中，所述反射层的第2曲面在以所述反射层的宽度最小的位置的中点为原点的情况下，用以下的关系式(2)近似：
z2=((-HC 2+2DC)/4DR 2)x2+(DC/2) …(2)
在关系式(2)中，HC为所述第2曲面的高度，DC为所述反射层的最小宽度，DR为所述反射层的最大宽度。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的偏振片，其中，所述前端部从接近所述基板的一侧起依次具有介电体层、吸收层和第2介电体层。
9.光学设备，所述设备具备根据权利要求1~8中任一项所述的偏振片。
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