JP2020086426A - 偏光板及びそれを備えた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】透過軸方向の光透過特性が改善された偏光板を提供することである。【解決手段】本発明の偏光板１００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１０と、透明基板１０上において第１方向（ｙ方向）に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで互いに離間して周期的に配列された複数の凸部２０と、を備え、凸部２０はそれぞれ、第１方向（ｙ方向）に直交する断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなるベース形状部２１と、ベース形状部２１から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部２２とからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、偏光板及びそれを備えた光学機器に関する。

偏光板は、一方向の偏光を吸収し、これと直交する方向の偏光を透過させる光学素子である。液晶表示装置では、原理上、偏光板が必要となる。特に、透過型液晶プロジェクタのような、光量の大きな光源を使用する液晶表示装置では、偏光板は強い輻射線を受けるため、優れた耐熱性や耐光性が必要となるとともに、数ｃｍ程度の大きさと、高い消光比および反射率特性の制御が要求される。これらの要求に応えるための、ワイヤグリッド型の無機偏光板が提案されている。

ワイヤグリッド型の偏光板は、一方向に延在する導体のワイヤを基板上に、使用する光の波長の帯域よりも狭いピッチ（数十ｎｍ〜数百ｎｍ）で多数並べて配置した構造を有する。この偏光板に光が入射すると、ワイヤの延在方向に平行な偏光（ＴＥ波（Ｓ波））は透過することができず、ワイヤの延在方向に垂直な偏光（ＴＭ波（Ｐ波））は、そのまま透過する。ワイヤグリッド型の偏光板は、耐熱性や耐光性に優れ、比較的大きな素子が作製でき、高い消光比を有している。また、多層構造とすることで反射率特性の制御も可能となり、偏光板の表面で反射された戻り光が液晶プロジェクタの装置内で再度反射されて生じる、ゴースト等による画質の劣化を低減させることから、液晶プロジェクタ等の用途に適している。

これに対して、ワイヤグリッド型の偏光板として、種々の偏光板が提案されている。

特許第５１８４６２４号公報 特許第５３５９１２８号公報

例えば、特許文献１には、基体上に、入射光の波長よりも長い長さと、入射光の波長の半分よりも短い周期とを有する、延設金属素子の配列からなるワイヤグリッド層を備えている、偏光板が開示されている。

また、特許文献２には、可視光に対して透明な基板上に、回折格子形状の凹凸部と、その凸部の一部に無機微粒子層を有する、偏光板が開示されている。

しかしながら、これら偏光板はグリッド構造について記載されているものの、具体的な光学特性については述べられておらず、また、その光学特性を得るためのグリッド形状についても述べられていない。近年、液晶プロジェクタの高輝度化に伴い、偏光板は、強い光の環境下においても耐えつつ、高い透過率が求められている。そのためには、材料を加味したグリッド形状の最適化が必要となる。
また、近年、照明・ディスプレイ光源は、ランプからＬＥＤそしてレーザーへと進化しており、液晶プロジェクタにおいても、半導体レーザー（ＬＤ）を幾つも用いることで高光束とし、高輝度化を図っている。それにより、偏光板は、高光度な強い光の環境下においても耐えつつ、高い透過率を求められている。そのためには、材料を加味したグリッド形状の最適化が必要となる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、グリッド形状を最適化することで、透過軸方向の光透過特性が改善された偏光板及びそれを備える光学機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）本発明の一態様に係る偏光板は、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、前記透明基板上において第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列された複数の凸部と、を備え、前記凸部はそれぞれ、前記第１方向に直交する断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなるベース形状部と、前記ベース形状部から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部とからなる。

（２）上記（１）に記載の態様において、前記ベース形状部は、前記第１方向に直交する断面において略三角形状であってもよい。

（３）上記（２）に記載の態様において、前記略三角形状のベース形状部において、前記略三角形状の高さをａ、前記略三角形状の幅をｂとしたときに、（ａ／ｂ）＞１／２であってもよい。

（４）上記（３）に記載の態様において、前記略三角形状のベース形状部において、前記略三角形状の高さをａ、前記略三角形状の幅をｂとしたときに、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧７／１０であってもよい。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の態様において、前記透明基板が、第１の材料からなる第１基板と、第２の材料からなる第２基板との積層体であり、前記積層体のうち前記第１基板が、前記ベース形状部側に配置し、前記第１の材料が前記ベース形状部の材料と同じ材料であってもよい。

（６）上記（５）に記載の態様において、前記第２基板がサファイアからなってもよい。

（７）上記（５）又は（６）のいずれかに記載の態様において、前記第２基板の、前記第１基板が配置する面の反対側の面に位相差補償素子が設けられていてもよい。

（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の態様において、前記突起部は、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する、金属、合金及び半導体からなる群から選択された材料からなってもよい。

（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の態様において、前記偏光板の、前記凸部側の表面が誘電体からなる保護膜によって覆われていてもよい。

（１０）上記（１）〜（９）のいずれかに記載の態様において、前記偏光板の、前記凸部側の表面が有機系撥水膜によって覆われていてもよい。

（１１）本発明の他の態様に係る光学機器は、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の態様の偏光板を備える。

本発明によれば、透過軸方向の光透過特性が改善された偏光板を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る偏光板の断面模式図である。 本発明の第２実施形態に係る偏光板の断面模式図である。 比較例１の偏光板の断面模式図である。 実施例１−１〜１−４及び比較例１の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。 実施例２−１〜２−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。 実施例３−１〜３−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。 実施例４−１〜４−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る偏光板の断面模式図である。 本発明の第３実施形態に係る偏光板の他の例の断面模式図である。 実施例５−１〜５−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る偏光板を備えた光学系の一例を示す斜視模式図である。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［偏光板（第１実施形態）］
図１は、本発明の第１実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
図１に示す偏光板１００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１０と、透明基板１０上において第１方向（ｙ方向）に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで互いに離間して周期的に配列された複数の凸部２０と、を備え、凸部２０はそれぞれ、第１方向（ｙ方向）に直交する断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなるベース形状部２１と、ベース形状部２１から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部２２とからなる。
なお、本発明の偏光板は、本発明の効果を奏する限り、透明基板及び凸部以外の層を備えてもよい。

以下、図１に示すように、透明基板１０の主面１０ａが拡がる面をｘｙ平面とし、凸部が延在する方向（第１方向）をｙ方向、また、ｙ方向に直交し、凸部が配列する方向をｘ方向とする。またｘｙ平面に直交する方向をｚ方向とする。図１では、偏光板に入射する光は、透明基板の凸部が形成されている側（グリッド面側）の、ｚ方向から入射する例を示したが、偏光板に入射する光を透明基板側から入射してもよい。

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方向が偏光板の吸収軸の方向であり、ｘ方向が偏光板の透過軸の方向である。

図１に示した偏光板１００の凸部２０が形成された側（グリッド面側）から入射した光は、突起部２２を通過する際に一部が吸収されて減衰する。突起部２２を透過した光のうち、ＴＭ波（Ｐ波）は高い透過率で、透明基板１０を透過する。一方、突起部２２を透過した光のうち、ＴＥ波（Ｓ波）は透明基板１０で反射される。透明基板１０で反射されたＴＥ波は、突起部２２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１００は、所望の偏光特性を得ることができる。

＜透明基板＞
透明基板１０は、偏光板１００の使用帯域の波長の光に対して透明性を有する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。「透明性を有する」とは、使用帯域の波長の光を１００％透過する必要はなく、偏光板としての機能を保持可能な程度に透過できればよい。透明基板１０の平均厚みは、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。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。

透明基板１０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）またはソーダ石灰ガラス（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。

また、熱伝導性の観点からは、熱伝導性が高い水晶または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。

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または垂直方向に凸部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）との屈折率の差が最小となる方向軸である。

＜凸部＞
凸部２０は、透明基板１０上においてｙ方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰでｘ方向に互いに離間して周期的に配列する。

凸部２０は、ｙ方向に直交するｘｚ断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなるベース形状部２１と、ベース形状部２１から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部２２とからなる。

図１において符号Ｐで示した、凸部２０のピッチ（ｘ方向の繰り返し間隔）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、凸部のピッチは、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。この凸部のピッチは、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を測定し、その算術平均値を凸部のピッチ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。

（ベース形状部）
ベース形状部２１は、ｙ方向に直交するｘｚ断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなる。ｘｚ断面の幅が先端側に向かって細くなる態様としては種々とりえる。

ベース形状部２１は、ｙ方向に直交するｘｚ断面において、略三角形状であってもよい。
略三角形状は略二等辺三角形である（図１参照）ことが好ましい。
ここで、略三角形状とは厳密な三角形状でなくても、本発明の効果を奏する限りにおいて、ほぼ三角形状であればよい。例えば、先端が欠けた台形状であってもよい。
また、凸部は非常に微細な構造であるため、先細形状は製造上のある程度の丸みを帯びる場合があり、この場合も上記略三角形状に含まれる。
また、凸部の略三角形状の傾斜面（図１の符号２１ａ）が多少の曲率を有する場合もあり、この場合も上記略三角形状に含まれる。

ここで、本明細書におけるベース形状部２１の寸法について、図１を用いて説明する。ベース形状部２１の高さとは、ベース形状部２１の底面２１ｂ（透明基板１０の主面１０ａ）から先端２１ｃまでのｚ方向の寸法であり、図１において符号ａで示した寸法である。また、ベース形状部２１の幅とは、ｘｚ断面において、ベース形状部２１の底面２１ｂのｘ方向の寸法であり、図１において符号ｂで示した寸法である。

ベース形状部２１の高さａは、数十ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で適宜設定される。このベース形状部２１の高さは、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
ベース形状部２１の高さａは、たとえば、５０〜１３０ｎｍの範囲であることが好ましい。

ベース形状部２１の高さａは幅ｂとの関係でいうと、透過率の向上の観点から、（ａ／ｂ）＞１／２であることが好ましく、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧７／１０であることがより好ましく、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧９／１０であることがさらに好ましい。

ベース形状部２１の幅ｂは、数十ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で適宜設定される。このベース形状部２１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。
ベース形状部２１の幅ｂは、たとえば、８０〜１２０ｎｍの範囲であることが好ましい。

ベース形状部２１の幅ｂは高さａとの関係でいうと、透過率の向上の観点から、（ａ／ｂ）＞１／２であることが好ましく、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧７／１０であることがより好ましく、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧９／１０であることがさらに好ましい。

ベース形状部２１は、透明基板１０と同じ材料からなってもよい。
ベース形状部２１と透明基板１０とは一体に形成されたものとしてもよいし、透明基板１０上に透明基板１０と同じ材料からなるベース形状部２１が形成されたものとしてもよい。前者の場合、ベース形状部２１は、透明原板（透明基板１０に加工する前の基板を透明原板と称するものとする）の主面を加工（例えば、選択的エッチング）することによって、透明基板１０の主面１０ａ上にベース形状部２１が形成されたものとなる。

ベース形状部２１の幅ｂと、ベース形状部２１が形成されていない領域「Ｐ−ｂ」との比は、たとえば、６／１≧（ｂ／Ｐ−ｂ）≧４／３であることが好ましい。

ベース形状部２１は、透明基板１０と異なる誘電体からなってもよい。
この場合、誘電体の膜厚（ベース形状部２１の高さａ）は、数十ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で適宜設定される。この誘電体の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
誘電体の膜厚（ベース形状部２１の高さａ）は幅ｂとの関係でいうと、透過率の向上の観点から、（ａ／ｂ）＞１／２であることが好ましく、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧７／１０であることがより好ましく、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧９／１０であることがさらに好ましい。
誘電体を構成する材料としては、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス等の金属酸化物、ＭｇＦ_２、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、また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、誘電体は、Ｓｉ酸化物で構成されることが好ましい。
誘電体の屈折率は、１．０より大きく、２．５以下であることが好ましい。突起部の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、誘電体の材料を選択することで、偏光板の特性を制御することができる。
誘電体からなるベース形状部２１は、蒸着法やスパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を利用することにより、高密度の膜として形成可能である。

（突起部）
突起部２２は、ベース形状部２１から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有するものである。ベース形状部２１から突出してなるとは、図１を用いて説明すると、ベース形状部２１の傾斜面２１ａ又は先端（頂点）２１ｃから突き出ているように形成されてなることを意味する。

突起部２２はｘｚ断面において、微粒子状であってもよい。

突起部２２は、吸収軸であるｙ方向に延在して配列されてなるものとすることができる。この場合、突起部２２はワイヤグリッド構造を構成してワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、突起部２２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、突起部２２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。

突起部２２の構成材料としては、金属材料、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等の元素単体またはこれらの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−ＦｅＳｉ_２、ＭｇＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＢａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、ＴａＳｉ等）が挙げられる。これらの材料を用いることにより、偏光板は、適用される可視光域に対して高い消光比が得られる。

突起部２２の構成材料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。

突起部２２はｘｚ断面において、略円形状である場合、その半径は、数ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で適宜設定される。この突起部２２の半径は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
略円形状である突起部２２である場合の半径は、たとえば、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であることが好ましい。

突起部２２の膜厚（ベース形状部２１に対して突き出ている厚み）は、特に制限されず、例えば、５ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。この突起部２２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。

ベース形状部２１上の突起部２２の位置には特に制限はなく、ベース形状部２１の傾斜面でも先端でも可能である。
ベース形状部２１上の突起部２２の位置は、ベース形状部２１の先端から底面までのうち、先端寄りの３／４以内の範囲であることが好ましく、先端寄りの１／２以内の範囲であることがより好ましい。ベース形状部２１の底面寄りに配置させる場合、製造工程上、透明基板の主面にも配置してしまうおそれがあるからである。

突起部２２は、蒸着法やスパッタ法等の公知の乾式の手法により、形成可能である。
この場合において、斜めから蒸着やスパッタを行うことにより、ベース形状部２１の一方の傾斜面に突起部２２を形成することもできる。ベース形状部２１の一方の傾斜面に突起部２２を形成した後にさらに、もう一方の傾斜面に突起部２２を形成することもできる。前者の場合、突起部２２は、ｚ方向から平面視してベース形状部２１に対して非対称な位置に形成されたものとなる。後者の場合は、ｚ方向から平面視してベース形状部２１に対して対称な位置に形成されたものとすることが可能となる。

突起部２２は、公知の湿式の手法によって形成してもよい。

突起部２２は、構成材料の異なる二層以上から構成されていてもよい。

＜保護膜＞
また、本実施形態の偏光板は、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。

＜撥水膜＞
さらに、本実施形態の偏光板は、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法やＡＬＤ法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。

本発明の偏光板は、例えば、高輝度化の進む液晶プロジェクタにおいて、出射側偏光板の前段に設置されるプリ偏光板として用いることもできる。これにより、出射側偏光板で受け止める光の量を分散することで、出射側偏光板に対する熱負荷を軽減しつつ、高い透過率が得られる。

［偏光板（第２実施形態）］
図２は、本発明の第２実施形態に係る偏光板の断面模式図である。図２において、符号が図１と同じものは図２においても同様なものとして説明を省略する。図２では、偏光板に入射する光を、透明基板の凸部が形成されている側（グリッド面側）の、ｚ方向から入射する例を示したが、偏光板に入射する光を透明基板側から入射してもよい。
図２に示す偏光板２００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１０と、透明基板１０上において第１方向（ｙ方向）に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで互いに離間して周期的に配列された複数の凸部３０と、を備え、凸部３０はそれぞれ、第１方向（ｙ方向）に直交する断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなるベース形状部３１と、ベース形状部３１から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部３２とからなる。
図２に示す偏光板２００は、図１に示す偏光板１００と比べて、ベース形状部の形状が異なる。具体的には、図１に示すベース形状部２１はｘｚ断面が三角形状であるのに対して、図２に示すベース形状部３１ではｘｚ断面が台形状である。

ベース形状部３１は、ｙ方向に直交するｘｚ断面において、略台形状であってもよい。
略台形状は、上面３１ｃと下面（底面）３１ｂとの間を結ぶ２つの傾斜面３１ａが等しい長さを有し、かつ傾斜面３１ａと下面３１ｂとが形成する角θが等しい形状である（図２参照）ことが好ましい。この形状はｚ軸に平行な軸に対して対称な台形である。
ここで、略台形状とは厳密な台形状でなくても、本発明の効果を奏する限りにおいて、ほぼ台形状であればよい。
また、凸部は非常に微細な構造であるため、先細形状は製造上のある程度の丸みを帯びる場合があり、この場合も上記略台形状に含まれる。
また、凸部の略台形状の傾斜面（図２の符号３１ａ）が多少の曲率を有する場合もあり、この場合も略台形状と言える。

本明細書におけるベース形状部３１の寸法について、図２を用いて説明する。ベース形状部３１の高さとは、ベース形状部３１の底面３１ｂ（透明基板１０の主面１０ａ）から上面３１ｃまでのｚ方向の寸法であり、図２において符号ａで示した寸法である。また、ベース形状部３１の幅とは、ｘｚ断面において、ベース形状部３１の底面３１ｂのｘ方向の寸法であり、図２において符号ｂで示した寸法である。

ベース形状部３１の形状及び材料については、ベース形状部２１で説明したものと同様のものとすることができる。

［偏光板（第３実施形態）］
図８は、本発明の第３実施形態に係る偏光板の断面模式図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略する。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。

図８に示す偏光板３００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１１０と、透明基板１１０上において第１方向（ｙ方向）に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで互いに離間して周期的に配列された複数の凸部２０と、を備え、凸部２０はそれぞれ、第１方向（ｙ方向）に直交する断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなるベース形状部２１と、ベース形状部２１から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部２２とからなり、透明基板１１０が、第１の材料からなる第１基板１１０Ａと、第２の材料からなる第２基板１１０Ｂとの積層体であり、積層体のうち、１基板１１０Ａがベース形状部２１側に配置し、第１の材料がベース形状部２１の材料と同じ材料である。
本実施形態の偏光板について、偏光板に入射する光が透明基板１１０の裏面１１０ｂ側（−ｚ方向）から入射するものとして用いることができるが、透明基板１１０のおもて面１１０ａ側（+ｚ方向）から入射するものとして用いることもできる。

＜透明基板＞
透明基板１１０は、第１の材料からなる第１基板１１０Ａと、第２の材料からなる第２基板１１０Ｂとの積層体である。

第２基板１１０Ｂの材料としては、上記透明基板１０の材料として記載したものと同じものを用いることができる。
第２基板１１０Ｂはサファイア基板又は水晶であることが好ましい。サファイア及び水晶は、熱伝導性（放熱性）が高いためである。従って、高光度な光に対しても放熱することで高耐光性が得られるため、発熱量の多いプロジェクタの光学エンジン用の偏光素子として好ましく用いられる。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。サファイア基板又は水晶基板の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍが好ましい。

第１基板１１０Ａの材料としては、第２基板１１０Ｂの材料とは異なるものであり、かつ、上記ベース形状部２１の材料として記載したものと同じものを用いることができる。

＜保護膜＞
また、本実施形態の偏光板は、光学特性の変化に影響を与えない範囲において、光の出射側の表面が、上記実施形態と同様に誘電体からなる保護膜により覆われていてもよい。

＜撥水膜＞
さらに、本実施形態の偏光板は、光の出射側の表面が、上記実施形態と同様に有機系撥水膜により覆われていてもよい。

＜位相差補償層＞
また、本実施形態の偏光素子は、図９に示すように、光の入射側の表面に、位相差補償層１２０が形成されていてもよい。位相差補償層は、例えば光学異方性を持つ無機材料を使った多層膜で構成され、例えば斜方からの蒸着法やスパッタ法を利用することにより形成可能である。これにより、液晶パネルを通った後の偏光の乱れを補正することができる。

［偏光板（第１実施形態、第２実施形態）の製造方法］
本発明の第１実施形態又は第２実施形態の偏光板の製造方法の一例を以下に説明する。
透明原板の主面を加工して透明基板及びベース形状部が形成された偏光板を製造する場合、本発明の偏光板を製造する方法は、透明原板の主面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凸部を形成するエッチング工程と、凸部のベース形状部上に使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部を形成する工程とを有し、前記エッチング工程では、凸部は、凸部が延在する方向に直交する断面の幅が先端側ほど細くなるように形成する。

ベース形状部は、公知の手法例えば、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等により形成することができる。具体的には、透明原板上に形成したレジストにて、一次元格子状のマスクパターンを形成する。マスクパターンが形成されていない、透明基板面を選択的にエッチングして、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ベース形状部を形成する。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。

特に本発明においては、エッチング条件（ガス流量、ガス圧、出力、透明基板の冷却温度）を最適化することにより、ベース形状部を、先端側ほど幅が細くなる方向に側面が傾斜した、先細形状を形成することができる。

突起部は、そのベース形状部の先細形状上に、例えば、斜めから蒸着やスパッタすることで形成することができる。

以上により、図１及び図２に一例を示した偏光板が製造される。

透明基板の主面上に透明基板の材料と異なる材料からなるベース形状部が形成された偏光板を製造する場合、本発明の偏光板の製造方法は、上記エッチング工程に替えて、透明基板の主面上に透明基板の材料と異なる材料からなるベース形状部を形成する工程を有する。

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、さらに有していてもよい。

［偏光板（第３実施形態）の製造方法］
本発明の第３実施形態の偏光板の製造方法について、上記実施形態の偏光板の製造方法と異なる工程を主に説明する。
第２基板（例えば、サファイア基板）を準備し、その上に第１基板及びベース形状部の材料（例えば、ＳｉＯ_２）を成膜する。次いで、成膜された材料の面を選択的にエッチングすることにより、第１基板とする部分を残しつつ、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで第１基板上に配列される凸部を形成する。その他の工程は、上記実施形態の偏光板の製造方法と同様に行うことができる。

［光学機器］
本発明の光学機器は、本発明に係る偏光板を備える。本発明に係る偏光板を備える本発明の光学機器は、光源が半導体レーザーであってもよい。
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、液晶ディスプレイや液晶プロジェクタ、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。
また、本発明に係る偏光板は、高透過で且つ高放熱であることから、例えば、半導体レーザー（ＬＤ）を幾つも用いた高光度な強い光の環境下においても、耐熱性に優れつつ高い透過率で高輝度化が図れる。これにより、液晶プロジェクタ等の用途に好適に用いることができる。本発明に係る偏光板は、半導体レーザーを光源とした、高輝度化した光学機器（プロジェクタ等）に特に好適である。

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、本発明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。
本発明に係る光学機器は好適には、例えば図１１に示すように、出射側に配置される偏光板の手前側に本発明に係る偏光板を配置することで、出射側偏光板で受けとめる高光度な光の何割かを負担し高放熱で逃がすことで、出射側偏光板の耐性を向上させることができる。
本発明に係る光学機器は、図１１に示すように、光源と、入射側偏光板と、液晶光学素子と、出射側偏光板（本発明の偏光板）と、出射側偏光板と、を備えたものとすることができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明に係る偏光板について、シミュレーションを行って効果を検証した。より具体的には、これらの偏光板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。

（実施例１−１〜１−４）
実施例１−１の偏光板の形状は図１に示した通りであり、実施例１−２〜１−４の偏光板の形状は図２に示した通りである。
実施例１−１〜１−４の偏光板の材料は、透明基板１０とベース形状部２１とはいずれも水晶からなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである。
実施例１−１〜１−４のベース形状部２１の形状はいずれも、高さａが７０ｎｍ、幅ｂが１００ｎｍ、ピッチＰが１４１ｎｍであり、傾斜角θがそれぞれ、５４°、６３°、７２°、８１°である。高さａ及び幅ｂを固定しているので、実施例１−１（θ＝５４°）はｘｚ断面が三角形状であり、実施例１−２（θ＝６３°）、実施例１−３（θ＝７２°）、及び、実施例１−４（θ＝８１°）はｘｚ断面が台形形状である。また、実施例１−１〜１−４の突起部２２の形状はすべて、断面が円であり、その半径が１５ｎｍである。ベース形状部２１における突起部２２の位置については、図１に示した通り、円の最外周が高さａと同じとし、かつ傾斜面２１ａに接触させている。

（比較例１）
比較例１の偏光板のｘｚ断面の形状は図３に示した通りである。
比較例１の偏光板１０００の材料は、透明基板１０とベース形状部１２１とはいずれも水晶からなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである点は実施例１−１〜１−４と共通するが、ｘｚ断面が矩形である点は実施例１−１〜１−４と異なる。
比較例１のベース形状部１２１の形状は、高さａが７０ｎｍ、幅ｂが１００ｎｍ、ピッチＰが１４１ｎｍであり、傾斜角θが９０°である。また、比較例１の突起部２２の形状は断面が円であり、その半径が１５ｎｍである。ベース形状部２１における突起部２２の位置については、図３に示した通り、円の最外周が高さａと同じとし、かつ傾斜面１２１ａに接触させている。

図４は、実施例１−１〜１−４及び比較例１の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。ここで、透過軸透過率Ｔｐとは、偏光板に入射する透過軸方向（Ｘ方向）の偏光波（ＴＭ波）の透過率を意味する。
図４に示すように、比較例１の偏光板よりも本発明に係る偏光板は、傾斜角θを小さくしていくことで、可視光領域（赤色帯域：波長λ＝６００〜６８０ｎｍ、緑色帯域：波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ、青色帯域：λ＝４３０ｎｍ〜５１０ｎｍ））のいずれも透過軸透過率が向上している。
高さａ及び幅ｂが同じ場合、ベース形状部１２１は矩形よりも先細形状の方が光学特性が良いことがわかった。また、高さａ及び幅ｂが同じ場合、ｘｚ断面が台形状であるよりも三角形状の方が光学特性が良いことがわかった。また、高さａ及び幅ｂが同じであって、ｘｚ断面が台形状である場合、傾斜角θが小さい方が光学特性が良いことがわかった。

（実施例２−１〜２−５）
実施例２−１〜２−５の偏光板の形状は図１に示した通りである。
実施例２−１〜２−５の偏光板の材料は、透明基板１０とベース形状部２１とはいずれも水晶からなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである。
実施例２−１〜２−５の偏光板の形状はいずれも、幅ｂが１００ｎｍ、ピッチＰが１４１ｎｍと共通であるが、高さａは順に、５０ｎｍ、７０ｎｍ、９０ｎｍ、１１０ｎｍ、１３０ｎｍ、である（その結果、傾斜角θは順に、５４°、４５°、６１°、６６°、６９°である）。また、実施例１−１〜１−４の突起部２２の形状はすべて、断面が円であり、その半径が１５ｎｍである。ベース形状部２１における突起部２２の位置については、図１に示した通り、円の最外周が高さａと同じとし、かつ傾斜面２１ａに接触させている。

図５は、実施例２−１〜２−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。
図５に基づくと、幅ｂに対する高さａの比（ａ／ｂ）は、１／２を超えていることが好ましく、７／１０以上であることがより好ましく、９／１０、１１／１０、及び、１３／１０である場合は７／１０の場合よりも好ましい。

（実施例３−１〜３−５）
実施例３−１〜３−５の偏光板の形状は図１に示した通りである。
実施例３−１〜３−５の偏光板の材料は、透明基板１０がベース形状部２１とはいずれもサファイアからなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである。
実施例３−１〜３−５の偏光板の形状はいずれも、幅ｂが１００ｎｍ、ピッチＰが１４１ｎｍと共通であるが、高さａは順に、５０ｎｍ、７０ｎｍ、９０ｎｍ、１１０ｎｍ、１３０ｎｍ、である（その結果、傾斜角θは順に、５４°、４５°、６１°、６６°、６９°である）。また、実施例３−１〜３−５の突起部２２の形状はすべて、断面が円であり、その半径が１５ｎｍである。ベース形状部２１における突起部２２の位置については、図１に示した通り、円の最外周が高さａと同じとし、かつ傾斜面２１ａに接触させている。

図６は、実施例３−１〜３−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。
図６に基づくと、幅ｂに対する高さａの比（ａ／ｂ）は、１／２を超えていることが好ましく、７／１０以上であることがより好ましく、９／１０、１１／１０、及び、１３／１０である場合は７／１０の場合よりも好ましい。この点は、実施例２−１〜２−５の偏光板と同様であり、透明基板及びベース形状部の材料を水晶からサファイアに変えても、かかる特徴は変わらないことがわかった。

（実施例４−１〜４−５）
実施例４−１〜４−５の偏光板の形状は図１に示した通りである。
実施例４−１〜４−５の偏光板の材料は、透明基板１０はサファイアからなるものであり、ベース形状部２１はＳｉＯ_２からなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである。
実施例４−１〜４−５の偏光板の形状はいずれも、幅ｂが１００ｎｍ、ピッチＰが１４１ｎｍと共通であるが、高さａは順に、５０ｎｍ、７０ｎｍ、９０ｎｍ、１１０ｎｍ、１３０ｎｍ、である（その結果、傾斜角θは順に、５４°、４５°、６１°、６６°、６９°である）。また、実施例４−１〜４−５の突起部２２の形状はすべて、断面が円であり、その半径が１５ｎｍである。ベース形状部２１における突起部２２の位置については、図１に示した通り、円の最外周が高さａと同じとし、かつ傾斜面２１ａに接触させている。

図７は、実施例４−１〜４−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。
図７に基づくと、可視光領域（赤色帯域：波長λ＝６００〜６８０ｎｍ、緑色帯域：波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ、青色帯域：λ＝４３０ｎｍ〜５１０ｎｍ））のすべてについて、幅ｂに対する高さａの比（ａ／ｂ）を１／２を超えた形状とすることが、透過軸透過率が向上しているから好ましい。
また、可視光領域のすべてについて、ａ／ｂを７／１０以上の形状とすることが、透過軸透過率が向上しているからより好ましい。
また、可視光領域のすべてについて、ａ／ｂを９／１０、及び、１１／１０の形状とする構成は７／１０の形状とする構成よりも好ましい。
また、緑色帯域（波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ）及び青色帯域（λ＝４３０ｎｍ〜５１０ｎｍ）については、ａ／ｂを１３／１０の形状とする構成は７／１０の形状とする構成よりも好ましい。

（実施例５−１〜５−５）
実施例５−１〜５−３の偏光板の形状は図８に示した通りのものであって、第１基板１１０Ａ及びベース形状部２１はＳｉＯ_２からなるものであり、第２基板１１０Ｂはサファイアからなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである。また、実施例５−１〜５−３の偏光板はそれぞれ、第１基板の厚さｄ１は、３５ｎｍ、７０ｎｍ、１０５ｎｍであり、第２基板の厚さｄ２は、０．７ｍｍである。
また、実施例５−４の偏光板の形状は図１に示した通りのものであって、透明基板１０はサファイアからなるものであり、ベース形状部２１はＳｉＯ_２からなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである。透明基板１０の厚さは０．７ｍｍである。
また、実施例５−５の偏光板の形状は図１に示した通りのものであって、透明基板１０がベース形状部２１とはいずれもサファイアからなるものであり、突起部２２はＧｅからなるものである。透明基板１０の厚さは０．７ｍｍである。
また、実施例５−１〜５−５の突起部２２の形状はすべて、断面が円であり、その半径が１５ｎｍである。ベース形状部２１における突起部２２の位置については、図８又は図１に示した通り、円の最外周が高さａと同じとし、かつ傾斜面２１ａに接触させている。
シミュレーションにおいては、入射光は図８で示した向きから入射した場合について行った。

図１０は、実施例５−１〜５−５の偏光板における、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。
図１０に基づくと、透明基板が二層の積層体であって、ベース形状部側の第１基板がベース形状部と同じ材料からなる実施例５−１〜５−２の偏光板は、可視光領域（赤色帯域：波長λ＝６００〜６８０ｎｍ、緑色帯域：波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ、青色帯域：λ＝４３０ｎｍ〜５１０ｎｍ））のすべて波長域において、透明基板が単層である実施例５−４及び実施例５−５の偏光板よりも、透過軸透過率が向上していた。また、実施例５−３の偏光板についても、緑色帯域及び青色帯域において、透明基板が単層である実施例５−４及び実施例５−５の偏光板よりも、透過軸透過率が向上していた。
従って、透過軸透過率向上の観点からは、透明基板として、二層の積層体であって、ベース形状部側の第１基板がベース形状部と同じ材料からなるものを用いる方が好ましい。

１０ 透明基板
１０ａ 主面
２０ 凸部
２１ ベース形状部
２２ 突起部
３０ 凸部
３１ ベース形状部
３２ 突起部
１００、２００、３００ 偏光板
１１０ 透明基板
１１０Ａ 第１基板
１１０Ｂ 第２基板

Claims (11)

1. 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、
   前記透明基板上において第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列された複数の凸部と、を備え、
   前記凸部はそれぞれ、前記第１方向に直交する断面の幅が先端側ほど細くなるように形成されてなるベース形状部と、前記ベース形状部から突出してなり、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する突起部とからなる、偏光板。
2. 前記ベース形状部は、前記第１方向に直交する断面において略三角形状である、請求項１に記載の偏光板。
3. 前記略三角形状のベース形状部において、前記略三角形状の高さをａ、前記略三角形状の幅をｂとしたときに、（ａ／ｂ）＞１／２である、請求項２に記載の偏光板。
4. 前記略三角形状のベース形状部において、前記略三角形状の高さをａ、前記略三角形状の幅をｂとしたときに、１３／１０≧（ａ／ｂ）≧７／１０である、請求項３に記載の偏光板。
5. 前記透明基板が、第１の材料からなる第１基板と、第２の材料からなる第２基板との積層体であり、
   前記積層体のうち前記第１基板が、前記ベース形状部側に配置し、
   前記第１の材料が前記ベース形状部の材料と同じ材料である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の偏光板。
6. 前記第２基板がサファイアからなる、請求項５に記載の偏光板。
7. 前記第２基板の、前記第１基板が配置する面の反対側の面に位相差補償素子が設けられている、請求項５又は６のいずれかに記載の偏光板。
8. 前記突起部は、使用帯域の光の波長に対して吸収性を有する、金属、合金及び半導体からなる群から選択された材料からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の偏光板。
9. 前記偏光板の、前記凸部側の表面が誘電体からなる保護膜によって覆われている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の偏光板。
10. 前記偏光板の、前記凸部側の表面が有機系撥水膜によって覆われている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の偏光板。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の偏光板を備える光学機器。

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