JP2010277077A

JP2010277077A - ワイヤグリッド偏光子

Info

Publication number: JP2010277077A
Application number: JP2010102553A
Authority: JP
Inventors: Saswatee Banerjee; シャッショティーバナジー; Takashi Fujii; 貴志藤井
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2010-12-09
Also published as: CN101876722A; KR20100118539A; TW201100887A

Abstract

【課題】格子線による反射が低減されたワイヤグリッド偏光子であって、従来よりも単純な構造を有するワイヤグリッド偏光子を提供する。
【解決手段】このワイヤグリッド偏光子は、基板上に格子線となる多数の金属の線を、光の波長より短い間隔で平行に配置されてなるワイヤグリッド偏光子であって、格子線の表面に、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物および金属とアンチモンの化合物からなる群から選ばれる１種以上の半導体化合物からなる層が積層されてなることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワイヤグリッド偏光子に関する。特に、面光源照明装置、ディスプレイおよびプロジェクターに好適なワイヤグリッド偏光子に関する。

ワイヤグリッド偏光子は、ガラス等からなる基板上に格子線（grating lines or grid lines）となる多数の金属線（ワイヤ）を、光の波長より短い周期（格子線の周期は、格子線の幅と格子線同士の間隔の和。）で平行に配置した回折格子からなり、透過する光を偏光光にする機能がある。ワイヤグリッド偏光子は、光源から出射し、ワイヤグリッド偏光子を透過する光のうち、格子線と平行な方向に電場が振動する光を反射し、格子線と垂直な方向に電場が振動する光を透過し、光源から出射された光から偏光光を生成する。

ここで、光の成分のうち、入射面（光に屈折、反射、回折等を生じさせる面に垂直な面で入射光を示す直線を含む面。）に対して電場が垂直に振動する成分をＳ偏光成分、入射面内で電場が振動する成分をＰ偏光成分という。格子線表面で反射されるのは主にＳ偏光成分であり、透過するのは主にＰ偏光成分である。

例えば、ワイヤグリッド偏光子が、プロジェクターに用いられる場合は、光源から出射し、ＲＧＢ（赤、緑、青）の表示用に分離された光のそれぞれについて、偏光光を生成するために１ヶ所で用いられ、さらに液晶表示板を通過した後の光のうち液晶表示板で偏光した光を選択的に透過させるために１ヶ所で用いられ、通常は液晶表示板を挟んで２ヶ所で用いられる。

従来のプロジェクターの問題点として、ゴースト映像が挙げられる。ゴースト映像の発生原因の一つとして、従来のワイヤグリッド偏光子の格子線の表面で反射された光が基板等により再度反射され、出射して生じる現象が挙げられている。そこで、金属の線を用いてなる格子線による反射の少ないワイヤグリッド偏光子が求められていた。

このような問題点を解決しうるワイヤグリッド偏光子として、アルミニウム線からなる格子線の表面に、ＳｉＯ_２層／Ｓｉ層／ＳｉＯ_２層の３層を積層したワイヤグリッド偏光子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ２００９／００２７９２号パンフレット

しかし、アルムニウム線を含めて合計４層からなる格子線を製造する必要があり、格子線による反射が低減されたワイヤグリッド偏光子として、より単純な構造を有し、簡易に製造することができるものが求められていた。

本発明の目的は、格子線による反射が低減されたワイヤグリッド偏光子であって、従来よりも単純な構造を有するワイヤグリッド偏光子を提供することにある。

そこで、本発明者は、格子線の表面での反射が低減されたワイヤグリッド偏光子として、より単純な構造を有するものについて鋭意検討した結果、格子線に特定の半導体化合物の層を設けてなるワイヤグリッド偏光子が、格子線の表面での反射が低減されたワイヤグリッド偏光子となることを見出し、本発明を完成させるに至った。

［１］本発明のワイヤグリッド偏光子は、基板上に格子線（grating lines or grid lines）となる多数の金属の線を、光の波長より短い周期で平行に配置されてなるワイヤグリッド偏光子であって、格子線の表面に、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物および金属とアンチモンの化合物からなる群から選ばれる１種以上の半導体化合物からなる層が積層されてなることを特徴とする。

［２］半導体化合物の屈折率の虚数部が０．２以上３．０以下であることが好ましい。

［３］半導体化合物が、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＳｂおよびＩｎＧａＳｂからなる群から選ばれる１種以上の半導体化合物であることが好ましい。

［４］ワイヤグリッド偏光子において、透明基板と、前記透明基板上に形成されたストライプ状の複数の金属線と、前記金属線上に形成された光吸収層と、を備え、前記光吸収層は、半導体化合物から構成され前記光吸収層を構成する前記半導体化合物は、前記半導体化合物の屈折率ｎ_ｍの実数部をｎ_ｒ、虚数部をｎ_ｊとし、ｉを虚数単位とし、屈折率ｎ_ｍ＝ｎ_ｒ＋ｉ×ｎ_ｊとして、前記光吸収層の厚さをｄｔとした場合、以下の関係式の全てが、３００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の波長範囲内で満たされることを特徴とする。

１０ｎｍ≦ｄｔ≦８０ｎｍ
１．８≦ｎ_ｒ≦５．７
０．００１≦ｎ_ｊ≦３．０

［５］本発明のワイヤグリッド偏光子は、前記金属線の前記配列周期をＰＬとした場合、０＜ＰＬ＜４００ｎｍであることを特徴とする。

［６］本発明のワイヤグリッド偏光子は、１つの前記金属線の幅をＭＷとし、前記金属線の面内の充填率ＦＦ＝ＭＷ／ＰＬとすると、以下の関係式を更に満たすことを特徴とする。
０＜ＦＦ≦５０％

[７] 本発明のワイヤグリッド偏光子は、透明基板と、前記透明基板上に形成されたストライプ状の複数の金属線と、前記金属線上に形成された光吸収層と、を備え、前記光吸収層は、半導体化合物から構成され、前記光吸収層を構成する前記半導体化合物は、前記半導体化合物の屈折率ｎ_ｍの実数部をｎ_ｒ、虚数部をｎ_ｊとし、ｉを虚数単位とし、屈折率ｎ_ｍ＝ｎ_ｒ＋ｉ×ｎ_ｊとして、前記光吸収層の厚さをｄｔとした場合、以下の関係式の全てが、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲内で満たされることを特徴とする。
２０ｎｍ≦ｄｔ≦８０ｎｍ
２．５≦ｎ_ｒ≦５．７
０．００１≦ｎ_ｊ≦３．０

[８] 本発明のワイヤグリッド偏光子は、前記金属線の前記配列周期をＰＬとした場合、０＜ＰＬ＜４００ｎｍであることを特徴とする。

[９] 本発明のワイヤグリッド偏光子は、１つの前記金属線の幅をＭＷとし、前記金属線の面内の充填率ＦＦ＝ＭＷ／ＰＬとすると、以下の関係式を更に満たすことを特徴とする。
０＜ＦＦ≦５０％

本発明のワイヤグリッド偏光子は、従来よりも単純な構造を有し、格子線の表面での反射が低減されているので、面光源照明装置、ディスプレイおよびプロジェクターに用いた場合、出射光の余分な反射を生じることが少ない。特に、ディスプレイとプロジェクターに用いた場合、本発明のワイヤグリッド偏光子は、ゴーストの発生が少なくなるので、工業的に有用である。

半導体化合物の屈折率の虚数部ｎ_ｊを１とし、屈折率の実数部ｎ_ｒを１．８、２．３、２．８の３とおりに変化させた場合における、入射光の波長に対する偏光子の反射率の変化を計算した結果を示す図である。半導体化合物のｎ_ｒを２．５とし、入射光の波長を４８０ｎｍとし、層の厚さは５４ｎｍとし、ｎ_ｊを変化させた場合における偏光子の反射率を計算した結果を示す図。半導体化合物のｎ_ｒを３．５とし、入射光の波長を５４０ｎｍとし、層の厚さは３８ｎｍとし、ｎ_ｊを変化させた場合における偏光子の反射率を計算した結果を示す図。ＩｎＧａＡｓからなる厚さ２０ｎｍの層を格子線に積層する実施例１の場合のシミュレーション結果を示す図。ＩｎＧａＳｂからなる厚さ２０ｎｍの層とＩｎＰからなる厚さ２０ｎｍの層をこの順で格子線に積層する実施例２の場合のシミュレーション結果を示す図。ＩｎＰからなる厚さ２０ｎｍの層を格子線に積層する実施例３の場合のシミュレーション結果を示す図。ＧａＳｂからなる厚さ２０ｎｍの層とＧａＰからなる厚さ２０ｎｍの層をこの順で格子線に積層する実施例４の場合のシミュレーション結果を示す図。ＧａＡｓからなる厚さ２０ｎｍの層を格子線に積層する実施例５の場合のシミュレーション結果を示す図。ワイヤグリッド偏光子の斜視図である。図９に示したワイヤグリッド偏光子のＸ−Ｘ矢印断面図である。ワイヤグリッド偏光子の断面図である。

以下、実施形態に係るワイヤグリッド偏光子について説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図９は、ワイヤグリッド偏光子１０の斜視図であり、図１０は、図９に示したワイヤグリッド偏光子１０のＸ−Ｘ矢印断面図である。同図に示すように、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる３次元直交座標系を設定する。

図９及び図１０に示すように、本発明のワイヤグリッド偏光子１０は、基板１上に、回折格子を構成するストライプ２を備えている。このストライプ２は、格子線（grating lines or grid lines）となる多数の金属線（格子線）２Ａを、光の波長より短い周期で平行に配置されてなる。ストライプ２は、格子線２Ａの表面に積層された光吸収層２Ｂを備えている。光吸収層２Ｂは、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物、および、金属とアンチモンの化合物からなる半導体化合物の１種以上からなる。

なお、光の進行方向はｙｚ平面（入射面）に含まれており、基板１の厚み方向はｚ軸であり、基板１の主表面はｘｙ平面である。ストライプ２を構成する格子線２Ａ及び光吸収層２Ｂの延びている方向は、それぞれｘ軸に平行である。１つの格子線２Ａの延びる方向は、ＴＥ波成分（Ｓ偏光成分）の振動方向（ｘ軸方向）に一致していることとする。

図１１は、複数の化合物半導体層を備える場合のワイヤグリッド偏光子１０の断面図である。この場合も、ワイヤグリッド偏光子１０の平面構成は、図９に示したものと同一である。

図１１に示すように、光吸収層２Ｂは、２層以上の光吸収層２Ｂ１，２Ｂ２を格子線２Ａ上に順次積層することとしてもよい。光吸収層２Ｂ１，２Ｂ２は、それぞれ、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物および金属とアンチモンの化合物からなる半導体化合物の１種以上からなる。

光の反射を抑制するには、通常であれば、光の波長λの１／４の厚さの透明物質の層を設ければよいと考える。この場合のλ／４は光学距離であり、光が格子線２Ａに入射する前に光が透過する物質の屈折率をｎ１とし、該透明物質の屈折率をｎ２としたとき、屈折率ｎ２を用いて計算される光学距離である。

しかしながら、偏光子１０の格子線２Ａの上に、光学距離でλ／４となる厚さの透明物質の層を設けても、反射を抑制する効果が十分ではないことを本発明者は見出した。そして、鋭意検討の結果、意外にも特定の半導体化合物の層を格子線表面に設けることが、格子線２Ａの表面での光の反射の抑制に有効であることを見出したのである。

本発明において、格子線２Ａの表面に、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物、および、金属とアンチモンの化合物からなる半導体化合物の１種以上からなる光吸収層２Ｂが積層される前の、元のワイヤグリッド偏光子としては、工業的に通常用いられるワイヤグリッド偏光子を使用することができる。すなわち、透明基板１上に多数の金属の線２Ａを平行に配置してなり、金属線２Ａの周期ＰＬは、入射光の波長λより短い（ＰＬ＜λ）。なお、光吸収層２Ｂが形成される前のワイヤグリッド偏光子においても、金属の線２Ａの長手方向（ｘ軸方向）に略直交する平面を入射面（ｙｚ平面）とする入射光ＩＬに対してＰ偏光成分を選択的に透過させると共に、Ｓ偏光成分を主に反射させる機能を有する。光吸収層２Ｂの形成は、ワイヤグリッド偏光子の偏光の機能、すなわち、ワイヤグリッド偏光子を透過した光はＰ偏光となる機能には影響しない。

フィルファクタ（fill-factoｒ）ＦＦとは、金属の線２Ａの幅ＭＷを金属の線の周期ＰＬ（金属の線の幅＋金属の線同士の間隔）で除した値、すなわち、ＦＦ＝ＭＷ／ＰＬで定義される。なお、隣接する金属の線２Ａ間の隙間の寸法をＷとすると、ＭＷ＋Ｗ＝ＰＬが成立しているため、ＦＦ＝ＭＷ／（ＭＷ＋Ｗ）を満たしている。なお、フィルファクタＦＦは、１００％とすると光が透過せず、０％では偏光子として機能しないため、０％＜ＦＦ＜１００％であることが必要である。十分に光を透過させる機能を有するために、フィルファクタＦＦは、好ましくは０．５以下（５０％以下）である。

本発明のワイヤグリッド偏光子は、元のワイヤグリッド偏光子の格子線２Ａの表面に、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物および金属とアンチモンの化合物からなる群から選ばれる１種以上の半導体化合物からなる光吸収層２Ｂが積層されてなる。

ここで、特定の波長の光に対する物質の持つ屈折率ｎ_ｍは、実数部ｎ_ｒと虚数部ｎ_ｊからなり（ｎ_ｍ＝ｎ_ｒ＋ｉ×ｎ_ｊ、ｉは虚数単位を示す。）、本願実施例におけるシミュレーションにおいても、半導体化合物に応じたｎ_ｒとｎ_ｊを選び、計算を行っている。計算を行うと、ｎ_ｊは偏光子の格子線の表面での光の反射の抑制に大きく影響することがわかった。

例えば、格子線２Ａの周期ＰＬ＝１５５ｎｍ、格子線２Ａの高さｄ１＝２００ｎｍ、フィルファクタＦＦ＝０．３、格子線２Ａが形成されている基板１の屈折率ｎ＝１．５とし、入射光が偏光子１０の面に垂直に入射する（ｚ軸に沿って入射する）とし、格子線２Ａの表面に形成した半導体化合物の光吸収層２Ｂの厚さｄ２＝８０ｎｍとし、その半導体化合物のｎ_ｊを１とし、ｎ_ｒ＝１．８、ｎ_ｒ＝２．３、ｎ_ｒ＝２．８の３とおりに変化させた場合における反射率を計算した結果は図１のようになり、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が３０％以下に低減することがわかった。ｎ_ｒの増加に伴って、反射率の極小値を与える波長λが大きくなるが、ｎ_ｒが１．８以上２．８以下の間では、反射率が３０％以下に低減されている。

そこで、入射光の波長λを４８０ｎｍに固定し、ｎ_ｒを２．５とし、光吸収層２Ｂの厚さｄ２は５４ｎｍとし、ｎ_ｊ以外の他の条件は前記と同様とし、ｎ_ｊを変化させた場合のＴＭ（Transverse Magnetic）波成分（ここではＰ偏光成分とする）透過率と、ＴＥ（Transverse Electric）波成分（ここではＳ偏光成分とする）の反射率を計算した結果は図２のようになり、反射はｎ_ｊが１となるあたりで最も抑えられることがわかった。

さらに、例えば、入射光の波長λを５４０ｎｍとし、ｎ_ｒを３．５とし、光吸収層２Ｂの厚さｄ２は３８ｎｍとし、ｎ_ｊを変化させた場合のＰ偏光成分の透過率とＳ偏光成分の反射率を計算した結果は図３のようになり、やはり、反射はｎ_ｊが１となるあたりで最も抑えられることがわかる。なお、ｄ２は正確には３８．５７１ｎｍであるが、小数点以下の数値を切り捨てた。

光吸収層（半導体化合物）が単層の場合（ｄｔ＝ｄ２（図１０）の場合）、入射光の波長λ、光吸収層の屈折率の実数部ｎ_ｒ、又は光吸収層の厚さｄｔに大きく依存せず、虚数部ｎ_ｊが１となるあたりで反射が最も抑えられる。

光吸収層（半導体化合物）が２層からなる場合（ｄｔ＝ｄ２１＋ｄ２２（図１１）の場合）、入射光の波長λ、光吸収層の屈折率の実数部ｎ_ｒ、又は光吸収層の厚さｄｔに大きく依存せず、光吸収層の第１層２Ｂ１の虚数部ｎ_ｊが１．８５となるあたりで反射が最も抑えられる。

入射光の波長λが３００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の範囲において、実数部ｎ_ｒが１．８以上５．７以下、厚さｄｔが１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲の場合、虚数部ｎ_ｊが１の近傍において、特に、０．００１以上３．０以下の範囲で反射率が低くなる。

可視光の波長領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において、厚さｄｔの範囲としては２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましく、実数部ｎ_ｒの範囲としては２．５以上５．７以下が好ましい。ｎ_ｊの範囲としては、０．００１以上３．０以下が好ましく、０．２以上３．０以下がより好ましく、０．２以上２．１以下がさらに好ましく、０．３以上１．９以下がよりさらに好ましい。

なお、半導体においては、屈折率ｎ_ｍの実数部ｎ_ｒは、虚数部ｎ_ｊよりも大きく、ｎ_ｒ＞ｎ_ｊなる関係が満たされている。

可視光の波長域は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであるから、波長λが４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光を対象とするワイヤグリッド偏光子の場合は、可視光を対象とする装置に適用することが可能である。この場合、周期ＰＬは、入射光よりも小さいこととすれば偏光子の機能を奏し、周期ＰＬが０となる場合は物理的に有り得ないため、格子線の配列周期ＰＬの満たす範囲は、可視光の全波長域に渡って使用する場合は、０＜ＰＬ＜３６０ｎｍであることが好ましい。

このようにｎ_ｊの好ましい範囲を半導体化合物について算出すると、半導体化合物としては、屈折率の虚数部ｎ_ｊは０．００１以上３．０以下が好ましく、０．２以上３．０以下がより好ましく、０．２以上２．１以下がさらに好ましく、０．３以上１．９以下がよりさらに好ましい。

本発明に用いる半導体化合物としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に属する化合物およびＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に属する化合物が挙げられ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に属する化合物が好ましい。

ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に属する化合物としては、具体的には、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＡｌＩｎＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂＮ、ＧａＩｎＡｓＳｂＰが挙げられる。中でも、格子線を構成する金属に積層して製造するときの製造の容易さの点と、可視光に適している点で、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰがより好ましく、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＳｂがさらにより好ましい。

ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に属する化合物に関して、その構成元素としては、ＩＩ族元素をしてＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇが挙げられ、ＶＩ族元素としてはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅが挙げられ、これらを組み合わせた化合物半導体として、ＺｎＯ、ＣｄＴｅ、又は、ＺｎＳｅなどが知られている。

本発明に用いるワイヤグリッドは、工業的に通常実施されている方法により、透明な基板上に金属の線を平行に形成することにより製造することができる。

可視光に対して透明な基板１としては、ガラス（石英ガラス、フッ化カルシウムガラスを含む）、サファイア、水晶、樹脂（ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）など）からなる基板が挙げられる。基板の材料の屈折率の好ましい範囲は１．４〜１．９である。

格子線２Ａを構成する金属線の材料としては、アルミニウム、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、クロム、マンガン、チタンが挙げられ、ステンレス、ハステロイ、ジュラルミンなどの合金を用いることもできる。

透明な基板上に金属の線を平行に形成するには、蒸着法やスパッタリング法などの方法を用いることができる。すなわち、透明な基板上にストライプ状のラインパターンをフォトレジストで形成し、この上に蒸着法やスパッタリング法で金属を堆積し、光吸収層２Ｂの形成後に、フォトレジストを除去すればよい。

格子線となる金属の線２Ａの表面に、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物および金属とアンチモンの化合物からなる群から選ばれる１種以上の半導体化合物からなる光吸収層２Ｂを積層するには、蒸着法やスパッタリング法などの方法を用いることができる。すなわち、上述のストライプ状のラインパターン上に、金属層を堆積した後、この上に、半導体化合物層を、蒸着法やスパッタリング法で堆積した後、フォトレジストを除去すればよい。
（実施例）

以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。

すべての実施例、比較例において、偏光度の光の波長による変化を計算機シミュレーションにより求めた。計算に用いたプログラムは、発明者らが新たに作成したＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法の計算用のプログラムであり、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を解いてシミュレーションを行った。なお、この計算結果を市販のシミュレーションソフト「ＧＳＯＬＶＥＲ（Grating Solver Development Company 製）」で確認したところ、同様の結果が得られたため、信頼性の得られる演算が行われていることが判明した。

ＦＤＴＤ法は、演算対象となるＦＤＴＤ領域を複数のセルに分割して、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式内の空間および時間微分を有限差分によって近似することでＭａｘｗｅｌｌの方程式を直接解く１つの演算手法である。光は電磁波であって、電界成分Ｅと磁界成分Ｈを有しており、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式は、これらのパラメータの関係を規定しているため、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を用いて、光の挙動を演算することができる。ＦＤＴＤ法は、例えば、特開２０００−１０５２５９号公報や特開２０００−２２７４５０号公報において知られており、演算の安定化を目的として、本例では特開２００９−２２３６６９号公報に記載のものを用いたが、いずれもＭａｘｗｅｌｌの方程式を用いたシミュレーションであるため、同様の結果が得られる。

なお、電界成分Ｅが得られた場合、材料の比誘電率をεとすると、電束密度Ｄ＝εＥで与えられるが、ε＝（ｎ_ｒ＋ｉｎ_ｊ）^２＝１＋ω_ｐ ^２／（ω（−（ｉ／τ_ｃ）−ω））を満たしている。ωは光の角周波数、ω_ｐはプラズマ角周波数、τ_ｃは衝突時間であるが、ω_ｐ及びτ_ｃは、Ｄrudeモデルの一次の特性パラメータである。プラズマ角周波数ω_ｐは、金属中の光の入射によって生じた電界に、自由電子の振動が追従できなくなる限界の周波数である。

なお、実施例及び比較例における屈折率のデータは、以下の文献に記載されたものを採用した。なお、アルミニウムの屈折率は、以下の文献（４）の透過率データを、一次のＤｒｕｄｅモデルにフィッティングすることによって、一次のＤｒｕｄｅパラメータ（ω_ｐ＝３．０３９×１０^１６、τ_ｃ＝６．２４４×１０^−１５ｓ）から求めた。
（１）D. E. Aspnes and A.A. Studna, "Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP,GaAs, GaSb, InP, InAs, and InSb from 1.5 to 6.0 eV", Phys. Rev. B 27,985-1009 (1983)
（２）S. Adachi, "Physical properties of III-V semiconductorcompounds, 1992, Wiley (New York)
（３）M. M. Y. Leung, A. B. Djurisic, and E. Herbert, " Refractiveindex of InGaN/GaN quantum well", Journal of Appl. Phys., 84, 6312 (1998)
（４）C. L. Foiles, "Optical properties of pure metals and binaryalloys", Chapter 4 of Landolt-Bornstein Numerical Data and FunctionalRelationships in Science and Technology New Series, Vol. 15, Subvolume b, K. H.Hellwege and J. L. Olsen, Ed. Springer-Verlag, Berlin 1985, pp. 228.

実施例及び比較例における共通条件として、格子線２Ａはアルミニウムからなるとし、格子線２Ａの厚さｄ１＝２００ｎｍ、格子線２Ａ及びこの上に積層される光吸収層２Ｂ（２Ｂ１，２Ｂ２）の周期ＰＬ＝１５５ｎｍ、フィルファクタＦＦ＝０．３とした。基板１の屈折率ｎ＝１．５、材料はガラスであり、シミュレーションでは基板の厚みは吸収境界条件を使って無限にして固定した。基板の厚みは、波長よりも大きく、０．５ｍｍまでになる場合もある。

光は空気中を透過して、偏光子の面（基板の面）に対して垂直に入射するとした。偏光度ηは次の式（１）により算出した。

ここで、ｔｐはＴＭ波成分（ここではＰ偏光成分とする）の透過率、ｔｓはＴＥ波成分（ここではＳ偏光成分とする）の透過率である。なお、１つの格子線の延びる方向は、ＴＥ波成分の振動方向（ｘ軸方向）に一致していることとする。

（実施例１）
図１０に示す構造において、ＩｎＧａＡｓからなる厚さｄ２＝２０ｎｍの光吸収層２Ｂを格子線２Ａ上に積層した場合について計算した。すなわち、以下のパラメータを用いた。

結果を図４に示した。図４の曲線のａはＰ偏光成分の透過率、ｂは偏光度、ｃはＰ偏光成分とＳ偏光成分の合計の反射率を示す。全波長領域にわたって反射が抑制され、特に、３００〜５００ｎｍにおいて反射率は１０％以下に低下した。一方、Ｐ偏光成分の透過率は、全波長領域にわたって８０％以上となった。偏光度は３００〜７００ｎｍにおいて０．９８６〜１．０００となった。

（実施例２）
図１１に示す構造において、ＩｎＧａＳｂからなる厚さｄ２１＝２０ｎｍの光吸収層２Ｂ１とＩｎＰからなる厚さｄ２２＝２０ｎｍの光吸収層２Ｂ２をこの順で格子線２Ａ上に積層する場合について計算した。すなわち、以下のパラメータを用いた。

結果を図５に示した。図５の曲線のａはＰ偏光成分の透過率、ｂは偏光度、ｃはＰ偏光成分とＳ偏光成分の合計の反射率を示す。全波長領域にわたって反射率は１０％以下という低い値に抑えられた。一方、Ｐ偏光成分の透過率は、全波長領域にわたって８０％以上となった。偏光度は０．９９９〜１．０００となった。

（実施例３）
図１０に示した構造において、ＩｎＰからなる厚さｄ２＝２０ｎｍの光吸収層２Ｂを格子線２Ａ上に積層する場合について計算した。結果を図６に示した。すなわち、以下のパラメータを用いた。

図６の曲線のａはＰ偏光成分の透過率、ｂは偏光度、ｃはＰ偏光成分とＳ偏光成分の合計の反射率を示す。全波長領域にわたって抑えられ、特に３００〜４５０ｎｍにおいては反射率は１０％以下に低下した。一方、Ｐ偏光成分の透過率は、全波長領域にわたって７０％以上となった。偏光度は、３００〜７００ｎｍにおいて０．９８４〜１．０００となった。

（実施例４）
図１１に示した構造において、ＧａＳｂからなる厚さｄ２１＝２０ｎｍの光吸収層２Ｂ１とＧａＰからなる厚さｄ２２＝２０ｎｍの光吸収層２Ｂ２をこの順で格子線２Ａ上に積層する場合について計算した。すなわち、以下のパラメータを用いた。

結果を図７に示した。図７の曲線のａはＰ偏光成分の透過率、ｂは偏光度、ｃはＰ偏光成分とＳ偏光成分の合計の反射率を示す。全波長領域にわたって抑えられ、特に４４０〜６４０ｎｍにおいては反射率は１０％以下４４０ｎｍ以下の短波長領域でも２０％に低下した。一方、Ｐ偏光成分の透過率は、全波長領域にわたって８０％以上となった。偏光度は、３００〜７００ｎｍにおいて０．９９２〜１．０００となった。

（実施例５）
ＧａＡｓからなる厚さｄ２＝２０ｎｍの光吸収層２Ｂを格子線２Ａ上に積層する場合について計算した。すなわち、以下のパラメータを用いた。

結果を図８に示した。図８の曲線のａはＰ偏光成分の透過率、ｂは偏光度、ｃはＰ偏光成分とＳ偏光成分の合計の反射率を示す。全波長領域にわたって抑えられ、特に３００〜４６０ｎｍにおいては、反射率は１０％以下に低下した。一方、Ｐ偏光成分の透過率は、全波長領域にわたって７０％以上となった。偏光度は、３００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて０．９８６〜１．０００となった。

以上、光吸収層２Ｂは厚みが十分にある場合には光を吸収することができるが、下限値として、２０ｎｍ以上の厚さがあれば、少なくとも８０ｎｍ以下の厚さにおいて、屈折率が２．５≦ｎ_ｒ≦５．７、０．００１≦ｎ_ｊ≦３．０であれば、可視光（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において、十分に反射が抑制され、１０ｎｍ≦ｄｔ≦８０ｎｍ、１．８≦ｎ_ｒ≦５．７、及び、０．００１≦ｎ_ｊ≦３．０であれば、紫外線から赤外線の範囲（波長３００ｎｍ〜８５０ｎｍ）において、十分に反射が抑制される。また、光吸収層２Ｂの材料としては、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓについての反射率が低減する旨のデータが示されたが、この他、光吸収層２Ｂの材料として、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、又は、ＡｌＧａＮを用いた場合においては、紫外線（波長が３８０ｎｍ未満）の領域において、反射率を３０％以上減少させることができる。

１０・・・ワイヤグリッド偏光子、１・・・基板、２・・・ストライプ（回折格子）、２Ａ・・・金属線（格子線）、２Ｂ，２Ｂ１，２Ｂ２・・・光吸収層。

Claims

基板上に格子線となる多数の金属の線を、光の波長より短い間隔で平行に配置されてなるワイヤグリッド偏光子であって、格子線の表面に、金属の窒化物、金属の砒化物、金属のリン化合物、及び、金属とアンチモンの化合物からなる群から選ばれる１種以上の半導体化合物からなる層が積層されてなることを特徴とするワイヤグリッド偏光子。
半導体化合物の屈折率の虚数部が０．００１以上３．０以下である請求項１に記載のワイヤグリッド偏光子。
半導体化合物が、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＳｂ、及び、ＩｎＧａＳｂからなる群から選ばれる１種以上の半導体化合物である請求項１または２に記載のワイヤグリッド偏光子。
ワイヤグリッド偏光子において、
透明基板と、
前記透明基板上に形成されたストライプ状の複数の金属線と、
前記金属線上に形成された光吸収層と、
を備え、
前記光吸収層は、半導体化合物から構成され前記光吸収層を構成する前記半導体化合物は、前記半導体化合物の屈折率ｎ_ｍの実数部をｎ_ｒ、虚数部をｎ_ｊとし、ｉを虚数単位とし、屈折率ｎ_ｍ＝ｎ_ｒ＋ｉ×ｎ_ｊとして、前記光吸収層の厚さをｄｔとした場合、以下の関係式：
１０ｎｍ≦ｄｔ≦８０ｎｍ
１．８≦ｎ_ｒ≦５．７
０．００１≦ｎ_ｊ≦３．０
の全てが、３００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の波長範囲内で満たされることを特徴とするワイヤグリッド偏光子。
ワイヤグリッド偏光子において、
透明基板と、
前記透明基板上に形成されたストライプ状の複数の金属線と、
前記金属線上に形成された光吸収層と、
を備え、
前記光吸収層は、半導体化合物から構成され、
前記光吸収層を構成する前記半導体化合物は、前記半導体化合物の屈折率ｎ_ｍの実数部をｎ_ｒ、虚数部をｎ_ｊとし、ｉを虚数単位とし、屈折率ｎ_ｍ＝ｎ_ｒ＋ｉ×ｎ_ｊとして、前記光吸収層の厚さをｄｔとした場合、以下の関係式：
２０ｎｍ≦ｄｔ≦８０ｎｍ
２．５≦ｎ_ｒ≦５．７
０．００１≦ｎ_ｊ≦３．０
の全てが、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲内で満たされることを特徴とするワイヤグリッド偏光子。
ワイヤグリッド偏光子において、
前記金属線の前記配列周期をＰＬとした場合、０＜ＰＬ＜４００ｎｍであることを特徴とする請求項４又は５に記載のワイヤグリッド偏光子。
ワイヤグリッド偏光子において、
１つの前記金属線の幅をＭＷとし、
前記金属線の面内の充填率ＦＦ＝ＭＷ／ＰＬとすると、
以下の関係式：
０＜ＦＦ≦５０％
を更に満たすことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光子。