JP7101028B2 - 偏光素子及びその製造方法、並びに光学機器 - Google Patents
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また、特許文献2には、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、格子状凸部が、透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有する偏光素子が開示されている。
本実施形態に係る偏光素子は、ワイヤグリッド構造を有する偏光素子であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ(周期)で透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備える。また、この格子状凸部が、透明基板側から順に、第1吸収層と、第1誘電体層と、反射層と、第2誘電体層と、第2吸収層と、を有する。
なお、第1吸収層13は、蒸着法、スパッタ法等により高密度の膜として形成可能である。また、第1吸収層13は、構成材料の異なる2層以上から構成されていてもよい。
また、第1誘電体層14の膜厚及び屈折率を適宜調整することにより、基板面側から入射され反射層15で反射したTE波について、第1吸収層13を透過する際に一部を反射して反射層15に戻すことができ、第1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。このようにして、基板面側から入射した光のうち、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2誘電体層16の膜厚及び屈折率を適宜調整することにより、グリッド面側から入射され反射層15で反射したTE波について、第2吸収層17を透過する際に一部を反射して反射層15に戻すことができ、第2吸収層17を通過した光を干渉により減衰させることができる。このようにして、グリッド面側から入射した光のうち、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。
なお、第2吸収層17は、蒸着法、スパッタ法等により、高密度の膜として形成可能である。また、第2吸収層17は、構成材料の異なる2層以上から構成されていてもよい。
本実施形態に係る偏光素子の製造方法は、ワイヤグリッド構造を有する偏光素子の製造方法であって、透明基板上に、第1吸収層と、第1誘電体層と、反射層と、第2誘電体層と、第2吸収層と、を透明基板側からこの順で有する積層体を形成する工程と、この積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列される格子状凸部を形成する工程と、を有する。
本実施形態に係る光学機器は、上述した本実施形態に係る偏光素子を備える。光学機器としては、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。本実施形態に係る偏光素子は、有機偏光素子に比べて耐熱性に優れる無機偏光素子であるため、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である。
実施例1では、図1に示す構造の偏光素子1をシミュレーションに供した。また、比較例1では、図5に示す構造の偏光素子100をシミュレーションに供した。より具体的には、これらの偏光素子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。なお、実施例1の偏光素子1及び比較例1の偏光素子100は、色帯域(波長λ=520nm~590nm(所定の波長))の光に対して最適化されるよう設計されたものである。
実施例2では、図1に示す構造の偏光素子1を実際に作製し、光学特性を検証した。図8は、図1に示す構造の偏光素子1について、透過軸透過率、吸収軸透過率、透過軸反射率、及び吸収軸反射率を検証した結果を示すグラフである。図8中、横軸が波長λ(nm)を示しており、縦軸が透過率又は反射率(%)を示している。ここで、透過軸透過率とは、偏光素子に入射する透過軸方向(X軸方向)の偏光(TM波)の透過率を意味し、透過軸反射率とは、偏光素子に入射する透過軸方向(X軸方向)の偏光(TM波)の反射率を意味する。また、吸収軸透過率とは、偏光素子に入射する吸収軸方向(Y軸方向)の偏光(TE波)の透過率を意味する。
なお、吸収軸反射率については、グリッド面側からの入射光及び基板面側からの入射光の両者について検証し、それ以外の光学特性については、グリッド面側からの入射光について検証した。
Claims (14)
- ワイヤグリッド構造を有する偏光素子であって、
透明基板と、
使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部が、台座と、第1吸収層と、第1誘電体層と、反射層と、第2誘電体層と、第2吸収層と、が前記透明基板側からこの順で連続した構造を有するか、又は、台座と、第1吸収層と、金属膜からなる拡散バリア層と、第1誘電体層と、反射層と、第2誘電体層と、金属膜からなる拡散バリア層と、第2吸収層と、が前記透明基板側からこの順で連続した構造を有し(但し、前記第1誘電体層及び前記第2誘電体層はいずれも、柱状の束で構成されたバンドル構造層を除く。)、
前記台座が、前記所定方向から見たときに、前記透明基板側から前記第1吸収層側に向かうに従い幅が狭まるように側面が傾斜した台形状を有し、
前記第1吸収層の膜厚と前記第2吸収層の膜厚とが略同一であり、且つ、前記第1誘電体層の膜厚と前記第2誘電体層の膜厚とが略同一である偏光素子。 - 前記台座が、使用帯域の光の波長に対して透明なSi酸化物で構成される請求項1に記載の偏光素子。
- 前記第1吸収層と前記第2吸収層とが同一材料で構成される請求項1又は2に記載の偏光素子。
- 前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが同一材料で構成される請求項1から3のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記透明基板が、使用帯域の光の波長に対して透明であり、且つ、ガラス、水晶、又はサファイアで構成される請求項1から4のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記反射層が、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成される請求項1から5のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記第1誘電体層及び前記第2誘電体層が、Si酸化物で構成される請求項1から6のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記第1吸収層及び前記第2吸収層が、Fe又はTaを含むとともに、Siを含んで構成される請求項1から7のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記偏光素子の前記格子状凸部側の表面が、誘電体からなる保護膜により覆われている請求項1から8のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記偏光素子の前記格子状凸部側の表面が、有機系撥水膜により覆われている請求項1から9のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記格子状凸部の先端に形成されたグリッド先端部が、前記所定方向から見たときに、先端側ほど幅が狭くなる方向に側面が傾斜した先細形状を有する請求項1から10のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記反射層が、金属層と、前記所定方向から見たときに、前記金属層の側面を覆い、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層と、を有する請求項1から11のいずれかに記載の偏光素子。
- ワイヤグリッド構造を有する偏光素子の製造方法であって、
透明基板上に、下地層と、第1吸収層と、第1誘電体層と、反射層と、第2誘電体層と、第2吸収層と、が前記透明基板側からこの順で連続した積層体、又は、下地層と、第1吸収層と、金属膜からなる拡散バリア層と、第1誘電体層と、反射層と、第2誘電体層と、金属膜からなる拡散バリア層と、第2吸収層と、が前記透明基板側からこの順で連続した積層体を形成する工程(但し、前記第1誘電体層及び前記第2誘電体層はいずれも、柱状の束で構成されたバンドル構造層を除く。)と、
前記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部を形成する工程と、を有し、
前記格子状凸部が、前記透明基板と前記第1吸収層との間に台座を有し、
前記台座が、前記所定方向から見たときに、前記透明基板側から前記第1吸収層側に向かうに従い幅が狭まるように側面が傾斜した台形状を有し、
前記第1吸収層の膜厚と前記第2吸収層の膜厚とが略同一であり、且つ、前記第1誘電体層の膜厚と前記第2誘電体層の膜厚とが略同一である偏光素子の製造方法。 - 請求項1から12のいずれかに記載の偏光素子を備える光学機器。
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