CN110998384B - 偏振片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有优异的光学特性的偏振片。所述偏振片具备：对使用波长波段的光透明的透明基板(11)；以比使用波段的光的波长短的间距在透明基板上排列，在规定方向延伸，且具有反射层(12)和反射控制层(13)的格子状凸部；和在格子状凸部间凹设，且与规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部(14A)。由此，可提高透过率特性和反射率特性，可得到优异的光学特性。

Description

偏振片
技术领域
本技术涉及线栅型的偏振片。本申请以2018年7月19日在日本申请的日本专利申请号特愿2018-135721为基础要求优先权，将该申请以参照的形式引用在本申请中。
背景技术
由于线栅型的偏振片具有高耐久性，所以例如适合用于光密度大的液晶投影仪。在如上所述的偏振片中，光学特性上重要的必要条件是低反射。在反射率高的情况下，导致液晶面板故障或因杂散光引起画质劣化。
近年来，由于液晶投影仪的亮度化或高精细化，期待更低反射的偏振片。线栅型的偏振片例如具备反射层、介电体(电介体)层和吸收层，利用上部的介电层和吸收层的吸收效果以及3层的干涉效果来抑制与线栅平行的S偏振光反射率(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-103728号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
在所述的线栅型的偏振片中，有时会在格栅间形成露出基板的材料或基板上的底层的材料的槽，但有时会因槽的形状而无法得到优异的光学特性。
本技术鉴于上述实际情况而提出，提供具有优异的光学特性的偏振片。
用于解决课题的手段
本申请的发明人进行了深入研究，结果发现，通过使槽的宽度朝向深度方向变小至为零，可得到优异的光学特性，从而完成了本技术。
即，本技术所涉及的偏振片的特征在于具备：对使用波长波段的光透明的透明基板；以比所述使用波段的光的波长短的间距在所述透明基板上排列，在规定方向延伸，且具有反射层和反射控制层的格子状凸部；和在所述格子状凸部间凹设，且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。
另外，本技术所涉及的光学设备的特征在于，搭载所述偏振片而成。
另外，本技术所涉及的偏振片的制备方法的特征在于，蚀刻在对使用波长波段的光透明的透明基板上层合的反射层和反射控制层，形成以比所述使用波段的光的波长短的间距排列、且在规定方向延伸的格子状凸部，和在所述格子状凸部间凹设、且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。
发明效果
根据本技术，通过使槽部的宽度朝向深度方向变小至为零，可提高透过率特性和反射率特性，可得到优异的光学特性。
附图说明
[图1] 图1是示意性地表示槽部的截面形状为近似V字形的情况下的偏振片的结构的截面图。
[图2] 图2是示意性地表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的偏振片的结构的截面图。
[图3] 图3是示意性地表示槽部的截面形状为非对称的情况下的偏振片的结构的截面图。
[图4] 图4是示意性地表示作为具体例1示出的偏振片的结构的截面图。
[图5] 图5是示意性地表示作为具体例2示出的偏振片的结构的截面图。
[图6] 图6是示意性地表示作为变形例示出的偏振片的结构的截面图。
[图7] 图7是示意性地表示作为现有例(以往例)的槽部的截面形状为四方形的情况下的偏振片的结构的截面图。
[图8] 图8是表示使作为现有例的将截面形状设为四方形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图。
[图9] 图9是表示使作为现有例的将截面形状设为四方形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。
[图10] 图10是示意性地表示槽部的截面形状为近似V字形的情况下的偏振片的结构的示意图。
[图11] 图11是表示使将截面形状设为近似V字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图。
[图12] 图12是表示使将截面形状设为近似V字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。
[图13] 图13是表示使作为现有例的将截面形状设为四方形的槽部为规定深度时的偏振片的各波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图。
[图14] 图14是表示使将截面形状设为近似V字形的槽部为规定深度时的偏振片的各波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图。
[图15] 图15是示意性地表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的偏振片的结构的截面图。
[图16] 图16是示意性地表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的槽部的结构的截面图。
[图17] 图17是表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的槽部的截面形状曲线的图。
[图18] 图18是表示使将截面形状设为近似U字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图。
[图19] 图19是表示使将截面形状设为近似U字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。
[图20] 图20是表示相对于将截面形状设为近似U字形的槽部的深度的绿色波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图。
[图21] 图21是表示相对于将截面形状设为近似U字形的槽部的深度的绿色波长波段的透过轴反射率Rp平均值的模拟结果的图。
[图22] 图22是表示通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度的关系的图。
[图23] 图23是表示将槽部的截面形状设为曲线(a)、曲线(b)、曲线(c)时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图。
[图24] 图24是表示将槽部的截面形状设为曲线(a)、曲线(b)、曲线(c)时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。
[图25] 图25是对于通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度为θ时的偏振片，表示绿色波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图。
[图26] 图26是对于通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度为θ时的偏振片，表示绿色波长波段的透过轴反射率Rp平均值的模拟结果的图。
[图27] 图27是对于使将截面形状设为四方形、近似V字形或近似U字形的槽部为规定深度时的偏振片，表示绿色波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图。
[图28] 图28是表示相对于将截面形状设为四方形、近似V字形或近似U字形的槽部的深度方向的折射率的模拟结果的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边按照下述顺序对本技术的实施方式进行详细地说明。
1. 偏振片
2. 偏振片的制备方法
3. 光学设备
4. 实施例
<1. 偏振片>
本实施方式所涉及的偏振片具备：对使用波长波段的光透明的透明基板；以比使用波段的光的波长短的间距在透明基板上排列，在规定方向延伸，且具有反射层和反射控制层的格子状凸部；和在格子状凸部间凹设，且与规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。在这里，槽部可凹设在透明基板上，或凹设在透明基板上成膜的底层上。底层优选由透明基板的折射率以下的介电体构成，优选为SiO2等Si氧化物。
图1是示意性地表示槽部的截面形状为近似V字形的情况下的偏振片的结构的截面图，图2是示意性地表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的偏振片的结构的截面图，图3是示意性地表示槽部的截面形状为非对称的情况下的偏振片的结构的截面图。
如图1~图3所示，偏振片具备：透明基板11，具有反射层12和反射控制层13的格子状凸部，和在格子状凸部间凹设的槽部14A、14B、14C。
格子状凸部至少具有反射层12和反射控制层13。格子状凸部的间距比使用波段的光的波长小，具体而言，优选为100nm以上且200nm以下。另外，与线栅的长度方向平行的方向(Y方向)的长度相对于格子状凸部的高度的比值优选为1000以上。另外，Y方向的长度相对于槽部14A、14B、14C的深度的比值优选为1000以上。另外，优选格子状凸部与槽部14A、14B、14C在Y方向平行。由此，即使在用于由微米尺寸的像素形成的液晶元件的情况下，也可使面内的透过率和反射率均匀。
反射层12由在作为吸收轴的Y方向对使用波长波段的光具有反射性的光反射性材料呈带状延伸而成。即，反射层12具有作为线栅型偏振器的功能，在朝向透明基板的形成线栅的面射入的光中，使在与线栅的长度方向平行的方向(Y方向)具有电场成分的偏振波(TE波(S波))衰减，使在与线栅的长度方向垂直的方向(X方向)具有电场成分的偏振波(TM波(P波))透过。
反射控制层13通过偏振波的选择性光吸收作用衰减TE波。通过适宜调整反射控制层13的结构，对于被反射层12反射的TE波，在透过反射控制层13时可将一部分反射，送回至反射层12，另外，可通过干涉衰减通过反射控制层13的光。
作为反射控制层13的结构，如后所述，例如可为由对使用波长波段的光具有吸收性的光吸收性材料构成的吸收层和由介电体构成的介电体层的多层膜，或混合光吸收性材料和介电体而成的反射抑制层。
槽部14A、14B、14C的与规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零。换言之，槽部的截面结构随着从最深部朝向基板表面，空气部分相对于基板材料变大。另外，与规定方向垂直的方向的槽部的截面形状、即从规定方向观察时的槽部的截面形状优选不具有底面。在这里，不具有底面是指与规定方向垂直的方向的底部的宽度为10nm以下。
如图1所示的槽部14A，与规定方向垂直的方向的槽部的截面形状可设为近似V字形。由此，在绿色波长波段(波长为520-590nm)和红色波长波段(波长为600-680nm)，在升高透过轴透过率Tp的同时降低透过轴反射率Rp，可得到优异的光学特性。另外，在将槽部的截面形状设为近似V字形的情况下，与将槽部的截面形状设为四方形的情况相比，可抑制蓝色波长波段(波长为430-510nm)的透过轴透过率Tp的降低。
另外，将截面形状设为近似V字形的情况下的槽部的深度优选为20nm以上且100nm以下，更优选为60nm以上且100nm以下。由此，在升高透过轴透过率Tp的同时降低透过轴反射率Rp，可得到优异的光学特性。
另外，如图2所示的槽部14B，与规定方向垂直的方向的槽部的截面形状可设为近似U字形。由此，在将槽部的截面形状设为近似U字形的情况下，与将槽部的截面形状设为近似V字形的情况相同，在绿色波长波段(波长为520-590nm)和红色波长波段(波长为600-680nm)，在升高透过轴透过率Tp的同时降低透过轴反射率Rp，可得到优异的光学特性。另外，在将槽部的截面形状设为近似U字形的情况下，与将槽部的截面形状设为四方形的情况相比，可抑制蓝色波长波段(波长为430-510nm)的透过轴透过率Tp的降低。
将截面形状设为近似U字形的情况下的槽部的深度优选为20nm以上且120nm以下，更优选为60nm以上且100nm以下。由此，在升高透过轴透过率Tp的同时降低透过轴反射率Rp，可得到优异的光学特性。
另外，如图3所示的槽部14C，与规定方向垂直的方向的槽部的截面形状相对于通过槽部的深度为零时的宽度的中点的垂线可设为非对称。即，槽部的截面形状可为槽部的最深部不在通过深度为零时的宽度的中点的垂线上。更具体而言，通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度优选为±20°以下。由此，可得到与通过槽部的最深部和原点的直线的角度为0°的偏振片、即与规定方向垂直的方向的槽部的截面形状为相对于通过槽部的深度为零时的宽度的中点的垂线对称的偏振片相同的光学特性。
另外，由于槽部的截面形状为非对称，至少一侧的倾斜比另一侧变小，因此可使介电体部、防水部等保护膜的形成容易。
保护膜通过介电体部、防水部等的成膜，设置在格子状凸部的表面和格子状凸部间的槽部的表面，赋予耐湿效果、防水效果等，可提高可靠性。
作为构成介电体部的介电体，可列举出SiO2等Si氧化物，Al2O3、氧化铍、氧化铋等金属氧化物，MgF2、冰晶石、锗、二氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳或它们的组合等一般的材料。其中，优选使用SiO2等Si氧化物。
防水部使用防水性化合物形成，抑制水分因毛细现象进入格栅间。作为具体的防水性化合物，可列举出具有氟烷基或烷基的硅烷化合物或磷酸化合物，烷基链的碳原子数优选为4~20。作为硅烷化合物的具体例，例如可列举出FDTS (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane，十七氟-1,1,2,2-四氢癸基三氯硅烷)、PETS (pentafuorophenylpropyltrichlorosilane，五氟苯基丙基三氯硅烷)、FOTS ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl)trichlorosilane，((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三氯硅烷)、OTS(n-octadecyltrichlorosilane，正十八烷基三氯硅烷，(C18))等。另外，作为磷酸化合物的具体例，可列举出FOPA (1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-octylphosphonic acid，1H,1H,2H,2H-全氟正辛基膦酸)、FDPA (1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-decylphosphonic acid，1H,1H,2H,2H-全氟正癸基膦酸)、FHPA (1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-hexylphosphonic acid，1H,1H,2H,2H-全氟正己基膦酸)、ODPA (octadecylphosphonic acid，十八烷基膦酸)等。在槽部的截面形状为非对称的情况下，由于至少一侧的倾斜比另一侧变小，所以可通过CVD、浸渍涂布等涂布方法将防水化合物导入至槽部。
根据如上所述的结构的光学部件，通过利用透过、反射、干涉、偏振波的选择性光吸收这4种作用，可使具有与反射层的格子平行的电场成分的偏振波(TE波(S波))衰减，使具有与格子垂直的电场成分的偏振波(TM波(P波))透过。即，通过反射抑制层的偏振波的选择性光吸收作用衰减TE波，通过作为线栅起作用的格子状反射层反射透过反射控制层的TE波。
在这里，通过使格栅间的槽部的宽度朝向深度方向变小至为零，可提高透过率特性和反射率特性，可得到优异的光学特性。另外，由于透过率特性的用户要求为0.1%水平，所以可不大幅变更偏振片的结构而只通过变更偏振片的制作工艺来优化槽部结构，从而达成光学特性的提高，这在工业上是极其有益的。
[具体例1]
图4是示意性地表示作为具体例1示出的偏振片的结构的截面图。如图4所示，偏振片具备：对使用波长波段的光透明的透明基板21；以比使用波段的光的波长短的间距在透明基板上排列，且在规定方向延伸的依次具有反射层22、第1介电体层23A、吸收层23B和第2介电体层23C的格子状凸部；和在格子状凸部间凹设，且与规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。即，作为具体例1示出的偏振片具有第1介电体层23A、吸收层23B和第2介电体层23C作为反射控制层。
作为透明基板21，若为对使用波段的光显示透光性的基板，则无特殊限制，可根据目的适宜选择。“对使用波段的光显示透明性”并不是指使用波段的光的透过率为100%，而只要显示能够保持作为偏振片的功能的透光性即可。作为使用波段的光，例如可列举出波长为380nm~810nm左右的可见光。
作为反射层22，若为对使用波段的光具有反射性的材料，则无特殊限制，例如可使用Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等金属单质或含有它们的合金或半导体材料。
第1介电体层23A例如以相对于被吸收层23B反射的偏振光，透过吸收层23B并被反射层22反射的该偏振光的相位偏移半波长的膜厚形成。在实际使用上，即使未优化膜厚，也可吸收被吸收层23B反射的光，实现对比度的提高，因此可兼顾所期望的偏光特性和实际的制作工序来确定。
作为第1介电体层23A，可列举出SiO2等Si氧化物，Al2O3、氧化铍、氧化铋等金属氧化物，MgF2、冰晶石、锗、二氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳或它们的组合等一般的材料。其中，优选使用SiO2等Si氧化物。
吸收层23B由金属材料或半导体材料等光学常数的消光常数不为零的具有光吸收作用的光吸收性材料构成，根据使用波段的光适宜选择。作为金属材料，可列举出Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等元素单质或含有它们中的1种以上元素的合金。另外，作为半导体材料，可列举出Si、Ge、Te、ZnO、硅化物材料(β-FeSi2、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、CoSi2、TaSi等)。另外，作为光吸收性材料，也可使用碳纳米管、石墨烯等碳材料。通过使用这些材料，偏振片对所应用的可见光区得到高的消光比。这些之中，优选在含有Fe或Ta的同时，含有Si而构成。
第2介电体层23C可使用与第1介电体层23A相同的材料，其中，优选使用SiO2等Si氧化物。
[具体例2]
图5是示意性地表示作为具体例2示出的偏振片的结构的截面图。如图5所示，偏振片具备：对使用波长波段的光透明的透明基板31；以比使用波段的光的波长短的间距在透明基板上排列，且在规定方向延伸的反射层32；具有混合光吸收性材料和介电体而成的反射抑制层33的格子状凸部；和在格子状凸部间凹设，且与规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。即，作为具体例2示出的偏振片具有混合光吸收性材料和介电体而成的反射抑制层33作为反射控制层。
由于透明基板31和反射层32分别与所述具体例1中示出的偏振片的透明基板21和反射层22相同，所以在这里省略说明。
反射抑制层33是混合光吸收性材料和介电体而成，例如具有光吸收性材料或介电体的浓度在层厚方向倾斜的浓度分布。
作为光吸收性材料，可列举出金属材料、半导体材料等，根据使用波段的光适宜选择。作为金属材料，可列举出Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等元素单质或含有它们中的1种以上元素的合金。另外，作为半导体材料，可列举出Si、Ge、Te、ZnO、硅化物材料(β-FeSi2、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、CoSi2、TaSi等)。另外，作为光吸收性材料，也可使用碳纳米管、石墨烯等碳材料。通过使用这些材料，偏振片对所应用的可见光区得到高的消光比。这些之中，优选在含有Fe或Ta的同时，含有Si而构成。
作为介电体，可列举出SiO2等Si氧化物，Al2O3、氧化铍、氧化铋等金属氧化物，MgF2、冰晶石、锗、二氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳或它们的组合等一般的材料。这些之中，优选使用SiO2等Si氧化物。
[变形例]
图6是示意性地表示作为变形例示出的偏振片的截面图。如图6所示，偏振片具备：对使用波长波段的光透明的透明基板41；以比使用波段的光的波长短的间距在透明基板上排列，且在规定方向延伸的反射层42；混合光吸收性材料和介电体而成，且具有与规定方向垂直度方向的宽度越是前端侧越变小的反射抑制层43的格子状凸部；和在格子状凸部间凹设，且与规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。即，作为变形例示出的偏振片是在作为具体例2示出的偏振片中，在从规定方向观察反射抑制层33时，越是前端侧宽度越变窄的偏振片。
由于透明基板41和反射层42分别与所述具体例2中示出的偏振片的透明基板31和反射层32相同，所以在这里省略说明。
反射抑制层43是混合光吸收性材料和介电体而成，例如具有光吸收性材料或介电体的浓度在层厚方向倾斜的浓度分布。作为光吸收性材料和介电体，可使用与具体例2相同的材料。
另外，反射抑制层43具有与规定方向垂直的方向的宽度越是前端侧越变小的格栅前端部。格栅前端部例如为具有等腰梯形形状的锥形形状。通过将格栅前端部设为锥形形状，可提高TM波的透过率。认为其原因在于，对具有角度偏差而射入的光抑制散射。
需说明的是，虽然所述的变形例作为具体例2中示出的偏振片的变形例进行说明，但可作为具体例1中示出的偏振片的变形例。在作为具体例1中示出的偏振片的变形例的情况下，格栅前端部由第1介电体层23A、吸收层23B和第2介电体层23C构成。
<2. 偏振片的制备方法>
接下来，对本实施方式所涉及的偏振片的制备方法进行说明。本实施方式所涉及的偏振片的制备方法蚀刻在对使用波长波段的光透明的透明基板上层合的反射层和反射控制层，形成以比使用波段的光的波长短的间距排列，且在规定方向延伸的格子状凸部，和在格子状凸部间凹设，且与规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。
以下，对偏振片的制备方法进行详细地说明。首先，在各种膜的成膜工序中，在透明基板上例如通过溅射法层合反射层和反射控制层。接着，涂布感光性树脂作为抗蚀剂，进行曝光和显像，形成由抗蚀剂产生的格子状的图案。
接着，将由抗蚀剂产生的格栅图案转印至下层的反射层和反射控制层，在形成具有反射层和反射控制层的格子状凸部的同时在格子状凸部间凹设槽部。由于反射层、反射控制层和透明基板为各不相同的物质，蚀刻性存在差异，所以优选根据材料改变蚀刻气体。例如，在反射层中使用铝的情况下，优选使用氯系的等离子体，在反射控制层中使用SiO2或FeSi的情况下，优选使用氟系的等离子体。另外，在使用Al2O3的情况下，优选使用BCl3。通过如上所述地根据材料分开使用蚀刻气体，可抑制材料的交界的截面形状因蚀刻性的差异而紊乱，可抑制光学特性的劣化。
在本实施方式中，通过优化蚀刻条件(气体流速、气体压力、输出功率、透明基板的冷却温度等)，形成截面形状的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部。对于槽部的形成，优选使用等离子体蚀刻装置。在材料为SiO2的情况下，优选蚀刻气体使用CF系气体(特别是CF4)与Ar的混合气体，将气体压力设为0.5~1.0Pa，将偏压设为40~200W。另外，在SiO2中含有Al的材料的情况下，优选蚀刻气体使用Cl系气体(特别是Cl2与BCl3的混合气体)，将气体压力设为0.5~1.0Pa，将偏压设为30~50W。由此，形成截面形状的宽度朝向深度方向变小至为零的槽部，可得到具有优异的光学特性的偏振片。
另外，也可在格子状凸部的表面和格子状凸部间的槽部的表面，将介电体部、防水部等保护膜成膜。介电体部的成膜可采用物理蒸镀法、化学蒸镀法等。这些之中，特别优选采用ALD法(Atomic Layer Deposition法，原子沉积法)。由此，即使是长径比高的沟渠结构，也可使介电体均匀地附着至槽的细微部。
另外，防水部可通过在格子状凸部的表面和格子状凸部间的槽部的表面涂布防水性化合物来形成。作为防水性化合物的涂布方法，可列举出浸渍涂布、旋转涂布、蒸汽处理等。这些之中，特别优选采用蒸汽处理。由此，可将防水性化合物涂布至长径比高的沟渠结构的细微部。
<3. 光学设备>
本实施方式所涉及的光学设备搭载所述的偏振片。作为光学设备，可列举出液晶投影仪、平视显示器(headup display)、数码相机等。由于本实施方式所涉及的偏振片具有高透过率，所以适合于要求高亮度的液晶投影仪、平视显示器等用途。
在本实施方式所涉及的光学设备具备多个偏振片的情况下，只要多个偏振片中的至少1个为本技术所涉及的偏振片即可。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，只要在液晶面板的射入侧和射出侧配置的偏振片中的至少一个为本技术所涉及的偏振片即可。
实施例
<4. 实施例>
以下，对本技术的实施例进行说明。在线栅型的偏振片中，对在格子状凸部间的基板上凹设的槽部的形状进行模拟。需说明的是，本技术并不限定于这些实施例。
模拟通过利用RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis，严格耦合波分析)法的电磁场模拟来进行。模拟使用Grating Solver Development公司制的光栅模拟器“Gsolver”。
[槽部的截面形状为四方形]
图7是示意性地表示作为现有例的槽部的截面形状为四方形的情况下的偏振片的结构的截面图。图7所示的偏振片具备：玻璃基板、在玻璃基板上以141nm的间距P排列的宽度W为35nm的由Al构成的反射层、在反射层上配置的第1 SiO2层、FeSi层和第2 SiO2层。反射层的厚度T42设为250nm，第1 SiO2层的厚度T43设为5nm，第1 FeSi层的厚度T44设为25nm，第2SiO2层的厚度T45设为15nm。另外，FeSi层中的Fe含量设为5atm%，Si含量设为95atm%。
另外，将在玻璃基板上形成的槽部的截面形状设为四方形，将其深度分别设为20nm、40nm、60nm、80nm、100nm进行模拟。
在表1中，示出作为现有例的将槽部的截面形状设为四方形时的偏振片的各波长波段的透过轴透过率Tp和透过轴反射率Rp的平均值的模拟结果。
[表1]
另外，图8是表示使作为现有例的将截面形状设为四方形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图，图9是表示使作为现有例的将截面形状设为四方形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。
由这些结果可知，在将槽部的截面形状设为四方形的情况下，蓝色波长波段(波长为430-510nm)的透过轴反射率Rp大幅升高，光学特性降低。另外，可知在槽部的深度为60nm以上的情况下，绿色波长波段(波长为520-590nm)的透过轴透过率Tp降低，蓝色波长波段(波长为430-510nm)的透过轴透过率Tp与槽部的深度为0nm的情况相比也降低。
[槽部的截面形状为近似V字形]
图10是示意性地表示槽部的截面形状为近似V字形的情况下的偏振片的结构的截面图。图10所示的偏振片除了将在基板上凹设的槽部的截面形状设为近似V字形以外，设为与图7所示的偏振片的结构相同。即，该偏振片具备：玻璃基板、在玻璃基板上以141nm的间距P排列的宽度W为35nm的由Al构成的反射层、在反射层上配置的第1 SiO2层、FeSi层和第2SiO2层。反射层的厚度T52设为250nm，第1 SiO2层的厚度T53设为5nm，第1 FeSi层的厚度T54设为25nm，第2 SiO2层的厚度T55设为15nm。另外，FeSi层中的Fe含量设为5atm%，Si含量设为95atm%。
另外，将在玻璃基板上形成的槽部的截面形状设为近似V字形的三角形，将其深度分别设为20nm、40nm、60nm、80nm、100nm进行模拟。
在表2中，示出将槽部的截面形状设为近似V字形时的偏振片的各波长波段的透过轴透过率Tp和透过轴反射率Rp的平均值的模拟结果。
[表2]
另外，图11是表示使将截面形状设为近似V字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图，图12是使将截面形状设为近似V字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。
另外，图13是表示使作为现有例的将截面形状设为四方形的槽部为规定深度时的偏振片的各波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图，图14是表示使将截面形状设为近似V字形的槽部为规定深度时的偏振片的各波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图。
由这些结果可知，在将槽部的截面形状设为近似V字形的情况下，在绿色波长波段(波长为520-590nm)和红色波长波段(波长为600-680nm)，在升高透过轴透过率Tp的同时降低透过轴反射率Rp，得到优异的光学特性。另外，可知在将槽部的截面形状设为近似V字形的情况下，与将槽部的截面形状设为四方形的情况相比，抑制蓝色波长波段(波长为430-510nm)的透过轴透过率Tp的降低。另外，可知在槽部的深度为60nm以上且100nm以下的情况下，蓝色波长波段的透过轴透过率Tp与槽部的深度为0nm的情况相比变大，得到优异的光学特性。
[槽部的截面形状为近似U字形]
图15是示意性地表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的偏振片的结构的截面图。图15所示的偏振片除了将在基板上凹设的槽部的截面形状设为近似U字形以外，设为与图7所示的偏振片的结构相同。即，该偏振片具备：玻璃基板、在玻璃基板上以141nm的间距P排列的宽度W为35nm的由Al构成的反射层、在反射层上配置的第1 SiO2层、FeSi层和第2SiO2层。反射层的厚度T52设为250nm，第1 SiO2层的厚度T53设为5nm，第1 FeSi层的厚度T54设为25nm，第2 SiO2层的厚度T55设为15nm。另外，FeSi层中的Fe含量设为5atm%，Si含量设为95atm%。
另外，将在玻璃基板上形成的槽部的截面形状设为近似U字形，将其深度分别设为20nm、40nm、60nm、80nm、100nm、120nm进行模拟。
图16是示意性地表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的槽部的结构的截面图，图17是表示槽部的截面形状为近似U字形的情况下的槽部的截面形状曲线的图。
如图16和图17所示，以槽部的深度为零时的宽度的中点为原点(0，0)，将格栅间隔记为W，将槽的深度记为D时，槽部的截面形状设为满足下述式的2次曲线。
Y=(4D/W2)×X2-D
即，如图17所示，深度为20nm~120nm的槽部的截面形状曲线(a)~(f)设为下述式。
(a) Y=0.007X2-20，(b) Y=0.015X2-40，(c) Y=0.022X2-60，(d) Y=0.029X2-80，(e) Y=0.036X2-100，(f) Y=0.044X2-120
图18是表示使将截面形状设为近似U字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图，图19是表示使将截面形状设为近似U字形的槽部为规定深度时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。
另外，图20是表示相对于将截面形状设为近似U字形的槽部的深度的绿色波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图，图21是表示相对于将截面形状设为近似U字形的槽部的深度的绿色波长波段的透过轴反射率Rp平均值的模拟结果的图。
由这些结果可知，在将槽部的截面形状设为近似U字形的情况下，在绿色波长波段(波长为520-590nm)和红色波长波段(波长为600-680nm)，升高透过轴透过率Tp，降低透过轴反射率Rp，得到优异的光学特性。另外，可知在槽部的截面形状设为近似U字形的情况下，与将槽部的截面形状设为四方形的情况相比，抑制蓝色波长波段(波长为430-510nm)的透过轴透过率Tp的降低。另外，可知在槽部的深度为60nm以上且120nm以下的情况下，由于绿色波长波段的透过轴透过率Tp大，绿色波长波段的透过轴反射率Rp小，所以得到优异的光学特性。
[槽部的截面形状为近似U字形(非对称)]
图22是表示通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度的关系的图。在图22中，曲线(a)为Y=0.036X2-100，曲线(b)表示通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与连接原点和曲线(b)的最深部的直线的角度为20°的曲线，曲线(c)表示通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与连接原点和曲线(b)的最深部的直线的角度为-20°的曲线。
如图22所示，对将槽部的截面形状设为曲线(a)、曲线(b)、曲线(c)时的偏振片进行模拟。偏振片除了将在基板上凹设的槽部的截面形状设为曲线(a)、曲线(b)、曲线(c)以外，设为与图15所示的偏振片的结构相同。
图23是表示将槽部的截面形状设为曲线(a)、曲线(b)、曲线(c)时的偏振片的透过轴透过率Tp的模拟结果的图，图24是表示将槽部的截面形状设为曲线(a)、曲线(b)、曲线(c)时的偏振片的透过轴反射率Rp的模拟结果的图。另外，图25是对于通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度为θ时的偏振片，表示绿色波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图，图26是对于通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度为θ时的偏振片，表示绿色波长波段的透过轴反射率Rp平均值的模拟结果的图。
由这些结果可知，通过使通过槽部的深度为零时的宽度的中点(原点)的垂线与通过槽部的最深部和原点的直线的角度为±20°以下，得到与通过槽部的最深部和原点的直线的角度为0°的偏振片相同的光学特性。
[槽部的截面形状的考察]
图27是对于使将截面形状设为四方形、近似V字形或近似U字形的槽部为规定深度时的偏振片，表示绿色波长波段的透过轴透过率Tp平均值的模拟结果的图。具有将截面形状设为四方形、近似V字形或近似U字形的槽部的偏振片分别与图7、图10和图15所示的偏振片相同。
由该模拟结果可知，通过将槽部的深度设为60nm以上且100nm以下，与将截面形状设为四方形的槽部相比，得到高的透过轴透过率Tp。
图28是表示相对于将截面形状设为四方形、近似V字形或近似U字形的槽部的深度方向的折射率的模拟结果的图。在模拟中，将空气的折射率设为1.0，将基板的折射率设为1.5，将间距设为200nm，将格栅间宽度设为100nm。
深度为60nm的四方形的槽部在深度超过0nm且低于60nm的范围内折射率为1.25，具有在深度为60nm时折射率大幅变化为1.5的变化点。另一方面，深度为60nm的近似V字形或近似U字形的槽部由于宽度朝向深度方向变小至为零，所以折射率从1逐渐变化为1.5，不具有折射率的大的变化点。如上所述，认为通过形成槽部使得折射率不具有大的变化点，提高透过率特性和反射率特性。
相对于深度为60nm的近似V字形的槽部的深度的折射率用y=-0.0083x＋1(-60≤x≤0)表示。另外，相对于深度为100nm的近似U字形的槽部的深度的折射率用y=2E-0.8x4＋2E-06x3＋0.0001x2-0.0004x＋1.0061(-100≤x≤0)表示。另外，相对于深度为100nm的近似U字形的槽部的深度的折射率用y=0.0005x2＋0.0791x＋4.423(-100≤x≤80)、y=2E-05x2＋0.0021x＋1.0026(-80≤x≤0)表示。
由此，在槽部的深度为0nm以上且60nm以下的情况下，只要使槽部的截面宽度朝向深度方向变小至为零，使得满足y≤-0.0083x＋1(-60≤x≤0)、y≥2E-0.8x4＋2E-06x3＋0.0001x2-0.0004x＋1.0061(-60≤x≤0)即可。另外，在槽部的深度为60nm以上且100nm以下的情况下，只要使槽部的截面宽度朝向深度方向变小至为零，使得满足1.5≥y≥2E-0.8x4＋2E-06x3＋0.0001x2-0.0004x＋1.0061(-100≤x≤-60)即可。
符号说明
11 透明基板，12 反射层，13 反射控制层，14A、14B、14C 槽部，21 透明基板，22反射层，23A 第1介电体层，23B 吸收层，23C 第2介电体层，31 透明基板，32 反射层，33 反射抑制层，41 透明基板，42 反射层，43 反射抑制层。

Claims (14)

1.偏振片，所述偏振片具备：
对使用波段的光透明的透明基板；
以比所述使用波段的光的波长短的间距在所述透明基板上排列，在规定方向延伸，且具有反射层和反射控制层的格子状凸部；和
在所述格子状凸部间凹设，且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的、截面形状为近似V字形的槽部，
其中，通过所述槽部的深度为零时的宽度的中点的垂线与通过所述槽部的最深部和所述中点的直线的角度为±20°以下。
2.偏振片，所述偏振片具备：
对使用波段的光透明的透明基板；
以比所述使用波段的光的波长短的间距在所述透明基板上排列，在规定方向延伸，且具有反射层和反射控制层的格子状凸部；和
在所述格子状凸部间凹设，且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的、截面形状为近似V字形的槽部，
其中，所述槽部的深度为20nm以上且100nm以下。
3.偏振片，所述偏振片具备：
对使用波段的光透明的透明基板；
以比所述使用波段的光的波长短的间距在所述透明基板上排列，在规定方向延伸，且具有反射层和反射控制层的格子状凸部；和
在所述格子状凸部间凹设，且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的、截面形状为近似V字形的槽部，
其中，所述槽部凹设在平面的透明基板上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的偏振片，其中，所述槽部的与规定方向垂直的方向的截面形状相对于通过槽部的深度为零时的宽度的中点的垂线为非对称。
5.根据权利要求2或3所述的偏振片，其中，通过所述槽部的深度为零时的宽度的中点的垂线与通过所述槽部的最深部和所述中点的直线的角度为±20°以下。
6.根据权利要求1或3所述的偏振片，其中，所述槽部的深度为20nm以上且100nm以下。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的偏振片，其中，所述槽部的深度为60nm以上且100nm以下。
8.根据权利要求1~3中任一项所述的偏振片，其中，所述格子状凸部是将所述反射层、介电体层和由光吸收性材料构成的吸收层按此顺序形成而成的。
9.根据权利要求1~3中任一项所述的偏振片，其中，所述格子状凸部是将所述反射层、和混合光吸收性材料和介电体而成的反射抑制层按此顺序形成而成的。
10.光学设备，所述光学设备是搭载根据所述权利要求1~9中任一项所述的偏振片而成的。
11.偏振片的制备方法，所述制备方法如下：蚀刻在对使用波段的光透明的透明基板上层合的反射层和反射控制层，形成以比所述使用波段的光的波长短的间距排列、且在规定方向延伸的格子状凸部，和在所述格子状凸部间凹设、且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的、截面形状为近似V字形的槽部，其中，通过所述槽部的深度为零时的宽度的中点的垂线与通过所述槽部的最深部和所述中点的直线的角度为±20°以下。
12.偏振片的制备方法，所述制备方法如下：蚀刻在对使用波段的光透明的透明基板上层合的反射层和反射控制层，形成以比所述使用波段的光的波长短的间距排列、且在规定方向延伸的格子状凸部，和在所述格子状凸部间凹设、且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的、截面形状为近似V字形的槽部，其中，所述槽部的深度为20nm以上且100nm以下。
13.偏振片的制备方法，所述制备方法如下：蚀刻在对使用波段的光透明的透明基板上层合的反射层和反射控制层，形成以比所述使用波段的光的波长短的间距排列、且在规定方向延伸的格子状凸部，和在所述格子状凸部间凹设、且与所述规定方向垂直的方向的宽度朝向深度方向变小至为零的、截面形状为近似V字形的槽部，其中，所述槽部凹设在平面的透明基板上。
14.根据权利要求11~13中任一项所述的偏振片的制备方法，其中，所述槽部的深度为60nm以上且100nm以下。
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