JP6378252B2 - Polarizing element and liquid crystal projector - Google Patents
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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素子及びそのような偏光素子を備えた液晶プロジェクターに関するものである。さらに詳しくは、使用帯域の光において、面内軸方向での光透過率の違いを利用した偏光素子及びそのような偏光素子を備えた液晶プロジェクターに関するものである。 The present invention polarized light component (the so-called P-polarized light wave, S-polarized light wave) orthogonal to absorb one, in which relates to a liquid crystal projector equipped with a polarizing element and such polarizing element transmits the other. More specifically, in the light of the used bandwidth is relates to a liquid crystal projector equipped with a polarizing element and such polarizing element utilizing the difference in light transmittance in the in-plane direction.
従来、偏光素子の代表的な構造として、２０層以上の多層構造である偏光膜を成膜したプリズムを貼り合わせた「MacNeilleプリズム」が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この偏光素子は、コントラストが高く、最も標準的な偏光素子として使用されている。しかし、この構造の偏光素子は、入射光の角度依存性が大きい。さらに、プリズムの貼り合わせに有機接着剤が用いられているため、輝度が高い光源に対して使用する際には、光源の熱やＵＶ成分により劣化が早まり、特性が劣化する。 Conventionally, as a typical structure of a polarizing element, a “MacNeille prism” in which a prism having a polarizing film having a multilayer structure of 20 layers or more is bonded is known (for example, see Patent Document 1). This polarizing element has a high contrast and is used as the most standard polarizing element. However, the polarizing element having this structure has a large angle dependency of incident light. Furthermore, since an organic adhesive is used for bonding the prisms, when used for a light source with high luminance, the deterioration is accelerated by the heat and UV components of the light source, and the characteristics deteriorate.
これらの問題を回避する偏光素子として、ワイヤーグリッド型の偏光素子が知られている。ワイヤーグリッド型の偏光素子は、一般的に、使用する光の波長よりも小さな周期を有し、一方向に延びる微細グリッド構造を備えている。このようなワイヤーグリッド型の偏光素子は、前記一方向に平行な方向に振動する直線偏光を反射し、直交する方向に振動する直線偏光を通過させる。このため、例えば無偏光の光が入射されると、所定の偏光を分離した光が射出される。 As a polarizing element that avoids these problems, a wire grid type polarizing element is known. A wire grid type polarizing element generally has a fine grid structure having a period smaller than the wavelength of light to be used and extending in one direction. Such a wire grid type polarizing element reflects linearly polarized light that oscillates in a direction parallel to the one direction, and passes linearly polarized light that oscillates in an orthogonal direction. For this reason, for example, when non-polarized light is incident, light separated from predetermined polarized light is emitted.
図１６は、偏光素子の偏光分離を示す概略図である。偏光素子は、４５度の角度で光を入射した際、ある直線偏光を完全に反射し、直交する直線偏光を完全に透過することが理想的である。 FIG. 16 is a schematic view showing polarization separation of the polarizing element. Ideally, the polarizing element completely reflects some linearly polarized light and completely transmits orthogonal linearly polarized light when light is incident at an angle of 45 degrees.
従来のワイヤーグリッド型の偏光素子は、特許文献２、３に記載されているように、可視光を透過する透明基板上に、金属材料を用いたワイヤー構造が形成された構造を有する。無機透明基板（例えば石英基板）上に、金属ワイヤー（例えばＡｌ）を備えるため、上述したプリズム型の偏光素子に比べて耐熱性に優れ、入射光の角度依存性が±１０°程度と比較的小さいという利点がある。 As described in Patent Documents 2 and 3, the conventional wire grid type polarizing element has a structure in which a wire structure using a metal material is formed on a transparent substrate that transmits visible light. Since a metal wire (for example, Al) is provided on an inorganic transparent substrate (for example, a quartz substrate), it has superior heat resistance compared to the prism-type polarizing element described above, and the angle dependency of incident light is relatively ± 10 °. There is an advantage of being small.
また、特許文献４には、金属ワイヤーと誘電層を交互に形成した偏光素子が記載されている。この構造によれば、光子トンネル及びグリッド内共鳴効果の組み合わせにより、偏光素子の偏光性能を高めることが可能である。 Patent Document 4 describes a polarizing element in which metal wires and dielectric layers are alternately formed. According to this structure, it is possible to improve the polarization performance of the polarizing element by a combination of the photon tunnel and the in-grid resonance effect.
しかしながら、特許文献４に記載のように、ワイヤーグリッド型の偏光素子に金属材料を用いると、金属のもつ吸光性によりワイヤーに垂直な偏光成分の光の透過率が低下してしまう。具体的には、４５度の角度で光を入射した際、ｐ偏光の透過率（以下Ｔｐと記す。）、及びｓ偏光の反射率（以下Ｒｓと記す。）は、９０％程度が限界であり、Ｔｐ×Ｒｓで表される偏光スループットは８０％と低くなってしまう。このため、近年のプロジェクター等における高輝度の要求に対する偏光素子の特性としては不十分である。 However, as described in Patent Document 4, when a metal material is used for the wire grid type polarizing element, the light transmittance of the polarized light component perpendicular to the wire is lowered due to the light absorbency of the metal. Specifically, when light is incident at an angle of 45 degrees, the transmittance of p-polarized light (hereinafter referred to as Tp) and the reflectance of s-polarized light (hereinafter referred to as Rs) are limited to about 90%. Yes, the polarization throughput represented by Tp × Rs is as low as 80%. For this reason, the characteristic of the polarizing element with respect to the request | requirement of high brightness | luminance in recent projectors etc. is inadequate.
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、優れた偏光スループット特性が得られる偏光素子及びそのような偏光素子を備えた液晶プロジェクターを提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a polarizing element capable of obtaining excellent polarization throughput characteristics and a liquid crystal projector including such a polarizing element.
前述した課題を解決するために、本発明に係る偏光素子は、透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列された凹凸構造を有し、前記凹凸構造の凸部は、Ｓｉからなる高屈折率材料と該高屈折率材料よりも屈折率が小さいＳｉＯ２からなる低屈折率材料とが交互に積層されて構成された金属材料を含まない多層構造を有し、前記凹凸構造の凹部の隙間のみに前記凸部間を支持し、前記低屈折率材料よりも屈折率が低いＭｇＦ２材料が挿入されてなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the polarizing element according to the present invention has a concavo-convex structure arranged on a transparent substrate with a pitch smaller than the wavelength of light in the use band, and the convex portion of the concavo-convex structure is formed of Si. A concavo-convex structure having a multilayer structure that does not include a metal material formed by alternately laminating a high-refractive index material made of SiO 2 and a low-refractive index material made of SiO 2 having a refractive index smaller than that of the high-refractive index material. The convex portion is supported only in the gap between the concave portions, and an MgF 2 material having a refractive index lower than that of the low refractive index material is inserted.
また、本発明に係る液晶プロジェクターは、前述した偏光素子と、光源と、液晶パネルとを備えることを特徴とする。 In addition, a liquid crystal projector according to the present invention includes the polarizing element described above, a light source, and a liquid crystal panel.
本発明は、自由電子の存在しない誘電体や自由電子が非常に少ない半導体の多層グリッド構造であるため、自由電子が存在し、光を吸収する金属を用いたワイヤーグリッド型の偏光素子と比べて、優れた偏光スループット特性を得ることができる。 Since the present invention has a multi-layer grid structure of a dielectric without free electrons and a semiconductor with very few free electrons, compared to a wire grid type polarizing element using a metal that absorbs light and has free electrons. Excellent polarization throughput characteristics can be obtained.
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．偏光素子の構成
２．偏光素子の製造方法
３．液晶プロジェクターの構成例
４．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 element 2. Manufacturing method of polarizing element 3. Configuration example of liquid crystal projector Example
＜１．偏光素子の構成＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る偏光素子を示す概略断面図である。図１に示すように、偏光素子は、透明基板１０上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列された凹凸構造を有する。すなわち、偏光素子は、凸部が、透明基板１０上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤーグリッド構造を有する。
<1. Configuration of polarizing element>
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a polarizing element according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the polarizing element has a concavo-convex structure arranged on a transparent substrate 10 at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band. That is, the polarizing element has a one-dimensional lattice-like wire grid structure in which convex portions are arranged on the transparent substrate 10 at regular intervals.
透明基板１０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。また、偏光素子の用途に応じて、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。 The transparent substrate 10 is transparent with respect to light in the use band and is made of a material having a refractive index of 1.1 to 2.2, such as glass, sapphire, and quartz. Further, glass, particularly quartz (refractive index 1.46) or soda lime glass (refractive index 1.51) may be used depending on the application of the polarizing element. 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.
凹凸構造の凸部２０は、透明基板１０上に、誘電体又は半導体からなる高屈折率材料２１と高屈折率材料２１よりも屈折率が小さい誘電体又は半導体からなる低屈折率材料２２とが交互に積層されている。この高屈折率材料２１及び低屈折率材料２２の各層は、例えば後述する斜め蒸着法により形成することができる。 The convex portion 20 of the concavo-convex structure has a high refractive index material 21 made of a dielectric or semiconductor and a low refractive index material 22 made of a dielectric or semiconductor having a refractive index smaller than that of the high refractive index material 21 on the transparent substrate 10. They are stacked alternately. Each layer of the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 can be formed by, for example, an oblique vapor deposition method to be described later.
高屈折率材料２１及び低屈折率材料２２に用いられる誘電体としては、ＳｉＯ２（屈折率：１．４６（５００ｎｍ付近））、Ａｌ２Ｏ３（屈折率：１．６３（５５０ｎｍ付近））、ＴｉＯ２（屈折率：２．５（５５０ｎｍ付近））、Ｔａ２Ｏ５（屈折率：２．１６（５５０ｎｍ付近））、ＣｅＯ２（屈折率：２．２（５５０ｎｍ付近））、ＺｒＯ２（屈折率：２．０５（５５０ｎｍ付近））、ＺｒＯ（屈折率：２．１（５５０ｎｍ付近））、Ｎｂ２Ｏ５（屈折率：２．３３（５００ｎｍ付近））などの酸化物を選択することができる。このような酸化物を用いることにより、例えばスパッタ等で誘電多層膜を形成する場合、同一チャンバーでの成膜が可能となり、リードタイムを低減することができる。また、酸化物は、グリッドを形成するためのリアクティブイオンエッチング工程などにも親和性が高い。 Dielectric materials used for the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 include SiO 2 (refractive index: 1.46 (near 500 nm)), Al 2 O 3 (refractive index: 1.63 (near 550 nm)). TiO 2 (refractive index: 2.5 (near 550 nm)), Ta 2 O 5 (refractive index: 2.16 (near 550 nm)), CeO 2 (refractive index: 2.2 (near 550 nm)), ZrO 2 Select an oxide such as (refractive index: 2.05 (near 550 nm)), ZrO (refractive index: 2.1 (near 550 nm)), Nb 2 O 5 (refractive index: 2.33 (near 500 nm)). be able to. By using such an oxide, for example, when a dielectric multilayer film is formed by sputtering or the like, film formation in the same chamber is possible, and lead time can be reduced. In addition, the oxide has a high affinity for a reactive ion etching process for forming a grid.
また、高屈折率材料２１及び低屈折率材料２２に用いられる半導体としては、Ｓｉ（屈折率：３．４（４００ｎｍ付近））、もしくはこれを含む合金、又はシリサイド系半導体材料から選択することができる。このようなＳｉ系材料を用いることにより、リアクティブイオンエッチング工程などにも親和性が高い。また、ＳｉＯ２と交互多層膜を形成する場合には、同一チャンバーでの成膜が可能となる。 The semiconductor used for the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 may be selected from Si (refractive index: 3.4 (near 400 nm)), an alloy containing the same, or a silicide-based semiconductor material. it can. By using such a Si-based material, the affinity for the reactive ion etching process is high. In addition, when an alternating multilayer film with SiO 2 is formed, film formation in the same chamber is possible.
本実施の形態では、前述の誘電体又は半導体の中から屈折率差が１以上となる高屈折率材料２１及び低屈折率材料２２を選択することが好ましい。具体的な高屈折率材料２１と低屈折率材料２２の組み合わせとしては、ＴｉＯ２とＳｉＯ２、ＳｉとＳｉＯ２などを挙げることができる。高屈折率材料２１と低屈折率材料２２との屈折率差が１以上であることにより、高い反射率が得られ、少ない層数で優れたスループット特性を得ることができる。 In the present embodiment, it is preferable to select the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 having a refractive index difference of 1 or more from the above-described dielectrics or semiconductors. Specific combinations of the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 include TiO 2 and SiO 2 , Si and SiO 2, and the like. When the refractive index difference between the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 is 1 or more, high reflectance can be obtained, and excellent throughput characteristics can be obtained with a small number of layers.
このように自由電子の存在しない誘電体や自由電子が非常に少ない半導体の屈折率差を利用して多層グリッド構造を形成することにより、自由電子が存在し、光を吸収する金属層を用いたワイヤーグリッド型の偏光素子と比べて、優れた偏光スループット特性を得ることができる。 In this way, by forming a multi-layer grid structure using a dielectric that does not have free electrons and a refractive index difference of a semiconductor with very few free electrons, a metal layer that has free electrons and absorbs light was used. Compared with a wire grid type polarizing element, excellent polarization throughput characteristics can be obtained.
また、前述の構成からなる偏光素子において、凸部２０及び凹部３０からなるグリッドピッチは、可視光域（４００〜７００ｎｍ）で使用する場合、可視光域の半分以下である２００ｎｍ以下であることが好ましい。 In the polarizing element having the above-described configuration, the grid pitch formed by the convex portions 20 and the concave portions 30 may be 200 nm or less, which is half or less of the visible light region when used in the visible light region (400 to 700 nm). preferable.
また、凸部２０の幅であるグリッド幅は、使用波長帯域により自由に設計することができるが、グリッドピッチの２０〜９０％であることが好ましい。さらに好ましいグリッド幅は、グリッドピッチの３０〜７０％である。グリッド幅がグリッドピッチの２０％未満となると作製が困難となるだけでなく、偏光スループットが良好な帯域が狭くなる。グリッドピッチが９０％を超えると作製は比較的容易であるが、同様に偏光スループットが良好な帯域が狭くなる。 Moreover, although the grid width which is the width | variety of the convex part 20 can be designed freely by a use wavelength band, it is preferable that it is 20 to 90% of a grid pitch. A more preferable grid width is 30 to 70% of the grid pitch. When the grid width is less than 20% of the grid pitch, not only the production becomes difficult, but also the band with good polarization throughput becomes narrow. Fabrication is relatively easy when the grid pitch exceeds 90%, but the band with good polarization throughput is also narrow.
また、凹凸構造の凸部の高さであるグリッド高さは、使用波長帯域に応じて自由に設計可能だが、５００ｎｍ以下であることが好ましい。グリッド高さが５００ｎｍを超えると作製が困難となるだけでなく、グリッド構造の強度が低下してしまう。 The height of the grid, which is the height of the convex portion of the concavo-convex structure, can be freely designed according to the wavelength band used, but is preferably 500 nm or less. When the grid height exceeds 500 nm, not only is the production difficult, but the strength of the grid structure is reduced.
また、偏光素子のグリッド構造の強度を向上させる目的で、凹凸構造の凹部３０に凸部間を支持する支持部３１を形成してもよい。この支持部３１の高さは、ワイヤーグリッドの倒れの防止に寄与する凸部２０の高さ以下であることが好ましい。 Moreover, you may form the support part 31 which supports between convex parts in the recessed part 30 of an uneven structure for the purpose of improving the intensity | strength of the grid structure of a polarizing element. The height of the support portion 31 is preferably equal to or less than the height of the convex portion 20 that contributes to preventing the wire grid from falling down.
図２（Ａ）に、使用波長よりも小さい周期のワイヤーグリッドに対して交差する使用波長より大きい周期のグリッド３２を形成した偏光素子の例を示す。このようなグリッドを形成することにより、ワイヤーグリッドが倒れるのを防ぐことができる。直交グリッドの作製方法は、後述する干渉露光により、交差するようにパターニングすることにより得ることができる。なお、交差する角度は、必ずしも図２（Ａ）のように直交である必要はなく、使用波長よりも大きい周期が保たれていればよい。 FIG. 2A shows an example of a polarizing element in which a grid 32 having a period larger than the use wavelength intersecting a wire grid having a period smaller than the use wavelength is formed. By forming such a grid, the wire grid can be prevented from falling. The method for producing the orthogonal grid can be obtained by patterning so as to intersect by interference exposure described later. Note that the intersecting angle does not necessarily have to be orthogonal as shown in FIG. 2A, and it is only necessary to maintain a period longer than the used wavelength.
また、図２（Ｂ）に、凹凸構造の凹部３０に低屈折率材料２２よりも屈折率が低い超低屈折率材料３３を挿入した偏光素子の例を示す。このように凹部３０の隙間に超低屈折率材料３３を挿入することにより、ワイヤーグリッドが倒れるのを防ぐことができる。超低屈折率材料３３としては、例えばＭｇＦ２を用いることができる。超低屈折率材料の挿入方法は、高速で旋回する基材にゾルを滴下することで成膜するスピンコーティング法を用いることができる。 FIG. 2B shows an example of a polarizing element in which an extremely low refractive index material 33 having a refractive index lower than that of the low refractive index material 22 is inserted into the concave portion 30 having a concavo-convex structure. Thus, by inserting the ultra-low refractive index material 33 into the gap of the concave portion 30, it is possible to prevent the wire grid from falling. As the ultra-low refractive index material 33, for example, MgF 2 can be used. As a method for inserting an ultra-low refractive index material, a spin coating method can be used in which a sol is dropped onto a substrate that rotates at high speed.
また、耐湿性などの信頼性改善の目的で、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ＳｉＯ２などの保護膜を堆積させてもよい。 Further, for the purpose of improving reliability such as moisture resistance, a protective film such as SiO 2 may be deposited on the top as long as the change in optical characteristics does not affect the application.
このような構成の偏光素子は、グリッドが金属材料を含まない誘電体もしくは半導体からなる多層構造で形成されているため、グリッドの形状を任意に変更することにより、所望の波長帯域において偏光スループット（Ｔｐ×Ｒｓ）を９０％以上とすることができる。また、無機材料のみで構成されているため、高い耐熱性を得ることができる。さらに、液晶プロジェクターに用いた場合、高い光密度に対応することができるため、光学ユニット部の小型化も実現することができる。 In the polarizing element having such a configuration, since the grid is formed of a multilayer structure made of a dielectric or a semiconductor that does not contain a metal material, the polarization throughput (in a desired wavelength band) can be changed by arbitrarily changing the shape of the grid. Tp × Rs) can be 90% or more. Moreover, since it is comprised only with the inorganic material, high heat resistance can be acquired. Further, when used in a liquid crystal projector, it is possible to cope with a high light density, so that the optical unit portion can be downsized.
＜２．偏光素子の製造方法＞
次に、図３を参照して本実施の形態における偏光素子の製造方法について説明する。先ず、透明基板１０上に高屈折率材料２１と低屈折率材料２２とを交互に所定の層数、所定のグリッド高さとなるように積層する。各層は、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。
<2. Manufacturing method of polarizing element>
Next, the manufacturing method of the polarizing element in this Embodiment is demonstrated with reference to FIG. First, the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 are alternately laminated on the transparent substrate 10 so as to have a predetermined number of layers and a predetermined grid height. Each layer can be formed by a general vacuum film formation method such as a sputtering method, a vapor phase growth method, or an evaporation method, or a sol-gel method (for example, a method in which a sol is coated by spin coating and gelled by thermal curing). .
次に、図３（Ａ）に示すように、積層体上に反射防止膜（ＢＲＡＣ）４１を成膜し、レジスト４２により所定のグリッドピッチ及びグリッド幅となるよう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する。そして、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ドライエッチングにより反射防止膜４１を除去し、高屈折率材料２１及び低屈折率材料２２をエッチングする。ドライエッチング用のガスとしては、反射防止膜にはＡｒ／Ｏ２、ＡｌＳｉにはＣｌ２／ＢＣｌ３、ＳｉＯ２、Ｓｉ、Ｔａには、ＣＦ４／Ａｒを挙げることができる。また、エッチング条件（ガス流用、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。これにより、所定の層数、所定のグリッド高さ、所定のグリッドピッチ及びグリッド幅を有する凹凸構造を形成し、偏光素子を作製することができる。 Next, as shown in FIG. 3A, an antireflection film (BRAC) 41 is formed on the laminate, and a lattice is formed by nanoimprinting, photolithography, or the like so that the resist 42 has a predetermined grid pitch and grid width. A mask pattern is formed. Then, as shown in FIGS. 3B and 3C, the antireflection film 41 is removed by dry etching, and the high refractive index material 21 and the low refractive index material 22 are etched. Examples of the dry etching gas include Ar / O 2 for the antireflection film, Cl 2 / BCl 3 for AlSi, SiO 2 , Si, and Ta for CF 4 / Ar. Further, by optimizing the etching conditions (gas flow, gas pressure, power, substrate cooling temperature), a highly perpendicular lattice shape is realized. Thereby, a concavo-convex structure having a predetermined number of layers, a predetermined grid height, a predetermined grid pitch, and a grid width can be formed, and a polarizing element can be manufactured.
また、図４に示すように斜め蒸着により無機微粒子層を形成する場合、透明基板１０に一次元格子を形成し、この透明基板１０の基板面の法線方向に対して蒸着角度αの方向に高屈折率材料２１及び低屈折率材料２２を設置して行われる。 In addition, when the inorganic fine particle layer is formed by oblique vapor deposition as shown in FIG. 4, a one-dimensional lattice is formed on the transparent substrate 10, and in the direction of the vapor deposition angle α with respect to the normal direction of the substrate surface of the transparent substrate 10. A high refractive index material 21 and a low refractive index material 22 are installed.
ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘｙ平面において１８０°異なる２方向から誘電体材料を斜め蒸着させる。例えば、一方の方向から高屈折率材料２１を斜め蒸着させた後、透明基板１０を１８０°回転させ、他方の方向から低屈折率材料２２を斜め蒸着させる蒸着サイクルを複数回行うことにより、多層膜を得ることができる。 When the xy plane in the x, y, z orthogonal coordinates is the substrate surface, the dielectric material is obliquely deposited from two directions different by 180 ° in the xy plane. For example, after the high refractive index material 21 is obliquely vapor-deposited from one direction, the transparent substrate 10 is rotated 180 °, and the low refractive index material 22 is obliquely vapor-deposited from the other direction. A membrane can be obtained.
また、マスクパターンの形成方法は、前述の方法に限られず、図５に示すような干渉露光によって微細周期構造パターンを形成してもよい。露光基板は、透明基板１０上に、図示しない高屈折率材料２１及び低屈折率材料２２が交互に積層され、その上に、水晶基板裏面まで光が透過しないようにする遮光膜４０、レジスト４２と下側界面からの反射を除去する反射防止膜４１レジスト４２がこの順に積層されている。そして、基板面の法線方向に対して角度θの２方向から露光することにより、干渉縞が発生する。なお、ピッチｐと露光波長λとの関係は、下記式の通りである。 The method for forming the mask pattern is not limited to the above-described method, and the fine periodic structure pattern may be formed by interference exposure as shown in FIG. As the exposure substrate, a high refractive index material 21 and a low refractive index material 22 (not shown) are alternately stacked on the transparent substrate 10, and a light shielding film 40 and a resist 42 are provided on the exposed substrate so as not to transmit light to the back surface of the crystal substrate. And an antireflection film 41 resist 42 for removing reflection from the lower interface is laminated in this order. Then, exposure from two directions at an angle θ with respect to the normal direction of the substrate surface generates interference fringes. The relationship between the pitch p and the exposure wavelength λ is as follows.
また、凹凸構造の凹部３０に凸部間を支持する支持部３１を形成する場合にも、干渉露光を用いることができる。この場合、先ず、使用波長よりも短い周期で露光を行い、構造複屈折用のマスクパターンを形成し、所定の方向に基板もしくは干渉露光光学系を回転して使用波長より大きい周期で露光を行い、支持部用４１のマスクパターンを形成する。そして、現像工程を経ることにより、例えば図２（Ａ）に示すワイヤーグリッドに対して交差するグリッド３２を形成した偏光素子を得ることができる。 In addition, interference exposure can also be used in the case where the support portion 31 that supports the convex portion is formed in the concave portion 30 of the concavo-convex structure. In this case, first, exposure is performed at a cycle shorter than the wavelength used, a mask pattern for structural birefringence is formed, and exposure is performed at a cycle longer than the wavelength used by rotating the substrate or the interference exposure optical system in a predetermined direction. Then, a mask pattern for the support portion 41 is formed. Then, through the development process, for example, a polarizing element in which a grid 32 intersecting with the wire grid shown in FIG.
＜３．液晶プロジェクターの構成例＞
次に、本発明の一実施の形態に係る液晶プロジェクターについて説明する。液晶プロジェクター１００は、光源となるランプと、液晶パネルと、前述した偏光素子とを備える。
<3. Example of LCD projector configuration>
Next, a liquid crystal projector according to an embodiment of the present invention will be described. The liquid crystal projector 100 includes a lamp serving as a light source, a liquid crystal panel, and the polarizing element described above.
図６に、本発明に係る液晶プロジェクターの光学エンジン部分の構成例を示す。液晶プロジェクター１００の光学エンジン部分は、赤色光ＬＲに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、緑色光ＬＧに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、青色光ＬＢに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、それぞれの出射メイン偏光素子１０Ｃから出てくる光を合成し投射レンズに出射するクロスダイクロプリズム６０とを備えている。ここで、前述した偏光素子は、入射側偏光素子１０Ａ、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃそれぞれに適用されている。 FIG. 6 shows a configuration example of the optical engine portion of the liquid crystal projector according to the present invention. The optical engine portion of the liquid crystal projector 100 includes an incident side polarizing element 10A for the red light LR, a liquid crystal panel 50, an outgoing pre-polarizing element 10B, an outgoing main polarizing element 10C, and an incident side polarizing element 10A for the green light LG, the liquid crystal panel 50, Outgoing pre-polarizing element 10B, outgoing main polarizing element 10C, incident side polarizing element 10A for blue light LB, liquid crystal panel 50, outgoing pre-polarizing element 10B, outgoing main polarizing element 10C, and outgoing main polarizing element 10C And a cross dichroic prism 60 for synthesizing the incoming light and emitting it to the projection lens. Here, the polarizing element described above is applied to each of the incident side polarizing element 10A, the outgoing pre-polarizing element 10B, and the outgoing main polarizing element 10C.
この液晶プロジェクター１００では、光源ランプ（不図示）から出射される光をダイクロイックミラー（不図示）により赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離し、それぞれの光に対応する入射側偏光素子１０Ａに入射させ、ついでそれぞれの入射側偏光素子１０Ａで偏光された光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは液晶パネル５０にて空間変調されて出射され、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃを通過した後、クロスダイクロプリズム６０にて合成されて投射レンズ（不図示）から投射される構成となっている。光源ランプは高出力のものであっても、強い光に対して優れた耐光特性をもつ偏光素子１を用いているため、信頼性の高い液晶プロジェクターを実現することができる。 In the liquid crystal projector 100, light emitted from a light source lamp (not shown) is separated into red light LR, green light LG, and blue light LB by a dichroic mirror (not shown), and incident side polarization elements corresponding to the respective lights. The light LR, LG, and LB incident on 10A and then polarized by the respective incident-side polarizing elements 10A are spatially modulated by the liquid crystal panel 50 and emitted, and pass through the outgoing pre-polarizing element 10B and the outgoing main polarizing element 10C. Thereafter, the image is synthesized by the cross dichroic prism 60 and projected from a projection lens (not shown). Even if the light source lamp has a high output, since the polarizing element 1 having excellent light resistance against strong light is used, a highly reliable liquid crystal projector can be realized.
なお、本発明の偏光素子は、前記液晶プロジェクターへの適用に限定されるわけではなく、使用環境として熱を受ける偏光素子として好適である。例えば、自動車のカーナビやインパネの液晶ディスプレイの偏光素子として適用することができる。 The polarizing element of the present invention is not limited to application to the liquid crystal projector, but is suitable as a polarizing element that receives heat as a use environment. For example, the present invention can be applied as a polarizing element for a car navigation system of an automobile or a liquid crystal display of an instrument panel.
＜４．実施例＞
以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、誘電体を積層した偏光素子と、誘電体及び半導体を積層した偏光素子とを作製し、Ｐ偏光の透過率（以下Ｔｐと記す。）、Ｓ偏光の反射率（以下Ｒｓと記す。）、及び偏光スループット（以下Ｔｐ×Ｒｓと記す。）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。
<4. Example>
Examples of the present invention will be described below. Here, a polarizing element in which a dielectric is laminated and a polarizing element in which a dielectric and a semiconductor are laminated are manufactured, and the transmittance of P-polarized light (hereinafter referred to as Tp) and the reflectance of S-polarized light (hereinafter referred to as Rs). ) And polarization throughput (hereinafter referred to as Tp × Rs). The present invention is not limited to these examples.
［実施例１：誘電体の積層］
先ず、ガラス基板上にＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に所定の層数、所定のグリッド高さとなるように積層した。この積層体上に反射防止膜（ＢＲＡＣ）を成膜し、レジストにより所定のグリッドピッチ及びグリッド幅となるように格子状のマスクパターンを形成した。
Example 1: Dielectric Lamination
First, TiO 2 and SiO 2 were alternately laminated on a glass substrate so as to have a predetermined number of layers and a predetermined grid height. An antireflection film (BRAC) was formed on the laminate, and a lattice-like mask pattern was formed with a resist so as to have a predetermined grid pitch and grid width.
次に、Ａｒ／Ｏ２ガスによるスカム処理により反射防止膜を除去し、ＣＦ４／Ａｒガスにより、ＴｉＯ２及びＳｉＯ２をエッチングした。そして、Ｏ２アッシングにより、レジスト、反射防止膜を除去し、所定の層数、所定のグリッド高さ、所定のグリッドピッチ及びグリッド幅を有する凹凸構造を形成し、偏光素子を作製した。 Next, the antireflection film was removed by scum treatment with Ar / O 2 gas, and TiO 2 and SiO 2 were etched with CF 4 / Ar gas. Then, the resist and the antireflection film were removed by O 2 ashing to form a concavo-convex structure having a predetermined number of layers, a predetermined grid height, a predetermined grid pitch, and a grid width, and a polarizing element was manufactured.
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ誘電体多層構造の偏光素子の入射光に対するＴｐ、Ｒｓの角度依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、凹凸構造の凸部がガラス基板側からＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の順に積層された誘電体の５層構造を有する。また、偏光素子のグリッド高さは４００ｎｍ、グリッドピッチは１５０ｎｍ、グリッド幅は７５ｎｍである。また、比較例として、市販されているＡｌの金属単層からなる同一構造寸法のワイヤーグリッド型偏光素子における計算値を示す。 FIGS. 7A and 7B are graphs showing the angle dependence of Tp and Rs with respect to the incident light of the polarizing element having a dielectric multilayer structure, respectively. The polarizing element used for the measurement has a dielectric five-layer structure in which convex portions of the concavo-convex structure are laminated in the order of TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 from the glass substrate side. The polarizing element has a grid height of 400 nm, a grid pitch of 150 nm, and a grid width of 75 nm. In addition, as a comparative example, a calculated value in a wire grid type polarizing element having the same structural dimensions made of a commercially available Al single metal layer is shown.
図７（Ａ）に示すＴｐ、及び図７（Ｂ）に示すＲｓの値は、共に誘電体多層構造の偏光素子の値の方が金属単層構造の偏光素子よりも高かった。また、金属単層構造の偏光素子では、最大でもＴｐ×Ｒｓが８５％程度であるのに対して、誘電体多層構造の偏光素子では、Ｔｐ×Ｒｓが９０％以上の値を示した。また、誘電体多層構造の偏光素子は、入射角度依存性も良好であり、入射光角度３５〜６５°の範囲でＴｐ×Ｒｓが９０％以上の値を示した。 The values of Tp shown in FIG. 7A and Rs shown in FIG. 7B were both higher in the dielectric multilayer structure polarizing element than in the metal single layer structure polarizing element. In the polarizing element having a metal single layer structure, the maximum Tp × Rs is about 85%, whereas in the polarizing element having a dielectric multilayer structure, Tp × Rs shows a value of 90% or more. In addition, the polarizing element having the dielectric multilayer structure also has good incident angle dependency, and Tp × Rs is 90% or more in the range of the incident light angle of 35 to 65 °.
図８は、誘電体多層構造の偏光素子の入射光４５°でのＴｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓの波長依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、前述と同様、凹凸構造の凸部が誘電体の５層構造を有し、グリッド高さが４００ｎｍ、グリッドピッチが１５０ｎｍ、グリッド幅が７５ｎｍである。 FIG. 8 is a graph showing the wavelength dependence of Tp, Rs, Tp × Rs at 45 ° incident light of a polarizing element having a dielectric multilayer structure. As described above, the polarizing element used for the measurement has a five-layer structure in which the protrusions of the concavo-convex structure are dielectric materials, the grid height is 400 nm, the grid pitch is 150 nm, and the grid width is 75 nm.
この誘電体多層構造の偏光素子は、５００〜６００ｎｍの波長帯域でＴｐ×Ｒｓが９０％以上となり、緑色光の帯域で良好な特性を示した。 This polarizing element having a dielectric multilayer structure had a Tp × Rs of 90% or more in the wavelength band of 500 to 600 nm and exhibited good characteristics in the green light band.
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ誘電体多層構造のグリッド高さが２７０ｎｍ、４８０ｎｍのときの偏光素子のＴｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓの波長依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、前述と同様、凹凸構造の凸部が誘電体の５層構造を有し、グリッドピッチが１５０ｎｍ、グリッド幅が７５ｎｍである。また、偏光素子の波長依存性は、入射光の角度を４５°として測定した。 FIGS. 9A and 9B are graphs showing the wavelength dependence of Tp, Rs, and Tp × Rs of the polarizing element when the grid height of the dielectric multilayer structure is 270 nm and 480 nm, respectively. As described above, the polarizing element used for the measurement has a five-layer structure in which the protrusions of the concavo-convex structure are dielectric, the grid pitch is 150 nm, and the grid width is 75 nm. The wavelength dependence of the polarizing element was measured with the angle of incident light being 45 °.
図９（Ａ）に示す結果より、グリッド高さが２７０ｎｍの偏光素子は、４００〜４８０ｎｍの波長帯域でＴｐ×Ｒｓが９０％以上となり、青色光の帯域で良好な特性を示すことが分かった。また、図９（Ｂ）に示す結果より、グリッド高さが４８０ｎｍの偏光素子は、５８０〜７００ｎｍの波長帯域で、Ｔｐ×Ｒｓが９０％以上となり、赤色光の帯域で良好な特性を示すことが分かった。また、前述の図８に示す結果より、グリッド高さが４００ｎｍの偏光素子は、５００〜６００ｎｍの波長帯域でＴｐ×Ｒｓが９０％以上となり、緑色光の帯域で良好な特性を示した。このように、グリッド高さを、Ｔｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓが高くなるように設計することにより、容易に所望の波長帯域の光に対して良好な特性を得ることができることが分かった。 From the results shown in FIG. 9A, it was found that a polarizing element having a grid height of 270 nm has a Tp × Rs of 90% or more in the wavelength band of 400 to 480 nm and exhibits good characteristics in the blue light band. . Further, from the result shown in FIG. 9B, the polarizing element having a grid height of 480 nm has a Tp × Rs of 90% or more in the wavelength band of 580 to 700 nm and exhibits good characteristics in the red light band. I understood. Further, from the result shown in FIG. 8 described above, the polarizing element having a grid height of 400 nm showed Tp × Rs of 90% or more in the wavelength band of 500 to 600 nm, and showed good characteristics in the green light band. Thus, it has been found that by designing the grid height so that Tp, Rs, and Tp × Rs are high, it is possible to easily obtain good characteristics for light in a desired wavelength band.
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ誘電体多層構造のグリッド幅が５０ｎｍ、１０５ｎｍのときのＴｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓの波長依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、前述と同様、凹凸構造の凸部が誘電体の５層構造を有し、グリッド高さが２７０ｎｍ、グリッドピッチが１５０ｎｍである。また、偏光素子の波長依存性は、入射光の角度を４５°として測定した。 FIGS. 10A and 10B are graphs showing the wavelength dependence of Tp, Rs, and Tp × Rs when the grid width of the dielectric multilayer structure is 50 nm and 105 nm, respectively. As described above, the polarizing element used for the measurement has a five-layer structure in which the projections of the concavo-convex structure are dielectric, the grid height is 270 nm, and the grid pitch is 150 nm. The wavelength dependence of the polarizing element was measured with the angle of incident light being 45 °.
図１０（Ａ）に示すグラフと図９（Ａ）に示すグラフとの比較より、グリッド幅が５０ｎｍの偏光素子は、グリッド幅が７５ｎｍの偏光素子と比べて、Ｔｐ×Ｒｓが良好な波長域が短波長域に移動することが分かった。逆に、図１０（Ｂ）に示すグラフと図９（Ａ）に示すグラフとの比較より、グリッド幅が１０５ｎｍの偏光素子は、グリッド幅が７５ｎｍの偏光素子に比べてＴｐ×Ｒｓが良好な波長域が長波長域に移動するが、波長域が狭くなることが分かった。したがって、例えば青色光の帯域に対する偏光素子は、グリッド幅をグリッドピッチの３０〜７０％とすることが好ましいことが分かった。 From the comparison between the graph shown in FIG. 10A and the graph shown in FIG. 9A, the polarizing element with a grid width of 50 nm has a better wavelength range of Tp × Rs than the polarizing element with a grid width of 75 nm. Was found to move to the short wavelength region. Conversely, from a comparison between the graph shown in FIG. 10B and the graph shown in FIG. 9A, the polarizing element with a grid width of 105 nm has a better Tp × Rs than the polarizing element with a grid width of 75 nm. It was found that the wavelength range moves to the long wavelength range, but the wavelength range becomes narrower. Therefore, for example, it was found that the polarizing element for the blue light band preferably has a grid width of 30 to 70% of the grid pitch.
図１１は、誘電体の７層構造の偏光素子のＴｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓの波長依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、凹凸構造の凸部がガラス基板側からＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の順に積層された誘電体の７層構造を有する。また、偏光素子のグリッド高さは４００ｎｍ、グリッドピッチは１５０ｎｍ、グリッド幅は７５ｎｍである。また、偏光素子の波長依存性は、入射光の角度を４５°として測定した。 FIG. 11 is a graph showing the wavelength dependence of Tp, Rs, Tp × Rs of a dielectric 7-layer polarizing element. The polarizing element used for the measurement has a dielectric seven-layer structure in which convex portions of the concavo-convex structure are laminated in the order of TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 from the glass substrate side. Have. The polarizing element has a grid height of 400 nm, a grid pitch of 150 nm, and a grid width of 75 nm. The wavelength dependence of the polarizing element was measured with the angle of incident light being 45 °.
この誘電体多層構造の偏光素子は、４００〜５００ｎｍの波長帯域でＴｐ×Ｒｓが９０％以上となり、青色光の帯域で良好な特性を示すことが分かった。また、図８に示す５層からなる構造寸法が同一の偏光素子の波長依存性のグラフは、５００〜６００ｎｍの緑色光の帯域で良好な特性を示すことから、層数を変えることでも、波長帯域の設計が可能であることが分かった。 This polarizing element having a dielectric multilayer structure has a Tp × Rs of 90% or more in the wavelength band of 400 to 500 nm, and has been found to exhibit good characteristics in the blue light band. In addition, the wavelength dependence graph of the polarizing element having the same structural dimensions consisting of five layers shown in FIG. 8 shows good characteristics in the green light band of 500 to 600 nm. It was found that bandwidth design is possible.
［実施例２：誘電体／半導体の積層］
先ず、ガラス基板上にＳｉとＳｉＯ２とを交互に所定の層数、所定のグリッド高さとなるように積層した。この積層体上に反射防止膜（ＢＲＡＣ）を成膜し、レジストにより所定のグリッドピッチ及びグリッド幅となるように格子状のマスクパターンを形成した。
Example 2 Dielectric / Semiconductor Lamination
First, Si and SiO 2 were alternately laminated on a glass substrate so as to have a predetermined number of layers and a predetermined grid height. An antireflection film (BRAC) was formed on the laminate, and a lattice-like mask pattern was formed with a resist so as to have a predetermined grid pitch and grid width.
次に、Ａｒ／Ｏ２ガスによるスカム処理により反射防止膜を除去し、ＣＦ４／Ａｒガスにより、Ｓｉ及びＳｉＯ２をエッチングした。そして、Ｏ２アッシングにより、レジスト、反射防止膜を除去し、所定の層数、所定のグリッド高さ、所定のグリッドピッチ及びグリッド幅を有する凹凸構造を形成し、偏光素子を作製した。 Next, the antireflection film was removed by scum treatment with Ar / O 2 gas, and Si and SiO 2 were etched with CF 4 / Ar gas. Then, the resist and the antireflection film were removed by O 2 ashing to form a concavo-convex structure having a predetermined number of layers, a predetermined grid height, a predetermined grid pitch, and a grid width, and a polarizing element was manufactured.
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ誘電体／半導体多層構造の偏光素子の入射光に対するＴｐ、Ｒｓの角度依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、凹凸構造の凸部がガラス基板側からＳｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉの順に積層された誘電体及び半導体の５層構造を有する。また、偏光素子のグリッド高さは２８０ｎｍ、グリッドピッチは１５０ｎｍ、グリッド幅は７５ｎｍである。また、比較例として、市販されているＡｌの金属単層からなる同一構造寸法のワイヤーグリッド型偏光素子における計算値を示す。 FIGS. 12A and 12B are graphs showing the angle dependency of Tp and Rs with respect to incident light of a polarizing element having a dielectric / semiconductor multilayer structure, respectively. The polarizing element used for the measurement has a five-layer structure of a dielectric and a semiconductor in which convex portions of the concavo-convex structure are laminated in the order of Si / SiO 2 / Si / SiO 2 / Si from the glass substrate side. The polarizing element has a grid height of 280 nm, a grid pitch of 150 nm, and a grid width of 75 nm. In addition, as a comparative example, a calculated value in a wire grid type polarizing element having the same structural dimensions made of a commercially available Al single metal layer is shown.
図１２（Ａ）に示すＴｐ、及び図１２（Ｂ）に示すＲｓは、共に誘電体／半導体多層構造の偏光素子の値の方が金属単層構造の偏光素子よりも高かった。また、誘電体／半導体多層構造の偏光素子は、入射角度依存性も良好であり、入射光角度０〜６５°のの広い範囲でＴｐ×Ｒｓが９０％以上の値を示した。 Tp shown in FIG. 12A and Rs shown in FIG. 12B were both higher in the dielectric / semiconductor multilayer polarizing element than in the metal single-layer polarizing element. The dielectric / semiconductor multilayer polarizing element also has good incident angle dependency, and Tp × Rs is 90% or more in a wide range of incident light angles of 0 to 65 °.
図１３は、誘電体／半導体多層構造のグリッド高さが２５０ｎｍのときの偏光素子の入射光に対するＴｐ、Ｒｓの角度依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、グリッド高さが２５０ｎｍであること以外、前述と同様であり、凹凸構造の凸部が誘電体及び半導体の５層構造を有し、グリッドピッチが１５０ｎｍ、グリッド幅が７５ｎｍである。また、偏光素子の波長依存性は、入射光の角度を４５°として測定した。 FIG. 13 is a graph showing the angle dependency of Tp and Rs with respect to the incident light of the polarizing element when the grid height of the dielectric / semiconductor multilayer structure is 250 nm. The polarizing element used for the measurement is the same as described above except that the grid height is 250 nm, the convex portion of the concavo-convex structure has a five-layer structure of dielectric and semiconductor, the grid pitch is 150 nm, and the grid width is 75 nm. The wavelength dependence of the polarizing element was measured with the angle of incident light being 45 °.
図１３に示すグラフより、グリッド高さが２５０ｎｍの偏光素子は、５００〜５８０ｎｍの波長帯域でＴｐ×Ｒｓが９０％以上となり、緑色光の帯域で良好な特性を示すことが分かった。 From the graph shown in FIG. 13, it was found that the polarizing element having a grid height of 250 nm has Tp × Rs of 90% or more in the wavelength band of 500 to 580 nm and exhibits good characteristics in the green light band.
図１４は、誘電体／半導体多層構造のグリッド高さが３５０ｎｍのときの偏光素子のＴｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓの波長依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、前述と同様、凹凸構造の凸部が誘電体及び半導体の５層構造を有し、グリッドピッチが１５０ｎｍ、グリッド幅が７５ｎｍである。また、偏光素子の波長依存性は、入射光の角度を４５°として測定した。 FIG. 14 is a graph showing the wavelength dependence of Tp, Rs, Tp × Rs of the polarizing element when the grid height of the dielectric / semiconductor multilayer structure is 350 nm. In the polarizing element used for the measurement, as described above, the convex portion of the concavo-convex structure has a five-layer structure of dielectric and semiconductor, the grid pitch is 150 nm, and the grid width is 75 nm. The wavelength dependence of the polarizing element was measured with the angle of incident light being 45 °.
図１４に示すグラフより、グリッド高さが３５０ｎｍの偏光素子は、５８０〜７００ｎｍの波長帯域でＴｐ×Ｒｓが９０％以上となり、赤色光の帯域で良好な特性を示すことが分かった。 From the graph shown in FIG. 14, it was found that the polarizing element having a grid height of 350 nm has Tp × Rs of 90% or more in the wavelength band of 580 to 700 nm and exhibits good characteristics in the red light band.
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ誘電体／半導体多層構造のグリッド幅が５０ｎｍ、１０５ｎｍのときの偏光素子のＴｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓの波長依存性を示すグラフである。測定に用いた偏光素子は、前述と同様、凹凸構造の凸部が誘電体及び半導体の５層構造を有し、グリッド高さが２５０ｎｍ、グリッドピッチが１５０ｎｍである。また、偏光素子の波長依存性は、入射光の角度を４５°として測定した。 FIGS. 15A and 15B are graphs showing the wavelength dependence of Tp, Rs, and Tp × Rs of the polarizing element when the grid width of the dielectric / semiconductor multilayer structure is 50 nm and 105 nm, respectively. In the polarizing element used for the measurement, as described above, the convex portion of the concavo-convex structure has a five-layer structure of dielectric and semiconductor, the grid height is 250 nm, and the grid pitch is 150 nm. The wavelength dependence of the polarizing element was measured with the angle of incident light being 45 °.
図１５（Ａ）に示すグラフと図１３に示すグラフとの比較より、グリッド幅が５０ｎｍの偏光素子は、グリッド幅が７５ｎｍの偏光素子と比べてＴｐ×Ｒｓが良好な波長域が短波長域に移動することが分かった。また、図１５（Ｂ）に示すグラフと図１３に示すグラフとの比較より、グリッド幅が１０５ｎｍの偏光素子は、グリッド幅が７５ｎｍの偏光素子に比べてＴｐ×Ｒｓが良好な波長域が長波長域に移動するが、波長域が狭くなることが分かった。したがって、例えば緑色光の帯域に対する偏光素子は、グリッド幅をグリッドピッチの３０〜７０％とすることが好ましいことが分かった。 From the comparison between the graph shown in FIG. 15A and the graph shown in FIG. 13, the polarizing element with a grid width of 50 nm has a shorter wavelength range where Tp × Rs is better than the polarizing element with a grid width of 75 nm. It turns out to move to. From the comparison between the graph shown in FIG. 15B and the graph shown in FIG. 13, the polarizing element with a grid width of 105 nm has a longer wavelength range where Tp × Rs is better than the polarizing element with a grid width of 75 nm. Although it moved to the wavelength range, it was found that the wavelength range narrowed. Therefore, for example, it has been found that the polarizing element for the green light band preferably has a grid width of 30 to 70% of the grid pitch.
［実施例３：支持部の形成］
先ず、ガラス基板上にＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に所定の層数、所定のグリッド高さとなるように積層した。この積層体上に反射防止膜（ＢＲＡＣ）を成膜し、レジストにより所定のグリッドピッチ及びグリッド幅となるように格子状のマスクパターンを形成した。また、格子状のマスクパターンに対して交差する使用帯域の波長よりも大きい周期のマスクパターンを形成した。具体的には、干渉露光を用い、１５０ｎｍ周期で露光を行いて格子状のマスクパターンを形成し、所定の方向に基板を回転して１０００ｎｍ周期で露光を行い、支持グリッド用のマスクパターンを形成した。
[Example 3: Formation of support part]
First, TiO 2 and SiO 2 were alternately laminated on a glass substrate so as to have a predetermined number of layers and a predetermined grid height. An antireflection film (BRAC) was formed on the laminate, and a lattice-like mask pattern was formed with a resist so as to have a predetermined grid pitch and grid width. In addition, a mask pattern having a period longer than the wavelength of the use band intersecting with the lattice mask pattern was formed. Specifically, using interference exposure, exposure is performed at a cycle of 150 nm to form a lattice-like mask pattern, and the substrate is rotated in a predetermined direction to perform exposure at a cycle of 1000 nm to form a mask pattern for a support grid. did.
次に、Ａｒ／Ｏ２ガスによるスカム処理により反射防止膜を除去し、ＣＦ４／Ａｒガスにより、ＴｉＯ２及びＳｉＯ２をエッチングした。そして、Ｏ２アッシングにより、レジスト、反射防止膜を除去し、高さ４００ｎｍ、幅４０ｎｍの支持グリッドが１０００ｎｍの周期で形成された偏光素子を作製した。この偏光素子は、凹凸構造の凸部がガラス基板側からＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の順に積層された誘電体の５層構造を有し、グリッド高さが４００ｎｍ、グリッドピッチが１５０ｎｍ、グリッド幅が７５ｎｍであった。 Next, the antireflection film was removed by scum treatment with Ar / O 2 gas, and TiO 2 and SiO 2 were etched with CF 4 / Ar gas. Then, the resist and the antireflection film were removed by O 2 ashing to produce a polarizing element in which a support grid having a height of 400 nm and a width of 40 nm was formed with a period of 1000 nm. This polarizing element has a five-layer structure of a dielectric in which convex portions of a concavo-convex structure are laminated in the order of TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 from the glass substrate side, and the grid height is 400 nm, The grid pitch was 150 nm and the grid width was 75 nm.
この支持グリッドが形成された偏光素子のＴｐ、Ｒｓ、Ｔｐ×Ｒｓの波長依存性について測定したところ、図８に示す支持グリッドが形成されていない偏光素子の波長依存性と同様、５００〜６００ｎｍの波長帯域でＴｐ×Ｒｓが９０％以上となり、緑色光の帯域で良好な特性を示した。 When measuring the wavelength dependency of Tp, Rs, Tp × Rs of the polarizing element in which the support grid is formed, the wavelength dependency of 500 to 600 nm is obtained as in the wavelength dependency of the polarizing element in which the support grid is not shown in FIG. Tp × Rs was 90% or more in the wavelength band, and good characteristics were shown in the green light band.
１０ 透明基板、 ２０ 凸部、 ２１ 高屈折率材料、 ２２ 低屈折率材料、 ３０ 凹部、 ３１ 支持部、 ３２ 直交グリッド、 ３３ 超低屈折率材料、 ４０ 遮光膜、 ４１ 反射防止膜、 ４２ レジスト、 ５０ 液晶パネル、 ６０ クロスダイクロプリズム、 １００ 液晶プロジェクター DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transparent substrate, 20 Convex part, 21 High refractive index material, 22 Low refractive index material, 30 Concave part, 31 Support part, 32 Orthogonal grid, 33 Super low refractive index material, 40 Light shielding film, 41 Antireflection film, 42 Resist, 50 LCD panel, 60 Cross dichroic prism, 100 LCD projector
Claims (5)
前記凹凸構造の凸部は、Ｓｉからなる高屈折率材料と該高屈折率材料よりも屈折率が小さいＳｉＯ２からなる低屈折率材料とが交互に積層されて構成された金属材料を含まない多層構造を有し、
前記凹凸構造の凹部の隙間のみに前記凸部間を支持し、前記低屈折率材料よりも屈折率が低いＭｇＦ２材料が挿入されてなる偏光素子。 Having a concavo-convex structure arranged on a transparent substrate at a pitch smaller than the wavelength of light in the use band,
The convex portion of the concavo-convex structure does not include a metal material formed by alternately laminating a high refractive index material made of Si and a low refractive index material made of SiO 2 having a lower refractive index than the high refractive index material. Has a multilayer structure ,
A polarizing element in which a MgF 2 material having a refractive index lower than that of the low refractive index material is inserted and supported between the convex portions only in the gaps of the concave portions of the concave-convex structure.
前記凸部の幅は、前記ピッチの２０〜９０％である請求項１又は２記載の偏光素子。 The pitch is 200 nm or less,
The polarizing element according to claim 1, wherein a width of the convex portion is 20 to 90% of the pitch.
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