JP6580199B2 - バンドル構造の製造方法 - 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板に使用して好適なバンドル構造の製造方法に関する。
液晶表示装置は、その画像形成原理から液晶パネル表面に偏光板を配置することが必要不可欠である。偏光板の機能は、直交する偏光成分（いわゆるＰ偏光波、Ｓ偏光波）の一方を吸収し、他方を透過させることである。
従来、このような偏光板として、フィルム内にヨウ素系や染料系の高分子有機物を含有させた二色性の偏光板が多く用いられている。これらの一般的な製法として、ポリビニルアルコール系フィルムとヨウ素などの二色性材料で染色を行った後、架橋剤を用いて架橋を行い、一軸延伸する方法が用いられる。このように二色性の偏光板は、延伸により作製されるため、一般に収縮し易い。また、ポリビニルアルコール系フィルムは、親水性ポリマーを使用していることから、特に加湿条件下においては非常に変形し易い。また、根本的にフィルムを用いるため、デバイスとしての機械的強度が弱く、透明保護フィルムを接着する必要がある場合がある。
近年、液晶表示装置は、その用途が拡大し、高機能化している。それに伴い、液晶表示装置を構成する個々のデバイスに対して、高い信頼性、耐久性が求められる。例えば、透過型液晶プロジェクターのような光量の大きな光源を使用する液晶表示装置の場合には、偏光板は強い輻射線を受ける。よって、これらに使用される偏光板には、優れた耐熱性が必要となる。しかしながら、上記のようなフィルムベースの偏光板は、有機物であることから、これらの特性を上げることにはおのずと限界がある。
米国では、コーニング社よりPolarcorという商品名で耐熱性の高い無機偏光板が販売されている。この偏光板は、銀微粒子をガラス内に拡散させた構造をしておりフィルム等の有機物を使用していない。原理は、島状微粒子のプラズマ共鳴を利用するものである。すなわち、貴金属や遷移金属の島状粒子に光が入射した時の表面プラズマ共鳴による光吸収を利用するものであり、吸収波長は、粒子形状、周囲の誘電率の影響を受ける。ここで島状微粒子の形状を楕円形にすると長軸方向と短軸方向の共鳴波長が異なり、これにより偏光特性が得られ、具体的には長波長側での長軸に平行な偏光成分を吸収し、短軸と平行な偏光成分を透過させるという偏光特性が得られる。しかしながら、Polarcorの場合、偏光特性が得られる波長域は赤外部に近い領域であり、液晶表示装置で求められるような可視光域をカバーしていない。これは島状微粒子に用いられている銀の物理的性質によるものである。
特許文献１には、上記の原理を応用し熱還元によりガラス中に微粒子を析出させることによるＵＶ偏光板が示されており、金属微粒子として銀を用いることが提示されている。この場合、先のPolarcorとは逆に短軸方向での吸収を用いるものと考えられる。Figure1に示されているように４００ｎｍ付近でも偏光板として機能はしているが消光比が小さくかつ吸収できる帯域が非常に狭いので、仮にPolarcorと特許文献１の技術を組み合わせたとしても可視光全域をカバーできる偏光板にはならない。
また、非特許文献１には、金属島状微粒子のプラズマ共鳴を使った無機偏光板の理論解析が述べられている。この文献によればアルミニウム微粒子は銀微粒子より共鳴波長が２００ｎｍ程度短く、このためアルミニウム微粒子を用いることで可視光域をカバーする偏光板を製作できる可能性があることが記述されている。
また、特許文献２には、アルミニウム微粒子を使った偏光板の幾つかの作成方法が示されている。その中で、ケイ酸塩をベースとしたガラスでは、アルミニウムとガラスが反応するので基板としては望ましくなく、カルシウム・アルミノ硼酸塩ガラスが適していると記述されている（段落００１８，００１９）。しかし、ケイ酸塩を使用したガラスは、光学ガラスとして広く流通しており、信頼性の高い製品を安価に入手でき、これが適さないということは経済的に好ましくない。また、レジストパターンをエッチングすることで島状粒子を形成する方法が述べられている（段落００３７，００３８）。通常、プロジェクターで使用する偏光板は、数ｃｍ程度の大きさが必要でかつ高い消光比が要求される。従って、可視光用偏光板を目的とした場合、レジストパターンサイズは可視光波長より充分に短い、すなわち、数十ナノメートルの大きさが必要であり、また、高い消光比を得るためには、パターンを高密度に形成する必要がある。また、プロジェクター用として使用する場合には、大面積のパターンの形成が必要である。しかしながら、記述されているようなリソグラフィにより高密度微細パターン形成を応用する方法では、そのようなパターンを得るために電子ビーム描画などを用いる必要がある。電子ビーム描画は、個々のパターンを電子ビームより描く方法であり生産性が悪く実用的でない。
また、特許文献２には、アルミニウムを塩素プラズマにより除去すると記述されているが、通常そのようにエッチングした場合には、アルミニウムパターンの側壁に塩化物が付着する。市販のウエットエッチング液（例えば東京応化工業のＳＳＴ−Ａ２）により塩化物の除去が可能であるが、アルミニウム塩化物に反応する薬液はアルミニウムにもエッチング速度は遅いながらも反応はするので、述べられているような方法で所望のパターン形状を実現することは難しい。
さらに、特許文献２には、別な方法として、パターン化されたフォトレジスト上に斜め成膜によりアルミニウムを堆積し、フォトレジストを除去する方法が記述されている（段落００４５，００４７）。しかし、このような方法では、基板とアルミニウムの密着性を得るために、ある程度基板面にもアルミニウムを堆積する必要があるものと考えられる。しかし、これは堆積したアルミニウム膜の形状が段落００１５に記述されている適当な形状である扁長の楕円体を含む扁長の球体とは異なることを意味する。また、段落００４７には表面に垂直な異方性エッチングにより過沈積分を除去すると記述されている。偏光板として機能させるには、アルミニウムの形状異方性は極めて重要である。従ってレジスト部と基板面に堆積するアルミニウムの量をエッチングにより所望の形状が得られるように調整する必要があると考えられるが、段落００４７に記述されているような０．０５μｍというサブミクロン以下のサイズでこれらを制御することは非常に困難と考えられ、生産性の高い製作方法として適しているか疑問である。また、偏光板の特性として透過軸方向については高い透過率が求められるが、通常、基板にガラスを用いた場合、ガラス界面から数％の反射は避けられず、高い透過率を得ることが難しい。
また、特許文献３には、斜め蒸着による偏光板について記述されている。この方法は、使用帯域の波長に対して透明及び不透明な物質を斜め蒸着により微小柱状構造を製作することで偏光特性を得るものであり、特許文献１と異なり、簡便な方法で微細パターンを得られるため生産性の高い方法と考えられる。しかしながら、使用帯域に対して不透明な物質の微小柱状構造のアスペクト比、個々の微小柱状構造の間隔、直線性は、良好な偏光特性を得るために重要な要素であり、特性の再現性の観点からも意図的に制御されるべきものであるが、この方法では蒸着粒子の初期堆積層の影となる部分に次に飛来する蒸着粒子が堆積しないことにより柱状構造が得られるという現象を利用しているため、上記の項目を意図的に制御することが難しい。これを改善する方法として、蒸着前にラビング処理により基板に研磨痕を設ける方法が記述されているが、一般的には蒸着膜の粒子径は最大でも数十ｎｍ程度の大きさであり、このような粒子の異方性を制御するにはサブミクロン以下のピッチを研磨により意図的に製作する必要がある。しかし、一般の研磨シート等では、サブミクロン程度が限界であり、そのような微細な研磨痕を製作することは容易でない。また、前記のようにＡｌ微粒子の共鳴波長は周りの屈折率に大きく依存し、この場合、透明及び不透明な物質の組み合わせが重要であるが、特許文献３には、可視光域で良好な偏光特性を得るための組み合わせについて記述がされていない。また、特許文献１と同様に、基板としてガラスを用いた場合、ガラス界面から数％の反射は避けられない。
また、非特許文献２には、Lamipolと称する赤外通信用の偏光板について記述されている。これは、ＡｌとＳｉＯ２の積層構造をしており、この文献によれば非常に高い消光比を示す。また、非特許文献３には、Lamipolの光吸収を担うＡｌの代わりにＧｅを使うことで、波長１μｍ以下で高い消光比を実現できることが述べられている。また、同資料中のＦｉｇ３からＴｅ（テルル）も高い消光比が得られることが期待できる。このようにLamipolは、高い消光比が得られる吸収型偏光板であるが、吸光物質と透過性物質の積層厚が受光面の大きさとなるために数ｃｍ角の大きさが必要なプロジェクター用途の偏光板には向かない。
また、特許文献４には、ワイヤグリッド構造と吸収膜とを組み合わせた偏光板が記載されている。吸収膜に金属や半導体膜を用いる場合、材料の光学特性に強く影響されるため、材料とワイヤグリッドと吸収膜の間の誘電体膜厚を調整することで、特定域の反射率を軽減することが可能であるが、広波長域でこれを実現することは困難である。
また、吸収性の高いＴａやＧｅなどを使うことで、帯域を広げることが可能であるが、透過軸方向の吸収が同時に大きくなり、偏光板で重要な特性である透過軸方向の透過率が低下してしまう。
上記問題への改善策として、吸収膜への微粒子の適用がある。しかし、これまで提案されている斜め成膜を用いて直接吸収膜を堆積する方法では、堆積させる吸収膜のシャドーイングによる自己組織化に頼っているため、材料自体の物性や基板の粗度などに強く影響を受け、吸収特性の制御が困難であった。
米国特許第６７７２６０８号明細書 特開２０００−１４７２５３号公報 特開２００２−３７２６２０号公報 特開２００８−２１６９５７号公報
Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．４ ６１９−６２４ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．２１９８６ ３１１−３１４ Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃ． Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．６ １９９７ １０４２−１０５０
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、優れた光学特性を有する偏光板を製造するためのバンドル構造の製造方法を提供することを目的とする。
前述した課題を解決するために、本発明に係るバンドル構造の製造方法は、使用帯域の波長よりも直径が小さいナノ粒子を基板上に縦横に配列し、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方向から交互に無機微粒子を斜め蒸着させ、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層を形成することを特徴とする。
本発明によれば、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層が光吸収や光散乱を増大させるため、結果として、反射率を低下させ、優れた光学特性を得ることができる。
図１Ａは、構成例１の偏光板を示す概略断面図であり、図１Ｂは、構成例２の偏光板を示す概略断面図である。 図２Ａは、斜め蒸着により無機微粒子が柱状に堆積されたバンドル構造例を示す概略断面図であり、図２Ｂは、１回の斜め蒸着により形成される無機微粒子層を示す斜視図である。 図３Ａは、Ｘ方向から観察した断面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真であり、図３Ｂは、図３Ａの拡大写真である。 図４Ａは、Ｙ方向から観察した断面のＳＥＭ写真であり、図４Ｂは、図４Ａの拡大写真である。 図５は、Ｚ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。 図６Ａは、ガラス基板上にＴａ２Ｏ５を柱状に５０ｎｍ堆積したバンドル構造の光学特性を示すグラフであり、図６Ｂは、バンドル構造をＺ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。 図７Ａは、バンドル構造層上にＴａをスパッタ法により２０ｎｍ堆積させた構成の光学特性を示すグラフであり、図７Ｂは、この構成をＺ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。 図８Ａは、ガラス基板上にＴａをスパッタ法により２０ｎｍ堆積させた構成の光学特性を示すグラフであり、図８Ｂは、この構成をＺ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。 図９Ａは、構成例３の偏光板を示す概略断面図であり、図９Ｂは、構成例４の偏光板を示す概略断面図である。 図１０Ａは、構成例５の偏光板を示す概略断面図であり、図１０Ｂは、構成例６の偏光板を示す概略断面図である。 図１１Ａは、構成例７の偏光板を示す概略断面図であり、図１１Ｂは、構成例８の偏光板を示す概略断面図である。 図１２Ａは、構成例９の偏光板を示す概略断面図であり、図１２Ｂは、構成例１０の偏光板を示す概略断面図である。 図１３Ａは、構成例１１の偏光板を示す概略断面図であり、図１３Ｂは、構成例１２の偏光板を示す概略断面図である。 図１４Ａは、構成例１３の偏光板を示す概略断面図であり、図１４Ｂは、構成例１４の偏光板を示す概略断面図である。 図１５Ａは、構成例１５の偏光板を示す概略断面図であり、図１５Ｂは、構成例１６の偏光板を示す概略断面図である。 図１６Ａは、構成例１７の偏光板を示す概略断面図であり、図１６Ｂは、構成例１８の偏光板を示す概略断面図である。 図１７Ａは、構成例１９の偏光板を示す概略断面図であり、図１７Ｂは、構成例２０の偏光板を示す概略断面図である。 図１８Ａは、構成例２１の偏光板を示す概略断面図であり、図１８Ｂは、構成例２２の偏光板を示す概略断面図である。 図１９Ａは、構成例１の蒸着装置を示す概略断面図であり、図１９Ｂは、構成例２の蒸着装置を示す概略断面図である。 図２０Ａは、ロール式の構成例３の蒸着装置の概略断面図であり、図２０Ｂは、構成例３の蒸着装置の概略側面図である。 図２１Ａは、構成例４の蒸着装置の概略断面図であり、図２１Ｂは、構成例５の蒸着装置の概略断面図である。 図２２Ａは、基板上にナノ粒子を配列した状態を示す平面図であり、図２２Ｂは斜め蒸着開始時を示す断面図であり、図２２Ｃは、斜め蒸着後を示す断面図であり、図２２Ｄは、アニール後のバンドル構造を示す断面図である。 図２３Ａは、基板上にテクスチャーを形成した状態を示す平面図であり、図２２Ｂは斜め蒸着開始時を示す断面図であり、図２２Ｃは、斜め蒸着後を示す断面図である。 図２４は、本実施例で使用した蒸着装置を示す概略図である。 図２５は、実施例１の偏光板の断面のＳＥＭ写真である。 図２６Ａは、実施例１の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図２６Ｂは、実施例１の偏光板の反射率を示すグラフである。 図２７Ａは、比較例の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図２７Ｂは、比較例の偏光板の反射率を示すグラフである。 図２８は、実施例２の偏光板の光学特性を示すグラフである。 図２９は、実施例２の偏光板の表面のＡＦＭ写真である。 図３０Ａは、実施例３のエッチング前の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図３０Ｂは、実施例３のエッチング後の偏光板の光学特性を示すグラフである。 図３１は、実施例３の偏光板の表面のＳＥＭ写真である。 図３２は、実施例４の偏光板の光学特性を示すグラフである。 図３３は、実施例５の偏光板の断面のＳＥＭ写真である。 図３４Ａは、実施例５の偏光板の斜視断面のＳＥＭ写真であり、図３４Ｂは、図３４Ａを拡大したＳＥＭ写真である。 図３５Ａは、実施例５の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図３５Ｂは、実施例５の偏光板の反射率を示すグラフである。 図３６Ａは、バンドル構造の作成後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３６Ｂは、図３６Ａを拡大したＳＥＭ写真である。 図３７Ａは、Ａｒイオンビーム９０秒照射後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３７Ｂは、図３７Ａを拡大したＳＥＭ写真である。 図３８Ａは、Ａｒイオンビーム１８０秒照射後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３８Ｂは、図３８Ａを拡大したＳＥＭ写真である。 図３９Ａは、Ａｒイオンビーム０秒照射のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３９Ｂは、図３９Ａを拡大したＳＥＭ写真である。 図４０は、Ａｒイオンビーム０秒照射のバンドル構造の光学特性を示すグラフである。 図４１Ａは、Ａｒイオンビーム９０秒照射後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図４１Ｂは、図４１Ａを拡大したＳＥＭ写真である。 図４２は、Ａｒイオンビーム９０秒照射後のバンドル構造の光学特性を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．偏光板の構成
２．偏光板の製造方法
３．実施例
＜１．偏光板＞
本実施の形態に係る偏光板は、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層が光吸収や光散乱を増大させるため、結果として、反射率を低下させ、優れた光学特性を得るものである。
なお、本明細書及び図面の光学特性を示すグラフにおいて、Ｔｐは、ｘ軸方向の直線偏光に対する透過率（透過軸透過率）、Ｔｓは、ｙ軸方向の直線偏光に対する透過率（吸収軸透過率）、Ｒｐは、ｘ軸方向の直線偏光に対する反射率（透過軸反射率）、及び、Ｒｓは、ｙ軸方向の直線偏光に対する反射率（吸収軸反射率）を示す。
［第１の実施の形態］
図１Ａは、構成例１の偏光板を示す概略断面図であり、図１Ｂは、構成例２の偏光板を示す概略断面図である。
図１Ａに示す構成例１の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３と、吸収層１３上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５とを備える。
また、バンドル構造層１２、吸収層１３、及び誘電体層１４のうち１層以上が、反射層１５と同様、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることが好ましい。
また、バンドル構造層１２、吸収層１３、及び誘電体層１４の全てが、反射層１５と同様、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることがより好ましい。例えば、図１Bに示す構成例２の偏光板のように、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３と、吸収層１３上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成された反射層１５とを備え、バンドル構造層１２、吸収層１３、誘電体層１４、及び反射層１５が一次元格子状に配列されてなることが好ましい。すなわち、この偏光板は、透光基板１１側からバンドル構造層１２と吸収層１３と誘電体層１４と反射層１５とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。なお、バンドル構造層１２の透過軸透過率が高く、所望の光学特性が得られるならば、ワイヤグリッド構造の凹部の底部が、透光基板１１ではなく、バンドル構造層１２であっても構わない。また、プロセス上の都合で、透明基板１１がエッチングされ、溝部になっても構わない。
このようにバンドル構造層１２、吸収層１３、及び誘電体層１４のうち１層以上が、反射層１５と同様に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることにより、コントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を向上させることができる。
透光基板１１は、使用帯域の光に対して透明で、屈折率が１．１〜２．２の材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施の形態では、透光基板１１の構成材料として、熱伝導性の高い水晶やサファイア基板を用いることが好ましい。これにより、強い光に対して高い耐光性を有することとなり、発熱量の多いプロジェクターの光学エンジン用の偏光板として有用となる。
また、透光基板１１が水晶のような複屈折の結晶からなる場合、結晶の光学軸に対して平行方向又は垂直方向に格子状凸部を配置することにより、優れた光学特性を得ることができる。ここで、複屈折結晶において、Ｏ（常光線）とＥ（異常光線）に分かれない光の入射方向を光学軸という。
なお、偏光板の用途によっては、ガラス、特に、石英（屈折率１．４６）やソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）を用いてもよい。ガラス材料の成分組成は特に制限されず、例えば光学ガラスとして広く流通しているケイ酸塩ガラスなどの安価なガラス材料を用いることができ、製造コストの低減を図ることができる。
バンドル構造層１２は、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成され、斜め蒸着又は斜めスパッタにより誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる無機微粒子が積層されて形成される。誘電体としては、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｎｂのうち１種以上を含む酸化物からなることが好ましい。酸化物の具体例としては、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５などが挙げられる。
また、金属材料、半導体材料など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を用いてもよい。金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ単体もしくはこれらを含む合金が挙げられる。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）などが挙げられる。また、例えばＳｉにＦｅが添加された混合材料のように、半導体材料と金属材料の混合材料を用いてもよい。このように金属材料、半導体材料などによる光吸収の異方性と、無機微粒子の堆積による光吸収の異方性とを利用することにより、バンドル構造層１２の光吸収の異方性を増大させることができる。
図２Ａは、斜め蒸着により無機微粒子が柱状に堆積されたバンドル構造例を示す断面図であり、図２Ｂは、１回の斜め蒸着により形成される無機微粒子層を示す斜視図である。バンドル構造層１２は、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°異なる蒸着方向Ａと蒸着方向Ｂの２方向から交互に無機微粒子１２ａを斜め蒸着させて形成される。無機微粒子１２ａは、使用帯域の波長以下のサイズであって、個々の粒子が完全に孤立していることが望ましい。無機微粒子１２ａは、斜め蒸着特有のシャドーイング効果により形状異方性を有し、この結果、Ｘ軸、Ｙ軸の光学定数（屈折率と消衰係数）が異なる光学異方性が生じやすい。バンドル構造層１２の消衰係数は、酸化の度合いで制御でき、消衰係数がゼロでない場合は、光吸収特性を有する。
図３Ａは、Ｘ方向から観察した断面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真であり、図３Ｂは、図３Ａの拡大写真である。また、図４Ａは、Ｙ方向から観察した断面のＳＥＭ写真であり、図４Ｂは、図４Ａの拡大写真である。また、図５は、Ｚ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。このバンドル構造は、図２Ａにおいて、１回の斜め蒸着による無機微粒子層の厚さｔ１が７ｎｍとなるようにＴａ２Ｏ５を柱状に堆積して形成した。また、バンドル構造の総厚さｔは１５００ｎｍであった。
このバンドル構造は、図３Ｂ及び図４Ｂに示す断面形状（Ｘ，Ｙ）のように、ナノサイズの柱の束で構成され、柱間には空隙が存在する。また、図５に示す平面写真（Ｙ）のように、基板面から見ると細長い微粒子形状の集合体で構成されている。
図６Ａは、ガラス基板上にＴａ２Ｏ５を柱状に５０ｎｍ堆積したバンドル構造の光学特性を示すグラフであり、図６Ｂは、バンドル構造をＺ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。図６Ａに示すように、バンドル構造は、光学的異方性を有し、通常の誘電薄膜とは大きく異なる特性となる。また、バンドル構造が光学異方性を有することは、光学異方性が必要となる偏光板にとって非常に有用である。
吸収層１３は、Ｓｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂのうち１種以上を含むことが好ましい。吸収層１３は、蒸着法やスパッタ法により、金属、半導体など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種以上から形成され、その材料は、適用される光の波長範囲によって選択される。金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｎｂ単体もしくはこれらを含む合金が挙げられる。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）などが挙げられる。また、例えばＳｉにＦｅが添加された混合材料のように、半導体材料と金属材料の混合材料を用いてもよい。
なお、半導体材料を用いる場合、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、半導体材料のバンドギャップエネルギーが、使用帯域の波長の吸収に相当するバンドギャップエネルギー以下であることが必要である。例えば、可視光で使用する場合、波長４００ｎｍ以上での吸収、すなわちバンドギャップとしては３．１ｅＶ以下の材料を使用する必要がある。
また、吸収層１３は、前述した金属材料及び／又は半導体材料を組み合わせて使用することにより、使用帯域の光に対して干渉効果を高めて所望の波長での透過軸方向のコントラストを増大させるとともに、透過型液晶表示装置において好ましくない偏光板からの反射成分を低下させることができる。
具体的な材料の組み合わせは、屈折率ｎ、消衰定数ｋなどの光学定数に基づいて選択される。例えば、屈折率が高いＳｉ（ｎ＝4.08（550ｎｍ）、ｋ＝0.04）を用いる場合、屈折率差が大きく、消衰定数ｋがＳｉよりも大きいＴａ（ｎ＝2.48（550ｎｍ）、ｋ＝1.83）を用いることにより、吸収効果や干渉効果を高めてコントラストを増大させることができる。また、バンドル構造層１２の誘電体にＴａ２Ｏ５（ｎ＝2.16（550ｎｍ））を用いた場合、バンドル構造層１２上に屈折率差が小さいＴａ層を形成し、Ｔａ層上にＳｉ層を形成することにより、反射を抑制し、透過率を向上させることができる。また、Ｓｉ層は、Ｆｅを含有することが好ましい。これにより、反射率の抑制効果を向上させることができる。
図７Ａは、バンドル構造層上にＴａをスパッタ法により２０ｎｍ堆積させた構成の光学特性を示すグラフであり、図７Ｂは、この構成をＺ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。
また、図８Ａは、ガラス基板上にＴａをスパッタ法により２０ｎｍ堆積させた構成の光学特性を示すグラフであり、図８Ｂは、この構成をＺ方向から観察した平面のＳＥＭ写真である。バンドル構造は、ガラス基板上にＴａ２Ｏ５を２５ｎｍ堆積させて形成した。
図７Ａと図８Ａとを比較すれば分かるように、ガラス／バンドル構造／Ｔａ膜の光学特性は、光学異方性を有し、ガラス／Ｔａ膜とは大きく異なる特性となっている。ガラス／バンドル構造／Ｔａ膜の光学特性は、バンドル構造が波長以下の大きさの細長い微粒子で構成されているため、ガラス／Ｔａ膜の光学特性に比べて吸収や散乱が増大し、結果として反射率の低下を達成することができる。また、Ｔｐ＞Ｔｓとなっており、光学異方性の観点からも良好である。
このようにバンドル構造層１２と吸収層１３とを組み合わせることにより、偏光機能を発現させることができ、これらを単独で偏光板として利用することが可能であるが、さらにこの上に誘電体層１４を介して反射層１５を形成し、干渉効果を高めてもよい。
誘電体層１４は、吸収層１３で反射した偏光に対して、吸収層１３を透過し、反射層１５で反射した当該偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成されている。具体的な膜厚は、偏光の位相を調整し、干渉効果を高めることが可能な１〜５００ｎｍの範囲で適宜設定される。本実施の形態では、吸収層１３が反射した光を吸収するため、膜厚が最適化されていなくてもコントラストの向上が実現でき、実用上は、所望の偏光特性と実際の作製工程の兼ね合いで決定して構わない。
誘電体層１４を構成する材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２などの一般的な材料を用いることができる。また、誘電体層１４の屈折率は、１．０より大きく２．５以下とすることが好ましい。なお、吸収層１３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、誘電体層１４の材料により偏光特性を制御してもよい。
反射層１５は、誘電体層１４上に吸収軸であるＹ方向に帯状に延びた金属薄膜が配列されてなるものである。すなわち、反射層１５は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、透光基板１１側から入射した光のうち、ワイヤグリッドの長手方向に平行な方向（Ｙ軸方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、ワイヤグリッドの長手方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。
反射層１５の構成材料には、使用帯域の光に対して反射性を有する材料であれば特に制限されず、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅなどの金属単体もしくはこれらを含む合金あるいは半導体材料を用いることができる。なお、金属材料以外にも、例えば着色等により表面の反射率が高く形成された金属以外の無機膜や樹脂膜で構成されていてもよい。
なお、反射層１５のピッチ、ライン幅／ピッチ、薄膜高さ（厚さ、格子深さ）、薄膜長さ（格子長さ）は、それぞれ以下の範囲とするのが好ましい。
０．０５μｍ＜ピッチ＜０．８μｍ
０．１＜（ライン幅／ピッチ）＜０．９
０．０１μｍ＜薄膜高さ＜１μｍ
０．０５μｍ＜薄膜長さ
また、光学特性の変化が実用上影響を与えない範囲で、透光基板１１及び格子状凸部の表面を被覆する保護膜を備えることが好ましい。例えばＳｉＯ２などを堆積させることにより、耐湿性などの信頼性を改善することができる。保護膜の形成方法としては、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いることが好ましい。プラズマＣＶＤを用いることにより、格子状凸部の隙間にも保護膜を堆積させることができる。
このような構成の偏光板によれば、透過、反射、干渉、偏光波の選択的光吸収の４つの作用を利用することで、反射層の格子に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、格子に垂直な電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させることができる。すなわち、ＴＥ波は、吸収層１３の偏光波の選択的光吸収作用によって減衰され、吸収層１３及び誘電体層１４を透過したＴＥ波は、ワイヤグリッドとして機能する格子状の反射層１５によって反射される。ここで、誘電体層１４の厚さ、屈折率を適宜調整することによって、反射層１５で反射したＴＥ波について、吸収層１３を透過する際に一部を反射し、反射層１５に戻すことができ、また、吸収層１３を通過した光を干渉により減衰させることができる。以上のようにしてＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性を得ることができる。
また、第１の実施の形態に係る偏光板は、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２を有しているため、光吸収や光散乱を増大させ、結果として、反射率を低下させ、優れた光学特性を得ることができる。また、第１の実施の形態に係る偏光板は、有機物よりも耐久性の高い無機物で構成されているため、液晶プロジェクターに使われるような強い光に対して高い耐光特性を示し、高い信頼性を得ることができる。また、第１の実施の形態に係る偏光板は、広波長域で反射率を軽減することができるため、カメラ用偏光フィルターや、液晶ＴＶ用偏光板など、汎用偏光板への適用が可能となり、高い信頼性で様々なニーズに応えることができる。
［第１の実施の形態の変形例］
次に、第１の実施の形態の変形例について、図面を参照して説明する。なお、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成例１、２と同一又は相当要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図９Ａは、構成例３の偏光板を示す概略断面図であり、図９Ｂは、構成例４の偏光板を示す概略断面図である。前述したように、バンドル構造層１２と吸収層１３とを組み合わせることにより、光吸収の異方性を増大させることができ、偏光板として利用することができる。
図９Ａに示す構成例３の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３とを備える。
また、バンドル構造層１２、及び吸収層１３のうち１層以上が、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることが好ましい。
また、バンドル構造層１２、及び吸収層１３の全てが、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることがより好ましい。例えば、図９Ｂに示す構成例４の偏光板のように、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３とを備え、バンドル構造層１２、及び吸収層１３が一次元格子状に配列されてなることが好ましい。すなわち、この偏光板は、透光基板１１側からバンドル構造層１２と吸収層１３とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のグリッド構造を有する。
このようにバンドル構造層１２、及び吸収層１３のうち１層以上が、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることにより、コントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を向上させることができる。なお、バンドル構造層１２の透過軸透過率が高く、所望の光学特性が得られるならば、グリッド構造の凹部の底部が、透光基板１１ではなく、バンドル構造層１２であっても構わない。
図１０Ａは、構成例５の偏光板を示す概略断面図であり、図１０Ｂは、構成例６の偏光板を示す概略断面図である。この構成例５、６は、図１に示す構成例１、２にさらに上部バンドル構造層２２と、上部吸収層２３とを備えたものである。
すなわち、図１０Ａに示す構成例５の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３と、吸収層１３上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５と、反射層１５上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部吸収層２３とを備える。上部バンドル構造層２２及び上部吸収層２３は、それぞれバンドル構造層１２及び吸収層１３と相当する要素であり、ここでは説明を省略する。
また、バンドル構造層１２、吸収層１３、及び誘電体層１４のうち１層以上が、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることが好ましい。
また、バンドル構造層１２、吸収層１３、及び誘電体層１４の全てが、反射層１５と同様、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることがより好ましい。例えば、図１０Ｂに示す構成例６の偏光板のように、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３と、吸収層１３上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成された反射層１５と、反射層１５上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成された上部吸収層２３とを備え、バンドル構造層１２、吸収層１３、誘電体層１４、反射層１５、上部バンドル構造層２２、及び上部吸収層２３が一次元格子状に配列されてなることが好ましい。すなわち、この偏光板は、透光基板１１側からバンドル構造層１２と吸収層１３と誘電体層１４と反射層１５と上部バンドル構造層２２と上部吸収層２３とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。
また、図１１Ａは、構成例７の偏光板を示す概略断面図であり、図１１Ｂは、構成例８の偏光板を示す概略断面図である。この構成例７、８は、図１０に示す構成例５、６において、反射層１５と上部バンドル構造層２２との間に、上部誘電体層２４を備えたものである。
すなわち、図１１Ａに示す構成例７の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３と、吸収層１３上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５と、反射層１５上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部誘電体層２４と、上部誘電体層２４上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部吸収層２３とを備える。上部誘電体層２４は、誘電体層１４に相当する要素であり、ここでは説明を省略する。
また、図１１Bに示す構成例８の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された吸収層１３と、吸収層１３上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成された反射層１５と、反射層上に形成された上部誘電体層２４と、上部誘電体層２４上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成された上部吸収層２３とを備え、バンドル構造層１２、吸収層１３、誘電体層１４、反射層１５、上部誘電体層２４、上部バンドル構造層２２、及び上部吸収層２３が一次元格子状に配列されてなる。
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、及び図１１Ｂに示す構成例５〜構成例８のように、上部バンドル構造層２２及び上部吸収層２３を備えることにより、透光基板１１側及び上部吸収層２３側の両面に光源を配置することができる。
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。第１の実施の形態では、透光基板１１上にバンドル構造層１２を形成することとしたが、第２の実施の形態では、吸収膜上にバンドル構造層１２を形成する。なお、第１の実施の形態と同一又は相当要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１２Ａは、構成例９の偏光板を示す概略断面図であり、図１２Ｂは、構成例１０の偏光板を示す概略断面図である。
図１２Ａに示す構成例９の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層３３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２とを備える。
吸収層３３は、例えば、バンドル構造層１２をマスクとしてエッチングを施すことや、斜め蒸着などにより、微粒子化されている。吸収層３３の材料は、構成例１〜構成例８の吸収層１３と同様に、例えば、Ｓｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕのうち１種以上を含むものが用いられる。これにより、優れた偏光特性を得ることができる。
また、吸収層３３、及びバンドル構造層１２のうち１層以上が、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることが好ましい。
また、吸収層３３、及びバンドル構造層１２の全てが、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることがより好ましい。例えば、図１２Ｂに示す構成例１０の偏光板のように、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層１３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２とを備え、吸収層３３、及びバンドル構造層１２が一次元格子状に配列されてなることが好ましい。すなわち、この偏光板は、透光基板１１側から吸収層３３とバンドル構造層１２とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のグリッド構造を有する。
このように吸収層３３、及びバンドル構造層１２のうち１層以上が、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることにより、コントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を向上させることができる。
図１３Ａは、構成例１１の偏光板を示す概略断面図であり、図１３Ｂは、構成例１２の偏光板を示す概略断面図である。
図１３Ａに示す構成例１１の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層３３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５とを備える。
また、吸収層３３、及びバンドル構造層１２のうち１層以上が、反射層１５と同様、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることが好ましい。
また、吸収層３３、及びバンドル構造層１２の全てが、反射層１５と同様、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることがより好ましい。例えば、図１３Ｂに示す構成例１２の偏光板のように、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層３３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された反射層１５とを備え、吸収層３３、バンドル構造層１２、及び反射層１５が一次元格子状に配列されてなることが好ましい。すなわち、この偏光板は、透光基板１１側から吸収層３３とバンドル構造層１２と反射層１５とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。
このように吸収層３３、及びバンドル構造層１２のうち１層以上が、反射層１５と同様に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることにより、コントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を向上させることができる。
図１４Ａは、構成例１３の偏光板を示す概略断面図であり、図１４Ｂは、構成例１４の偏光板を示す概略断面図である。この構成例１３、１４は、図１３に示す構成例１１、１２にさらに上部バンドル構造層２２と、上部吸収層２３とを備えたものである。
すなわち、図１４Ａに示す構成例１３の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層３３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５と、反射層１５上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部吸収層２３とを備える。上部バンドル構造層２２及び上部吸収層２３は、それぞれバンドル構造層１２及び吸収層３３と相当する要素であり、ここでは説明を省略する。
また、吸収層３３、及びバンドル構造層１２のうち１層以上が、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることが好ましい。
また、吸収層３３、及びバンドル構造層１２の全てが、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることがより好ましい。例えば、図１４Ｂに示す構成例１４の偏光板のように、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層３３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された反射層１５と、反射層１５上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成された上部吸収層２３とを備え、吸収層３３、バンドル構造層１２、及び反射層１５が一次元格子状に配列されてなることが好ましい。すなわち、この偏光板は、透光基板１１側から吸収層３３とバンドル構造層１２と反射層１５と上部バンドル構造層２２と上部吸収層２３とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。
また、図１５Ａは、構成例１５の偏光板を示す概略断面図であり、図１５Ｂは、構成例１６の偏光板を示す概略断面図である。この構成例１５、１６は、図１４に示す構成例１３、１４において、反射層１５と上部バンドル構造層２２との間に、上部誘電体層２４を備えたものである。
すなわち、図１５Ａに示す構成例１５の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層３３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５と、反射層１５上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部誘電体層２４と、上部誘電体層２４上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部吸収層２３とを備える。上部誘電体層２４は、構成例１〜２及び構成例５〜８の誘電体層１４に相当する要素であり、ここでは説明を省略する。
また、図１５Ｂに示す構成例１６の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成された吸収層３３と、吸収層３３上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２と、バンドル構造層１２上に形成された反射層１５と、反射層１５上に形成された上部誘電体層２４と、上部誘電体層２４上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成された上部吸収層２３とを備え、吸収層３３、バンドル構造層１２、反射層１５、上部誘電体層２４、上部バンドル構造２２、及び上部吸収層２３が一次元格子状に配列されてなる。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、及び図１５Ｂに示す構成例１３〜構成例１６のように、上部バンドル構造層２２及び上部吸収層２３を備えることにより、透光基板１１側及び上部吸収層２３側の両面に光源を配置することができる。
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について、図面を参照して説明する。第３の実施の形態では、透光基板１１上に反射層１５を形成して偏光板を構成する。なお、第１の実施の形態と同一又は相当要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１６Ａは、構成例１７の偏光板を示す概略断面図であり、図１６Ｂは、構成例１８の偏光板を示す概略断面図である。
図１６Ａに示す構成例１７の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５と、反射層１５上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成された上部吸収層２３とを備える。
また、構成例１８は、構成例１７において、反射層１５と上部バンドル構造層２２との間に、上部誘電体層２４を備えたものである。すなわち、図１６Ｂに示す構成例１８の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５と、反射層１５上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部誘電体層２４と、上部誘電体層２４上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部バンドル構造層２２と、上部バンドル構造層２２上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された上部吸収層２３とを備える。
図１６Ａ、及び図１６Ｂに示す構成例１７、１８のように、基板上の反射層と吸収層とを、第１及び第２の実施の形態に係る偏光板の構成と反対になるように形成することにより、上部吸収層２３側に光源を配置することができる。
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態について、図面を参照して説明する。第４の実施の形態は、バンドル構造内に吸収層を形成するものであり、バンドル構造層が、金属、又は半導体からなる層を１層以上含むものである。なお、第１の実施の形態と同一又は相当要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１７Ａは、構成例１９の偏光板を示す概略断面図である。図１７Ａに示す構成例１９の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２ａと、バンドル構造層１２ａ上に形成され、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２ｂと、バンドル構造層１２ｂ上に形成され、誘電体からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２ｃとを備える。
バンドル構造層１２ｂは、金属、又は半導体からなる層を１層以上含むものである。バンドル構造層１２ｂの各層は、Ｓｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕのうち１種以上を含む微粒子からなり、バンドル構造層１２ａ，１２ｃと同様に斜め蒸着により形成される。すなわち、構成例１９の偏光板は、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造が透光基板１１上に形成されたものである。この構成例１９単独で偏光板として利用することが可能であるが、バンドル構造層１２ｃ上に誘電体層と、反射層とを備えるワイヤグリッド構造をさらに形成することにより、コントラストを向上させることができる。
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同一又は相当要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１７Ｂは、構成例２０の偏光板を示す概略断面図である。図１７Ｂに示す構成例２０の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、酸化物からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層３２とを備える。
バンドル構造層３２は、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｎｂのうち１種以上を含む酸化物からなり、水素ガスなどを使用した還元などにより、酸化物が酸化欠損している。これにより、酸化物の酸化度が低下し、光吸収特性を向上させることができる。この構成例２０単独で偏光板として利用することも可能であるが、バンドル構造層３２上に誘電体層と、反射層とを備えるワイヤグリッド構造をさらに形成することにより、コントラストを向上させることができる。
［第６の実施の形態］
次に、第６の実施の形態について、図面を参照して説明する。前述したように、バンドル構造のみで優れた光学異方性を得ることが可能であり、第６の実施の形態では、バンドル構造層が吸収層を兼ねる。なお、第１の実施の形態と同一又は相当要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１８Ａは、構成例２１の偏光板を示す概略断面図であり、図１８Ｂは、構成例２２の偏光板を示す概略断面図である。
図１８Ａに示す構成例２１の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成され、光学異方性を有するバンドル構造層４２と、バンドル構造層４２上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成され、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１５とを備える。バンドル構造層４２は、光学異方性を有し、金属、又は半導体からなる層を１層以上含むことが好ましい。具体的には、バンドル構造層４２の各層は、Ｓｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕのうち１種以上を含む微粒子からなる層を１層以上含むことが好ましい。
また、バンドル構造層４２、及び誘電体層１４のうち１層以上が、反射層１５と同様、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることが好ましい。
また、バンドル構造層４２、及び誘電体層１４の全てが、反射層１５と同様、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることがより好ましい。例えば、図１８Ｂに示す構成例２２の偏光板のように、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、透光基板１１上に形成され、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層４２と、バンドル構造層４２上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成された反射層１５とを備え、バンドル構造層４２、誘電体層１４、及び反射層１５が一次元格子状に配列されてなることが好ましい。すなわち、この偏光板は、透光基板１１側からバンドル構造層４２と誘電体層１４と反射層１５とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。なお、バンドル構造層４２の透過軸透過率が高く、所望の光学特性が得られるならば、ワイヤグリッド構造の凹部の底部が、透光基板１１ではなく、バンドル構造層４２であっても構わない。
このようにバンドル構造層４２、及び誘電体層１４のうち１層以上が、反射層１５と同様に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されてなることにより、コントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を向上させることができる。
［蒸着装置の構成例］
ＴＶなど大型画面用の偏光板を製造する場合、大面積のバンドル構造を作製する必要がある。ここでは、大面積のバンドル構造を作製可能な蒸着装置の構成例について説明する。
図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０、図２１Ａ、及び図２１Ｂは、それぞれバンドル構造を作製する蒸着装置の構成例１〜５を示す図である。図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０、及び図２１Ｂに示すように、蒸着装置は、２次元において基板５０の法線方向に対称となる位置に、それぞれ蒸着源５１Ａ及び蒸着源５１Ｂを備える。また、図２１Ａに示すように、１つの蒸着源５１を備え、基板５０を反転させるようにしてもよい。
図１９Ａに示す構成例１の蒸着装置は、基板５０を矢印の一方向に移動させ、蒸着源５１Ａ及び蒸着源５１Ｂを同時に動作させることにより、基板５０上に蒸着源５１Ａによる層と蒸着源５１Ｂによる層とを交互に積層することができる。また、構成例１の蒸着装置は、基板５０を矢印の一方向に移動させる毎に、蒸着源５１Ａ又は蒸着源５１Ｂを切り替えることにより、基板５０上に蒸着源５１Ａによる層と蒸着源５１Ｂによる層とを交互に積層することができる。また、構成例１の蒸着装置では、１バッチ当たり同時に４枚の大型基板にバンドル構造を形成することができる。
また、図１９Ｂに示す構成例２の蒸着装置は、基板５０を往復移動させ、往路移動又は復路移動によって蒸着源５１Ａ又は蒸着源５１Ｂを切り替えることにより、基板５０上に蒸着源５１Ａによる層と蒸着源５１Ｂによる層とを交互に積層することができる。
また、図２０Ａは、ロール式の構成例３の蒸着装置の断面図であり、図２０Ｂは、構成例３の蒸着装置の側面図である。図２０に示す構成例３の蒸着装置は、薄いガラスやフィルムなどの曲げることが可能な基板５０を回転させ、蒸着源５１Ａ及び蒸着源５１Ｂを同時に動作させることにより、基板５０上に蒸着源５１Ａによる層と蒸着源５１Ｂによる層とを交互に積層することができる。
また、図２１Ａに示す構成例４の蒸着装置は、基板５０を斜め上下方向に往復移動させ、また、基板５０を反転機構により１８０度反転させることで、往路移動又は復路移動によって蒸着源５１により、基板５０上に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°異なる蒸着方向Ａと蒸着方向Ｂの２方向から交互に積層することができる。
また、図２１Ｂに示す構成例５の蒸着装置は、基板５０を斜め上下方向に往復移動させ、蒸着源５１Ａ及び蒸着源５１Ｂを同時に動作させることにより、基板５０上に蒸着源５１Ａによる層と蒸着源５１Ｂによる層とを交互に積層することができる。
＜２．偏光板の製造方法＞
次に、本実施の形態における偏光板の製造方法について説明する。ここでは、図１Ｂに示す構成例２、図１２Ａに示す構成例９、及び図１７Ｂに示す構成例２０の偏光板の製造方法について説明する。
［構成例２の偏光板の製造方法］
構成例２の偏光板の製造方法では、先ず、透光基板１１上に、バンドル構造層１２、吸収層１３、誘電体層１４、反射層１５をこの順に成膜する。
バンドル構造層１２は、斜め蒸着又は斜めスパッタにより形成される。例えば、一方の方向から誘電体材料を斜め蒸着させた後、透明基板を１８０°回転させ、他方の方向から誘電体材料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、柱状の誘電体の束を得る。
バンドル構造層１２の作製において、柱状の誘電体の直進性を向上させるために、基板上にナノ粒子を配列したり、基板に一次元格子などのテクスチャーを形成したりすることが有効である。
図２２Ａは、基板上にナノ粒子を配列した状態を示す平面図であり、図２２Ｂは斜め蒸着開始時を示す断面図であり、図２２Ｃは、斜め蒸着後を示す断面図であり、図２２Ｄは、アニール後のバンドル構造を示す断面図である。
図２２Ａに示すように、先ず、基板６０上又はテクスチャー上に使用帯域の波長よりも直径が小さいナノ粒子６１を配列する。ナノ粒子６１としては、シリカ、フェリチン、ポリスチレンなどを用いることができる。次に、図２２Ｂに示すように、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方向から交互に無機微粒子を斜め蒸着させる。そして、図２２Ｃに示すように、ナノ粒子６１上に無機微粒子からなる柱６２の束で構成されたバンドル構造層を得る。シリカ、フェリチン、ポリスチレンなどを用いた場合、バンドル構造層を形成した後、還元処理又は熱処理を施すことにより、図２２Ｄに示すように、ナノ粒子６１を消失させることができる。ナノ粒子６１部分は、蒸着膜に対しては薄いので、消失しても影響は無い。また、還元処理を行うことにより、偏光度を向上させることができる。また、バンドル構造層を形成した後に使用帯域以下のピッチで、バンドル構成層をフォトリソグラフィ及びエッチングにてグリッド形状に加工してもよい。
また、図２３Ａは、基板上に形成されたテクスチャーを示す平面図であり、図２３Ｂは、斜め蒸着開始時を示す断面図であり、及び図２３Ｃは、斜め蒸着後を示す断面図である。図２３Ａに示すように、テクスチャーとして、例えば使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に凸部７１を基板７０上に配列する。次に、図２３Ｂに示すように、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方向から交互に無機微粒子を斜め蒸着させる。そして、図２３Ｃに示すように、凸部７１上に無機微粒子からなる柱７２の束で構成されたバンドル構造層を得る。また、バンドル構造層を形成した後に使用帯域以下のピッチで、バンドル構成層をフォトリソグラフィ及びエッチングにてグリッド形状に加工してもよい。
このように基板上にナノ粒子を配列したり、基板に一次元格子などのテクスチャーを形成したりすることにより、蒸着粒子の堆積位置はこれらの影響を受けるため、無機微粒子からなる柱の直線性を高めることができ、偏光特性を向上させることができる。
また、バンドル構造層１２の作製において、斜め蒸着とイオンエッチングとを組み合わせることにより、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱の直線性を向上させてもよい。具体的には、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方向から交互に無機微粒子を斜め蒸着させ、バンドル構造層１２を形成した後、１８０°異なる２方向のｘｙ平面上の直線に対し直交する方向からイオンエッチングを行う。エッチングには、ＡｒイオンやＸｅイオンが用いられる。このようなイオンエッチングによれば、エッチング時間やイオン照射量を制御することにより、ピッチ間隔を調整することができ、直線性を向上させることができる。
また、バンドル構造層１２は、無機微粒子により、誘電体層と１層以上の金属層又は半導体層とで形成されてなることが好ましい。所望のコントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）が得られるならば、第４の実施の形態と同様、このバンドル構造層１２のみで偏光板として機能させることができる。また、バンドル構造上にワイヤグリッド構造を形成することにより、コントラストを向上させてもよい。
また、斜め蒸着とイオンエッチングとを組み合わせることにより、誘電体層、金属層、又は半導体層のいずれか１層からなるバンドル構造を得てもよい。このバンドル構造は、柱状カラムの規則性が高いため、これを偏光板、波長板などに利用することにより、優れた光学特性が得られる。
吸収層１３は、蒸着法やスパッタ法により成膜する。具体的には、成膜時に透光基板１１をターゲットに対して対向させて配置し、アルゴンガス粒子をターゲットに衝突させ、その衝撃ではじき飛ばされたターゲット成分を基板上に付着させ、吸収層１３を得る。
また、誘電体層１４及び反射層１５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。
透光基板１１上に、バンドル構造層１２、吸収層１３、誘電体層１４、反射層１５をこの順に成膜した後、反射層１５上に、ナノインプリント、フォトリソグラフィなどにより格子状のマスクパターンを形成、その後、ドライエッチングにより格子状凸部を形成する。ドライエッチング用のガスとしては、反射防止膜（ＢＡＲＣ）にはＡｒ／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（ガス流量、ガス圧、パワー、基板の冷却温度）を最適化することによって、垂直性の高い格子形状を実現する。また、エッチング条件により、吸収層１３の幅（Ｘ軸方向）を調整することができる。
なお、反射層１５にＡｌやＡｌＳｉを用いる場合には、吸収層１３及び誘電体層１４には、フッ素でエッチング可能な材料を選択することが望ましい。そうすることで、高いエッチング選択比が得られ、吸収層１３及び誘電体層１４の膜厚設計値の幅を広くすることができ、プロセス構築上有利となる。
また、光学特性の変化が応用上影響を与えない範囲で、最上部に耐湿性などの信頼性改善の目的でＳｉＯ２などの酸化物の保護膜を堆積することも可能である。
［構成例９の偏光板の製造方法］
図１２Ａに示す構成例９の偏光板の製造方法は、透光基板１１上に吸収層３３と、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されたバンドル構造層１２とをこの順番に形成し、バンドル構造層１２をマスクとしてエッチングを施し、吸収層３３を微粒子化する。これにより、吸収層３３の光特性を制御することができる。
バンドル構造層１２は、誘電体、金属、及び半導体のうち１種以上からなる柱状の束で構成されているため、これをマスクとして下地の吸収層３３をエッチングすることができる。エッチングは、吸収層３３及びバンドル構造層１２の材料などに応じて適宜選択され、例えば、Ｃｌ２／ＢＣｌ３、ＣＦ４／Ａｒなどのガスを用いるドライエッチングが好適に用いられる。
図１２Ａに示す構成例９で単独で偏光板として利用してもよいが、構成例１０に示すように、バンドル形成後に使用帯域以下のピッチでバンドル構造層１２をグリッド形状に加工してもよい。また、構成例１１、１２に示すように、ワイヤグリッド構造を形成してもよい。
［構成例２０の偏向板の製造方法］
図１７Ｂに示す構成例２０の偏光板の製造方法は、透光基板１１上に形成され、柱状の酸化物の束で構成されたバンドル構造層を還元処理して、図１７Ｂのバンドル構造層３２を形成する。これにより、酸化物の酸化度を下げ、光吸収性を向上させることができる。
バンドル構造層の還元処理としては、水素ガスなどを使った還元を挙げることができる。水素還元を用いる場合、透光基板１１として石英基板などの耐熱性の高い透明基板を用いることが好ましい。
＜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、実施例１として図１Ｂに示す構成例２、実施例２として図１７Ａに示す構成例１９、実施例３として図１２Ａに示す構成例９、実施例４として図１７Ｂに示す構成例２０、実施例５として図１Ｂに示す構成例２、及び実施例６として図１７Ｂに示す構成例２０の偏光板を作製した。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。
図２４は、本実施例で使用した蒸着装置を示す概略図である。この蒸着装置は、基板８０を保持する基板ステージ８１と、基板ステージ８１を回転させるステッピングモータ８２と、回転位置を検出するセンサ８３と、回転位置に基づいてステッピングモータを制御するコントローラ８４とを備える。この蒸着装置は、１つの蒸着源を備え、１層毎に基板ステージ８１を１８０°回転させることにより、無機微粒子を積層させ、バンドル構造層を作製可能となっている。
［実施例１］
先ず、斜め蒸着によりガラス基板上にＴａ２Ｏ５を柱状に２５ｎｍ堆積させ、バンドル構造層を形成した。次に、スパッタによりバンドル構造層上にＴａを１５ｎｍ堆積させ、吸収層を形成した。次に、スパッタにより吸収層上にＳｉＯ２を５０ｎｍ堆積させ、誘電体層を形成した。次に、スパッタにより誘電体層上にＡｌを６０ｎｍ堆積させ、反射層を形成した。そして、リソグラフィによるパターニング及びエッチングにより、ピッチ約１５０ｎｍのワイヤグリッド構造を形成し、実施例１の偏光板を作製した。
図２５は、実施例１の偏光板の断面のＳＥＭ写真である。図２５に示すＳＥＭ写真より、エッチングにより吸収層まで除去され、バンドル構造層上に吸収層と誘電体層と反射層とからなる凸部が一次元格子状に形成されたワイヤグリッド構造が形成されていることが分かる。
図２６Ａは、実施例１の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図２６Ｂは、実施例１の偏光板の反射率を示すグラフである。また、図２７Ａは、比較例の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図２７Ｂは、比較例の偏光板の反射率を示すグラフである。比較例の偏光板は、ガラス基板上にＳｉＯ２を５０ｎｍ、Ｔａを２０ｎｍ、ＳｉＯ２を５０ｎｍ、及びＡｌを６０ｎｍ堆積させ、実施例１と同様に、リソグラフィによるパターニング及びエッチングにより、ピッチ約１５０ｎｍのワイヤグリッド構造を形成した。また、比較例の偏光板は、実施例１の偏光板と短波長域の透過軸透過率がほぼ一致するようにＴａの膜厚を調整した。
図２６Ｂ及び図２７Ｂに示すグラフより、実施例１の偏光板が、比較例１の偏光板に比べ、他の光学特性をそのままにして反射率を大幅に低下させることができた。また、実施例１の偏光板は、反射率が測定波長域全体で６％以下になっており、広波長域に対応することが可能となった。また、実施例１の偏光板のコントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）は約９であった。なお、コントラストを向上させたい場合には、Ａｌの膜厚を増やし、高くすればよい。
［実施例２］
先ず、斜め蒸着によりガラス基板上にＳｉＯ２を１５ｎｍ周期で柱状に４５０ｎｍ堆積させ、バンドル構造層を形成した。次に、斜め蒸着によりバンドル構造層上にＡｌを１５ｎｍ堆積させ、吸収層を形成した。そして、斜め蒸着により吸収層上にＳｉＯ２を１５０ｎｍ堆積させ、上部バンドル構造層を形成し、実施例２の偏光板を作製した。
図２８は、実施例２の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図２９は、実施例２の偏光板の表面のＡＦＭ写真である。図２８に示すグラフより、実施例２の偏光板は、可視光全域で偏光特性を示すことが分かる。
［実施例３］
先ず、スパッタによりガラス基板上にＡｌを２０ｎｍ堆積させ、吸収層を形成した。次に、斜め蒸着により吸収層上にＴａ２Ｏ５を柱状に５０ｎｍ堆積させ、バンドル構造層を形成した。そして、バンドル構造をマスクに吸収層をＣＦ４／Ａｒガスにてドライエッチングし、実施例３の偏光板を作製した。
図３０Ａは、実施例３のエッチング前の偏光板の光学特性を示すグラフであり、３０Ｂは、実施例３のエッチング後の偏光板の光学特性を示すグラフである。また、図３１は、実施例３の偏光板の表面のＳＥＭ写真である。図３０Ａ及び図３０Ｂに示すグラフより、吸収層をエッチングすることにより、偏光特性が得られていることが分かる。
［実施例４］
先ず、斜め蒸着によりガラス基板上にＴａ２Ｏ５を柱状に２０００ｎｍ堆積させ、バンドル構造層を形成した。そして、水素還元炉にて水素７％、４００℃の条件で、バンドル構造層を還元し、実施例４の偏光板を作製した。
図３２は、実施例４の偏光板の光学特性を示すグラフである。図３２に示すグラフより、バンドル構造層を還元し、バンドル構造層を構成する酸化物の酸化度を下げることにより、光吸収性を向上させることが可能であることが分かる。
［実施例５］
実施例５では、吸収層が２層構成の偏光板を作製した。先ず、斜め蒸着によりガラス基板上にＴａ２Ｏ５を柱状に３５ｎｍ堆積させ、バンドル構造層を形成した。次に、スパッタによりバンドル構造層上にＴａを１０ｎｍ堆積させ、第１の吸収層を形成した。次に、スパッタにより第１の吸収層上にＦｅＳｉ(Ｆｅ＝５ａｔｍ％)を１５ｎｍ堆積させ、第２の吸収層を形成した。次に、スパッタにより第２の吸収層上にＳｉＯ２を３０ｎｍ堆積させ、誘電体層を形成した。次に、スパッタにより誘電体層上にＡｌを６０ｎｍ堆積させ、反射層を形成した。そして、リソグラフィによるパターニング及びエッチングにより、ピッチ約１５０ｎｍのワイヤグリッド構造を形成し、実施例５の偏光板を作製した。
図３３は、実施例５の偏光板の断面のＳＥＭ写真である。また、図３４Ａは、実施例５の偏光板の斜視断面のＳＥＭ写真であり、図３４Ｂは、図３４Ａを拡大したＳＥＭ写真である。図３３及び図３４に示すＳＥＭ写真より、エッチングにより第１の誘電体層まで除去され、バンドル構造層上に第１の誘電体層と第２の誘電体層と反射層とからなる凸部が一次元格子状に形成されたワイヤグリッド構造が形成されていることが分かる。
図３５Ａは、実施例５の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図３５Ｂは、実施例５の偏光板の反射率を示すグラフである。実施例５は、図２６に示す実施例１と同様、広い波長域で低い反射率が得られ、また、実施例１よりも高い透過率が得られた。このように吸収層を２層以上にすることにより、光学特性の調整が容易となり、高い透過率及び低い反射率が得られることが分かった。
［実施例６］
実施例６では、斜め蒸着とイオンエッチングとを組み合わせることにより、直進性を向上させた酸化物からなる柱状のバンドル構造層を作製し、還元処理により光吸収性を向上させた。
先ず、図２４に示す蒸着装置を用いて、斜め蒸着によりガラス基板上にＴａ２Ｏ５を柱状に２００ｎｍ堆積させ、バンドル構造層を形成した。その後、Ａｒイオンビームを蒸着方向に対し平行方向、基板表面法線に対し７０度傾けた位置から照射した。照射時間は９０秒、１８０秒とした。
図３６Ａは、バンドル構造の作成後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３６Ｂは、図３６Ａを拡大したＳＥＭ写真である。また、図３７Ａは、Ａｒイオンビーム９０秒照射後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３７Ｂは、図３７Ａを拡大したＳＥＭ写真である。また、図３８Ａは、Ａｒイオンビーム１８０秒照射後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３８Ｂは、図３８Ａを拡大したＳＥＭ写真である。これらのＳＥＭ写真から分かるように、Ａｒイオンビームを照射することにより、グリッド直線性を大幅に改善させることができた。
次に、水素還元炉にて水素７％、４００℃の条件で、バンドル構造層を１時間還元し、実施例６の偏光板を作製した。図３９Ａは、Ａｒイオンビーム０秒照射のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図３９Ｂは、図３９Ａを拡大したＳＥＭ写真である。また、図４０は、Ａｒイオンビーム０秒照射のバンドル構造の光学特性を示すグラフである。また、図４１Ａは、Ａｒイオンビーム９０秒照射後のバンドル構造表面のＳＥＭ写真であり、図４１Ｂは、図４１Ａを拡大したＳＥＭ写真である。また、図４２は、Ａｒイオンビーム９０秒照射後のバンドル構造の光学特性を示すグラフである。偏光特性の測定は、透過軸、吸収軸にそれぞれ平行な直線偏光の光を入射して行った。
図４０及び図４２に示す光学特性より、バンドル構造の直線性を向上させることにより、透過軸透過率と吸収軸透過率の差（すなわちコントラストに相当）を大きくすることができることが分かった。
１１ 透光基板、１２ バンドル構造層、１３ 吸収層、１４ 誘電体層、１５ 反射層、２２ 上部バンドル構造層、２３ 上部吸収層、３２ バンドル構造層、３３ 吸収層、４２ バンドル構造層

Claims (2)

  1. 使用帯域の波長よりも直径が小さいナノ粒子を基板上に縦横に配列し、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方向から交互に無機微粒子を斜め蒸着させ、バンドル構造層を形成する
    バンドル構造の製造方法。
  2. 前記ナノ粒子が、シリカ、フェリチン、ポリスチレンのうちのいずれか１種であり、 前記斜め蒸着後に、還元処理又は熱処理を施す請求項１記載のバンドル構造の製造方法。
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