JP2018036670A - Polarizer and manufacturing method of polarizer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarizer exhibiting excellent optical characteristics and a manufacturing method of the polarizer.SOLUTION: A polarizer comprises: a translucent substrate 11 transmitting light in a use band; an absorption layer 12 that includes at least a metal-based semiconductor layer containing metal, and that is arranged in one-dimensional grid shape at narrower pitches than wavelength of the light in the use band; and a reflection layer 14 that is arranged in one-dimensional grid shape at narrower pitches than the wavelength of the light in the use band. The absorption layer 12 and the reflection layer 14 are stacked from the translucent substrate 11 side in this order or the reflection layer 14 and the absorption layer 12 are stacked from the translucent substrate 11 side in this order.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直交する偏光成分(いわゆるP偏光波、S偏光波)の一方を吸収し、他方を透過させる偏光板、及び偏光板の製造方法に関する。   The present invention relates to a polarizing plate that absorbs one of orthogonal polarization components (so-called P-polarized wave and S-polarized wave) and transmits the other, and a method of manufacturing the polarizing plate.

液晶表示装置は、その画像形成原理から液晶パネル表面に偏光板を配置することが必要不可欠である。偏光板の機能は、直交する偏光成分(いわゆるP偏光波、S偏光波)の一方を吸収し、他方を透過させることである。   In the liquid crystal display device, it is indispensable to dispose a polarizing plate on the surface of the liquid crystal panel from the principle of image formation. The function of the polarizing plate is to absorb one of orthogonally polarized components (so-called P-polarized wave and S-polarized wave) and transmit the other.

従来、このような偏光板として、フィルム内にヨウ素系や染料系の高分子有機物を含有させた二色性の偏光板が多く用いられている。これらの一般的な製法として、ポリビニルアルコール系フィルムとヨウ素などの二色性材料で染色を行った後、架橋剤を用いて架橋を行い、一軸延伸する方法が用いられる。このように二色性の偏光板は、延伸により作製されるため、一般に収縮し易い。また、ポリビニルアルコール系フィルムは、親水性ポリマーを使用していることから、特に加湿条件下においては非常に変形し易い。また、根本的にフィルムを用いるため、デバイスとしての機械的強度が弱く、透明保護フィルムを接着する必要がある場合がある。   Conventionally, as such a polarizing plate, a dichroic polarizing plate in which an iodine-based or dye-based high molecular organic substance is contained in a film is often used. As these general production methods, a method is used in which a polyvinyl alcohol film and a dichroic material such as iodine are dyed, followed by crosslinking using a crosslinking agent and uniaxial stretching. Thus, since the dichroic polarizing plate is produced by stretching, it generally tends to shrink. In addition, since the polyvinyl alcohol film uses a hydrophilic polymer, it is very easily deformed particularly under humidified conditions. Moreover, since a film is fundamentally used, the mechanical strength as a device is weak, and it may be necessary to adhere a transparent protective film.

近年、液晶表示装置は、その用途が拡大し、高機能化している。それに伴い、液晶表示装置を構成する個々のデバイスに対して、高い信頼性、耐久性が求められる。例えば、透過型液晶プロジェクターのような光量の大きな光源を使用する液晶表示装置の場合には、偏光板は強い輻射線を受ける。よって、これらに使用される偏光板には、優れた耐熱性が必要となる。しかしながら、上記のようなフィルムベースの偏光板は、有機物であることから、これらの特性を上げることにはおのずと限界がある。   In recent years, the use of liquid crystal display devices has been expanded and their functions have been enhanced. Accordingly, high reliability and durability are required for each device constituting the liquid crystal display device. For example, in the case of a liquid crystal display device that uses a light source with a large amount of light, such as a transmissive liquid crystal projector, the polarizing plate receives strong radiation. Therefore, excellent heat resistance is required for the polarizing plate used in these. However, since the film-based polarizing plate as described above is an organic substance, there are naturally limitations in improving these characteristics.

米国では、コーニング社よりPolarcorという商品名で耐熱性の高い無機偏光板が販売されている。この偏光板は、銀微粒子をガラス内に拡散させた構造をしておりフィルム等の有機物を使用していない。原理は、島状微粒子のプラズマ共鳴を利用するものである。すなわち、貴金属や遷移金属の島状粒子に光が入射した時の表面プラズマ共鳴による光吸収を利用するものであり、吸収波長は、粒子形状、周囲の誘電率の影響を受ける。ここで島状微粒子の形状を楕円形にすると長軸方向と短軸方向の共鳴波長が異なり、これにより偏光特性が得られ、具体的には長波長側での長軸に平行な偏光成分を吸収し、短軸と平行な偏光成分を透過させるという偏光特性が得られる。しかしながら、Polarcorの場合、偏光特性が得られる波長域は赤外部に近い領域であり、液晶表示装置で求められるような可視光域をカバーしていない。これは島状微粒子に用いられている銀の物理的性質によるものである。   In the United States, Corning sells a highly heat-resistant inorganic polarizing plate under the name Polarcor. This polarizing plate has a structure in which silver fine particles are diffused in glass, and does not use organic substances such as a film. The principle uses plasma resonance of island-shaped fine particles. That is, light absorption by surface plasma resonance when light is incident on noble metal or transition metal island-like particles is used, and the absorption wavelength is affected by the particle shape and the surrounding dielectric constant. Here, when the shape of the island-shaped fine particles is elliptical, the resonance wavelengths in the major axis direction and the minor axis direction are different, thereby obtaining polarization characteristics. Specifically, a polarization component parallel to the major axis on the longer wavelength side is obtained. A polarization characteristic of absorbing and transmitting a polarization component parallel to the minor axis is obtained. However, in the case of Polarcor, the wavelength range in which the polarization characteristics can be obtained is a region close to the infrared region, and does not cover the visible light range required for a liquid crystal display device. This is due to the physical properties of silver used in the island-shaped fine particles.

特許文献1には、上記の原理を応用し熱還元によりガラス中に微粒子を析出させることによるUV偏光板が示されており、金属微粒子として銀を用いることが提示されている。この場合、先のPolarcorとは逆に短軸方向での吸収を用いるものと考えられる。Figure1
に示されているように400nm付近でも偏光板として機能はしているが消光比が小さくかつ吸収できる帯域が非常に狭いので、仮にPolarcorと特許文献1の技術を組み合わせたとしても可視光全域をカバーできる偏光板にはならない。
Patent Document 1 discloses a UV polarizing plate by applying the above principle to deposit fine particles in glass by thermal reduction, and proposes to use silver as metal fine particles. In this case, it is considered that absorption in the minor axis direction is used contrary to the previous Polarcor. Figure1
As shown in Fig. 4, although it functions as a polarizing plate even in the vicinity of 400 nm, the extinction ratio is small and the band that can be absorbed is very narrow, so even if Polarcor and the technique of Patent Document 1 are combined, It cannot be a polarizing plate that can be covered.

また、非特許文献1には、金属島状微粒子のプラズマ共鳴を使った無機偏光板の理論解析が述べられている。この文献によればアルミニウム微粒子は銀微粒子より共鳴波長が200nm程度短く、このためアルミニウム微粒子を用いることで可視光域をカバーする偏
光板を製作できる可能性があることが記述されている。
Non-Patent Document 1 describes a theoretical analysis of an inorganic polarizing plate using plasma resonance of metal island-shaped fine particles. According to this document, it is described that aluminum fine particles have a resonance wavelength shorter than that of silver fine particles by about 200 nm, and therefore it is possible to produce a polarizing plate that covers the visible light region by using aluminum fine particles.

また、特許文献2には、アルミニウム微粒子を使った偏光板の幾つかの作成方法が示されている。その中で、ケイ酸塩をベースとしたガラスでは、アルミニウムとガラスが反応するので基板としては望ましくなく、カルシウム・アルミノ硼酸塩ガラスが適していると記述されている(段落0018,0019)。しかし、ケイ酸塩を使用したガラスは、光学ガラスとして広く流通しており、信頼性の高い製品を安価に入手でき、これが適さないということは経済的に好ましくない。また、レジストパターンをエッチングすることで島状粒子を形成する方法が述べられている(段落0037,0038)。通常、プロジェクターで使用する偏光板は、数cm程度の大きさが必要でかつ高い消光比が要求される。従って、可視光用偏光板を目的とした場合、レジストパターンサイズは可視光波長より充分に短い、すなわち、数十ナノメートルの大きさが必要であり、また、高い消光比を得るためには、パターンを高密度に形成する必要がある。また、プロジェクター用として使用する場合には、大面積のパターンの形成が必要である。しかしながら、記述されているようなリソグラフィにより高密度微細パターン形成を応用する方法では、そのようなパターンを得るために電子ビーム描画などを用いる必要がある。電子ビーム描画は、個々のパターンを電子ビームより描く方法であり生産性が悪く実用的でない。   Patent Document 2 discloses several methods for producing a polarizing plate using aluminum fine particles. Among them, it is described that a glass based on silicate is not desirable as a substrate because aluminum and glass react with each other, and calcium aluminoborate glass is suitable (paragraphs 0018 and 0019). However, glass using silicate is widely distributed as optical glass, and it is economically undesirable that a highly reliable product can be obtained at a low cost and this is not suitable. In addition, a method for forming island-shaped particles by etching a resist pattern is described (paragraphs 0037 and 0038). Usually, a polarizing plate used in a projector needs to have a size of several centimeters and a high extinction ratio. Therefore, when the polarizing plate for visible light is aimed, the resist pattern size is sufficiently shorter than the visible light wavelength, that is, a size of several tens of nanometers is necessary, and in order to obtain a high extinction ratio, It is necessary to form a pattern with high density. Further, when used for a projector, it is necessary to form a pattern with a large area. However, in the method of applying high-density fine pattern formation by lithography as described, it is necessary to use electron beam drawing or the like to obtain such a pattern. Electron beam drawing is a method of drawing individual patterns from an electron beam, and is not practical because of poor productivity.

また、特許文献2には、アルミニウムを塩素プラズマにより除去すると記述されているが、通常そのようにエッチングした場合には、アルミニウムパターンの側壁に塩化物が付着する。市販のウエットエッチング液(例えば東京応化工業のSST−A2)により塩化物の除去が可能であるが、アルミニウム塩化物に反応する薬液はアルミニウムにもエッチング速度は遅いながらも反応はするので、述べられているような方法で所望のパターン形状を実現することは難しい。   Further, Patent Document 2 describes that aluminum is removed by chlorine plasma. However, when etching is usually performed, chloride adheres to the sidewall of the aluminum pattern. Chloride can be removed with a commercially available wet etchant (for example, SST-A2 from Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), but chemicals that react with aluminum chloride react with aluminum even though the etching rate is slow. It is difficult to realize a desired pattern shape by such a method.

さらに、特許文献2には、別な方法として、パターン化されたフォトレジスト上に斜め成膜によりアルミニウムを堆積し、フォトレジストを除去する方法が記述されている(段落0045,0047)。しかし、このような方法では、基板とアルミニウムの密着性を得るために、ある程度基板面にもアルミニウムを堆積する必要があるものと考えられる。しかし、これは堆積したアルミニウム膜の形状が段落0015に記述されている適当な形状である扁長の楕円体を含む扁長の球体とは異なることを意味する。また、段落0047には表面に垂直な異方性エッチングにより過沈積分を除去すると記述されている。偏光板として機能させるには、アルミニウムの形状異方性は極めて重要である。従ってレジスト部と基板面に堆積するアルミニウムの量をエッチングにより所望の形状が得られるように調整する必要があると考えられるが、段落0047に記述されているような0.05μmというサブミクロン以下のサイズでこれらを制御することは非常に困難と考えられ、生産性の高い製作方法として適しているか疑問である。また、偏光板の特性として透過軸方向については高い透過率が求められるが、通常、基板にガラスを用いた場合、ガラス界面から数%の反射は避けられず、高い透過率を得ることが難しい。   Furthermore, Patent Document 2 describes another method of depositing aluminum on a patterned photoresist by oblique film formation and removing the photoresist (paragraphs 0045 and 0047). However, in such a method, it is considered that it is necessary to deposit aluminum on the substrate surface to some extent in order to obtain adhesion between the substrate and aluminum. However, this means that the shape of the deposited aluminum film is different from prolate spheres including prolate ellipsoids, which are suitable shapes described in paragraph 0015. In addition, paragraph 0047 describes that the overprecipitation integral is removed by anisotropic etching perpendicular to the surface. In order to function as a polarizing plate, the shape anisotropy of aluminum is extremely important. Therefore, it is considered necessary to adjust the amount of aluminum deposited on the resist portion and the substrate surface so that a desired shape can be obtained by etching. However, as described in paragraph 0047, the submicron is 0.05 μm or less. It is considered very difficult to control these by size, and it is doubtful whether it is suitable as a production method with high productivity. In addition, a high transmittance is required in the direction of the transmission axis as a characteristic of the polarizing plate. Usually, when glass is used for the substrate, reflection of several percent from the glass interface is inevitable, and it is difficult to obtain a high transmittance. .

また、特許文献3には、斜め蒸着による偏光板について記述されている。この方法は、使用帯域の波長に対して透明及び不透明な物質を斜め蒸着により微小柱状構造を製作することで偏光特性を得るものであり、特許文献1と異なり、簡便な方法で微細パターンを得られるため生産性の高い方法と考えられる。しかしながら、使用帯域に対して不透明な物質の微小柱状構造のアスペクト比、個々の微小柱状構造の間隔、直線性は、良好な偏光特性を得るために重要な要素であり、特性の再現性の観点からも意図的に制御されるべきものであるが、この方法では蒸着粒子の初期堆積層の影となる部分に次に飛来する蒸着粒子が堆積しないことにより柱状構造が得られるという現象を利用しているため、上記の項目を意図的に制御することが難しい。これを改善する方法として、蒸着前にラビング処理により基板に研磨痕を設ける方法が記述されているが、一般的には蒸着膜の粒子径は最大で
も数十nm程度の大きさであり、このような粒子の異方性を制御するにはサブミクロン以下のピッチを研磨により意図的に製作する必要がある。しかし、一般の研磨シート等では、サブミクロン程度が限界であり、そのような微細な研磨痕を製作することは容易でない。また、前記のようにAl微粒子の共鳴波長は周りの屈折率に大きく依存し、この場合、透明及び不透明な物質の組み合わせが重要であるが、特許文献3には、可視光域で良好な偏光特性を得るための組み合わせについて記述がされていない。また、特許文献1と同様に、基板としてガラスを用いた場合、ガラス界面から数%の反射は避けられない。
Patent Document 3 describes a polarizing plate by oblique vapor deposition. This method obtains polarization characteristics by manufacturing a micro-columnar structure by oblique deposition of a transparent and opaque material with respect to the wavelength of the used band. Unlike Patent Document 1, a fine pattern is obtained by a simple method. Therefore, it is considered a highly productive method. However, the aspect ratio of the micro-columnar structure of the material that is opaque to the band used, the interval between the individual micro-columnar structures, and the linearity are important factors for obtaining good polarization characteristics. However, this method uses the phenomenon that the columnar structure is obtained by the fact that the next flying vapor particles do not deposit in the shadowed part of the initial deposition layer of vapor deposition particles. Therefore, it is difficult to intentionally control the above items. As a method for improving this, a method of providing a polishing mark on a substrate by rubbing before vapor deposition is described, but in general, the particle diameter of the vapor deposition film is about several tens of nanometers at maximum. In order to control the anisotropy of such particles, it is necessary to intentionally produce a submicron pitch by polishing. However, in a general polishing sheet or the like, the limit is about submicron, and it is not easy to manufacture such a fine polishing mark. In addition, as described above, the resonance wavelength of the Al fine particles greatly depends on the refractive index of the surroundings. In this case, a combination of transparent and opaque substances is important. However, Patent Document 3 discloses a good polarization in the visible light region. There is no description of combinations for obtaining characteristics. Similarly to Patent Document 1, when glass is used as the substrate, reflection of several percent from the glass interface is inevitable.

また、非特許文献2には、Lamipolと称する赤外通信用の偏光板について記述されてい
る。これは、AlとSiOの積層構造をしており、この文献によれば非常に高い消光比を示す。また、非特許文献3には、Lamipolの光吸収を担うAlの代わりにGeを使うこ
とで、波長1μm以下で高い消光比を実現できることが述べられている。また、同資料中のFig3からTe(テルル)も高い消光比が得られることが期待できる。このようにLamipolは、高い消光比が得られる吸収型偏光板であるが、吸光物質と透過性物質の積層厚
が受光面の大きさとなるために数cm角の大きさが必要なプロジェクター用途の偏光板には向かない。
Non-Patent Document 2 describes a polarizing plate for infrared communication called Lamipol. This has a laminated structure of Al and SiO 2 and shows a very high extinction ratio according to this document. Further, Non-Patent Document 3 describes that a high extinction ratio can be realized at a wavelength of 1 μm or less by using Ge instead of Al that is responsible for Lamipol's light absorption. In addition, it is expected that a high extinction ratio can be obtained from FIG. 3 to Te (tellurium) in the same document. As described above, Lamipol is an absorptive polarizing plate that provides a high extinction ratio. However, since the thickness of the light-absorbing material and the transparent material is the size of the light-receiving surface, Lamipol is used for projector applications that require a size of several cm square Not suitable for polarizing plates.

また、特許文献4には、ワイヤグリッド構造と吸収膜とを組み合わせた偏光板が記載されている。吸収膜に金属や半導体膜を用いる場合、材料の光学特性に強く影響されるため、材料とワイヤグリッドと吸収膜の間の誘電体膜厚を調整することで、特定域の反射率を軽減することが可能であるが、広波長域でこれを実現することは困難である。   Patent Document 4 describes a polarizing plate that combines a wire grid structure and an absorption film. When a metal or semiconductor film is used for the absorption film, it is strongly influenced by the optical characteristics of the material. Therefore, the reflectance in a specific area is reduced by adjusting the dielectric film thickness between the material, the wire grid, and the absorption film. It is possible, but it is difficult to realize this in a wide wavelength range.

また、吸収性の高いTaやGeなどを使うことで、帯域を広げることが可能であるが、透過軸方向の吸収が同時に大きくなり、偏光板で重要な特性である透過軸方向の透過率が低下してしまう。   In addition, it is possible to widen the band by using highly absorptive Ta, Ge, etc., but the absorption in the transmission axis direction simultaneously increases, and the transmittance in the transmission axis direction, which is an important characteristic of the polarizing plate, is increased. It will decline.

上記問題への改善策として、吸収膜への微粒子の適用がある。しかし、これまで提案されている斜め成膜を用いて直接吸収膜を堆積する方法では、堆積させる吸収膜のシャドーイングによる自己組織化に頼っているため、材料自体の物性や基板の粗度などに強く影響を受け、吸収特性の制御が困難であった。   As an improvement measure for the above problem, there is application of fine particles to the absorption film. However, the method of directly depositing the absorption film using the oblique film formation that has been proposed so far relies on self-organization by shadowing of the absorption film to be deposited, so the physical properties of the material itself, the roughness of the substrate, etc. The absorption characteristics were difficult to control.

米国特許第6772608号明細書US Pat. No. 6,772,608 特開2000−147253号公報JP 2000-147253 A 特開2002−372620号公報JP 2002-372620 A 特開2008−216957号公報JP 2008-216957 A

J.Opt.Soc.Am.A Vol.8,No.4 619−624J. et al. Opt. Soc. Am. A Vol. 8, no. 4 619-624 Applied Optics Vol.25 No.21986 311−314Applied Optics Vol. 25 No. 21986 311-314 J. Lightwave Tec. Vol.15No.6 1997 1042−1050J. et al. Lightwave Tec. Vol. 15No. 6 1997 1042-1050

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、優れた光学特性を有する偏光板及び偏光板の製造方法を提供することを目的とする。   This invention is proposed in view of such a situation, and it aims at providing the manufacturing method of the polarizing plate which has the outstanding optical characteristic, and a polarizing plate.

本件発明者は、鋭意検討の結果、光吸収層として金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、反射率を低下させ、優れた光学特性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that by using a metal-containing semiconductor layer containing a metal as the light absorption layer, the reflectance is reduced and excellent optical properties can be obtained, and the present invention is completed. It came.

すなわち、本発明に係る偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板と、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、前記透光基板側から前記吸収層と前記反射層とがこの順に積層されてなる、又は前記透光基板側から前記反射層と前記吸収層とがこの順に積層されてなることを特徴とする。   That is, the polarizing plate according to the present invention has at least a light-transmitting substrate that transmits light in a use band and a metal-containing semiconductor layer containing a metal, and has a one-dimensional lattice shape with a pitch smaller than the wavelength of light in the use band. And a reflection layer arranged in a one-dimensional lattice pattern with a pitch smaller than the wavelength of light in the use band, and the absorption layer and the reflection layer are arranged in this order from the translucent substrate side. The reflective layer and the absorbing layer are laminated in this order from the side of the transparent substrate.

また、本発明に係る偏光板の製造方法は、使用帯域の光を透過する透光基板上に、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成することを特徴とする。   The polarizing plate manufacturing method according to the present invention includes an absorbing layer having at least a metal-containing semiconductor layer containing a metal and a reflective layer on a light-transmitting substrate that transmits light in a use band. And a grid structure arranged in a one-dimensional lattice pattern at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band is formed by etching.

本発明によれば、光吸収層として、光吸収に相当する消衰係数が高い金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、半導体層よりも光吸収性を向上させることが可能となるとともに、金属層よりも反射率を低下させることが可能となり、優れた光学特性を得ることができる。   According to the present invention, by using a metal-containing semiconductor layer containing a metal having a high extinction coefficient corresponding to light absorption as the light absorption layer, it becomes possible to improve light absorption more than the semiconductor layer. The reflectance can be lowered as compared with the metal layer, and excellent optical characteristics can be obtained.

図1は、本発明の実施の形態に係る第1の偏光板を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first polarizing plate according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態に係る第2の偏光板を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a second polarizing plate according to the embodiment of the present invention. 図3は、従来の偏光板を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing a conventional polarizing plate. 図4(A)は、比較例の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図4(B)は、比較例の偏光板の反射率を示すグラフである。FIG. 4A is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of the comparative example, and FIG. 4B is a graph showing the reflectance of the polarizing plate of the comparative example. 図5は、実施例1の偏光板を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 1. 図6(A)は、実施例1の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図6(B)は、実施例1の偏光板の反射率を示すグラフである。6A is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of Example 1, and FIG. 6B is a graph showing the reflectance of the polarizing plate of Example 1. FIG. 図7は、第1のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a polarizing plate used for the first simulation. 図8は、第2のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a polarizing plate used for the second simulation. 図9は、第1のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを5atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing optical characteristics when Si containing 5 atm% Fe is used as the absorbing layer in the first simulation. 図10は、第1のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを10atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing optical characteristics when Si containing 10 atm% Fe is used as the absorption layer in the first simulation. 図11は、第2のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを5atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing optical characteristics when Si containing 5 atm% Fe is used as the absorbing layer in the second simulation. 図12は、第2のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを10atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing optical characteristics when Si containing 10 atm% Fe is used as the absorbing layer in the second simulation. 図13(A)は、エッチング時間に対するエッチング深さを示すグラフであり、図13(B)は、エッチングレートの計算結果を示す表である。FIG. 13A is a graph showing the etching depth with respect to the etching time, and FIG. 13B is a table showing the calculation result of the etching rate. 図14は、実施例4のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a polarizing plate used in the simulation of Example 4. 図15は、誘電体層の膜厚を5nmとしたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing optical characteristics when the thickness of the dielectric layer is 5 nm. 図16は、誘電体層の膜厚を20nmとしたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing optical characteristics when the thickness of the dielectric layer is 20 nm. 図17は、誘電体層の膜厚を35nmとしたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing optical characteristics when the thickness of the dielectric layer is 35 nm. 図18は、誘電体層の膜厚を50nmとしたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing optical characteristics when the thickness of the dielectric layer is 50 nm. 図19は、実施例5の偏光板を示す概略断面図である。FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 5. 図20は、吸収層としてSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing optical characteristics when Si is used as the absorption layer. 図21は、吸収層としてTaを20atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing optical characteristics when Si containing 20 atm% Ta is used as the absorbing layer. 図22は、吸収層としてTaを25atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing optical characteristics when Si containing 25 atm% Ta is used as the absorbing layer. 図23は、吸収層としてTaを33atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。FIG. 23 is a graph showing optical characteristics when Si containing 33 atm% Ta is used as the absorbing layer. 図24は、吸収層としてそれぞれ、Si、Taを20atm%含有するSi、Taを25atm%含有するSi、Taを33atm%含有するSi、及びTaを用いたときの吸収軸反射率を示すグラフである。FIG. 24 is a graph showing the absorption axis reflectivity when Si, Si containing 20 atm%, Si containing 25 atm% Ta, Si containing 33 atm% Ta, and Ta are used as the absorbing layer, respectively. is there. 図25は、Taの原子百分率に対する吸収軸反射率の測定波長範囲における最大値と最小値との差を示すグラフである。FIG. 25 is a graph showing the difference between the maximum value and the minimum value in the measurement wavelength range of the absorption axis reflectivity with respect to the atomic percentage of Ta. 図26は、吸収層としてそれぞれ、Si、Taを20atm%含有するSi、Taを25atm%含有するSi、Taを33atm%含有するSi、及びTaを用いたときの透過軸透過率を示すグラフである。FIG. 26 is a graph showing the transmission axis transmittance when Si, Ta containing 20 atm% Si, Ta containing 25 atm% Si, Ta containing 33 atm% Si, and Ta are used as the absorbing layer, respectively. is there. 図27は、Taの原子百分率に対する透過軸透過率の測定波長範囲における平均値を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing the average value in the measurement wavelength range of the transmission axis transmittance with respect to the atomic percentage of Ta. 図28は、実施例6の偏光板を示す概略断面図である。FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 6. 図29は、実施例6の偏光板において誘電体層の膜厚をそれぞれ、2.5nm、5.0nm、7.5nm、及び10.0nmとしたときの吸収軸反射率を示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing the absorption axis reflectance when the thickness of the dielectric layer in the polarizing plate of Example 6 is 2.5 nm, 5.0 nm, 7.5 nm, and 10.0 nm, respectively. 図30は、実施例7の偏光板を示す概略断面図である。30 is a schematic sectional view showing the polarizing plate of Example 7. FIG. 図31は、実施例7の偏光素子の断面のSEM画像である。FIG. 31 is an SEM image of a cross section of the polarizing element of Example 7. 図32(A)は、実施例7の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図32(B)は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Tp、吸収軸透過率Ts、コントラストCR(Tp/Ts)、透過軸反射率Rp、及び吸収軸反射率Rsの平均値を示す表である。FIG. 32A is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of Example 7, and FIG. 32B shows the transmission axis in each wavelength band of red (Red), green (Green), and blue (Blue). It is a table | surface which shows the average value of the transmittance | permeability Tp, the absorption-axis transmittance | permeability Ts, contrast CR (Tp / Ts), the transmission-axis reflectance Rp, and the absorption-axis reflectance Rs. 図33は、実施例8の偏光板を示す概略断面図である。FIG. 33 is a schematic sectional view showing the polarizing plate of Example 8. 図34は、実施例8の偏光素子の断面のSEM画像である。FIG. 34 is an SEM image of a cross section of the polarizing element of Example 8. 図35(A)は、実施例8の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図35(B)は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Tp、吸収軸透過率Ts、コントラストCR(Tp/Ts)、透過軸反射率Rp、及び吸収軸反射率Rsの平均値を示す表である。FIG. 35 (A) is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of Example 8, and FIG. 35 (B) shows the transmission axis in each wavelength band of red (Red), green (Green), and blue (Blue). It is a table | surface which shows the average value of the transmittance | permeability Tp, the absorption-axis transmittance | permeability Ts, contrast CR (Tp / Ts), the transmission-axis reflectance Rp, and the absorption-axis reflectance Rs.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
1.偏光板の構成
2.偏光板の製造方法
3.実施例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail in the following order with reference to the drawings.
1. 1. Configuration of polarizing plate 2. Manufacturing method of polarizing plate Example

<1.偏光板の構成>
本実施の形態に係る偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板と、金属を含有する金
属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、透光基板側から吸収層と反射層とがこの順に積層されてなる、又は透光基板側から反射層と吸収層とがこの順に積層されてなる。すなわち、本実施の形態に係る偏光板は、入射光に対して吸収層と反射層とがこの順に形成されてなるものである。また、吸収層と反射層との間に、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層を備えても構わない。
<1. Configuration of polarizing plate>
The polarizing plate according to the present embodiment has at least a light-transmitting substrate that transmits light in a use band and a metal-containing semiconductor layer containing a metal, and has a one-dimensional lattice shape with a pitch smaller than the wavelength of light in the use band. And a reflecting layer arranged in a one-dimensional lattice pattern with a pitch smaller than the wavelength of light in the use band, and the absorbing layer and the reflecting layer are laminated in this order from the translucent substrate side. Or a reflection layer and an absorption layer are laminated in this order from the light transmitting substrate side. That is, the polarizing plate according to the present embodiment has an absorption layer and a reflection layer formed in this order with respect to incident light. Further, a dielectric layer arranged in a one-dimensional lattice pattern at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band may be provided between the absorption layer and the reflection layer.

図1は、本発明の実施の形態に係る第1の偏光板を示す概略断面図である。図1に示すように、第1の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板11と、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層12と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層13と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層14とを備え、透光基板11側から吸収層12と誘電体層13と反射層14とがこの順に積層されている。すなわち、第1の偏光板1は、透光基板11側から吸収層12と誘電体層13と反射層14とがこの順に積層された凸部が、透光基板11上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first polarizing plate according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the first polarizing plate has at least a light-transmitting substrate 11 that transmits light in the use band and a metal-containing semiconductor layer containing metal, and a pitch smaller than the wavelength of light in the use band. The absorption layers 12 arranged in a one-dimensional lattice, the dielectric layers 13 arranged in a one-dimensional lattice at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band, and the pitch smaller than the wavelength of light in the use band. The reflective layer 14 is arranged in a one-dimensional lattice pattern, and the absorbing layer 12, the dielectric layer 13, and the reflective layer 14 are laminated in this order from the light transmitting substrate 11 side. That is, in the first polarizing plate 1, convex portions in which the absorption layer 12, the dielectric layer 13, and the reflective layer 14 are laminated in this order from the light transmitting substrate 11 side are arranged on the light transmitting substrate 11 at regular intervals. It has a one-dimensional lattice-like wire grid structure.

また、図2は、本発明の実施の形態に係る第2の偏光板を示す概略断面図である。図2に示すように、第2の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板11と、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層12と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層13と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層14とを備え、透光基板11側から反射層14と誘電体層13と吸収層12とがこの順に積層されている。すなわち、第2の偏光板1は、透光基板11側から反射層14と誘電体層13と吸収層12とがこの順に積層された凸部が、透光基板11上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。   FIG. 2 is a schematic sectional view showing a second polarizing plate according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the second polarizing plate has at least a light-transmitting substrate 11 that transmits light in the use band and a metal-containing semiconductor layer containing metal, and a pitch smaller than the wavelength of light in the use band. The absorption layers 12 arranged in a one-dimensional lattice, the dielectric layers 13 arranged in a one-dimensional lattice at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band, and the pitch smaller than the wavelength of light in the use band. The reflective layer 14 is arranged in a one-dimensional lattice pattern, and the reflective layer 14, the dielectric layer 13, and the absorbing layer 12 are laminated in this order from the light transmitting substrate 11 side. That is, in the second polarizing plate 1, the convex portions in which the reflective layer 14, the dielectric layer 13, and the absorption layer 12 are laminated in this order from the light transmitting substrate 11 side are arranged on the light transmitting substrate 11 at regular intervals. It has a one-dimensional lattice-like wire grid structure.

このような第1又は第2の偏光板において、一次元格子状のワイヤグリッド構造の凸部の吸収層12又は誘電体層13の少なくとも一部の幅が、反射層14の幅よりも狭いことが好ましく、特に、吸収層12の幅が、反射層14の幅よりも狭いことがより好ましい。これにより、偏光板の透過率を増加させ、反射率を低下させることができる。   In such a first or second polarizing plate, the width of at least a part of the absorption layer 12 or the dielectric layer 13 of the convex portion of the one-dimensional lattice-like wire grid structure is narrower than the width of the reflective layer 14. In particular, it is more preferable that the width of the absorption layer 12 is narrower than the width of the reflection layer 14. Thereby, the transmittance | permeability of a polarizing plate can be increased and a reflectance can be reduced.

透光基板11は、使用帯域の光に対して透明で、屈折率が1.1〜2.2の材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施の形態では、透光基板11の構成材料として、熱伝導性の高い水晶やサファイア基板を用いることが好ましい。これにより、強い光に対して高い耐光性を有することとなり、発熱量の多いプロジェクターの光学エンジン用の偏光板として有用となる。   The translucent substrate 11 is made of a material having a refractive index of 1.1 to 2.2, such as glass, sapphire, and quartz, which is transparent to light in the use band. In the present embodiment, it is preferable to use a crystal or sapphire substrate with high thermal conductivity as a constituent material of the light-transmitting substrate 11. Thereby, it has high light resistance with respect to intense light, and becomes useful as a polarizing plate for an optical engine of a projector that generates a large amount of heat.

また、透光基板11が水晶のような光学活性の結晶からなる場合、結晶の光学軸に対して平行方向又は垂直方向に格子状凸部を配置することにより、優れた光学特性を得ることができる。ここで、光学軸とは、その方向に進む光のO(常光線)とE(異常光線)の屈折率の差が最小となる方向軸である。   Further, when the light-transmitting substrate 11 is made of an optically active crystal such as quartz, excellent optical characteristics can be obtained by arranging the lattice-like convex portions in a direction parallel to or perpendicular to the optical axis of the crystal. it can. Here, the optical axis is a direction axis that minimizes the difference in refractive index between O (ordinary ray) and E (extraordinary ray) of light traveling in that direction.

なお、偏光板の用途によっては、ガラス、特に、石英(屈折率1.46)やソーダ石灰ガラス(屈折率1.51)を用いてもよい。ガラス材料の成分組成は特に制限されず、例えば光学ガラスとして広く流通しているケイ酸塩ガラスなどの安価なガラス材料を用いることができ、製造コストの低減を図ることができる。   Depending on the use of the polarizing plate, glass, particularly quartz (refractive index 1.46) or soda lime glass (refractive index 1.51) may be used. The component composition of the glass material is not particularly limited. For example, an inexpensive glass material such as silicate glass widely distributed as optical glass can be used, and the manufacturing cost can be reduced.

吸収層12は、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する1層以上から構成
される。金属含有半導体層は、光吸収に相当する消衰係数が高い金属を含有するため、半導体層よりも光吸収性を向上させることができるとともに、金属層よりも反射率を低下させることができる。
The absorption layer 12 is composed of one or more layers having at least a metal-containing semiconductor layer containing a metal. Since the metal-containing semiconductor layer contains a metal having a high extinction coefficient corresponding to light absorption, the metal-containing semiconductor layer can improve light absorption as compared with the semiconductor layer, and can reduce reflectance as compared with the metal layer.

金属含有半導体層の半導体としては、Si、Ge、Te、ZnOなどのうちいずれか1種を用いることができる。半導体の光吸収作用に半導体のバンドギャップエネルギーが関与するため、バンドギャップエネルギーが使用帯域以下であることが必要である。例えば、可視光で使用する場合、波長400nm以上での吸収、すなわちバンドギャップとしては3.1eV以下の半導体を使用する必要がある。また、金属含有半導体層の金属としては、Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn、Nbなどのうち1種以上の純金属又は合金を用いることができる。   As the semiconductor of the metal-containing semiconductor layer, any one of Si, Ge, Te, ZnO, and the like can be used. Since the band gap energy of the semiconductor is involved in the light absorption effect of the semiconductor, it is necessary that the band gap energy is equal to or lower than the use band. For example, when using visible light, it is necessary to use a semiconductor having a wavelength of 400 nm or more, that is, a band gap of 3.1 eV or less. Also, as the metal of the metal-containing semiconductor layer, one or more kinds of pure metals or alloys of Ta, Al, Ag, Cu, Au, Mo, Cr, Ti, W, Ni, Fe, Sn, Nb, etc. should be used. Can do.

また、金属含有半導体層の金属含有量は、50atm%以下であることが好ましい。金属含有半導体層の金属含有量が多すぎると、透過率が減少してしまう。また、金属含有半導体層の半導体は、容易に成膜可能なSiであることが好ましい。金属含有半導体層のより好ましい組み合わせとしては、Feを含有するSi、Taを含有するSiなどを挙げることができる。   Moreover, it is preferable that the metal content of a metal containing semiconductor layer is 50 atm% or less. If the metal content of the metal-containing semiconductor layer is too high, the transmittance will decrease. The semiconductor of the metal-containing semiconductor layer is preferably Si that can be easily formed. More preferable combinations of the metal-containing semiconductor layer include Si containing Fe, Si containing Ta, and the like.

また、吸収層12は、金属含有半導体層の他に、金属層をさらに有し、金属層の幅を反射層14の幅よりも狭くすることが好ましい。これにより、偏光板の反射率を低下させることができる。吸収層12の幅は、エッチングにより制御可能であり、そのサイドエッチング量は、エッチングガス圧力、及び基板を冷却するHeガスの圧力により制御することができる。   The absorbing layer 12 preferably further includes a metal layer in addition to the metal-containing semiconductor layer, and the width of the metal layer is preferably narrower than the width of the reflective layer 14. Thereby, the reflectance of a polarizing plate can be reduced. The width of the absorption layer 12 can be controlled by etching, and the side etching amount can be controlled by the etching gas pressure and the pressure of He gas for cooling the substrate.

また、吸収層12は、金属含有半導体層の他に、金属層又は半導体層をさらに有することが好ましい。これにより、反射を抑制し、透過率を向上させることができ、コントラスト(消光比:透過軸透過率/吸収軸透過率)を増大させることができる。   Moreover, it is preferable that the absorption layer 12 further has a metal layer or a semiconductor layer in addition to the metal-containing semiconductor layer. Thereby, reflection can be suppressed, the transmittance can be improved, and the contrast (extinction ratio: transmission axis transmittance / absorption axis transmittance) can be increased.

金属含有半導体層としてFeを含有するSiを用いた場合、Fe含有量は、50atm%以下であることが好ましい。Fe含有量が50atm%より多い場合、ガス種を工夫してもエッチングが困難となる。さらに、広く半導体エッチングプロセスで用いられているCFでエッチング可能とするため、10atm%以下であることが好ましい。 When Si containing Fe is used as the metal-containing semiconductor layer, the Fe content is preferably 50 atm% or less. When the Fe content is more than 50 atm%, etching becomes difficult even if the gas type is devised. Furthermore, in order to enable etching with CF 4 widely used in semiconductor etching processes, it is preferably 10 atm% or less.

また、金属含有半導体層としてFeを含有するSiを用いた場合、反射率の低減効果を高めるために、吸収層12としてさらにTa層を設けることが好ましい。また、Ta層を設けた場合、吸収層12は、光入射方向に対し、Ta層、金属含有半導体層の順に形成されることが好ましい。また、金属含有半導体層の膜厚は、Ta層よりも厚いことが好ましい。これにより低い反射率を得ることができるとともに高い透過率を得ることができる。また、吸収効果や干渉効果を高めてコントラスト(消光比:透過軸透過率/吸収軸透過率)を増大させることができる。   Further, when Si containing Fe is used as the metal-containing semiconductor layer, it is preferable to further provide a Ta layer as the absorption layer 12 in order to increase the reflectance reduction effect. When the Ta layer is provided, the absorption layer 12 is preferably formed in the order of the Ta layer and the metal-containing semiconductor layer with respect to the light incident direction. Further, the metal-containing semiconductor layer is preferably thicker than the Ta layer. Thereby, a low reflectance can be obtained and a high transmittance can be obtained. Also, the contrast (extinction ratio: transmission axis transmittance / absorption axis transmittance) can be increased by enhancing the absorption effect and the interference effect.

また、金属含有半導体層としてTaを含有するSiを用いた場合、Ta含有量は、40atm%以下であることが好ましい。Ta含有量が40atm%以下の範囲では、反射率はガラス界面レベルと同等の4%以下であり、かつ透過率も高い値であるため、実用上、反射率の低減と高い透過率を保つことができる。   Moreover, when Si containing Ta is used as the metal-containing semiconductor layer, the Ta content is preferably 40 atm% or less. In the range where the Ta content is 40 atm% or less, the reflectance is 4% or less equivalent to the glass interface level, and the transmittance is also a high value. Therefore, in practice, the reflectance is reduced and the transmittance is kept high. Can do.

また、金属含有半導体層としてTaを含有するSiを用いた場合、反射率の低減効果を高めるために、吸収層12としてさらにTa層を設けることが好ましい。また、Ta層を設けた場合、吸収層12は、光入射方向に対し、Ta層、金属含有半導体層の順に形成されることが好ましい。また、金属含有半導体層の膜厚は、Ta層よりも厚いことが好まし
い。これにより低い反射率を得ることができるとともに高い透過率を得ることができる。また、吸収効果や干渉効果を高めてコントラスト(消光比:透過軸透過率/吸収軸透過率)を増大させることができる。
Further, when Si containing Ta is used as the metal-containing semiconductor layer, it is preferable to further provide a Ta layer as the absorption layer 12 in order to enhance the effect of reducing the reflectance. When the Ta layer is provided, the absorption layer 12 is preferably formed in the order of the Ta layer and the metal-containing semiconductor layer with respect to the light incident direction. Further, the metal-containing semiconductor layer is preferably thicker than the Ta layer. Thereby, a low reflectance can be obtained and a high transmittance can be obtained. Also, the contrast (extinction ratio: transmission axis transmittance / absorption axis transmittance) can be increased by enhancing the absorption effect and the interference effect.

吸収層12は、蒸着法やスパッタ法により、膜が高い密度で形成されていることが好ましい。膜の密度が高いことにより、熱伝導性が向上し、放熱性を向上させることができる。   The absorption layer 12 is preferably formed with a high density film by vapor deposition or sputtering. Since the density of the film is high, thermal conductivity can be improved and heat dissipation can be improved.

誘電体層13は、透光基板11側から入射した光に対して、吸収層12を透過し、反射層14で反射した当該偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成されている。具体的な膜厚は、偏光の位相を調整し、干渉効果を高めることが可能な1〜500nmの範囲で適宜設定される。本実施の形態では、吸収層12が反射した光を吸収するため、膜厚が最適化されていなくてもコントラストの向上が実現でき、実用上は、所望の偏光特性と実際の作製工程の兼ね合いで決定して構わない。   The dielectric layer 13 is formed with a film thickness such that the phase of the polarized light transmitted through the absorption layer 12 and reflected by the reflection layer 14 is shifted by a half wavelength with respect to the light incident from the transparent substrate 11 side. The specific film thickness is appropriately set within a range of 1 to 500 nm that can adjust the phase of polarized light and enhance the interference effect. In this embodiment mode, since the light reflected by the absorption layer 12 is absorbed, an improvement in contrast can be realized even if the film thickness is not optimized. In practice, the desired polarization characteristics are balanced with the actual manufacturing process. You can decide on

誘電体層13を構成する材料は、SiO、Al、MgFなどの一般的な材料を用いることができる。また、誘電体層13の屈折率は、1.0より大きく2.5以下とすることが好ましい。なお、吸収層12の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、誘電層13の材料により偏光板特性を制御してもよい。 A general material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or MgF 2 can be used as the material constituting the dielectric layer 13. In addition, the refractive index of the dielectric layer 13 is preferably greater than 1.0 and 2.5 or less. Note that the optical characteristics of the absorption layer 12 are also affected by the refractive index of the surroundings, and therefore the polarizing plate characteristics may be controlled by the material of the dielectric layer 13.

反射層14は、誘電体層13上に吸収軸であるY方向に帯状に延びた金属薄膜が配列されてなるものである。すなわち、反射層14は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、透光基板11側から入射した光のうち、ワイヤグリッドの長手方向に平行な方向(Y軸方向)に電界成分をもつ偏光波(TE波(S波))を減衰させ、ワイヤグリッドの長手方向と直交する方向(X軸方向)に電界成分をもつ偏光波(TM波(P波))を透過させる。   The reflective layer 14 is formed by arranging a metal thin film extending in a band shape in the Y direction as an absorption axis on the dielectric layer 13. That is, the reflective layer 14 has a function as a wire grid polarizer, and has an electric field component in a direction parallel to the longitudinal direction of the wire grid (Y-axis direction) out of light incident from the translucent substrate 11 side. A polarized wave (TE wave (S wave)) is attenuated, and a polarized wave (TM wave (P wave)) having an electric field component in a direction (X-axis direction) orthogonal to the longitudinal direction of the wire grid is transmitted.

反射層14の構成材料には、使用帯域の光に対して反射性を有する材料であれば特に制限されず、例えばAl、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Teなどの金属単体もしくはこれらを含む合金あるいは半導体材料を用いることができる。なお、金属材料以外にも、例えば着色等により表面の反射率が高く形成された金属以外の無機膜や樹脂膜で構成されていてもよい。   The constituent material of the reflective layer 14 is not particularly limited as long as it is a material having reflectivity with respect to light in the use band. For example, Al, Ag, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W, Fe, Si, A single metal such as Ge or Te, an alloy containing these, or a semiconductor material can be used. In addition to the metal material, for example, it may be composed of an inorganic film or a resin film other than a metal formed with high surface reflectance by coloring or the like.

なお、反射層14のピッチ、ライン幅/ピッチ、薄膜高さ(厚さ、格子深さ)、薄膜長さ(格子長さ)は、それぞれ以下の範囲とするのが好ましい。
0.05μm<ピッチ<0.8μm
0.1<(ライン幅/ピッチ)<0.9
0.01μm<薄膜高さ<1μm
0.05μm<薄膜長さ
The pitch, line width / pitch, thin film height (thickness, lattice depth), and thin film length (lattice length) of the reflective layer 14 are preferably in the following ranges, respectively.
0.05μm <pitch <0.8μm
0.1 <(line width / pitch) <0.9
0.01 μm <thin film height <1 μm
0.05μm <thin film length

また、光学特性の変化が実用上影響を与えない範囲で、透光基板11及び格子状凸部の表面を被覆する保護膜を備えることが好ましい。例えばSiOなどを堆積させることにより、耐湿性などの信頼性を改善することができる。保護膜の形成方法としては、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)を用いることが好ましい。プラズマCVDを用
いることにより、格子状凸部の隙間にも保護膜を堆積させることができる。
In addition, it is preferable to provide a protective film that covers the surfaces of the light-transmitting substrate 11 and the grid-shaped convex portions as long as the change in optical characteristics does not affect the practical use. For example, by depositing SiO 2 or the like, reliability such as moisture resistance can be improved. As a method for forming the protective film, it is preferable to use plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). By using plasma CVD, a protective film can be deposited also in the gaps between the lattice-shaped convex portions.

このような構成の偏光板によれば、透過、反射、干渉、偏光波の選択的光吸収の4つの作用を利用することで、反射層の格子に平行な電界成分をもつ偏光波(TE波(S波))を減衰させ、格子に垂直な電界成分をもつ偏光波(TM波(P波))を透過させることができる。すなわち、TE波は、吸収層12の偏光波の選択的光吸収作用によって減衰され
、吸収層12及び誘電体層13を透過したTE波は、ワイヤグリッドとして機能する格子状の反射層14によって反射される。ここで、誘電体層13の厚さ、屈折率を適宜調整することによって、反射層14で反射したTE波について、吸収層12を透過する際に一部を反射し、反射層14に戻すことができ、また、吸収層12を通過した光を干渉により減衰させることができる。以上のようにしてTE波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性を得ることができる。
According to the polarizing plate having such a configuration, a polarized wave (TE wave) having an electric field component parallel to the grating of the reflective layer is utilized by utilizing four actions of transmission, reflection, interference, and selective light absorption of the polarized wave. (S wave)) can be attenuated and a polarized wave (TM wave (P wave)) having an electric field component perpendicular to the grating can be transmitted. That is, the TE wave is attenuated by the selective light absorption action of the polarized wave of the absorption layer 12, and the TE wave transmitted through the absorption layer 12 and the dielectric layer 13 is reflected by the grid-like reflection layer 14 functioning as a wire grid. Is done. Here, by appropriately adjusting the thickness and refractive index of the dielectric layer 13, the TE wave reflected by the reflective layer 14 is partially reflected when passing through the absorbing layer 12 and returned to the reflective layer 14. In addition, the light that has passed through the absorption layer 12 can be attenuated by interference. A desired polarization characteristic can be obtained by selectively attenuating the TE wave as described above.

また、本実施の形態に係る偏光板は、光吸収層として、光吸収に相当する消衰係数が高い金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、半導体層よりも光吸収性を向上させることが可能となるとともに、金属層よりも反射率を低下させることが可能となり、優れた光学特性を得ることができる。よって、従来よりも偏光板の設計範囲を広げることができ、可視光域で所望の消光比を持った偏光板を提供することが可能となる。   In addition, the polarizing plate according to the present embodiment uses a metal-containing semiconductor layer containing a metal having a high extinction coefficient corresponding to light absorption as the light absorption layer, thereby improving light absorption more than the semiconductor layer. In addition, the reflectance can be lowered as compared with the metal layer, and excellent optical characteristics can be obtained. Therefore, the design range of the polarizing plate can be expanded more than before, and a polarizing plate having a desired extinction ratio in the visible light region can be provided.

また、本実施の形態に係る偏光板は、有機物よりも耐久性の高い無機物で構成されているため、液晶プロジェクターに使われるような強い光に対して高い耐光特性を示し、高い信頼性を得ることができる。また、広波長域で反射率を低減できるため、カメラ用偏光フィルターや、液晶TV用偏光板など、汎用偏光板への適用が可能となる。   In addition, since the polarizing plate according to the present embodiment is made of an inorganic material that is more durable than an organic material, the polarizing plate exhibits high light resistance against strong light used in a liquid crystal projector and obtains high reliability. be able to. Further, since the reflectance can be reduced in a wide wavelength range, it can be applied to a general-purpose polarizing plate such as a polarizing filter for a camera or a polarizing plate for a liquid crystal TV.

<2.偏光板の製造方法>
次に、偏光板の製造方法について説明する。本実施の形態に係る偏光板の製造方法は、使用帯域の光を透過する透光基板上に、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成するものである。
<2. Manufacturing method of polarizing plate>
Next, the manufacturing method of a polarizing plate is demonstrated. In the manufacturing method of the polarizing plate according to the present embodiment, an absorption layer having at least a metal-containing semiconductor layer containing a metal and a reflective layer are arranged in this order or reverse on a light-transmitting substrate that transmits light in a use band. Are stacked in this order, and a grid structure arranged in a one-dimensional lattice pattern at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band is formed by etching.

ここでは、図1に示す第1の偏光板の製造方法ついて説明する。第1の偏光板の製造方法では、先ず、透光基板11上に、吸収層12、誘電体層13、反射層14をこの順に成膜する。   Here, the manufacturing method of the 1st polarizing plate shown in FIG. 1 is demonstrated. In the first polarizing plate manufacturing method, first, the absorption layer 12, the dielectric layer 13, and the reflective layer 14 are formed in this order on the translucent substrate 11.

吸収層12は、蒸着法やスパッタ法により成膜する。具体的には、成膜時に透光基板11をターゲットに対して対向させて配置し、アルゴンガス粒子をターゲットに衝突させ、その衝撃ではじき飛ばされたターゲット成分を基板上に付着させ、吸収層12を得る。金属含有半導体層は、例えば、Fe含有シリコンターゲット、Ta含有シリコンターゲットなどの金属含有半導体ターゲットを用いることにより成膜することができる。   The absorption layer 12 is formed by vapor deposition or sputtering. Specifically, the translucent substrate 11 is disposed facing the target at the time of film formation, the argon gas particles are made to collide with the target, and the target component that is repelled by the impact is attached onto the substrate, thereby absorbing layer 12. Get. The metal-containing semiconductor layer can be formed by using, for example, a metal-containing semiconductor target such as an Fe-containing silicon target or a Ta-containing silicon target.

また、誘電体層13及び反射層14は、スパッタ法、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜法あるいはゾルゲル法(例えばスピンコート法によりゾルをコートし熱硬化によりゲル化させる方法)により成膜することができる。   Further, the dielectric layer 13 and the reflective layer 14 are formed by a general vacuum film forming method such as sputtering, vapor phase growth, or vapor deposition, or a sol-gel method (for example, a sol is coated by a spin coating method and gelled by thermosetting. (Method).

このようにして成膜された反射層14上に、ナノインプリント、フォトリソグラフィなどにより格子状のマスクパターンを形成、その後、ドライエッチングにより格子状凸部を形成する。ドライエッチング用のガスとしては、反射防止膜(BARC)にはAr/O、AlSiにはCl/BCl、SiO、Si、Taには、CF/Arを挙げることができる。また、エッチング条件(ガス流量、ガス圧、パワー、基板の冷却温度)を最適化することによって、垂直性の高い格子形状を実現することができる。また、エッチング条件により、吸収層12の幅(X軸方向)を調整することができる。 On the reflective layer 14 thus formed, a lattice-like mask pattern is formed by nanoimprinting, photolithography, or the like, and then a lattice-like convex portion is formed by dry etching. Examples of the dry etching gas include Ar / O 2 for the antireflection film (BARC), Cl 2 / BCl 3 for AlSi, SiO 2 , Si, and Ta for CF 4 / Ar. Further, by optimizing the etching conditions (gas flow rate, gas pressure, power, substrate cooling temperature), a highly perpendicular lattice shape can be realized. Further, the width (X-axis direction) of the absorption layer 12 can be adjusted depending on the etching conditions.

また、格子状凸部を形成するグリッド間のエッチングの際、エッチングによる再デポジションを抑制し、かつ確実に基板界面の金属を除去するため、SiO、Taなどの透明でかつCFによるエッチングが容易な材料を偏光性能に影響を与えない範囲で基
板上に成膜してもよい。また、上記材料をエッチングで部分的また全て取り去ってもよい。
Further, when etching between the grids forming the grid-like convex portions, in order to suppress redeposition due to etching and to reliably remove the metal at the substrate interface, it is transparent such as SiO 2 and Ta 2 O 5 and CF A material that can be easily etched by 4 may be formed on the substrate as long as the polarization performance is not affected. The material may be partially or completely removed by etching.

なお、反射層14にAlやAlSiを用いる場合には、吸収層12及び誘電体層13には、フッ素でエッチング可能な材料を選択することが望ましい。そうすることで、高いエッチング選択比が得られ、吸収層12及び誘電体層13の膜厚設計値の幅を広くすることができ、プロセス構築上有利となる。   When Al or AlSi is used for the reflective layer 14, it is desirable to select materials that can be etched with fluorine for the absorbing layer 12 and the dielectric layer 13. By doing so, a high etching selection ratio can be obtained, the width of the designed film thickness of the absorption layer 12 and the dielectric layer 13 can be widened, which is advantageous in process construction.

また、光学特性の変化が応用上影響を与えない範囲で、最上部に耐湿性などの信頼性改善の目的でSiOなどの保護膜を堆積することも可能である。 In addition, a protective film such as SiO 2 can be deposited on the uppermost portion for the purpose of improving reliability such as moisture resistance, as long as the change in optical characteristics does not affect the application.

<3.実施例>
以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、吸収層として、金属を含有する金属含有半導体層を用いた偏光板を作製し、光学特性について評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<3. Example>
Examples of the present invention will be described below. Here, as the absorption layer, a polarizing plate using a metal-containing semiconductor layer containing a metal was prepared, and optical characteristics were evaluated. The present invention is not limited to these examples.

[比較例]
図3は、従来の偏光板を示す概略断面図である。透光基板上にTaを20nm、SiOxを50nm、及びAlを60nm、順次、スパッタリング法により成膜し、ドライエッチングを行い、ピッチが140nmのグリッド構造を形成した。
[Comparative example]
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a conventional polarizing plate. A 20 nm Ta layer, 50 nm SiOx, and 60 nm Al were sequentially formed on the light-transmitting substrate by sputtering, and dry etching was performed to form a grid structure having a pitch of 140 nm.

図4(A)は、比較例の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図4(B)は、比較例の偏光板の反射率を示すグラフである。図4(A)及び図4(B)に示すように、Taは、光吸収膜として有効に作用するものの、反射率の絶対値は、10%弱あり、通常の液晶TVや液晶モニターで使われる有機系偏光板の反射率に比べてはるかに高い。このように従来の偏光板では、可視域の広い波長域で低い反射率を得ることは困難である。   FIG. 4A is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of the comparative example, and FIG. 4B is a graph showing the reflectance of the polarizing plate of the comparative example. As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), Ta works effectively as a light absorbing film, but the absolute value of the reflectance is less than 10%, and is used in a normal liquid crystal TV or liquid crystal monitor. This is much higher than the reflectance of organic polarizing plates. Thus, with the conventional polarizing plate, it is difficult to obtain a low reflectance in a wide visible wavelength range.

[実施例1]
図5は、実施例1の偏光板を示す概略断面図である。透光基板上にTaを10nm、(Fe5%)Siを15nm、SiOxを30nm、及びAlを60nm、順次、スパッタリング法により成膜し、ドライエッチングを行い、ピッチが140nmのグリッド構造を形成した。(Fe5%)Siは、Feを5atm%含有するシリコンターゲットを用いて成膜した。
[Example 1]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 1. On the light-transmitting substrate, Ta was formed with a thickness of 10 nm, (Fe5%) Si was formed with 15 nm, SiOx was formed with 30 nm, and Al was formed with a thickness of 60 nm by sputtering, followed by dry etching to form a grid structure with a pitch of 140 nm. (Fe 5%) Si was formed using a silicon target containing 5 atm% Fe.

図6(A)は、実施例1の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図6(B)は、実施例1の偏光板の反射率を示すグラフである。図6(B)と図4(B)とを比べると分かるように、実施例1の偏光板は、反射率を著しく低下させることができた。特に視感度が高い緑域での反射率を2%以下とすることができた。また、実施例1の偏光板は、比較例と比べて、可視波長の広い範囲で反射率を低下させることができた。このように吸収層として、金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、反射率を大幅に低下させることが可能であることが分かった。   6A is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of Example 1, and FIG. 6B is a graph showing the reflectance of the polarizing plate of Example 1. FIG. As can be seen from a comparison between FIG. 6B and FIG. 4B, the polarizing plate of Example 1 was able to significantly reduce the reflectance. In particular, the reflectance in the green region where the visibility is high can be reduced to 2% or less. Moreover, the polarizing plate of Example 1 was able to reduce a reflectance in the visible wavelength wide range compared with the comparative example. Thus, it has been found that the reflectance can be significantly reduced by using a metal-containing semiconductor layer containing a metal as the absorbing layer.

[実施例2]
次に、金属含有半導体層の反射率低減の効果をRCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)法によりシミュレーションで検証した。
[Example 2]
Next, the effect of reducing the reflectivity of the metal-containing semiconductor layer was verified by simulation using the RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) method.

図7は、第1のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図であり、図8は、第2のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。第1のシミュレーションに用いる偏光板は、図2に示す第2の偏光板と同様、基板側から反射層、誘電体層、及び
吸収層が形成された構造であり、吸収層にFeを含有するSi、誘電体層にSiO、及び反射層にAlを用いた。また、第2のシミュレーションに用いる偏光板は、図1に示す第1の偏光板と同様、基板側から吸収層、誘電体層、及び反射層が形成された構造であり、吸収層にFeを含有するSi、誘電体層にSiO、及び反射層にAlを用いた。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a polarizing plate used for the first simulation, and FIG. 8 is a schematic sectional view showing a polarizing plate used for the second simulation. The polarizing plate used in the first simulation has a structure in which a reflective layer, a dielectric layer, and an absorbing layer are formed from the substrate side, like the second polarizing plate shown in FIG. 2, and contains Fe in the absorbing layer. Si, SiO 2 was used for the dielectric layer, and Al was used for the reflective layer. The polarizing plate used for the second simulation is a structure in which an absorbing layer, a dielectric layer, and a reflecting layer are formed from the substrate side, like the first polarizing plate shown in FIG. Si contained, SiO 2 was used for the dielectric layer, and Al was used for the reflective layer.

図9は、第1のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを5atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが140nmのグリッド構造を有し、基板側からAlを100nm、SiOを20nm、及びFeを5%含有するSiを25nm積層したものとした。 FIG. 9 is a graph showing optical characteristics when Si containing 5 atm% Fe is used as the absorbing layer in the first simulation. The polarizing plate used in this simulation had a grid structure with a pitch of 140 nm and was laminated from the substrate side with 100 nm of Al, 20 nm of SiO 2 and 25 nm of Si containing 5% Fe.

図10は、第1のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを10atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが140nmのグリッド構造を有し、基板側からAlを100nm、SiOを50nm、及びFeを10%含有するSiを15nm積層したものとした。 FIG. 10 is a graph showing optical characteristics when Si containing 10 atm% Fe is used as the absorption layer in the first simulation. The polarizing plate used for this simulation had a grid structure with a pitch of 140 nm, and was laminated with 15 nm of Si containing 100 nm of Al, 50 nm of SiO 2 and 10% of Fe from the substrate side.

図11は、第2のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを5atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが140nmのグリッド構造を有し、基板側からFeを5atm%含有するSiを25nm、SiOを20nm、及びAlを100nm積層したものとした。 FIG. 11 is a graph showing optical characteristics when Si containing 5 atm% Fe is used as the absorbing layer in the second simulation. The polarizing plate used in this simulation had a grid structure with a pitch of 140 nm and was laminated with 25 nm of Si containing 5 atm% Fe, 20 nm of SiO 2 and 100 nm of Al from the substrate side.

図12は、第2のシミュレーションにおいて、吸収層としてFeを10atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが140nmのグリッド構造を有し、基板側からFeを10atm%含有するSiを15nm、SiOを50nm、及びAlを100nm積層したものとした。 FIG. 12 is a graph showing optical characteristics when Si containing 10 atm% Fe is used as the absorbing layer in the second simulation. The polarizing plate used in this simulation had a grid structure with a pitch of 140 nm, and was formed by laminating 15 nm of Si containing 10 atm% Fe, 50 nm of SiO 2 and 100 nm of Al from the substrate side.

図9及び図11に示すように、Fe含有量が5atm%のSiを吸収層に用いた場合、広波長域での反射率の低減は十分ではないが、可視用偏光板として重要な波長500nmの緑域の反射率の低減は十分であり、液晶プロジェクター用のチャンネル偏光板に使用することができる。広波長域で反射率を低減させるためには、実施例1のようにTaを積層することが有効である。   As shown in FIGS. 9 and 11, when Si having an Fe content of 5 atm% is used for the absorption layer, the reflectance in a wide wavelength region is not sufficiently reduced, but the wavelength of 500 nm which is important as a polarizing plate for visible light is used. The reduction of the reflectance in the green area is sufficient, and it can be used for a channel polarizing plate for a liquid crystal projector. In order to reduce the reflectance in a wide wavelength region, it is effective to stack Ta as in the first embodiment.

また、図10及び図12に示すように、Fe含有量が10atm%のSiを吸収層に用いた場合、実施例1のようにTaを積層しなくても、広波長域で反射率を低減させることが可能である。このようにFe含有量により反射率の調整が可能であり、Fe含有量を増加させることにより広波長域での反射率の低減効果が高まることが分かった。   Further, as shown in FIGS. 10 and 12, when Si having an Fe content of 10 atm% is used for the absorption layer, the reflectance is reduced in a wide wavelength region without stacking Ta as in Example 1. It is possible to make it. Thus, it was found that the reflectance can be adjusted by the Fe content, and the effect of reducing the reflectance in a wide wavelength region is enhanced by increasing the Fe content.

[実施例3]
次に、実際の作製プロセスにおけるFe含有量の影響について検証した。ここでは、エッチングガスにCFを用いた場合のFe含有Siのエッチングレートを測定した。CF系のエッチングガスは、MEMS、半導体などの微細エッチングに広く用いられているガスである。個片ガラス基板上にそれぞれ(Fe5%)Si、(Fe10%)Si、及び(Fe15%)Siを成膜し、これらを一括してエッチング処理を行った。
[Example 3]
Next, the influence of the Fe content in the actual manufacturing process was verified. Here, the etching rate of Fe-containing Si was measured when CF 4 was used as the etching gas. The CF-based etching gas is a gas that is widely used for fine etching of MEMS, semiconductors, and the like. (Fe5%) Si, (Fe10%) Si, and (Fe15%) Si were formed on the individual glass substrates, respectively, and these were subjected to etching treatment collectively.

図13(A)は、エッチング時間に対するエッチング深さを示すグラフであり、図13(B)は、エッチングレートの計算結果を示す表である。図13(B)に示すように、(Fe5%)Siは0.973nm/sec、(Fe10%)Siは0.234nm/secのエッチングレートであり、(Fe15%)Siはエッチングされなかった。すなわち、Fe含有量が増加するとエッチングレートが減少し、エッチングが困難になることが分かった。   FIG. 13A is a graph showing the etching depth with respect to the etching time, and FIG. 13B is a table showing the calculation result of the etching rate. As shown in FIG. 13B, (Fe5%) Si has an etching rate of 0.973 nm / sec, (Fe10%) Si has an etching rate of 0.234 nm / sec, and (Fe15%) Si was not etched. In other words, it was found that the etching rate decreases and the etching becomes difficult when the Fe content increases.

エッチングガスにアンモニアを用いるとFeがエッチングできるという報告もあるが、本構造は、Fe含有Si単層ではなく、複数の層が積層されているので、他の層への影響(エッチング時の腐食、エッチング異方性)を考慮すると、使用するには適さない。また、アルゴンガスによる物理的除去という方法もあるが、本構造は微細なピッチをもつため再付着が起きやすく、特性劣化の原因ともなる。   Although there is a report that Fe can be etched if ammonia is used as the etching gas, this structure is not a Fe-containing Si single layer, but a plurality of layers are laminated, so it affects other layers (corrosion during etching). In view of etching anisotropy), it is not suitable for use. Also, there is a method of physical removal with argon gas, but this structure has a fine pitch, so that re-adhesion is likely to occur, causing deterioration of characteristics.

以上のような理由により、ガス種を工夫しても50atm%より多いFe含有量は難しいと考えられる。よって、Fe含有量は、50atm%以下、さらに実用的には、広く半導体エッチングプロセスで用いられているCFでエッチング可能な10atm%以下であることが使用上好ましい。Fe含有量を10atm%以下とした場合、反射率の低減効果を高めるためにTaを積層することが好ましい。 For the reasons described above, it is considered that an Fe content of more than 50 atm% is difficult even if the gas type is devised. Therefore, the Fe content is preferably 50 atm% or less, more practically 10 atm% or less that can be etched with CF 4 widely used in semiconductor etching processes. When the Fe content is 10 atm% or less, it is preferable to stack Ta in order to increase the reflectance reduction effect.

[実施例4]
吸収層にFeを含有するSiを用いた構造においても、反射層、誘電体層、吸収層の間の干渉効果があるので、誘電体層の膜厚によっても反射率は変化する。そこで、実施例4では、誘電体層の膜厚による反射率について、RCWA法によりシミュレーションで検証した。
[Example 4]
Even in the structure using Si containing Fe in the absorption layer, there is an interference effect between the reflection layer, the dielectric layer, and the absorption layer, and therefore the reflectance varies depending on the thickness of the dielectric layer. Therefore, in Example 4, the reflectivity due to the film thickness of the dielectric layer was verified by simulation using the RCWA method.

図14は、実施例4のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。実施例4の偏光板は、ピッチが140nmのグリッド構造を有し、基板側からAlを100nm、SiO、及びFeを5%含有するSiを25nm積層したものとした。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a polarizing plate used in the simulation of Example 4. The polarizing plate of Example 4 had a grid structure with a pitch of 140 nm, and was obtained by laminating 25 nm of Si containing 100 nm of Al, SiO 2 , and 5% of Fe from the substrate side.

図15〜図18は、誘電体層の膜厚をそれぞれ、5nm、20nm、35nm、及び50nmとしたときの光学特性を示すグラフである。図15〜図18から分かるように、誘電体層の膜厚を制御することにより、反射率を低減させることが可能である。誘電体の膜厚が、5nm、20nm、35nm、及び50nmの場合、反射率が高いものの、実施例1のようにTaを積層することにより反射率を低下させることができる。   15 to 18 are graphs showing optical characteristics when the thickness of the dielectric layer is 5 nm, 20 nm, 35 nm, and 50 nm, respectively. As can be seen from FIGS. 15 to 18, the reflectance can be reduced by controlling the film thickness of the dielectric layer. When the film thickness of the dielectric is 5 nm, 20 nm, 35 nm, and 50 nm, the reflectivity is high, but the reflectivity can be lowered by stacking Ta as in Example 1.

また、図15〜図18より、誘電体層の膜厚を増加させることにより、吸収効果や干渉効果が高まり、CR(消光比:透過軸透過率/吸収軸透過率)が増大することが分かった。   15 to 18, it can be seen that increasing the film thickness of the dielectric layer increases the absorption effect and interference effect, and increases CR (extinction ratio: transmission axis transmittance / absorption axis transmittance). It was.

また、誘電体層の膜厚は、エッチング時間が短くなり作製プロセス上有利となるため、薄いことが好ましい。例えば、図10に示すシミュレーション結果の偏光板は、誘電体層の膜厚が50nmであり、さらに、吸収層としてFeを10atm%含有するSiを用いているため、長いエッチング時間が必要である。   In addition, the thickness of the dielectric layer is preferably thin because etching time is shortened and the manufacturing process is advantageous. For example, the polarizing plate of the simulation result shown in FIG. 10 requires a long etching time because the dielectric layer has a thickness of 50 nm and Si containing 10 atm% Fe is used as the absorbing layer.

[実施例5]
次に、吸収層としてTa含有Siを用いた偏光板のTa含有量について、実際にサンプルを作製して検証した。
[Example 5]
Next, a sample was actually produced and verified for the Ta content of a polarizing plate using Ta-containing Si as an absorption layer.

図19は、実施例5の偏光板を示す概略断面図である。実施例5の偏光板は、ピッチが140nmのグリッド構造を有し、基板側から吸収層を30nm、SiOを30nm、及びAlを40nm積層したものとした。 FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 5. The polarizing plate of Example 5 had a grid structure with a pitch of 140 nm, and was laminated from the substrate side with an absorption layer of 30 nm, SiO 2 of 30 nm, and Al of 40 nm.

図20〜図23は、吸収層としてそれぞれ、Si、Taを20atm%含有するSi、Taを25atm%含有するSi、及びTaを33atm%含有するSiを用いたときの光学特性を示すグラフである。   20 to 23 are graphs showing optical characteristics when Si, Si containing 20 atm%, Si containing 25 atm%, and Si containing 33 atm% Ta are used as the absorption layer, respectively. .

また、図24は、吸収層としてそれぞれ、Si、Taを20atm%含有するSi、T
aを25atm%含有するSi、Taを33atm%含有するSi、及びTaを用いたときの吸収軸反射率を示すグラフである。また、図25は、Taの原子百分率に対する吸収軸反射率の測定波長範囲における最大値と最小値との差を示すグラフである。
FIG. 24 shows Si and T containing 20 atm% of Si and Ta as the absorption layer, respectively.
It is a graph which shows the absorption-axis reflectance when Si containing 25 atm% of a, Si containing 33 atm% of Ta, and Ta are used. FIG. 25 is a graph showing the difference between the maximum value and the minimum value in the measurement wavelength range of the absorption axis reflectance with respect to the atomic percentage of Ta.

また、図26は、吸収層としてそれぞれ、Si、Taを20atm%含有するSi、Taを25atm%含有するSi、Taを33atm%含有するSi、及びTaを用いたときの透過軸透過率を示すグラフである。また、図27は、Taの原子百分率に対する透過軸透過率の測定波長範囲における平均値を示すグラフである。   Moreover, FIG. 26 shows the transmission axis transmittance when Si, Ta containing 20 atm% Si, Ta containing 25 atm% Si, Ta containing 33 atm% Si, and Ta are used as the absorbing layer, respectively. It is a graph. FIG. 27 is a graph showing the average value in the measurement wavelength range of the transmission axis transmittance with respect to the atomic percentage of Ta.

図25に示すように、吸収軸反射率の測定波長範囲における最大値と最小値との差は、Ta含有量の増加により小さくなり、吸収型偏光板としてはTa含有量が多い方が好適となる。一方、図27に示すように、透過軸透過率の測定波長範囲における平均値は、Ta含有量の増加により小さくなり、Ta含有量が少ない方が好適となる。   As shown in FIG. 25, the difference between the maximum value and the minimum value in the measurement wavelength range of the absorption axis reflectance becomes smaller as the Ta content increases, and it is preferable that the Ta content is larger as the absorption type polarizing plate. Become. On the other hand, as shown in FIG. 27, the average value of the transmission axis transmittance in the measurement wavelength range becomes smaller as the Ta content increases, and it is preferable that the Ta content is smaller.

図25及び図27より、Ta含有量は40atm%以下であることが好ましいことが分かる。一般的なフロートガラスの反射率が8%であるのに対し、Ta含有量が40atm%以下の範囲では、反射率はガラスと同等以下であり、かつ透過率も高い値であるため、実用上、反射率の低減と高い透過率を保つことができる。   25 and 27 that the Ta content is preferably 40 atm% or less. While the reflectivity of a general float glass is 8%, in the range where the Ta content is 40 atm% or less, the reflectivity is equal to or less than that of glass, and the transmittance is also high. , Reduction in reflectance and high transmittance can be maintained.

なお、実施例4では、図1に示す第1の偏光板の構造を用いたが、図2に示す第2の偏光板の構造を用いても同様の効果を得ることができる。   In Example 4, the structure of the first polarizing plate shown in FIG. 1 was used, but the same effect can be obtained even if the structure of the second polarizing plate shown in FIG. 2 is used.

[実施例6]
実施例3において、誘電体層の膜厚による反射率について説明したが、実施例6では、誘電体層の膜厚による反射率の最小値の波長について、実際にサンプルを作製して検証した。
[Example 6]
In Example 3, the reflectance according to the film thickness of the dielectric layer was described. In Example 6, a sample was actually manufactured and verified for the wavelength of the minimum value of the reflectance due to the film thickness of the dielectric layer.

図28は、実施例6の偏光板を示す概略断面図である。実施例5の偏光板は、ピッチが140nmのグリッド構造を有し、基板側からAlを220nm、SiO、及びFeを5atm%含有するSiを35nm積層したものとした。 FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 6. The polarizing plate of Example 5 had a grid structure with a pitch of 140 nm and was laminated with 35 nm of Si containing 220 nm of Al, SiO 2 , and 5 atm% of Fe from the substrate side.

図29は、実施例6の偏光板において誘電体層の膜厚をそれぞれ、2.5nm、5.0nm、7.5nm、及び10.0nmとしたときの吸収軸反射率を示すグラフである。図29に示すように、誘電体層の膜厚により、吸収軸反射率の最小値の波長を制御することができることが分かった。また、誘電体層の膜厚が2.5nmと非常に薄くても反射率が低減されていることから、低反射率が望まれる波長次第では、誘電層がなくてもよいことが分かった。   FIG. 29 is a graph showing the absorption axis reflectance when the thickness of the dielectric layer in the polarizing plate of Example 6 is 2.5 nm, 5.0 nm, 7.5 nm, and 10.0 nm, respectively. As shown in FIG. 29, it was found that the wavelength of the minimum value of the absorption axis reflectance can be controlled by the thickness of the dielectric layer. Further, since the reflectivity is reduced even when the thickness of the dielectric layer is as thin as 2.5 nm, it has been found that there is no need for the dielectric layer depending on the wavelength for which low reflectivity is desired.

図30は、実施例7の偏光板を示す概略断面図であり、図31は、実施例7の偏光素子の断面のSEM画像である。実施例7の偏光板は、次のように作製した。先ず、厚さ0.7mmの透光基板(品名:Eagle2000、コーニング社製)上に下地膜としてSiOを15nm、吸収層AとしてTaを15nm、吸収層Bとして(Fe5%)Siを10nm、誘電体層としてSiOxを40nm、及び反射層としてAlを170nm、順次、スパッタリングにより成膜した。(Fe5%)Siは、Feを5atm%含有するシリコンターゲットを用いて成膜した。 30 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 7, and FIG. 31 is an SEM image of the cross section of the polarizing element of Example 7. The polarizing plate of Example 7 was produced as follows. First, on a light-transmitting substrate having a thickness of 0.7 mm (product name: Eagle 2000, manufactured by Corning), SiO 2 is 15 nm as a base film, Ta is 15 nm as an absorption layer A, and Si is 10 nm as an absorption layer B (Fe 5%). The dielectric layer was formed by sputtering with SiOx of 40 nm and the reflective layer with Al of 170 nm in this order. (Fe 5%) Si was formed using a silicon target containing 5 atm% Fe.

また、反射層上にBARC(Bottom Anti-Reflective Coat)を成膜し、レジストによ
り格子状のマスクパターンを形成した。次に、Ar/Oガスによるスカム処理によりBARCを除去し、Cl/BClによりAlをエッチングした。その後、HOプラズマにより腐食層(塩化化合物)を除去し、Oアッシングにより、レジスト、BARCを
除去した。そして、CF/Arガスにより吸収層をエッチングして格子状凸部を形成し、ピッチが140nmのグリッド構造を有する偏光板を作製した。吸収層のエッチング条件は、CFガス流量:20sccm、Arガス流量:4sccm、CF/Arガス圧力:0.5Pa、冷却用Heガス圧力:400Pa、エッチング時間:80secとした。この実施例7の偏光板のTa層の幅は、Al層の幅Wとほぼ同じであった。
Moreover, BARC (Bottom Anti-Reflective Coat) was formed on the reflective layer, and a lattice-like mask pattern was formed with a resist. Next, BARC was removed by scum treatment with Ar / O 2 gas, and Al was etched with Cl 2 / BCl 3 . Thereafter, the corrosive layer (chlorinated compound) was removed by H 2 O plasma, and the resist and BARC were removed by O 2 ashing. Then, the absorption layer was etched with CF 4 / Ar gas to form lattice-shaped convex portions, and a polarizing plate having a grid structure with a pitch of 140 nm was produced. The etching conditions of the absorption layer were CF 4 gas flow rate: 20 sccm, Ar gas flow rate: 4 sccm, CF 4 / Ar gas pressure: 0.5 Pa, He gas pressure for cooling: 400 Pa, etching time: 80 sec. The width of the Ta layer of the polarizing plate of Example 7 was almost the same as the width W of the Al layer.

図32(A)は、実施例7の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図32(B)は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Tp、吸収軸透過率Ts、コントラストCR(Tp/Ts)、透過軸反射率Rp、及び吸収軸反射率Rsの平均値を示す表である。実施例7の偏光板は、実施例1と同様に、比較例と比べて、可視波長の広い範囲で反射率を低下させることができた。また、実施例7の偏光板は、高いコントラストCRを得ることができた。   FIG. 32A is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of Example 7, and FIG. 32B shows the transmission axis in each wavelength band of red (Red), green (Green), and blue (Blue). It is a table | surface which shows the average value of the transmittance | permeability Tp, the absorption-axis transmittance | permeability Ts, contrast CR (Tp / Ts), the transmission-axis reflectance Rp, and the absorption-axis reflectance Rs. As in Example 1, the polarizing plate of Example 7 was able to reduce the reflectance over a wide visible wavelength range as compared with the comparative example. Moreover, the polarizing plate of Example 7 was able to obtain high contrast CR.

図33は、実施例8の偏光板を示す概略断面図であり、図34は、実施例8の偏光素子の断面のSEM画像である。実施例8の偏光板は、吸収層のエッチング条件以外は、実施例7の偏光板と同様に作製した。吸収層のエッチング条件は、CFガス流量:20sccm、Arガス流量:4sccm、CF/Arガス圧力:2.0Pa、冷却用Heガス圧力:1000Pa、エッチング時間:80secとした。この実施例8の偏光板のTa層の幅は、Al層の幅Wよりも狭く形成された。 FIG. 33 is a schematic cross-sectional view showing the polarizing plate of Example 8, and FIG. 34 is an SEM image of the cross section of the polarizing element of Example 8. The polarizing plate of Example 8 was produced in the same manner as the polarizing plate of Example 7 except for the etching conditions of the absorption layer. The etching conditions of the absorption layer were CF 4 gas flow rate: 20 sccm, Ar gas flow rate: 4 sccm, CF 4 / Ar gas pressure: 2.0 Pa, cooling He gas pressure: 1000 Pa, and etching time: 80 sec. The width of the Ta layer of the polarizing plate of Example 8 was formed narrower than the width W of the Al layer.

図35(A)は、実施例8の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図35(B)は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Tp、吸収軸透過率Ts、コントラストCR(Tp/Ts)、透過軸反射率Rp、及び吸収軸反射率Rsの平均値を示す表である。実施例8の偏光板は、コントラストCRが実施例7とほぼ同じでありながら、反射率を実施例7よりも低下させることができた。これは、青の波長帯域(430nm−510nm)で特に顕著であった。   FIG. 35 (A) is a graph showing the optical characteristics of the polarizing plate of Example 8, and FIG. 35 (B) shows the transmission axis in each wavelength band of red (Red), green (Green), and blue (Blue). It is a table | surface which shows the average value of the transmittance | permeability Tp, the absorption-axis transmittance | permeability Ts, contrast CR (Tp / Ts), the transmission-axis reflectance Rp, and the absorption-axis reflectance Rs. In the polarizing plate of Example 8, the contrast CR was substantially the same as that of Example 7, but the reflectance could be lowered as compared with Example 7. This was particularly noticeable in the blue wavelength band (430 nm-510 nm).

11 透光基板、 12 吸収層、 13 誘電体層、 14 反射層   11 translucent substrate, 12 absorbing layer, 13 dielectric layer, 14 reflecting layer

すなわち、本発明に係る偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板と、Feを含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、前記透光基板側から前記吸収層と前記反射層とがこの順に積層されてなる、又は前記透光基板側から前記反射層と前記吸収層とがこの順に積層されてなり、前記金属含有半導体層の半導体が、Siであり、前記金属含有半導体層のFe含有量が、10atm%以下であることを特徴とする。 That is, the polarizing plate according to the present invention has at least a light-transmitting substrate that transmits light in the use band and a metal-containing semiconductor layer containing Fe, and has a one-dimensional lattice shape with a pitch smaller than the wavelength of light in the use band. And a reflection layer arranged in a one-dimensional lattice pattern with a pitch smaller than the wavelength of light in the use band, and the absorption layer and the reflection layer are arranged in this order from the translucent substrate side. laminated comprising, or from said light transmitting substrate side and the reflective layer and the absorbing layer is Ri Na are laminated in this order, the semiconductor of the metal-containing semiconductor layer is a Si, Fe-containing the metal-containing semiconductor layer the amount, characterized in der Rukoto following 10 atm%.

また、本発明に係る偏光板の製造方法は、使用帯域の光を透過する透光基板上に、Fe含有量が10atm%以下であり、半導体がSiである金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成することを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the polarizing plate which concerns on this invention is the absorption layer which has at least the metal containing semiconductor layer whose Fe content is 10 atm% or less and whose semiconductor is Si on the transparent substrate which permeate | transmits the light of a use zone | band. And a reflective layer are laminated in this order or in the reverse order, and a grid structure arranged in a one-dimensional lattice pattern at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band is formed by etching.

Claims (21)

使用帯域の光を透過する透光基板と、
金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、
使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、
前記透光基板側から前記吸収層と前記反射層とがこの順に積層されてなる、又は前記透光基板側から前記反射層と前記吸収層とがこの順に積層されてなる偏光板。
A light-transmitting substrate that transmits light in the use band;
An absorption layer having at least a metal-containing semiconductor layer containing a metal and arranged in a one-dimensional lattice pattern at a pitch smaller than the wavelength of light in a use band;
A reflective layer arranged in a one-dimensional lattice at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band,
The polarizing plate in which the absorption layer and the reflection layer are laminated in this order from the light transmitting substrate side, or the reflection layer and the absorption layer are laminated in this order from the light transmission substrate side.
前記吸収層と前記反射層との間に、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層を備える請求項1記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 1, further comprising a dielectric layer arranged in a one-dimensional lattice pattern at a pitch smaller than a wavelength of light in a use band between the absorption layer and the reflection layer. 前記金属含有半導体層の半導体が、Si、Ge、Te、ZnOのうちいずれか1種であり、
前記金属含有半導体層の金属が、Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn、Nbのうち1種以上の純金属又は合金であり、
前記金属含有半導体層の金属含有量が、50atm%以下である請求項1又は2に記載の偏光板。
The semiconductor of the metal-containing semiconductor layer is any one of Si, Ge, Te, ZnO,
The metal of the metal-containing semiconductor layer is Ta, Al, Ag, Cu, Au, Mo, Cr, Ti, W, Ni, Fe, Sn, Nb, one or more pure metals or alloys,
The polarizing plate according to claim 1, wherein the metal content of the metal-containing semiconductor layer is 50 atm% or less.
前記吸収層又は前記誘電体層の少なくとも一部の幅が、前記反射層の幅よりも狭い請求項1乃至3のいずれか1項に記載の偏光板。   The polarizing plate according to any one of claims 1 to 3, wherein a width of at least a part of the absorbing layer or the dielectric layer is narrower than a width of the reflective layer. 前記吸収層が、金属層をさらに有し、該金属層の幅が、前記反射層の幅よりも狭い請求項4記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 4, wherein the absorption layer further includes a metal layer, and the width of the metal layer is narrower than the width of the reflective layer. 前記吸収層が、光入射方向に対し、前記金属層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項5記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 5, wherein the absorption layer is formed in the order of the metal layer and the metal-containing semiconductor layer with respect to a light incident direction. 前記金属層が、Ta層である請求項5又は6に記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 5 or 6, wherein the metal layer is a Ta layer. 前記金属含有半導体層の金属が、Feである請求項5乃至7のいずれか1項に記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 5, wherein the metal of the metal-containing semiconductor layer is Fe. 前記吸収層が、金属層又は半導体層をさらに有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 1, wherein the absorption layer further includes a metal layer or a semiconductor layer. 前記金属含有半導体層の半導体が、Siである請求項1又は2に記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 1, wherein the semiconductor of the metal-containing semiconductor layer is Si. 前記金属含有半導体層の金属が、Feである請求項10記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 10, wherein the metal of the metal-containing semiconductor layer is Fe. 前記金属含有半導体層のFe含有量が、50atm%以下である請求項11記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 11, wherein the metal-containing semiconductor layer has an Fe content of 50 atm% or less. 前記吸収層が、Ta層をさらに有する請求項11又は12記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 11 or 12, wherein the absorption layer further comprises a Ta layer. 前記吸収層が、光入射方向に対し、前記Ta層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項13記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 13, wherein the absorption layer is formed in the order of the Ta layer and the metal-containing semiconductor layer with respect to a light incident direction. 前記金属含有半導体層の膜厚が、前記Ta層よりも厚い請求項14記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 14, wherein the metal-containing semiconductor layer is thicker than the Ta layer. 前記金属含有半導体層の金属が、Taである請求項9記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 9, wherein the metal of the metal-containing semiconductor layer is Ta. 前記金属含有半導体層のTa含有量が、40atm%以下である請求項16記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 16, wherein a Ta content of the metal-containing semiconductor layer is 40 atm% or less. 前記吸収層が、Ta層をさらに有する請求項16又は17記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 16 or 17, wherein the absorption layer further comprises a Ta layer. 前記吸収層が、光入射方向に対し、前記Ta層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項18記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 18, wherein the absorption layer is formed in the order of the Ta layer and the metal-containing semiconductor layer with respect to a light incident direction. 前記金属含有半導体層の膜厚が、前記Ta層よりも厚い請求項19記載の偏光板。   The polarizing plate according to claim 19, wherein the metal-containing semiconductor layer is thicker than the Ta layer. 使用帯域の光を透過する透光基板上に、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、
エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成する偏光板の製造方法。
On the light-transmitting substrate that transmits light in the use band, an absorption layer having at least a metal-containing semiconductor layer containing a metal and a reflective layer are laminated in this order or reverse order,
A method of manufacturing a polarizing plate, which forms a grid structure arranged in a one-dimensional lattice pattern at a pitch smaller than the wavelength of light in a use band by etching.
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