JP2019120925A - Polarizing plate and method for manufacturing the same, and optical instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏光板及びその製造方法、並びに光学機器に関する。 The present invention relates to a polarizing plate, a method of manufacturing the same, and an optical apparatus.
従来、偏光素子として、使用帯域の光の波長より小さいピッチの金属格子を基板上に形成し、当該金属格子上に誘電層及び無機微粒子層を形成することにより、金属格子から反射した光を干渉効果により打ち消すとともに、もう一方の偏光成分を透過させる吸収型のワイヤグリッド型偏光素子が提案されている。このような偏光素子に対しては、近年、液晶プロジェクタの高輝度化に伴い、高い透過率特性とともに、強い光の環境下における反射率特性への制御要求が高まっている。 Conventionally, a metal grating having a pitch smaller than the wavelength of light in the working band is formed on a substrate as a polarizing element, and a dielectric layer and an inorganic fine particle layer are formed on the metal grating to interfere with light reflected from the metal grating. An absorption type wire grid type polarization element has been proposed which cancels out the effect and transmits the other polarization component. With respect to such a polarizing element, in recent years, along with the increase in luminance of liquid crystal projectors, control requirements for reflectance characteristics under strong light environment as well as high transmittance characteristics are increasing.
ここで、反射率特性は、格子構造を構成する、層間の干渉や、層内の吸収によって決定づけられる。そして、要求に応じた材料を誘電層等に用いることによって、反射率を制御する方法が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら特許文献1においては、各層が矩形形状として設計されているため、ナノレベルで完全な矩形を形成することは困難であることから、形状を加味した材料設計は非常に困難な状況となる。 Here, the reflectance characteristic is determined by the interference between layers constituting the lattice structure and the absorption in the layer. And the method of controlling a reflectance is proposed by using the material according to a request | requirement for a dielectric layer etc. (refer patent document 1). However, in Patent Document 1, since each layer is designed as a rectangular shape, it is difficult to form a complete rectangle at the nano level, so material design in consideration of the shape becomes a very difficult situation.
また、金属層を形成する前に、樹脂製の基材に微細パターンを形成して基材の反射率及び波長を制御することで、得られる偏光素子の反射率特性を制御する方法が提案されている(特許文献2参照)。しかしながら、特許文献2で用いられる基材は樹脂製であるため、無機材料で構成されるワイヤグリッド偏光素子と比較して、耐熱性や耐光性に劣り、強い光の環境下での長期使用については不安がある。
In addition, a method is proposed to control the reflectance characteristics of the obtained polarizing element by forming a fine pattern on the resin base material and controlling the reflectance and wavelength of the base material before forming the metal layer. (See Patent Document 2). However, since the base material used in
本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射率特性の制御に優れた偏光板及びその製造方法、並びにその偏光板を備える光学機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above background art, and an object thereof is to provide a polarizing plate excellent in control of reflectance characteristics, a method of manufacturing the same, and an optical apparatus including the polarizing plate.
本発明者は、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備えるワイヤグリッド構造を有する偏光板において、格子状凸部に、透明基板側から順に、反射層と、第1の誘電体層と、吸収層と、を備えさせ、前記の所定方向から見たときの、反射層、第1の誘電体層、及び吸収層の最小幅の関係を特定すれば、光吸収作用の波長範囲をシフトさせる効果を発現でき、その結果、反射率特性の制御に優れた偏光板が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventor of the present invention is a polarizing plate having a wire grid structure including: a transparent substrate; and a grid-like convex portion arranged on the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of light in the working band and extending in a predetermined direction. The reflection layer, the first dielectric layer, and the absorption layer are provided on the lattice-like convex portion sequentially from the transparent substrate side, and the reflection layer when viewed from the predetermined direction, the first dielectric If the relationship between the minimum width of the layer and the absorption layer is specified, the effect of shifting the wavelength range of the light absorption action can be expressed, and as a result, it is found that a polarizing plate excellent in control of reflectance characteristics can be obtained. We came to complete the invention.
すなわち本発明は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板(例えば、後述の透明基板1)と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部(例えば、後述の格子状凸部6)と、を備え、前記格子状凸部は、前記透明基板側から順に、反射層(例えば、後述の反射層2)と、第1の誘電体層(例えば、後述の第1の誘電体層3)と、吸収層(例えば、後述の吸収層4)と、第2の誘電体層(例えば、後述の第1の誘電体層5)と、を有し、前記所定方向から見たとき、前記反射層と前記第1の誘電体層とは略同一の幅を有しており、且つ、前記吸収層の最小幅は、前記反射層及び前記第1の誘電体層の最小幅より小さく、前記吸収層の最大幅は、前記吸収層において少なくとも一方の最表面の幅である偏光板である。
That is, the present invention is a polarizing plate having a wire grid structure, and is arranged on the transparent substrate (for example, the transparent substrate 1 described later) and the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of light in the use band And a grid-like convex part (for example, grid-
前記最表面は、前記第1の誘電体層側の最表面であってもよい。 The outermost surface may be the outermost surface on the first dielectric layer side.
前記最表面は、前記第2の誘電体層側の最表面であってもよい。 The outermost surface may be the outermost surface on the second dielectric layer side.
前記反射層は、前記所定方向から見たとき、略矩形であってもよい。 The reflective layer may be substantially rectangular when viewed from the predetermined direction.
前記第1の誘電体層は、前記所定方向から見たとき、略矩形であってもよい。 The first dielectric layer may be substantially rectangular when viewed from the predetermined direction.
前記透明基板は、使用帯域の光の波長に対して透明であり、且つ、ガラス、水晶、又はサファイアで構成されていてもよい。 The transparent substrate may be transparent to the wavelength of light in the working band, and may be made of glass, quartz or sapphire.
前記反射層は、アルミニウム、又はアルミニウム合金で構成されていてもよい。 The reflective layer may be made of aluminum or an aluminum alloy.
前記第1の誘電体層は、Si酸化物で構成されていてもよい。 The first dielectric layer may be made of Si oxide.
前記第2の誘電体層は、Si酸化物で構成されていてもよい。 The second dielectric layer may be made of Si oxide.
前記吸収層は、Fe、又はTaを含むとともに、Siを含んで構成されていてもよい。 The absorption layer may contain Fe or Ta and may contain Si.
光が入射する前記偏光板の表面は、誘電体からなる保護膜により覆われていてもよい。 The surface of the polarizing plate on which light is incident may be covered by a protective film made of a dielectric.
光が入射する前記偏光板の表面は、有機系撥水膜により覆われていてもよい。 The surface of the polarizing plate on which light is incident may be covered with an organic water repellent film.
また別の本発明は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板の製造方法であって、透明基板の片面に反射層を形成する反射層形成工程と、前記反射層の前記透明基板とは反対面に第1の誘電体層を形成する第1誘電体層形成工程と、前記第1の誘電体層の前記反射層とは反対面に吸収層を形成する吸収層形成工程と、前記吸収層の前記第1の誘電体層とは反対面に第2の誘電体層を形成する第2誘電体層形成工程と、形成された積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部を形成するエッチング工程と、を有し、前記エッチング工程では、等方性エッチングと異方性エッチングを組み合わせることにより、前記所定方向から見たとき、前記反射層と前記第1の誘電体層とを略同一の幅とし、前記吸収層の最小幅を、前記反射層及び前記第1の誘電体層の最小幅より小さいものとし、前記吸収層の最大幅を、前記吸収層において少なくとも一方の最表面の幅とする、偏光板の製造方法である。 Yet another aspect of the present invention is a method of manufacturing a polarizing plate having a wire grid structure, comprising a reflective layer forming step of forming a reflective layer on one side of a transparent substrate, and a second surface of the reflective layer opposite to the transparent substrate. A first dielectric layer forming step of forming the first dielectric layer; an absorption layer forming step of forming an absorption layer on the surface of the first dielectric layer opposite to the reflection layer; The second dielectric layer forming step of forming a second dielectric layer on the surface opposite to the first dielectric layer, and selectively etching the formed laminated body, the wavelength of the light in the working band is exceeded. And an etching step of forming grid-like convex portions arranged in a short pitch on the transparent substrate and extending in a predetermined direction, wherein in the etching step, isotropic etching and anisotropic etching are combined, And the reflective layer when viewed from the predetermined direction The first dielectric layer has substantially the same width, and the minimum width of the absorption layer is smaller than the minimum widths of the reflective layer and the first dielectric layer, and the maximum width of the absorption layer is It is a manufacturing method of the polarizing plate made into the width | variety of at least one outermost surface in the said absorption layer.
前記最表面は、前記第1の誘電体層側の最表面であってもよい。 The outermost surface may be the outermost surface on the first dielectric layer side.
前記最表面は、前記第2の誘電体層側の最表面であってもよい。 The outermost surface may be the outermost surface on the second dielectric layer side.
また別の本発明は、上記の偏光板を備える光学機器である。 Another present invention is an optical device provided with the above-mentioned polarizing plate.
本発明によれば、反射率特性の制御に優れた偏光板及びその製造方法、並びにその偏光板を備える光学機器を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polarizing plate excellent in control of a reflectance characteristic, its manufacturing method, and an optical instrument provided with the polarizing plate can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[偏光板]
本発明の偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ(周期)で透明基板上に配列されて所定方向に延在する格子状凸部と、を備える。また、この格子状凸部は、透明基板側から順に、少なくとも、反射層と、第1の誘電体層と、吸収層と、を有する。なお、本発明の偏光板は、本発明の効果を発現する限りにおいて、透明基板、反射層、第1の誘電体層、吸収層、以外の層が存在していてもよい。
[Polarizer]
The polarizing plate of the present invention is a polarizing plate having a wire grid structure, and is a transparent substrate and a grating arranged on the transparent substrate at a pitch (period) shorter than the wavelength of light in the working band and extending in a predetermined direction And a convex portion. Further, the lattice-like convex portion has at least a reflection layer, a first dielectric layer, and an absorption layer in order from the transparent substrate side. In the polarizing plate of the present invention, layers other than the transparent substrate, the reflective layer, the first dielectric layer, and the absorbing layer may be present as long as the effects of the present invention are exhibited.
図1は、本発明の一実施形態に係る偏光板10を示す断面模式図である。図1に示すように、偏光板10は、使用帯域の光に透明な透明基板1と、透明基板1の一方の面上に使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列された格子状凸部6と、を備える。格子状凸部6は、透明基板1側から順に、反射層2と、第1の誘電体層3と、吸収層4と、を有する。即ち、偏光板10は、反射層2と、第1の誘電体層3と、吸収層4が透明基板1側からこの順に積層されて形成された格子状凸部6が、透明基板1上に一次元格子状に配列されたワイヤグリッド構造を有する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a polarizing
ここで、図1に示すように格子状凸部6の延在する方向(所定方向)を、Y軸方向と称する。また、Y軸方向に直交し、透明基板1の主面に沿って格子状凸部6が配列する方向を、X軸方向と称する。この場合、偏光板10に入射する光は、透明基板1の格子状凸部6が形成されている側において、好適にはX軸方向及びY軸方向に直交する方向から入射する。
Here, as shown in FIG. 1, the extending direction (predetermined direction) of the grid-
ワイヤグリッド構造を有する偏光板は、透過、反射、干渉及び光学異方性による偏光波の選択的光吸収の4つの作用を利用することで、Y軸方向に平行な電界成分をもつ偏光波(TE波(S波))を減衰させ、X軸方向に平行な電界成分をもつ偏光波(TM波(P波))を透過させる。従って、図1においては、Y軸方向が偏光板の吸収軸の方向であり、X軸方向が偏光板の透過軸の方向である。 A polarizing plate having a wire grid structure utilizes polarized light having an electric field component parallel to the Y-axis direction by utilizing the four effects of transmission, reflection, interference, and selective light absorption of polarized light by optical anisotropy. TE waves (S waves) are attenuated, and polarized waves (TM waves (P waves)) having electric field components parallel to the X-axis direction are transmitted. Therefore, in FIG. 1, the Y-axis direction is the direction of the absorption axis of the polarizing plate, and the X-axis direction is the direction of the transmission axis of the polarizing plate.
図1に示される偏光板10の格子状凸部6が形成された側から入射した光は、吸収層4及び第1の誘電体層3を通過する際に一部が吸収されて減衰する。吸収層4及び第1の誘電体層3を透過した光のうち、偏光波(TM波(P波))は高い透過率で反射層2を透過する。一方、吸収層4及び第1の誘電体層3を透過した光のうち、偏光波(TE波(S波))は反射層2で反射される。反射層2で反射されたTE波は、吸収層4及び第1の誘電体層3を通過する際に一部は吸収され、一部は反射して反射層2に戻る。また、反射層2で反射されたTE波は、吸収層4及び第1の誘電体層3を通過する際に干渉して減衰する。以上のようにTE波の選択的減衰を行うことにより、偏光板10は、所望の偏光特性を得ることができる。
The light incident from the side of the
本発明の偏光板における格子状凸部は、図1に示すように各一次元格子の延在する方向(所定方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、反射層2と、第1の誘電体層3と、吸収層4と、を有する。
The grid-like convex portions in the polarizing plate of the present invention, when viewed from the extending direction (predetermined direction) of each one-dimensional grating as shown in FIG. 1, that is, in the cross-sectional view orthogonal to the predetermined direction , And the first
ここで本明細書における寸法につき、図1を用いて説明する。高さとは、図1における透明基板1の主面に垂直な方向の寸法を意味する。幅Wとは、格子状凸部6の延びる方向に沿うY軸方向から見たときに、高さ方向に直交するX軸方向の寸法を意味する。また、偏光板10を格子状凸部6の延びる方向に沿うY軸方向から見たときに、格子状凸部6のX軸方向の繰り返し間隔を、ピッチPと称する。
Here, dimensions in the present specification will be described with reference to FIG. The height means the dimension in the direction perpendicular to the main surface of the transparent substrate 1 in FIG. The width W means a dimension in the X-axis direction orthogonal to the height direction when viewed from the Y-axis direction along the extending direction of the grid-like
本発明の偏光板において、格子状凸部のピッチPは、使用帯域の光の波長よりも短ければ特に制限されない。作製の容易性及び安定性の観点から、格子状凸部のピッチPは、例えば、100nm〜200nmが好ましい。この格子状凸部のピッチPは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて、任意の4箇所についてピッチPを測定し、その算術平均値を格子状凸部のピッチPとすることができる。以下、この測定方法を電子顕微鏡法と称する。 In the polarizing plate of the present invention, the pitch P of the grid-like convex portions is not particularly limited as long as it is shorter than the wavelength of the light of the working band. The pitch P of the grid-like convex portions is preferably, for example, 100 nm to 200 nm from the viewpoint of ease of preparation and stability. The pitch P of the grid-like convex portions can be measured by observing with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. For example, the pitch P can be measured at any four places using a scanning electron microscope or a transmission electron microscope, and the arithmetic mean value thereof can be used as the pitch P of the grid-like convex portions. Hereinafter, this measurement method is referred to as electron microscopy.
本発明の偏光板は、格子状凸部の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、反射層と第1の誘電体層とは略同一の幅を有しており、且つ、吸収層の最小幅は、反射層及び第1の誘電体層の最小幅より小さいことを特徴とする。これにより、反射率特性の制御に優れた偏光板を実現することができる。 In the polarizing plate of the present invention, the reflective layer and the first dielectric layer have substantially the same width when viewed from the extending direction of the grid-like convex portion (predetermined direction: Y-axis direction), And, the minimum width of the absorption layer is characterized by being smaller than the minimum widths of the reflective layer and the first dielectric layer. Thereby, a polarizing plate excellent in control of reflectance characteristics can be realized.
(透明基板)
透明基板(図1における透明基板1)としては、使用帯域の光に対して透光性を示す基板であれば特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。「使用帯域の光に対して透光性を示す」とは、使用帯域の光の透過率が100%であることを意味するものではなく、偏光板としての機能を保持可能な透光性を示せばよい。使用帯域の光としては、例えば、波長380nm〜810nm程度の可視光が挙げられる。
(Transparent substrate)
The transparent substrate (the transparent substrate 1 in FIG. 1) is not particularly limited as long as it is a substrate showing translucency to light in the use band, and can be appropriately selected according to the purpose. The term "shows translucency to light in the use band" does not mean that the transmittance of light in the use band is 100%, and means that the light transmissivity capable of maintaining the function as a polarizing plate Just show it. Examples of light in the use band include visible light having a wavelength of about 380 nm to 810 nm.
透明基板の主面形状は特に制限されず、目的に応じた形状(例えば、矩形形状)が適宜選択される。透明基板の平均厚みは、例えば、0.3mm〜1mmが好ましい。 The main surface shape of the transparent substrate is not particularly limited, and a shape (for example, a rectangular shape) according to the purpose is appropriately selected. The average thickness of the transparent substrate is preferably 0.3 mm to 1 mm, for example.
透明基板の構成材料としては、屈折率が1.1〜2.2の材料が好ましく、ガラス、水晶、サファイア等が挙げられる。コスト及び透光率の観点からは、ガラス、特に石英ガラス(屈折率1.46)やソーダ石灰ガラス(屈折率1.51)を用いることが好ましい。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等の安価なガラス材料を用いることができる。 As a constituent material of the transparent substrate, a material having a refractive index of 1.1 to 2.2 is preferable, and glass, quartz, sapphire and the like can be mentioned. From the viewpoint of cost and light transmittance, it is preferable to use glass, particularly quartz glass (refractive index 1.46) or soda lime glass (refractive index 1.51). The component composition of the glass material is not particularly limited. For example, inexpensive glass materials such as silicate glass widely distributed as optical glass can be used.
また、熱伝導性の観点からは、熱伝導性が高い水晶やサファイア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が得られ、発熱量の多いプロジェクタの光学エンジン用の偏光板として好ましく用いられる。 Further, from the viewpoint of thermal conductivity, it is preferable to use quartz or sapphire having high thermal conductivity. As a result, high light resistance to strong light is obtained, and it is preferably used as a polarizing plate for an optical engine of a projector having a large amount of heat generation.
なお、水晶等の光学活性の結晶からなる透明基板を用いる場合には、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6を配置することが好ましい。これにより、優れた光学特性が得られる。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。
In the case of using a transparent substrate made of an optically active crystal such as quartz, it is preferable to dispose the grid-like
(反射層)
反射層(図1における反射層2)は、透明基板の片側面に形成され、吸収軸であるY軸方向に、帯状に延びた金属膜が配列されたものである。なお、本発明においては、透明基板と反射層との間には、別の層が存在していてもよい。
(Reflective layer)
The reflective layer (the
図1に示される本発明の一実施形態に係る偏光板10の反射層2は、透明基板1の面方向に対して垂直に延びており、格子状凸部の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、矩形状を有する。反射層は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、反射層の長手方向に平行な方向に電界成分をもつ偏光波(TE波(S波))を減衰させ、反射層の長手方向に直交する方向に電界成分をもつ偏光波(TM波(P波))を透過させる。
The
反射層の構成材料としては、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等の元素単体、又はこれらの1種以上の元素を含む合金が挙げられる。中でも、反射層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されることが好ましい。なお、これらの金属材料以外にも、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してもよい。 The constituent material of the reflective layer is not particularly limited as long as it is a material having reflectivity to light in the use band, and, for example, Al, Ag, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W, Fe, Si, Examples include elemental elements such as Ge and Te, and alloys containing one or more of these elements. Among them, the reflective layer is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. In addition to these metal materials, for example, an inorganic film or resin film other than a metal having a high surface reflectance due to coloring or the like may be used.
反射層の膜厚は、特に制限されず、例えば、100nm〜300nmが好ましい。なお、反射層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。 The film thickness of the reflective layer is not particularly limited, and is preferably, for example, 100 nm to 300 nm. The film thickness of the reflective layer can be measured, for example, by the above-mentioned electron microscopy.
本発明の偏光板においては、反射層の幅は、後述する第1の誘電体層と略同一であり、且つ、その最小幅が、後述する吸収層の最小幅よりも大きい必要がある。本発明においてはこれにより、反射率特性の制御に優れた偏光板を実現することができる。反射層の幅は、格子状凸部のピッチPとの関係にもよるが、例えば、35nm〜45nmの範囲であることが好ましい。なお、これらの幅は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。 In the polarizing plate of the present invention, the width of the reflective layer is substantially the same as that of the first dielectric layer described later, and the minimum width thereof needs to be larger than the minimum width of the absorption layer described later. In the present invention, this makes it possible to realize a polarizing plate excellent in control of reflectance characteristics. The width of the reflective layer is, for example, preferably in the range of 35 nm to 45 nm, although it depends on the relationship with the pitch P of the grid-like convex portions. In addition, these widths can be measured, for example by the above-mentioned electron microscopy.
反射層の最小幅を、吸収層の最小幅よりも大きくする方法としては、例えば、等方性エッチングと異方性エッチングを組み合わせて用いて、そのバランスを変化させる方法が挙げられる。 As a method of making the minimum width of the reflection layer larger than the minimum width of the absorption layer, for example, there is a method of changing the balance by using isotropic etching and anisotropic etching in combination.
(第1の誘電体層)
第1の誘電体層(図1における第1の誘電体層3)は、反射層上に形成され、吸収軸であるY軸方向に帯状に延びた誘電体膜が配列されたものである。なお、本発明においては、反射層と第1の誘電体層との間には、別の層が存在していてもよい。
(First dielectric layer)
The first dielectric layer (the first
図1に示される本発明の一実施形態に係る偏光板10の第1の誘電体層3は、反射層上に、透明基板1の面方向に対して垂直に積層されており、格子状凸部の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、矩形状を有する。
The first
第1の誘電体層の膜厚は、吸収層で反射した偏光に対して、吸収層を透過して反射層で反射した偏光の位相が半波長ずれる範囲で形成される。具体的には、第1の誘電体層の膜厚は、偏光の位相を調整して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。この第1の誘電体層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。 The film thickness of the first dielectric layer is formed in a range in which the phase of the polarized light transmitted through the absorbing layer and reflected by the reflective layer is shifted by a half wavelength with respect to the polarized light reflected by the absorbing layer. Specifically, the film thickness of the first dielectric layer is appropriately set in the range of 1 to 500 nm in which the interference effect can be enhanced by adjusting the phase of polarization. The film thickness of this first dielectric layer can be measured, for example, by the above-mentioned electron microscopy.
第1の誘電体層を構成する材料としては、SiO2等のSi酸化物、Al2O3、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、等の金属酸化物、MgF2、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素、又はこれらの組み合わせ等の一般的な材料が挙げられる。中でも、第1の誘電体層3は、Si酸化物で構成されることが好ましい。
Examples of the material constituting the first dielectric layer include Si oxides such as SiO 2 , metal oxides such as Al 2 O 3 , beryllium oxide and bismuth oxide, MgF 2 , cryolite, germanium, titanium dioxide, Common materials such as silicon, magnesium fluoride, boron nitride, boron oxide, tantalum oxide, carbon, or a combination thereof can be mentioned. Among them, the first
第1の誘電体層の屈折率は、1.0より大きく、2.5以下であることが好ましい。反射層の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、第1の誘電体層の材料を選択することで、偏光特性を制御することができる。 The refractive index of the first dielectric layer is preferably greater than 1.0 and 2.5 or less. Since the optical properties of the reflective layer are also influenced by the refractive index of the surrounding, the polarization properties can be controlled by selecting the material of the first dielectric layer.
また、第1の誘電体層の膜厚や屈折率を適宜調整することにより、反射層で反射したTE波について、吸収層を透過する際に一部を反射して反射層に戻すことができ、吸収層を通過した光を干渉により減衰させることができる。このようにして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。 In addition, by appropriately adjusting the film thickness and the refractive index of the first dielectric layer, it is possible to reflect a portion of the TE wave reflected by the reflective layer back to the reflective layer when transmitting through the absorbing layer. The light passing through the absorption layer can be attenuated by interference. By selectively attenuating TE waves in this manner, desired polarization characteristics can be obtained.
本発明の偏光板においては、第1の誘電体層の幅は、前述の反射層と略同一であり、且つ、その最小幅が、後述する吸収層の最小幅よりも大きい必要がある。本発明においてはこれにより、反射率特性の制御に優れた偏光板を実現することができる。第1の誘電体層の幅は、格子状凸部のピッチPとの関係にもよるが、例えば、35nm〜45nmの範囲であることが好ましい。なお、これらの幅は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。 In the polarizing plate of the present invention, the width of the first dielectric layer needs to be substantially the same as that of the above-described reflective layer, and the minimum width thereof needs to be larger than the minimum width of the absorption layer described later. In the present invention, this makes it possible to realize a polarizing plate excellent in control of reflectance characteristics. The width of the first dielectric layer is, for example, preferably in the range of 35 nm to 45 nm, although it depends on the relationship with the pitch P of the grid-like convex portions. In addition, these widths can be measured, for example by the above-mentioned electron microscopy.
(吸収層)
吸収層(図1における吸収層4)は、第1の誘電体層上に形成され、吸収軸であるY軸方向に帯状に延びて配列されたものである。本発明においては、吸収軸であるY軸方向(所定方向)から見たとき、吸収層の最小幅は、上述の反射層及び第1の誘電体層の最小幅より小さいことを特徴とする。本発明においては、吸収層の形状を上記のようにすることで、光吸収作用の波長範囲をシフトさせる効果を発現でき、その結果、反射率特性の制御に優れた偏光板を実現することができる。
(Absorbent layer)
The absorption layer (the
図1に示される本発明の一実施形態に係る偏光板10の吸収層4は、格子状凸部の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、略等脚台形状であり、先端側(透明基板1の反対側)ほど幅が狭くなる方向に側面が傾斜した先細形状を有する。
The
本実施形態においては、吸収層4の最大幅は、吸収層4において透明基板1側の最表面の幅となり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最大幅と略同一である。
In the present embodiment, the maximum width of the
また、吸収層4の最小幅は、吸収層4において透明基板1とは反対側の最表面の幅となり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最小幅より小さい。
Further, the minimum width of the
吸収層の構成材料としては、金属材料や半導体材料等の光学定数の消衰定数が零でない、光吸収作用を持つ物質の1種以上が挙げられ、適用される光の波長範囲によって適宜選択される。金属材料としては、Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等の元素単体、又はこれらの1種以上の元素を含む合金が挙げられる。また、半導体材料としては、Si、Ge、Te、ZnO、シリサイド材料(β−FeSi2、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、CoSi2、TaSi等)が挙げられる。これらの材料を用いることにより、偏光板10は、適用される可視光域に対して高い消光比が得られる。中でも、吸収層は、Fe又はTaを含むとともに、Siを含んで構成されることが好ましい。
As a constituent material of the absorption layer, one or more kinds of substances having a light absorbing action, such as metal materials and semiconductor materials, having a non-zero extinction constant of optical constants, may be mentioned. Ru. Examples of the metal material include elemental elements such as Ta, Al, Ag, Cu, Au, Mo, Cr, Ti, W, Ni, Fe, Sn, etc., or an alloy containing one or more of these elements. As the semiconductor material, Si, Ge, Te, ZnO, suicide material (β-FeSi 2, MgSi 2 ,
吸収層として半導体材料を用いる場合には、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、即ち、バンドギャップとしては3.1ev以下の材料を使用する必要がある。 When a semiconductor material is used as the absorption layer, the band gap energy of the semiconductor needs to be equal to or less than the use band because the band gap energy of the semiconductor is involved in the absorption function. For example, in the case of use in visible light, it is necessary to use a material having an absorption at a wavelength of 400 nm or more, that is, a band gap of 3.1 ev or less.
吸収層の膜厚は、特に制限されず、例えば、10nm〜100nmが好ましい。この吸収層4の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
The film thickness of the absorption layer is not particularly limited, and for example, 10 nm to 100 nm is preferable. The film thickness of the
なお、吸収層は、蒸着法やスパッタ法により、高密度の膜として形成可能である。また、吸収層は、構成材料の異なる2層以上から構成されていてもよい。 Note that the absorption layer can be formed as a high density film by a vapor deposition method or a sputtering method. Moreover, the absorption layer may be comprised from two or more layers from which a constituent material differs.
吸収層の最大幅は、格子状凸部のピッチPとの関係にもよるが、例えば、35nm〜45nmの範囲であることが好ましい。また、吸収層の最大幅は、吸収層の下層に位置する、例えば第1の誘電体層の幅と略同一であってもよい。なお、これらの幅は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。 The maximum width of the absorption layer is preferably in the range of 35 nm to 45 nm, for example, although it depends on the relationship with the pitch P of the grid-like convex portions. In addition, the maximum width of the absorption layer may be, for example, substantially the same as the width of the first dielectric layer located under the absorption layer. In addition, these widths can be measured, for example by the above-mentioned electron microscopy.
上述の通り、本発明においては、吸収軸であるY軸方向(所定方向)から見たとき、吸収層の最小幅は、上述の反射層及び第1の誘電体層の最小幅より小さい必要がある。本発明においてはこれにより、反射率特性の制御に優れた偏光板を実現することができる。吸収層の最小幅は、例えば、吸収層の最大幅に対する割合が、100%よりも小さく、60〜90%の範囲であることが好ましい。なお、これらの幅は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。 As described above, in the present invention, the minimum width of the absorption layer needs to be smaller than the above-mentioned minimum width of the reflective layer and the first dielectric layer when viewed from the Y axis direction (predetermined direction) which is the absorption axis. is there. In the present invention, this makes it possible to realize a polarizing plate excellent in control of reflectance characteristics. The minimum width of the absorbing layer is, for example, preferably less than 100% and preferably in the range of 60 to 90% with respect to the maximum width of the absorbing layer. In addition, these widths can be measured, for example by the above-mentioned electron microscopy.
(拡散バリア層)
本発明の偏光板は、第1の誘電体層と吸収層との間に、拡散バリア層を有していてもよい。即ち図1に示される偏光板においては、格子状凸部6は、透明基板1側から順に、反射層2と、第1の誘電体層3と、拡散バリア層と、吸収層4と、を有する。拡散バリア層を有することにより、吸収層における光の拡散が防止される。この拡散バリア層は、Ta、W、Nb、Ti等の金属膜で構成することができる。
(Diffusion barrier layer)
The polarizing plate of the present invention may have a diffusion barrier layer between the first dielectric layer and the absorption layer. That is, in the polarizing plate shown in FIG. 1, the lattice-like
(保護膜)
また、本発明の偏光板は、光学特性の変化に影響を与えない範囲において、光の入射側の表面が、誘電体からなる保護膜により覆われていてもよい。保護膜は、誘電体膜で構成され、例えば偏光板の表面(ワイヤグリッドが形成された面)上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)やALD(Atomic Layer Deposition)を利用することにより形成可能である。これにより、金属膜に対する必要以上の酸化反応を抑制することができる。
(Protective film)
Further, in the polarizing plate of the present invention, the surface on the light incident side may be covered with a protective film made of a dielectric, as long as the change in optical characteristics is not affected. The protective film is made of a dielectric film, and can be formed, for example, by using chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) on the surface of the polarizing plate (the surface on which the wire grid is formed). . Thereby, it is possible to suppress the oxidation reaction more than necessary to the metal film.
(有機系撥水膜)
さらに、本発明の偏光板は、光の入射側の表面が、有機系撥水膜により覆われていてもよい。有機系撥水膜は、例えばパーフルオロデシルトリエトキシシラン(FDTS)等のフッ素系シラン化合物等で構成され、例えば上述のCVDやALDを利用することにより形成可能である。これにより、偏光板の耐湿性等の信頼性を向上できる。
(Organic water repellent film)
Furthermore, in the polarizing plate of the present invention, the surface on the light incident side may be covered with an organic water repellent film. The organic water repellent film is made of, for example, a fluorine-based silane compound such as perfluorodecyltriethoxysilane (FDTS), and can be formed by using, for example, the above-mentioned CVD or ALD. Thereby, the reliability such as the moisture resistance of the polarizing plate can be improved.
なお、本発明は図1に示される上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形及び改良は、本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment shown in FIG. 1, and modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
図9は、本発明の別の実施形態に係る偏光板30を示す断面模式図である。図9に示される偏光板30は、格子状凸部6において、図1に示される偏光板10の吸収層4の上に、第2の誘電体層5が形成されている以外は、図1に示される偏光板10と同一の構成である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a
(第2の誘電体層)
図9に示される偏光板30の第2の誘電体層5は、吸収層上に、透明基板1の面方向に対して垂直に積層されており、格子状凸部の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、矩形状を有する。また、図9に示される偏光板30においては、第2の誘電体層5の幅は、第1の誘電体層3の幅と同一となっている。
(Second dielectric layer)
The
第2の誘電体層の膜厚、材料、屈折率、形状等については、上述した第1の誘電体層と同様である。 The film thickness, material, refractive index, shape, and the like of the second dielectric layer are the same as those of the first dielectric layer described above.
図9に示される実施形態においては、吸収層4の最大幅は、吸収層4において透明基板1側の最表面の幅となり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最大幅と略同一である。
In the embodiment shown in FIG. 9, the maximum width of the
また、吸収層4の最小幅は、吸収層4において透明基板1とは反対側の最表面の幅となり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最小幅より小さい。
Further, the minimum width of the
図17は、本発明のまた別の実施形態に係る偏光板50を示す断面模式図である。図17に示される偏光板50は、格子状凸部6において、吸収層4の上に第2の誘電体層5を形成したものであり、吸収層4の形状が異なる以外は、図9に示される偏光板30と同一の構成である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a
図17に示される偏光板50の吸収層4は、格子状凸部の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、略等脚台形状であり、先端側(透明基板1の反対側)ほど幅が広くなる方向に側面が傾斜した先細形状を有する。
The
図17に示される実施形態においては、吸収層4の最大幅は、吸収層4において透明基板1とは反対側の最表面の幅となり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最大幅と略同一である。
In the embodiment shown in FIG. 17, the maximum width of the
また、吸収層4の最小幅は、吸収層4において透明基板1側の最表面の幅となり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最小幅より小さい。
Further, the minimum width of the
図18は、本発明のまた別の実施形態に係る偏光板60を示す断面模式図である。図18に示される偏光板60は、格子状凸部6において、吸収層4の上に第2の誘電体層5を形成したものであり、吸収層4の形状が異なる以外は、図9に示される偏光板30と同一の構成である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a
図18に示される偏光板60の吸収層4は、格子状凸部の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、膜厚方向の略中心が最小幅となり、第1の誘電体層及び第2の誘電体層と接する辺が最大幅となる形状である。
The
図18に示される実施形態においては、吸収層4の最大幅は、第1の誘電体層及び第2の誘電体層と接する辺の長さとなり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最大幅と略同一である。
In the embodiment shown in FIG. 18, the maximum width of the
また、吸収層4の最小幅は、吸収層4において膜厚方向の略中心の幅となり、これは、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で矩形状の、反射層2及び第1の誘電体層3の最小幅より小さい。
Further, the minimum width of the
[偏光板の製造方法]
本発明の偏光板の製造方法は、反射層形成工程と、第1誘電体層形成工程と、吸収層形成工程と、エッチング工程と、を有する。
[Method of manufacturing polarizing plate]
The manufacturing method of the polarizing plate of the present invention includes a reflection layer forming step, a first dielectric layer forming step, an absorption layer forming step, and an etching step.
反射層形成工程では、透明基板の片面に反射層を形成する。第1誘電体層形成工程では、反射層形成工程で形成された反射層上に、第1の誘電体層を形成する。吸収層形成工程では、第1誘電体層形成工程で形成された第1の誘電体層上に、吸収層を形成する。これらの各層形成工程では、例えばスパッタ法や蒸着法により、各層を形成可能である。 In the reflective layer forming step, the reflective layer is formed on one side of the transparent substrate. In the first dielectric layer forming step, the first dielectric layer is formed on the reflective layer formed in the reflective layer forming step. In the absorbing layer forming step, an absorbing layer is formed on the first dielectric layer formed in the first dielectric layer forming step. In each of these layer forming steps, each layer can be formed by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method.
エッチング工程では、上述の各層形成工程を経て形成された積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列される格子状凸部を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法やナノインプリント法により、一次元格子状のマスクパターンを形成する。そして、上記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列される格子状凸部を形成する。エッチング方法としては、例えば、エッチング対象に対応したエッチングガスを用いたドライエッチング法が挙げられる。 In the etching step, by selectively etching the laminate formed through the above-described respective layer forming steps, grid-like convex portions arranged on the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of the light of the used band are formed. . Specifically, a one-dimensional grid-like mask pattern is formed by, for example, photolithography or nanoimprinting. Then, the laminated body is selectively etched to form lattice-like convex portions arranged on the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of the light of the working band. As an etching method, for example, a dry etching method using an etching gas corresponding to an etching target can be mentioned.
特に本発明においては、等方性エッチングと異方性エッチングを組み合わせてバランスを変化させることにより、反射層と第1の誘電体層とは略同一の幅とし、吸収層の最小幅を前記反射層及び前記第1の誘電体層の最小幅より小さくする。 In the present invention, in particular, by changing the balance by combining isotropic etching and anisotropic etching, the reflection layer and the first dielectric layer have substantially the same width, and the minimum width of the absorption layer is the reflection. Smaller than the minimum width of the layer and the first dielectric layer.
なお、本発明の偏光板の製造方法は、その表面を誘電体からなる保護膜で被覆する工程を有していてもよい。また、本発明の偏光板の製造方法は、その表面を有機系撥水膜で被覆する工程を有していてもよい。 In addition, the manufacturing method of the polarizing plate of this invention may have the process of coat | covering the surface with the protective film which consists of dielectrics. Moreover, the manufacturing method of the polarizing plate of this invention may have the process of coat | covering the surface with an organic type water repellent film.
[光学機器]
本発明の光学機器は、上述した本発明に係る偏光板を備える。本発明に係る偏光板は、種々の用途に利用することが可能である。適用できる光学機器としては、例えば、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等が挙げられる。特に、本発明に係る偏光板は耐熱性に優れる無機偏光板であるため、有機材料からなる有機偏光板に比べて、耐熱性が要求される液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等の用途に好適に用いることができる。
[Optical equipment]
An optical apparatus according to the present invention includes the polarizing plate according to the present invention described above. The polarizing plate according to the present invention can be used for various applications. As an applicable optical apparatus, a liquid crystal projector, a head-up display, a digital camera etc. are mentioned, for example. In particular, since the polarizing plate according to the present invention is an inorganic polarizing plate having excellent heat resistance, it is suitably used for applications such as liquid crystal projectors and head-up displays which require heat resistance compared to organic polarizing plates made of organic materials. be able to.
本発明に係る光学機器が複数の偏光板を備える場合、複数の偏光板の少なくとも1つが本発明に係る偏光板であればよい。例えば、本実施形態に係る光学機器が液晶プロジェクタである場合、液晶パネルの入射側及び出射側に配置される偏光板の少なくとも一方が、本発明に係る偏光板であればよい。 When the optical device according to the present invention includes a plurality of polarizing plates, at least one of the plurality of polarizing plates may be the polarizing plate according to the present invention. For example, when the optical device according to the present embodiment is a liquid crystal projector, at least one of the polarizing plates disposed on the incident side and the output side of the liquid crystal panel may be the polarizing plate according to the present invention.
以上説明した本発明の偏光板及びその製造方法、並びに光学機器によれば、次のような効果が奏される。 According to the polarizing plate of the present invention described above, the method for manufacturing the same, and the optical device, the following effects can be obtained.
本発明に係る偏光板は、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備えるワイヤグリッド構造を有し、格子状凸部に、透明基板側から順に、反射層と、第1の誘電体層と、吸収層と、を備えさせ、前記の所定方向から見たときの、反射層、第1の誘電体層、及び吸収層の最小幅の関係を特定することにより、光吸収作用の波長範囲をシフトさせる効果を発現でき、その結果、反射率特性の制御に優れるものとなる。従って、本発明によれば、反射率特性の制御に優れた偏光板及びその製造方法、並びにその偏光板1を備える光学機器を提供できる。 The polarizing plate according to the present invention has a wire grid structure including a transparent substrate, and grid-like convex portions arranged on the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of light in the working band and extending in a predetermined direction. A reflective layer, a first dielectric layer, and an absorption layer are provided on the lattice-like convex portion sequentially from the transparent substrate side, and the reflective layer when viewed from the predetermined direction, the first dielectric, By specifying the relationship between the minimum width of the body layer and the absorption layer, the effect of shifting the wavelength range of the light absorption action can be exhibited, and as a result, the control of the reflectance characteristic becomes excellent. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a polarizing plate excellent in control of reflectance characteristics, a method of manufacturing the same, and an optical apparatus including the polarizing plate 1.
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
<実施例1及び比較例1>
[偏光板の作成]
実施例1では、図1に示す構造を有する偏光板10であって、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)、青色帯域(波長λ=430〜510nm)、及び赤色帯域(波長λ=600〜680nm)のそれぞれに最適化したものを作成し、それぞれをシミュレーションに供した。
また、比較例1として、実施例1の偏光板10とは吸収層3の構造のみが異なる偏光板20をそれぞれ作成し、シミュレーションに供した。比較例1となる偏光板20は、図2に示される構造であり、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、吸収層4の形状が矩形であり、反射層2及び第1の誘電体層3と略同一の幅となっている。
Example 1 and Comparative Example 1
[Creating a polarizing plate]
In Example 1, it is the
In addition, as Comparative Example 1,
[シミュレーション方法]
偏光板10及び偏光板20の光学特性について、RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)法による電磁界シミュレーションにより検証した。シミュレーションには、Grating Solver Development社のグレーティングシミュレータGsolverを用いた。
[Simulation method]
The optical characteristics of the
[シミュレーション結果]
図3は、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)に最適化された、偏光板10及び偏光板20について、波長と吸収軸反射率との関係を検証した結果を示すグラフである。
図4は、青色帯域(波長λ=430〜510nm)に最適化された、偏光板10及び偏光板20について、波長と吸収軸反射率との関係を検証した結果を示すグラフである。
図5は、赤色帯域(波長λ=600〜680nm)に最適化された、偏光板10及び偏光板20について、波長と吸収軸反射率との関係を検証した結果を示すグラフである。
[simulation result]
FIG. 3 is a graph showing the results of verification of the relationship between the wavelength and the absorption axis reflectance for the
FIG. 4 is a graph showing the results of verification of the relationship between the wavelength and the absorption axis reflectance for the
FIG. 5 is a graph showing the results of verification of the relationship between the wavelength and the absorption axis reflectance for the
図3〜図5においては、横軸は波長λ(nm)を示しており、縦軸は吸収軸反射率(%)を示している。ここで、吸収軸反射率とは、偏光板に入射する吸収軸方向(Y軸方向)の偏光(TE波)の反射率を意味する。また、図3〜図5においては、破線で示されるグラフが、実施例1となる本発明の偏光板10の結果を表しており、実線で示されるグラフが、比較例1となる偏光板20の結果を表している。
In FIGS. 3 to 5, the horizontal axis indicates the wavelength λ (nm), and the vertical axis indicates the absorption axis reflectance (%). Here, the absorption axis reflectance means the reflectance of polarized light (TE wave) in the absorption axis direction (Y-axis direction) incident on the polarizing plate. Further, in FIGS. 3 to 5, the graph indicated by the broken line represents the result of the
図3〜図5に示されるように、実施例1の偏光板10は比較例1の偏光板20と比較して、波形位置がシフトし、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)、青色帯域(波長λ=430〜510nm)、及び赤色帯域(波長λ=600〜680nm)のすべてにおいて、吸収軸反射率を低く抑えることができた。
As shown in FIGS. 3 to 5, the waveform position of the
図6は、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)に最適化された、偏光板10及び偏光板20について、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)における、吸収層の体積と吸収軸反射率との関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。
図7は、青色帯域(波長λ=430〜510nm)に最適化された、偏光板10及び偏光板20について、青色帯域(波長λ=430〜510nm)における、吸収層の体積と吸収軸反射率との関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。
図8は、赤色帯域(波長λ=600〜680nm)に最適化された、偏光板10及び偏光板20について、赤色帯域(波長λ=600〜680nm)における、吸収層の体積と吸収軸反射率との関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。
FIG. 6 shows the volume and absorption axis reflectivity of the absorbing layer in the green band (wavelength λ = 520 to 590 nm) for the
FIG. 7 shows the volume and absorption axis reflectivity of the absorbing layer in the blue band (wavelength λ = 430 to 510 nm) for the
FIG. 8 shows the volume and absorption axis reflectivity of the absorbing layer in the red band (wavelength λ = 600 to 680 nm) for the
図6〜図8においては、横軸は吸収層の体積を示しており、縦軸は吸収軸反射率(%)を示している。ここで、吸収軸反射率とは、上記同様に、偏光板に入射する吸収軸方向(Y軸方向)の偏光(TE波)の反射率を意味する。図6〜図8においては、吸収層の体積が100%となる点が、比較例1となる偏光板20の結果を表しており、体積が100%より小さくなる範囲が、実施例1となる本発明の偏光板10の結果を表している。
6-8, the horizontal axis shows the volume of the absorption layer, and the vertical axis shows the absorption axis reflectance (%). Here, the absorption axis reflectance means the reflectance of polarized light (TE wave) in the absorption axis direction (Y-axis direction) incident on the polarizing plate, as described above. In FIGS. 6 to 8, the point where the volume of the absorbing layer is 100% represents the result of the
図6〜図8に示されるように、実施例1の偏光板10は、吸収層の体積変化に伴って波形位置がシフトすることで、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)、青色帯域(波長λ=430〜510nm)、及び赤色帯域(波長λ=600〜680nm)のすべてにおいて、反射率特性の制御が可能となり、最適化できることが判る。
As shown in FIG. 6 to FIG. 8, in the
<実施例2及び比較例2>
[偏光板の作成]
実施例2では、図9に示す構造を有する偏光板30であって、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)、青色帯域(波長λ=430〜510nm)、及び赤色帯域(波長λ=600〜680nm)のそれぞれに最適化したものを作成し、それぞれをシミュレーションに供した。
また、比較例2として、実施例2の偏光板30とは吸収層3の構造のみが異なる偏光板40をそれぞれ作成し、シミュレーションに供した。比較例2となる偏光板40は、図10に示される構造であり、格子状凸部6の延在する方向(所定方向:Y軸方向)から見たとき、すなわち所定方向に直交する断面視で、吸収層4の形状が矩形であり、反射層2及び第1の誘電体層3と略同一の幅となっている。
Example 2 and Comparative Example 2
[Creating a polarizing plate]
In the second embodiment, the
In addition, as Comparative Example 2,
[シミュレーション方法]
偏光板30及び偏光板40の光学特性について、RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)法による電磁界シミュレーションにより検証した。シミュレーションには、Grating Solver Development社のグレーティングシミュレータGsolverを用いた。
[Simulation method]
The optical properties of the
[シミュレーション結果]
図11は、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)に最適化された、偏光板30及び偏光板40について、波長と吸収軸反射率との関係を検証した結果を示すグラフである。
図12は、青色帯域(波長λ=430〜510nm)に最適化された、偏光板30及び偏光板40について、波長と吸収軸反射率との関係を検証した結果を示すグラフである。
図13は、赤色帯域(波長λ=600〜680nm)に最適化された、偏光板30及び偏光板40について、波長と吸収軸反射率との関係を検証した結果を示すグラフである。
[simulation result]
FIG. 11 is a graph showing the results of verification of the relationship between the wavelength and the absorption axis reflectance for the
FIG. 12 is a graph showing the results of verification of the relationship between the wavelength and the absorption axis reflectance for the
FIG. 13 is a graph showing the results of verification of the relationship between the wavelength and the absorption axis reflectance for the
図11〜図13においては、横軸は波長λ(nm)を示しており、縦軸は吸収軸反射率(%)を示している。ここで、吸収軸反射率とは、偏光板に入射する吸収軸方向(Y軸方向)の偏光(TE波)の反射率を意味する。また、図11〜図13においては、破線で示されるグラフが、実施例2となる本発明の偏光板30の結果を表しており、実線で示されるグラフが、比較例2となる偏光板40の結果を表している。
In FIGS. 11 to 13, the horizontal axis indicates the wavelength λ (nm), and the vertical axis indicates the absorption axis reflectance (%). Here, the absorption axis reflectance means the reflectance of polarized light (TE wave) in the absorption axis direction (Y-axis direction) incident on the polarizing plate. Moreover, in FIG. 11 to FIG. 13, the graph shown by the broken line represents the result of the
図11〜図13に示されるように、実施例2の偏光板30は比較例2の偏光板40と比較して、波形位置がシフトし、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)、青色帯域(波長λ=430〜510nm)、及び赤色帯域(波長λ=600〜680nm)のすべてにおいて、吸収軸反射率を低く抑えることができた。
As shown in FIGS. 11 to 13, the waveform position of the
図14は、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)に最適化された、偏光板30及び偏光板40について、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)における、吸収層の体積と吸収軸反射率との関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。
図15は、青色帯域(波長λ=430〜510nm)に最適化された、偏光板30及び偏光板40について、青色帯域(波長λ=430〜510nm)における、吸収層の体積と吸収軸反射率との関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。
図16は、赤色帯域(波長λ=600〜680nm)に最適化された、偏光板30及び偏光板40について、赤色帯域(波長λ=600〜680nm)における、吸収層の体積と吸収軸反射率との関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。
FIG. 14 shows the volume and absorption axis reflectivity of the absorbing layer in the green band (wavelength λ = 520 to 590 nm) for the
FIG. 15 shows the volume and absorption axis reflectivity of the absorbing layer in the blue band (wavelength λ = 430 to 510 nm) for the
FIG. 16 shows the volume and absorption axis reflectivity of the absorbing layer in the red band (wavelength λ = 600 to 680 nm) for the
図14〜図16においては、横軸は吸収層の体積を示しており、縦軸は吸収軸反射率(%)を示している。ここで、吸収軸反射率とは、上記同様に、偏光板に入射する吸収軸方向(Y軸方向)の偏光(TE波)の反射率を意味する。図14〜図16においては、吸収層の体積が100%となる点が、比較例2となる偏光板40の結果を表しており、体積が100%より小さくなる範囲が、実施例2となる本発明の偏光板30の結果を表している。
In FIG. 14 to FIG. 16, the horizontal axis indicates the volume of the absorbing layer, and the vertical axis indicates the absorption axis reflectance (%). Here, the absorption axis reflectance means the reflectance of polarized light (TE wave) in the absorption axis direction (Y-axis direction) incident on the polarizing plate, as described above. In FIG. 14 to FIG. 16, the point where the volume of the absorbing layer is 100% represents the result of the
図14〜図16に示されるように、実施例2の偏光板30は、吸収層の体積変化に伴って波形位置がシフトすることで、緑色帯域(波長λ=520〜590nm)、青色帯域(波長λ=430〜510nm)、及び赤色帯域(波長λ=600〜680nm)のすべてにおいて、反射率特性の制御が可能となり、最適化できることが判る。
As shown in FIGS. 14 to 16, in the
10、20、30、40、50、60 偏光板
1 透明基板
2 反射層
3 第1の誘電体層
4 吸収層
5 第2の誘電体層
6 格子状凸部
P 格子状凸部のピッチ
W 幅
L 光
10, 20, 30, 40, 50, 60 Polarizer 1
Claims (16)
透明基板と、 A transparent substrate,
使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、 And a grid-like convex portion arranged on the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of light in the working band and extending in a predetermined direction,
前記格子状凸部は、前記透明基板側から順に、反射層と、第1の誘電体層と、吸収層と、第2の誘電体層と、を有し、 The lattice-like convex portion includes, in order from the transparent substrate side, a reflective layer, a first dielectric layer, an absorption layer, and a second dielectric layer.
前記所定方向から見たとき、前記反射層と前記第1の誘電体層とは略同一の幅を有しており、且つ、前記吸収層の最小幅は、前記反射層及び前記第1の誘電体層の最小幅より小さく、前記吸収層の最大幅は、前記吸収層において少なくとも一方の最表面の幅である偏光板。 When viewed from the predetermined direction, the reflective layer and the first dielectric layer have substantially the same width, and the minimum width of the absorption layer is the reflective layer and the first dielectric. A polarizing plate, which is smaller than the minimum width of the body layer, and the maximum width of the absorption layer is the width of at least one outermost surface of the absorption layer.
透明基板の片面に反射層を形成する反射層形成工程と、 A reflective layer forming step of forming a reflective layer on one side of the transparent substrate;
前記反射層の前記透明基板とは反対面に第1の誘電体層を形成する第1誘電体層形成工程と、 Forming a first dielectric layer on a surface of the reflective layer opposite to the transparent substrate;
前記第1の誘電体層の前記反射層とは反対面に吸収層を形成する吸収層形成工程と、 An absorbing layer forming step of forming an absorbing layer on the surface of the first dielectric layer opposite to the reflecting layer;
前記吸収層の前記第1の誘電体層とは反対面に第2の誘電体層を形成する第2誘電体層形成工程と、 Forming a second dielectric layer on a surface of the absorbing layer opposite to the first dielectric layer;
形成された積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部を形成するエッチング工程と、を有し、 Etching on the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of light in the working band by selectively etching the formed laminate, and forming a grid-like convex portion extending in a predetermined direction; Have
前記エッチング工程では、等方性エッチングと異方性エッチングを組み合わせることにより、前記所定方向から見たとき、前記反射層と前記第1の誘電体層とを略同一の幅とし、前記吸収層の最小幅を、前記反射層及び前記第1の誘電体層の最小幅より小さいものとし、前記吸収層の最大幅を、前記吸収層において少なくとも一方の最表面の幅とする、偏光板の製造方法。 In the etching step, by combining isotropic etching and anisotropic etching, the reflective layer and the first dielectric layer have substantially the same width when viewed from the predetermined direction, and the absorption layer A method of manufacturing a polarizing plate, wherein the minimum width is smaller than the minimum width of the reflective layer and the first dielectric layer, and the maximum width of the absorption layer is the width of at least one outermost surface of the absorption layer. .
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