JP2015191230A - resonant element - Google Patents

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JP2015191230A JP2014070895A JP2014070895A JP2015191230A JP 2015191230 A JP2015191230 A JP 2015191230A JP 2014070895 A JP2014070895 A JP 2014070895A JP 2014070895 A JP2014070895 A JP 2014070895A JP 2015191230 A JP2015191230 A JP 2015191230A
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シャッショティー バナジー
Saswatee Banerjee
シャッショティー バナジー
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resonant element that has further improved wavelength selectivity while having a polarization separation function.SOLUTION: A resonant element 10A comprises: a dielectric layer 11; a first metallic diffraction grating 12 on a first principal surface 11a; and a second metallic diffraction grating 13 on a second principal surface 11b. The first and second metallic diffraction gratings include multiple first and second metallic members 12a and 13a arrayed in first and second space periods. When widths in a second direction of the first and second metallic members are respectively represented as w1 and w2, the first and second space periods are respectively represented as Λ1 and Λ2, thickness of the dielectric layer is represented as d, thicknesses of the first and second metallic members are respectively represented as d1 and d2 and a refractive index of the dielectric layer is represented as n, w1/Λ1, d1, d, Λ1, w2/Λ2, d2, Λ2 and nsatisfy the following expressions: 0.5≤w1/Λ1, w2/Λ2≤0.9, 10 nm≤d1, d2≤100 nm, 30 nm≤d≤210 nm, 190 nm≤Λ1, Λ2≤400 nm and 1.55≤n≤2.15.

Description

本発明は、共振素子に関する。   The present invention relates to a resonant element.

従来、このような分野の技術として、特許文献1及び非特許文献1記載の技術が知られている。特許文献1等には、偏光分離特性及び波長選択特性を有する共振素子として、誘電体層の両側を金属部材で挟んだ構造を有する、いわゆるMIM(metal-insulator-metal)素子が開示されている。特許文献1等に記載の技術では、誘電体層の両側に配置される金属部材のうちの少なくとも一方の金属部材を金属回折格子としている。特許文献1等に記載の技術では、共振素子において少なくとも2つの開口が形成されている。   Conventionally, as a technique in such a field, the techniques described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are known. Patent Document 1 discloses a so-called MIM (metal-insulator-metal) element having a structure in which both sides of a dielectric layer are sandwiched between metal members as a resonant element having polarization separation characteristics and wavelength selection characteristics. . In the technique described in Patent Document 1 or the like, at least one of the metal members disposed on both sides of the dielectric layer is a metal diffraction grating. In the technique described in Patent Document 1 or the like, at least two openings are formed in the resonant element.

米国特許出願公開第2011/0285942号明細書US Patent Application Publication No. 2011/0285942

T. Xu, Y-K Wu, X. Luo, and L.J. Guo,"Plasmonic nanoresonators for high-resolution colour filtering andspectral imaging", Nature Communications, 2010, pp.1-5, DOI:10.1038/ncomms1058.T. Xu, Y-K Wu, X. Luo, and L.J.Guo, "Plasmonic nanoresonators for high-resolution color filtering and spectral imaging", Nature Communications, 2010, pp.1-5, DOI: 10.1038 / ncomms1058.

しかしながら、従来の技術では、偏光分離機能を有する一方、波長選択性が十分ではなかった。   However, the conventional technology has a polarization separation function, but the wavelength selectivity is not sufficient.

そこで、本発明は、偏光分離機能を有しながら、より波長選択性が改善された共振素子を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a resonant element having a wavelength separation property while having a polarization separation function.

本発明の一側面に係る共振素子は、第1及び第2の主面を有する誘電体層と、第1の主面上に設けられる第1の金属回折格子と、第2の主面上に設けられる第2の金属回折格子と、を備える。第1の金属回折格子は、第1の方向に延びており第1の方向に直交する第2の方向に第1の空間周期で配列された複数の第1の金属部材を有する。第2の金属回折格子は、第1の方向に延びており第2の方向に第2の空間周期で配列された複数の第2の金属部材を有する。第1の金属部材の第2の方向の幅をw1とし、第1の空間周期をΛ1とし、誘電体層の厚さをdとし、誘電体層の厚さ方向の第1の金属部材の厚さをd1とし、第2の金属部材の第2の方向の幅をw2とし、第2の空間周期をΛ2とし、誘電体層の厚さ方向の前記第2の金属部材の厚さをd2とし、誘電体層の屈折率をnとしたとき、w1/Λ1、d1、d、Λ1、w2/Λ2、d2、Λ2及nがそれぞれ下記式を満たす。
0.6≦w1/Λ1≦0.9
30nm≦d1≦70nm
10nm≦d≦60nm
230nm≦Λ1≦270nm
0.6≦w2/Λ2≦0.9
30nm≦d2≦70nm
230nm≦Λ2≦270nm
1.5≦n≦2.15
A resonant element according to one aspect of the present invention includes a dielectric layer having first and second main surfaces, a first metal diffraction grating provided on the first main surface, and a second main surface. A second metal diffraction grating provided. The first metal diffraction grating includes a plurality of first metal members extending in a first direction and arranged in a second direction orthogonal to the first direction at a first spatial period. The second metal diffraction grating includes a plurality of second metal members extending in the first direction and arranged in the second direction at a second spatial period. The width of the first metal member in the second direction is w1, the first spatial period is Λ1, the thickness of the dielectric layer is d, and the thickness of the first metal member in the thickness direction of the dielectric layer is The thickness is d1, the width of the second metal member in the second direction is w2, the second spatial period is Λ2, and the thickness of the second metal member in the thickness direction of the dielectric layer is d2. when the refractive index of the dielectric layer was set to n B, w1 / Λ1, d1 , d, Λ1, w2 / Λ2, d2, Λ2及n B satisfies the following formulas.
0.6 ≦ w1 / Λ1 ≦ 0.9
30 nm ≦ d1 ≦ 70 nm
10 nm ≦ d ≦ 60 nm
230 nm ≦ Λ1 ≦ 270 nm
0.6 ≦ w2 / Λ2 ≦ 0.9
30 nm ≦ d2 ≦ 70 nm
230 nm ≦ Λ2 ≦ 270 nm
1.5 ≦ n B ≦ 2.15

上記構成では、第1及び第2の金属回折格子を有すると共に、それらの間に誘電体層が設けられので、波長選択性及び偏光分離機能を有する。そして、上述した各パラメータが上記範囲を満たす事によって、波長選択性がより改善され得る。   In the above configuration, since the first and second metal diffraction gratings are provided and the dielectric layer is provided between them, the wavelength selectivity and the polarization separation function are provided. And when each parameter mentioned above satisfy | fills the said range, wavelength selectivity can be improved more.

一実施形態において、第1の金属回折格子が有する複数の第1の金属部材のうち隣接する第1の金属部材の間には、誘電体層の材料と同じ材料が充填されており、第2の金属回折格子が有する複数の第2の金属部材のうち隣接する第2の金属部材の間には、誘電体層の材料と同じ材料が充填されていてもよい。   In one embodiment, the same material as the material of the dielectric layer is filled between adjacent first metal members among the plurality of first metal members of the first metal diffraction grating, and the second Between the second metal members adjacent to each other among the plurality of second metal members of the metal diffraction grating, the same material as the material of the dielectric layer may be filled.

一実施形態において、第1の金属回折格子が有する複数の第1の金属部材のうち隣接する第1の金属部材の間は空隙であり、第2の金属回折格子が有する複数の第2の金属部材のうち隣接する第2の金属部材の間には、誘電体層の材料と同じ材料が充填されていてもよい。   In one embodiment, among the plurality of first metal members included in the first metal diffraction grating, a gap is formed between adjacent first metal members, and the plurality of second metals included in the second metal diffraction grating. Between the adjacent second metal members among the members, the same material as the material of the dielectric layer may be filled.

この場合、上記nは、1.75≦n≦1.95、を満たしてもよい。 In this case, the n B may satisfy 1.75 ≦ n B ≦ 1.95.

一実施形態において、第1の金属回折格子が有する複数の第1の金属部材のうち隣接する第1の金属部材の間は空隙であり、第2の金属回折格子が有する複数の第2の金属部材のうち隣接する第1の金属部材の間は空隙であってもよい。   In one embodiment, among the plurality of first metal members included in the first metal diffraction grating, a gap is formed between adjacent first metal members, and the plurality of second metals included in the second metal diffraction grating. There may be a gap between adjacent first metal members among the members.

この場合、上記dは、40nm≦d≦60nm、を満たしてもよい。   In this case, the d may satisfy 40 nm ≦ d ≦ 60 nm.

一実施形態において、上記w1/Λ1及びw2/Λ2それぞれは、0.6≦w1/Λ1≦0.8、及び、0.6≦w2/Λ2≦0.8、を満たしてもよい。   In one embodiment, each of the w1 / Λ1 and w2 / Λ2 may satisfy 0.6 ≦ w1 / Λ1 ≦ 0.8 and 0.6 ≦ w2 / Λ2 ≦ 0.8.

一実施形態において、上記dは、20nm≦d≦60nmを満たしてもよい。   In one embodiment, the d may satisfy 20 nm ≦ d ≦ 60 nm.

一実施形態において、上記nは、1.55≦n≦1.95、を満たしてもよい。 In one embodiment, the n B may satisfy 1.55 ≦ n B ≦ 1.95.

一実施形態において、上記d1、d2、Λ1、Λ2及びnそれぞれは、
30nm≦d1≦50nm、
30nm≦d2≦50nm、
230nm≦Λ1≦250nm、
230nm≦Λ2≦250nm、及び
1.5≦n≦1.75、
を満たしてもよい。
In one embodiment, each of d1, d2, Λ1, Λ2, and n B is
30 nm ≦ d1 ≦ 50 nm,
30 nm ≦ d2 ≦ 50 nm,
230 nm ≦ Λ1 ≦ 250 nm,
230 nm ≦ Λ 2 ≦ 250 nm, and 1.5 ≦ n B ≦ 1.75,
May be satisfied.

この構成では、共振素子は、青色フィルタとして機能し得る。   In this configuration, the resonant element can function as a blue filter.

上記d1、d2、Λ1、Λ2及びnそれぞれは、
50nm≦d1≦60nm、
50nm≦d2≦60nm、
250nm≦Λ1≦270nm、
250nm≦Λ2≦270nm、及び
1.5≦n≦2.15、
を満たしてもよい。
Each of d1, d2, Λ1, Λ2, and n B is
50 nm ≦ d1 ≦ 60 nm,
50 nm ≦ d2 ≦ 60 nm,
250 nm ≦ Λ1 ≦ 270 nm,
250 nm ≦ Λ 2 ≦ 270 nm, and 1.5 ≦ n B ≦ 2.15,
May be satisfied.

この構成の共振素子は、緑色フィルタとして機能し得る。   The resonant element having this configuration can function as a green filter.

上記d1、d2、Λ1、Λ2及びnそれぞれは、
60nm≦d1≦70nm、
60nm≦d2≦70nm、
260nm≦Λ1≦270nm、
260nm≦Λ2≦270nm、及び
1.65≦n≦2.15、
を満たしてもよい。
Each of d1, d2, Λ1, Λ2, and n B is
60 nm ≦ d1 ≦ 70 nm,
60 nm ≦ d2 ≦ 70 nm,
260 nm ≦ Λ1 ≦ 270 nm,
260 nm ≦ Λ 2 ≦ 270 nm, and 1.65 ≦ n B ≦ 2.15,
May be satisfied.

この構成の共振素子は、赤色フィルタとして機能する。   The resonant element having this configuration functions as a red filter.

一実施形態において、上記d1と上記d2は異なっており、上記d1及び上記d2はそれぞれ、
30nm≦d1≦70nm、及び、
30nm≦d2≦70nm、
を満たしてもよい。
In one embodiment, the d1 and the d2 are different, and the d1 and the d2 are respectively
30 nm ≦ d1 ≦ 70 nm, and
30 nm ≦ d2 ≦ 70 nm,
May be satisfied.

この場合、偏光分離機能が向上する傾向にある。   In this case, the polarization separation function tends to be improved.

一実施形態において、上記Λ1と上記Λ2とは異なっており、上記Λ1と上記Λ2との差の絶対値は、10nm以下であってもよい。   In one embodiment, Λ1 and Λ2 are different, and the absolute value of the difference between Λ1 and Λ2 may be 10 nm or less.

この場合、偏光分離機能が向上する傾向にある。   In this case, the polarization separation function tends to be improved.

一実施形態において、上記w1/Λ1と上記w2/Λ2とは異なっており、上記w1/Λ1と上記w2/Λ2はそれぞれ、
0.7≦w1/Λ1≦0.8、及び、
0.7≦w2/Λ2≦0.8、
を満たしてもよい。
In one embodiment, the w1 / Λ1 and the w2 / Λ2 are different, and the w1 / Λ1 and the w2 / Λ2 are respectively
0.7 ≦ w1 / Λ1 ≦ 0.8, and
0.7 ≦ w2 / Λ2 ≦ 0.8,
May be satisfied.

一実施形態では、第2の方向における、第1の金属回折格子の位置と、第2の金属回折格子の位置とはずれており、第1の金属回折格子の位置と第2の金属回折格子の位置との第2の方向におけるズレ量であるオフセットをkとしたとき、kは、0<k≦30nm、を満たしてもよい。   In one embodiment, the position of the first metal diffraction grating and the position of the second metal diffraction grating are deviated from each other in the second direction, and the positions of the first metal diffraction grating and the second metal diffraction grating are K may satisfy 0 <k ≦ 30 nm, where k is an offset that is an amount of deviation from the position in the second direction.

本発明によれば、偏光分離機能を有しながら、波長選択性をより向上し得る共振素子を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the resonant element which can improve wavelength selectivity can be provided, having a polarization separation function.

一実施形態に係る共振素子の断面構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the section composition of the resonant element concerning one embodiment. 比較例におけるシミュレーションモデルを示す図面である。It is drawing which shows the simulation model in a comparative example. 実施例のシミュレーション結果を示す図面である。It is drawing which shows the simulation result of an Example. 比較例のシミュレーション結果を示す図面である。It is drawing which shows the simulation result of a comparative example. 実施例で行ったシミュレーションにおいて、ピーク波長である波長460nmのTMモードの光に対する強度分布を示す図面である。In the simulation performed in the Example, it is drawing which shows intensity distribution with respect to the light of TM mode of wavelength 460nm which is a peak wavelength. 実施例で行ったシミュレーションにおいて、波長700nmのTMモードの光に対する強度分布を示す図面である。It is drawing which shows intensity distribution with respect to the light of TM mode with a wavelength of 700 nm in the simulation performed in the Example. 比較例で使用したシミュレーションモデルに対する他のシミュレーション結果を示す図面である。It is drawing which shows the other simulation result with respect to the simulation model used by the comparative example. 図1に示した共振素子の第1の変形例の断面構成を示す図面である。It is drawing which shows the cross-sectional structure of the 1st modification of the resonant element shown in FIG. 図1に示した共振素子の第2の変形例の断面構成を示す図面である。It is drawing which shows the cross-sectional structure of the 2nd modification of the resonant element shown in FIG. 実施例で使用したシミュレーションモデルにおいて、フィルファクタ(ff)を変えた場合のTMモードの光のピーク波長での偏光比とTMモードの光のピーク透過率を示す図面である。In the simulation model used in the Example, it is a drawing showing the polarization ratio at the peak wavelength of TM mode light and the peak transmittance of TM mode light when the fill factor (ff) is changed. (a)は、図1の構成において、屈折率に対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、図1の構成において、屈折率に対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to a refractive index in the structure of FIG. (B) is a drawing showing the change in wavelength dependence of the TE mode light transmittance with respect to the refractive index in the configuration of FIG. 1. (a)は、図8の構成において、屈折率に対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、図8の構成において、屈折率に対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to a refractive index in the structure of FIG. (B) is a drawing showing the change in wavelength dependence of the transmittance of TE mode light with respect to the refractive index in the configuration of FIG. (a)は、図9の構成において、屈折率に対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、図9の構成において、屈折率に対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to a refractive index in the structure of FIG. (B) is a drawing showing the change in wavelength dependence of the TE mode light transmittance with respect to the refractive index in the configuration of FIG. 9. (a)は、図1の構成において、誘電体層の厚さに対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、図1の構成において、誘電体層の厚さに対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to the thickness of a dielectric material layer in the structure of FIG. (B) is a drawing showing the change in the wavelength dependence of the transmittance of light in the TE mode with respect to the thickness of the dielectric layer in the configuration of FIG. (a)は、図8の構成において、誘電体層の厚さに対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、図8の構成において、誘電体層の厚さに対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to the thickness of a dielectric material layer in the structure of FIG. (B) is a drawing showing the change in the wavelength dependence of the transmittance of light in the TE mode with respect to the thickness of the dielectric layer in the configuration of FIG. (a)は、図9の構成において、誘電体層の厚さに対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、図9の構成において、誘電体層の厚さに対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to the thickness of a dielectric material layer in the structure of FIG. FIG. 9B is a diagram showing a change in wavelength dependence of TE mode light transmittance with respect to the thickness of the dielectric layer in the configuration of FIG. 9. (a)は、第1及び第2の金属細線の厚さに対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、第1及び第2の金属細線の厚さに対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to the thickness of the 1st and 2nd metal fine wire. (B) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TE mode with respect to the thickness of the 1st and 2nd metal fine wire. (a)は、第1及び第2の金属回折格子の周期に対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、第1及び第2の金属回折格子の周期に対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to the period of the 1st and 2nd metal diffraction grating. (B) is a drawing showing the change in wavelength dependence of the transmittance of light in the TE mode with respect to the periods of the first and second metal diffraction gratings. (a)は、オフセットkに対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、オフセットkに対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to offset k. (B) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TE mode with respect to offset k. (a)は、第1及び第2の金属細線の厚さが異なる場合のTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、第1及び第2の金属細線の厚さが異なる場合のTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode in case the thickness of a 1st and 2nd metal fine wire differs. (B) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TE mode in case the thickness of the 1st and 2nd metal fine wire differs. (a)は、第1及び第2の金属回折格子の周期が異なる場合のTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、第1及び第2の金属回折格子の周期が異なる場合のTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode in case the period of a 1st and 2nd metal diffraction grating differs. (B) is a drawing showing the change in wavelength dependence of the transmittance of light in the TE mode when the periods of the first and second metal diffraction gratings are different. (a)は、第1及び第2の金属回折格子のフィルファクタが異なる場合のTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(b)は、第1及び第2の金属回折格子のフィルファクタが異なる場合のTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。(A) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode in case the fill factors of a 1st and 2nd metal diffraction grating differ. (B) is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TE mode in case the fill factors of a 1st and 2nd metal diffraction grating differ. (a)は、青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタとして使用可能な構成の共振素子に対するTMモードの光の透過率の波長依存性を示す図面である。(b)は、青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタとして使用可能な構成の共振素子に対するTEモードの光の透過率の波長依存性を示す図面である。(A) is drawing which shows the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TM mode with respect to the resonant element of the structure which can be used as a blue filter, a green filter, and a red filter. (B) is drawing which shows the wavelength dependence of the transmittance | permeability of the light of TE mode with respect to the resonant element of a structure which can be used as a blue filter, a green filter, and a red filter. 共振素子を適用した液晶パネルの一実施形態の断面構成を示す図面である。It is drawing which shows the cross-sectional structure of one Embodiment of the liquid crystal panel to which a resonant element is applied.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。同一の要素には同一符号を付する。重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same symbols are assigned to the same elements. A duplicate description is omitted. The dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described. In the description, words indicating directions such as “up” and “down” are convenient words based on the state shown in the drawings.

図1は、一実施形態に係る共振素子の断面構成を示す模式図である。共振素子10Aは、誘電体層11を有する。誘電体層11の材料は、透明性を有しており(すなわち、波長範囲400nm〜700nmの可視光に対してほとんど吸収がない)、屈折率が後述するように1.55以上2.15以下を満たす限り、例えば、有機高分子又は無機金属酸化物から選択され得る。有機高分子の例は、ポリスチレン(PS: Polystyrene、屈折率は1.59以下)、ポリカーボネート(PC: Polycarbonate、屈折率は1.58以下)、ポリエチレンテレフタレート(PET: Polyethyleneterephthalate)及びポリエチレンナフタレート(PEN: Polyethylenenaphthalate)を含む。無機金属酸化物の例は、アルミナ(Al2O3、屈折率は1.6以下)、酸化インジウムスズ(ITO: Indium Tin Oxide、屈折率は1.7〜2.0)、ジルコニア(ZrO2,屈折率は1.95以下)、五酸化タンタル(Ta2O5、屈折率は2.1以下)である。有機無機ナノ複合材料も誘電体層11の材料として使用され得る。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of a resonant element according to an embodiment. The resonant element 10 </ b> A has a dielectric layer 11. The material of the dielectric layer 11 is transparent (that is, hardly absorbs visible light in the wavelength range of 400 nm to 700 nm), and the refractive index is 1.55 or more and 2.15 or less as described later. For example, organic polymer or inorganic metal oxide can be selected as long as the above is satisfied. Examples of organic polymers are polystyrene (PS: Polystyrene, refractive index 1.59 or less), polycarbonate (PC: Polycarbonate, refractive index 1.58 or less), polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN). : Polyethylenenaphthalate). Examples of inorganic metal oxides are alumina (Al 2 O 3 , refractive index 1.6 or less), indium tin oxide (ITO: Indium Tin Oxide, refractive index 1.7-2.0), zirconia (ZrO 2 , Refractive index is 1.95 or less), and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 , refractive index is 2.1 or less). Organic-inorganic nanocomposites can also be used as the material for the dielectric layer 11.

誘電体層11の第1の主面11a上には第1の金属回折格子12が設けられており、第1の主面11aと反対側の第2の主面11b上には、第2の金属回折格子13が設けられている。このような構成の共振素子10Aは、いわゆるMIM素子である。第2の金属回折格子13の誘電体層11と反対側には、基板14が設けられている。基板14は、波長範囲400nm〜700nmの可視光に対して透明な基板(以下、透明基板とも称す)であればよい。基板14の材料の例は、屈折率が1.45以上1.6以下である誘電材料(例えば、PMMAといった高分子材料及びガラス)である。   A first metal diffraction grating 12 is provided on the first main surface 11a of the dielectric layer 11, and a second main surface 11b opposite to the first main surface 11a is a second main surface 11b. A metal diffraction grating 13 is provided. The resonant element 10A having such a configuration is a so-called MIM element. A substrate 14 is provided on the opposite side of the second metal diffraction grating 13 from the dielectric layer 11. The substrate 14 may be a substrate transparent to visible light having a wavelength range of 400 nm to 700 nm (hereinafter also referred to as a transparent substrate). An example of the material of the substrate 14 is a dielectric material (for example, a polymer material such as PMMA and glass) having a refractive index of 1.45 or more and 1.6 or less.

共振素子10Aは、第1及び第2の金属回折格子12,13を備えることにより、所定波長及び所定偏光の光を透過する機能を有する。共振素子10Aを透過する光は、TMモード(P偏光)の光である。   The resonant element 10A includes the first and second metal diffraction gratings 12 and 13, thereby having a function of transmitting light having a predetermined wavelength and predetermined polarization. The light transmitted through the resonant element 10A is TM mode (P-polarized) light.

第1の金属回折格子12は、複数の第1の金属細線(第1の金属部材)12aを有する。各第1の金属細線12aは、第1の方向に延在している。複数の第1の金属細線12aは、第1の方向に直交する第2の方向に第1の空間周期(以下、単に「周期」と称す)Λ1で離散的に配列されている。第2の方向は、図1において左右方向であり、図1に示した共振素子10Aの断面構成は、共振素子10Aの第1の方向に直交する断面構成に対応する。第1の金属細線12aの第1の方向に直交する断面の形状の例は、図1に示したように、長方形又は正方形である。   The first metal diffraction grating 12 has a plurality of first metal thin wires (first metal members) 12a. Each first thin metal wire 12a extends in the first direction. The plurality of first thin metal wires 12a are discretely arranged in a second direction orthogonal to the first direction with a first spatial period (hereinafter simply referred to as “period”) Λ1. The second direction is the left-right direction in FIG. 1, and the cross-sectional configuration of the resonant element 10A shown in FIG. 1 corresponds to the cross-sectional configuration orthogonal to the first direction of the resonant element 10A. The example of the shape of the cross section orthogonal to the 1st direction of the 1st metal fine wire 12a is a rectangle or a square, as shown in FIG.

同様に、第2の金属回折格子13は、複数の第2の金属細線(第2の金属部材)13aを有する。各第2の金属細線13aは、第1の方向に延在している。複数の第2の金属細線13aは、第1の方向に直交する第2の方向に第2の空間周期(以下、単に「周期」と称す)Λ2で離散的に配列されている。第2の金属細線13aの第1の方向に直交する断面の形状の例は、図1に示したように、長方形又は正方形である。   Similarly, the second metal diffraction grating 13 has a plurality of second thin metal wires (second metal members) 13a. Each second thin metal wire 13a extends in the first direction. The plurality of second thin metal wires 13a are discretely arranged in a second direction orthogonal to the first direction with a second spatial period (hereinafter simply referred to as “period”) Λ2. The example of the shape of the cross section orthogonal to the 1st direction of the 2nd metal fine wire 13a is a rectangle or a square, as shown in FIG.

隣接する第1の金属細線12a,12aの間には、誘電体層11の材料と同じ材料が充填されており、隣接する第2の金属細線13a,13aの間には、誘電体層11の材料と同じ材料が充填されている。この構成では、隣接する第1の金属細線12a,12aの間に充填された材料からなる部分と、誘電体層11とは実質的に連続していることになる。同様に、隣接する第2の金属細線13a,13aの間に充填された材料からなる部分と、誘電体層11とは実質的に連続していることになる。そのため、上記構成の共振素子10Aは、誘電体層11の厚さをdとし、第1の金属細線12aの厚さをd1とし、第2の金属細線13aの厚さをd2としたとき、厚さh(=d+d1+d2)を有する誘電体層の一方の主面に複数の第1の金属細線12aが埋設され、他方の主面に複数の第2の金属細線13aが埋設された構成を有するとも見なせる。なお、図1では、説明の便宜上、隣接する第1の金属細線12a,12aの間隙部分と、誘電体層11との間の境界線も示しているが、隣接する第1の金属細線12a,12aの間隙部分に充填されている材料と、誘電体層11の材料とは同じであるため、実際には境界線は現れない。また、図1に示した第1及び第2の金属細線12a,13aの数は一例である。図1は、第2の方向における共振素子10Aの一部を示している。他の図面における共振素子も同様である。   The space between the adjacent first metal fine wires 12a and 12a is filled with the same material as that of the dielectric layer 11, and the space between the adjacent second metal fine wires 13a and 13a is the same as that of the dielectric layer 11. The same material as the material is filled. In this configuration, the portion made of the material filled between the adjacent first thin metal wires 12a and 12a and the dielectric layer 11 are substantially continuous. Similarly, the portion made of the material filled between the adjacent second thin metal wires 13a and 13a and the dielectric layer 11 are substantially continuous. Therefore, in the resonant element 10A having the above configuration, when the thickness of the dielectric layer 11 is d, the thickness of the first metal fine wire 12a is d1, and the thickness of the second metal fine wire 13a is d2, When a plurality of first thin metal wires 12a are embedded in one main surface of a dielectric layer having a length h (= d + d1 + d2), and a plurality of second thin metal wires 13a are embedded in the other main surface. Can also be considered. In FIG. 1, for convenience of explanation, the boundary line between the gap portion of the adjacent first metal thin wires 12a and 12a and the dielectric layer 11 is also shown, but the adjacent first metal thin wires 12a and 12a Since the material filled in the gap portion of 12a and the material of the dielectric layer 11 are the same, no boundary line actually appears. Moreover, the number of the 1st and 2nd metal fine wires 12a and 13a shown in FIG. 1 is an example. FIG. 1 shows a part of the resonant element 10A in the second direction. The same applies to the resonant elements in the other drawings.

第1及び第2の金属細線12a,13aの材料の例は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)及び白金(Pt)等を含む。第1及び第2の金属細線12a,13aの材料の好ましい例は、アルミニウム(Al)である。   Examples of the material of the first and second fine metal wires 12a and 13a include aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), and the like. A preferred example of the material of the first and second fine metal wires 12a and 13a is aluminum (Al).

第1の金属細線12aの第2の方向の幅をw1とし、前述したように、誘電体層11の厚さをdとし、第1の金属細線12aの厚さをd1としとき、w1/Λ1、d1、d、及びΛ1は、それぞれ式(1)〜式(4)を満たす。
0.6≦w1/Λ1≦0.9・・・(1)
30nm≦d1≦70nm・・・(2)
10nm≦d≦60nm・・・(3)
230nm≦Λ1≦270nm・・・(4)
When the width of the first metal wire 12a in the second direction is w1, and the thickness of the dielectric layer 11 is d and the thickness of the first metal wire 12a is d1, as described above, w1 / Λ1 , D1, d, and Λ1 satisfy Expressions (1) to (4), respectively.
0.6 ≦ w1 / Λ1 ≦ 0.9 (1)
30 nm ≦ d1 ≦ 70 nm (2)
10 nm ≦ d ≦ 60 nm (3)
230 nm ≦ Λ1 ≦ 270 nm (4)

また、第2の金属細線13aの第2の方向の幅をw2とし、前述したように、第2の金属細線13aの厚さをd2としたとき、w2/Λ2、d2、及びΛ2は、それぞれ式(5)〜式(7)を満たす。
0.6≦w2/Λ2≦0.9・・・(5)
30nm≦d2≦70nm・・・(6)
230nm≦Λ2≦270nm・・・(7)
Further, when the width of the second metal thin wire 13a in the second direction is w2, and the thickness of the second metal thin wire 13a is d2, as described above, w2 / Λ2, d2, and Λ2 are respectively Expressions (5) to (7) are satisfied.
0.6 ≦ w2 / Λ2 ≦ 0.9 (5)
30 nm ≦ d2 ≦ 70 nm (6)
230 nm ≦ Λ 2 ≦ 270 nm (7)

式(1)及び式(5)のw1/Λ1及びw2/Λ2、すなわち、金属回折格子の周期に対する金属細線の幅の比は、フィルファクタ(ff:Fill Factor)として知られている。以下では、w1/Λ1をff1と称し、w2/Λ2をff2と称す。式(1)及び式(4)を考慮すれば、第1の金属回折格子12において隣接する第1の金属細線12a間の幅、すなわち、Λ1−w1は、可視光の波長領域より小さい、すなわち、400nmより小さい。同様に、第2の金属回折格子13において隣接する第2の金属細線13a間の幅、すなわち、Λ2−w2は、可視光の波長領域より小さい、すなわち、400nmより小さい。   The w1 / Λ1 and w2 / Λ2 in the equations (1) and (5), that is, the ratio of the width of the thin metal wire to the period of the metal diffraction grating is known as a fill factor (ff). Hereinafter, w1 / Λ1 is referred to as ff1, and w2 / Λ2 is referred to as ff2. Considering the equations (1) and (4), the width between the adjacent first metal wires 12a in the first metal diffraction grating 12, that is, Λ1-w1 is smaller than the wavelength region of visible light, Smaller than 400 nm. Similarly, the width between adjacent second fine metal wires 13a in the second metal diffraction grating 13, that is, Λ2-w2, is smaller than the wavelength region of visible light, that is, smaller than 400 nm.

また、誘電体層11の屈折率をnとすると、nは以下の条件を満たす。
1.5≦n≦2.15・・・(8)
Further, when the refractive index of the dielectric layer 11 is n B , n B satisfies the following condition.
1.5 ≦ n B ≦ 2.15 (8)

フィルファクタff1及びフィルファクタff2のより好ましい範囲は、次の通りである。
0.6≦ff1≦0.8
0.6≦ff2≦0.8
厚さdのより好ましい範囲は次の通りである。
20nm≦d≦60nm
屈折率nのより好ましい範囲は次の通りである。
1.55≦n≦1.95
More preferable ranges of the fill factor ff1 and the fill factor ff2 are as follows.
0.6 ≦ ff1 ≦ 0.8
0.6 ≦ ff2 ≦ 0.8
A more preferable range of the thickness d is as follows.
20 nm ≦ d ≦ 60 nm
A more preferable range of the refractive index n B is as follows.
1.55 ≦ n B ≦ 1.95

一実施形態において、共振素子10Aでは、図1に示すように、第2の方向において、第1及び第2の金属回折格子12,13の位置にズレが生じていてもよい。以下の説明ではこのズレの量(ズレ量)をオフセットkと称す。   In one embodiment, in the resonant element 10A, as shown in FIG. 1, the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 may be misaligned in the second direction. In the following description, this amount of deviation (deviation amount) is referred to as offset k.

ここで、オフセットkは、第1及び第2の金属回折格子12,13のうち、対応する第1及び第2の金属細線12a,13aの第2の方向における同じ側の側面間の距離である。図1では、対応する第1及び第2の金属細線12a,13aとして、図中において、一番左端の第1及び第2の金属細線12a,13aを採用している。図1では、kを、図中において、一番左端の第1及び第2の金属細線12a,13aの左側の側面間の距離として定義している。kは、第2の方向における、第1及び第2の金属回折格子12,13の中心位置のズレでもある。物理的には、オフセットkは、第1及び第2の金属細線12a,13aの構造が記載され得る2つの周期関数の間の位相の違いに相当する。   Here, the offset k is a distance between side surfaces of the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 on the same side in the second direction of the corresponding first and second metal fine wires 12a and 13a. . In FIG. 1, the leftmost first and second thin metal wires 12a and 13a are employed as the corresponding first and second thin metal wires 12a and 13a. In FIG. 1, k is defined as the distance between the left side surfaces of the leftmost first and second thin metal wires 12a and 13a in the drawing. k is also a shift of the center position of the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 in the second direction. Physically, the offset k corresponds to the phase difference between the two periodic functions for which the structure of the first and second metal wires 12a, 13a can be described.

共振素子10Aでは、第1及び第2の金属回折格子12,13の間に誘電体層11が設けられていることによって共振構造を有する。そのため、共振素子10Aに入射される光のうち所定波長(又は所定波長領域)の光を選択的に出力する。すなわち、波長選択機能を有する。共振素子10Aにおける共振或いは共鳴は、式(1)〜式(8)を満たす各素子パラメータに応じて、例えば、ファブリーペロー型の共振及びプラズモン共鳴を含む。第1及び第2の金属回折格子12,13は、第1の方向に延在する第1及び第2の金属細線12a,13aが第2の方向に配列されて構成されている。このような構成の第1及び第2の金属回折格子12,13を備えることで、共振素子10Aは、偏光分離機能を有する。   The resonance element 10 </ b> A has a resonance structure by providing the dielectric layer 11 between the first and second metal diffraction gratings 12 and 13. Therefore, light having a predetermined wavelength (or a predetermined wavelength region) is selectively output among the light incident on the resonance element 10A. That is, it has a wavelength selection function. The resonance or resonance in the resonance element 10A includes, for example, Fabry-Perot resonance and plasmon resonance according to each element parameter satisfying the expressions (1) to (8). The first and second metal diffraction gratings 12 and 13 are configured by arranging first and second fine metal wires 12a and 13a extending in the first direction in the second direction. By providing the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 having such a configuration, the resonant element 10A has a polarization separation function.

共振素子10Aを透過する光の波長(所定波長)は、n、Λ1、Λ2、d、d1及びd2を調整することによって、選択され得る。 The wavelength (predetermined wavelength) of the light transmitted through the resonant element 10A can be selected by adjusting n B , Λ1, Λ2, d, d1, and d2.

共振素子10Aは、スピンコーティング及び化学気相成長法(CVD: Chemical Vapor Deposition)等の薄膜形成技術、並びに、極端紫外線リソグラフィー及び電子ビームリソグラフィー等のリフトオフ法及びエッチング技術及びなどの微細加工技術を利用して製造され得る。例えば、共振素子10Aは、まず、上述したように厚さhを有する誘電体層を形成する。その後、その誘電体層の互いに対向する主面それぞれの所定位置に深さd1,d2の凹部を、微細加工技術を利用して形成する。続いて、それらの凹部に第1及び第2の金属細線12a,13aの材料である金属を形成することによって、第1及び第2の金属回折格子12,13を有する共振素子10Aが製造され得る。上記凹部を形成する工程、第1及び第2の金属細線12a,13aを形成する工程では、例えば、適宜マスク技術、エッチング技術及びスパッタ技術が採用され得る。   The resonant element 10A uses thin film formation techniques such as spin coating and chemical vapor deposition (CVD), and lift-off techniques such as extreme ultraviolet lithography and electron beam lithography, and microfabrication techniques such as etching techniques. Can be manufactured. For example, the resonant element 10A first forms a dielectric layer having a thickness h as described above. Thereafter, recesses having depths d1 and d2 are formed at predetermined positions on the principal surfaces of the dielectric layer facing each other by using a fine processing technique. Subsequently, the resonant element 10A having the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 can be manufactured by forming a metal that is a material of the first and second fine metal wires 12a and 13a in the recesses. . In the step of forming the recess and the step of forming the first and second thin metal wires 12a and 13a, for example, a mask technique, an etching technique, and a sputtering technique can be appropriately employed.

一実施形態において、第1及び第2の金属回折格子12,13の構成は同じとし得る。すなわち、厚さが同じ(d1=d2),周期が同じ(Λ1=Λ2)、且つ第2の方向の幅が同じ(w1=w2)であり得る。   In one embodiment, the configuration of the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 may be the same. That is, the thickness may be the same (d1 = d2), the period may be the same (Λ1 = Λ2), and the width in the second direction may be the same (w1 = w2).

シミュレーション結果を用いて、共振素子10Aによって所定波長の光且つ所定偏光の光を選択的に透過できる点を説明する。   The point that the resonant element 10A can selectively transmit light having a predetermined wavelength and light having a predetermined polarization will be described using a simulation result.

実施例として、図1に示したように、基板14上に共振素子10Aを配置した構成をシミュレーションモデルとし、シミュレーションを行った。実施例におけるΛ1,Λ2、d、d1,d2,ff1,ff2,kといった素子パラメータの値は次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
=1.55
第1及び第2の金属細線12a,13aの材料:アルミニウム(Al)
基板14は透明とし、基板14の屈折率は1.5とした。
As an example, as shown in FIG. 1, a simulation was performed using a configuration in which the resonant element 10 </ b> A was disposed on the substrate 14 as a simulation model. The values of element parameters such as Λ1, Λ2, d, d1, d2, ff1, ff2, k in the embodiment are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0
n B = 1.55
Material of the first and second thin metal wires 12a and 13a: Aluminum (Al)
The substrate 14 was transparent, and the refractive index of the substrate 14 was 1.5.

図2は、比較用のシミュレーションモデルを示す図面である。図2に示す共振素子20は、積層体24が、一定の周期で配置されることによって構成されており、積層体24は、一対の金属層21,22で半導体層23を挟んで構成されている。隣接する積層体24,24は離間しており、それらの間は空隙となっている。複数の積層体24は、基板14上に設けられている。共振素子20の構成は、非特許文献1に開示されている共振素子の構成に対応する。共振素子20の構成では、複数の金属層21が一定の周期で配置されるので、複数の金属層21が金属回折格子として機能する。同様に、複数の金属層22も金属回折格子として機能する。金属層21,22の厚さは同じである。   FIG. 2 is a drawing showing a simulation model for comparison. The resonant element 20 shown in FIG. 2 is configured by arranging the laminated body 24 at a constant period, and the laminated body 24 is configured by sandwiching the semiconductor layer 23 between a pair of metal layers 21 and 22. Yes. Adjacent laminates 24, 24 are spaced apart and have a gap between them. The plurality of stacked bodies 24 are provided on the substrate 14. The configuration of the resonant element 20 corresponds to the configuration of the resonant element disclosed in Non-Patent Document 1. In the configuration of the resonant element 20, since the plurality of metal layers 21 are arranged at a constant period, the plurality of metal layers 21 function as a metal diffraction grating. Similarly, the plurality of metal layers 22 also function as a metal diffraction grating. The thicknesses of the metal layers 21 and 22 are the same.

金属層21,22の厚さをt2とし、半導体層23の厚さをt1とし、半導体層23の屈折率をnとすると、積層体24の幅(金属層21,22の幅)をw3とし、積層体24の周期をΛ3とすると、シミュレーションで使用した共振素子20の各素子パラメータの値は次の通りである。
Λ3=250nm
t1=20nm
t2=40nm
w3/Λ3=0.7
=1.55
金属層21,22の材料:アルミニウム(Al)
基板14は透明とし、基板14の屈折率は1.5とした。
When the thickness of the metal layers 21 and 22 is t2, the thickness of the semiconductor layer 23 is t1, and the refractive index of the semiconductor layer 23 is n S , the width of the stacked body 24 (the width of the metal layers 21 and 22) is w3. Assuming that the period of the laminate 24 is Λ3, the values of the element parameters of the resonant element 20 used in the simulation are as follows.
Λ3 = 250 nm
t1 = 20nm
t2 = 40nm
w3 / Λ3 = 0.7
n S = 1.55
Material of the metal layers 21 and 22: Aluminum (Al)
The substrate 14 was transparent, and the refractive index of the substrate 14 was 1.5.

実施例及び比較例のシミュレーションは、帰納的畳込み法を組み込んだFDTD(Finite-Difference time-domain)法を利用して行った。帰納的畳込み法を組み込んだFDTD法は、RC(Recursive convolution)−FDTD法として知られる。RC−FDTD法は、例えば、次の参考文献1に記載されている。
参考文献1:S. Banerjee, T. Hoshino and J. B. Cole,“Simulation of Subwavelength Metallic Gratings Using a New Implementation ofRecursive Convolution FDTD,” JOSA A, 2008, vol. 25, no. 8, pp.1921
The simulations of the example and the comparative example were performed using an FDTD (Finite-Difference time-domain) method incorporating an inductive convolution method. The FDTD method incorporating the inductive convolution method is known as an RC (Recursive convolution) -FDTD method. The RC-FDTD method is described in Reference Document 1 below, for example.
Reference 1: S. Banerjee, T. Hoshino and JB Cole, “Simulation of Subwavelength Metallic Gratings Using a New Implementation of Recursive Convolution FDTD,” JOSA A, 2008, vol. 25, no. 8, pp.1921

上記のように、第1及び第2の金属細線12a,13a及び金属層21,22の材料としてアルミニウムを想定しているが、アルミニウムの屈折率は波長に応じて変化する。シミュレーションでは、ドルーデの一次近似式を利用して、可視光領域の波長におけるアルミニウムの誘電率変化を近似した。ドルーデの一次近似式は、次のように表される。

上記近似式において、ωはプラズマ周波数、νは衝突周波数である。可視光全体をカバーするようなω及びνの値は、上記近似式を参考文献2の誘電率(測定値)にフィッティングすることによって決定した。このフィッティングには、参考文献3記載の遺伝的アルゴリズム(genetic algorithm)及び大域的最適化アルゴリズム(global optimization algorithm)を利用した。シミュレーションでは、ω=2.2637×1016−1及びν=11.99×1013−1とした。
参考文献2:C.L.Foiles, “Optical properties of puremetals and binary alloys,” Chapter 4 of Landolt-Bornstein Numerical Data andFunctional Relationships in Science and Technology New Series, Vol.15,Subvolume b, K.-H.Hellwege and J.L.Olsen, Ed.Springer-Verlag, Berlin 1985, pp.228.
参考文献3:S. Banerjee and L. N. Hazra, “Experimentswith a genetic algorithm for structural design of cemented doublets withprespecified aberration targets,” App. Opt. Vol. 40, No. 34, 2001, pp. 6265.
As described above, aluminum is assumed as the material of the first and second fine metal wires 12a and 13a and the metal layers 21 and 22. However, the refractive index of aluminum varies depending on the wavelength. In the simulation, the change of the dielectric constant of aluminum at a wavelength in the visible light region was approximated using a first-order approximation equation of Drude. Drude's first-order approximation is expressed as follows.

In the above approximate expression, ω p is the plasma frequency and ν c is the collision frequency. The values of ω p and ν c that cover the entire visible light were determined by fitting the above approximate expression to the dielectric constant (measured value) of Reference 2. For this fitting, a genetic algorithm and a global optimization algorithm described in Reference 3 were used. In the simulation, ω p = 2.2637 × 10 16 s −1 and ν c = 11.99 × 10 13 s −1 were set.
Reference 2: CLFoiles, “Optical properties of puremetals and binary alloys,” Chapter 4 of Landolt-Bornstein Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology New Series, Vol. 15, Subvolume b, K.-H. Hellwege and JLOlsen, Ed .Springer-Verlag, Berlin 1985, pp.228.
Reference 3: S. Banerjee and LN Hazra, “Experiments with a genetic algorithm for structural design of cemented doublets with prespecified aberration targets,” App. Opt. Vol. 40, No. 34, 2001, pp. 6265.

共振素子10,20の周期及びその構成の対称性に基づいて、シミュレーションを、2次元モデルに対して行った。実施例では、波長範囲400nm〜700nmから10nm間隔で選択した31個の波長の光を、基板14と反対側、すなわち、第1の金属回折格子12側から入射した場合を仮定して、シミュレーションを行い、透過率を算出した。比較例では、実施例と同様の波長の光を、共振素子20に対して基板14と反対側から入射した場合を仮定して、シミュレーションを行い、透過率を算出した。   Based on the period of the resonant elements 10 and 20 and the symmetry of the configuration, a simulation was performed on the two-dimensional model. In the embodiment, assuming that light of 31 wavelengths selected from a wavelength range of 400 nm to 700 nm at intervals of 10 nm is incident from the side opposite to the substrate 14, that is, from the first metal diffraction grating 12 side, the simulation is performed. The transmittance was calculated. In the comparative example, simulation was performed and transmittance was calculated assuming that light having the same wavelength as that of the example was incident on the resonance element 20 from the side opposite to the substrate 14.

図3は、実施例のミュレーション結果を示す図面である。図3において、横軸は波長(nm)を示しており、縦軸は、透過率(%)を示している。図3には、TMモード及びTEモードの光の透過率を示している。なお、図3のようにグラフと共に凡例を図示している場合、図面に示されている凡例は、各図において独立しており、凡例が付された図面内で有効である。これは、図3以外の図面でも同様である。図3に示すように、式(1)〜式(8)を満たす範囲で選択された上記シミュレーション条件ではTMモードの光が透過されると共に、波長460nm近傍の青色領域の光が透過していることが理解され得る。TMモードの光に対して透過率の最大値(ピーク)を示す波長は460nmであり、波長460nmでの透過率は61%である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a simulation result of the example. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the transmittance (%). FIG. 3 shows the light transmittance of the TM mode and the TE mode. When the legend is shown together with the graph as shown in FIG. 3, the legend shown in the drawings is independent in each figure and is effective in the drawings with the legend attached. The same applies to drawings other than FIG. As shown in FIG. 3, TM mode light is transmitted and light in the blue region in the vicinity of a wavelength of 460 nm is transmitted under the simulation conditions selected in a range satisfying the expressions (1) to (8). It can be understood. The wavelength showing the maximum value (peak) of the transmittance with respect to the TM mode light is 460 nm, and the transmittance at the wavelength of 460 nm is 61%.

以下の説明では、TMモードの光の透過率の最大値(ピーク)をピーク透過率と称し、そのピーク透過率に対応する波長をピーク波長と称す。   In the following description, the maximum value (peak) of TM mode light transmittance is referred to as peak transmittance, and the wavelength corresponding to the peak transmittance is referred to as peak wavelength.

図3に示したTMモードの結果から得られるFWHM(full width at half maximum)は、65nmであった。一方、TEモードの光における最大透過率は1.2%であり、最大透過率に対応する波長は400nmであった。TMモードの光の透過率をTTMとし、TEモードの光の透過率をTTEとし、偏光比をη=(TTM−TTE)/(TTM+TTE)と定義した場合、波長460nmにおける偏光比ηは、0.9772であった。 The FWHM (full width at half maximum) obtained from the result of the TM mode shown in FIG. 3 was 65 nm. On the other hand, the maximum transmittance in TE mode light was 1.2%, and the wavelength corresponding to the maximum transmittance was 400 nm. The transmittance of light in the TM mode and T TM, the transmittance of light in the TE mode and T TE, the polarization ratio η = (T TM -T TE) / if you define (T TM + T TE), Wavelength 460nm The polarization ratio η was 0.9772.

図4は、比較例のシミュレーション結果を示す図面である。図4の横軸及び縦軸は、図3の場合と同様である。図4には、TMモード及びTEモードの光の透過率を示している。図4に示すように、TMモードの光のピーク波長は430nmと440nmの間の約435nmであり、ピーク透過率は37.8%である。図4に示したTMモードの結果から得られるFWHM(full width at half maximum)は、265nmであった。ピーク透過率に基づく偏光比ηは、0.9865である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a simulation result of a comparative example. The horizontal and vertical axes in FIG. 4 are the same as those in FIG. FIG. 4 shows the light transmittance of TM mode and TE mode. As shown in FIG. 4, the peak wavelength of TM mode light is about 435 nm between 430 nm and 440 nm, and the peak transmittance is 37.8%. The FWHM (full width at half maximum) obtained from the TM mode result shown in FIG. 4 was 265 nm. The polarization ratio η based on the peak transmittance is 0.9865.

図3及び図4のシミュレーション結果を対比すると、実施例の方が比較例より高いピーク透過率を実現できていることが理解され得る。更に、実施例のFWHMの方が比較例のFWHMより小さい。また、実施例は比較例とほぼ同様の偏光比ηを実現できる。すなわち、実施例では、偏光分離機能を維持しながら、波長選択性が改善されていることが理解され得る。   Comparing the simulation results of FIGS. 3 and 4, it can be understood that the example can achieve higher peak transmittance than the comparative example. Furthermore, the FWHM of the example is smaller than the FWHM of the comparative example. In addition, the example can realize a polarization ratio η substantially the same as the comparative example. That is, in the embodiment, it can be understood that the wavelength selectivity is improved while maintaining the polarization separation function.

所定波長及び所定偏光の光を選択的に透過する共振素子10Aは、波長選択機能と偏光分離の2つの機能を有する。波長選択機能と偏光分離の2つの機能を有する共振素子10Aは、波長選択及び偏光分離フィルタ又はカラーフィルタとして利用され得る。   The resonant element 10A that selectively transmits light of a predetermined wavelength and a predetermined polarization has two functions of a wavelength selection function and a polarization separation. The resonant element 10A having two functions of wavelength selection function and polarization separation can be used as a wavelength selection and polarization separation filter or a color filter.

そして、図3及び図4に示したシミュレーション結果から理解されるように、共振素子10Aでは、より小さな屈折率を有する誘電体層11を用いながら、所定偏光の高い透過率を実現できると共に、狭いFWHMを実現できる。このような性質は、カラーフィルタで望まれている性質であり、特に、狭いFWHMは、ディスプレイ装置において、よりリアルなカラー表現を行うために要求される性質である。そのため、共振素子10Aはカラーフィルタとして、例えば、液晶パネル等に好適に用いられる。   As can be understood from the simulation results shown in FIGS. 3 and 4, the resonant element 10 </ b> A can achieve a high transmittance of a predetermined polarization while using the dielectric layer 11 having a smaller refractive index and is narrow. FWHM can be realized. Such a property is a property desired for a color filter. In particular, a narrow FWHM is a property required for performing more realistic color expression in a display device. Therefore, the resonant element 10A is suitably used as a color filter, for example, for a liquid crystal panel.

図5及び図6は、実施例で行ったシミュレーションにおいてシミュレートされた強度分布を示す図面である。図5は、ピーク波長である波長460nmのTMモードの光に対する強度分布を示しており、図6は、波長700nmのTMモードの光に対する強度分布を示している。図5及び図6では、色が薄い(白に近い)方が光の強度が強いことを示しており、図中の上側から光が入射している状態を示している。   5 and 6 are diagrams showing intensity distributions simulated in the simulation performed in the example. FIG. 5 shows an intensity distribution for TM mode light having a wavelength of 460 nm, which is a peak wavelength, and FIG. 6 shows an intensity distribution for TM mode light having a wavelength of 700 nm. 5 and 6, the lighter color (closer to white) indicates that the light intensity is higher, and the light is incident from the upper side in the drawing.

図5より、第1及び第2の金属細線12a,13aそれぞれと誘電体層11との界面において、光強度の局在及び増強が生じていることがわかる。すなわち、図5に示した結果は、局在表面プラズモン共鳴(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance、例えば、参考文献4参照)が生じていることを示している。一方、図6には、第1及び第2の金属細線12a,13aそれぞれと誘電体層11との界面に光強度の局在及び増強のいずれも生じていない。従って、図5及び図6より、LSPRと、ピーク波長とは関連しており、MIM構造のカラーフィルタリング特性は、共鳴に関係したプラズモンと関連があると考えられる。
参考文献4: D. Sarid and W. Challener, “ModernIntroduction to Surface Plasmons Theory, Mathematica Modeling, andApplications,” New York, Cambridge University Press, 2010, pp201-255.
From FIG. 5, it can be seen that the localization and enhancement of the light intensity occur at the interface between the first and second fine metal wires 12a and 13a and the dielectric layer 11, respectively. That is, the results shown in FIG. 5 indicate that localized surface plasmon resonance (LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance, see, for example, Reference 4) occurs. On the other hand, in FIG. 6, neither localization nor enhancement of the light intensity occurs at the interface between the first and second fine metal wires 12a and 13a and the dielectric layer 11. Therefore, from FIGS. 5 and 6, it is considered that LSPR and peak wavelength are related, and the color filtering characteristics of the MIM structure are related to plasmons related to resonance.
Reference 4: D. Sarid and W. Challener, “Modern Introduction to Surface Plasmons Theory, Mathematica Modeling, and Applications,” New York, Cambridge University Press, 2010, pp201-255.

共振素子10Aは、波長選択機能と偏光分離の2つの機能を有することから、白色有機LED(WOLED: White OLED)にも好適に適用され得る。   Since the resonant element 10A has two functions of a wavelength selection function and a polarization separation function, it can be suitably applied to a white organic LED (WOLED: White OLED).

第2の方向において、誘電体層11は連続しており、そのような連続した誘電体層11に第1及び第2の金属回折格子12,13が設けられている。そのため、共振素子10Aの製造が容易である。   In the second direction, the dielectric layer 11 is continuous, and the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 are provided on the continuous dielectric layer 11. Therefore, the resonant element 10A can be easily manufactured.

図7は、比較例で使用したシミュレーションモデルに対する他のシミュレーション結果を示す図面である。シミュレーションは、次の条件で行った。
Λ3=250nm
t1=100nm
t2=40nm
ff3=0.7
:1.55又は2.67
なお、ff3=w3/Λ3である。
FIG. 7 is a diagram showing another simulation result for the simulation model used in the comparative example. The simulation was performed under the following conditions.
Λ3 = 250 nm
t1 = 100 nm
t2 = 40nm
ff3 = 0.7
n S : 1.55 or 2.67
Note that ff3 = w3 / Λ3.

図7のシミュレーション結果を得たシミュレーションでは、厚さt1を変更すると共に、半導体層23の屈折率nが1.55の場合と、2.67の場合についてシミュレーションを行う点以外は比較例の場合と同様にシミュレーションを行った。 In the simulation obtained from the simulation result of FIG. 7, the thickness t1 is changed and the simulation is performed for the case where the refractive index n S of the semiconductor layer 23 is 1.55 and 2.67. The simulation was performed as in the case.

図7では、屈折率nが2.67の場合と、1.55の場合のTMモード及びTEモードの光の透過率を示している。図7から理解されるように、半導体層23の屈折率nが大きければ、TMモードの光の透過率は、屈折率nが小さい場合より大きくなる。換言すれば、図2に示した構成であっても、半導体層23の屈折率nを大きくすれば、TMモードにおいてより大きな透過率を得られ、結果として、より大きな偏光比ηを得られる。しかしながら、通常、屈折率が大きい半導体材料としては、無機半導体といったより高価な材料を選択しなければならない。 FIG. 7 shows the light transmittance of the TM mode and the TE mode when the refractive index n S is 2.67 and when the refractive index is 1.55. As understood from FIG. 7, if the refractive index n S of the semiconductor layer 23 is large, the TM mode light transmittance is larger than that when the refractive index n S is small. In other words, even with the configuration shown in FIG. 2, if the refractive index n S of the semiconductor layer 23 is increased, a larger transmittance can be obtained in the TM mode, and as a result, a larger polarization ratio η can be obtained. . However, usually, a more expensive material such as an inorganic semiconductor must be selected as the semiconductor material having a large refractive index.

一方、共振素子10Aの構成では、屈折率の小さい、より安価な材料(例えば、有機高分子材料)で、偏光分離素子として機能するMIM素子を得られる。その結果、原材料費を低減できるので、共振素子10Aが適用される製品の製造コストが低減され得る。   On the other hand, with the configuration of the resonant element 10A, an MIM element that functions as a polarization separation element can be obtained with a cheaper material (for example, an organic polymer material) having a low refractive index. As a result, since the raw material cost can be reduced, the manufacturing cost of the product to which the resonant element 10A is applied can be reduced.

図8及び図9を参照して共振素子10Aの変形例について説明する。   A modification of the resonant element 10A will be described with reference to FIGS.

図8は、図1に示した共振素子の第1の変形例の断面構成を示す図面である。図8に示した共振素子10Bは、第1の金属回折格子12が有する複数の第1の金属細線12aのうち隣接する第1の金属細線12a間が空隙である点で、共振素子10Aと相違する。すなわち、隣接する第1の金属細線12a間には、誘電体層11と同じ材料は充填されていない。この相違点以外は、共振素子10Bの構成は共振素子10Aと同様である。そのため、共振素子10Bは、共振素子10Aと少なくとも同様の作用効果を有する。共振素子10Bにおける第1の金属回折格子12は、例えば、第1の主面11a上に、第1の金属細線12aの材料の金属層を形成した後、隣接する第1の金属細線12a間の空隙を形成するように、金属層をエッチングすればよい。   FIG. 8 is a drawing showing a cross-sectional configuration of a first modification of the resonant element shown in FIG. The resonant element 10B shown in FIG. 8 is different from the resonant element 10A in that a gap is formed between adjacent first metal fine wires 12a among the plurality of first metal fine wires 12a included in the first metal diffraction grating 12. To do. That is, the same material as that of the dielectric layer 11 is not filled between the adjacent first thin metal wires 12a. Except for this difference, the configuration of the resonant element 10B is the same as that of the resonant element 10A. Therefore, the resonant element 10B has at least the same effects as the resonant element 10A. The first metal diffraction grating 12 in the resonant element 10B is formed, for example, by forming a metal layer of the material of the first metal wire 12a on the first main surface 11a, and then between the adjacent first metal wires 12a. The metal layer may be etched so as to form a void.

図9は、図1に示した共振素子の第2の変形例の断面構成を示す図面である。図9に示した共振素子10Cは、第1の金属回折格子12が有する複数の第1の金属細線12aのうち隣接する第1の金属細線12a間が空隙である点及び第2の金属回折格子13が有する複数の第2の金属細線13aのうち隣接する第2の金属細線13a間が空隙である点で、共振素子10Aと相違する。すなわち、隣接する第1の金属細線12a間及び隣接する第2の金属細線13a間には、誘電体層11と同じ材料は充填されていない。この相違点以外は、共振素子10Cの構成は共振素子10Aと同様である。そのため、共振素子10Cは、共振素子10Aと少なくとも同様の作用効果を有する。第2の金属回折格子13は、例えば、共振素子10Bにおける第1の金属回折格子12と同様にして形成され得る。   FIG. 9 is a drawing showing a cross-sectional configuration of a second modification of the resonant element shown in FIG. 1. The resonant element 10C shown in FIG. 9 includes a second metal diffraction grating in which a gap is formed between adjacent first metal fine wires 12a among the plurality of first metal fine wires 12a included in the first metal diffraction grating 12. 13 is different from the resonant element 10A in that a gap is formed between adjacent second thin metal wires 13a among the plurality of second thin metal wires 13a. That is, the same material as that of the dielectric layer 11 is not filled between the adjacent first metal fine wires 12a and between the adjacent second metal fine wires 13a. Except for this difference, the configuration of the resonant element 10C is the same as that of the resonant element 10A. Therefore, the resonant element 10C has at least the same effects as the resonant element 10A. For example, the second metal diffraction grating 13 can be formed in the same manner as the first metal diffraction grating 12 in the resonant element 10B.

共振素子10A〜10Cの各種素子パラメータ(例えば、ff1、ff2、d、d1、d2,Λ1、Λ2及びn)の値は、共振素子10A〜10Cの光学特性が許容範囲内になるように、選択されている。各素子パラメータに対して例示した範囲(例えば、式(1)〜式(8))は、共振素子10A〜10Cの光学特性が許容範囲内になる範囲である。上記許容範囲とは、410nmより長い波長において、TEモードの光の透過率TTEが20%未満であり、ピーク波長においてTMモードの光の透過率TTMが30%より大きく、TMモードの光において、テイルバンド(透過率分布の長波長側の裾側の部分であり、例えば、図3では波長560nm以上の部分)における最大透過率が20%未満である。TTEが20%未満、すなわち、TTEの最大値が20%未満であれば、大きな偏光比を確保できる傾向にある。偏光比は、TMモードの光のピーク波長で0.8以上であることが好ましい。 The values of various element parameters (for example, ff1, ff2, d, d1, d2, Λ1, Λ2, and n B ) of the resonant elements 10A to 10C are set so that the optical characteristics of the resonant elements 10A to 10C are within an allowable range. Is selected. The ranges exemplified for each element parameter (for example, the formulas (1) to (8)) are ranges in which the optical characteristics of the resonant elements 10A to 10C are within the allowable range. The permissible range means that the TE mode light transmittance T TE is less than 20% at wavelengths longer than 410 nm, the TM mode light transmittance T TM is greater than 30% at the peak wavelength, and the TM mode light In FIG. 3, the maximum transmittance in the tail band (the portion on the skirt side on the long wavelength side of the transmittance distribution, for example, the portion having a wavelength of 560 nm or more in FIG. 3) is less than 20%. T TE is less than 20%, i.e., the maximum value of T TE is less than 20%, tend to be secured a large polarization ratio. The polarization ratio is preferably 0.8 or more at the peak wavelength of the TM mode light.

次に、素子パラメータが共振素子の特性に与える影響について説明する。以下の説明では、実施例と同様に、基板14は透明とし、基板14の屈折率は1.5とした。   Next, the influence of element parameters on the characteristics of the resonant element will be described. In the following description, as in the example, the substrate 14 is transparent, and the refractive index of the substrate 14 is 1.5.

(A)フィルファクタ(ff)について
図10は、実施例で使用したシミュレーションモデルにおいて、フィルファクタ(ff)を変えた場合のTMモードの光のピーク波長での偏光比とTMモードの光のピーク透過率を示す図面である。図10では、偏光比ηの絶対値と、TMモードの光のピーク透過率のフィルファクタ依存性を示している。図10の横軸はフィルファクタを示し、左側の縦軸は偏光比を示し、右側の縦軸は、ピーク透過率(%)を示す。図10に示した偏光比は、TMモードの光のピーク透過率に対応する波長(ピーク波長)で計算されている。
(A) Fill factor (ff) FIG. 10 shows the polarization ratio at the peak wavelength of TM mode light and the peak of TM mode light when the fill factor (ff) is changed in the simulation model used in the example. It is drawing which shows the transmittance | permeability. FIG. 10 shows the fill factor dependence of the absolute value of the polarization ratio η and the peak transmittance of TM mode light. The horizontal axis in FIG. 10 represents the fill factor, the left vertical axis represents the polarization ratio, and the right vertical axis represents the peak transmittance (%). The polarization ratio shown in FIG. 10 is calculated at a wavelength (peak wavelength) corresponding to the peak transmittance of TM mode light.

シミュレーション条件は、次のように設定した。
Λ1=Λ2=250nm
d=20nm
d1=d2=40nm
=1.55
k=0
上記条件でff1及びff2を0.3から0.8まで変えてシミュレーションを行った。なお、ff1=ff2である。
The simulation conditions were set as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
n B = 1.55
k = 0
The simulation was performed by changing ff1 and ff2 from 0.3 to 0.8 under the above conditions. Note that ff1 = ff2.

図10から理解されるように、ff1(=ff2)が0.6より小さくなると、偏光比ηの絶対値が0.8より小さくなる。ff1(=ff2)が0.8より大きくなると、TMモードの光の透過率の最大値が50%より小さくなる。そのため、ff1(=ff2)の範囲としては、0.6以上0.8以下が好ましい。ただし、誘電体層11の屈折率がより大きくなると、ff1(=ff2)は、0.6以上0.9以下であってもよい。これは、屈折率が大きくなると、TMモードの光の透過率の最大値が大きくなるからである。ここでは、共振素子10Aの構成を例にしてフィルファクタ(ff)の影響について説明したが、他の構成(共振素子10B,10C)の場合も同様である。   As understood from FIG. 10, when ff1 (= ff2) becomes smaller than 0.6, the absolute value of the polarization ratio η becomes smaller than 0.8. When ff1 (= ff2) is larger than 0.8, the maximum value of the TM mode light transmittance is smaller than 50%. Therefore, the range of ff1 (= ff2) is preferably 0.6 or more and 0.8 or less. However, when the refractive index of the dielectric layer 11 becomes larger, ff1 (= ff2) may be 0.6 or more and 0.9 or less. This is because the maximum value of TM mode light transmittance increases as the refractive index increases. Here, the influence of the fill factor (ff) has been described by taking the configuration of the resonant element 10A as an example, but the same applies to other configurations (resonant elements 10B and 10C).

(B)屈折率について
誘電体層11の屈折率nが大きくなると、TMモードの光の透過率は増加するが、短波長側でTEモードの光の透過率も増加する傾向にある。また、屈折率nが増加するにつれて、長波長側におけるTMモードの光の透過率が大きくなるので、FWHMが広くなる。そのため、非常に高い屈折率ではFWHMが好ましくない範囲になる場合があり、特に、長波長側でその傾向がある。共振素子10A,10B,10Cの各構成についての屈折率の影響について説明する。
(B) Refractive index When the refractive index n B of the dielectric layer 11 increases, the TM mode light transmittance increases, but the TE mode light transmittance also tends to increase on the short wavelength side. Also, as the refractive index n B increases, the TM mode light transmittance on the long wavelength side increases, so the FWHM becomes wider. For this reason, FWHM may be in an unfavorable range at a very high refractive index, and this tendency tends to occur particularly on the long wavelength side. The influence of the refractive index on each configuration of the resonant elements 10A, 10B, and 10C will be described.

(B−1)共振素子10Aについて
図11(a)は、屈折率nに対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図11(b)は、屈折率nに対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(B-1) Resonant Element 10A FIG. 11A is a diagram showing a change in wavelength dependency of TM mode light transmittance with respect to the refractive index n B. FIG. 11B is a diagram showing a change in the wavelength dependence of the TE mode light transmittance with respect to the refractive index n B.

図11(a)及び図11(b)に示した結果は、実施例で使用したシミュレーションモデルに対するシミュレーション結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIGS. 11A and 11B are simulation results for the simulation model used in the example. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、屈折率nを1.55、1.75、1.95及び2.15に変えた。 In the simulation, the refractive index n B was changed to 1.55, 1.75, 1.95 and 2.15.

図11(a)に示したシミュレーション結果より、TMモードの光のピーク透過率は、屈折率nが1.55から2.15に増加するにつれて、61%から80.48%まで増加している。ピーク波長は、屈折率nが1.55から2.15に増加するにつれて、460nmから580nmまでシフトしている。図11(b)に示すように、屈折率nが1.55から2.15に増加するにつれて、440nmより短波長側ではTEモードの光の透過率が急激に増加している。従って、共振素子10Aの構成では、屈折率nは、1.55以上1.95以下が適切である。屈折率nがこの範囲であれば、TMモードの光は60%以上の透過率を確保できると共に、TEモードの光の最大透過率は波長400nmにおける21.3%である。屈折率nが1.95より大きいと、波長400nmのTEモードの光の透過率がより高くなるので(屈折率nが2.15の場合、透過率は48.6%)、結果として、所望の偏光比ηが得られず、偏光分離機能が低下する。 From the simulation result shown in FIG. 11A, the peak transmittance of TM mode light increases from 61% to 80.48% as the refractive index n B increases from 1.55 to 2.15. Yes. The peak wavelength is shifted from 460 nm to 580 nm as the refractive index n B increases from 1.55 to 2.15. As shown in FIG. 11B, as the refractive index n B increases from 1.55 to 2.15, the light transmittance of the TE mode rapidly increases on the shorter wavelength side than 440 nm. Therefore, in the configuration of the resonant element 10A, the refractive index n B is appropriately 1.55 or more and 1.95 or less. If the refractive index n B is within this range, the TM mode light can ensure a transmittance of 60% or more, and the maximum transmittance of the TE mode light is 21.3% at a wavelength of 400 nm. When the refractive index n B is larger than 1.95, the transmittance of the TE mode light having a wavelength of 400 nm is higher (when the refractive index n B is 2.15, the transmittance is 48.6%). The desired polarization ratio η cannot be obtained, and the polarization separation function is lowered.

(B−2)共振素子10Bについて
図12(a)は、屈折率nに対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図12(b)は、屈折率nに対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(B-2) Resonant Element 10B FIG. 12A is a diagram showing a change in wavelength dependence of TM mode light transmittance with respect to the refractive index n B. FIG. 12B is a diagram showing a change in the wavelength dependency of the light transmittance of the TE mode with respect to the refractive index n B.

図12(a)及び図12(b)に示した結果は、共振素子10Bに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIGS. 12A and 12B are the results of simulation performed on the resonant element 10B. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、屈折率nを1.75、1.95及び2.15に変えた。 In the simulation, the refractive index n B was changed to 1.75, 1.95 and 2.15.

図12(a)及び図12(b)に示されているように、屈折率nが大きくなるにつれて、短波長側でのTEモードの光の透過率は大きくなっている。TMモードの光のピーク透過率は、屈折率nが1.75から2.15に増加するにつれて54.1%から73.4%に増加している。また、TMモードの光のピーク波長は、屈折率nが1.75から2.15に増加するにつれて、460nmから510nmまでシフトしている。また、図12(b)に示すように、屈折率nが1.75から2.15に増加するにつれて、440nmより短波長側ではTEモードの光の透過率が急激に増加している。従って、k=0である共振素子10Bの構成では、屈折率nは、1.75以上1.95以下が適切である。屈折率nがこの範囲であれば、TMモードの光はピーク透過率として54%以上を確保できると共に、TEモードの光の最大透過率は400nmにおける12.4%程度である。屈折率nが1.95より大きいと、波長400nmのTEモードの光の透過率が20%を超えるので(屈折率が2.15の場合、透過率は20.7%)、結果として、所望の偏光比ηが得られず、偏光分離機能が低下する。 Figure 12 (a) and 12 as shown in FIG. 12 (b), as the refractive index n B increases, the transmittance of light in the TE mode in a short wavelength side is greater. The peak transmittance of TM mode light increases from 54.1% to 73.4% as the refractive index n B increases from 1.75 to 2.15. Further, the peak wavelength of the TM mode light is shifted from 460 nm to 510 nm as the refractive index n B increases from 1.75 to 2.15. Further, as shown in FIG. 12B, as the refractive index n B increases from 1.75 to 2.15, the transmittance of the TE mode light rapidly increases on the shorter wavelength side than 440 nm. Therefore, in the configuration of the resonant element 10B in which k = 0, the refractive index n B is appropriately 1.75 or more and 1.95 or less. If the refractive index n B is within this range, the TM mode light can secure a peak transmittance of 54% or more, and the TE mode light has a maximum transmittance of about 12.4% at 400 nm. If the refractive index n B is larger than 1.95, the transmittance of the light of the TE mode having a wavelength of 400 nm exceeds 20% (when the refractive index is 2.15, the transmittance is 20.7%). The desired polarization ratio η cannot be obtained, and the polarization separation function is lowered.

(B−3)共振素子10Cについて
図13(a)は、屈折率nに対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図13(b)は、屈折率nに対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(B-3) Resonant Element 10C FIG. 13A is a diagram showing a change in wavelength dependency of TM mode light transmittance with respect to the refractive index n B. FIG. 13B is a diagram showing a change in the wavelength dependence of the TE mode light transmittance with respect to the refractive index n B.

図13(a)及び図13(b)に示した結果は、共振素子10Cに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
d=40nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIG. 13A and FIG. 13B are the results of a simulation performed on the resonant element 10C. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
d = 40 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、屈折率nを1.5、1.75、1.95及び2.15に変えた。 In the simulation, the refractive index n B was changed to 1.5, 1.75, 1.95 and 2.15.

図13(a)及び図13(b)に示されているように、共振素子10Cでは、変化させた全ての屈折率nに対して、共振素子10A及び共振素子10Bの場合より、短波長側でTEモードの光の透過率が低減している。従って、偏光比ηの減少も共振素子10A及び共振素子10Bの場合より小さい。TMモードの光のピーク透過率は、屈折率nが1.5の場合に対して33.9%であり、屈折率nが2.15の場合に対して70.9%である。また、TMモードの光のピーク波長は、屈折率nが1.5から2.15に増加するにつれて、430nmから470nmまでシフトしている。また、図13(b)に示されるように、TEモードの光の最大透過率は、屈折率nが2.15の場合の波長400nmで生じており、その値は5.6%である。共振素子10Cの構成では、屈折率nは、1.5以上2.15以下が適切である。屈折率nがこの範囲であれば、TMモードの光において30%を超えるピーク透過率を得られると共に、440nmより長波長側で0.9052を超える偏光比ηを得られる。TMモードの光のピーク透過率は屈折率nが1.5の場合、比較的小さい。しかしながら、ピーク透過率は他のパラメータ(例えば、金属細線の厚さなど)を変えることによって変更できるので、共振素子10Cにおいて、1.5以上2.15以下である屈折率を有する誘電体は、例えば、有効な光学フィルタを得るために使用され得る。 As shown in FIGS. 13A and 13B, the resonant element 10C has a shorter wavelength than the resonant elements 10A and 10B for all the changed refractive indexes n B. On the side, the light transmittance of the TE mode is reduced. Therefore, the decrease in the polarization ratio η is smaller than that of the resonant element 10A and the resonant element 10B. The peak transmittance of TM mode light is 33.9% when the refractive index n B is 1.5, and 70.9% when the refractive index n B is 2.15. Further, the peak wavelength of TM mode light is shifted from 430 nm to 470 nm as the refractive index n B increases from 1.5 to 2.15. Further, as shown in FIG. 13B, the maximum transmittance of light in the TE mode occurs at a wavelength of 400 nm when the refractive index n B is 2.15, and its value is 5.6%. . In the configuration of the resonant element 10C, the refractive index n B is suitably 1.5 or more and 2.15 or less. When the refractive index n B is within this range, a peak transmittance exceeding 30% can be obtained in TM mode light, and a polarization ratio η exceeding 0.9052 can be obtained on the longer wavelength side than 440 nm. The peak transmittance of TM mode light is relatively small when the refractive index n B is 1.5. However, since the peak transmittance can be changed by changing other parameters (for example, the thickness of the fine metal wire), the dielectric having a refractive index of 1.5 or more and 2.15 or less in the resonant element 10C is For example, it can be used to obtain an effective optical filter.

(C)誘電体層11の厚さdについて
(C−1)共振素子10A
図14(a)は、誘電体層11の厚さに対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図14(b)は、誘電体層11の厚さに対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(C) Thickness d of dielectric layer 11 (C-1) Resonant element 10A
FIG. 14A is a drawing showing the change in wavelength dependence of the TM mode light transmittance with respect to the thickness of the dielectric layer 11. FIG. 14B is a diagram showing a change in the wavelength dependency of the transmittance of light in the TE mode with respect to the thickness of the dielectric layer 11.

図14(a)及び図14(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIG. 14A and FIG. 14B are the results of a simulation performed on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、誘電体層の厚さdを10nm、20nm、40nm、60nm及び80nmに変えた。   In the simulation, the thickness d of the dielectric layer was changed to 10 nm, 20 nm, 40 nm, 60 nm, and 80 nm.

図14(a)に示されているように、厚さdが増加するにつれて、TMモードの光に対するピーク透過率は、62.6%から21.3%に減少し、ピーク波長は、470nmから440nmにシフトする。更に、厚さdが増加するにつれて、長波長領域の望ましくないテイルバンドが抑制されている。共振素子10Aの構成では、厚さdは10nm以上60nm以下が適切である。この範囲であれば、TMモードの光において、30%を超えるピーク透過率を得られると共に、TMモードの光のピーク波長において、偏光比ηは0.9より大きい。厚さdが80nmになると、TEモードの光における透過率の最大値(波長400nmでの透過率)が許容範囲を超えた25.7%となる。   As shown in FIG. 14 (a), as the thickness d increases, the peak transmittance for TM mode light decreases from 62.6% to 21.3%, and the peak wavelength starts from 470 nm. Shift to 440 nm. Furthermore, as the thickness d increases, undesirable tailbands in the long wavelength region are suppressed. In the configuration of the resonant element 10A, the thickness d is suitably 10 nm or more and 60 nm or less. Within this range, a peak transmittance exceeding 30% can be obtained in TM mode light, and the polarization ratio η is greater than 0.9 at the peak wavelength of TM mode light. When the thickness d is 80 nm, the maximum transmittance (transmittance at a wavelength of 400 nm) in TE mode light is 25.7%, which exceeds the allowable range.

(C−2)共振素子10B
図15(a)は、誘電体層11の厚さに対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図15(b)は、誘電体層11の厚さに対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(C-2) Resonant element 10B
FIG. 15A is a diagram showing a change in wavelength dependency of TM mode light transmittance with respect to the thickness of the dielectric layer 11. FIG. 15B is a diagram showing a change in the wavelength dependence of the TE mode light transmittance with respect to the thickness of the dielectric layer 11.

図15(a)及び図15(b)に示した結果は、共振素子10Bに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIG. 15A and FIG. 15B are the results of a simulation performed on the resonant element 10B. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、厚さdを20nm、40nm、60nm及び80nmに変えた。   In the simulation, the thickness d was changed to 20 nm, 40 nm, 60 nm, and 80 nm.

図15(a)に示されているように、厚さdが増加するにつれて、TMモードの光に対するピーク透過率は、42.0%から20.6%に減少し、ピーク波長は、440nmから430nmにシフトする。更に、厚さdが増加するにつれて、長波長領域の望ましくないテイルバンドがより抑制されている。厚さdが20nmより小さいと、長波長側で望ましくないテイルバンドにおいて、許容範囲を超えた高い透過率となる。共振素子10Bの構成では、厚さdは20nm以上60nm以下が適切である。この範囲であれば、30%を超えるピーク透過率を得られると共に、高い偏光比ηを得られる。厚さdが60nmの場合、波長430nm〜600nmのTMモードの光の透過率に対して、偏光比ηは0.7より大きい。厚さdが大きくなるにつれて、TEモードの光の透過率が短波長側で急激に大きくなるが、厚さdが60nmであれば、TEモードの光における透過率の最大値(波長400nmでの透過率)が2.1%程度である。   As shown in FIG. 15 (a), as the thickness d increases, the peak transmittance for TM mode light decreases from 42.0% to 20.6%, and the peak wavelength from 440 nm. Shift to 430 nm. Furthermore, as the thickness d increases, undesirable tailbands in the long wavelength region are more suppressed. When the thickness d is smaller than 20 nm, a high transmittance exceeding an allowable range is obtained in an unsuitable tail band on the long wavelength side. In the configuration of the resonant element 10B, the thickness d is appropriately 20 nm or more and 60 nm or less. Within this range, a peak transmittance exceeding 30% can be obtained, and a high polarization ratio η can be obtained. When the thickness d is 60 nm, the polarization ratio η is greater than 0.7 with respect to the transmittance of TM mode light having a wavelength of 430 nm to 600 nm. As the thickness d increases, the TE mode light transmittance rapidly increases on the short wavelength side. However, if the thickness d is 60 nm, the maximum transmittance of the TE mode light (at a wavelength of 400 nm). Transmittance) is about 2.1%.

(C−3)共振素子10C
図16(a)は、誘電体層11の厚さに対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図16(b)は、誘電体層11の厚さに対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(C-3) Resonant element 10C
FIG. 16A is a drawing showing a change in wavelength dependency of TM mode light transmittance with respect to the thickness of the dielectric layer 11. FIG. 16B is a diagram showing a change in the wavelength dependency of the transmittance of light in the TE mode with respect to the thickness of the dielectric layer 11.

図16(a)及び図16(b)に示した結果は、共振素子10Cに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIG. 16A and FIG. 16B are the results of a simulation performed on the resonant element 10C. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、厚さdを20nm、40nm、60nm及び80nmに変えた。   In the simulation, the thickness d was changed to 20 nm, 40 nm, 60 nm, and 80 nm.

図16(a)に示されているように、厚さdが増加するにつれて、TMモードの光に対するピーク透過率は、42.3%から22.0%に減少し、ピーク波長は、ほぼ430nmで一定である。また、厚さdが増加するにつれて、長波長領域の望ましくないテイルバンドがより抑制されている。厚さdが40nmより小さいと、長波長側で望ましくないテイルバンドにおいて、許容範囲を超えた高い透過率となる。共振素子10C(ただし、k=0)の構成では、厚さdは40nm以上60nm以下が適切である。この範囲であれば、30%を超えるピーク透過率を得られると共に、TMモードの光のピーク波長において、偏光比ηは0.9より大きい。厚さdが大きくなるにつれて、TEモードの光の透過率が短波長側で急激に大きくなるが、厚さdが60nmであれば、TEモードの光における透過率の最大値(波長400nmでの透過率)が0.9%程度である。   As shown in FIG. 16 (a), as the thickness d increases, the peak transmittance for TM mode light decreases from 42.3% to 22.0%, and the peak wavelength is approximately 430 nm. It is constant at. Further, as the thickness d increases, an undesirable tail band in the long wavelength region is further suppressed. When the thickness d is smaller than 40 nm, a high transmittance exceeding an allowable range is obtained in an undesired tail band on the long wavelength side. In the configuration of the resonant element 10C (where k = 0), the thickness d is suitably 40 nm or more and 60 nm or less. Within this range, a peak transmittance exceeding 30% can be obtained, and the polarization ratio η is greater than 0.9 at the peak wavelength of the TM mode light. As the thickness d increases, the TE mode light transmittance rapidly increases on the short wavelength side. However, if the thickness d is 60 nm, the maximum transmittance of the TE mode light (at a wavelength of 400 nm). Transmittance) is about 0.9%.

(D)第1及び第2の金属細線12a,13aの厚さd1,d2について
図17(a)は、第1及び第2の金属細線12a,13aの厚さd1,d2に対する、TMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図17(b)は、第1及び第2の金属細線12a,13aの厚さd1,d2に対する、TEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(D) Regarding the thicknesses d1 and d2 of the first and second fine metal wires 12a and 13a FIG. 17A shows the TM mode for the thicknesses d1 and d2 of the first and second fine metal wires 12a and 13a. It is drawing which shows the change of the wavelength dependence of the transmittance | permeability of light. FIG. 17B is a diagram showing a change in the wavelength dependency of the light transmittance of the TE mode with respect to the thicknesses d1 and d2 of the first and second fine metal wires 12a and 13a.

図17(a)及び図17(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d=20nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIGS. 17A and 17B are results obtained by performing simulation on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d = 20 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、厚さd1,d2を20nm、30nm、40nm、60nm、70nm及び80nmに変えた。ただし、厚さd1と厚さd2は同じ値とした。   In the simulation, the thicknesses d1 and d2 were changed to 20 nm, 30 nm, 40 nm, 60 nm, 70 nm, and 80 nm. However, the thickness d1 and the thickness d2 were the same value.

図17(a)に示されるように、厚さd1,d2が30nmから70nmに増加するにつれて、TMモードの光に対するピーク透過率は、35.8%から89.8%に増加し、ピーク波長は、440nmから約605nm(600nmと610nmの間)にシフトする。厚さd1,d2が増加するにつれて、TEモードの光に対する透過率は図17(b)に示したほぼ全波長において減少する。厚さd1,d2が20nm以下の場合、可視光領域のほぼ全ての領域でTMモードの光の透過率は10%より小さく、偏光比ηの絶対値は許容範囲を超えるほど小さい。厚さd1,d2が70nmより大きいと、短波長側における望ましくないテイルバンドにおいて、透過率が許容範囲を超えるほど大きくなる。従って、共振素子10Aに対しては、厚さd1及び厚さd2は共に、30nm以上70nm以下が好ましい。この範囲であれば、TMモードの光に対して30%を超えるピーク透過率を得られると共に、波長420nmより長波長側において0.8を超える偏光比ηを得られる。厚さd1,d2が30nmのときTEモードの光における透過率は最大値(波長400nmでの透過率)を示し、その値は、3.8%である。ここでは、共振素子10Aの構成を例にして厚さd1,d2の影響について説明したが、他の構成(共振素子10B,10C)の場合も同様である。   As shown in FIG. 17 (a), as the thicknesses d1 and d2 increase from 30 nm to 70 nm, the peak transmittance for TM mode light increases from 35.8% to 89.8%, and the peak wavelength Shift from 440 nm to about 605 nm (between 600 nm and 610 nm). As the thicknesses d1 and d2 increase, the transmittance for light in the TE mode decreases at almost all wavelengths shown in FIG. When the thicknesses d1 and d2 are 20 nm or less, the TM mode light transmittance is less than 10% in almost all the visible light region, and the absolute value of the polarization ratio η is so small that it exceeds the allowable range. When the thicknesses d1 and d2 are larger than 70 nm, the transmittance increases in an undesired tail band on the short wavelength side as the allowable range is exceeded. Therefore, for the resonant element 10A, both the thickness d1 and the thickness d2 are preferably 30 nm or more and 70 nm or less. Within this range, a peak transmittance exceeding 30% can be obtained for TM mode light, and a polarization ratio η exceeding 0.8 can be obtained on the longer wavelength side than the wavelength of 420 nm. When the thicknesses d1 and d2 are 30 nm, the transmittance in TE mode light shows a maximum value (transmittance at a wavelength of 400 nm), and the value is 3.8%. Here, the influence of the thicknesses d1 and d2 has been described by taking the configuration of the resonant element 10A as an example, but the same applies to other configurations (resonant elements 10B and 10C).

(E)周期Λ1,Λ2について
図18(a)は、第1及び第2の金属回折格子12,13の周期Λ1,Λ2に対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図18(b)は、第1及び第2の金属回折格子12,13の周期Λ1,Λ2に対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(E) Periods Λ1 and Λ2 FIG. 18A is a diagram showing a change in wavelength dependency of TM mode light transmittance with respect to periods Λ1 and Λ2 of the first and second metal diffraction gratings 12 and 13. is there. FIG. 18B is a diagram showing a change in wavelength dependency of the transmittance of light in the TE mode with respect to the periods Λ 1 and Λ 2 of the first and second metal diffraction gratings 12 and 13.

図18(a)及び図18(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
=1.55
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIGS. 18A and 18B are results obtained by performing simulation on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
n B = 1.55
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、周期Λ1,Λ2を190nm、230nm、270nm及び310nmに変えた。ただし、周期Λ1,Λ2は同じ値とした。   In the simulation, the periods Λ1 and Λ2 were changed to 190 nm, 230 nm, 270 nm, and 310 nm. However, the periods Λ1 and Λ2 are the same value.

図18(a)及び図18(b)より、共振素子10Aにおいて、周期Λ1,Λ2が230nm以上270nm以下の範囲が好ましいことがわかる。この範囲であれば、TMモードの光に対して40%を超えるピーク透過率を得られると共に、波長400nmより長波長側でより大きな偏光比ηを得られる。上記範囲では、ピーク波長は、約440nmから約470nmにレッドシフトする。周期Λ1,Λ2が270nmを超えると、TEモードの光の透過率は図18(b)に示した全波長においてほぼ増加する。偏光比ηの絶対値は小さくなり、許容範囲を超える。周期Λ1,Λ2が270nmを超えると、長波長側及び短波長側の両方の望ましくないテイルバンドにおけるTMモードの光の透過率は、高くなり許容範囲を超える。ここでは、共振素子10Aの構成を例にして周期Λ1,Λ2の影響について説明したが、他の構成(共振素子10B,10C)の場合も同様である。   18 (a) and 18 (b), it can be seen that in the resonant element 10A, the periods Λ1 and Λ2 are preferably in the range of 230 nm to 270 nm. Within this range, a peak transmittance exceeding 40% can be obtained for TM mode light, and a larger polarization ratio η can be obtained on the longer wavelength side than the wavelength of 400 nm. In the above range, the peak wavelength is red shifted from about 440 nm to about 470 nm. When the periods Λ1 and Λ2 exceed 270 nm, the light transmittance of the TE mode substantially increases at all wavelengths shown in FIG. The absolute value of the polarization ratio η becomes smaller and exceeds the allowable range. When the periods Λ1 and Λ2 exceed 270 nm, the transmittance of light in the TM mode in the undesired tail bands on both the long wavelength side and the short wavelength side increases and exceeds the allowable range. Here, the influence of the periods Λ1, Λ2 has been described by taking the configuration of the resonant element 10A as an example, but the same applies to other configurations (resonant elements 10B, 10C).

(F)オフセットkについて
図19(a)は、オフセットkに対するTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図19(b)は、オフセットkに対するTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(F) Offset k FIG. 19A is a diagram showing a change in wavelength dependency of the transmittance of TM mode light with respect to the offset k. FIG. 19B is a diagram showing a change in wavelength dependence of the transmittance of light in the TE mode with respect to the offset k.

図19(a)及び図19(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
The results shown in FIG. 19A and FIG. 19B are the results of a simulation performed on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7

シミュレーションでは、オフセットkを10nm、20nm、30nm及び40nmに変えた。   In the simulation, the offset k was changed to 10 nm, 20 nm, 30 nm, and 40 nm.

図19(a)及び図19(b)に示されているように、オフセットkが増加するにつれてTMモードのピーク透過率は減少し、TEモードの光のピーク透過率も減少している。小さいけれども0ではないk(例えば、kが30nm以下)であれば、長波長側でのテイルバンドを抑制するため、共振素子10Aの構成として好ましい。一方、kが40nm以上であると、TMモードの光の透過率分布において波長520nm近傍に望ましくない2つめの透過率のピークが現れる。そのため、40nm以上のkは共振素子10Aには好ましくない。kが10nm、20nm及び30nmのそれぞれの値におけるTMモードの光のピーク透過率は、58.5%、57.6%及び53.7%である。kが30nm以下であれば、kが大きくなってもピーク透過率の減少は小さい。従って、kが0より大きく30nm以下であれば、光学特性の顕著な劣化を引き起こさない一方、長波長側でのテイルバンドを抑制し得るので好ましい。なお、kが10nmにおいて、TEモードの光の最大透過率は、波長400nmにおいて1%以下であった。ここでは、共振素子10Aの構成を例にしてオフセットkの影響について説明したが、他の構成(共振素子10B,10C)の場合も同様である。   As shown in FIGS. 19A and 19B, as the offset k increases, the TM mode peak transmittance decreases and the TE mode light peak transmittance also decreases. If it is small but not 0 (for example, k is 30 nm or less), the tail band on the long wavelength side is suppressed, which is preferable as the configuration of the resonant element 10A. On the other hand, if k is 40 nm or more, an undesirable second transmittance peak appears in the vicinity of the wavelength of 520 nm in the transmittance distribution of TM mode light. Therefore, k of 40 nm or more is not preferable for the resonant element 10A. The peak transmittances of TM mode light when k is 10 nm, 20 nm, and 30 nm are 58.5%, 57.6%, and 53.7%, respectively. When k is 30 nm or less, the decrease in peak transmittance is small even when k is large. Therefore, it is preferable that k is greater than 0 and not more than 30 nm because it does not cause significant deterioration of the optical characteristics, but can suppress the tail band on the long wavelength side. Note that when k was 10 nm, the maximum transmittance of light in the TE mode was 1% or less at a wavelength of 400 nm. Here, the influence of the offset k has been described by taking the configuration of the resonant element 10A as an example, but the same applies to other configurations (resonant elements 10B and 10C).

(G)非対称性の影響について
これまでの説明では、第1及び第2の金属回折格子12,13を表す各素子パラメータは、第1及び第2の金属回折格子12,13において同じとしたが、対応する素子パラメータは異なっていてもよい。なお、対応する素子パラメータの値が異なることを非対称と称す。
(G) Effect of Asymmetry In the above description, the element parameters representing the first and second metal diffraction gratings 12 and 13 are the same in the first and second metal diffraction gratings 12 and 13. The corresponding element parameters may be different. The difference in the corresponding element parameter values is called asymmetry.

(G−1)厚さd1,d2の非対称性
図20(a)は、厚さd1,d2が異なる場合のTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図20(b)は、厚さd1,d2が異なる場合のTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(G-1) Asymmetry of Thicknesses d1 and d2 FIG. 20A is a diagram showing a change in wavelength dependency of TM mode light transmittance when the thicknesses d1 and d2 are different. FIG. 20B is a diagram illustrating a change in wavelength dependency of the light transmittance of the TE mode when the thicknesses d1 and d2 are different.

図20(a)及び図20(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d=20nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIG. 20A and FIG. 20B are the results of a simulation performed on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d = 20 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、(d2,d1)の組み合わせを(70nm,30nm)、(70nm,50nm)及び(50nm,70nm)に変えた。   In the simulation, the combination of (d2, d1) was changed to (70 nm, 30 nm), (70 nm, 50 nm), and (50 nm, 70 nm).

図17(a)に示したように、d1及びd2がいずれも30nmの場合、ピーク透過率が低かったが、図20(a)に示されるように、(d2,d1)の上記全ての組み合わせにおいて、TMモードの光のピーク透過率は80%を超えた。例えば、d1が30nmであり、d2が70nmの場合、ピーク透過率は81%であった。従って、d1及びd2が30nmから70nmの範囲内であれば、厚さd1と厚さd2とが異なる形態は、偏光分離機能を高くすることができる。ここでは、共振素子10Aの構成を例にして厚さd1と厚さd2とが異なる場合の影響について説明したが、他の構成(共振素子10B,10C)の場合も同様である。(d2,d1)の組み合わせが反転している場合、すなわち、(70nm,50nm)及び(50nm,70nm)の場合、TEモードの光の透過率はほぼ同じであったが、TMモードの光に関しては、約10nm程度のピーク波長のシフトが生じると共に、ピーク透過率も4.2%程度の差が生じている。   As shown in FIG. 17 (a), when both d1 and d2 were 30 nm, the peak transmittance was low, but as shown in FIG. 20 (a), all the combinations of (d2, d1) above. The peak transmittance of TM mode light exceeded 80%. For example, when d1 is 30 nm and d2 is 70 nm, the peak transmittance was 81%. Therefore, if d1 and d2 are in the range of 30 nm to 70 nm, a configuration in which the thickness d1 and the thickness d2 are different can increase the polarization separation function. Here, the influence of the case where the thickness d1 and the thickness d2 are different has been described by taking the configuration of the resonance element 10A as an example, but the same applies to other configurations (resonance elements 10B and 10C). When the combination of (d2, d1) is inverted, that is, in the cases of (70 nm, 50 nm) and (50 nm, 70 nm), the transmittance of the TE mode light is almost the same. In this case, a peak wavelength shift of about 10 nm occurs, and the peak transmittance also differs by about 4.2%.

(G−2)周期Λ1,Λ2の非対称性
図21(a)は、周期Λ1,Λ2が異なる場合のTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図21(a)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
=1.55
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
(G-2) Asymmetry of Periods Λ1 and Λ2 FIG. 21A is a diagram showing a change in wavelength dependency of the light transmittance of the TM mode when the periods Λ1 and Λ2 are different. The result shown in FIG. 21A is a result of a simulation performed on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
n B = 1.55
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、(Λ2,Λ1)の組み合わせを(270nm,230nm)、(270nm,250nm)、(250nm,255nm)及び(250nm,260nm)に変えた。   In the simulation, the combination of (Λ2, Λ1) was changed to (270 nm, 230 nm), (270 nm, 250 nm), (250 nm, 255 nm), and (250 nm, 260 nm).

図21(a)に示されるように、周期Λ1,Λ2の差の絶対値が20nmの以上の場合、すなわち、(Λ2,Λ1)が(270nm,230nm)及び(270nm,250nm)の場合では、TMモードの光の透過率は変則的に変化しており、共振素子10Aを光学フィルタとして使用できない構成である。一方、周期Λ1,Λ2の差の絶対値が10nm以下の場合、すなわち、(Λ2,Λ1)が(250nm,255nm)及び(250nm,260nm)の場合では、TMモードの光の透過率特性は、周期Λ1,Λ2が同じ場合とほぼ同様であった。具体的には、(Λ2,Λ1)が(250nm,250nm)の場合のTMモードの光のピーク透過率は61%であり(図3参照)、ピーク波長は460nmであった。一方、(Λ2,Λ1)が(250nm,255nm)及び(250nm,260nm)それぞれの場合のTMモードの光のピーク透過率は60.11%及び54.25%であり、ピーク波長は460nm及び470nmであった。これらの結果より、周期Λ1,Λ2の差の絶対値が10nmの場合において、周期Λ1,Λ2が同じ場合に比べてピーク波長が10nm程度、シフトしていることがわかる。そのため、周期Λ1,Λ2の大きさの違いは、10nm程度であれば、TMモードの光の透過特性にほとんど影響を生じさせないことが理解され得る。   As shown in FIG. 21A, when the absolute value of the difference between the periods Λ1 and Λ2 is 20 nm or more, that is, when (Λ2, Λ1) is (270 nm, 230 nm) and (270 nm, 250 nm), The TM mode light transmittance changes irregularly, and the resonant element 10A cannot be used as an optical filter. On the other hand, when the absolute value of the difference between the periods Λ1 and Λ2 is 10 nm or less, that is, when (Λ2, Λ1) is (250 nm, 255 nm) and (250 nm, 260 nm), the transmittance characteristics of TM mode light are This was almost the same as when the periods Λ1 and Λ2 were the same. Specifically, when (Λ2, Λ1) is (250 nm, 250 nm), the peak transmittance of TM mode light is 61% (see FIG. 3), and the peak wavelength is 460 nm. On the other hand, when (Λ2, Λ1) is (250 nm, 255 nm) and (250 nm, 260 nm), the peak transmittance of TM mode light is 60.11% and 54.25%, and the peak wavelengths are 460 nm and 470 nm. Met. From these results, it can be seen that when the absolute value of the difference between the periods Λ1 and Λ2 is 10 nm, the peak wavelength is shifted by about 10 nm compared to the case where the periods Λ1 and Λ2 are the same. Therefore, it can be understood that if the difference between the periods Λ1 and Λ2 is about 10 nm, the TM mode light transmission characteristics are hardly affected.

図21(b)は、周期Λ1,Λ2が異なる場合のTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図21(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
=1.55
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
FIG. 21B is a diagram showing a change in wavelength dependency of the light transmittance of the TE mode when the periods Λ1 and Λ2 are different. The result shown in FIG. 21B is the result of simulation performed on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
n B = 1.55
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

シミュレーションでは、(Λ2,Λ1)の組み合わせを(250nm,255nm)及び(250nm,260nm)に変えた。   In the simulation, the combination of (Λ2, Λ1) was changed to (250 nm, 255 nm) and (250 nm, 260 nm).

図21(b)に示されるように、(Λ2,Λ1)が(250nm、255nm)の場合では、TEモードの光の最大透過率は、波長400nmにおいて1.2%であった。この最大透過率は、周期Λ1,Λ2が同じ場合より小さい。また、周期Λ1,Λ2の差の絶対値が10nmまで増加すると、図21(b)に示した全波長において透過率が低下していることがわかる。   As shown in FIG. 21 (b), when (Λ2, Λ1) is (250 nm, 255 nm), the maximum transmittance of light in the TE mode is 1.2% at a wavelength of 400 nm. This maximum transmittance is smaller than when the periods Λ1 and Λ2 are the same. Further, it can be seen that when the absolute value of the difference between the periods Λ1 and Λ2 increases to 10 nm, the transmittance decreases at all wavelengths shown in FIG.

従って、図21(a)及び図21(b)の結果より、周期Λ1,Λ2の差の絶対値が10nm以下であれば、周期Λ1,Λ2の違いは、偏光比ηの増加に寄与することがわかる。ここでは、共振素子10Aの構成を例にして周期Λ1,Λ2の非対称性の影響について説明したが、他の構成(共振素子10B,10C)の場合も同様である。   Therefore, from the results of FIGS. 21A and 21B, if the absolute value of the difference between the periods Λ1 and Λ2 is 10 nm or less, the difference between the periods Λ1 and Λ2 contributes to an increase in the polarization ratio η. I understand. Here, the influence of the asymmetry of the periods Λ1 and Λ2 has been described using the configuration of the resonant element 10A as an example, but the same applies to other configurations (resonant elements 10B and 10C).

(G−3)フィルファクタff1,ff2の非対称性
図22(a)は、フィルファクタff1,ff2が異なる場合のTMモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。図22(b)は、フィルファクタff1,ff2が異なる場合のTEモードの光の透過率の波長依存性の変化を示す図面である。
(G-3) Asymmetry of Fill Factors ff1 and ff2 FIG. 22A is a diagram showing a change in wavelength dependency of TM mode light transmittance when the fill factors ff1 and ff2 are different. FIG. 22B is a diagram illustrating a change in wavelength dependency of the light transmittance of the TE mode when the fill factors ff1 and ff2 are different.

図22(a)及び図22(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d=20nm
d1=d2=40nm
k=0
The results shown in FIGS. 22A and 22B are results obtained by performing simulation on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
k = 0

シミュレーションでは、(ff2,ff1)の組み合わせを(0.9,0.7)、(0.7,0.8)、(0.6,0.7)及び(0.6,0.9)に変えた。   In the simulation, the combination of (ff2, ff1) is changed to (0.9, 0.7), (0.7, 0.8), (0.6, 0.7) and (0.6, 0.9) Changed to.

図22(a)に示されるように、フィルファクタff1,ff2が異なる場合、TMモードの光のピーク透過率は小さくなる傾向がある。この傾向は、ff1及びff2がそれらの許容範囲の上限又は下限値に近づくにつれて大きくなる。従って、ff1及びff2が異なる場合には、それらの差は0.1より小さいことが好ましい。仮に、ff1及びff2の差の絶対値が0.1を超えると、透過率が減少しすぎるからである。また、ff1及びff2の一方が0.6である場合には、短波長での偏光比ηが小さくなりすぎて許容可能な範囲を超える。そのため、ff1及びff2が異なる場合には、それらを0.7以上0.8以下の範囲から選択することが好ましい。なお、(ff2,ff1)が(0.6,0.7)、(0.7,0.8)及び(0.9,0.7)である場合のTMモードのピーク透過率はそれぞれ57.03%、54.9%、35.1%であり、ピーク波長はそれぞれ460nm、480nm及び480nmであった。ff1及びff2の差の絶対値が0.1の場合、20nm程度のピーク波長のシフトが生じると共に、ピーク透過率も約5%程度減少する。ここでは、共振素子10Aの構成を例にしてフィルファクタff1,ff2の非対称性の影響について説明したが、他の構成(共振素子10B,10C)の場合も同様である。   As shown in FIG. 22A, when the fill factors ff1 and ff2 are different, the peak transmittance of TM mode light tends to be small. This tendency increases as ff1 and ff2 approach the upper limit or lower limit value of their allowable range. Therefore, when ff1 and ff2 are different, the difference between them is preferably smaller than 0.1. This is because if the absolute value of the difference between ff1 and ff2 exceeds 0.1, the transmittance is reduced too much. In addition, when one of ff1 and ff2 is 0.6, the polarization ratio η at a short wavelength becomes too small and exceeds the allowable range. Therefore, when ff1 and ff2 are different, it is preferable to select them from the range of 0.7 to 0.8. Note that the peak transmittance of the TM mode when (ff2, ff1) is (0.6, 0.7), (0.7, 0.8) and (0.9, 0.7) is 57 respectively. 0.03%, 54.9%, and 35.1%, and the peak wavelengths were 460 nm, 480 nm, and 480 nm, respectively. When the absolute value of the difference between ff1 and ff2 is 0.1, a peak wavelength shift of about 20 nm occurs, and the peak transmittance decreases by about 5%. Here, the influence of the asymmetry of the fill factors ff1 and ff2 has been described by taking the configuration of the resonant element 10A as an example, but the same applies to other configurations (resonant elements 10B and 10C).

これまでの種々のシミュレーション結果より、n、Λ1、Λ2、d、d1及びd2がTMモードの光のピーク透過率及び透過帯域により寄与しやすいことがわかる。特に、d1及びd2がピーク透過率及び透過帯域により寄与しやすい。このようなn、Λ1、Λ2、d、d1及びd2の寄与を考慮した、青色領域、緑色領域及び赤色領域におけるn、Λ1、Λ2、d、d1及びd2の好ましい範囲は次の通りである。
(a)青色領域
30nm≦d1,d2≦50nm
230nm≦Λ1,Λ2≦250nm
1.5≦n≦1.75
(b)緑色領域
50nm≦d1,d2≦60nm
250nm≦Λ1,Λ2≦270nm
1.5≦n≦2.15
(c)赤色領域
60nm≦d1,d2≦70nm
260nm≦Λ1,Λ2≦270nm
1.65≦n≦2.15
From the various simulation results so far, it can be seen that n B , Λ 1, Λ 2, d, d 1 and d 2 are more likely to contribute to the peak transmittance and transmission band of the TM mode light. In particular, d1 and d2 are likely to contribute to the peak transmittance and transmission band. Such n B, .LAMBDA.1, .LAMBDA.2, considering the contribution of d, d1 and d2, n B in the blue region, the green region and the red region, .LAMBDA.1, .LAMBDA.2, preferred ranges of d, d1 and d2 are as follows is there.
(A) Blue region 30 nm ≦ d1, d2 ≦ 50 nm
230 nm ≦ Λ1, Λ2 ≦ 250 nm
1.5 ≦ n B ≦ 1.75
(B) Green region 50 nm ≦ d1, d2 ≦ 60 nm
250 nm ≦ Λ1, Λ2 ≦ 270 nm
1.5 ≦ n B ≦ 2.15
(C) Red region 60 nm ≦ d1, d2 ≦ 70 nm
260 nm ≦ Λ1, Λ2 ≦ 270 nm
1.65 ≦ n B ≦ 2.15

図23(a)は、青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタとして使用可能な構成の共振素子10Aに対するTMモードの光の透過率の波長依存性を示す図面である。図23(b)は、青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタとして使用可能な構成の共振素子10Aに対するTEモードの光の透過率の波長依存性を示す図面である。   FIG. 23A is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of TM mode light with respect to the resonant element 10A that can be used as a blue filter, a green filter, and a red filter. FIG. 23B is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of light in the TE mode for the resonant element 10A that can be used as a blue filter, a green filter, and a red filter.

図23(a)及び図23(b)に示した結果は、共振素子10Aに対してシミュレーションを行った結果である。シミュレーション方法は、実施例の場合と同様である。シミュレーション条件は、次の通りである。
(i)青色フィルタ用の素子パラメータ
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d=20nm
d1=d2=40nm
ff1=ff2=0.7
k=0
(ii)緑色フィルタ用の素子パラメータ
Λ1=Λ2=250nm
=1.55
d=20nm
d1=d2=60nm
ff1=ff2=0.7
k=0
(iii)赤色フィルタ用の素子パラメータ
Λ1=Λ2=270nm
=1.65
d=20nm
d1=d2=70nm
ff1=ff2=0.7
k=0
The results shown in FIG. 23A and FIG. 23B are the results of a simulation performed on the resonant element 10A. The simulation method is the same as in the embodiment. The simulation conditions are as follows.
(I) Blue filter element parameter Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d = 20 nm
d1 = d2 = 40 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0
(Ii) Green filter element parameter Λ1 = Λ2 = 250 nm
n B = 1.55
d = 20 nm
d1 = d2 = 60 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0
(Iii) Red filter element parameters Λ1 = Λ2 = 270 nm
n B = 1.65
d = 20 nm
d1 = d2 = 70 nm
ff1 = ff2 = 0.7
k = 0

TMモードの光に対する青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタのピーク透過率はそれぞれ61%、86.7%及び95.1%であり、ピーク波長は460nm、530nm及び630nmであった。更に、TMモードの光に対する青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタのFWHMはそれぞれ65nm、100nm及び100nmであった。青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタに対するTEモードの光に対する最大透過率は1.725%、0.4%及び0.98%であった。これらのシミュレーション結果より、素子パラメータを適宜選択することで、共振素子10Aを青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタとして使用可能なことがわかる。   The peak transmittances of the blue filter, green filter, and red filter for TM mode light were 61%, 86.7%, and 95.1%, respectively, and the peak wavelengths were 460 nm, 530 nm, and 630 nm. Further, the FWHMs of the blue filter, the green filter, and the red filter for TM mode light were 65 nm, 100 nm, and 100 nm, respectively. The maximum transmittances for TE mode light for the blue, green and red filters were 1.725%, 0.4% and 0.98%. From these simulation results, it is understood that the resonant element 10A can be used as a blue filter, a green filter, and a red filter by appropriately selecting element parameters.

次に、図24を参照して、共振素子10Aを適用した液晶パネルについて説明する。図24は、共振素子を適用した液晶パネルの一実施形態の断面構成を示す模式図である。液晶パネル30は、第1の基板31、偏光板32、透明電極33、配向膜34、液晶層35、配向膜36、共振素子10A及び第2の基板37を有する。第1の基板31上に、偏光板32、透明電極33、配向膜34、液晶層35、配向膜36、共振素子10A及び第2の基板37が、この順に積層されている。液晶パネル30が、液晶表示装置といった透過型画像表示装置に組み込まれる際、第1の基板31にバックライトから出射された光が入射される。   Next, a liquid crystal panel to which the resonant element 10A is applied will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of an embodiment of a liquid crystal panel to which a resonant element is applied. The liquid crystal panel 30 includes a first substrate 31, a polarizing plate 32, a transparent electrode 33, an alignment film 34, a liquid crystal layer 35, an alignment film 36, a resonant element 10 </ b> A, and a second substrate 37. On the first substrate 31, a polarizing plate 32, a transparent electrode 33, an alignment film 34, a liquid crystal layer 35, an alignment film 36, a resonance element 10A, and a second substrate 37 are stacked in this order. When the liquid crystal panel 30 is incorporated into a transmissive image display device such as a liquid crystal display device, light emitted from the backlight is incident on the first substrate 31.

第1及び第2の基板31,37は、基板14と同じ透明基板である。偏光板32、透明電極33、液晶層35及び配向膜34,36は公知の液晶パネルに使用される偏光板、透明電極、液晶層及び配向膜であれば特に限定されない。偏光板32は、TEモードの光を透過する。   The first and second substrates 31 and 37 are the same transparent substrates as the substrate 14. The polarizing plate 32, the transparent electrode 33, the liquid crystal layer 35, and the alignment films 34 and 36 are not particularly limited as long as they are a polarizing plate, a transparent electrode, a liquid crystal layer, and an alignment film used in known liquid crystal panels. The polarizing plate 32 transmits TE mode light.

液晶パネルにおいて、共振素子10Aは、第2の主面11bが配向膜34側に位置するように配置される。この構成では、第1又は第2の金属回折格子12,13は、透明電極33と共に、液晶層35に電界を印加する電極として機能し得る。   In the liquid crystal panel, the resonant element 10A is arranged so that the second main surface 11b is positioned on the alignment film 34 side. In this configuration, the first or second metal diffraction grating 12, 13 can function as an electrode for applying an electric field to the liquid crystal layer 35 together with the transparent electrode 33.

液晶パネル30の製造では、まず、第1の基板31上に、従来と同様にして偏光板32、透明電極33、配向膜34、液晶層35及び配向膜36を形成する。その後、配向膜36上に共振素子10Aを形成した後に、共振素子10A上に第2の基板37を形成する。   In manufacturing the liquid crystal panel 30, first, the polarizing plate 32, the transparent electrode 33, the alignment film 34, the liquid crystal layer 35, and the alignment film 36 are formed on the first substrate 31 in the same manner as in the past. Thereafter, after forming the resonant element 10A on the alignment film 36, the second substrate 37 is formed on the resonant element 10A.

液晶パネル30において共振素子10Aは、例えば、次のようにして形成され得る。まず、配向膜36上に、第2の金属細線13aの材料からなる金属層を形成し、その金属層をパターンニングして、互いに離間した複数の第2の金属細線13aを形成する。その後、誘電体層11を形成する。誘電体層11をパターニングして第1の金属細線12aが形成される凹部を形成する。その凹部に第1の金属細線12aの材料を充填すれば共振素子10Aが得られる。   In the liquid crystal panel 30, the resonant element 10A can be formed as follows, for example. First, a metal layer made of the material of the second metal fine wire 13a is formed on the alignment film 36, and the metal layer is patterned to form a plurality of second metal fine wires 13a spaced from each other. Thereafter, the dielectric layer 11 is formed. The dielectric layer 11 is patterned to form a recess in which the first fine metal wire 12a is formed. If the concave portion is filled with the material of the first metal thin wire 12a, the resonant element 10A can be obtained.

前述したように、共振素子10Aは、所定波長且つ所定偏光の光を透過する。そのため、図24は、液晶パネルにおいて、赤色の波長領域、青色の波長領域及び緑色の波長領域のうちの1つの波長領域(例えば、青色)の光を通す領域を拡大して示している形態に対応する。   As described above, the resonant element 10A transmits light having a predetermined wavelength and a predetermined polarization. Therefore, FIG. 24 is an enlarged view showing a region through which light in one wavelength region (for example, blue) of the red wavelength region, the blue wavelength region, and the green wavelength region is transmitted in the liquid crystal panel. Correspond.

カラー画像を表示する液晶パネルは、通常、赤色の波長領域、青色の波長領域及び緑色の波長領域をそれぞれ透過する領域を有する。従って、カラー画像用の液晶パネルを構成する際には、赤色の波長領域、青色の波長領域及び緑色の波長領域それぞれを透過する共振素子10Aを並置すればよい。この際、複数の共振素子10Aにおいて、誘電体層11は共通とし得る。   A liquid crystal panel that displays a color image usually has regions that respectively transmit a red wavelength region, a blue wavelength region, and a green wavelength region. Accordingly, when configuring a color image liquid crystal panel, the resonant elements 10A that transmit the red wavelength region, the blue wavelength region, and the green wavelength region may be juxtaposed. At this time, the dielectric layer 11 may be common in the plurality of resonant elements 10A.

共振素子10Aが、カラーフィルタと偏光子の2つの機能を有するため、液晶パネル30においてカラーフィルタ層と、偏光子とを配置する必要がない。そのため、液晶パネル30の薄型化を図ることができる。更に、第1又は第2の金属回折格子12,13を液晶層35に電界を印加するための電極として使用できる。この点でも、透明電極33と対をなす透明電極を更に設ける必要がないため、液晶パネル30を薄くできる。   Since the resonant element 10A has two functions of a color filter and a polarizer, it is not necessary to dispose a color filter layer and a polarizer in the liquid crystal panel 30. Therefore, the liquid crystal panel 30 can be thinned. Further, the first or second metal diffraction grating 12 or 13 can be used as an electrode for applying an electric field to the liquid crystal layer 35. Also in this respect, the liquid crystal panel 30 can be made thin because it is not necessary to further provide a transparent electrode that forms a pair with the transparent electrode 33.

共振素子10Aの波長選択性は、共振構造に基づいており、従来のカラーフィルタのように色素などによる光の吸収に基づいていない。その結果、光を有効に利用できる。   The wavelength selectivity of the resonant element 10A is based on a resonant structure, and is not based on light absorption by a dye or the like as in a conventional color filter. As a result, light can be used effectively.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、第1及び第2の金属細線12a,13aの断面形状は、長方形及び正方形に限定されない。また、第1の金属回折格子12及び第2の金属回折格子13は、第1の金属細線12a及び第2の金属細線13aを有するとしたが、金属回折格子を構成し得る金属部材であれば細線に限定されない。また、図1,8,9を利用した共振素子10A,10B,10Cの説明では、基板14を、共振素子10A,10B,10Cとは別の構成要素として説明した。しかしながら、共振素子10A,10B,10Cが基板14を備えていてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, the cross-sectional shapes of the first and second fine metal wires 12a and 13a are not limited to rectangles and squares. Further, the first metal diffraction grating 12 and the second metal diffraction grating 13 have the first metal fine wire 12a and the second metal fine wire 13a, but any metal member that can constitute the metal diffraction grating. It is not limited to thin lines. In the description of the resonant elements 10A, 10B, and 10C using FIGS. 1, 8, and 9, the substrate 14 has been described as a separate component from the resonant elements 10A, 10B, and 10C. However, the resonant elements 10 </ b> A, 10 </ b> B, and 10 </ b> C may include the substrate 14.

10A〜10C…共振素子、11…誘電体層、11a…第1の主面、11b…第2の主面、12…第1の金属回折格子、12a…第1の金属細線(第1の金属部材)、13…第2の金属回折格子、13a…第2の金属細線(第2の金属部材)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10A-10C ... Resonant element, 11 ... Dielectric layer, 11a ... 1st main surface, 11b ... 2nd main surface, 12 ... 1st metal diffraction grating, 12a ... 1st metal fine wire (1st metal Member), 13 ... second metal diffraction grating, 13a ... second metal fine wire (second metal member).

Claims (16)

第1及び第2の主面を有する誘電体層と、
前記第1の主面上に設けられる第1の金属回折格子と、
前記第2の主面上に設けられる第2の金属回折格子と、
を備え、
前記第1の金属回折格子は、第1の方向に延びており前記第1の方向に直交する第2の方向に第1の空間周期で配列された複数の第1の金属部材を有し、
前記第2の金属回折格子は、前記第1の方向に延びており前記第2の方向に第2の空間周期で配列された複数の第2の金属部材を有し、
前記第1の金属部材の前記第2の方向の幅をw1とし、前記第1の空間周期をΛ1とし、前記誘電体層の厚さをdとし、前記誘電体層の厚さ方向の前記第1の金属部材の厚さをd1とし、前記第2の金属部材の前記第2の方向の幅をw2とし、前記第2の空間周期をΛ2とし、前記誘電体層の厚さ方向の前記第2の金属部材の厚さをd2とし、前記誘電体層の屈折率をnとしたとき、
w1/Λ1、d1、d、及びΛ1がそれぞれ式(1)〜式(4)を満たし、w2/Λ2、d2、及びΛ2がそれぞれ式(5)〜式(7)を満たし、且つ、nが式(8)を満たす、
共振素子。
0.6≦w1/Λ1≦0.9・・・(1)
30nm≦d1≦70nm・・・(2)
10nm≦d≦60nm・・・(3)
230nm≦Λ1≦270nm・・・(4)
0.6≦w2/Λ2≦0.9・・・(5)
30nm≦d2≦70nm・・・(6)
230nm≦Λ2≦270nm・・・(7)
1.5≦n≦2.15・・・(8)
A dielectric layer having first and second major surfaces;
A first metal diffraction grating provided on the first main surface;
A second metal diffraction grating provided on the second main surface;
With
The first metal diffraction grating includes a plurality of first metal members extending in a first direction and arranged in a second direction orthogonal to the first direction at a first spatial period,
The second metal diffraction grating includes a plurality of second metal members extending in the first direction and arranged in the second direction at a second spatial period,
The width of the first metal member in the second direction is w1, the first spatial period is Λ1, the thickness of the dielectric layer is d, and the first thickness in the thickness direction of the dielectric layer is The thickness of the first metal member is d1, the width of the second metal member in the second direction is w2, the second spatial period is Λ2, and the first thickness in the thickness direction of the dielectric layer is the thickness of the second metallic member and d2, and the refractive index of the dielectric layer was set to n B,
w1 / Λ1, d1, d, and Λ1 satisfy Equations (1) to (4), respectively, w2 / Λ2, d2, and Λ2 satisfy Equations (5) to (7), respectively, and n B Satisfies equation (8),
Resonant element.
0.6 ≦ w1 / Λ1 ≦ 0.9 (1)
30 nm ≦ d1 ≦ 70 nm (2)
10 nm ≦ d ≦ 60 nm (3)
230 nm ≦ Λ1 ≦ 270 nm (4)
0.6 ≦ w2 / Λ2 ≦ 0.9 (5)
30 nm ≦ d2 ≦ 70 nm (6)
230 nm ≦ Λ 2 ≦ 270 nm (7)
1.5 ≦ n B ≦ 2.15 (8)
前記第1の金属回折格子が有する前記複数の第1の金属部材のうち隣接する前記第1の金属部材の間には、前記誘電体層の材料と同じ材料が充填されており、
前記第2の金属回折格子が有する前記複数の第2の金属部材のうち隣接する前記第2の金属部材の間には、前記誘電体層の材料と同じ材料が充填されている、
請求項1記載の共振素子。
Between the adjacent first metal members among the plurality of first metal members of the first metal diffraction grating, the same material as the material of the dielectric layer is filled,
Between the second metal members adjacent to each other among the plurality of second metal members of the second metal diffraction grating, the same material as the material of the dielectric layer is filled.
The resonant element according to claim 1.
前記第1の金属回折格子が有する前記複数の第1の金属部材のうち隣接する前記第1の金属部材の間は空隙であり、
前記第2の金属回折格子が有する前記複数の第2の金属部材のうち隣接する前記第2の金属部材の間には、前記誘電体層の材料と同じ材料が充填されている、
請求項1記載の共振素子。
Between the first metal members adjacent to each other among the plurality of first metal members of the first metal diffraction grating, there is a gap.
Between the second metal members adjacent to each other among the plurality of second metal members of the second metal diffraction grating, the same material as the material of the dielectric layer is filled.
The resonant element according to claim 1.
前記第1の金属回折格子が有する前記複数の第1の金属部材のうち隣接する前記第1の金属部材の間は空隙であり、
前記第2の金属回折格子が有する前記複数の第2の金属部材のうち隣接する前記第1の金属部材の間は空隙である、
請求項1又は2記載の共振素子。
Between the first metal members adjacent to each other among the plurality of first metal members of the first metal diffraction grating, there is a gap.
A space is formed between the adjacent first metal members among the plurality of second metal members of the second metal diffraction grating.
The resonant element according to claim 1 or 2.
前記w1/Λ1及び前記w2/Λ2のそれぞれは、
0.6≦w1/Λ1≦0.8、及び、
0.6≦w2/Λ2≦0.8、
を満たす、請求項1〜4の何れか一項記載の共振素子。
Each of w1 / Λ1 and w2 / Λ2 is
0.6 ≦ w1 / Λ1 ≦ 0.8, and
0.6 ≦ w2 / Λ2 ≦ 0.8,
The resonant element according to any one of claims 1 to 4, which satisfies:
前記dは、20nm≦d≦60nmを満たす、請求項1〜5の何れか一項記載の共振素子。   The resonant element according to claim 1, wherein d satisfies 20 nm ≦ d ≦ 60 nm. 前記nは、1.55≦n≦1.95、を満たす、請求項1〜6の何れか一項記載の共振素子。 The resonant element according to claim 1, wherein the n B satisfies 1.55 ≦ n B ≦ 1.95. 前記d1、前記d2、前記Λ1、前記Λ2及び前記nのそれぞれは、
30nm≦d1≦50nm、
30nm≦d2≦50nm、
230nm≦Λ1≦250nm、
230nm≦Λ2≦250nm、及び
1.5≦n≦1.75、
を満たす、請求項1〜4の何れか一項記載の共振素子。
Each of the d1, the d2, the Λ1, the Λ2, and the n B is
30 nm ≦ d1 ≦ 50 nm,
30 nm ≦ d2 ≦ 50 nm,
230 nm ≦ Λ1 ≦ 250 nm,
230 nm ≦ Λ 2 ≦ 250 nm, and 1.5 ≦ n B ≦ 1.75,
The resonant element according to any one of claims 1 to 4, which satisfies:
前記d1、前記d2、前記Λ1、前記Λ2及び前記nのそれぞれは、
50nm≦d1≦60nm、
50nm≦d2≦60nm、
250nm≦Λ1≦270nm、
250nm≦Λ2≦270nm、及び
1.5≦n≦2.15、
を満たす、請求項1〜4の何れか一項記載の共振素子。
Each of the d1, the d2, the Λ1, the Λ2, and the n B is
50 nm ≦ d1 ≦ 60 nm,
50 nm ≦ d2 ≦ 60 nm,
250 nm ≦ Λ1 ≦ 270 nm,
250 nm ≦ Λ 2 ≦ 270 nm, and 1.5 ≦ n B ≦ 2.15,
The resonant element according to any one of claims 1 to 4, which satisfies:
前記d1、前記d2、前記Λ1、前記Λ2及び前記nのそれぞれは、
60nm≦d1≦70nm、
60nm≦d2≦70nm、
260nm≦Λ1≦270nm、
260nm≦Λ2≦270nm、及び
1.65≦n≦2.15、
を満たす、請求項1〜4の何れか一項記載の共振素子。
Each of the d1, the d2, the Λ1, the Λ2, and the n B is
60 nm ≦ d1 ≦ 70 nm,
60 nm ≦ d2 ≦ 70 nm,
260 nm ≦ Λ1 ≦ 270 nm,
260 nm ≦ Λ 2 ≦ 270 nm, and 1.65 ≦ n B ≦ 2.15,
The resonant element according to any one of claims 1 to 4, which satisfies:
前記nは、1.75≦n≦1.95、を満たす、請求項3記載の共振素子。 The resonant element according to claim 3, wherein the n B satisfies 1.75 ≦ n B ≦ 1.95. 前記dは、40nm≦d≦60nm、を満たす、請求項4記載の共振素子。   The resonant element according to claim 4, wherein the d satisfies 40 nm ≦ d ≦ 60 nm. 前記d1と前記d2は異なっており、前記d1及び前記d2はそれぞれ、
30nm≦d1≦70nm、及び、
30nm≦d2≦70nm、
を満たす、請求項1〜4の何れか一項記載の共振素子。
The d1 and the d2 are different, and the d1 and the d2 are respectively
30 nm ≦ d1 ≦ 70 nm, and
30 nm ≦ d2 ≦ 70 nm,
The resonant element according to any one of claims 1 to 4, which satisfies:
前記Λ1と前記Λ2とは異なっており、前記Λ1と前記Λ2との差の絶対値は、10nm以下である、請求項1〜4の何れか一項記載の共振素子。   The resonant element according to any one of claims 1 to 4, wherein the Λ1 and the Λ2 are different, and an absolute value of a difference between the Λ1 and the Λ2 is 10 nm or less. 前記w1/Λ1と前記w2/Λ2とは異なっており、
前記w1/Λ1及び前記w2/Λ2はそれぞれ、
0.7≦w1/Λ1≦0.8、及び、
0.7≦w2/Λ2≦0.8、
を満たす、請求項1〜4の何れか一項記載の共振素子。
The w1 / Λ1 and the w2 / Λ2 are different from each other.
The w1 / Λ1 and w2 / Λ2 are respectively
0.7 ≦ w1 / Λ1 ≦ 0.8, and
0.7 ≦ w2 / Λ2 ≦ 0.8,
The resonant element according to any one of claims 1 to 4, which satisfies:
前記第2の方向において、前記第1の金属回折格子の位置と、前記第2の金属回折格子の位置とはずれており、
前記第1の金属回折格子の位置と、前記第2の金属回折格子の位置との前記第2の方向におけるズレ量であるオフセットをkとしたとき、kは、0<k≦30nm、を満たす、請求項1〜15の何れか一項記載の共振素子。
In the second direction, the position of the first metal diffraction grating is deviated from the position of the second metal diffraction grating;
When k is an offset that is a shift amount in the second direction between the position of the first metal diffraction grating and the position of the second metal diffraction grating, k satisfies 0 <k ≦ 30 nm. The resonant element according to claim 1.
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