CN111198413A - 偏振光片及具备该偏振光片的光学设备 - Google Patents

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Abstract

提供改善了透射轴方向的光透射特性的偏振光片。本发明的偏振光片（100），是具有线栅构造的偏振光片，具备：透明基板（10）；以及多个凸部（20），在透明基板（10）上沿第1方向（y方向）延伸，以比使用波段的光波长短的间距（P）彼此分离并周期性排列，凸部（20）分别由基底形状部（21）和突起部（22）构成，该基底形状部（21）以与第1方向（y方向）正交的截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成，该突起部（22）从基底形状部（21）突出而成，对于使用波段的光波长具有吸收性。

Description

偏振光片及具备该偏振光片的光学设备
技术领域
本发明涉及偏振光片及具备该偏振光片的光学设备。
背景技术
偏振光片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，原理上需要偏振光片。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，偏振光片受到较强的辐射线，因此需要优异的耐热性或耐光性，并且要求数厘米程度的大小和较高的消光比以及反射率特性的控制。为了对应这些要求，提出了线栅（wire grid）型的无机偏振光片。
线栅型偏振光片具有将许多沿一个方向延伸的导体的线材以比所使用的光波长的波段更窄的间距（数十nm～数百nm）并排配置在基板上的构造。若有光入射该偏振光片，则与线材的延伸方向平行的偏振光（TE波（S波））不能透射，而与线材的延伸方向垂直的偏振光（TM波（P波））则原样透射。线栅型偏振光片在耐热性或耐光性上优异，能够制作比较大的元件，且具有较高的消光比。另外，通过设为多层构造，也能控制反射率特性，且减小在偏振光片的表面反射的回返光在液晶投影仪的装置内再次反射而产生的、重影（ghost）等造成的画质恶化，所以适合于液晶投影仪等的用途。
相对于此，作为线栅型偏振光片，提出了各种偏振光片。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利第5184624号公报；
【专利文献2】日本专利第5359128号公报。
发明内容
【发明要解决的课题】
例如，在专利文献1中公开了这样的偏振光片：具备由延伸设置金属元件的排列构成的线栅层，该延伸设置金属元件在基体上具有比入射光的波长长的长度和比入射光的半波长短的周期。
另外，在专利文献2中公开了这样的偏振光片：在对于可见光而言透明的基板上，具有衍射格子形状的凹凸部、和该凸部的一部分上的无机微粒层。
然而，这些偏振光片虽然对于栅格构造有所记载，但是对于具体的光学特性未做描述，另外，也没有言及用于取得该光学特性的栅格形状。近年来，随着液晶投影仪的高亮度化，要求偏振光片不仅要耐受较强光的环境，而且具有较高的透射率。因此，需要最优化考虑材料后的栅格形状。
另外，近年来，照明/显示器光源从灯到LED进而进化到激光，在液晶投影仪中，也采用一些半导体激光（LD）作为高光束，谋求高亮度化。由此，要求偏振光片不仅要耐受高光度的较强光的环境，而且具有较高的透射率。因此，需要最优化考虑材料后的栅格形状。
本发明鉴于上述问题而构思，其目的在于提供通过最优化栅格形状来改善透射轴方向的光透射特性的偏振光片及具备该偏振光片的光学设备。
【用于解决课题的方案】
本发明为了解决上述课题而提供以下的方案。
（1）本发明的一个方式所涉及的偏振光片是具有线栅构造的偏振光片，具备：透明基板；以及多个凸部，在所述透明基板上沿第1方向延伸，以比使用波段的光波长短的间距彼此分离并周期性排列，所述凸部分别由基底形状部和突起部构成，所述基底形状部以与所述第1方向正交的截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成，所述突起部从所述基底形状部突出而成，对于使用波段的光波长具有吸收性。
（2）在上述（1）记载的方式中，所述基底形状部在与所述第1方向正交的截面中也可为大致三角形状。
（3）在上述（2）记载的方式中，也可以在所述大致三角形状的基底形状部中，当将所述大致三角形状的高度设为a、所述大致三角形状的宽度设为b时，（a/b）＞1/2。
（4）在上述（3）记载的方式中，也可以在所述大致三角形状的基底形状部中，当将所述大致三角形状的高度设为a、所述大致三角形状的宽度设为b时，13/10≥（a/b）≥7/10。
（5）在上述（1）～（4）的任一项记载的方式中，所述透明基板也可为由第1材料构成的第1基板和由第2材料构成的第2基板的层叠体，所述层叠体中的所述第1基板配置在所述基底形状部侧，所述第1材料为与所述基底形状部的材料相同的材料。
（6）在上述（5）记载的方式中，所述第2基板也可以由蓝宝石构成。
（7）在上述（5）或（6）的任一项记载的方式中，也可以在所述第2基板的、配置有所述第1基板的表面的相反侧的表面设有相位差补偿元件。
（8）在上述（1）～（7）的任一项记载的方式中，所述突起部也可以由对于使用波段的光波长具有吸收性的、选自由金属、合金及半导体组成的群的材料构成。
（9）在上述（1）～（8）的任一项记载的方式中，所述偏振光片的、所述凸部侧的表面也可以被由电介质构成的保护膜覆盖。
（10）在上述（1）～（9）的任一项记载的方式中，所述偏振光片的、所述凸部侧的表面也可以被有机类憎水膜覆盖。
（11）本发明的其他方式所涉及的光学设备，具备上述（1）～（10）的任一项记载的方式的偏振光片。
【发明效果】
依据本发明，能够提供改善了透射轴方向的光透射特性的偏振光片。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的偏振光片的截面示意图。
图2是本发明的第2实施方式所涉及的偏振光片的截面示意图。
图3是比较例1的偏振光片的截面示意图。
图4是示出实施例1－1～1－4及比较例1的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。
图5是示出实施例2－1～2－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。
图6是示出实施例3－1～3－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。
图7是示出实施例4－1～4－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。
图8是本发明的第3实施方式所涉及的偏振光片的截面示意图。
图9是本发明的第3实施方式所涉及的偏振光片的其他例子的截面示意图。
图10是示出实施例5－1～5－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。
图11是示出具备本发明的一实施方式所涉及的偏振光片的光学系统的一个例子的斜视示意图。
具体实施方式
以下，边适当参照附图，边对本实施方式详细地进行说明。以下说明中采用的附图，为了便于理解特征而方便起见，有时放大示出成为特征的部分，有各构成要素的尺寸比率等与实际不同的情况。在以下的说明中例示的材料、尺寸等为一个例子，而本发明并不限定于这些，在发挥本发明的效果的范围内能够适当变更而实施。
[偏振光片（第1实施方式）]
图1是本发明的第1实施方式所涉及的偏振光片的截面示意图。
图1所示的偏振光片100为具有线栅构造的偏振光片，具备：透明基板10；以及多个凸部20，在透明基板10上沿第1方向（y方向）延伸，以比使用波段的光波长短的间距P彼此分离并周期性排列，凸部20分别由基底形状部21和突起部22构成，基底形状部21以与第1方向（y方向）正交的截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成，突起部22从基底形状部21突出而成，对于使用波段的光波长具有吸收性。
此外，本发明的偏振光片只要发挥本发明的效果，也可以具备透明基板及凸部以外的层。
以下，如图1所示，将透明基板10的主面10a扩展的平面设为xy平面；将凸部延伸的方向（第1方向）设为y方向；另外，将与y方向正交且凸部排列的方向设为x方向。另外将与xy平面正交的方向设为z方向。在图1中，示出向偏振光片入射的光从透明基板的形成有凸部的一侧（栅格面侧）的z方向入射的例子，但也可以使入射偏振光片的光从透明基板侧入射。
具有线栅构造的偏振光片，通过利用透射、反射、衍射及光学各向异性带来的偏振光波的选择性光吸收的4个作用，使具有与y方向平行的电场分量的偏振光波（TE波（S波））衰减，并使具有与x方向平行的电场分量的偏振光波（TM波（P波））透射。因而，在图1中，y方向为偏振光片的吸收轴的方向，x方向为偏振光片的透射轴的方向。
从图1所示的偏振光片100的形成有凸部20的一侧（栅格面侧）入射的光，在通过突起部22时一部分被吸收而衰减。透射突起部22的光之中的TM波（P波）以较高的透射率透射透明基板10。另一方面，透射突起部22的光之中的TE波（S波）在透明基板10反射。在透明基板10反射的TE波，在通过突起部22时衍射而衰减。如以上那样，进行TE波的选择性衰减，从而偏振光片100能够得到期望的偏振光特性。
＜透明基板＞
透明基板10只要为对偏振光片100的使用波段的波长光具有透明性的基板，就没有特别限制，能够根据目的适当地选择。“具有透明性”并不意味着100％透射使用波段的波长光，只要以能够保持作为偏振光片的功能的程度透射即可。透明基板10的平均厚度优选为0.3mm以上且1mm以下。作为使用波段的光，能举出例如波长380nm～810nm左右的可见光。
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，能举出玻璃、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，例如能够采用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，对于强光能得到较高的耐光性，优选用作为发热量多的投影仪的光学引擎用的偏振光片。
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，优选在相对于晶体的光学轴的平行方向或垂直方向配置凸部。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（正常光束）与E（异常光束）的折射率之差成为最小的方向轴。
＜凸部＞
凸部20在透明基板10上沿y方向延伸，以比使用波段的光波长短的间距P沿x方向彼此分离并周期性排列。
凸部20由基底形状部21和突起部22构成，所述基底形状部21以与y方向正交的xz截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成，所述突起部22从基底形状部21突出而成，且对于使用波段的光波长具有吸收性。
在图1中以标号P表示的、凸部20的间距（x方向的重复间隔），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，凸部的间距优选为例如100nm～200nm。该凸部的间距能够通过扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜观察来测定。例如，能够采用扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜，针对任意4个部位测定间距，并将其算术平均值设为凸部的间距。以下，将该测定方法称为电子显微镜法。
（基底形状部）
基底形状部21以与y方向正交的xz截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成。作为使xz截面的宽度向前端侧变细的方式能够采取多种。
基底形状部21在与y方向正交的xz截面中，也可为大致三角形状。
大致三角形状优选为大致等腰三角形（参照图1）。
在此，大致三角形状，是指即便不是严格的三角形状，只要发挥本发明的效果，为大体三角形状即可。例如，也可为缺少前端的梯形状。
另外，凸部为非常细微的构造，因此细尖形状有时带有制造上的某种程度的圆形，在该情况下也被包括在上述大致三角形状。
另外，在凸部的大致三角形状的倾斜面（图1的标号21a）也有具有一些曲率的情况，在该情况下也被包括在上述大致三角形状。
在此，采用图1，对本说明书中的基底形状部21的尺寸进行说明。基底形状部21的高度是指从基底形状部21的底面21b（透明基板10的主面10a）到前端21c的z方向的尺寸，是在图1中以标号a表示的尺寸。另外，基底形状部21的宽度是指xz截面中基底形状部21的底面21b的x方向的尺寸，是在图1中以标号b表示的尺寸。
基底形状部21的高度a在数十nm～数百nm的范围内适当设定。该基底形状部21的高度，例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
基底形状部21的高度a例如优选为50～130nm的范围。
说到基底形状部21的宽度b与高度a的关系，从提高透射率的观点来看，优选为（a/b）＞1/2，更优选为13/10≥（a/b）≥7/10，进一步优选为13/10≥（a/b）≥9/10。
基底形状部21的宽度b在数十nm～数百nm的范围内适当设定。该基底形状部21的宽度例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
基底形状部21的宽度b例如优选为80～120nm的范围。
说到基底形状部21的宽度b与高度a的关系，从提高透射率的观点来看，优选为（a/b）＞1/2，更优选为13/10≥（a/b）≥7/10，进一步优选为13/10≥（a/b）≥9/10。
基底形状部21也可以由与透明基板10相同的材料构成。
基底形状部21和透明基板10可以形成为一体，也可以在透明基板10上形成由与透明基板10相同的材料构成的基底形状部21。在前者的情况下，基底形状部21通过加工（例如，选择性蚀刻）透明原板（将加工成透明基板10之前的基板称为透明原板）的主面，在透明基板10的主面10a上形成基底形状部21。
基底形状部21的宽度b与未形成基底形状部21的区域“P－b”之比，例如优选为6/1≥（b/P－b）≥4/3。
基底形状部21也可以由与透明基板10不同的电介质构成。
在该情况下，电介质的膜厚（基底形状部21的高度a）在数十nm～数百nm的范围内适当设定。该电介质的膜厚例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
说到电介质的膜厚（基底形状部21的高度a）与宽度b的关系，从提高透射率的观点来看，优选为（a/b）＞1/2，更优选为13/10≥（a/b）≥7/10，进一步优选为13/10≥（a/b）≥9/10。
作为构成电介质的材料，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、二氧化钛、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，优选电介质由Si氧化物构成。
电介质的折射率优选大于1.0且2.5以下。突起部的光学特性也因周围的折射率而受影响，所以通过选择电介质的材料，能够控制偏振光片的特性。
由电介质构成的基底形状部21，通过利用蒸镀法或溅射法、CVD（Chemical VaporDeposition）法或ALD（Atomic Layer Deposition）法，能够作为高密度的膜而形成。
（突起部）
突起部22从基底形状部21突出而成，对于使用波段的光波长具有吸收性。从基底形状部21突出而成是指在采用图1进行说明时，以从基底形状部21的倾斜面21a或前端（顶点）21c突出的方式形成。
突起部22在xz截面中也可为微粒状。
突起部22能够沿吸收轴即y方向延伸排列而成。在该情况下，突起部22构成线栅构造并具有作为线栅型偏振光镜的功能，使在与突起部22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，并使在与突起部22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。
作为突起部22的构成材料，能举出金属材料、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，能根据所适用的光的波长范围进行适当选择。作为金属材料，能够举出Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等的元素单体或包含这些1种以上的元素的合金。另外，作为半导体材料，能够举出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，偏振光片对于所适用的可见光区能获得较高的消光比。
作为突起部22的构成材料采用半导体材料的情况下，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，在可见光中使用的情况下，需要在波长400nm以上吸收、即作为带隙使用3.1eV以下的材料。
关于突起部22，在xz截面中，大致圆形状的情况下，其半径在数nm～数百nm的范围内适当设定。该突起部22的半径例如能通过上述电子显微镜法来测定。
大致圆形状的突起部22的情况下的半径，例如优选为5nm～100nm的范围。
突起部22的膜厚（相对于基底形状部21突出的厚度），没有特别限制，例如优选为5nm～100nm。该突起部22的膜厚，例如能通过上述电子显微镜法来测定。
在基底形状部21上的突起部22的位置上没有特别限制，无论是基底形状部21的倾斜面还是前端都可以。
基底形状部21上的突起部22的位置，优选从基底形状部21的前端到底面之中的、靠近前端的3/4以内的范围，更优选为靠近前端的1/2以内的范围。因为在靠近基底形状部21的底面配置的情况下，制造工序上，存在也会配置在透明基板的主面的担忧。
突起部22能通过蒸镀法或溅射法等的公知的干式的手法来形成。
在该情况下，通过从斜面进行蒸镀或溅射，也能够在基底形状部21的一个倾斜面形成突起部22。也能够在基底形状部21的一个倾斜面形成突起部22之后，进而在另一个倾斜面形成突起部22。在前者的情况下，突起部22从z方向俯视观察会成为相对于基底形状部21形成在非对称的位置。在后者的情况下，从z方向俯视观察可能会成为相对于基底形状部21形成在对称的位置。
突起部22也可以通过公知的湿式的手法来形成。
突起部22也可以由构成材料不同的二层以上构成。
＜保护膜＞
另外，本实施方式的偏振光片在不影响光学特性的变化的范围内，也可以用由电介质构成的保护膜覆盖光的入射侧的表面。
＜憎水膜＞
进而，本实施方式的偏振光片，也可以用有机类憎水膜来覆盖光的入射侧的表面。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，且，例如能够利用上述CVD法或ALD法来形成。由此，能够提高偏振光片的耐湿性等的可靠性。
例如在推进高亮度化的液晶投影仪中，也能够作为在出射侧偏振光片的前一级设置的预偏振光片而采用本发明的偏振光片。由此，对由出射侧偏振光片接受的光量进行分散，从而减轻对于出射侧偏振光片的热负荷，并且，能获得较高的透射率。
[偏振光片（第2实施方式）]
图2是本发明的第2实施方式所涉及的偏振光片的截面示意图。在图2中，标号与图1相同的构成要素，在图2中也作为同样的构成要素而省略说明。在图2中，示出使入射到偏振光片的光从透明基板的形成有凸部的一侧（栅格面侧）的z方向入射的例子，但是也可以使入射到偏振光片的光从透明基板侧入射。
图2所示的偏振光片200为具有线栅构造的偏振光片，具备：透明基板10；以及多个凸部30，其在透明基板10上沿第1方向（y方向）延伸，并以比使用波段的光波长短的间距P彼此分离并周期性排列，凸部30分别由基底形状部31和突起部32构成，该基底形状部31以与第1方向（y方向）正交的截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成，该突起部32从基底形状部31突出而成，对于使用波段的光波长具有吸收性。
图2所示的偏振光片200与图1所示的偏振光片100相比，基底形状部的形状不同。具体而言，图1所示的基底形状部21的xz截面为三角形状，与之相对，图2所示的基底形状部31中xz截面为梯形状。
基底形状部31在与y方向正交的xz截面中，也可为大致梯形状。
大致梯形状优选为连接上表面31c和下表面（底面）31b之间的两个倾斜面31a具有相等的长度，且倾斜面31a与下表面31b所形成的角θ相等的形状（参照图2）。该形状为相对于与z轴平行的轴而言对称的梯形。
在此，大致梯形状是指不是严格的梯形状，只要发挥本发明的效果，为大致梯形状即可。
另外，凸部为非常细微的构造，因此细尖形状有时带有制造上的某种程度的圆形，该情况也被包括在上述大致梯形状。
另外，在凸部的大致梯形状的倾斜面（图2的标号31a）也有具有一些曲率的情况，该情况下也可以称为大致梯形状。
采用图2，对本说明书中的基底形状部31的尺寸进行说明。基底形状部31的高度是指从基底形状部31的底面31b（透明基板10的主面10a）到上表面31c的z方向的尺寸，是在图2中以标号a表示的尺寸。另外，基底形状部31的宽度是指xz截面中基底形状部31的底面31b的x方向的尺寸，是在图2中以标号b表示的尺寸。
基底形状部31的形状及材料，能够设为与在基底形状部21中说明的同样的形状及材料。
[偏振光片（第3实施方式）]
图8是本发明的第3实施方式所涉及的偏振光片的截面示意图。采用与上述实施方式相同的标号的部件具有相同的构成，省略说明。另外，对于标号与上述实施方式不同而功能相同的部件也有省略说明的情况。
图8所示的偏振光片300是具有线栅构造的偏振光片，具备：透明基板110；以及多个凸部20，其在透明基板110上沿第1方向（y方向）延伸，并以比使用波段的光的波长短的间距P彼此分离并周期性排列，凸部20分别由基底形状部21和突起部22构成，该基底形状部21以与第1方向（y方向）正交的截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成，该突起部22从基底形状部21突出而成，对于使用波段的光波长具有吸收性，透明基板110为由第1材料构成的第1基板110A和由第2材料构成的第2基板110B的层叠体，层叠体之中的第1基板110A配置在基底形状部21侧，第1材料为与基底形状部21的材料相同的材料。
关于本实施方式的偏振光片，入射到偏振光片的光能够设为从透明基板110的背面110b侧（－z方向）入射的光而采用，但是也能够设为从透明基板110的表面110a侧（＋z方向）入射的光而采用。
＜透明基板＞
透明基板110为由第1材料构成的第1基板110A和由第2材料构成的第2基板110B的层叠体。
作为第2基板110B的材料，能够采用与作为上述透明基板10的材料记载的相同的材料。
第2基板110B优选为蓝宝石基板或石英基板。是因为蓝宝石及石英的热传导性（散热性）较高的缘故。因而，对于高光度的光也进行散热，从而能得到高耐光性，因此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。作为使用波段的光，能举出例如波长380nm～810nm左右的可见光。蓝宝石基板或石英基板的平均厚度，例如优选为0.3mm～1.5mm。
作为第1基板110A的材料，能够采用与第2基板110B的材料不同、且与作为上述基底形状部21的材料记载的相同的材料。
＜保护膜＞
另外，本实施方式的偏振光片在对光学特性的变化不产生影响的范围内，也可以与上述实施方式同样，用由电介质构成的保护膜覆盖光的出射侧的表面。
＜憎水膜＞
进而，本实施方式的偏振光片也可以与上述实施方式同样，用有机类憎水膜来覆盖光的出射侧的表面。
＜相位差补偿层＞
另外，本实施方式的偏振光元件，如图9所示，也可以在光的入射侧的表面形成相位差补偿层120。相位差补偿层，例如由使用具有光学各向异性的无机材料的多层膜构成，例如能够利用来自倾斜方向的蒸镀法或溅射法来形成。由此，能够修正穿过液晶面板后的偏振光的混乱。
[偏振光片（第1实施方式、第2实施方式）的制造方法]
以下说明本发明的第1实施方式或第2实施方式的偏振光片的制造方法的一个例子。
在制造加工透明原板的主面而形成透明基板及基底形状部的偏振光片的情况下，本发明的制造偏振光片的方法，包括：蚀刻工序，通过选择性蚀刻透明原板的主面，形成以比使用波段的光波长短的间距在透明基板上排列的凸部；以及在凸部的基底形状部上形成对于使用波段的光波长具有吸收性的突起部的工序，所述蚀刻工序中，凸部以与凸部延伸的方向正交的截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成。
基底形状部能够通过公知的手法例如光刻法、纳米压印法等来形成。具体而言，用形成在透明原板上的抗蚀剂形成一维格子状的掩模图案。对未形成有掩模图案的透明基板面进行选择性蚀刻，从而形成以比使用波段的光波长短的间距在透明基板上排列的基底形状部。作为蚀刻方法，可举出例如采用与蚀刻对象对应的蚀刻气体的干法蚀刻法。
特别是在本发明中，通过将蚀刻条件（气体流量、气压、输出、透明基板的冷却温度）最优化，能够将基底形状部形成为侧面沿宽度越向前端侧越变细的方向倾斜的细尖形状。
突起部能够在该基底形状部的细尖形状上例如从斜面进行蒸镀或溅射而形成。
通过以上，能制造出在图1及图2中示出一个例子的偏振光片。
在制造在透明基板的主面上形成有由与透明基板的材料不同的材料构成的基底形状部的偏振光片的情况下，本发明的偏振光片的制造方法，取代上述蚀刻工序而具有在透明基板的主面上形成由与透明基板的材料不同的材料构成的基底形状部的工序。
此外，本发明的偏振光片的制造方法，也可以具有以由电介质构成的保护膜覆盖该表面的工序。另外，本发明的偏振光片的制造方法，也可以具有以有机类憎水膜覆盖该表面的工序。
[偏振光片（第3实施方式）的制造方法]
对于本发明的第3实施方式的偏振光片的制造方法，主要说明与上述实施方式的偏振光片的制造方法不同的工序。
准备第2基板（例如，蓝宝石基板），其上成膜第1基板及基底形状部的材料（例如，SiO2）。接着，通过选择性蚀刻所成膜的材料的表面，保留作为第1基板的部分，并且，形成以比使用波段的光波长短的间距在第1基板上排列的凸部。其他的工序能够与上述实施方式的偏振光片的制造方法同样地进行。
[光学设备]
本发明的光学设备具备本发明所涉及的偏振光片。具备本发明所涉及的偏振光片的本发明的光学设备的光源也可为半导体激光。
本发明所涉及的偏振光片，能够利用于各种用途。作为能够适用的光学设备，可举出例如液晶显示器或液晶投影仪、抬头显示器、数码相机等。
特别是，本发明所涉及的偏振光片为耐热性优异的无机偏振光片，因此与由有机材料构成的有机偏振光片相比，能够适合用于要求耐热性的液晶投影仪、抬头显示器等的用途。
另外，本发明所涉及的偏振光片由于高透射且高散热，所以例如在采用数个半导体激光（LD）的高光度的较强光的环境中，也能谋求优异的耐热性，并能谋求较高的透射率且高亮度化。由此，能够适合用于液晶投影仪等的用途。本发明所涉及的偏振光片，特别适合以半导体激光为光源的、高亮度化的光学设备（投影仪等）。
在本发明所涉及的光学设备具备多个偏振光片的情况下，多个偏振光片的至少一个为本发明所涉及的偏振光片即可。例如，在本发明所涉及的光学设备为液晶投影仪的情况下，在液晶面板的入射侧及出射侧配置的偏振光片的至少一个为本发明所涉及的偏振光片即可。
关于本发明所涉及的光学设备，例如如图11所示，适合在出射侧配置的偏振光片的跟前侧配置本发明所涉及的偏振光片，从而承受由出射侧偏振光片接受的高光度的光的几成并以高散热释放，从而能够提高出射侧偏振光片的耐性。
本发明所涉及的光学设备，如图11所示，能够具备：光源；入射侧偏振光片；液晶光学元件；出射侧偏振光片（本发明的偏振光片）；以及出射侧偏振光片。
[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。
对于本发明所涉及的偏振光片，进行模拟而验证了效果。更具体而言，对于这些偏振光片的光学特性，通过RCWA（严格耦合波分析：Rigorous Coupled Wave Analysis）法的电磁场模拟进行了验证。模拟上采用了Grating Solver Development公司的光栅模拟器（grating simulator）Gsolver。
（实施例1－1～1－4）
实施例1－1的偏振光片的形状如图1所示，实施例1－2～1－4的偏振光片的形状如图2所示。
关于实施例1－1～1－4的偏振光片的材料，其透明基板10和基底形状部21全都由石英构成，突起部22由Ge构成。
实施例1－1～1－4的基底形状部21的形状均是高度a为70nm、宽度b为100nm、间距P为141nm，倾斜角θ分别为54°、63°、72°、81°。将高度a及宽度b固定，因此实施例1－1（θ＝54°）的xz截面为三角形状，实施例1－2（θ＝63°）、实施例1－3（θ＝72°）、及实施例1－4（θ＝81°）的xz截面为梯形形状。另外，关于实施例1－1～1－4的突起部22的形状，全部截面为圆，其半径为15nm。对于基底形状部21中的突起部22的位置，如图1所示，使圆的最外周与高度a相同，且与倾斜面21a接触。
（比较例1）
比较例1的偏振光片的xz截面的形状如图3所示。
关于比较例1的偏振光片1000的材料，透明基板10和基底形状部121全都由石英构成、突起部22由Ge构成这一点与实施例1－1～1－4通用，但是xz截面为矩形这一点与实施例1－1～1－4不同。
关于比较例1的基底形状部121的形状，高度a为70nm、宽度b为100nm、间距P为141nm、倾斜角θ为90°。另外，关于比较例1的突起部22的形状，截面为圆，其半径为15nm。关于基底形状部21中的突起部22的位置，如图3所示，圆的最外周设为与高度a相同，且与倾斜面121a接触。
图4是示出实施例1－1～1－4及比较例1的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。横轴表示波长λ（nm），纵轴表示透射轴透射率Tp（％）。在此，透射轴透射率Tp是指向偏振光片入射的透射轴方向（X方向）的偏振光波（TM波）的透射率。
如图4所示，本发明所涉及的偏振光片与比较例1的偏振光片相比，减小倾斜角θ，从而可见光区域（红色波段：波长λ＝600～680nm；绿色波段：波长λ＝520nm～590nm；蓝色波段：λ＝430nm～510nm））全都提高透射轴透射率。
在高度a及宽度b相同的情况下，可知基底形状部121的光学特性在细尖形状时优于矩形。另外，在高度a及宽度b相同的情况下，可知光学特性在xz截面为三角形状时优于梯形状。另外，在高度a及宽度b相同且xz截面为梯形状的情况下，可知倾斜角θ小时光学特性优良。
（实施例2－1～2－5）
实施例2－1～2－5的偏振光片的形状如图1所示。
关于实施例2－1～2－5的偏振光片的材料，透明基板10和基底形状部21全都由石英构成，突起部22由Ge构成。
实施例2－1～2－5的偏振光片的形状均在宽度b为100nm、间距P为141nm上通用，但是高度a依次为50nm、70nm、90nm、110nm、130nm（其结果，倾斜角θ依次为54°、45°、61°、66°、69°）。另外，关于实施例1－1～1－4的突起部22的形状，全部截面为圆，其半径为15nm。关于基底形状部21中的突起部22的位置，如图1所示，使圆的最外周设为与高度a相同，且与倾斜面21a接触。
图5是示出实施例2－1～2－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。横轴表示波长λ（nm），纵轴表示透射轴透射率Tp（％）。
根据图5，高度a相对于宽度b的比（a/b）优选超过1/2，更优选为7/10以上，而在9/10、11/10及13/10的情况下优于7/10的情况。
（实施例3－1～3－5）
实施例3－1～3－5的偏振光片的形状如图1所示。
关于实施例3－1～3－5的偏振光片的材料，透明基板10和基底形状部21全都由蓝宝石构成，突起部22由Ge构成。
实施例3－1～3－5的偏振光片的形状均在宽度b为100nm、间距P为141nm上通用，但是高度a依次为50nm、70nm、90nm、110nm、130nm（其结果，倾斜角θ依次为54°、45°、61°、66°、69°）。另外，关于实施例3－1～3－5的突起部22的形状，全部截面为圆，其半径为15nm。关于基底形状部21中的突起部22的位置，如图1所示，使圆的最外周设为与高度a相同，且与倾斜面21a接触。
图6是示出实施例3－1～3－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。横轴表示波长λ（nm），纵轴表示透射轴透射率Tp（％）。
根据图6，高度a相对于宽度b的比（a/b）优选超过1/2，更优选为7/10以上，在9/10、11/10及13/10的情况下优于7/10的情况。这一点与实施例2－1～2－5的偏振光片同样，可知即便将透明基板及基底形状部的材料从石英改为蓝宝石，这样的特征也没有变化。
（实施例4－1～4－5）
实施例4－1～4－5的偏振光片的形状如图1所示。
关于实施例4－1～4－5的偏振光片的材料，透明基板10由蓝宝石构成，基底形状部21由SiO2构成，突起部22由Ge构成。
实施例4－1～4－5的偏振光片的形状均在宽度b为100nm、间距P为141nm上通用，但是高度a依次为50nm、70nm、90nm、110nm、130nm（其结果，倾斜角θ依次为54°、45°、61°、66°、69°）。另外，关于实施例4－1～4－5的突起部22的形状，全部截面为圆，其半径为15nm。关于基底形状部21中的突起部22的位置，如图1所示，使圆的最外周设为与高度a相同，且与倾斜面21a接触。
图7是示出实施例4－1～4－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。横轴表示波长λ（nm），纵轴表示透射轴透射率Tp（％）。
根据图7，关于全部可见光区域（红色波段：波长λ＝600～680nm；绿色波段：波长λ＝520nm～590nm；蓝色波段：λ＝430nm～510nm）），从提高透射轴透射率来看，优选采用使高度a相对于宽度b的比（a/b）超过1/2的形状。
另外，对于全部可见光区域，从提高透射轴透射率的方面来看，更优选采用a/b为7/10以上的形状。
另外，对于全部可见光区域，使a/b为9/10及11/10的形状的构成优于使之为7/10的形状的构成。
另外，对于绿色波段（波长λ＝520nm～590nm）及蓝色波段（λ＝430nm～510nm），使a/b为13/10的形状的构成优于使之为7/10的形状的构成。
（实施例5－1～5－5）
实施例5－1～5－3的偏振光片的形状如图8所示，第1基板110A及基底形状部21由SiO2构成，第2基板110B由蓝宝石构成，突起部22由Ge构成。另外，关于实施例5－1～5－3的偏振光片，分别使第1基板的厚度d1为35nm、70nm、105nm，第2基板的厚度d2为0.7mm。
另外，实施例5－4的偏振光片的形状如图1所示，透明基板10由蓝宝石构成，基底形状部21由SiO2构成，突起部22由Ge构成。透明基板10的厚度为0.7mm。
另外，实施例5－5的偏振光片的形状如图1所示，透明基板10和基底形状部21全都由蓝宝石构成，突起部22由Ge构成。透明基板10的厚度为0.7mm。
另外，关于实施例5－1～5－5的突起部22的形状，全部截面为圆，其半径为15nm。关于基底形状部21中的突起部22的位置，如图8或图1所示，使圆的最外周设为与高度a相同，且与倾斜面21a接触。
模拟是在入射光从图8所示的方向入射的情况下进行的。
图10是示出实施例5－1～5－5的偏振光片中的、各波段每一个的透射轴透射率的平均值的图表。横轴表示波长λ（nm），纵轴表示透射轴透射率Tp（％）。
根据图10，透明基板为二层的层叠体，基底形状部侧的第1基板由与基底形状部相同的材料构成的实施例5－1～5－2的偏振光片，在可见光区域（红色波段：波长λ＝600～680nm；绿色波段：波长λ＝520nm～590nm；蓝色波段：λ＝430nm～510nm））的全部波长区中，与透明基板为单层的实施例5－4及实施例5－5的偏振光片相比透射轴透射率得到提高。另外，关于实施例5－3的偏振光片，在绿色波段及蓝色波段中，与透明基板为单层的实施例5－4及实施例5－5的偏振光片相比，透射轴透射率得到提高。
因而，从提高透射轴透射率的观点来看，作为透明基板，优选是二层的层叠体，且基底形状部侧的第1基板由与基底形状部相同的材料构成。
[标号说明]
10 透明基板；10a 主面；20 凸部；21 基底形状部；22 突起部；30 凸部；31 基底形状部；32 突起部；100、200、300 偏振光片；110 透明基板；110A 第1基板；110B 第2基板。

Claims (11)

1.一种具有线栅构造的偏振光片，具备：
透明基板；以及
多个凸部，在所述透明基板上沿第1方向延伸，以比使用波段的光波长短的间距彼此分离并周期性排列，
所述凸部分别由基底形状部和突起部构成，所述基底形状部以与所述第1方向正交的截面的宽度越向前端侧越变细的方式形成，所述突起部从所述基底形状部突出而成，对于使用波段的光波长具有吸收性。
2.如权利要求1所述的偏振光片，其中，所述基底形状部在与所述第1方向正交的截面中为大致三角形状。
3.如权利要求2所述的偏振光片，其中，在所述大致三角形状的基底形状部中，当将所述大致三角形状的高度设为a、所述大致三角形状的宽度设为b时，（a/b）＞1/2。
4.如权利要求3所述的偏振光片，其中，在所述大致三角形状的基底形状部中，当将所述大致三角形状的高度设为a、所述大致三角形状的宽度设为b时，13/10≥（a/b）≥7/10。
5.如权利要求1～4的任一项所述的偏振光片，其中，
所述透明基板为由第1材料构成的第1基板和由第2材料构成的第2基板的层叠体，
所述层叠体中的所述第1基板配置在所述基底形状部侧，
所述第1材料为与所述基底形状部的材料相同的材料。
6.如权利要求5所述的偏振光片，其中，所述第2基板由蓝宝石构成。
7.如权利要求5或6的任一项所述的偏振光片，其中，在所述第2基板的、配置有所述第1基板的表面的相反侧的表面设有相位差补偿元件。
8.如权利要求1～7的任一项所述的偏振光片，其中，所述突起部由对于使用波段的光波长具有吸收性的、选自由金属、合金及半导体组成的群的材料构成。
9.如权利要求1～8的任一项所述的偏振光片，其中，所述偏振光片的、所述凸部侧的表面被由电介质构成的保护膜覆盖。
10.如权利要求1～9的任一项所述的偏振光片，其中，所述偏振光片的、所述凸部侧的表面被有机类憎水膜覆盖。
11.一种光学设备，具备权利要求1～10的任一项所述的偏振光片。
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